摘要:在比较各种电池组电压测量方法的基础上,提出了一种由开关阵列,差分放大电路和绝对值电路组 成的新的测量方法.相对于目前的电压测量电路具有电路简单,测量精度高等优点.文章详细分析了电路 的工作原理,并给出了实验数据. 关键词:串联电池组;电压检测;开关阵;差分放大;绝对值电路 中图分类号:TM933.2 文献标识码:A 文章编号:1006-883X(2010)04-0029-03
缪传杰 高琛 陈建清 陈文芗
一,引言 由于存在水桶效应,串联电池组性能取决于电池组中性能最差的单体电池,所以电池组对自身运行参数 极其敏感.而在所有表征电池组的参数之中,电池组的端电压最能体现电池组的当前状况,因此,精确采集 单体电池电压十分重要[1].尽管目前已经有很多这方面的研究,这个问题还是没有很好的解决,主要原因是由 于电池是串联在一起工作,各个电池上的电位是逐渐升高的,单体电池电压信号含有很大的共模信号,无法 直接测量.此外,另一个难点在于电压测量必须接连上电路,这就导致即使电池处于非工作状态也要产生电 流输出,这等于增加了电池自放电,从而降低了电池的性能.因此,如何最佳的测量单体电池电压并把电压 传送出去是目前必须解决的问题. 串联电池组电压测量方法有很多,如电阻分压法,浮动地法等等.文献[2]通过电阻分压,将实际电压衰 减到测量芯片可接受的电压范围,读取到的转换电压通过减法计算后乘以衰减倍率得到测量值.该方案测量 方便,成本低,但是存在累计误差,且无法消除.随着电池节数的增多,单体电池电压测量误差会随着共模 电压的增大而增大.文献[3]使用浮动地技术测量电池端电压,测量时通过控制器对地电位进行浮动控制.此 方案由于地电位经常受现场干扰发生变化,不能对地电位进行精确控制,因此会影响到整个系统的测量精度. 文献[4]采用线性运算放大器组成线性采样电路,经模拟开关选通要采样的通道后经电压跟随器送入 A/D 转换 器进行转换.该方法无需电阻分压网络或改变地电位就可以直接测量任意一只电池的电压,测量方便.但是, 该方法需要数量众多的运放和精密匹配电阻,成本高.文献[5]采用继电器开关阵采样法,该方法的缺点是继 电器机械触点寿命有限,且有噪声.文献[6]提出的方法采用分立元件,成本低.但是由于三极管温漂大,所 以该方法温漂较大. 文献[7]采用运算放大器结合 P 型 MOSFET 管的方法, 温漂较小, 但是同直接测量法相似, 也需要大量的运放和 MOSFET 管,且由于 MOSFET 管存在导通电阻,必然存在误差.在比较现有测量方法的 基础上,笔者给出一个结构简单,可靠的电压测量方法,且在非工作时间内完全没有自放电的产生.
二,原理及电路设计 电路的基本原理是采用分时测量的方法,把串联电压统一连接到检测总线 A,B 上.测量时,不同的时刻 检测总线 A,B 分别连接在串联电池组中某一个单体电池的两端,这样,当按照一定的时间策略扫描,就能让
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串联电池组中每一个单体电池的电压都能在检测 总线 A,B 之间依次出现一次,起到把单体电池 电压剥离出串联电池组的目的.具体实现是采用 一组由 n+1 个开关组成的开关阵(n 为串联电池 数),开关阵与串联电池组的连接见图 1,连接 的原则是单号开关的一端依次接奇数号电池的负 极,另一端接检测总线 A 点,双号开关的一端依 次接偶数电池的负极,另一端接检测总线 B 点. 开 关 阵 每 次 导 通 两 个 , 次 序 为 : K1K2 , K2K3, KiKi+1, Kn-1Kn,KnKn+1,通过这种每次 只导通相邻两个开关的策略可以将单体电池电压 从串联结构中分离出来,送到检测总线 A,B 之 间.当第 i 和 i+1 开关导通时,A,B 上的电压分 别为:
i ×2 2
差动放大器输出 U1 测量总线电压 UAB +E2
+En-2
+En
-E1 K2K3 K1K2 导通开关编号
-E3 K3K4 Kn-1Kn-2
-En-1 Kn-1Kn KnKn+1
图 2 测量总线电压与差分放大器输出电压示意图
2R Ui R D1 + A1 R1 R -1 0 1 Ui(V) D2
R R
Uo(V) UO
+ A2 R2
1
UA=
∑E
0
1
i
(1)
图 3 绝对值电路及其传输特性 每隔0.3V一个测试点,同时用四位半的电压表与本方法

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