串联电池组电压检测电路的精度研究

　　1 引言

　　串联电池组广泛应用于手携式工具、笔记本电脑、通讯电台以及便携式电子设备、航天卫星、电动自行车、电动汽车、储能装置中。为了使电池组的可用容量最大化及提高电池组的可靠性，电池组中的单体电池性能应该一致，从而需对单体电池进行监控，即需要对单体电池的电压进行测量。

　　串联电池组电压测量的方法有很多，目前应用较多的是差分检测型[1]与电流源检测型[2]两种。差分检测型需要2个电阻对的阻值严格匹配，否则将影响电池组电压的检测精度，该方法使用中为了减少检测线漏电流对电池组一致性的影响[3]，需要增加电阻的阻值，这样将增加了大规模生产的难度并降低了检测精度。而电流检测型的检测电路中仅需要一个电阻对的阻值匹配，文献[2]中提到为了提高检测的精度，需要小阻值的电阻匹配，但增大了检测线漏电流。在实际使用过程中为了减小检测线漏电流对电池组一致性的影响，以及减少电压检测电路的功耗，需要在电压检测线路上增加开关控制器件，往往采用光耦或者光电继电器[4]。

　　文献[2]的电流型电压检测电路具有较好的性能，但当电压低于2V时无法进行检测，本文首先对文献[2]的电压检测电路进行了改进，扩大了电压检测范围。其次以改进的电压检测电路并以光电继电器作为控制开关，对影响电压检测精度的因素进行了分析和实验，最后通过一种电子开关的方式来取代光电继电器，从而提高了电压检测精度。

　　2 影响电压测量精度的因素分析

　　文献[2]中的电流型电压检测电路测量精度高，但也存在着一定的缺陷，首先为了测量精度高，必须尽可能的减小电阻对的阻值，这必然增加了检测电路的漏电流;其次为了满足电路中的MOSFET管能正常作用，电路中运放的反向输入端与系统地之间的电压一般要大于3V以上，由于单体电池电压一般在2.0V～4.2V之间，因此为了满足要求必须用于两节单体电池以上，对于电池组中靠近系统地的两节单体电池无法用此方法进行测量。

　　本文采用了三极管Q1来取代文献[2]中的MOSFET，主要是因为MOSFET的开启电压一般都在2.5V以上，因此当单体电池电压低于2.5V时，文献[2]中的电路将无法检测，而电池的电压检测范围要求检测到1V以下，而改进后的电路能满足这种需求，如图1所示。

图1 电流源型电压检测电路

　　图中CELLn为第n节单体电池的电压，该电路可以对多串电池组的电压进行测量，并且不受串联节数的限制，而对串联电池组中的第一节单体电压不用采用该电路测量，可直接测量或者通过电阻分压得到。该电路的工作原理如下：在电路正常工作时，运放处于放大状态，运放的1、3脚为虚短虚断状态，即3脚的电压等于CELLn+1端的电压，而由于运放的输入阻抗非常大，因此电阻R3上的电流可忽略，在电阻R1上就是一节单体电池的电压，流过电阻R1的电流大小为：