引    言

　　在鋰離子電池組的管理系統(tǒng)中，需要對電池組中單體電池的電壓進(jìn)行檢測?，F(xiàn)在應(yīng)用較多的是直接采樣法,，不僅方法復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中對電池組的一致性也有影響,。影響因素比較多,，然而電路的影響不能忽略。本文作者通過一種實(shí)用的電壓檢測電路,，分析電路對電池組性能的影響,，利用電池模型分析了該影響產(chǎn)生的原因，提出了減小影響的方法,。

　　實(shí)驗

　　測量難點(diǎn)

　　電池組中電壓測量系統(tǒng)的難點(diǎn)在于：如何檢測出串聯(lián)電池組中每只單體電池的電壓,，而這些電壓要相對于共同的參考地，這樣才便于電壓信號的采樣。鋰離子電池的安全電壓一般在2.7～4.2V,，所以對于參考電壓為5V的A/D轉(zhuǎn)換來說,，單體電池電壓正好在這范圍內(nèi)。如果參考地不是系統(tǒng)地,，那么第n只電池的電壓將是前n只電池的電壓之和，這已經(jīng)超出了A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓范圍,，所以通過電壓測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成相對于同一個參考地至關(guān)重要,。

　　實(shí)驗設(shè)計

　　實(shí)驗中采用了10只相同鋰離子電池，額定容量為3Ah ,，電池組采用串聯(lián)結(jié)構(gòu),，通過對電池組進(jìn)行循環(huán)實(shí)驗，來考查動態(tài)過程中對鋰離子電池組的影響,。在進(jìn)行電池組實(shí)驗之前,，先對單體電池進(jìn)行3次循環(huán)，使容量穩(wěn)定,。電池組的充放電制度為：0.50C 恒流充電到42V,，再用42V恒壓充電至電流減小到0.05C 為止；電池組0.50C恒流放電到30V,。在實(shí)驗過程中,，對單體電池的保護(hù)為：過充電保護(hù)4.35V，過放電保護(hù)2.50V,。

　　本文作者設(shè)計了一種用于電池組的實(shí)用電壓測量電路,，如圖1所示，它是由運(yùn)放組成的減法電路,，每只電池電壓Vn′對應(yīng)于一個減法電路,。Vn+為第n只電池正極相對于大地的電壓，Vn-為第n只電池負(fù)極相對于大地的電壓,。

　　因為10只鋰離子電池組的最高電壓約為42V,，對于運(yùn)放來說，已經(jīng)超過了最高電壓,，所以在減法電路中采用了電壓衰減,，然后進(jìn)行放大的方法。因為放大部分采用的都是相同的放大倍數(shù),，所以可以放到模擬開關(guān)后,，這樣整個檢測電路只需要一個放大電路，可以節(jié)省成本,。

　　結(jié)果與討論

　　電池組循環(huán)壽命實(shí)驗

　　在實(shí)際使用過程中,，為了保證10倍電壓衰減的精度，電阻R采用33kΩ (1%精度) 。因為高精度的大電阻需要專門訂做,，而且貴,。在實(shí)驗中電池組的性能出現(xiàn)了明顯的衰退，如圖2所示,。在前52次循環(huán)(0.5C充放電) 中,，電池組中，單體電池的放電截止電壓出現(xiàn)了很大的差異,，隨著循環(huán)的進(jìn)行,，按次序“排隊”的現(xiàn)象比較明顯，而且在第30次循環(huán)左右,，電池組還沒有放電到30V時,，第1只電池的電壓就已經(jīng)處于過放電保護(hù)狀態(tài)，從而導(dǎo)致了電池組的放電終止,，電池組容量突然減少,。為了驗證是檢測線上的漏電流所導(dǎo)致的，52次循環(huán)后,，把電池組中的第1只和第10只電池進(jìn)行交換后,，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)實(shí)驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：第10只電池的放電終止電壓稍有下降,，而第1只的放電終止電壓有了很大的提高,；由于原來的第1只電池不再處于過放電保護(hù)狀態(tài)，而使第2只電池處于過放電保護(hù)狀態(tài),。以上實(shí)驗說明：在電壓檢測電路中有一定的漏電流存在,，對此進(jìn)行了測量，結(jié)果如表1,。

　　實(shí)驗分析

　　根據(jù)設(shè)計電路得出：

　　式(3) 中：In為第n根檢測線上的漏電流,。當(dāng)電阻R固定后，Vn+和Vn-越大,，In越大,，所以越是靠近電池組正極的檢測線的漏電流越大。

　　在充電過程中,，回路中的充電電流經(jīng)過每一根檢測線,，都要被電壓檢測電路分出去一部分電流，越接近電池組負(fù)極的電池,，被分流的就越多,，這樣在充電過程中，越靠近電池組正極的電池充電電流就越大,。放電過程中也是同樣,，越靠近電池組正極的電池放電電流越小,。在整個循環(huán)中，靠近電池組正極的電池,，充入的電量多,，放出的電量少；而靠近電池組負(fù)極的電池充入的電量少,，而放出的電量多,，這就是造成電池組的不一致性的原因。隨著循環(huán)的進(jìn)行,，不一致性加劇,，即使電池的初始狀態(tài)一致，因累加效應(yīng)的存在,，使電池組在循環(huán)的過程中因漏電流而出現(xiàn)不一致，盡管漏電流比較小,，但是多根檢測線以及長時間的累加,，就會影響電池組的一致性。

　　改進(jìn)后的實(shí)驗

　　為了減小漏電流,，試驗中采取增大輸入阻抗,，即把電阻R變?yōu)?00kΩ(1%精度) ，因為大阻值電阻的精度偏差比較大,，實(shí)驗結(jié)果表明：漏電流明顯減小,。將修改后的電壓檢測電路，按照上述的電池組實(shí)驗制度做循環(huán)實(shí)驗,。實(shí)驗結(jié)果與圖2相比,，電壓檢測電路對電池組中單體電池的放電終止電壓的影響已經(jīng)小了很多，但是電池組中單體電池的放電終止電壓還是會出現(xiàn)按次序“排隊”的現(xiàn)象,。

　　結(jié)    論

　　電路設(shè)計中,，應(yīng)該盡量減小因電路導(dǎo)致的電池組不一致，減小電壓檢測電路漏電流的方法有：①增加檢測電路的輸入阻抗,，解決電阻對的匹配問題,，比較適合于串?dāng)?shù)比較少和容量比較大的電池組；②在檢測回路中加入控制開關(guān),，減少漏電流的影響,，但是這樣增加了電路的復(fù)雜性和成本，適合于串?dāng)?shù)比較多的電池組,；③在電池組合的過程中,，可使靠近電池組負(fù)極的電池的容量，稍大于靠近電池組正極的電池的容量,，這樣有利于減小因電壓檢測電路所引起的電池組不一致,。