一、导言
跟着纯电动车及混合动力车的开展，作为重要储能设备的串联电池组是影响整车功能的一个要害因素。
延伸电池寿数，进步电池的运用功率是电动汽车商品化、实用化的要害。因为水桶效应的存在，串联电池组的全体功能取决于电池组中功能最差的单体电池，为了能够对串联电池组的能量运用进行有用办理，需求实时监督串联电池组中的单体电池状况。在表征电池状况的参数中，电池的端电压最能体现其作业状况，因而准确收集电池组中各个单体电池电压十分重要。
二、现有单体电池检测办法
现在单体电池电压丈量办法有许多，首要可概括为分压电阻降压、起浮地丈量、模仿开关选通等几种办法，下面就这些办法做一个剖析：
1、电阻分压法
电阻分压法首要是经过电阻分压将实践电压衰减到丈量芯片可接受的电压规模，然后进行模数转化。U1对应BT1 的电压，Un-1 对应从BT1 到BTn-1 之间的电压，Un 对应整个电池组的电压，如图1 所示。这种办法丈量方面，本钱低，寿数长，可是存在累积差错，且无法消除。跟着单体电池数的增多，单体电池电压丈量差错会跟着共模电压的增大而增大。
图1 电阻分压计划
2、起浮地丈量法
运用起浮地技能丈量电池端电压时，窗口比较器会主动判别当时低电位是否适宜。假如适宜直接发动模数转化进行丈量;假如太高或太低，则经过微操控器经数模对低电位进行起浮操控使低电位处于适宜的状况下。该计划因为低电位常常受现场搅扰而改变，不能对低电位进行准确操控，影响整个体系的丈量作用。
3、模仿开关法
选用模仿开关的计划经过模仿开关挑选丈量通道，每个通道选用运算扩大器组成线性采样电路。当选中需求进行丈量的通道后，模仿开关的输出经电压跟从器送入模数转化器进行模数转化。该办法依据串联电池组总电压的巨细，挑选恰当的扩大倍数，不用电阻分压网络或改变低电位就能够直接丈量恣意一只电池的电压，丈量便利。可是该办法需求数量很多的运放和精细匹配电阻，本钱高，且电阻的分散性会导致丈量成果分散性较高。
文献[4]提出选用开关矩阵构建丈量电路，该计划本钱低，丈量精度高，可是需求绝对值电路。文献[5]选用运算扩大器结合继电器的办法，能够战胜温漂问题，可是与选用模仿开关的办法相同，也需求很多的运算扩大器和继电器，且继电器会有寿数问题。
三、新式单体电池电压检测办法
1、全体计划
因为差分扩大器能够战胜共模信号的搅扰，而只对差分信号进行处理。运用开关矩阵把每个单体电池的两头引出，即可进行端电压的丈量而不遭到其它电池的影响。该计划全体结构如图2所示，当SB1和SB2闭合时，其它开关都关断，电池BT1的两头电位别离接入差分扩大器的正端和负端，经过差分扩大器扩大后送入模数转化器进行模数转化;当SB2和SB3闭合而其它开关都关断时，电池BT2的两头电位进行差分扩大器的正端和负端，顺次类推能够丈量一切电池组中的单体电池电压。
图2 拓扑图
每节锂离子电池最高电压为5 V,由图3 可得，第1 个INA117 的3 脚的输入电势最高为40 V.同理，第16 个INA117 的2 脚输入电势最低为- 40 V.第1 至8 个INA117 的输出电压为正，第9 至16 个INA117 的输出电压为负，所以多选一模仿开关和A/D 转化器都要求能够输入正、负电压。多选一模仿开关选用MUX16,为16 选1 可正负电压输入模仿开关，因而16节电池只需1 个MUX16.但因为单片机IO 口有限，文顶用一片74LS154 扩展了IO 口，仅用单片机的4 个IO 口即可操控MUX16 别离选通单节锂离子电池进行电压采样。
图3 16 个INA117 的共地址接法
1. 3 A/D 转化器
监测电池组无需用很高的采样速度采样每节电池的电压，16 节电池电压的采样共用1 个A/D 转化器[4]。各节电池输入的丈量电压经过多选一模仿开关MUX16 与A/D 转化器衔接。依据电池电压的更新周期和电压要求，A/D 转化器传送给单片机的电压转化值差错最大为10 mV.挑选美信公司MAX1272.
MAX1272 是具有毛病维护、可经过软件挑选输入规模的12 位串行模仿数字转化器，运用SPI 三线通信协议，+ 5 V 供电，模仿输入电压规模0 ~ 10 V,0 ~ 5 V,± 10 V,± 5 V.内部自带+ 4. 096 V 参阅电压。当选用内部+ 4. 096 V 参阅电压时，抱负状况下模仿电压输入对应的数字输出，如表1 所示。
表1 抱负状况下模仿电压输入对应的数字输出
由表1 可知，MAX1272 输出的数字量最高位是符号位，余下的11 位是数据。负数以补码的方式给出。
参阅电压为+ 4. 096 V 时，1LSB = 1. 220 7 mV.
MAX1272 的最很多化差错，加上非线性、失调等差错的影响，总差错约为5 mV.INA117 精度高，正常状况下，差错在1 mV 以内。因而，运用INA117 和MAX1272 的组合，能够满意串联锂离子电池组电池监测体系在电压差错10 mV 以下的要求。需求更高的电压精度，需求选用更高分辨率的A/D 转化器。
MAX1272 的线路衔接图如图4 所示。
图4 MAX1272 的线路衔接图
图4 中MAX1272 选用了内部参阅电压，6 脚VREF 和地之直接2. 2 μF 钽电容和0. 1 μF 陶瓷电容。
PCB 布线时，这两个电容都要求尽量挨近MAX1272。
1. 4 温度监测
针对串联电池组，传统的测温办法多选用模仿温度传感器进行丈量，在数据的收集和传输过程中易受外界环境的搅扰，从而使测得的成果差错较大，且当丈量点较多时，连线较杂乱。文中选用单片机和单总线数字式温度传感器DS18B20 来处理上述问题[5].其原理如图5 所示。
图5 温度巡回检测体系框图
选用外部5 V 供电，总线上可挂接多片DS18B20,且能够一起进行准确的温度转化，而无需外接驱动电路。测温规模- 55 ~ + 125 ℃; 测温精度： 在- 10 ~+ 85 ℃规模内的精度为± 0. 5 ℃; 在温度收集过程中，单片机芯片需对DS18B20 发命令字，一起也需求读取由DS18B20 收集到的温度。因而，单片机操控器的I /O有必要被设置为具有双向传输数据才能。
本检测体系每隔一节锂离子电池在总线上挂接一片DS18B20,设置8 个温度监测点，一起检测8 点温度。实践运用时由单片机软件判别出需求显现的温度值： 当温度高于10 ℃时，显现8 个温度点中最高的温度值; 当温度低于10 ℃时，显现8 个温度点中最低的温度值，到达有用合理的温度监控作用。
1. 5 电扇及加热操控电路
关于电池的散热问题，规划了电扇操控电路，经过对丈量到的电池温度值进行判别，决议电扇的敞开或封闭。当温度过高时，单片机将宣布信号敞开电扇。
电路如图6 所示，FAN 为低电平时，晶体管9014 不导通，此刻继电器无动作; 当FAN 为高电平时，晶体管9014 导通，使得继电器触点吸合，电扇在24 V 电源电压的供电下开端作业。
图6 电扇操控电路
关于运用环境杂乱的串联锂离子电池组，除了要考虑温度过高的状况，还要考虑温度过低的状况。因为电池在温度过低的环境下运转时，会使锂离子活性变差，嵌入和脱出才能下降，简单在石墨晶体外表堆积，构成锂金属。构成的锂金属会与电解液产生不可逆的反响。
假如锂离子电池长时间在低温下作业，则将使电池的容量下降显着。因而依据需求规划了加热器操控电路，原理如电扇操控电路。
2 监测体系的功能
实测证明，运用INA117、16 选1 模仿开关MUX16、MAX1272、51 单片机和DS18B20 的串联锂离子电池组监测体系监测16 节3. 7 V 锂离子电池，电压的丈量差错彻底在10 mV 以内。温度方面，因为DS18B20 精度较高，温度差错在1 ℃以内。电压和温度的丈量均到达要求，体系运转牢靠。当串联锂离子电池组任何一节电池电压< 2. 2 V 时，单片机调用轻度报警程序进行声光报警，并通报存在问题的电池。
当串联锂离子电池组任何一节电池电压> 5 V 时，单片机调用严峻报警程序进行声光报警。假如温度值超出预设温度值的容许规模，串联锂离子电池组监测体系进行声光报警。电扇和加热操控电路均能依据设定温度正常发动操控电路。当温度低于5 ℃时，发动加热操控电路; 温度高于50 ℃时，发动电扇操控电路。
3 结束语
串联锂离子电池组检测体系，选用高共模抑制比差分运放INA117 处理了共地问题，监测电压差错正负10 mV,如要进一步进步检测精度，能够选用高位A/D转化器。检测时，锂离子电池是串联接在检测模块上的，要保证接线正确。依据实践运用，可把几个检测体系串接起来检测更多的串联锂离子电池组，但要保证共模电压不超越INA117 的最大维护共模电压规模。
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