引 言
在鋰離子電池組的管理系統中，需要對電池組中單體電池的電壓進行檢測。現在應用較多的是直接采樣法，不僅方法復雜，在實際應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生的原因，提出了減小影響的方法。
實驗
測量難點
電池組中電壓測量系統的難點在于：如何檢測出串聯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轉換來說，單體電池電壓正好在這范圍內。如果參考地不是系統地，那么第n只電池的電壓將是前n只電池的電壓之和，這已經超出了A/D轉換的參考電壓范圍，所以通過電壓測量系統轉換成相對于同一個參考地至關重要。
實驗設計
實驗中采用了10只相同鋰離子電池，額定容量為3Ah ，電池組采用串聯結構，通過對電池組進行循環實驗，來考查動態過程中對鋰離子電池組的影響。在進行電池組實驗之前，先對單體電池進行3次循環，使容量穩定。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。在實驗過程中，對單體電池的保護為：過充電保護4.35V，過放電保護2.50V。
本文作者設計了一種用于電池組的實用電壓測量電路，如圖1所示，它是由運放組成的減法電路，每只電池電壓Vn′對應于一個減法電路。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，對于運放來說，已經超過了最高電壓，所以在減法電路中采用了電壓衰減，然后進行放大的方法。因為放大部分采用的都是相同的放大倍數，所以可以放到模擬開關后，這樣整個檢測電路只需要一個放大電路，可以節省成本。
結果與討論
電池組循環壽命實驗
在實際使用過程中，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。在實驗中電池組的性能出現了明顯的衰退，如圖2所示。在前52次循環(0.5C充放電) 中，電池組中，單體電池的放電截止電壓出現了很大的差異，隨著循環的進行，按次序“排隊”的現象比較明顯，而且在第30次循環左右，電池組還沒有放電到30V時，第1只電池的電壓就已經處于過放電保護狀態，從而導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致的，52次循環后，把電池組中的第1只和第10只電池進行交換后，繼續進行循環實驗，結果發現：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狀態，而使第2只電池處于過放電保護狀態。以上實驗說明：在電壓檢測電路中有一定的漏電流存在，對此進行了測量，結果如表1。
實驗分析
根據設計電路得出：
式(3) 中：In為第n根檢測線上的漏電流。當電阻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。隨著循環的進行，不一致性加劇，即使電池的初始狀態一致，因累加效應的存在，使電池組在循環的過程中因漏電流而出現不一致，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。
改進后的實驗
為了減小漏電流，試驗中采取增大輸入阻抗，即把電阻R變為200kΩ(1%精度) ，因為大阻值電阻的精度偏差比較大，實驗結果表明：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驗制度做循環實驗。實驗結果與圖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按次序“排隊”的現象。
結 論
電路設計中，應該盡量減小因電路導致的電池組不一致，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，比較適合于串數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，減少漏電流的影響，但是這樣增加了電路的復雜性和成本，適合于串數比較多的電池組；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。