一種新型電池組單體電池電壓檢測(cè)方法
摘要:闡述串聯(lián)電池組單體電池電壓檢測(cè)的現(xiàn)實(shí)意義。在比較現(xiàn)有檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上,提出了一種結(jié)合開(kāi)關(guān)矩陣和差分放大器的新型單體電池電壓檢測(cè)方法,詳細(xì)設(shè)計(jì)了相關(guān)的電路,并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。相對(duì)于目前的單體電池電壓檢測(cè)方法,該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/176667.htm一、引言
隨著純電動(dòng)車(chē)及混合動(dòng)力車(chē)的發(fā)展,作為重要儲(chǔ)能設(shè)備的串聯(lián)電池組是影響整車(chē)性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。
延長(zhǎng)電池壽命,提高電池的使用效率是電動(dòng)汽車(chē)商品化、實(shí)用化的關(guān)鍵。由于水桶效應(yīng)的存在,串聯(lián)電池組的整體性能取決于電池組中性能最差的單體電池,為了能夠?qū)Υ?lián)電池組的能量使用進(jìn)行有效管理,需要實(shí)時(shí)監(jiān)視串聯(lián)電池組中的單體電池狀態(tài)。在表征電池狀態(tài)的參數(shù)中,電池的端電壓最能體現(xiàn)其工作狀態(tài),因此精確采集電池組中各個(gè)單體電池電壓十分重要。
二、現(xiàn)有單體電池檢測(cè)方法
目前單體電池電壓測(cè)量方法有許多,主要可歸納為分壓電阻降壓、浮動(dòng)地測(cè)量、模擬開(kāi)關(guān)選通等幾種方法,下面就這些方法做一個(gè)分析:
1、電阻分壓法
電阻分壓法主要是通過(guò)電阻分壓將實(shí)際電壓衰減到測(cè)量芯片可接受的電壓范圍,然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。U1對(duì)應(yīng)BT1 的電壓,Un-1 對(duì)應(yīng)從BT1 到BTn-1 之間的電壓,Un 對(duì)應(yīng)整個(gè)電池組的電壓,如圖1 所示。這種方法測(cè)量方面,成本低,壽命長(zhǎng),但是存在累積誤差,且無(wú)法消除。隨著單體電池?cái)?shù)的增多,單體電池電壓測(cè)量誤差會(huì)隨著共模電壓的增大而增大。
圖1 電阻分壓方案
2、浮動(dòng)地測(cè)量法
使用浮動(dòng)地技術(shù)測(cè)量電池端電壓時(shí),窗口比較器會(huì)自動(dòng)判斷當(dāng)前低電位是否合適。如果合適直接啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行測(cè)量;如果太高或太低,則通過(guò)微控制器經(jīng)數(shù)模對(duì)低電位進(jìn)行浮動(dòng)控制使低電位處于合適的狀態(tài)下。該方案由于低電位經(jīng)常受現(xiàn)場(chǎng)干擾而變化,不能對(duì)低電位進(jìn)行精確控制,影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量效果。
3、模擬開(kāi)關(guān)法
采用模擬開(kāi)關(guān)的方案通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)選擇測(cè)量通道,每個(gè)通道采用運(yùn)算放大器組成線性采樣電路。當(dāng)選中需要進(jìn)行測(cè)量的通道后,模擬開(kāi)關(guān)的輸出經(jīng)電壓跟隨器送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該方法根據(jù)串聯(lián)電池組總電壓的大小,選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù),不必電阻分壓網(wǎng)絡(luò)或改變低電位就可以直接測(cè)量任意一只電池的電壓,測(cè)量方便。但是該方法需要數(shù)量眾多的運(yùn)放和精密匹配電阻,成本高,且電阻的分散性會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果分散性較高。
文獻(xiàn)[4]提出采用開(kāi)關(guān)矩陣構(gòu)建測(cè)量電路,該方案成本低,測(cè)量精度高,但是需要絕對(duì)值電路。文獻(xiàn)[5]采用運(yùn)算放大器結(jié)合繼電器的方法,可以克服溫漂問(wèn)題,但是與采用模擬開(kāi)關(guān)的方法一樣,也需要大量的運(yùn)算放大器和繼電器,且繼電器會(huì)有壽命問(wèn)題。
三、新型單體電池電壓檢測(cè)方法
1、整體方案
由于差分放大器可以克服共模信號(hào)的干擾,而只對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行處理。利用開(kāi)關(guān)矩陣把每個(gè)單體電池的兩端引出,即可進(jìn)行端電壓的測(cè)量而不受到其它電池的影響。該方案整體結(jié)構(gòu)如圖2所示,當(dāng)SB1和SB2閉合時(shí),其它開(kāi)關(guān)都關(guān)斷,電池BT1的兩端電位分別接入差分放大器的正端和負(fù)端,經(jīng)過(guò)差分放大器放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換;當(dāng)SB2和SB3閉合而其它開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí),電池BT2的兩端電位進(jìn)行差分放大器的正端和負(fù)端,依次類(lèi)推可以測(cè)量所有電池組中的單體電池電壓。
圖2 拓?fù)鋱D
評(píng)論