一种新型电池组单体电池电压检测方法

2、信号调理电路设计

由于图2中的线5和6上既存在有用的差分信号也存在共模信号，为了能够抑制共模信号的影响，采用差分放大电路对差模信号进行放大，其电路如图3所示。根据运算放大器的特性，得到电路的输出信号与输入信号关系为：

这里取R1 = R2 =10 kΩ，R3 = R4 = 5 kΩ，R1、R2、R3、R4均为精密电阻，因此有：

由于差模信号V+-V-可正(测量偶数标号电池)可负(测量奇数标号电池)，所以必须提高Vref 以便进行模数转换。

图3 差分放大电路

从上述分析可以看出，整个信号调理电路只需要4个精密电阻和一个运算放大器，非常简洁，而且运算放大只有在需要测量时才与相应的电池相连，不存在文献[5]提到的漏电流问题。

3、开关矩阵的设计与优化

开关矩阵由光耦AQW214EH构成，它具有导通电阻极小，速度快的优点，如图4所示。一个芯片内部集成了两个具有光电隔离的开关，通过微处理器的I/O电平可以实现开和关。

图4 光电继电器电路

由图2可以看出，当电池组有n个单体电池时，需要n+1个开关，如果每个开关用1个处理器I/O控制，则整个电路需要占用n+1个I/O,当单体电池数目较多的时候，普通的微处理器没有办法承担。所以必须用更少的I/O数量来实现，在此，笔者使用了分时复用的办法。下面以电池组有20个单体电池的情况为例进行说明。

在没有分时复用时，需要占用21个I/O口。现在把电池组分成两半，设计出新的开关阵，如图5.第一部分为1~10号电池，第二部分为11~20号电池。给每个电池端设置一个开关(SB1~SB11,SB12~SB22)，分别对单个电池进行选通，同时给每一组电池设置总开关(SB23~SB24,SB25~SB26)，来选通第一或第二组电池。开关SB1~SB11和SB12~SB22就可以对应占用相同的微处理器I/O口，即I/O0~I/O10,从而总占用I/O就由21个减少到15个(包括4个总开关I/O)。当测量1号电池时，I/O0和I/O1为低电平，SB1、SB2、SB12、SB13闭合，同时闭合SB23、SB24,断开SB25、SB26,则1号电池端电压进入测量总线V+、V-,经过差分放大、模数转换后便可算出端电压，而SB12、SB13虽然闭合，却没有任何影响。同理，当测量11号电池电压时，闭合SB1、SB2、SB12、SB13,同时闭合SB25、SB26,断开SB23、SB24.测量其他电池时也进行类似处理。

图5 开关矩阵