探究三种串联电池组单体电池电压检测技术

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电池组是指将电池进行串联和并联的一种装置。在并联电池组中,要求每个电池的电压相同,输出电压等于单个电池的电压。这种并联方式能够提供更强的电流。而串联电池组则没有太多的要求。随着纯电动车和混合动力车的发展,串联电池组作为重要的储能设备,对整车性能有着关键影响。
 
为了延长电池的寿命并提高使用效率,这是实现电动汽车商业化和实用化的关键。由于存在水桶效应,串联电池组的整体性能取决于其中性能最差的单体电池。为了有效管理串联电池组的能量使用,需要实时监测串联电池组中的单体电池状态。在衡量电池状态的参数中,电池的端电压是最能反映其工作状态的。因此,准确采集串联电池组中各个单体电池的电压至关重要。接下来,我将介绍三种检测串联电池组单体电池电压的技术。
 
目前存在多种单体电池电压测量方法,主要包括分压电阻降压、浮动地测量和模拟开关选通等几种方法。以下对这些方法进行分析:
 
电阻分压法:
电阻分压法通过使用电阻分压将实际电压衰减到测量芯片可接受的范围,然后进行模数转换。例如,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。这种方法成本低廉,寿命长久,但会存在累积误差,并且无法消除。随着单体电池数量增加,共模电压的增大会导致单体电池电压测量误差增加。
 
浮动地测量法:
浮动地测量法使用浮动地技术来测量电池端电压。窗口比较器会自动判断当前的低电位是否适合进行测量。如果合适,则直接启动模数转换进行测量;如果过高或过低,则通过微控制器对低电位进行浮动控制,使其处于合适的状态下。然而,由于低电位经常受到现场干扰而变化,无法对低电位进行精确控制,从而影响整个系统的测量效果。
 
模拟开关法:
模拟开关法采用模拟开关来选择测量通道,每个通道都由运放组成线性采样电路。选中需要测量的通道后,模拟开关的输出经过电压跟随器送入模数转换器进行转换。该方法根据串联电池组总电压的大小,选择适当的放大倍数,无需使用电阻分压网络或改变低电位即可直接测量任意单体电池的电压,具有较为方便的测量方法。然而,该方法需要大量运放和精密匹配电阻,成本较高,并且电阻的分散性会导致测量结果的离散度较高。
 
注意事项:
在电池组中,单体之间的差异是不可避免的。以容量为例,它们之间的差异永远存在且会逐渐加剧。相对而言,容量较大的单体在流过相同电流时处于小电流浅充浅放状态,容量衰减缓慢,寿命延长;而容量较小的单体则处于大电流过充过放状态,容量衰减加快,寿命缩短。这导致两者之间性能参数差异越来越大,形成了正反馈特性,从而使小容量单体提前失效,整个组的寿命缩短。

 

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