0  引 言

　　鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現(xiàn)代高性能電池的代表。

　　在鋰離子電池組的管理系統(tǒng)中，需要對電池組中單體電池的電壓進行檢測。現(xiàn)在應(yīng)用較多的是直接采樣法，不僅方法復(fù)雜，在實際應(yīng)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(chǎn)生的原因，提出了減小影響的方法。

1  實驗

　　1.1  測量難點

　　對電池組單塊電池電壓進行測量存在以下主要技術(shù)難點。

　?。?）從降低成本角度考慮可采用多路選擇方式測量，但是其電壓范圍超出了標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān)產(chǎn)品的工作電壓范圍而采用機械繼電器將在速度、使用壽命、工作的可靠性方面都難以令人滿意。

　?。?）為確保測量的，單元電池采用懸浮測量，系統(tǒng)設(shè)計時要考慮信號采集電路與信號處理電路采取有效的電氣隔離。

　?。?）由于電池組串聯(lián)電池數(shù)的增加，測量電路的功耗難于降低。國內(nèi)已有很多關(guān)于單個單元電池的端電壓側(cè)測量方法的提出，構(gòu)造電阻網(wǎng)絡(luò)提取電壓、繼電器切換和V／F轉(zhuǎn)換無觸點采樣提取電壓。

    如果參考地不是系統(tǒng)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(jīng)超出了A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓范圍，所以通過電壓測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成相對于同一個參考地至關(guān)重要。

　　1.2  實驗設(shè)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(lián)結(jié)構(gòu)，通過對電池組進行循環(huán)實驗，來考查動態(tài)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(huán)，使容量穩(wěn)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(shè)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(yīng)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只鋰離子電池組的電壓約為42V，對于運放來說，已經(jīng)超過了電壓，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(shù)，所以可以放到模擬開關(guān)后，這樣整個檢測電路只需要一個放大電路，可以節(jié)省成本。

2  結(jié)果與討論
　　2.1  電池組循環(huán)壽命實驗

　　在實際使用過程中，為了保證10倍電壓衰減的，電阻R采用33kΩ （1%） 。因為高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(xiàn)了明顯的衰退，如圖2所示。在前52次循環(huán)（0.5C充放電） 中，電池組中，單體電池的放電截止電壓出現(xiàn)了很大的差異，隨著循環(huán)的進行，按次序“排隊”的現(xiàn)象比較明顯，而且在第30次循環(huán)左右，電池組還沒有放電到30V時，第1只電池的電壓就已經(jīng)處于過放電保護狀態(tài)，從而導(dǎo)致了電池組的放電終止，電池組容量突然減少。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(jié)果如表1。

3  實驗分析
　　3.1  根據(jù)設(shè)計電路得出：

　　式（3） 中：In為第n根檢測線上的漏電流。當(dāng)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(jīng)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。隨著循環(huán)的進行，不一致性加劇，即使電池的初始狀態(tài)一致，因累加效應(yīng)的存在，使電池組在循環(huán)的過程中因漏電流而出現(xiàn)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。

　　3.2  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?yōu)?00kΩ（1%） ，因為大阻值電阻的偏差比較大，實驗結(jié)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(huán)實驗。實驗結(jié)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(jīng)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(xiàn)按次序“排隊”的現(xiàn)象。

4  結(jié) 論

　　電路設(shè)計中，應(yīng)該盡量減小因電路導(dǎo)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?dāng)?shù)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(guān)，減少漏電流的影響，但是這樣增加了電路的復(fù)雜性和成本，適合于串?dāng)?shù)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。