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【摘要】串联锂电池组在使用过程中，各单体电芯存在特征的不完全一致，尤其是单体电芯电压差异会导致锂电池组使用效率的降低，如果电压过低或者过高还会对锂电池本身造成伤害，因此需要实时测量监控各个单体电芯的电压。通常测量使用一个ADC进行单一式测量监控，这种方法存在很多缺陷。提出一种冗余式双ADC测量监控方式，采用这种方法可以实现高精度及高可靠性的测量监控和实现多种异常的判别。
【关键词】锂电池；电压测量；电池管理系统；荷电状态
锂电池具有储存能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已成为电动汽车和储能电源的主要动力电源之一。电池组通常由多个单体电芯串联组成，由于锂电池的生产工艺造成每个单体电芯的特征有所差异，使用时需要一套管理系统来对电池组的性能和安全进行监控管理。在电池管理系统中所进行的电池均衡、SOC计算、过压保护等都需要对每节单体电池的电压进行0.5级以上精度的测量，即假如单体电池的电压为3V时，电压测量的误差应该小于15mv。目前，对于电池组中单体电池电压的测量一般采用单一式测量方案，虽然这种方案成本较低，但在普通单一式测量方案中，大电流的情况下，连接单体电池的导线的线电阻及各串接部位的接触电阻会使测量得到的电压产生较大误差，从而达不到0.5级以上的测量精度，令整个电池管理系统的准确性及可靠性下降，最终导致整个电池组的使用效率的下降及电能的浪费。
此种方法的优点如下：
(1)增加一个测量装置，虽然成本有所提高，但由于引入了冗余，当其中一个测量装置发生故障，另一个测量装置依然可以保持测量的功能，使得整个系统的可靠性大大增加。
(2)由于可以得到串联连接线上各处电阻的分压大小，电池管理系统可以根据这些数据分析出线路各处的连接情况、接触点的氧化情况。
(3)准确得出电池组中各单体电芯电压。
(4)由于两个测量装置的某些测量值之间存在必然关系，可以据此来进行自检，反映测量装置正常与否，比如在静态极小电流的情况下比较两块芯片各端测得的电压，同一端电压差距较大时可判断为异常。
1.系统设计
1.1 电路主要功能
电压高精度测量电路由四个主要部分组成，结构框图如图2所示。电源模块部分负责整个控制系统的供电，由电池组正负两极获取电能输入。电压测量模块负责电池组内电芯电压的测量采集和模数转换，由上文所述的测量装置A和B组成，MCU控制模块负责电压数据的处理及分析，并控制周边模块工作或休眠。通讯模块可将有用的数据上传给电池管理系统BMS，实现多个电压测量系统的级联和电池组模块串联以提高整体电压。
1.2 电压测量模块的设计
1.3 具体实施方式
1.3.1 高精度测量实现依据
1.3.2 实施方法
通过这种方法得出所有单体电池电压，并避免了电阻上分压的影响，特别是快速充电或者大电流放电时，线电阻R产生的压降尤其明显，为电池管理系统BMS的均衡、SOC计算、保护、异常报警等功能提供可靠、有效的数据支持。
2.总结
本文设计的串联锂电池电压测量方法具有精度高、性能可靠、功能实用等特点，在国光电器集团下属广东国光电子有限公司实际应用效果良好，特别是适合电动汽车、通讯基站等高要求、高可靠性应用需求的环境。这种方法的缺点是电路和接线较为复杂，成本也略微增加。
参考文献
[1]漆逢吉.通信电源[M].北京:北京邮电大学出版社,2012.
[2]喬国艳.电动汽车电源管理系统研究与设计[D].武汉:武汉理工大学,2006.
[3]黄文华,韩晓东.电动汽车SOC估计算法与电池管理系统的研究[J].汽车工程,2007(3):23-24.
[4]何莉萍,钟志华.基于DSP的电动汽车电源管理系统的设计[J].湖南大学学报,2009(5):56-57.
[5]杨光,李广勇,孟祥志等.CC430F5137单片机的动力电池管理系统设计[J].电池,2011(8):78-81.
【关键词】锂电池；电压测量；电池管理系统；荷电状态
锂电池具有储存能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已成为电动汽车和储能电源的主要动力电源之一。电池组通常由多个单体电芯串联组成，由于锂电池的生产工艺造成每个单体电芯的特征有所差异，使用时需要一套管理系统来对电池组的性能和安全进行监控管理。在电池管理系统中所进行的电池均衡、SOC计算、过压保护等都需要对每节单体电池的电压进行0.5级以上精度的测量，即假如单体电池的电压为3V时，电压测量的误差应该小于15mv。目前，对于电池组中单体电池电压的测量一般采用单一式测量方案，虽然这种方案成本较低，但在普通单一式测量方案中，大电流的情况下，连接单体电池的导线的线电阻及各串接部位的接触电阻会使测量得到的电压产生较大误差，从而达不到0.5级以上的测量精度，令整个电池管理系统的准确性及可靠性下降，最终导致整个电池组的使用效率的下降及电能的浪费。
此种方法的优点如下：
(1)增加一个测量装置，虽然成本有所提高，但由于引入了冗余，当其中一个测量装置发生故障，另一个测量装置依然可以保持测量的功能，使得整个系统的可靠性大大增加。
(2)由于可以得到串联连接线上各处电阻的分压大小，电池管理系统可以根据这些数据分析出线路各处的连接情况、接触点的氧化情况。
(3)准确得出电池组中各单体电芯电压。
(4)由于两个测量装置的某些测量值之间存在必然关系，可以据此来进行自检，反映测量装置正常与否，比如在静态极小电流的情况下比较两块芯片各端测得的电压，同一端电压差距较大时可判断为异常。
1.系统设计
1.1 电路主要功能
电压高精度测量电路由四个主要部分组成，结构框图如图2所示。电源模块部分负责整个控制系统的供电，由电池组正负两极获取电能输入。电压测量模块负责电池组内电芯电压的测量采集和模数转换，由上文所述的测量装置A和B组成，MCU控制模块负责电压数据的处理及分析，并控制周边模块工作或休眠。通讯模块可将有用的数据上传给电池管理系统BMS，实现多个电压测量系统的级联和电池组模块串联以提高整体电压。
1.2 电压测量模块的设计
1.3 具体实施方式
1.3.1 高精度测量实现依据
1.3.2 实施方法
通过这种方法得出所有单体电池电压，并避免了电阻上分压的影响，特别是快速充电或者大电流放电时，线电阻R产生的压降尤其明显，为电池管理系统BMS的均衡、SOC计算、保护、异常报警等功能提供可靠、有效的数据支持。
2.总结
本文设计的串联锂电池电压测量方法具有精度高、性能可靠、功能实用等特点，在国光电器集团下属广东国光电子有限公司实际应用效果良好，特别是适合电动汽车、通讯基站等高要求、高可靠性应用需求的环境。这种方法的缺点是电路和接线较为复杂，成本也略微增加。
参考文献
[1]漆逢吉.通信电源[M].北京:北京邮电大学出版社,2012.
[2]喬国艳.电动汽车电源管理系统研究与设计[D].武汉:武汉理工大学,2006.
[3]黄文华,韩晓东.电动汽车SOC估计算法与电池管理系统的研究[J].汽车工程,2007(3):23-24.
[4]何莉萍,钟志华.基于DSP的电动汽车电源管理系统的设计[J].湖南大学学报,2009(5):56-57.
[5]杨光,李广勇,孟祥志等.CC430F5137单片机的动力电池管理系统设计[J].电池,2011(8):78-81.