研究与设计

理想状态下，V

－

|－offset。

加入偏移电压 offset 的

原因于本系统中，AD 电压输入范围为 0～3.3 V，而电池电压
有可能超出 AD 的采样范围。offset 可以通过一个 CD4051 模
拟开关选择 0、1.25、3.3 V 三种电压，正常情况下，磷酸铁锂电
池的正常电压范围为 2～3.8 V，offset 选择 1.25 V 即可，而以
锰酸锂为正极材料的锂电池最高电压达到 4.2 V 或者更高，在
电池电压较高的时候，需将 offset 设为 3.3 V。

系统采用 TI 公司的 MSP430F149 型超低功耗单片机，该

单片机片内集成了 12 位 AD 转换和参考电压。但是为了提高
精度，采用外置 REF3033 参考电压源。为保证系统的稳定性和
可靠性，电源采用三输出(+15 V，－15 V，5 V)隔离电源模块，

+15 V

和－15 V 经过 L7812 和 L7912 稳压电源芯片供给运算

放大器，这样可以极大降低模拟电源的噪声，提高电压检测的
精度。5 V 电源供给系统中其他模块，单片机的工作电压为

3.3 V

，由稳压电源芯片提供。

为了方便用户观测数据，本系统提供了 RS232 串口，可以

与上位机相连。同时系统还具备 CAN 总线功能，可以实现系
统级联。

软件采用 C 语言编程，电压每秒检测一次，每次检测采样

次，采样频率为 100 kpbs，采用定时器触发。检测流程图如

图 5 所示。

３实验结果及分析

本次实验采用 15 节串联磷酸铁锂电池组，电池容量为

10 Ah

，为了更好地观察电压检测结果，特意挑选了 15 个电压

不一致的电池。实验结果如表 1 所示，电池 1 为电池组中最低
端的电池，电池 15 是电池组中顶端的电池。AD 采样值为

MSP43F149

单片机实际采样的电池电压；模拟前端输出是低

通滤波器输出的电压值，电池电压为实际电池电压，这两个数
据均由 Agileng34410a 6 位半万用表测量，测试温度为 26 ℃。

从单体电压检测结果上可以看出，奇数节电池的模拟前

端总误差 1 ～3 mV，偶数结的模拟前端总误差总为－1 ～

－3 mV。

造成这种奇偶数电池模拟前端误差不一致的原因是

由于绝对值电路的电阻匹配问题。而且，随着电池两端共模电
压的增加，模拟前端的误差随着上升。但是总体来看，模拟前
端总的检测误差为≤3 mV。图 6 为连续检测 20 次的结果，可
以看出，电压检测的结果稳定，波动较小。

４结论及应用展望

我们提供了锂离子电池组单体电池电压检测方法，并利

用 MAX14752 高压模拟开关实现了 15 串锂电池组单体电池
电压检测系统，可对 15 串及 15 串以下的锂电池组进行单体
电压检测，这种方法的模拟前端只需要 2 个模块开关，1 个差
分放大器，一个四通道的精密放大器及少量电阻电容，所以可
以做到很小的体积，成本也比较低。实验结果表明，这种方法
具有很高的精度。

该方法用于大容量储能电池组、动力锂电池组等。通过

CAN

通信，可以实现系统级联，为数量更多的串联锂电池组提

供单体电压检测。

参考文献：

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学学报(自然科学版)，2007，25(5)：29-33.

(

)

图４

差分放大电路

图５

检测流程图

3.221

3.222

0.001

3.222

0.001

3.150

3.149

0.001

3.149

0.001

3.222

3.223

0.001

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0.001

3.229

3.228

0.001

3.228

0.001

3.231

3.232

0.001

3.232

0.001

3.193

3.192

0.001

3.192

0.001

3.236

3.237

0.001

3.237

0.001

3.234

3.233

0.001

3.233

0.001

3.231

3.233

0.002

3.232

0.001

3.219

3.217

0.002

3.218

0.001

3.184

3.186

0.002

3.185

0.001

3.183

3.180

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3.181

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3.130

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0.003

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3.023

0.000

3.023

0.000

3.165

3.168

0.003

3.168

0.003

3.30

3.15

3.20

3.25

3.00

3.05

3.10

图６多次采样的结果