锂离子电池的电压平台都比较低，磷酸铁锂单体电池额定电压为3.2Vdc，三元材料、钴酸锂、锰酸锂单体电池额定电压为3.6～3.7Vdc，钛酸锂单体电池额定电压只有2.3V，均难以知足用电设备几十伏乃至几百伏的电压，实际运用中须要把多少电池进行串联成组，才能知足电压平台哀求。而锂离子电池的安全保护是基于极度单体电池保护事理，即在充电过程中监测最高单体电池电压，当最高单体电池电压达到充电保护阈值时，断开充电保护开关，割断充电回路；在放电过程中监测最低单体电池电压，当最低单体电池电压达到放电保护阈值时，断开放电保护开关，割断放电回路。这些数量弘大的单体电芯在事情过程中均须要电池管理系统对电池组中各节单体电池的电压进行实时采样和监测，确保系统安全可靠和稳定运行。
目前，技能层面上针对锂离子电池电压的采集方案紧张有两种，其一是专用的仿照前端（AFE）采集芯片，如德州仪器（TI）、凌特公司（LINEAR）、美信公司（MAXIM）等均有研发生产4～16串高度集成的AFE采集芯片，采集芯片和CPU之间通过串行通信总线进行数据交互；其二是利用电阻分压电路进行采样，电阻分压采样的方案比较AFE采集芯片具有本钱低廉、运用方便和开拓周期短的上风，在电动工具、家庭储能、智能机器人（AGV）等电池串数不高的场合广泛利用，图1为现阶段广泛采取的基于电阻分压采样事理的范例电路图。
图1 基于电阻分压采样事理的范例电路图
利用电阻分压电路进行串联电池电压采样的事理，是通过电阻分压的方法将电池电压转化到模数转换器（ADC）能够识别的电压范围内，同时达到最好的采样分辨率和精度。在图1所示的电阻分压采样电路事理图中，共有4串锂离子电池，第一节电池BAT1的电压通过电阻R1、R2分压后进入ADC1进行采样；第一节电池BAT1与第二节电池BAT2的电压之和通过电阻R4、R5分压后进入ADC2进行采样；第一节电池BAT1、第二节电池BAT2与第三节电池BAT3的电压之和通过电阻R7、R8分压后进入ADC3进行采样；第一节电池BAT1、第二节电池BAT2、第三节电池BAT3与第四节电池BAT4的电压之和通过电阻R10、R11分压后进入ADC4进行采样。根据ADC1的采样值可以打算得到第一节电池BAT1的电压，ADC2的采样值减去ADC1的采样值可以打算得到第二节电池BAT2的电压，ADC3的采样值减去ADC2的采样值可以打算得到第三节电池BAT3的电压，ADC4的采样值减去ADC3的采样值可以打算得到第四节电池BAT4的电压。F1～F4是正温度系数的可规复保险丝，用于线途经电流保护；C1、C3、C5、C7是分压电阻滤波电容，用于滤除高频噪声和滋扰；D1～D4是TVS管，用于运放前端过电压保护；运放U1～U4构成射极跟随器，用于电池端和采样端隔离，同时提高电路的带载能力，担保采样精度；R3/C2，R6/C4，R9/C6，R12/C8是RC低通滤波电路，用于滤除线路噪声和滋扰，担保进入ADC电压旗子暗记的干净与纯洁；ADC1～ADC4是模数转换器，可以是独立的ADC，也可以是集成在CPU内部的ADC。
利用电阻分压电路进行串联电池电压采样的方法存在一个严重的毛病，它会导致串联电池组中每节单体电池的采样泄电流不一样，越靠近电池组总负极的单体电池采样泄电流越大。随着韶光推移，因采样泄电流差异终极会导致各个单体电池之间电压和容量差异逐渐增大，久而久之，电池组会发生充电不满、放电不空的故障征象，严重影响电池组的储能备电韶光和续航里程。办理现有电池电压采样方法上述问题的技能难点在于如何在实现电池电压精确采集的同时又能避免各个单体电池之间产生电压和容量差异。
与现有技能比较，本文在电阻分压电路中增加了电阻平衡网络，在知足电池电压采样精度的条件下彻底办理了电池组中各单体电池采样泄电流不一致的问题，避免了各单体电池之间由于采样电路而产生电压压差的安全隐患，详细电路事理如图2所示，电阻R13、R15、R18、R19为本方案增加的电阻平衡网络。
图2 本文提出的增加了电阻平衡网络的电阻分压采样电路事理图
图3和图4分别为标注了电阻参数的现有电阻分压采样电路图和增加了电阻平衡网络的电阻分压采样电路事理图，通过详细履行例来解释本文提出的串联电池采样电路方案如何战胜电池组中各单体电池采样泄电流不一致的问题。为便于剖析，以4串磷酸铁锂电池为例，假设4节单体电池BAT1～BAT4最开始的电压和容量完备相同，电压均为3.2Vdc，各个电阻详细参数如图3和图4所示，两种采样方案中电阻分压网络部分电阻参数及分压比是相同，只是本方案中增加了由电阻R13、R15、R18、R19组成的电阻平衡网络。
图3 履行例中标注了电阻参数的现有电阻分压采样电路图
（一）现有电阻分压采样电路因采样泄电流不一致而产生电压压差的剖析和打算
在图3中，由基尔霍夫电压定律和电流定律可得如下电路方程：
IBAT1= IBAT2+I1；
I1=VBAT1/（R1+R2）=3.2Vdc/（10KΩ+10KΩ）=160uA；
IBAT2= IBAT3+I2；
I2=（VBAT1+ VBAT2）/（R4+R5）=（3.2Vdc+3.2Vdc） /（30KΩ+10KΩ）=160uA；
IBAT3= IBAT4+I3；
I3=（VBAT1+VBAT2+VBAT3）/（R7+R8）=（3.2Vdc+3.2Vdc+3.2Vdc） /（50KΩ+10KΩ）=160uA；
IBAT4= I4；
I4=（VBAT1+VBAT2+VBAT3+VBAT4）/（R10+R11）=（3.2Vdc+3.2Vdc+3.2Vdc+3.2Vdc）/（70KΩ+10KΩ）=160uA；
上述电路方程代换可得：
IBAT4= I4=160uA；
IBAT3= IBAT4+I3= I4+I3=320uA；
IBAT2= IBAT3+I2= I4+I3+I2=480uA；
IBAT1= IBAT2+I1=I4+I3+I2+I1=640uA；
由此可见，各单体电池采样泄电流大小不一样，第一节电池BAT1采样泄电流最大，第四节电池BAT4采样泄电流最小，两者相差4倍，约480uA。随着韶光推移，第一节电池和第四节电池之间电压和容量差异将会逐渐增大，按照这个采样泄电流差异大小可以估算出：经由三个月韶光储存和放置，容量相差将超过1Ah。
图4 履行例中标注了电阻参数的本方案电阻分压采样电路图
（二）本文提出的电阻分压采样电路肃清采样泄电流差异的事情机理与打算剖析
在图4中，电阻分压采样电路增加了电阻平衡网络，由基尔霍夫电压定律和电流定律可得如下电路方程：
IBAT1= IBAT2+I1；
I1= I12-I10=VBAT1/（R1+R2）- VBAT2/R13=3.2Vdc/（10KΩ+10KΩ）-3.2Vdc/20KΩ=0uA；
IBAT2= IBAT3+I2；
I2= I10+I11-I8=VBAT2/R13+（VBAT1+VBAT2）/（R14+R4+R5）-VBAT3/R15=3.2Vdc/20KΩ+（3.2Vdc+3.2Vdc） /（20KΩ+10KΩ+10KΩ）-3.2Vdc/10KΩ=0uA；
IBAT3= IBAT4+I3；
I3=I8+I9-I5-I6=VBAT3/R15+（VBAT1+VBAT2+VBAT3）/（R16+R17+R7+R8）-VBAT4/R18- VBAT4/R19=3.2Vdc/10KΩ+（3.2Vdc+3.2Vdc+3.2Vdc）/（20KΩ+20KΩ+10KΩ+10KΩ）-3.2Vdc/10KΩ-3.2Vdc/20KΩ=0uA；
IBAT4= I4；
I4= I5+I6+I7=VBAT4/R18+VBAT4/R19+（VBAT1+VBAT2+VBAT3+VBAT4）/（R20+R21+R22+R10+R11）=3.2Vdc/10KΩ+3.2Vdc/20KΩ+（3.2Vdc+3.2Vdc+3.2Vdc+3.2Vdc）/（20KΩ+20KΩ+20KΩ+10KΩ+10KΩ）=640uA；
上述电路方程代换可得：
IBAT4= I4=640uA；
IBAT3= IBAT4+I3= I4+I3=640uA；
IBAT2= IBAT3+I2= I4+I3+I2=640uA；
IBAT1= IBAT2+I1=I4+I3+I2+I1=640uA；
由此可见，本文增加电阻平衡网络后各单体电池采样泄电流大小变得相同，随着韶光推移，各单体电池之间不会产生电压和容量差异，可靠的担保了电池组中各单体电池的均衡同等性，有效的办理了现有电阻分压采样方法中存在的弊端和毛病。
以上电路方程均忽略了运放U1～U4输入级a～d的偏置电流影响，按照目前晶体牵制造工艺水平，若采取BJT为输入级的运放偏置电流一样平常为10nA～1uA，若采取MOSFET为输入级的运放偏置电流在pA数量级。图3和图4中各单体电池采样泄电流达到160uA，完备可以忽略运放输入级偏置电流的影响。本文中电阻网络参数只选取10KΩ和20KΩ，是为了减少电阻种类，只管即便选取同批次的电阻以担保参数同等性。
其余，利用电阻分压电路进行电池电压采样会存在电流花费问题，按照本文所述电路中电阻网络参数的选取值，各单体电池电流花费为640uA，如果选择电动自行车或者电动工具运用领域，配置10Ah电池额定容量，电池充满电后可以静置存放651天，约1.78年，完备可以忽略电阻分压采样电路所引入的能量花费。
由于锂离子电池在串联成组利用过程中，其安全保护是基于极度单体电池的保护事理，以是锂离子电池组最忌讳各单体电池之间的电压和容量不一致、不匹配，而且电压和容量差异还会随着韶光的推移和利用环境变革逐渐加大、恶化，终极造成电池组提前退役。
综上，本文针对目前广泛采取的串联电池电阻分压采样电路存在的毛病，提出了一种增加电阻平衡网络的电阻分压采样电路方法，只通过增加几个平衡电阻就彻底办理了电池组中各单体电池采样泄电流不一致的问题，避免了各单体电池之间由于采样电路而产生电压和容量差异的安全隐患，具有较大的实用代价。
