串联电池 电压检测电路的精度研究

根据分析可知，电压检测的误差主要分为以下几个部分：（1）光电继电器AQW216上的压降；（2）电压检测电路的偏差；（3）采样系统的偏差，主要包括基准源的电压偏差以及采样误差。

（1）光电继电器的误差。光电继电器的特性，受温度和导通内阻的影响都较多，为了验证光电继电器导致的测量误差，在不同温度调节下对光电继电器和电压检测电路进行了实验，在光电继电器上压降如图3所示，可以看出测试电压越高，光电继电器上的压降越大，最大差异约6mV左右，而温度越高，压降也越大，最大差异约7mV左右。

图3 不同温度下光耦压降图

(2) 电压检测电路的误差。电压检测电路中的误差主要来自于电阻对的偏差以及三极管的偏差。对电压检测电路在不同温度下的放大倍数进行了实验，结果如图4所示。

图4 电压检测电路放大倍数不同温度对照图

(3) 采样系统的测量误差。由于采样系统存在着一定的采样偏差，可以通过一些软件滤波来减小，本实验中已经采用的是中值滤波，即对同样的值连续采样10次，去掉最大值和最小值，再取平均，不同温度下的采样误差如图5所示。

图5 不同温度下采样电路误差图

4 实验结果和分析

通过上述的实验结果可知，在常温工作中影响电池组电压检测精度的主要因素是光电继电器，而在不同温度下影响检测精度的主要因素是光电继电器和采样系统的偏差。可以看出光电继电器是影响电压检测精度的主要因素，而在实际应用中这部分往往被忽视，而仅仅关注于电压检测电路的误差，从而造成了测量精度的较大偏差。

光电继电器部分的检测误差不仅随着温度变化，同时也随着被测量的电压值变化，从图3中可以看到，同一测量温度下，1V与4V的被测量电压之间的测量误差达到12mV。从图5中可以看到，而采样系统的误差仅仅同温度有关，而与被测量电压值无关。

可以看出采样系统的误差相对于常温，高温和低温的偏向为同一方向，因此无法用直线拟合，可以通过温度分段解决。电压检测电路部分的误差也可以通过校正来减少，而光电继电器部分的误差较大，可以通过电子开关来取代，如图6所示，而且光电继电器的导通和关断时间都较长，一般都需要保证在0.5mS以上，因此一次采样中仅光电继电器的控制时间就达到1ms，影响了采样的速度，而采用了电子开关后导通和关断的时间都非常快，可大幅提高采样的速度，图6中由于MOSFET管M1的源栅极最大电压一般在20V，而电池组中很多单体电池电压相对于电池组的地已经超过了20V，电阻R7、R8和R9通过分压来保证M1的安全，在实际使用中，为了提高系统的可靠性，防止由于电阻R7、R8的虚焊或者漏焊导致M1被击穿，电阻R7、R8一般采用并联的方式。

图6 电子开关原理图

通过以上的措施后，并在实验数据处理中，采用温度分段模式，用来校正电压检测电路以及采样系统的误差，可提高电压检测的精度，实验结果表明常温下实际电压测量误差小于5mV。

5 结论

本文通过对文献[2]的电压检测电路中的电流源型电路进行了有效改进，并通过实验来分析导致电压检测误差的因素，结果显示光电继电器是一个主要的影响因素。因此通过一种简单实用的电子开关来取代光电继电器，并通过温度分段校正来减少电压检测电路和采样系统的误差，从而大幅提高了电压检测的精度。本文的提出的检测电路简单，成本低，测量精度高，具有很好的实用价值。