采集方法中电池单体电压采集是动力电池组管理系统中的重要一环，其性能好坏或精度高低决定了系统对电池状态信息判断的准确程度，并进一步影响了后续的控制策略能否有效实施。常用的单体电压采集方法有五种。

（1）继电器阵列法 图4-2所示为基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理框图，由继电器阵列、A/D转换芯片、光耦、多路模拟开关等组成。如果需要测量n块串联成组电池的端电压，就需要将n+1根导线引入电池组中各节点。当测量第m块电池的端电压时，单片机发出相应的控制信号，通过多路模拟开关、光耦和继电器驱动电路选择相应的继电器，将第m和m+1根导线引入到A/D转换芯片。通常开关器件的电阻都比较小，配合分压电路之后，由于开关器件的电阻所引起的误差几乎可以忽略不计，而且整个电路结构简单，只有分压电阻和模数转换芯片还有电压基准的精度能够影响最终结果的精度，通常电阻和芯片的误差都可以做得很小。所以，在所需要测量的电池单体电压较高而且对精度要求也高的场合最适合使用继电器阵列法。

（2）恒流源法 恒流源电路进行电池电压采集的基本原理是，在不使用转换电阻的前提下，将电池端电压转化为与之呈线性变化关系的电流信号，以此提高系统的抗干扰能力。在串联电池组中，由于电池端电压（电池组相邻两节点间的电压差）存在，故要求恒流源电路具有很好的共模抑制能力，一般在设计过程中多选用集成运算放大器来达到此种目的。

出于设计思路和应用场合的不同，恒流源电路会有多种不同形式，如图4-3所示即为其中一种，它是由运算放大器和绝缘栅型场效应晶体管组合构成的减法运算恒流源电路。

图4-2 基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理框图

图4-3 运算放大器和场效应晶体管组合构成的减法运算恒流源电路

由运算放大器的结构可知，该电路是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路，其输入级采用差动放大电路，并集成在同一硅片上，故两者的性能匹配非常好，且中间级具有很高的放大能力。由差动电路原理可知，这种电路具有很强的共模信号抑制能力，所以在用运算放大器对电池组的单体电压进行测量时，由于高的共模抑制性和放大能力，测量精度将会得到提高。

绝缘栅型场效应晶体管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，当其工作在可变电阻区时，输出量漏极电流I与输入量漏源电压U_dS呈线性关系，且管子的栅源间阻抗很高，造成的漏电流很小，而漏源间导通电阻很小，造成的导通压降很低。

（3）隔离运放采集法 隔离运算放大器是一种能够对模拟信号进行电气隔离的电子元件，广泛用作工业过程控制中的隔离器和各种电源设备中的隔离介质。一般由输入和输出两部分组成，二者单独供电，并以隔离层划分，信号经输入部分调制处理后经过隔离层，再由输出部分解调复现。隔离运算放大器非常适合应用于电池单体电压采集电路中，它能将输入的电池端电压信号与电路隔离，从而避免了外界干扰而使系统采集精度提高，可靠性增强。(www.daowen.com)

（4）压/频转换电路采集法 当利用压频（U/f）转换电路实现电池单体电压采集功能时，压/频变换器的应用是关键，它是把电压信号转换为频率信号的元件，具有良好的精度、线性度和积分输入等特点。

如图4-4所示为压/频转换器LM331用作高精度压/频转换的电路原理图，LM331是美国FS公司生产的高性价比集成U/f芯片，它采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围以内和电源电压低到4.0V都有极高的精度。

该采集方法中，电压信号直接被转换为频率信号，随即就可以进入单片机的计数器端口进行处理，而不需A/D转换。此外，为了配合压/频转换电路在电池单体电压采集系统中的应用，相应选择电路和运算放大电路也需加以设计，以实现多路采集的功能。这种方法所涉及的元件比较少，但是压控振荡器中含有电容器，而电容器的相对误差一般都比较大，而且电容越大相对误差也越大。

（5）线性光耦合放大电路采集法 基于线性光耦合器件的电池单体电压采集电路实现了信号采集端和处理端之间的隔离，从而提高了电路的稳定性与抗干扰能力。

图4-4 压/频转换器LM331用作高精度压/频转换的电路原理图

图4-5中线性光耦TIL300由一个利用红外LED照射而分叉配置的隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成，并采用特殊工艺技术来补偿LED时间和温度特性的非线性，使输出信号与LED发出的伺服光通量呈线性比例。TIL300具有3500V的峰值隔离度，带宽大于200kHz，适合直流与交流信号的隔离放大，并且输出增益稳定度为±0.05%/℃。从图中不难看出，电池单体电压值（即U₁与U₂之差）经运算放大器A₁后被转化为电流信号I_P1并流过线性光耦TIL300，经光电隔离后输出与I_P1呈线性关系的电流量I_P2，再由运算放大器A₂转化为电压值得以进行A/D转换并完成采集。值得注意的是，线性光耦两端需要使用不同的独立电源，在图中分别标示为1V_CC+和2V_CC+。可见，线性光耦合放大电路不仅具有很强的隔离能力和抗干扰能力，还使模拟信号在传输过程中保持了较好的线性度，因此可以与继电器阵列或选通电路配合应用于多路采集系统中，但其电路相对较复杂，影响精度的因素较多。

图4-5 基于线性光耦合元件TIL300的电池单体电压采集电路原理图