2、信號調理電路設計

由于圖2中的線5和6上既存在有用的差分信號也存在共模信號，為了能夠抑制共模信號的影響，采用差分放大電路對差模信號進行放大，其電路如圖3所示。根據(jù)運算放大器的特性，得到電路的輸出信號與輸入信號關系為：

這里取R1 = R2 =10 kΩ，R3 = R4 = 5 kΩ，R1、R2、R3、R4均為精密電阻，因此有：

由于差模信號V+-V-可正(測量偶數(shù)標號電池)可負(測量奇數(shù)標號電池)，所以必須提高Vref 以便進行模數(shù)轉換。

圖3 差分放大電路

從上述分析可以看出，整個信號調理電路只需要4個精密電阻和一個運算放大器，非常簡潔，而且運算放大只有在需要測量時才與相應的電池相連，不存在文獻[5]提到的漏電流問題。

3、開關矩陣的設計與優(yōu)化

開關矩陣由光耦AQW214EH構成，它具有導通電阻極小，速度快的優(yōu)點，如圖4所示。一個芯片內部集成了兩個具有光電隔離的開關，通過微處理器的I/O電平可以實現(xiàn)開和關。

圖4 光電繼電器電路

由圖2可以看出，當電池組有n個單體電池時，需要n+1個開關，如果每個開關用1個處理器I/O控制，則整個電路需要占用n+1個I/O,當單體電池數(shù)目較多的時候，普通的微處理器沒有辦法承擔。所以必須用更少的I/O數(shù)量來實現(xiàn)，在此，筆者使用了分時復用的辦法。下面以電池組有20個單體電池的情況為例進行說明。

在沒有分時復用時，需要占用21個I/O口?，F(xiàn)在把電池組分成兩半，設計出新的開關陣，如圖5.第一部分為1~10號電池，第二部分為11~20號電池。給每個電池端設置一個開關(SB1~SB11,SB12~SB22)，分別對單個電池進行選通，同時給每一組電池設置總開關(SB23~SB24,SB25~SB26)，來選通第一或第二組電池。開關SB1~SB11和SB12~SB22就可以對應占用相同的微處理器I/O口，即I/O0~I/O10,從而總占用I/O就由21個減少到15個(包括4個總開關I/O)。當測量1號電池時，I/O0和I/O1為低電平，SB1、SB2、SB12、SB13閉合，同時閉合SB23、SB24,斷開SB25、SB26,則1號電池端電壓進入測量總線V+、V-,經(jīng)過差分放大、模數(shù)轉換后便可算出端電壓，而SB12、SB13雖然閉合，卻沒有任何影響。同理，當測量11號電池電壓時，閉合SB1、SB2、SB12、SB13,同時閉合SB25、SB26,斷開SB23、SB24.測量其他電池時也進行類似處理。

圖5 開關矩陣