随着新能源技术的发展，电动车、储能系统、无人机等领域对锂电池组的依赖日益增强。为了确保电池组安全运行、提升系统性能、延长使用寿命，对串联电池组的电压检测显得尤为重要。由于电池组通常由多个单体电池串联组成，必须实现对每个单体电池电压的精准检测与实时监控，以防止过充、过放或不均衡。

本文将围绕串联电池组电压检测电路展开深入研究，从系统结构、关键电路方案、典型器件选择、信号采集方法到实际应用场景分析，提供具有工程实用性的解决思路。

二、串联电池组电压检测的技术挑战

1. 高共模电压问题

在串联电池组中，越靠近正极的电池，其对地电位越高。在检测高电位电池的单体电压时，常规测量电路会受到高共模干扰，容易导致测量误差或电路击穿。

2. 多通道同步采样

对于大容量、高功率的电池组（如48V、72V或更高），往往包含数十节串联电池。要实现多通道同步或高速轮询采样，对采集电路的通道隔离性和响应速度提出了较高要求。

3. 电压检测的隔离与通信

如何在保障采样精度的同时，通过**隔离通信方式（如SPI、CAN或UART）**将电池电压信息传输至主控系统，是系统设计中的关键难点。

三、电压检测电路结构研究

1. 电阻分压方式（基础型）

电阻分压是最简单的一种检测方式。通过在每节电池两端串联一个电阻分压网络，并用ADC读取其分压值，结合比例关系计算单体电压。

优点：

• 成本低，电路简单

• 易于实现

缺点：

• 不适用于高压系统

• 存在测量误差、漏电流损耗

• 无法实现精确隔离

2. 多路差分放大电路

使用多个高输入阻抗的差分放大器（如OPAx333）分别采集每节电池的两端电压，并统一接入ADC通道采样。

优点：

• 可提升测量精度

• 抗共模干扰能力强

缺点：

• 成本上升

• 放大器需匹配输入共模范围

3. 光电隔离采样方案

采用光耦或数字隔离芯片（如ISO1540）进行信号隔离，将采样结果传输至主控MCU。

优点：

• 强电隔离

• 提高系统安全性

缺点：

• 电路复杂度高

• 通信速率受限

4. 专用电池管理芯片（BMS IC）

如Texas Instruments的bq769x0系列，Analog Devices的LTC6804等，这些专用芯片集成了多通道采样ADC、均衡控制、通信接口等功能，支持高压串联电池组管理。

优点：

• 功能集成度高

• 支持堆叠（最多采样96节以上）

• 带均衡功能

缺点：

• 芯片价格相对较高

• 需配套固件开发

四、电压检测电路的关键器件选择

1. 高精度ADC（模数转换器）

建议选用分辨率为12位及以上的ADC芯片，如ADS1115（16位）、MCP3208（12位），以提升检测精度。

2. 运算放大器

应选择低输入偏置电流、低温漂、宽共模电压范围的放大器。例如：

• OPAx192（TI）

• LM358（经济型）

3. 多通道模拟开关/多路复用器

如74HC4051、CD4052等，适合多节电池的轮询采样架构。

4. 隔离器件

数字隔离芯片如ISO7741、光耦如PC817等，可实现电气隔离，提升系统可靠性。

五、电压检测电路的典型设计方案

方案一：差分放大 + 模拟多路复用 + MCU采样

• 每两节电池之间设置一个差分放大器

• 利用模拟多路开关轮询连接ADC通道

• 通过STM32、ESP32等MCU进行数据采样与处理

适用于中低压、对成本敏感的应用场景，如小型电动工具、低压储能系统。

方案二：专用BMS芯片 + CAN通信

• 使用如LTC6811进行多通道检测

• 支持电池组均衡、电压/温度采集

• 主控通过CAN通信读取数据

适用于高压大容量电池组，如新能源汽车、电动船舶、工商业储能系统。

六、串联电池组电压检测的实际应用案例

1. 新能源汽车电池包

使用LTC6813芯片，实现对96节串联锂电池的实时监控。通过CAN通信上传数据至主控，主控分析后进行保护与均衡控制。

2. 储能电池柜系统

采用多片bq76940级联，结合STM32主控，实现对电池电压、电流、温度的综合监测，确保系统在离网/并网状态下都可稳定运行。

3. 无人机动力电池检测

使用简化方案：电阻分压 + 高速ADC，实现轻量级电压检测，有效控制成本并满足飞控对电池状态的快速响应需求。

七、优化设计建议与发展趋势

1. 借助AI算法进行电池状态预测

结合电压检测数据与温度、电流信息，使用神经网络等AI算法预测电池寿命与健康状态（SOH），提升系统智能化水平。

2. 无线BMS（wBMS）方案崛起

通过无线方式（如BLE、Sub-GHz RF）采集电池电压，减少线束数量，提升布线灵活性和系统扩展性。

3. 集成化、模块化设计趋势

未来电压检测电路将向更高集成度、更小封装尺寸、更强通信能力方向发展，如集成ADC+放大器+隔离+通信模块的System-in-Package（SiP）方案。

八、结论

串联电池组电压检测是电池管理系统（BMS）中的核心环节，直接关系到系统的安全性、可靠性与使用寿命。从最基础的电阻分压法，到差分放大、光电隔离，再到集成化BMS芯片方案，电压检测电路方案日益丰富，适应各种不同应用场景。

在设计串联电池组电压检测电路时，工程师需要根据电池数量、系统电压、测量精度、通信方式、成本预算等多方面因素进行综合权衡，选择最优解决方案。未来，随着智能化和无线化趋势加速发展，串联电池组电压检测技术也将不断演进，为能源管理带来更广阔的可能。