目前，“低碳生活”、“节能减排”已成为社会生活的主旋律和最时尚的流行语，在大力倡导低碳经济和建设生态文明的时代背景下，以锂离子电池为代表的清洁能源迅速崛起，逐步走进我们的日常生活之中，广泛应用于电动汽车、家庭储能、电动工具、通讯基站及分布式微电 等领域。但是，锂离子电池内部电化学特性不同于铅酸蓄电池，在充放电过程中，必须要对电池电压进行实时采样、监测和控制保护，以杜绝电池出现过压、欠压等伤害性事件甚至发生燃烧、爆炸等恶性事故。
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，均难以满足用电设备几十伏甚至几百伏的电压，实际应用中需要把若干电池进行串联成组，才能满足电压平台要求。而锂离子电池的安全保护是基于极端单体电池保护原理，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，切断充电回路；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，切断放电回路。这些数量庞大的单体电芯在工作过程中均需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，技术层面上针对锂离子电池电压的采集方案主要有两种，其一是专用的模拟前端（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相比AFE采集芯片具有成本低廉、应用方便和开发周期短的优势，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使用，图1为现阶段广泛采用的基于电阻分压采样原理的典型电路图。
图1 基于电阻分压采样原理的典型电路图
利用电阻分压电路进行串联电池电压采样的原理，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原理图中，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的采样值可以计算得到第一节电池BAT1的电压，ADC2的采样值减去ADC1的采样值可以计算得到第二节电池BAT2的电压，ADC3的采样值减去ADC2的采样值可以计算得到第三节电池BAT3的电压，ADC4的采样值减去ADC3的采样值可以计算得到第四节电池BAT4的电压。F1～F4是正温度系数的可恢复保险丝，用于线路过电流保护；C1、C3、C5、C7是分压电阻滤波电容，用于滤除高频噪声和干扰；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，保证采样精度；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干扰，保证进入ADC电压信号的干净与纯洁；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缺陷，它会导致串联电池组中每节单体电池的采样漏电流不一样，越靠近电池组总负极的单体电池采样漏电流越大。随着时间推移，因采样漏电流差异最终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、放电不空的故障现象，严重影响电池组的储能备电时间和续航里程。解决现有电池电压采样方法上述问题的技术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。
图3 实施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漏电流不一致而产生电压压差的分析和计算
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，各单体电池采样漏电流大小不一样，第一节电池BAT1采样漏电流最大，第四节电池BAT4采样漏电流最小，两者相差4倍，约480uA。随着时间推移，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，按照这个采样漏电流差异大小可以估算出：经过三个月时间储存和放置，容量相差将超过1Ah。
图4 实施例中标注了电阻参数的本方案电阻分压采样电路图
在图4中，电阻分压采样电路增加了电阻平衡 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；
因为锂离子电池在串联成组使用过程中，其安全保护是基于极端单体电池的保护原理，所以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时间的推移和使用环境变化逐渐加大、恶化，最终造成电池组提前退役。
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