多節(jié)電池監(jiān)測(cè)電路及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多節(jié)電池監(jiān)測(cè)電路及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，以電能為動(dòng)力系統(tǒng)的交通工具得到越來(lái)越廣泛的使用，如:電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)等，這些交通工具需要多節(jié)電池串聯(lián)來(lái)提供足夠高的電壓和足夠大的電流以保證其能夠正常運(yùn)作。其中監(jiān)測(cè)電路被用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力汽車(chē)或電動(dòng)汽車(chē)串聯(lián)電池串的每一節(jié)電池電壓，確保動(dòng)力的持久性；
[0003]在監(jiān)測(cè)電路中η級(jí)電芯電壓具有不同電壓域，在對(duì)η級(jí)電芯電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的時(shí)，需要在不同電壓域之間切換，常見(jiàn)的電壓監(jiān)測(cè)電路需要高壓開(kāi)關(guān)管和高壓采樣電容。，電路中若需要監(jiān)測(cè)電池CELLn的電壓，首先控制開(kāi)關(guān)管SWn-1和公共開(kāi)關(guān)管SW_con導(dǎo)通，其它開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，通過(guò)電容C的電荷量為Q = Vn-l*C;然后控制開(kāi)關(guān)管SWn導(dǎo)通，其它開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，則由電荷守恒原理，得到VM端電壓為Vn-Vn-1，此時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC工作實(shí)現(xiàn)對(duì)電池CELLn電壓的監(jiān)測(cè)；
[0004]但是，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管SWO、SWl、……、SWn，和采樣電容C需要在不同電壓域轉(zhuǎn)換，所以η+ 1個(gè)開(kāi)關(guān)管和電容C都需要承受高壓，因此開(kāi)關(guān)管需要采用純高壓材料，其面積較大成本較高；因?yàn)殡妷合禂?shù)，電容C在不同電壓值時(shí)電容值隨電壓變化，非線(xiàn)性效應(yīng)明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，一方面，本發(fā)明提供了一種多節(jié)電池監(jiān)測(cè)電路，
[0006]該電路包括:前級(jí)監(jiān)測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和控制電路;前級(jí)監(jiān)測(cè)電路用于將多級(jí)串聯(lián)電池的高壓電壓域模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低壓電壓域模擬電壓信號(hào);模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將低壓電壓域的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào);控制電路用于根據(jù)數(shù)字電壓信號(hào)生成控制信號(hào)，控制信號(hào)用于控制前級(jí)監(jiān)測(cè)電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0007]進(jìn)一步的，前級(jí)監(jiān)測(cè)電路包括多個(gè)電池、與多個(gè)電池?cái)?shù)量相應(yīng)的多個(gè)電容、與多個(gè)電池?cái)?shù)量相應(yīng)的多組開(kāi)關(guān)管，每組開(kāi)關(guān)管包括上置開(kāi)關(guān)管和下置開(kāi)關(guān)管，以及公共開(kāi)關(guān)管；多組開(kāi)關(guān)管和所述公共開(kāi)關(guān)管受控于控制電路;多個(gè)電池串聯(lián)連接，多個(gè)電池中的第一電池的第一端分別與公共開(kāi)關(guān)管和多組開(kāi)關(guān)管中第一組開(kāi)關(guān)管的下置開(kāi)關(guān)管連接;第一電池的第二端分別與第一組開(kāi)關(guān)管的上置開(kāi)關(guān)管和多組開(kāi)關(guān)管中第二組開(kāi)關(guān)管的下置開(kāi)關(guān)管連接;除第一電池外，相鄰的兩個(gè)電池中的第一電池的第一端分別與相鄰的兩組開(kāi)關(guān)管中第一組開(kāi)關(guān)管的上置開(kāi)關(guān)管和第二組開(kāi)關(guān)管的下置開(kāi)關(guān)管連接；電容串聯(lián)連接，多個(gè)電容中的第一電容的下極板分別與公共開(kāi)關(guān)管的第二端，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器;第一電容的上極板分別與第一組開(kāi)關(guān)管的上置開(kāi)關(guān)管和第一組開(kāi)關(guān)管下置開(kāi)關(guān)管連接;除第一組開(kāi)關(guān)管外的其它組開(kāi)關(guān)管連接至多個(gè)電容中相應(yīng)電容的上極板;在對(duì)第一電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，初始時(shí)刻，多組開(kāi)關(guān)管均處于斷開(kāi)狀態(tài);在第一預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，控制電路輸出的控制信號(hào)，控制所述第一組開(kāi)關(guān)管中的下置開(kāi)關(guān)管和公共開(kāi)關(guān)管處于閉合狀態(tài)，第一組開(kāi)關(guān)管中的上置開(kāi)關(guān)管、其他多組開(kāi)關(guān)管與模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于斷開(kāi)狀態(tài);在第二預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，控制電路輸出的控制信號(hào)，控制所述第一組開(kāi)關(guān)管中的上置開(kāi)關(guān)管和模數(shù)轉(zhuǎn)換器處于閉合狀態(tài);第一組開(kāi)關(guān)管中的下置開(kāi)關(guān)管與其他多組開(kāi)關(guān)管處于斷開(kāi)狀態(tài)。
[0008]進(jìn)一步的，前級(jí)監(jiān)測(cè)電路還包括:參考電壓源，參考電壓源的第一端分別與第一電池的第一端和所述第一組開(kāi)關(guān)管的下置開(kāi)關(guān)管相連，參考電壓源的第二端通過(guò)公共開(kāi)關(guān)管連接至第一電容的下極板;參考電壓源用于為第一電容提供最小電壓。
[0009]進(jìn)一步的，前級(jí)監(jiān)測(cè)電路還包括:運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的正向輸入端分別與第一電池的第一端和所述第一組開(kāi)關(guān)管的下置開(kāi)關(guān)管相連，運(yùn)算放大器的反向輸入端分別與第一電容的下極板和公共開(kāi)關(guān)管的一端連接，運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)公共開(kāi)關(guān)管連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器;運(yùn)算放大器用于為第一電容的下極板電壓提供驅(qū)動(dòng)能力。
[0010]進(jìn)一步的，前級(jí)監(jiān)測(cè)電路還包括:參考電壓源，參考電壓源的第一端分別與第一電池的第一端和所述第一組開(kāi)關(guān)管的下置開(kāi)關(guān)管相連，參考電壓源的第二端與運(yùn)算放大器的正向輸入端連接;參考電壓源用于為所述第一電容提供最小電壓。
[0011]另一方面，本發(fā)明提供了一種多節(jié)電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述的電路。
[0012]本發(fā)明實(shí)施例前級(jí)監(jiān)測(cè)電路通過(guò)2n+l個(gè)開(kāi)關(guān)管，η-1個(gè)電容實(shí)現(xiàn)η節(jié)串聯(lián)電池電壓的監(jiān)測(cè)，過(guò)程中將串聯(lián)的各級(jí)CELL電壓由不同的電壓域全部轉(zhuǎn)換到低壓電壓域，然后在低壓域通過(guò)ADC和控制電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)η級(jí)電芯電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；其中，通過(guò)2n+l個(gè)開(kāi)關(guān)管共同作用，使每個(gè)開(kāi)關(guān)管承受的最大電壓差不超過(guò)一個(gè)電池電壓，以及通過(guò)η-1個(gè)電容串聯(lián)連接方式，降低了每個(gè)電容耐壓要求，每個(gè)電容上下極板最大電壓不超過(guò)一個(gè)電池電壓，從而降低了所占芯片的面積;從而降低了因?yàn)楦邏弘娙蓦妷合禂?shù)引起的非線(xiàn)性，提高了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度，降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中多節(jié)電池監(jiān)測(cè)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的監(jiān)測(cè)時(shí)序示意圖；
[00?8]圖5為圖3的另一種多級(jí)電芯監(jiān)測(cè)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7為圖6的另一種多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該多節(jié)電池監(jiān)測(cè)電路200包括:前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220和控制電路230;模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220的輸入端連接至前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210的輸出端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220的輸出端連接至控制電路230的輸入端，控制電路230的輸出端連接至前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210的輸入端。
[0023]前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210用于將多級(jí)串聯(lián)的電池電壓由不同的高壓電壓域轉(zhuǎn)換到將低壓電壓域;模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220用于將前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210轉(zhuǎn)換輸出的低壓電壓域的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)；控制電路230用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220輸出的數(shù)字電壓信號(hào)，控制前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210中的開(kāi)關(guān)單元與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220以固定的時(shí)序工作。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例中的前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210，將多級(jí)電芯電壓由不同的高壓電壓域，根據(jù)電荷守恒原理全部轉(zhuǎn)換到低壓電壓域，將低壓電壓域的電壓通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220和控制電路230，實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)電芯電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210包括:N個(gè)電池CELL、N-1個(gè)電容、一個(gè)公共開(kāi)關(guān)管SW_con和N組開(kāi)關(guān)單
J L ο
[0026]其中，N個(gè)電池CELL串聯(lián)連接，第一電池CELL的負(fù)極接地;N-1個(gè)電容串聯(lián)連接，第一電容Cl的下極板通過(guò)公共開(kāi)關(guān)管接地；
[0027]第一組開(kāi)關(guān)單元的第一輸入端與第一電池CELL的負(fù)極相交，第二輸入端連接至第一電池CELL正極與第二電池CELL負(fù)極的交點(diǎn)，輸出端連接至第一電容Cl的上極板與第二電容C2的下極板的交點(diǎn)；
[0028]第二組開(kāi)關(guān)單元的第一輸入端連接至第一組開(kāi)關(guān)單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第二電池CELL正極與第三電池CELL負(fù)極的交點(diǎn)，輸出端連接至第一電容Cl的上極板與第二電容C2的下極板的交點(diǎn)；
[0029]第三組開(kāi)關(guān)單元的第一輸入端連接至第二組開(kāi)關(guān)單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第三電池CELL正極與第四電池CELL負(fù)極的交點(diǎn)，輸出端連接至第二電容C2的上極板與第三電容C3的下極板的交點(diǎn)；
[0030]以此類(lèi)推，第N組開(kāi)關(guān)單元的第一輸入端連接至第N-1組開(kāi)關(guān)單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第N電池CELL正極，輸出端連接至第N-1電容C N-1的上極板。
[0031]其中，每組開(kāi)關(guān)單元包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，每個(gè)開(kāi)關(guān)管都含有三端；以第一組開(kāi)關(guān)單元為例，第一組開(kāi)關(guān)單元包括;開(kāi)關(guān)管SWl_dn的第一端為第一組開(kāi)關(guān)單元的第一輸入端，第二端為第一組開(kāi)關(guān)單元的輸出端，第三端連接至控制電路230的輸出端;開(kāi)關(guān)管SWl_up的第一端為第一組開(kāi)關(guān)單元的第二輸入端，第二端連接至開(kāi)關(guān)管SWl_dn的第二端，即第二端為第一組開(kāi)關(guān)單元的輸出端，第三端連接至控制電路230的輸出端;其他開(kāi)關(guān)單元的內(nèi)部連接方式與第一組開(kāi)關(guān)單元相同，這里不再贅述。
[0032]前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210中第一電容Cl的下極板通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC220與控制電路230相連。需要說(shuō)明的是，開(kāi)關(guān)單元中的開(kāi)關(guān)管包括但不限制于PMOS管和NMOS管。
[0033]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多級(jí)電池監(jiān)測(cè)電路的監(jiān)測(cè)時(shí)序示意圖。結(jié)合圖4詳述監(jiān)測(cè)電路的工作原理。如圖4所示，公共開(kāi)關(guān)管SW_con與N組開(kāi)關(guān)單元中的開(kāi)關(guān)管通過(guò)控制電路230輸出的控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)斷，其中，開(kāi)關(guān)管的第三端接收高電平有效，在控制電路230的作用下，前級(jí)監(jiān)測(cè)電路210中的公共開(kāi)關(guān)管SW_con進(jìn)行周期性變化；當(dāng)N組開(kāi)關(guān)單元中的開(kāi)關(guān)管SWl_up—SWn_up變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 220將被觸發(fā)進(jìn)行工作。
[0034]結(jié)合圖4的監(jiān)測(cè)時(shí)序圖通過(guò)監(jiān)測(cè)圖3中第一電池CELLl、第四電池CELL4和第η電池