多節(jié)電池監(jiān)測電路及其系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種多節(jié)電池監(jiān)測電路及其系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，以電能為動力系統(tǒng)的交通工具得到越來越廣泛的使用，如:電動自行車、電動汽車、電動摩托車等，這些交通工具需要多節(jié)電池串聯(lián)來提供足夠高的電壓和足夠大的電流以保證其能夠正常運作。其中監(jiān)測電路被用于實時監(jiān)測動力汽車或電動汽車串聯(lián)電池串的每一節(jié)電池電壓，確保動力的持久性；
[0003]在監(jiān)測電路中η級電芯電壓具有不同電壓域，在對η級電芯電壓實時監(jiān)測的時，需要在不同電壓域之間切換，常見的電壓監(jiān)測電路需要高壓開關管和高壓采樣電容。，電路中若需要監(jiān)測電池CELLn的電壓，首先控制開關管SWn-1和公共開關管SW_con導通，其它開關管斷開，通過電容C的電荷量為Q = Vn-l*C;然后控制開關管SWn導通，其它開關管斷開，則由電荷守恒原理，得到VM端電壓為Vn-Vn-1，此時模數(shù)轉換器ADC工作實現(xiàn)對電池CELLn電壓的監(jiān)測；
[0004]但是，因為開關管SWO、SWl、……、SWn，和采樣電容C需要在不同電壓域轉換，所以η+ 1個開關管和電容C都需要承受高壓，因此開關管需要采用純高壓材料，其面積較大成本較高；因為電壓系數(shù)，電容C在不同電壓值時電容值隨電壓變化，非線性效應明顯。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述技術問題，一方面，本發(fā)明提供了一種多節(jié)電池監(jiān)測電路，
[0006]該電路包括:前級監(jiān)測電路、模數(shù)轉換器和控制電路;前級監(jiān)測電路用于將多級串聯(lián)電池的高壓電壓域模擬電壓信號轉換為低壓電壓域模擬電壓信號;模數(shù)轉換器用于將低壓電壓域的模擬電壓信號轉換成數(shù)字電壓信號;控制電路用于根據(jù)數(shù)字電壓信號生成控制信號，控制信號用于控制前級監(jiān)測電路和模數(shù)轉換器。
[0007]進一步的，前級監(jiān)測電路包括多個電池、與多個電池數(shù)量相應的多個電容、與多個電池數(shù)量相應的多組開關管，每組開關管包括上置開關管和下置開關管，以及公共開關管；多組開關管和所述公共開關管受控于控制電路;多個電池串聯(lián)連接，多個電池中的第一電池的第一端分別與公共開關管和多組開關管中第一組開關管的下置開關管連接;第一電池的第二端分別與第一組開關管的上置開關管和多組開關管中第二組開關管的下置開關管連接;除第一電池外，相鄰的兩個電池中的第一電池的第一端分別與相鄰的兩組開關管中第一組開關管的上置開關管和第二組開關管的下置開關管連接；電容串聯(lián)連接，多個電容中的第一電容的下極板分別與公共開關管的第二端，以及模數(shù)轉換器;第一電容的上極板分別與第一組開關管的上置開關管和第一組開關管下置開關管連接;除第一組開關管外的其它組開關管連接至多個電容中相應電容的上極板;在對第一電池進行監(jiān)測時，初始時刻，多組開關管均處于斷開狀態(tài);在第一預設時間段內，控制電路輸出的控制信號，控制所述第一組開關管中的下置開關管和公共開關管處于閉合狀態(tài)，第一組開關管中的上置開關管、其他多組開關管與模數(shù)轉換器處于斷開狀態(tài);在第二預設時間段內，控制電路輸出的控制信號，控制所述第一組開關管中的上置開關管和模數(shù)轉換器處于閉合狀態(tài);第一組開關管中的下置開關管與其他多組開關管處于斷開狀態(tài)。
[0008]進一步的，前級監(jiān)測電路還包括: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關管的下置開關管相連，參考電壓源的第二端通過公共開關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]進一步的，前級監(jiān)測電路還包括:運算放大器，運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關管的下置開關管相連，運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關管的一端連接，運算放大器的輸出端通過公共開關管連接至模數(shù)轉換器;運算放大器用于為第一電容的下極板電壓提供驅動能力。
[0010]進一步的，前級監(jiān)測電路還包括: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關管的下置開關管相連，參考電壓源的第二端與運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)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述的電路。
[0012]本發(fā)明實施例前級監(jiān)測電路通過2n+l個開關管，η-1個電容實現(xiàn)η節(jié)串聯(lián)電池電壓的監(jiān)測，過程中將串聯(lián)的各級CELL電壓由不同的電壓域全部轉換到低壓電壓域，然后在低壓域通過ADC和控制電路，實現(xiàn)了對η級電芯電壓的實時監(jiān)測；其中，通過2n+l個開關管共同作用，使每個開關管承受的最大電壓差不超過一個電池電壓，以及通過η-1個電容串聯(lián)連接方式，降低了每個電容耐壓要求，每個電容上下極板最大電壓不超過一個電池電壓，從而降低了所占芯片的面積;從而降低了因為高壓電容電壓系數(shù)引起的非線性，提高了系統(tǒng)監(jiān)測精度，降低了成本。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0014]圖1為現(xiàn)有技術中多節(jié)電池監(jiān)測電路的結構示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實施例提供的多級電池監(jiān)測電路的結構示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的監(jiān)測時序示意圖；
[00?8]圖5為圖3的另一種多級電芯監(jiān)測電路的內部結構不意圖；
[0019]圖6為本發(fā)明實施例提供的另一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖；
[0020]圖7為圖6的另一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的結構示意圖。如圖2所示，該多節(jié)電池監(jiān)測電路200包括:前級監(jiān)測電路210、模數(shù)轉換器ADC 220和控制電路230;模數(shù)轉換器ADC 220的輸入端連接至前級監(jiān)測電路210的輸出端，模數(shù)轉換器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監(jiān)測電路210的輸入端。
[0023]前級監(jiān)測電路210用于將多級串聯(lián)的電池電壓由不同的高壓電壓域轉換到將低壓電壓域;模數(shù)轉換器ADC 220用于將前級監(jiān)測電路210轉換輸出的低壓電壓域的模擬電壓信號轉換成數(shù)字電壓信號；控制電路230用于接收模數(shù)轉換器ADC 220輸出的數(shù)字電壓信號，控制前級監(jiān)測電路210中的開關單元與模數(shù)轉換器ADC 220以固定的時序工作。
[0024]本發(fā)明實施例中的前級監(jiān)測電路210，將多級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換到低壓電壓域，將低壓電壓域的電壓通過模數(shù)轉換器ADC 220和控制電路230，實現(xiàn)對多級電芯電壓的實時監(jiān)測。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖。如圖3所示，前級監(jiān)測電路210包括:N個電池CELL、N-1個電容、一個公共開關管SW_con和N組開關單
J L ο
[0026]其中，N個電池CELL串聯(lián)連接，第一電池CELL的負極接地;N-1個電容串聯(lián)連接，第一電容Cl的下極板通過公共開關管接地；
[0027]第一組開關單元的第一輸入端與第一電池CELL的負極相交，第二輸入端連接至第一電池CELL正極與第二電池CELL負極的交點，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；
[0028]第二組開關單元的第一輸入端連接至第一組開關單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第二電池CELL正極與第三電池CELL負極的交點，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；
[0029]第三組開關單元的第一輸入端連接至第二組開關單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第三電池CELL正極與第四電池CELL負極的交點，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；
[0030]以此類推，第N組開關單元的第一輸入端連接至第N-1組開關單元的第二輸入端，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，每組開關單元包括兩個開關管，每個開關管都含有三端；以第一組開關單元為例，第一組開關單元包括;開關管SWl_dn的第一端為第一組開關單元的第一輸入端，第二端為第一組開關單元的輸出端，第三端連接至控制電路230的輸出端;開關管SWl_up的第一端為第一組開關單元的第二輸入端，第二端連接至開關管SWl_dn的第二端，即第二端為第一組開關單元的輸出端，第三端連接至控制電路230的輸出端;其他開關單元的內部連接方式與第一組開關單元相同，這里不再贅述。
[0032]前級監(jiān)測電路210中第一電容Cl的下極板通過模數(shù)轉換器ADC220與控制電路230相連。需要說明的是，開關單元中的開關管包括但不限制于PMOS管和NMOS管。
[0033]圖4為本發(fā)明實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的監(jiān)測時序示意圖。結合圖4詳述監(jiān)測電路的工作原理。如圖4所示，公共開關管SW_con與N組開關單元中的開關管通過控制電路230輸出的控制信號進行開啟和關斷，其中，開關管的第三端接收高電平有效，在控制電路230的作用下，前級監(jiān)測電路210中的公共開關管SW_con進行周期性變化；當N組開關單元中的開關管SWl_up—SWn_up變?yōu)楦唠娖綍r，模數(shù)轉換器ADC 220將被觸發(fā)進行工作。
[0034]結合圖4的監(jiān)測時序圖通過監(jiān)測圖3中第一電池CELLl、第四電池CELL4和第η電池