电池测量电路、系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池测量电路、系统及方法，用于测量电池组内电池单元的单元电压。该电池测量电路包括：测量电路，包括第一端口及第二端口，第一端口通过第一电阻与电池单元的正端耦合，第二端口通过第二电阻与电池单元的负端耦合，其中，测量电路消耗第一电流及第二电流；电流产生器，与电池单元耦合，用于根据第一电流产生第一补偿电流；其中，第一补偿电流禁用时，测量电路接收第一端口与第二端口间的第一电压差；第一补偿电流启用时，测量电路接收第一端口与第二端口间的第二电压差；测量电路根据第一电压差及第二电压差计算电池单元的单元电压。本发明可减轻或消除第一电阻上的电压降对单元电压的测量造成的负面影响。
【专利说明】电池测量电路、系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池测量电路、系统及方法。
【背景技术】
[0002]图1所示为一种传统的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路100的示意图。电池测量电路100包括电池组110、电平转移电路120、电阻组130、电容组180、测量单元140、电流产生器160及开关组170。如图1所示，电池组110包括串联耦合的电池单元111至电池单元113。电阻组130包括电阻131至电阻134。电容组180包括电容182、电容184及电容186。电阻组130及电容组180用于过滤在电池组110和开关组170之间传输的信号上的噪声。开关组170用于从电池单元111至电池单元113中选择电池单元。电平转移电路120用于提供正比于所选电池单元的单元电压的转移电压。测量单元140用于根据电平转移电路120产生的转移电压计算所选电池单元的单元电压。
[0003]电平转移电路120消耗电池组110的电流。例如，选中电池单元111时，电平转移电路120消耗电流I’ emsl及电流I’ _s2。电流I’ consl从电池单元111的正端流出，流经电阻131及开关组170，流向电平转移电路120。电流I’ _s2从电池单元111的负端流出，流经电阻132及开关组170，流向电平转移电路120。电阻131及电阻132上的电压降对单元电压测量的准确性会产生负面影响。为减轻上述负面影响，电流产生器160产生补偿电流Fc0mp2o补偿电流1’。。_2流经电平转移电路120、开关组170及电阻132，流向电池单元111的负端。因此，如补偿电流I’ comp2与电流I’ cons2基本相等，则可忽略电阻132上的电压降。
[0004]然而，电池单元111的正端电压与电流产生器160的供电电压之间的差值可能过小，以致电流产生器160不能产生流进电池单元111正端的补偿电流以补偿电阻131上的电压降。因而，电阻131上的电压降仍然会对单元电压测量的准确性造成负面影响。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种电池测量电路、系统及方法，用于测量电池组内电池单元的单元电压，可减轻或消除电阻上的电压降对电池单元的单元电压的测量造成的负面影响。
[0006]本发明提供了一种电池测量电路，用于测量电池组内电池单元的单元电压，所述电池测量电路包括测量电路及电流产生器。测量电路包括第一端口及第二端口，所述第一端口通过第一电阻与所述电池单元的正端耦合，所述第二端口通过第二电阻与所述电池单元的负端耦合，所述测量电路消耗第一电流及第二电流，所述第一电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口，所述第二电流从所述负端流出，流经所述第二电阻，流向所述第二端口。电流产生器与所述电池单元耦合，用于根据所述第一电流产生第一补偿电流，所述第一补偿电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口。所述第一补偿电流禁用时，所述测量电路接收所述第一端口与所述第二端口间的第一电压差，所述第一补偿电流启用时，所述测量电路接收所述第一端口与所述第二端口间的第二电压差，所述测量电路根据所述第一电压差及所述第二电压差计算所述电池单元的单元电压。[0007]本发明还提供了一种电池测量系统，所述电池测量系统包括多个电池单元、多个电阻、测量电路及电流产生器。多个电阻与所述多个电池单元耦合。测量电路包括第一端口及第二端口，所述第一端口通过所述多个电阻中的第一电阻与所述多个电池单元中的第一电池单元的正端耦合，所述第二端口通过所述多个电阻中的第二电阻与所述第一电池单元的负端耦合，所述测量电路消耗第一电流及第二电流，所述第一电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口，所述第二电流从所述负端流出，流经所述第二电阻，流向所述第二端口。电流产生器与所述多个电池单元耦合，用于根据所述第一电流产生第一补偿电流，所述第一补偿电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口。所述第一补偿电流禁用时，所述第一电阻上产生第一电压降，所述第一补偿电流启用时，所述第一电阻产生第二电压降，所述测量电路根据所述第一电压降及所述第二电压降计算所述第一电池单元的单元电压。
[0008]本发明还提供了一种电池测量方法，用于测量电池组内电池单元的单元电压，所述电池测量方法包括:消耗第一电流及第二电流，所述第一电流从所述电池单元的正端流出，流经第一电阻，流向第一端口，所述第二电流从所述电池单元的负端流出，流经第二电阻，流向第二端口 ；根据所述第一电流产生第一补偿电流，所述第一补偿电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口 ；所述第一补偿电流禁用时，接收所述第一端口与所述第二端口间的第一电压差，所述第一补偿电流启用时，接收所述第一端口与所述第二端口间的第二电压差；及根据所述第一电压差及所述第二电压差计算所述电池单元的单元电压。
[0009]采用本发明的电池测量电路、系统及方法，通过产生补偿电流，并在补偿电流禁用及启用时分别测量端口间的电压差，可减轻或消除电阻上的电压降对单元电压的测量造成的负面影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
[0011]图1所示为一种传统的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路的示意图；
[0012]图2所示为根据本发明一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路的方框图；
[0013]图3所示为根据本发明一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路结构示意图；
[0014]图4所示为根据本发明另一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路结构示意图；
[0015]图5所示为图4中电路的一个等效电路的示意图；
[0016]图6所不为图4中电路的另一个等效电路的不意图；
[0017]图7所示为根据本发明又一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路结构示意图；
[0018]图8所示为图7中放大器的电路示意图；[0019]图9所示为根据本发明一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量方法流程图；及
[0020]图10所示为根据本发明再一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
[0022]另外，为了更好的说明本发明，在下文的【具体实施方式】中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0023]图2所示为根据本发明一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路200的方框图。电池测量电路200包括电池组210、电阻组230、电容组280、开关组270、电流产生器260及测量电路。测量电路包括电平转移电路220及测量单元240，还包括第一端口 Tl和第二端口 T2。如图2所示，电池组210包括串联耦合的电池单元211至电池单元213。电池组210也可包括其他数目的电池单元。电阻组230包括电阻性元件，例如电阻231至电阻234。电容组280包括电容282、电容284及电容286。电阻组230及电容组280用于过滤在电池组210和开关组270之间传输的信号上的噪声。
[0024]开关组270包括开关271至开关276，用于从电池单元211至电池单元213中选择测量电路所要测量的电池单元。通过选择一个电池单元，开关组270在第一端口 Tl与第二端口 T2之间提供一个电压差，该电压差指示所选电池单元的单元电压。例如，当开关271与开关273导通而开关组270内的其他开关断开时，电池单元211被选中。开关组270在第一端口 Tl与第二端口 T2之间提供的电压差表示所选电池单元211的单元电压。
[0025]电平转移电路220接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的电压差，并向测量单元240提供正比于第一端口 Tl与第二端口 T2间的电压差的转移电压差。电平转移电路220消耗来自所选电池单元的正端及负端的电流。例如，当电池单元211被选中时，第一端口 Tl通过电阻231及开关271与电池单元211的正端V+耦合，第二端口 T2通过电阻232及开关273与电池单元211的负端V_耦合。在本发明的实施例中，电阻231也称为第一电阻，电阻232也称为第二电阻。电平转移电路220消耗第一电流I_sl及第二电流I_s2。第一电流I_sl从正端V+流出，流经电阻231及开关271，流向第一端口 Tl。第二电流I_s2从负端V—流出，流经电阻232及开关273，流向第二端口 T2。
[0026]电流产生器260分别根据第一电流I_sl及第二电流I_s2来产生第一补偿电流Icompl及第二补偿电流1。_2。第一补偿电流Irampl从正端V.流出，流经电阻231及开关271，流向第一端口 Tl。第二补偿电流1。_2从第二端口 T2流出，流经开关273及电阻232，流向负端I。在一个实施例中，第一补偿电流1。_及第二补偿电流1。_2分别与第一电流I_sl及第二电流I_s2成正比。
[0027]电流产生器260可根据来自测量单元240的控制信号CTRL来启用或禁用第一补偿电流1。_。第一补偿电流1。_禁用时，电平转移电路220接收第一端口 Tl与第二端口T2间的第一电压差。第一补偿电流1。。_启用时，电平转移电路220接收第一端口 Tl与第二端口 Τ2间的第二电压差。相应地，第一补偿电流1。_禁用时，电平转移电路220提供用于指不第一电压差的第一转移电压差Vqi,第一补偿电流Iemipl启用时，电平转移电路220提供用于指示第二电压差的第二转移电压差％2。
[0028]第一补偿电流1。_禁用时，测量单元240测量来自电平转移电路220的第一转移电压差Vqi，第一补偿电流1。。_启用时，测量单元240测量来自电平转移电路220的第二转移电压差测量单元240根据第一转移电压差Vw及第二转移电压差N02计算所选电池单元211的单元电压。更详细地说，在一个实施例中，测量单元240计算出正比于第一转移电压差Vqi的第三电压Vq3，并从第三电压Vq3中减去第二转移电压差Vq2，从而计算得到所选电池单元211的单元电压。
[0029]在操作中，若电池单元211被选中，且控制信号CTRL具有第一电压值，例如逻辑低电平，电流产生器260禁用第一补偿电流1。。_并启用第二补偿电流1。。_2。电阻231上产生第一电压降Vmaffl。在一个实施例中，第二补偿电流1。_2与电平转移电路220消耗的第二电流I_s2基本相等。因此，第二补偿电流1。_2与第二电流I_s2互相抵消，电阻232上的电压降可忽略。电平转移电路220接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的第一电压差Vdiffi。电池单元211的单元电压与第一电压差Vdiffi间的关系为:
[0030]Vdiff1-Vcell-Vdeopi(I)
[0031 ] 若电池单元211被选中，且控制信号CTRL具有第二电压值，例如逻辑高电平，电流产生器260同时启用第一补偿电流1。。_及第二补偿电流1。_2。电阻231上产生第二电压降vd.。在一个实施例中，第一补偿电流1。_1与电平转移电路220消耗的第一电流I_sl成正比。因此，第一电压降Vdoti与第二电压降Vdot2间的关系为:
[0032]Vdeop2-L X Vdeopi(2)
[0033]其中，L为指示第一电压降Vdoti与第二电压降Vdmp2间比例系数的常数，且L等于(lconsl + Icompl)/Iconsl °电平转移电路220接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的第二电压差VDIFF2。假设电阻232上的电压降可以被忽略，则单元电压与第二电压差Vdiff2间的关系为:
[0034]Vdiff2 -Vcell-Vdeop2 -Vcell-L X Vdeopi(3)
[0035]电平转移电路220分别接收第一电压差Vdiffi及第二电压差VDIFF2，并分别输出第一转移电压差Vm及第二转移电压差Vre。测量单元240通过测量第一转移电压差Vw及第二转移电压差来测量第一电压差Vdiffi及第二电压差VDIFF2，并根据第一转移电压差Vm及第二转移电压差VtJ2计算单兀电压Vaai^在一个实施例中,第一转移电压差Vra与第一电压差Vdiffi间的关系及第二转移电压差N02与第二电压差Vdiff2间的关系分别为:
[0036]V01=KXVdiffi=KX (Vcell-Vdeopi)(4)
[0037]V02=K X Vdiff2=K X (Vcell-L X V
DEOPl)(5)
[0038]其中,K为指示第一转移电压差Vra与第一电压差Vdiffi间比例系数的常数,也为指示第二转移电压差与第二电压差Vdiff2间比例系数的常数。测量单元240计算正比于第一转移电压差Vqi的第三电压VQ3, V03为:
[0039]V03=L X V01=L XKX Vcell-L XKX Vdeopi(6)
[0040]通过从第三电压Vq3中减去第二转移电压差Vq2JIJ量单元240可计算出单元电压Vcell，Vcell 为:
[0041]Vcell= (V03-V02)/(L X K-K)(7)
[0042]相应地，第一补偿电流1。。_禁用时，测量电路接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的第一电压差Vdiffi ;第一补偿电流1。。_启用时，测量电路接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的第二电压差VDIFF2。测量电路可根据第一电压差Vdiff1、第二电压差Vdiff2及第二电压降Vdeop2与第一电压降Vdoti之间的比例系数L计算出单元电压V.。
[0043]有利地，通过产生从正端V+流经电阻231的第一补偿电流1。。_，并在第一补偿电流Irampl禁用及启用时分别测量第一端口 Tl与第二端口 T2间的电压差，可减轻或消除电阻231上的第一电压降V_P1对单元电压的测量造成的负面影响。
[0044]电池测量电路200可以用相同的方式测量电池单元212及电池单元213的单元电压，在此不再赘述。此外，测量电池单元212和电池单元213的单元电压时，补偿电流的方向也可以不同于上述方法。例如，当电池单元213被选中时，电平转移电路220消耗第三电流I_s3及第四电流I_s4。第三电流I_s3从电池单元213的正端V’ +流出，流经电阻233及开关274，流向第一端口 Tl。第四电流I_s4从电池单元213的负端V’_流出，流经电阻234及开关276，流向第二端口 T2。电流产生器260分别根据第三电流I_s3及第四电流I_s4来产生第三补偿电流1。_3及第四补偿电流1。_4。第三补偿电流1。。_3从第一端口 Tl流出，流经开关274及电阻233，流向电池单元213的正端V’ +。第四补偿电流1。_4从第二端口T2流出，流经开关276及电阻234，流向电池单元213的负端V’_。在一个实施例中，第三补偿电流1。。_3及第四补偿电流I。—分别与第三电流I_s3及第四电流I_s4基本相等。测量单元240测量电平转移电路220产生的正比于电池单元213的单元电压的转移电压差。从而，电池测量电路200得到电池单元213的单元电压。
[0045]图3所示为根据本发·明一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路300的结构示意图。图3将结合图2进行描述。图3中以电池测量电路300测量电池单元211的单元电压为例进行说明。图2中的电池组210内的其他电池单元的单元电压可以采用类似方式进行测量。
[0046]如图3所示，电平转移电路220包括放大器(Operational Amplifier,简称0ΡΑ)341和放大器342，以及电阻331、电阻332、电阻333和电阻334。电流产生器260包括电流源382及电流源384，分别用以产生第一补偿电流Ieraiipl及第二补偿电流1。_2。电流产生器260还包括与电流源384串联耦合的开关392，开关392用于禁用或启用第一补偿电流IcompIO测量单元240包括模数转换器(Analog-to-Digital Converter,简称ADC) 352及控制电路362。模数转换器352将转移端Vtotp及转移端Vtotn之间的第一转移电压差Vm及第二转移电压差Vtj2转换成数字信号。控制电路362控制电流产生器260中的开关392，以禁用或启用第一补偿电流1。。_。控制电路362根据从模数转换器352接收的指示第一转移电压差Vm及第二转移电压差的数字信号计算电池单元211的单元电压Vce^
[0047]在操作中，当开关271及开关273导通时，电池单元211被选中。电平转移电路220消耗第一电流I_sl及第二电流I_s2。第一电流I_sl从电池单元211的正端V+流出，流经电阻231、开关271、电阻331、电阻333以及放大器341。第二电流I_s2从电池单元211的负端V_流出，流经电阻232、开关273，电阻332、电阻334以及放大器342。
[0048]控制电路362控制开关392断开，如此，第一补偿电流Ieranpl被禁用，第二补偿电流工。_2启用。在一个实施例中，第二补偿电流1。_与电平转移电路220消耗的第二电流I_s2基本相等。
[0049]放大器341接收预设参考电压VKEF。在一个实施例中，电阻331与电阻332阻值相同，电阻333与电阻334阻值相同。转移端Vqutp及转移端Vqutn间的电压差为:
[0050]Voutp-Voutn=KX (Vt1-Vt2)(8)
[0051]其中，常数K为:[0052]K=R333/R331(9)
[0053]R333为电阻333的阻值，R331为电阻331的阻值。
[0054]相应地，电平转移电路220向模数转换器352提供第一转移电压差Vra。模数转换器352将第一转移电压差Vra转换成第一数字信号Dl。
[0055]然后，控制电路362控制开关392导通。因此，第一补偿电流Ieranpl及第二补偿电流1。_2均被启用。相应地，电平转移电路220向模数转换器352提供第二转移电压差\2。模数转换器352将第二转移电压差Vq2转换成第二数字信号D2。控制电路362接收第一数字信号Dl及第二数字信号D2，并相应计算出电池单元211的单元电压Vce^
[0056]图4所示为根据本发明另一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路400的结构示意图。图4将结合图5及图6进行描述。
[0057]如图4所示，其电路结构与图3类似，相同的电路元件在此不一一赘述，除此以外，电平转移电路220还包括开关422。通过在测量单元电压的过程中控制开关422，可减小由于电路元件的非理想因素对单元电压的测量造成的影响。例如，非理想因素包括开关271及开关273的导通电阻，电阻331及电阻332间的失配，电阻333及电阻334间的失配，以及放大器342的输入偏移电压。
[0058]更详细地说，控制电路362控制开关422交替导通及断开。开关422导通时，测量单元240测量开关271、开关273以及电平转移电路220的非理想因素，并相应得到测量结果VA。开关422断开时，电平转移电路220接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的电压差，测量单元240相应得到测量结果VB。有利地，通过从测量结果Vb中减去测量结果\，可减小非理想因素对单元电压测量造成的影响。
[0059]在操作中，开关271及开关273导通以选中电池单元211。控制电路362控制开关422导通，并控制开关392断开，此时第一端口 Tl和第二端口 T2短路。因此，第一补偿电流Icompl被禁用，第二补偿电流1。_2启用。假设第二补偿电流1。。_2与电平转移电路220消耗的第二电流I_s2基本相等，开关273上的电压降可忽略。更进一步地，假设开关271上的电压降为Vswi,放大器342的输入偏移电压为Vajl。
[0060]图5所不为图4中开关422导通及开关392断开时的等效电路500的不意图。丰旲
数转换器352通过测量转移端Vtotp及转移端Vtotn之间的电压差Vottp-Vottn得到第三电压差V01A°第三电压差Vqia为:
[0061]Voia=Hi1 X Vsffl+Ii1 X Vos^q1 X Δ R X Vin(10)
[0062]其中，ml、nl及ql为比例系数，AR为比例R331/R333与比例R332/R334间的差值，Vin为正端V+处的电压。Λ R由电阻331和电阻332间的失配及电阻333和电阻334间的失配引起。在一个实施例中，第三电压差VraA指示第一补偿电流1。_被禁用、第二补偿电流1。_2启用时，包括开关271的导通电阻及放大器342的输入偏移电压在内的非理想因素。[0063]然后，控制电路362控制开关422断开并保持开关392断开。图6所示为图4中开关422及开关392均断开时的等效电路600的示意图。模数转换器352通过测量转移端Voutp及转移端V_之间的电压差VTOTP-V_得到测量结果VraB。测量结果Vwb为:
[0064]V0113=V0^m1 X Vsffl+Ii1 X Vos^q1 X Δ R X Vin(11)
[0065]在一个实施例中，测量结果VraB指示第一补偿电流Ι.ρ1被禁用、第二补偿电流工。_2启用时，包括开关271的导通电阻及放大器342的输入偏移电压在内的非理想因素及第一转移电压差VQ1。相应地，控制电路362通过从测量结果Vqib中减去第三电压差Vqia得到第一转移电压差Vm，从而减小开关271的导通电阻及放大器342的输入偏移电压对单元电压测量造成的影响。
[0066]控制电路362控制开关422及开关392导通。因此，第一补偿电流Ieranpl及第二补偿电流1。_2均启用。此时第一端口 Tl和第二端口 T2短路。类似地，假设开关273上的电压降可忽略，开关271上的电压降为Vsw2,放大器342的输入偏移电压为Vaj2,开关422及开关392均导通时的等效电路与图5所示电路500相似。在一个实施例中，输入偏移电压VQSi与输入偏移电压Vffi2相等。模数转换器352通过测量转移端Vtotp及转移端Vottn之间的电压差Voutp-Vmjtn得到第四电压差V.。第四电压差Vcka为:
[0067]V02A=m2 X Vsff2+n2 X V0S2+q2 X Δ R X Vin(12)
[0068]其中，M2、n2及q2为比例系数。在一个实施例中，第四电压差V.指示第一补偿电流1。。_及第二补偿电流1。。_2均启用时，包括开关271的导通电阻及放大器342的输入偏移电压在内的非理想因素。
[0069]然后，控制电路362控制开关422断开并保持开关392导通。开关422断开及开关392导通时的等效电路与图6所示电路600相似。类似地，模数转换器352通过测量转移端Votp及转移端Vtotn之间的电压差Votp-Votn得到测量结果V.。测量结果V.为:
[0070]V02b=V02+m2 X Vsff2+n2 X V0S2+q2 X Δ R X Vin(13)
[0071]在一个实施例中，测量结果V.指示第一补偿电流Irampl及第二补偿电流1。_2均启用时，包括开关271的导通电阻及放大器342的输入偏移电压在内的非理想因素及第二转移电压差Vre。相应地，控制电路362通过从测量结果V.中减去第四电压差\2k得到第二转移电压差，从而减小开关271的导通电阻及放大器342的输入偏移电压对单元电压测量造成的影响。
[0072]根据第一转移电压差Vm及第二转移电压差Vffi，控制电路362得到所选电池单元211的单元电压V。.。如图4所示，开关422置于节点H与节点S之间。开关422若置于第一端口 Tl与第二端口 T2之间(图4中未示出此连接方式)，也可达到类似的结果。有利地，通过减小非理想因素对于单元电压测量的影响，电池测量电路400可更准确地测量单元电
压 Vcell。
[0073]图7所示为根据本发明又一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路700的结构示意图。图7将结合图8进行描述。如图7所示，电平转移电路220中的放大器341监测第一电流I_sl。
[0074]图8所示为图7中的包括金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors,简称M0SFET)的放大器341 的结构示意图。如图8所示，端口 Vdd及端口 Vss为放大器341的电源电压端口，端口 Vbp及端口 Vbn 为偏置电压端口。M0SFET801、M0SFET802、M0SFET803 及 M0SFET804 构成电流镜。在一个实施例中，流经端口 IO的电流正比于流经端口 OUT的电流。图7中的第一电流I_sl流经电阻333并流进放大器341的端口 OUT。相应地，图7中流进端口 IO的监测电流Isen监测第一电流i_sl并正比于第一电流i_sl。
[0075]如图7所示，电流产生器260根据监测电流Isen产生第一补偿电流Ι.ρ1及第二补偿电流1。_2。更详细地说，电流产生器260包括由M0SFET761至M0SFET763构成的电流镜及由M0SFET767至M0SFET768构成的电流镜，分别用以产生第一补偿电流1。_及第二补偿电流1。_。监测电流IshT流经M0SFET761。因此，流经M0SFET767的第一补偿电流Ι.ρ1及流经M0SFET763的电流I763正比于监测电流ISEN。在一个实施例中，电流I763与第一电流Iconsl基本相等。
[0076]电流产生器260还包括放大器764、M0SFET765及电阻766。在一个实施例中，电阻766的阻值与电阻333及电阻334的阻值相等。通过结合等式(8)和(9)，可得流经M0SFET765 的电流为:[0077]Icell- (Voutp-Voutn) /^766- (VT1_VT2) /R331(14)
[0078]其中，R766为电阻766的阻值。
[0079]第一电流Iemsl基本上等于(Vt1-Vqutn)/ (R33^R333)，第二电流Irans2基本上等于(VT2_V0UTp) / (R332+R334)。则第一电流IemsI与第二电流Iems2间的差值为:
[0080]Iconsi_Icons2_ (Vt1-Voutn) / (尺331+尺333) _ (Vt2_Voutp) / (尺332+尺334)
[0081]- [ (VT1_VT2) + (Vqutp-Voutn) ] / (尺331+尺333) _ (Vt「Vt2)/尺331 (15)
[0082]通过结合等式(14)及(15)，可得第二电流I_s2为:
[0083]Icons2=Iconsl-1cELL(16)
[0084]因此，第二补偿电流1。。_2等于I763-1^,也即等于I_S「I^，也即第二补偿电流
1。。_等于第二电流I_s2。
[0085]图9所示为根据本发明一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量方法流程图900。图9将结合图2至图8进行描述。
[0086]在步骤902中，选中电池单元，例如电池单元211。
[0087]在步骤904中，测量电路消耗第一电流及第二电流。第一电流从所选电池单元的正端流出，流经第一电阻，流向第一端口。第二电流从所选电池单元的负端流出，流经第二电阻，流向第二端口。例如，测量电路消耗第一电流I_sl及第二电流I_s2。第一电流I_sl从电池单元211的正端V+流出，流经电阻231及开关271，流向第一端口 Tl。第二电流I_s2从电池单元211的负端V_流出，流经电阻232及开关273，流向第二端口 T2。
[0088]在步骤906中，根据第一电流产生第一补偿电流，根据第二电流产生第二补偿电流。第一补偿电流从所选电池单元正端流出，流经第一电阻，流向第一端口。第二补偿电流从第二端口流出，流经第二电阻，流向所选电池单元的负端。例如，若选中电池单元211，则根据第一电流I_sl产生第一补偿电流1。。_。第一补偿电流Irampl从正端V+流出，流经电阻231及开关271，流向第一端口 Tl。同时，根据第二电流I_s2产生第二补偿电流1。_2。第二补偿电流1。_2从第二端口 T2流出，流经开关273及电阻232，流向负端V_。在一个实施例中，第一补偿电流1。。_正比于第一电流I_sl，第二补偿电流1。_2基本上等于第二电流
Icons2 °[0089]在步骤908中，当第一补偿电流禁用时，测量电路接收第一端口与第二端口间的第一电压差，当第一补偿电流启用时，测量电路接收第一端口与第二端口间的第二电压差。更详细地说，第一补偿电流禁用时，第一电阻上产生第一电压降，第一补偿电流启用时，第一电阻上产生第二电压降。第一电压差指示所选电池单元的单元电压与第一电压降之间的差值。第二电压差指示所选电池单元的单元电压与第二电压降之间的差值。测量电路还提供指示第一电压差的第一转移电压差及指示第二电压差的第二转移电压差。
[0090]例如，第一补偿电流Ieranpl禁用时，电阻231上产生第一电压降VDKQP1。测量电路接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的第一电压差Vdiffi。第一电压差Vdiffi指不电池单兀211的单元电压与第一电压降Vdoti间的差值。相应地，测量电路提供转移端Vtotp与转移端v。?间的第一转移电压差vOi。第一转移电压差指不第一电压差Vdiffi。第一补偿电流Icompl启用时，电阻231上产生第二电压降V_P2。测量电路接收第一端口 Tl与第二端口 Τ2间的第二电压差VDIFF2。第二电压差Vdiff2指示单元电压与第二电压降Vmaff2间的差值。相应地，测量电路提供转移端Vottp与转移端Vtotn间的第二转移电压差Vffit5第二转移电压差V02指示第二电压差Vdiff2。 [0091]在步骤910中，测量电路根据第一电压差及第二电压差计算所选电池单元的单元电压。更详细地说，测量电路计算出正比于第一转移电压差的第三电压，并从第三电压中减去第二转移电压差。例如，测量电路计算出正比于第一转移电压差Vm的第三电压V,通过从第三电压Vra中减去第二转移电压差Vffi，可得到所选电池单元的单元电压V。.。也就是说，测量电路根据第二电压降V_P2与第一电压降Vdoti之间的比例系数计算出所选电池单元的单元电压Vc
ELL0
[0092]图10所示为根据本发明再一个实施例的测量电池组内电池单元的单元电压的电池测量电路1000的结构示意图。图10中与图2中标号相同的元件有相同或相似的功能。
[0093]电池测量电路1000包括电池组210、电阻组230、电容组280、开关组270、电流产生器1060及测量电路。测量电路包括电平转移电路220和测量单元1040。电池测量电路1000还包括双极晶体管101及双极晶体管102。电池单元211被选中时，双极晶体管101及双极晶体管102可减小电流Iemsltl及电流Iems2tl对单元电压测量的影响。电阻103及电阻104用于在双极晶体管101及双极晶体管102的基极与发射级之间产生偏置电压。更详细地说，电池单元211被选中时，假设流经电阻103及电阻104的电流可忽略，电流1。_1(|及电流I_s2o为双极晶体管101及双极晶体管102的基极电流，流进电平转移电路220的电流为双极晶体管101及双极晶体管102的发射极电流。对双极晶体管而言，基极电流小于发射级电流。因此，电流Iransltl及电流I_s2(l小于流进电平转移电路220的电流。在一个实施例中，可忽略电流I_sl(l及电流I_s2(l，因此，电阻231上的电压降及电阻232上的电压降也可忽略。电平转移电路220接收第一端口 Tl与第二端口 T2间的电压差，并提供正比于所选电池单元211的单元电压的转移电压差。测量单元1040测量电平转移电路220产生的转移电压差。如此，电池测量电路1000得到电池单元211的单元电压V。—。电池测量电路1000测量电池单元212及电池单元213的单元电压的方式与图2中的电池测量电路200测量电池单元212及电池单元213的单元电压的方式相似。也就是说，与图2中的电流产生器260相似，测量电池单元212及电池单元213的单元电压时，电流产生器1060产生补偿电流。但测量电池单元211的单元电压时，由于电平转移电路220消耗的电流可忽略，电流产生器1060不产生第一补偿电流1。。_及第二补偿电流1。_2。
[0094]上文【具体实施方式】和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
【权利要求】
1.一种电池测量电路，用于测量电池组内电池单元的单元电压，其特征在于，所述电池测量电路包括: 测量电路，包括第一端口及第二端口，所述第一端口通过第一电阻与所述电池单元的正端耦合，所述第二端口通过第二电阻与所述电池单元的负端耦合，其中，所述测量电路消耗第一电流及第二电流，所述第一电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口，所述第二电流从所述负端流出，流经所述第二电阻，流向所述第二端口 ；及 电流产生器，与所述电池单元耦合，用于根据所述第一电流产生第一补偿电流，所述第一补偿电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口 ； 其中，所述第一补偿电流禁用时，所述测量电路接收所述第一端口与所述第二端口间的第一电压差；所述第一补偿电流启用时，所述测量电路接收所述第一端口与所述第二端口间的第二电压差；所述测量电路根据所述第一电压差及所述第二电压差计算所述电池单元的单元电压。
2.根据权利要求1所述的电池测量电路，其特征在于，所述第一补偿电流禁用时，所述第一电阻上产生第一电压降，所述第一补偿电流启用时，所述第一电阻上产生第二电压降，所述测量电路根据所述第二电压降与所述第一电压降的比例计算所述单元电压。
3.根据权利要求1所述的电池测量电路，其特征在于，所述第一补偿电流与所述第一电流成正比。
4.根据权利要求1所述的电池测量电路，其特征在于，所述测量电路包括电平转移电路，若所述第一补偿电流禁用，所述电平转移电路提供指示所述第一电压差的第一转移电压差，若所述第一补偿电流启用，所述电平转移电路提供指示所述第二电压差的第二转移电压差。
5.根据权利要求4所述的电池测量电路，其特征在于，所述测量电路计算出正比于所述第一转移电压差的第三电压，`并从所述第三电压中减去所述第二转移电压差，以计算出所述单元电压。
6.根据权利要求4所述的电池测量电路，其特征在于，所述电平转移电路包括放大器，所述放大器根据所述第一电流产生监测电流，并接收预设参考电压，所述电流产生器根据所述监测电流产生所述第一补偿电流。
7.根据权利要求1所述的电池测量电路，其特征在于，所述第一端口与所述第二端口短路且所述第一补偿电流禁用时，所述测量电路测量第三电压差，所述第一端口与所述第二端口短路且所述第一补偿电流启用时，所述测量电路测量第四电压差，所述测量电路根据所述第三电压差及第四电压差计算所述单元电压。
8.根据权利要求1所述的电池测量电路，其特征在于，所述电流产生器根据所述第二电流产生第二补偿电流，所述第二补偿电流从所述第二端口流出，流经所述第二电阻，流向所述负端。
9.根据权利要求1所述的电池测量电路，其特征在于，所述测量电路包括模数转换器，所述模数转换器将指示所述第一电压差及第二电压差的信号转换成数字信号，所述测量电路根据所述数字信号计算所述单元电压。
10.一种电池测量系统，其特征在于，所述电池测量系统包括: 多个电池单元；多个电阻，与所述多个电池单元耦合； 测量电路，包括第一端口及第二端口，所述第一端口通过所述多个电阻中的第一电阻与所述多个电池单元中的第一电池单元的正端耦合，所述第二端口通过所述多个电阻中的第二电阻与所述第一电池单元的负端耦合，其中，所述测量电路消耗第一电流及第二电流，所述第一电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口，所述第二电流从所述负端流出，流经所述第二电阻，流向所述第二端口 ；及 电流产生器，与所述多个电池单元耦合，用于根据所述第一电流产生第一补偿电流，所述第一补偿电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口 ； 其中，所述第一补偿电流禁用时，所述第一电阻上产生第一电压降，所述第一补偿电流启用时，所述第一电阻上产生第二电压降，所述测量电路根据所述第一电压降及所述第二电压降计算所述第一电池单元的单元电压。
11.根据权利要求10所述的电池测量系统，其特征在于，所述第一补偿电流与所述第一电流成正比。
12.根据权利要求10所述的电池测量系统，其特征在于，所述测量电路接收表示所述单元电压与所述第一电压降之间的差值的第一电压差，接收表示所述单元电压与所述第二电压降之间的差值的第二电压差，所述测量电路根据所述第一电压差及第二电压差计算所述单元电压。
13.根据权利要求12所述的电池测量系统，其特征在于，所述测量电路包括电平转移电路，若所述第一补偿电流禁用，所述电平转移电路提供指示所述第一电压差的第一转移电压差，若所述第一补偿电流启用，所述电平转移电路提供指示所述第二电压差的第二转移电压差。
14.根据权利要求13所述的电池测量系统，其特征在于，所述测量电路计算出正比于所述第 一转移电压差的第三电压，并从所述第三电压中减去所述第二转移电压差，以计算出所述单元电压。
15.根据权利要求10所述的电池测量系统，其特征在于，所述电流产生器根据所述第二电流产生第二补偿电流，所述第二补偿电流从所述第二端口流出，流经所述第二电阻，流向所述负端。
16.一种电池测量方法，用于测量电池组内电池单元的单元电压，其特征在于，所述电池测量方法包括: 消耗第一电流及第二电流，所述第一电流从所述电池单元的正端流出，流经第一电阻，流向第一端口，所述第二电流从所述电池单元的负端流出，流经第二电阻，流向第二端口 ； 根据所述第一电流产生第一补偿电流，所述第一补偿电流从所述正端流出，流经所述第一电阻，流向所述第一端口 ； 所述第一补偿电流禁用时，接收所述第一端口与所述第二端口间的第一电压差，所述第一补偿电流启用时，接收所述第一端口与所述第二端口间的第二电压差；及 根据所述第一电压差及所述第二电压差计算所述单元电压。
17.根据权利要求16所述的电池测量方法，其特征在于，所述第一补偿电流禁用时，所述第一电阻上产生第一电压降，所述第一补偿电流启用时，所述第一电阻上产生第二电压降，所述电池测量方法还包括根据所述第二电压降与所述第一电压降的比例计算所述单元电压。
18.根据权利要求17所述的电池测量方法，其特征在于，所述第一电压差指示所述单元电压与所述第一电压降之间的第一差值，所述第二电压差指示所述单元电压与所述第二电压降之间的第二差值。
19.根据权利要求16所述的电池测量方法，其特征在于，在接收所述第一电压差和所述第二电压差的步骤之后，在根据所述第一电压差及所述第二电压差计算所述单元电压的步骤之前，所述电池测量方法还包括:提供指示所述第一电压差的第一转移电压差及提供指示所述第二电压差的第二转移电压差。
20.根据权利要求19所述的电池测量方法，其特征在于，在提供指示所述第一电压差的第一转移电压差及提供指示所述第二电压差的第二转移电压差的步骤之后，所述电池测量方法还包括: 计算出正比于所述第一转移电压差的第三电压；及 从所述第三电压中减去所 述第二转移电压差。
【文档编号】G01R31/36GK103592603SQ201310289551
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2012年8月15日
【发明者】汤小虎, 栗国星 申请人:凹凸电子（武汉）有限公司