多节电池监测电路及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种多节电池监测电路及其系统。
【背景技术】
[0002]目前，以电能为动力系统的交通工具得到越来越广泛的使用，如:电动自行车、电动汽车、电动摩托车等，这些交通工具需要多节电池串联来提供足够高的电压和足够大的电流以保证其能够正常运作。其中监测电路被用于实时监测动力汽车或电动汽车串联电池串的每一节电池电压，确保动力的持久性；
[0003]在监测电路中η级电芯电压具有不同电压域，在对η级电芯电压实时监测的时，需要在不同电压域之间切换，常见的电压监测电路需要高压开关管和高压采样电容。，电路中若需要监测电池CELLn的电压，首先控制开关管SWn-1和公共开关管SW_con导通，其它开关管断开，通过电容C的电荷量为Q = Vn-l*C;然后控制开关管SWn导通，其它开关管断开，则由电荷守恒原理，得到VM端电压为Vn-Vn-1，此时模数转换器ADC工作实现对电池CELLn电压的监测；
[0004]但是，因为开关管SWO、SWl、……、SWn，和采样电容C需要在不同电压域转换，所以η+ 1个开关管和电容C都需要承受高压，因此开关管需要采用纯高压材料，其面积较大成本较高；因为电压系数，电容C在不同电压值时电容值随电压变化，非线性效应明显。
【发明内容】
[0005]为了克服上述技术问题，一方面，本发明提供了一种多节电池监测电路，
[0006]该电路包括:前级监测电路、模数转换器和控制电路;前级监测电路用于将多级串联电池的高压电压域模拟电压信号转换为低压电压域模拟电压信号;模数转换器用于将低压电压域的模拟电压信号转换成数字电压信号;控制电路用于根据数字电压信号生成控制信号，控制信号用于控制前级监测电路和模数转换器。
[0007]进一步的，前级监测电路包括多个电池、与多个电池数量相应的多个电容、与多个电池数量相应的多组开关管，每组开关管包括上置开关管和下置开关管，以及公共开关管；多组开关管和所述公共开关管受控于控制电路;多个电池串联连接，多个电池中的第一电池的第一端分别与公共开关管和多组开关管中第一组开关管的下置开关管连接;第一电池的第二端分别与第一组开关管的上置开关管和多组开关管中第二组开关管的下置开关管连接;除第一电池外，相邻的两个电池中的第一电池的第一端分别与相邻的两组开关管中第一组开关管的上置开关管和第二组开关管的下置开关管连接；电容串联连接，多个电容中的第一电容的下极板分别与公共开关管的第二端，以及模数转换器;第一电容的上极板分别与第一组开关管的上置开关管和第一组开关管下置开关管连接;除第一组开关管外的其它组开关管连接至多个电容中相应电容的上极板;在对第一电池进行监测时，初始时刻，多组开关管均处于断开状态;在第一预设时间段内，控制电路输出的控制信号，控制所述第一组开关管中的下置开关管和公共开关管处于闭合状态，第一组开关管中的上置开关管、其他多组开关管与模数转换器处于断开状态;在第二预设时间段内，控制电路输出的控制信号，控制所述第一组开关管中的上置开关管和模数转换器处于闭合状态;第一组开关管中的下置开关管与其他多组开关管处于断开状态。
[0008]进一步的，前级监测电路还包括:参考电压源，参考电压源的第一端分别与第一电池的第一端和所述第一组开关管的下置开关管相连，参考电压源的第二端通过公共开关管连接至第一电容的下极板;参考电压源用于为第一电容提供最小电压。
[0009]进一步的，前级监测电路还包括:运算放大器，运算放大器的正向输入端分别与第一电池的第一端和所述第一组开关管的下置开关管相连，运算放大器的反向输入端分别与第一电容的下极板和公共开关管的一端连接，运算放大器的输出端通过公共开关管连接至模数转换器;运算放大器用于为第一电容的下极板电压提供驱动能力。
[0010]进一步的，前级监测电路还包括:参考电压源，参考电压源的第一端分别与第一电池的第一端和所述第一组开关管的下置开关管相连，参考电压源的第二端与运算放大器的正向输入端连接;参考电压源用于为所述第一电容提供最小电压。
[0011]另一方面，本发明提供了一种多节电池监测系统，该系统包括上述的电路。
[0012]本发明实施例前级监测电路通过2n+l个开关管，η-1个电容实现η节串联电池电压的监测，过程中将串联的各级CELL电压由不同的电压域全部转换到低压电压域，然后在低压域通过ADC和控制电路，实现了对η级电芯电压的实时监测；其中，通过2n+l个开关管共同作用，使每个开关管承受的最大电压差不超过一个电池电压，以及通过η-1个电容串联连接方式，降低了每个电容耐压要求，每个电容上下极板最大电压不超过一个电池电压，从而降低了所占芯片的面积;从而降低了因为高压电容电压系数引起的非线性，提高了系统监测精度，降低了成本。
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0014]图1为现有技术中多节电池监测电路的结构示意图；
[0015]图2为本发明实施例提供的多级电池监测电路的结构示意图；
[0016]图3为本发明实施例提供的一种多级电池监测电路的内部结构示意图；
[0017]图4为本发明实施例提供的一种多级电池监测电路的监测时序示意图；
[00?8]图5为图3的另一种多级电芯监测电路的内部结构不意图；
[0019]图6为本发明实施例提供的另一种多级电池监测电路的内部结构示意图；
[0020]图7为图6的另一种多级电池监测电路的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]图2为本发明实施例提供的一种多级电池监测电路的结构示意图。如图2所示，该多节电池监测电路200包括:前级监测电路210、模数转换器ADC 220和控制电路230;模数转换器ADC 220的输入端连接至前级监测电路210的输出端，模数转换器ADC 220的输出端连接至控制电路230的输入端，控制电路230的输出端连接至前级监测电路210的输入端。
[0023]前级监测电路210用于将多级串联的电池电压由不同的高压电压域转换到将低压电压域;模数转换器ADC 220用于将前级监测电路210转换输出的低压电压域的模拟电压信号转换成数字电压信号；控制电路230用于接收模数转换器ADC 220输出的数字电压信号，控制前级监测电路210中的开关单元与模数转换器ADC 220以固定的时序工作。
[0024]本发明实施例中的前级监测电路210，将多级电芯电压由不同的高压电压域，根据电荷守恒原理全部转换到低压电压域，将低压电压域的电压通过模数转换器ADC 220和控制电路230，实现对多级电芯电压的实时监测。
[0025]图3为本发明实施例提供的一种多级电池监测电路的内部结构示意图。如图3所示，前级监测电路210包括:N个电池CELL、N-1个电容、一个公共开关管SW_con和N组开关单
J L ο
[0026]其中，N个电池CELL串联连接，第一电池CELL的负极接地;N-1个电容串联连接，第一电容Cl的下极板通过公共开关管接地；
[0027]第一组开关单元的第一输入端与第一电池CELL的负极相交，第二输入端连接至第一电池CELL正极与第二电池CELL负极的交点，输出端连接至第一电容Cl的上极板与第二电容C2的下极板的交点；
[0028]第二组开关单元的第一输入端连接至第一组开关单元的第二输入端，第二输入端连接至第二电池CELL正极与第三电池CELL负极的交点，输出端连接至第一电容Cl的上极板与第二电容C2的下极板的交点；
[0029]第三组开关单元的第一输入端连接至第二组开关单元的第二输入端，第二输入端连接至第三电池CELL正极与第四电池CELL负极的交点，输出端连接至第二电容C2的上极板与第三电容C3的下极板的交点；
[0030]以此类推，第N组开关单元的第一输入端连接至第N-1组开关单元的第二输入端，第二输入端连接至第N电池CELL正极，输出端连接至第N-1电容C N-1的上极板。
[0031]其中，每组开关单元包括两个开关管，每个开关管都含有三端；以第一组开关单元为例，第一组开关单元包括;开关管SWl_dn的第一端为第一组开关单元的第一输入端，第二端为第一组开关单元的输出端，第三端连接至控制电路230的输出端;开关管SWl_up的第一端为第一组开关单元的第二输入端，第二端连接至开关管SWl_dn的第二端，即第二端为第一组开关单元的输出端，第三端连接至控制电路230的输出端;其他开关单元的内部连接方式与第一组开关单元相同，这里不再赘述。
[0032]前级监测电路210中第一电容Cl的下极板通过模数转换器ADC220与控制电路230相连。需要说明的是，开关单元中的开关管包括但不限制于PMOS管和NMOS管。
[0033]图4为本发明实施例提供的一种多级电池监测电路的监测时序示意图。结合图4详述监测电路的工作原理。如图4所示，公共开关管SW_con与N组开关单元中的开关管通过控制电路230输出的控制信号进行开启和关断，其中，开关管的第三端接收高电平有效，在控制电路230的作用下，前级监测电路210中的公共开关管SW_con进行周期性变化；当N组开关单元中的开关管SWl_up—SWn_up变为高电平时，模数转换器ADC 220将被触发进行工作。
[0034]结合图4的监测时序图通过监测图3中第一电池CELLl、第四电池CELL4和第η电池