电池采样系统的制作方法

本实用新型属于电路设计技术领域，特别是涉及一种电池采样系统。

背景技术：

目前电池包电压检测主要有两种方法：基于电池采样电路构建的锂电池包电压检测系统以及基于开关网络的电池包电压检测系统：基于电池采样电路构建的电池包电压检测系统如图1所示，系统通过电池采样电路将电池包中各节电池电压转换为对地电压，经过数据选择器后再通过运算放大器将所需的电池电芯电压输出；其中，每节电池采样电路还需要从各自对应电池正端消耗采样电流，具体如图2a所示；而电池采样电路的具体电路一般如图2b所示，包括电阻R1’和MOS管PM1’构成电压转电流电路101、偏置电路102、及电阻R2’和MOS管PM2’构成电流转电压电路103，实现通过电压转电流电路101将电池电压转换为电流信号，即：Isamp＝(Vbat-Vgs102)/R101，再通过电流转电压电路103将采样电流转换为电压信号，即：Vsamp＝Isamp*R104+Vgs105，其中Vgs102≈Vgs104，R101＝R104，由此可得：Vsamp≈Vbat，从而整个系统将浮空的电池电压转换为对地电平。

虽然基于电池采样电路构建的锂电池包电压检测系统能够完成对电池电芯电压的信号处理工作，但同时也存在诸多问题：

1、功耗控制方面：基于电池采样电路构建的电池包电压检测系统在工作时所有电池采样电路都处于工作状态，无论这些电池采样电路是否被选通，而整个系统中又以此电路消耗电流最大，因此上述系统不能胜任低功耗应用；

2、精度转换方面：工艺制造的原因会造成器件失配导致失调电压，上述系统中电压输出单元、放大器、电压采样单元都不可避免的引入误差，这些误差对于电池构成的系统可能是致命的，而上述系统并没有对这方面误差进行处理；

3、采样电流方面：由于每节电池采样电路需要从各自对应电池正端消耗采样电流，第一节电池采样电路的采样电流由第一节电池提供，第二节电池采样电路的采样电流由第一、二节电池串联系统，依次类推，最高节(第六节)电池采样电路的采样电流由整个电池包提供。从图2b中标示的采样电流可以看出，所有电池采样电路的采样电流均流过第一节电池，而最高节电池只有最高节电池采样电路的采样电流流过，这就造成了各节流过的采样电流不一致，导致电池包中电芯不平衡，进而损坏电池包，而如果想消除这种不平衡，就需要额外的平衡电路，这进一步增加了电路成本。

而基于开关网络的电池包电压检测系统如图3所示，通过开关单元对电池包中指定的电池电压进行选通输出差分电压，该差分电压再通过仪用放大器转换为对地电压，或者直接通过模数转换器转换为数字信号供后续电路进行处理。

虽然基于开关网络的电池包电压检测系统能够完成对电池电芯电压的信号处理工作，但同时也存在诸多问题：

1、功耗控制方面：基于开关网络的电池包电压检测系统在工作时所有开关单元都处于工作状态，无论这些开关单元是否被选通，而整个系统中又以此电路消耗电流最大，因此上述系统不能胜任低功耗应用；

2、精度转换方面：工艺制造的原因会造成器件失配导致失调电压，上述系统中开关单元不可避免的引入误差，这些误差对于电池构成的系统可能是致命的，而上述系统并没有对这方面误差进行处理。

鉴于此，有必要设计一种新的电池采样系统用以解决上述技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电池采样系统，用于解决现有技术中电池包电压检测电路中存在的功耗较大，不能胜任低功耗应用，转换精度较差的问题，以及电池包中电芯不平衡的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电池采样系统，所述采样系统包括：

电池组，包括依次串联的最低节电池、第二节电池及最高节电池；

最低节电池采样电路，与所述最低节电池的正极端、负极端及所述最高节电池的正极端连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述最低节电池的电压转换为对地电压以进行输出；

最高节电池采样电路，与所述最低节电池的负极端、所述第二节电池的正极端及所述最高节电池的正极端连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述最高节电池的电压转换为对地电压以进行输出；

第二节电池采样电路，与所述最低节电池的负极端、所述最高节电池的正极端、所述最低节电池采样电路及所述最高节电池采样电路连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述第二节电池的电压转换为对地电压以进行输出；以及

电流动态自补偿电路，与所述最高节电池的正极端及所述第二节电池采样电路连接，用于对输入所述第二节电池采样电路的采样电流进行动态自补偿，以提高所述第二节电池采样电路的采样精度。

优选地，所述最低节电池采样电路包括：第一运算放大器、第一电阻及第二电阻；其中，所述第一运算放大器的同相输入端与所述最低节电池的正极端连接，所述第一运算放大器的反相输入端与其输出端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一电阻的一端及所述第二节电池采样电路连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接、且作为所述最低节电池采样电路的输出端，所述第二电阻的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第一运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第一运算放大器的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第一运算放大器的使能端接入使能控制信号。

优选地，所述最高节电池采样电路包括：第二运算放大器、第三电阻、第四电阻、第一MOS管及第一开关；其中，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第二节电池的正极端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第三电阻的一端、所述第一MOS管的第一连接端及所述第一开关的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述最高节电池的正极端连接，所述第一MOS管的栅极端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第一MOS管的第二连接端与所述第四电阻的一端连接、且作为所述最高节电池采样电路的输出端，所述第四电阻的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第一开关的另一端与所述第二节电池采样电路连接，所述第二运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第二运算放大器的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第二运算放大器的使能端接入使能控制信号。

优选地，所述第二节电池采样电路包括：第三运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二MOS管及第二开关；其中，所述第三运算放大器的同相输入端与所述第五电阻的一端及所述第六电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述最低节电池采样电路连接，所述第六电阻的另一端与所述最高节电池采样电路、所述第二开关的一端及所述第七电阻的一端连接，所述第二开关的另一端与所述电流动态自补偿电路连接，所述第七电阻的另一端与所述第三运算放大器的反相输入端及所述第二MOS管的第一连接端连接，所述第二MOS管的栅极端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第二MOS管的第二连接端与所述第八电阻的一端连接、且作为所述第二节电池采样电路的输出端，所述第八电阻的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第三运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第三运算放大器的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第三运算放大器的使能端接入使能控制信号。

优选地，所述电流动态自补偿电路包括：

电压-电流转换电路，与所述第二节电池采样电路连接，用于将所述第二节电池采样电路输出的对地电压转换为对地电流，并输出；及

高压电流镜电路，与所述电压-电流转换电路、所述第二节电池采样电路及所述最高节电池连接，用于将所述对地电流按预设镜像比例进行电流镜像，以向所述第二节电池采样电路输出补偿电流。

优选地，所述电压-电流转换电路包括：第四运算放大器、第九电阻及第三MOS管；其中，所述第四运算放大器的同相输入端与所述第二节电池采样电路连接，所述第四运算放大器的反相输入端与所述第九电阻的一端及所述第三MOS管的第一连接端连接，所述第九电阻的另一端接最低节电池的负极端，所述第三MOS管的栅极端与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第三MOS管的第二连接端作为所述电压-电流转换电路的输出端。

优选地，所述采样系统还包括：n节中间节电池，及与所述n节中间节电池一一对应的n个中间节电池采样电路，其中，n为不小于1的正整数；

所述n节中间节电池串联接于所述第二节电池与所述最高节电池之间；

所述中间节电池采样电路与所述最低节电池、所述中间节电池采样电路对应的所述中间节电池、所述最高节电池、所述中间节电池采样电路的前一节电池采样电路、所述中间节电池采样电路的后一节电池采样电路及所述电流动态自补偿电路连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述中间节电池的电压转换为对地电压以进行输出；

其中，所述电流动态自补偿电路与所述最高节电池、所述第二节电池采样电路及n个所述中间节电池采样电路连接，用于对输入所述第二节电池采样电路或所述中间节电池采样电路的采样电流进行动态自补偿，以提高所述第二节电池采样电路或所述中间节电池采样电路的采样精度。

优选地，所述中间节电池包括第三节电池及第四节电池，其中，所述第三节电池及所述第四节电池依次串联接于所述第二节电池及所述最高节电池之间；所述中间节电池采样电路包括第三节电池采样电路及第四节电池采样电路，其中，所述第三节电池采样电路与所述最低节电池、所述第三节电池、所述最高节电池、所述第二节电池采样电路、所述第四节电池采样电路及所述电流动态自补偿电路连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述第三节电池的电压转换为对地电压以进行输出；所述第四节电池采样电路与所述最低节电池、所述第四节电池、所述最高节电池、所述第三节电池采样电路、所述最高节电池采样电路及所述电流动态自补偿电路连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述第四节电池的电压转换为对地电压以进行输出。优选地，所述电流动态自补偿电路包括：

多路选择器，与所述第二节电池采样电路及n个所述中间节电池采样电路连接，用于从所述第二节电池采样电路及n个所述中间节电池采样电路中选取采样通道，并将所述采样通道的对地电压进行输出；

通道译码器，与所述多路选择器、所述第二节电池采样电路及n个所述中间节电池采样电路连接，用于根据所述多路选择器选取的所述采样通道，向所述采样通道输出开关控制信号，以使所述采样通道与高压电流镜电路连通；

电压-电流转换电路，与所述多路选择器连接，用于将所述多路选择器输出的对地电压转换为对地电流，并进行输出；

高压电流镜电路，与所述电压-电流转换电路、所述第二节电池采样电路、n个所述中间节电池采样电路及所述最高节电池连接，用于将所述对地电流按预设镜像比例进行电流镜像，以向所述采样通道输出补偿电流。

优选地，所述电压-电流转换电路包括：第四运算放大器、第九电阻及第三MOS管；其中，所述第四运算放大器的同相输入端与所述第二节电池采样电路连接，所述第四运算放大器的反相输入端与所述第九电阻的一端及所述第三MOS管的第一连接端连接，所述第九电阻的另一端接最低节电池的负极端，所述第三MOS管的栅极端与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第三MOS管的第二连接端作为所述电压-电流转换电路的输出端。

如上所述，本实用新型的电池采样系统，具有以下有益效果：

1.本实用新型的适用于多节电池的高精度电池采样系统，可以实现多节电池电压的电平转移；

2.通过控制各电池采样电路中运算放大器的失调(offset)以及电阻匹配或者通过修调可以获得高精度的电平转移信号；同时，各电池采样电路中运算放大器的匹配器件可以使用低压结构，采用低压结构匹配器件的运算放大器其自身失调相较于高压结构匹配器件的运算放大器要小很多；

3.各节电池经过输入电阻后连接运算放大器的输入端，由于运算放大器是MOS管的输入级，在采样时不会从对应的电池中抽取电流，避免了由于从各自对应电池正极端抽取电流造成加速电池不平衡的情况；本实用新型中的各电池采样电路均从最高节电池的正极端抽取电流，电流流过串联的每一节电池，不会造成电池不平衡的问题；

4.各电池采样电路的输入均为运算放大器的输入端，是高阻节点，使得本实用新型的电池采样系统的可靠性较强；

5.本实用新型的电池采样系统可以通过重复架构堆叠实现三节以上电池的高精度采样，当串联的电池数量大于三节时，除了第一节电池、第二节电池及最高节电池需要采用各自对应的电池采样电路外，其他各节电池对应的电池采样电路具有相同的电路结构及控制方法，十分便于堆叠扩展，通过叠加可以对任意多节电池串联系统进行高精度采样。

6.本实用新型通过电流动态自补偿电路降低了流入所述中间节电池采样电路或所述最高节电池采样电路中开关的电流，从而降低了开关导通电阻对所述第二节电池采样电路或所述中间节电池采样电路采样精度的影响，实现在相同开关管尺寸条件下通过减小电流降低了开关管上的压降，提高了采样精度，或者在系统精度范围允许条件下减小开关管尺寸节省面积降低芯片成本。

附图说明

图1显示为现有技术中的基于电池采样电路构建的电池包电压检测系统的电路结构示意图。

图2a显示为现有技术造成电池不平衡原理示意图。

图2b显示为现有技术中的电池采样电路的电路结构示意图。

图3显示为现有技术中的基于开关网络的电池包电压检测系统的电路结构示意图。

图4显示为本实用新型实施例一所述电池采样系统的结构示意图。

图5显示为本实用新型实施例二所述电池采样系统的结构示意图。

元件标号说明

101 电压转电流电路

102 偏置电路

103 电流转电压电路

20 电池采样系统

21 电池组

22 最低节电池采样电路

23 最高节电池采样电路

24 第二节电池采样电路

25 电流动态自补偿电路

251 电压-电流转换电路

252 高压电流镜电路

253 多路选择器

254 通道译码器

26 第三节电池采样电路

27 第四节电池采样电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图4和图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图4所示，本实施例提供一种电池采样系统，所述采样系统20包括：

电池组21，包括依次串联的最低节电池、第二节电池及最高节电池；

最低节电池采样电路22，与所述最低节电池的正极端、负极端及所述最高节电池的正极端连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述最低节电池的电压VB1转换为对地电压以进行输出；

最高节电池采样电路23，与所述最低节电池的负极端、所述第二节电池的正极端及所述最高节电池的正极端连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述最高节电池的电压VB3转换为对地电压以进行输出；

第二节电池采样电路24，与所述最低节电池的负极端、所述最高节电池的正极端、所述最低节电池采样电路22及所述最高节电池采样电路23连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述第二节电池的电压VB2转换为对地电压以进行输出；以及

电流动态自补偿电路25，与所述最高节电池的正极端及所述第二节电池采样电路24连接，用于对输入所述第二节电池采样电路24的采样电流进行动态自补偿，以提高所述第二节电池采样电路24的采样精度。

优选地，如图4所示，在本实施例中，所述电池组21包括3节依次串联的电池，其中，最低节电池的正极端与所述第二节电池的负极端连接，所述第二节电池的正极端与所述最高节电池的负极端连接。

作为示例，如图4所述，所述最低节电池采样电路22包括：第一运算放大器A1、第一电阻R1及第二电阻R2；其中，所述第一运算放大器A1的同相输入端与所述最低节电池的正极端连接，所述第一运算放大器A1的反相输入端与其输出端连接，所述第一运算放大器A1的输出端与所述第一电阻R1的一端及所述第二节电池采样电路24连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端连接、且作为所述最低节电池采样电路22的输出端，所述第二电阻R2的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第一运算放大器A1的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第一运算放大器A1的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第一运算放大器A1的使能端接入使能控制信号(图4中所述第一运算放大器A1的使能端未示出)，以控制所述第一运算放大器A1的导通或关闭。

具体的，所述最低节电池采样电路22对所述最低节电池的电压VB1进行采样时，所述第二运算放大器A2及所述第三运算放大器A3均通过使能控制信号控制其关闭，所述第一开关S1及所述第二开关S2均断开；由于所述第一运算放大器A1的反相输入端与其输出端相短接，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第一运算放大器A1输出端电压等于所述运算放大器A1的反相输入端电压，并与所述第一运算放大器A1的同相输入端电压一致，均为VB1，故所述最低节电池采样电路22的输出端电压Vout1为：实现通过调节所述第一电阻R1及所述第二电阻R2的比例即可获得所述最低节电池电压的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

需要说明的是，由于所述第一运算放大器A1的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第一运算放大器A1的输入电流从所述最高节电池的正极端抽出，该电流同时流过所述最低节电池、所述第二节电池及所述最高节电池，不会存在只从所述最低节电池抽电流而导致加速不平衡的问题。

作为示例，如图4所示，所述最高节电池采样电路23包括：第二运算放大器A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一MOS管M1及第一开关S1；其中，所述第二运算放大器A2的同相输入端与所述最高节电池的负极端连接，所述第二运算放大器A2的反相输入端与所述第三电阻R3的一端、所述第一MOS管M1的第一连接端及所述第一开关S1的一端连接，所述第三电阻R3的另一端与所述最高节电池的正极端连接，所述第一MOS管M1的栅极端与所述第二运算放大器A2的输出端连接，所述第一MOS管M1的第二连接端与所述第四电阻R4的一端连接、且作为所述最高节电池采样电路23的输出端，所述第四电阻R4的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第一开关S1的另一端与所述第二节电池采样电路24连接，所述第二运算放大器A2的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第二运算放大器A2的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第二运算放大器A2的使能端接入使能控制信号(图4中所述第二运算放大器A2的使能端未示出)，以控制所述第二运算放大器A2的导通或关闭。

具体的，所述最高节电池采样电路23对所述最高节电池的电压VB3进行采样时，所述第一运算放大器A1及所述第三运算放大器通过使能控制信号控制其关闭，所述第一开关S1及所述第二开关S2断开；所述第二运算放大器A2与所述第一MOS管M1及所述第三电阻R3构成电流源电路，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第一MOS管M1第一连接端的电压等于所述第二运算放大器A2反相输入端的电压，并与所述第二运算放大器A2同相输入端的电压一致，均为VB1+VB2，所述第三电阻R3远离所述第一MOS管M1一端的电压为VB1+VB2+VB3，故加在所述第三电阻R3上的电压为：VR3＝(VB1+VB2+VB3)-(VB1+VB2)＝VB3，流过所述第三电阻R3的电流为：因此，所述最高节电池采样电路23的输出电压Vout3为：实现通过调节所述第三电阻R3及所述第四电阻R4的比例即可获得所述最高节电池电压的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

需要说明的是，由于所述第二运算放大器A2的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第二运算放大器A2的输入电流从所述最高节电池的正极端抽出，该电流同时流过所述最低节电池、所述第二节电池及所述最高节电池，不会存在只从所述最高节电池抽电流而导致加速不平衡的问题。

作为示例，如图4所示，所述第二节电池采样电路24包括：第三运算放大器A3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二MOS管M2及第二开关S2；其中，所述第三运算放大器A3的同相输入端与所述第五电阻R5的一端及所述第六电阻R6的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与所述最低节电池采样电路22连接，所述第六电阻R6的另一端与所述最高节电池采样电路23、所述第二开关S2的一端及所述第七电阻R7的一端连接，所述第二开关S2的另一端与所述电流动态自补偿电路25连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第三运算放大器A3的反相输入端及所述第二MOS管M2的第一连接端连接，所述第二MOS管M2的栅极端与所述第三运算放大器A3的输出端连接，所述第二MOS管M2的第二连接端与所述第八电阻R8的一端连接、且作为所述第二节电池采样电路24的输出端，所述第八电阻R8的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第三运算放大器A3的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第三运算放大器A3的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第三运算放大器A3的使能端接入使能控制信号(图4中所述第三运算放大器A3的使能端未示出)，以控制所述第三运算放大器A3的导通或关闭。

具体的，所述第二节电池采样电路24对所述第二节电池的电压VB2进行采样时，所述第一运算放大器A1、所述第二运算放大器A2及所述第三运算放大器A3均处于工作状态，所述第一开关S1及所述第二开关S2均闭合，此时节点J1的电压被所述第一运算放大器A1构成的电压跟随器钳位在VB1，节点J2的电压被所述第二运算放大器A2、所述第三电阻R3及所述第一MOS管M1构成的电流源电路钳位在VB1+VB2，因此，节点J3的电压为：所述第三运算放大器A3的反相输入端接所述第二MOS管M2的第一连接端，与所述第七电阻R7及所述第二MOS管M1构成电流源电路，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第二MOS管M2的第一连接端的电压等于所述第三运算放大器A3的反相输入端电压，并与所述第三运算放大器A3同相输入端的电压一致，即节点J4的电压为：所述第七电阻R7远离所述第二MOS管M2的一端的电压(即节点J2的电压)为VB1+VB2，因此，加在所述第七电阻R7上的电压为：故流过所述第七电阻R7的电流为：因此，所述第二节电池采样电路24的输出电压Vout2为：实现通过调节所述第五电阻R5、所述第六电阻R6、所述第七电阻R7及所述第八电阻R8的比例即可获得所述第二节电池电压的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

需要说明的是，由于所述第一运算放大器A1的正电源接入端、所述第二运算放大器A2的正电源接入端、所述第三运算放大器A3的正电源接入端均与所述最高节电池的正极端连接，所述第一运算放大器A1的输入电流、所述第二运算放大器A2的输入电流、所述第三运算放大器A3的输入电流均从所述最高节电池的正极端抽出，该电流同时流过所述最低节电池、所述第二节电池及所述最高节电池，不会存在只从所述第二节电池抽电流而导致加速不平衡的问题。

作为示例，如图4所示，所述电流动态自补偿电路25包括：

电压-电流转换电路251，与所述第二节电池采样电路24连接，用于将所述第二节电池采样电路24输出的对地电压转换为对地电流并输出；及

高压电流镜电路252，与所述电压-电流转换电路251、所述第二节电池采样电路24及所述最高节电池连接，用于将所述对地电流按预设镜像比例k进行电流镜像，以向所述第二节电池采样电路24输出补偿电流。

作为示例，如图4所示，所述电压-电流转换电路251包括：第四运算放大器A4、第九电阻R9及第三MOS管M3；其中，所述第四运算放大器A4的同相输入端与所述第二节电池采样电路24连接，所述第四运算放大器A4的反相输入端与所述第九电阻R9的一端及所述第三MOS管M3的第一连接端连接，所述第九电阻R9的另一端接参考地，所述第三MOS管M3的栅极端与所述第四运算放大器A4的输出端连接，所述第三MOS管M3的第二连接端作为所述电压-电流转换电路251的输出端。所述高压电流镜电路252为现有任一种可实现将电流按预设镜像比例k进行镜像的电路；优选地，在本实施例中，所述高压电流镜电路252由两个MOS管构成，通过设置两MOS管的尺寸实现调节预设镜像比例k的值。

具体的，由于所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir主要消耗在所述第六电阻R6所在支路及所述第七电阻R7所在支路两条支路上，而剩余电流会通过第一开关S1，并在所述第一开关S1上产生压降进而影响所述第二节电池采样电路24的采样精度。本实施例中，设所述电压-电流转换电路251的增益为RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例为k，此时，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir为：可见，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir仅与所述电压-电流转换电路251的增益RG、所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k、所述第二节电池电压VB2及所述第二节电池采样电路24中各电阻R5、R6、R7、R8相关。而所述第六电阻R6所在支路消耗的电流为：所述第七电阻R7所在支路消耗的电流为：故所述第六电阻R6所在支路及所述第七电阻R7所在支路两路消耗的电流为：可见，所述第六电阻R6所在支路和所述第七电阻R7所在支路两路消耗的电流只与所述第二节电池电压VB2及所述第二节电池采样电路24中的各电阻R5、R6、R7、R8相关。因此，只要通过调节所述电压-电流转换电路251的增益RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k，即可使Imir＝I，即使得所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir与流经所述第六电阻R6所在支路的电流及流经所述第七电阻R7所在支路的电流之和相等，实现无电流流过所述第一开关S1，进而彻底消除所述第一开关S1的导通电阻对采样精度的影响，实现所述第二节电池采样电路24的电流动态自补偿。

需要说明的是，在实际情况下，由于失调电压和电阻失配的存在，不能做到电流完全自补偿，但通过调节所述电压-电流转换电路251的增益RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k，可以使得流经所述第一开关S1的电流大大减小，尽可能大的提高采样精度；而且还能在精度要求允许的情况下，减小开关管的尺寸、面积，以降低成本。

需要说明的是，所述补偿电路Imir在实现电流动态自补偿的同时，还提供电流以使所述第二运算放大器A2构成的负反馈电路及所述第三运算放大器A3构成的负反馈电路能够正常工作。

实施例二

如图5所示，本实施例提供一种电池采样系统，所述采样系统20包括：

电池组21，包括依次串联的最低节电池、第二节电池及最高节电池；

最低节电池采样电路22，与所述最低节电池的正极端、负极端及所述最高节电池的正极端连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述最低节电池的电压VB1转换为对地电压以进行输出；

最高节电池采样电路23，与所述最低节电池的负极端、所述第二节电池的正极端及所述最高节电池的正极端连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述最高节电池的电压VB3转换为对地电压以进行输出；

第二节电池采样电路24，与所述最低节电池的负极端、所述最高节电池的正极端、所述最低节电池采样电路22及所述最高节电池采样电路23连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述第二节电池的电压VB2转换为对地电压以进行输出；以及

电流动态自补偿电路25，与所述最高节电池的正极端及所述第二节电池采样电路24连接，用于对输入所述第二节电池采样电路24的采样电流进行动态自补偿，以提高所述第二节电池采样电路24的采样精度。

作为示例，如图5所示，所述采样系统20还包括：n节中间节电池，及与所述n节中间节电池一一对应的n个中间节电池采样电路，其中，n为不小于1的正整数；

所述n节中间节电池串联接于所述第二节电池与所述最高节电池之间；

所述中间节电池采样电路与所述最低节电池、所述中间节电池采样电路对应的所述中间节电池、所述最高节电池、所述中间节电池采样电路的前一节电池采样电路、所述中间节电池采样电路的后一节电池采样电路及所述电流动态自补偿电路连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述中间节电池的电压转换为对地电压以进行输出；

其中，所述电流动态自补偿电路25与所述最高节电池、所述第二节电池采样电路及n个所述中间节电池采样电路连接，用于对输入所述第二节电池采样电路或所述中间节电池采样电路的采样电流进行动态自补偿，以提高所述第二节电池采样电路或所述中间节电池采样电路的采样精度。

优选地，如图5所示，在本实施例中，所述中间节电池包括第三节电池及第四节电池，其中，所述第三节电池及所述第四节电池依次串联接于所述第二节电池及所述最高节电池之间，即所述最低节电池的正极端与所述第二节电池的负极端连接，所述第二节电池的正极端与所述第三节电池的负极端连接，所述第三节电池的正极端与所述第四节电池的负极端连接，所述第四节电池的正极端与所述最高节电池的负极端连接；所述中间节电池采样电路包括第三节电池采样电路26及第四节电池采样电路27，其中，所述第三节电池采样电路26与所述最低节电池、所述第三节电池、所述最高节电池、所述第二节电池采样电路24、所述第四节电池采样电路27及所述电流动态自补偿电路25连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述第三节电池的电压VB3转换为对地电压以进行输出；所述第四节电池采样电路27与所述最低节电池、所述第四节电池、所述最高节电池、所述第三节电池采样电路26、所述最高节电池采样电路23及所述电流动态自补偿电路25连接，用于从所述最高节电池的正极端抽取采样电流，并将所述第四节电池的电压VB4转换为对地电压以进行输出。

具体的，如图5所示，所述第三节电池采样电路26包括：第五运算放大器A5、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四MOS管M4、第三开关S3及第四开关S4，其中，所述第五运算放大器A5的同相输入端连接于所述第二节电池的正极端及所述第三节电池的负极端之间，所述第五运算放大器A5的反相输入端与所述第十电阻R10的一端、所述第三开关S3的一端及所述第四MOS管M4的第一连接端连接，所述第十电阻R10的另一端与所述第四开关S4的一端及所述第四节电池采样电路27连接，所述第四开关S4的另一端与所述电流动态自补偿电路25连接，所述第三开关S3的另一端与所述第二节电池采样电路24连接，所述第四MOS管M4的栅极端与所述第五运算放大器A5的输出端连接，所述第四MOS管M4的第二连接端与所述第十一电阻R11的一端连接、且作为所述第三节电池采样电路26的输出端，所述第十一电阻R11的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第五运算放大器A5的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第五运算放大器A5的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第五运算放大器A5的使能端接入使能控制信号，以控制所述第五运算放大器A5的导通与关闭。

具体的，如图5所示，所述第四节电池采样电路27包括：第六运算放大器A6、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第五MOS管M5、第五开关S5及第六开关S6，其中，所述第六运算放大器A6的同相输入端连接于所述第三节电池的正极端及所述第四节电池的负极端之间，所述第六运算放大器A6的反相输入端与所述第十二电阻R12的一端、所述第五开关S5的一端及所述第五MOS管M5的第一连接端连接，所述第十二电阻R12的另一端与第六开关S6的一端及所述最高节电池采样电路23连接，所述第六开关S6的另一端与所述电流动态自补偿电路25连接，所述第五开关S5的另一端与所述第三节电池采样电路26连接，所述第五MOS管M5的栅极端与所述第六运算放大器A6的输出端连接，所述第五MOS管M5的第二连接端与所述第十三电阻R13的一端连接、且作为所述第四节电池采样电路27的输出端，所述第十三电阻R13的另一端与所述最低节电池的负极端连接，所述第六运算放大器A6的正电源接入端与所述最高节电池的正极端连接，所述第六运算放大器A6的负电源接入端与所述最低节电池的负极端连接，所述第六运算放大器A6的使能端接入使能控制信号，以控制所述第六运算放大器A6导通或关闭。

需要说明的是，在本实施例中，所述第一运算放大器A1的正电源接入端、负电源接入端及使能端，所述第二运算放大器A2的正电源接入端、负电源接入端及使能端，所述第三运算放大器A3的正电源接入端、负电源接入端及使能端，所述第五运算放大器A5的正电源接入端、负电源接入端及使能端，所述第六运算放大器A6的正电源接入端、负电源接入端及使能端均未于图5中示出。

具体的，如图5所示，所述电流动态自补偿电路25包括：

多路选择器253，与所述第二节电池采样电路24及n个所述中间节电池采样电路连接，用于从所述第二节电池采样电路24及n个所述中间节电池采样电路中选取采样通道，并将所述采样通道的对地电压进行输出；

通道译码器254，与所述多路选择器253、所述第二节电池采样电路24及n个所述中间节电池采样电路连接，用于根据所述多路选择器253选取的所述采样通道，向所述采样通道输出开关控制信号SC，以使所述采样通道与高压电流镜电路252连通；

电压-电流转换电路251，与所述多路选择器253连接，用于将所述多路选择器253输出的对地电压转换为对地电流，并进行输出；

高压电流镜电路252，与所述电压-电流转换电路251、所述第二节电池采样电路24、n个所述中间节电池采样电路及所述最高节电池连接，用于将所述对地电流按预设镜像比例进行电流镜像，以向所述采样通道输出补偿电流。

具体的，所述电压-电流转换电路251包括：第四运算放大器A4、第九电阻R9及第三MOS管M3；其中，所述第四运算放大器A4的同相输入端与所述多路选择器253连接，所述第四运算放大器A4的反相输入端与所述第九电阻R9的一端及所述第三MOS管M3的第一连接端连接，所述第九电阻R9的另一端接最低节电池的负极端，所述第三MOS管M3的栅极端与所述第四运算放大器A4的输出端连接，所述第三MOS管M3的第二连接端作为所述电压-电流转换电路251的输出端。

下面请参阅图5对本实施例所述电池采样系统的工作过程进行详细说明。

所述最低节电池采样电路22对所述最低节电池的电压VB1进行采样时，所述第二运算放大器A2、所述第三运算放大器A3、所述第五运算放大器A5及所述第六运算放大器A6均通过使能控制信号控制其关闭，所述第一开关S1、所述第二开关S2、所述第三开关S3、所述第四开关S4、所述第五开关S5及所述第六开关S6均断开；由于所述第一运算放大器A1的反相输入端与其输出端相短接，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第一运算放大器A1输出端电压等于所述运算放大器A1的反相输入端电压，并与所述第一运算放大器A1的同相输入端电压一致，均为VB1，故所述最低节电池采样电路22的输出端电压Vout1为：实现通过调节所述第一电阻R1及所述第二电阻R2的比例即可获得所述最低节电池电压VB1的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

所述最高节电池采样电路23对所述最高节电池的电压VB5进行采样时，所述第一运算放大器A1、所述第三运算放大器A3、所述第五运算放大器A5及所述第六运算放大器A6均通过使能控制信号控制其关闭，所述第一开关S1、所述第二开关S2、所述第三开关S3、所述第四开关S4、所述第五开关S5及所述第六开关S6均断开；所述第二运算放大器A2与所述第一MOS管M1及所述第三电阻R3构成电流源电路，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第一MOS管M1第一连接端的电压等于所述第二运算放大器A2反相输入端的电压，并与所述第二运算放大器A2同相输入端的电压一致，均为VB1+VB2+VB3+VB4，所述第三电阻R3远离所述第一MOS管M1一端的电压为VB1+VB2+VB3+VB4+VB5，故加在所述第三电阻R3上的电压为：VR3＝(VB1+VB2+VB3+VB4+VB5)-(VB1+VB2+VB3+VB4)＝VB5，流过所述第三电阻R3的电流为：因此，所述最高节电池采样电路23的输出电压Vout3为：实现通过调节所述第三电阻R3及所述第四电阻R4的比例即可获得所述最高节电池电压VB5的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

所述第四节电池采样电路27对所述第四节电池的电压VB4进行采样时，所述第一运算放大器A1、所述第三运算放大器A3及所述第五运算放大器A5均通过使能控制信号控制其关闭，所述第二开关S2、所述第三开关S3、所述第四开关S4及所述第五开关S5均断开；所述第六运算放大器A6与所述第五MOS管M5及所述第十二电阻R12构成电流源电路，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第五MOS管M5第一连接端的电压等于所述第六运算放大器A6反相输入端的电压，并与所述第六运算放大器A6同相输入端的电压一致，均为VB1+VB2+VB3，所述第十二电阻R12远离所述第五MOS管M5一端的电压为VB1+VB2+VB3+VB4，故加在所述第十二电阻R12上的电压为：VR12＝(VB1+VB2+VB3+VB4)-(VB1+VB2+VB3)＝VB4，流过所述第十二电阻R12的电流为：因此，所述第四节电池采样电路27的输出电压Vout4为：实现通过调节所述第十二电阻R12及所述第十三电阻R13的比例即可获得所述第四节电池电压VB4的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

当所述第四节电池采样电路27对所述第四节电池的电压VB4进行采样时，所述多路选择器253向所述电压-电流转换电路251输出电压Vout4，所述通道译码器252控制所述第六开关S6闭合；由于所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir主要消耗在所述第十二电阻R12所在支路上，剩余电流会通过所述第一开关S1，并在所述第一开关S1上产生压降进而影响所述第四节电池采样电路27的采样精度。本实施例中，设所述电压-电流转换电路251的增益为RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例为k，此时，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir为：可见，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir仅与所述电压-电流转换电路251的增益RG、所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k、所述第四节电池电压VB4及所述第四节电池采样电路27中电阻R12、R13相关。而所述第十二电阻R12所在支路消耗的电流为：可见，所述第十二电阻R12所在支路消耗的电流只与所述第四节电池电压VB4及所述第四节电池采样电路27中的各电阻R12相关。因此，只要通过调节所述电压-电流转换电路251的增益RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k，即可使Imir＝IR12，使得所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir与流经所述第十二电阻R12所在支路的电流相等，实现无电流流过所述第一开关S1，进而彻底消除所述第一开关S1的导通电阻对采样精度的影响，实现所述第四节电池采样电路27的电流动态自补偿。

所述第三节电池采样电路26对所述第三节电池的电压VB3进行采样时，所述第一运算放大器A1及所述第三运算放大器A3通过使能控制信号控制其关闭，所述第二开关S2、所述第三开关S3及所述第六开关S6断开；所述第五运算放大器A5与所述第四MOS管M4及所述第十电阻R10构成电流源电路，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第四MOS管M4第一连接端的电压等于所述第五运算放大器A5反相输入端的电压，并与所述第五运算放大器A5同相输入端的电压一致，均为VB1+VB2，所述第十电阻R10远离所述第四MOS管M4一端的电压为VB1+VB2+VB3，故加在所述第十电阻R10上的电压为：VR10＝(VB1+VB2+VB3)-(VB1+VB2)＝VB3，流过所述第十电阻R10的电流为：因此，所述第三节电池采样电路26的输出电压Vout3为：实现通过调节所述第十电阻R10及所述第十一电阻R11的比例即可获得所述第三节电池电压VB3的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

当所述第三节电池采样电路26对所述第三节电池的电压VB3进行采样时，所述多路选择器253向所述电压-电流转换电路251输出电压Vout3，所述通道译码器252控制所述第四开关S4闭合；由于所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir主要消耗在所述第十电阻R10所在支路上，剩余电流会通过所述第五开关S5，并在所述第五开关S5上产生压降进而影响所述第三节电池采样电路26的采样精度。本实施例中，设所述电压-电流转换电路251的增益为RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例为k，此时，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir为：可见，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir仅与所述电压-电流转换电路251的增益RG、所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k、所述第三节电池电压VB3及所述第三节电池采样电路26中电阻R10、R11相关。而所述第十电阻R10所在支路消耗的电流为：可见，所述第十电阻R10所在支路消耗的电流只与所述第三节电池电压VB3及所述第三节电池采样电路26中的电阻R10相关。因此，只要通过调节所述电压-电流转换电路251的增益RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k，即可使Imir＝IR10，使得所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir与流经所述第十电阻R10所在支路的电流相等，实现无电流流过所述第五开关S5，进而彻底消除所述第五开关S5的导通电阻对采样精度的影响，实现所述第三节电池采样电路26的电流动态自补偿。

所述第二节电池采样电路24对所述第二节电池的电压VB2进行采样时，所述第一运算放大器A1、所述第二运算放大器A2、所述第三运算放大器A3、所述第五运算放大器A5及所述第六运算放大器A6均处于工作状态，所述第一开关S1、所述第二开关S2、所述第三开关S3及所述第五开关S5均闭合，此时节点J1的电压被所述第一运算放大器A1构成的电压跟随器嵌在VB1，节点J2的电压被所述第二运算放大器A2、所述第三电阻R3及所述第一MOS管M1构成的电流源电路钳在VB1+VB2，因此，节点J3的电压为：所述第三运算放大器A3的反相输入端接所述第二MOS管M2的第一连接端，与所述第七电阻R7及所述第二MOS管M1构成电流源电路，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第二MOS管M2的第一连接端的电压等于所述第三运算放大器A3的反相输入端电压，并与所述第三运算放大器A3同相输入端的电压一致，即节点J4的电压为：所述第七电阻R7远离所述第二MOS管M2的一端的电压(即节点J2的电压)为VB1+VB2，因此，加在所述第七电阻R7上的电压为：故流过所述第七电阻R7的电流为：因此，所述第二节电池采样电路24的输出电压Vout2为：实现通过调节所述第五电阻R5、所述第六电阻R6、所述第七电阻R7及所述第八电阻R8的比例即可获得所述第二节电池电压VB2的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。

当所述第二节电池采样电路24对所述第二节电池的电压VB2进行采样时，所述多路选择器253向所述电压-电流转换电路251输出电压Vout2，所述通道译码器252控制所述第二开关S2闭合。由于所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir主要消耗在所述第六电阻R6所在支路及所述第七电阻R7所在支路两条支路上，而剩余电流会通过第一开关S1，并在所述第一开关S1上产生压降进而影响所述第二节电池采样电路24的采样精度。本实施例中，设所述电压-电流转换电路251的增益为RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例为k，此时，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir为：可见，所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir仅与所述电压-电流转换电路251的增益RG、所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k、增益所述第二节电池电压VB2及所述第二节电池采样电路24中各电阻R5、R6、R7、R8相关。而所述第六电阻R6所在支路消耗的电流为，所述第七电阻R7所在支路消耗的电流为：故所述第六电阻R6所在支路及所述第七电阻R7所在支路两路消耗的电流为：可见，所述第六电阻R6所在支路和所述第七电阻R7所在支路两路消耗的电流只与所述第二节电池电压VB2及所述第二节电池采样电路24中的各电阻R5、R6、R7、R8相关。因此，只要通过调节所述电压-电流转换电路251的增益RG及所述高压电流镜电路252的预设镜像比例k，即可使Imir＝I，即使得所述电流动态自补偿电路25输出的补偿电流Imir与流经所述第六电阻R6所在支路的电流及流经所述第七电阻R7所在支路的电流之和相等，实现无电流流过所述第三开关S3，进而彻底消除所述第三开关S3的导通电阻对采样精度的影响，实现所述第二节电池采样电路24的电流动态自补偿。

综上所述，如上所述，本实用新型的电池采样系统，具有以下有益效果：

1.本实用新型的适用于多节电池的高精度电池采样系统可以实现多节电池电压的电平转移；

2.通过控制各电池采样电路中运算放大器的失调(offset)以及电阻匹配或者通过修调可以获得高精度的电平转移信号；同时，各电池采样电路中运算放大器的匹配器件可以使用低压结构，采用低压结构匹配器件的运算放大器其自身失调相较于高压结构匹配器件的运算放大器要小很多；

3.各节电池经过输入电阻后连接运算放大器的输入端，由于运算放大器是MOS管的输入级，在采样时不会从对应的电池中抽取电流，避免了由于从各自对应电池正极端抽取电流造成加速电池不平衡的情况；本实用新型中的各电池采样电路均从最高节电池的正极端抽取电流，电流流过串联的每一节电池，不会造成电池不平衡的问题；

4.各电池采样电路的输入均为运算放大器的输入端，是高阻节点，使得本实用新型的电池采样系统的可靠性较强；

5.本实用新型的电池采样系统可以通过重复架构堆叠实现三节以上电池的高精度采样，当串联的电池数量大于三节时，除了第一节电池、第二节电池及最高节电池需要采用各自对应的电池采样电路外，其他各节电池对应的电池采样电路具有相同的电路结构及控制方法，十分便于堆叠扩展，通过叠加可以对任意多节电池串联系统进行高精度采样。

6.本实用新型通过电流动态自补偿电路降低了流入所述中间节电池采样电路或所述最高节电池采样电路中开关的电流，从而降低了开关导通电阻对所述第二节电池采样电路或所述中间节电池采样电路采样精度的影响，实现在相同开关管尺寸条件下通过减小电流降低了开关管上的压降，提高了采样精度，或者在系统精度范围允许条件下减小开关管尺寸、节省面积、降低芯片成本。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。