使用第二路径冗余测量方法的电池诊断系统和方法与流程

本发明一般涉及电子系统和方法，并且在特定实施例中，涉及使用第二路径冗余测量方法的电池诊断系统和方法。

背景技术：

电动交通工具是使用电动机进行推进的交通工具。通常，电动交通工具使用电池组来为电动机提供动力。电池组通常包括串联的电池单元的堆叠体，以实现诸如400v或更高的电压。例如，电池组可以包括串联连接的96个锂离子电池单元的堆叠体。还可以使用低于400v的电压。

由于电动交通工具通常由电池组供电，因此电池组的健康是主要的安全问题。在某些情况下，电池组中的单个电池单元的故障可能是灾难性的。例如，由于制造或使用相关的变化，一些电池单元可能具有比电池组中的其他电池单元略小的容量。在电池单元不平衡的情况下，一个或多个电池单元可能在多次充电/放电循环后失效。

因此，交通工具通常监控并周期性地重新平衡每个单独的电池单元。电池单元的监测和平衡通常由外部集成电路(ic)完成(通常被称为电池堆监测器、电池监测器ic或传感ic)，其经由平衡网络连接到电池组。在一些实施方式中，外部ic监测跨电池组的每个电池单元的电压，然后基于所监测的电压来使一些电池单元放电，以确保每个电池单元相对于电池组中的其他电池单元平衡。由于用于将外部ic连接到电池组的平衡网络可能发生故障，因此外部ic可以能够检测平衡网络的开路作为另一诊断特征。

技术实现要素：

根据一个实施例，一种用于提供电池诊断的方法包括：使用第一测量电路经由网络的第一测量路径测量跨可再充电电池的第一电池单元的第一电压，测量第一电压包括在第一时间段期间使用第一测量电路获取至少一个第一电压样本；使用第二测量电路经由网络的第二测量路径测量跨第一电池单元的第二电压，测量第二电压包括在第一时间段期间使用第二测量电路获取至少一个第二电压样本，其中网络的第二测量电路路径不同于网络的第一个测量路径；将测得的第一电压与测得的第二电压进行比较；以及基于比较生成诊断输出信号。

在一个实施例中，一种电路包括：第一测量电路，其被配置为经由网络的第一路径耦合到第一电池单元；第二测量电路，其被配置为经由网络的第二路径耦合到第一电池单元，第二路径不同于第一路径；以及控制器，其被配置为：使得第一测量电路在第一时间段期间测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第一多个电压样本，使得第二测量电路在第一时间段期间测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第二多个电压样本，将第一测量电路的输出与第二测量电路的输出进行比较，并且基于该比较生成诊断输出信号。

在一个实施例中，一种电池管理系统包括：可再充电电池，包括串联耦合的n个电池单元，其中n是大于零的正整数；被耦合到可再充电电池的平衡网络；以及电池监测电路，其被耦合到平衡网络，电池监测电路包括：σ-δ模数转换器(adc)，其具有的输入被配置为经由平衡网络的第一路径耦合到n个电池单元的第一电池单元，σ-δadc被耦合到第一基准电压发生器；测量电路，其具有的输入被配置为经由平衡网络的第二路径耦合到第一电池单元，第二路径不同于第一路径，测量电路被耦合到不同于第一基准电压发生器的第二基准电压发生器，测量电路具有与σ-δadc不同的架构；以及控制器，其被配置为：控制σ-δadc以在第一时间段期间测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第一多个电压样本，控制测量电路以在第一时间段期间测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第二多个电压样本，将σ-δadc的输出与测量电路的输出进行比较，并且基于该比较生成诊断输出信号。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统的一部分的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的检测电池管理系统的故障的实施例方法的流程图；

图3示出了根据本发明的另一实施例的电池管理系统的一部分的示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统的一部分的示意图；

图5示出了根据本发明的另一实施例的电池管理系统的一部分的示意图；

图6示出了根据本发明的又一实施例的电池管理系统的一部分的示意图；

图7示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统的一部分的示意图；

图8示出了根据本发明的一个实施例的用于实现同时测量的可能测量系统的示意图；

图9图示了根据本发明的一个实施例的用于测量跨图7的电池管理系统的每个电池单元的电压的时序图；

图10示出了根据本发明的另一实施例的电池管理系统的一部分的示意图；以及

图11示出了根据本发明的一个实施例的检测电池管理系统的故障的实施例方法的流程图。

除非另有指示，否则在不同附图中的对应数字和符号通常指代对应的部分。绘制附图以清楚地说明优选实施例的相关方面，并且附图不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以跟随图号。

具体实施方式

下面详细讨论目前优选实施例的制备和使用。然而，应该理解的是，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实施的可应用的创造性概念。所讨论的具体实施例仅说明制造和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。

以下描述说明了各种具体细节，以提供对根据本说明书的若干示例实施例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、部件、材料等获得实施例。在其他情况下，未示出或详细描述已知的结构，材料或操作，以免模糊实施例的不同方面。在本说明书中对“一个实施例”的引用指示关于实施例描述的特定配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可以出现在本说明书的不同点处的诸如“在一个实施例中”的短语不一定完全指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特征。

本发明将针对具体上下文中的实施例来进行描述，一种诊断电路，其被耦合到电动交通工具的电池组，并且被配置为通过使用利用不同技术实现的冗余电压测量电路来检测在电池组、平衡网络以及诊断电路内部和外部的其他部件中的故障。一些实施例可以用在除电动交通工具之外的系统中，诸如测量电压的其他系统。还可以使用除了本文所述的测量电压的技术之外的测量电压的技术。

系统冗余可以用在安全关键系统(诸如电池管理系统)中，以降低系统的故障概率。当冗余系统和主系统不相关(即，互斥)时，故障概率的降低通常是最有效的。例如，通常，冗余测量系统与主系统的相关性越小，主系统和冗余系统由于单个特定事件或根本原因而发生故障(还被称为常见原因故障)的概率越低。

在本发明的一个实施例中，电池管理系统使用电池监测器ic，其使用冗余来监测跨电池组的每个电池单元的电压。跨电池单元的电压利用主电压测量电路和次电压测量电路来测量。主电压测量电路和次电压测量电路通过不同的技术来实现，使用不同的基准电压发生器，并且经由不同的路径同时测量跨电池单元的电压。可以通过将由主电压测量电路和次电压测量电路测量的电压之间的差与电压阈值进行比较来检测电池监测器ic内部或电池监测器ic外部的故障，诸如故障部件和泄漏路径。

图1示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统100的示意图。为清楚起见，省略了电池管理系统100的一些部件和细节。电池管理系统100包括电池组101，电池组101经由模拟滤波器和平衡网络104耦合到电池监测器ic102。电池监测器ic102包括静电放电(esd)保护电路106、开环诊断和平衡电路108以及电压测量电路109。电池组101包括串联耦合的多个电池单元。然而，出于清楚的目的，图1仅图示了电池组101的电池单元celli。

在正常操作期间，跨电池单元celli的电压由电压测量电路109监测。例如，由电压测量电路109测量的电压用于确定电池单元celli是否应该被放电以相对于电池组101中的其他电池单元进行平衡。跨电池单元celli的电压还可以用于确定电池单元celli是否被放电或过充电。跨电池单元celli的电压还可以用于其他目的，诸如在开路电压(ocv)中重新校准片上系统(soc)。

电压测量电路109包括用于测量跨电池单元celli的电压的冗余。例如，电压测量电路109包括电压测量电路110和电压测量电路112。电压测量电路110和112可以用不同的测量方案实现。不同的测量方案涉及不同的架构(例如，saradc或σ-δadc)和/或不同的测量原理。例如，电压测量电路110可以被实现为具有特定数字滤波的13位σ-δadc，并且电压测量电路112可以被实现为使用不同数字滤波的16位σ-δadc。电压测量电路110和112中的每个电压测量电路使用不同的基准电压。基准发生器111和113分别生成用于电压测量电路110和112的基准电压。

如图1所示，电压测量电路110使用路径122测量跨电池单元celli的电压，并且电压测量电路112使用路径124测量跨电池单元celli的电压。路径112和124使用电池监测器ic102的不同引脚，并且使用模拟滤波器和平衡网络104的不同部件。路径112和124还可以暴露于不同的esd结构，因为电池监测器ic102的每个引脚具有其自身的esd保护电路。出于清楚的目的，ic102的引脚的esd结构在图1中共同示出为esd保护电路106。路径112和124还可以暴露在开环诊断和平衡电路108的不同电路中(取决于开环诊断和平衡电路108的实施方式)。

电压测量电路110和112两者同时测量跨电池单元celli的电压。路径112和124的滤波特性的尺度被确定为允许当由测量电路110和112同时测量相同信号时的可比较的结果。

基准发生器电路111和113可以以本领域中已知的任何方式实现。例如，基准发生器电路111和113可以通过使用独立的带隙电路来实现，该独立的带隙电路提供独立的电压以用作用于电压测量单元112和110的基准。在一些实施例中，相应带隙电路和电压调节器的架构可以是不同的。在其他实施例中，基准发生器电路111和113的架构可以是相同的。其他实现也是可能的。

开环诊断和平衡电路108通过执行开环测试来检测在模拟滤波器和平衡网络104中是否存在开路状况。开环诊断和平衡电路108还使电池单元celli放电到期望的电压，以相对于电池组101中的其他电池单元平衡电池单元celli。开环诊断和平衡电路108可以以本领域已知的任何方式实现。例如，典型的实施方式包括电流源、比较器和晶体管。

模拟滤波器和平衡网络104包括：平衡网络，该平衡网络包括电阻器；以及模拟滤波器，该模拟滤波器包括电容器，该电容器与平衡网络的电阻器组合提供滤波。作为一个非限制性示例，在一些实施例中，电阻器r1具有5ω的电阻，电阻器r2具有20ω的电阻，并且电容器c1具有330nf的电容。可以使用其他电阻和电容值。例如，可以基于期望的滤波特性来选择电阻器r1和r2的电阻以及电容器c1的电容，以允许在同时测量相同信号时112和110的测量结果是可比较的。在一些实施例中，平衡网络的滤波特性可以在对电压进行采样之后通过后续滤波来补充，以获得匹配的总有效滤波特性。模拟滤波器和平衡网络104可以通过其他布置来实现，诸如例如在图3和4中所示。

esd保护电路106为电池监测器ic102的一些或所有引脚提供用于esd放电的路径。esd保护电路106可以以本领域已知的任何方式实现。例如，esd二极管可以以反向偏置配置耦合在引脚(例如，ui)与接地节点和/或电池供电节点和/或电池监测器ic102的另一引脚之间。其他实施方式也是可能的。

电池监测器ic102以单片半导体衬底来实现。在一些实施例中，电池监测器ic102可以以多芯片架构来实现，其中，例如，电压测量电路110与基准发生器111一起被设置在第一单片半导体衬底中，并且电压测量电路112与基准发生器113一起被设置在不同于第一单片半导体衬底的第二单片半导体衬底中，并且被封装在同一封装中。其他实施方式也是可能的。

电池组101包括多个电池单元。例如，电池组101可以包括串联堆叠的12个可充电锂离子电池单元。还可以使用串联堆叠的不同数目的电池单元。在一些实施例中，串联耦合的电池单元的堆叠体可以并联和/或串联耦合到电池单元的其他堆叠体。例如，电池组可以包括4堆8个串联连接的电池单元，其中4个堆叠体并联连接，并且其中8个串联连接的电池单元的堆叠体中的每个堆叠体包括串联连接的12个锂离子电池单元。一些电池组可以使用具有不同化学物质的电池单元。例如，一些电池组可以使用其他基于锂的化学物质。可以使用其他化学物质。

一些实施例的优点包括：通过具有冗余电压测量电路并且使用不同的基准电压和不同的测量路径来增加电池管理系统的共同原因鲁棒性，该冗余电压测量电路依赖于利用不同测量技术实现的独立测量电路。一些实施例通过在两个电压测量电路的电压测量结果之间执行统计分析(诸如，检查由两个电压测量电路测量的测量结果之间的相关性)来进一步改进诊断能力。

图2示出了根据本发明的一个实施例的检测电池管理系统故障的实施例方法200的流程图。可以使用电池管理系统100来实现方法200。备选地，方法200可以以其他电池管理系统实施方式来实现。下面的讨论假定如图1所示的电池管理系统100实现方法200。

在步骤202期间，通过第一电压测量电路(诸如，电压测量电路110)来测量跨电池单元(诸如电池组101的电池单元celli)的电压。第一电压测量电路经由网络(诸如模拟滤波器和平衡网络104)耦合到电池单元。第一电压测量电路在第一时间期间经由第一路径测量跨电池单元的电压。

在步骤204期间，跨电池单元的电压由不同于第一电压测量电路的第二电压测量电路(诸如，例如为电压测量电路112)测量。第二电压测量电路在第一时间期间经由第二路径测量跨电池单元的电压。换句话说，第一电压测量电路和第二电压测量电路同时经由不同路径测量跨电池单元的电压。

在步骤206期间，将由第一电压测量电路测量的电压与由第二电压测量电路测量的电压进行比较。如果由第一电压测量电路和第二电压测量电路测量的电压基本相等(例如，测量结果之间的差值小于或等于电压阈值vth)，则电池管理系统正常操作，并且测量的电压可以用于其他目的，诸如，例如，决定是否重新平衡电池单元或停止充电。如果由第一电压测量电路和第二电压测量电路测量的电压不同(例如，测量结果之间的差异高于电压阈值vth)，则检测到故障。

由于第一电压测量电路和第二电压测量电路使用可比较的滤波器同时测量相同的信号，因此两个电压测量电路将同等地捕获电池单元的电压的突然变化。这种共模抑制允许设置低电压阈值vth以确定是否存在故障。使用低电压阈值vth可以允许检测诸如模拟滤波器和平衡网络104的电容器的泄漏、电池监测器ic102的引脚ui和/或gi中的泄漏、esd结构中的泄漏以及在晶体管116和/或118中的泄漏的故障。

在一些实施例中，例如使用锂离子电池单元，如果第一电压和第二电压之间的差的绝对值低于电压阈值vth(例如，10mv)，则确定第一电压和第二电压基本相等。还可以使用较低的阈值(例如5mv或更低)或更高的阈值(例如20mv、50mv或更高)。

一些实施例的优点包括检测除开环检测之外的故障。例如，可以检测电池监测器ic内部和电池监测器ic外部的各种部件的泄漏。

图3示出了根据本发明的另一实施例的电池管理系统300的一部分的示意图。电池管理系统300以与电池管理系统100类似的方式操作，并且可以实现检测电池管理系统的故障的方法200。然而，电池管理系统300包括沿着不同路径的两个不同的引脚，这些引脚用于监测跨电池单元celli的每个节点。例如，可以使用路径310经由引脚ui或经由路径312使用引脚gi-1来访问节点bci，并且可以使用路径310经由引脚ui-1或经由路径312使用引脚gi-2来访问节点bci-1。

在一些实施例中，电压测量电路110用作主测量电路，以使用引脚ui和ui-1精确地测量电池单元celli上的电压，而出于安全原因，电压测量电路112用作次测量电路，以使用引脚gi-1和gi-2验证由测量电路110测量的电压。如图3所示，通过使用两个独立的引脚用于次测量电路，由次测量电路测量的电压不会受到例如平衡电流的影响。例如，平衡电流可以流入引脚gi-1并且通过引脚gi-2流出。

一些实施例的优点包括通过重新使用平衡网络的现有结构来包括冗余电压测量路径，例如，如图1和图3所示。

图4示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统400的一部分的示意图。为清楚起见，省略了电池管理系统400的一些部件和细节，诸如esd结构和开环诊断和平衡电路。电池管理系统400包括串联布置的n个电池单元，其通过模拟滤波器和平衡网络404耦合到电池监测器ic402。电池监测器ic402包括n个电压测量电路410和n个电压测量电路412。每个电池单元经由模拟滤波器和平衡网络404耦合到相应的电压测量电路410和电压测量电路412。

在一些实施例中，n可以是12。在这样的实施例中，在正常操作期间，在引脚vs处的电压可以是例如大约60v。其他实施例可以用小于12的n(诸如，例如6或更低)来实现。其他实施例可以用高于12的值(诸如，例如15,24或更高)来实现。

如图4所示，每个冗余测量电压电路通过3个引脚耦合到相应的电池单元，类似于图1中所示的配置。一些实施例可以使用4引脚配置(诸如在图3中所示)来实现电池管理系统400，。

通过具有n个电压测量电路410和n个电压测量电路412，电池管理系统400可以同时测量跨n个电池单元中的每个电池单元的电压。换句话说，电池组101的所有电池单元可以通过相应的电压测量电路410和412同时且冗余地测量它们的关联电压。

一些实施例可以使用一个或多个多路复用器(mux)来在两个或更多个电池单元之间共享电压测量电路。例如，图5示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统500的一部分的示意图。电池管理系统500以与电池管理系统400类似的方式操作。然而，电池管理系统500使用mux505在电池组101的n个电池单元上共享电压测量电路510，而不是具有n个电压测量电路510。

电池管理系统500使用电压测量电路510和相应的电压测量电路512同时测量跨电池组101的n个电池单元中的每个电池单元的电压。例如，跨电池单元cell1的电压由测量电路5120和电压测量电路510同时测量，其中mux505被配置为选择与电池单元cell1相关联的通道。在测量跨电池单元cell1上的电压之后，跨电池单元cell2的电压可以由测量电路5121和电压测量电路510同时测量，其中mux505被配置为选择与电池单元cell2相关联的通道。对电池组101中的每个电池单元重复该序列，但不一定按照该顺序。

如图5所示，电压测量电路510在电池组101的n个电池单元上被共享。一些实施例可以在k个电池单元上共享电压测量电路510，其中k小于或等于n。

一些实施例还可以在多于一个的电池单元上共享电压测量电路512。例如，图6示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统600的一部分的示意图。电池管理系统600以与电池管理系统500类似的方式操作。然而，电池管理系统600使用mux604在电池组101的n个电池单元上共享电压测量电路512，而不是具有n个电压测量电路512。

电池管理系统600使用电压测量电路510和612同时测量跨电池组101的n个电池单元中的每个电池单元的电压。例如，跨电池单元cell1的电压由测量电路510和612同时测量，其中mux505和604分别被配置成选择与电池单元cell1相关联的通道。在测量跨电池单元cell1的电压之后，跨电池单元cell2的电压可以通过测量电路510和612同时测量，其中mux505和604分别被配置为选择与电池单元cell2相关联的通道。对电池组101中的每个电池单元重复该序列，但不一定按照该顺序。

如图6所示，电压测量电路612在电池组101的n个电池单元上共享。一些实施例可以在j个电池单元上共享电压测量电路612，其中j小于n。在一些实施例中，j可以等于k。在一些实施例中，j、k和n可以彼此相等。

图7示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统700的一部分的示意图。电池管理系统700包括：电池组701(其具有例如12个锂离子电池单元)；以及电池监测器ic702，其经由模拟滤波器和平衡网络703耦合到电池组701。电池管理系统700以与电池管理系统600类似的方式操作。然而，电池管理系统700利用saradc706实现电压测量电路612，并且实现12个σ-δadc704，每个σ-δadc704通过模拟滤波器和平衡网络703耦合到电池组701的相应电池单元，而不是单个电压测量电路510通过mux505耦合到电池组。基准发生器111将基准电压vref1提供给所有12个σ-δadc704，而基准发生器113将基准电压vref2提供给saradc706。

在正常操作期间，控制器702配置mux604以选择与特定电池单元(例如，cell1)相关联的通道(例如，ch0)，并且配置saradc707和相应的σ-δadc704(例如，σ-δadc7040)以同时测量特定跨电池单元的电压。对电池组701中的每个电池单元重复该过程。

众所周知，尽管σ-δadc704和saradc706各自产生与输入处的采样模拟电压相关联的数字值，但σ-δadc704和saradc706通过使用不同的架构和操作原理来产生它们相应的数字值。例如，saradc通常在adc输入处采样并保持模拟电压采样，然后使用m位dac生成电压，并且使用比较器将由m位dac生成的电压与在输入处采样的电压进行比较。由saradc产生的数字输出是数字代码，该数字代码在用于配置m位dac时产生的电压最接近采样输入的电压。通常，saradc使用二进制搜索来找到这种m位dac代码。m位dac通常具有8位、10位、12位或更多位。

σ-δadc使用过采样(oversampling)和噪声整形技术的结合，以将模拟输入转换为数字输出。通常，1位dac与微分器、积分器和数字滤波结合使用以产生数字代码。与saradc相比，σ-δadc主要使用数字逻辑而非模拟部件来实现。saradc和σ-δadc在本领域中是公知的，因此不再进一步讨论。

由于σ-δadc和saradc通常具有不同的采样速率，因此模拟滤波器和平衡网络703的滤波特性可以被设计为防止两种类型的adc的混叠(aliasing)。在一些实施例中，通过在频率fs/2下将噪声降低到低于例如1mv的值来实现抗混叠(anti-aliasing)，其中fs是最慢的adc(例如，saradc)的采样频率。

电池监测器ic702在单片半导体衬底中实现。在一些实施例中，电池监测器ic702可以以多芯片架构实现，其中，例如，saradc706和mux604连同基准发生器111一起被设置在第一单片半导体衬底中，并且σ-δadc704与基准发生器113一起被设置在不同于第一单片半导体衬底的第二单片半导体衬底中并且被封装在同一封装中。其他实施方式也是可能的。

图8示出了根据本发明的一个实施例的用于实现同时测量的测量系统800的示意图。测量系统800利用主测量电路804和次测量电路810在相同的持续时间内同时测量跨电池celli的电压，并且基于相应的测得的电压来生成主测量结果和次测量结果。在一些实施例中，电压测量电路110可以被实现为主测量电路804，并且电压测量电路112可以被实现为次测量电路810。

测量系统800包括主测量电路804、次测量电路810和抗混叠滤波器802和808。在一些实施例中，抗混叠滤波器802和808对应于模拟滤波器和平衡网络(例如，先前描述的诸如104、404和703)。图8示出了主测量结果和次测量结果，其均具有16位。应当理解，可以使用其他值，诸如8位、12位、14位、24位、32位。

主测量电路804具有总有效滤波特性，其包括抗混叠滤波器802和采样和平均化块806的滤波特性。次测量电路810具有总有效滤波特性，其包括抗混叠滤波器808以及采样块812和数字平均化块814的滤波特性。主测量电路804和次测量电路810的总有效滤波特性的尺度被确定为允许两个测量电路804和810同时测量同一信号。

在一些实施例中，测量电路804和810的总有效滤波特性通过具有相似的主导极点和类似的阶跃响应来匹配。作为一个非限制性示例，在其中主测量电路804通过σ-δadc来实现，而次测量电路810通过saradc来实现的一个实施例中，抗混叠滤波器802可以具有大约500khz的极点，σ-δadc具有采样和平均化块806，采样和平均化块806可以以大约20mhz对相应的输入信号进行采样，并且具有平均化n阶滤波器，平均化n阶滤波器具有大约100hz的极点，其中n可以大于或等于1，抗混叠滤波器808可以具有大约10khz的极点，saradc具有采样块812，采样块812可以以大约400hz对输入信号进行采样，并且n阶数字平均化块814可以以大约100hz的极点执行数字平均化。在该示例中，测量电路804和810的每个测量电路的主导极点是大约100hz，具有相同的频率斜率(例如，当n等于1时，每增十倍衰减20db)。可以使用针对极点频率、采样频率和滤波器的阶数的其他值。

一些实施例可以实现类似(匹配)的总有效滤波特性，而不具有以相同速率衰减的相等主导极点。例如，在一些实施例中，主测量电路804可以具有100hz的一阶极点和105hz的一阶极点，而次测量电路810可以具有99hz的二阶极点。在这样的实施例中，主测量电路804的总有效滤波特性被认为与次测量电路810的总有效滤波特性相匹配。可以使用其他滤波特性和针对主导极点和频率斜率的其他值。

在一些实施例中，σ-δadc通过一阶级联积分器梳状(cic)滤波器来实现。cic滤波器可以以本领域已知的任何方式实现。

在一些实施例中，测量电路804和810可以以相同的方式实现。例如，在一些实施例中，测量电路804和810都可以用σ-δadc实现。在一些实施例中，测量电路804和810都可以用saradc实现。在其他实施例中，主测量电路804用σ-δadc实现，而次测量电路810用比较器实现。其他实施方式也是可能的。

图9图示了根据本发明的一个实施例的用于测量跨电池组701的12个电池单元中的每个电池单元的电压的时序图。波形904对应于σ-δadc704的转换定时。波形906对应于saradc706和关联mux604的转换定时。波形905是波形904和906的一部分的放大版本。

如图9所示，在诊断时间tch_diagnose期间，测量跨电池组701的12个电池单元中的每个电池单元的电压。例如，在时间tch0期间，σ-δadc7040测量跨电池单元cell1的电压，而saradc706测量跨mux604的通道ch0的电压，该电压与跨电池单元cell1的电压相关联。在时间tch1期间，σ-δadc7041测量跨电池单元cell2的电压，而saradc706测量跨mux604的通道ch1的电压，该电压与跨电池单元cell2的电压相关联。对电池组701的所有12个电池单元重复该序列。

如波形905所示，saradc706和相应的σ-δadc704同时测量跨相应的电池单元的电压并且持续相同的持续时间。换句话说，即使saradc706通常在测量时间期间收集比σ-δadc704更少数目的样本，但是采集样本的时间应该相同。然后，在测量时间期间由每个adc收集的样本被分别平均化(例如，通过使用低通滤波器)，以获得相应的最终值。例如，选择σ-δadc704的频率j和由σ-δadc704获取的q个输入样本的数目，以花费与由saradc706以频率p获取l个样本所花费的时间相同的时间。作为一个非限制性示例，如果持续时间tch0是75μs，则以666khz操作的saradc706收集50个输入样本，而σ-δadc7040在以13.65mhz的过采样速率操作时，获取输入信号的1024个样本。在一些实施例中，转换之间的时间t1被最小化，例如，最小化至1μs。

图10示出了根据本发明的一个实施例的电池管理系统1000的一部分的示意图。电池管理系统1000包括电池组701和电池监测器ic1002，电池监测器ic1002通过模拟滤波器和平衡网络703耦合到电池组701。电池管理系统1000以与电池管理系统400类似的方式操作。然而，电池管理系统1000利用相应的σ-δadc704来实现每个电压测量电路512，并且利用相应的比较器电路1008来实现每个电压测量电路410。基准发生器111将基准电压vref1提供给所有12个σ-δadc704，而基准发生器113将基准电压vref2提供给dac1016，dac1016提供对所有比较器电路1008的基准。

在正常操作期间，每个比较器电路1008用作窗口比较器进行操作。dac1016提供每个比较器电路1008的高阈值和低阈值。

在测量时间期间，相应的σ-δadc704收集样本并且生成与测得的电压相关联的数字值，同时相应的比较器电路1008生成多个比较结果并且生成最频繁的比较结果作为最终值。例如，假设电池cell1具有跨其端子的电压v3(例如，3.6v)，则σ-δadc7040在第一测量时间期间收集多个样本，并且因此产生对应于3.6v的数字值。在相同的第一测量时间期间，比较器电路10080将在其输入处的值与由dac1016提供的值进行比较，并且对于每次比较，如果电压在窗口外，则生成表示在窗口外的输入的值(例如，0)，如果电压在窗口内，则生成表示在窗口内的输入的值(例如，1)。如果比较器电路10080生成z个样本(例如，100个样本)，其中较多样本(例如，51个或更多个)在窗口内(例如，1)，并且较少样本(例如，49个或更少个)在窗口外(例如，0)，则最终结果是输入在窗口内(例如，1)，这意味着采样电压在由dac1016提供的限制内。相反，如果在z个样本中，较多样本在窗口外(例如，0)并且较少样本在窗口内(例如，1)，则最终结果是输入在窗口外(例如，0)，这意味着采样电压在由dac1016提供的窗口外。对电池组701的每个电池单元执行相同的测量。以这种方式，比较器电路1008可以用于验证由相应的σ-δadc704测量的电压在由dac1016指定的窗口内。

在一些实施例中，比较器电路10080在输入在窗口外时生成0，并且在输入在窗口内时生成1。在其他实施例中，比较器电路10080在输入在窗口外时生成1，并且在输入在窗口内时生成0。在其他实施例中，比较器电路10080在输入在窗口外时生成负值，而当输入在窗口内时生成正值。在其他实施例中，比较器电路10080在输入在窗口外时生成正值，而当输入在窗口内时生成负值。其他实施方式也是可能的。

在一些实施例中，dac1016可以将高阈值设置为与电池单元的最大推荐操作电压(例如，对于锂离子电池为4.5v)相同的电平，并且将低阈值设置为电池单元的最小操作电压(例如，对于锂离子电池为2.7v)。其他实施例可以实现更紧缩(tight)的窗口，诸如例如50mv窗口或更低。

跨不同电荷电平的电池单元(诸如锂电池单元)的电压曲线不是线性的。例如，当锂电池单元完全充电时，跨电池单元的电压可以高达4.2v或更高，并且当锂电池单元放电时，跨电池单元的电压可以是3v或更低。在大多数时间期间(例如，从80％的充电水平到20％的充电水平)，电压可以是大约3.6v。为了在充电曲线中的不同点期间实现比较器电路1008的比较的紧缩窗口(例如，5mv)，一些实施例动态地生成窗口的值。例如，一些实施例可以在第一时间期间利用相应的σ-δadc704进行第一测量，然后配置dac1016以生成以测量值为中心的窗口，然后在第二时间期间利用相应的σ-δadc704和相应的比较器电路1008同时测量跨电池单元的电压。

图11示出了根据本发明的一个实施例的检测电池管理系统的故障的实施例方法1100的流程图。可以使用电池管理系统1000来实现方法1100。或者，方法1100可以在其他电池管理系统实施方式中实现。下面的讨论假定如图10所示的电池管理系统1000实现方法1100。

在步骤1102期间，在第一时间期间经由第一路径通过第一电压测量电路(例如，σ-δadc7040)测量跨电池单元(诸如电池组701的电池单元cell1)的第一电压volt1。

在步骤1104期间，基于第一电压设置高电压阈值vth_high和低电压阈值vth_low。例如，如果测得的第一电压是3.6v，则高电压阈值vth_high可以被设置为3.65v，并且低电压阈值vth_low可以被设置为3.55v。在一些实施例中，测得的电压可以在所选择的高电压阈值vth_high和低电压阈值vth_low之间居中。在其他实施例中，测得的电压可以在所选择的高电压阈值vth_high和低电压阈值vth_low之间不居中。通过使用例如dac(诸如dac1016)将电压阈值施加到窗口比较器，诸如比较器电路10080。

在步骤1106期间，在第二时间期间使用第一电压测量电路测量第二电压volt2。在相同的第二时间期间，利用比较器电路对第三电压volt3进行采样，以确定电压volt3是否在由高电压阈值vth_high和低电压阈值vth_low指定的窗口内。

如果第二电压volt2在窗口外，则再次执行步骤1102，如步骤1110所示。例如，由于电流的突然尖峰，电压volt2可能在窗口之外。如果电压volt2在窗口内并且比较器电路指示第三电压volt3在窗口内，则电池管理系统正常操作，并且没有错误影响测量。否则，如果电压volt2在窗口内并且比较器电路指示第三电压volt3在窗口外，则检测到故障，如步骤1112和1116所示。

在一些实施例中，方法1100在每个电池单元中顺序执行。在其他实施例中，多个存储器单元(诸如2个、3个、4个或更多个，包括电池组701的所有存储器单元)同时执行方法1100。

这里总结了本发明的示例实施例。从整个说明书和本文中提交的权利要求中还可以理解其他实施例。

示例1.一种用于提供电池诊断的方法，该方法包括：使用第一测量电路经由网络的第一测量路径测量跨可再充电电池的第一电池单元的第一电压，测量第一电压包括使用第一测量电路在第一时间段期间获取至少一个第一电压样本；使用第二测量电路经由网络的第二测量路径测量跨第一电池单元的第二电压，测量第二电压包括使用第二测量电路在第一时间段期间获取至少一个第二电压样本，其中网络的第二测量路径不同于网络的第一测量路径；将测得的第一电压与测得的第二电压进行比较；以及根据比较产生诊断输出信号。

示例2.根据示例1所述的方法，其中使用第一测量方案获取至少一个第一电压样本，并且使用第二测量方案获取至少一个第二电压样本，其中第二测量方案不同于第一测量方案。

示例3.根据示例1或2所述的方法，其中测量第一电压还包括使用第一测量电路在第一时间段期间获取第一多个电压样本；并且其中，测量第二电压还包括使用第二测量电路在第一时间段期间获取第二多个电压样本。

示例4.根据示例1至3中的一项所述的方法，其中测量第二电压还包括使用耦合到第二测量电路的平均化电路对第二测量电路的输出进行平均化。

示例5.根据示例1至4中的一项所述的方法，其中当测得的第一电压和测得的第二电压之间的差高于第一电压阈值时，诊断输出信号被断言(assert，还可以被称作“激活”)。

示例6.根据示例1至5中的一项所述的方法，其中第一测量电路具有第一主导极点，并且第二测量电路具有第二主导极点，其中方法还包括匹配第一主导极点和第二主导极点。

示例7.根据示例1至6中的一项所述的方法，其中第一测量路径连同第一测量电路的第一总有效滤波特性基本上类似于第二测量路径连同第二测量电路的第二总有效滤波特性。

示例8.根据示例1至7中的一项所述的方法，还包括：利用第一基准电压发生器向第一测量电路提供第一基准电压；以及利用与第一基准电压发生器不同的第二基准电压发生器向第二测量电路提供第二基准电压。

示例9.根据示例1至8中的一项所述的方法，还包括：利用第一基准电压发生器向第三测量电路提供第一基准电压，其中第三测量电路和第一测量电路基于相同的测量方案；使用第三测量电路经由网络的第三测量路径测量跨可再充电电池的第二电池单元的第三电压，测量第三电压包括使用第三测量电路在第二时间段期间获取第三多个第三电压样本，第二时间段发生在第一时间段之后，第二电池单元与第一电池单元串联耦合；使用第二测量电路经由网络的第四测量路径测量跨第二电池单元的第四电压，测量第四电压包括使用第二测量电路在第二时间段期间获取第四多个第四电压样本，第四测量路径与第三测量路径不同；将测得的第三电压与测得的第四电压进行比较；当第三电压和第四电压之间的差高于第一电压阈值时，诊断输出信号被断言。

示例10.一种电路，包括：第一测量电路，被配置为经由网络的第一路径耦合到第一电池单元；第二测量电路，被配置为经由网络的第二路径耦合到第一电池单元，第二路径不同于第一路径；以及控制器，被配置为：使得第一测量电路在第一时间段期间测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第一多个电压样本，使得第二测量电路在第一时间段内测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第二多个电压样本，比较第一测量电路的输出和第二测量电路的输出，并且基于该比较生成诊断输出信号。

示例11.根据示例10所述的电路，其中第一测量电路具有与第二测量电路不同的架构。

示例12.根据示例10或11所述的电路，其中第一测量电路具有第一主导极点，第二测量电路具有第二主导极点，并且第一主导极点基本上等于第二主导极点。

示例13.根据示例10到12中的一项所述的电路，还包括：第一基准电压发生器，被耦合到第一测量电路；以及第二基准电压发生器，被耦合到第二测量电路。

示例14.根据示例10到13中的一项所述的电路，其中第一测量电路包括σ-δ模数转换器(adc)，并且第二测量电路包括逐次逼近寄存器(sar)模数转换器(adc)。

示例15.根据示例10到13中的一项所述的电路，其中第二测量电路包括窗口比较器，并且其中控制器被配置为基于第一测量电路的输出来设置窗口比较器的上限和窗口比较器的下限。

示例16.根据示例10到15中的一项所述的电路，还包括：第一感测端子，其被耦合到第一测量电路，并且被配置为经由网络耦合到第一电池单元的第一端子；第二感测端子，其被耦合到第一测量电路和第二测量电路，并且被配置为耦合到第一电池单元的第二端子；以及第一电源端子，其被耦合到第二测量电路，并且被配置为耦合到第一电池单元的第一端子。

示例17.根据示例10到15中的一项所述的电路，还包括：第一感测端子，其被耦合到第一测量电路，并且被配置为经由网络耦合到第一电池单元的第一端子；第二感测端子，其被耦合到第一测量电路，并且被配置为耦合到第一电池单元的第二端子；第一电源端子，其被耦合到第二测量电路，并且被配置为耦合到第一电池单元的第一端子；以及第二电源端子，其被耦合到第二测量电路，并且被配置为耦合到第一电池单元的第二端子。

示例18.根据示例10到17中的一项所述的电路，其中第一路径的第一总有效滤波器特性约等于第二路径的第二总有效滤波器特性。

示例19.根据示例10到18中的一项所述的电路，其中网络包括平衡网络。

示例20.根据示例10到19中的一项所述的电路，其中第一测量电路具有第一阶跃响应，第二测量电路具有第二阶跃响应，并且第一响应基本上等于第二阶跃响应。

示例21.一种电池管理系统，包括：可再充电电池，包括串联耦合的n个电池单元，其中n是大于零的正整数；被耦合到可再充电电池的平衡网络；以及被耦合到平衡网络的电池监测电路，电池监测电路包括：σ-δ模数转换器(adc)，其具有的输入被配置为经由平衡网络的第一路径耦合到n个电池单元的第一电池单元，该σ-δadc被耦合到第一基准电压发生器；测量电路，其具有的输入被配置为经由平衡网络的第二路径耦合到第一电池单元，第二路径不同于第一路径，测量电路被耦合到与第一基准电压发生器不同的第二基准电压发生器，测量电路具有与σ-δadc不同的架构；以及控制器，其被配置为：控制σ-δadc以在第一时间段期间测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第一多个电压样本，控制测量电路以在第一时间段期间测量跨第一电池单元的第一端子和第二端子的第二多个电压样本，将σ-δadc的输出与测量电路的输出进行比较，并且根据比较生成诊断输出信号。

示例22.示例21的电池管理系统，还包括n个σ-δadc和n个测量电路，其中n个σ-δadc包括σ-δadc，并且其中n个σ-δadc中的每个σ-δadc被耦合到n个电池单元中的相应电池单元，并且其中n个测量电路包括测量电路，并且其中n个测量电路中的每个测量电路被耦合到n个电池单元中的相应电池单元。

示例23.根据示例21所述的电池管理系统，其中σ-δadc具有n阶的第一主导极点，其中n是大于或等于1的正整数，测量电路具有n阶的第二主导极点，并且第一主导极点基本上等于第二主导极点。

虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是本说明书并不旨在以限制的意义来解释。参考本说明书，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，随附的权利要求旨在涵盖任何这种修改或实施例。