使用开关电容器测量电压的测量电路及相关系统、方法和设备与流程

使用开关电容器测量电压的测量电路及相关系统、方法和设备
1.相关专利申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年2月12日提交的且标题为“measuring circuit using switched capacitors for measuring voltage and related systems,methods,and devices”的美国临时专利申请第62/975,556号的优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容据此以引用方式并入本文。
技术领域
3.本公开整体涉及包括开关电容器的电压测量电路，并且更具体地涉及在电化学电池的平衡充电中使用的电压测量电路。


背景技术：

4.具有高共模的差分电压电位的高精确度(例如0.5％)电压电位测量(诸如电化学电池串中的电化学电池两端的电压电位差的测量)可能是困难的。为了实现所需的电压电位测量精度，可使用高电压差分运算放大器或仔细校准的电阻器分压器电路。相对高的经济成本和相对大的芯片面积是伴随着使用此类高电压差分运算放大器的一些缺点。昂贵的校准是伴随着使用仔细校准的电阻器分压器电路的缺点之一，而校准可能是必需的，因为便宜的电阻器部件的电阻值公差可能比0.5％的精度要求大一个数量级。
附图说明
5.虽然本公开以特别指出并清楚地要求保护具体实施方案的权利要求书作为结尾，但当结合附图阅读时，通过以下描述可更容易地确定本公开范围内的实施方案的各种特征和优点，在附图中：
6.图1是根据一些实施方案的电化学电池充电系统的示意图；
7.图2是测量电路的示意图，该测量电路是图1的电化学电池充电系统的测量电路的示例；
8.图3是示出根据一些实施方案的测量电化学电池串中的电化学电池两端的电池电压电位差的方法的流程图；并且
9.图4是在一些实施方案中可用于实现本文所公开的各种功能、操作、动作、过程和/或方法的电路的框图。
具体实施方式
10.在以下具体实施方式中，参考了形成本公开的一部分的附图，并且在附图中以举例的方式示出了可实施本公开的实施方案的特定示例。充分详细地描述了这些实施方案，以使本领域的普通技术人员能够实践本公开。然而，可利用本文已启用的其他实施方案，并且可在不脱离本公开内容的范围的情况下进行结构、材料和流程变化。
11.本文所呈现的图示并不旨在为任何特定方法、系统、设备或结构的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的实施方案的理想化表示。在一些情况下，为了读者的方便，各附图中的类似结构或部件可保持相同或相似的编号；然而，编号的相似性并不一定意味着结构或部件在尺寸、组成、构造或任何其他属性方面是相同的。
12.以下描述可包括示例以帮助本领域的普通技术人员实践本发明所公开的实施方案。术语“示例性的”、“比如”和“例如”的使用意味着相关描述是说明性的，虽然本公开内容的范围旨在涵盖示例和法律等同形式，但使用此类术语并不旨在将实施方案或本公开内容的范围限制于指定的部件、步骤、特征、功能等。
13.应当容易理解，如本文一般所述并且在附图中示出的实施方案的部件可以许多种不同的配置来布置和设计。因此，对各种实施方案的以下描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅代表各种实施方案。虽然这些实施方案的各个方面可在附图中给出，但附图未必按比例绘制，除非特别指明。
14.此外，所示出和描述的特定实施方式仅为示例，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。元件、电路和功能可以框图形式示出，以便不以不必要的细节模糊本公开。相反，所示出和描述的特定实施方式仅为示例性的，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。另外，块定义和各个块之间逻辑的分区是特定实施方式的示例。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，本公开可通过许多其他分区解决方案来实践。在大多数情况下，已省略了关于定时考虑等的细节，其中此类细节不需要获得本公开的完全理解，并且在相关领域的普通技术人员的能力范围内。
15.本领域的普通技术人员将会理解，可使用多种不同技术和技法中的任何一者来表示信息和信号。为了清晰地呈现和描述，一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域的普通技术人员应当理解，信号可表示信号总线，其中总线可具有多种位宽度，并且本公开可在包括单个数据信号在内的任意数量的数据信号上实现。
16.结合本文所公开的实施方案描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以用被设计用来执行本文所描述的功能的通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(dsp)、集成电路(ic)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任意组合来实现或执行。通用处理器(在本文还可称为“主机处理器”或简称“主机”)可以是微处理器，但在替代方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实现为计算设备的组合，诸如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。在通用计算机被配置为执行与本公开的实施方案相关的计算指令(例如，软件代码)时，包括处理器的通用计算机被认为是专用计算机。
17.实施方案可根据被描绘为流程图、流程示意图、结构图或框图的过程来描述。虽然流程图可将操作动作描述为连续过程，但是这些动作中的许多动作可按照另一序列、并行地或基本上同时地执行。此外，可重新安排动作的顺序。本文中的过程可对应于方法、线程、函数、过程(procedure)、子例程、子程序、其他结构或它们的组合。此外，本文公开的方法可通过硬件、软件或这两者来实施。如果在软件中实现，这些函数可作为一个或多个指令或代码存储或传输到计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，该通信介质包括有利于将计算机程序从一个位置传递到另一个位置的任何介质。
18.本文中使用诸如“第一”、“第二”等称呼的对元件的任何引用并不限制那些元件的数量或顺序，除非明确说明了这种限制。相反，这些名称可在本文中用作在两个或更多个元件或元件的实例之间进行区分的便利方法。因此，提及第一元件和第二元件并不意味着在那里只能采用两个元件，或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另外指明，一组元件可包括一个或多个元件。
19.如本文所用，提及给定参数、属性或条件时的术语“大体上”是指并且包括在一定程度上本领域的普通技术人员将理解在具有较小差异的情况下(诸如，例如，在可接受的制造公差内)达到给定的参数、属性或条件。以举例的方式，取决于基本上满足的具体参数、属性或条件，参数、属性或条件可至少满足90％、至少满足95％、或甚至至少满足99％。
20.对串联连接的电化学电池串(例如，能量单元诸如电池单元，但不限于此)的充电进行平衡可延长电化学电池的寿命和运行时间。为了平衡串联连接的电化学电池串的充电，测量每个电化学电池两端的电池电压电位差。然而，由于在此类环境中固有的高共模差分电压，测量在此类串联连接的串中的电化学电池两端的电池电压电位差可能是困难的。
21.本文公开了采用开关电容器来测量电化学电池串中的电化学电池两端的电池电压电位差的测量电路。尽管本公开是在电化学电池测量的上下文中提供的，但本文所公开的测量电路可用于其中电压电位的准确测量是有帮助的或期望的任何上下文，尤其是其中具有高共模的差分电压正被测量的任何上下文。
22.在一些实施方案中，包括开关电容器的测量电路可用作差分-单端转换器。结合模拟双多路复用器，每对电化学电池端子可电连接到测量电路，并经由控制器的模数转换器输入用控制器进行测量。根据本文所公开的实施方案，如本文将更详细地讨论的，基于通过本文所公开的测量电路测量的电池电压电位差的电池平衡可以最小的成本和少量的部件来实现。
23.图1是根据一些实施方案的电化学电池充电系统100的示意图。电化学电池充电系统100包括平衡控制器102和电化学电池114的串112。电化学电池114的串112包括数量为n的电化学电池114，包括串联电连接的电化学电池106、电化学电池108、...和电化学电池110。电化学电池114可包括可再充电电化学电池，诸如锂离子电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池、铅酸电池、镍锌电池或其他可再充电电池。每个电化学电池114包括正极和负极。具体地，电化学电池106包括正极116和负极122，电化学电池108包括正极118和负极124，电化学电池110包括正极120和负极126。电化学电池114两端的电池电压电位差包括电化学电池106两端的电池电压电位差vcell 1、电化学电池108两端的电池电压电位差vcell2、以及电化学电池110两端的电池电压电位差vcelln。
24.平衡控制器102被配置为平衡电化学电池114的充电。因此，平衡控制器102电连接到每个电化学电池114。平衡控制器102包括测量电路104，该测量电路被配置为在没有校准的电阻器分压器和没有高电压差分运算放大器的情况下测量每个电化学电池114两端的电池电压电位差vcell1、vcell2、...和vcelln。测量电路104被配置为使用开关电容器来代替进行测量，如将参考图2更详细讨论的。因此，与包括校准的电阻器分压器或高电压差分运算放大器的其他测量电路相比，实现测量电路104可相对较不昂贵、较不密集的半导体芯片面积和/或较不密集的校准。
25.图2是测量电路200的示意图，该测量电路是图1的测量电路104的示例。图2示出了
电连接到类似于上文关于图1讨论的电化学电池114的串112的电化学电池236的串234的测量电路200。串234可提供总直流电压电位vdc。图2的电化学电池236的串234包括四个电化学电池236，包括电化学电池208、电化学电池210、电化学电池212和电化学电池214。电化学电池208包括正极218和负极226，电化学电池210包括正极220和负极228，电化学电池212包括正极222和负极230，电化学电池214包括正极224和负极232。测量电路200被配置为分别测量电化学电池208、电化学电池210、电化学电池212和电化学电池214两端的电池电压电位差vcell1、vcell2、vcell3和vcell4。负极232还可连接到公共电位，例如地，具有相对于公共电位限定的电压电位vdc。
26.测量电路200包括多路复用器204、第一组开关206、飞跨电容器cfly、第二组开关216、接地电容器cgd和控制器202。多路复用器204包括多个电化学电池端子输入238、两个输出242和多路复用器控制输入240。多个电化学电池端子输入238包括第一多个输入268和第二多个输入270。第一多个输入268分别电连接到电化学电池236的正极(正极218、正极220、正极222和正极224)。第二多个输入270分别电连接到电化学电池236的负极(负极226、负极228、负极230和负极232)。两个输出242分别电连接到电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246。多路复用器控制输入240电连接到控制器202的多路复用器控制输出258。
27.控制器202被配置为(例如，从控制器202的输入/输出(i/o)引脚，但不限于此)向多路复用器控制输入240提供多路复用器控制信号a、b。多路复用器控制信号a、b被配置为控制多路复用器204以选择性地将电化学电池236中所选择的一个电化学电池的正极(例如，正极218、正极220、正极222或正极224)电连接到电化学电池正极节点244，并且将电化学电池236中所选择的一个电化学电池的负极(例如，负极226、负极228、负极230或负极232)电连接到电化学电池负极节点246。换句话讲，多路复用器204被配置为响应于在多路复用器控制输入240处接收的多路复用器控制信号a、b而选择性地将所选择的电化学电池(例如，电化学电池208、电化学电池210、电化学电池212或电化学电池214)的正极电连接到电化学电池正极节点244并且将所选择的电化学电池的负极电连接到电化学电池负极节点246。换句话说，第一多个输入268选择性地可电连接到电化学电池正极节点244，并且第二多个输入270选择性地可电连接到电化学电池负极节点246。因此，控制器202可以控制多路复用器204以选择性地将电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246电连接到串234中的电化学电池236中的任一个电化学电池两端。
28.飞跨电容器cfly包括电连接到第一组开关206的第一端子248和第二端子250。第一组开关206包括第一开关s1和第二开关s2。在一些实施方案中，第一开关s1和第二开关s2可被实现为晶体管(例如，金属氧化物半导体(mos)晶体管)、继电器、其他电可控开关或它们的组合。第一开关s1被配置为选择性地将电化学电池正极节点244电连接到飞跨电容器cfly的第一端子248。第二开关s2被配置为选择性地将电化学电池负极节点246电连接到飞跨电容器cfly的第二端子250。第一组开关206还包括电连接到控制器202的两个开关控制输出260中的第一开关控制输出的第一开关控制输入264。
29.控制器202被配置为(例如，从控制器202的互补波形发生器(cwg)引脚，但不限于此)向第一组开关206的第一开关控制输入264提供高驱动控制信号hi drv，以控制第一开关s1和第二开关s2的切换。作为非限制性示例，高驱动控制信号hi drv可包括以所选择的
频率在两个逻辑电平之间振荡的方波信号。作为具体的非限制性示例，高驱动控制信号hi drv的所选择的频率可基本上为31千赫兹(khz)。因此，第一开关s1和第二开关s2可以所选择的频率基本上同时断开和闭合，重复地交替将飞跨电容器cfly的第一端子248和第二端子250分别电连接到电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246，并且将飞跨电容器cfly的第一端子248和第二端子250与电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246隔离。
30.接地电容器cgnd包括第三端子252和第四端子254。第三端子252电连接到控制器202的模数转换器输入256(例如，在控制器202的模数转换器(adc)引脚处，但不限于此)。第四端子254电连接到参考电压电位节点262。在操作中，参考电压电位节点262可保持在参考电压电位vref(例如，接地，但不限于此)。不要求vref与负极232所连接的公共电位相同。
31.第二组开关216包括第三开关s3和第四开关s4。在一些实施方案中，第三开关s3和第四开关s4可被实现为晶体管(例如，金属氧化物半导体(mos)晶体管)、继电器、其他电可控开关或它们的组合。第三开关s3被配置为选择性地将飞跨电容器cfly的第一端子248电连接到接地电容器cgd的第三端子252。第四开关s4被配置为选择性地将飞跨电容器cfly的第二端子250电连接到接地电容器cgd的第四端子254。第二组开关216还包括电连接到控制器202的开关控制输出260中的第二开关控制输出的第二开关控制输入266。
32.控制器202被配置为(例如，从控制器202的互补波形发生器(cwg)引脚，但不限于此)向第二组开关216的第二开关控制输入266提供低驱动控制信号lo drv，以控制第三开关s3和第四开关s4的切换。作为非限制性示例，低驱动控制信号lo drv可包括以所选择的频率在两个逻辑电平之间振荡的方波信号。作为具体的非限制性示例，低驱动控制信号lo drv的所选择的频率可基本上为31khz。因此，第三开关s3和第四开关s4可以所选择的频率基本上同时断开和闭合，重复地交替将接地电容器的第三端子252和第四端子254分别电连接到飞跨电容器cfly的第一端子248和第二端子250，并且将接地电容器的第三端子252和第四端子254与飞跨电容器cfly的第一端子248和第二端子250隔离。
33.控制器202被配置为控制第一组开关206和第二组开关216交替地断开和闭合。换句话讲，控制器202被配置为在控制器202断开第二组开关216的第三开关s3和第四开关s4的基本上同时闭合第一组开关206的第一开关s1和第二开关s2。而且，控制器202被配置为在控制器202闭合第二组开关216的第三开关s3和第四开关s4的基本上同时断开第一组开关206的第一开关s1和第二开关s2。换句话说，控制器202被配置为控制第一组开关206和第二组开关216以交替地闭合第一组开关206和第二组开关216，使得飞跨电容器cfly交替地电连接到电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246以及连接到接地电容器cgd的第三端子252和第四端子254。因此，控制器202可将hi drv信号和lo drv控制为基本上互补的信号。作为非限制性示例，hi drv和lo drv信号可以是具有死区时间的互补信号。因此，在第一组开关206或第二组开关216中的一者闭合之前，可允许第一组开关206或第二组开关216的断开之间的时间段(即，死区时间)。死区时间的长度可取决于第一组开关206和第二组开关216接通和断开所需的时间，并且应当被设置为确保第一组开关206的导电性在时间上不与第二组开关216的导电性重叠。由于第一开关s1和第三开关s3由具有死区时间的互补信号控制，所以控制器202的模数转换器输入256可不直接电连接到电化学电池正极节点244。类似地，由于第二开关s2和第四开关s4由具有死区时间的互补信号控制，所以参考
电压电位节点262可不直接电连接到电化学电池负极节点246。
34.在操作中，控制器202可控制多路复用器204以一次一个地将电化学电池236中的每个电化学电池电连接到电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246，并且控制第一组开关206和第二组开关216的切换以将接地电容器cgd的第三端子252充电到与电化学电池236中所选择的一个电化学电池两端的电池电压电位差对应的电池电压电位vcell。例如，控制器202可控制多路复用器204以将电化学电池208的正极218和负极226分别电连接到电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246，并且控制第一组开关206的切换以将飞跨电容器cfly充电到与电化学电池208两端的电池电压电位差vcell1对应的电池电压电位vcell。然后，控制器202可控制第二组开关216，以通过将电荷从飞跨电容器cfly通过第二组开关216转移到接地电容器cgd，将第三端子252充电到与电化学电池208两端的电池电压电位差vcell1对应的电池电压电位vcell。控制器202在其模数转换器输入256处接收电池电压电位vcell，并使用内部a/d转换器对电池电压电位vcell进行采样。
35.在一些实施方案中，控制器202可被配置为基于针对电化学电池236中的每个电化学电池测量的采样电池电压电位vcell来平衡电化学电池236的充电。因此，电化学电池充电系统(例如，电化学电池充电系统100)可使用单个控制器(例如，控制器202，但不限于此)来实现，以控制电化学电池236两端的电池电压电位差(vcell1-vcell4)的测量、平衡电化学电池236的充电、以及控制电化学电池236的充电。因此，与利用多个控制器而不是单个控制器的系统相比，可简化电路板布局并且可降低控制器的成本。
36.应当注意，尽管图2示出了控制第一组开关206和第二组开关216的控制器202，但在不脱离本公开的范围的情况下，第一组开关206和第二组开关216可替代地由振荡器电路(未示出)控制。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，单个振荡信号(未示出)(源自控制器202或诸如单独的控制器的一些其他源)可用于使用第一组开关206的第一开关控制输入264与第二组开关216的第二开关控制输入266之间的逆变器(未示出)来控制第一组开关206和第二组开关216。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，多路复用器204可由与控制器202分离的接收和采样电池电压电位vcell的一些其他电路(未示出)诸如另一控制器控制。
37.图2的测量电路200相对于电化学电池236的四个电化学电池串234示出。应当注意，测量电路200可适于与任何数量的电化学电池的串一起使用。例如，在电化学电池236的串234中包括m个电化学电池的情况下，多路复用器204可被实现为包括双m:1多路复用器，以将电化学电池236的正极和负极向下多路复用到电化学电池236的两个输出242。因此，测量电路200可被缩放以与串234中的任何数量m个电化学电池236一起工作。
38.可选择飞跨电容器cfly和接地电容器cgd的电容值，以使接地电容器cgd能够在hi drv和lo drv的仅几个振荡周期(例如，三至五个周期，但不限于此)之后充电到适当的电池电压电位vcell。因此，可基于第一组开关206和第二组开关216的电阻和漏电流以及电池电压电位vcell的预期量值来选择飞跨电容器cfly和接地电容器cgd的电容值。作为非限制性示例，假设第一组开关206和第二组开关216的电阻相对较低(例如，小于一千欧姆)，则可将飞跨电容器cfly和接地电容器cgnd的电容值选择为基本上为一微法。应当注意，测量电路200的寄生系统电容和电阻也可影响接地电容器cgnd的充电时间。
39.图3是示出根据一些实施方案的测量电化学电池串中的电化学电池两端的电池电
压电位差的方法300的流程图。在操作302处，方法300包括控制(例如，用控制器，但不限于此)多路复用器以将电化学电池串中的所选择的电化学电池的正极和负极电连接到电化学电池端子节点(例如，图2的电化学电池正极节点244和电化学电池负极节点246，但不限于此)。在操作304处，方法300包括交替地闭合(例如，用控制器，但不限于此)第一组开关和第二组开关，第一组开关电连接在飞跨电容器与电化学电池端子节点之间，第二组开关电连接在飞跨电容器与接地电容器之间。优选地，应以死区时间执行交替闭合，以防止接地电容器cgd与电化学电池串中的所选择的电化学电池之间的直接电连接。
40.在操作306处，方法300包括(例如，用控制器，但不限于此)对在接地电容器处的电池电压电位进行采样，该电池电压电位对应于在所选择的电化学电池两端的电池电压电位差。在操作308处，方法300包括至少部分地基于所采样的电池电压电位来控制(例如，用控制器，但不限于此)所选择的电化学电池的充电。在操作310处，方法300包括至少部分地基于所采样的电池电压电位来平衡(例如，用控制器，但不限于此)电化学电池的充电。
41.本领域的普通技术人员应当理解，本文所公开的实施方案的功能元件(例如，功能、操作、动作、过程和/或方法)可在任何合适的硬件、软件、固件或它们的组合中实现。图4示出了本文所公开的功能元件的具体实施的非限制性示例。在一些实施方案中，本文所公开的功能元件的一些或所有部分可由专门配置用于执行这些功能元件的硬件来执行。
42.图4是在一些实施方案中可用于实施本文所公开的各种功能、操作、动作、过程和/或方法的电路400的框图。电路400包括可操作地耦接到一个或多个数据存储设备(本文有时称为“存储装置404”)的一个或多个处理器402(本文有时称为“处理器402”)。存储装置404包括存储在其上的机器可执行代码406，并且处理器402包括逻辑电路408。机器可执行代码406包括描述可由逻辑电路408实施(例如，由该逻辑电路执行)的功能元件的信息。逻辑电路408适于实施(例如，执行)由机器可执行代码406描述的功能元件。当执行由机器可执行代码406描述的功能元件时，电路400应被视为被配置用于执行本文所公开的功能元件的专用硬件。在一些实施方案中，处理器402可被配置为按顺序、同时地(例如，在一个或多个不同的硬件平台上)或在一个或多个并行过程流中执行由机器可执行代码406描述的功能元件。
43.当由处理器402的逻辑电路408实施时，机器可执行代码406被配置为调整处理器402以执行本文所公开的实施方案的操作。例如，机器可执行代码406可被配置为调整处理器402以执行图3的方法300的至少一部分或全部。又如，机器可执行代码406可被配置为调整处理器402以执行针对图1的平衡控制器102和/或图2的控制器202所讨论的操作的至少一部分或全部。
44.处理器402可包括通用处理器、专用处理器、中央处理单元(cpu)、微控制器、可编程逻辑控制器(plc)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑、分立硬件部件、其他可编程设备或被设计成执行本文公开的功能的它们的任何组合。当包括处理器的通用计算机被配置为执行与跟本公开的实施方案相关的机器可执行代码406(例如，软件代码、固件代码、硬件代码)对应的功能元件时，该通用计算机被认为是专用计算机。应注意，通用处理器(在本文也可称为主机处理器或简称主机)可以是微处理器，但在替代方案中，处理器402可包括任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器402也可被实施为计算设备的组合，诸如
dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。
45.在一些实施方案中，存储器404包括易失性数据存储器(例如，随机存取存储器(ram))、非易失性数据存储器(例如，闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器、可擦除可编程只读存储器(eprom)等)。在一些实施方案中，处理器402和存储装置404可以实现为单个设备(例如，半导体设备产品、片上系统(soc)等)。在一些实施方案中，处理器402和存储装置404可被实施为单独的设备。
46.在一些实施方案中，机器可执行代码406可包括计算机可读指令(例如，软件代码、固件代码)。作为非限制性示例，计算机可读指令可由存储装置404存储，由处理器402直接访问，并且由处理器402至少使用逻辑电路408执行。同样作为非限制性示例，计算机可读指令可以存储在存储装置404上，传送到存储器设备(未示出)以供执行，并且由处理器402至少使用逻辑电路408来执行。因此，在一些实施方案中，逻辑电路408包括能够以电的方式配置的逻辑电路408。
47.在一些实施方案中，机器可执行代码406可描述要在逻辑电路408中实施以执行功能元件的硬件(例如，电路)。该硬件可以从低级晶体管布局到高级描述语言的各种抽象级别中的任何一种进行描述。在高级抽象下，可使用硬件描述语言(hdl)，诸如ieee标准硬件描述语言(hdl)。作为非限制性示例，可以使用verilog
tm
、systemverilog
tm
或超大规模集成(vlsi)硬件描述语言(vhdl
tm
)。
48.hdl描述可根据需要以多种其他抽象级别中的任一种转换成描述。作为非限制性示例，高级描述可被转换为逻辑级描述，诸如寄存器传送语言(rtl)、栅极级(gl)描述、布局级描述或掩模级描述。作为非限制性示例，由逻辑电路408的硬件逻辑电路(例如，栅极、触发器、寄存器，但不限于此)执行的微操作可在rtl中描述并且然后通过合成工具转换成gl描述，并且gl描述可通过安置和路由工具转换成布局级描述，该布局级描述对应于可编程逻辑设备的集成电路、分立栅极或晶体管逻辑部件、分立硬件部件或它们的组合的物理布局。因此，在一些实施方案中，机器可执行代码406可包括hdl、rtl、gl描述、掩模级描述、其他硬件描述、或它们的任何组合。
49.在机器可执行代码406包括硬件描述(以任何抽象级别)的实施方案中，系统(未示出，但包括存储装置404)可被配置为实现由机器可执行代码406描述的硬件描述。作为非限制性示例，处理器402可包括可编程逻辑设备(例如，fpga或plc)，并且逻辑电路408可被电控制以将对应于硬件描述的电路实施到逻辑电路408中。同样作为非限制性示例，逻辑电路408可包括根据机器可执行代码406的硬件描述由制造系统(未示出，但包括存储装置404)制造的硬连线逻辑部件。
50.无论机器可执行代码406包括计算机可读指令还是硬件描述，逻辑电路408都适于在实施机器可执行代码406的功能元件时执行由机器可执行代码406描述的功能元件。需注意，虽然硬件描述可能不直接描述功能元件，但硬件描述间接描述了由硬件描述所描述的硬件元件能够执行的功能元件。
51.实施例
52.以下是示例性实施方案的非穷举、非限制性列表。并非以下列出的示例性实施方案中的每一个均被清楚且单独地指示为可与下面列出的示例性实施方案以及上述实施方
案中的所有其他实施方案组合。然而，意图是这些示例性实施方案可与所有其他示例性实施方案和上述实施方案组合，除非对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是这些实施方案不可组合。
53.实施例1：一种测量电路，包括：飞跨电容器，所述飞跨电容器包括第一端子和第二端子；电化学电池正极节点；电化学电池负极节点；第一组开关，所述第一组开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关在所述电化学电池正极节点与所述飞跨电容器的所述第一端子之间，所述第二开关在所述电化学电池负极节点与所述飞跨电容器的所述第二端子之间；参考电压电位节点；接地电容器，所述接地电容器包括第三端子和第四端子，所述第四端子电连接到所述参考电压电位节点；以及第二组开关，所述第二组开关包括第三开关和第四开关，所述第三开关在所述飞跨电容器的所述第一端子与所述接地电容器的所述第三端子之间，所述第四开关在所述飞跨电容器的所述第二端子与所述接地电容器的所述第四端子之间。
54.实施例2：根据实施例1所述的测量电路，还包括控制器，所述控制器包括电连接到所述接地电容器的所述第三端子的模数转换器输入。
55.实施例3：根据实施例2所述的测量电路，其中所述控制器被配置为控制所述第一组开关和所述第二组开关以交替地闭合所述第一组开关和所述第二组开关，使得所述飞跨电容器交替地电连接到所述电化学电池正极节点和所述电化学电池负极节点以及连接到所述接地电容器的所述第三端子和所述第四端子。
56.实施例4：根据实施例1-3中任一项所述的测量电路，还包括多路复用器，所述多路复用器包括第一多个输入和第二多个输入，所述第一多个输入选择性地可电连接到所述电化学电池正极节点，所述第二多个输入选择性地可电连接到所述电化学电池负极节点。
57.实施例5：根据实施例4所述的测量电路，其中所述第一多个输入电连接到串联连接的电化学电池串中的相应电化学电池的正极，并且所述多路复用器的所述第二多个输入电连接到所述串联连接的电化学电池串中的相应电化学电池的负极。
58.实施例6：根据实施例5所述的测量电路，还包括电连接到所述多路复用器的控制器，所述控制器被配置为控制所述多路复用器以选择性地将所述电化学电池中的每个电化学电池的正极和负极一次一个地分别电连接到所述电化学电池正极节点和所述电化学电池负极节点。
59.实施例7：根据实施例6所述的测量电路，其中所述控制器还被配置为控制所述第一组开关和所述第二组开关的切换。
60.实施例8：根据实施例1-7中任一项所述的测量电路，其中所述参考电压电位节点电连接到所述测量电路的接地端子。
61.实施例9：一种电化学电池充电系统，包括：串联连接的电化学电池串，所述串联连接的电化学电池串包括多个电化学电池，所述多个电化学电池中的每个电化学电池包括正极和负极；多路复用器，所述多路复用器包括多个电化学电池端子输入、两个输出和多路复用器控制输入，所述多路复用器的所述多个电化学电池端子输入分别电连接到所述多个电化学电池中的每个电化学电池的所述正极和所述负极，所述两个输出分别电连接到电化学电池正极节点和电化学电池负极节点，所述多路复用器被配置为响应于在所述多路复用器控制输入处接收的多路复用器控制信号而选择性地将所选择的电化学电池的所述正极电
连接到所述电化学电池正极节点并且将所选择的电化学电池的所述负极电连接到所述电化学电池负极节点；飞跨电容器，所述飞跨电容器包括第一端子和第二端子；第一组开关，所述第一组开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关被配置为选择性地将所述电化学电池正极节点电连接到所述飞跨电容器的所述第一端子，所述第二开关被配置为选择性地将所述电化学电池负极节点电连接到所述飞跨电容器的所述第二端子；接地电容器，所述接地电容器包括第三端子和第四端子，所述第四端子电连接到参考电压电位节点；第二组开关，所述第二组开关包括第三开关和第四开关，所述第三开关被配置为选择性地将所述飞跨电容器的所述第一端子电连接到所述接地电容器的所述第三端子，所述第四开关被配置为选择性地将所述飞跨电容器的所述第二端子电连接到所述接地电容器的所述第四端子；以及控制器，所述控制器包括电连接到所述接地电容器的所述第三端子的模数转换器输入。
62.实施例10：根据实施例9所述的电化学电池充电系统，其中所述控制器被配置为生成所述多路复用器控制信号。
63.实施例11：根据实施例9和10中任一项所述的电化学电池充电系统，其中所述控制器被配置为控制所述第一组开关和所述第二组开关以交替地闭合所述第一组开关和所述第二组开关，以便将所选择的电化学电池两端的电池电压电位差提供给所述模数转换器输入。
64.实施例12：根据实施例9-11中任一项所述的电化学电池充电系统，其中所述控制器被配置为平衡所述多个电化学电池的充电。
65.实施例13：根据实施例9-12中任一项所述的电化学电池充电系统，其中所述参考电压电位节点电连接到所述电化学电池充电系统的接地节点。
66.实施例14：根据实施例9-13中任一项所述的电化学电池充电系统，其中所述控制器被配置为在所述模数转换器输入处对电池电压电位进行采样，所述电池电压电位对应于所选择的电化学电池的电池电压电位差。
67.实施例15：根据实施例9-14中任一项所述的电化学电池充电系统，其中所述控制器被配置为生成开关控制信号，所述开关控制信号被配置为控制所述第一组开关和所述第二组开关的切换。
68.实施例16：根据实施例15所述的电化学电池充电系统，其中所述控制器被配置为从所述控制器的互补波形发生器引脚提供所述开关控制信号。
69.实施例17：根据实施例9-16中任一项所述的电化学电池充电系统，其中所述多个电化学电池包括锂离子电池。
70.实施例18：一种方法，包括：用控制器控制多路复用器以将电化学电池串中的所选择的电化学电池的正极和负极电连接到相应电化学电池端子节点；用所述控制器交替地闭合第一组开关和第二组开关，所述第一组开关电连接在飞跨电容器与所述电化学电池端子节点之间，所述第二组开关电连接在所述飞跨电容器与接地电容器之间；用所述控制器对所述接地电容器处的电池电压电位进行采样，所述电池电压电位对应于所选择的电化学电池两端的电池电压电位差。
71.实施例19：根据实施例18所述的方法，还包括用所述控制器至少部分地基于所采样的电池电压电位来控制所选择的电化学电池的充电。
72.实施例20：根据实施例18和19中任一项所述的方法，还包括用所述控制器至少部分地基于所采样的电池电压电位来平衡所述电化学电池的充电。
73.实施例21：一种测量电路，包括：能量单元端子输入，所述能量电池端子输入被配置为电连接到能量单元的串联连接的单元中的相应单元；模数转换器；以及差分-单端转换器，所述差分-单端转换器电连接在所述能量单元输入与所述模数转换器之间，所述差分-单端转换器包括开关电容器电路。
74.结语
75.如在本公开中使用的，术语“模块”或“部件”可以是指被配置为执行可以存储在计算系统的通用硬件(例如，计算机可读介质、处理装置等)上并且/或者由通用硬件执行的模块或部件和/或软件对象或软件例程的动作的特定硬件实施方式。在一些实施方案中，本公开中描述的不同部件、模块、发动机和服务可以实现为在计算系统上执行的对象或进程(例如，作为单独的线程)。虽然本公开中描述的系统和方法中的一些系统和方法通常被描述为在软件中实现(存储在通用硬件上并且/或者由通用硬件执行)，但是特定硬件实施方式或软件和特定硬件实施方式的组合也是可能且可以预期的。
76.如本公开内容所用，涉及多个元件的术语“组合”可包括所有元件的组合或某些元件的各种不同子组合中的任何一种组合。例如，短语“a、b、c、d或它们的组合”可指a、b、c或d中的任一个；a、b、c和d中的每一个的组合；以及a、b、c或d的任何子组合，如a、b和c；a、b和d；a、c和d；b、c和d；a和b；a和c；a和d；b和c；b和d；或c和d。
77.用于本公开，尤其是所附权利要求书中的术语(例如，所附权利要求书的主体)通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”等)。
78.另外，如果预期特定数量的引入的权利要求表述，则在权利要求中将明确叙述此类意图，并且在不进行此类表述的情况下，不存在此类意图。例如，作为对理解的帮助，以下所附权利要求书可包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求表述。然而，使用此类短语不应理解为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求表述将包含此类引入的权利要求表述的任何特定权利要求限定于仅包含一个此类表述的实施方案，即使当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”可被解释为指的是“至少一个”或“一个或多个”)；使用定冠词来引入权利要求叙述也是如此。
79.此外，即使明确列举了所引入的权利要求表述的特定编号，本领域的技术人员也将认识到，此类表述应被解释为意指至少所列举的数目(例如，在不存在其他修饰语的情况下，“两个表述”的基本表述是指至少两个表述或两个或更多个表述)。此外，在使用类似于“a、b和c等中的至少一个”或“a、b和c等中的一个或多个”的惯例的那些情况下，通常此类构造旨在仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c两者或包括a、b和c三者等等。
80.此外，无论在说明书、权利要求书或附图中，呈现两个或更多个替代性术语的任何分离的词或措辞应当理解为考虑包括该术语中的一个术语、该术语中的任意一个术语或两个术语的可能性。例如，短语“a或b”应理解为包括“a”或“b”或“a和b”的可能性。
81.虽然本文关于某些图示实施方案描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识
到并理解本发明不受此限制。相反，在不脱离下文所要求保护的本发明的范围及其法律等同形式的情况下，可对图示实施方案和所述实施方案进行许多添加、删除和修改。此外，来自一个实施方案的特征可与另一个实施方案的特征组合，同时仍被包括在发明人所设想的本发明的范围内。