CN100350261C

CN100350261C - 燃料电池电压监视系统及其方法

Info

Publication number: CN100350261C
Application number: CNB028149017A
Authority: CN
Inventors: S·马西; R·B·戈帕尔
Original assignee: Hydrogenics Corp
Current assignee: Hydrogenics Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: CA2448866A1; EP1390771A2; EP1390771B1; CN1535384A; WO2002097460A3; WO2002097460A2; DE60207707D1; ATE311609T1; CA2448866C; US20020180447A1; AU2002302268A1; DE60207707T2

Abstract

本发明公开了一种监视燃料电池组电压的系统和方法。系统包括多个差动放大器、一个开关网络、一个模数转换器和一个控制器。系统还可以包括一个远程PC。每个差动放大器有一个共态抑制比。差动放大器连接到燃料电池组中要测量电压的接线端。按照控制器的指示由开关网络选择单个差动放大器的输出，并由模数转换器转换成数字值。控制器利用数字值计算燃料电池的电池电压。控制器还控制模数转换器。本发明还包括一种用于在燃料电池组上执行电压测量之前校准测量系统的校准方法和仪器。本发明使得能够使用易于利用的差动放大器来测量具有几乎任何共态电压的燃料电池的电池电压。

Description

燃料电池电压监视系统及其方法

发明领域

本发明涉及测量单个电池电压的一种电压监视系统和一种方法，本发明特别应用于但不专用于其中燃料电池串联叠放的燃料电池组。

发明背景

燃料电池是一种电化学设备，通过将燃料(典型是氢)和一种氧化剂(典型是空气)与两个合适的电极和一种电解液接触来产生电动势。燃料，例如氢气，在第一电极处引入，在这里它在存在电解液的情况下进行电化学反应，在第一电极中产生电子和阳离子。电子通过连接在两个电极之间的电路从第一电极传递到第二电极。阳离子穿过电解液到达第二电极。同时，氧化剂，例如氧气或空气，引入到第二电极，在这里氧化剂在存在电解液和催化剂的情况下进行电化学反应，产生阴离子并消耗从电路传递来的电子。阳离子在第二电极处被消耗。在第二电极或阴极形成的阴离子与阳离子反应，形成一种反应产物。第一电极或阳极可以另称作燃料或氧化电极，而第二电极可以另称作氧化剂或还原电极。第一和第二电极处的半电池反应分别是：

H₂→2H⁺+2e^- (1)

1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O (2)

外部电路从燃料电池取回电流，从而接受电能。总燃料电池反应产生的电量显现为化学方程式1和2中显示的各个半电池反应的和。水和热是典型的反应副产品。

实际上，燃料电池不是作为单个单元工作的。更合适的，燃料电池串行连接，一个堆在另一个上方或并排排列。串联的燃料电池称作燃料电池组，一般装在一个外壳中。燃料和氧化剂通过外壳中的集流腔传送给电极。燃料电池通过反应物或冷却介质来冷却。燃料电池组还包括集电器、电池与电池的密封和绝缘，而所需的导管和仪器从外部提供给燃料电池组。燃料电池组、外壳及相关的硬件构成了一个燃料电池模块。

为了确保燃料电池组的正确运行，必须要测量各种参数。这些参数之一是燃料电池组中各个燃料电池两端的电压，下文中称作电池电压。因此，需要在燃料电池组中每个燃料电池的两端(也就是阳极和阴极)测量差动电压。但是，因为燃料电池是串联的，而且典型是大数量的，所以在某些接线端的电压对于当前可用的半导体测量设备来说太高而不能直接测量。例如，对于由100个每个电池电压为0.95V的电池构成的燃料电池组，上方电池负端(阴极)的实际电压将会是94.05V(即0.95*100-0.95)。照此，电压超过一般用于测量电压的电流差动放大器的最大容许输入电压。

为了克服这个问题已经进行了各种努力。Becker-Irvin(美国专利号5,914,606)提出了一种监视高电池电压的方法，他提出借助分压器来测量电池电压。分压器连接到一组电池上的测量点。分压器在各个测量点降低了电压，使得各个电压低到足以成为传统差动放大器的输入。当分压器“精密匹配”时，差动放大器的输出与连接分压器的一对点之间的差动电压成正比。所以可以测定那两个点之间的差动电压。通过选择各个分压器的“比值”，可以使用该系统来测量具有不同共态(common-mode)电压的差动电压。

但是，当使用这种系统监视电池电压时存在两个问题。首先，因为电池是串联的，所以为了提供可以由同一个测量接近串联底部的电池的电池电压的电压测量电路读取的电压，必须使用比率非常高的分压器向下划分(即降低)接近串联上方的电池的电压(即与参考电压相差最大)。因此，为了将在电池每一个接线端上测量的电压降低相同的数量，监视高电压要求高比率分压器中的电阻器精度非常高。其次，分压器中电阻器的任何电阻偏差都会导致分压器Thevenin方程式电阻不匹配，这将影响差动放大器正常测量电池电压的能力。因此，必须非常小心地精确匹配分压器中使用的电阻器的电阻。这导致电压测量系统成本增加，效率降低。

Flohr等人(美国专利号5,712,568)提出了另一种监视高电压的系统。Flohr提出使用一种光分离技术来分离电压测量过程。不幸的是，这种方法代价高且难于实现。James(美国专利号6,140,820)也提出了一种使用分离方法的电压监视系统，包括一个多路器和差动输入。但是，这种电压监视系统也具有阻杭不匹配和准确度降低的缺点。

可以看到，上述方法没有提供一种简单且有成本效益的监视电池电压的系统。这是不幸的，因为在燃料电池技术领域，随着燃料电池组变得更大，更为复杂，对简单而且精确的电池电压测量系统的需求也增加了。例如，当前的技术难于以适度的成本达到对任何超过40个燃料电池的燃料电池组的精确电池电压测量。

发明概述

为了克服与当前测量电池电压方法相关的问题，本发明提出了一种监视燃料电池组中各个燃料电池电压的新型电路和方法。燃料电池电压监视电路有成本效益且易于操作。

根据本发明，提供了一种系统来监视一种电化学设备的至少一个电池电压，该设备有多个串联的电池，每个电池提供了两个接线端，其中系统包括：

多个差动放大器，每个差动放大器有两个输入和一个输出，并抑制一个高共态电压，多个差动放大器中至少一个的输入在使用中连接到两个接线端，测量其差动电压；

一个开关网络，有多个输入和一个输出，开关网络多个输入中的每一个都连接到差动放大器之一的输出；

一个模数转换器，有一个输入连接到开关网络的输出，适于提供由多个差动放大器中的至少一个测量的差动电压的数字值表示；

一个控制器，连接到开关网络和模数转换器，控制开关网络和模数转换器的操作，以及接收数字值；以及

一个计算装置，连接到模数转换器和控制器之一的输出，接收数字值并将一个因子应用于数字值以从中去掉所有共态电压误差。

每个差动放大器优选有一个高共态抑制比。更优选是每个差动放大器能够抑制最高达200V的共态电压。

另外，计算装置可以是控制器的一部分。微处理器可以优选用作控制器。系统还可以包括一台连接到微处理器的计算机。

根据本发明的另一个方面，系统还包括至少一个校准器，连接到多个差动放大器中的一个，用于确定因子。至少一个校准器适合提供两个校准电压给差动放大器之一的输入端，两个校准电压彼此偏差一个共态电压增量，用于仿真多个电池之一的接线端的差动电压和共态电压。该共态电压可以按在0.5V到1V的范围内的一个电压递增。更优选的是，共态电压增量可以是0.75V。

根据本发明的另一个方面，提供了一种监视多个串联的电化学电池的至少一个电池电压的方法，每个电化学电池有两个接线端，方法包括步骤：

(a)将多个电化学电池的两个接线端连接到一个差动放大器的输入，该差动放大器有两个输入和一个输出，两个接线端提供具有一个共态电压的第一和第二电压；

(b)在差动放大器中抑制共态电压，测量两接线端之间的差动电压；

(c)将差动电压从模拟值转换到数字值；以及

(d)将一个因子应用到数字值，从差动电压中去掉共态电压误差。

该方法的步骤(a)更特别包括，提供多个差动放大器，每个差动放大器有两个输入和一个输出，并将多个电化学电池中另外的接线端对连接到多个差动放大器，每对接线端连接到多个差动放大器之一的输入，另外的接线端对各有一个共态电压；以及，该方法还包括对各个差动放大器实施步骤(b)、(c)和(d)。

该方法还包括通过开关网络将差动放大器的输出连接到一个模数转换器，使用开关网络将差动放大器之一的输出转换到模数转换器，进行这一个差动放大器输出处的电压差的模数转换。该方法还包括提供一个控制器来控制开关网络和模数转换器。该方法还包括提供的控制器是一个微处理器。

该方法还包括步骤：

(e)从校准器提供已知的第一和第二校准电压到各个差动放大器的输入，并测量其输出处的电压来确定因子。

该方法还包括根据下列步骤对每个差动放大器实施步骤(e)：

(f)将差动放大器的输出连接到一个模数转换器；

(g)在差动放大器的输入两端差动地施加一个基于第一和第二校准电压的电压V_A并测量V_A；

(h)当V_A差动施加到差动放大器的输入时，测量模数转换器输出(V_ADC(V_A))；

(i)当差动放大器的输入接地时测量模数转换器输出(V_ADC(V₀))；

(j)当差动放大器的输入接地时测量差动放大器输出处的DC偏移电压(V_OFF)。

该方法还包括通过使用数字值和V_A、V_ADC(V_A)、V_ADC(V₀)和(V_OFF)来实施步骤(d)。

该方法还包括计算一个已校准的测量电池电压(V_R)来监视至少一个电池电压，已校准的测量电池电压(V_R)基于当差动放大器的输入连接到两个接线端时从模数转换器输出(V_ADC)得到的一个测量电压，其中进行计算要根据：

V_{R} = \frac{V_{A} \cdot V_{ADC}}{[V_{ADC} (V_{A}) - V_{ADC} (V_{0})]} - V_{OFF}

该方法还包括提供差动放大器，每个差动放大器有一个高共态抑制比。更优选的是，每个差动放大器可以抑制一个最高达200V的共态电压。

该方法还包括提供相对于第一校准电压有一个共态电压的第二校准电压，来仿真正常工作条件下，多个电化学电池中一个电池接线端所期望的差动电压和共态电压。该共态电压可以按在0.5V到1V的范围内的一个电压递增。该共态电压增量更优选是0.75V。

该方法还包括顺序监视多个电池中各个电池的电池电压。另一种方式是可以在任意时刻测量多个电池中任一个电池的电池电压。该方法还包括将测量方法应用于燃料电池电压。

本发明的其它目标和优点将通过下面结合附图进行的描述变得清楚。

附图详述

为了更好的理解本发明并更为清楚的显示可以如何实现它，现在通过举例的方式参照附图，附图显示了本发明的一个优选实施方案，其中：

图1是一个现有技术的电池电压监视系统的示意图；

图2是根据本发明的燃料电池电压监视系统的一个实施方案的示意图；

图3a是使用图2燃料电池电压监视系统对一个燃料电池组进行电池电压测量的例子的局部视图；以及

图3b是图2燃料电池电压监视系统所需要的校准的局部视图。

优选实施方案详述

首先参看图1，显示了Becker-Irvin(美国专利号5,914,606)提出的系统。测量点114和116连接到分压器111的输入。其它测量点也连接到其它分压器的各个输入。所有分压器输出都连接到一个有输出129和130的多路器120。这些输出连接到一个差动放大器A7。通过适当的闭合开关，例如124和127，两个分压器输出连接到多路器120。当分压器“完全匹配”时，差动放大器的输出会与分压器连接的一对点之间的差动电压成正比。但是，如前面讨论的，必须在分压器中使用精度非常高的电阻器。此外，这些电阻器的任何电阻偏差都会导致不正确的电池电压测量。

现在参看图2，根据本发明，燃料电池电压监视系统的示意图以10表示。燃料电池电压监视系统10包括多个连接到燃料电池组13的差动放大器12。为了简单，只显示了两个差动放大器14和16以及两个燃料电池18和20。燃料电池电压监视系统10还包括一个开关网络22、一个模数转换器(ADC)24、一个控制器26和一个PC 28。燃料电池电压监视系统10还包括一个可以包含在控制器26中的计算装置27(如图2中由虚线显示的)。另一种做法是，计算装置27可以连接在控制器26的输出和PC 28之间，如引用数字27’所示，或者计算装置27可以连接在模数控制器24的输出和PC 28之间，如引用数字27”所示。虚线用于表示计算装置27’和27”可替换的位置和连接。多个差动放大器12的输入连接到燃料电池组13中燃料电池的接线端，多个差动放大器12的输出连接到开关网络22。开关网络22还连接到ADC24。ADC24连接到控制器26，控制器26又通过RS232电缆或任何其它商用PC通讯连接线连接到PC 28。计算装置27将一个因子应用于从ADC 24读取的数字值，提供更为精确的测量电池电压监视。下面还要更为详细的描述该因子。

为了实施电池电压测量，使用了多个差动放大器12，其中每个差动放大器有一个高共态抑制比。每个差动放大器还优选是高线性的。每个放大器可以有一个基本一致的增益。每个放大器还应该能够在每个输入处抑制尽可能高的电压。但是，如技术中共知的，电源电压限制了输入差。因此，输入差被限制在+/-15v范围内。

在图2中，多个差动放大器12中的每一个差动放大器连接到燃料电池组13中要测量电池电压的各个燃料电池的接线端。例如，在图2中，差动放大器14连接在燃料电池18的两端。详细来讲，差动放大器14的两个输入34和36连接到燃料电池18的阳极38和阴极40。另一种做法是，在实际中，从多个差动放大器12中选出的差动放大器的输入不必一定连接到一个燃料电池的两个接线端。更合适的，差动放大器的输入可以按希望连接到燃料电池组13上任何两个接线端。例如，对于差动放大器14，输入34可以连接到燃料电池18的接线端38，而输入36可以连接到燃料电池20的接线端40。在该描述中，为了简单，假定每个差动放大器连接到惟一一个燃料电池的接线端。

在燃料电池电压监视系统10中，多个差动放大器12中每一个差动放大器的输出接着连接到开关网络22的输入。因此，在图2中，差动放大器14的输出50和差动放大器16的输出52连接到开关网络22的输入(为了简单只显示了两个输入)。开关网络22可以优选是一个多路器或类似设备。开关网络22在任一时刻只允许接受在燃料电池组13两个点上测量的差动电压。这种配置是为了减少燃料电池电压监视系统10中组件数量所需要的。电池电压还可以高速测量，因此一个时刻只测量一个电池电压是可以接受的。然后将在燃料电池组13两个接线端测量的差动电压从开关网络22送给ADC 24。

ADC 24将测量的模拟电压转换成数字值。实际上，ADC 24可以是一个16位ADC。此外可以使用具有更多位的ADC来获得更精确的数字值。在模数转换之后，数字值送给控制器26。

控制器26控制燃料电池电压监视系统10的功能。详细来讲，控制器26通过开关网络控制信号47控制开关网络22的操作，通过ADC控制信号49控制ADC 24的操作。控制器26控制开关网络22选择性的接收在燃料电池组13中一明确燃料电池两端测量的电池电压的数字值。优选是控制器26命令开关网络22顺序访问在燃料电池组13中每个燃料电池两端测量的电压并从ACD 24中读取相应的数字值。另一种做法是，通过适当编程控制器26，可以在任意时刻访问任一个燃料电池两端的测量电压。控制器优选是一个微处理器，但也可以是另一种控制设备，例如PLC或类似的。

如前面提到的，微处理器26还可以包含一个计算装置27，将从ADC24读取的数字值转换成一个测量的电池电压(下面进一步解释)。优选是控制器26还通过RS 232电缆30连接到PC 28，PC 28可以用于提供增强的数据处理来监视燃料电池性能。电池电压使用户能够评价单个燃料电池的全部状态。电池电压可以用于确定电池中是否有水积聚，或者气体是否是混合的，等等。多久测量一次电池电压也是重要的。电池电压测量必须快到足够报告电池的短暂、瞬时状态。优选是每隔10ms对每个电池执行一次测量，这已被证明是足够了。注意PC 28可以在远处的位置上。

在燃料电池电压监视系统10中使用的多个差动放大器12可以从所有具有高共态抑制比的商用差动放大器中选择。例子包括Burr-Brown INA117差动放大器或Analog Devices AD629差动放大器。这些差动放大器可以以高达200V的共态电压运行，因此能够直接连接到燃料电池组14中一个燃料电池的阳极和阴极，如图2中所示。

实际上，为了获得精确的电压测量，燃料电池电压监视系统10需要校准。如那些本领域的普通技术人员已知的，当燃料电池组13中单个燃料电池的数量增加时，单个燃料电池两个接线端的电压增加。单个燃抖电池与燃料电池组13的参考电压越远，增加的就越多。因此，连接到单个燃料电池的差动放大器输入的共态电压也会增加(共态电压只是输入的平均值)。输入到差动放大器的共态电压在差动放大器输出得到一个破坏差动放大器电压测量的电压。这个共态电压误差等于差动放大器共态电压增益与输入共态电压的乘积。因此，共态电压误差与差动放大器输入的共态电压成正比。因此，差动放大器优选具有一个高共态抑制比(CMRR)，这是在输入电压连接在一起时输入电压除以输出电压的比值。CMRR通常表示为dB(即CMRR(dB)＝20log(输入电压/输出电压))。典型的，CMRR的值大约在70到110dB的范围内。按定义，具有高共态抑制比的放大器具有小的共态电压增益。

此外，由于差动放大器中不可避免的内部不匹配，在差动放大器的输出存在一个额外电压。这个输出电压称作差动放大器的DC偏移。当差动放大器的输入接地时，在差动放大器的输出看到该DC偏移是一个有限电压。

此外，在测量中会由ADC 24的量化噪声引起一个电压误差。但是，如技术中众所周知的，通过增加ADC 24中量化位数，可以将量化噪声，降低到可接受的水平。

由于共态电压误差、DC偏移和多少有一点的量化噪声，差动放大器的输出会偏离燃料电池的实际电池电压。这种偏离称作剩余电压，是不能消除的、伴随普通差动放大器装置的测量误差。如前面讨论的，剩余电压与差动放大器输入的共态电压成正比。因为随着单个燃料电池的总数量增加，差动放大器输入的共态电压也增加，所以这是不希望有的。因此，对于那些在燃料电池组13上方的燃料电池，所测量的电池电压中的偏差会达到足以影响电池电压测量的精确度。

如果根据一个使用从每个燃料电池的电压测量得到的数字值的线性方程式来计算燃料电池的测量电池电压，可以克服上面的问题。为了进行计算，需要至少一个电压表和一个校准器在校准过程中读取电压值。电压表优选是高精度电压表。

使用下列方程式可以计算由给定差动放大器测量的各个燃料电池的电池电压：

V_{R} = \frac{V_{A} \cdot V_{ADC}}{[V_{ADC} (V_{A}) - V_{ADC} (V_{0})]} - V_{OFF} - - - (3)

其中：V_R是校准之后的测量电池电压；

V_ADC是电池电压测量期间ADC 24的输出值；

V_A是校准期间加到差动放大器输入的差动电压；

V_ADC(V_A)是校准期间当将V_A加到差动放大器输入时ADC 24的输出值；

V_ADC(V₀)是校准期间当差动放大器输入端接地时ADC 24的输出值；

V_OFF是校准期间当将差动放大器输入端接地时差动放大器的电压输出。

方程式(3)消除了测量误差，得到要测量的燃料电池的测量电池电压。电压V_OFF表示DC偏移和共态电压误差。因为根据叠加原理，测量电压是电池电压加上这些误差的和，所以从测量值中消除了这些误差。其次，使用因子V_ADC/[V_ADC(V_A)-V_ADC(V₀)]来将ADC 24的输出相关到一个为伏特的有意义值。

这个计算可以由控制器26来执行。另外可以使用另一种处理设备。然后可以由PC 28读取校准后的数据进行记录和分析。通过控制开关网络22顺序访问多个差动放大器12中的各个差动放大器，能够获得燃料电池组13中各个燃料电池的电池电压。

图3a说明了如果没有使用校准，当测量燃料电池组13中一个燃料电池的电池电压时出现的测量误差。假设燃料电池组13中有102个燃料电池，每个燃料电池工作在0.75V(即电池电压是0.75V)，则如图3a中显示的第102个燃料电池的实际共态电压是75.75V(即0.75*101。如果连接到第102个燃料电池的差动放大器66的输出存在+50mV的剩余电压，则差动放大器66的输出将会是0.8V(即0.75+0.05)，而不是0.75V，而且它具有一致的增益。典型的希望电压能够在高达5伏特的范围内变化。

现在参看图3b，通过用校准器70校准差动放大器66能够消除测量误差，校准器70提供对于第102个燃料电池所期望的共态电压和电池电压，在本例中分别是75.75V和0.75V。可以为多个差动放大器12中的每个差动放大器提供一个校准器。另一种做法是，一个校准器可以被多个差动放大器12中的每个差动放大器重复使用。当使用校准器70校准差动放大器66时，将会得到差动放大器的共态电压误差和DC偏移。但是，在测量期间，差动放大器66的输出与执行校准之前是一样的(即本例中的0.80V)。因此，必须使用方程式3来获得实际电池电压并有效降低了剩余误差。

虽然知道燃料电池的实际电池电压是困难的，但是单个燃料电池在正常工作期间工作在大约0.5V到1V之间是已知的。通过使用提供接近于这些电池电压的电压电平的校准器，可以在使用多个差动放大器12测量燃料电池组13中燃料电池的电池电压之前校准它们。因此，可以得到每个差动放大器的共态电压误差和DC偏移。所以通过校准各个差动放大器，大大增加了燃料电池电压监视系统10的精确度。

因为单个燃料电池工作在0.5V到1V的范围内，所以可以假设每个燃料电池具有0.75V的电池电压。这是一个燃料电池正常使用期间工作的平均电压。因此，在校准期间，使用0.75V的增量，这意味着校准器提供电压，相当于燃料电池1的上接线端为0.75V，燃料电池2的上接线端为1.5V，燃料电池3的上接线端为2.25V，燃料电池101的上接线端为76.5V，如图3b中所示。发明者发现通过实际中使用这种方法，将每个差动放大器校准到一个接近于每个燃料电池的电池接线端在每个燃料电池工作在理想状态时的实际共态电压。结果，测量电池电压接近于每个燃料电池的实际电池电压。

虽然校准方法没有完全消除剩余误差，但它大大降低了剩余误差，并且及其显著的降低了共态电压误差。此外，在校准之后，在给定差动放大器的电压测量期间出现的共态电压不再与差动放大器输入处的共态电压成正比。共态电压误差现在与输入处的实际共态电压和校准期间用于每个燃料电池的假定共态电压的差成正比。这个差值是随机的，不会随着燃料电池组13中的燃料电池数量增加而增加。因此，在电池电压测量期间共态电压误差保持在一个非常低的水平上。这在测量大燃料电池组中燃料电池的电池电压时特别有用。

根据本发明的燃料电池电压监视系统10使用便宜且不需要任何硬件调整的商用组件。本发明还提供便于使用而且是非常精确的测量系统。此外，与现有电池电压监视系统相比，本发明组件更少，大大降低了系统的总尺寸。因此，可以容易地将燃料电池电压监视系统10结合到任何燃料电池测试设备中。

应该认识到，本发明不只是计划用于监视燃料电池组中单个燃料电池的电压，还用于监视通过单个电池串联而形成的任何类型的多电池电池组中的电压。本发明还可以用于监视单个电池、电池组、电池堆或电解池的电压。

还应该认识到，那些技术熟练的人可以在不背离本发明的情况下对这里描述和说明的优选实施方案进行各种修改，在附加的权利要求中定义了本发明的范围。

Claims

1.一种监视一种电化学设备的至少一个电池电压的系统，该设备有多个串联的电池，每个电池提供了两个接线端，系统包括：

多个差动放大器，每个差动放大器有两个输入和一个输出，并抑制一个高共态电压，多个差动放大器中至少一个的输入在使用中连接到两个接线端，用于测量其差动电压；

一个计算装置，连接到模数转换器和控制器之一的输出，接收数字值并将一个因子应用于数字值，从中去掉所有共态电压误差。

2.一种如权利要求1中要求的系统，其中每个差动放大器适于抑制最高达200V的共态电压。

3.一种如权利要求1中要求的系统，其中控制器提供计算装置。

4.一种如权利要求1中要求的系统，其中控制器包括一个微处理器。

5.一种如权利要求1中要求的系统，其中系统还包括一台计算机，并且该控制器连接到该计算机。

6.一种如权利要求1中要求的系统，其中计算装置应用一个线性方程式，用于从数字值中消除误差，线性方程式通过对至少两个输入电压的校准来定义。

7.一种如权利要求6中要求的系统，其中系统还包括至少一个连接到多个差动放大器中的一个的校准器来确定因子。

8.一种如权利要求7中要求的系统，其中至少一个校准器适合提供两个校准电压给多个差动放大器之一的输入，两个校准电压彼此偏差一个共态电压增量，用于仿真多个电池之一的接线端的差动电压和共态电压。

9.一种如权利要求8中要求的系统，其中共态电压增量在0.5V到1V的范围内选择。

10.一种如权利要求9中要求的系统，其中共态电压增量是0.75V。

11.一种如权利要求8中要求的系统，其中计算装置根据下式将因子应用于数字值，数字值是从由多个差动放大器中的一个选定差动放大器测量的电压值采样的：

V_{R} = \frac{V_{A} \cdot V_{ADC}}{[V_{ADC} (V_{A}) - V_{ADC} (V_{O})]} - V_{off}

其中V_A是基于第一和第二校准电压的电压，加在选定差动放大器的输入两端，V_ADC(V_A)是当将V_A差动加在选定差动放大器输入时在模数转换器输出处测量的电压，V_ADC(V_O)是当将选定差动放大器输入接地时在模数转换器输出处测量的电压，V_OFF是当将差动放大器输入接地时在给定差动放大器输出处测量的DC偏移电压，以及V_ADC表示从中去除共态电压误差的数字值。

12.一种监视多个串联的电化学电池中至少一个电池电压的方法，每个电化学电池有两个接线端，方法包括步骤：

(c)将差动电压从模拟值转换到数字值；以及

13.一种如权利要求12中要求的方法，其中步骤(a)还包括提供多个差动放大器，每个差动放大器有两个输入和一个输出，并将多个电化学电池中另外的接线端对连接到多个差动放大器，每对接线端连接到多个差动放大器之一的输入，另外的接线端对各有一个共态电压；以及，对各个差动放大器实施步骤(b)、(c)和(d)。

14.一种如权利要求13中要求的方法，包括通过一个开关网络将差动放大器的输出连接到一个模数转换器，使用开关网络将差动放大器之一的输出转换到模数转换器，进行这一个差动放大器输出处的差动电压的模数转换。

15.一种如权利要求14中要求的方法，包括提供一个控制器来控制开关网络和模数转换器。

16.一种如权利要求15中要求的方法，包括提供的控制器是一个微处理器。

17.一种如权利要求12中要求的方法，其中步骤(d)包括应用一个线性方程式从数字值中去除误差，线性方程式通过对至少两个输入电压进行校准来定义。

18.一种如权利要求12或13中要求的方法，其中该方法还包括步骤：

19.一种如权利要求18中要求的方法，其中该方法包括根据下列步骤对每个差动放大器实施步骤(d)：

(f)将差动放大器的输出连接到一个模数转换器；

(g)在差动放大器的输入两端施加一个基于第一和第二校准电压的差动电压V_A并测量V_A；

(h)当V_A差动施加到差动放大器的输入时，测量模数转换器输出V_ADC(V_A)；

(i)当差动放大器的输入接地时测量模数转换器输出V_ADC(V_O)；以及

(j)当差动放大器的输入接地时测量差动放大器输出处的DC偏移电压V_OFF。

20.一种如权利要求19中要求的方法，包括计算一个已校准的测量电池电压V_R来监视至少一个电池电压，已校准的测量电池电压V_R基于当差动放大器的输入连接到两个接线端时从模数转换器输出V_ADC得到的一个测量电压，其中进行计算要根据：

V_{R} = \frac{V_{A} \cdot V_{ADC}}{[V_{ADC} (V_{A}) - V_{ADC} (V_{O})]} - V_{off} .

21.一种如权利要求13中要求的方法，包括提供能够抑制最高达200V共态电压的差动放大器。

22.一种如权利要求18中要求的方法，包括提供相对于第一校准电压有一个共态电压增量的第二校准电压，来仿真正常工作条件下，多个电化学电池中一个电池接线端所期望的差动电压和共态电压。

23.一种如权利要求21中要求的方法，包括在0.5V到1V的范围内选择共态电压增量。

24.一种如权利要求23中要求的方法，包括选择0.75V的共态电压增量。

25.一种如权利要求12中要求的方法，包括顺序监视每个电化学电池的电池电压。

26.一种如权利要求12中要求的方法，包括在任意时刻监视任一个电化学电池的电池电压。

27.一种如权利要求12中要求的方法，包括将方法应用于测量燃料电池电压。