CN101563600A - 使用飞电容的测量串联电池电压的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种测量串联连接的单个电池的电压的系统和方法，包括单个的飞电容。所述电容储存电池之一的电荷，使得与电容连接的模拟－数字转换器(ADC)能够对所测量的电池的电压进行准确的处理。多个开关将电池与电容电连接以及从电容断开。控制器与ADC和开关通信以顺序控制开关并记录每个电池的电压测量结果。还包括至少一个精密电压参考装置以对所述ADC提供参考电压用于自校准。

Description

使用飞电容的测量串联电池电压的系统及方法

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求提交于2006年10月6日的美国的临时申请第60/828,464号、提交于2006年10月6日的美国的临时申请第60/828,457号、提交于2006年10月6日的美国的临时申请号60/828,471号的权益，其全部内容通过引用包含于此。

技术领域

[0002]本发明的主题涉及用于确定串联连接的多个电池(cell)中每个电池的电压的系统和方法。

背景技术

[0003]电动车辆和混合电动车辆通常利用许多电池(如电池组(battery))以向电动车辆和其他电气设备提供动力。这些电池通常串联连接在一起，如本领域技术人员所周知的那样，以提供更高的电压。

[0004]由于电池个体之间的差异，这种串联连接的电池需要定期配平，即电荷均衡化，以保持稳定的电压，防止提前失效。在电池配平中的困难之一是，确定哪个或哪些电池可能需要单独充电或更换。因此，有必要提供一种系统以确定每个电池的电压。

[0005]已经开发了大量的系统和技术，以解决这一必要性。授予贝克-欧文(Becker-Irvin)的美国专利第5,914,606号(以下记为′606专利)中公开了一个这样的系统。该′606专利所公开的系统教导了每个单个的电池通过一组开关被直接连接到放大器。在放大器上还连接了控制器以测量被选择的电池的电压。但是，该′606专利的系统在电池与控制器之间没有提供任何的隔离，从而造成电压波动，特别是当这些电池在使用中时。此外，该′606专利的系统需要高精密电阻分压器，以将电压分压并降低到用于测量的可接受的水平。

[0006]其他系统利用电池与放大器之间的一个或多个电容，从而可以测量更加稳定和准确的电压。例如，授予岛本(Shimamoto)以及其他人的美国专利第6,362,627(以下记为′627专利)公开了一种系统，其中包括接到不同的电池的多个电池开关、连接到电池开关的电容、和连接到电容的放大器。′627专利使用二次极性校正，这会增加测量误差。

[0007]属于矢崎总业株式会社(Yazaki Corporation)的日本专利公开第2003240806号(以下记为′806公开)公开了一种系统，用于测量串联连接的多个电池中的单个电池的电压。该系统包括与多个电池电连接的多个电池开关，其中在每个电池的每一侧连接一个开关。第一总线被电连接到电池开关的每隔一个的第二侧，第二总线被电连接到每个未与第一总线连接的电池开关的第二侧。在总线之间连接有电容。四个总线开关被电连接到电容和总线：一对总线开关允许电容的任一侧与放大器之间的连接，而另一对总线开关允许电容的任一侧与地之间的连接。该′806公开的系统可以不采用使用MOSFET型晶体管作为开关的实现，因为必须从系统抽取一些电流，以使MOSFET开启。

[0008]尽管在现有技术中存在上述的以及其他方面的各种系统，但仍然有机会提供一种具有改善的精度、更高的测量速度、和更低的实施成本的用于测量串联连接的电池的电压的系统。

发明内容

[0009]本发明提供了一种测量串联连接的多个电池中单个电池的电压的系统。该系统包括用于储存至少一个电池的电荷的电容。电容包括一对端子。至少一个开关与电容电连接，用以将电池中的至少一个选择性地连接到电容。该系统还包括用于放大存储在电容中的电荷的放大器。该放大器包括与电容的端子电连接的一对输入、和输出。模拟-数字转换器(ADC)能够被电连接到放大器的输出，用以把由放大器所提供的放大了的模拟电压转换为数字电压数据。该系统还包括至少一个精密电压参考(PVR)装置，用于提供已知的参考电压。

[0010]本发明还提供了一种测量串联连接的多个电池中单个电池的电压的方法。该方法包括将电池中的一个电连接至电容并将电容充电预定的充电时间的步骤。响应于预定的充电时间的经过来测量电容的电压以产生充电电压读数。该方法还包括将电容放电预定的放电时间的步骤。然后响应于预定的放电时间的经过来测量电容的电压，以产生放电电压读数。然后将放电电压读数与预定的电压电平进行比较。该方法还包括如果电容的放电电压读数大于预定的电压电平则发出故障信号。

[0011]本发明进一步提供了测量串联连接的多个电池中单个电池的电压的方法。该方法利用了包括电容、模拟-数字转换器(ADC)、和控制器的系统。该方法包括将电池中的一个电连接至电容并将电容充电预定的充电时间的步骤。在预定的充电时间期间，控制器执行辅助任务。该方法还包括响应于预定的充电时间的经过，使用ADC将来自电容的模拟电压转换为与电容的电压相对应的数字电压信号的步骤。然后由控制器读取数字电压信号。

[0012]本发明提供了优于现有技术的众多优点。首先，PVR装置提供了校准系统以确保测量电压的精度的能力。其次，本发明能够对系统中的错误和故障进行自检测。最后，通过在电容充电时间期间由控制器执行辅助任务履行，提高了系统的总体效率。

附图说明

[0013]本发明的其他优点将很容易理解，因为参照以下详细说明，并考虑与所附附图，能够更好地理解这些优点。其中：

[0014]图1是本发明的系统的第一实施方式的方框电路图，表示了多个电池，该系统包括飞电容和模拟-数字转换器(ADC)，用于测量每个电池的电压；

[0015]图2是测量电池之一的电压的方法的流程图；

[0016]图3是系统的第二实施方式的方框电路图，表示了精密电压参考(PVR)被电连接到ADC；和

[0017]图4是系统的第三实施方式的方框电路图，表示了可电连接至飞电容的一对PVR。

具体实施方式

[0018]参照附图，其中同样的附图标记在若干个视图中表示相应的部分，表示了用于测量串联连接的多个电池中单个电池12的电压的系统10和方法100。本领域技术人员认识到，“电池(cell)”通常被称为“电池组(battery)”。然而，为了一致性，术语“电池”12在通篇中使用而不应被视为以任何方式进行限制。

[0019]图1表示了本发明的系统10的第一实施方式。十个电池12串联连接以向电气装置——例如但不限于电动车辆(EV)或混合动力电动车辆(HEV)——提供电源。每个电池优选是锂电池，其充电后的电压约4伏(V)，因此提供了约40V的总电压。当然，本发明可以使用任何数量、类型、或容量的电池12；该优选实施方式中所使用的十个4V的锂电池12不应该被视为是限制性的。此外，多个电池12可以被用于车辆以外的其他应用。为了说明清楚，电池12在各个附图中顺序地表示为从第一电池12A到第十电池12J。

[0020]如本领域技术人员所知，每个单元12包括有正极侧(即阴极)和负极侧(即阳极)。多个电池12被串联地电连接在一起。即，第一电池12A地正极侧电连接到第二电池12B的负极侧，第二电池12B的正极侧电连接到第三电池12C的负极侧，依此类推。通常情况下，当电池12被设置于车辆中时，第一电池12A的负极侧电连接到底盘接地、即车辆的金属架。然而，在有些情况下，第一电池12A的负极侧与底盘接地电绝缘。

[0021]本领域技术人员认识到，每个电池12实际上可以是并联连接并在相同电压下工作的若干个物理的电池12，以提高串联连接的多个电池12的整体的电流容量。此外，每个电池12实际上可以是串联连接的若干个物理的电池。

[0022]在所述的实施方式中，系统10包括多个电池开关14。每个电池开关14包括第一侧(未标记)和第二侧(未标记)，这样，当电池开关14激活时，电子可以在上述两侧间流动。相反，当电池开关14被停用时，通常阻止电子在上述两侧之间流动。

[0023]优选地，利用晶体管实现电池开关14，从而可以实现由电池开关14执行的电切换而无需可移动部件(即“固态”实现)。更优选地，电池开关14被实现为一对金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)。成对的MOSFET中的每个优选是BSS84P沟道型，它可以从众多的电子产品制造商处获得。MOSFET对中的每个MOSFET的源极被电连接在一起，每个MOSFET的栅极也被电连接在一起。一个MOSFET的漏极充当电池开关14的第一侧，另一个MOSFET的漏极充当电池开关14的第二侧。使用MOSFET而不是机械式或继电器式开关，大大降低了系统10的实施成本，并提高了测量电池12的循环速度。

[0024]然而，本领域技术人员认识到，每个开关也可以单一的MOSFET、不同类型的晶体管、不同类型的场效应晶体管、继电器、或其他合适的开关器件来实施。此外，此处，电池开关14(和其他开关)的操作在本申请中可以被称为“开放”，“开路”，“闭合”或“闭路”等，正如用于机械式开关的习惯那样。然而，这样做是为了方便目的，而不应被理解为将电池开关14(和其他开关)限定为机械式开关。

[0025]优选地，电池开关14的数量应等于要测量的电池12的数量。因此，在所述的实施方式中，由于有十个电池12串联连接，故使用了十个电池开关14。为了说明的清楚起见，十个电池开关14被顺序地标记为从第一电池开关14A到第十电池开关141。每个电池开关14的第一侧电可连接到电池12之一的正极端子。

[0026]同样出于说明清晰的目的，第一电池开关14A的第一侧电连接到第一电池12A的正极侧，第二电池开关14B的第二侧电连接到第二电池12B的正极侧，依此类推。由于电池12是串联电连接的，第一电池开关14A既与第一电池12A的正极侧也与第二电池12B的负极侧电连接。同样的推论也适用于其他的电池开关14。

[0027]系统10还可以包括多个电池开关操作电路(未显示)。每个电池开关操作电路电连接到至少一个电池开关14，以启动该至少一个电池开关14。在所述的实施方式中，每个电池开关操作电路可以操作一对电池开关14。

[0028]再次参照图1，所述实施方式的系统10还包括第一总线18和第二总线20。第一总线18是由每隔一个的电池开关14的电连接而形成的，即交替电池开关14。第二总线20是由未连接到第一总线18的每个电池开关14的电连接形成的。在优选的实施方式中，如图1所示，第一总线18电连接第一、第三、第五、第七和第九电池开关14A、14C、14E、14G、14I的第二侧。第二总线20将第二、第四、第六、第八和第十电池开关14B、14D、14F、14H、14J的第二侧电连接在一起。在第一替代实施方式中，如图2所示，额外的电池开关16被电连接到第二总线20。

[0029]系统10包括电容22，用于保持与电池12之一的电压相对应的电荷。电容22包括一对端子。为了方便起见，这些端子在以下被称为正极端子和负极端子。在所述的实施方式中，电容22的电容量为1μf(微法拉)。一个可以接受的电容22是ECWU1105KCV，由松下公司(Panasonic)生产，额定为直流100伏特，电容量公差为±10％。当然，具有不同电容和其他物理及电气特性的其他的电容22也可能是可以接受的。如下所述，电容22可以由多个电池中的每个所充电。因此，电容22被本领域技术人员称作“飞电容(flyingcapacitor)”。

[0030]所述实施方式的系统10还包括四个总线开关24、26、28、30，用于对充电进行协调以及将电容22隔离。与电池开关14一样，这些总线开关24、26、28、30的每个具有第一侧和第二侧。此外，每个总线开关24、26、28、30优选被实现为按与上述的电池开关14相同的方式配置的一对MOSFET。

[0031]多个总线开关24、26、28、30包括第一总线正极开关24、第二总线正极开关26、第一总线负极开关28、第二总线负极开关30。第一总线正极开关24和第一个总线负极开关28的第一侧被电连接到第一总线18。第二总线正极开关26和第二总线负极开关30的第一侧被电连接到第二总线20。第一总线正极开关24和第二个正极开关的第二侧被电连接到电容22的正极端子。第一总线负极开关28和第二总线负极开关30的第二侧被电连接到电容22的负极端子。

[0032]系统10还可以包括接地开关32。接地开关32的一侧电连接到电容22的负极端子，而另一侧电连接到地。当系统10被实施于车辆中时，地通常是底盘接地。在优选的实施方式中，负极接地开关32被实现为BSS145型MOSFET；但是，也可以使用其他合适的MOSFET。MOSFET的源极电连接到地，漏极电连接到电容22的负极端子。

[0033]优选地，系统10包括放大器34，用于放大电容上存储的电荷。在所述实施方式中，放大器34是运算放大器(运放，op-amp)34。为了便利起见，在以下用术语“运放34”替代术语“放大器34”；但是，这在任何不应以任何方式被理解为是限制性的。运放34包括两个输入(一般称为同相输入和反相输入)和输出。在所述实施方式中，运放34提供了从每个输入到输出的放大增益，该放大增益为1，也被称为单位增益放大器。一个合适的运放34是LT1636，可以从加利福尼亚州密尔派塔斯的凌特公司(Linear Technology Corporationof Milpitas，California)获得。然而，其他合适的运放34或其他类型的放大器34也可以实施。

[0034]在所述实施方式中，运放34的同相输入电连接到电容12的正极端子，运放34的反相输入电连接到电容22的负极端子。运放34放大电容22的电压并产生放大电压信号。放大电压信号可在运放34的输出处获得，并成比例地对应于电容22——以及对电容22充电的电池12——的电压。

[0035]系统10还包括可以与运放34电连接的模拟数字转换器(ADC)36，用于将运放34所提供的模拟信号转换成数字数据。在第一和第三实施方式中，运放34的输出直接连接到ADC 36。而在第二实施方式中，利用的是多路复用器46，详细说明如下。

[0036]在所述的实施方式中，ADC 36包括用于接收模拟信号的输入和用于产生携带数字数据的数字信号。一个合适的ADC 36是得克萨斯州达拉斯的德州仪器公司(Texas Instruments of Dallas，Texas)ADS7829IDRBR。该ADC 36的数字信号具有12位的分辨率并以串行方式被表示在输出处。ADC 36的输入电连接到运放34的输出。ADC 36在输入处接收放大电压信号并产生与放大电压信号相对应的数字信号。因此，由数字信号携带的数字数据成比例地对应于电容22以及对电容22进行充电的电池12。该数字数据在此也可以被称为数字电压数据。

[0037]系统10还包括对系统10的各个部件的操作进行控制的控制器38。控制器38可以是微处理器、微控制器、计算机、专用集成电路(ASIC)、或本领域技术人员所知的其他类似的装置。在所述的实施方式中，控制器38是总部设在德克萨斯州奥斯汀市的飞思卡尔半导体公司(Freescale Semiconductor，headquartered in Austin，Texas)生产的型号为68HC908GR32A的微控制器。当然，其他控制器也将是合适的。

[0038]控制器38与ADC 36通信以从ADC 36接收数字数据。具体来说，在所述的实施方式中，控制器38包括多个输入和输出。多个输入包括用于接收数字信号的测量输入。测量投入电连接到ADC36的输出，使得与电容22(以及每个单元12)的电压相对应的数字数据由控制器38所接收。如本领域技术人员所周知的那样，许多控制器具有一个或多个内置ADC。因此，在其他实施方式(未显示)中，ADC 36可以被集成在控制器38中。

[0039]存储器40与控制器38通信以存储数据。该数据包括但不仅限于与每个电池12的电压相对应的数字数据，即数字电压数据。存储器40可以是随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、硬盘、软盘、光盘、或本领域技术人员所知的任何其他存储装置。此外，与所述实施方式一样，存储器40可以被置于控制器38内部。

[0040]在所述的实施方式中，控制器38与开关14、24、26、28、30、32通信以控制开关14、24、26、28、30、32的操作。关于电池开关14，控制器38的四个输出优选与译码器42电连接器。译码器42优选为BCD(二进制编码的十进制)到十进制的译码器42，如74HC4028。优选的译码器42包括电连接到控制器38的四个输入、和十个输出(即第一译码器输出到第十译码器输出)。只有一个输出的译码器42基于由控制器38提供给译码器42的输入的BCD码而被激活。十个输出中的每个电连接到电池开关操作电路中的一个以操作至少一个电池开关14。在所述的实施方式中，第一译码器输出操作第一电池开关14A，第二译码器输出操作第一和第二电池开关24，第三译码器输出操作第二和第三电池开关24，依此类推至操作第九和第十电池开关24的第十译码器输出。

[0041]在所述的实施方式中，控制器38的至少一个输出被用来控制总线开关24、26、28、30的操作。在控制器38与总线开关24、26、28、30之间实施的选择器44，以控制总线开关24、26、28、30。此外，控制器38的至少一个输出电连接到接地开关32来控制接地开关32的操作。

[0042]如本领域技术人员所周知的那样，系统10的各个部件可以被安装在印刷电路板(PCB)上。利用掩模在PCB的一个侧面或两个侧面上印刷有导电材料。导电材料将各个部件电连接，从而使得在部件之间无需大量的布线。当然，在系统10的实现中，也可以利用除上文所述的装置外的各种其他电气和电子装置。如本领域技术人员所周知的那样，这些装置可以包括但不仅限于电阻、二极管、双极结型晶体管(BJT)、和电容。

[0043]本发明的功能、优势、精度和效率在检验用于确定电池12的电压的方法100时能够被更好地理解。为了方便起见，下面根基系统10的各个部件来说明方法100。但是，此处所述以及如所附的权利要求书中所要求的方法100可以在不同于所述的系统10的情况下来实施。

[0044]方法100可以包括选择电池12中的一个进行测量的步骤102。在所述的系统10的实施方式中，通过软件的操作，控制器38选择要被测量的电池12。通常情况下，控制器38中的软件只是按顺序遍历电池12，以轮流测量每个电池12的电压。然而，在某些情况下，控制器38个可能偏离这种顺序操作而将重点放在特定的电池12上。

[0045]方法100接着进行将电池12中的一个与电容22电连接的步骤104。优选地，与电容22相连接的电池12是在步骤102中所选择的选中的电池12。在所述的系统10的实施方式中，控制器38基于选中的电池12来操作各种开关14、24、26、28、30、32，使得电容22的正极端子电连接到选中的电池12的正极侧而电容22的负极端子电连接到选中的电池12的负极侧。控制器38采用译码器42来操作与选中的电池12相对应的一个电池开关14或多个电池开关14。控制器采用选择器44来操作适当的开关总线24、26、28、30。

[0046]作为一个例子，在确定第一电池12的电压时，电容22必须被充电到第一电池12A的电压。因此，第一电池开关14A被闭合，而其他的电池开关14B-14J开路。因为，在优选的实施方式中，第一电池12的负极侧接地，故该控制器将接地开关32闭合。第一总线正极开关24和第二总线负极开关30被闭合，而第二总线正极开关26和第一总线负极开关28开路。因此，电容22将被充电至第一电池12的电压电平。

[0047]作为进一步的例子，当第二电池12B条被选中时，第一和第二电池开关14A、14B被闭合，而其他的电池开关14C-14J开路。第二总线正极开关26和第一总线负极开关28闭合，而第一总线正极开关24、第二总线负极开关30负、以及和接地开关32开路。因此，电容22将被充电到第二电池12B的电压电平。当第三电池12C被选中时，第二和第三电池开关14B、14C被闭合，而其他的电池开关14A、14D-14J开路。第一总线正极开关24和第二总线负极开关30闭合，而第二总线正极开关26、第一总线负极开关28、和接地开关32开路。这样，电容22将被充电到第三电池12C的电压电平。显然，本领域技术人员可以使用类似的方法来确定每个其他的电池12的合适的开关14的开路和闭合。

[0048]方法100接着进行将电容充电预定的充电时间使得电容22的电压电平大致与被测量的电池12的电压电平相匹配。因此，预定的充电时间基于电池12和电容22的电特性的，并且优选地由控制器38所跟踪。

[0049]在预定的充电时间期间，控制器38不负担其主要任务，该主要任务包括但不仅限于控制各种开关14、24、26、28、30、32和读取来自ADC 36的信号。因此，控制器38是空闲的而能够在方法100的步骤107执行辅助的(即次要的)任务。这些辅助但必要的任务可以包括系统10的诊断，诸如但不限于检查控制器38的输入/输出，以验证信号是在适当的范围内。如果信号不在适当的范围内，控制器38可以记录故障、关闭系统，等等。辅助任务还可以包括控制器38的通信。例如，该控制器可以与以下装置通信：(1)同一系统10中的其他控制器或微处理器在；(2)同一车辆中不同电池测量系统中的其他控制器；(3)车辆的中其他系统或网络(例如车辆通信总线)；和/或(4)与车辆的以外的其他系统或网络(例如英特网)。本领域技术人员会认识到控制器38在电容充电时间期间所要执行的其他辅助任务。

[0050]通过将这些辅助任务限制于充电时间期间，实现了系统10的总体效率。具体来说，系统10和控制器38能够实现更快和更频繁的电池12电压测量。频繁的电池12电压测量在诸如混合动力或电动车辆的动态负载应用方面是至关重要的。

[0051]优选地，响应于预定充电时间的经过，系统100进行将电池12从电容22电断开的步骤108。具体来说，在所述的系统10的实施方式中，开关14、24、26、28、30、32被操作使得电容22从电池12电断开并电连接到ADC 36得输入。优选地，所有的电池开关12和总线开关24、26、28、30被开路而接地开关32被闭合，使得电容22的负极端子和运放24的反相输入都接地。

[0052]同样地，响应于预定充电时间的经过，方法100继续进行测量电容22的电压的步骤110。在所述的实施方式中，该测量步骤110可分为三个子步骤。首先，电容22的电压被放大以产生放大模拟电压信号。如上所述，电容22的电压的放大倍数可以是因数1，因此电压并不增加。下一步，ADC 36从运放34接收放大模拟电压信号。于是，放大模拟电压信号被转换成数字电压信号。如上所述，ADC 36被电连接至控制器38或被集成在控制器38中。于是，数字电压信号被传递给控制器38。数字电压信号编码对应于电容22的电压——亦即电池12的电压——的数字数据。响应于控制器38读取电容22的电压，将与所测量的电池22的电压相对应的电压储存在存储器40中。

[0053]在电容22的电压被读取并储存在存储器40中之后，方法100优选地继续进行将电容22放电预定放电时间的步骤112。在所述的系统10的实施方式中，通过操作总线开关24、26、28、30和接地开关32使得电容22的正极和负极端子接地，来将电容22放电。具体来说，使所有四个总线开关24、26、28、30和负极接地开关32闭合而使所有的电池开关14开路。

[0054]电容12的放电使得可以在随后的电池电压测量中检测电池12的断开或系统10内的电路开路。此外，该操作使得系统可以将总线18、20间的任何电容放电并将运放34放电。重要的是，要注意到，所述的系统10允许通过相同的底盘接地将电容22和运放34都接地/放电。因此，该放电是以一致的方式完成的。利用这种一致的放电和PCB上的电路的适当布局，可以实现下一个测量的电池12的更准确的读取。

[0055]优选地，方法100包括响应于预定放电时间的经过来测量电容22的电压以产生放电电压读数的步骤114。放电电压读数的产生与上述的充电电压读数的产生类似。这样，控制器38取得了与放电后电容22的电压相对应的放电电压读数。

[0056]方法100优选地还包括将放电电压读数与预定电压电平相比较的步骤115。理想的是，在放电后，电容22的放电电压读数应为0V左右。因此，作为一个例子，在预定的电压电平可以是0.3V。实际的预定电压电是基于系统10的具体的电特性确定的，包括电容22、ADC 36、和其他部件的电特性。

[0057]通过测量和比较将放电电压读数，方法100适合于在继续进行之前对电容22被完全放电进行验证。这些步骤允许系统10确认电容22准备被下一个电池12所充电。在被再次充电之前将电容22进行放电的好处以在上述阐明。此外，该步骤115也有助于确认系统10的开关14、24、26、28、30、32是否工作正常。

[0058]方法100优选地继续进行步骤116，其中，如果电容22的放电电压读数大于预定的电压电平则发出故障信号。该发出故障信号的步骤116可以包括将故障记录在存储器40中和/或向用户提醒该故障。此外，发出故障信号的步骤116可以导致系统20的关机、电池12的自动切断、或基于电池12的使用的其他后果。

[0059]替代地，可以重复几个步骤，而不是在电容22的电压读数大于预定的电压电平时发出故障信号。例如，可以将电容再次放电并再次测量其电压。如果经过一次或多次重复，电容22的电压读数仍然大于预定的电压电平，那么该方法100可以进行发出信号的步骤116。

[0060]系统10还可以包括一个或多个阻性平衡电路(未显示)用于对电池12进行配平，即，调整每个电池12的电压，使得每个电池12的电压大致相同。这种对电池12的调整优选地基于上述所得的每个电池12的电压读数来进行。

[0061]在本发明的第二和第三实施方式中，如图3和图4所示，系统10包括至少一个精密电压参考(PVR)装置48。该至少一个PVR装置48提供了允许校准系统10以及检测系统10的问题的已知的参考电压。校准优选地由对从ADC 36读取的数字电压数据进行调整的控制器38执行使得数字电压数据更正确地反映传送到ADC 36的实际电压。PVR装置48包括输出(未作标记)，它提供已知的参考电压。

[0062]在第二实施方式中，至少一个PVR装置48电连接到ADC36，使得参考电压可以被提供给ADC 36。如图2所示，第二实施方式的系统10利用多路复用器46将单个的PVR装置48电连接至ADC36。多路复用器46优选地包括多个模拟输入、模拟输出、以及至少一个选择输入。多路复用器46在其模拟输入接收多个信号并基于所述至少一个选择输入的状态将其中一个信号传送至模拟输出。多路复用器46的模拟输入中的一个电连接到运放34，模拟输入的另一个电连接到PVR装置48的输出。

[0063]多路复用器46的模拟输出电连接到ADC 36。因此，可以将来自运算放大器46的放大电压信号或来自48阻力装置的参考电压信号传送到ADC 36。所述至少一个选择输入被电连接到控制器38，使得控制器38对将哪个电压信号传送到ADC 36进行控制。

[0064]在第三实施方式中，至少一个PVR装置48电连接至电容22，从而将已知的参考电压提供给电容22。具体来说，所述至少一个PVR装置48被实现为第一PVR装置50和第二PVR装置52。第一PVR 50的输出电连接到第一PVR开关54，第二PVR装置52的输出电连接到第二PVR开关56。PVR装置50、52的输入分别被电连接到电池12中的一个。具体来说，第一PVR装置50电连接到第一电池12A，第二PVR装置52电连接到第十电池12J。本领域技术人员将认识到对PVR装置50、52的输入供电的其他技术，包括连接到其他电池12。

[0065]PVR开关54、56也被电连接到电池开关14中的一个或多个，并与电池开关14相配合地被激励，使得PVR装置50、52可以向总线18、20中的一个提供电压。具体来说，14电池开关开路而PVR装置50、52中的至少一个闭合，使得PVR装置50、52向总线18、20提供电压，而不是电池12。PVR装置50、52中的一个可以基于总线开关24、26、30、28的操作向运放34和ADC 36提供参考电压。这使得控制器38能够对发生在系统10中的各种损失以及由总线18、20和/或其他部件造成的寄生电容进行补偿。

[0066]此处以例示方式对本发明进行了说明；可以理解的是，所使用的术语的意图在于基于说明所用词语的性质，而不是限制性的。显然，根据上述教导可以对本发明进行许多修改和变化。本发明可以以上述具体说明以外的其他方式实现而不脱离所附的权利要求所限定的范围内。此外，所附权利要求中的附图标记仅仅是出于方便的考虑，而不应被认为以任何方式进行限制。

Claims (20)

1、一种测量串联连接的多个电池(12)中单个电池(12)的电压的系统(10)，包括：

用于储存所述电池(12)中的至少一个的电荷的电容(22)，所述电容(22)包括一对端子；

与所述电容(22)电连接的至少一个开关(14)，用以将所述电池(12)中的至少一个选择性地连接到所述电容(22)；

用于放大存储在所述电容(22)中的电荷的放大器(34)，该放大器(34)包括与所述电容(22)的所述端子电连接的一对输入、和输出；

能够与所述放大器(34)的所述输出电连接的模拟-数字转换器、即ADC(36)，用以把由所述放大器(34)所提供的放大模拟电压转换为数字电压数据；以及

至少一个精密电压参考装置、即PVR装置(48)，用于提供已知的参考电压。

2、如权利要求1所述的系统(10)，其中所述至少一个PVR装置(48)能够电连接到所述ADC(36)，以将所述已知的参考电压提供给所述ADC(36)。

3、如权利要求2所述的系统(10)，还包括具有第一输入、第二输入、和输出的多路复用器(46)，用于将所述输出与所述第一输入或所述第二输电连接，

其中，所述第一输入电连接到所述放大器(34)，所述第二输入电连接到所述PVR装置(48)，所述输出电连接到所述ADC(36)。

4、如权利要求3所述的系统(10)，还包括与ADC(36)通信的控制器38，用于接收来自ADC(36)的数字数据。

5、如权利要求4所述的系统(10)，其中，所述控制器(38)与所述多路复用器(46)通信，以对所述多路复用器的所述输入中的哪一个与所述输出电连接进行控制。

6、如权利要求1所述的系统(10)，其中，所述至少一个PVR装置(48)能够电连接到所述电容(22)，以将所述已知的参考电压提供给所述电容(22)。

7、如权利要求6所述的系统(10)，其中，所述至少一个PVR装置(48)进一步被限定为第一PVR装置(50)和第二PVR装置(52)。

8、如权利要求7所述的系统(10)，还包括：

多个电池开关(14)，用于对所述多个电池(12)的电连接，其中每个所述电池开关(14)包括第一侧和第二侧，每个所述电池开关(14)的所述第一侧能够电连接到所述电池(12)中的一个的正极端子；

第一总线(18)，电连接到所述电池开关的每隔一个(14A、14C、14E、14G、14I)的所述第二侧；

第二总线(20)，电连接不与所述第一总线(18)连接的所述电池开关(14B、14D、14F、14H、14J)的每个的所述第二侧；

其中，所述第一PVR装置(50)能够电连接到所述第一总线(18)，所述第二PVR装置(52)能够电连接到所述第二总线(20)。

9、如权利要求8所述的系统(10)，还包括与所述ADC(36)通信的控制器(38)，用于接收来自所述ADC(36)的数字数据。

10、如权利要求9所述的系统(10)，还包括由所述控制器(38)控制的第一PVR开关(54)，所述第一PVR开关(54)电连接到所述第一PVR装置(50)，以将所述第一PVR装置(50)电连接至所述第一总线(18)。

11、如权利要求10所述的系统(10)，还包括由所述控制器(38)控制的第二PVR开关(56)，该第二PVR开关(56)电连接到所述第二PVR装置(52)，以将所述第二PVR装置(52)电连接至所述第二总线(20)。

12、一种测量串联连接的多个电池(12)中单个电池(12)的电压的方法，包括以下步骤：

将所述电池(12)中的一个电连接至所述电容(22)；

将所述电容(22)充电预定的充电时间；

响应于所述预定的充电时间的经过来测量所述电容(22)的电压以产生充电电压读数；

将所述电容(22)放电预定的放电时间；

响应于所述预定的放电时间的经过来测量所述电容(22)的电压，以产生放电电压读数；

将所述放电电压读数与预定的电压电平进行比较；以及

如果所述电容(22)的所述放电电压读数大于所述预定的电压电平则发出故障信号。

13、如权利要求12所述的方法，其中所述发出故障信号的步骤被进一步限定为将故障记录在存储器(40)中。

14、如权利要求12所述的方法，其中所述发出故障信号的步骤被进一步限定为对用户提醒故障。

15、如权利要求12所述的方法，还包括响应于所述预定的充电时间的经过而将所述电池从所述电容(22)电断开的步骤。

16、如权利要求12所述的方法，其中，所述电容(22)包括一对端子，所述将所述电容(22)放电的步骤被进一步限定为将所述电容(22)的端子电连接到地。

17、如权利要求12所述的方法，其中所述测量电容(22)的电压步骤被进一步限定为以下步骤：

对所述电容(22)的电压进行放大以产生放大模拟电压信号；

将所述放电模拟电压信号转换为数字电压信号；以及

利用所述控制器(38)读取所述数字电压信号。

18、一种测量串联连接的多个电池(12)中的单个电池(12)的电压的方法，该方法利用了包括电容(22)、模拟-数字转换器、即ADC(36)、和控制器(38)的系统(10)，所述方法包括以下步骤：

将所述电池(12)中的一个电连接至所述电容(22)；

将所述电容充电预定的充电时间；

所述控制器(38)在所述预定的充电时间期间执行辅助任务；

响应于所述预定的充电时间的经过，使用所述ADC(36)将来自所述电容(22)的模拟电压转换为与所述电容(22)的电压相对应的数字电压信号；

利用所述控制器读取所述数字电压信号。

19、如权利要求18所述的方法，其中，所述控制器(38)在所述预定的充电时间期间执行辅助任务的步骤被进一步限定为所述控制器(38)在所述预定的充电时间期间通过网络进行通信。

20、如权利要求19所述的方法，其中，所述控制器(38)通过网络进行通信只在所述预定的充电时间期间完成。

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