CN103995167A - 电池电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供电池电压检测电路。在采用了复用器方式的电池电压检测电路中，能够降低由于寄生电容而产生的检测电压偏差的影响并提高检测电压精度。该电池电压检测电路用于监视串联连接的多个电池的电压，具备：快速电容器；使快速电容器与多个电池依次连接的复用开关；检测快速电容器的电压的电压检测单元；与快速电容器的一个端子连接的第一基准电位连接单元；与快速电容器的另一个端子连接的第二基准电位连接单元；和控制复用开关、第一基准电位连接单元和第二基准电位连接单元的控制电路。

Description

电池电压检测电路

技术领域

本发明涉及锂电池等二次电池的保护电路，尤其涉及采用复用器（multiplexer）的保护电路的电池电压检测电路。

背景技术

一般情况下，在锂电池等2次电池中为了免受过充电或过放电等的影响而采用保护电路。保护电路具备用于检测电池电压的电压检测单元，但在保护串联连接的多个电池时，需要与各个电池对应的多个电压检测单元，从而进行电路的大规模化/高耐压化。

图2示出了现有的采用复用器的电池电压检测电路的电路图。现有的采用复用器的电池电压检测电路具备电池电源装置11、电池11a、开关21、22、23、24、快速电容器（flying capacitor）28、29、放大器25、A/D转换器26和控制装置30。开关21由常开触点21a、21b构成，开关23由常开触点23a、23b构成，开关24由常开触点24a、24b构成。

在检测电池11a的电压时，开关21～24成为关断（打开）状态。在这样的状态下，首先，使开关21成为接通状态，常开触点21a、21b分别成为闭合状态。由此，将电池11a中的电压施加到串联连接的快速电容器28、29而积蓄电荷。

开关21在规定时间内接通后，开关21成为关断状态，常开触点21a、21b分别成为打开状态。由此，在快速电容器28、29中积蓄与电池11a的电压相当的电荷。

然后，接通开关22和开关24，由于开关22的接通，使快速电容器28、29的连接点成为接地连接的状态而固定为0V。另外，接通开关24，常开触点24a、24b分别成为闭合状态，由此将放大器25的反相输入端子固定为与放大器25的输出相同的电位（0V），将同相输入端子的电压固定为接地（0V）。

然后，接通开关23，使常开触点23a、23b分别成为闭合状态。由此，快速电容器28、29分别成为与放大器25的反相输入端子以及同相输入端子各自连接的状态，但因为开关24是接通的状态，所以各个端子的电压固定，快速电容器28、29的电压不施加到放大器25的各个端子。

然后，关断开关24而解除放大器25的各个端子中的电压固定，由此对放大器25施加快速电容器28、29所积蓄的电压。因为在将放大器25的各个输入端子的电压固定为0V的状态下施加快速电容器28、29的电压，所以不会出现各个输入端子的电压超过容许范围或者放大器25的输出饱和的情况，能够正确地检测从快速电容器28、29施加的电压。而且，因为不会出现对放大器25输入的电压超出容许范围的情况，所以可防止放大器25的劣化以及破坏。（例如，参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开2001-201548号公报

但是，在现有技术中具有如下这样的问题：在开关22接通的瞬间，电荷向开关22与快速电容器28、29之间产生的寄生电容移动，快速电容器28、29的保持电压变化而使电压检测精度恶化。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，在采用了复用器方式的电池电压检测电路中，可实现降低由于寄生电容而引起的检测电压偏差的影响并提高检测电压精度。

为了解决现有的问题，本发明的电池电压检测电路采用以下这样的结构。

电池电压检测电路用于监视串联连接的多个电池的电压，其具备：快速电容器；将快速电容器依次连接到多个电池的复用开关；检测快速电容器的电压的电压检测单元；与快速电容器的一个端子连接的第一基准电位连接单元；与快速电容器的另一个端子连接的第二基准电位连接单元；和控制复用开关、第一基准电位连接单元和第二基准电位连接单元的控制电路。

发明的效果

根据本发明的电池电压检测电路，可降低由于寄生电容而引起的电池的检测电压的影响，并提高检测电压的精度。

附图说明

图1是第一实施方式的电池电压检测电路的电路图。

图2是第二实施方式的电池电压检测电路的电路图。

图3是现有的电池电压检测电路的电路图。

标号说明

11电池电源装置；11a电池；21、22、23、24开关；28、29快速电容器；25放大器；26A/D转换器；30控制装置；21a、21b、23a、23b、24a、24b常开触点；100电池组；100_1～100_4电池；200电池电压检测电路；210复用开关；210_1～210_8、280、281、300开关；220控制电路；230寄生电容；240快速电容器；250放大器；260比较器；270基准电压电路；290、291恒流电路。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本实施方式。

实施例

<第一实施方式>

图1是第一实施方式的电池电压检测电路的电路图。本实施方式的电池电压检测电路由电池组100和电池电压检测电路200构成。电池组100由电池100_1、100_2、100_3、100_4构成。电池电压检测电路200由复用开关210、快速电容器240、开关280、281、恒流电路290、291、放大器250、比较器260、基准电压电路270、控制电路220、电阻271、VDD端子和VSS端子构成。复用开关210由开关210_1、210_2、210_3、210_4、210_5、210_6、210_7和210_8构成。将快速电容器240的一端设为节点A，将另一端设为节点B。

电池100_1的正极与VDD端子以及开关210_1的一个端子连接，负极与电池100_2的正极、开关210_2以及开关210_3的一个端子连接。开关210_1以及开关210_2的另一个端子与节点A连接，开关210_3的另一个端子与节点B连接。电池100_3的正极与电池100_2的负极、开关210_4以及开关210_5的一个端子连接，负极与电池100_4的正极、开关210_6以及开关210_7的一个端子连接。开关210_4以及开关210_6的另一个端子与节点A连接，开关210_5以及开关210_7的另一个端子与节点B连接。

开关210_8的一个端子与VSS端子以及电池100_4的负极连接，另一个端子与节点B连接。开关280的一个端子与恒流电路290连接，另一个端子与节点A连接。恒流电路290的另一个端子与VDD端子连接。开关281的一个端子与恒流电路291连接，另一个端子与节点B连接。恒流电路291的另一个端子与VDD端子连接。放大器250的反相输入端子与电阻271的一个端子连接，同相输入端子与节点B连接，输出与电阻271的另一个端子以及比较器260的反相输入端子连接。比较器260的同相输入端子与基准电压电路270的负极连接，基准电压电路270的正极与VDD端子连接。放大器250、比较器260、基准电压电路270和电阻271构成电压检测单元。开关280、281、以及复用开关210由控制电路220控制通断。节点B存在寄生电容230。

对动作进行说明。利用控制电路220的信号来控制快速电容器240，使其与电池组100中的一个电池并联。通过控制电路220的信号，使开关210_1和开关210_3接通，其它开关关断，连接电池100_1与快速电容器240。快速电容器240在到达与电池100_1相同的电压（V0）之前进行充电，然后，通过控制电路220的信号，使开关210_1和开关210_3关断，断开电池100_1与快速电容器240。

接着，当通过控制电路220的信号使开关280接通时，节点A通过恒流电路290被上拉，成为VDD端子的电压（VDD）。节点B的电压为VDD-V0，对放大器250的同相输入端子施加VDD-V0的电压。因为VDD-V0的电压被输出至放大器250的输出，所以可利用比较器260对基准电压电路270的电压（比较电压）与VDD-V0的电压进行比较，由此，检测快速电容器240的电压是高于比较电压还是低于比较电压。即，可对电池100_1的电压与比较电压进行比较而检测是高还是低。通过对其它电池也进行以上的动作，能够监视全部电池的电压。

考虑节点B存在寄生电容230的情况。假设电池组100的电池都为V0，将快速电容器240与最下端的电池100_4连接。此时，节点B的电压是VSS，寄生电容230的电压为0V。在关断复用开关210的全部开关而使快速电容器240成为开路之后，当接通开关280时，节点A通过恒流电路290被上拉。寄生电容230通过恒流电路290进行充电，该充电电流经由快速电容器240流动，所以快速电容器240的保持电压高于V0。节点A的电压最终与VDD相等时的快速电容器240的电压如下式所示。

V0+Cx/(C+Cx)×3V0

这里，C表示快速电容器240的电容值，Cx表示寄生电容230的电容值。快速电容器240的电压的偏差幅度为第二项的Cx/（C+Cx）×3V0。这里，Cx/（C+Cx）是快速电容器240与寄生电容230的电容比，3V0表示从节点A与最下端的电池100连接的状态起到上拉至VDD的电压移动幅度。

由此可知，与快速电容器240的电容值相比，寄生电容230的电容值越大，则偏差量越大，另外，监视电压的电池距离基准电位越远，则偏差量越大。

假定电池电压监视电路集成在IC上的情况，将快速电容器240的电容值假定为10pF，将寄生电容230的电容值假定为100fF。电池电压全部是4.0V，如图1那样串联连接4个。在检测此刻的最下端电池电压时产生的偏差量为

100fF/(100pF+100fF)×3×4.0＝12mV。

一般的锂电池的过充电检测电压要求±20mV左右的精度，所以上述偏差量给电池电压检测电路的精度性能带来显著的恶劣影响。

为了降低寄生电容230的影响，在关断复用开关210的全部开关而使快速电容器240成为开路之后，同时接通开关280、281。由此，除了恒流电路290以外，恒流电路291也能够有助于寄生电容230的充电。当节点A的电位成为VDD时，由控制电路220将开关281控制为关断。这样，由于恒流电路291不对快速电容器240进行充电，因此不会引起快速电容器240的电压偏差。

在节点A到达VDD之前，不是恒流电路290，而是恒流电路291对寄生电容230进行充电的比例越大，则在快速电容器240中产生的偏差越小。因此，为了提高电压检测精度，优选恒流电路291的电流量大于恒流电路290的电流量。在恒流电路290、291的电流值相同时，快速电容器240的电压的偏差幅度成为Cx/（2C+Cx）×3V0，能够等效地获得与增大快速电容器240的电容值相同的效果。

此外，为了检测快速电容器240的电压而使用放大器250进行了说明，但不限于放大器，只要是能够检测出快速电容器240的电压的结构，则可以是任意的结构。

另外，为了对快速电容器240进行上拉并对寄生电容230进行充电，使用恒流电路290、291进行了说明，但不限于恒流电路，只要是能够与电阻或VDD直接连接等来对快速电容器240进行上拉并对寄生电容230进行充电的结构，则可以是任意的结构。

以上，第一实施方式的电池电压检测电路可通过采用恒流电路291对寄生电容230进行充电来提高电压检测精度。另外，因为不用增大快速电容器240就能够实现，所以还可以减小布局面积。

<第二实施方式>

图2是第二实施方式的电池电压检测电路的电路图。与图1的不同点是追加了开关300。关于连接，开关300的一个端子与开关281和快速电容器240的连接点连接，另一个端子与放大器250的同相输入端子连接，由控制电路220控制通断。

对动作进行说明。利用控制电路220的信号来控制快速电容器240，使其与电池组100中的一个电池并联。通过控制电路220的信号，使开关210_1和开关210_3接通，其它开关关断，连接电池100_1与快速电容器240。快速电容器240在到达与电池100_1相同的电压（V0）之前进行充电，然后，通过控制电路220的信号，使开关210_1和开关210_3关断，断开电池100_1与快速电容器240。

接着，当通过控制电路220的信号使开关280接通时，节点A通过恒流电路290被上拉，成为VDD端子的电压（VDD）。节点B的电压为VDD-V0，当通过控制电路220的信号使开关300接通时，对放大器250的同相输入端子施加VDD-V0的电压。因为VDD-V0的电压被输出至放大器250的输出，所以可利用比较器260对基准电压电路270的电压（比较电压）与VDD-V0的电压进行比较，由此，检测快速电容器240的电压是高于比较电压还是低于比较电压。即，可对电池100_1的电压与比较电压进行比较而检测是高还是低。通过对其它电池也进行以上的动作，能够监视全部电池的电压。

考虑节点B存在寄生电容230的情况。假设电池组100的电池都为V0，将快速电容器240与最下端的电池100_4连接。此时，节点B的电压是VSS，寄生电容230的电压为0V。在关断复用开关210的全部开关而使快速电容器240成为开路之后，当接通开关280时，节点A通过恒流电路290被上拉。寄生电容230通过恒流电路290进行充电，该充电电流经由快速电容器240流动，所以快速电容器240的保持电压高于V0。节点A的电压最终与VDD相等时的快速电容器240的电压如下式所示。

V0+Cx/(C+Cx)×3V0

这里，C表示快速电容器240的电容值，Cx表示寄生电容230的电容值。快速电容器240的电压的偏差幅度为第二项的Cx/（C+Cx）×3V0。这里，Cx/（C+Cx）是快速电容器240与寄生电容230的电容比，3V0表示从节点A与最下端的电池100连接的状态起到上拉至VDD的电压移动幅度。

由此可知，与快速电容器240的电容值相比，寄生电容230的电容值越大，则偏差量越大，另外，监视电压的电池距离基准电位越远，则偏差量越大。

假定电池电压监视电路集成在IC上的情况，将快速电容器240的电容值假定为10pF，将寄生电容230的电容值假定为100fF。电池电压全部是4.0V，如图1那样串联连接4个。在检测此刻的最下端电池电压时产生的偏差量为

100fF/(100pF+100fF)×3×4.0＝12mV。

因为一般的锂电池的过充电检测电压要求±20mV左右的精度，所以上述偏差量给电池电压检测电路的精度性能带来显著的恶劣影响。

为了降低寄生电容230的影响，在关断复用开关210的全部开关和开关300而使快速电容器240成为开路之后，同时接通开关280、281。由此，除了恒流电路290以外，还利用恒流电路291对寄生电容230进行充电。由于恒流电路291不对快速电容器240进行充电，所以不会引起快速电容器240的电压偏差。另外，在节点A到达VDD时或在到达之前，通过控制电路220关断开关281。

在节点A到达VDD之前，不是恒流电路290，而是恒流电路291对寄生电容230进行充电的比例越大，则在快速电容器240中产生的偏差越小。因此，为了提高电压检测精度，优选恒流电路291的电流量大于恒流电路290的电流量。当恒流电路290、291的电流值相同时，快速电容器240的电压的偏差幅度为Cx/（2C+Cx）×3V0，能够等效地获得与增大快速电容器240的电容值相同的效果。

在快速电容器240的上拉中，可通过关断开关300来消除从开关281到放大器250的输入端子上存在的寄生电容或放大器250的输入晶体管的栅电容的影响。因此，可通过采用开关300来降低寄生电容230的影响，提高电压检测精度。

此外，为了检测快速电容器240的电压而使用放大器250进行了说明，但不限于放大器，只要是能够检测出快速电容器240的电压的结构，则可以是任意的结构。

另外，为了对快速电容器240进行上拉并对寄生电容230进行充电，使用恒流电路290、291进行了说明，但不限于恒流电路，只要是能够与VDD直接连接或经由电阻连接等、来对快速电容器240进行上拉并对寄生电容230进行充电的结构，则可以是任意的结构。

以上，本实施方式的电池电压检测电路可通过采用恒流电路291对寄生电容230进行充电，来提高电压检测精度。另外，因为不用增大快速电容器240就能够实现，所以还可以减小布局面积。此外，能够去除放大器、其它寄生电容、栅电容的影响，能够进一步提高电压检测精度。

Claims (3)

1.一种电池电压检测电路，其用于监视串联连接的多个电池的电压，其特征在于，该电池电压检测电路具备：

快速电容器；

复用开关，其将所述快速电容器依次连接到所述多个电池；

电压检测单元，其检测所述快速电容器的电压；

第一基准电位连接单元，其与所述快速电容器的一个端子连接；

第二基准电位连接单元，其与所述快速电容器的另一个端子连接；以及

控制电路，其控制所述复用开关、所述第一基准电位连接单元和所述第二基准电位连接单元。

2.根据权利要求1所述的电池电压检测电路，其特征在于，

所述控制电路进行如下控制：

在使所述复用开关关断之后，使所述第一基准电位连接单元以及所述第二基准电位连接单元接通，

当与所述第一基准电位连接单元连接的所述快速电容器的端子电位成为与基准电位相同的电位时，使所述第二基准电位连接单元关断。

3.根据权利要求1所述的电池电压检测电路，其特征在于，

在所述快速电容器与所述电压检测单元之间还具备由所述控制电路控制的第一开关。