CN107783049B

CN107783049B - 适用于多节电池包的电平转移系统

Info

Publication number: CN107783049B
Application number: CN201610790534.8A
Authority: CN
Inventors: 罗丙寅; 尤勇; 刘亚彬
Original assignee: CR Powtech Shanghai Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: CN107783049A

Abstract

本发明提供一种适用于多节电池包的电平转移系统，包括：电池组，包括第一节电池、第二节电池及最高节电池；第一节电池、第二节电池及最高节电池依次串接；第一节电池电平转移电路，与第一节电池的负极及最高节电池的正极相连接；最高节电池电平转移电路，与第一节电池的负极、最高节电池的负极及最高节电池的正极相连接；第二节电池电平转移电路，与第一节电池电平转移电路、最高节电池电平转移电路、第一节电池的负极及最高节电池的正极相连接。本发明的适用于多节电池包的电平转移系统可以实现多节电池电压的电平转移，可以获得高精度的电平转移信号，在采样时不会从对应的电池中抽电流，避免了由于采样电路从各自对应电池抽电流造成的加速电池不平衡的情况。

Description

适用于多节电池包的电平转移系统

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，涉及一种适用于多节电池包的电平转移系统。

背景技术

目前电池包电压检测主要有两种方法：基于电平转移电路构建的锂电池包电压检测系统以及基于开关网络的电池包电压检测系统：基于电平转移电路构建的电池包电压检测系统如图1所示，系统通过电平转移电路将电池包中各节电池电压转换为对地电压，经过数据选择器后再通过运算放大器将所需的电池电芯电压输出；基于开关网络的电池包电压检测系统如图2所示，通过开关单元对电池包中指定的电池电压进行选通输出差分电压，该差分电压再通过仪用放大器转换为对地电压，或者直接通过模数转换器转换为数字信号供后续电路进行处理。

一种电平转移电路如图3a所示，所述电平转移电路具体为：电阻101和PMOS管102构成电压转电流电路，将电池电压转换为电流信号，即：

Isamp＝(Vbat-Vgs102)/R101

103为偏置电路，电阻104和PMOS管105构成电流转电压电路，将采样电流转换为电压信号，即：

Vsamp＝Isamp*R104+Vgs105

其中Vgs102≈Vgs104，R101＝R104，由此可得：

Vsamp≈Vbat

从而整个系统将浮空的电池电压转换为对地电平。

就现有的电池包电压检测系统而言虽然能够完成电池电芯电压的信号处理工作，但是在以下几个方面仍有很大欠缺：

1、功耗控制方面：在功耗控制方面无论是基于电平转移电路构建的电池包电压检测系统还是基于开关网络的电池包电压检测系统在工作时所有电平转移模块和开关网络控制模块都处于工作状态，无论这些模块是否被选通，而整个系统中又以这两个模块最消耗电流最大，因此这两种系统不能胜任低功耗应用；

2、精度转换方面：工艺制造的原因会造成器件失配导致失调电压，上述系统中电压输出单元、放大器、电压采样单元、开关单元都不可避免的引入误差，这些误差对于电池构成的系统可能是致命的，而上述系统并没有对这方面误差进行处理；

除了以上两点之外，现有方法最主要的问题在于每节电池采样电路都需要从各自对应电池正端消耗采样电流，如图3b所示，由于每节电池采样电路需要从各自对应电池正端消耗采样电流，第一节采样电路的采样电流由第一节电池提供，第二节采样电路的采样电流由第一、二节电池串联系统，依次类推，最高节(第六节)采样电路的采样电流由整个电池包提供。从图3b中标示的采样电流可以看出，所有采样电路的采样电流均流过第一节电池，而最高节电池只有最高节采样电路的采样电流流过，这就造成了各节流过的采样电流不一致，导致电池包中电芯不平衡，进而损坏电池包，而如果想消除这种不平衡，就需要额外的平衡电路，这进一步增加了电路成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于多节电池包的电平转移系统，用于解决现有技术中电池包电压检测电路中存在的功耗较大，不能胜任低功耗应用，转换精度较差问题，以及从各自对应电池正端提供各路采样电流加剧电池包中电芯不平衡的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于多节电池包的电平转移系统，所述适用于多节电池包的电平转移系统包括：

电池组，包括第一节电池、第二节电池及最高节电池；所述第一节电池、所述第二节电池及所述最高节电池依次串接，且所述第一节电池的正极与所述第二节电池的负极相连接，所述第二节电池的正极与所述最高节电池的负极相连接；

第一节电池电平转移电路，与所述第一节电池的负极及最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述第一节电池的电压转换为对地电压并输出；

最高节电池电平转移电路，与所述第一节电池的负极、所述最高节电池的负极及所述最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述最高节电池的电压转换为对地电压并输出；

第二节电池电平转移电路，与所述第一节电池电平转移电路、所述最高节电池电平转移电路、所述第一节电池的负极及所述最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述第二节电池的电压转换为对地电压并输出。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第一节电池电平转移电路包括：

第一运算放大器，包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第一运算放大器的同相输入端连接于所述第一节电池与所述第二节电池之间，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端相短接，所述第一运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极相连接，所述第一运算放大器的负电源接入端与所述第一节电池的负极相连接；

第一电阻，一端与所述第一运算放大器的输出端相连接；

第二电阻，一端与所述第一电阻远离所述第一运算放大器的一端相连接，另一端与所述第一节电池的负极相连接。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第一运算放大器还包括使能引脚。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述最高节电池电平转移电路包括：

第二运算放大器，包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第二运算放大器的同相输入端连接于所述第二节电池与所述最高节电池之间，所述第二运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极相连接，所述第二运算放大器的负电源接入端与所述第一节电池的负极相连接；

第一PMOS管，包括栅极、源极及漏极；所述第一PMOS管的栅极与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第一PMOS管的源极与所述第二运算放大器的反相输入端相连接；

第三电阻，一端与所述最高节电池的正极相连接，另一端与所述第一PMOS管的源极相连接；

第四电阻，一端与所述第一PMOS管的漏极相连接，另一端与所述第一节电池的负极相连接；

第一开关组件，包括第一开关，所述第一开关组件的第一开关的一端连接于所述第一 PMOS管的源极与所述第三电阻之间。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第二运算放大器还包括使能引脚。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第二节电池电平转移电路包括：

第五电阻，一端与所述最高节电池电平转移电路相连接；

第六电阻，一端与所述第五电阻相连接，另一端与所述第一节电池电平转移电路相连接；

第二开关组，包括第一开关，所述第二开关组的第一开关的一端与所述第五电阻相连接，另一端经由电流源与最高节电池的正极相连接；

第三运算放大器，包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第三运算放大器的同相输入端连接于所述第五电阻与所述第六电阻之间，所述第三运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极相连接，所述第三运算放大器的负电源接入端与所述第一节电池的负极相连接；

第二PMOS管，包括栅极、源极及漏极；所述第二PMOS管的栅极与所述第三运算放大器的输出端相连接，所述第二PMOS管的源极与所述第三运算放大器的反相输入端相连接；

第七电阻，一端与所述第二开关组相连接，另一端与所述第二PMOS管的源极相连接；

第八电阻，一端与所述第二PMOS管的漏极相连接，另一端与所述第一节电池的负极相连接。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第三运算放大器还包括使能引脚。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述电池组还包括N 节中间节电池，所述中间节电池串接于所述第二节电池与所述最高节电池之间；所述适用于多节电池包的电平转移系统还包括N个与所述中间节电池一一对应的中间节电池电平转移电路，其中，N为大于或等于1的整数，所述中间节电池电平转移电路与所述第二节电池电平转移电路、所述最高节电池电平转移电路、相应中间节电池的负极及所述最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将相应的中间节电池的电压转换为对地电压并输出。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述中间节电池包括第三节电池及第四节电池，所述第三节电池的负极与所述第二节电池的正极相连接，所述第三节电池的正极与所述第四节电池的负极相连接，所述第四节电池的正极与所述最高节电池的负极相连接；

所述中间节电池电平转移电路包括：第三节电池电平转移电路及第四节电池电平转移电路，其中，

所述第三节电池电平转移电路与所述第三节电池的负极、所述最高节电池的正极、所述第一节电池的负极及所述第二节电池电平转移电路相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述第三节电池的电压转换为对地电压并输出；

所述第四节电池电平转移电路与所述第四节电池的负极、所述最高节电池的负极、所述第一节电池的负极、所述第三节电平转移电路及所述最高节电池电平转移电路相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述第四节电池的电压转换为对地电压并输出。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第三节电池电平转移电路包括：

第四运算放大器，包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第四运算放大器的同相输入端连接于所述第二节电池与所述第三节电池之间，所述第四运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极相连接，所述第四运算放大器的负电源接入端与所述第一节电池的负极相连接；

第三PMOS管，包括栅极、源极及漏极；所述第三PMOS管的栅极与所述第四运算放大器的输出端相连接，所述第三PMOS管的源极与所述第四运算放大器的反相输入端相连接；

第九电阻，一端与所述第三PMOS管的源极相连接；

第十电阻，一端与所述第三PMOS管的漏极相连接，另一端与所述第一节电池的负极相连接；

第三开关组件，包括第一开关及第二开关，所述第三开关组件中的第一开关一端连接于所述第九电阻与所述第三PMOS管的源极之间，另一端与所述第二节电池电平转移电路相连接；所述第三开关组件中的第二开关一端与所述第九电阻远离所述第三PMOS管的一端相连接，另一端与所述第二节电池电平转移电路相连接。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第四节电池电平转移电路包括：

第五运算放大器，包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第五运算放大器的同相输入端连接于所述第三节电池与所述第四节电池之间，所述第五运算放大器的正电源接入端与所述最高节电池的正极相连接，所述第五运算放大器的负电源接入端与所述第一节电池的负极相连接；

第四PMOS管，包括栅极、源极及漏极；所述第四PMOS管的栅极与所述第五运算放大器的输出端相连接，所述第四PMOS管的源极与所述第五运算放大器的反相输入端相连接；

第十一电阻，一端与所述第四PMOS管的源极相连接；

第十二电阻，一端与所述第四PMOS管的漏极相连接，另一端与所述第一节电池的负极相连接；

第四开关组件，包括第一开关及第二开关，所述第四开关组件中的第一开关一端连接于所述第十一电阻与所述第四PMOS管的源极之间，另一端与所述第三节电池电平转移电路相连接；所述第四开关组件中的第二开关一端与所述第十一电阻远离所述第四PMOS管的一端相连接，另一端与所述第二节电池电平转移电路相连接。

作为本发明的适用于多节电池包的电平转移系统的一种优选方案，所述第四运算放大器及所述第五运算放大器均包括使用引脚。

如上所述，本发明的适用于多节电池包的电平转移系统，具有以下有益效果：

1.本发明的适用于多节电池包的电平转移系统可以实现多节电池电压的电平转移；

2.通过控制各电平转移电路中的运算放大器的失调(offset)以及电阻匹配或者通过修调可以获得高精度的电平转移信号；同时，各电平转移电路中的运算放大器匹配器件可以使用低压结构，采用低压结构匹配器件的运算放大器自身失调相较高压结构匹配器件的运算放大器自身的失调小很多；

3.各节电池经过输入电阻后连接运算放大器的输入端，由于运算放大器是MOS管的输入级，在采样时不会从对应的电池中抽电流，避免了由于从各自对应电池正端抽电流造成的加速电池不平衡的情况；本发明中的各电平转移电路均从最高节电池正端抽电流，电流流过串联的每一节电池，不会造成电池不平衡的问题；

4.各电平转移电路的输入均为运算放大器的输入端，是高阻节点，使得本发明的多节电池包的电平转移系统的可靠性较强；

5.本发明的适用于多节电池包的电平转移系统可以通过重复架构堆叠，且为多节结构时，除了第一节电池、第二节电池及最高节电池需要采用各自对应的电平转移电路外，其他各节电池的电平转移电路具有相同的电路结构及控制方法，十分便于堆叠扩展，通过叠加可以对任意多节电池串联系统进行电平转移采样。

附图说明

图1显示为现有技术中的基于电平转移电路构建的电池包电压检测系统的电路结构示意图。

图2显示为现有技术中的基于开关网络的电池包电压检测系统的电路结构示意图。

图3a显示为现有技术中的电平转移电路的电路结构示意图。

图3b显示为现有技术造成电池不平衡原理示意图。

图4显示为本发明实施例一中提供的适用于多节电池包的电平转移系统的电路结构示意图。

图5显示为本发明实施例二提供的适用于多节电池包的电平转移系统的电路结构示意图。

元件标号说明

101、104 电阻

102、105 PMOS管

103 偏置电路

2 电池组

21 第一节电池

22 第二节电池

23 最高节电池

24 第三节电池

25 第四节电池

3 第一节电池电平转移电路

4 第二节电池电平转移电路

5 最高节电池电平转移电路

6 第三节电池电平转移电路

61 第三开关组

7 第四节电池电平转移电路

71 第四开关组

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图4至图5，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图4，本发明提供一种适用于多节电池包的电平转移系统，所述适用于多节电池包的电平转移系统包括：电池组2，所述电池组2包括第一节电池21、第二节电池22及最高节电池23，本示例中，以所述电池组2包括三节电池作为示例，即所述最高节电池23为第三节电池；所述第一节电池21、所述第二节电池22及所述最高节电池23依次串接，且所述第一节电池21的正极与所述第二节电池22的负极相连接，所述第二节电池22的正极与所述最高节电池23的负极相连接；第一节电池电平转移电路3，所述第一节电池电平转移电路3 与所述第一节电池21的负极及所述最高节电池23的正极相连接，适于自所述最高节电池23的正极抽取采样电流，并将所述第一节电池21的电压转换为对地电压并输出；最高节电池电平转移电路5，所述最高节电池电平转移电路5与所述第一节电池21的负极、所述最高节电池23的负极及所述最高节电池23的正极相连接，适于自所述最高节电池23的正极抽取采样电流，并将所述最高节电池23的电压转换为对地电压并输出；第二节电池电平转移电路4，所述第二节电池电平转移电路4与所述第一节电池电平转移电路3、所述最高节电池电平转移电路5、所述第一节电池21的负极及所述最高节电池23的正极相连接，适于自所述最高节电池23的正极抽取采样电流，并将所述第二节电池22的电压转换为对地电压并输出。

需要说明的是，图1中的Ri1作为所述第一节采样电路运算放大器的输入电阻，一端与所述第一节电池21的正极相连接，另一端与所述第一节电池电平转移电路3相连接；Ri2作为所述第二节采样电路运算放大器的输入电阻，一端与所述第二电池22的正极相连接，另一端与所述最高节电池电平转移电路5相连接；Ri3作为所述最高节采样电路运算放大器的输入电阻，一端与所述最高节电池23的正极相连接，另一端与所述最高节电池电平转移电路5 相连接。

作为示例，所述第一节电池电平转移电路3包括：第一运算放大器A1，所述第一运算放大器A1包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第一运算放大器A1的同相输入端连接于所述第一节电池21与所述第二节电池22之间，所述第一运算放大器A1的反相输入端与所述第一运算放大器A1的输出端相短接构成电压缓冲器，所述第一运算放大器A1的正电源接入端与所述最高节电池23的正极相连接，所述第一运算放大器A1的负电源接入端与所述第一节电池21的负极相连接；第一电阻R11，所述第一电阻R11一端与所述第一运算放大器A1的输出端相连接；第二电阻R12，所述第二电阻R12 一端与所述第一电阻R11远离所述第一运算放大器A1的一端相连接，另一端与所述第一节电池21的负极相连接。由于所述第一运算放大器A1的反相输入端与其输出端相短接，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第一运算放大器A1输出端电压等于所述运算放大器A1反向端电压，并与所述第一运算放大器A1正向端电压一致为VB1；所述第一节电池电平转移电路3的输出端连接于所述第一电阻R11与所述第二电阻R12之间，所述第一电阻R11及所述第二电阻R12构成分压电路，输出电压VOUT1为：

通过调节所述第一电阻R11及所述第二电阻R12的比例即可获得所述第一节电池电压的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。由于所述第一运算放大器A1的正电源接入端与所述最高节电池23的正极相连接，所述第一运算放大器A1的输入电流从所述最高节电池23的正极抽出，该电流同时流过所述第一节电池21、所述第二节电池22及所述最高节电池23，不会存在只从所述第一节电池21抽电流而导致加速不平衡的问题。

作为示例，所述第一运算放大器A1还包括使能引脚(未示出)，通过所述使能引脚可以控制所述第一运算放大器A1的导通或关闭。

作为示例，所述最高节电池电平转移电路5(本实施例中，所述最高节电池电平转移电路5即为第三节电池电平转移电路)包括：第二运算放大器A3，所述第二运算放大器A3包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第二运算放大器 A3的同相输入端连接于所述第二节电池22与所述最高节电池23之间，所述第二运算放大器 A3的正电源接入端与所述最高节电池23的正极相连接，所述第二运算放大器A3的负电源接入端与所述第一节电池21的负极相连接；第一PMOS管P3，所述第一PMOS管P3包括栅极、源极及漏极；所述第一PMOS管P3的栅极与所述第二运算放大器A3的输出端相连接，所述第一PMOS管P3的源极与所述第二运算放大器A3的反相输入端相连接；第三电阻R31，所述第三电阻R31一端与所述最高节电池23的正极相连接，另一端与所述第一PMOS管P3 的源极相连接；第四电阻R32，所述第四电阻R32一端与所述第一PMOS管P3的漏极相连接，另一端与所述第一节电池21的负极相连接；第一开关组件，所述第一开关组包括第一开关S1，所述第一开关组件的第一开关S1的一端连接于所述第一PMOS管P3的源极与所述第三电阻R31之间。在所述最高节电池电平转移电路5中，所述第二运算放大器A3与所述第一PMOS管P3及所述第三电阻R31构成电流源电路，将最高节电池电压转为对地电流，进而完成电平转移。具体的，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第一PMOS管P3的源极电压等于所述第二运算放大器A3反向端的电压，并与所述第二运算放大器A3正向端的电压一致，均为VB1+VB2，所述第三电阻R31远离所述第一PMOS管P3一端的电压为 VB1+VB2+VB3，因此，加在所述第三电阻R31上的电压为：

V_R31＝V_R31+-V_R31-＝VB3

流过所述第三电阻R31的电流为：

所述最高节电池电平转移电路5的输出端连接于所述第三电阻R31与所述第四电阻R32 之间，所述最高节电池电平转移电路5的输出电压VOUT3为：

通过调节所述第三电阻R31及所述第四电阻R32的比例即可获得所述最高节电池电压的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。由于所述第二运算放大器A3的正电源接入端与所述最高节电池23的正极相连接，所述第二运算放大器A3的输入电流从所述最高节电池23的正极抽出，该电流同时流过所述第一节电池21、所述第二节电池22及所述最高节电池23，不会存在只从所述最高节电池23抽电流而导致加速不平衡的问题。

作为示例，所述第二运算放大器A3还包括使能引脚(未示出)，通过所述使能引脚可以控制所述第二运算放大器A3的导通或关闭。

作为示例，所述第二节电池电平转移电路4包括：第五电阻R23，所述第五电阻R23一端与所述最高节电池电平转移电路5相连接；具体的，所述第五电阻R23的一端与所述最高节电池电平转移电路5相连接中的所述第一开关S1相连接；第六电阻R24，所述第六电阻R24一端与所述第五电阻R23相连接，另一端与所述第一节电池电平转移电路3相连接；具体的，所述第六电阻R24远离所述第五电阻R23的一端与所述第一节电池电平转移电路3中的所述第一电阻R11及所述第一运算放大器A1的输出端相连接；第二开关组，所述第二开关组包括第一开关S2，所述第二开关组的第一开关S2的一端与所述第五电阻R23相连接，另一端经由电流源I2与最高节电池23的正极相连接；第三运算放大器A2，所述第三运算放大器A2包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第三运算放大器A2的同相输入端连接于所述第五电阻R23与所述第六电阻R24之间，所述第三运算放大器A2的正电源接入端与所述最高节电池23的正极相连接，所述第三运算放大器 A2的负电源接入端与所述第一节电池21的负极相连接；第二PMOS管P2，所述第二PMOS 管P2包括栅极、源极及漏极；所述第二PMOS管P2的栅极与所述第三运算放大器A2的输出端相连接，所述第二PMOS管P2的源极与所述第三运算放大器A2的反相输入端相连接；第七电阻R21，所述第七电阻R21一端与所述第二开关组中的所述第一开关S2相连接，另一端与所述第二PMOS管P2的源极相连接；第八电阻R22，所述第八电阻R22一端与所述第二PMOS管P2的漏极相连接，另一端与所述第一节电池21的负极相连接。

在对所述第二节电池进行电平转移时，所述第一运算放大器A1、所述第二运算放大器 A3及所述第三运算放大器A2均处于工作状态，所述第一开关组中的所述第一开关S1及所述第二开关组中的所述第一开关S2均闭合，此时节点222的电压被所述第一运算放大器A1 构成的电压跟随器嵌在VB1，节点225的电压被所述第二运算放大器A1、所述第三电阻R31 及所述第一PMOS管P3构成的电流源电路钳在VB1+VB2，因此，节点223的电压为：

所述第三运算放大器A2的反向端节所述第二PMOS管P2的源极，与所述第七电阻R21 及所述第二PMOS管构成电流源电路，将所述第二节电池电压转换为对地电流，进而完成电平转移，具体的，根据运算放大器虚短虚断原则，所述第二PMOS管P2的源极的电压等于所述第三运算放大器A2反向端的电压，并与所述第三运算放大器A2正向端的电压一致，即节点224的电压为：

所述第七电阻R21远离所述第二PMOS管P2的一端的电压(即节点221的电压为 VB1+VB2)，因此，加在所述第七电阻R21上的电压为：

因此，流过所述第七电阻R21的电流为：

所述第二节电池电平转移电路4的输出端连接于所述第八电阻R22与所述第二PMOS管 P2之间，所述第二节电池电平转移电路4的输出电压VOUT2为：

通过调节所述第五电阻R23、所述第六电阻R24、所述第七电阻R21及所述第八电阻R22 的比例即可获得所述第二节电池电压的采样值，并可以对所述采样值进行后续信号处理。由于所述第一运算放大器A1的正电源接入端、所述第二运算放大器A3的正电源接入端、所述第三运算放大器A2的正电源接入端及所述电流源I2均与所述最高节电池23的正极相连接，所述第一运算放大器A1的输入电流、所述第二运算放大器A3的输入电流、所述第三运算放大器A2的输入电流及所述电流源I2的输入电流均从所述最高节电池23的正极抽出，该电流同时流过所述第一节电池21、所述第二节电池22及所述最高节电池23，不会存在只从所述第二节电池22抽电流而导致加速不平衡的问题。

作为示例，所述电流源I2的作用为提供电流使由所述第二运算放大器A3及所述第三运算放大器A2构成的负反馈电路能够正常工作，所述电流源I2的电流值设计时需要特别注意，所述电流源I2的电流即要提供足够的电流使得所述第二运算放大器A3及所述第三运算放大器A2构成的负反馈成立，又不能提供过大的电流将所述第一PMOS管P3挤进线性区而破坏所述第二运算放大器A3的负反馈。即在对所述第二节电池22采样时，流经所述第五电阻R23 及所述第七电阻R21两路的电流是随着第二节电池22的电压增加而增加的，因此，所述电流源I2必须要提供所述第五电阻R23及所述第七电阻R21两路工作所需的电流，因此，所述电流源I2提供的电流必须要大于所述第二节电池22的电压最大时流经所述第五电阻R23 及所述第七电阻R21两路的电流；但如果所述电流源I2的电流过大的话，当所述第二节电池 22的电压很低时，所述第五电阻R23及所述第七电阻R21两路消耗的电流很小，绝大多数电流经所述第一开关组件中的所述第一开关S1、所述第一PMOS管P3流经所述第四电阻R32，如果流经所述第四电阻R32的电流很大，而所述第三节电池23的电压较低时，所述第一PMOS 管P3的源漏极电压Vds很小，有可能进入线性区，所以要合理设置所述电流源I2的电流。

作为示例，所述第三运算放大器A2还包括使能引脚(未示出)，通过所述使能引脚可以控制所述第三运算放大器A2的导通或关闭。

需要说明的是，在对所述第一节电池21进行电平转移时，所述第二运算放大器A3及所述第三运算放大器A2通过其自身的使能引脚控制其关闭，所述第二运算放大器A3及所述第三运算放大器A2输出高电平，所述第一开关组中的第一开关S1及所述第二开关组中的第一开关S2打开，以降低所述第一节电池电平转移电路3工作时的静态电流。在对所述最高节电池23进行电平转移时，所述第一运算放大器A1通过其自身的使能引脚使其关闭，输出低电平，所述第三运算放大器A2通过自身的使能引脚使其关闭，输出高电平，所述第一开关组中的第一开关S1及所述第二开关组中的第一开关S2打开，以降低最高节电平转移电路工作时的静态电流。在对所述第二节电池22进行电平转移时，所述第一运算放大器A1、所述第二运算放大器A3及所述第三运算放大器A2均处于工作状态，所述第一开关组中的第一开关S1及所述第二开关组中的第一开关S2均闭合。

实施例二

请参阅图5，本实施例还提供一种适用于多节电池包的电平转移系统，本实施例中所述的适用于多节电池包的电平转移系统为在实施例一中所述的适用于多节电池包的电平转移系统的基础上改进的系统，实施例一中的所述适用于多节电池包的电平转移系统包括第一节电池21、第二节电池22、最高节电池23(即第三节电池)、第一节电池电平转移电路3、第二节电池电平转移电路4及最高节电池电平转移电路5(即第三节电池电平转移电路)共三节电池、三个电平转移电路；而在本实施例中的所述适用于多节电池包的电平转移系统处理包括实施例一中所述的适用于多节电池包的电平转移系统中的结构之外，所述电池组2还包括 N节中间节电池，所述中间节电池串接于所述第二节电池22与所述最高节电池23之间；所述适用于多节电池包的电平转移系统还包括N个与所述中间节电池一一对应的中间节电池电平转移电路，其中，N为大于或等于1的整数，即N可以为1、2、3、4或更大的整数，所述中间节电池电平转移电路与所述第二节电池电平转移电路4、所述最高节电池电平转移电路5、相应中间节电池的负极及所述最高节电池23的正极相连接，适于自所述最高节电池23 的正极抽取采样电流，并将相应的中间节电池的电压转换为对地电压并输出。

作为示例，本示例中，以位于所述第二节电池22及所述最高节电池23之间的所述中间节电池共为两节作为示例，即本实施例中的所述适用于多节电池包的电平转移结构共包括五节电池，亦即，所述中间节电池包括第三节电池24及第四节电池25，所述第三节电池24的负极与所述第二节电池22的正极相连接，所述第三节电池24的正极与所述第四节电池25的负极相连接，所述第四节电池24的正极与所述最高节电池23(即第五节电池)的负极相连接；所述中间节电池电平转移电路包括：第三节电池电平转移电路6及第四节电池电平转移电路7，其中，所述第三节电池电平转移电路6与所述第三节电池24的负极、所述最高节电池23的正极、所述第一节电池21的负极及所述第二节电池电平转移电路4相连接，适于自所述最高节电池23的正极抽取采样电流，并将所述第三节电池24的电压转换为对地电压并输出；所述第四节电池电平转移电路7与所述第四节电池25的负极、所述最高节电池23的负极、所述第一节电池21的负极、所述第三节电平转移电路6及所述最高节电池电平转移电路5相连接，适于自所述最高节电池23的正极抽取采样电流，并将所述第四节电池25的电压转换为对地电压并输出。

需要说明的是，实施例一中，所述最高节电池电平转移电路5的所述第二运算放大器记为A3，所述第二运算放大器A3的同相输入端连接于所述第二节电池22与所述最高节电池 23之间，所述第一PMOS管记为P3，所述第三电阻记为R31，所述第四电阻记为R32，所述第一开关组的第一开关记为S1；而在本实施例中，为了便于按顺序说明，所述最高节电池电平转移电路5中的所述第二运算放大器记为A5，所述第二运算放大器A5的同相输入端连接于所述第四节电池25与所述最高节电池23之间，所述第一PMOS管记为P5，所述第三电阻记为R51,suos第四电阻记为R52，所述第一开关组的第一开关记为S5。

作为示例，所述第三节电池电平转移电路6包括：第四运算放大器A3，所述第四运算放大器A3包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第四运算放大器A3的同相输入端连接于所述第二节电池22与所述第三节电池24之间，所述第四运算放大器A3的正电源接入端与所述最高节电池22的正极相连接，所述第四运算放大器A3的负电源接入端与所述第一节电池21的负极相连接；需要说明的是，由于图5中所示的电路结构比较复杂，所述第四运算放大器A3的正电源接入端及负电源接入端与所述最高节电池23的正极及所述第一节电池21的负极相连接的关系并未示出；第三PMOS管P3，所述第三PMOS管P3包括栅极、源极及漏极；所述第三PMOS管P3的栅极与所述第四运算放大器A3的输出端相连接，所述第三PMOS管P3的源极与所述第四运算放大器A3的反相输入端相连接；第九电阻R31，一端与所述第三PMOS管P3的源极相连接；第十电阻R32，所述第十电阻R32一端与所述第三PMOS管P3的漏极相连接，另一端与所述第一节电池21的负极相连接；第三开关组件61，所述第三开关组件61包括第一开关S31及第二开关S32，所述第三开关组件61中的第一开关S31一端连接于所述第九电阻R31与所述第三PMOS管P3的源极之间，另一端与所述第二节电池电平转移电路4相连接，具体的，与所述第二节电池电平转移电路4中的所述第一开关组件中的所述第一开关S2相连接；所述第三开关组件61中的第二开关S32一端与所述第九电阻R31远离所述第三PMOS管P3的一端相连接，另一端与所述第二节电池电平转移电路4相连接，具体的，所述第三开关组件61中的所述第二开关 S32的另一端与所述第二节电池电平转移电路4中的所述电流源I2相连接。

作为示例，所述第四节电池电平转移电路7包括：第五运算放大器A4，所述第五运算放大器A4包括同相输入端、反相输入端、正电源接入端、负电源接入端及输出端；所述第五运算放大器A4的同相输入端连接于所述第三节电池24与所述第四节电池25之间，所述第五运算放大器A4的正电源接入端与所述最高节电池23的正极相连接，所述第五运算放大器A4的负电源接入端与所述第一节电池21的负极相连接；需要说明的是，由于图5中所示的电路结构比较复杂，所述第五运算放大器A4的正电源接入端及负电源接入端与所述最高节电池23的正极及所述第一节电池21的负极相连接的关系并未示出；第四PMOS管P4，所述第四PMOS管P4包括栅极、源极及漏极；所述第四PMOS管P4的栅极与所述第五运算放大器A4的输出端相连接，所述第四PMOS管P4的源极与所述第五运算放大器A4的反相输入端相连接；第十一电阻R41，所述第十一电阻R41一端与所述第四PMOS管P4的源极相连接；第十二电阻R42，所述第十二电阻R42一端与所述第四PMOS管P4的漏极相连接，另一端与所述第一节电池21的负极相连接；第四开关组件71，所述第四开关组件71包括第一开关S41及第二开关S42，所述第四开关组件71中的第一开关S41一端连接于所述第十一电阻R41与所述第四PMOS管P4的源极之间，另一端与所述第三节电池电平转移电路6相连接，具体的，另一端与所述第三节电池电平转移电路6中的所述第九电阻R31相连接；所述第四开关组件71中的第二开关S42一端与所述第十一电阻R41远离所述第四PMOS管P4的一端相连接，另一端与所述第二节电池电平转移电路4相连接，具体的，另一端与所述第二节电池电平转移电路4中的所述电流源I2相连接。

需要说明的是，由于图5中所示的电路结构比较复杂，所述第一运算放大器A1的正电源接入端及负电源接入端与所述最高节电池23的正极及所述第一节电池21的负极相连接的关系并未示出；所述第二运算放大器A5的正电源接入端及负电源接入端与所述最高节电池 23的正极及所述第一节电池21的负极相连接的关系并未示出；所述第三运算放大器A2的正电源接入端及负电源接入端与所述最高节电池23的正极及所述第一节电池21的负极相连接的关系并未示出。

需要进一步说明的是，图5中所示的与所述第一PMOS管P5的漏极相连接的VOUT5与与所述第四电阻R52远离所述第一节电池21的负极的一端相连接的VOUT5直接相连接并作为所述最高节电池电平转移电路5的输出端输出，图5中由于器件较多，为了避免连接关系的混淆，并未将这两处的VOUT5直接连接予以示出；同样，图5中所示的与所述第四PMOS管P4的漏极相连接的VOUT4与与所述第十二电阻R42远离所述第一节电池21的负极的一端相连接的VOUT4直接相连接并作为所述第四节电池电平转移电路7的输出端输出。

作为示例，所述第四运算放大器A3及所述第五运算放大器A4均包括使用引脚(未示出)，通过所述使能引脚可以控制所述第四运算放大器A3及所述第五运算放大器A4的导通或关闭。

综上所述，本发明提供一种适用于多节电池包的电平转移系统，所述适用于多节电池包的电平转移系统包括：电池组，包括第一节电池、第二节电池及最高节电池；所述第一节电池、所述第二节电池及所述最高节电池依次串接，且所述第一节电池的正极与所述第二节电池的负极相连接，所述第二节电池的正极与所述最高节电池的负极相连接；第一节电池电平转移电路，与所述第一节电池的负极及最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述第一节电池的电压转换为对地电压并输出；最高节电池电平转移电路，与所述第一节电池的负极、所述最高节电池的负极及所述最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述最高节电池的电压转换为对地电压并输出；第二节电池电平转移电路，与所述第一节电池电平转移电路、所述最高节电池电平转移电路、所述第一节电池的负极及所述最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述第二节电池的电压转换为对地电压并输出。本发明的适用于多节电池包的电平转移系统可以实现多节电池电压的电平转移；通过控制各电平转移电路中的运算放大器的失调(offset)以及电阻匹配或者通过修调可以获得高精度的电平转移信号；同时，各电平转移电路中的运算放大器中的匹配器件可以使用低压结构，低压结构匹配器件的运算放大器自身失调相较高压结构匹配器件的运算放大器自身的失调小很多；各节电池经过输入电阻后连接运算放大器的输入端，由于运算放大器是MOS管的输入级，在采样时不会从对应的电池中抽电流，避免了由于抽电流造成的加速电池不平衡的情况；本发明中的各电平转移电路均从最高节电池正端抽电流，各节采样结构的采样电流流过串联的每一节电池，不会造成电池不平衡的问题；各电平转移电路的输入均为运算放大器的输入端，是高阻节点，使得本发明的多节电池包的电平转移系统的可靠性较强；本发明的适用于多节电池包的电平转移系统可以通过重复架构堆叠，且为多节结构时，除了第一节电池、第二节电池及最高节电池需要采用各自对应的电平转移电路外，其他各节电池的电平转移电路具有相同的电路结构及控制方法，十分便于堆叠扩展，通过叠加可以对任意多节电池串联系统进行电平转移采样。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于，所述适用于多节电池包的电平转移系统包括：

第一节电池电平转移电路，与所述第一节电池的负极、第一节电池与第二节电池之间及最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将所述第一节电池的电压转换为对地电压并输出；

2.根据权利要求1所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第一节电池电平转移电路包括：

第一电阻，一端与所述第一运算放大器的输出端相连接；

3.根据权利要求2所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第一运算放大器还包括使能引脚。

4.根据权利要求1所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述最高节电池电平转移电路包括：

第一开关组件，包括第一开关，所述第一开关组件的第一开关的一端连接于所述第一PMOS管的源极与所述第三电阻之间。

5.根据权利要求4所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第二运算放大器还包括使能引脚。

6.根据权利要求1所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第二节电池电平转移电路包括：

第五电阻，一端与所述最高节电池电平转移电路相连接；

7.根据权利要求6所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第三运算放大器还包括使能引脚。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述电池组还包括N节中间节电池，所述中间节电池串接于所述第二节电池与所述最高节电池之间；所述适用于多节电池包的电平转移系统还包括N个与所述中间节电池一一对应的中间节电池电平转移电路，其中，N为大于或等于1的整数，所述中间节电池电平转移电路与所述第二节电池电平转移电路、所述最高节电池电平转移电路、相应中间节电池的负极及所述最高节电池的正极相连接，适于自所述最高节电池的正极抽取采样电流，并将相应的中间节电池的电压转换为对地电压并输出。

9.根据权利要求8所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述中间节电池包括第三节电池及第四节电池，所述第三节电池的负极与所述第二节电池的正极相连接，所述第三节电池的正极与所述第四节电池的负极相连接，所述第四节电池的正极与所述最高节电池的负极相连接；

10.根据权利要求9所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第三节电池电平转移电路包括：

第九电阻，一端与所述第三PMOS管的源极相连接；

11.根据权利要求10所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第四节电池电平转移电路包括：

第十一电阻，一端与所述第四PMOS管的源极相连接；

12.根据权利要求11所述的适用于多节电池包的电平转移系统，其特征在于：所述第四运算放大器及所述第五运算放大器均包括使用引脚。