CN107991619B - 电池电压检测电路及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池电压检测电路及其检测方法，所述电池电压检测电路包括多路选择器和采样电路，所述多路选择器输入端连接每节电池两端，其第一输出端和第二输出端分别输出第一电压信号和第二电压信号，所述第一电压信号和第二电压信号分别表征所述多路选择器通过开关切换每隔一段时间依次输出的每节电池两端的电压；所述采样电路接收所述第一电压信号、所述第二电压信号和脉冲控制信号，通过脉冲控制信号控制所述采样电路中开关管的通断，得到表征电池电压的采样信号，所述采样信号的幅值表征第一电压信号和第二电压信号的差值。本发明可以实现各电池电压的采样精度一致。

Description

电池电压检测电路及其检测方法
本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种电池电压检测电路及其检测方法。
背景技术
多节电池串联时，需要采样各节电池上电压，来计算电池容量，或者判断电池产生过压、欠压的故障。多节电池串联时，会由于多节电池的堆叠产生高压，电池两端的高压会使得电压采样困难或精度不准。
现有技术中，电池电压检测电路如图1所示，在多节电池串联基础上，以检测电池En、En-1、En-2上电压为例，包括：3个运放U01、U02和U03、3个开关管M01、M02和M03、6个电阻R1、kR1、R2、kR2、R3和kR3(k为调节系数)，多路选择器(MUX)U04和辅助采样电路U05。
运放U01同相输入端连接电池En负极，En负极电压为Vcn，反相输入端连接开关管M01源极和电阻R1一端，输出端连接开关管M01栅极，电阻R1另一端连接电池En正极，En正极电压为Vcn+1，电阻kR1一端连接开关管M01漏极，另一端接地。运放U01同相输入端和反相输入端虚断，两个输入电压相等，流过电阻kR1上电流为(Vcn+1-Vcn)/R1，电阻kR1上电压V1为k*(Vcn+1-Vcn)，V1表征电池En上电压。参照以上的电路连接方式，同理，可得到表征电池En-1和En-2上电压V2和V3。所述多路选择器(MUX)U04接收电压V1、V2和V3，并从中依次选出一个电压，假定多路选择器(MUX)U04选出的电压为Vp。辅助采样电路U05接收电压Vp和地电位，输出电池电压采样信号。
图2示意了图1中的辅助采样电路U05(即开关电容采样电路部分)，所述辅助采样电路包括8个开关k01、k02、k03、k04、k05、k06、k07和k08，两个电容C01、C02和两个电压源V1、V2。k01一端接收电压Vp，另一端连接k03和C01第一端，其连接端为节点P；k02一端接收电压Vn，另一端连接k04和C02第一端，其节点为N；k03第二端和k04第二端相连，其连接端连接电压源V1一端，电压源V1另一端接地。电容C01第二端连接k05第一端和k07第一端，电容C02第二端连接k06第一端和k08第一端，k07第二端和k08第二端相连，其连接端连接电压源V2一端，电压源V2另一端接地。
开关K01、k02、k07、k08受脉冲信号Q1控制，开关K03、k04、k05、k06受脉冲信号Q2控制，脉冲信号Q1和Q2互补。脉冲信号Q1从高电平转化为低电平，Q2从高电平转为低电平时，开关k01、k02、k07、k08闭合，开关K03、k04、k05、k06断开，电容C01、C02两端电压即P、N两点间电压Vpn为高电平电压Vp，电容C01、C02上电压的共模电压为低压，与电池两端共模电压不一致。反之，开关K01、k02、k07、k08断开，开关K03、k04、k05、k06闭合，电容C01、C02把表征电池电压的电荷量释放给后续电路，用于判断电池是否过压或者欠压。
现有技术，N节电池电压需要采样时，需要n-1个运放，需要的面积大，功耗大；每个运放存在一定的固有偏差，使得每个运放输入的失调电压不一致，导致各电池电压采样精度不一致。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电池电压检测电路及其检测方法，用于解决现有技术存在电池电压检测电路面积大、功耗大和各电池电压检测精度不一致的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电池电压检测电路，包括：
多路选择器，其输入端连接每节电池两端，其第一输出端和第二输出端分别输出第一电压信号和第二电压信号，所述第一电压信号和第二电压信号分别表征所述多路选择器通过开关切换每隔一段时间依次输出的每节电池两端的电压；
采样电路，接收所述第一电压信号、所述第二电压信号和脉冲控制信号，通过脉冲控制信号控制所述采样电路中开关管的通断，得到表征电池电压的采样信号，所述采样信号的幅值表征第一电压信号和第二电压信号的差值。
可选的，所述采样电路包括采样开关电路，所述采样开关电路包括四个开关管和控制电路，所述控制电路接收所述脉冲控制信号，输出开关控制信号控制所述四个开关管的通断，得到表征电池电压的采样信号。
可选的，所述四个开关管分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，所述第一开关管第一端和所述第三开关管第一端连接所述多路选择器的第一输出端；所述第二开关管第一端和所述第四开关管第一端连接所述多路选择器的第二输出端，所述第一开关管第二端和所述第二开关管第二端相连，其连接端为第一采样点，所述第三开关管第二端和所述第四开关管第二端相连，所述第一采样点和所述第二采样点间的电压表征电池电压的采样信号。
可选的，所述开关控制信号控制所述第一开关管和所述第四开关管同时通断，控制所述第二开关管和所述第三开关管同时通断，所述第一开关管、第四开关管开通时，所述第二开关管、第三开关管关断。
可选的，所述采样电路还包括采样电容电路，所述采样电容电路包括第一辅助开关和第二辅助开关，所述第一辅助开关和第二辅助开关受脉冲控制信号控制。
可选的，所述第一辅助开关、所述第二辅助开关、所述第一开关管和所述第四开关管同时通断；或者，所述第一辅助开关、所述第二辅助开关、所述二开关管和所述第三开关管同时通断。
可选的，所述采样电容电路还包括第一电容、第二电容和第一电压源，根据所述脉冲控制信号，所述第一电容上电压或所述第二电容上电压分时表征所选电池正极或负极对地的电压与第一电压源电压的差值。
可选的，所述采样电容电路还包括第一辅助开关、第二辅助开关和第一电压源，所述第一电容第一端连接所述第一采样点，所述第二电容第一端连接所述第二采样点，所述第一电容第二端连接所述第一辅助开关第一端，所述第二电容第二端连接所述第二辅助开关第一端，所述第一辅助开关第二端和所述第二辅助开关第二端相连，其连接端连接所述第一电压源第一端，所述第一电压源第二端接地。
本发明还提供一种电池电压检测方法：
接收每节电池两端电压，分别输出表征相应电池两端电压的第一电压信号和第二电压信号，根据所述第一电压信号、所述第二电压信号和脉冲控制信号控制采样电路中开关管的通断，得到表征电池电压的采样信号，所述采样信号的幅值表征第一电压信号和第二电压信号的差值。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：每隔一段时间依次选出每节电池两端电压，通过脉冲控制信号控制采样电路，得到表征电池电压的采样信号，所述采样信号的峰谷值为电池两端电压的差值。本发明能实现各电池电压采样精度一致，还能够减小电池电压检测电路的面积和损耗。
附图说明
图1为现有技术电池电压检测电路结构示意图；
图2为图1中辅助采样电路示意图；
图3为本发明电池电压检测电路示意图；
图4为图3中采样开关电路示意图；
图5为图4中采样电容电路示意图；
图6为本发明电池电压采样信号波形图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图3所示，示意了本发明电池电压检测电路，包括多节串联的电池，以采样其中三节电池En、En-1、En-2上电压为例。所述电池电压检测电路：多路选择器(MUX)U301和采样电路，所述采样电路包括采样开关电路U302和采样电容电路U303，所述多路选择器(MUX)依次选出多节电池中一节电池两端电压，输出电池两端的电压信号分别为第一电压信号Vp、第二电压信号Vn，假定第一电压信号Vp为所选电池正极的电压，第二电压信号Vn为所选电池负极的电压，即Vn＜Vp。所述采样开关电路U302接收第一电压信号Vp和第二电压信号Vn，所述采样电容电路U303输入端连接采样开关电路U302的两个输出端P端和N端。
如图4所示，示意了本发明图3中采样开关电路图，所述开关采样电路包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和控制电路U401，所述第一开关管M1和所述第三开关管M3第一端接收第一电压信号Vp，所述第二开关管M2和所述第四开关管M4第一端接收第二电压信号Vn，所述第一开关管M1第二端和所述第二开关管M2第二端相连，其连接端为第一采样点P，所述第三开关管M3第二端和所述第四开关管M4第二端相连，其连接端为第二采样点N，所述第一采样点P和第二采样点N间的电压表征电池电压的采样信号。所述开关管M1、M2、M3和M4的控制端连接所述控制电路U401，所述控制电路U401接收脉冲控制信号，所述脉冲控制信号包括第一脉冲信号Q1和第二脉冲控制信号Q2，Q1为高电平时Q2为低电平。
如图5所示，示意了本发明图3中采样电容电路图，所述采样电容电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一辅助开关k1、第二辅助开关k2和第一电压源Vm。所述采样电容电路中第一电容C1第一端连接第一采样点P，第二电容C2第一端连接第二采样点N，所述第一电容第二端连接所述第一辅助开关k1第一端，所述第二电容第二端连接所述第二辅助开关k2第一端，所述第一辅助开关k1第二端和所述第二辅助开关k2第二端相连，其连接端连接所述第一电压源Vm第一端，所述第一电压源Vm第二端接地，所述第一辅助开关和所述第二辅助开关受第二脉冲信号Q2控制。
控制电路U1输入信号Q1从低电平变为高电平，Q2从高电平变为低电平时，开关管M1、M4闭合，M2、M3断开，P点电压为Vp，N点电压为Vn，PN两点间电压差Vpn＝Vp-Vn，此时Vpn为高电平；同时，辅助开关k1和k2闭合，电容C1和C2充电，电容C1和C2上的电压差表征电池电压，电容C1上电压表征所选电池正极对地的电压与第一电压源电压的差值，电容C2上电压表征所选电池负极对地的电压与第一电压源电压的差值。
控制电路U1输入脉冲控制信号Q1从高电平变为低电平，Q2从低电平变为高电平时，开关M1、M4断开，M2、M3闭合，P点电压为Vn，N点电压为Vp，PN两点间电压差Vpn＝Vn-Vp，此时Vpn为低电平；同时，辅助开关k1和k2断开，电容C1放电、C2充电，电容C2和C1上的电压差表征电池电压。通过上述过程，电容C01、C02把表征电池电压的两倍电荷量释放给后续电路，因此C1和C2的电容值是现有技术中的一半。本发明不消耗任何静态功耗，电路面积小，并能实现每节电池电压采样精度一致。
假定第一电压信号Vp为所选电池负极的电压，第二电压信号Vn为所选电池正极的电压，即Vn＞Vp。控制电路U1输入信号Q1从低电平变为高电平，Q2从高电平变为低电平时，开关管M1、M4断开，M2、M3闭合，辅助开关k1和k2闭合，电容C1上电压表征所选电池正极对地的电压与第一电压源电压的差值，电容C2上电压表征所选电池负极对地的电压与第一电压源电压的差值。控制电路U1输入信号Q1从高电平变为低电平，Q2从低电平变为高电平时，开关管M1、M4闭合，M2、M3断开，辅助开关k1和k2断开，电容C1和C2放电。
图6示意了本发明电池电压采样信号波形图，假定Vp为电池正极电压，Vn为电池负极电压。其中，Q1和Q2为第一脉冲信号和第二脉冲信号波形图，P和N分别为第一采样点和第二采样点处的电压波形，Vpn为表征电池电压采样信号波形。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电池电压检测电路，包括：
多路选择器，其输入端连接每节电池两端，其第一输出端和第二输出端分别输出第一电压信号和第二电压信号，所述第一电压信号和第二电压信号分别表征所述多路选择器通过开关切换每隔一段时间依次输出的每节电池两端的电压；
采样电路，接收所述第一电压信号、所述第二电压信号和脉冲控制信号，通过脉冲控制信号控制所述采样电路中开关管的通断，得到表征电池电压的采样信号，所述采样信号的幅值表征第一电压信号和第二电压信号的差值；
所述采样电路包括采样开关电路，所述采样开关电路包括四个开关管和控制电路，所述控制电路接收所述脉冲控制信号，输出开关控制信号控制所述四个开关管的通断，得到表征电池电压的采样信号；
所述四个开关管分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，所述第一开关管第一端和所述第三开关管第一端连接所述多路选择器的第一输出端；所述第二开关管第一端和所述第四开关管第一端连接所述多路选择器的第二输出端，所述第一开关管第二端和所述第二开关管第二端相连，其连接端为第一采样点，所述第三开关管第二端和所述第四开关管第二端相连，其连接端为第二采样点，所述第一采样点和所述第二采样点间的电压表征电池电压的采样信号；
所述采样电路还包括采样电容电路，所述采样电容电路包括第一辅助开关和第二辅助开关，所述第一辅助开关和第二辅助开关通断受脉冲控制信号控制；
所述采样电容电路还包括第一电容、第二电容和第一电压源，根据所述脉冲控制信号，所述第一电容上电压或所述第二电容上电压分时表征所选电池正极或负极对地的电压与第一电压源电压的差值；
所述第一电容第一端连接所述第一采样点，所述第二电容第一端连接所述第二采样点，所述第一电容第二端连接所述第一辅助开关第一端，所述第二电容第二端连接所述第二辅助开关第一端，所述第一辅助开关第二端和所述第二辅助开关第二端相连，其连接端连接所述第一电压源第一端，所述第一电压源第二端接地。
2.根据权利要求1所述的电池电压检测电路，其特征在于：所述开关控制信号控制所述第一开关管和所述第四开关管同时通断，控制所述第二开关管和所述第三开关管同时通断，所述第一开关管、第四开关管开通时，所述第二开关管、第三开关管关断。
3.根据权利要求1所述的电池电压检测电路，其特征在于：所述第一辅助开关、所述第二辅助开关、所述第一开关管和所述第四开关管同时通断；或者，所述第一辅助开关、所述第二辅助开关、所述第二开关管和所述第三开关管同时通断。
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CB02 Change of applicant information

Address after: Room 901-23, 9 / F, west 4 building, Xigang development center, 298 Zhenhua Road, Sandun Town, Xihu District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 310030

Applicant after: Jiehuate Microelectronics Co.,Ltd.

Address before: Room 424, building 1, 1500 Wenyi West Road, Cangqian street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Applicant before: JOULWATT TECHNOLOGY Inc.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
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