CN111289904B - 电池电压的监控系统 - Google Patents

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CN111289904B CN202010139294.1A CN202010139294A CN111289904B CN 111289904 B CN111289904 B CN 111289904B CN 202010139294 A CN202010139294 A CN 202010139294A CN 111289904 B CN111289904 B CN 111289904B
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    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Abstract

本发明公开了一种电池电压的监视系统，所述监视系统包括控制模块、集成电路、N个采集电路和N个被动均衡电路；集成电路用于采集每个第n个电池单元对应的初始电压监视值，还用于控制目标被动均衡电路闭合并采集每个第n个电池单元的第一电压监视值；控制模块用于根据第一电压监视值和初始电压监视值获取经过目标被动均衡电路被动均衡后的目标电池单元对应的补偿电压值，从而得到目标电池单元的实际电压值。本发明中基于系统中的各个等效电阻以及每个电池单元的均衡电流计算得到被动均衡后的电池单元的补偿电压值，进而得到被动均衡后的电池单元对应的实际电压值，不需要增加额外采集部件，降低了监视成本，减小了误差，提高了测量精度。

Description

电池电压的监控系统
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电池电压的监控系统。
背景技术
随着工业发展，电池已经被广泛应用于电能存储领域，例如电动汽车、储能等，实际使用时为了满足高能量、高容量的需求，需要大量的电池单元经过并联和串联组成电池系统。但是，当成千上万个电池系统组合一起使用时，不仅给实时高精度监视电池单元电压带来压力，也极大的增加了因电池单元电压监视失效带来的安全风险。
为了实时高精度的监视电池电压，现有主要通过如下方式实现对电池电压的监控：(1)电池模组监视器中通过增加电流采集部件采集电池单体采集回路的电流，预先测量采集系统的电阻，将两者作为补偿参数输入补偿模块，计算补偿值进行补偿，实现被动均衡开启后的电池单元电压监视；但是，该方式通过测量采样系统的电阻和电流计算补偿值，增加电流采集部件不仅会增加成本，而且会额外引入电流测量误差。同时采样系统的电阻包括采集线电阻，PCB(印制电路板)走线电阻和接插件接触电阻等，结构比较复杂，无法准确地测得整个采集系统真实的电阻值，而且不同系统中采样系统的电阻也可能差别很大。
(2)使用平衡开关和平衡电阻元件的串联组合并联到电池元件上，通过感测电路测量平衡开关处于“闭合”和“断开”时平衡电阻上的电压，利用电压比即补偿因数来估计电池元件真实的电压值。该方式通过采集平衡电阻和平衡开关上的电压比值来计算补偿因素，但是感测回路和平衡回路存在相互耦合，当多个电池单元的平衡开关打开时，相互之间的耦合关系复杂，无法用简单的线性方法等效补偿，该方法并不适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对电池电压的监控方式存在会增加成本、会引入额外电流测量误差、硬件结构比较复杂或无法用简单的线性方法等效补偿等缺陷，目的在于提供一种电池电压的监控系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种电池电压的监视系统，所述监视系统包括控制模块、集成电路、N个采集电路和N个被动均衡电路；其中，N>1且N取整数；电池组中包括N个电池单元。
电池组中的第n个电池单元的负极与第n个所述采集电路的一端电连接，所述第n个所述采集电路的另一端与所述集成电路电连接；第n个所述电池单元的正极与第n+1个所述采集电路的一端电连接，第n+1个所述采集电路的另一端与所述集成电路电连接；其中，n＝1、…、N且n取整数；
第n个所述被动均衡电路的第一端和第二端均与所述集成电路电连接，第n个所述被动均衡电路的第三端与第n+1个所述采集电路电连接；
所述集成电路与所述控制模块电连接；
所述集成电路用于在所有所述被动均衡电路均处于断开状态时，根据所述控制模块发送的数据采集指令采集每个所述电池单元对应的初始电压监视值并发送至所述控制模块；
所述集成电路用于根据所述控制模块发送的均衡指令控制目标被动均衡电路闭合，采集每个所述电池单元对应的第一电压监视值并发送至所述控制模块；
所述控制模块用于根据所述第一电压监视值和所述初始电压监视值获取经过所述目标被动均衡电路被动均衡后的目标电池单元对应的补偿电压值；
所述控制模块还用于根据所述补偿电压值和所述第一电压监视值获取所述目标电池单元在被动均衡后的实际电压值。
较佳地，所述采集电路包括第一等效电阻和第二等效电阻；
对于所述第n个所述采集电路，所述第一等效电阻的一端与第n个所述电池单元的负极电连接，所述第一等效电阻的另一端与所述第二等效电阻的一端电连接，所述第二等效电阻的另一端与所述集成电路的第n个电压引脚电连接；
对于第n+1个所述采集电路，所述第一等效电阻的一端与第n个所述电池单元的正极电连接，所述第一等效电阻的另一端与所述第二等效电阻的一端电连接，所述第二等效电阻的另一端与所述集成电路的第n+1个所述电压引脚电连接。
较佳地，第n个所述被动均衡电路包括均衡开关、均衡电阻和第三等效电阻；
所述均衡开关的第一端与所述集成电路的第n个均衡控制引脚电连接，所述均衡开关的第二端与所述集成电路的第n个所述电压引脚电连接，所述第三等效电阻和所述均衡电阻串联连接在所述均衡开关的第三端与第n+1 个所述采集电路中的所述第一等效电阻的另一端之间。
较佳地，所述控制模块用于依次单独控制所述集成电路开启N个所述被动均衡电路中的一个所述被动均衡电路对所述电池单元进行被动均衡，并获取所述集成电路采集的每个所述电池单元对应的所述第一电压监视值；
所述控制模块还用于根据所述第一电压监视值和所述初始电压监视值获取每个所述采集电路对应的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻以及每个所述电池单元进行被动均衡后对应的均衡电流；
所述控制模块还用于在对所述目标电池单元进行被动均衡后，根据与所述目标电池单元对应的所述均衡电流、所述第一等效电阻和所述第二等效电阻计算得到所述目标电池单元的所述补偿电压值。
较佳地，当所述目标被动均衡电路为第k个所述被动均衡电路时，所述目标电池单元为第k个所述电池单元，所述控制模块用于计算得到第k个所述电池单元的所述第一电压监视值和所述初始电压监视值的差值的绝对值，并将所述绝对值与第k个所述被动均衡电路中的所述均衡电阻的比值作为被动均衡产生的第k个所述均衡电流；其中，k＝1、…、N且k取整数；
所述控制模块还用于根据所述绝对值和第k个所述均衡电流计算得到与第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻；
所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和与第k个所述均衡电流的乘积并作为第k个所述电池单元的所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
较佳地，当采用第k个所述被动均衡电路对第k个所述电池单元进行被动均衡时，所述控制模块还用于计算得到第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述均衡电流的乘积并作为第一干扰电压，并将第k+1个电池单元对应的所述第一电压监视值与所述第一干扰电压的差值作为第k+1 个所述电池单元的所述实际电压值。
较佳地，当采用第k个所述被动均衡电路对第k个所述电池单元进行被动均衡时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述采集电路的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻之和与第k个所述均衡电流的乘积并作为第二干扰电压，并将第k-1个所述电池单元对应的所述第一电压监视值与所述第二干扰电压的差值作为第k-1个所述电池单元的所述实际电压值。
较佳地，当所述目标被动均衡电路还包括第k+1个所述被动均衡电路时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和与第k 个所述均衡电流的乘积并作为所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的中间电压值；
所述控制模块还用于将第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻之和与第k+1个所述均衡电流的乘积作为第三干扰电压，并将所述中间电压值与所述第三干扰电压的差值作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
较佳地，当所述目标被动均衡电路还包括第k-1个所述被动均衡电路时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和第k个所述均衡电流的乘积并作为所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的中间电压值；
所述控制模块还用于将第k-1采集电路的所述第一等效电阻与第k-1均衡电流的乘积作为第四干扰电压，并将所述中间电压值与所述第四干扰电压的差值作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
较佳地，当所述目标被动均衡电路还包括第k-1个所述被动均衡电路和第k+1个所述被动均衡电路时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和并作为所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的中间电压值；
所述控制模块还用于将第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻之和与第k+1个所述均衡电流的乘积作为第三干扰电压，将第k-1采集电路的所述第一等效电阻与第k-1均衡电流的乘积作为第四干扰电压，并将所述中间电压值与所述第三干扰电压以及所述第四干扰电压的差值作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
较佳地，所述控制模块包括补偿模块和控制单元；
所述补偿模块和所述控制单元电连接；
所述补偿模块用于根据所述第一电压监视值和所述初始电压监视值获取经过所述目标被动均衡电路被动均衡后的目标电池单元对应的补偿电压值；
所述控制单元用于根据所述补偿电压值和所述第一电压监视值获取所述目标电池单元在被动均衡后的实际电压值。
本发明的积极进步效果在于：
本发明中，通过测量每一个电池单元的被动均衡单独开启后各电池单元的电压与均衡关闭时的电压变化，计算该监视系统中的各个等效电阻，再利用均衡电阻计算均衡电流，计算得到被动均衡后的电池单元对应的补偿电压值，进而得到被动均衡后的电池单元对应的实际电压值，不需要额外增加测量采集系统和均衡系统的电阻值，也不需要额外增加电流采集部件来测量均衡电流，降低了监视成本，减小了误差，提高了测量精度，且具有容易实现，实用性强等优点；另外，当多个电池单元的被动均衡电路同时开启时，依据等效电阻网络和当前电池单元的电压监视值计算各个电池单元补偿电压值，相邻电池单元之间补偿电压值叠加得到被动均衡开启后的电池单元的电压实际电压值，提高了电池单元的电压检测精度。
附图说明
图1为本发明实施例1的电池电压的监视系统的第一结构示意图。
图2为本发明实施例1的电池电压的监视系统的电路结构示意图。
图3为本发明实施例1的电池电压的监视系统的第二结构示意图。
图4为本发明实施例2的电池电压的监视系统的电路结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例的电池电压的监视系统能够满足均衡开启后也能进行电池单元的高精度电压监视的使用需求。
如图1所示，本实施例的电池电压的监视系统的包括控制模块1、集成电路2、N个采集电路3和N个被动均衡电路4；其中，N>1且N取整数，被监视的电池组中包括N个电池单元。
其中，电池单元可以是磷酸铁锂电池、三元锂离子电池等，也可以是多个电池单元串并联构成的电池组。
如图2所示，电池组中的第n个电池单元Bn的负极与第n个采集电路3 的一端电连接，第n个采集电路3的另一端与集成电路2电连接；第n个电池单元Bn的正极与第n+1个采集电路3的一端电连接，第n+1个采集电路3 的另一端与集成电路2电连接；其中，n＝1、…、N且n取整数。
第n个被动均衡电路4的第一端和第二端均与集成电路2电连接，第n 个被动均衡电路4的第三端与第n+1个采集电路3电连接。
集成电路2与控制模块1电连接，集成电路2用于在所有被动均衡电路4均处于断开状态时，根据控制模块发送的数据采集指令采集每个电池单元对应的初始电压监视值并发送至控制模块；
集成电路2用于根据控制模块1发送的均衡指令控制目标被动均衡电路 4闭合，采集每个电池单元对应的第一电压监视值并发送至控制模块；
控制模块1用于根据第一电压监视值和初始电压监视值获取经过目标被动均衡电路4被动均衡后的目标电池单元对应的补偿电压值；
控制模块1还用于根据补偿电压值和第一电压监视值获取目标电池单元在被动均衡后的实际电压值。
其中，本实施例中的控制模块1可以为一个独立的控制器，还可以包括补偿模块5和控制单元6。
如图3所示，当控制模块1包括补偿模块5和控制单元6时，补偿模块 5和控制单元6电连接。
补偿模块5用于根据第一电压监视值和初始电压监视值获取经过目标被动均衡电路4被动均衡后的目标电池单元对应的补偿电压值并发送中控制单元6。
控制单元6用于根据补偿电压值和第一电压监视值获取目标电池单元在被动均衡后的实际电压值。
本实施例中的集成电路可以采用但不限于恩智浦(NXP)公司的 MC33771(6-12)、凌特(LT)公司的LTC6804(6-12)、德州仪器(TN)公司的BQ76PL536(3-6)等。
本实施例中，通过测量每一个电池单元的被动均衡单独开启后各电池单元的电压与均衡关闭时的电压变化，计算该监视系统中的各个等效电阻，再利用均衡电阻计算均衡电流，计算得到被动均衡后的电池单元对应的补偿电压值，进而得到被动均衡后的电池单元对应的实际电压值，不需要额外增加测量采集系统和均衡系统的电阻值，也不需要额外增加电流采集部件来测量均衡电流，降低了监视成本，减小了误差，提高了测量精度，且具有容易实现，实用性强等优点。
实施例2
本实施例的电池电压的监视系统是对实施例1的进一步改进，具体地：
如图4所示，为与图2对应的等效电路图。
具体地，每个采集电路3包括第一等效电阻和第二等效电阻。
对于第n个采集电路3，第一等效电阻rAn的一端与第n个电池单元Bn的负极电连接，第一等效电阻rAn的另一端与第二等效电阻rBn的一端电连接，第二等效电阻rBn的另一端与集成电路2的第n个电压引脚电连接；
对于第n+1采集电路3，第一等效电阻rAn的一端与第n个电池单元Bn的正极电连接，第一等效电阻rAn的另一端与第二等效电阻rBn的一端电连接，第二等效电阻rBn的另一端与集成电路2的第n+1个电压引脚Cn电连接。
第n个被动均衡电路4包括均衡开关Kn、均衡电阻rL和第三等效电阻rCn；
均衡开关Kn的第一端与集成电路2的第n个均衡控制引脚Sn电连接，均衡开关Kn的第二端与集成电路2的第n个电压引脚Cn-1电连接，第三等效电阻rCn、和均衡电阻rL串联连接在均衡开关Kn的第三端与第n+1个采集电路 3中的第一等效电阻rAn的另一端之间。
其中，采样电路中的第一等效电阻、第二等效电阻和第三等效电阻可以为多个串联、并联或者串并联电阻构成的电阻网络。
被动均衡电路中的均衡电阻一般选用高精度功率电阻，当然也可以是由高精度电阻串并联构成的电阻网络，且均衡电阻的阻值远大于第三等效电阻。均衡开关为开关控制装置，由集成电路根据控制模块发送的均衡指令来控制闭合或断开，以控制开启和关闭对应电池单元的被动均衡；均衡开关可以为继电器或者半导体开关器件，如金属氧化物场效应管(MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。
控制模块1用于依次单独控制集成电路2开启N个被动均衡电路4中的一个被动均衡电路4对电池单元进行被动均衡，并获取集成电路2采集的每个电池单元对应的第一电压监视值；
控制模块1还用于根据第一电压监视值和初始电压监视值获取每个采集电路3对应的第一等效电阻和第二等效电阻以及每个电池单元进行被动均衡后对应的均衡电流；
控制模块1还用于在对目标电池单元进行被动均衡后，根据与目标电池单元对应的均衡电流、第一等效电阻和第二等效电阻计算得到目标电池单元的补偿电压值。
具体地，当目标被动均衡电路4为第k个被动均衡电路4时，目标电池单元为第k个电池单元Bk，控制模块1用于计算得到第k个电池单元Bk的第一电压监视值和初始电压监视值的差值的绝对值，并将绝对值与第k个被动均衡电路4中的均衡电阻的比值作为被动均衡产生的第k个均衡电流；其中，k＝1、…、N且k取整数；
控制模块1还用于根据绝对值和第k个均衡电流计算得到与第k个电池单元Bk对应的第k个采集电路3的第一等效电阻、第二等效电阻、第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第k个被动均衡电路4中的第三等效电阻；
控制模块1还用于计算得到第k个电池单元Bk对应的第k个采集电路3 的第一等效电阻、第二等效电阻、第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第 k个被动均衡电路4中的第三等效电阻之和与第k个均衡电流的乘积并作为第k个电池单元Bk的补偿电压值，并将补偿电压值和第一电压监视值之和作为第k个电池单元Bk的实际电压值。
另外，当采用第k个被动均衡电路4对第k个电池单元Bk进行被动均衡时，控制模块1还用于计算得到第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第k 个均衡电流的乘积并作为第一干扰电压，并将第k+1个电池单元对应的第一电压监视值与第一干扰电压的差值作为第k+1个电池单元的实际电压值。
当采用第k个被动均衡电路4对第k个电池单元Bk进行被动均衡时，控制模块1还用于计算得到第k个采集电路3的第一等效电阻和第二等效电阻之和与第k个均衡电流的乘积并作为第二干扰电压，并将第k-1个电池单元对应的第一电压监视值与第二干扰电压的差值作为第k-1个电池单元的实际电压值。
本实施例中，通过测量每一个电池单元的被动均衡单独开启后各电池单元的电压与均衡关闭时的电压变化，计算该监视系统中的各个等效电阻，再利用均衡电阻计算均衡电流，计算得到被动均衡后的电池单元对应的补偿电压值，进而得到被动均衡后的电池单元对应的实际电压值，不需要额外增加测量采集系统和均衡系统的电阻值，也不需要额外增加电流采集部件来测量均衡电流，降低了监视成本，减小了误差，提高了测量精度，且具有容易实现，实用性强等优点。
实施例3
本实施例的电池电压的监视系统是对实施例2的进一步改进，具体地：
对于同时电池组中的多个电池电压进行均衡的情况：
当目标被动均衡电路4还包括第k+1个被动均衡电路4时，控制模块1 还用于计算得到第k个电池单元Bk对应的第k个采集电路3的第一等效电阻、第二等效电阻、第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第k个被动均衡电路4中的第三等效电阻之和与第k个均衡电流的乘积并作为补偿电压值，并将补偿电压值和第一电压监视值之和作为第k个电池单元Bk的中间电压值；
控制模块1还用于将第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第二等效电阻之和与第k+1个均衡电流的乘积作为第三干扰电压，并将中间电压值与第三干扰电压的差值作为第k个电池单元Bk的实际电压值。
或，当目标被动均衡电路4还包括第k-1个被动均衡电路4时，控制模块1还用于计算得到第k个电池单元Bk对应的第k个采集电路3的第一等效电阻、第二等效电阻、第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第k个被动均衡电路4中的第三等效电阻之和第k个均衡电流的乘积并作为补偿电压值，并将补偿电压值和第一电压监视值之和作为第k个电池单元Bk的中间电压值；
控制模块1还用于将第k-1采集电路3的第一等效电阻与第k-1均衡电流的乘积作为第四干扰电压，并将中间电压值与第四干扰电压的差值作为第 k个电池单元Bk的实际电压值。
或，当目标被动均衡电路4还包括第k-1个被动均衡电路4和第k+1个被动均衡电路4时，控制模块1还用于计算得到第k个电池单元Bk对应的第 k个采集电路3的第一等效电阻、第二等效电阻、第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第k个被动均衡电路4中的第三等效电阻之和并作为补偿电压值，并将补偿电压值和第一电压监视值之和作为第k个电池单元Bk的中间电压值；
控制模块1还用于将第k+1个采集电路3的第一等效电阻和第二等效电阻之和与第k+1个均衡电流的乘积作为第三干扰电压，将第k-1采集电路3 的第一等效电阻与第k-1均衡电流的乘积作为第四干扰电压，并将中间电压值与第三干扰电压以及第四干扰电压的差值作为第k个电池单元Bk的实际电压值。
控制模块通过SPI或I2C(SPI和I2C均为一种数据通讯方式)等通讯方式与集成电路建立通讯连接，下发控制指令至集成电路以断开集成电路中的所有均衡控制引脚Sn，等待所有均衡开关关闭以停止均衡；此时，控制模块通过数据采集指令控制集成电路采集电池组中的每个电池单元Bn的初始电压监视值，记为Vrefn，n为电池组中的不同电池单元的序号。
其中，可以对该初始电压监视值进行滤波处理以提高电压采集精度，具体滤波方法不限。
从电池单元B1开始，控制模块通过均衡指令依次单独通过集成电路的均衡控制引脚Sn闭合对应的被动均衡电路，等待电池单元B1的均衡开关K1闭合时，开启电池单元B1均衡。
控制模块通过数据采集指令控制集成电路采集电池组中的每个电池单元Bn的第一电压监视值Vn[1]，当数据采集完毕时控制模块通过均衡指令控制集成电路的均衡控制引脚Sn断开对应的被动均衡电路的均衡开关以停止均衡；计算开启电池单元B1的均衡开关后各个电池单元电压与未开启均衡前电池单元电压的差值，并取该差值的绝对值，记Vdiffn[1]；
Vdiffn[1]＝|Vrefn-Vn[1]|
其中，也通过滤波等方式提高采集的电压数据的精度，具体滤波方式不限。
当电池单元B1的均衡开关被单独闭合后，电池单元与均衡电阻组成回路，并产生均衡电流，其中通过如下计算公式得到均衡电流I1：
Figure GDA0003407660130000121
同样操作步骤，依次单独开启其他N-1个电池单元的均衡开关进行均衡，直到系统中所有电池单元的被动均衡分别单独开启，成功读取被动均衡开启后所有电池单元的监视电压，同时所有电池单元的被动均衡已经关闭；计算出所有电池单元分别单独开启被动均衡后各个单体电池电压的变化值Vdiffn[n]；
Vdiffn[n]＝|Vrefn-Vn[n]|
反复执行N次(N为电池单元的总个数)，计算所有电池单元在分别开启均衡开关后产生的均衡电流In：
Figure GDA0003407660130000131
因均衡电流的存在导致电池单元电压实际值监视不准确，根据上述单独开启某一个电池单元的被动均衡后，该电池单元和其相邻电池单元电压变化值Vdiffn[n]以及均衡电流In计算得到等效电路中rA、rB、rC的电阻值。
具体地，当电池单元Bn的被动均衡开启后，均衡电流将正向流经等效电阻rAn+1，rAn，rBn，rCn，产生电压压降，导致集成电路读取Cn-1，Cn之间的电压小于电池单元Bn的真实电压(均衡未开启时的电压)。同时rAn+1上产生的电压，将导致集成电路读取Cn+1，Cn之间的电压大于电池单元Bn+1的真实电压，rAn，rBn上产生的电压将导致集成电路读取Cn-1，Cn-2之间的电压大于电池单元Bn-1的真实电压，由此根据电池单元单独开启被动均衡后集成电路读取的电压和未开启时的电压变化，根据欧姆定律可知：
rA1＝Vdiff1[1]/11-rA2
rAn+1＝Vdiffn+1[n]/In
rBn＝Vdiffn-1[n]/In-rAn
rCn＝Vdiffn[n]/In-rAn-rAn+1-rBn
在实际项目实施时，当控制器控制开启第n个电池单元的均衡后，控制器从集成电路读取的电压监视值V′n，依据等效电路计算rA、rB、rC产生的补偿电压V″n：
V″n＝(rAn+1+rAn+rBn+rCn)*In
依据电流方向叠加可以得到该电池单元的实际电压值Vn：
Vn＝V′n +V″n
即本实施例中，通过单独分别控制各个电池单元的被动均衡，读取集成电路被动均衡开启前后的电压变化，依据等效电路的模型推算电路的特征电阻值rA、rB、rC，即根据不同电池单元被动均衡开启后这些电阻值产生的电压，补偿得到在被动均衡开启后集成电路监视电池单元的真实电压值。
与之相邻的第n+1的电池单元电压，集成电路读取的电压监视值为 V′n+1，则实际电压值Vn+1：
Vn+1＝V′n+1-rAn+1*In
则与之相邻的第n-1的电池单元电压，集成电路读取的电压监视值为 V′n-1，则实际电压值Vn-1：
Vn-1＝V′n-1-(rAn+rBn)*In
另外，在实际应用场景中存在同时对多个电池单元进行均衡的情况时，设置控制模块控制某一个电池单元Bn的均衡开关时对应Xn(开启被动均衡Xn＝1，否则Xn＝0)。当开启任意位置、任何个数的电池单元的被动均衡后，集成电路监视电池单元Bn的真实电压值为：
Figure GDA0003407660130000141
本实施例中，通过测量每一个电池单元的被动均衡单独开启后各电池单元的电压与均衡关闭时的电压变化，计算该监视系统中的各个等效电阻，再利用均衡电阻计算均衡电流，计算得到被动均衡后的电池单元对应的补偿电压值，进而得到被动均衡后的电池单元对应的实际电压值，不需要额外增加测量采集系统和均衡系统的电阻值，也不需要额外增加电流采集部件来测量均衡电流，降低了监视成本，减小了误差，提高了测量精度，且具有容易实现，实用性强等优点；另外，当多个电池单元的被动均衡电路同时开启时，依据等效电阻网络和当前电池单元的电压监视值计算各个电池单元补偿电压值，相邻电池单元之间补偿电压值叠加得到被动均衡开启后的电池单元的电压实际电压值，提高了电池单元的电压检测精度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电池电压的监视系统，其特征在于，所述监视系统包括控制模块、集成电路、N个采集电路和N个被动均衡电路；其中，N>1且N取整数；
电池组中的第n个电池单元的负极与第n个所述采集电路的一端电连接，所述第n个所述采集电路的另一端与所述集成电路电连接；第n个所述电池单元的正极与第n+1个所述采集电路的一端电连接，第n+1个所述采集电路的另一端与所述集成电路电连接；其中，n为所述电池组中所述电池单元的序号，n＝1、…、N且n取整数；
第n个所述被动均衡电路的第一端和第二端均与所述集成电路电连接，第n个所述被动均衡电路的第三端与第n+1个所述采集电路电连接；
所述集成电路与所述控制模块电连接；
所述集成电路用于在所有所述被动均衡电路均处于断开状态时，根据所述控制模块发送的数据采集指令采集每个所述电池单元对应的初始电压监视值并发送至所述控制模块；
所述集成电路用于根据所述控制模块发送的均衡指令控制目标被动均衡电路闭合，采集每个所述电池单元对应的第一电压监视值并发送至所述控制模块；
所述控制模块用于根据所述第一电压监视值和所述初始电压监视值获取经过所述目标被动均衡电路被动均衡后的目标电池单元对应的补偿电压值；
所述控制模块还用于根据所述补偿电压值和所述第一电压监视值获取所述目标电池单元在被动均衡后的实际电压值；
第n个所述被动均衡电路包括均衡开关、均衡电阻和第三等效电阻；
所述均衡开关的第一端与所述集成电路的第n个均衡控制引脚电连接，所述均衡开关的第二端与所述集成电路的第n个电压引脚电连接，所述第三等效电阻和所述均衡电阻串联连接在所述均衡开关的第三端与第n+1个所述采集电路电连接；
所述均衡电阻的阻值远大于所述第三等效电阻，所述控制模块用于利用所述均衡电阻计算均衡电流，计算得到被动均衡后的所述目标电池单元对应的所述补偿电压值。
2.如权利要求1所述的电池电压的监视系统，其特征在于，所述采集电路包括第一等效电阻和第二等效电阻；
对于所述第n个所述采集电路，所述第一等效电阻的一端与第n个所述电池单元的负极电连接，所述第一等效电阻的另一端与所述第二等效电阻的一端电连接，所述第二等效电阻的另一端与所述集成电路的第n个电压引脚电连接；
对于第n+1个所述采集电路，所述第一等效电阻的一端与第n个所述电池单元的正极电连接，所述第一等效电阻的另一端与所述第二等效电阻的一端电连接，所述第二等效电阻的另一端与所述集成电路的第n+1个所述电压引脚电连接。
3.如权利要求2所述的电池电压的监视系统，其特征在于，所述第三等效电阻和所述均衡电阻串联连接在所述均衡开关的第三端与第n+1个所述采集电路中的所述第一等效电阻的另一端之间。
4.如权利要求3所述的电池电压的监视系统，其特征在于，所述控制模块用于依次单独控制所述集成电路开启N个所述被动均衡电路中的一个所述被动均衡电路对所述电池单元进行被动均衡，并获取所述集成电路采集的每个所述电池单元对应的所述第一电压监视值；
所述控制模块还用于根据所述第一电压监视值和所述初始电压监视值获取每个所述采集电路对应的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻以及每个所述电池单元进行被动均衡后对应的均衡电流；
所述控制模块还用于在对所述目标电池单元进行被动均衡后，根据与所述目标电池单元对应的所述均衡电流、所述第一等效电阻和所述第二等效电阻计算得到所述目标电池单元的所述补偿电压值。
5.如权利要求4所述的电池电压的监视系统，其特征在于，当所述目标被动均衡电路为第k个所述被动均衡电路时，所述目标电池单元为第k个所述电池单元，所述控制模块用于计算得到第k个所述电池单元的所述第一电压监视值和所述初始电压监视值的差值的绝对值，并将所述绝对值与第k个所述被动均衡电路中的所述均衡电阻的比值作为被动均衡产生的第k个所述均衡电流；其中，k＝1、…、N且k取整数；
所述控制模块还用于根据所述绝对值和第k个所述均衡电流计算得到与第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻；
所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和与第k个所述均衡电流的乘积并作为第k个所述电池单元的所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
6.如权利要求5所述的电池电压的监视系统，其特征在于，当采用第k个所述被动均衡电路对第k个所述电池单元进行被动均衡时，所述控制模块还用于计算得到第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述均衡电流的乘积并作为第一干扰电压，并将第k+1个电池单元对应的所述第一电压监视值与所述第一干扰电压的差值作为第k+1个所述电池单元的所述实际电压值。
7.如权利要求5所述的电池电压的监视系统，其特征在于，当采用第k个所述被动均衡电路对第k个所述电池单元进行被动均衡时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述采集电路的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻之和与第k个所述均衡电流的乘积并作为第二干扰电压，并将第k-1个所述电池单元对应的所述第一电压监视值与所述第二干扰电压的差值作为第k-1个所述电池单元的所述实际电压值。
8.如权利要求5所述的电池电压的监视系统，其特征在于，当所述目标被动均衡电路还包括第k+1个所述被动均衡电路时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和与第k个所述均衡电流的乘积并作为所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的中间电压值；
所述控制模块还用于将第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻之和与第k+1个所述均衡电流的乘积作为第三干扰电压，并将所述中间电压值与所述第三干扰电压的差值作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
9.如权利要求5所述的电池电压的监视系统，其特征在于，当所述目标被动均衡电路还包括第k-1个所述被动均衡电路时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和第k个所述均衡电流的乘积并作为所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的中间电压值；
所述控制模块还用于将第k-1采集电路的所述第一等效电阻与第k-1均衡电流的乘积作为第四干扰电压，并将所述中间电压值与所述第四干扰电压的差值作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
10.如权利要求5所述的电池电压的监视系统，其特征在于，当所述目标被动均衡电路还包括第k-1个所述被动均衡电路和第k+1个所述被动均衡电路时，所述控制模块还用于计算得到第k个所述电池单元对应的第k个所述采集电路的所述第一等效电阻、所述第二等效电阻、第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和第k个所述被动均衡电路中的所述第三等效电阻之和并作为所述补偿电压值，并将所述补偿电压值和所述第一电压监视值之和作为第k个所述电池单元的中间电压值；
所述控制模块还用于将第k+1个所述采集电路的所述第一等效电阻和所述第二等效电阻之和与第k+1个所述均衡电流的乘积作为第三干扰电压，将第k-1采集电路的所述第一等效电阻与第k-1均衡电流的乘积作为第四干扰电压，并将所述中间电压值与所述第三干扰电压以及所述第四干扰电压的差值作为第k个所述电池单元的所述实际电压值。
11.如权利要求1至10中任意一项所述的电池电压的监视系统，其特征在于，所述控制模块包括补偿模块和控制单元；
所述补偿模块和所述控制单元电连接；
所述补偿模块用于根据所述第一电压监视值和所述初始电压监视值获取经过所述目标被动均衡电路被动均衡后的目标电池单元对应的补偿电压值；
所述控制单元用于根据所述补偿电压值和所述第一电压监视值获取所述目标电池单元在被动均衡后的实际电压值。
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