CN218412837U - 一种具有开关补偿电流的电池电压检测电路 - Google Patents

Abstract

一种具有开关补偿电流的电池电压检测电路，包括：2N个接入开关，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点、正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点；电压检测电路(300)，包括放大器(A)、第一电阻(R1)和输出电压检测支路；电流源(100)，连接于最后一节电池的正极和所述正检测点之间，用于向正检测点注入电流以使得与正检测点连接的接入开关上所流过的电流为零；电流沉(200)，连接于负检测点和第一节电池的负极之间，用于从负检测点吸收电流以使得与负检测点连接的接入开关上所流过的电流为零；本实用新型可以使得正、负检测点所接入的开关两端的电压降也就为零，不会给检测电压带来误差。

Description

一种具有开关补偿电流的电池电压检测电路

技术领域

本实用新型涉及电池维护领域，尤其涉及一种具有开关补偿电流的电池电压检测电路。

背景技术

图1展示了多节电池结构示意图。每节电池从电池1到电池N串联连接。每节电池的电压等于电池顶部和底部之间的差值。例如，单元N上的电压等于V(N)-V(N-1)。必须准确测量每个电池的电压，以保证电池处在安全和最优的工作状态，如充电、放电和电池平衡等。可以利用电压检测电路检测每一节电池的电压，比如开关S(N)和S(N-1)将单元N的顶部和底部连接到该电压检测电路，导通开关S(N)和S(N-1)，则该电路就可以处理电池N之间的电压。

图2展示了一种传统的电池电压检测电路，假设A是一个理想的放大器，我们可以将输出电压写为电阻值的函数：

由于放大器A现在位于与V(n)和V(n-1)相关的电源域之间，通常，单节电池的电压在2V到4.5V之间，在普通5V晶体管的工作范围内，不需要使用耐高压(系统最高电压)的器件，可以更节省芯片面积成本。电阻器R1 决定由放大器A和高压PMOS晶体管M1形成的反馈电路中的电流，该电流被驱动到电阻器R2中以产生输出电压Vout。电阻器R1产生的电流，是离开开关S(n)后从R1左端流入右端流出，然后过M1，R2进入地。放大器A 产生的电流，是从电阻R1左端进入运放A，从运放流出经S(n-1)流向V(n-1)。可见，因为开关S(n)和S(n-1)均传导电流，所以每个开关上都有电压降，每个开关由于电流不等而有不等的电压降。开关两端的电压降会给输出电压 Vout带来误差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的开关电流带来的检测误差的缺陷，提供一种具有开关补偿电流的电池电压检测电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有开关补偿电流的电池电压检测电路，适用于对串联的N节电池结构的各节电池分别进行电压检测，N为大于1的正整数，其特征在于，所述电池电压检测电路包括：

2N个接入开关，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点，N节电池的正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点；

电压检测电路，用于对检测正检测点和负检测点之间的电压进行检测，包括放大器、第一电阻和输出电压检测支路，所述正检测点经由第一电阻连接所述放大器的同相输入端，所述放大器的同相输入端经由所述输出电压检测支路连接第一节电池的负极，所述放大器的反相输入端连接端负检测点，所述放大器的正电源端连接至所述正检测点，所述放大器的负电源端连接至负检测点；

电流源，连接于最后一节电池的正极和所述正检测点之间，用于向所述正检测点注入电流以使得与正检测点连接的接入开关上所流过的电流为零；

电流沉，连接于负检测点和第一节电池的负极之间，用于从所述负检测点吸收电流以使得与负检测点连接的接入开关上所流过的电流为零。

进一步地，在本实用新型所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路中，所述输出电压检测支路包括第一MOS管和第二电阻，所述第一MOS管的栅极连接所述放大器的输出端，所述第一MOS管的源极连接所述放大器的同相输入端，所述第一MOS管的漏极经由所述第二电阻连接第一节电池的负极，所述第一MOS管的漏极输出检测电压。

进一步地，在本实用新型所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路中，所述电流源的电流为

其中，R1表示第一电阻的阻值， V(n)、V(n-1)表示第n节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器的供电电流。

进一步地，在本实用新型所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路中，所述电流沉的电流为I_A，I_A表示放大器的供电电流。

进一步地，在本实用新型所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路中，所述电压检测电路还包括阻值相等的第三电阻和第四电阻，所述第三电阻连接于所述正检测点和所述放大器的反相输入端之间，所述第四电阻连接于所述负检测点和所述放大器的反相输入端之间。

进一步地，在本实用新型所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路中，所述电流源的电流为

其中，R1表示第一电阻的阻值，R表示第三电阻或者第三电阻的阻值，V(n)、V(n-1)表示第n节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器的供电电流。

进一步地，在本实用新型所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路中，所述电流沉的电流为

其中，R表示第三电阻或者第三电阻的阻值，V(n)、V(n-1)表示第n节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器的供电电流。

本实用新型的具有开关补偿电流的电池电压检测电路，具有以下有益效果：本实用新型一方面在最后一节电池的正极和正检测点之间设置电流源，其可以向所述正检测点注入电流，使得与正检测点连接的接入开关上所流过的电流为零；另一方面在负检测点和第一节电池的负极之间设置电流沉，其可以从所述负检测点吸收电流，使得与负检测点连接的接入开关上所流过的电流为零，如此本实用新型的电路具有开关电流补偿功能，使得正、负检测点所接入的开关有效电流就可以为零，开关两端的电压降也就为零，因此不会给输出的检测电压带来误差。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是多节电池结构示意图；

图2是一种传统的电池电压检测电路的结构示意图；

图3是本实用新型具有开关补偿电流的电池电压检测电路的实施例一的电路图；

图4是本实用新型具有开关补偿电流的电池电压检测电路的实施例二的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

参考图3，本实施例的具有开关补偿电流的电池电压检测电路是一个可以复用的电路，适用于对串联的N节电池结构的各节电池分别进行电压检测，N 为大于1的正整数。本实施例的电路包括：2N个接入开关、电压检测电路300、电流源100、电流沉200。

其中，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点， N节电池的正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点。

如图3，我们把第一个电池的负极作为地，将其标记为第0个节点。因为电池是串联的，相邻两个电池的正极和负极连接，我们把相邻两个电池的正极和负极连接在一起后的节点记为一个节点，比如第一个电池的正极和第二个电池的负极连接在一起后标记为第1个节点，依次类推，就有了第0、1、2…、 N个节点，与第0、1、2…、N个节点连接的开关标记为S(0)、S(1)、S(2)…、 S(N)。除了第0、N两个节点只能各自连接一个开关外S(0)、S(N)，其他中间的节点1、2…、N-1均是同时对应一个电池的正极和一个电池的负极，因此中间的节点1、2…、N-1都是连接了两个开关，即S(1)、…、S(N-1)都是双份。 S(0)以及第一份S(1)、…、S(N-1)的一端分别与第0、1、2…、N-1个节点连接， S(0)以及第一份S(1)、…、S(N-1)的另一端共接形成负检测点。S(N)以及第二份S(1)、…、S(N-1)的一端分别与第1、2…、N个节点连接，S(N)以及第二份S(1)、…、S(N-1)的另一端共接形成正检测点。当我们需要检测第n节电池时 (n＝0，1，…，N)，只需要将正检测点所连接的S(n)和负检测点所连接的S(n-1) 导通，其他的开关全部断开即可。假设导通的开关是正检测点所连接的S(n) 和负检测点所连接的S(n-1)，则此时正检测点和负检测点之间的压降为V(n)- V(n-1)。

电压检测电路300，用于对检测正检测点和负检测点之间的电压进行检测，即对V(n)-V(n-1)进行检测。电压检测电路300包括放大器A、第一电阻R1 和输出电压检测支路，所述正检测点经由第一电阻R1连接所述放大器A的同相输入端，所述放大器A的同相输入端经由所述输出电压检测支路连接第一节电池的负极，所述放大器A的反相输入端连接端负检测点，所述放大器A 的正电源端连接至所述正检测点，所述放大器A的负电源端连接至负检测点。

本实施例中，所述输出电压检测支路包括第一MOS管M1和第二电阻R2，第一MOS管M1是PMOS管。所述第一MOS管M1的栅极连接所述放大器 A的输出端，所述第一MOS管M1的源极连接所述放大器A的同相输入端，所述第一MOS管M1的漏极经由所述第二电阻R2连接第一节电池的负极，所述第一MOS管M1的漏极输出检测电压。

电流源100，连接于最后一节电池的正极和所述正检测点之间，用于向所述正检测点注入电流以使得与正检测点连接的接入开关上所流过的电流为零。

电流沉200，连接于负检测点和第一节电池的负极之间，用于从所述负检测点吸收电流以使得与负检测点连接的接入开关上所流过的电流为零。

根据放大器A的虚短虚断特性，有

由此可以得到：

如此，只需测量出检测电压Vout，就可以计算出电池电压V(n)-V(n-1)。

根据放大器的虚短虚断特性，R1上的压降为V(n)-V(n-1)，流过R1 的电流为

假设电流源的电流为I。放大器A正电源端流向负电源端的电流为I_A。如果要让正检测点连接的接入开关S(n)上所流过的电流为零，则要求接入开关S(n)的其他三个支路的电流总和为零，即流入正检测点的电流 (即电流源的电流)要等于其他两路流出正检测点的电流(即流过R1的电流，以及流入放大器正电源端的电流)，也即电流源的电流

同理，假设电流沉的电流为I，如果要让负检测点连接的接入开关S(n-1)上所流过的电流为零，从负检测点流出的电流(即电流沉的电流)要等于流入负检测点的电流(根据放大器的虚短虚短特性，此电流即为流出放大器负电源端的电流)，即电流沉的电流I＝I_A。

因此，本实施例中，所述电流源100的电流为

所述电流沉 200的电流为I_A，其中，R1表示第一电阻R1的阻值，V(n)、V(n-1)表示第n 节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器A的供电电流，其从放大器A的正电源端流向负电源端。

关于电流源100、电源沉200的具体结构，可以参考既有的方式。比如说，电流源100可以采用阻值非常大的运放、电流镜、相关电阻来实现，比如取 Vout和固定电压叠加后的电压作为运放的输入，运放输出的电压跟随输入，然后利用一个转换电阻将运放输出的电压转换为电流，然后通过电流镜方式将此转换电阻上的电流输出。电源沉200的实现方式参考电流源100，只不过其输入给运放的只有固定电压。

本实施例的电路可以复用，可以分别检测单节电池的电压，而且由于在最后一节电池的正极和正检测点之间设置电流源，其可以向所述正检测点注入电流，使得与正检测点连接的接入开关上所流过的电流为零；在负检测点和第一节电池的负极之间设置电流沉，其可以从所述负检测点吸收电流，使得与负检测点连接的接入开关上所流过的电流为零，如此本实施例的电路具有开关电流补偿功能，使得正、负检测点所接入的开关上的有效电流就可以为零，开关两端的电压降也就为零，因此不会给输出的检测电压带来误差。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进一步改进优化得到，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述电压检测电路300还包括阻值相等的第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3连接于所述正检测点和所述放大器A的反相输入端之间，所述第四电阻R4连接于所述负检测点和所述放大器A的反相输入端之间，这样可以检测第一节电池电压。

本实施例中，因为R3＝R4＝R，负电源端的电压是

根据放大器的虚短虚断特性，R1上的压降为

流过R1的电流为

假设电流源的电流为I。放大器A正电源端流向负电源端的电流为I_A。如果要让正检测点连接的接入开关S(n)上所流过的电流为零，则要求接入开关S(n)的其他四个支路的电流总和为零，即流入正检测点的电流 (即电流源的电流)要等于其他三路流出正检测点的电流(即流过R1的电流，以及流入放大器正电源端的电流，流过R3的电流)，即电流源的电流

同理，假设电流沉的电流为I，如果要让负检测点连接的接入开关S(n-1)上所流过的电流为零，从负检测点流出的电流(即电流沉的电流)要等于流入负检测点的电流(流过R4的电流，以及流出放大器负电源端的电流)，即电流沉的电流

因此，本实施例中，所述电流源100的电流为

所述电流沉200的电流为

其中，R1表示第一电阻R1的阻值，R表示第三电阻R3或者第四电阻R4的阻值，V(n)、V(n-1)表示第n 节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器A的供电电流。

根据放大器A的虚短虚断特性，有

由此可以得到：

如此，只需测量出检测电压Vout，就可以计算出电池电压V(n)-V(n-1)。

本实施例相较于实施例一，增加的R3、R4后，可以实现以下效果：一是，可以改善放大器A的输入电压范围限制，比如本实施例的输入电压范围

至V(n)，而实施例一放大器A的输入电压范围是V(n-1)至V(n)；二是，改善实施例一无法检测第一节电池的问题，实施例一中，如果检测第一节电池，则意味着放大器A的反相输入端接地，所以Vout的电压会低于零，这明显不合理，因此实施例一无法检测第一节电池，而本实施例中，如果检测第一节电池，则意味着放大器A的反相输入端的电压是

所以Vout的电压还是大于零的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。本文所述的“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种具有开关补偿电流的电池电压检测电路，适用于对串联的N节电池结构的各节电池分别进行电压检测，N为大于1的正整数，其特征在于，所述电池电压检测电路(300)包括：

2N个接入开关，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点，N节电池的正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点；

电压检测电路(300)，用于对检测正检测点和负检测点之间的电压进行检测，包括放大器(A)、第一电阻(R1)和输出电压检测支路，所述正检测点经由第一电阻(R1)连接所述放大器(A)的同相输入端，所述放大器(A)的同相输入端经由所述输出电压检测支路连接第一节电池的负极，所述放大器(A)的反相输入端连接端负检测点，所述放大器(A)的正电源端连接至所述正检测点，所述放大器(A)的负电源端连接至负检测点；

电流源(100)，连接于最后一节电池的正极和所述正检测点之间，用于向所述正检测点注入电流以使得与正检测点连接的接入开关上所流过的电流为零；

电流沉(200)，连接于负检测点和第一节电池的负极之间，用于从所述负检测点吸收电流以使得与负检测点连接的接入开关上所流过的电流为零。

2.根据权利要求1所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路，其特征在于，所述输出电压检测支路包括第一MOS管(M1)和第二电阻(R2)，所述第一MOS管(M1)的栅极连接所述放大器(A)的输出端，所述第一MOS管(M1)的源极连接所述放大器(A)的同相输入端，所述第一MOS管(M1)的漏极经由所述第二电阻(R2)连接第一节电池的负极，所述第一MOS管(M1)的漏极输出检测电压。

3.根据权利要求1或2所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路，其特征在于，所述电流源(100)的电流为

其中，R1表示第一电阻(R1)的阻值，V(n)、V(n-1)表示第n节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器(A)的供电电流。

4.根据权利要求1或2所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路，其特征在于，所述电流沉(200)的电流为I_A，I_A表示放大器(A)的供电电流。

5.根据权利要求2所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路(300)还包括阻值相等的第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，所述第三电阻(R3)连接于所述正检测点和所述放大器(A)的反相输入端之间，所述第四电阻(R4)连接于所述负检测点和所述放大器(A)的反相输入端之间。

6.根据权利要求5所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路，其特征在于，所述电流源(100)的电流为

其中，R1表示第一电阻(R1)的阻值，R表示第三电阻(R3)或者第四电阻(R4)的阻值，V(n)、V(n-1)表示第n节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器(A)的供电电流。

7.根据权利要求5所述的具有开关补偿电流的电池电压检测电路，其特征在于，所述电流沉(200)的电流为

其中，R表示第三电阻(R3)或者第四电阻(R4)的阻值，V(n)、V(n-1)表示第n节电池正极、负极的电压，I_A表示放大器(A)的供电电流。

Images