專利名稱：檢測(cè)電池組的電壓的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓檢測(cè)，并且特別涉及用于檢測(cè)電池組的電壓的裝置和方法。
背景技術(shù)：
電池組通常由多個(gè)串聯(lián)的電池組成，用于提供電力給諸如電動(dòng)汽車、便攜式計(jì)算機(jī)、電子照相機(jī)等電子設(shè)備。電池組通常配備了電壓檢測(cè)裝置，該裝置檢測(cè)每個(gè)電池的電壓，用于每個(gè)電池的容量計(jì)算和保護(hù)。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的用于電池組的電壓檢測(cè)裝置100，在該電池組中，多個(gè)電池串聯(lián)。電池電壓檢測(cè)裝置100由第一輸入選擇器101、第二輸入選擇器103、檢測(cè)器緩沖器105、數(shù)據(jù)處理電路110和電壓源111組成。一般地，外部顯示單元113連接到電壓檢測(cè)裝置100，以接收和顯示所測(cè)量的電池電壓。
為了檢測(cè)電池組中每個(gè)電池的電壓，例如，電池120，第一輸入選擇器101選擇電池120的正電極，而第二輸入選擇器103選擇電池120的負(fù)電極。通過第一輸入選擇器101和第二輸入選擇器103，將電池120的電壓供給檢測(cè)器緩沖器105。在檢測(cè)器緩沖器105中，對(duì)電池120的電壓進(jìn)行預(yù)定計(jì)算，從而將中間電壓提供給數(shù)據(jù)處理電路110。數(shù)據(jù)處理電路110處理中間電壓，從而獲取表示電池120的電池電壓的電壓值。數(shù)據(jù)處理電路110可以包括如圖1中所示的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器107和運(yùn)算單元109，或者簡單地包括多個(gè)用來確定電壓值的比較器。在圖1中，A/D轉(zhuǎn)換器107將模擬的中間電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字的，并將中間電壓的數(shù)字值提供給運(yùn)算單元109。諸如微處理器的運(yùn)算單元109以預(yù)先確定的方式處理所提供的數(shù)字值，以獲得表示電池120的電池電壓的電壓值。最后，顯示單元113能夠在顯示器屏幕上指示電壓值，該顯示器屏幕例如LCD顯示面板、等離子體顯示面板、陰極射線管(CRT)、熒光字符顯示管等。
然而，第一和第二輸入選擇器101和103通常由使用常規(guī)高壓互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)處理工藝生產(chǎn)的半導(dǎo)體開關(guān)元件組成。這樣的開關(guān)元件在電壓檢測(cè)裝置100的應(yīng)用上增加了限制。該限制是由以下事實(shí)引起的在電池組中串聯(lián)的多個(gè)電池、在第一和第二輸入選擇器101和103中的開關(guān)元件所需要的更高的擊穿電壓，而上述開關(guān)元件具有低的擊穿電壓。因此，考慮到開關(guān)元件的低擊穿電壓，就不得不對(duì)電池?cái)?shù)量有限制，以確保開關(guān)元件的正確工作。特別地，當(dāng)開關(guān)元件用MOSFET構(gòu)造時(shí)，為了確保MOSFET正常工作，每個(gè)MOSFET的柵源極電壓必須總是處于安全范圍內(nèi)，進(jìn)而，每個(gè)MOSFET的源極-襯底電壓也必須總是處于安全范圍內(nèi)，并且每個(gè)MOSFET的體二極管必須總是反向偏置的。
如前所述，對(duì)于具有高擊穿電壓的開關(guān)元件，將不再有上述限制。然而，這些具有高擊穿電壓的開關(guān)元件不得不使用更復(fù)雜和更昂貴的CMOS處理工藝來生產(chǎn)。結(jié)果，電壓檢測(cè)裝置100的整個(gè)成本就增大了。而且，與具有低擊穿電壓的開關(guān)元件相比，具有高擊穿電壓的開關(guān)元件的小片(die)尺寸通常不得不增大很多，以滿足相同的導(dǎo)通電阻的需要，這也給電壓檢測(cè)裝置100增加了更大成本。因而，考慮增大的成本和小片尺寸，采用使用更復(fù)雜和更昂貴的CMOS處理工藝來生產(chǎn)的開關(guān)元件來克服上述的缺陷不是理想的解決方案。
當(dāng)評(píng)價(jià)電壓檢測(cè)裝置時(shí)，準(zhǔn)確性是另一個(gè)必須考慮的方面。典型地，由在電壓檢測(cè)裝置中的某些元件引起了不準(zhǔn)確性。例如，在示例性的電壓檢測(cè)裝置100中，通常在檢測(cè)器緩沖器105中存在共模誤差并且該共模誤差可能降低電壓檢測(cè)的準(zhǔn)確性。為了增加準(zhǔn)確性，普通的方式是增加一些輔助的元件或線路，但此方式不可避免地使得電路復(fù)雜。
因此本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種電壓檢測(cè)裝置和方法，其能夠使用基于常規(guī)高壓CMOS處理工藝的開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)，并且同時(shí)在不使電路復(fù)雜的情況下，避開其處理工藝的限制，在不引入工藝成本負(fù)擔(dān)的情況下，準(zhǔn)確性也能增加。本發(fā)明主要把精力貫注在這樣的電壓檢測(cè)裝置和方法上。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種用于電池組的電壓檢測(cè)裝置，電池組具有多個(gè)電池模塊，并且每個(gè)電池模塊包括多個(gè)串聯(lián)的電池。該電壓檢測(cè)裝置包括多個(gè)選擇器、一檢測(cè)器緩沖器和數(shù)據(jù)處理單元，每個(gè)選擇器耦接到多個(gè)電池模塊中的一個(gè)，用于確定預(yù)定電池并從耦接的電池模塊中接收第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)，耦接到多個(gè)選擇器的檢測(cè)器緩沖器用于接收預(yù)定電池的電池電壓并提供中間電壓，而數(shù)據(jù)處理電路耦接到檢測(cè)器緩沖器，用于處理中間電壓，以獲得表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值。
在另一實(shí)施例中，提供一種用于檢測(cè)電池組中每個(gè)電池電壓的方法，電池組具有多個(gè)串聯(lián)的電池。該方法包括下列步驟產(chǎn)生多個(gè)控制信號(hào)，每個(gè)控制信號(hào)具有可調(diào)節(jié)的幅值；在這多個(gè)控制信號(hào)的控制下選擇預(yù)定電池，該預(yù)定電池具有電池電壓，基于該預(yù)定電池的電池電壓獲得中間電壓，以及根據(jù)該中間電壓獲得表示該預(yù)定電池的電池電壓的電壓值。
在又一實(shí)施例中，提供一個(gè)電子系統(tǒng)。該電子系統(tǒng)包括具有多個(gè)串聯(lián)的電池的電池組，這多個(gè)電池被分成多個(gè)電池模塊，有一電子設(shè)備連接至該電池組并由該電池組供電，一個(gè)能夠從多個(gè)電池中預(yù)先確定一個(gè)電池并提供選擇信號(hào)的數(shù)字設(shè)備，以及一個(gè)電池電壓檢測(cè)裝置，該電池電壓檢測(cè)裝置耦接到該數(shù)字設(shè)備用以接收選擇信號(hào)，并且耦接到電池組用以根據(jù)選擇信號(hào)選擇預(yù)定電池和檢測(cè)該預(yù)定電池的電壓，該電池電壓檢測(cè)裝置還包括多個(gè)開關(guān)箱以及多個(gè)開關(guān)控制器，每個(gè)開關(guān)箱耦接到多個(gè)電池模塊中的一個(gè)，而每個(gè)開關(guān)控制器耦接到多個(gè)電池模塊中的一個(gè)用以接收電壓信號(hào)，并耦接到多個(gè)開關(guān)箱中的一個(gè)用以提供控制信號(hào)。


本發(fā)明的益處將會(huì)隨著下列示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述的進(jìn)行而變得清楚，并且該描述應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖來考慮，在其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電壓檢測(cè)裝置；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電壓檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3是圖2中的一個(gè)選擇器的示意圖；圖4是圖3中的電平轉(zhuǎn)移電路的示意圖；圖5是示出了圖2的電池電壓檢測(cè)裝置的操作的流程圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。當(dāng)連同這些實(shí)施例一起描述本發(fā)明時(shí)，將理解為不是試圖將本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明試圖覆蓋選擇、改進(jìn)以及等價(jià)物，這些都可以包括在由所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電壓檢測(cè)裝置200。該電壓檢測(cè)裝置200包括多個(gè)選擇器210、檢測(cè)器緩沖器220和數(shù)據(jù)處理電路230，該數(shù)據(jù)處理電路包括A/D轉(zhuǎn)換器217和運(yùn)算單元219。電壓檢測(cè)裝置200檢測(cè)串聯(lián)的電池1A-1至3A-N的電池電壓。參考圖2中的電池連接，電池1A-1具有最低的電壓，而電池3A-N具有最高的電壓Vc1。
電池1A-1至3A-N被分成多個(gè)電池模塊，例如，三個(gè)電池模塊1A、2A和3A。每個(gè)電池模塊耦接到多個(gè)選擇器中的一個(gè)。如圖2中所示，電池模塊1A耦接到選擇器210-1，電池模塊2A耦接到選擇器210-2，并且電池模塊3A耦接到選擇器210-3。每個(gè)選擇器具有相似的電路和電氣特征，因此在下文中詳細(xì)描述有代表性的選擇器210-2。
選擇器210-2包括開關(guān)箱201、開關(guān)控制器203、第一電阻205和第二電阻207。開關(guān)箱201連接到電池模塊2A，用于從電池2A-1至2A-N中選出預(yù)定電池。開關(guān)控制器203連接到開關(guān)箱201，用于控制開關(guān)箱201的狀態(tài)，且開關(guān)控制器203還連接到電池模塊2A，用于接收電壓信號(hào)。當(dāng)選出預(yù)定電池時(shí)，在預(yù)定電池的正電極和負(fù)電極上的電壓通過開關(guān)箱201分別發(fā)送到線路204和206。然后將這兩個(gè)電壓提供給檢測(cè)器緩沖器220。換句活說，將預(yù)定電池的電池電壓提供給檢測(cè)器緩沖器220。
檢測(cè)器緩沖器220包括運(yùn)算放大器209、第三電阻211、第四電阻213和參考電壓215。通過第一電阻205，將在線路204上的電壓提供給運(yùn)算放大器209的非反相端。通過第二電阻207，將在線路206上的電壓提供給運(yùn)算放大器209的反相端。第三電阻211連接在運(yùn)算放大器209的反相端和輸出端之間。而非反相端還通過第四電阻213和參考電壓215連接到地，且第四電阻213和參考電壓215的連接點(diǎn)被指示為附圖標(biāo)記214，如圖2中所示。參考電壓215能夠提供直流(DC)電壓Vref，所以在連接點(diǎn)214上的電壓穩(wěn)定固定在Vref。
檢測(cè)器緩沖器220接收預(yù)定電池的電池電壓并在輸出端輸出中間電壓。假設(shè)第一和第二電阻205和207的阻抗相等，且第三和第四電阻211和213的阻抗相等，則中間電壓可以理論上可以根據(jù)公式(1)來計(jì)算
Vout=Rc·VcellRa+Vref---(1)]]>其中，Vcell被定位為預(yù)定電池的電池電壓，Vout被定義為中間電壓，Rc被定義為第三電阻211或者第四電阻213的阻抗，而Ra被定義為第一電阻205或者第二電阻207的阻抗。假設(shè)在Ra和Rc之間的比值為2，則中間電壓Vout可以根據(jù)公式(2)計(jì)算(2),Vout=Vcell2-Vref]]>然后將中間電壓Vout提供給A/D轉(zhuǎn)換器217。與此同時(shí)，將DC參考電壓Vref也提供給A/D轉(zhuǎn)換器217。中間電壓Vout和DC參考電壓Vref形成一對(duì)差分輸入V(Vout，Vref)，并且分別由A/D轉(zhuǎn)換器217的非反相端和反相端接收。A/D轉(zhuǎn)換器217將中間電壓Vout從模擬的轉(zhuǎn)換成數(shù)字的，并將中間電壓的數(shù)字值提供給運(yùn)算單元219。將DC參考電壓Vref用于校準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換器217。然后運(yùn)算單元219以預(yù)先確定的方式處理該數(shù)字值，以獲得表示預(yù)定電池的電壓的電壓值。
圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖2中的選擇器210-2的示意圖。如圖3中所示，開關(guān)箱201包括多個(gè)開關(guān)，而開關(guān)控制器203包括多個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路。在電池模塊2A中從電池2A-1至2A-N的每個(gè)電池都被分配了兩個(gè)開關(guān)，分別連接到每個(gè)電池的正和負(fù)電極。每個(gè)開關(guān)都具有第一端、第二端和控制端。每個(gè)奇數(shù)開關(guān)的第一端連接到所連接的電池的正電極，其中的奇數(shù)開關(guān)分別被指定為標(biāo)記符號(hào)1P至NP。每個(gè)偶數(shù)開關(guān)的第一端都連接到所連接的電池的負(fù)電極，其中的偶數(shù)開關(guān)分別被指示為標(biāo)記符號(hào)1N至NN。每個(gè)奇數(shù)開關(guān)的第二端都通過線路204一起連接到第一電阻205。每個(gè)偶數(shù)開關(guān)的第二端都通過線路206一起連接到第二電阻207。每個(gè)開關(guān)的控制端都連接到多個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路中的一個(gè)，用于接收控制信號(hào)，且每個(gè)開關(guān)的狀態(tài)都由所接收的控制信號(hào)來確定。
而且，如果在開關(guān)箱201中的開關(guān)由P溝道MOSFET(PMOS)構(gòu)造，以確保PMOS開關(guān)的源極-襯底電壓位于安全范圍內(nèi)且PMOS體二極管總是反向偏置的，則PMOS開關(guān)的襯底必須連接到此處的局部最高電壓Vc2。如果在開關(guān)箱中的開關(guān)由N溝道MOSFET(NMOS)構(gòu)造，則通常地NMOS開關(guān)的襯底必須連接到完全地電位。對(duì)于圖2中的選擇器210-1，局部最高電壓是Vc3，而對(duì)于圖2中的選擇器210-3，局部最高電壓是Vc1。
圖4示出了圖3中的電平轉(zhuǎn)移電路300-MP的示例性示意圖。示例性的電平轉(zhuǎn)移電路300-MP包括控制單元310和信號(hào)發(fā)生器320。由電源VDD供電，控制單元310在選擇端303從數(shù)字設(shè)備(在圖4中未示出)接收選擇信號(hào)。選擇信號(hào)典型地為數(shù)字信號(hào)，值0表示低電壓電平，而值1表示高電壓電平。當(dāng)在選擇端303上提供值1時(shí)，在線路302上的電壓將會(huì)被設(shè)定為高，而在線路304上的電壓將會(huì)被設(shè)定為低。類似地，當(dāng)在選擇端303上提供值0時(shí)，在線路302上的電壓將會(huì)被設(shè)定為低，而在線路304上的電壓將會(huì)被設(shè)定為高。在圖4中，控制單元310由第一反向器元件和第二反向器元件實(shí)現(xiàn)。第一反向器元件連接在選擇端303和線路304之間，并由金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)MP1和MN1組成。第二反向器元件連接在線路304和線路302之間，并由MOSFET MP2和MN2組成。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，該控制單元可以由其他常規(guī)電路來實(shí)現(xiàn)，且圖3中所示的控制單元310是用于舉例說明而非限制。
信號(hào)發(fā)生器320包括由MOSFET MP1A和MP1B組成的第一電流反射鏡，由MOSFET MP2A和MP2B組成的第二電流反射鏡，由MOSFET MN2A和MN2B組成的第三電流反射鏡，第一開關(guān)MNS1，第二開關(guān)MNS2，第一電流源MN1A和第二電流源MN2A。一般地，開關(guān)和電流源由圖4中所示的MOSFET構(gòu)成，但應(yīng)當(dāng)理解該MOSFET結(jié)構(gòu)可以由其他電路替換，只要實(shí)現(xiàn)了必要的功能。
第一開關(guān)MNS1的柵極端接收線路302上的電壓，且第二開關(guān)MNS2的柵極端接收線路304上的電壓。第一開關(guān)MNS1的源極端連接到第一電流源MN1A，且第一開關(guān)MNS1的漏極端連接到第一電流反射鏡。第二開關(guān)MNS2的源極端連接到第二電流源MN1B，且第二開關(guān)MNS2的漏極端連接到第二電流反射鏡。
在電源端305上，第一和第二電流反射鏡連接到圖3中所示的電池模塊2A。在電源端305上接收來自電池模塊2A的第一電壓信號(hào)。第一電壓信號(hào)提供電力給電平轉(zhuǎn)移電路300-MP。對(duì)于在選擇器210-2中的所有電平轉(zhuǎn)移電路，電源端連接到電池2A-N的正電極，在該正電極上有最高電壓Vc2。第一電壓信號(hào)具有等于Vc2的電壓電平。第三電流反射鏡連接到第一電流反射鏡，用于復(fù)制流經(jīng)第一電流反射鏡的電流。第三電流反射鏡還連接到電池模塊2A，用于接收在電平端307上的第二電壓信號(hào)。對(duì)于電平轉(zhuǎn)移電路300-MP，假設(shè)電平端307連接到測(cè)試電池的正電極，而該測(cè)試電池在正電極上具有a*Vcell1的電壓，則第二電壓信號(hào)具有等于a*Vcell1的電壓電平，其中Vcell1被定義為蓄電池組電池(battery cell)的校準(zhǔn)電壓。第三電流反射鏡還在輸出端309上連接到第二電流反射鏡，其中流過提供給圖3中的所連接的開關(guān)MP的控制信號(hào)，以確定所連接的開關(guān)MP的狀態(tài)?？刂菩盘?hào)的大小由第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)確定。
第一和第二電流源MN1A和MN1B還連接到電流端313，通過該電流端接收電流控制信號(hào)。電流控制信號(hào)控制電平轉(zhuǎn)移電路300-MP的靜態(tài)電流。
當(dāng)將值1提供給選擇端303時(shí)，如前所述，在線路302上的電壓開始被設(shè)定為高，而在線路304上的電壓被設(shè)定為低。因此，第一開關(guān)MNS1導(dǎo)通且第二開關(guān)MNS2關(guān)斷。來自第一電流源MN1A的靜態(tài)電流通過第一開關(guān)MNS1流入MOSFET MP1A。然后，第一和第三電流反射鏡被順序復(fù)制，靜態(tài)電流最后發(fā)送到MOSFET MN2B。由于MOSFET MN2B是導(dǎo)電的，所以在輸出端309上的電壓下推到在電平端307上的電壓，該電壓為a*Vcell1。如圖2中所示，電平轉(zhuǎn)移電路300-MP連接到開關(guān)MP的控制端，該開關(guān)MP通常由MOSFET構(gòu)成。假設(shè)開關(guān)MP是PMOS，則認(rèn)為輸出端309連接到開關(guān)MP的柵極端，且開關(guān)MP的源極端連接到電池2A-M的正電極，在該正電極上的電壓由m*Vcell1定義。因此，當(dāng)將值1提供給選擇端303時(shí)，開關(guān)MP的柵源極電壓根據(jù)公式(3)計(jì)算Vgs(m)＝(a-m)*Vcell1(3)其中，開關(guān)MP的柵源極電壓被定義為Vgs(m)。由于根據(jù)公式(3)計(jì)算得到柵源極電壓，開關(guān)MP導(dǎo)通，且因而選擇電池2A-M的正電極。
當(dāng)將值0提供給選擇端303時(shí)，如前所述，在線路302上的電壓被設(shè)定為低，而在線路304上的電壓被設(shè)定為高。結(jié)果，第一開關(guān)MNS1關(guān)斷，且第二開關(guān)MNS2接通。來自第二電流源MN1B的靜態(tài)電流通過第二開關(guān)MNS2流入MOSFET MP2A。然后，通過第二電流反射鏡將靜態(tài)電流復(fù)制到MOSFETMP2B。由于MOSFET MP2B是導(dǎo)電的，所以在輸出端309上的電壓逼近在電源端305上的等于Vc2的電壓。類似地，假設(shè)開關(guān)MP是PMOS，則可以斷定當(dāng)將值0提供給選擇端303時(shí)，開關(guān)MP的柵源極電壓根據(jù)公式(4)計(jì)算Vgs(m)＝Vc2-m*Vcells(4)由于根據(jù)公式(4)計(jì)算得到柵源極電壓，開關(guān)MP關(guān)斷，且因而隔離電池2A-M的正電極。
對(duì)于開關(guān)MP，通過在公式(3)中設(shè)定合適的“a*Vcell1”，容易在安全范圍內(nèi)獲得柵源極電壓。也就是說，通過將電平端307連接到電池模塊2A的適當(dāng)?shù)碾妷荷?，將保證柵源極電壓在安全范圍內(nèi)。關(guān)于公式(4)，柵源極電壓穩(wěn)定地處于安全范圍內(nèi)。由于可以將開關(guān)MP的柵源極電壓調(diào)整成總是處于安全范圍內(nèi)，所以由常規(guī)高壓CMOS處理工藝生產(chǎn)的開關(guān)的低柵源極擊穿電壓將不會(huì)對(duì)電壓檢測(cè)裝置的應(yīng)用施加限制。類似地，對(duì)于選擇器210-1、210-2及210-3中的其他開關(guān)，可以推導(dǎo)出類似公式(3)和(4)的公式。而且，在上文中，公式(3)和(4)是在開關(guān)MP為PMOS的假設(shè)基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，也可以采用NMOS，且在其中相似地可以推導(dǎo)關(guān)于柵源極電壓的計(jì)算公式。
必須理解其他類型的電平轉(zhuǎn)移電路也可以實(shí)現(xiàn)相同的功能。在此的電平轉(zhuǎn)移電路的公開實(shí)施例是為了解釋說明，而不是限制性的。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池電壓檢測(cè)的流程圖。在下文中將要描述電壓檢測(cè)裝置200如何檢測(cè)電池1A-1至3A-N的電池電壓。
首先，在步驟501，由數(shù)字設(shè)備選擇預(yù)定的電池，且在后續(xù)步驟中將檢測(cè)該預(yù)定電池的電壓。在此為了描述方便，將預(yù)定電池假設(shè)為電池2A-M。
接著，步驟503和505旨在獲得校準(zhǔn)電壓，以消除檢測(cè)器緩沖器220中的共模誤差。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，運(yùn)算放大器209的準(zhǔn)確性被共模誤差削弱，從而電壓檢測(cè)裝置200的準(zhǔn)確性也降低。為了增加準(zhǔn)確性，有必要消除來自運(yùn)算放大器209的輸出的共模誤差。
在步驟503，當(dāng)開關(guān)MP和(M+1)N在電平轉(zhuǎn)移電路300-MP和300-(M+1)N的控制下分別接通時(shí)，共模電壓被選出。這里的開關(guān)(M+1)N連接到電池2A-(M+1)的負(fù)電極，該電池與電池2A-M相鄰。以此方式，將在電池2A-M的正電極上的電壓提供給運(yùn)算放大器209的非反相端，繼而順序經(jīng)過開關(guān)MP、線路204和第一電阻205。其間，如圖3中所示，將在電池2A-M的正電極或者電池2A-(M+1)的負(fù)電極上的電壓也提供給運(yùn)算放大器209的反相端，繼而順序經(jīng)過開關(guān)(M+1)N、線路206和第二電阻207。也就是說，將共模電壓提供給在檢測(cè)器緩沖器220中的運(yùn)算放大器209。類似地，通過將在電池2A-M的負(fù)電極上的電壓同時(shí)地傳送給運(yùn)算放大器209的非反相端和反相端，也可以獲取共模電壓。然后在步驟505中，當(dāng)運(yùn)算放大器209接收到共模電壓時(shí)，在運(yùn)算放大器209的輸出端上輸出校準(zhǔn)電壓。校準(zhǔn)電壓表示在運(yùn)算放大器209的輸出上的共模誤差。接下來由數(shù)據(jù)處理單元230接收校準(zhǔn)電壓并進(jìn)行處理。
在獲得校準(zhǔn)電壓后，電壓檢測(cè)裝置200開始檢測(cè)預(yù)定電池2A-M的電壓。在步驟507中，當(dāng)開關(guān)MP和MN在電平轉(zhuǎn)移電路300-MP和300-MN的控制下分別接通時(shí)，預(yù)定電池2A-M的電池電壓被選出。以此方式，將在電池2A-M的正電極上的電壓提供給運(yùn)算放大器209的非反相端，繼而順序經(jīng)過開關(guān)MP、線路204和第一電阻205。其間，將在電池2A-M的負(fù)電極上的電壓也提供給運(yùn)算放大器209的反相端，繼而順序經(jīng)過開關(guān)MN、線路206和第二電阻207。然后在步驟509，根據(jù)在非反相端和反相端上的輸入，運(yùn)算放大器209在輸出端輸出中間電壓。然而，如前所述，中間電壓包括共模誤差。步驟511就是用于消除共模誤差，且獲得表示預(yù)定電池2A-M的電壓的電壓值。在由數(shù)據(jù)處理單元230接收中間電壓并處理出來之后，通過從處理過的中間電壓中減去處理過的校準(zhǔn)電壓而計(jì)算出電壓值。在獲取該電壓值后，顯示單元113最后在顯示屏上顯示該電壓值。
上述的電壓檢測(cè)裝置可以應(yīng)用到各種不同的電子系統(tǒng)中。圖6是示例性的電子系統(tǒng)600，其包括電池組601、電子設(shè)備603、電壓檢測(cè)裝置200和數(shù)字設(shè)備605。電池組601由多個(gè)電池組成，其能夠?qū)㈦娏μ峁┙o電子設(shè)備603。電子設(shè)備603可以是電動(dòng)汽車、便攜式計(jì)算機(jī)、電子照相機(jī)等。電池組601還耦接到電壓檢測(cè)裝置200，該電壓檢測(cè)裝置200能夠檢測(cè)電池組601中的每個(gè)電池的電壓。數(shù)字設(shè)備605也連接到電壓檢測(cè)裝置200，用于確定要檢測(cè)的預(yù)定的電池。在確定預(yù)定電池后，數(shù)字設(shè)備605將選擇信號(hào)發(fā)送到電壓檢測(cè)裝置200，且響應(yīng)于該選擇信號(hào)，電壓檢測(cè)裝置200測(cè)量預(yù)定電池的電池電壓。根據(jù)本發(fā)明，由于在電平轉(zhuǎn)移電路的控制下保證了每個(gè)開關(guān)的柵源極電壓處于安全范圍內(nèi)，所以在電壓檢測(cè)裝置中的開關(guān)沒有對(duì)電壓檢測(cè)裝置的應(yīng)用施加限制。
在運(yùn)行中，電壓檢測(cè)裝置200可以檢測(cè)在便攜式計(jì)算機(jī)、電子照相機(jī)等中使用的電池1A-1至3A-N的電池電壓。為了檢測(cè)預(yù)定電池的電壓，首先將電池1A-1至3A-N分成多個(gè)電池模塊，例如電池模塊1A、2A和3A。每個(gè)電池模塊連接到選擇器，用于選擇預(yù)定的電池。
選擇器包括開關(guān)箱和開關(guān)控制器。開關(guān)控制器從所連接的電池模塊接收電壓信號(hào)，并從數(shù)字設(shè)備接收選擇信號(hào)。根據(jù)該電壓信號(hào)和選擇信號(hào)，開關(guān)控制器生成具有預(yù)定幅值大小的控制信號(hào)。在該控制信號(hào)的控制下，開關(guān)箱選擇出預(yù)定電池。同時(shí)，控制信號(hào)的預(yù)定幅值確保了開關(guān)箱正常運(yùn)行。
當(dāng)預(yù)定電池被選出時(shí)，選擇器將預(yù)定電池的電池電壓提供給檢測(cè)器緩沖器和處理單元，以獲得表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值。
此處使用的術(shù)語和措詞被用作說明性術(shù)語而非限制性的，并且在使用這樣的術(shù)語和措詞時(shí)，并不意圖排除任何所示的和所述的(或其部分)特征的等價(jià)物，并且可以認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種修改是可以的。其他的修改、變化以及替換也是可以的。因此，權(quán)利要求書試圖覆蓋上述所有的等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.一種用于電池組的電壓檢測(cè)裝置，電池組具有多個(gè)電池模塊，每個(gè)電池模塊都包括多個(gè)串聯(lián)的電池，每個(gè)電池都具有正電極和負(fù)電極，其特征在于，所述電壓檢測(cè)裝置包括多個(gè)選擇器，每個(gè)選擇器都耦接到多個(gè)電池模塊中的一個(gè)，用于確定預(yù)定電池，并從其耦接的電池模塊接收第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)；耦接到多個(gè)選擇器的檢測(cè)器緩沖器，用于接收預(yù)定電池的電池電壓并提供中間電壓，檢測(cè)器緩沖器具有反相端和非反相端；以及耦接到檢測(cè)器緩沖器的數(shù)據(jù)處理電路，用于處理中間電壓，以獲得表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述每個(gè)選擇器還包括開關(guān)箱，用于選擇預(yù)定電池并提供預(yù)定電池的電池電壓，該開關(guān)箱具有多個(gè)開關(guān)，每個(gè)奇數(shù)的開關(guān)都耦接到在耦接的電池模塊中的多個(gè)電池中的一個(gè)的正電極，且每個(gè)偶數(shù)開關(guān)都耦接到在耦接的電池模塊中的多個(gè)電池中的一個(gè)的負(fù)電極；以及多個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路，每個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路都從耦接的電池模塊接收第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)，且每個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路都耦接到多個(gè)開關(guān)之一，用于將控制信號(hào)提供給耦接的開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述其中當(dāng)分別耦接到預(yù)定電池的正電極和負(fù)電極的奇數(shù)和偶數(shù)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，預(yù)定電池被選出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述每個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路接收選擇信號(hào)并根據(jù)選擇信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制耦接的開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述控制信號(hào)具有一幅值且該幅值由第一和第二電壓信號(hào)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述每個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路還包括電源端和電平端，電源端耦接到在耦接的電池模塊中的第一電池的正電極，以接收第一電壓信號(hào)，而電平端耦接到在耦接的電池模塊中的第二電池的正電極，以接收第二電壓信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一電池具有在耦接的電池模塊中的最高電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述每個(gè)開關(guān)還包括第一端、第二端和控制端，每個(gè)奇數(shù)開關(guān)的第一端都連接到多個(gè)電池中的一個(gè)的正電極，每個(gè)偶數(shù)開關(guān)的第一端都連接到多個(gè)電池中的一個(gè)負(fù)電極，每個(gè)奇數(shù)開關(guān)的第二端都連接到第一節(jié)點(diǎn)，每個(gè)偶數(shù)開關(guān)的第二端都連接到第二節(jié)點(diǎn)，以及每個(gè)開關(guān)的控制端都接收控制信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，其中在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的電壓差是預(yù)定電池的電池電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述多個(gè)開關(guān)中的一個(gè)是P-MOSFET，且P-MOSFET的襯底連接到在耦接的電池模塊中的最高電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，所述開關(guān)箱還將共模電壓提供給檢測(cè)器緩沖器，用于校準(zhǔn)表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電壓檢測(cè)裝置，其特征在于，其中當(dāng)在預(yù)定電池的預(yù)定電極上的電壓被通過開關(guān)箱發(fā)送到檢測(cè)器緩沖器的非反相端和反相端上時(shí)，就獲得了共模電壓。
13.一種用于在電池組中檢測(cè)每個(gè)電池的電壓的方法，該電池組具有多個(gè)串聯(lián)的電池，其特征在于，包括以下步驟1)生成多個(gè)控制信號(hào)，每個(gè)控制信號(hào)都具有可調(diào)的幅值；2)在多個(gè)控制信號(hào)的控制下選擇預(yù)定電池，該預(yù)定電池具有電池電壓；3)基于預(yù)定電池的電池電壓獲得中間電壓；以及4)根據(jù)中間電壓獲得表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括在獲得表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值之前將中間電壓從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述生成多個(gè)控制信號(hào)的步驟還包括以下步驟將多個(gè)電池分成多個(gè)電池模塊；從包括預(yù)定電池的預(yù)定電池模塊獲得第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)；提供選擇信號(hào)；以及基于選擇信號(hào)、第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)產(chǎn)生具有預(yù)定幅值的控制信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述選擇預(yù)定電池的步驟還包括以下步驟提供多個(gè)控制信號(hào)給多個(gè)開關(guān)；以及在多個(gè)控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通開關(guān)，這些開關(guān)耦接到預(yù)定電池。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟提供共模電壓；以及基于共模電壓校準(zhǔn)表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供共模電壓的步驟還包括以下步驟導(dǎo)通耦接在預(yù)定電池的預(yù)定電極和檢測(cè)器緩沖器的反相端之間的第一開關(guān)；以及導(dǎo)通耦接在預(yù)定電池的預(yù)定電極和檢測(cè)器緩沖器的非反相端之間的第二開關(guān)。
19.一種電子系統(tǒng)，其特征在于，包括電池模塊，其具有多個(gè)串聯(lián)的電池，這多個(gè)串聯(lián)的電池被分成多個(gè)電池模塊；電子設(shè)備，其連接在電池模塊上并由電池模塊供電；數(shù)字設(shè)備，其能夠從多個(gè)電池中預(yù)先確定一個(gè)電池并提供選擇信號(hào)；以及電壓檢測(cè)裝置，其耦接到數(shù)字設(shè)備上用于接收選擇信號(hào)，且耦接到電池模塊上用于根據(jù)選擇信號(hào)選擇預(yù)定電池，并檢測(cè)預(yù)定電池的電壓，該電壓檢測(cè)裝置包括多個(gè)開關(guān)箱和多個(gè)開關(guān)控制器，每個(gè)開關(guān)箱都耦接到多個(gè)電池模塊中的一個(gè)，且每個(gè)開關(guān)控制器都耦接到多個(gè)電池模塊中的一個(gè)，用于接收電壓信號(hào)，每個(gè)開關(guān)控制器還都耦接到多個(gè)開關(guān)箱中的一個(gè)，用于提供控制信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號(hào)確定每個(gè)開關(guān)箱的狀態(tài)，以選擇預(yù)定電池。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號(hào)的幅值保證每個(gè)開關(guān)箱都正常工作。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述來自耦接的電池模塊的電壓信號(hào)確定控制信號(hào)的幅值。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于檢測(cè)電池組電壓的裝置和方法。該電壓檢測(cè)裝置包括用于提供預(yù)定電池的電池電壓的多個(gè)選擇器，用于接收預(yù)定電池的電池電壓并提供中間電壓的檢測(cè)器緩沖器，用于處理中間電壓以獲得表示預(yù)定電池的電池電壓的電壓值的數(shù)據(jù)處理電路，其中每個(gè)選擇器都包括多個(gè)開關(guān)和多個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路，每個(gè)開關(guān)都由多個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路中的一個(gè)控制。每個(gè)電平轉(zhuǎn)移電路都可針對(duì)某個(gè)特定的開關(guān)產(chǎn)生特定的控制電壓，以保證其所控制的開關(guān)運(yùn)行在安全的柵源極電壓、源極－襯底電壓以及反向偏置的體二極管范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101093245SQ200710110758
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者栗國星, 王偉 申請(qǐng)人:美國凹凸微系有限公司