專利名稱：電池遙測(cè)采樣和保持放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的實(shí)施例大體涉及電池組電池遙測(cè)。更具體地，本公開的實(shí)施例涉及針對(duì)電池組電池電壓平衡的電池遙測(cè)。
背景技術(shù)：
以高于單個(gè)電池可以提供的電壓運(yùn)行的鋰離子電池組一般包括多個(gè)電池。當(dāng)經(jīng)歷由于過量充電或充電不足引起的過電壓或欠電壓狀況時(shí)，鋰離子電池組電池可能不能最優(yōu)地起作用。在電池組的壽命中，一個(gè)電池組電池可以產(chǎn)生相對(duì)于其他電池組電池更高或更低地失配的內(nèi)漏電阻。久而久之，漏電流中的失配可能引起一個(gè)或更多個(gè)電池組電池過量充電或者充電不足。過量充電電池組電池可以由于高的電池溫度而導(dǎo)致非最優(yōu)條件，高的電池溫度可能導(dǎo)致電池的非最優(yōu)運(yùn)行。將電池組電池放電到零伏或者零安培-小時(shí)的儲(chǔ)能可能使電池組電池不起作用。

發(fā)明內(nèi)容
公開了用于電池遙測(cè)的系統(tǒng)和方法。通過使用電壓鉗位機(jī)構(gòu)平衡伏特-秒 (volt-seconds)，采樣變壓器中的平均磁化電流被迫到零安培。此外，脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)被觸發(fā)，并且電壓鉗位機(jī)構(gòu)大體同時(shí)被停用。之后，脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)被停用，并且電壓鉗位機(jī)構(gòu)大體同時(shí)被觸發(fā)。各電路根據(jù)時(shí)鐘交替。以此方式，在高電壓源上浮動(dòng)的小電壓被準(zhǔn)確地測(cè)量。在第一實(shí)施例中，電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)包括采樣變壓器、耦合至采樣變壓器的脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和耦合至采樣變壓器的電壓鉗位機(jī)構(gòu)。電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)還包括耦合至脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和電壓鉗位機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置和耦合至采樣變壓器的同步采樣開關(guān)。電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)還包括耦合至脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)、電壓鉗位機(jī)構(gòu)和同步采樣開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)裝置能夠運(yùn)行以驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和電壓鉗位機(jī)構(gòu)。電壓鉗位機(jī)構(gòu)能夠運(yùn)行以平衡伏特-秒并使采樣變壓器中的平均磁化電流為大約零安培。同步采樣開關(guān)能夠運(yùn)行以將采樣變壓器電耦合至采樣電容器。驅(qū)動(dòng)電路能夠運(yùn)行以同時(shí)接通脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)，并且同時(shí)斷開電壓鉗位機(jī)構(gòu)。在第二實(shí)施例中，用于電池遙測(cè)的方法包括通過使用電壓鉗位機(jī)構(gòu)平衡伏特-秒來使采樣變壓器中的平均磁化電流為大約零安培。該方法還包括觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)，并且基本同時(shí)地停用電壓鉗位機(jī)構(gòu)。在第三實(shí)施例中，用于使用電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的方法在采樣變壓器的輸入處接收來自電池組電池的電流。該方法還通過使用電壓鉗位裝置平衡伏特-秒來使采樣變壓器中的平均磁化電流為大約零安培。該方法還觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)，并且大體同時(shí)停用電壓鉗位裝置。提供此概述以簡(jiǎn)化形式介紹在下面的具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述的方案選擇。此概述不意欲指出要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不意欲被用來輔助確定要求保護(hù)的主題的范圍。


可以通過在結(jié)合附圖考慮時(shí)參考具體實(shí)施方式
和權(quán)利要求，來更完整地理解本公開的實(shí)施例，其中在整個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記指類似的元件。提供附圖以便于理解本公開，而不限制本公開的寬度、范圍、級(jí)別或適用性。附圖不必按比例制圖。圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的功能性框圖的圖示說明。圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的圖示說明。圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的圖示說明。圖4是根據(jù)本公開的實(shí)施例的圖2的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的示例性增益曲線圖的圖示說明。圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施例的圖2的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的遙測(cè)(TM)電壓分析結(jié)果的示例性表格的圖示說明。圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施例的圖2的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的示例性誤差分析表格的圖示說明。圖7是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的電池遙測(cè)過程的示例性流程圖的圖示說明。圖8是示出用于使用根據(jù)本公開的實(shí)施例的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的過程的示例性流程圖的圖示說明。
具體實(shí)施例方式以下的具體實(shí)施方式
本質(zhì)上是示例性的并且不意欲限制本公開或者本應(yīng)用以及本公開的實(shí)施例的使用。具體設(shè)備、技術(shù)和應(yīng)用的描述僅被提供作為示例。對(duì)此處描述的示例的修改對(duì)于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將是顯而易見的，并且此處限定的基本原理可以被應(yīng)用到其他示例和應(yīng)用，而不脫離本公開的主旨和范圍。此外，不意欲通過前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下面的具體實(shí)施方式
中出現(xiàn)的任何表達(dá)的或者暗含的理論來劃界。本公開應(yīng)該與權(quán)利要求的范圍一致，并且不限于此處描述和示出的示例。在此根據(jù)功能性和/或邏輯塊組件和各種處理步驟來描述本公開的實(shí)施例。應(yīng)該意識(shí)到，這些塊組件可以通過被配置成執(zhí)行特定功能的任意數(shù)量的硬件、軟件和/或固件組件來實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)明，涉及放大器、采樣和保持電路、遙測(cè)、電池組電池電壓測(cè)量和系統(tǒng)的其他功能方面(和系統(tǒng)的單獨(dú)運(yùn)行組件)的常規(guī)的技術(shù)和組件可以在這里不詳細(xì)描述。另外，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將意識(shí)到本公開的實(shí)施例可以連同各種電路一起實(shí)施，并且此處描述的實(shí)施例僅是本公開的示例實(shí)施例。此處，在實(shí)際的非限制性應(yīng)用即鋰離子電池組電池電壓測(cè)量的背景下，描述了本公開的實(shí)施例。然而，本公開的實(shí)施例不限于這種鋰離子電池組，并且此處描述的技術(shù)還可以被用在其他應(yīng)用中。例如但不限于，實(shí)施例可以適用于鋰離子電池組電池、鋰聚合物電池組電池、鋰硫電池組電池、燃料電池、其他電池類型、其他可再充電電池組類型等等。
如在閱讀本描述之后對(duì)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員顯而易見的，下面是本公開的示例和實(shí)施例，并且不被限制為根據(jù)這些示例運(yùn)行。其他實(shí)施例也可以被利用并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性變化，而不脫離本公開的示例性實(shí)施例的范圍。 采樣和保持電路是通常被用來測(cè)量變化的模擬信號(hào)的電壓的電子設(shè)備。采樣和保持電路采樣變化的模擬信號(hào)以獲得電壓采樣，并保持該電壓采樣用于測(cè)量。采樣和保持電路通常被用在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中以測(cè)量低能量電子信號(hào)。此公開的實(shí)施例提供了一種采樣和保持電路，其能夠運(yùn)行以準(zhǔn)確地測(cè)量來自高電壓源的電壓，例如但不限于鋰離子電池組電池。圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)100(系統(tǒng) 100)的功能性框圖的圖示說明。系統(tǒng)100包括采樣變壓器102、脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104、電壓鉗位機(jī)構(gòu)106、驅(qū)動(dòng)裝置108、同步采樣開關(guān)110和驅(qū)動(dòng)電路112。采樣變壓器102被耦合到外部電壓源，例如但不限于電池組電池116、其他電池組電池140等等。電池組電池116和其他電池組電池140可以包括例如但不限于鋰電池組等等。采樣變壓器102還被耦合到外部電路(未示出)，該外部電路能夠運(yùn)行以例如但不限于使用采樣變壓器102測(cè)量的電壓。采樣變壓器102測(cè)量的電壓被儲(chǔ)存在采樣電容器118 上。外部電路可以包括例如但不限于電池平衡電路等，該電池平衡電路被用來平衡鋰離子電池組中的電池的電壓。采樣變壓器102還被耦合到脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104、電壓鉗位機(jī)構(gòu)106 和同步采樣開關(guān)110。在脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104、電壓鉗位機(jī)構(gòu)106和同步采樣開關(guān)110的控制下，采樣變壓器102在采樣變壓器輸出122上提供第一電池組電池輸出120上的電壓(即， 120與1 之間的電壓)，具有高準(zhǔn)確性并且最小電流通過采樣變壓器102。以此方式，電池組電池116的電壓可以通過測(cè)量采樣變壓器102的輸出來被準(zhǔn)確地控制/測(cè)量，如在圖 3討論的情況下更詳細(xì)地解釋的。脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104通過公共節(jié)點(diǎn)IM被耦合到電壓鉗位機(jī)構(gòu)106和采樣變壓器 102。脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104還通過驅(qū)動(dòng)線1 被耦合到驅(qū)動(dòng)裝置108并由驅(qū)動(dòng)裝置108驅(qū)動(dòng)。 脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104根據(jù)由時(shí)鐘114的第一相位引起的觸發(fā)和停用而選擇性地允許電流從第一電池組電池輸出120(采樣變壓器102的輸入120)并且穿過采樣變壓器102流動(dòng)到第二電池組電池輸出128。電壓鉗位機(jī)構(gòu)106通過公共節(jié)點(diǎn)IM被耦合到脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104和采樣變壓器 102。電壓鉗位機(jī)構(gòu)106還通過驅(qū)動(dòng)線142被耦合到驅(qū)動(dòng)裝置108并由驅(qū)動(dòng)裝置108驅(qū)動(dòng)。 電壓鉗位機(jī)構(gòu)106被接地到第二電池組電池輸出128。電壓鉗位機(jī)構(gòu)106能夠運(yùn)行以平衡伏特-秒，并強(qiáng)制采樣變壓器102中的平均磁化電流到大約零安培。驅(qū)動(dòng)裝置108通過驅(qū)動(dòng)線1 被耦合到脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104并通過驅(qū)動(dòng)線142耦合至電壓鉗位機(jī)構(gòu)106。驅(qū)動(dòng)裝置108根據(jù)由時(shí)鐘114的第一相位引起的觸發(fā)和停用而驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104以控制采樣變壓器102。驅(qū)動(dòng)裝置108根據(jù)由時(shí)鐘114的第二相位引起的觸發(fā)和停用而驅(qū)動(dòng)電壓鉗位機(jī)構(gòu)106以控制采樣變壓器102。時(shí)鐘114的第二相位基本與時(shí)鐘114的第一相位異相。驅(qū)動(dòng)裝置108可以包括例如但不限于變壓器，該變壓器包括一個(gè)初級(jí)繞組(第一電感線圈)(未示出)和至少一個(gè)次級(jí)繞組(第二電感線圈)(未示出)，初級(jí)繞組耦合在驅(qū)動(dòng)電路112的第一輸出130與公共接地點(diǎn)132之間，次級(jí)繞組耦合在驅(qū)動(dòng)線1 與第二電池組輸出1 之間。至少一個(gè)次級(jí)繞組還可以被耦合在驅(qū)動(dòng)線142 與第二電池組輸出1 之間?？商鎿Q地，至少一個(gè)次級(jí)繞組的兩個(gè)次級(jí)繞組中的一個(gè)還可以通過驅(qū)動(dòng)線142被耦合到電壓鉗位機(jī)構(gòu)106。同步采樣開關(guān)110被耦合到驅(qū)動(dòng)電路112的第二輸出134和采樣變壓器102的第二線圈輸出136。同步采樣開關(guān)110還被接地到公共接地點(diǎn)132。同步采樣開關(guān)110根據(jù)由時(shí)鐘114的第一相位引起的觸發(fā)和停用而將采樣變壓器102電耦合到采樣電容器118和使采樣變壓器102與采樣電容器118電解耦。當(dāng)同步采樣開關(guān)110被時(shí)鐘114的第一相位觸發(fā)時(shí)，同步采樣開關(guān)110將采樣變壓器102耦合到公共接地點(diǎn)132，并且電流可以通過采樣變壓器102的第二線圈輸出136并在其控制下流動(dòng)到公共接地點(diǎn)132或者從公共接地點(diǎn)132流動(dòng)，并且流動(dòng)到采樣電容器118或從采樣電容器118流動(dòng)。以此方式，采樣變壓器102被電耦合到采樣電容器118。當(dāng)同步采樣開關(guān)110被時(shí)鐘114的第一相位停用時(shí)，同步采樣開關(guān)110將采樣變壓器102與公共接地點(diǎn)132解耦，并且電流可以不通過采樣變壓器102的第二線圈輸出136流動(dòng)到公共接地點(diǎn)132或從公共接地點(diǎn)132流動(dòng)，并流動(dòng)到采樣電容器118或從采樣電容器118流動(dòng)。以此方式，采樣變壓器102從采樣電容器118解耦。驅(qū)動(dòng)電路112被耦合到驅(qū)動(dòng)裝置和同步采樣開關(guān)，并且能夠運(yùn)行以根據(jù)由時(shí)鐘114的第一相位引起的觸發(fā)和停用而同時(shí)接通脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104和同步采樣開關(guān)110，同時(shí)斷開電壓鉗位機(jī)構(gòu)106。此外，驅(qū)動(dòng)電路112能夠運(yùn)行以根據(jù)由時(shí)鐘114的第二相位引起的觸發(fā)和停用而大體同時(shí)斷開脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104和同步采樣開關(guān)110，同時(shí)斷開電壓鉗位機(jī)構(gòu)106。驅(qū)動(dòng)電路112可以通過導(dǎo)線138耦合到時(shí)鐘114。時(shí)鐘114可以包括例如但不限于單相位時(shí)鐘、雙相位時(shí)鐘等等。雙相位時(shí)鐘是其信號(hào)在兩個(gè)不同的信號(hào)相位中起作用的時(shí)鐘。例如，通過例如但不限于將信號(hào)耦合到CMOS電路的互補(bǔ)柵極(complimentary gate)、將信號(hào)相位時(shí)鐘耦合到變壓器并使用可交替極性連接等等而使用時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿，單相位時(shí)鐘信號(hào)可以被用作雙相位時(shí)鐘。時(shí)鐘114可以包括例如但不限于單相位時(shí)鐘，并且雙相位功能可經(jīng)由到驅(qū)動(dòng)裝置TXl的耦合連接得到，如下面將關(guān)于圖3的討論而描述的。圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)200的圖示說明。電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)200包括電池遙測(cè)采樣和保持放大器電路202 (S/H電路202)、電池組204和時(shí)鐘電路206。時(shí)鐘電路206可以包括例如但不限于大約5%、大約10%、大約20%等等的占空比。電池組204包括電壓為例如但不限于大約100V等的組合電壓的一組電池組電池。電池組204包括表示該組電池組電池的兩個(gè)電壓源。第一源表示將由S/H電路202測(cè)量的電池Vcell。第二源Vcm表示一組25個(gè)串聯(lián)連接的電池。電池Vcell可以包括例如但不限于大約4V等的電壓。電池Vcell可以通過導(dǎo)線208/210被耦合到S/H電路202，導(dǎo)線208/210分別包括例如但不限于大約1歐姆等的電阻Rl和R10。導(dǎo)線208/210之間的電容C7可以包括但不限于大約IOuF等。S/H電路202包括采樣變壓器(TX2)、脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FET Q10)、電壓鉗位機(jī)構(gòu)^jll和Cl)、用于驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FET Q10)的驅(qū)動(dòng)裝置(TX1)、同步采樣開關(guān)0)9)和驅(qū)動(dòng)電路(Vclk)。S/H電路202可以具有與圖1的實(shí)施例類似的功能、材料和結(jié)構(gòu)。因此，在此不再贅述共同的特征、功能和元件。來自驅(qū)動(dòng)電路Vclk的窄時(shí)鐘脈沖由驅(qū)動(dòng)裝置TXl變壓器耦合到QlO和Qll以大體同時(shí)接通QlO和斷開Q11。窄時(shí)鐘脈沖被電容地(即，經(jīng)由C3)耦合到Q9，并且被DC恢復(fù)(即，經(jīng)由R14、R8和Q4)以施加驅(qū)動(dòng)電壓到Q9，使得Q9與QlO同時(shí)接通。當(dāng)Q9和QlO 被接通時(shí)，電池電壓被施加到采樣變壓器TX2的初級(jí)繞組P1。采樣變壓器TX2的次級(jí)繞組 Sl被耦合到電容器C5，并且將電池遙測(cè)電壓CELL_TM充電到等于電池電壓Vcell的電壓。當(dāng)時(shí)鐘脈沖為低時(shí)，Q9和QlO被斷開并且Qll被接通。在穩(wěn)態(tài)下(很多窄時(shí)鐘脈沖之后)，電容器Cl兩端的平均電壓增加到一電壓，該電壓基本準(zhǔn)確地平衡施加到采樣變壓器TX2的初級(jí)繞組Pl的伏特-秒(volt-seconds)。當(dāng)伏特-秒的平衡發(fā)生時(shí)，采樣變壓器TX2中的磁化電流穩(wěn)定到接近零的電流。因此，由于平均磁化電流為零，由在與各種寄生電阻中流動(dòng)的磁化電流引起的錯(cuò)誤可以忽略，該寄生電阻與從電池組電池到采樣變壓器 TX2的初級(jí)繞組的“接通”時(shí)間通道有關(guān)。由于電容器Cl上的電壓自調(diào)節(jié)以保持近似“零”磁化電流，錯(cuò)誤沒有明顯地受到采樣變壓器TX2、開關(guān)頻率或電池電壓Vcell的幅值的影響。此外，Vcell可以是略副的或正的，并且準(zhǔn)確性不受影響。FET Q9、Q10、Q11中的每一個(gè)均可以包括用于從它們各自的柵極去除DC偏壓的電路。例如但不限于，Q9可以被耦合到電阻器R8和R14以及FET Q4，以從Q9和C3去除DC 偏壓，使得Q9合適地響應(yīng)來自時(shí)鐘電路206的時(shí)鐘信號(hào)。QlO可以例如但不限于被耦合到電阻器R9和Rll以及FET Q8以去除DC偏壓，使得QlO合適地響應(yīng)來自變壓器TXl的次級(jí)繞組Sl的時(shí)鐘信號(hào)。Qll可以例如但不限于被耦合到電阻器R2和R6以去除DC偏壓，使得 Qll合適地響應(yīng)來自變壓器TXl的次級(jí)繞組Sl的時(shí)鐘信號(hào)。S/H電路202的電阻器R1、R2、R3、R6、R8、R9、R10、R11和R14可以具有以下電阻， 例如但不限于大約1 Ω (歐姆)的R1、大約IkQ (千歐姆)的R2、大約100 Ω的R3、大約 IOOkQ的R6、大約IOOkQ的R8、大約20k Ω的R9、大約1Ω的RlO、大約10 Ω的Rll和大約IOkQ的R14。S/H電路202的電容器Cl、C2、C3、C4、C5、C6和C7可以具有以下電容， 例如但不限于大約470nF的Cl、大約IOOpF的C2、大約500pF的C3、大約InF的C4、大約 IOOnF的C5、大約470nF的C6和大約IOuF的C7。圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)300的圖示說明。電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)300包括電池遙測(cè)采樣和保持放大器電路302 (S/H 電路302)、電池組304和時(shí)鐘電路306。時(shí)鐘電路306可以具有例如但不限于大約5%、大約10、大約20%等等的占空比。 時(shí)鐘電路306經(jīng)由電容器C6和電阻器R3被電容地耦合到變壓器TXl的初級(jí)繞組Pl。電容器C6和電阻器R3可以分別具有例如但不限于470nF的電容和100歐姆的電阻。變壓器TXl的次級(jí)繞組S2與變壓器TXl的初級(jí)繞組Pl同相耦合，并且經(jīng)由柵極 QlOG和源極QlOS同相耦合到脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FETQlO)。以此方式，變壓器TXl的次級(jí)繞組 S2能夠運(yùn)行以基本將來自時(shí)鐘電路306的時(shí)鐘信號(hào)傳遞到與時(shí)鐘信號(hào)基本同相(第一相位)的脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FET Q10)。變壓器TXl的次級(jí)繞組Sl被同相耦合到變壓器TXl的初級(jí)繞組P1，并且經(jīng)由柵極 QllG和源極QllS被同相耦合到電壓鉗位機(jī)構(gòu)0)11和Cl)。以此方式，變壓器TXl的次級(jí)繞組Sl能夠運(yùn)行以基本將來自時(shí)鐘電路306的時(shí)鐘信號(hào)傳遞到具有與時(shí)鐘信號(hào)基本反向的相位(第二相位)的電壓鉗位機(jī)構(gòu)toil和Cl)。
時(shí)鐘電路306還被(同相)耦合到FET Q9，F(xiàn)ET Q9耦合在變壓器TX2的次級(jí)繞組S1(S卩，在漏極Q9D)與地之間。以此方式，脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FET Q10)被來自時(shí)鐘電路306的時(shí)鐘信號(hào)同相觸發(fā)，其允許采樣變壓器TX2與來自時(shí)鐘電路306的時(shí)鐘信號(hào)同相操作。通過具有例如但不限于大約10%的短占空比，來自時(shí)鐘電路306的時(shí)鐘信號(hào)可以包括觸發(fā)采樣變壓器TX2非常短時(shí)間段的脈沖。電池組304包括電壓為例如但不限于大約100V等的組合電壓的一組電池組電池。電池組304包括表示該組電池組電池的兩個(gè)電壓源。第一源表示將由S/H電路302測(cè)量的電池Vcelll。第二源Vcell2表示一組25個(gè)串聯(lián)連接的電池。電池Vcelll可以包括例如但不限于大約4V等的電壓。S/H電路302包括采樣變壓器(TX2)、脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FET Q10)、電壓鉗位機(jī)構(gòu)^jll和Cl)、用于驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)的驅(qū)動(dòng)裝置、同步采樣開關(guān)^!9)和驅(qū)動(dòng)電路。S/H電路302可以具有與圖1-2中所示的實(shí)施例相似的功能、材料和結(jié)構(gòu)。因此，在此不再贅述共同的特征、功能和元件。脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)(FET Q10)和電壓鉗位機(jī)構(gòu)Olll和Cl)在節(jié)點(diǎn)QlOD處被耦合到采樣變壓器(TX2)。在驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘CLK的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘脈沖為高的時(shí)間期間進(jìn)行采樣。CLK的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)是通過TXl被耦合以施加驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)到QlO和Qll的變壓器。驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘脈沖被電容地(即，經(jīng)由C3)耦合并被DC恢復(fù)(S卩，經(jīng)由R14、R8和Q4)以施加驅(qū)動(dòng)電壓到Q9。當(dāng)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘脈沖為高時(shí)，Q9和QlO被接通。當(dāng)QlO接通時(shí)，Vcelll被耦合到采樣變壓器TX2的初級(jí)繞組P1。在采樣變壓器TX2的次級(jí)繞組Sl處的輸出電壓與被施加到TX2的初級(jí)繞組Pl的電壓成比例。由于在這時(shí)Q9被接通，電容器C5充電到與電池電壓Vcelll成比例的電壓。如果采樣變壓器TX2比率為1 1，則輸出電壓VTM近似等于cell+與cell-之間的電池電壓。當(dāng)CLK的時(shí)鐘輸出達(dá)到零時(shí)，Q9和QlO被斷開。由于Q9被斷開，電容器C5將保持充電到在CLK的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘脈沖期間建立的電壓。而且，當(dāng)時(shí)鐘輸出到零時(shí)，Qll被接通，將采樣變壓器TX2連接在cell+與QllS之間，QlIS也是Cl的正極側(cè)。在多個(gè)循環(huán)之后，在QlIS處的電壓將充電到大于Vcel 11的電壓，使得采樣變壓器TX2兩端的平均電壓為零伏特。由于采樣變壓器TX2的初級(jí)繞組Pl兩端的平均電壓是零伏特，采樣變壓器TX2的磁感應(yīng)中的平均電流將也是零。因此，輸出電壓將不會(huì)明顯地受到隨著溫度或壽命變化的采樣變壓器TX2的參數(shù)變化的影響。此外，S/H電路302將不會(huì)明顯地受到時(shí)鐘CLK的頻率變化或脈沖寬度變化的影響。每個(gè)FET Q9、QlO和Qll均可以包括用于從它們各自的柵極去除DC偏壓的電路。例如但不限于，Q9可以被耦合到電阻器R8和R14以及FET Q4，以從Q9和C3去除DC偏壓，從而Q9合適地響應(yīng)來自時(shí)鐘電路306的時(shí)鐘信號(hào)。QlO可以例如但不限于被耦合到電阻器R1、R3和R4以及FET Q8，以去除DC偏壓，從而QlO合適地響應(yīng)來自變壓器TXl的次級(jí)繞組S2的時(shí)鐘信號(hào)。Qll可以例如但不限于被耦合到電阻器R2和R5以及二極管D3以去除DC偏壓，從而Qll合適地響應(yīng)來自變壓器TXl的次級(jí)繞組Sl的時(shí)鐘信號(hào)。 S/H電路302的電阻器Rl、R2、R3、R4、R5、R8和R14可以具有以下電阻，例如但不限于大約IkQ的R1、大約IOkQ的R2、大約100 Ω的R3、大約IkQ的R4、大約100 Ω的R5、大約 IOOkQ 的 R8 和大約 IOkQ 的 R14。S/H 電路 302 的電容器 Cl、C2、C3、C4、C5、C6和C7可以具有以下電容，例如但不限于大約470nF的Cl、大約IOOpF的C2、大約500pF的 C3、大約InF的C4、大約IOOnF的C5、大約470nF的C6和大約IOuF的C7。圖4是電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)200的示例性增益曲線圖400的圖示說明，其示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的TM電壓輸出-電池電壓。圖4示出TM電壓輸出404的線性度。當(dāng)電池電壓從-0. 2V變化到+5V時(shí)，TM電壓輸出404在+/-0. 2%內(nèi)與校準(zhǔn)曲線402 匹配(Y = 0. 99989X+0. 0012，直線方程)。如果不執(zhí)行校準(zhǔn)，則TM電壓輸出404將在負(fù)的大約0. 2到4. 3mV內(nèi)仍匹配電池電壓，如下面在表格500中所示。圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施例的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)200的TM電壓分析結(jié)果的示例性表格500的圖示說明。表格500示出電池電壓502、分析結(jié)果504、計(jì)算出的增益506、計(jì)算出的偏差508、計(jì)算出的輸出510、校準(zhǔn)誤差512和未校準(zhǔn)誤差514。圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施例的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)200的示例性誤差分析表格600的圖示說明。表格600示出相對(duì)于在Vcell等于4V的輸入?yún)?shù)602的輸出電壓變化620。磁感應(yīng)604的變化改變Vcell 606，這引起< 0. ImV的輸出電壓變化620。類似地，采樣頻率608的變化改變Vcell 610，這引起< 0. ImV的輸出電壓變化620。占空比 612的變化改變Vcell 614，這引起< 0. 2mV的輸出電壓變化620。并且線束電阻(harness resistance) 616的變化改變Vcell 618，這引起< ImV的輸出電壓變化620。根的平方和(RSQ誤差622為大約1. 0488?；谥行臉O限定理，RSS將幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布組合成信號(hào)高斯分布，其以電壓變化的可變性為特征。最差的性能可以被限定為電壓組合分布的3 σ (三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差)值。極值分析(EVA)誤差624為大約1. 6mV。EVA誤差分析分析了數(shù)據(jù)角點(diǎn)(data corner)(如，典型值、最小值和最大值)處參數(shù)的組合，數(shù)據(jù)角點(diǎn)導(dǎo)致最差的性能測(cè)量。圖7是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的電池遙測(cè)過程700的示例性流程圖的圖示說明。與過程700相關(guān)的被執(zhí)行的各種任務(wù)可以通過軟件、硬件、固件或其任意組合被機(jī)械地執(zhí)行。應(yīng)該意識(shí)到過程700可以包括任意數(shù)量的額外的或可替換的任務(wù)，在圖7中示出的任務(wù)不需要以圖示的順序被執(zhí)行，并且過程700可以被合并到具有此處沒有詳細(xì)說明的額外的功能的更復(fù)雜的程序或過程中。為了圖示說明的目的，過程700的以下描述可能涉及上面結(jié)合圖1-6提及的元件。在實(shí)際的實(shí)施例中，過程700的多個(gè)部分可以由系統(tǒng)100(圖 1)的不同元件執(zhí)行，例如采樣變壓器102、脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104、電壓鉗位機(jī)構(gòu)106、驅(qū)動(dòng)裝置 108、同步采樣開關(guān)110、驅(qū)動(dòng)電路112。過程700可以具有與圖1_6所示的實(shí)施例類似的功能、材料和結(jié)構(gòu)。因此，在此不再贅述共同的特征、功能和元件。過程700可以開始于通過使用電壓鉗位機(jī)構(gòu)106平衡伏特-秒來強(qiáng)制采樣變壓器 102中的平均磁化電流到近似零安培(任務(wù)702)。過程700可以繼續(xù)以觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104和同步采樣開關(guān)110，并大體同時(shí)停用電壓鉗位機(jī)構(gòu)106 (任務(wù)704)。過程700可以繼續(xù)以停用脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104和同步采樣開關(guān)110，并大體同時(shí)觸發(fā)電壓鉗位機(jī)構(gòu)106 (任務(wù)706)。過程700可以繼續(xù)以在采樣變壓器102的輸入120處接收來自電池組電池116的電流(任務(wù)708)。過程700可以繼續(xù)以測(cè)量在采樣變壓器102的輸出處的電壓以獲得測(cè)量的電壓(任務(wù)710)。過程700可以繼續(xù)以基于所測(cè)量的電壓控制電池組電池116的電池的電壓平衡(任務(wù)712)。圖8是示例性流程圖的圖示說明，其示出用于使用根據(jù)本公開的實(shí)施例的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的過程800。與過程800相關(guān)的被執(zhí)行的各種任務(wù)可以由軟件、硬件、固件或其組合被機(jī)械地執(zhí)行。應(yīng)該意識(shí)到過程800可以包括任意數(shù)量的額外的或可替換的任務(wù)，圖8中示出的任務(wù)不需要以圖示說明的順序被執(zhí)行，并且過程800可以被合并到具有此處沒有詳細(xì)描述的額外功能的更復(fù)雜的程序或過程中。為了圖示說明的目的，過程800的以下描述可能涉及以上結(jié)合圖1-7提及的元件。在實(shí)際的實(shí)施例中，過程800的多個(gè)部分可以由系統(tǒng)100(圖1)的不同元件執(zhí)行，例如采樣變壓器102、脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104、電壓鉗位機(jī)構(gòu)106、驅(qū)動(dòng)裝置108、同步采樣開關(guān)110和驅(qū)動(dòng)電路112。過程800可以具有與圖1-7中所示的實(shí)施例類似的功能、材料和結(jié)構(gòu)。因此，在此不再贅述共同的特征、功能和元件。過程800可以開始于在采樣變壓器102的輸入120處接收來自電池組電池116的電流(任務(wù)802)。過程800可以繼續(xù)以通過使用電壓鉗位機(jī)構(gòu)106平衡伏特-秒來強(qiáng)制采樣變壓器102中的平均磁化電流為近似零安培(任務(wù)804)。過程800可以繼續(xù)以觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)104和同步采樣開關(guān)110，并大體同時(shí)停用電壓鉗位機(jī)構(gòu)106 (任務(wù)806)。過程800可以繼續(xù)以停用脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)110，并且大體同時(shí)觸發(fā)電壓鉗位機(jī)構(gòu)106 (任務(wù)808)。過程800可以繼續(xù)以在采樣變壓器102的輸出處測(cè)量電壓以獲得測(cè)量的電壓(任務(wù)810)。過程800可以繼續(xù)以基于所測(cè)量的電壓控制電池組電池116的電池的電壓平衡(任務(wù)812)。 以此方式，來自高電壓源的電壓被準(zhǔn)確地測(cè)量。以上描述涉及被“連接”或“耦合”在一起的元件或節(jié)點(diǎn)或特征。如此處使用的，除非另外明確地說明，“連接”表示一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/零件被直接接合(或直接連通)到另一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/零件，并且不必是機(jī)械地連接。同樣，除非另外明確地說明，“耦合”表示一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/零件被直接或間接地接合(或直接或間接地連通)到另一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/零件，并且不必是機(jī)械地連接。因此，盡管圖1-3描述了元件的示例性布置，但另外的中間元件、裝置、零件或組件可以存在于本公開的實(shí)施例中。除非另外明確地說明，本文件中使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)以及其組合應(yīng)該被理解為開放式而不是限制式的。如前面的示例術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng)該被讀作“包括但不限于”等的含義；術(shù)語(yǔ)“示例”被用來在討論中提供項(xiàng)目的示例性實(shí)例，不是其詳盡的或限制性的列舉；以及例如“常規(guī)”、“傳統(tǒng)”、“通?！?、“標(biāo)準(zhǔn)”、“已知”的形容詞和類似含義的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該被理解為限制項(xiàng)目被描述至給定的時(shí)間段或者給定時(shí)間可用的項(xiàng)目，相反，應(yīng)該被理解為包括現(xiàn)在或在將來的任何時(shí)候可得到或已知的常規(guī)、傳統(tǒng)、通?；驑?biāo)準(zhǔn)技術(shù)。同樣，與連接詞“和”相關(guān)的一組術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該被理解為要求這些術(shù)語(yǔ)中的每一個(gè)都成組出現(xiàn)，而應(yīng)該被理解為“和/
11或”，除非另外明確地說明。類似地，與連接詞“或”相關(guān)的一組術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該被理解為要求在組之間的相互排他性，而應(yīng)該被理解為“和/或”，除非另外明確地說明。此外，盡管本公開的術(shù)語(yǔ)、元件或組件可以以單數(shù)描述或要求保護(hù)，但復(fù)數(shù)也在其范圍以內(nèi)，除非明確表述為限制為單數(shù)。在一些實(shí)例中拓寬詞和短語(yǔ)例如“一個(gè)或更多個(gè)”、“至少”、“但不限于”或其它類似短語(yǔ)的存在將不被理解為表示在沒有這些拓寬詞的實(shí)例中意欲為或要求為更窄的情況。
權(quán)利要求
1.一種電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)，其包括 采樣變壓器；耦合到所述采樣變壓器的脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)；電壓鉗位機(jī)構(gòu)，其耦合到所述采樣變壓器并且能夠運(yùn)行以平衡伏特-秒并強(qiáng)制所述采樣變壓器中的平均磁化電流到大約零安培；驅(qū)動(dòng)裝置，其耦合到所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)并且能夠運(yùn)行以驅(qū)動(dòng)所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)；同步采樣開關(guān)，其耦合到所述采樣變壓器并且能夠運(yùn)行以將所述采樣變壓器電耦合到采樣電容器；以及驅(qū)動(dòng)電路，其耦合到所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)、所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)和所述同步采樣開關(guān)，并且能夠運(yùn)行以同時(shí)接通所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和所述同步采樣開關(guān)，同時(shí)斷開所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)電路還能夠運(yùn)行以斷開所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和所述同步采樣開關(guān)，且大體同時(shí)接通所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)電路包括耦合至其的時(shí)鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)，其還包括耦合至所述采樣變壓器的電池組；并且其中所述電池組包括以下中的至少一個(gè)鋰電池組、鋰離子電池組、鋰聚合物電池組、 鋰硫電池組和燃料電池。
5.一種用于電池遙測(cè)的方法，所述方法包括通過使用電壓鉗位機(jī)構(gòu)平衡伏特-秒而強(qiáng)制采樣變壓器中的平均磁化電流為大約零安培；以及觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)，并且大體同時(shí)停用所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中同步采樣開關(guān)將所述采樣變壓器連接到采樣電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其還包括停用所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和所述同步采樣開關(guān)，并且大體同時(shí)觸發(fā)所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)； 在所述采樣變壓器的輸入處接收來自電池組電池的電流；以及在所述采樣變壓器的輸出處測(cè)量電壓以獲得測(cè)量的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其還包括基于所測(cè)量的電壓控制電池組的電池電壓平衡；并且其中所述電池組包括以下中的至少一個(gè)鋰電池組、鋰離子電池組、鋰聚合物電池組、 鋰硫電池組和燃料電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和所述同步采樣開關(guān)被第一信號(hào)驅(qū)動(dòng)； 所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)被第二信號(hào)驅(qū)動(dòng)； 所述第一信號(hào)包括時(shí)鐘的第一相位；以及所述第二信號(hào)包括所述時(shí)鐘的第二相位。
10.一種使用電池遙測(cè)采樣和保持放大器系統(tǒng)的方法，所述方法包括在采樣變壓器的輸入處接收來自電池組電池的電流；通過使用電壓鉗位機(jī)構(gòu)平衡伏特-秒而強(qiáng)制所述采樣變壓器中的平均磁化電流為大約零安培；以及觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)，并且大體同時(shí)停用所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其還包括停用所述脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和所述同步采樣開關(guān)，并且大體同時(shí)觸發(fā)所述電壓鉗位機(jī)構(gòu)；以及在所述采樣變壓器的輸出處測(cè)量電壓以獲得測(cè)量的電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其還包括基于所測(cè)量的電壓控制電池組的電池電壓平衡；并且其中所述電池組包括以下中的至少一個(gè)鋰電池組、鋰離子電池組、鋰聚合物電池組、鋰硫電池組和燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池遙測(cè)采樣和保持放大器。公開了一種用于電池遙測(cè)的系統(tǒng)和方法。通過使用電壓鉗位機(jī)構(gòu)平衡伏特-秒而強(qiáng)制采樣變壓器中的平均磁化電流為大約零安培。此外，脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)和同步采樣開關(guān)被觸發(fā)，并且大體同時(shí)停用電壓鉗位機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102565504SQ20111034819
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者R·M·馬蒂內(nèi)利 申請(qǐng)人:波音公司