專利名稱：用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)進(jìn)行電壓檢測和誤差修正的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串聯(lián)電池組充電技術(shù)，尤其涉及一種用于電池組中的電池電壓檢測的系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)進(jìn)行電壓檢測和誤差修正的方法。
背景技術(shù)：
電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理電池、電池組之電量計算、控制、保護(hù)，各電池或電池組間的電量平衡、各種電性檢測、以及系統(tǒng)內(nèi)外的訊號通訊。一般而言，只要是使用到電池的產(chǎn)品，皆需要搭配電池管理系統(tǒng)來控制，尤其是使用電池串聯(lián)數(shù)目越高的電池組，越需要復(fù)雜的電池管理功能。以交通工具而言，串?dāng)?shù)由少到多可分為電動自行車、電動摩托車、電動高爾夫球車、電動汽車等層次。串聯(lián)數(shù)目越高，代表所需伏特數(shù)越高。電池管理系統(tǒng)通常包括電壓、溫度、電流等訊號偵測、各電池或電池組間的平衡控制等各種技術(shù)與相應(yīng)的電子電路及軟硬體。針對串聯(lián)電池的電壓檢測，可用掃描式，即在一區(qū)段時間內(nèi)分別依序偵測各電池的電壓，并透過放大器與A/D轉(zhuǎn)換器將訊號提供給微控制器。針對串聯(lián)電池的電池平衡，分為主動式平衡與被動式平衡兩種主動式平衡是使用能量轉(zhuǎn)移的方式，將電池組或單顆電池中多余的電量轉(zhuǎn)移到電量不足的電池，從而在充電、靜止或放電時均可平衡；被動式平衡是使用能量耗散的方式，將各電池中多余的電量以電阻方式耗散成熱，并且僅在充電時可以平衡。該種被動式平衡可參考于2011年3月16日公開的中國發(fā)明專利申請第CN 101986508 A號，該專利申請公開了一種電池均衡裝置，該電池均衡裝置采用在電池組旁安裝一電阻，以便在某電池充電量快于其他電池時，將該電池的充電電流旁路到該電阻上，以阻止該電池充電，并將其充電電能轉(zhuǎn)換成熱能耗散出去。另外，請參考于2009年9月9日公開的中國發(fā)明專利申請第CN 101529646 A號， 該專利申請公開了一種將電壓檢測與電池平衡功能均實現(xiàn)在電池管理系統(tǒng)中的方法及系統(tǒng)，主要采用主動式平衡。由于主動式平衡為能量轉(zhuǎn)移方式，所以通常不會將電池平衡電路與電壓檢測電路完全整合在一起；并且通常采用主動式平衡的電池管理系統(tǒng)，其電路架構(gòu)較為復(fù)雜，使用組件較多，導(dǎo)致成本較高，一般僅作為高電壓大電流產(chǎn)品的應(yīng)用，如電動汽
本絕牛寸。此外，現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)的電壓檢測方法，多以市售固定IC方案實現(xiàn)，或是自行設(shè)計。若使用市售固定IC方案，往往涉及太多功能，并不一定切合實際產(chǎn)品的需求，且價格較為昂貴。因而一般電動自行車、電動摩托車、小型電動車的電池管理系統(tǒng)，由于成本考慮， 通常均自行設(shè)計電壓檢測方法，然而該種方式需要考慮到實際電池組的平衡方式及整體電路的設(shè)計，從而給IC設(shè)計者造成一定的困擾。因此，有必要提供一種用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)進(jìn)行電壓檢測和誤差修正的方法以克服上述問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用上述系統(tǒng)進(jìn)行電池組中的電池電壓檢測的方法。本發(fā)明的再一目的在于提供一種采用上述系統(tǒng)進(jìn)行電壓誤差修正的方法。相應(yīng)地，本發(fā)明用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，包括具有若干個串聯(lián)電池的電池組、與該電池組連接以對電池進(jìn)行電壓檢測的電壓檢測開關(guān)模組、與串聯(lián)電池組連接以對電池進(jìn)行充電電量平衡控制的平衡控制模組及控制該電壓檢測開關(guān)模組與平衡控制模組的微控制器，所述電壓檢測開關(guān)模組包括若干分別連接至電池兩側(cè)的電壓檢測子模塊，所述電壓檢測子模塊包括一顆三極管、兩顆柵極同時連接所述三極管集電極的PM0SFET 及一端與所述三極管集電極連接且并聯(lián)連接于兩顆PM0SFET之間的電阻，控制電壓檢測子模塊的控制信號經(jīng)由三極管的基極輸入。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述三極管的發(fā)射極接地設(shè)置，所述電阻的另一端連接于所述兩顆PM0SFET的源極之間。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該系統(tǒng)還包括連接電壓檢測開關(guān)模組與微控制器的高共模減法器，該高共模減法器包括兩個放大器，分別輸入上述每一電壓檢測子模塊中的其中一顆PM0SFET的漏極輸出的電池正極或負(fù)極節(jié)點處的電壓與一參考電壓。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電池電壓檢測系統(tǒng)還包括用以檢測電池組總負(fù)極節(jié)點處電壓的第一電壓檢測模塊，所述第一電壓檢測模塊與所述電壓檢測子模塊并聯(lián)設(shè)置，并包括一顆NM0SFET及連接于該NM0SFET的柵極與源極之間的另一電阻，控制該第一電壓檢測模塊的控制信號自所述NM0SFET的柵極輸入，該NM0SFET的漏極輸出電池組總負(fù)極節(jié)點處電壓并與上述高共模減法器中的其中一個放大器的輸入端連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電壓檢測開關(guān)模組包括一個具有若干上述電壓檢測子模塊的電壓檢測開關(guān)模塊、及連接電壓檢測開關(guān)模塊及第一電壓檢測模塊與微控制器以向該電壓檢測開關(guān)模塊及第一電壓檢測模塊轉(zhuǎn)發(fā)控制信號的第二移位暫存器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述微控制器向第二移位暫存器發(fā)送鎖存信號RCK、時脈信號SCK、數(shù)據(jù)信號MOSI，第二移位暫存器將該等鎖存信號RCK、時脈信號SCK、數(shù)據(jù)信號 MOSI以及工作電壓Vcc和接地信號GND擴(kuò)充為若干上述用以分別控制每一電壓檢測子模塊及第一電壓檢測模塊的控制信號。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述平衡控制模組包括分別與每一顆電池連接的若干個被動平衡子模塊。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)所述用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)進(jìn)行電池組中的電池電壓檢測的方法，包括如下步驟
首先，將微控制器中每一個工作周期設(shè)置切分為八個時段；
然后，在第一時段內(nèi)，微控制器控制電壓檢測開關(guān)模組依序檢測各電池的電壓，同時測量各電池的溫度及電流，并透過高共模減法器將電壓數(shù)據(jù)傳回微控制器進(jìn)行分析、修正；
最后，在其余七個時段內(nèi)，微控制器控制平衡控制模組對需要進(jìn)行平衡處理的電池的進(jìn)行平衡，同時在該七個時段內(nèi)均進(jìn)行電流檢測。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述對每顆電池進(jìn)行電壓檢測的第一時段分為如下三個工作區(qū)段區(qū)段A，開啟連接于第一個電池一端的電壓檢測子模塊，并等待高共模減法器的電壓穩(wěn)
定；
區(qū)段B，在高共模減法器的電壓穩(wěn)定后，讀取高共模減法器的輸出電壓，并結(jié)合高共模減法器在無采樣動作時的輸出與微控制器的EEPROM中保存的誤差值修正上述讀取的電壓；
區(qū)段C，關(guān)閉上述電壓檢測子模塊并保持一段時間。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，采用所述用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)進(jìn)行電壓誤差修正的方法，包括以下步驟
501、獲取利用電壓檢測開關(guān)模組測得的每顆電池的兩側(cè)電壓的共模電壓；
502、根據(jù)微控制器中保存的零點誤差及線性誤差值計算共模電壓下的零點偏移量；
503、用微控制器中經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的上述共模電壓減去上述零點偏移量后再乘以根據(jù)上述第SOI、S02步驟所得的共模電壓及零點偏移量映射得到的調(diào)整值，獲得第一次修正電壓；
504、用該第一次修正電壓獲取該電壓下的另一偏移量；
505、用上述微控制器中經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的上述共模電壓減去上述另一偏移量后再乘以調(diào)整值，獲得第二次修正電壓；
506、重復(fù)上述第S04、S05步驟兩至三次。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述S02步驟中的零點誤差及線性誤差經(jīng)過高共模減法器處理后獲得飄移值，上述零點偏移量的獲得方式為飄移值乘以上述每顆電池兩端的電壓之差的絕對值，再除以電池組的電壓校正范圍。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述另一偏移量的獲得方式為用上述飄移值乘以第一次修正電壓，再除以電池組的電壓校正范圍。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中用于進(jìn)行電池電壓檢測的電壓檢測開關(guān)子模塊設(shè)計簡單，使得電池的電壓檢測線路得以簡化，同時可降低制造成本；另外，本發(fā)明進(jìn)行電池電壓檢測的方法可與微控制器得到很好的匹配，適應(yīng)微控制器的設(shè)計及控制；最后，本發(fā)明采用上述系統(tǒng)進(jìn)行電壓誤差修正的方法可增加電壓檢測的精度，使得微控制器可有效控制電池的電壓狀況。


圖1是本發(fā)明電池電壓檢測系統(tǒng)一具體實施方式
的方框電路圖2是圖1中電池組、平衡控制模組中的平衡控制模塊、電壓檢測開關(guān)模組中的電壓檢測開關(guān)模塊及第一電壓檢測模塊的詳細(xì)電路圖3是與圖1中平衡控制模組與電壓檢測開關(guān)模組中的移位暫存器的示意圖； 圖4是圖1中電池電壓檢測系統(tǒng)中的高共模減法器的詳細(xì)電路圖； 圖5是對圖2中其中四顆電池進(jìn)行電壓檢測及平衡控制的工作狀態(tài)示意圖； 圖6是利用圖2中的電壓檢測開關(guān)模組對電池組進(jìn)行電壓檢測的工作示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖所示的各實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。請參閱圖1所示為本發(fā)明用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)100的一具體實施方式
。該用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)100包括具有若干個串聯(lián)電池的串聯(lián)電池組、平衡控制模組BLS、電壓檢測開關(guān)模組CH_SELECT、信號放大模組AMP及微控制器MCU。請參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明串聯(lián)電池組包括八個串聯(lián)連接的電池ΒΑΤΓΒΑΤ8， 所述電池為鋰離子電池，也可為磷酸鐵鋰電池。所述平衡控制模組BLS包括一個與各電池相連接的平衡控制模塊21及連接于平衡控制模塊21與微控制器MCU之間的第一移位暫存器U2。所述平衡控制模塊21采用以電阻實現(xiàn)被動式平衡之方式，用以在電池充電時若有電池電量充太快，則以電阻消耗的方式將多余的能量耗散以使各電池間達(dá)到充電電量平衡。本發(fā)明平衡控制模塊21包括分別與每一塊電池連接的若干被動平衡子模塊， 從而包括有八條輸入線路，對應(yīng)八個平衡控制信號，分別為BLS0(TBLS07。該平衡控制信號BLS0(TBLS07由第一移位暫存器U2所提供。第一移位暫存器U2由微控制器MCU所控制，并由微控制器MCU提供給第一移位暫存器U2輸出鎖存信號RCK、時脈信號SCK、數(shù)據(jù)信號MOSI。該第一移位暫存器U2將微控制器MCU提供的RCK、SCK、MOSI信號，及工作電壓Vcc和接地信號GND進(jìn)行腳位擴(kuò)充以形成控制上述被動平衡子模塊的平衡控制信號 BLS00 BLS07。請參閱圖1至圖4所示，電壓檢測開關(guān)模組CH_SELECT包括一個與電池組的總負(fù)極節(jié)點BO相連接以檢測該總負(fù)極節(jié)點BO處電壓的第一電壓檢測模塊30、與第一個電池 BATl正極節(jié)點Bl及其他電池兩端節(jié)點B2至B8相連接的電壓檢測開關(guān)模塊31及連接于電壓檢測開關(guān)模塊31與微控制器MCU之間的第二移位暫存器U3。電壓檢測開關(guān)模塊31包括八個分別用于測量上述第一個電池正極節(jié)點Bl及其他串聯(lián)電池兩側(cè)節(jié)點B2至B8處電壓的電壓檢測子模塊。每一電壓檢測子模塊包括一顆三極管、兩顆柵極同時連接所述三極管集電極的PM0SFET及一端與所述三極管集電極連接且并聯(lián)連接于兩顆PM0SFET之間的電阻，控制電壓檢測子模塊的控制信號經(jīng)由三極管的基極輸入，所述三極管的發(fā)射極接地設(shè)置，所述電阻的另一端連接于所述兩顆PM0SFET的源極之間。相鄰兩個電壓檢測子模塊的輸出端，分別為該電壓檢測子模塊中其中一顆PM0SFET的漏極，分別連接至兩條電壓信號線，其分別輸出測量電壓VSN+與VSN-。所述第一電壓檢測模塊30與所述電壓檢測子模塊并聯(lián)設(shè)置，并包括一顆NM0SFET及連接于該NM0SFET的柵極與源極之間的另一電阻，控制該第一電壓檢測模塊30的控制信號自所述NM0SFET的柵極輸入，該NM0SFET的漏極輸出電池組總負(fù)極節(jié)點處電壓并連接至上述兩條電壓信號線中的一條并輸出測量電壓VSN-，該第一電壓檢測模塊30的輸出測量電壓VSN-與第一個電池BATl正極節(jié)點Bl處測量的電壓VSN+ 之差即為該電池BATl的電壓值。第一電壓檢測模塊30的電壓檢測由NM0SFET的柵極進(jìn)行控制，所述電壓檢測子模塊的開關(guān)由上述三極管的基極進(jìn)行控制?？刂菩盘柊ǚ謩e對八顆電池ΒΑΤΓΒΑΤ8的兩側(cè)節(jié)點Β(ΓΒ8處的電壓檢測的電壓檢測控制信號MSU00 MSU08。該等電壓檢測控制信號MSU00 MSU08由微控制器MCU透過第二移位暫存器U3所提供。其中微控制器MCU提供給第二移位暫存器U3 RCK、SCK、M0SI及控制信號MSU08，第二移位暫存器U3將微控制器MCU提供的RCK、SCK、M0SI及工作電壓Vcc 與接地信號GND擴(kuò)充為MSU0(TMSU07控制信號。
信號放大模組AMP包括電壓信號放大模組41及電流信號放大模組42。請參閱圖 4所示，本發(fā)明中電壓信號放大模組41為一高共模減法器。該高共模減法器41包括兩個放大器，其分別輸入上述每一電壓檢測子模塊中的其中一顆PM0SFET的漏極輸出的電池正極或負(fù)極節(jié)點處的電壓VSN+、VSN-與一參考電壓，然后輸出信號ADV并反饋給微控制器MCU。 該高共模減法器41的參考電壓Ref在本實施方式中假設(shè)為2. 5V。微控制器MCU內(nèi)設(shè)置有用以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的EEPROM及用以進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。請參閱圖2所示為本發(fā)明電池組、平衡控制模塊21、第一電壓檢測模塊30及電壓檢測開關(guān)模塊31的詳細(xì)電路圖，這僅僅是示例性實施例，并且應(yīng)當(dāng)理解，在此所述的概念可以用于其他大小的電池組。請結(jié)合圖2所示的平衡控制模塊21部分的電路圖，該平衡控制模塊21的動作過程如下其中位于最下端的第一通道對應(yīng)的被動平衡子模塊使用NMOSFET Q15作為控制開關(guān)，由于第一通道的一側(cè)與GROUND電平一致，從而在微控制器MCU經(jīng)由第一移位暫存器U2 送出的控制信號BLSOO高電平時可直接開啟NMOSFET Q15，使得平衡電阻R44有電流流過， 即對位于圖2中最下側(cè)的電池BATl開啟平衡；反之，當(dāng)控制信號BLSOO低電平時NMOSFET Q15關(guān)閉，電阻R44無電流流過，即該被動平衡子模塊關(guān)閉。位于第二、三通道的被動平衡子模塊使用的是PM0SFET，并以一三極管的基極作為控制開關(guān)。以第二通道為例說明當(dāng)微控制器MCU經(jīng)由第一移位暫存器U2送出的控制信號 BLSOl高電平時，三極管Q20飽和導(dǎo)通，從而使得PMOSFET Q19導(dǎo)通，對應(yīng)的平衡電阻R50有電流流過，則該被動平衡子模塊開啟；反之，當(dāng)控制信號BLSOl低電平時，三極管Q20截止， PMOSFET關(guān)閉，此時R50無電流流過，則該被動平衡子模塊關(guān)閉。第三信道與上述第二通道對應(yīng)的被動平衡子模塊動作過程相同。位于第四至第八通道的被動平衡子模塊相同，均采用PM0SFET，并以一三極管的基極作為控制開關(guān)。以第四通道為例說明當(dāng)微控制器MCU經(jīng)由第一移位暫存器U2送出的控制信號BLS03高電平時，三極管Q30處于放大狀態(tài)，使得電阻R61兩端具有一定的壓差以足以使PMOSFET (^9導(dǎo)通，對應(yīng)的平衡電阻R62有電流流過，則該被動平衡子模塊開啟；反之， 當(dāng)控制信號BLS03低電平時，三極管Q30截止，電阻R61兩端壓差等于0V，PMOSFET Q29關(guān)閉，此時電阻R62無電流流過，則該被動平衡子模塊關(guān)閉。請結(jié)合圖2所示的第一電壓檢測模塊30及電壓檢測開關(guān)模塊31部分的電路圖， 該第一電壓檢測模塊30的動作過程如下由于第一電壓檢測模塊30的一側(cè)與GROUND電平一致，從而當(dāng)控制信號MSU00高電平時，MOSFET Q14開啟，此時連接至該第一電壓檢測模塊 30的電壓信號線的輸出測量電壓VSN-為0 ；反之，MSU00低電平時，MOSFET Q14關(guān)閉，用以輸出測量電壓VSN-的電壓信號線與節(jié)點BO隔離。電壓檢測開關(guān)模塊31的動作過程如下節(jié)點ΒΓΒ3的電壓檢測過程相同，以節(jié)點 Bl為例說明，當(dāng)控制信號MSU01高電平時，三極管Q18飽和導(dǎo)通，此時電阻R46兩端的壓差等于節(jié)點Bl處的電壓，PMOSFET Q16、Q17開啟，則連接至該電壓檢測子模塊的電壓信號線的輸出測量電壓VSN+等于節(jié)點Bl處的電壓值；反之，當(dāng)控制信號MSU01低電平時，三極管 Q18截止，電阻R46兩端的壓差等于0V，此時MOSFET Q16、Q17關(guān)閉，則用以輸出測量電壓 VSN+的電壓信號線與節(jié)點Bl隔離。
節(jié)點ΒΓΒ8的電壓檢測過程相同，以節(jié)點Β4為例說明，當(dāng)控制信號MSU04高電平時，三極管Q33處于放大狀態(tài)，電阻R64兩端產(chǎn)生一定的壓差以足以使得PMOSFET Q3UQ32 開啟，此時對應(yīng)的測量電壓VSN-等于節(jié)點Β4處的電壓；反之，控制信號MSU04低電平時， 三級管Q33截止，電阻R64兩端的壓差等于0V，PMOSFET Q3UQ32關(guān)閉，用以輸出測量電壓 VSN-的電壓信號線與節(jié)點B4隔離。本發(fā)明采用上述用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)100進(jìn)行電池組中的電池的電壓檢測方法如下
首先，將微控制器MCU的每個工作周期，假設(shè)每個工作周期為2秒，切為八個時段；其中第一個時段設(shè)置為通過上述第一電壓檢測模塊及電壓檢測開關(guān)模塊31偵測八顆電池的電壓與溫度，其余七個時段設(shè)置為通過上述平衡控制模塊21做被動式平衡；其中每顆電池的電壓偵測花費1至3毫秒時間，則一個時段假設(shè)分配0. 25秒；在上述八個時段內(nèi)，各個時段均設(shè)置要做電流檢測；
其次，開啟第一個時段進(jìn)行電壓檢測，透過微控制器MCU控制第一電壓檢測模塊30及電壓檢測開關(guān)模塊31，依序檢測各個電池的電壓，并通過高共模減法器41將測得的電壓數(shù)據(jù)傳回微控制器MCU;
最后，在偵測完電壓后，微控制器MCU分析出哪些電池需要做被動式平衡，則發(fā)送信號以開啟對應(yīng)的被動平衡子模塊對該電池進(jìn)行平衡。請參照圖5及圖6所示，上述微控制器MCU的工作周期可詳細(xì)理解為如下步驟其中圖5中取其中四顆電池(分別對應(yīng)圖5中所示的channel廣4)舉例說明，每2秒為一個工作周期，該工作周期即指圖5中所示的period廣4，每一個工作周期切成八個時段，其中電壓檢測時間(對應(yīng)圖5中的MSU time)占第一個時段，被動式平衡時間(對應(yīng)圖5中的BLS time)占其余七個時段。第一時段電壓檢測時間(MSU time)用于進(jìn)行所有電池電壓的測量、分析，對應(yīng)圖6中的X座標(biāo)，即用以進(jìn)行電池廣8 (即channel廣8)的電壓檢測的時間總和，該時間段內(nèi)全部電池的平衡功能均關(guān)閉以獲得精準(zhǔn)的電池電壓；如果在上述電壓檢測時間內(nèi)分析出決定某顆電池需要開啟平衡，則可以在每個工作周期的電壓檢測時間(MSU time)完成后開啟，并在該周期結(jié)束時關(guān)閉平衡，例如圖5中所示的工作周期period 1中， 在電壓檢測時間(MSU time)完成后，電池1、2、4 (即channel 1、2、4)均開啟平衡，而在該工作周期結(jié)束后便關(guān)閉平衡；在工作周期period 2中，電壓檢測時間(MSU time)結(jié)束后， 電池1、3 (即channel 1、3)開啟平衡，并在該工作周期后關(guān)閉平衡。請參閱圖6所示為每個工作周期中對八顆電池進(jìn)行電壓檢測的第一時段的詳細(xì)分析圖，其中X座標(biāo)即是上述完成一次所有電池電壓采樣的時間，即為MSU time，Y軸表示高共模減法器41的輸出電壓。在無采樣動作時，高共模減法器41的輸出設(shè)置為 Ref=l/2Vcc，但是由于零件參數(shù)差異等原因，會存在圖6中所示的“error”偏差，該偏差值可能是正值，也可能是負(fù)值。在工廠校準(zhǔn)時，校準(zhǔn)程序?qū)⒋苏`差值測出，并保存在微控制器 MCU 的 EEI3ROM 里。以下以單顆電池為例對電壓檢測時間(MSU time)進(jìn)行分段說明每顆電池的電壓檢測時間(MSU time)分為三個區(qū)段，分別為圖6中所示的區(qū)段A (Action A)，區(qū)段B (Section B)，區(qū)段C(Section C)。其中區(qū)段A內(nèi)工作為開啟電池節(jié)點B0，B1處的測量 M0SFET，并等待高共模減法器41電壓穩(wěn)定，本實施方式中圖6對應(yīng)的實際電壓曲線不是方波，而是開啟MOSFET后就開始上升，為更清晰說明時間關(guān)系本發(fā)明將該段改成如圖6所示方波；區(qū)段B內(nèi)工作為在高共模減法器41的電壓穩(wěn)定后，讀取高共模減法器的輸出電壓， 并結(jié)合保存在EEPROM中的Ref、err0r值修正測量結(jié)果；區(qū)段C內(nèi)工作為關(guān)閉用于進(jìn)行節(jié)點BO、Bl處電壓測量的第一電壓檢測模塊30及電壓檢測子模塊中的M0SFET，并保持一段時間，避免下一節(jié)點Bi、B2的電壓檢測子模塊開啟時發(fā)生短路。本發(fā)明中各電池的測量方法相似，參閱圖6可見，電池1、3、5、7為求正差值，例如電池1的測量電壓值為節(jié)點Bl處的電壓值減去節(jié)點BO處的電壓值，電池2、4、6、8為求負(fù)差值。如前所述，因為高共模減法器41的Ref值理論上應(yīng)為l/2Vcc，然而實際上，由于測量電壓VSN+與VSN-進(jìn)入高共模減法器41后，會依據(jù)測量電壓VSN+與VSN-的大小影響 Ref值而存在偏差。因此，在電路板生產(chǎn)完成后，針對電路圖中的節(jié)點BO與Bl處的電壓， 會使用標(biāo)準(zhǔn)電源先給予0V，并打開高共模減法器41，此時高共模減法器41所接收到的測量電壓VSN+與VSN-均為0，則理論上經(jīng)高共模減法器41計算后出來的值應(yīng)該為l/2Vcc，也就是Ref的值，本實施方式中Ref=2. 5V ；然而實際出來的值可能是2. 51V，因此，可將2. 51V 保留在EEPR0M，作為零點誤差。本發(fā)明中八顆電池為一串，總電壓范圍可取為15 40V，假設(shè)為30V，則針對電路圖中的節(jié)點B7與B8處的電壓，先使用標(biāo)準(zhǔn)電源給予30V，并打開高共模減法器41，此時高共模減法器41所接收到測量電壓VSN+與VSN-分別為30V，理論上高共模減法器41計算后出來的值應(yīng)為l/2Vcc=2. 5V，也就是Ref的值；然而實際出來的值可能為2. 54V。因此，可將 2. 54V保留記錄于EEPROM中，作為線性誤差。本發(fā)明中用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)100對上述電壓誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧鞒倘缦?br> 501、獲取測量電壓VSN+與VSN-的共模電壓；
502、獲取上述共模電壓下的零點偏移量X1；該零點偏移量X1的計算公式為=X1=Shift* I VSN+-VSN- I /(總電壓-0)，其中shift為高共模減法器41出來的線性誤差與零點誤差
之間的飄移值；舉例而言，在零點誤差保存為2. 51V，線性誤差保存為2. 54V，則高共模減法器41出來的飄移值shift即為2. 54-2. 51=0. 03V，則偏移量X的初始計算方式為=X1=O. 03* I VSN+-VSN- I /(30-0)，其中分母的0代表BO與Bi，即使用標(biāo)準(zhǔn)電源先給予OV所算出的零點誤差；分母的30代表B7與B8，即使用標(biāo)準(zhǔn)電源先給予30V所算出的線性誤差；該30減 0，即總電壓減0可以當(dāng)成八顆電池的電壓校正范圍range，因而公式可改寫為=X1=Shift* I VSN+-VSN- I /range ；
503、用微控制器MCU中經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的上述共模電壓數(shù)據(jù)ADres，減去X1后再乘以一調(diào)整值Scaler，以獲得第一次修正電壓V1 ；該調(diào)整值Scaler是根據(jù)S01、S02所得的共模電壓及零點偏移量在一特定的映射表中映射得到；
504、用第一次修正電壓V1求該電壓下的偏移量X2，計算方式為=Xn=Shift^VnVVange；
505、用上述微控制器MCU中經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的上述共模電壓數(shù)據(jù)ADres，減去X2 后再乘以調(diào)整值Scaler，獲得第二次修正電壓V2 ；
506、重復(fù)第S04、S05步驟兩至三次，直到獲得夠精確的修正電壓Vn(本實施方式中修正2至3次即可修正到30mV以下誤差的精確度)。上述修正電壓的計算方式，牽涉到微控制器MCU內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換器出來的原始數(shù)據(jù)ADres, X的計算就是用以修正ADres，再乘以調(diào)整值Scaler，以得到修正電壓值，則Vn= (ADres-Xn) *Scaler。上述電壓補(bǔ)償流程，可以以軟件方式實現(xiàn)，并可依據(jù)精確度需求循環(huán)多次運算。由以上可得，本發(fā)明中用于進(jìn)行電池電壓檢測的電壓檢測開關(guān)子模塊設(shè)計簡單， 使得電池的電壓檢測線路得以簡化，同時可降低制造成本；另外，本發(fā)明進(jìn)行電池電壓檢測的方法可與微控制器MCU得到很好的匹配，適應(yīng)微控制器MCU的設(shè)計及控制；最后，本發(fā)明采用上述系統(tǒng)100進(jìn)行電壓誤差修正的方法可增加電壓檢測的精度，使得微控制器MCU可有效控制電池的電壓狀況。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，包括具有若干個串聯(lián)電池的電池組、與該電池組連接以對電池進(jìn)行電壓檢測的電壓檢測開關(guān)模組、與串聯(lián)電池組連接以對電池進(jìn)行充電電量平衡控制的平衡控制模組及控制該電壓檢測開關(guān)模組與平衡控制模組的微控制器，其特征在于，所述電壓檢測開關(guān)模組包括若干分別連接至電池兩側(cè)的電壓檢測子模塊， 所述電壓檢測子模塊包括一顆三極管、兩顆柵極同時連接所述三極管集電極的PM0SFET及一端與所述三極管集電極連接且并聯(lián)連接于兩顆PM0SFET之間的電阻，控制電壓檢測子模塊的控制信號經(jīng)由三極管的基極輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述三極管的發(fā)射極接地設(shè)置，所述電阻的另一端連接于所述兩顆PM0SFET的源極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括連接電壓檢測開關(guān)模組與微控制器的高共模減法器，該高共模減法器包括兩個放大器，其分別輸入上述每一電壓檢測子模塊中的其中一顆PM0SFET的漏極輸出的電池正極或負(fù)極節(jié)點處的電壓與一參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電池電壓檢測系統(tǒng)還包括用以檢測電池組總負(fù)極節(jié)點處電壓的第一電壓檢測模塊，所述第一電壓檢測模塊與所述電壓檢測子模塊并聯(lián)設(shè)置，并包括一顆NM0SFET及連接于該NM0SFET的柵極與源極之間的另一電阻，控制該第一電壓檢測模塊的控制信號自所述NM0SFET的柵極輸入，該NM0SFET的漏極輸出電池組總負(fù)極節(jié)點處電壓并與上述高共模減法器中的其中一個放大器的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓檢測開關(guān)模組包括一個具有若干上述電壓檢測子模塊的電壓檢測開關(guān)模塊、及連接電壓檢測開關(guān)模塊及第一電壓檢測模塊與微控制器以向該電壓檢測開關(guān)模塊及第一電壓檢測模塊轉(zhuǎn)發(fā)控制信號的第二移位暫存器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器向第二移位暫存器發(fā)送鎖存信號RCK、時脈信號SCK、數(shù)據(jù)信號M0SI，第二移位暫存器將該等鎖存信號RCK、時脈信號SCK、數(shù)據(jù)信號MOSI以及工作電壓Vcc和接地信號GND擴(kuò)充為若干上述用以分別控制每一電壓檢測子模塊及第一電壓檢測模塊的控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述平衡控制模組包括分別與每一顆電池連接的若干個被動平衡子模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6項中任意一項所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)進(jìn)行電池組中的電池電壓檢測的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 首先，將微控制器中每一個工作周期設(shè)置切分為八個時段；然后，在第一時段內(nèi)，微控制器控制電壓檢測開關(guān)模組依序檢測各電池的電壓，同時測量各電池的溫度及電流，并透過高共模減法器將電壓數(shù)據(jù)傳回微控制器進(jìn)行分析、修正；最后，在其余七個時段內(nèi)，微控制器控制平衡控制模組對需要進(jìn)行平衡處理的電池的進(jìn)行平衡，同時在該七個時段內(nèi)均進(jìn)行電流檢測。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于電池組中的電池電壓檢測的方法，其特征在于，上述對每顆電池進(jìn)行電壓檢測的第一時段分為如下三個工作區(qū)段區(qū)段A，開啟連接于第一個電池一端的電壓檢測子模塊，并等待高共模減法器的電壓穩(wěn)定；區(qū)段B，在高共模減法器的電壓穩(wěn)定后，讀取高共模減法器的輸出電壓，并結(jié)合高共模減法器在無采樣動作時的輸出與微控制器的EEPROM中保存的誤差值修正上述讀取的電壓；區(qū)段C，關(guān)閉上述電壓檢測子模塊并保持一段時間。
10.一種采用權(quán)利要求3至6項中任意一項所述的用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)進(jìn)行電壓誤差修正的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟501、獲取利用電壓檢測開關(guān)模組測得的每顆電池兩側(cè)電壓的共模電壓；502、根據(jù)微控制器中保存的零點誤差及線性誤差值計算共模電壓下的零點偏移量；503、用微控制器中經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的上述共模電壓減去上述零點偏移量后再乘以根據(jù)上述第SOI、S02步驟所得的共模電壓及零點偏移量映射得到的調(diào)整值，獲得第一次修正電壓；504、用該第一次修正電壓獲取該電壓下的另一偏移量；505、用上述微控制器中經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的上述共模電壓減去上述另一偏移量后再乘以調(diào)整值，獲得第二次修正電壓；506、重復(fù)上述第S04、S05步驟兩至三次。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電壓誤差修正的方法，其特征在于，上述S02步驟中的零點誤差及線性誤差經(jīng)過高共模減法器處理后獲得飄移值，上述零點偏移量的獲得方式為飄移值乘以上述每顆電池兩端的電壓之差的絕對值，再除以電池組的電壓校正范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電壓誤差修正的方法，其特征在于，上述另一偏移量的獲得方式為用上述飄移值乘以第一次修正電壓，再除以電池組的電壓校正范圍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于電池組中的電池電壓檢測系統(tǒng)，包括具有若干個串聯(lián)電池的電池組、與該電池組連接以對電池進(jìn)行電壓檢測的電壓檢測開關(guān)模組、與串聯(lián)電池組連接以對電池進(jìn)行充電電量平衡控制的平衡控制模組及控制該電壓檢測開關(guān)模組與平衡控制模組的微控制器，所述電壓檢測開關(guān)模組包括若干分別連接至電池兩側(cè)的電壓檢測子模塊，所述電壓檢測子模塊包括一顆三極管、兩顆柵極同時連接所述三極管集電極的PMOSFET及一端與所述三極管集電極連接且并聯(lián)連接于兩顆PMOSFET之間的電阻，控制電壓檢測子模塊的控制信號經(jīng)由三極管的基極輸入。本發(fā)明電池電壓檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，方便實現(xiàn)。
文檔編號G01R35/00GK102520360SQ20111039519
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者劉志堅, 黃仁治 申請人:冠碩新能源(香港)有限公司, 蘇州冠碩新能源有限公司