本實用新型涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種多節(jié)電池監(jiān)測電路及其系統(tǒng)。

背景技術：

目前，以電能為動力系統(tǒng)的交通工具得到越來越廣泛的使用，如：電動自行車、電動汽車、電動摩托車等，這些交通工具需要多節(jié)電池串聯(lián)來提供足夠高的電壓和足夠大的電流以保證其能夠正常運作。其中監(jiān)測電路被用于實時監(jiān)測動力汽車或電動汽車串聯(lián)電池串的每一節(jié)電池電壓，確保動力的持久性；

在監(jiān)測電路中n級電芯電壓具有不同電壓域，在對n級電芯電壓實時監(jiān)測的時，需要在不同電壓域之間切換，常見的電壓監(jiān)測電路需要高壓開關管和高壓采樣電容。，電路中若需要監(jiān)測電池CELLn的電壓，首先控制開關管SWn-1和公共開關管SW_con導通，其它開關管斷開，通過電容C的電荷量為Q＝Vn-1*C；然后控制開關管SWn導通，其它開關管斷開，則由電荷守恒原理，得到VM端電壓為Vn-Vn-1,此時模數(shù)轉換器ADC工作實現(xiàn)對電池 CELLn電壓的監(jiān)測；

但是，因為開關管SW0、SW1、……、SWn,和采樣電容C需要在不同電壓域轉換，所以n+1個開關管和電容C都需要承受高壓，因此開關管需要采用純高壓材料，其面積較大成本較高；因為電壓系數(shù)，電容C在不同電壓值時電容值隨電壓變化，非線性效應明顯。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述技術問題，一方面，本實用新型提供了一種多節(jié)電池監(jiān)測電路，

該電路包括：前級監(jiān)測電路、模數(shù)轉換器和控制電路；前級監(jiān)測電路用于將多級串聯(lián)電池的高壓電壓域模擬電壓信號轉換為低壓電壓域模擬電壓信號；模數(shù)轉換器用于將低壓電壓域的模擬電壓信號轉換成數(shù)字電壓信號；控制電路用于根據(jù)數(shù)字電壓信號生成控制信號，控制信號用于控制前級監(jiān)測電路和模數(shù)轉換器。

進一步的，前級監(jiān)測電路包括多個電池、與多個電池數(shù)量相應的多個電容、與多個電池數(shù)量相應的多組開關管，每組開關管包括上置開關管和下置開關管，以及公共開關管；多組開關管和所述公共開關管受控于控制電路；多個電池串聯(lián)連接，多個電池中的第一電池的第一端分別與公共開關管和多組開關管中第一組開關管的下置開關管連接；第一電池的第二端分別與第一組開關管的上置開關管和多組開關管中第二組開關管的下置開關管連接；除 第一電池外，相鄰的兩個電池中的第一電池的第一端分別與相鄰的兩組開關管中第一組開關管的上置開關管和第二組開關管的下置開關管連接；電容串聯(lián)連接，多個電容中的第一電容的下極板分別與公共開關管的第二端，以及模數(shù)轉換器；第一電容的上極板分別與第一組開關管的上置開關管和第一組開關管下置開關管連接；除第一組開關管外的其它組開關管連接至多個電容中相應電容的上極板；在對第一電池進行監(jiān)測時，初始時刻，多組開關管均處于斷開狀態(tài)；在第一預設時間段內，控制電路輸出的控制信號，控制所述第一組開關管中的下置開關管和公共開關管處于閉合狀態(tài)，第一組開關管中的上置開關管、其他多組開關管與模數(shù)轉換器處于斷開狀態(tài)；在第二預設時間段內，控制電路輸出的控制信號，控制所述第一組開關管中的上置開關管和模數(shù)轉換器處于閉合狀態(tài)；第一組開關管中的下置開關管與其他多組開關管處于斷開狀態(tài)。

進一步的，前級監(jiān)測電路還包括：參考電壓源，參考電壓源的第一端分別與第一電池的第一端和所述第一組開關管的下置開關管相連，參考電壓源的第二端通過公共開關管連接至第一電容的下極板；參考電壓源用于為第一電容提供最小電壓。

進一步的，前級監(jiān)測電路還包括：運算放大器，運算放大器的正向輸入端分別與第一電池的第一端和所述第一組開關管的下置開關管相連，運算放大器的反向輸入端分別與第一電容的下極板和公共開關管的一端連接，運算放大器的輸出端通過公共開關管連接至模數(shù)轉換器；運算放大器用于為第一 電容的下極板電壓提供驅動能力。

進一步的，前級監(jiān)測電路還包括：參考電壓源，參考電壓源的第一端分別與第一電池的第一端和所述第一組開關管的下置開關管相連，參考電壓源的第二端與運算放大器的正向輸入端連接；參考電壓源用于為所述第一電容提供最小電壓。

另一方面，本實用新型提供了一種多節(jié)電池監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述的電路。

本實用新型實施例前級監(jiān)測電路通過2n+1個開關管，n-1個電容實現(xiàn)n節(jié)串聯(lián)電池電壓的監(jiān)測，過程中將串聯(lián)的各級CELL電壓由不同的電壓域全部轉換到低壓電壓域，然后在低壓域通過ADC和控制電路，實現(xiàn)了對n級電芯電壓的實時監(jiān)測；其中，通過2n+1個開關管共同作用，使每個開關管承受的最大電壓差不超過一個電池電壓，以及通過n-1個電容串聯(lián)連接方式，降低了每個電容耐壓要求，每個電容上下極板最大電壓不超過一個電池電壓，從而降低了所占芯片的面積；從而降低了因為高壓電容電壓系數(shù)引起的非線性，提高了系統(tǒng)監(jiān)測精度，降低了成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性 勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術中多節(jié)電池監(jiān)測電路的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的多級電池監(jiān)測電路的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種多級電芯監(jiān)測電路的內部結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的監(jiān)測時序示意圖；

圖5為圖3的另一種多級電芯監(jiān)測電路的內部結構示意圖；

圖6為本實用新型實施例提供的另一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖；

圖7為圖6的另一種多級電芯監(jiān)測電路的內部結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

圖2為本實用新型實施例提供的一種多級電芯監(jiān)測電路的結構示意圖。 如圖2所示，該多節(jié)電池監(jiān)測電路200包括：前級監(jiān)測電路210、模數(shù)轉換器ADC 220和控制電路230；模數(shù)轉換器ADC 220的輸入端連接至前級監(jiān)測電路210的輸出端，模數(shù)轉換器ADC 220的輸出端連接至控制電路230的輸入端，控制電路230的輸出端連接至前級監(jiān)測電路210的輸入端。

前級監(jiān)測電路210用于將多級串聯(lián)的電池電壓由不同的高壓電壓域轉換到將低壓電壓域；模數(shù)轉換器ADC 220用于將前級監(jiān)測電路210轉換輸出的低壓電壓域的模擬電壓信號轉換成數(shù)字電壓信號；控制電路230用于接收模數(shù)轉換器ADC 220輸出的數(shù)字電壓信號，控制前級監(jiān)測電路210中的開關單元與模數(shù)轉換器ADC 220以固定的時序工作。

本實用新型實施例中的前級監(jiān)測電路210，將多級電芯電壓由不同的高壓電壓域，根據(jù)電荷守恒原理全部轉換到低壓電壓域，將低壓電壓域的電壓通過模數(shù)轉換器ADC 220和控制電路230，實現(xiàn)對多級電芯電壓的實時監(jiān)測。

圖3為本實用新型實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖。如圖3所示，前級監(jiān)測電路210包括：N個電池CELL、N-1個電容、一個公共開關管SW_con和N組開關單元。

其中，N個電池CELL串聯(lián)連接，第一電池CELL的負極接地；N-1個電容串聯(lián)連接，第一電容C1的下極板通過公共開關管接地；

第一組開關單元的第一輸入端與第一電池CELL的負極相交，第二輸入端連接至第一電池CELL正極與第二電池CELL負極的交點，輸出端連接至第一 電容C1的上極板與第二電容C2的下極板的交點；

第二組開關單元的第一輸入端連接至第一組開關單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第二電池CELL正極與第三電池CELL負極的交點，輸出端連接至第一電容C1的上極板與第二電容C2的下極板的交點；

第三組開關單元的第一輸入端連接至第二組開關單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第三電池CELL正極與第四電池CELL負極的交點，輸出端連接至第二電容C2的上極板與第三電容C3的下極板的交點；

以此類推，第N組開關單元的第一輸入端連接至第N-1組開關單元的第二輸入端，第二輸入端連接至第N電池CELL正極，輸出端連接至第N-1電容CN-1的上極板。

其中，每組開關單元包括兩個開關管，每個開關管都含有三端；以第一組開關單元為例，第一組開關單元包括；開關管SW1_dn的第一端為第一組開關單元的第一輸入端，第二端為第一組開關單元的輸出端，第三端連接至控制電路230的輸出端；開關管SW1_up的第一端為第一組開關單元的第二輸入端，第二端連接至開關管SW1_dn的第二端，即第二端為第一組開關單元的輸出端，第三端連接至控制電路230的輸出端；其他開關單元的內部連接方式與第一組開關單元相同，這里不再贅述。

前級監(jiān)測電路210中第一電容C1的下極板通過模數(shù)轉換器ADC 220與控制電路230相連。需要說明的是，開關單元中的開關管包括但不限制于PMOS管和NMOS管。

圖4為本實用新型實施例提供的一種多級電池監(jiān)測電路的監(jiān)測時序示意圖。結合圖4詳述監(jiān)測電路的工作原理。如圖4所示，公共開關管SW_con與N組開關單元中的開關管通過控制電路230輸出的控制信號進行開啟和關斷，其中，開關管的第三端接收高電平有效，在控制電路230的作用下，前級監(jiān)測電路210中的公共開關管SW_con進行周期性變化；當N組開關單元中的開關管SW1_up—SWn_up變?yōu)楦唠娖綍r，模數(shù)轉換器ADC 220將被觸發(fā)進行工作。

結合圖4的監(jiān)測時序圖通過監(jiān)測圖3中第一電池CELL1、第四電池CELL4和第n電池CELLn詳述電路工作過程。

監(jiān)測第一電池CELL1：

在t0時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t0—t1時刻，開關管SW_con和SW1_dn處于ON狀態(tài),模數(shù)轉換器ADC 220以及開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上下極板電壓均為0V，因此電容C1的電荷量Q1＝0V*C1＝0；由于開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1外的其它n-2個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)。

t1—t2時刻，開關管SW1_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW1_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板 電壓為V1，由于開關管SW_con斷開，使電容C1的下極板懸空，由電荷守恒原理，電容C1的下極板電壓為V1，即VM端電壓為V1；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，實現(xiàn)了對第一節(jié)電池CELL1電壓的監(jiān)測；

監(jiān)測第四電池CELL4：

在t6時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t6—t7時刻，SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn處于ON狀態(tài)，模數(shù)轉換器ADC 220以及剩余其他開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1，下極板電壓為0，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1；電容C2上極板電壓為V2，下極板電壓為V1，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2；電容C3上極板電壓為V3，下極板電壓為V2，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3；由于除SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn外的其他開關管都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1、C2和C3外的其它n-4個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)。

t7—t8時刻，SW4_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW4_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C3的上極板電壓為V4,電容C3、C2和C1下極板的開關管SW3_dn、SW2_dn、SW1_dn和SW_con斷開，電容C3、C2、C1串聯(lián)，由于SW4_up閉合使電容C3的下極板電壓由原來的V2增加到V2+V4-V3，由電荷守恒原理，C1的下極板電 壓將由原來的0V變?yōu)閂4-V3，即VM端電壓為V4-V3；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，實現(xiàn)了對第四節(jié)電池CELL4電壓的監(jiān)測；

監(jiān)測第n電池CELLn：

在t(2n-2)時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t(2n-2)到t(2n-1)時刻,SW_con、SW2_dn、SW3_dn、SW4_dn、……、SWn_dn都處于ON狀態(tài)，模數(shù)轉換器ADC 220以及SW1_dn、SW1_up、SW2_up、SW3_up、……、SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1,下極板電壓為0，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1，電容C2上極板電壓為V2，下極板電壓為V1，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2，電容C3上極板電壓為V3，下極板電壓為V2，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3，同理電容C(n-1)上極板電壓為Vn-1,下極板電壓為Vn-2,因此電容C(n-1)的電荷量Qn-1＝(Vn-1-Vn-2)Cn-1。

t(2n-1)到t2n時刻，SWn_up處于ON狀態(tài)，模數(shù)轉換器ADC 220以及除SWn_up外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容Cn-1的上極板電壓為Vn,所有電容的下極板的開關管SWn_dn、……、SW_con都斷開，電容Cn-1、……、C1串聯(lián)，由于SWn_up閉合使電容Cn-1的下極板電壓由原來的Vn-2增加到Vn-2+Vn-Vn-1，由電荷守恒原理，C1的下極板電壓將變?yōu)閂n-Vn-1，即VM端電壓為Vn-Vn-1；控制電路230控制模數(shù)轉 換器ADC 220處于ON狀態(tài)，實現(xiàn)了對第n節(jié)電池CELLn電壓的監(jiān)測。

圖5為本實用新型實施例提供的另一種多級電芯監(jiān)測電路的內部結構示意圖。如圖5所示，前級監(jiān)測電路210包括：N個電池CELL、N-1個電容、一個公共開關管SW_con、N組開關單元和一個參考電壓源。其中，參考電壓源輸出的參考電壓為Vref，用于為第一電容C1提供最小電壓，且根據(jù)模數(shù)轉換器ADC 220對輸入電壓要求設定參考電壓源提供的參考電壓值。

參考電壓源的正極通過公共開關管SW_con連接至第一電容C1的下極板，負極與第一組開關單元的第一端相交并接地。其中，N個電池CELL、N-1個電容、N組開關單元和一個運算放大器OP的連接方式與上文相同，這里不再贅訴。

結合圖4的監(jiān)測時序圖，通過監(jiān)測圖5中第一電池CELL1、第四電池CELL4和第n電池CELLn的工作原理詳述該監(jiān)測電路的工作過程。

監(jiān)測第一電池CELL1：

在t0時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；t0—t1時刻，開關管SW_con和SW1_dn處于ON狀態(tài),模數(shù)轉換器ADC 220以及開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為0V，下極板電壓為Vref，因此電容C1的電荷量Q1＝(0V-Vref)*C1＝0；由于開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1外 的其它n-2個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)；

t1—t2時刻，開關管SW1_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW1_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1，由于開關管SW_con斷開，使電容C1的下極板懸空，由電荷守恒原理，電容C1的下極板電壓為V1+Vref，即VM端電壓為V1+Vref；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，通過設置模數(shù)轉換器ADC 220使輸入的VM端電壓在其內部除去Vref固定電壓值，實現(xiàn)了對第一節(jié)電池CELL1電壓的監(jiān)測。

監(jiān)測第四電池CELL4：

在t6時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t6—t7時刻，SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn處于ON狀態(tài)，模數(shù)轉換器ADC 220以及其他開關管都處于OFF狀態(tài)，此時，參考電壓源第一電池CELL1和SW2_dn構成通路，使電容C1的上極板電壓變?yōu)閂1+Vref，下極板電壓為Vref，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1；同理電容C2上極板電壓為V2+Vref，下極板電壓為V1+Vref，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2；電容C3上極板電壓為V3+Vref，下極板電壓為V2+Vref，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3；由于除SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn外的其他開關管都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1、C2和C3外的其它n-4個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)；

t7—t8時刻，SW4_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW4_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C3的上極板電壓為V4，電容C3、C2和C1下極板的開關管SW3_dn、SW2_dn、SW1_dn和SW_con斷開，電容C3、C2、C1串聯(lián)，由于SW4_up閉合使電容C3的下極板電壓由原來的V2+Vref增加到V2+V4-V3+Vref，由電荷守恒原理，C1的下極板電壓將由原來的Vref變?yōu)閂4-V3+Vref，即VM端電壓為V4-V3+Vref；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，通過設置模數(shù)轉換器ADC 220使輸入的VM端電壓在其內部除去Vref固定電壓值，實現(xiàn)了對第四節(jié)電池CELL4電壓的監(jiān)測。

監(jiān)測第n電池CELLn：

在t(2n-2)時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t(2n-2)—t(2n-1)時刻,SW_con、SW2_dn、SW3_dn、SW4_dn、……、SWn_dn都處于ON狀態(tài)，模數(shù)轉換器ADC 220以及SW1_dn、SW1_up、SW2_up、SW3_up、……、SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1+Vref，下極板電壓為Vref，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1，電容C2上極板電壓為V2+Vref，下極板電壓為V1+Vref，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2，電容C3上極板電壓為V3+Vref，下極板電壓為V2+Vref，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3，同理電容C(n-1)上極板電壓為Vn-1+Vref,下極板電壓為Vn-2+Vref,因此電容C(n-1) 的電荷量Qn-1＝(Vn-1-Vn-2)Cn-1；

t(2n-1)—t2n時刻，SWn_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SWn_up外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容Cn-1的上極板電壓為Vn，所有電容的下極板的開關管SWn_dn、……、SW_con都斷開，電容Cn-1、……、C1串聯(lián)，由于SWn_up閉合使電容Cn-1的下極板電壓由原來的Vn-2增加到Vn-2+Vn-Vn-1+Vref，由電荷守恒原理，C1的下極板電壓將變?yōu)閂n-Vn-1+Vref，即VM端電壓為Vn-Vn-1+Vref；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，通過設置模數(shù)轉換器ADC 220使輸入的VM端電壓在其內部除去Vref固定電壓值，實現(xiàn)了對第n節(jié)電池CELLn電壓的監(jiān)測。

參考電壓源用于為電容C1的下極板提供最小電壓，其正極通過公共開關管SW_con連接至第一組開關單元中電容C1的下極板，負極與第一組開關單元的第一端相交并接地。參考電壓源提供的參考電壓值是根據(jù)模數(shù)轉換器ADC 220對輸入電壓要求而定。

本實施例通過2n+1個開關管和n-1個電容，實現(xiàn)n節(jié)串聯(lián)電池電壓的實時監(jiān)測。其中，通過N個開關單元的實時變化，保證了每個開關管承受的最大電壓差不超過一個電池電壓；通過n-1個電容的串聯(lián)，降低了每個電容耐壓要求，每個電容上下極板最大電壓不超過一個電池電壓，從而降低了因為高壓電容電壓系數(shù)引起的非線性，提高了采樣精度，降低了成本；

圖6為本實用新型實施例提供的另一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖。如圖6所示，前級監(jiān)測電路210包括：N個電池CELL、N-1個電容、一個公共開關管SW_con、N組開關單元和一個運算放大器OP。

運算放大器OP的正向輸入端余第一組開關單元的第一輸入端相交后接地；運算放大器OP的反向輸入端連接至第一電容C1的下極板，運算放大器OP的輸出端通過公共開關管SW_con與的輸入端和運算放大器OP的反向輸入端分別相連。運算放大器OP為VM端電壓提供驅動能力，防止VM端電壓在傳輸過程中發(fā)生損耗。其中，N個電池CELL、N-1個電容和N組開關單元的連接方式與上文相同，這里不再贅訴。

結合圖4的監(jiān)測時序圖，通過監(jiān)測圖6中第一電池CELL1、第四電池CELL4和第n電池CELLn的工作原理詳述該監(jiān)測電路的工作過程。

監(jiān)測第一電池CELL1：

在t0時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t0—t1時刻，開關管SW_con和SW1_dn處于ON狀態(tài)，運算放大器OP處于負反饋狀態(tài)，運算放大器OP的正向輸入端輸入電壓為0V，通過負反饋將該電壓傳輸?shù)降谝浑娙莸南聵O板，模數(shù)轉換器ADC 220以及開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上下極板電壓均為0V，因此電容C1的電荷量Q1＝0V*C1＝0；由于開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1外 的其它n-2個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)；

t1—t2時刻，開關管SW1_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW1_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1，由于開關管SW_con斷開，使電容C1的下極板懸空，由電荷守恒原理，電容C1的下極板電壓為V1，即VM端電壓為V1；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，實現(xiàn)了對第一節(jié)電池CELL1電壓的監(jiān)測。

監(jiān)測第四電池CELL4：

在t6時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t6—t7時刻，SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn處于ON狀態(tài)，運算放大器OP處于負反饋狀態(tài)，運算放大器OP的正向輸入端輸入電壓為0V，通過負反饋將該電壓傳輸?shù)降谝浑娙莸南聵O板，模數(shù)轉換器ADC 220以及其他開關管都處于OFF狀態(tài)，此時參考電壓源第一電池CELL1和SW2_dn構成通路，使電容C1的上極板電壓變?yōu)閂1，下極板電壓為0V，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1；同理電容C2上極板電壓為V2，下極板電壓為V1，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2；電容C3上極板電壓為V3，下極板電壓為V2，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3；由于除SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn外的其他開關管都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1、C2和C3外的其它n-4個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)；

t7—t8時刻，SW4_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW4_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C3的上極板電壓為V4，電容C3、C2和C1下極板的開關管SW3_dn、SW2_dn、SW1_dn和SW_con斷開，電容C3、C2、C1串聯(lián)，由于SW4_up閉合使電容C3的下極板電壓由原來的V2+Vref增加到V2+V4-V3，由電荷守恒原理，C1的下極板電壓將由原來的0V變?yōu)閂4-V3，即VM端電壓為V4-V3；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，實現(xiàn)了對第四節(jié)電池CELL4電壓的監(jiān)測。

監(jiān)測第n電池CELLn：

在t(2n-2)時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t(2n-2)到t(2n-1)時刻,SW_con、SW2_dn、SW3_dn、SW4_dn、……、SWn_dn都處于ON狀態(tài)，運算放大器OP處于負反饋狀態(tài)，此時運算放大器OP的正向輸入端輸入電壓為0V，通過負反饋將該電壓傳輸?shù)降谝浑娙莸南聵O板，模數(shù)轉換器ADC 220以及SW1_dn、SW1_up、SW2_up、SW3_up、……、SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1，下極板電壓為0V，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1，電容C2上極板電壓為V2，下極板電壓為V1，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2，電容C3上極板電壓為V3，下極板電壓為V2，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3，同理電容C(n-1)上極板電壓為Vn-1,下極板電壓為Vn-2, 因此電容C(n-1)的電荷量Qn-1＝(Vn-1-Vn-2)Cn-1；

t(2n-1)—t2n時刻，SWn_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SWn_up外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容Cn-1的上極板電壓為Vn，所有電容的下極板的開關管SWn_dn、……、SW_con都斷開，電容Cn-1、……、C1串聯(lián)，由于SWn_up閉合使電容Cn-1的下極板電壓由原來的Vn-2增加到Vn-2+Vn-Vn-1+Vref，由電荷守恒原理，C1的下極板電壓將變?yōu)閂n-Vn-1+Vref，即VM端電壓為Vn-Vn-1+Vref；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，通過設置模數(shù)轉換器ADC 220使輸入的VM端電壓在其內部除去Vref固定電壓值，實現(xiàn)了對第n節(jié)電池CELLn電壓的監(jiān)測。

圖7為本實用新型實施例提供的另一種多級電池監(jiān)測電路的內部結構示意圖。如圖7所示，前級監(jiān)測電路210包括：N個電池CELL、N-1個電容、一個公共開關管SW_con、N組開關單元、一個參考電壓源和一個運算放大器OP。

參考電壓源的正極連接至運算放大器OP的正向輸入端，參考電壓源的負極與第一組開關單元的第一端相交并接地，對于N個電池CELL、N-1個電容、N組開關單元和一個運算放大器OP的連接方式與上文相同，這里不再贅訴。其中，參考電壓源輸出的參考電壓為Vref，用于為第一電容C1提供最小電壓，且根據(jù)模數(shù)轉換器ADC 220對輸入電壓要求設定參考電壓源提供 的參考電壓值。

結合圖4的監(jiān)測時序圖，通過監(jiān)測圖7中第一電池CELL1、第四電池CELL4和第n電池CELLn的工作原理詳述該監(jiān)測電路的工作過程。

監(jiān)測第一電池CELL1：

在t0時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t0—t1時刻，開關管SW_con和SW1_dn處于ON狀態(tài)，運算放大器OP處于負反饋狀態(tài)，此時運算放大器OP的正向輸入端輸入電壓為Vref，通過負反饋將該電壓傳輸?shù)降谝浑娙莸南聵O板，模數(shù)轉換器ADC 220以及開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為0V，下極板電壓為Vref，因此電容C1的電荷量Q1＝(0V-Vref)*C1＝0；由于開關管SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1外的其它n-2個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)；

t1—t2時刻，開關管SW1_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW1_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1，由于開關管SW_con斷開，使電容C1的下極板懸空，由電荷守恒原理，電容C1的下極板電壓為V1+Vref，即VM端電壓為V1+Vref；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，通過設置模數(shù)轉換器ADC 220使輸入的VM端電壓在其內部除去Vref固定電壓值，實現(xiàn)了對 第一節(jié)電池CELL1電壓的監(jiān)測。

監(jiān)測第四電池CELL4：

在t6時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t6—t7時刻，SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn處于ON狀態(tài)，運算放大器OP處于負反饋狀態(tài)，此時運算放大器OP的正向輸入端輸入電壓為Vref，通過負反饋將該電壓傳輸?shù)降谝浑娙莸南聵O板，模數(shù)轉換器ADC220以及其他開關管都處于OFF狀態(tài)，此時，參考電壓源第一電池CELL1和SW2_dn構成通路，使電容C1的上極板電壓變?yōu)閂1+Vref，下極板電壓為Vref，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1；同理電容C2上極板電壓為V2+Vref，下極板電壓為V1+Vref，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2；電容C3上極板電壓為V3+Vref，下極板電壓為V2+Vref，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3；由于除SW_con、SW2_dn、SW3_dn和SW4_dn外的其他開關管都處于OFF狀態(tài)，使除電容C1、C2和C3外的其它n-4個電容的上極板都處于懸空狀態(tài)；

t7—t8時刻，SW4_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SW4_up以外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容C3的上極板電壓為V4，電容C3、C2和C1下極板的開關管SW3_dn、SW2_dn、SW1_dn和SW_con斷開，電容C3、C2、C1串聯(lián)，由于SW4_up閉合使電容C3的下極板電壓由原來的V2+Vref增加到V2+V4-V3+Vref，由電荷守恒原理，C1 的下極板電壓將由原來的Vref變?yōu)閂4-V3+Vref，即VM端電壓為V4-V3+Vref；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，通過設置模數(shù)轉換器ADC 220使輸入的VM端電壓在其內部除去Vref固定電壓值，實現(xiàn)了對第四節(jié)電池CELL4電壓的監(jiān)測。

監(jiān)測第n電池CELLn：

在t(2n-2)時刻，開關管SW_con、SW1_dn、SW1_up、……、SWn_dn和SWn_up都處于OFF狀態(tài)；

t(2n-2)到t(2n-1)時刻,SW_con、SW2_dn、SW3_dn、SW4_dn、……、SWn_dn都處于ON狀態(tài)，運算放大器OP處于負反饋狀態(tài)，此時運算放大器OP的正向輸入端輸入電壓為Vref，通過負反饋將該電壓傳輸?shù)降谝浑娙莸南聵O板，模數(shù)轉換器ADC 220以及SW1_dn、SW1_up、SW2_up、SW3_up、……、SWn_up都處于OFF狀態(tài)，此時電容C1的上極板電壓為V1+Vref，下極板電壓為Vref，因此電容C1的電荷量Q1＝V1*C1，電容C2上極板電壓為V2+Vref，下極板電壓為V1+Vref，因此電容C2的電荷量Q2＝(V2-V1)*C2，電容C3上極板電壓為V3+Vref，下極板電壓為V2+Vref，因此電容C3的電荷量Q3＝(V3-V2)*C3，同理電容C(n-1)上極板電壓為Vn-1+Vref,下極板電壓為Vn-2+Vref,因此電容C(n-1)的電荷量Qn-1＝(Vn-1-Vn-2)Cn-1；

t(2n-1)—t2n時刻，SWn_up以及模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，除SWn_up外的其它開關管都處于OFF狀態(tài)，此時電容Cn-1的上極板電壓 為Vn，所有電容的下極板的開關管SWn_dn、……、SW_con都斷開，電容Cn-1、……、C1串聯(lián)，由于SWn_up閉合使電容Cn-1的下極板電壓由原來的Vn-2增加到Vn-2+Vn-Vn-1+Vref，由電荷守恒原理，C1的下極板電壓將變?yōu)閂n-Vn-1+Vref，即VM端電壓為Vn-Vn-1+Vref；控制電路230控制模數(shù)轉換器ADC 220處于ON狀態(tài)，通過設置模數(shù)轉換器ADC 220使輸入的VM端電壓在其內部除去Vref固定電壓值，實現(xiàn)了對第n節(jié)電池CELLn電壓的監(jiān)測。

本實用新型實施例將多級串聯(lián)的電池電壓由不同的高壓電壓域，根據(jù)電荷守恒原理全部轉換到將低壓電壓域，將低壓電壓域的電壓通過模數(shù)轉換器ADC和控制電路，實現(xiàn)對多級電池電壓的實時監(jiān)測。

具體的，通過2n+1個開關管和n-1個電容，實現(xiàn)n節(jié)串聯(lián)電池電壓的實時監(jiān)測。其中，通過2n+1個開關管的實時變化，保證了每個開關管承受的最大電壓差不超過一個電池電壓，由此可以采用高壓工藝里邊的低壓隔離器件，也就是說，只需要包含2N+1個開關管的隔離井整體承受高壓，井內的每個開關管可以選用低壓結構的器件；由此不僅減小了芯片尺寸，降低了成本，同時也提高了開關管導通電阻的匹配精度，從而提高了系統(tǒng)監(jiān)測精度；通過n-1個電容串聯(lián)的連接方式，降低了每個電容耐壓要求，每個電容上下極板最大電壓不超過一個電池電壓，因此可以采用低壓電容，由此不僅減小了芯片尺寸，降低了由電壓系數(shù)引起的非線性，也降低了因為高壓電容電壓系數(shù)引起的非線性，從而提高了系統(tǒng)監(jiān)測精度。

另外，本實用新型還可以提供一種多節(jié)電池監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括上述圖3、圖5至圖7中所示的一個或多個電路。

本實用新型實施例的多節(jié)電池監(jiān)測系統(tǒng)，通過將多級串聯(lián)的電池電壓由不同的高壓電壓域，根據(jù)電荷守恒原理全部轉換到將低壓電壓域，將低壓電壓域的電壓通過模數(shù)轉換器ADC和控制電路，實現(xiàn)對多級電池電壓的實時監(jiān)測。

專業(yè)人員應該還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業(yè)技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本實用新型的范圍。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。