本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路、均衡電路及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鋰離子電池組一般由多節(jié)單體鋰離子電池串并聯(lián)構(gòu)成，由于單體電池特性存在不一致性，為提高電池的使用性能，延長使用壽命以及充放電安全管理，需要采集單體電池的電壓，在單體電池的電壓存在差異情況下，需啟動均衡電路針對單體電池進(jìn)行充放電管理，從而使電池組中各單體電池的電壓趨于一致。鋰離子電池組單體電池電壓采樣精度一般要求在10mV以內(nèi)，同時采樣及均衡電路要求低漏電流(小于500uA)以確保電池存儲時間。

目前，在對單體電池采樣時，大部分采用共模分壓法采樣串聯(lián)電池組的單體電壓，這種采樣方法電路簡單，電池同處理器可工地，無需隔離通訊。但是由于電池組的單體電池一直與采樣電阻連接，存在持續(xù)的漏電流，難以滿足電池的存儲時間要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路、均衡電路及系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)在不對單體電池采樣時，隔離單體電池與采樣電阻的連接，防止出現(xiàn)單體電池的漏電流的情況。

第一方面，提供一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路。

包括：控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(英文：Analog-to-Digital Converter，ADC)、分壓電路、由n個單體電池串聯(lián)組成的電池組以及n個隔離采樣開關(guān)，所述n個隔離采樣開關(guān)的一端與所述分壓電路的第一輸入端連接，所述n個隔離采樣開關(guān)的另一端分別與所述n個單體電池的正極連接，所述隔離采樣開關(guān)與所述單體電池一一對應(yīng)，所述n個單體電池中的第1個單體電池的負(fù)極與所述分壓電路的第二輸入端連接并接地，所述分壓電路的輸出端與所述ADC的第二輸入端連接，所述ADC的第一輸入端接地，所述ADC的輸出端與所述控制器的輸入端連接，所述控制器的第一輸出組分別與所述n個隔離采樣開關(guān)的控制端連接，用于控制所述n個隔離采樣開關(guān)的打開或閉合，所述控制器依次控制所述n個隔離采樣開關(guān)的閉合，與所述n個隔離采樣開關(guān)所對應(yīng)的n個單體電池的正極對地的電壓經(jīng)過所述分壓電路的衰減后送入所述ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換；所述ADC將轉(zhuǎn)換后的采樣電壓值傳輸給所述控制器；所述控制器將相鄰兩次的采樣電壓值相減得到相應(yīng)的單體電池的電壓值。

通過第一隔離采樣開關(guān)將單體電池與分壓電路中的分壓電阻進(jìn)行隔離，可以防止出現(xiàn)單體電池的漏電流的情況，并且采樣電路的采集的采樣電壓中的采樣誤差可以在差分計(jì)算中相互抵消，提高了單體電池電壓的采樣精度。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述分壓電路包括第一分壓電阻和第二分壓電阻。所述第一分壓電阻的一端與所述n個隔離采樣開關(guān)連接，另一端與所述ADC的第二輸入端連接，所述第二分壓電阻的一端與所述n個單體電池中的第1個單體電池的負(fù)極連接，另一端與所述ADC的第二輸入端連接。

通過分壓電路中的第一分壓電阻和第二分壓電阻可以對單體電池的正極對地電壓進(jìn)行衰減處理。

結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括：輔助驅(qū)動電源。所述n個隔離采樣開關(guān)中任一隔離采樣開關(guān)包括第一晶體管、第二晶體管、光電耦合器。所述第一晶體管的第一端口與所述第二晶體管的第一端口連接，所述第一晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第一端口連接，所述第一晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接。所述第二晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第一端口連接，所述第二晶體管的第三端口與所述分壓電路的第一輸入端連接，所述光電耦合器的第二端口與所述控制器共地，所述光電耦合器的第三端口與所述控制器的第一輸出組連接，所述光電耦合器的第四端口與所述輔助驅(qū)動電源的正極連接，所述輔助驅(qū)動電源的負(fù)極與所述分壓電路的第一輸入端連接。

通過第一隔離采樣開關(guān)中的第一晶體管和第二晶體可以將單體電池與分壓電路中的分壓電阻進(jìn)行隔離，防止出現(xiàn)單體電池的漏電流的情況，并且采樣電路的采集的采樣電壓中的采樣誤差可以在差分計(jì)算中相互抵消，提高了單體電池電壓的采樣精度。

結(jié)合第一方面或第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一晶體管和所述第二晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體。

結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述n個隔離采樣開關(guān)中任一隔離采樣開關(guān)包括第三晶體管、第四晶體管、光電耦合器，所述第三晶體管的第一端口與所述第四晶體管的第一端口連接，所述第三晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第四端口連接，所述第三晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，所述第四晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第四端口連接，所述第四晶體管的第三端口與所述分壓電路的第一輸入端連接，所述光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接，所述光電耦合器的第二端口與所述控制器共地，所述光電耦合器的第三端口與所述控制器的第一輸出組連接。

通過第一隔離采樣開關(guān)中的第一晶體管和第二晶體可以將單體電池與分壓電路中的分壓電阻進(jìn)行隔離，防止出現(xiàn)單體電池的漏電流的情況，并且采樣電路的采集的采樣電壓中的采樣誤差可以在差分計(jì)算中相互抵消，提高了單體電池電壓的采樣精度。

結(jié)合第一方面或第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第三晶體管和所述第四晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體。

第二方面，提供一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路。

包括：控制器、帶通信隔離的模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADC、由n個單體電池串聯(lián)組成的電池組、n個第一隔離采樣開關(guān)和n個第二隔離采樣開關(guān)。所述n個第一隔離采樣開關(guān)的一端與所述帶通信隔離的ADC的第一輸入端連接，所述n個第一隔離采樣開關(guān)的另一端分別與所述n個單體電池的正極連接，所述第一隔離采樣開關(guān)與所述單體電池一一對應(yīng)，所述n個第二隔離采樣開關(guān)的一端與所述帶通信隔離的ADC的第二輸入端連接，所述n個第二隔離采樣開關(guān)的另一端分別與所述n個單體電池的負(fù)極連接，所述第二隔離采樣開關(guān)與所述單體電池一一對應(yīng)，所述帶通信隔離的ADC的輸出端與所述控制器的輸入端連接，所述控制器的第一輸出組分別與所述n個第一隔離采樣開關(guān)的控制端以及n個第二隔離采樣開關(guān)的控制端連接，用于控制所述n個隔離采樣開關(guān)的打開或閉合，所述控制器依次控制每個單體電池連接的第一隔離采樣開關(guān)和第二隔離采樣開關(guān)的閉合，依次可以將每個單體電池的電壓送入所述帶通信隔離的ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所述ADC轉(zhuǎn)換后的每個單體電池的采樣電壓值被隔離傳輸至所述控制器。

通過第一隔離采樣開關(guān)和第二隔離采樣開關(guān)可以使得所需測量的單體電池電壓接通到正負(fù)極公共節(jié)點(diǎn)上，再由帶通信隔離的ADC轉(zhuǎn)換后傳輸至控制器，可以實(shí)現(xiàn)對單體電池電壓的高精度差分采樣。

結(jié)合第二方面，在第二方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括：輔助驅(qū)動電源。所述n個第一隔離采樣開關(guān)和所述n個第二隔離采樣開關(guān)中任一隔離采樣開關(guān)包括第一晶體管、第二晶體管、光電耦合器，所述第一晶體管的第一端口與所述第二晶體管的第一端口連接，所述第一晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第一端口連接，所述第一晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，所述第二晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第一端口連接，所述第二晶體管的第三端口與所述分壓電路的第一輸入端連接，所述光電耦合器的第二端口與所述控制器共地，所述光電耦合器的第三端口與所述控制器的第一輸出組連接，所述光電耦合器的第四端口與所述輔助驅(qū)動電源的正極連接。所述輔助驅(qū)動電源的負(fù)極與所述ADC的第二輸入端連接。

結(jié)合第二方面或第二方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第二方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一晶體管和所述第二晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體。

結(jié)合第二方面，在第二方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述n個第一隔離采樣開關(guān)和所述n個第二隔離采樣開關(guān)中任一隔離采樣開關(guān)包括第三晶體管、第四晶體管、光電耦合器，所述第三晶體管的第一端口與所述第四晶體管的第一端口連接，所述第三晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第四端口連接，所述第三晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，所述第四晶體管的第二端口與所述光電耦合器的第四端口連接，所述第四晶體管的第三端口與所述分壓電路的第一輸入端連接，所述光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接，所述光電耦合器的第二端口與所述控制器共地，所述光電耦合器的第三端口與所述控制器的第一輸出組連接。

結(jié)合第二方面或第二方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第二方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一晶體管和所述第二晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體。

第三方面，提供一種串聯(lián)電池組單體電池的均衡電路。

應(yīng)用于上述第一方面或第二方面中任一實(shí)現(xiàn)方式中的采樣電路，包括：控制器、由n個單體電池串聯(lián)組成的電池組、n個均衡開關(guān)和n個均衡電阻，所述n個單體電池中任一單體電池串聯(lián)一個均衡開關(guān)和一個均衡電阻，所述控制器的第二輸出組分別與所述n個均衡開關(guān)的控制端連接，用于控制所述n個均衡開關(guān)的打開或閉合，所述控制器根據(jù)采樣電路采集的各單體電池的采樣電壓值，依據(jù)預(yù)設(shè)的電池均衡算法，控制需要均衡的單體電池的均衡開關(guān)連接，使得所述需要均衡的單體電池的電能通過所述均衡電阻進(jìn)行釋放。

結(jié)合第三方面，在第三方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述n個均衡開關(guān)中任一均衡開關(guān)包括第五晶體管、第二光電耦合器和第一電阻，所述第五晶體管的第一端口經(jīng)由所述第一電阻與所述第二光電耦合器的第一端口，所述第五晶體管的第二端口與所述第二光電耦合器的第一端口連接，所述第五晶體管的第三端口經(jīng)由所述均衡電阻與所述第二光電耦合器的第四端口連接，所述第二光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接，所述第二光電耦合器的第二端口接地，所述第二光電耦合器的第三端口與所述控制器的第二輸出組連接，所述第二光電耦合器的第四端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接。

結(jié)合第三方面或第三方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第三方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第五晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體。

結(jié)合第三方面，在第三方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述n個均衡開關(guān)中任一均衡開關(guān)包括第六晶體管、第二光電耦合器和第二電阻，所述第六晶體管的第一端口經(jīng)由所述第二電阻與所述第二光電耦合器的第一端口，所述第六晶體管的第二端口與所述第二光電耦合器的第一端口連接，所述第六晶體管的第三端口經(jīng)由所述均衡電阻與所述第二光電耦合器的第四端口連接，所述第二光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，所述第二光電耦合器的第二端口接地，所述第二光電耦合器的第三端口與所述控制器的第二輸出組連接，所述第二光電耦合器的第四端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接。

結(jié)合第三方面或第三方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第三方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第六晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體。

第四方面，提供一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)。

包括上述第一方面或第二方面中任一實(shí)現(xiàn)方式中的采樣電路和第三方面中任一實(shí)現(xiàn)方式中的均衡電路，所述控制器根據(jù)所述采樣電路采集的各單體電池的電壓值，依據(jù)預(yù)設(shè)的電池均衡算法，對需要均衡的單體電池進(jìn)行均衡控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種隔離采樣開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種隔離采樣開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的均衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種均衡開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種均衡開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示例性的示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路的結(jié)構(gòu)。該采樣電路可以實(shí)現(xiàn)對電池組內(nèi)單體電池的正極對地電壓的采集，本發(fā)明實(shí)施例中的采樣方法為共模分壓采樣法。

如圖1所示，該采集電路可以包括：控制器101、ADC 102、分壓電路103、由n個單體電池串聯(lián)組成的電池組104以及n個隔離采樣開關(guān)105。

其中，該n個隔離采樣開關(guān)105中任一個隔離采樣開關(guān)105的一端與分壓電路103的第一輸入端連接，隔離采樣開關(guān)105的另一端分別與每個單體電池的正極連接，隔離采樣開關(guān)105與單體電池是一一對應(yīng)的。在n個單體電池中，第1個單體電池的負(fù)極與分壓電路103的第二輸入端連接并接地。分壓電路103的輸出端與ADC 102的第二輸入端連接，ADC 102的第一輸入端接地，ADC102的輸出端與控制器101的輸入端連接。控制器101的第一輸出組分別與n個隔離采樣開關(guān)105的控制端連接，用于控制n個隔離采樣開關(guān)105的打開或閉合，控制器101依次控制n個隔離采樣開關(guān)105的閉合，與n個隔離采樣開關(guān)105所對應(yīng)的n個單體電池的正極對地的電壓經(jīng)過分壓電路的衰減后送入ADC 102進(jìn)行轉(zhuǎn)換，ADC 102將轉(zhuǎn)換后的采樣電壓值傳輸給控制器101，控制器101將相鄰兩次的采樣電壓值相減得到相應(yīng)的單體電池的電壓值。

采樣電路通過隔離采樣開關(guān)將單體電池與分壓電路中的分壓電阻隔離，防止在不對該單體電池采樣時出現(xiàn)漏電流的情況，由于相鄰兩次的采樣電壓值中存在的采樣誤差基本相同，在將相鄰兩次的采樣電壓相減的過程中將采樣誤差消除，提高了單體電池的采樣電壓的精度。

圖2示例性的示出了一種分壓電路的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，該分壓電路可以包括第一分壓電阻和第二分壓電阻。第一分壓電阻的一端與n個隔離采樣開關(guān)連接，另一端與ADC 102的第二輸入端連接，第二分壓電阻的一端與n個單體電池中的第1個單體電池的負(fù)極連接，另一端與ADC 102的第二輸入端連接。

為了實(shí)現(xiàn)隔離采樣開關(guān)的隔離功能，本發(fā)明實(shí)施例提供一種由N型金屬氧化物半導(dǎo)體(英文：Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)和光電耦合器組成的隔離采樣開關(guān)，為了給該隔離采樣開關(guān)供電，該采樣電路還包括輔助驅(qū)動電源。在本發(fā)明實(shí)施例中第一晶體管和第二晶體管都為N型金屬氧化物半導(dǎo)體。

具體的，上述n個隔離采樣開關(guān)中任一隔離采樣開關(guān)包括第一晶體管、第二晶體管、光電耦合器。第一晶體管的第一端口與第二晶體管的第一端口連接，第一晶體管的第二端口與光電耦合器的第一端口連接，第一晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接。第二晶體管的第二端口與光電耦合器的第一端口連接，第二晶體管的第三端口與分壓電路的第一輸入端連接，光電耦合器的第二端口與控制器共地，光電耦合器的第三端口與控制器的第一輸出組連接，光電耦合器的第四端口與輔助驅(qū)動電源的正極連接，輔助驅(qū)動電源的負(fù)極與分壓電路的第一輸入端連接。

如圖3所示的隔離采樣開關(guān)，該隔離采樣開關(guān)的第一晶體管的第一端口S與第二晶體管的第一端口S連接，第一晶體管的第二端口G與光電耦合器的第一端口E連接，第一晶體管的第三端口D與其對應(yīng)的單體電池的正極V+連接。第二晶體管的第二端口G與光電耦合器的第一端口E連接，第二晶體管的第三端口D與分壓電路的第一輸入端SW_COM連接，光電耦合器的第二端口N與控制器共地，光電耦合器的第三端口P與控制器的第一輸出組連接，光電耦合器的第四端口C與輔助驅(qū)動電源的正極DRV_VCC連接，輔助驅(qū)動電源的負(fù)極與分壓電路的第一輸入端SW_COM連接。

采樣電路通過兩個NMOS和光電耦合器組成的隔離采樣開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)將單體電池與分壓電路中的分壓電阻隔離，防止在不對其對應(yīng)的單體電池采樣時出現(xiàn)漏電流的情況。

相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了另一種由P型金屬氧化物半導(dǎo)體(英文：Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor，PMOS)和光電耦合器組成的隔離采樣開關(guān)，在本發(fā)明實(shí)施例中，第三晶體管和第四晶體管都為PMOS。

該隔離采樣開關(guān)可以包括第三晶體管、第四晶體管、光電耦合器。其中，第三晶體管的第一端口與第四晶體管的第一端口連接，第三晶體管的第二端口與光電耦合器的第四端口連接，第三晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，第四晶體管的第二端口與光電耦合器的第四端口連接，第四晶體管的第三端口與分壓電路的第一輸入端連接，光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接，光電耦合器的第二端口與控制器共地，光電耦合器的第三端口與控制器的第一輸出組連接。

如圖4所示的隔離采樣開關(guān)，該隔離采樣開關(guān)的第三晶體管的第一端口S與第四晶體管的第一端口S連接，第三晶體管的第二端口G與光電耦合器的第四端口C連接，第三晶體管的第三端口D與其對應(yīng)的單體電池的正極V+連接，第四晶體管的第二端口G與光電耦合器的第四端口C連接，第四晶體管的第三端口D與分壓電路的第一輸入端SW_COM連接，光電耦合器的第一端口E與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極V_連接，光電耦合器的第二端口N與控制器共地，光電耦合器的第三端口P與控制器的第一輸出組連接。

采樣電路通過兩個PMOS和光電耦合器組成的隔離采樣開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)將單體電池與分壓電路中的分壓電阻隔離，防止在不對其對應(yīng)的單體電池采樣時出現(xiàn)漏電流的情況。

基于相同的技術(shù)構(gòu)思，圖5示例性的示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣電路的結(jié)構(gòu)。該采樣電路可以實(shí)現(xiàn)對串聯(lián)電池組中的單體電池的隔離采樣，本發(fā)明實(shí)施例提供的采樣方法為差模采樣法。

如圖5所示，該采樣電路包括：控制器101、帶通信隔離的ADC 102、由n個單體電池串聯(lián)組成的電池組104、n個第一隔離采樣開關(guān)105和n個第二隔離采樣開關(guān)106。

其中，n個第一隔離采樣開關(guān)105的一端與帶通信隔離的ADC 102的第一輸入端連接，n個第一隔離采樣開關(guān)105的另一端分別與n個單體電池的正極連接，第一隔離采樣開關(guān)105與單體電池一一對應(yīng)，n個第二隔離采樣開關(guān)106的一端與帶通信隔離的ADC 102的第二輸入端連接，n個第二隔離采樣開關(guān)106的另一端分別與n個單體電池的負(fù)極連接，第二隔離采樣開關(guān)106與單體電池一一對應(yīng)。帶通信隔離的ADC 102的輸出端與控制器101的輸入端連接?？刂破?01的第一輸出組分別與n個第一隔離采樣開關(guān)105的控制端以及n個第二隔離采樣開關(guān)的控制端連接，用于控制n個隔離采樣開關(guān)的打開或閉合，控制器101依次控制每個單體電池連接的第一隔離采樣開關(guān)105和第二隔離采樣開關(guān)106的閉合，依次可以將每個單體電池的電壓送入帶通信隔離的ADC102進(jìn)行轉(zhuǎn)換，ADC 102轉(zhuǎn)換后的每個單體電池的采樣電壓值被隔離傳輸至控制器。

為了實(shí)現(xiàn)隔離采樣開關(guān)的隔離功能，本發(fā)明實(shí)施例提供一種由NMOS和光電耦合器組成的隔離采樣開關(guān)，為了給該隔離采樣開關(guān)供電，該采樣電路還包括輔助驅(qū)動電源。在本發(fā)明實(shí)施例中第一晶體管和第二晶體管都可以為N型MOSFET。

具體的上述n個第一隔離采樣開關(guān)和n個第二隔離采樣開關(guān)中任一隔離采樣開關(guān)包括第一晶體管、第二晶體管、光電耦合器。第一晶體管的第一端口與第二晶體管的第一端口連接，第一晶體管的第二端口與光電耦合器的第一端口連接，第一晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，第二晶體管的第二端口與光電耦合器的第一端口連接，第二晶體管的第三端口與分壓電路的第一輸入端連接，光電耦合器的第二端口與控制器共地，光電耦合器的第三端口與控制器的第一輸出組連接，光電耦合器的第四端口與輔助驅(qū)動電源的正極連接。輔助驅(qū)動電源的負(fù)極與ADC的第二輸入端連接。

上述隔離采樣開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)可以如圖3所示，具體連接關(guān)系已在上述實(shí)施例中描述，不再贅述。

相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了另一種由PMOS和光電耦合器組成的隔離采樣開關(guān)，在本發(fā)明實(shí)施例中，第三晶體管和第四晶體管都為PMOS。

針對n個第一隔離采樣開關(guān)和n個第二隔離采樣開關(guān)中任一隔離采樣開關(guān)，該隔離采樣開關(guān)可以包括包括第三晶體管、第四晶體管、光電耦合器，第三晶體管的第一端口與第四晶體管的第一端口連接，第三晶體管的第二端口與光電耦合器的第四端口連接，第三晶體管的第三端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，第四晶體管的第二端口與光電耦合器的第四端口連接，第四晶體管的第三端口與分壓電路的第一輸入端連接，光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接，光電耦合器的第二端口與控制器共地，光電耦合器的第三端口與控制器的第一輸出組連接。

上述隔離采樣開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)可以如圖4所示，具體連接關(guān)系已在上述實(shí)施例中描述，不再贅述。

為了實(shí)現(xiàn)對串聯(lián)電池組單體電池的均衡管理，圖6示例性的示出了本發(fā)明實(shí)施例提供一種串聯(lián)電池組單體電池的均衡電路。該均衡電路可以實(shí)現(xiàn)控制所以單體電池的電壓趨于一致。

如圖6所示，該均衡電路可以包括：控制器101、由n個單體電池串聯(lián)組成的電池組104、n個均衡開關(guān)107和n個均衡電阻108，n個單體電池中任一單體電池串聯(lián)一個均衡開關(guān)107和一個均衡電阻108。控制器101的第二輸出組分別與n個均衡開關(guān)107的控制端連接，用于控制n個均衡開關(guān)的打開或閉合，控制器101根據(jù)采樣電路采集的各單體電池的采樣電壓值，依據(jù)預(yù)設(shè)的電池均衡算法，控制需要均衡的單體電池的均衡開關(guān)107連接，使得需要均衡的單體電池的電能通過均衡電阻108進(jìn)行釋放。

其中，該均衡開關(guān)可以包括第五晶體管和第二光電耦合器和第一電阻，該第五晶體管可以為NMOS。

針對n個均衡開關(guān)中任一均衡開關(guān)，該均衡開關(guān)的第五晶體管的第一端口經(jīng)由第一電阻與第二光電耦合器的第一端口，第五晶體管的第二端口與第二光電耦合器的第一端口連接，第五晶體管的第三端口經(jīng)由均衡電阻與第二光電耦合器的第四端口連接，第二光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接，第二光電耦合器的第二端口接地，第二光電耦合器的第三端口與控制器的第二輸出組連接，第二光電耦合器的第四端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接。

如圖7所示的均衡開關(guān)的結(jié)構(gòu)，該均衡開關(guān)的第五晶體管的第一端口S經(jīng)由第一電阻與第二光電耦合器的第一端口E，第五晶體管的第二端口G與第二光電耦合器的第一端口E連接，第五晶體管的第三端口D經(jīng)由均衡電阻與第二光電耦合器的第四端口C連接，第二光電耦合器的第一端口E與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接，第二光電耦合器的第二端口N接地，第二光電耦合器的第三端口P與控制器的第二輸出組BALA_CELL連接，第二光電耦合器的第四端口C與其對應(yīng)的單體電池的正極連接。

相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了另一種由PMOS和光電耦合器、第二電阻組成的均衡開關(guān)，在本發(fā)明實(shí)施例中，第六晶體管都為PMOS。

針對上述n個均衡開關(guān)中任一均衡開關(guān)，該均衡開關(guān)包括第六晶體管、第二光電耦合器和第二電阻，第六晶體管的第一端口經(jīng)由第二電阻與第二光電耦合器的第一端口，第六晶體管的第二端口與第二光電耦合器的第一端口連接，第六晶體管的第三端口經(jīng)由均衡電阻與第二光電耦合器的第四端口連接，第二光電耦合器的第一端口與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，第二光電耦合器的第二端口接地，第二光電耦合器的第三端口與控制器的第二輸出組連接，第二光電耦合器的第四端口與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接。

如圖8所示的均衡開關(guān)的結(jié)構(gòu)，該均衡開關(guān)的第六晶體管的第一端口S經(jīng)由第二電阻與第二光電耦合器的第一端口E，第六晶體管的第二端口G與第二光電耦合器的第一端口E連接，第六晶體管的第三端口D經(jīng)由均衡電阻與第二光電耦合器的第四端口C連接，第二光電耦合器的第一端口E與其對應(yīng)的單體電池的正極連接，第二光電耦合器的第二端口N接地，第二光電耦合器的第三端口P與控制器的第二輸出組BALA_CELL連接，第二光電耦合器的第四端口C與其對應(yīng)的單體電池的負(fù)極連接。

基于相同的技術(shù)構(gòu)思，上述圖6所示的均衡電路可以應(yīng)用于上述圖1或圖5所示的采樣電路中，構(gòu)成如圖9所示的一種串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?？刂破鞲鶕?jù)采樣電路采集的各單體電池的電壓值，依據(jù)預(yù)設(shè)的電池均衡算法，對需要均衡的單體電池進(jìn)行均衡控制。

如圖9所示，采樣電路中的串聯(lián)電池組中每個單體電池(C1，C2…Cn)的正極分別與一個采樣開關(guān)(Ks.1，Ks.2…Ks.n)一端相連，采樣開關(guān)的另一端全部連在一起，再與過Rs.2和Rs.1構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)相連，當(dāng)采樣開關(guān)依次閉合時(每一時刻只允許一個采樣開關(guān)閉合)，相應(yīng)的單體電池的正極對電池組的參考地(即C1的負(fù)極)的電壓將加在電阻分壓網(wǎng)絡(luò)上，經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)衰減后送入A/D轉(zhuǎn)換，由微控制單元(英文：Microcontroller Unit，MCU))將相鄰的兩次采樣值相減，便可得到所對應(yīng)的單體電池的電壓值。例如：閉合Ks.n開關(guān)時得到的采樣電壓為Un，閉合Ks.n-1開關(guān)時得到的采樣電壓為Un-1，則單體電池Cn的實(shí)際電壓值為Un-(Un-1)。本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)質(zhì)上為一種共模分壓采樣方案，但由于電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和采樣通道的唯一性，克服了傳統(tǒng)共模分壓方案由于電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和采樣通道所帶來的較大誤差問題，該方案的相鄰兩次的共模采樣誤差基本相同，在兩次所采到的電壓相減過程中，共模誤差被消除，極大的提高了單體電池電壓采樣的精度，可達(dá)到接近差模采樣法的精度效果。

在每個單體電池正負(fù)之間，并聯(lián)有電阻和開關(guān)(Kb.1，Kb.2,…Kb.n)串聯(lián)構(gòu)成的均衡電路，MCU通過上述采樣電路獲取到電池組內(nèi)每個單體電池的電壓，根據(jù)一定的電池均衡管理算法，閉合需要啟動均衡放電的單體電池的均衡開關(guān)，以控制所有單體電池的電壓趨于一致。

由NMOS、輔助驅(qū)動電源及光電耦合器構(gòu)成的隔離采樣開關(guān)單元，用以實(shí)現(xiàn)低成本的采樣開關(guān)Ks，包括兩個N型MOSFET管，其源極S相連，柵極G相連，一只管子的漏極D與單體電池的正極相連，另一個管子的漏極D則連在公共端上，該公共端即與分壓電阻網(wǎng)絡(luò)相連，一個輔助驅(qū)動電源，其負(fù)極連在公共端上，正極同光耦三極管的集電極C相連，CPU(處理器)經(jīng)隔離光耦可控制輔助驅(qū)動電源與兩個N型MOSFET的柵極G通斷，從而控制兩個NMOS構(gòu)成的隔離采樣開關(guān)單元的開通和關(guān)斷。

由PMOS和光耦構(gòu)成的隔離可控型采樣電子開關(guān)單元，其原理與NMOS類似，不同的是PMOS可以直接利用單體電池的電壓實(shí)現(xiàn)開關(guān)的開通和關(guān)閉驅(qū)動，無需輔助電源。

由電阻、NMOS或PMOS和光耦構(gòu)成的隔離可控型電池均衡電路單元，其中NMOS或PMOS的柵極驅(qū)動電源均來自相應(yīng)的單體電池電壓，MCU可通過隔離光耦控制NMOS或PMOS的開通和關(guān)閉，當(dāng)開關(guān)開通時，單體電池將通過所并聯(lián)的電阻和MOSFET管放電，實(shí)現(xiàn)電池均衡功能。

圖10和圖11分別示出了共模分壓法的串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中，圖10所示的采樣均衡系統(tǒng)中均衡開關(guān)的晶體管使用的是NMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是NMOS，而圖11所示采樣均衡系統(tǒng)中均衡開關(guān)的晶體管使用的是NMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是PMOS。相應(yīng)地，上述采樣均衡系統(tǒng)中的晶體管使用的可以是PMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是NMOS或者均衡開關(guān)的晶體管使用的是PMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是PMOS。這兩種示例，本發(fā)明實(shí)施例并未示出，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以交替使用。

舉例來說，如圖10所示的采樣均衡系統(tǒng)的工作原理介紹如下：由NMOS、輔助驅(qū)動電源和光耦構(gòu)成隔離可控型采樣電子開關(guān)單元，由NMOS和光耦構(gòu)成隔離可控型電池均衡開關(guān)單元，由兩個電阻構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)，以及A/D采樣電路和MCU單元，其中：采樣電子開關(guān)單元的一端(NMOS的D極)與單體電池的正極相連，另一端(另一個NMOS的D極)與公共端相連，該公共端與分壓電阻網(wǎng)絡(luò)相連，所有采樣電子開關(guān)單元共用一個輔助驅(qū)動電源，該驅(qū)動電源的負(fù)極同公共端相連，正極分別同相應(yīng)采樣電子開關(guān)單元的光耦集電極C相連，MCU可通過隔離光耦控制輔助驅(qū)動電源接通和斷開至相應(yīng)采樣電子開關(guān)的柵極G，以實(shí)現(xiàn)采樣電子開關(guān)單元的閉合或斷開。MCU依次接通采樣開關(guān)，即可采樣到每個單體電池的正極相對于電池的公共地的共模電壓值，相鄰的兩次采樣值相減皆可得到對應(yīng)單體電芯的電壓值，由于采樣通道的唯一性，共模采樣誤差在相減的過程中被消除，單體電池的采樣精度接近差分采樣的精度。

MCU根據(jù)獲取的每個單體電池的電壓值，通過一定的電池管理算法，對單體電壓高的電池啟動相應(yīng)的均衡電子開關(guān)單元，即可實(shí)現(xiàn)所有單體電池電壓趨于一致。

圖12和圖13分別示出了差模采樣法的串聯(lián)電池組單體電池的采樣均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中，圖12所示的采樣均衡系統(tǒng)中均衡開關(guān)的晶體管使用的是PMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是NMOS，而圖11所示采樣均衡系統(tǒng)中均衡開關(guān)的晶體管使用的是PMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是PMOS。相應(yīng)地，上述采樣均衡系統(tǒng)中的晶體管使用的可以是NMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是NMOS或者均衡開關(guān)的晶體管使用的是NMOS，隔離采樣開關(guān)中的晶體管使用的是PMOS。這兩種示例，本發(fā)明實(shí)施例并未示出，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以交替使用。

如圖12所示的采樣均衡系統(tǒng)，所有單體電池的正極通過由NMOS構(gòu)成的隔離可控型電子開關(guān)單元連到正極公共端(CELL_P_COM)，所有單體電池的負(fù)極通過由NMOS構(gòu)成的隔離可控型電子開關(guān)單元連到負(fù)極公共端(CELL_N_COM)，兩個輔助驅(qū)動電源，其負(fù)極分別連接在正極公共端和負(fù)極公共端上，其正極通過隔離光耦連接到相應(yīng)的開關(guān)單元柵極G上，正極公共端和負(fù)極公共端分別連接至A/D采樣電路的正負(fù)上，當(dāng)MCU在同一時刻控制相應(yīng)單體電池的正負(fù)采樣電子開關(guān)單元導(dǎo)通時，該節(jié)單體電池的電壓將被直接送至A/D采樣電路，這樣即可實(shí)現(xiàn)對每節(jié)單體電池電壓的高精度差分采樣。A/D采樣電路通過隔離通訊，將采樣結(jié)果送至MCU，再由MCU控制均衡電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)單體電池電壓均衡。

在本發(fā)明實(shí)施例中，采用本發(fā)明所描述的共模電壓采樣法，可獲取等同于專業(yè)電池管理芯片以及差模采樣法的采樣精度，且成本會大幅降低，該方案的性價比高。

隔離可控電子開關(guān)由MOS管及光耦構(gòu)成，均為業(yè)界成熟器件，同專用芯片、機(jī)械繼電器及固態(tài)繼電器相比，可靠性高，成本優(yōu)勢大；

分立器件構(gòu)成的串聯(lián)電池組單體電池的電壓采樣和均衡電路，應(yīng)用配置靈活，不受電池節(jié)數(shù)的限制，電子開關(guān)的耐壓方面選擇靈活，無專用芯片的上電時序、軟件配置等限制，附加成本少，可靠性更高；

電池采樣精度由A/D芯片決定，與專用芯片片內(nèi)A/D相比，可選擇性更強(qiáng)，且整個A/D采樣通道可通過數(shù)字校準(zhǔn)進(jìn)一步提升精度。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明實(shí)施例的這些修改和變型屬于本申請權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。