專利名稱：使用飛電容的測量串聯(lián)電池電壓的系統(tǒng)及方法
使用飛電容的測量串聯(lián)電池電壓的系統(tǒng)及方法 相關申請的交叉引用電動車輛和混合電動車輛通常利用許多電池(如電池組 (battery))以向電動車輛和其他電氣設備提供動力。這些電池通常 串聯(lián)連接在一起，如本領域技術人員所周知的那樣，以提供更高的電 壓。本發(fā)明進一步提供了測量串聯(lián)連接的多個電池中單個電 池的電壓的方法。該方法利用了包括電容、模擬-數(shù)字轉換器(ADC )、 和控制器的系統(tǒng)。該方法包括將電池中的一個電連接至電容并將電容 充電預定的充電時間的步驟。在預定的充電時間期間，控制器執(zhí)行輔 助任務。該方法還包括響應于預定的充電時間的經過，使用ADC將 來自電容的模擬電壓轉換為與電容的電壓相對應的數(shù)字電壓信號的 步驟。然后由控制器讀取數(shù)字電壓信號。圖3是系統(tǒng)的第二實施方式的方框電路圖，表示了精密電
壓參考(PVR)被電連接到ADC;和圖4是系統(tǒng)的第三實施方式的方框電路圖，表示了可電連
接至飛電容的一對PVR。
具體實施例方式系統(tǒng)10還可以包括接地開關32。接地開關32的一側電連 接到電容22的負極端子，而另一側電連接到地。當系統(tǒng)10被實施于 車輛中時，地通常是底盤接地。在優(yōu)選的實施方式中，負極接地開關 32被實現(xiàn)為BSS145型MOSFET;但是，也可以使用其他合適的 MOSFET。 MOSFET的源極電連接到地，漏極電連接到電容22的負 極端子。在所述實施方式中，運放34的同相輸入電連接到電容12 的正極端子，運放34的反相輸入電連接到電容22的負極端子。運 放34放大電容22的電壓并產生放大電壓信號。放大電壓信號可在運 放34的輸出處獲得，并成比例地對應于電容22——以及對電容22充 電的電池12-的電壓。
12[0035I系統(tǒng)10還包括可以與運放34電連接的模擬數(shù)字轉換器 (ADC) 36，用于將運放34所提供的模擬信號轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)。在 第一和第三實施方式中，運放34的輸出直接連接到ADC 36。而在 第二實施方式中，利用的是多路復用器46，詳細說明如下。在第三實施方式中，至少一個PVR裝置48電連接至電容 22,從而將已知的參考電壓提供給電容22。具體來說，所述至少一個 PVR裝置48被實現(xiàn)為第一 PVR裝置50和第二 PVR裝置52。第一 PVR 50的輸出電連接到第一PVR開關54，第二PVR裝置52的輸 出電連接到第二 PVR開關56。 PVR裝置50、 52的輸入分別被電連 接到電池12中的一個。具體來說，第一 PVR裝置50電連接到第一 電池12A，第二PVR裝置52電連接到第十電池12J。本領域技術人 員將認識到對PVR裝置50、 52的輸入供電的其他技術，包括連接到 其他電池12。PVR開關54、 56也^皮電連接到電池開關14中的一個或多 個，并與電池開關14相配合地凈皮激勵，^吏得PVR裝置50、 52可以 向總線18、 20中的一個提供電壓。具體來說，14電池開關開路而PVR 裝置50、 52中的至少一個閉合，使得PVR裝置50、 52向總線18、 20提供電壓，而不是電池12。 PVR裝置50、 52中的一個可以基于總線開關24、 26、 30、 28的操作向運放34和ADC36提供參考電壓。 這使得控制器38能夠對發(fā)生在系統(tǒng)10中的各種損失以及由總線18、 20和/或其他部件造成的寄生電容進行補償。
0066此處以例示方式對本發(fā)明進行了說明；可以理解的是，所 使用的術語的意圖在于基于說明所用詞語的性質，而不是限制性的。 顯然，根據(jù)上述教導可以對本發(fā)明進行許多修改和變化。本發(fā)明可以 以上述具體說明以外的其他方式實現(xiàn)而不脫離所附的權利要求所限 定的范圍內。此外，所附權利要求中的附圖
標記僅僅是出于方便的考 慮，而不應被認為以任何方式進行限制。
權利要求
1、一種測量串聯(lián)連接的多個電池(12)中單個電池(12)的電壓的系統(tǒng)(10)，包括用于儲存所述電池(12)中的至少一個的電荷的電容(22)，所述電容(22)包括一對端子；與所述電容(22)電連接的至少一個開關(14)，用以將所述電池(12)中的至少一個選擇性地連接到所述電容(22)；用于放大存儲在所述電容(22)中的電荷的放大器(34)，該放大器(34)包括與所述電容(22)的所述端子電連接的一對輸入、和輸出；能夠與所述放大器(34)的所述輸出電連接的模擬-數(shù)字轉換器、即ADC(36)，用以把由所述放大器(34)所提供的放大模擬電壓轉換為數(shù)字電壓數(shù)據(jù)；以及至少一個精密電壓參考裝置、即PVR裝置(48)，用于提供已知的參考電壓。
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng)(10)，其中所述至少一個PVR裝 置(48)能夠電連接到所述ADC (36),以將所述已知的參考電壓提 供給所述ADC (36)。
3、 如權利要求2所述的系統(tǒng)(10)，還包括具有第一輸入、第 二輸入、和輸出的多路復用器(46)，用于將所述輸出與所述第一輸 入或所述第二輸電連接，其中，所述第一輸入電連接到所述放大器(34),所述第二輸入 電連接到所述PVR裝置(48 )，所述輸出電連接到所述ADC ( 36 )。
4、 如權利要求3所述的系統(tǒng)(10)，還包括與ADC (36)通信 的控制器38,用于接收來自ADC (36)的數(shù)字數(shù)據(jù)。
5、 如權利要求4所述的系統(tǒng)(10),其中，所述控制器(38) 與所述多路復用器(46)通信，以對所述多路復用器的所述輸入中的 哪一個與所述輸出電連接進行控制。
6、 如權利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述至少一個PVR 裝置(48)能夠電連接到所述電容(22),以將所述已知的參考電壓 提供給所述電容(22)。
7、 如權利要求6所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述至少一個PVR 裝置(48 )進一步被限定為第一 PVR裝置(50 )和第二 PVR裝置(52 )。
8、 如權利要求7所述的系統(tǒng)(10),還包括 多個電池開關(14)，用于對所述多個電池(12)的電連接，其中每個所述電池開關(14)包括第一側和第二側，每個所述電池開關 (14)的所述第一側能夠電連接到所述電池(12)中的一個的正極端 子；第一總線(18)，電連接到所述電池開關的每隔一個(14A、 14C、 14E、 14G、 141)的所述第二側；第二總線(20)，電連接不與所述第一總線(18)連接的所述電 池開關(14B、 14D、 14F、 14H、 14J)的每個的所述第二側；其中，所述第一 PVR裝置(50 )能夠電連接到所述第 一總線(18 )， 所述第二PVR裝置(52)能夠電連接到所述第二總線(20)。
9、 如權利要求8所述的系統(tǒng)(10)，還包括與所述ADC (36) 通信的控制器(38)，用于接收來自所述ADC (36)的數(shù)字數(shù)據(jù)。
10、 如權利要求9所述的系統(tǒng)(10),還包括由所述控制器(38) 控制的第一PVR開關(54)，所述第一PVR開關(54)電連接到所 述第一PVR裝置(50)，以將所述第一PVR裝置(50)電連接至所 述第一總線(18)。
11、 如權利要求IO所述的系統(tǒng)(IO)，還包括由所述控制器(38) 控制的第二PVR開關(56)，該第二PVR開關(56)電連接到所述 第二PVR裝置(52)，以將所述第二PVR裝置(52)電連接至所述 第二總線(20)。
12、 一種測量串聯(lián)連接的多個電池(12)中單個電池(12)的電 壓的方法，包括以下步驟將所述電池(12)中的一個電連接至所述電容(22);將所述電容(22)充電預定的充電時間；響應于所述預定的充電時間的經過來測量所述電容(22 )的電壓 以產生充電電壓讀數(shù)；將所述電容(22)放電預定的放電時間；響應于所述預定的放電時間的經過來測量所述電容(22)的電壓，以產生放電電壓讀數(shù)；將所述放電電壓讀數(shù)與預定的電壓電平進行比較；以及 如果所述電容(22 )的所述放電電壓讀數(shù)大于所述預定的電壓電平則發(fā)出故障信號。
13、 如權利要求12所述的方法，其中所述發(fā)出故障信號的步驟 被進一步限定為將故障記錄在存儲器(40)中。
14、 如權利要求12所述的方法，其中所述發(fā)出故障信號的步驟 被進一步限定為對用戶提醒故障。
15、 如權利要求12所述的方法，還包括響應于所述預定的充電 時間的經過而將所述電池從所述電容(22)電斷開的步驟。
16、 如權利要求12所述的方法，其中，所述電容(22)包括一 對端子，所述將所述電容(22)放電的步驟被進一步限定為將所述電 容(22)的端子電連接到地。
17、 如權利要求12所述的方法，其中所述測量電容(22)的電 壓步驟被進一 步限定為以下步驟對所述電容(22)的電壓進行放大以產生放大模擬電壓信號； 將所述放電模擬電壓信號轉換為數(shù)字電壓信號；以及 利用所述控制器(38)讀取所述數(shù)字電壓信號。
18、 一種測量串聯(lián)連接的多個電池(12)中的單個電池(12)的 電壓的方法，該方法利用了包括電容(22)、模擬-數(shù)字轉換器、即 ADC (36)、和控制器(38)的系統(tǒng)(10)，所述方法包括以下步驟將所述電池(12)中的一個電連接至所述電容(22); 將所述電容充電預定的充電時間；所述控制器(38)在所述預定的充電時間期間執(zhí)行輔助任務；響應于所述預定的充電時間的經過，^^用所述ADC (36)將來 自所述電容(22)的模擬電壓轉換為與所述電容(22)的電壓相對應 的數(shù)字電壓信號；利用所述控制器讀取所述數(shù)字電壓信號。
19、 如權利要求18所述的方法，其中，所述控制器(38)在所 述預定的充電時間期間執(zhí)行輔助任務的步驟被進一 步限定為所述控 制器(38)在所述預定的充電時間期間通過網絡進行通信。
20、 如權利要求19所述的方法，其中，所述控制器(38)通過 網絡進行通信只在所述預定的充電時間期間完成。
全文摘要
一種測量串聯(lián)連接的單個電池的電壓的系統(tǒng)和方法，包括單個的飛電容。所述電容儲存電池之一的電荷，使得與電容連接的模擬-數(shù)字轉換器(ADC)能夠對所測量的電池的電壓進行準確的處理。多個開關將電池與電容電連接以及從電容斷開。控制器與ADC和開關通信以順序控制開關并記錄每個電池的電壓測量結果。還包括至少一個精密電壓參考裝置以對所述ADC提供參考電壓用于自校準。
文檔編號G01N27/416GK101563600SQ200780044943
公開日2009年10月21日 申請日期2007年10月9日 優(yōu)先權日2006年10月6日
發(fā)明者C·哈特佐格, R·H·杰伊格 申請人:埃納戴爾公司