电池电压监测系统技术方案

一种电池电压监测系统监测由多于两个的串联电池（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５）组成的布置的电压。该系统包括分压器，该分压器包括与电池布置的至少一部分并联布置并且连接到参考电压线和电池布置中的节点（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４）的第一电阻元件（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）和第二电阻元件（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）。晶体管（Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４）布置于第一电阻元件（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）与第二电阻元件（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）之间。晶体管的基极经由二极管（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）连接到串联电池布置中的又一节点（Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５），并且开关元件（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）被提供用以对晶体管（Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４）进行寻址。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对在一端连接到参考电压的由多于两个的串 联电池组成的电池布置的电池电压进行监测的电池电压监测系统， 其中该监测系统包括一分压器，所述分压器包括与电池布置的至少 一部分并联布置并且在一端连接到参考电压而在另一端连接到电池 布置中的节点的第 一 电阻元件和第二电阻元件。
技术介绍
如果电器配备有例如Li离子电池，则需要或多或少复杂的电池管 理系统。在充电期间需要保护Li离子电池并且也保护Li聚合物免于 过电压(<4.2V)。在使用电器期间将对一个或者多个电池进行放电。 如果布置中的任何电池的电池电压超过某一下限如2.7伏特，则将主 动地关断电器以防止电池充电不足。否则这将造成对电池的永久损 坏。具有其它化学物质(例如NiMH)的电池具有它们自己的其它特 有电压水平。电池布置在一端连接到参考电压。对于单个电池或者 串行连接到参考电压的第一电池，可以直接地测量电池电压。对于 由多于两个电池组成的串联布置则需要更复杂的方案。已知使用与 电池布置的至少 一部分并联布置的分压器。这允许测量串联电池布 置的一部分之上的电压、即用于两个、三个或者更多电池的总电压。然而使用已知方案，测量误差随着使用的电池越来越多而增加。 各测量提供多个电池之上的电压。将基于各种测量来计算特定电池 的电池电压。这导致误差。这样的误差可能造成对电池的不希望的 损坏或者如果应用安全裕度则造成在实质上高于2.7伏特的实际电 压处关断设备或者在实质上低于4.2V的电压处终止对电池的充电。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种增加其中电压测量的精确度的改 进的电池电压监测系统。本专利技术以精确地监测由串行连接的电池组 成的布置的个体电池电压为目标。为此，根据本专利技术的 一 种电池电压监测系统的特征在于在第 一 电 阻元件与第二电阻元件之间布置有晶体管，该晶体管的基极经由二 极管连接到串联电池布置中的又 一 节点，并且开关电路被提供用以 对晶体管进行寻址。当对晶体管进行寻址时，跨越第 一 电阻器的电压变得基本上等于 在电池布置中的两个节点之间的电压。这允许直接地测量个体电池 上的电压差，因此消除误差源。在一个优选实施例中，两个或者更多个分压器具有共用电阻器。 对共用电阻器的使用减少测量误差。在一个优选实施例中，二极管包含于与分压器中的晶体管相匹配 的晶体管中。这减少误差。晶体管在实施例中是PNP晶体管、在其它实施例中是NPN晶体管。将通过示例并且参照以下附图更具体地，说明本专利技术的这些和其它 方面。附图说明图1图示了用于测量电池系统中的电池电压的标准布置；图2图示了使用MOSFET的根据WO 2005/117232的已知布置；图3在与图1和图2的标准布置的比较中图示了本专利技术；图4图示了本专利技术的一个实施例；图5图示了本专利技术的一个优选实施例；图6图示了本专利技术的一个优选实施例；图7A图示了本专利技术的一个优选实施例；图7B图示了图7A的实施例的一种变型，其中使用了环形计数器；图8图示了图7中所示设备的简化版本； 图9图示了使用NPN晶体管的一个实施例。附图未按比例绘制。 一般而言，相同部件在图中由相同标号表示。 具体实施例方式在图1中呈现普通Li离子电池管理系统。它包括低电压电源插头 (或者"适配器")、Li离子电池(在本例中为五个电池)的串行连 接、控制器、接通/关断开关和用以测量电压的装置。通过MosfetM5 可以中断充电电流。通过Mosfet M6可以在控制4妻通/关断开关时接 通和关断电器。 充电如果借助控制器在输入12检测到存在电源插头电压Uplug，则将 对电池操作的电器(手持真空清洁器、动力工具等)进行充电。如 果电池具有低充电状态，则控制器将输出05从低状态改变成高状 态。这接通晶体管05和PMosfet M5。电阻器R15限制充电电流。 在充电期间，每个个体电池的电压将增加。必须监测每个个体电池 (U1至U5)的电压。如果电池电压超过4.2伏特这一限制，则将减 少电池的寿命。为了增加充电/放电循环的数目，最大电压阈值将限 于较低值，如3.8伏特。由于电池U5以参考电压线(在本例中为地)为参考，所以控制 器可以用模拟输入A5直接地监测U5的电池单元电压。必须借助四 个分压器Rl/R5、 R2/R6、 R3/R7和R4/R8间接地监测电池Ul至U4 的电压。这四个分压器连接到参考电压线(在本例中为地)并且分 别连接到电池布置中的节点Nl、 N2、 N3、 N4。四个分压器根据每 个个体分压器的尺度设定将电压缩放到范围从2伏特到3伏特的模 拟输入A1、 A2、 A3和A4。这一 电压范围为与电压参考Uref相同 的数量级。为了例如测量电池U1的电压，需要测量在输入A1和A2处的电 压并且将该电压与电压参考Uref进行比较。从电压UA1和UA2得到尺5^ -——^_. 6'2+ - ,n -乙'2，对于电池电压Ul现在可以写为这一计算由控制器进行。因此，为了精确地测量电压ui,控制器需要考虑衰减和X2。另外，也必须考虑分压器电阻器和电压参 考的容差以确定A/D转换过程的所需解析度。可以用类似方式测量 电池U2、 U3和U4的电压，但是各模拟输入通道需要考虑不同的衰 减因子。如果控制器测量到个体电池的电池电压高于3.8伏特，则停止充 电过程。控制器将输出05从高改变成低并且关断PMosfet M5。插 入二极管D5以阻止电池电流可以流回到电源中。这一电压监测系统的又一弊端在于在充电之后分压器网络保持连 接到电池。通常使用高欧姆电阻器，但是大量电流仍将从电池泄漏 掉。串联连接越多的电池，则需要越多分压器，将出现越多泄漏。 放电通过推动接通/关断开关来接通电池操作的电器(手持真空清洁 器、动力工具)。控制器将输出06从低状态改变成高状态。这接通 NMosfet M6并且DC电冲/L开始运行。在才喿作DC电才几期间将对电池 进行放电。如果一个电池的个体电池电压超过2.7伏特的最小阈值， 则必须关断DC电机。这防止Li离子电池的永久损坏。控制器现在 将输出06从高状态改变成低状态并且关断NMosfet M6。在放电期 间监测个体电池电压的原理与在电池充电期间的完全相同。在图2中示出了 Li离子电池布置的现有技术的电池电压监测系统 (Milwaukee WO2005/117232A2 )。这一现有技术的系统解决在全 充电循环之后从电池泄漏电流的问题。各分压器配备有NMosfet M1 、6M2、 M3和M4。选4奪这一 NMosfet的Rds—on使得它并不影响电压监测系统的精确度、通常为R4的0.01。/。。在充电期间，控制器使输出01为低，并且在Ql的集电极处的电压将变成高状态。这接通NMosfet的Ml至M4,并且将正常地操作分压器。电压监测与已经讨论的电压监测类似。在全充电循环之后，通过关断NMosfet Ml至M4 (输出01 =高)/人电池断开分压器。这一系统的优点在于在分压器中不再需要高欧姆电阻器。这使系统对噪声的敏感度更低并且因而实现更精确的测量。虽然这 一 现有技术系统由此增加精确度，但是它并未消除间接电池电压测量的基本问题以及对于四个不同衰减因子的需要以及在电池电压计算期间的舍入误差。图3在部分A和B中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池电压监测系统，用于监测在一端连接到参考电压线的由多于两个的串联电池（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５）组成的电池布置的电池电压，其中所述监测系统包括分压器，所述分压器包括与所述电池布置的至少一部分并联布置并且在一端连接到所述参考电压线而在另一端连接到所述电池布置中的节点（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４）的第一电阻元件（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）和第二电阻元件（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８），其中在所述第一电阻元件（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）与第二电阻元件（Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）之间布置晶体管（Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４），所述晶体管的基极经由二极管（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）连接到串联电池布置中的又一节点（Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５），并且开关元件（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）被提供用以对所述晶体管（Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４）进行寻址。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S希林加，W埃特斯，OJ比斯乔普，JJ范德伯格，P霍曼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]