利用单个ＡＤＣ芯的虚拟同时采样的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于利用单个ＡＤＣ芯的虚拟同时采样的系统和方法。通过估计电池单元上的瞬时电压来改进多电池单元电池组中的电压平衡。根据一个实施例，一种用于从多个电压源读取电压的装置包括耦合到多个电压源的第一复用器和控制器。控制器被编程为从第一复用器输出从多个电压源中的每个电压源读取的依次电压对。多个依次电压对都具有共同的时间中点。在小的时间窗口如１００微秒内读取所有多个依次电压对。在一个实施例中，多个电压源是Ｌｉ离子或者其它高电压电池单元，尽管也可以使用其它类型的电池单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池。具体而言，本专利技术涉及感测多电池单元电池组上的电压。
技术介绍
随着能量价格和与传统能源关联的环境影响的增加，电池驱动的汽车、发电机和 其它产品正在变成越来越廉价且更加实用的替代产品。为了向许多这些更大产品供电，电 池必须包装到多电池单元电池组中，这是一种具有特殊要求的设计。例如为了电池组既高 效又耐久，必须平衡它的单独电池单元。对于在电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和工业 应用中使用的高电压电池组尤其是这样。许多EV和HEV使用锂离子(Li离子)电池单元电池组。这些电池单元具有高能 量密度、高开路电压和低自放电速率。它们也相对较轻。遗憾的是，多电池单元Li离子电 池在单独电池单元上的电荷未平衡时往往会失效。例如当电池单元未平衡时，将充电较少 的电池单元充电至它们的容量会造成对充电较多的电池单元过量充电。这样的过量充电可 能是危险的，并且对于无法容许过量充电的Li离子电池单元特别地具有损坏性。当对充电 较多的电池单元放电时，充电较少的电池单元可能放电至可接受的界限以下，从而同样造 成电池损坏。两类损坏出现于具有大量再充电和放电循环的EV和HEV中。恰当的平衡要求按照使所有电池单元达到类似电压的量对每个电池单元充电或 者放电。这继而要求准确的电池单元电压读数，这在EV和HEV应用中是困难的，其中电机 振动、在容纳电池组的引擎隔室内的温度变化、测量部件本身的变化、在测量单独电池单元 之间的时延都可能降低电压读数的准确性。当电池单元读数之差不准确时，电池单元平衡 也不准确，从而降低电池单元平衡将如预计的那样保护电池单元的可能性。在具有η个电池单元的先前多电池单元电池系统中，通过按照一种极性感测电池 单元上的电压、然后反转极性并且感测该电压来进行平衡。针对每个电池单元继续这一过 程。这些测量的时间移位向平衡过程中引入了误差。在另一先前平衡技术中，按照第一极性感测电池单元1至η上的电压。反转极性 并且按照另一极性重复该过程。这一过程也向平衡过程中引入时间移位误差。可以通过为每个电池单元添加电压传感器并且同时为所有电池单元感测电压来 消除时间移位误差。遗憾的是，这一技术成本高昂。需要许多电池单元向使用相对高成本电池组的车辆(如EV或者HEV车辆)供电。 由于整个组在该组中的任何单独电池单元失效时必须被更换，所以这样的失效在EV、HEV 和使用多个电池单元的其它应用中成本颇高。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，一种用于从多个电压源读取电压的装置包括用于耦合到 多个电压源的第一复用器和控制器。该控制器使第一复用器输出从多个电压源中的每个电 压源读取的依次电压对。多个依次电压对都具有共同的时间中点。在一个实施例中，该装置包括将多个电压源耦合到第一复用器的一阶RC滤波器。 该装置还包括耦合到RC滤波器的多个电压源，比如锂离子电池单元。第一复用器优选为高 电压斩波复用器。第一复用器的输出耦合到模拟高电压电平移位器，该移位器耦合到单个模数转换 器。低电压斩波复用器将模拟高电压电平移位器耦合到单个模数转换器。控制器使用多个依次电压对来估计多个电压的同时读数。估计的同时读数用来确 定用于基本上平衡多个电压的参数。在一个实施例中，该装置还包括可与控制器一起操作以基本上平衡多个电压源的 电压平衡器。优选地在预定时间窗口内读取多个依次电压对。在一个优选实施例中，时间 窗口为100微秒宽。在不同实施例中，多个电压源用来向汽车引擎、工业机器或者任何其它类型的高 功率设备供电。取而代之，多个电压源用来向便携计算机、数字相机或者某种其它低功率设 备供电。在本专利技术的第二方面中，一种估计多个电压的虚拟同时读数的方法包括从多个电 压源中的每个电压源取得依次电压读数对。多个依次电压读数对具有共同的时间中点。对 多个依次电压读数对中的每对进行平均，以由此估计多个电压源的虚拟同时读数。对于多 个电压源中的每个电压源，按照不同极性取得依次电压读数对以由此减少测量误差。在一个实施例中，使用一阶RC滤波器来对多个电压源中的每个电压源上的电压 进行滤波。在另一实施例中，多个电压源都是锂离子电池，并且在100微秒窗口内取得多个 依次电压读数对。在又一实施例中，该方法还包括确定从多个电压源中的每个电压源到电机的同时 电流读数。在燃料计量算法中使用来自多个电压源的多个电流读数和估计的同时读数。在本专利技术的第三方面中，一种平衡来自多个电压源的电压的方法包括对多个电压 进行平均。多个电压包括来自多个电压源中的每个电压源的一个或者多个依次读数对，并 且依次读数对都共享共同的时间中点。多个平均电压用来控制多个电压源的充电、放电或 者二者，以由此平衡多个电压源上的电压。附图说明图1是根据一个实施例的具有电压测量和平衡部件的多电池单元电池系统的高 级框图。图2示出了根据一个实施例的电压采样顺序。图3是根据一个实施例的具有电压测量和平衡部件的多电池单元电池系统的框 图。图4是根据一个实施例的用于估计多个电池单元上的虚拟同时电压并且将估计 的电压用于电池单元平衡的步骤的流程图。图5示出了根据一个实施例的电压采样顺序。图6示出了根据另一实施例的电压采样顺序。图7示出了用来说明图8中的阶跃响应的电压采样顺序。图8是用于使用图7中所示采样顺序的系统的阶跃响应的曲线图。图9是用于根据一个实施例的使用金字塔形采样步骤的系统的阶跃响应的曲线 图。具体实施例方式本专利技术的实施例更准确地检测多电池单元电池组中的电池单元之间的电压差。认 识到的是，电池单元读数之间的时间差可能引入测量误差。作为一个例子，在EV和HEV中， 脉宽调制(PWM)电机控制器生成的切换电流可能在电池组上产生电压脉动，从而当未一起 测量所有电池单元时引起混叠问题。来自车辆启动和停止的负载瞬变也将在电池上引起较 低频率的电压瞬变。这两种影响导致不准确的电压读数，这些电压读数降低任何电压平衡 的有效性。在这些和其它应用中，在不同时间测量多个电池单元上的电压即使在无电压差存 在时仍然可能表明电压差，或者可能夸大确实存在的任何电压差。一种解决方案在于测量 或者近似同时电压读数。在这一方式中，可以更好地近似电压差，从而获得更精确的电压平 衡。具体而言，根据本专利技术实施例通过虚拟同时采样技术来减少电压脉动和混叠。根据本专利技术的实施例，通过取得每个电池单元上的电压读数对(采样)使得所有 读数对共享共同的时间中点，来近似多个电池单元的虚拟同时读数。优选地，按照不同极性 取得一对中的电压，由此减少一些测量部件所引入的误差。作为一个例子，通过反转两个 (例如正和负)输入端子来切换极性。这些对中的电压称为“斩波”采样。图1是根据一个实施例的使用同时电压估计的多电池单元系统100的框图。系统 100包括多个Li离子电池单元115A-115L、电压采样器105、控制器110和电压调节器或者 平衡器125。为了简化附图，未示出在电池组115与被供电的装置之间的连接。除了其它操 作之外，电压采样器105读取电池单元115A-115L上的电压、比如通过对电压进行电平移位 并且将它们转换成数字值来处理它们而且向控制器110传送数字值以便进行分析。控制器 110处理数字值，从而确定在电池单元115A-115L与对应电压调节参数(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从多个电压源读取电压的装置，包括：第一复用器，用于耦合到多个电压源；以及控制器，编程为从所述第一复用器输出从所述多个电压源中的每个电压源读取的依次电压对，以使得所述多个依次电压对都具有共同的时间中点。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J沃桑姆，U曼德，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]