(10)申请公布号 CN 102590592 A
(43)申请公布日 2012.07.18C N 102590592 A
*CN102590592A*
(21)申请号 201210056826.0
(22)申请日 2012.03.05
G01R 19/00(2006.01)
G01R 31/36(2006.01)
(71)申请人绍兴光大芯业微电子有限公司
地址312000 浙江省绍兴市天姥路13号
(72)发明人田剑彪 邓春兴 刘俊杰
胡俊材
(54)发明名称
(57)摘要
精确检测锂电池组电压装置，包括串联锂电
测电流再经相对应的分压电阻产生各节电池的检
测电压，各节电池共用同一个基准电压，各节电池
的检测电压经同一比较器输出。它采用了电流补
偿的方法，杜绝了因节间漏电流的存在引起的电
池不均衡问题。采用高精度线与比较器，规避了采
用多个基准电压引起的检测精度不高的问题。
(51)Int.Cl.
权利要求书1页 说明书3页 附图3页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页
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1.精确检测锂电池组电压装置，包括串联锂电池组(BAT1、BAT2、BATn)，其特征在于：电压电流转换器从串联锂电池组(BAT1、BAT2、BATn)相邻两节电池间抽取锂电池组各节电池的检测电流，该检测电流再经相对应的分压电阻产生各节电池的检测电压，各节电池共用同一个基准电压，各节电池的检测电压经同一比较器(COMP)输出。
2.根据权利要求1所述的精确检测锂电池组电压装置，其特征在于：电流补偿电路产生与各节电池输出电流等值的电流并补偿给各节电池。权 利 要 求 书CN 102590592 A
精确检测锂电池组电压装置
技术领域：
[0001] 本发明涉及锂电池技术领域，更具体地说涉及锂电池保护专用集成电路。
背景技术：
[0002] 由于锂电池自身的化学特性，如果对其过充电、过放电将会导致锂电池内部发生化学副反应，该副反应会严重影响电池的性能与使用寿命，甚至将引起爆炸等安全问题，因此所有的锂电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在特定条件下关断充放电回路以防止对电池自身造成损害。由于串联电池组的整体性能取决于电池组中性能最差的单体电池，只有实时检测串联电池
组中单体电池的电压状态，才能做到对单体电池进行有效的保护，并延长其使用寿命，因此精确检测各节电池的电压十分重要。检测电路在精确检测各节电池电压的同时，要避免造成因从单体电池抽取电流引起的电池不均衡问题。
[0003] 目前串联锂电池组电压检测方法主要有两种：电阻采样法、差分放大器检测法。[0004] 1、电阻采样法，见图1所示，电阻采样法工作原理是各节电池电压通过各自的分压电阻分压，将实际电池电压衰减到电池保护IC能够接受的电压范围，将得到的采样值与保护IC内部为每节电池产生的基准电压作比较，根据比较的结果来决定充放电回路的打
开或关断。BAT1～BATn代表各节电池；各节电池电压为V
BAT1～V
BATn
；R1～Rn为分压电阻；
Vref1～Vrefn为电池保护IC为各节电池产生的基准电压；V1～Vn为各节电池的检测电压；IB1～IBn为流过各节电池分压电阻串的电流；COMP1～COMPn为各节电池的比较器；IA1～IAn-1分别为相邻两节电池间的漏电流。
[0005] 在理想情况下，
[0006] 其中K为比例系数。
[0007]
[0008] VDD＝V BAT1+V BAT2+L V BATn＝IBn[(R1+R2)+(R3+R4)+L(Rn+Rn-1)]。
[0009] 假设各节电池间的分压电阻完全匹配相等，那么流过每节电池的分压电阻串的电流相等，也即IB1＝IB2＝L IBn。由以上分析得：LA1＝IA2＝L IAn＝0。
[0010] 在实际情况下，以BAT1为例，V BAT1＝IB1*R1，IB1＝LA1+IBn。
[0011] 各节电池间的分压电阻做不到完全匹配相等，阻值可能偏大或偏小，导致流过各节电池分压电阻串的电流就会不相等。在VDD、V
BAT1
、IBn一定的条件下，IB1会随着R1的变化而变化，最终导致BAT1与BAT2间存在有漏电流IA1，具体值取决于R1与其他电阻的失配程度。其他任何相邻的两节电池间也同样存在漏电流的问题。随着时间的推移，漏电流问题将会引起各节电池间的不均衡，最终影响电池组的寿命。
[0012] 电阻采样法，需要为每节电池产生各自的基准电压Vref1～Vrefn，在实际中很难保证各节电池的基准电压完全一致，基准电压的不一致最终导致各节电池的保护点电压不同，随着时间的推移，也会造成各节电池间的不均衡，最终影响电池组的寿命。
[0013] 2、差分放大器检测法，见图2所示，差分放大器检测法原理是采用差分放大器对每节电池两端电压差进行放大，得到检测电压Vn后，再与各节电池的基准电压进行比较，最后输出VO。开关矩阵中每节电池对应两个开关，一个正极开关SP，一个负极开关SN；开关矩阵的作用是选通采样电池进入检测电路。采样电压值Vn由以下公式得到：
[0014]
[0015] 在理想情况下，R1＝R2，R3＝R4时，
[0016] 在实际制造中，R1与R2，R3与R4做不到完全相等，导致不能很精确地检测电池电压。
[0017] 差分放大器检测法，Vref通常为GND，同样存在I1≠I2≠0，也即存在两节电池间的漏电流引起的电池不均衡问题。
发明内容：
[0018] 本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种精确检测锂电池组电压装置，它避免了电阻采样法的漏电问题和差分放大器检测法的电压检测精度不高的问题，检测效果好。
[0019] 本发明的技术解决措施如下：
[0020] 精确检测锂电池组电压装置，包括串联锂电池组，电压电流转换器从串联锂电池组相邻两节电池间抽取锂电池组各节电池的检测电流，该检测电流再经相对应的分压电阻产生各节电池的检测电压，各节电池共用同一个基准电压，各节电池的检测电压经同一比较器输出。
[0021] 所述电流补偿电路产生与各节电池输出电流等值的电流并补偿给各节电池。[0022] 本发明的有益效果在于：
[0023] 1、它采用了电流补偿的方法，杜绝了因节间漏电流的存在引起的电池不均衡问题。
[0024] 2、采用高精度线与比较器，规避了采用多个基准电压引起的检测精度不高的问题。
[0025] 3、它避免了电阻采样法的漏电问题和差分放大器检测法的电压检测精度不高的问题，检测效果好。
附图说明：
[0026] 图1为电阻采样法检测串联锂电池组电压的电路图
[0027] 图2为差分放大器检测法检测串联锂电池组电压的电路图
[0028] 图3为实施例1的电路图
[0029] 图4为实施例2的电路图
具体实施方式：
[0030] 实施例1：见图3所示，精确检测锂电池组电压装置，包括串联锂电池组BAT1、
BAT2、BATn，电压电流转换器从串联锂电池组BAT1、BAT2、BATn 相邻两节电池间抽取锂电池组各节电池的检测电流，该检测电流再经相对应的分压电阻产生各节电池的检测电压，各节电池共用同一个基准电压，各节电池的检测电压经同一比较器COMP输出。
[0031] 实施例2：见图4所示，所述电流补偿电路产生与各节电池输出电流等值的电流并补偿给各节电池。
[0032] 工作原理：见图3所示，电压电流转换器实现将电池电压转换为电流，每节电池使
用的电压电流转换器都相同；各节电池电压分别为V
BAT1、V
BAT2
…、V
BATn
；
I1、I2…In-1为电压
电流转换器从相邻两节电池间抽取的电流；IA1、IA2…IAn为流出每二节电池间的电流，其中I1＝IA1，I2＝IA2，In-1＝IAn-1。图3中使用了高精度线与多路比较器COMP，将多个比较器合为一个比较器，各节电池共用同一个基准电压，保证了基准电压的一致性，规避了使用多个基准电压造成的检测精度不高问题。
[0033] 为使流出两节相邻电池的漏电流为0，也即使IA1＝IA2＝…IAn-1＝0，需要有与IA1、IA2…IAn相等的电流流入各节电池。本发明采用了电流补偿的方法，做到了IA1＝IA2＝…IAn-1＝0，如图4所示，在图3的基础上添加电流补偿电路。
[0034] 以BAT1为例，为使图3中IA1＝IA2＝…IAn-1＝0，在图4中采用了电流补偿电路。电压电流转换器从BAT1与BAT2之间抽取的电流为IA1，电流补偿电路产生与IA1相等的IB1，I1＝IB1，补偿过程是将电流补偿电路产生的电流IB1补偿进入BAT1中。因为I1＝IB1，由KCL方程可得IA1＝0，最终等效结果为流出BAT1的电流为0。其他各节电池电流的补偿均与BAT1相同。本发明完全杜绝了因节间漏电流的存在引起的电池间的不均衡问题。
[0035] 本发明中，各节电池的电压通过电压电流转换器转换成电流，使该电流流过各节电池对应的分压电阻，产生最终的检测电压。各节电池间的检测电压互不干扰，保证了每节电池的采样电压的精准性。
[0036] 检测电压值由以下公式得到：其中K为比例系数，
[0037] V1＝I1×R1＝KV BAT1、V2＝I2×R2＝KV BAT2L、Vn＝In×Rn＝KV BATn。
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