[发明专利]一种电池单片电压测量电路及其测量误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池单片电压测量电路，尤其是车用电池组单片电压的精确测量电路及其测量误差补偿方法，属于电动汽车动力技术领域。

背景技术

动力电池为电动汽车提供动力能源，一般由多个同样规格的单体电池串联组成。由于单体电池在制造过程中性能的分散性和使用过程中电池组内部环境的非均匀性等原因，随着使用时间的增加，单体电池之间的性能差异将逐渐拉大，使电池的健康状态(SOH)下降，而只有及时发现这些存在问题的电池单体，才能进行均衡和修复。同时为了精确地估计电池组的荷电状态(SOC)，必须要有对单体SOC的估计，才能保证电池组的安全性、可靠性和耐久性。电池单片电压是衡量电池组和电池单体的SOC和SOH的重要依据，也是估计电池内阻的必测参数。因此电池单片电压的测量，对电池管理有着十分重要的意义。

目前，电池和燃料电池的单片电压测量存在如下问题：

(1)但由于需要对几十个到上百个电池单片的电压进行测量，且在测量单片电压时存在着累积电势，而且每片电池的累积电势各不相同，无法统一补偿或者消除，因此在测量电路的设计上存在着一定的难度，其测量精度也很难保证。

(2)由于车用电池空间限制，希望电池管理系统包括单片电压测量装置占用的空间越小越好。但电池通道数多，绝对电势高，因此为了保证测量电路的电磁兼容和绝缘性能，很难设计出高密度(通道数多、占用空间小)的单片电压测量电路。

(3)而SOC估计对单片电压精度有很高的要求，不同SOC对应的电池单体电压的变化较小，该变化往往会湮没在测量过程所引入的误差和噪声中，因此对所设计的电路进行误差分析和补偿的显得尤为重要。

由于上述原因，单片电压测量电路往往存在体积较大、成本较高，而且对电压测量的精度不高、测量通道数不多等缺点，很难规模化推广应用。

发明内容

本发明针对电池的单片电压测量的上述问题，发明了一种电池新型单片电压测量电路，该电路包括高压选通电路、高共模测量电路、隔离放大电路、绝对值电路和单片机数字核心电路、通讯电路和电源电路等几个部分组成。利用光耦MOS构成开关阵列进行电池单片选通连接至处理电路并由单片机AD转换进行测量。由光耦MOS构成多路隔离开关式高压选通电路，由高共模运放、隔离运放进行高低压转换，由绝对值电路完成正负信号转换。所述的光耦MOS构成多路隔离开关式高压选通电路分为两组，每组选通电路包括译码电路、隔离光耦MOS继电器，公共输出端以及选通信号。电池单片电压按照偶数和奇数两组分别依次接入两组隔离光耦继电器R1~R4和S1~S4的高压输入端，高压输出端分别相应连接公共端。高压选通电路公共端连接所述的高共模运放构成高共模测量电路，其典型增益为1。高共模测量电路连接所述的隔离运放将信号转换到与单片机共地的模拟信号，其典型增益为1。所述的高共模测量电路和隔离运放的信号可正负，由绝对值电路将信号转换成两路均为正的模拟量信号输出到单片机的两路AD转换端口。所述的绝对值电路转换正电平信号由一个电压跟随器连至AD转换端口0转换完成，负电平信号由一个反相器和一个电压跟随器连至AD转换端口1转换完成。电池单片电压布置绝对电势逐步升高，两组隔离光耦MOS继电器分别在PCB板上下表面排列，使高、低压区物理上完全分开。单片机每隔一定时间通过数字端口选通译码电路，完成选通一路电池单片通道，根据其单片号的奇偶性选用对应的AD转换端口进行转换完成测量。

本发明进一步针对上述电池的单片电压测量电路，分析了测量过程各个环节的产生的误差和噪声，提出了相应的误差修正方法，获得了高精度的电池电压测量结果(误差＜10mV)，为进一步精确估计电池的SOC和SOH奠定了基础。

一种电池单片电压测量电路测量误差补偿方法，通过分析测量过程各个环节的产生的误差和噪声得到单片电压测量的修正公式和共模误差较小时的简化修正公式，修正公式的标定需完成对单片电压的奇偶通道系数ω₁、ω₂分别标定并辨识参数λ，简化修正公式的标定可按线性标定的方法对单片电压的奇偶通道系数ω₁、ω₂分别标定。

本发明针对电池的单片电压电势逐步累积、绝对电势高的特点，将高压部分和低压部分分开布置，解决了高密度多通道单片电压测量的电磁兼容和高压绝缘问题，实现了小体积的单片电压测量电路，满足了实际车上安装空间限制的需要。

附图说明

图1是本发明在实施例中的系统图。

图2是本发明在实施例中内部电路组成图。