[发明专利]利用单个ADC芯的虚拟同时采样的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池。具体而言，本发明涉及感测多电池单元电池组上的电压。

背景技术

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n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n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。

发明内容

在本发明的第一方面中，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。

在本发明的第二方面中，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。