[發明專利]用于確定電壓的系統和器件

在審

• 申請號: 201310345283.9
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103580694A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: G.格羅斯;C.凱恩
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;劉春元

技術領域

本發明涉及用于測量電壓的方法和系統。具體地，本發明涉及用于確定在用于電動車輛的蓄電池中的電壓的測量器件。

背景技術

對于在電動車輛中的應用，多個蓄電池單元通常與彼此組合，其中蓄電池單元作為規則鋰離子（LION）電池。為了這個目的，蓄電池單元相互串聯連接，使得產生具有幾百伏特電壓的多個電池的蓄電池組。該蓄電池組又被分割成所謂的蓄電池塊，可通過單獨的控制來控制和監視每個蓄電池塊。

例如，所謂的ASIC（專用集成電路）芯片可被用作控制。這些芯片的目的是檢測個體LION電池之間的由于制造和老化而引起的差別，以便能夠適當地作出反應，例如，通過具體對某些電池或塊進行放電（被動平衡）或具體在電池或塊之間重新分配電荷（主動平衡）。

對于蓄電池的最優控制，必須提供關于個體蓄電池單元的電壓（電池電壓）的盡可能精確的測量值。此外，在這樣的僅具有串聯連接的蓄電池組中，為了安全的原因，任何電池電壓必須被個別地測量和監視。在這樣做時，必須以優選地同時測量全部電池電壓的為目標。

在包括12個數量的蓄電池單元的對應蓄電池塊中，例如，可能發生高達60V的不同總電壓（共模電壓），其該針對具有高電壓技術的集成電路引起對信號處理和測量準確度的高需求。

共模電壓被定義為正和負蓄電池單元電壓的平均電壓，并且因此對應于相對于地的正電勢和負電勢之和的一半。例如，共模電壓產生于蓄電池單元的相對于地的測量電壓，其中差分電壓作為來自正和負電壓的量的差別而被檢測。共模電壓與電池電壓發生干擾，使得人們想要從測量過程中消除它。

因此，共模電壓不是可直接測量的電壓，而是由電壓控制使用的數學電壓值。關于所討論的蓄電池，共模電壓可總計高達60伏特。僅可以測量電池電壓，其中每個蓄電池的電壓可以是不同的并且每個電池電壓也可以具有不同的共模等級。

為了測量在蓄電池串聯連接中的電池電壓，使用具有逐次逼近寄存器（SAR）的模擬數字轉換器（ADC）或依據Sigma?Delta（SD）方法的ADC，其中在其輸入處使用相應的HV多路復用器。

然而，具有模擬數字轉換器和逐次逼近寄存器的測量電路的構造具有下述后果：在信號路徑上存在HV多路復用器，這可能對測量準確度具有不利的影響。此外，多路復用器的HV電路以及用于輸入電壓的緩沖的采樣和保持構件在集成電路上具有高空間要求。

發明內容

本發明建議針對在蓄電池串聯連接中電池電壓的測量使用數字模擬轉換器（DAC），數字模擬轉換器（DAC）與特定數量x的比較器組合且與數字觸發邏輯結合構成具有特定數量x的HV通道的模擬數字轉換器（ADC）。可以在為這個目的要求HV容量的HV比較器中實施在輸入電壓中共模電壓份額的抑制。

ADC通常必須被適配為測量跨越大的共模范圍的差分電壓。本發明避免了這個需求，因為在高電壓比較器中的共模電壓被分別地抑制或減少以確定差分電池電壓。通過抑制共模電壓，確定并評估相應蓄電池單元的端子之間的差分電壓是可能的。為這個目的，在蓄電池單元處測量的電壓減少共模份額，使得由此能夠個別地確定相應蓄電池單元端子之間的差分電壓。

因此，本發明的一個方面涉及被適配為串行地測量一個HV通道或多個獨立HV通道的ADC的構造。根據本發明，僅必須使用一個被適配為連同多個比較器和邏輯一起測量多個電壓且因此構成ADC的DAC。由于這個架構，同時實施測量通道的所有輸入電壓的過電壓或欠電壓檢測也是可能的。

因為僅提供一個DAC，所以不是并行而是串行地測量多個獨立HV測量通道是可能的。這樣，對每個測量通道并行地提供全部電路元件不是必要的，而是例如對于全部通道僅僅必須使用一個DAC。盡管在測量通道上的電池電壓僅被順序地測量，但是根據本發明，通過多個測量循環的執行可以產生準并行測量窗口。這使得用僅一個增益補償來補償全部測量通道的增益誤差成為可能，稍后這將被詳細地討論。

根據本發明的布置進一步使在沒有附加的電路部件的情況下實施窗口比較器功能成為可能。借助于窗口比較器功能，例如針對全部HV測量通道實施過電壓或欠電壓檢測是可能的。在一些測量問題的情況中，例如知道是否超過了閾值是足夠的。在這樣做時，在多個比較器循環中窗口比較器功能同樣能夠被順序地執行，其中，最初，針對全部測量通道檢驗過電壓并且然后針對全部測量通道檢驗欠電壓。