一种用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测电路及其控制方法与流程

本发明属于电池管理与电力电子，特别是涉及一种用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测电路及其控制方法。

背景技术：

1、在由多节单体电池串联构成的高压电池组中，需要对每一节单体电池的端电压进行准确检测，用于荷电状态（soc）估计、过压/欠压保护、均衡与故障诊断。其固有难点在于：被测单体电池悬浮在很高的共模电位上，而被测的量却是该单体两端之间仅约数伏的差分电压。如何在高共模、强干扰环境下把这一浮动的小差分量准确地转换为对地可读的信号，是本领域长期研究的问题。

2、现有技术包括电阻分压及差分放大/隔离放大方案，采用高压电阻分压网络配合差分放大器或隔离运放读取单体电压；飞跨电容采样方案采用单只或多只飞跨电容，通过每节电池对应的选择开关与母线开关，把该电容顺序切换到被选中的单体电池两端充电至其电压，再断开采样开关、闭合接地开关，将电容电压经单位增益缓冲器送至模数转换器读取，从而实现对地测量；专用高压bms前端芯片方案采用集成高压前端芯片逐级堆叠、菊花链通信采集各单体电压。

3、然而，目前的单体电压检测方案或受制于高共模与持续耗电，或仅能以一次性采样测量在路单体、无法覆盖被旁路单体与任意位置单体。无法实现对高压串联电池组中任意位置、且不论其处于投入还是被旁路状态的单体电池，均以对地基准连续、准确地检测其真实端电压，且器件简单、易与单体旁路电路配合的检测电路。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对任意位置和任意投切状态的单体电池均准确检测其真实端电压，从而与单体旁路或可重构电路天然配合的用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测电路及其控制方法。

2、第一方面，本申请提供了一种用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测电路，包括：

3、电路包括飞跨电容c1、保持电容c2、第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和控制器；

4、飞跨电容c1包括第一极板和第二极板，保持电容c2包括第三极板和第四极板；

5、第一极板通过第一开关s1连接目标电池的高侧，第二极板通过第二开关s2连接目标电池的低侧；

6、第一极板还通过第三开关s3连接第三极板，飞跨电容c1的第二极板还通过第四开关s4接地；

7、第四极板接地，第三极板用于输出目标电池的端电压；

8、控制器用于输出第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号用于控制电路在采样相中工作，第二控制信号用于控制电路在转移相中工作。

9、进一步地，电路在采样相中工作时，包括：

10、第一开关s1和第二开关s2导通，第三开关s3和第四开关s4关断；

11、目标电池通过第一开关s1和第二开关s2，对飞跨电容c1充电，第一极板和第二极板之间的电压差等于目标电池的端电压。

12、进一步地，电路在转移相中工作时，包括：

13、第一开关s1和第二开关s2关断，第三开关s3和第四开关s4导通；

14、第一极板通过第三开关s3对第三极板转移电荷，第二极板通过第四开关s4接地，第四极板接地，第三极板和第四极板之间的电压差趋近于目标电池的端电压。

15、进一步地，控制器，包括：

16、控制器用于以脉宽调制方式周期性重复输出第一控制信号和第二控制信号，以控制电路在采样相和转移相之间切换工作状态；

17、控制器在采样相和转移相切换之间插入死区。

18、进一步地，目标电池为串联电池组中的任一单体电池；

19、电路通过选择开关时分复用，跨接在串联电池组中的不同单体电池两端。

20、进一步地，电路还包括：

21、第一开关s1为p沟道mosfet，第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4为n沟道mosfet。

22、进一步地，电路还包括栅极驱动电路；

23、栅极驱动电路用于驱动第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4，栅极驱动电路包括反向电荷泵、自举电路或推挽驱动级中的任意一项。

24、进一步地，第三极板连接电压检测模块，第三极板用于输出对地基准信号到电压检测模块进行电压检测。

25、第二方面，本申请还提供了一种用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测控制方法，包括：

26、输出第一控制信号，使第一开关s1和第二开关s2导通，第三开关s3和第四开关s4关断，使目标电池对飞跨电容c1充电；

27、输出第二控制信号，使第一开关s1和第二开关s2关断，第三开关s3和第四开关s4导通，使飞跨电容c1对保持电容c2进行电荷转移；

28、其中，保持电容c2用于输出对地基准信号到电压检测模块进行电压检测。

29、上述用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测电路及其控制方法，飞跨电容直接跨接于目标电池两端做差分采样，采样值与该单体对地的共模电位无关，再经对地电荷转移得到对地基准输出，因而对电池组顶端、中部、底端的任意单体同样适用；飞跨电容直接跨接单体两端，故无论该单体处于投入还是"被旁路"状态，均能测得其真实端电压，克服了现有飞跨电容方案只能测在路单体的局限，与单体旁路/可重构电路天然协同；以pwm和死区周期性切换，保持电容连续跟踪并稳定复现目标电池电压，而非一次性采样保持，利于实时监测与快速响应；输出为对地信号，可用普通对地adc/比较器直接读取，无需高压差分放大或隔离式afe；采样相与转移相之间靠电容隔离，共模不参与采样，且不引入长期接于电池两端的分压耗电；仅需两路互补信号即可实现跟踪；可对多节单体分别配置该检测单元，或经选择开关将一套检测电路分时复用于不同单体。

1.一种用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测电路，其特征在于，所述电路并联在目标电池的两端；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路在所述采样相中工作时，包括：

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电路在所述转移相中工作时，包括：

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制器，包括：

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述目标电池为串联电池组中的任一单体电池；

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电路还包括栅极驱动电路；

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第三极板连接电压检测模块，所述第三极板用于输出对地基准信号到所述电压检测模块进行电压检测。

9.一种用于串联电池组的飞跨电容式单节电池电压检测控制方法，其特征在于，所述方法包括：