[发明专利]用于确定电压的系统和器件

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量电压的方法和系统。具体地，本发明涉及用于确定在用于电动车辆的蓄电池中的电压的测量器件。

背景技术

对于在电动车辆中的应用，多个蓄电池单元通常与彼此组合，其中蓄电池单元作为规则锂离子（LION）电池。为了这个目的，蓄电池单元相互串联连接，使得产生具有几百伏特电压的多个电池的蓄电池组。该蓄电池组又被分割成所谓的蓄电池块，可通过单独的控制来控制和监视每个蓄电池块。

例如，所谓的ASIC（专用集成电路）芯片可被用作控制。这些芯片的目的是检测个体LION电池之间的由于制造和老化而引起的差别，以便能够适当地作出反应，例如，通过具体对某些电池或块进行放电（被动平衡）或具体在电池或块之间重新分配电荷（主动平衡）。

对于蓄电池的最优控制，必须提供关于个体蓄电池单元的电压（电池电压）的尽可能精确的测量值。此外，在这样的仅具有串联连接的蓄电池组中，为了安全的原因，任何电池电压必须被个别地测量和监视。在这样做时，必须以优选地同时测量全部电池电压的为目标。

在包括12个数量的蓄电池单元的对应蓄电池块中，例如，可能发生高达60V的不同总电压（共模电压），其该针对具有高电压技术的集成电路引起对信号处理和测量准确度的高需求。

共模电压被定义为正和负蓄电池单元电压的平均电压，并且因此对应于相对于地的正电势和负电势之和的一半。例如，共模电压产生于蓄电池单元的相对于地的测量电压，其中差分电压作为来自正和负电压的量的差别而被检测。共模电压与电池电压发生干扰，使得人们想要从测量过程中消除它。

因此，共模电压不是可直接测量的电压，而是由电压控制使用的数学电压值。关于所讨论的蓄电池，共模电压可总计高达60伏特。仅可以测量电池电压，其中每个蓄电池的电压可以是不同的并且每个电池电压也可以具有不同的共模等级。

为了测量在蓄电池串联连接中的电池电压，使用具有逐次逼近寄存器（SAR）的模拟数字转换器（ADC）或依据Sigma Delta（SD）方法的ADC，其中在其输入处使用相应的HV多路复用器。

然而，具有模拟数字转换器和逐次逼近寄存器的测量电路的构造具有下述后果：在信号路径上存在HV多路复用器，这可能对测量准确度具有不利的影响。此外，多路复用器的HV电路以及用于输入电压的缓冲的采样和保持构件在集成电路上具有高空间要求。

发明内容

本发明建议针对在蓄电池串联连接中电池电压的测量使用数字模拟转换器（DAC），数字模拟转换器（DAC）与特定数量x的比较器组合且与数字触发逻辑结合构成具有特定数量x的HV通道的模拟数字转换器（ADC）。可以在为这个目的要求HV容量的HV比较器中实施在输入电压中共模电压份额的抑制。

ADC通常必须被适配为测量跨越大的共模范围的差分电压。本发明避免了这个需求，因为在高电压比较器中的共模电压被分别地抑制或减少以确定差分电池电压。通过抑制共模电压，确定并评估相应蓄电池单元的端子之间的差分电压是可能的。为这个目的，在蓄电池单元处测量的电压减少共模份额，使得由此能够个别地确定相应蓄电池单元端子之间的差分电压。

因此，本发明的一个方面涉及被适配为串行地测量一个HV通道或多个独立HV通道的ADC的构造。根据本发明，仅必须使用一个被适配为连同多个比较器和逻辑一起测量多个电压且因此构成ADC的DAC。由于这个架构，同时实施测量通道的所有输入电压的过电压或欠电压检测也是可能的。

因为仅提供一个DAC，所以不是并行而是串行地测量多个独立HV测量通道是可能的。这样，对每个测量通道并行地提供全部电路元件不是必要的，而是例如对于全部通道仅仅必须使用一个DAC。尽管在测量通道上的电池电压仅被顺序地测量，但是根据本发明，通过多个测量循环的执行可以产生准并行测量窗口。这使得用仅一个增益补偿来补偿全部测量通道的增益误差成为可能，稍后这将被详细地讨论。

根据本发明的布置进一步使在没有附加的电路部件的情况下实施窗口比较器功能成为可能。借助于窗口比较器功能，例如针对全部HV测量通道实施过电压或欠电压检测是可能的。在一些测量问题的情况中，例如知道是否超过了阈值是足够的。在这样做时，在多个比较器循环中窗口比较器功能同样能够被顺序地执行，其中，最初，针对全部测量通道检验过电压并且然后针对全部测量通道检验欠电压。