专利名称：一种用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池管理系统的领域，特别是一种用来监测并保护串联组成的可充电电池模块的电池状态监测电路，即一种用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路。
目前用于手提型计算机的电池模块其规格相近，数量庞大，在市场上已有许多特殊设计的单芯片微控制器用来提供上述的监控功能。惟在车辆系统(如电动车、混合式电动车、电动机车、电动助力车)尚未有专门设计的微控制芯片。由于在这方面的应用，所使用的电压设计种类繁多，且需要的特性也各有不同，若使用单芯片微控制器，在设计上不容易使用一种芯片同时符合各种应用的需求，因而不易达到其经济规模。
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，主要以简洁的电路设计提供一种具有扩充弹性的电池状态监测电路，同时在成本的考虑上亦较现有技术具有相对的优势。
为达到上述目的，本发明提供一种用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，用以监测可扩充的多个串联的电池模块的各种状态讯号，且将该等状态讯号输入至一微控制器，由该微控制器对该电池模块的充、放电作用提供管理与控制功能，其中该可扩充式电池状态监测电路包含有一电压测量电路，用以产生代表该电池模块的电压的电池电压讯号，其包含一分压电路、一组合式差动放大电路、及一运算放大电路；一温度测量电路，用以产生代表该电池模块的温度的电池温度讯号；一电流测量电路，用以产生代表该电池模块的电流的电池电流讯号；一模拟/数字转换电路，用以将该电池电压讯号、该电池温度讯号、该电池电流讯号转换成相对应的数字讯号；译码电路，用以接受微控制器的控制讯号，而产生时间分割的多任务切换讯号至电压测量电路、温度测量电路、及模拟/数字转换电路。
本发明的可扩充式电池状态监测电路可进一步包含一总电荷测量电路，用以产生代表该电池模块的进出电荷累积量的电池总电荷量讯号，供微处理器处理。
图中符号说明1 电压感测单元10 分压电路100 第一分压电阻 102 第二分压电阻104 第一切换开关 106 第二切换开关12 组合式差动放大电路120 第一运算放大器121 第一电阻122 第二电阻 123 第三电阻124 第四电阻 125 第五电阻126 第六电阻 127 第七电阻128 第二运算放大器129 第三运算放大器14 运算放大电路140 第四运算放大器141 第五运算放大器142 第八电阻 143 第九电阻144 第十电阻 145 第十一电阻2温度测量电路21 第十二电阻 22 第十三电阻23 第十四电阻 24 第六运算放大器25 热敏电阻 26 第一场效晶体管3电流测量电路30 反相放大器 31 第八运算放大器32 第九运算放大器 33 第一比较器34 电阻式电流传感器 35 第十八电阻36 第十九电阻 37 第二十电阻38 第二十一电阻 39 第二十二电阻40 第一二极管 41 第二二极管4总电荷测量电路400 第十一运算放大器 401 第十二运算放大器402 第十三运算放大器 403 第二比较器404 第三比较器405 第四比较器406 第五比较器407 第二十三电阻
408 第二十四电阻 409 第二十五电阻410 第二十六电阻 411 第二十七电阻412 第二十八电阻 413 第二十九电阻414 第三十电阻415 第三十一电阻416 第三十二电阻 417 第三十三电阻418 第一JK正反器 419 第二JK正反器420 除法器421 第一与非门422 第二与非门423 第三与非门424 电容器425 第二场效晶体管426 双极接面晶体管5模拟/数字转换电路50 第六比较器 51 第三场效晶体管52 第三十四电阻 54 数字/模拟转换器55 提升电阻6 微控制器7 电池模块70 电池模块的待测接点8 译码电路81 第一译码器 82 第二译码器83 第三译码器
图1是本发明的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路方块图。电池状态监测电路用以监测可扩充的多个串联的电池模块7的各种状态讯号，且将该等状态讯号输入至微控制器6，由微控制器6对电池模块7的充、放电作用提供管理与控制功能，其中电池状态监测电路包含有电压测量电路1，用以产生代表电池模块7的电压的电池电压讯号；温度测量电路2，用以产生代表电池模块7的温度的电池温度讯号；电流测量电路3，用以产生代表电池模块7的电流的电池电流讯号；总电荷测量电路4，用以产生代表电池模块7的进出电荷累积量的电池总电荷量讯号；模拟/数字转换电路5，用以将该电池电压讯号、该电池温度讯号、及该电池电流讯号转换成相对应的数字讯号；译码电路8，用以接受微控制器6的控制讯号，而产生时间分割的多任务切换讯号至电压测量电路1、温度测量电路2、及模拟/数字转换电路5，译码电路具有第一译码器81(参见图3)、第二译码器82(参见图6)、及第三译码器83(参见图2)，且第一、二、三译码器81、82、83的输入端皆连接微控制器6。本发明前述所提及监测的电池模块可以是一单元电池或由一个以上的单元电池所组成的电池模块。
图2是本发明的电压测量电路的电路图。电压测量电路1包含分压电路10、组合式差动放大电路12、及运算放大电路14。其中，分压电路10具有多个第一分压电阻100、多个第二分压电阻102、第一切换开关104、及第二切换开关106，每一个第一分压电阻100的一端分别连接电池模块7的待测接点70，每一个第一分压电阻100的另一端分别连接每一个第二分压电阻102的一端及第一、二切换开关104、106的输入端，第一、二切换开关104、106的选择输入端连接第三译码器83的输出端。
串联电池的电压测量要点，在于各电池模块7的负端电位不同，因此要量得各电池模块7的电压必须由其正、负端点比较获得。而当电池串联数目多到某一程度时，直接引取各待测接点70电压进入模拟电路处理时很容易碰到电压过高的情况。因此使用第一、二分压电阻100、102分压，将待测接点70的电压降至适当范围是一种可行的方式。本发明以两个N对一模拟多任务切换开关测量电池模块7的电压，如图2所示，由第三译码器83控制第一、二切换开关104、106来同步选取两相邻待测接点70，以它们的电压降作为前级差动电压。其中第一、二切换开关104、106的导通电阻不需很低，只要远低于第一、二分压电阻100、102与差动放大电路的输入阻抗即可，因此零件的选用范围很宽松。
组合式差动放大电路12具有第一运算放大器120、第二运算放大器128、第三运算放大器129、第一电阻121、第二电阻122、第三电阻123、第四电阻124、第五电阻125、第六电阻126、及第七电阻127。其中，第一、二运算放大器120、128的正相输入端分别连接第一、二切换开关104、106的输出端，第三运算放大器129的输出端作为组合式差动放大电路12的输出端，且第一电阻121的一端连接第一运算放大器120的反相输入端及第二电阻122的一端，第一电阻121的另一端连接第二运算放大器128的反相输入端及第三电阻123的一端，第二电阻122的另一端连接第一运算放大器120的输出端及第四电阻124的一端，第三电阻123的另一端连接第二运算放大器128的输出端及第五电阻125的一端，第四电阻124的另一端连接第三运算放大器129的反相输入端及第六电阻126的一端，第五电阻125的另一端连接第三运算放大器129的正相输入端及第七电阻127的一端，第六电阻126的另一端连接第三运算放大器129的输出端。
对于负载效应而言，本发明使用高阻抗的组合式差动放大电路12，可以防止负载效应所造成的误差，且将第一、二切换开关104、106的输出端引入的差动(differential)电压信号转换成共地的电压信号(single-ended signal)。
运算放大电路14具有第四运算放大器140、第五运算放大器141、第八电阻142、第九电阻143、第十电阻144、及第十一电阻145。其中第八电阻142的一端连接组合式差动放大电路12的输出端，第五运算放大器141的输出端作为电压测量电路1的输出端O1，第八电阻142的另一端连接第四运算放大器140的反相输入端及第九电阻143的一端，第九电阻143的另一端连接第四运算放大器140的输出端及第五运算放大器141的正相输入端，第十电阻144的一端连接第五运算放大器141的反相输入端及第十一电阻145的一端，第十电阻144的另一端连接第五运算放大器141的输出端，第四运算放大器140的正相输入端连接一参考电压Vr。
运算放大电路14针对电池的工作电压作细部放大测量，以锂离子二次电池而言，实用上可设定2.5伏特到4.5伏特做为电池电压测量的范围。超过此一范围，管理系统的处理方式都可视为极端的过高电压或过低电压。运算放大电路14的功能即是将电池电压的最大量取范围从2.5～4.5伏特线性转换至0～5伏特，以配合模拟/数字转换电路5的输入电压范围。其中参考电压Vr不为零，用以将电压信号平移一个固定准位。
图3是本发明的温度测量电路的电路图。温度测量电路2具有第十二电阻21、第十三电阻22、第十四电阻23、第六运算放大器24、多个靠近电池模块7的热敏电阻25及多个第一场效晶体管26。其中，第六运算放大器24的输出端作为温度测量电路2的输出端O2，第十四电阻23的一端连接第六运算放大器24的输出端，第十四电阻23的另一端连接第六运算放大器24的反相输入端及每一个热敏电阻25的一端，每一个热敏电阻25的另一端连接每一个第一场效晶体管26的汲极，每一个第一场效晶体管26的闸极分别连接第一译码器81的多个输出端，第十二电阻21的一端连接第六运算放大器24的正相输入端及第十三电阻22的一端，第十二电阻21的另一端连接一参考电压Vr。
本发明在温度的测量方面采用负温度系数(NTC)的热敏电阻25，以求在低成本下满足要求。然而，由于NTC热敏电阻的温度特性呈现倒数特性，在室温下电阻变化比较大，到了有安全疑虑的温度范围时，电阻的变化反而很小。因此，若直接测量热敏电阻的电阻值来估计测量点的温度，则不容易在需要的温度范围都得到足够的分辨率。因此，我们采用电阻倒数放大电路，将原与温度成倒数关系的电阻曲线反映到直线的特性。微控制器6控制第一译码器81而选取一个温度测量点时，将与热敏电阻25串联的第一场效晶体管26导通，其余的第一场效晶体管26则维持断路，可获得第六运算放大器24的输出电压与温度成正比。
图4是本发明的电流测量电路的电路图。电流测量电路3具有反相放大器30、第八运算放大器31、第九运算放大器32、第一比较器33、电阻式电流传感器34、第十八电阻35、第十九电阻36、第二十电阻37、第二十一电阻38、第二十二电阻39、第一二极管40、第二二极管41。其中，反相放大器30具有第七运算放大器300、第十六电阻302、及第十七电阻304，第十六电阻302的一端作为反相放大器30的反相输入端，第七运算放大器300的正相输入端作为反相放大器30的正相输入端；第二二极管41的n型端作为电流测量电路3的输出端O3，电阻式电流传感器34的一端连接反相放大器30的反相输入端及电池模块7的阴极，电阻式电流传感器34的另一端连接反相放大器30的正相输入端及负载端，第十八电阻35的一端连接反相放大器30的输出端及第九运算放大器32、第一比较器33的正相输入端，第十八电阻35的另一端连接第十九电阻36的一端及第八运算放大器31的反相输入端，第十九电阻36的另一端连接第一二极管40的n型端及第二二极管41的n型端及第二十电阻37的一端，第一二极管40的p型端连接第八运算放大器31的输出端，第二二极管41的p型端连接第九运算放大器32的输出端，第二十电阻37的另一端连接第九运算放大器32的反相输入端及第二十一电阻38的一端，第二十二电阻39的一端连接第一比较器33的输出端。
电流测量电路3用以获得电池流通的电流方向与幅度讯息，其采用阻抗值如0.5毫欧姆，额定电流如120安培的电阻式电流传感器34，且以反相放大器30撷取电流经过电阻式电流传感器34所产生的电压讯号，其满幅度电压为±2V，其中正负号代表放电与充电两种不同电流方向。本电路利用第一比较器33对零点电压比较而产生有关电流方向的讯号供微控制器6处理，而电流幅度则由并联的第八、九运算放大器31、32针对不同方向的电流讯号放大。当电池模块7充电时，第七运算放大器300的输出为负电压，因此第九运算放大器32输出负饱和电压，导致第二二极管41关闭，而第八运算放大器31则进入线性区，导致第一二极管40导通，因此输出端O3的讯号由第八运算放大器31决定；当电池模块7放电时，第七运算放大器300的输出为正电压，因此第八运算放大器31输出负饱和电压，导致第一二极管40关闭，而第九运算放大器32则进入线性工作区，导致第二二极管41导通，因此输出端O3的讯号由第九运算放大器32决定。电流测量电路3兼具取绝对值与放大讯号幅度的功能，因此可针对实际需要采用不同放大倍率。
图5是本发明的总电荷测量电路的电路图。总电荷测量电路4具有第十一运算放大器400、第十二运算放大器401、第十三运算放大器402、第二比较器403、第三比较器404、第四比较器405、第五比较器406、第二十三电阻407、第二十四电阻408、第二十五电阻409、第二十六电阻410、第二十七电阻411、第二十八电阻412、第二十九电阻413、第三十电阻414、第三十一电阻415、第三十二电阻416、第三十三电阻417、第一JK正反器418、第二JK正反器419、除法器420、第一与非门(NAND)421、第二与非门422、第三与非门423、电容器424、第二场效晶体管425、双极接面晶体管426。其中，第十一运算放大器400的正相输入端连接电流测量电路3的输出端及第四、五比较器405、406的正相输入端，第三与非门423的输出端连接微控制器6作为总电荷测量电路4的输出端O4，第二十三电阻407的一端连接第十一运算放大器400的输出端及第二十五电阻409的一端，第二十三电阻407的另一端连接第十一运算放大器400的反相输入端及第二十四电阻408的一端，第二十四电阻408的另一端连接第二场效晶体管425的汲极，第二十五电阻409的另一端连接第十二运算放大器401的反相输入端及第二十六电阻410的一端，第二十六电阻410的另一端连接第十二运算放大器401的输出端及第二十七电阻411的一端，第二十七电阻411的另一端连接第十三运算放大器402的反相输入端及电容器424的一端及双极接面晶体管426的射极，双极接面晶体管426的集极连接第十三运算放大器402的输出端及电容器424的另一端及第二、三比较器403、404的正相输入端，双极接面晶体管426的基极连接第一JK正反器418的Q输出端，第一JK正反器418的J输入端、K输入端分别连接第二、三比较器403、404的输出端，第二比较器403的反相输入端连接第二十八、二十九电阻412、413的一端，第三比较器404的反相输入端连接第二十九电阻413的另一端及第三十电阻414的一端，第一JK正反器418的Q反相输出端连接除法器420的输入端及第一与非门421的一输入端，除法器420的输出端连接第二与非门422的一输入端，第二场效晶体管425的闸极连接第二JK正反器419的Q输出端及第二与非门422的另一输入端，第二JK正反器419的Q反相输出端连接第一与非门421的另一输入端，第一、二与非门421、422的输出端分别连接第三与非门423的二输入端，第二JK正反器419的J输入端、K输入端分别连接第四、五比较器405、406的输出端，第四比较器405的反相输入端连接第三十一、三十二电阻415、416的一端，第五比较器406的反相输入端连接第三十二电阻416的另一端及第三十三电阻417的一端。
本发明测量进出电池模块7的电荷总量，由计算电流的绝对值转换成固定幅度的脉波，而脉波频率则正比于电流的大小，且经由累计脉波数目即可获得与进出电荷总量成正比的数目。实务上，脉波数目的累计必须配合电流方向切换成往上数或往下数的动作。总电荷测量电路4的电路架构主要特色有二(1)具有两段式自动增益调整如图5所示，电流测量电路3所输出的电池电流讯号，其绝对值经第四、五比较器405、406来设定本级的第十一运算放大器400的两种增益值(1与N倍率)。后级的第十二、十三运算放大器401、402的电压转成脉波频率电路在设计上是搭配增益倍率为1的电压输入范围而设计。当电池电流讯号低于某一默认值时，第四比较器405会将第二JK正反器419的内容设定为1，并使第二场效晶体管425导通，造成增益切换成N倍(非反相放大)。若电池电流讯号高于某一默认值时，第四比较器405会将第二JK正反器419的内容清除为0，并使第二场效晶体管425关闭，造成增益切换成1倍(电压追随)。增益的自动转换可以使后级转脉波频率的工作点在较佳的特性上，而增益上产生的N倍脉波频率可以在最后以除法器420还原成应有的对应频率。等效上这样的电路具有扩大电压/频率转换电路可用线性范围的功效。如果电流测量点也由此自动增益后的电压点取得的话，也可获得提升动态范围的效果。
(2)以低价位泛用型集成电路组成的电压/频率转换器如图5的虚线区域所示，其功能即具简易的电压/频率转换功能。其中第十二运算放大器401产生电压反相效果，而第十三运算放大器402则产生定电流对电容器424进行充电动作。第二、三比较器403、404监测电容器424的电压值，当电容器424的电压值到达一预设电压幅度即对第一JK正反器418进行设定动作。同时第一JK正反器418的输出控制与双极接面晶体管426使得电容器424的电荷被双极接面晶体管426快速放电重置。当电容器424的电荷被双极接面晶体管426放到某一电压幅度时，第二、三比较器403、404即对第一JK正反器418进行重置，并关闭双极接面晶体管426的放电作用。
图6是本发明的模拟/数字转换电路的电路图。模拟/数字转换电路5具有多个第六比较器50、多个第三场效晶体管51、多个第三十四电阻52、数字/模拟转换器54、提升电阻55。其中，数字/模拟转换器54的多个输入端连接微控制器6，每一个第六比较器50的反相输入端各自连接每一个第三场效晶体管51的汲极及每一个第三十四电阻52的一端，每一个第六比较器50的正相输入端连接数字/模拟转换器54的输出端，每一个第三场效晶体管51的闸极各自连接第二译码器82的多个输出端，每一个第三十四电阻52的另一端各自连接电压测量电路1、温度测量电路2、电流测量电路3的输出端O1、O2、O3，提升电阻55的一端连接每一个第六比较器50的输出端及微控制器6的输入端。
本发明对于电池的电压、温度、电流、电荷量等状态讯号的数字化，利用微控制器6控制数字/模拟转换器54产生一电压准位来与各电池状态讯号比较，经二分逼近方式渐进获得准确的数字码。各状态讯号进入第六比较器50的前以第三场效晶体管51接地，其中各第六比较器50必须具有开集极型的输出，而且并接，利用提升电阻55产生与非门的效果。当微控制器6要针对某一来源的状态讯号进行数字化时，将控制第二译码器82使连接该状态信号的第三场效晶体管51断开(使其浮接)，其它则导通(使其接地)。此时第六比较器50的输出完全由待测的电池状态讯号与数字/模拟转换器54的比较结果决定。微控制器6可由此比较结果配合二分逼近的算法获得待测的电池状态讯号的数字码，最后由微控制器6对电池状态讯号的数字码进行分析，进而对电池模块7的充、放电作用提供管理与控制功能。
针对本发明的整体电路及各个子电路所具有的特色归纳如后一、提供简洁的电路设计，以监测可弹性扩充串联电池数目的电池模块。在电池数目扩充时，所需增加的组件成本降低到最少。
二、提供稳定可靠的电池监测与管理功能，本发明在各监测与控制部分的功能与特色如下(a)电压测量对于受测电池的电流消耗量小，长期而言对于电池容量的影响不会大于其自放电的损耗。在分辨率方面，使用8位的模拟/数字转换电路达到10毫伏特以下的分辨率；测量电压范围在2.5伏特至4.5伏特的间，特别适用于锂离子二次电池。对于不同种类的电池，可针对其操作电压，调整电压测量范围至其适合的范围。
(b)温度测量采用价格相对低廉，稳定可靠的负温度系数热敏电阻作为温度感测组件，配合特殊设计的电路开关电路选择测量点，并将其非线性的电阻温度特性转换成近似线性的电压温度特性，便于使用模拟/数字转换后，以微处理器查表/内差获得可靠的温度数据。
(c)电流测量使用电阻式电流传感器，量取进出电池模块的电流大小与方向，其中充电与放电两种电流方向的电流测量可以设计成具有不同的分辨率或范围。
(d)进出总电荷量测量由电流大小的信号，对时间作等效上的连续积分，以获得进出电荷总量的监测，其中电流大小的变化及频率范围是设计考量的重点。
(e)模拟/数字转换电路从不同信号来源的电压、电流、温度等信号转换成的电压信号，使用同一组由微控制器操作的模拟/数字转换器转成微控制器可取得的数字资料。利用有限的电路硬件，配合硬件切换开关以及微控制器的计算时间来达到多组模拟/数字转换器的处理功能。这样的架构，除了测量电池电压、电流、温度信号，亦可测量其它电池状态的物理量，而且对于未来扩充的测量物理量，所需增加的电路成本可以降到最低。
虽然本发明已以一具体实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，用以监测可扩充的多个串联的电池模块的各种状态讯号，且将该等状态讯号输入至一微控制器，由该微控制器对该每一个电池模块的充、放电作用提供管理与控制功能，其特征在于，该可扩充式电池状态监测电路包含有一电压测量电路，用以产生代表该电池模块的电压的电池电压讯号，其包含一分压电路、一组合式差动放大电路、及一运算放大电路；一温度测量电路，用以产生代表该电池模块的温度的电池温度讯号；一电流测量电路，用以产生代表该电池模块的电流的电池电流讯号；一模拟/数字转换电路，用以将该电池电压讯号、该电池温度讯号、及该电池电流讯号转换成相对应的数字讯号；一译码电路，用以接受该微控制器的控制讯号，而产生时间分割的多任务切换讯号至该电压测量电路、该温度测量电路、及该模拟/数字转换电路。
2.如权利要求1所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该电池模块是一单元电池或由一个以上的单元电池所组成的电池模块。
3.如权利要求1所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该译码电路具有一第一译码器、一第二译码器、及一第三译码器，且该第一、二、三译码器的输入端连接该微控制器。
4.如权利要求3所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该分压电路具有多个第一分压电阻、多个第二分压电阻、一第一切换开关、及一第二切换开关，该每一个第一分压电阻的一端分别连接该电池模块的待测接点，该每一个第一分压电阻的另一端分别连接该每一个第二分压电阻的一端及该第一、二切换开关的输入端，该第一、二切换开关的选择输入端连接该第三译码器的输出端。
5.如权利要求4所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该组合式差动放大电路具有一第一运算放大器、一第二运算放大器、一第三运算放大器、一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻、一第五电阻、一第六电阻、及一第七电阻；其中该第一、二运算放大器的正相输入端分别连接该第一、二切换开关的输出端，该第三运算放大器的输出端作为该组合式差动放大电路的输出端，且该第一电阻的一端连接该第一运算放大器的反相输入端及该第二电阻的一端，该第一电阻的另一端连接该第二运算放大器的反相输入端及该第三电阻的一端，该第二电阻的另一端连接该第一运算放大器的输出端及该第四电阻的一端，该第三电阻的另一端连接该第二运算放大器的输出端及该第五电阻的一端，该第四电阻的另一端连接该第三运算放大器的反相输入端及该第六电阻的一端，该第五电阻的另一端连接该第三运算放大器的正相输入端及该第七电阻的一端，该第六电阻的另一端连接该第三运算放大器的输出端。
6.如权利要求5所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该运算放大电路具有一第四运算放大器、一第五运算放大器、一第八电阻、一第九电阻、一第十电阻、及一第十一电阻；其中该第八电阻的一端连接该组合式差动放大电路的输出端，该第五运算放大器的输出端作为该电压测量电路的输出端，该第八电阻的另一端连接该第四运算放大器的反相输入端及该第九电阻的一端，该第九电阻的另一端连接该第四运算放大器的输出端及该第五运算放大器的正相输入端，该第十电阻的一端连接该第五运算放大器的反相输入端及该第十一电阻的一端，该第十电阻的另一端连接该第五运算放大器的输出端，该第四运算放大器的正相输入端连接一参考电压。
7.如权利要求3所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该温度测量电路具有一第十二电阻、一第十三电阻、一第十四电阻、一第六运算放大器、多个靠近该电池模块的热敏电阻及多个第一场效晶体管；其中该第六运算放大器的输出端作为该温度测量电路的输出端，该第十四电阻的一端连接该第六运算放大器的输出端，该第十四电阻的另一端连接该第六运算放大器的反相输入端及该每一个热敏电阻的一端，该每一个热敏电阻的另一端连接该每一个第一场效晶体管的汲极，该每一个第一场效晶体管的闸极分别连接该第一译码器的多个输出端，该第十二电阻的一端连接该第六运算放大器的正相输入端及该第十三电阻的一端，该第十二电阻的另一端连接一参考电压。
8.如权利要求7所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该电流测量电路具有一反相放大器、一第八运算放大器、一第九运算放大器、一第一比较器、一电阻式电流传感器、一第十八电阻、一第十九电阻、一第二十电阻、一第二十一电阻、一第二十二电阻、一第一二极管、一第二二极管；其中该第二二极管的n型端作为该电流测量电路的输出端，该电阻式电流传感器的一端连接该反相放大器的反相输入端及该电池模块的阴极，该电阻式电流传感器的另一端连接该反相放大器的正相输入端及一负载端，该第十八电阻的一端连接该反相放大器的输出端及该第九运算放大器、该第一比较器的正相输入端，该第十八电阻的另一端连接该第十九电阻的一端及该第八运算放大器的反相输入端，该第十九电阻的另一端连接该第一二极管的n型端及该第二二极管的n型端及该第二十电阻的一端，该第一二极管的p型端连接该第八运算放大器的输出端，该第二二极管的p型端连接该第九运算放大器的输出端，该第二十电阻的另一端连接该第九运算放大器的反相输入端及该第二十一电阻的一端，该第二十二电阻的一端连接该第一比较器的输出端。
9.如权利要求8所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该反相放大器具有一第七运算放大器、一第十六电阻、及一第十七电阻，该第十六电阻的一端作为该反相放大器的反相输入端，该第七运算放大器的正相输入端作为该反相放大器的正相输入端。
10.如权利要求1所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该可扩充式电池状态监测电路进一步包含一总电荷测量电路，该总电荷测量电路用以产生代表该电池模块的进出电荷累积量的电池总电荷量讯号。
11.如权利要求10所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该总电荷测量电路具有一第十一运算放大器、一第十二运算放大器、一第十三运算放大器、一第二比较器、一第三比较器、一第四比较器、一第五比较器、一第二十三电阻、一第二十四电阻、一第二十五电阻、一第二十六电阻、一第二十七电阻、一第二十八电阻、一第二十九电阻、一第三十电阻、一第三十一电阻、一第三十二电阻、一第三十三电阻、一第一JK正反器、一第二JK正反器、一除法器、一第一与非门(NAND)、一第二与非门、一第三与非门、一电容器、一第二场效晶体管、一双极接面晶体管；其中该第十一运算放大器的正相输入端连接该电流测量电路的输出端及该第四、五比较器的正相输入端，该第三与非门的输出端连接该微控制器，该第二十三电阻的一端连接该第十一运算放大器的输出端及该第二十五电阻的一端，该第二十三电阻的另一端连接该第十一运算放大器的反相输入端及该第二十四电阻的一端，该第二十四电阻的另一端连接该第二场效晶体管的汲极，该第二十五电阻的另一端连接该第十二运算放大器的反相输入端及该第二十六电阻的一端，该第二十六电阻的另一端连接该第十二运算放大器的输出端及该第二十七电阻的一端，该第二十七电阻的另一端连接该第十三运算放大器的反相输入端及该电容器的一端及该双极接面晶体管的射极，该双极接面晶体管的集极连接该第十三运算放大器的输出端及该电容器的另一端及该第二、三比较器的正相输入端，该双极接面晶体管的基极连接该第一JK正反器的Q输出端，该第一JK正反器的J输入端、K输入端分别连接该第二、三比较器的输出端，该第二比较器的反相输入端连接该第二十八、二十九电阻的一端，该第三比较器的反相输入端连接该第二十九电阻的另一端及该第三十电阻的一端，该第一JK正反器的Q反相输出端连接该除法器的输入端及该第一与非门的一输入端，该除法器的输出端连接该第二与非门的一输入端，该第二场效晶体管的闸极连接该第二JK正反器的Q输出端及该第二与非门的另一输入端，该第二JK正反器的Q反相输出端连接该第一与非门的另一输入端，该第一、二与非门的输出端分别连接该第三与非门的二输入端，该第二JK正反器的J输入端、K输入端分别连接该第四、五比较器的输出端，该第四比较器的反相输入端连接该第三十一、三十二电阻的一端，该第五比较器的反相输入端连接该第三十二电阻的另一端及该第三十三电阻的一端。
12.如权利要求3所述的用于电池管理系统的可扩充式电池状态监测电路，其特征在于，该模拟/数字转换电路具有多个第六比较器、多个第三场效晶体管、多个第三十四电阻、一数字/模拟转换器、一提升电阻，该数字/模拟转换器的多个输入端连接该微控制器，该每一个第六比较器的反相输入端各自连接该每一个第三场效晶体管的汲极及该每一个第三十四电阻的一端，该每一个第六比较器的正相输入端连接该数字/模拟转换器的输出端，该每一个第三场效晶体管的闸极各自连接该第二译码器的多个输出端，该每一个第三十四电阻的另一端各自连接该电压测量电路、该温度测量电路、该电流测量电路的输出端，该提升电阻的一端连接该每一个第六比较器的输出端及该微控制器的输入端。
全文摘要
本发明涉及一种用于电池管理方面的可扩充式电池状态监测电路系统，特别用来监测并保护可充电电池串联组成的模块，其中所有零件都可以使用一般泛用型的电子零件，且经适当的电路设计来整合成具完整的监测与保护功能的电路系统，本发明对于电压与温度的测量皆使用同一组模拟/数字转换电路，因此如果要增加串联电池模块的数目，只需扩大模拟信号多任务器的输入数目，而不需增加模拟/数字转换器的数目，对于电压、温度、电流以及进出电池的累积电荷量的测量，各有其特殊设计的模拟信号处理电路，以便应付在监测电池状态及操作时所需的特殊条件，而达到使用低价位组件完成必要的监测与控制电路的需求。
文档编号G01R31/36GK1474493SQ0212761
公开日2004年2月11日 申请日期2002年8月5日 优先权日2002年8月5日
发明者周裕福, 彭国光, 潘浩然 申请人:财团法人工业技术研究院