本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种电池组电压测量电路及电压测量系统。
背景技术：
随着新能源技术的发展，电池的使用越来越广泛。目前，在很多领域由于一个单电池难以满足系统的使用需要，通常将多个电池串联使用。
但是多电池串联使用的过程中，若单个电芯的电压不一致，就会损坏电池。因此，在多电池串联使用时，需要监测其串联电池组中的每颗电芯电压情况，以确保其是否正常工作。
图1为目前电芯电压测量电路图。如图1所示，利用电阻分压来测量各个电芯的电压。但是采用这种测量方式，当串联的电池数量较多时，某些分压电阻上的电压会较大，这使得最终确定的电芯电压准确度和精度较差，不利于电池系统的控制。
技术实现要素：
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请第一个目的在于提出一种电池组电压测量电路，通过模拟电路实现了对各个电芯的电压进行采样、计算，提高了采样电压的精度，避免了运算过程中带来的误差，为实现对电池中各个电芯的准确控制提供了条件，提高了电池的可靠性和安全性。
本申请的第二个目的在于提出一种电池组电压测量系统。
为达上述目的，本申请实施例第一方面提出了一种电池组电压测量电路，包括：依次串联连接的电压采样网络、电压处理子电路及控制器；
所述电压采样网络，用于采集电池中各个电芯对地的电压值；
所述电压处理子电路，用于对所述电压采样网络采集的各个电芯的电压值进行模拟运算，以确定所述各个电芯两端的采样电压；
所述控制器，用于根据所述各个电芯的采样电压及所述电压采样网络的电阻值，确定所述各个电芯的实际电压。
本申请实施例提供的电池组电压测量电路，包括依次串联连接的电压采样网络、电压处理子电路及控制器，所述电压采样网络，用于采集电池中各个电芯对地的电压值；所述电压处理子电路，用于对所述电压采样网络采集的各个电芯的电压值进行模拟运算，以确定所述各个电芯两端的采样电压；所述控制器，用于根据所述各个电芯的采样电压及所述电压采样网络的电阻值，确定所述各个电芯的实际电压。由此，通过模拟电路实现了对各个电芯的电压进行采样、计算，提高了采样电压的精度，避免了运算过程中带来的误差，为实现对电池中各个电芯的准确控制提供了条件，提高了电池的可靠性和安全性。
为达上述目的，本申请实施例第二方面提出了一种电压测量系统，包括：如上实施例所述的电池组电压测量电路。
本申请实施例提供的电压测量系统，通过电阻采样网络对各个电芯进行采压后，由模拟电路对采样电压进行模拟运算，从而确定各个电芯两端的采样电压，进而由控制器根据模拟采样电压及采样电阻桥的分压比，确定各个电芯两端实际的电压值。由此，通过模拟电路实现了对各个电芯的电压进行采样、计算，提高了采样电压的精度，避免了运算过程中带来的误差，为实现对电池中各个电芯的准确控制提供了条件，提高了电池的可靠性和安全性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为目前电芯电压测量电路图；
图2是本申请一个实施例的电池组电压测量电路结构示意图；
图3为本申请实施例提供的部分电压处理子电路的结构示意图；
图4为本申请另一个实施例的电池组电压测量电路的结构示意图；
图5为本申请又一实施例的电池组电压测量电路的结构示意图；
图6是本申请又一实施例的电池组电压测量电路的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的电池组电压测量电路及电压测量系统。
图2是本申请一个实施例的电池组电压测量电路结构示意图。
如图2所示，该电池组电压测量电路包括：依次串联连接的电压采样网络1、电压处理子电路2及控制器3；
所述电压采样网络1，用于采集电池4中各个电芯对地的电压值；
所述电压处理子电路2，用于对所述电压采样网络1采集的各个电芯的电压值进行模拟运算，以确定所述各个电芯两端的采样电压；
所述控制器3，用于根据所述各个电芯的采样电压及所述电压采样网络的电阻值，确定所述各个电芯的实际电压。
具体的，本申请主要针对现有技术中，利用电压采样网络测量多个串联的电池中每个电芯的电压时，当分压电阻上的电压比较大时，采样精度降和准确度降低，不利于电池系统的控制的问题，提出一种电压测量电路。首先利用电压采样网络分别采集各个电芯的电压，然后再利用电压处理子电路，对采的电压进行模拟运算处理，以确定各个电芯两端的采样电压，进而控制器再根据电压采样网络的电阻值，确定各个电芯两端的实际电压值。由于本申请实施例中，在对各个电芯的电压进行采样后，通过模拟电路对采样电压进行了运算处理，从而提高了测量精度。
其中，电压采样网络1可以如图1中所示的形式组成，或者，也可以采用图2所示的形式，由n个采样电阻桥组成，其中所述n个采样电阻桥的一端分别与地连接，所述n个采样电阻桥的另一端分别与n个电芯的正极连接，n为大于1的正整数，由于采样电阻桥均是对地输出电压值，从而确保了采样电阻桥输出的电压值的准确性和可靠性。
相应的，所述电压处理子电路2中包括n个电压处理单元，所述n个电压处理单元的输入端分别与所述n个采样电阻桥的输出端连接，用于对所述n个电阻桥输出的电压值进行模拟运算处理，以分别确定所述各个电芯两端的采样电压；
所述控制器3,分别与所述n个电压处理单元的输出端连接，用于根据所述每个电芯两端的采样电压及每个采样电阻桥的分压比，确定所述每个电芯两端的实际电压。
具体实现时，电阻桥中的各电阻的阻值可以根据待测量的电芯的电压等级、及电阻的功率级别选择，本申请实施例对此不作限定。
另外，每个电阻桥包括上桥臂和下桥臂；所述上桥臂和下桥臂的交点与所述电压处理子电路连接，其中，电阻桥中的上桥臂与小桥臂的分压比，可以根据需要设置。比如上桥臂的电阻值大于下桥臂的电阻值，即电阻桥的分压比较大；或者，上桥臂的电阻值小于下桥臂的电阻值，即电阻桥的分压比较小；或者，上桥臂的电阻值等于下桥臂的电阻值，即电阻桥进行等比例分压，等等，本实施例对此不作限定。
在本申请一种较优的实现形式中，各个电阻桥可以采用等比例分压实现。因为，当电阻桥的分压比太大时，会降低采样精度；而分压比太小时，得到的采样电压值比较高，不适合后级电路直接处理，需要先将采样电压进行预处理后，再输入到后级电路中。因此本实施例中每个电阻桥的上桥臂的电阻值与下桥臂的电阻值相等，从而使得在保证采样精度的同时，也降低了后级处理电路处理的复杂度。
需要说明的是，每个电阻桥中的上桥臂和下桥臂中，可以分别包括一个或多个电阻，只需满足上桥臂的电阻值与下桥臂的电阻值相等即可。
由图2可知，电压采样网络中各个电阻桥的输出端输出的采样电压，并不都是每个电芯的电压，要获得各个电芯上的电压，还需要对各个采样电压进行差分运算处理，而若直接将电芯两端的电压进行作差运算，会降低精度，增大测量误差，因此，本申请实施例中，将每个电芯两端采样的电压，经过图3所示的电压处理子电路进行处理，以确定每个电芯的采样电压。
图3为本申请实施例提供的部分电压处理子电路的结构示意图。
如图3所示电压处理子电路中第m个电压处理单元2m，包括：第一电阻2m1、第二电阻2m2、第一运算放大器2m3、开关管2m4及第三电阻2m5，其中，m为大于1、且小于n的正整数；
所述第一电阻2m1的一端与第m-1个电阻桥的输出端连接，所述第一电阻2m1的另一端与所述第一运算放大器2m3的正向输入端连接；
所述第二电阻2m2的一端与第m个电阻桥的输出端连接，所述第二电阻2m2的另一端与所述第一运算放大器2m3的负向输入端及所述开关管2m4的一端连接；
所述第一运算放大器2m3的输出端与所述开关管2m4的控制端连接；
所述开关管2m4的另一端与所述第三电阻2m5的一端连接；
所述第三电阻2m5的另一端与地gnd连接。
可以理解的是，由于本申请实施例提供的电压采样网络中，第一个电阻桥输出的就是第一个电芯两端的电压，即无需对第一个电阻桥的输出值进行差分处理，就可以确定第一个电芯两端的电压，因此，本申请实施例中，仅对第二个电阻桥及之后的各个桥输出的采样电压通过图3所示的处理电路进行处理即可。
为更加清楚的对本申请提供的电池组电压测量电路进行说明，下面结合图4，以n＝4，且电阻桥中包括两个阻值相等的电阻为例，对电池组电压测量电路的结构进行进一步说明。
图4为本申请另一个实施例的电池组电压测量电路的结构示意图。
如图4所示，电阻r1和电阻r5与电芯b1并连，用于对电芯b1上的电压进行采样，采样电压为v1；电阻r2和电阻r6，与电芯b2和b1并连，以对电芯b2上的电压进行采样，采样得到的电压为v2；同样的道理，可以分别得到采样电压v3和v4。
对于采样电压v1而言，由于其直接反映的是电芯b1两端的电压，因此可直接根据v1及电阻r1和r5的值，确定电芯b1的实际电压。
但是，采样电压v2、v3和v4，分别为电芯b2、b3和b4对地的电压，因此，需要分别对采样电压v1、v2、v3和v4进行做差处理，才能最终确定电芯b2、b3和b4上的电压值，而为了减小处理过程中带来的误差，尽量保证采样的精度，本申请实施例中如图3所示，采用模拟的电压处理子电路对采样电压v1、v2、v3和v4进行做差处理。
如图4所示，第2个电压处理单元中的电阻r9分别与第一电阻桥的输出端和运算放大器a1的正向输入端连接，电阻r10，分别与第二电阻桥的输出端及运算放大器a1的负向输入端连接，运算放大器的输出端与开关管g1的控制端连接，开关管g1的一端与电阻r11的一端连接，开关管g1的另一端与运算放大器的负向输入端连接：第3个电压处理单元和第4个电压处理单元的结构与第2个电压处理单元的结构相同。
其中，电压处理单元中分别与运算放大器的正、负输入端连接的两个电阻，的阻值可以相同，也可以不同，本申请实施例对此不作限定。
可以理解的是，为了减少电路的复杂度，第m个电压处理单元中的第一电阻2m1和第二电阻2m2可以选用阻值相同的电阻，从而减小器件种类，降低选型的复杂度。
另外，电压处理单元中的开关器件，可以选用p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(p-channelmetaloxidesemiconductorfet，简称pmos)。
下面以第2个电压处理单元为例，对电压处理单元的工作原理进行说明。
如图4所示，电路在工作过程中，采样电压v1和v2分别通过电阻r9和电阻r10与运算放大器的正、负输入端连接，再有g1和电阻r11构成的共漏放大电路进行处理后，即可从g1与r11的连接端输出运算后的电芯b2两端的采样电压。
具体的，根据运算放大器的工作原理可知，运算放大器a1的正、负输入端的电压均为v1，从而通过r10的电流为(v2-v1)/r10，此时由于v2〉v1，pmos型的开关管g1导通，从而使得电流通过g1和电阻r11流入地，因此电阻r11上得到的采样电压v2a为：
进而控制器在确定v2a后，即可根据电阻r2和r6的大小，确定电芯b2的实际电压值。
在本实施例中，若电阻r2和电阻r6的阻值相等，那么将电压v2a乘以2，即可得到电芯b2的实际电压值。
同样的方式，即可确定电阻r14上得到的采样电压v3a为：
电阻r17上得到的采样电压v4a为：
进而再根据各个电阻桥的分压比，即可确定各个电芯的实际电压值。
本申请实施例中，由于理由模拟电压处理单元，对各电阻桥输出的电压进行了模拟做差，从而提高了采样电压的精度和准确度。
需要说明的是，由于本申请的电压处理单元中采用的是pmos来进行电位的平移，从而可以使差放a1可以进行单电源供电，简化了电路结构。
进一步地，对于电芯b1而言，由于电阻桥输出的电压即为电芯b1上的分压，因此，与电芯b1对应的电阻桥的输出可以不经过电压处理单元，直接输出给控制器进行处理，或者也可以仅由运算放大器对电芯b1上的电压v1进行处理。
即对于图4而言，电压处理子电路2中第一个电压处理单元中包括第二运算放大器a1；
所述第二运算放大器a1的正向输入端与第一个电阻桥的输出端连接，所述第二运算放大器a1的负向输入端与所述第二运算放大器a1的输出端连接。
由第二运算放大器a1，对第一电芯b1上的采样电压进行跟随处理后，再输入给控制器，从而控制器即可根据与第一电芯b1对应的电阻桥的分压比，确定电池芯b1的电压。
另外，可以理解的是，控制器可以采用mcu、单片机、arm、dsp等任意芯片，而芯片处理的为数字信号，因此，芯片在接收到电压处理单元输出的采样电压时，需要首先将各个采样电压转换为数字信号，进而再根据与各个电组桥的分压比对应的数字信号，计算得到各个电芯的实际电压对应的数字信号。而由于本申请中，是通过模拟运算，确定的各个电芯的采样电压，从而避免了利用控制器做数值运算的精度损失，提高了最终确定的电芯电压的准确度和精度。
本申请实施例提供的电池组电压测量电路，包括依次串联连接的电压采样网络、电压处理子电路及控制器，其中，电压采样网络中包括n个采样电阻桥，n个采样电阻桥的一端分别与地连接，n个采样电阻桥的另一端分别与n个电芯的正极连接，电压处理子电路中的n个电压处理单元分别与n个采样电阻桥的输出端连接，以对n个采样电阻桥输出的电压值进行模拟运算处理，确定n个电芯的采样电压，控制器根据n个电芯的采样电压及电阻桥的分压比，即可确定n个电芯的实际电压值。由此，通过模拟电路实现了对各个电芯的电压进行采样、计算，提高了采样电压的精度，避免了运算过程中带来的误差，为实现对电池中各个电芯的准确控制提供了条件，提高了电池的可靠性和安全性。
通过上述分析可知，上述电压采样、处理方式，可以提高采样的精度。如本来只有12位的精度的模拟数字转换(analogtodigitalconverter，简称adc)，若将采样点分为4等分，并将adc的参考基准电压降低至原来的1/4，这样就可以将现有adc的采样精度提高4倍，从而实现高精度的参数采样。
比如现在adc的精度为10位，参考电压为3.3v。如果测量电池的电压最大为3.3v，其采样的精度为3.2mv(3.3v/1024)，而若将参考电压变为：0.825v(3.3v/4)，电池的最大电压也被降为0.825v时，则其采样的精度为0.0008mv(0.825v/1024)，与原来的采样精度为3.2mv相比，可以达到12位adc的采样精度了。
下面结合图5，对本申请提供的电池组电压测量电路进行进一步说明。
图5为本申请又一实施例的电池组电压测量电路的结构示意图。
如图5所示，所述电压采样网络1，包括：n个分压电阻桥12及l×n个采样电阻桥11，l为大于1的正整数；
所述电压处理子电路2中包括l×n个电压处理单元21及n个模拟求和电路22；
所述n个分压电阻桥12的一端与地连接，所述n个分压电阻桥12的另一端分别与n个电芯的正极连接，其中，每个分压电阻桥12中包括l个分压电阻；
所述l×n个采样电阻桥11的一端分别与地连接，所述l×n个采样电阻桥11的另一端分别与l×n个分压电阻远离所述地的一端连接；
所述l×n个电压处理单元的输入端分别与所述l×n个采样电阻桥的输出端连接，用于对所述l×n个采样电阻桥输出的电压值进行模拟运算处理，以分别确定所述n个电芯的l个初始采样电压；
所述n个模拟求和电路22的输入端，分别与l个电压处理单元21的输出端连接，用于对l个初始采样电压进行模拟求和处理，分别确定每个电芯两端的采样电压。
具体的，本申请实施例中，采用图5所示的电压采样网络对各个电芯两端的电压进行采样，通过n个分压电阻桥12，将n个电芯两端的电压分别分为l份，再分别进行采样，从而提高了采样精度，然后再利用电压处理子电路5，对每个电芯的l个初始采样电压进行模拟运算，确定每个电芯两端的采样电压，然后再由控制器根据电压处理子电路输出的每个电芯两端的采样电压，确定每个电芯的实际电压值。
其中，分压电阻桥中各电阻的阻值可以根据后级电路的安全、及采样精度选择，本申请实施例对此不作限定。
在本申请一种较优的实现形式中，为了尽量简化后级电压处理子电路的复杂性，分压电阻桥可以采用阻值相等的电阻串联而成。
另外，若分压电阻桥中各电阻的阻值等级与采样电阻桥中各电阻的阻值等级相差较大，那么各采样电阻桥在与分压电阻连接后，进行电压采样时，采样电压的大小不仅与采样电阻桥的分压比有关，还与分压电阻桥中各电阻的阻值有关。因此，本申请为进一步简化计算过程，提高采样精度，如图5所示，在电压采样网络1中，还包括：
用于将l×n个分压电阻与所述l×n个采样电阻桥11进行隔离的(l-1)×n个第三运算放大器13；
所述分压电阻桥12中电阻ki和电阻k(i+1)连接后与所述第三运算放大器ki的输入端连接，所述第三运算放大器ki的输出端与采样电阻桥的输入端连接，其中，ki为与第k个电芯并联的分压电阻桥中的电阻,k为大于或等于1的正整数，i为大于或等于1且小于或等于l的正整数。
下面结合图6以电池中包含两个电芯为例，对本申请提供的电池组电压测量电路进行详细说明。
图6是本申请又一实施例的电池组电压测量电路的结构示意图。
如图6所示，电池4中，包括1个电芯41，l＝4，即分压电阻桥12中包括4个分压电阻r121、r122、r123、r124、运算放大器131、132、131及4个电阻桥111、112、113、114，其中，每个电阻桥由2个阻值相等的电阻组成；电压处理子电路2中，包括4个电压处理单元51、52、53及54和1个模拟求和电路55。
其中，如图6所示电压处理单元51仅包括运算放大器，其它的电压处理单元52、53及54的结构相同，都分别由运算放大器、输入电阻、pmos及输出采样电阻组成。
若电池电压为4v，那么具体工作时，电阻桥111输出的电压为：
从而，根据上述实施例对电压处理单元的处理逻辑的解释可知，电压处理单元51输出的电压值v51为：
电压处理单元52输出的电压值v52为：
同样的道理，可以依次算出电压处理子电路中其它各处理单元输出的预采样电压值。根据电压处理单元的工作原理可知，各个电压处理单元输出的电压值为分压电阻桥中每个电阻两端的电压值，即将每个电芯两端的电压分为4个值进行初始采样，然后将与每个电芯对应的4个采样值通过模拟求和电路进行加和处理，即可确定各个电芯的对应的采样值，进而控制器即可根据各采样电阻桥的分压比，确定各个电芯两端的实际电压值。
由于将单个电芯的电压分成了4份进行采样，同时也要将参考基准电压降低至原来的1/4，这样就可以将现有adc的采样精度提高4倍，从而实现高精度的参数采样。比如现在adc的精度为10位，参考电压为3.3v。如果测量电池的电压最大为3.3v，其采样的精度为3.2mv(3.3v/1024)。如果采用本发明提供的实施方式，参考电压变为：0.825v，电池的最大电压也被降为0.825v，则其采样的精度为0.0008mv(0.825v/1024)。可以达到12位adc的采样精度。
本申请实施例提供的电池组电压测量电路，通过将电池中各个电芯上的电压进行分段采样，然后将各采样值进行模拟运算处理，来确定各个电芯的电压，不仅提高了电压的采样精度、而且避免了电压测量过程中由于运算带来的误差，提高了电池电压测量的准确性和可靠性。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种电压测量系统。
该电压测量系统包括：如上述实施例所述的电池组电压测量电路及电池。
其中，电压测量系统测量电路的结构及功能，可参照上述各个实施例的详细描述，此处不再赘述。
具体的，本申请实施例提供的电压测量系统，可以应用在任何由多个电芯供电的设备中，用于对电池中各电芯间的电压进行测量和控制。
本申请实施例的电压测量系统，通过电阻采样网络对各个电芯进行采压后，由模拟电路对采样电压进行模拟运算，从而确定各个电芯两端的采样电压，进而由控制器根据模拟采样电压及采样电阻桥的分压比，确定各个电芯两端实际的电压值。由此，通过模拟电路实现了对各个电芯的电压进行采样、计算，提高了采样电压的精度，避免了运算过程中带来的误差，为实现对电池中各个电芯的准确控制提供了条件，提高了电池的可靠性和安全性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。