一种应用于电池管理芯片中不同通道采样误差校准方法与流程

1.本发明属于电池管理芯片领域，具体涉及一种应用于电池管理芯片中不同通道采样误差校准方法。


背景技术：

2.随着能源结构和技术的发展，新能源取代传统能源是必然趋势。锂电池的研究和生产取得了很大进展，在新能源汽车、工业电网侧储能领域以及消费类电池保护领域应用越来越广泛。以锂电池为储能单元的新能源系统，逐步成为新能源储能的发展趋势，并已经在多个领域发挥越来越大的作用。
3.电池管理芯片在电池管理系统中采集电池的电压、温度等信息、并进行模数转换和数据传输。随着半导体工艺的发展，单个电池信息采集模拟前端芯片可以管理的串联电池数不断增加。电池单体的电压是电量评估与健康状态评估的重要依据，电池电压的测量精度直接影响着电池状态评估的准确性。
4.电池管理芯片通常内部集成多通道高压模拟开关电路、工作在低电压域的模数转换器adc，基准电压电路，时钟电路以及控制逻辑和通讯电路等。单个电池管理芯片可以管理几节或者十几节串联电池组信息，随着电压采集精度要求越来越高，不同通道间的采集误差不一致性问题越来越严重。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于电池管理芯片中不同通道采样误差校准方法，以解决现有技术中电池管理芯片不同通道间采集误差不一致的问题。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.本发明公开了一种应用于电池管理芯片中不同通道采样误差校准方法，包括：
8.s1：获取采样电容的电压系数引起的误差与输入电压的关系；
9.s2：进行第一次采样，得到正输入电压v
ip
和负输入电压v
in
；
10.s3：根据v
ip
和v
in
计算得到电容电压系数引起的输入电压误差δv；
11.s4：将δv校准得到数字输出码dout_cal＝δv/lsb；
12.s5：进行第二次采样，增加电容电压系数校准，得到最终数字输出结果dout_final＝dout+dout_cal；
13.其中，lsb为最小分辨率，dout为数字输出码。
14.优选地，s1中根据模数转换器采样原理得到采样电容的电压系数引起的误差与输入电压的关系：
15.δv＝f(v
ip
，v
in
)
16.其中，v
ip
为正输入电压，v
in
为负输入电压。
17.优选地，s2中第一次采样结果不考虑电容电压系数的影响，得到无电容电压校准
的v
ip
和v
in
。
18.优选地，s3中，
[0019][0020]
其中，δv为由电容电压系数引起的输入电压误差，δc
11
为当采样电容c1采样v
ip
时由于电压系数引起的电容变化，δc
12
为当采样电容c1采样v
ip
时由于电压系数引起的电容变化，c1为采样电容。
[0021]
优选地，δc
11
为：
[0022]
δc
11
＝c1×
a1×
(v
cm-v
ip
)+c1×
a2×
(v
cm-v
ip
)2ꢀꢀ
(5)
[0023]
其中，a1为电容的一阶电压系数，a2为电容的二阶电压系数，v
cm
为共模电压。
[0024]
优选地，所述δc
12
为：
[0025]
δc
12
＝c1×
a1×
(v
cm-v
in
)+c1×
a2×
(v
cm-v
in
)2ꢀꢀ
(6)
[0026]
其中，a1为电容的一阶电压系数，a2为电容的二阶电压系数，v
cm
为共模电压。
[0027]
优选地，高压采样电容的电压系数对采集精度影响如下
[0028]
c＝c0(1+a1×
v+a2×v2
+...)
ꢀꢀ
(1)
[0029]
其中，c0为电容初值，a1电容的一阶电压系数，a2为电容的二阶电压系数，v为电容两端的电压。只考虑最高二阶电压系数影响，那么高压电容电压系数可表示为：
[0030]
c＝c0+δc，δc＝c0×
(a1×
v+a2×v2
)
ꢀꢀ
(2)
[0031]
由此可知，一阶调制器输出为：
[0032][0033]vop1-v
on1
＝f((v
ip-v
in
)，δv)
ꢀꢀ
(4)
[0034]
由于电容电压系数的影响，等效的在输入电压上增加的电压误差与输入电压的关系，得公式(4)
[0035]
其中，v
op1
为一阶调制器正输出电压，v
on1
为一阶调制器负输出电压，v
ref
为基准电压，c1，c2，c3为采样电容。
[0036]
优选地，s4中，δv通过数字电路校准，得到数字输出码。
[0037]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0038]
本发明公开了一种应用于电池管理芯片中不同通道采样误差校准方法，通过获取采样电容的电压系数引起的误差与输入电压的关系，可以灵活地根据所设计的adc结构，得到采样电容的电压系数引起的误差与输入电压关系，不需要进行复杂模型的估算；第一次采样，得到v
ip
和v
in
，可以自动检测输入电压范围，不需要提前设置当前输入电压，降低电路的复杂度；根据v
ip
和v
in
计算得到δv，将δv校准得到数字输出码dout_cal＝δv/lsb，通过数字电路计算得到采样电容的电压系数引起的误差的数字码，不需要外部处理器计算，最终得到数字输出结果dout_final＝dout+dout_cal，解决了现有技术中电池管理芯片不同通道间采集误差不一致的问题。
附图说明
[0039]
图1为电池管理芯片高精度adc电路图；
[0040]
图2为本发明的流程示意图；
[0041]
图3为电池管理芯片中sigma delta adc电路示意图。
具体实施方式
[0042]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0043]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0044]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0045]
本发明公开了一种应用于电池管理芯片中不同通道采样误差校准方法，包括：
[0046]
s1：获取采样电容的电压系数引起的误差与输入电压的关系；
[0047]
s2：进行第一次采样，得到v
ip
和v
in
；
[0048]
s3：根据v
ip
和v
in
计算得到δv；
[0049]
s4：将δv校准得到数字输出码dout_cal＝δv/lsb；
[0050]
s5：进行第二次采样，增加电容电压系数校准，得到最终数字输出结果dout_final＝dout+dout_cal。
[0051]
通过获取采样电容的电压系数引起的误差与输入电压的关系，可以灵活地根据所设计的adc结构，得到采样电容的电压系数引起的误差与输入电压关系，不需要进行复杂模型的估算；第一次采样，得到v
ip
和v
in
，可以自动检测输入电压范围，不需要提前设置当前输入电压，降低电路的复杂度；根据v
ip
和v
in
计算得到δv，将δv校准得到数字输出码dout_cal＝δv/lsb，通过数字电路计算得到采样电容的电压系数引起的误差的数字码，不需要外部处理器计算，最终得到数字输出结果dout_final＝dout+dout_cal，解决了现有技术中电池管理芯片不同通道间采集误差不一致的问题。
[0052]
【实施例】
[0053]
由于电池管理芯片需要采集不同通道的电池电压，每个电池采用串联的方式连接，所以电池管理芯片高精度adc电路中采样电容采用高压电容，输入电压通常为几伏至几十伏，如图1所示。
[0054]
首先得到电容电压系数的影响不同通道采样误差与输入电压的关系，然后根据半导体工艺得到采样电容的电压系数，通过第一次采样得到上一时刻的输入点电压，通过计算得到需要校准的数字码，在第二次采样时进行数字校准，如图2所示，本发明主要为了校准不同通道输入共模电压时，由于电容电压系数的原因引入的输入电压误差。在已知半导
体工艺的高压电容电压系数的情况下，因为电池电压曲线不会发生突变，可以采用上一次采样结果对本次采样结果进行校准，
[0055]
具体校准方法如下：
[0056]
(1)如图2所示，首先根据模数转换器采样原理得到由于采样电容的电压系数引起的误差与输入电压关系；
[0057]
采样电容的电压系数引起的误差与输入电压的关系：
[0058]
δv＝f(v
ip
，v
in
)
[0059]
其中，v
ip
为正输入电压，v
in
为负输入电压；
[0060]
(2)第一次采样结果不考虑电容电压系数的影响，可以粗略得到v
ip
和v
in
；
[0061]
(3)根据已知的a1、a2、v
cm
、v
ip
和v
in
计算得到δv；公式如下：
[0062][0063]
其中，δv为由电容电压系数引起的输入电压误差，δc
11
为当采样电容c1采样v
ip
时由于电压系数引起的电容变化，δc
12
为当采样电容c1采样v
ip
时由于电压系数引起的电容变化，c1为采样电容；
[0064]
δc
11
＝c1×
a1×
(v
cm-v
ip
)+c1×
a2×
(v
cm-v
ip
)2ꢀꢀ
(5)
[0065]
δc
12
＝c1×
a1×
(v
cm-v
in
)+c1×
a2×
(v
cm-v
in
)2ꢀꢀ
(6)
[0066]
其中，a1为电容的一阶电压系数，a2为电容的二阶电压系数，v
cm
为共模电压；
[0067]
(4)通过数字电路校准，得到校准的数字输出码dout_cal＝δv/lsb；
[0068]
(5)第二次采样结果增加电容电压系数校准，得到最终数字输出结果dout_final＝dout+dout_cal。
[0069]
图3是电池管理芯片中sigma delta adc电路示意图，其中c1为采样电容，输入电压vip，vin可从0v变化至几十伏。
[0070]
高压采样电容的电压系数对采集精度影响如下
[0071]
c＝c0(1+a1×
v+a2×v2
+...)
ꢀꢀ
(1)
[0072]
式中c0为电容初值，a1电容的一阶电压系数，a2为电容的二阶电压系数，v为电容两端的电压。这里只考虑最高二阶电压系数影响，那么高压电容电压系数可表示为：
[0073]
c＝c0+δc，δc＝c0×
(a1×
v+a2×v2
)
ꢀꢀ
(2)
[0074]
由此可知，图1中一阶调制器输出如式3所示
[0075][0076]
由于电容电压系数的影响，等效的在输入电压上增加的电压误差与输入电压的关系，如式4所示。
[0077][0078]
其中，δc
11
和δc
12
如式5和式6所示
[0079]
δc
11
＝c1×
a1×
(v
cm-v
ip
)+c1×
a2×
(v
cm-v
ip
)2ꢀꢀ
(5)
[0080]
δc
12
＝c1×
a1×
(v
cm-v
in
)+c1×
a2×
(v
cm-v
in
)2ꢀꢀ
(6)
[0081]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按
照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。