[发明专利]一种电压线损自校准AFE芯片及相应的电子设备

说明书

本申请涉及一种AFE芯片，包括N+1个采集端口耦合到包括N节串联电池的电池组，第一采集端口作为芯片电源端并通过第一线路耦合到电池组最高电位端，第二采集端口作为芯片接地端并通过第二线路耦合到电池组最低电位端；校准单元，第一和第二端分别耦合到第一和第二采集端口，包括并联在第一和第二端之间的第一和第二支路，第一支路包括串联的第一电流源和第一开关，第二支路包括串联的第二电流源和第二开关；控制单元，控制第一和第二开关闭合时间段不重叠并基于第一和第二电流源电流、第一开关闭合时第一和第二采集端口电压、第二开关闭合时第一和第二采集端口电压，计算第一和第二线路电阻值。本申请还涉及一种电子设备及一种AFE芯片校准方法。

技术领域

本申请涉及一种集成电路芯片，特别地涉及一种电压线损自校准AFE芯片及相应的电子设备。

背景技术

当前燃油汽车的数量剧增给人们生活带来快捷方便的同时，也加剧了环境污染与不可再生资源短缺的状况，电动汽车的使用可以有效地解决环境与资源问题，符合节能减排的时代背景。电池管理系统BMS(Battery Management System)是电动汽车动力电池组的关键部件，能够进行实时数据采集、均衡管理、过充放保护以及状态估计等。电池荷电状态SOC(State of Charge)表示电池的剩余容量，精确地估算SOC在提升用户便利性、避免电池超负荷工作以及提高电池利用寿命等方面有重大参考意义。

电动汽车用来储电的锂电池通常用SOC来反映电池的剩余容量，SOC在数值上定义为剩余容量占电池总容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池完全放电，当SOC＝1时表示电池完全充满。电池的OCV(open circuit voltage开路电压)指的是电池在静置状态下，正负电极之间的电位差。在目前常用类型的锂电池中，SOC与OCV之间有着稳定的关系，电池的OCV-SOC曲线与锂电池放电电压曲线趋势基本相同。图1所示是一个OCV-SOC示例曲线。

如图1所示，当SOC处在20％～80％的中间区间内，电池的OCV变化率极小，电池处于平台区。而当SOC处在小于20％和大于80％的两端区间内，OCV的变化率越来越大，整个锂电池的OCV-SOC曲线呈现中间区域平坦，头尾两端陡峭的趋势。理论上，只要电池一直工作在SOC的中间平台区间，就能够使用开路电压法，通过处于平台区间时电池OCV和SOC容量之间稳定的对应关系进行电压的采集，估算出SOC的值。目前BMS检测电池SOC的所有主流方法，都是通过监测电池的OCV值来得到SOC值。

当SOC处在中间平台区间范围内，OCV的变化范围通常为400mV，当然，不同锂电池的这一电压变化范围会有所不同。如果电池包总电压是约700V～800V，单节电池电压约为3.7V～4V，那么总共需要约200节电池构成电池包。一般单个16通道模拟前端AFE(AnalogFront End)芯片可以采集16节电池的电压来监测电池容量，单个12通道AFE芯片可以采集12节电池的电压来监测电池容量。如果采用16通道AFE芯片，那么采集上述电池包中所有电池的电压总共需要约12个AFE芯片；如果采用12通道AFE芯片，则需要约16个AFE芯片。

图2所示是传统AFE芯片和电池组的框架示意图。如图2所示，AFE芯片200包括13个采集电池电压的端口CT00～CT012，检测一个包括串联的12节电池C01～C012的电池组的电压。在现有常用的BMS结构设计中，AFE芯片200中采集电池组最高电压的端口CT012，与AFE芯片200的供电电源端PWR共用一根线缆，采集电池组最低电压的端口CT00，与AFE芯片200接地端GND共用一根线缆。这种设计与PWR端和GND端分别连接单独的线缆相比，节省了两根线缆，那么检测16个由12节电池组组成的电池包的电压，总共节省了32根线缆。这种共用线缆的结构，不仅减少了成本，也降低了线缆布线的复杂度，是目前最主流的一种线缆结构设计。但这种结构设计由于电源给AFE芯片供电导致共用的两根线缆上会流过很大的电流I，也就不可避免地引入了这两根线缆阻抗带来的电压检测误差。