CN218216715U - 用于监测堆叠电池装置的电压监测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于监测堆叠电池装置的电压监测电路。堆叠电池装置包括串联耦接的多个电池单元。电压监测电路包括电压监测单元以及输出电路。电压监测单元包括第一电流镜以及第二电流镜。电压监测单元通过第一电流镜与第二电流镜的叠接来取得对应电池单元的正极电压值的分压值，并依据正极电压值与分压值以生成监测电流。输出电路依据监测电流以生成监测电压值。监测电压值与对应电池单元的电压值相对应。

Description

用于监测堆叠电池装置的电压监测电路

技术领域

本实用新型是有关于一种电压监测电路，且特别是有关于一种用于监测堆叠电池装置的电压监测电路。

背景技术

电池装置大多包括堆叠配置的多个电池单元。现今常见的电压监测方式是以堆叠式电阻器来对多个电池单元的电压值进行分压来实现电压监测功能。然而，这样的方式会造成监测速度缓慢并且监测不精准，进而无法取得与电压值直接对应的电压信息。现今常见的另一电压监测方式是以运算放大器来实现。然而，这样的方式需要较高的设计成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于监测堆叠电池装置的电压监测电路，能够取得与电压值直接对应的电压信息。

本实用新型的电压监测电路用于监测堆叠电池装置中的一个电池单元电压。电压监测电路包括电压监测单元以及输出电路。电压监测单元耦接于监测堆叠电池装置中的对应电池单元。电压监测单元包括第一电流镜、第二电流镜以及保护晶体管。第二电流镜与所述第一电流镜叠接于第一节点与第二节点。保护晶体管耦接于输出端与参考低电压之间。监测电压单元通过第一电流镜与第二电流镜取得对应电池单元的正极电压值相关的分压值，并依据分压值以生成监测电流。电压值输出电路被配置成依据监测电流以生成对应于对应电池单元的电压值的监测电压值。

本实用新型涉及一种用于监测堆叠电池装置中的一个电池单元电压的电压监测电路，包括：

电压监测单元，耦接于所述监测堆叠电池装置中的对应电池单元，并包括：

第一电流镜；

第二电流镜，与所述第一电流镜叠接于第一节点与第二节点；

保护晶体管，耦接于所述第二电流镜与输出端之间；以及

输出电路，耦接于所述输出端与参考低电压之间；

其中所述监测电压单元被配置成通过所述第一电流镜与所述第二电流镜取得所述对应电池单元的正极电压值相关的分压值，并依据所述分压值以生成监测电流，

其中所述输出电路被配置成依据所述监测电流以生成对应于所述对应电池单元的电压值的监测电压值。

优选地，所述输出电路包括多个晶体管，所述多个晶体管彼此叠接于所述输出端与所述参考低电压之间，并且所述监测电压值与所述多个晶体管的数量成正比。

优选地，所述电压监测单元的至少其中之一还包括第三电流镜，与所述第一电流镜以及所述第二电流镜叠接于所述对应电池单元的正极与所述对应电池单元的负极之间。

优选地，所述第一电流镜包括：第一晶体管，所述第一晶体管的第一端耦接于所述对应电池单元的正极，所述第一晶体管的第二端以及所述第一晶体管的控制端耦接于所述第一节点；以及第二晶体管，所述第二晶体管的第一端耦接于所述对应电池单元的正极，所述第二晶体管的第二端耦接于所述第二节点，所述第二晶体管的控制端耦接于第一晶体管的控制端。所述第二电流镜包括：第三晶体管，所述第三晶体管的第一端耦接于所述第一节点，所述第三晶体管的第二端以及所述第三晶体管的控制端耦接于所述对应电池单元的负极；以及第四晶体管，所述第四晶体管的第一端耦接于所述第二节点，所述第四晶体管的第二端耦接于所述保护晶体管的第一端，所述第四晶体管的控制端耦接于第三晶体管的控制端。所述输出电路包括：第五晶体管，所述第五晶体管的第一端耦接于所述保护晶体管的第二端以及所述输出端，所述第五晶体管的第二端以及第五晶体管的控制端耦接于所述参考低电压，其中所述分压值等于位于所述第一节点的节点电压值以及位于所述第二节点的节点电压值。

优选地，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管被设计以具有相同的宽长比，及/或所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管的通道长度是49.75微米至50.25微米范围中的一个值。

优选地，所述电压监测电路还包括：至少一控制电路，与所述电压监测单元对应耦接，各被配置成反应于具有第一逻辑值的控制信号来控制对应的电压监测单元提供所述监测电流，并且反应于具有第二逻辑值的控制信号来控制对应的电压监测单元停止提供所述监测电流。

优选地，至少一所述电压监测单元包括单一个电压监测单元，其中所述电压监测电路还包括：选择电路，耦接于所述对应电池单元与所述电压监测单元之间，被配置成将所述对应电池单元与所述电压监测单元进行耦接，从而使所述电压监测单元取得所述对应电池单元的正极电压值的分压值，并依据所述对应电池单元的正极电压值与所述分压值之间的差值来提供监测电流。

本实用新型的电压监测电路用于监测堆叠电池装置。堆叠电池装置包括串联耦接的多个电池单元。电压监测电路包括第1级电压监测单元、第N级电压监测单元以及输出电路。第1级电压监测单元耦接于所述多个电池单元当中的第1级电池单元。第1级电压监测单元取得第1级电池单元的正极电压值的第1级分压值，并依据第1级分压值来生成第1级监测电流，第1级电池单元具有最低的正极电压值。第N级电压监测单元耦接于所述多个电池单元当中的第N级电池单元。第N级电压监测单元通过叠接电流镜来取得第N级电池单元的正极电压值的第N级分压值，并依据第N级电池单元的正极电压值以及第N级分压值之间的差值来生成第N级监测电流。N是大于1的整数。输出电路耦接于第N级电压监测单元。输出电路依据第N级监测电流来生成第N级监测电压值。第N级监测电压值与第N级电池单元的正极与第N级电池单元的负极之间的电压值成正比。

本实用新型还涉及一种用于监测堆叠电池装置的电压监测电路，其中所述堆叠电池装置包括串联耦接的多个电池单元，其中所述电压监测电路包括：

第1级电压监测单元，耦接于所述多个电池单元当中的第1级电池单元，被配置成取得所述第1级电池单元的正极电压值的第1级分压值，并依据所述第1级分压值来提供第1级监测电流，其中所述第1级电池单元具有最低的正极电压值；

第N级电压监测单元，耦接于所述多个电池单元当中的第N级电池单元，被配置成通过叠接电流镜来取得所述第N级电池单元的正极电压值的第N级分压值，并依据所述第N级电池单元的正极电压值以及所述第N级分压值之间的差值来提供第N级监测电流，其中N是大于1的整数；以及

输出电路，耦接于所述第N级电压监测单元，被配置成依据所述第N级监测电流来提供第N级监测电压值，其中所述第N级监测电压值与所述第N级电池单元的正极与所述第N级电池单元的负极之间的电压值成正比。

优选地，所述第1级电压监测单元包括：

第一晶体管，所述第一晶体管的第一端耦接于所述第1级电池单元的正极，所述第一晶体管的第二端以及所述第一晶体管的控制端耦接于第1级输出节点；以及

第二晶体管，所述第二晶体管的第一端耦接于所述第1级电池单元的正极，所述第二晶体管的控制端耦接于第一晶体管的控制端；

第三晶体管，所述第三晶体管的第一端耦接于所述第1级输出节点，所述第三晶体管的第二端以及所述第三晶体管的控制端耦接于所述第1级电池单元的负极以及参考低电压；以及

第四晶体管，所述第四晶体管的第一端耦接于所述第二晶体管的第二端，所述第四晶体管的第二端以及所述第四晶体管的控制端耦接于所述参考低电压。

优选地，所述叠接电流镜包括：

第一电流镜；

第二电流镜，与所述第一电流镜叠接于所述第N级电池单元的正极与所述第N级电池单元的负极之间，其中所述第二电流镜通过第一节点以及第二节点耦接至所述第一电流镜；以及

保护晶体管，耦接于所述第二电流镜与输出端之间，被配置成建立所述第二电流镜与所述输出端之间的电压差值，

其中所述第N级分压值等于位于所述第一节点的节点电压值以及位于所述第二节点的节点电压值。

基于上述，本实用新型的电压监测电路的电压监测单元通过多个电流镜的叠接来取得对应电池单元的分压值，并依据对应分压值来生成监测电流。电压监测电路的输出电路依据监测电流来生成监测电压值。监测电压值与对应电池单元的电压值相对应。如此一来，电压监测电路能够取得与电压值直接对应的电压信息。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是依据本实用新型第一实施例所绘示的电压监测电路的示意图。

图2是依据本实用新型第二实施例所绘示的电压监测电路的示意图。

图3是依据本实用新型一实施例所绘示的电压监测常态分布图。

图4是依据本实用新型一实施例所绘示的电压监测单元以及控制电路的示意图。

图5是依据本实用新型第三实施例所绘示的电压监测电路的示意图。

图6是依据本实用新型第四实施例所绘示的电压监测电路的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、20：堆叠电池装置

100、200、400、500：电压监测电路

110_1～110_n、210_1～210_n、310_N、410_1～410_22、510：电压监测单元

120、220、420、520：输出电路

330_N：控制电路

430、530：选择电路

C1～C22、Cn、CN：电池单元

CV1～CV4：曲线

I1、I2：电流

IM1～IM22、IMn：监测电流

MR1、MR2：电流镜

NA、NB：节点

P1_1～P4_1、P1_2～P5_2、P1_3～P5_3、P1_n～P5_n、P1_N～P4_N、P5：晶体管

R1、R2：电阻器

S0：控制信号

S1、S1B：开关信号

SS1～SS22：选择开关

SW1～SW6：开关

TP、TP_2～TP_n、TP_N：保护晶体管

VB1～VB22、VBn：电压值

VP1～VPn、VPN、VP(N-1)：正极电压值

VM、VM1～VMn、VMN：监测电压值

具体实施方式

本实用新型的部分实施例接下来将会配合附图来详细描述，以下的描述所引用的元件符号，当不同附图出现相同的元件符号将视为相同或相似的元件。这些实施例只是本实用新型的一部分，并未揭示所有本实用新型的可实施方式。更确切的说，这些实施例只是本实用新型的专利申请范围中的范例。

请参考图1，图1是依据本实用新型第一实施例所绘示的电压监测电路的示意图。电压监测电路100用于监测堆叠电池装置10。堆叠电池装置10包括串联耦接的电池单元C1～Cn。电池单元C1～Cn分别具有电压值VB1～VBn。电压值VB1是电池单元C1的正极与负极之间的电压差值。电压值VB2是电池单元C2的正极与负极之间的电压差值，依此类推。电池单元C2～Cn例如分别是锂电池单元(本实用新型并不以此为限)。

在本实施例中，电压监测电路100包括电压监测单元110_1～110_n以及输出电路120。电压监测单元110_1～110_n各耦接于电池单元C1～Cn当中的对应电池单元。举例来说，电压监测单元110_1耦接于电池单元C1。电压监测单元110_2耦接于电池单元C2，依此类推。在本实施例中，电池单元C1～Cn分别可以被视为多级电池单元。电池单元C1是第1级电池单元。电池单元C1具有最低的正极电压值VP1。电池单元C2是第2级电池单元，依此类推。电压监测单元110_1可以是第1级电压监测单元。电压监测单元110_2可以是第2级电压监测单元，依此类推。

在本实施例中，电压监测单元110_1可基于电压值VB1来生成监测电压值VM1，而不需要通过输出电路120来生成监测电压值VM1。

在本实施例中，电压监测单元110_2～110_n是通过一或多个电流镜来取得电池单元C2～Cn的正极电压值VP2～VPn的分压值，并依据分压值来生成监测电流IM2～IMn。输出电路120耦接于电压监测单元110_2～110_n。输出电路120依据监测电流IM2～IMn来生成监测电压值VM2～VMn。

以电压监测单元110_2为例，电压监测单元110_2通过电流镜MR1、MR2的叠接来取得电池单元C2的正极电压值VP2的分压值，并依据分压值以生成监测电流IM2。输出电路120依据监测电流IM2以生成对应于电池单元C2的监测电压值VM2。监测电压值VM2对应于电池单元C2的电压值VB2。监测电压值VM2与电池单元C2的电压值VB2成正比。进一步来说，监测电压值VM2会与电池单元C2的电压值VB2之间具有一固定比例。

在此值得一提的是，电压监测单元110_2通过电流镜MR1、MR2的叠接来取得电池单元C2的正极电压值VP2的分压值，并依据分压值来生成监测电流IM2。输出电路120依据监测电流IM2来生成监测电压值VM2。监测电压值VM2与电压值VB2成正比。如此一来，电压监测电路100能够取得与电压值VB2直接对应起精准的监测电压值VM2并据以获知电池单元C2的当前电压值。

进一步来说明，在本实施例中，电压监测单元110_2包括电流镜MR1、MR2以及保护晶体管TP。电流镜MR1、MR2被叠接于电池单元C2的正极与负极之间。电流镜MR2通过节点NA、NB耦接至电流镜MR1。电压监测单元110_2通过节点NA、NB取得电池单元C2的正极电压值VP2的分压值，并依据正极电压值VP2与分压值之间的电压差值来生成监测电流IM2。在本实施例中，电流镜MR1、MR2的叠接会使得位于节点NA的电压值等于分压值。位于节点NA、NB的节点电压值被作为正极电压值VP2的分压值。也就是，分压值是电池单元C2的正极电压值VP2与电池单元C1的正极电压值VP1的一半(即，(VP2+VP1)/2)。基于电流镜MR1、MR2的叠接，流经节点NA的电流I1会由正极电压值VP2与分压值之间的电压差值(即，(VP2-VNA)/2，VNA是位于节点NA的节点电压值)来决定。电流镜MR1、MR2会对流经节点NA的电流I1映射到节点NB。因此，流经节点NB的电流I2等于电流I1。应注意的是，流经节点NB的电流I2就是监测电流IM2。因此，监测电流IM2直接关联于正极电压值VP2、VP1之间的电压差值。

在本实施例中，保护晶体管TP耦接于电流镜MR2与电压监测单元110_2的输出端之间。保护晶体管TP建立电流镜MR2与输出端之间的电压差值。在正极电压值VP2处于高电压值的情况下，节点NB会具有较大的电压值。这样的电压值可能对输出电路120或电流镜MR2造成崩溃。保护晶体管TP***作以吸收电流镜MR2与输出端之间的高电压差值，从而降低横跨电流镜MR2的电压差值以及降低位于电压监测单元110_2的输出端的电压值。保护晶体管TP具有较高的电压耐受力。在一个实施例中，若是电压值VB1～VBn皆为5伏特时，则保护晶体管TP的电压耐受值可以设计成5.5伏特。在此值得一提的是，电压监测单元110_2是由电流镜MR1、MR2以及保护晶体管TP来实现，而不需要运算放大器来实现。因此，电压监测单元110_2不需要复杂的设计。电压监测单元110_2能够以较低的成本来实现。输出电路120耦接于电压监测单元110_2的输出端与参考低电压(例如是接地)之间。输出电路120依据监测电流IM2来生成监测电压值VM2。监测电压值VM2与电池单元C2的电压值VB2成正比。

在本实施例中，电压监测单元110_3～110_n分别可采用与电压监测单元110_2的相同或相似的设计，故不在此重述。

在本实施例中，电池单元C1具有最低的正极电压值VP1。因此，相较于电压监测单元110_2～110_n，电压监测单元110_1的设计可以被简化为单一电流镜及/或移除上述的保护晶体管。

在本实施例中，监测电压值VM1～VMn会被生成至一处理器(未示出)。监测电压值VM1～VMn会与对应电压值之间具有固定比例。因此，基于固定比例，处理器会将监测电压值VM1～VMn还原为电压值VB1～VBn。

请参考图2，图2是依据本实用新型第二实施例所绘示的电压监测电路的示意图。在本实施例中，电压监测电路200用于监测堆叠电池装置。堆叠电池装置的配置方式已在第一实施例中清楚说明。在本实施例中，电压监测电路200包括电压监测单元210_1～210_n以及输出电路220。

电压监测单元210_1包括晶体管P1_1～P4_1。晶体管P1_1的第一端耦接于电池单元C1的正极。晶体管P1_1的第二端以及晶体管P1_1的控制端耦接于电池单元C1的输出节点(即，第1级输出节点)。输出节点用以生成监测电压值VM1。晶体管P2_1的第一端耦接于电池单元C1的正极。晶体管P2_1的控制端耦接于晶体管P1_1的控制端。晶体管P3_1的第一端耦接于电池单元C1的输出节点。晶体管P3_1的第二端以及晶体管P3_1的控制端耦接于电池单元C1的负极以及参考低电压。晶体管P4_1的第一端耦接于晶体管P2_1的第二端。晶体管P4_1的第二端以及。晶体管P4_1的控制端耦接于参考低电压。在本实施例中，晶体管P1_1～P4_1被设计以具有相同的宽长比。晶体管P1_1～P4_1例如是PMOS晶体管(本实用新型并不以此为限)。

在本实施例中，晶体管P1_1、P3_1彼此叠接于电池单元C1的正极与参考低电压之间。晶体管P2_1、P4_1彼此叠接于电池单元C1的正极与参考低电压之间。因此，位于电池单元C1的输出节点的电压值大致上等于正极电压值VP1的一半(或称，正极电压值VP1的中间值)。也就是说，监测电压值VM1大致上等于电压值VB1的一半。

在本实施例中，电压监测单元210_2包括电流镜MR1、MR2以及保护晶体管TP_2。电流镜MR1与电流镜MR2叠接于电池单元C2的正极与负极之间。此外，电流镜MR2通过节点NA、NB耦接至电流镜MR1。电流镜MR1包括晶体管P1_2、P2_2。晶体管P1_2的第一端耦接于电池单元C2的正极。晶体管P1_2的第二端以及晶体管P1_2的控制端耦接于节点NA。晶体管P2_2的第一端耦接于电池单元C2的正极。晶体管P2_2的第二端耦接于节点NB。晶体管P2_2的控制端耦接于晶体管P1_2的控制端。电流镜MR2包括晶体管P3_2、P4_2。晶体管P3_2的第一端耦接于节点NA。晶体管P3_2的第二端以及晶体管P3_2的控制端耦接于电池单元C2的负极。晶体管P4_2的第一端耦接于节点NB。晶体管P4_2的第二端耦接于保护晶体管TP_2的第一端。晶体管P4_2的控制端耦接于晶体管P3_2的控制端。

保护晶体管TP_2的第二端耦接至输出电路220。保护晶体管TP_2的控制端耦接于电池单元C2的负极。

输出电路220包括对应于电压监测单元210_2的晶体管P5_2。晶体管P5_2的第一端耦接于保护晶体管TP_2的第二端以及电压监测单元210_2的输出端。晶体管P5_2的第二端以及晶体管P5_2的控制端耦接于参考低电压。

在本实施例中，晶体管P1_2～P5_2被设计以具有相同的宽长比。晶体管P1_2～P5_2例如是PMOS晶体管(本实用新型并不以此为限)。保护晶体管TP_2例如是PMOS晶体管(本实用新型并不以此为限)。保护晶体管TP_2具有较高的电压耐受力。因此，晶体管P1_2～P5_2的电压耐受力的要求可以被降低。晶体管P1_2～P5_2被设计以具有较低的电压耐受力能够提升晶体管P1_2～P5_2之间的电性匹配。

在本实施例中，流经晶体管P1_2、节点NA以及晶体管P3_2的电流I1的电流值如公式(1)所示：

i_I1是电流I1的电流值。β是晶体管P1_2～P5_2的制程参数。晶体管P1_2～P5_2的制程参数是相同的。Vth1是晶体管P1_2的临界电压值。VDS1是晶体管P1_2的第一端与第二端之间的电压差值。晶体管P1_2、P3_2彼此叠接于电池单元C1的正极与参考低电压之间。因此，电压值VB2等于晶体管P1_2的第一端与第二端之间的电压差值VDS1的两倍。

流经晶体管P2_2、节点NB、晶体管P4_2、P5_2以及保护晶体管TP_2的电流I2(即，监测电流IM2)的电流值如公式(2)所示：

i_I2是电流I2的电流值。晶体管P1_2～P5_2的制程参数是相同的。Vth5是晶体管P5_2的临界电压值。VDS5是晶体管P5_2的第一端与第二端之间的电压差值。也就是，监测电压值VM2等于晶体管P5_2的第一端与第二端之间的电压差值。

电流I2的电流值等于电流I1的电流值。晶体管P1_2的第一端与第二端之间的电压差值、晶体管P2_2的第一端与第二端之间的电压差值以及晶体管P5_2的第一端与第二端之间的电压差值彼此相同(即VDS1＝VDS2＝VDS5)。因此，根据公式(1)以及公式(2)，当晶体管P1_2、P5_2的临界电压值彼此相同时，监测电压值VM2会等于电压值VB2的一半(或称，电压值VB2的中间值)，也就是VM2＝(VB2)/2。因此，电流镜MR1与电流镜MR2叠接能有效降低通道长度调变效应所产生的影响。

应注意的是，本实施例仅利用晶体管P1_2～P5_2以及保护晶体管TP_2来生成与电压值VB2具有高度相关性的监测电压值VM2。晶体管P1_2～P5_2被设计以具有相同的宽长比。因此，电压监测单元210_2与晶体管P5_2的设计复杂度可以大幅被降低。

电压监测单元210_3～210_n分别采用与电压监测单元210_2的相同或相似的设计，故不在此重述。此外，输出电路220包括与电压监测单元210_3～210_n相对应的晶体管P5_3～P5_n。

在一些实施例中，输出电路220可包括多个晶体管P5_2。所述多个晶体管P5_2彼此叠接于电压监测单元210_2的输出端与参考低电压之间。这使得监测电压值VM2会与所述多个晶体管P5_2的堆叠数量成正比。举例来说，输出电路220可包括两个彼此叠接的晶体管P5_2。因此，监测电压值VM2会等于电压值VB2。另举例来说，输出电路220可包括三个彼此叠接的晶体管P5_2。因此，监测电压值VM2会等于电压值VB2的1.5倍。

在一些实施例中，电压监测单元210_2还可以增加电流镜的堆叠数量以调节节点NA的电压值，从而调节监测电流IM2的电流值。举例来说，电压监测单元210_2还包括第三电流镜(未示出)。电流镜MR1、电流镜MR2以及第三电流镜叠接于电池单元C2的正极与负极之间。因此，监测电流IM2的电流值会被增加或降低。

请同时参考图2、图3以及表1，图3是依据本实用新型一实施例所绘示的电压监测常态分布图。图3示出了基于第二实施例的曲线CV1～CV4。图3的横轴为电压值。图3的纵轴为采样数量。

表1：

在电压值被设定为2.25伏特(即，电压值的中数值)的情况下，相较于曲线CV1、CV2，曲线CV3、CV4具有较小的标准差以及较小的偏差范围。这意味着，当晶体管P1_2～P5_2的通道长度L被设计为50微米时，电压监测电路200能够具有较佳的精准度以及可靠度。进一步地，当几何因子F越小，标准差以及偏差范围也越小。换言之，如表1，当晶体管P1_2～P5_2的通道宽度W以及通道长度L分别被设计为50微米时，电压监测电路200能够具有最佳的精准度以及可靠度。而因制成误差，在本实施例中的实际通道长度是落在49.75微米至50.25微米范围中的一个值。也就是说，实际上，当晶体管P1_2～P5_2的通道长度L为50±0.25微米时，电压监测电路200能够具有较佳的精准度以及可靠度。

在至少一实施例中，电压监测电路200还可以控制电压监测单元210_2～210_n是否生成监测电流IM2～IMn。举例来说，在一些实施例中，电压监测电路200还包括至少一控制电路。所述至少一控制电路与电压监测单元210_2～210_n对应耦接。所述至少一控制电路反应于具有第一逻辑值的控制信号来控制对应的电压监测单元生成监测电流，并且反应于具有第二逻辑值的控制信号来控制对应的电压监测单元停止生成监测电流。

具体来说明，请参考图4，图4是依据本实用新型一实施例所绘示的电压监测单元以及控制电路的示意图。图4示出了电压监测单元310_N以及与电压监测单元310_N相对应的控制电路330_N。控制电路330_N用以对电压监测单元310_N进行控制。在本实施例中，控制电路330_N接收控制信号S0，并反应于控制信号S0来提供开关信号S1、S1B。在本实施例中，N是大于1的整数。在本实施例中，控制电路330_N可例如接收来自于一处理器的控制信号S0。

电压监测单元310_N包括晶体管P1_N～P4_N、开关SW1～SW6以及保护晶体管TP_N。晶体管P1_N的第一端耦接于电池单元CN的正极。晶体管P1_N的第二端耦接于节点NA。开关SW1的第一端耦接于电池单元CN的正极。开关SW1的第二端耦接于晶体管P1_N的控制端。开关SW1的控制端耦接于控制电路330_N以接收开关信号S1B。晶体管P2_N的第一端耦接于电池单元CN的正极。晶体管P2_N的第二端耦接于节点NB。晶体管P2_N的控制端耦接于晶体管P1_N的控制端。开关SW2的第一端耦接于晶体管P1_N的控制端。开关SW2的第二端耦接于晶体管P1_N的第二端。开关SW2的控制端耦接于控制电路330_N以接收开关信号S1。晶体管P3_N的第一端耦接于节点NA。晶体管P3_N的第二端耦接于电池单元CN的负极。开关SW3的第一端耦接于电池单元CN的正极以接收电池单元CN的正极电压值VPN。开关SW3的第二端耦接于晶体管P3_N的控制端。开关SW3的控制端耦接于控制电路330_N以接收开关信号S1B。晶体管P4_N的第一端耦接于节点NB。晶体管P4_N的第二端耦接于保护晶体管TP_N的第一端。晶体管P4_N的控制端耦接于晶体管P3_N的控制端。开关SW4的第一端耦接于晶体管P3_N的第一端。开关SW4的第二端耦接于晶体管P4_N的控制端。开关SW4的控制端耦接于控制电路330_N以接收开关信号S1B。保护晶体管TP_N的第二端耦接于电压监测单元310_N的输出端。保护晶体管TP_N的控制端耦接于电池单元CN的负极。开关SW5的第一端耦接于保护晶体管TP_N的第一端。开关SW5的第二端耦接于保护晶体管TP_N的控制端。开关SW5的控制端耦接于控制电路330_N以接收开关信号S1B。开关SW6的第一端耦接于晶体管P3_N的控制端。开关SW6的第二端耦接于保护晶体管TP_N的第一端。开关SW6的控制端耦接于控制电路330_N以接收开关信号S1。

请同时参考图4以及表2，表2为压监测单元310_N以及控制电路330_N的真值表。

表2：

控制信号S0	开关信号S1	开关信号S1B	监测电压值VMN
				0	VP(N-1)	VPN	0
1	VPN	VP(N-1)	[VPN-VP(N-1)]/2

在本实施例中，控制电路330_N接收正极电压值VPN、VP(N-1)。控制电路330_N将正极电压值VPN、VP(N-1)作为电源并基于正极电压值VPN、VP(N-1)提供开关信号S1、S1B。

控制电路330_N反应于具有第一逻辑值(例如逻辑“1”)的控制信号S0来提供开关信号S1、S1B。使得开关信号S1具有正极电压值VPN，并且开关信号S1B具有正极电压值VP(N-1)。因此，开关SW2、SW6反应于具有正极电压值VPN的开关信号S1而被导通。开关SW1、SW3、SW4、SW5反应于具有正极电压值VP(N-1)的开关信号S1B而被断开。晶体管P1_N、P2_N形成第一电流镜电路。晶体管P3_N、P4_N形成第二电流镜电路。第一电流镜电路与第二电流镜电路彼此叠接形成一个叠接电流镜。此外，保护晶体管TP_N被导通。流经节点NA的电流I1以及流经节点NB的电流I2(即，监测电流)被产生。因此，监测电压值VMN等于[VPN-VP(N-1)]/2。

在另一方面，控制电路330_N反应于具有第二逻辑值(例如逻辑“0”)的控制信号S0来提供开关信号S1、S1B。使得开关信号S1具有正极电压值VP(N-1)，并且开关信号S1B具有正极电压值VPN。因此，开关SW2、SW6反应于具有正极电压值VP(N-1)的开关信号S1而被断开。开关SW1、SW3、SW4、SW5反应于具有正极电压值VPN的开关信号S1B而被导通。晶体管P1_N、P2_N不形成电流镜电路。晶体管P3_N、P4_N不形成电流镜电路。这使得流经节点NA的电流值以及流经节点NB的电流值都等于0。监测电流不会被产生。因此，监测电压值VMN等于0。在本实施例中，控制电路330_N可以是由电压准位移位器(level shifter)来实现。

在此值得一提的是，控制电路330_N反应于具有第二逻辑值的控制信号S0来控制电压监测单元310_N停止产生监测电流。因此，在非监测时段，控制电路330_N的功率消耗能够被降低。

在本实施例中，开关SW1～SW6分别例如是包括至少一晶体管开关或传输门(transmission gate)的开关电路。

在一些实施例中，控制电路330_N反应于控制信号S0来提供彼此互补的开关信号S1、S1B。开关SW1～SW6分别例如是由至少一晶体管开关或传输门来实现。

请同时参考图5，图5是依据本实用新型第三实施例所绘示的电压监测电路的示意图。在本实施例中，电压监测电路400用于监测堆叠电池装置20。堆叠电池装置20包括串联耦接的电池单元C1～C22。本实用新型并不以本实施例的电池单元的数量为限。电池单元C1～C22分别具有电压值VB1～VB22。

在本实施例中，电压监测电路400包括电压监测单元410_1～410_22、输出电路420以及选择电路430。电压监测单元410_1～410_22各耦接于电池单元C1～C22当中的对应电池单元。举例来说，电压监测单元410_1耦接于电池单元C1。电压监测单元410_2耦接于电池单元C2，依此类推。在本实施例中，电压监测单元410_1～410_22分别可以由图1所示的电压监测单元110_2、图2所示的电压监测单元210_2以及图4所示的电压监测单元310_N的其中一者来实现，故不在此重述电压监测单元410_1～410_22的实施方式。在本实施例中，电压监测单元410_1～410_22分别生成对应的监测电流IM1～IM22。选择电路430耦接于电压监测单元410_1～410_22以接收监测电流IM1～IM22。选择电路430将监测电流IM1～IM22的其中之一提供至输出电路420。在本实施例中，选择电路430能够采分时方式依序将监测电流IM1～IM22提供至输出电路420。选择电路430包括22对1的多路复用器(22-to-1MUX)。

以本实施例为例，若以图4所示的电压监测单元310_N的其中一者来实现本实施例(图5)中的410_N，输出电路420可仅包括单一个晶体管P5。晶体管P5的第一端耦接于选择电路430的输出端。晶体管P5的第二端以及晶体管P5的控制端耦接于参考低电压。基于选择电路430对监测电流IM1～IM22的依序供应，晶体管P5所产生的监测电压值VM能够在不同时间点对应于电压值VB1～VB22的其中之一。举例来说，在第一时间点，选择电路430将监测电流IM2提供至晶体管P5。监测电压值VM会在第一时间点等于电压值VB2的一半。在第二时间点，选择电路430将监测电流IM4提供至晶体管P5。监测电压值VM会在第二时间点等于电压值VB4的一半。

应注意的是，输出电路420仅包括单一个晶体管P5。因此，输出电路420的电路面积能够被缩小。

请参考图6，图6是依据本实用新型第四实施例所绘示的电压监测电路的示意图。在本实施例中，电压监测电路500用于监测堆叠电池装置20。堆叠电池装置20包括串联耦接的电池单元C1～C22。在本实施例中，电压监测电路500包括电压监测单元510、输出电路520以及选择电路530。选择电路530耦接于电池单元C1～C22与电压监测单元510之间。选择电路530将电池单元C1～C22当中的选中电池单元与电压监测单元510进行耦接。因此，电压监测单元510能够取得选中电池单元的正极电压值的分压值，并依据所述对应电池单元的正极电压值以及所述分压值之间的差值来生成监测电流。电压监测单元510的实施方式已在第二实施例中详细说明，故不在此重述。

在本实施例中，选择电路530包括选择开关SS1～SS22。选择开关SS1～SS22分别与电池单元C1～C22对应耦接。选择开关SS1的第一输入端耦接于电池单元C1的正极。选择开关SS1的第二输入端耦接于电池单元C1的负极。选择开关SS1的第一输出端耦接至晶体管P1的第一端。选择开关SS1的第二输出端通过电阻R1耦接至晶体管P3的第二端。选择开关SS2的第一输入端耦接于电池单元C2的正极。选择开关SS2的第二输入端耦接于电池单元C2的负极。选择开关SS2的第一输出端耦接至晶体管P1的第一端。选择开关SS2的第二输出端通过电阻R1耦接至晶体管P3的第二端。同理可推，选择开关SS3～SS22耦接方式与选择开关SS1、SS2相似，故不再一一详述。

选择开关SS1～SS22反应于开关信号来将对应电池单元与电压监测单元510进行耦接/解耦。在同一时间区间，选择开关SS1～SS22的其中一者会将对应电池单元与电压监测单元510进行耦接。与电压监测单元510完成耦接的电池单元则是选中电池单元。其余选择开关会将对应电池单元与电压监测单元510进行解耦。

举例来说，选择开关SS2受控于开关信号S2。当选择开关SS2接收到具有第一逻辑值(例如逻辑“1”)的开关信号S2时，选择开关SS2的第一输入端与第一输出端相连接。选择开关SS2的第二输入端与第二输出端相连接。因此，选择开关SS2会将电池单元C2耦接至电压监测单元510。电压监测单元510所接收到的电压值VB是电池单元C2的电压值。此时，选择开关SS1、SS3～SS22会分别接收到具有第二逻辑值(例如逻辑“0”)的开关信号S1、S3～S22。选择开关SS1、SS3～SS22会将电池单元C1、C3～C22与电压监测单元510进行解耦。

在另一方面，当选择开关SS2接收到具有第二逻辑值的开关信号S2时，选择开关SS2会将电池单元C2与电压监测单元510进行解耦。

在此值得一提的是，本实施例仅需要单一个电压监测单元510。此外，输出电路520仅包括单一个晶体管P5。因此，电压监测电路500的电路面积能够被缩小。

在本实施例中，开关信号S1～S22可以是由电压监测电路500外部的处理器或控制器来生成。

在本实施例中，电压监测电路500还包括电阻器R1、R2。电阻器R1耦接于晶体管P3的第二端与选择开关SS1～SS22第二输出端之间。电阻器R2耦接于晶体管P5的第二端与参考低电压之间。在本实施例中，电压监测电路500提供了公式(3)以及公式(4)。

VB＝VDS1+VDS2+i_I1×r_R1…公式(3)

VM＝VDS5+i_I2×r_R2…公式(4)

r_R1是电阻器R1的电阻值。r_R2是电阻器R2的电阻值。电阻器R1的电阻值被设计为电阻器R2的电阻值两倍。VDS2是晶体管P2的第一端与第二端之间的电压差值。电流I2的电流值等于电流I1的电流值。晶体管P1的第一端与第二端之间的电压差值、晶体管P2的第一端与第二端之间的电压差值以及晶体管P5的第一端与第二端之间的电压差值彼此相同(即VDS1＝VDS2＝VDS5＝VDS)。因此，基于公式(3)以及公式(4)，监测电压值VM如公式(5)所示：

也就是说，监测电压值VM等于电压监测单元510所接收到的电压值VB的一半。

综上所述，电压监测电路的电压监测单元通过多个电流镜的叠接来取得对应电池单元的正极电压值的对应分压值，并依据对应分压值来生成监测电流。电压监测电路的输出电路依据正极电压值与分压值之间的电压差值来生成监测电压值。监测电压值与对应电池单元的正极与负极之间的电压值成正比。电流镜的叠接能够排除通道长度调变效应所造成的影响。如此一来，电压监测电路能够精准取得与电压值直接对应的电压信息。

虽然本实用新型已以实施例公开如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种用于监测堆叠电池装置的电压监测电路，其特征在于，该电压监测电路包括：

电压监测单元，耦接于所述监测堆叠电池装置中的对应电池单元，并包括：

第一电流镜；

第二电流镜，与所述第一电流镜叠接于第一节点与第二节点；

保护晶体管，耦接于所述第二电流镜与输出端之间；以及

输出电路，耦接于所述输出端与参考低电压之间；

其中所述监测电压单元被配置成通过所述第一电流镜与所述第二电流镜取得所述对应电池单元的正极电压值相关的分压值，并依据所述分压值以生成监测电流，

其中所述输出电路被配置成依据所述监测电流以生成对应于所述对应电池单元的电压值的监测电压值。

2.如权利要求1所述的电压监测电路，其特征在于：

所述输出电路包括多个晶体管，

所述多个晶体管彼此叠接于所述输出端与所述参考低电压之间，并且

所述监测电压值与所述多个晶体管的数量成正比。

3.如权利要求1所述的电压监测电路，其特征在于，所述电压监测单元的至少其中之一还包括：

第三电流镜，与所述第一电流镜以及所述第二电流镜叠接于所述对应电池单元的正极与所述对应电池单元的负极之间。

4.如权利要求1所述的电压监测电路，其特征在于：

所述第一电流镜包括：

第一晶体管，所述第一晶体管的第一端耦接于所述对应电池单元的正极，所述第一晶体管的第二端以及所述第一晶体管的控制端耦接于所述第一节点；以及

第二晶体管，所述第二晶体管的第一端耦接于所述对应电池单元的正极，所述第二晶体管的第二端耦接于所述第二节点，所述第二晶体管的控制端耦接于第一晶体管的控制端，

所述第二电流镜包括：

第三晶体管，所述第三晶体管的第一端耦接于所述第一节点，所述第三晶体管的第二端以及所述第三晶体管的控制端耦接于所述对应电池单元的负极；以及

第四晶体管，所述第四晶体管的第一端耦接于所述第二节点，所述第四晶体管的第二端耦接于所述保护晶体管的第一端，所述第四晶体管的控制端耦接于第三晶体管的控制端，

所述输出电路包括：

第五晶体管，所述第五晶体管的第一端耦接于所述保护晶体管的第二端以及所述输出端，所述第五晶体管的第二端以及第五晶体管的控制端耦接于所述参考低电压，

其中所述分压值等于位于所述第一节点的节点电压值以及位于所述第二节点的节点电压值。

5.如权利要求4所述的电压监测电路，其特征在于：

所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管被设计以具有相同的宽长比，及/或

所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管的通道长度是49.75微米至50.25微米范围中的一个值。

6.如权利要求1所述的电压监测电路，其特征在于，还包括：

至少一控制电路，与所述电压监测单元对应耦接，各被配置成反应于具有第一逻辑值的控制信号来控制对应的电压监测单元提供所述监测电流，并且反应于具有第二逻辑值的控制信号来控制对应的电压监测单元停止提供所述监测电流。

7.如权利要求1所述的电压监测电路，其特征在于，至少一所述电压监测单元包括单一个电压监测单元，其中所述电压监测电路还包括：

选择电路，耦接于所述对应电池单元与所述电压监测单元之间，被配置成将所述对应电池单元与所述电压监测单元进行耦接，从而使所述电压监测单元取得所述对应电池单元的正极电压值的分压值，并依据所述对应电池单元的正极电压值与所述分压值之间的差值来提供监测电流。

8.一种用于监测堆叠电池装置的电压监测电路，其特征在于，所述堆叠电池装置包括串联耦接的多个电池单元，其中所述电压监测电路包括：

第1级电压监测单元，耦接于所述多个电池单元当中的第1级电池单元，被配置成取得所述第1级电池单元的正极电压值的第1级分压值，并依据所述第1级分压值来提供第1级监测电流，其中所述第1级电池单元具有最低的正极电压值；

第N级电压监测单元，耦接于所述多个电池单元当中的第N级电池单元，被配置成通过叠接电流镜来取得所述第N级电池单元的正极电压值的第N级分压值，并依据所述第N级电池单元的正极电压值以及所述第N级分压值之间的差值来提供第N级监测电流，其中N是大于1的整数；以及

输出电路，耦接于所述第N级电压监测单元，被配置成依据所述第N级监测电流来提供第N级监测电压值，其中所述第N级监测电压值与所述第N级电池单元的正极与所述第N级电池单元的负极之间的电压值成正比。

9.如权利要求8所述的电压监测电路，其特征在于，所述第1级电压监测单元包括：

第一晶体管，所述第一晶体管的第一端耦接于所述第1级电池单元的正极，所述第一晶体管的第二端以及所述第一晶体管的控制端耦接于第1级输出节点；以及

第二晶体管，所述第二晶体管的第一端耦接于所述第1级电池单元的正极，所述第二晶体管的控制端耦接于第一晶体管的控制端；

第三晶体管，所述第三晶体管的第一端耦接于所述第1级输出节点，所述第三晶体管的第二端以及所述第三晶体管的控制端耦接于所述第1级电池单元的负极以及参考低电压；以及

第四晶体管，所述第四晶体管的第一端耦接于所述第二晶体管的第二端，所述第四晶体管的第二端以及所述第四晶体管的控制端耦接于所述参考低电压。

10.如权利要求8所述的电压监测电路，其特征在于，所述叠接电流镜包括：

第一电流镜；

第二电流镜，与所述第一电流镜叠接于所述第N级电池单元的正极与所述第N级电池单元的负极之间，其中所述第二电流镜通过第一节点以及第二节点耦接至所述第一电流镜；以及

保护晶体管，耦接于所述第二电流镜与输出端之间，被配置成建立所述第二电流镜与所述输出端之间的电压差值，

其中所述第N级分压值等于位于所述第一节点的节点电压值以及位于所述第二节点的节点电压值。

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