CN103364733B - 半导体装置以及电池监视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不管电池单元的电池电压的偏差怎样，都能够正确地检测出电池电压的半导体装置以及电池监视系统。在与各电池单元(C)的高电位侧连接的配线(l)和与低电位侧连接的配线(l)之间使电阻(Ra)与恒流电源(I0)串联连接，且其交点的电压被输入至比较器(30)的非反相端子。这样，以不取决于电池单元的电池电压的恒流电源(I0)产生输入至比较器(30)的电压，所以在各电池单元流动的电流始终为恒定电流(I0)。在电阻(R1)中，恒定电流(I0)向相互相反方向流动，相抵消，实际上电流为零。因此，不产生因电阻(R1)所引起的电压下降，在电压检测电路(20)的输入电压(V)与电池单元的电池电压之间不产生误差。

Description

半导体装置以及电池监视系统
技术领域
本发明涉及半导体装置以及电池监视系统，特别是涉及检测电池单元的电压的半导体装置以及电池监视系统。
背景技术
通常，作为混合动力汽车、电动汽车的马达驱动等中使用的大容量高输出的蓄电池，使用将多个电池(电池单元)串联连接起来的电池组的蓄电池(作为具体的一个例子，例举锂离子蓄电池等)。已知一种利用电压检测电路来检测该蓄电池的电池单元的电压，进行监视的电池监视系统。作为这样的电压检测电路，已知例如专利文献1记载的技术。
另外，在专利文献2中记载有在电池单元与电压检测电路之间具备除去在电池单元产生的噪声的噪声除去滤波器的技术。
专利文献1：日本特开2010-281805号公报
专利文献2：日本特开2001-116776号公报
图6以及图7表示以往的电池监视系统以及电压检测电路的一个例子。此外，作为具体的一个例子，如图6所示，图示出电池单元组12中的3个电池单元C。在以往的电池监视系统100的电压检测电路200中，各电池单元C具备图7所示的电压检测电路200。
电压检测电路200具备比较电路(比较器300)，该比较电路将通过电阻Ra以及电阻Rb将电池单元C的电池电压(高电位侧的电压与低电位侧的电压的差)进行分压后的电压与由基准电压产生电路所产生的基准电压相比较，并输出比较结果。
如图6所示，在以往的电池监视系统100中，存在如下的问题，即、在邻接的电池单元C的电池电压不同的情况下，因连接在电池单元组12与电压检测电路200之间的噪声除去滤波器14的影响，不能够正确地检测出电池单元C的电池电压。
参照图8，对以往的电压检测电路200的动作进行说明。如图8所示，将在电池单元C1流动的电流设为I1，电压检测电路200的输入电压设为V1。同样地，将在电池单元C2流动的电流设为I2，电压检测电路200的输入电压设为V2，将在电池单元C3流动的电流设为I3，电压检测电路200的输入电压设为V3。
噪声除去滤波器14是由RC电路构成的LPF(低通滤波器)。此外，RC电路的标注同一符号的电阻的电阻值相等。
首先，对邻接的电池单元C的电池电压相等的情况进行说明。具体而言，电池单元组12的电池单元C(C1～C3)的电池电压全部变成相等的状态。
对于在噪声除去滤波器14的电阻Ra中流动的电流而言，从低电位侧(下段)的电池单元C流出的电流的朝向与从高电位侧(上段)的电池单元C流出的电流的朝向相反。电池单元C的电池电压相等，所以两电流值相等，在电阻R1流动的电流被抵消，不产生电阻R1中的电压下降。因此，在电池单元C的电池电压相等的情况下，各电池单元C的电池电压成为电压检测电路200的输入电压V，不产生误差。
此外，在与最上位的电池单元C3连接的电阻R2中只流动单向的电流(相当于从上述的低电位侧的电池单元流出的电流)，所以产生电阻R2中的电压下降，导致在最上位的电池单元C3的电池电压与电压检测电路200的输入电压V之间产生误差，一般采取减小电阻R2的电阻值而减少误差的影响的对策。
接下来，对邻接的电池单元C的电池电压不相等的情况进行说明。作为具体的一个例子，对电池单元C1的电池电压比其他的电池单元C(C2、C3)小的情况进行说明。该情况下，I1≠I2。
在与电池单元C1和电池单元C2连接的噪声除去滤波器140的R1中流动的电流为电流I1与电流I2的相减。与电池单元C1相比，电池单元C2的电池电压较大，所以电流I2比电流I1大。因此，实际上在电阻R1流动的电流不为零，因电流I1与电流I2的差的电流而产生电压下降。因此，在电压检测电路200的输入电压V与电池单元C的电池电压之间产生误差，产生不能够检测正确的电压的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题而提出的，其目的在于提供一种不管电池单元的电池电压的偏差怎样，都能够正确地检测出电池电压的半导体装置以及电池监视系统。
为了实现上述目的，本发明的半导体装置具备：多个配线，其经由电阻元件而连接在串联连接的多个电池单元的邻接的电池单元的各个之间；电压检测单元，其根据通过与上述电池单元的各个的高电位侧连接的上述配线和与上述电池单元的各个的低电位侧连接的上述配线所获得的电压，能够对上述电池单元的电池电压值进行检测；以及调整单元，其能够进行用于使通过上述多个配线的各个的高电位侧的电池单元而在上述电阻元件中以第1方向流动的第1电流、和通过上述多个配线的各个的低电位侧的电池单元而在上述电阻元件中以第2方向流动的第2电流相抵消的调整。
另外，本发明的电池监视系统具备：多个电池单元，其串联连接；噪声除去单元，其由与上述多个电池单元的高电位侧连接的、电阻元件以及电容元件构成；多个配线，其经由上述噪声除去单元的上述电阻元件而连接在上述多个电池单元的邻接的电池单元的各个之间；电压检测单元，其根据通过与上述电池单元的各个的高电位侧连接的上述配线和与上述电池单元的各个的低电位侧连接的上述配线所获得的电压，能够对上述电池单元的电池电压值进行检测；以及调整单元，其能够进行用于使通过上述多个配线的各个的高电位侧的电池单元而在上述电阻元件中以第1方向流动的第1电流、和通过上述多个配线的各个的低电位侧的电池单元而在上述电阻元件中以第2方向流动的第2电流相抵消的调整。
根据本发明，取得不管电池单元的电池电压的偏差怎样，都能够正确地检测出电池电压这样的效果。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的电池监视系统的简要结构的一个例子的电路图。
图2是表示第1实施方式所涉及的各电压检测电路与电池单元组的关系的示意图。
图3是表示第1实施方式所涉及的电压检测电路的简要结构的一个例子的电路图。
图4是用于说明第1实施方式所涉及的电压检测电路的一个例子的动作的电路图。
图5是用于说明第2实施方式所涉及的电压检测电路的一个例子的动作的电路图。
图6是表示以往的电压检测电路与电池单元组的关系的示意图。
图7是表示以往的电压检测电路的简要结构的一个例子的电路图。
图8是用于说明以往的电压检测电路的一个例子的动作的电路图。
符号说明
10电池监视系统，12电池单元组，14噪声除去滤波器，16半导体装置，20电压检测电路，30比较器
具体实施方式
[第1实施方式]
以下，参照附图，详细地对第1实施方式的电压检测电路、以及通过该电压检测电路来检测电池单元的电压的电池监视系统进行说明。
首先，对本实施方式的电池监视系统的构成进行说明。图1表示本实施方式所涉及的电池监视系统的简要结构的一个例子。图1所示的本实施方式的电池监视系统10具备电池单元组12，其包括多个电池单元C(在本实施方式中，对电池单元组12中的三个电池单元C进行图示)；噪声除去滤波器14；和半导体装置16，其具备对电池单元组12的各电池单元的电池电压进行检测的电压检测电路20。
半导体装置16具备电压检测电路20和MCU22，电池单元组12的各电池单元C(C1～C3)的高电位侧和低电位侧经由端子(焊盘)23与各电压检测电路201～203连接(参照图2)。
MCU22由CPU和ROM、RAM等存储器构成，并具有根据从各电压检测电路20(201～203)输出的输出OUT是否是规定的电位，而进行预先决定的处理的功能。
在本实施方式中，电压检测电路20是以电池单元C(C1～C3)为单位设有电压检测电路201～203。图2表示本实施方式的各电压检测电路201～203与电池单元组12的关系。此外，以下，对电压检测电路201～203的各个进行表述的情况下，可以标注表示各个的符号，在统称的情况下，单称为电压检测电路20。
在电池单元组12与电压检测电路20(半导体装置16)之间连接有噪声除去滤波器14。噪声除去滤波器14是由RC电路构成的LPF(低通滤波器)。噪声除去滤波器14具有通过去除高频成分而抑制在各电池单元C中产生的急剧的电压变动的功能。噪声除去滤波器14的RC电路的电阻中仅有与最高电位的电池单元C(C3)的高电位侧连接的电阻R2的电阻值比其他的RC电路的电阻R1的电阻值小(详细后述)。
各电压检测电路20具有对各电池单元C的电池电压进行检测的功能。图3表示本实施方式的电压检测电路20的简要结构的一个例子的电路图。
在本实施方式的电压检测电路20中，在电压检测电路20的输入电压V之间(与电池单元C的高电位侧连接的配线l和与低电位侧连接的配线l之间)电阻Ra与恒流电源I0串联连接，其交点的电压被输入至比较器30的非反相端子。另一方面，以比较器30的反相端子中输入由基准电压产生电路所产生的基准电压的方式连接。比较器30输出输入到非反相端子的电压与输入到反相端子的基准电压的差。在电阻Ra中流动恒流电源I0的恒定电流I0，所以输入至比较器30的非反相端子的电压变为V-I0×Ra。另一方面，向反相端子输入由基准电压产生电路所产生的基准电压，所以通过事先设定与恒定电流I0以及电阻Ra对应的基准电压，从而从比较器30输出输入电压V(或者，与输入电压V对应的电压)。
接下来，参照图4，对本实施方式的电压检测电路20的电压检测动作进行说明。图4中，作为具体的一个例子，表示电池单元组12由三个电池单元C构成，电池单元C3与最高电位连接，电池单元C1与最低电位连接的情况。图4所示的电压检测电路201～202大致相同，各电阻Ra(Ra1～Ra3)的电阻值、以及恒流电源I0(I01～I03)的电流值相等，基准电压产生电路成为相同的构成。
另外，在图4中，将在电池单元C1中流动的电流设为I1，电压检测电路201的输入电压设为V1，将在电池单元C2中流动的电流设为I2，电压检测电路202的输入电压设为V2，将在电池单元C3中流动的电流设为I3，电压检测电路203的输入电压设为V3。
通过恒流电源I01～I03，在各电池单元C中流动的电流不管各电池单元C的电池电压怎样都成为I1＝I2＝I3＝恒定电流I0。
因此，在连接在电池单元C1与电池单元C2之间的噪声除去滤波器14的电阻R1中，电流I1与电流I2的电流值与恒定电流I0相等，并且流动的方向是相反朝向，所以相抵消。因此，实际上在电阻R1中流动的电流为零，不产生因电阻R1所引起的电压下降。而且，在连接在电池单元C2与电池单元C3之间的噪声除去滤波器14的电阻R1中也相同，实际上在电阻R1中流动的电流为零，从而不产生因电阻R1所引起的电压下降。
此外，在与电池单元C3的高电位侧连接的噪声除去滤波器14的电阻R2中只流动电流I3(单向的电流)，所以产生电阻R2中的电压下降，导致在电池单元C3的电池电压与输入电压V3之间产生误差。因此，在本实施方式中，构成为减小电阻R2的电阻值(至少比电阻R1小)，而减少误差的影响。
这样，根据本实施方式，构成为在与各电池单元C的高电位侧连接的配线l和与低电位侧连接的配线l之间电阻Ra与恒流电源I0串联连接，其交点的电压被输入至比较器30的非反相端子。这样，以不取决于电池单元C的电池电压的恒定的消耗电流(恒流电源I0)产生输入至比较器30的电压，所以在各电池单元C中流动的电流始终为恒定电流I0。
由此，在电阻R1中，恒定电流I0向相互相反方向的朝向流动，相抵消，实际上电流为零。因此，不产生因电阻R1所引起的电压下降，在电压检测电路20的输入电压V与电池单元C的电池电压之间不产生误差。如上述，从比较器30输出输入电压V。在本实施方式中像这样不产生误差，所以从比较器30正确地输出对应的电池单元C的电池电压。因此，即使在电池单元C(C1～C3)的电池电压有偏差的情况下，也能够正确地检测出电池单元C的电池电压。
[第2实施方式]
以下，参照附图，对本发明的第2实施方式的电压检测电路进行说明。本实施方式包括与第1实施方式的电压检测电路20大致相同的构成、以及动作，所以大致相同的部分记载其意思，省略详细的说明。
图5表示本实施方式的电压检测电路20的简要结构的一个例子的电路图。在本实施方式的电压检测电路20中，对应于在第1实施方式中与电阻Ra串联连接的恒流电源I0的恒流电源I011～I013的另一端与地线(GND)连接。由此，恒流电源I011～I013以地线电位(GND)为基准来生成恒定电流I011～I013。
另外，在本实施方式中，替换第1实施方式的基准电压产生电路，将与供给电源电压VDD的电源线VDD连接的恒流电源I021～I023、以及齐纳二极管321～323作为输入至比较器301～303的反相端子的基准电压的产生源。
在本实施方式中，使用与电阻Ra对应的齐纳二极管32，从而从比较器30输出输入电压V(或者，与输入电压V对应的电压)。
从电池单元C1流至连接在电池单元C1与电池单元C2之间的噪声除去滤波器14的电阻R1的电流I11因恒流电源I011而成为I11＝恒定电流I011。而且，从恒流电源I022流过齐纳二极管322而流入生成电池单元C2的电流I22因恒流电源I022而成为I22＝恒定电流I022。同样地，从电池单元C2流至连接在电池单元C2与电池单元C3之间的噪声除去滤波器14的电阻R1的电流I21因恒流电源I012而成为I21＝恒定电流I012。而且，从恒流电源I023流过齐纳二极管323而流入生成电池单元C3的电流I32因恒流电源I023而成为I32＝恒定电流I023。
恒流电源I011～I013以及恒流电源I021～I023的电流值全部相等(恒定电流I0)的情况下，不管电池单元C(C1、C2、C3)的电池电压怎样都成为I11＝I21＝I22＝I32＝恒定电流I0。
因此，在连接在电池单元C1与电池单元C2之间的噪声除去滤波器14的电阻R1中，电流I11与电流I22的电流值成为恒定电流I0，相等，并且流动的方向是相反朝向，所以相抵消。因此，实际上在电阻R1流动的电流为零，不产生因电阻R1所引起的电压下降。另外，在连接在电池单元C2与电池单元C3之间的噪声除去滤波器14的电阻R1中也同样，电流I21与电流I32的电流值成为恒定电流I0，相等，并且流动的方向是相反朝向，所以相抵消。因此，实际上在电阻R1中流动的电流为零，不产生因电阻R1所引起的电压下降。
此处，考虑仅具备恒流电源I01以及恒流电源I02中的任意一方的情况。例如，考虑仅具备恒流电源I01的情况。该方式相当于上述的专利文献1中记载的以往技术，该情况下，从各电池单元C流出的电流(I11、I21、I31)全部成为恒定电流I0，相等。然而，从比较器30(基准电压的产生源)侧流入各电池单元C的电流(I22、I32)不恒定，根据各电池单元C的电池电压而产生偏差。因此，在电阻R1中流动的电流不抵消，实际上不为零，因电阻R1而产生电压下降。仅具备恒流电源I02的情况也相同，不会在电阻R1中流动的电流相抵消而实际上为零，因电阻R1而产生了电压下降。因此，如本实施方式，通过具备恒流电源I01以及恒流电源I02两者，能够将在电阻R1流动的电流相抵消而实际上为零，能够防止电阻R1中的电压下降。
这样，根据本实施方式，构成为在各电池单元C的高电位侧的配线l与地线(GND)之间电阻Ra与恒流电源I01串联连接，其交点的电压被输入至比较器30的非反相端子。而且，构成为在电源线VDD与各电池单元C的低电位侧的配线l之间恒流电源I02与齐纳二极管32串联连接，通过恒定电流I0以及齐纳二极管32生成的基准电压被输入至比较器30的反相端子。另外，恒流电源I01与恒流电源I02供给的恒定电流都相等(恒定电流I0)。
这样，以不取决于电池单元C的电池电压的恒定的消耗电流(恒流电源I0)产生输入至比较器30的电压、以及基准电压。因此，流入各电池单元C的电流、以及从各电池单元C流出的电流始终为恒定电流I0。由此，在电阻R1中，恒定电流I0向相互相反方向的朝向流动，相抵消，实际上电流为零。因此，不产生因电阻R1所引起的电压下降，在电压检测电路20的输入电压V与电池单元C的电池电压之间不产生误差。因此，即使在电池单元C(C1～C3)的电池电压有偏差的情况下，也能够正确地检测电池单元C的电池电压。
另外，在本实施方式中，将恒流电源I01全部以地线电位(GND)为基准来生成恒定电流I0，并且将恒流电源I02全部以电源电压的电位(VDD)为基准来生成恒定电流I0。因此，能够在各电池单元C中使用共用的恒流电源I01以及恒流电源I02。例如，能够构成为在半导体装置16内另外具备恒流电源的情况下，使用由该恒流电源生成的恒定电流I0。另一方面，在第1实施方式中，恒流电源I0以各电池单元C的低电位侧的电位为基准来生成恒定电流I0，所以各电位，即、各电池单元C需要恒流电源I0。因此，在本实施方式中，获得能够减少电路规模这样的效果。
此外，在本实施方式中，使用齐纳二极管32作为比较器30的基准电压源，但并不局限于此，可以使用二极管和电阻，也可以仅使用电阻。
此外，在上述的各实施方式中，配置为将电阻Ra与电池单元C的正极(高电位)侧连接，将比较器的基准电压与电池单元C的负极(低电位)侧连接，但并不局限于此，也可以相反地配置两者。
此外，在上述的各实施方式中，构成为在与电压检测电路20相同的半导体装置16内部具备MCU22，但并不局限于此，可以在其它的电路(芯片上)形成。另外，构成为在半导体装置16外部具备噪声除去滤波器14，但并不局限于此，可以在同一电路(芯片上)形成。
另外，在上述的各实施方式中，详细地说明了电池单元组12的各电池单元C具备电压检测电路20的情况，并不局限于此，例如，也可以对电池单元组12设置一个电压检测电路20，适当地利用开关元件等将想要检测电池电压的电池单元C与电压检测电路20连接起来。
另外，上述的各实施方式中所说明的电池监视系统10、半导体装置16、以及电压检测电路20等的构成、动作等是一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内可以根据状况进行变更。

Claims (3)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
多个配线，其经由电阻元件而被连接在串联连接的多个电池单元的邻接的电池单元的各个之间；
电压检测单元，其根据通过与所述电池单元的各个的高电位侧连接的所述配线和与所述电池单元的各个的低电位侧连接的所述配线所获得的电压，能够对所述电池单元的电池电压值进行检测；以及
调整单元，其能够进行用于使通过所述多个配线的各个的高电位侧的电池单元而在所述电阻元件中以第1方向流动的第1电流、和通过所述多个配线的各个的低电位侧的电池单元而在所述电阻元件中以第2方向流动的第2电流相抵消的调整，
所述调整单元是恒流电源并且与所述多个电池单元分别对应设置，且各个所述调整单元被串联连接。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述电压检测单元具备：被串联连接在与所述电池单元的各个的高电位侧连接的所述配线和与所述电池单元的各个的低电位侧连接的所述配线之间的电阻和所述恒流电源、以及输出被串联连接的电阻与所述恒流电源的交点的电压和规定的基准电压的差的比较电路。
3.一种电池监视系统，其特征在于，具备：
多个电池单元，其串联连接；
噪声除去单元，其与所述多个电池单元的高电位侧连接、并由电阻元件以及电容元件构成；
多个配线，其经由所述噪声除去单元的所述电阻元件而被连接在所述多个电池单元的邻接的电池单元的各个之间；
电压检测单元，其根据通过与所述电池单元的各个的高电位侧连接的所述配线和与所述电池单元的各个的低电位侧连接的所述配线所获得的电压，能够对所述电池单元的电池电压值进行检测；以及
调整单元，其能够进行用于使通过所述多个配线的各个的高电位侧的电池单元而在所述电阻元件中以第1方向流动的第1电流、和通过所述多个配线的各个的低电位侧的电池单元而在所述电阻元件中以第2方向流动的第2电流相抵消的调整，
所述调整单元是恒流电源并且与所述多个电池单元分别对应设置，且各个所述调整单元被串联连接。
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