CN107315107A - 半导体装置、电池监控系统以及检测方法 - Google Patents

半导体装置、电池监控系统以及检测方法 Download PDF

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Abstract

一种半导体装置、电池监控系统以及检测方法，具有低消耗电流且可实现小型化。半导体装置包括：第1电容器群，包含第1电容器及第2电容器，第1电容器的一端可切换连接至电池电芯的正极及负极中的其中一极，第2电容器的一端可切换连接至另一极；比较器，具备可经由第1电容器而连接至电池电芯的非反相输入端子及可经由第2电容器而连接至电池电芯的反相输入端子，比较连接的电池电芯的电池电压与检测阈值电压；第2电容器群包含第3电容器及第4电容器，第3电容器位于第1节点、与切换与接地电压源与基准电压源中任一个的连接状态的第1开关之间，第4电容器位于第2节点、与切换与接地电压源与基准电压源中任一个的连接状态的第2开关之间。

Description

半导体装置、电池监控系统以及检测方法
技术领域
本发明涉及一种半导体装置、电池监控系统以及检测方法。
背景技术
以往，对镍氢电池或锂电池等二次电池的电池电芯(cell)的电池电压进行检测。通过检测电池电芯的电池电压，例如能够检测电池电芯的状态是否为如过充电状态等的异常状态，以保护电池电芯自身。
作为如此检测电池电芯的电池电压的技术，已知有一种检测电路126，其如图13所示，是将包含电阻R1～R4及比较器A0的差动放大器126A与比较器(comparator)C0组合而成。作为使用此种检测电路的电池电压检测装置，例如有专利文献1所记载的技术。
以往技术中，如图13所示，由具备与电池电芯V1～Vn的电池电芯V对应的开关SW的电芯选择开关124所选择的、作为检测对象的电池电芯的正极电压与负极电压经由电阻R1、R2而输入至差动放大器126A的输入端子。比较器C0将对差动放大器126A的输出与基准电压VREF进行比较所得的比较结果输出作为检测信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-47520号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
图13所示的以往的检测电路126中，在电芯选择开关124成为导通状态，电池电芯V的正极电压与负极电压被供给至差动放大器126A的状态下，始终有电流流经电阻R1～R4，因此电池电压被消耗。为了抑制电阻R1～R4的消耗电流，必须加大电阻R1～R4的电阻值，但若加大电阻值，则电阻R1～R4的设置所需的面积将变大。因此，当加大电阻R1～R4的电阻值时，检测电路126整体的面积将变大，从而会妨碍到电路面积的缩小。
本发明的目的在于提供一种低消耗电流且可实现小型化的半导体装置、电池监控系统以及检测方法。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，本发明的半导体装置包括：第1电容器群，包含第1电容器及第2电容器，所述第1电容器的一端可切换连接至电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第2电容器的一端可切换连接至与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；比较部，具备可经由所述第1电容器而连接至所述电池电芯的第1输入端子、及可经由所述第2电容器而连接至所述电池电芯的第2输入端子，对所连接的电池电芯的所述电池电压与规定的检测电压进行比较；以及第2电容器群，包含第3电容器及第4电容器，所述第3电容器在第1节点与第1切换元件之间，与所述第1切换元件串联连接，所述第4电容器在第2节点与第2切换元件之间，与所述第2切换元件串联连接，其中所述第1节点位于所述第1电容器与所述比较部的所述第1输入端子之间，所述第1切换元件切换与包含供给接地电压的接地电压源与至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述第2节点位于所述第2电容器与所述比较部的所述第2输入端子之间，所述第2切换元件切换与所述接地电压源以及所述至少一基准电压源中的任一个的连接状态。
而且，本发明的电池监控系统包括：串联连接的多个电池；以及半导体装置。半导体装置包括：第1电容器群，包含第1电容器及第2电容器，所述第1电容器的一端可切换连接至电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第2电容器的一端可切换连接至与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；比较部，具备可经由所述第1电容器而连接至所述电池电芯的第1输入端子、及可经由所述第2电容器而连接至所述电池电芯的第2输入端子，对所连接的电池电芯的所述电池电压与规定的检测电压进行比较；第2电容器群，包含第3电容器及第4电容器，所述第3电容器在第1节点与第1切换元件之间，与所述第1切换元件串联连接，所述第4电容器在第2节点与第2切换元件之间，与所述第2切换元件串联连接，其中所述第1节点位于所述第1电容器与所述比较部的所述第1输入端子之间，所述第1切换元件切换与包含供给接地电压的接地电压源与至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述第2节点位于所述第2电容器与所述比较部的所述第2输入端子之间，所述第2切换元件切换与所述接地电压源以及所述至少一基准电压源中的任一个的连接状态；切换元件群，包含第5切换元件及第6切换元件，所述第5切换元件可将所述第1电容器的一端切换连接至所述电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第6切换元件可将所述第2电容器的一端切换连接至所述电池电芯的与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；以及控制部，进行下述控制，即，在通过所述第1切换元件及所述第2切换元件来使供给所述接地电压的所述接地电压源及一个基准电压源、与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接的状态下经过规定时间后，通过所述第1切换元件及所述第2切换元件来使与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接的接地电压源及基准电压源不同的接地电压源及基准电压源、与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接。
而且，本发明的检测方法是借助半导体装置的、电池电芯的电池电压的检测方法，所述半导体装置包括：第1电容器群，包含第1电容器及第2电容器，所述第1电容器的一端可切换连接至所述电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第2电容器的一端可切换连接至与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；比较部，具备可经由所述第1电容器而连接至所述电池电芯的第1输入端子、及可经由所述第2电容器而连接至所述电池电芯的第2输入端子，对所连接的所述电池电芯的所述电池电压与规定的检测电压进行比较；以及第2电容器群，包含第3电容器及第4电容器，所述第3电容器在第1节点与第1切换元件之间，与所述第1切换元件串联连接，所述第4电容器在第2节点与第2切换元件之间，与所述第2切换元件串联连接，其中所述第1节点位于所述第1电容器与所述比较部的所述第1输入端子之间，所述第1切换元件切换与包含供给接地电压的接地电压源与至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述第2节点位于所述第2电容器与所述比较部的所述第2输入端子之间，所述第2切换元件切换与所述接地电压源以及所述至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述检测方法包含下述处理：通过所述第1切换元件及所述第2切换元件，将供给所述接地电压的所述接地电压源及一个基准电压源、与所述第3电容器及所述第4电容器予以连接，在经过规定时间后，通过所述第1切换元件及所述第2切换元件，将与所述第3电容器及所述第4电容器连接的接地电压源及基准电压源不同的接地电压源及基准电压源、与所述第3电容器及所述第4电容器予以连接。
[发明的效果]
根据本发明，起到能够实现低消耗电流且小型化的效果。
附图说明
图1是表示第1实施方式的电池监控系统的一例的概略的结构图。
图2是表示第1实施方式的电芯选择开关及检测电路的一例的电路图。
图3是对第1实施方式的电芯选择开关及检测电路的充电(charge)状态进行说明的图。
图4是对第1实施方式的电芯选择开关及检测电路的比较(comparate)状态进行说明的图。
图5是例示节点inp的电压Vinp及节点inn的电压Vinn、与电池电压Vn的关系的曲线图。
图6是表示与第1实施方式中的电池电压的检测相关的时序(timing)的时序图(timing chart)。
图7是表示第2实施方式的电芯选择开关及检测电路的一例的电路图。
图8是对第2实施方式的电芯选择开关及检测电路的充电状态进行说明的图。
图9是对第2实施方式的电芯选择开关及检测电路的比较状态进行说明的图。
图10是表示与第2实施方式中的电池电压的检测相关的时序的时序图。
图11是表示第3实施方式的电芯选择开关及检测电路的一例的电路图。
图12是表示与第3实施方式中的电池电压的检测相关的时序的时序图。
图13是表示以往的电芯选择开关及检测电路的一例的电路图。
[符号的说明]
10：电池监控系统
12：电池电芯组
14：电池监控大规模集成电路
16：微型计算机
210～21n、211_1、211_2、212_1、212_2、23、a～x：端子
24、124：电芯选择开关
26、126：检测电路
30：芯片内控制部
126A：差动放大器
A0：比较器
C1～C4、C3′、C3″、C4′、C4″：电容器
C0、CMP0：比较器
GND：接地电压源/接地电压
inn、inp、VN0、VN1、VN2、VNn、VNn-1、VNn-2：节点
L1、L2：信号线
OUT：检测信号
R1～R4：电阻
S1～S6、SW1_1～SWn_1、SW1_2～SWn_2、SW2_2、SWn-1_1：开关
V1、V2、Vn：电池电芯/电池电压
VCOM、VREF、VREF1、VREF2、VREFc～VREFx：基准电压源/基准电压
Vinn：节点inn的电压
Vinp：节点inp的电压
Vn-1_total：电池电芯V1～Vn-1的电池电压的合计
Vn_th：检测阈值电压
CMP+：连接目标为比较器CMP0的非反相输入端子
CMP-：连接目标为比较器CMP0的反相输入端子
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明各实施方式。
[第1实施方式]
首先，对本实施方式的电池监控系统进行说明。图1显示了表示本实施方式的电池监控系统10的一例的概略的结构图。
电池监控系统10如图1所示，具备电池电芯组12、电池监控大规模集成电路(largescale integrated circuit，LSI)14及微型计算机(micro computer)16。
作为一例，电池电芯组12如图1所示，具备串联连接的n个电池电芯V1～Vn。电池电芯V1～Vn从低电位侧起依照V1、V2、…、Vn的顺序而配置。另外，以下，在不区分电池电芯V1～Vn的各自而总称时，省略识别各个电池电芯的符号1～n的记载而称作“电池电芯V”。另外，图1中，n表示3以上的情况，但电池电芯组12所具备的电池电芯V的数量n为任意，并无限定。
微型计算机16进行与电池监控LSI 14对电池电芯组12中所含的各电池电芯V的电池电压的检测相关的控制。另外，本实施方式中，电池监控LSI 14及微型计算机16分别独立地构成为半导体芯片。
电池监控LSI 14对电池电芯组12中所含的电池电芯V各自的电压状态进行监控。本实施方式中，电池监控LSI 14对应于本发明的半导体装置。电池监控LSI 14如图1所示，具备端子210～21n、端子23、电芯选择开关24、检测电路26及芯片内控制部30。
端子210～21n是供电池监控LSI 14与电池电芯组12连接用的电极垫(pad)。端子210连接于电池电芯V1的负极并且接地。端子211_1及端子211_2连接于电池电芯V1的正极(电池电芯V2的负极)。端子212_1及端子212_2连接于电池电芯V2的正极(省略了图示的电池电芯V3的负极)。端子21n连接于电池电芯Vn的正极。另外，以下，在不区分端子210～21n的各自而总称时，省略识别各个端子的符号的记载而称作“端子21”。另外，本实施方式中，所谓“连接”，是指电连接。
端子23是供电池监控LSI 14与微型计算机16连接用的电极垫。从端子23输出自芯片内控制部30发送至微型计算机16的信号。而且，从微型计算机16发送至芯片内控制部30的信号被输入至端子23。
详细情况后述的电芯选择开关24连接于端子210～21n，输出根据从芯片内控制部30供给的控制信号而从电池电芯组12中选择的一个电池电芯V的正极电压及负极电压，并将它们供给至检测电路26。
详细情况后述的检测电路26在从电芯选择开关24输出的电池电芯V的正极电压与负极电压的差值即电池电压为检测阈值电压Vn_th以上时，输出高电平的检测信号OUT，当小于检测阈值电压Vn_th时，输出低电平的检测信号OUT。另外，本实施方式中，所谓电池电芯V的电池电压的检测，并非是对电池电芯V的具体的电压值进行检测，而是指通过检测电路26来与规定的检测电压即检测阈值电压Vn_th进行比较。
芯片内控制部30根据从微型计算机16供给的控制信号来控制电芯选择开关24及检测电路26。而且，芯片内控制部30将从检测电路26输出的电池电压的检测信号OUT等发送至微型计算机16。
接下来，详细说明本实施方式的电芯选择开关24及检测电路26。
图2表示电芯选择开关24及检测电路26的电路结构的一例。另外，图2中，为了便于图示，对于电池电芯V及电芯选择开关24，仅记载了与电池电芯V1、V2、Vn相关的内容。而且，图2中，省略了端子21的记载。
当设y＝1～n时，电池电芯Vy的负极连接于节点VNy-1，正极连接于节点VNy。例如，如图2所示，电池电芯V1(y＝1)的负极连接于节点VN0，正极连接于节点VN1。
而且，电芯选择开关24具备与各电池电芯V对应的开关SW1_1～SWn_1、SW1_2～SWn_2。开关SW1_1～SWn_1通过芯片内控制部30的控制，将各电池电芯V的正极或负极与信号线L1连接。而且，开关SW1_2～SWn_2通过芯片内控制部30的控制，将各电池电芯V的正极或负极与信号线L2连接。另外，以下，在不区分开关SW1_1～SWn_1、SW1_2～SWn_2的各自而总称时，省略识别各个开关的符号的记载而称作“开关SW”。
当设y＝1～n时，开关SWy_1的a端子连接于节点VNy，b端子连接于节点VNy-1，c端子经由信号线L1而连接于电容器C1的a端子。而且，开关SWy-2的a端子连接于节点VNy-1，b端子连接于节点VNy，c端子经由信号线L2而连接于电容器C2的a端子。例如，如图2所示，开关SW1_1的a端子连接于节点VN1，b端子连接于节点VN0，c端子经由信号线L1而连接于电容器C1的a端子。而且，开关SW1_2的a端子连接于节点VN0，b端子连接于节点VN1，c端子经由信号线L2而连接于电容器C2的a端子。
而且，检测电路26如图2所示，具备电容器C1～C4、开关S1～S4及比较器CMP0。
电容器C1的b端子连接于电容器C3的a端子及开关S3的a端子。开关S3通过芯片内控制部30的控制，将电容器C1的b端子连接至供给基准电压VCOM的基准电压源VCOM或比较器CMP0的非反相输入端子。开关S3的b端子连接于基准电压源VCOM，c端子连接于比较器CMP0的非反相输入端子。电容器C3的b端子连接于开关S1的a端子。开关S1通过芯片内控制部30的控制，将电容器C3的b端子连接至供给接地电压GND的接地电压源GND或供给基准电压VREF的基准电压源VREF。开关S1的b端子连接于接地电压源GND，c端子连接于基准电压源VREF。
电容器C2的b端子连接于电容器C4的a端子及开关S4的a端子。开关S4通过芯片内控制部30的控制，将电容器C2的b端子连接至基准电压源VCOM或比较器CMP0的反相输入端子。开关S4的b端子连接于基准电压源VCOM，c端子连接于比较器CMP0的反相输入端子。电容器C4的b端子连接于开关S2的a端子。开关S2通过芯片内控制部30的控制，将电容器C4的b端子连接至接地电压源GND或基准电压源VREF。开关S2的b端子连接于接地电压源GND，c端子连接于基准电压源VREF。
接下来，对本实施方式的检测电路26中的电池电压的检测动作进行说明。以下，参照图3及图4，以对第n个电池电芯Vn的电池电压进行检测的情况作为具体例来进行说明。另外，图3及图4中，为了便于图示，省略了说明时不需要的各部的记载。
当进行第n个电池电芯Vn的电池电压的检测时，芯片内控制部30如图3及图4所示，控制电芯选择开关24的各开关SW及检测电路26的开关S1～S4。另外，若忽略误差，则芯片内控制部30进行开关SW及开关S1～S4的控制的时序相同。
首先，芯片内控制部30如图3所示，将电芯选择开关24及检测电路26设为充电状态。
具体而言，芯片内控制部30使电芯选择开关24的开关SWn_1选择节点VNn(a端子)，使电芯选择开关24的开关SWn_2选择节点VNn-1(a端子)，并将其他开关SW设为非选择状态(a端子及b端子均未选择的状态)。
进而，芯片内控制部30使检测电路26的开关S1选择接地电压源GND(b端子)，使开关S2选择基准电压源VREF(c端子)，使开关S3选择基准电压源VCOM(b端子)，使开关S4选择基准电压源VCOM(b端子)。
此处，若设电池电芯Vn的电池电压为Vn、电池电芯V1～Vn-1的电池电压合计为Vn-1_total、电容器C1～C4的各电容为Cp1～Cp4，则对电容器C1～C4各自充电的电荷量Q1～Q4以下述(1)式～(4)式来表示。
Q1＝Cp1×(Vn+Vn-1_total-VCOM)…(1)
Q2＝Cp2×VCOM…(2)
Q3＝Cp3×(Vn-1_total-VCOM)…(3)
Q4＝Cp4×(VCOM-VREF)…(4)
若设对电容器C1的b端子与开关S3的a端子之间的节点inp充电的电荷量为Qp、对电容器C2的b端子与开关S4的a端子之间的节点inn充电的电荷量为Qn，则电荷量Qp、Qn以下述(5)式及(6)式来表示。
Qp＝Q2-Q1＝Cp2×VCOM-Cp1×(Vn+Vn-1_total-VCOM)…(5)
Qn＝Q4-Q3＝Cp4×(VCOM-VREF)-Cp3×(Vn-1_total-VCOM)…(6)
在充电状态下，在各电容器C中充分蓄积电荷之后，芯片内控制部30如图4所示，控制开关SW及开关S1～S4以将电芯选择开关24及检测电路26由充电状态切换至比较状态。
具体而言，芯片内控制部30使电芯选择开关24的开关SWn_1选择节点VNn-1(b端子)，使开关SWn_2选择节点VNn(b端子)，将电芯选择开关24的其他开关SW设为非选择状态(a端子及b端子均未选择的状态)。
进而，芯片内控制部30使检测电路26的开关S1选择基准电压源VREF(c端子)，使开关S2选择接地电压源GND(b端子)，使开关S3选择比较器CMP0的非反相输入端子(c端子)，使开关S4选择比较器CMP0的反相输入端子(c端子)。
此处，若设节点inp的电压为Vinp、节点inn的电压为Vinn，则比较状态下的对电容器C1～C4各自充电的电荷量Q1′～Q4′以下述(7)式～(10)式来表示。
Q1′＝Cp1×(Vn-1_total-Vinp)…(7)
Q2′＝Cp2×(Vinp-VREF)…(8)
Q3′＝Cp3×(Vn+Vn-1_total-Vinn)…(9)
Q4′＝Cp4×Vinn…(10)
若设对节点inp充电的电荷量为Qp′、对节点inn充电的电荷量为Qn′，则比较状态下的电荷量Qp′、Qn′以下述(11)式及(12)式来表示。
Qp′＝Q2′-Q1′＝Cp2×(Vinp-VREF)-Cp1×(Vn-1_total-Vinp)…(11)
Qn′＝Q4′Q3′＝Cp4×Vinn-Cp3×(Vn+Vn-1_total-Vinn)…(12)
若假设比较器CMP0的非反相输入端子及反相输入端子的输入阻抗(impedance)充分高，则即使从充电状态转变到比较状态，蓄积在节点inp中的电荷量Qp及蓄积在节点inn中的电荷量Qn也不会发生变化，因此下述(13)式及(14)式成立。
Qp＝Qp′…(13)
Qn＝Qn′…(14)
根据所述(5)式、(11)式及(13)式，对于电压Vinp，获得下述(15)式。而且，根据所述(6)式、(12)式及(14)式，对于电压Vinn，获得下述(16)式。
Vinp＝VCOM-Cp1/(Cp1+Cp2)×Vn+Cp2/(Cp1+Cp2)×VREF…(15)
Vinn＝VCOM+Cp3/(Cp3+Cp4)×Vn-Cp4/(Cp3+Cp4)×VREF…(16)
根据(15)式，电压Vinp相对于电池电压Vn而具有负的斜率，根据(16)式，电压Vinn相对于电池电压Vn而具有正的斜率。通过(15)式及(16)式所获得的电压Vinp、Vinn与电池电压Vn的关系成为图5所例示般。
如图5所例示，表示电压Vinn的线与表示电压Vinp的线在电池电压Vn为Vn_th时(Vn＝Vn_th)交叉。因而，比较器CMP0将电压Vinn与电压Vinp变得相等时(Vinn＝Vinp)的电压作为检测阈值电压Vn_th来进行动作。比较器CMP0在电压Vinn为电压Vinp以上时(Vinn≥Vinp)，输出高电平的检测信号，在电压Vinn小于电压Vinp时(Vinn＜Vinp)，输出低电平的检测信号。
根据所述(15)式及(16)式，比较器CMP0的检测阈值电压Vn_th是以下述(17)式来表示。
Vn_th＝{Cp2/(Cp1+Cp2)+Cp4/(Cp3+Cp4)}/{Cp1/(Cp1+Cp2)+Cp3/(Cp3+Cp4)}×VREF…(17)
根据(17)式可知，检测阈值电压Vn_th依存于电容器C1～C4的电容Cp1～Cp4及基准电压VREF。因而，本实施方式的比较器CMP0能够根据电容器C1～C4的电容Cp1～Cp4及基准电压VREF的值来设定任意的检测阈值电压Vn_th。
进而，对于电容器C1～C4的电容Cp1～Cp4，若使用利用任意常数j、k、m来表示的下述(18)～(19)式，则所述(17)式能够以下述(21)式来表示。
Cp2＝j×Cp1…(18)
Cp3＝k×Cp1…(19)
Cp4＝m×Cp1…(20)
Vn_th＝{j/(1+j)+m/(k+m)}/{1/(1+j)+1/(k+m)}×VREF…(21)
根据(21)式可知，检测阈值电压Vn_th依存于电容器C1～C4的电容比(j、k、m)及基准电压VREF。因而，本实施方式的比较器CMP0能够根据电容器C1～C4的电容比及基准电压VREF的值来设定任意的检测阈值电压Vn_th。
因而，通过以检测阈值电压Vn_th成为所需大小的方式来选择电容器C1～C4的电容比及基准电压VREF，从而能够利用检测电路26来进行电池电压V的检测。
例如，通过将检测阈值电压Vn_th的电平设为与过充电检测电压相当的电平，从而在比较状态下从比较器CMP0输出的检测信号为高电平时，能够检测电池电芯V为过充电状态。
另外，所述中，对进行电池电芯Vn的电池电压的检测的情况进行了说明，但对于其他电池电芯V也同样，能够通过从充电状态切换到比较状态，从而在比较状态下，基于从比较器CMP0输出的检测信号的电平来进行电池电压的检测。
图6显示了表示与本实施方式中的电池电芯V的电池电压的检测相关的、电芯选择开关24的开关SW及检测电路26的开关S1～S4的连接目标(选择目标)的时序图，其中CMP+与CMP-分别代表连接目标为比较器CMP0的非反相输入端子及反相输入端子。
如图6所示，当进行电池电芯V的各电池电压的检测时，从低电压侧的电池电芯V开始依次地，芯片内控制部30对充电状态(参照图6的“充电”)及比较状态(参照图6的“比较”)反复进行控制，由此，分时地对每个电池电芯V进行电池电压的检测。各状态所需的具体时间根据电芯选择开关24、开关S1～S4的导通电阻与电容器C1～C4的时间常数而定。
检测电路26的开关S1～S4对于每个电池电芯V，如上所述切换连接目标(选择目标)，由此重复充电状态与比较状态。而且，电芯选择开关24的开关SW中，仅与进行检测的电池电芯V相应的开关SW如上所述使成为连接目标(选择目标)的该电池电芯V的负极侧的节点与正极侧的节点在充电状态与比较状态之间切换。
并且，本实施方式的电池监控LSI 14中，例如，如上所述，当比较器CMP0的检测阈值电压Vn_th的电平为与过充电检测电压相当的电平时，在比较状态下，基于从检测电路26的比较器CMP0输出的检测信号OUT的电平，芯片内控制部30检测各电池电芯V是否为过充电状态。另外，也可从芯片内控制部30向微型计算机16输出检测信号OUT，微型计算机16基于检测信号OUT的电平来检测电池电芯V是否为过充电状态。
[第2实施方式]
所述第1实施方式的检测电路26中，可对比较器CMP0设定的检测阈值电压V_th为一个，因此根据第1实施方式的检测电路26，可检测电池电芯的电池电压的状态是否为特定状态。
与此相对，本实施方式的检测电路26中，能够对比较器CMP0设定多个检测阈值电压V_th。
电池监控系统10的整体结构与第1实施方式大致同样，因此省略说明，对本实施方式的检测电路26进行说明。
图7表示本实施方式的电芯选择开关24及检测电路26的电路结构的一例。另外，图7中，为了便于图示，对于电池电芯V及电芯选择开关24，仅记载了与电池电芯V1、V2、Vn相关的内容。而且，图7中省略了端子21的记载。
如图7所示，本实施方式的电芯选择开关24与第1实施方式的电芯选择开关24同样，因此省略说明。
如图7所示，本实施方式的检测电路26中，开关S1、S2的结构与第1实施方式的开关S1、S2的结构不同。第1实施方式的开关S1、S2具备a端子～c端子，但本实施方式的开关S1、S2具备a端子～x端子，所具备的端子数量多于第1实施方式的开关S1、S2。
开关S1、S2的b端子连接于接地电压源GND。另一方面，c端子～x端子连接于供给各不相同的基准电压VREF(VREFc～VREFx)的基准电压源VREFc～VREFx。开关S1通过芯片内控制部30的控制，将电容器C3的b端子连接至接地电压源GND或基准电压源VREFc～VREFx中的任一个。而且，开关S2通过芯片内控制部30的控制，将电容器C4的b端子连接至接地电压源GND或基准电压源VREFc～VREFx中的任一个。
即，本实施方式的检测电路26中，能够将与电容器C3、C4的b端子连接的基准电压源切换为基准电压源VREFc～VREFx中的任一个。
另外，基准电压源VREFc～VREFx的数量及所配设的部位并无特别限定，本实施方式中省略了图示，但作为一例，是配设在电池监控LSI 14内部的检测电路26外。
对本实施方式的检测电路26中的电池电压的检测动作进行说明。以下，参照图8及图9，以具有基准电压VREF1、VREF2且对第n个电池电芯Vn的电池电压进行检测的情况为具体例来进行说明。另外，图8及图9中，为了便于图示，省略了说明时不需要的各部的记载。
与第1实施方式的检测电路26中的电池电压的检测动作同样地，在本实施方式的检测电路26中的电池电压的检测动作中，通过从充电状态切换到比较状态，也能够在比较状态下基于从比较器CMP0输出的检测信号的电平来进行电池电压的检测。
当进行第n个电池电芯Vn的电池电压的检测时，芯片内控制部30如图8及图9所示，控制电芯选择开关24的各开关SW及检测电路26的开关S1～S4。另外，若忽略误差，则芯片内控制部30进行开关SW及开关S1～S4的控制的时序相同。
首先，使用基准电压VREF1，芯片内控制部30如图8所示，将电芯选择开关24及检测电路26设为充电状态。
具体而言，芯片内控制部30与第1实施方式同样地，使电芯选择开关24的开关SWn_1选择节点VNn(a端子)，使开关SWn_2选择节点VNn-1(a端子)，将其他开关SW设为非选择状态(a端子及b端子均未选择的状态)。
进而，芯片内控制部30使检测电路26的开关S1选择接地电压源GND(b端子)，使开关S2选择基准电压源VREF1(c端子)(参照图8中的开关S2的实线)，使开关S3选择基准电压源VCOM(b端子)，使开关S4选择基准电压源VCOM(b端子)。
在充电状态下，在各电容器C中充分蓄积电荷之后，芯片内控制部30如图9所示，控制开关SW及开关S1～S4以将电芯选择开关24及检测电路26由充电状态切换到比较状态。
具体而言，与第1实施方式同样地，芯片内控制部30使电芯选择开关24的开关SWn_1选择节点VNn-1(b端子)，使开关SWn_2选择节点VNn(b端子)，将电芯选择开关24的其他开关SW设为非选择状态(a端子及b端子均未选择的状态)。
进而，芯片内控制部30使检测电路26的开关S1选择基准电压源VREF1(c端子)(参照图9中的开关S1的实线)，使开关S2选择接地电压源GND(b端子)，使开关S3选择比较器CMP0的非反相输入端子(c端子)，使开关S4选择比较器CMP0的反相输入端子(c端子)。
基于第1实施方式中的所述(21)式，此时的检测阈值电压能够以下述(22)式来表示。
Vn_th1＝{j/(1+j)+m/(k+m)}/{1/(1+j)+1/(k+m)}×VREF1…(22)
接下来，使用基准电压VREF2，芯片内控制部30如图8所示，将电芯选择开关24及检测电路26再次设为充电状态。关于芯片内控制部30对电芯选择开关24的控制，充电状态的情况和后述比较状态均与使用所述基准电压VREF1的情况同样，因此省略说明。
另一方面，芯片内控制部30使检测电路26的开关S1选择接地电压源GND(b端子)，使开关S2选择基准电压源VREF2(d端子)(参照图8中的开关S2的虚线)，使开关S3选择基准电压源VCOM(b端子)，使开关S4选择基准电压源VCOM(b端子)。
在充电状态下，在各电容器C中充分蓄积电荷之后，芯片内控制部30如图9所示，控制开关SW及开关S1～S4以将电芯选择开关24及检测电路26由充电状态切换到比较状态。
芯片内控制部30使检测电路26的开关S1选择基准电压源VREF2(d端子)(参照图9中的开关S1的虚线)，使开关S2选择接地电压源GND(b端子)，使开关S3选择比较器CMP0的非反相输入端子(c端子)，使开关S4选择比较器CMP0的反相输入端子(c端子)。
基于第1实施方式中的所述(21)式，此时的检测阈值电压能够以下述(23)式来表示。
Vn_th2＝{j/(1+j)+m/(k+m)}/{1/(1+j)+1/(k+m)}×VREF2…(23)
根据所述(21)式及(22)式，根据本实施方式的检测电路26，能够根据基准电压VREF1、VREF2来设定任意的检测阈值电压Vn_th1、Vn_th2。因而，通过切换基准电压VREF1、VREF2来进行检测动作，从而能够使用两个检测阈值电压Vn_th1、Vn_th2各自进行电池电压V的检测。
例如，通过将检测阈值电压Vn_th1的电平设为与过充电检测电压相当的电平，从而在比较状态下从比较器CMP0输出的检测信号为高电平时，能够检测出电池电芯V为过充电状态。而且，通过将检测阈值电压Vn_th2的电平设为与过放电检测电压相当的电平，从而在比较状态下从比较器CMP0输出的检测信号为低电平时，能够检测出电池电芯V为过放电状态。
另外，所述中，对进行电池电芯Vn的电池电压的检测的情况进行了说明，但对于其他电池电芯V也同样，通过从充电状态切换到比较状态，从而能够在比较状态下，基于从比较器CMP0输出的检测信号的电平来进行电池电压的检测。
图10显示了表示与本实施方式中的电池电芯V的电池电压的检测相关的、电芯选择开关24的开关SW及检测电路26的开关S1～S4的连接目标(选择目标)的时序图。
如图10所示，当进行电池电芯V的各电池电压的检测时，从低电压侧的电池电芯V开始依次地，芯片内控制部30对充电状态(参照图10中的“充电”)及比较状态(参照图10中的“比较”)反复进行控制，并且反复进行使用基准电压VREF1的检测“1”及使用基准电压VREF2的检测“2”，从而分时地针对每个电池电芯V来进行电池电压的检测。
通过芯片内控制部30如此进行控制，从而在本实施方式的电池监控LSI14中，例如，如上所述，当比较器CMP0的检测阈值电压Vn_th1的电平为与过充电检测电压相当的电平，检测阈值电压Vn_th2的电平为与过放电检测电压相当的电平时，在检测1及检测2各自的比较状态下，基于从检测电路26的比较器CMP0输出的检测信号OUT的电平，芯片内控制部30检测各电池电芯V是否为过充电状态，而且，检测是否为过放电状态。
另外，图10所示的时序图中，表示了从低电压侧的电池电芯V开始依次地反复进行检测1及检测2的情况，但进行检测1及检测2的时序并不限于此。例如，也可从低电压侧的电池电芯V开始依次进行检测1，在对所有电池电芯V结束检测1之后，从低电压侧的电池电芯V开始依次进行检测2。
[第3实施方式]
所述第2实施方式的检测电路26中，开关S1及开关S2将与电容器C3、C4的b端子连接的基准电压源切换至基准电压源VREFc～VREFx中的任一个，从而能够对比较器CMP0设定多个检测阈值电压V_th。
与此相对，本实施方式的检测电路26中，通过具备电容不同的多个电容器C3、C4，从而能够对比较器CMP0设定多个检测阈值电压V_th。
电池监控系统10的整体结构与第1实施方式大致同样，因此省略说明，对本实施方式的检测电路26进行说明。
图11表示本实施方式的电芯选择开关24及检测电路26的电路结构的一例。另外，图11中，为了便于图示，对于电池电芯V及电芯选择开关24，仅记载了与电池电芯V1、V2、Vn相关的内容。而且，图11中，省略了端子21的记载。
如图11所示，本实施方式的电芯选择开关24与第1实施方式的电芯选择开关24同样，因此省略说明。
如图11所示，本实施方式的检测电路26中，电容器C3包含并联连接的电容器C3′、C3″。而且，本实施方式的检测电路26中，电容器C4具备并联连接的电容器C4′、C4″。
进而，本实施方式的检测电路26具备开关S5、S6。开关S5通过芯片内控制部30的控制，将电容器C3′的a端子或电容器C3″的a端子与节点inp予以连接。具体而言，开关S5的a端子连接于节点inp，b端子连接于电容器C3′的a端子，c端子连接于电容器C3″的a端子。
电容器C3′、C3″各自的b端子连接于开关S1的a端子。
而且，开关S6通过芯片内控制部30的控制，将电容器C4′的a端子或电容器C4″的a端子与节点inn予以连接。具体而言，开关S6的a端子连接于节点inn，b端子连接于电容器C4′的a端子，c端子连接于电容器C4″的a端子。
电容器C4′、C4″各自的b端子连接于开关S2的a端子。
如使用第1实施方式的(21)式所述可知，比较器CMP0的检测阈值电压Vn_th依存于电容器C1～C4的电容比(j、k、m)及基准电压VREF。
例如，通过使电容与电容器C3′不同的电容器C3″和节点inp连接来进行检测动作，由于电容器C1、C2、C3′、C4′中的电容比与电容器C1、C2、C3″、C4"中的电容比不同，因此能够设定不同的任意的检测阈值电压Vn_th。
因而，根据本实施方式的检测电路26，根据所需的检测阈值电压Vn_th，具备电容比不同的电容器C3′、C3"或电容比不同的电容器C4′、C4"，从而能够进行与多个检测阈值电压V_th相应的电池电芯V的检测。例如，基于电容器C1、C2、C3′、C4′中的电容比，根据所述(21)式，能够设定与过充电检测电压相应的检测阈值电压Vn_th1，基于电容器C1、C2、C3″、C4"中的电容比，根据所述(21)式，能够设定与过放电检测电压相应的检测阈值电压Vn_th2。
图12显示了表示与本实施方式中的电池电芯V的电池电压的检测相关的、电芯选择开关24的开关SW及检测电路26的开关S1～S4的连接目标(选择目标)的时序图。
如图12所示，当进行电池电芯V的各电池电压的检测时，从低电压侧的电池电芯V开始依次地，芯片内控制部30对充电状态(参照图10中的“充电”)及比较状态(参照图10中的“比较”)反复进行控制，并且反复进行使用电容器C3′、C4′的检测“1”及使用电容器C3″、C4″的检测“2”，从而分时地针对每个电池电芯V来进行电池电压的检测。
通过芯片内控制部30如此般进行控制，从而在本实施方式的电池监控LSI 14中，例如，如上所述，当比较器CMP0的检测阈值电压Vn_th1的电平为与过充电检测电压相当的电平，检测阈值电压Vn_th2的电平为与过放电检测电压相当的电平时，在检测1及检测2各自的比较状态下，基于从检测电路26的比较器CMP0输出的检测信号OUT的电平，芯片内控制部30检测各电池电芯V是否为过充电状态，而且，检测是否为过放电状态。
另外，图12所示的时序图中，表示了从低电压侧的电池电芯V开始依次地反复进行检测1及检测2的情况，但进行检测1及检测2的时序并不限于此。例如，也可从低电压侧的电池电芯V开始依次地进行检测1，在对所有的电池电芯V结束检测1之后，从低电压侧的电池电芯V开始依次地进行检测2。
另外，图11所示的检测电路26中，表示了可与节点inp连接的两个电容器C3(C3′、C3″)、可与节点inn连接的两个电容器C4(C4′、C4″)，但检测电路26所具备的电容器的数量并不限于此。例如，也可仅具备多个可与节点inp连接的电容器及可与节点inn连接的电容器中的任一者。而且，例如，通过将可与节点inp连接的电容器及可与节点inn连接的电容器的数量设为三个以上，从而能够对比较器CMP0设定更多的检测阈值电压Vn_th。
如以上所说明般，本实施方式的电池监控LSI 14的检测电路26包括：第1电容器群，包含电容器C1及电容器C2，所述电容器C1的一端可切换连接至电池电芯V的正极及负极中的其中一极，所述电容器C2的一端可切换连接至与电容器C1所连接的极相反的另一极；以及比较器CMP0，具备可经由电容器C1而连接至电池电芯V的非反相输入端子、及可经由电容器C2而连接至电池电芯V的反相输入端子，对所连接的电池电芯V的电池电压与检测阈值电压Vn_th进行比较。而且，检测电路26具备第2电容器群，所述第2电容器群包含电容器C3及电容器C4，所述电容器C3在节点inp与开关S1之间，与开关S1串联连接，所述电容器C4在节点inn与开关S2之间，与开关S2串联连接，其中所述节点inp位于电容器C1与比较器CMP0的非反相输入端子之间，所述开关S1切换与接地电压源GND和基准电压源VREF中的任一个的连接状态，所述节点inn位于电容器C2与比较器CMP0的反相输入端子之间，所述开关S2切换与接地电压源GND和基准电压源VREF中的任一个的连接状态。
图13所示的以往的电池监控LSI中，在电芯选择开关124成为导通状态，电池电芯V的正极电压与负极电压被供给至差动放大器126A的状态下，始终有电流流经电阻R1～R4，因此电池电压被消耗。为了抑制电阻R1～R4的消耗电流，必须加大电阻R1～R4的电阻值，但若加大电阻值，则存在电阻R1～R4的设置所需的面积变大的问题。
与此相对，所述各实施方式的检测电路26包含电容器C1～C4与开关S1～S4，并未如以往的检测电路126般具备电阻R1～R4。因此，在电芯选择开关124成为导通状态，电池电芯V的正极电压与负极电压被供给至差动放大器126A的状态下，能够抑制所消耗的电池电压。
因而，根据所述各实施方式的检测电路26，能够实现低消耗电流且小型化。
而且，根据所述各实施方式的检测电路26，与以往的检测电路126相比，能够取代两个比较器(A0、C0)而仅以一个比较器CMP0来实现，因此能够进一步小型化。
而且，根据所述各实施方式的检测电路26，能够根据电容器C1～C4的电容比来对比较器CMP0设定检测阈值电压Vn_th，因此能够减小各电容器C1～C4的电容其自身。因此，根据所述各实施方式的检测电路26，能够进一步小型化。
而且，以往的检测电路126中，当利用检测电路126来进行检测动作时，由于电流流经导通状态的电芯选择开关124的开关SW，因此为了减小电芯选择开关124的导通电阻，必须加大尺寸。另一方面，根据所述各实施方式的检测电路26，在充电状态下将电荷充电至电容器C1～C4之后，在比较状态下进行电池电压的检测，因此可不考虑电芯选择开关24的导通电阻。因而，根据所述各实施方式的检测电路26，能够减小电芯选择开关24的尺寸。
另外，并不限于所述各实施方式的检测电路26，例如也可组合使用各实施方式的检测电路26的结构。例如，也可将第2实施方式与第3实施方式予以组合而构成为能够切换成多个基准电压VREF且能够切换为电容比不同的电容器(C3、C3′及C4、C4′)的检测电路26。
而且，也可由芯片内控制部30具有在所述各实施方式中所述的微型计算机16的功能。例如，芯片内控制部30也可直接控制电芯选择开关24及检测电路26。此时，电池监控系统10也可不具备微型计算机16。
而且，所述各实施方式中，对适用于电池监控系统10中的电池监控LSI14的检测电路26进行了说明，但适用检测电路26的装置并不限定于本实施方式，只要是检测两端子间的电压的检测装置便可适用。
而且，所述各实施方式中，对检测电路26具备电容器C1～C4的情况进行了说明，但电容器C1～C4的一部分或全部所配设的部位并不限定于检测电路26内。例如，也可配设在电池监控LSI 14内的检测电路26外的区域中，而且，例如也可配设在电池监控LSI 14外，并经由端子等而与检测电路26连接。
而且，其他的所述各实施方式中所说明的电池监控系统10及电池监控LSI 14的结构及动作为一例，当然可在不脱离本发明主旨的范围内根据状况来进行变更。

Claims (11)

1.一种半导体装置，其特征在于包括：
第1电容器群，包含第1电容器及第2电容器，所述第1电容器的一端可切换连接至电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第2电容器的一端可切换连接至与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；
比较部，具备可经由所述第1电容器而连接至所述电池电芯的第1输入端子、及可经由所述第2电容器而连接至所述电池电芯的第2输入端子，对所连接的所述电池电芯的电池电压与规定的检测电压进行比较；以及
第2电容器群，包含第3电容器及第4电容器，所述第3电容器在第1节点与第1切换元件之间，与所述第1切换元件串联连接，所述第4电容器在第2节点与第2切换元件之间，与所述第2切换元件串联连接，其中所述第1节点位于所述第1电容器与所述比较部的所述第1输入端子之间，所述第1切换元件切换与包含供给接地电压的接地电压源与至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述第2节点位于所述第2电容器与所述比较部的所述第2输入端子之间，所述第2切换元件切换与所述接地电压源以及所述至少一基准电压源中的任一个的连接状态。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于还包括：
第3切换元件，可将所述第1电容器的一端切换连接至所述比较部的所述第1输入端子及规定的基准电压源中的任一者；以及
第4切换元件，可将所述第2电容器的一端切换连接至所述比较部的所述第2输入端子及所述规定的基准电压源中的任一者。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于还包括：
切换元件群，包含第5切换元件及第6切换元件，所述第5切换元件可将所述第1电容器的一端切换连接至所述电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第6切换元件可将所述第2电容器的一端切换连接至所述电池电芯的与所述第1电容器所连接的极相反的另一极。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
所述比较部针对串联连接的多个电池电芯的每个电池电芯，对所述电池电压与所述规定的检测电压进行比较，
所述切换元件群针对所述多个电池电芯的每个电池电芯而包含所述第5切换元件及所述第6切换元件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述规定的检测电压是根据所述第1电容器、所述第2电容器、所述第3电容器及所述第4电容器的各电容的电容比来决定。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第3电容器具有电容不同的多个电容器，
所述半导体装置还包括第7切换元件，所述第7切换元件可将所述第1节点切换连接至所述第3电容器的多个电容器各自的任一端。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第4电容器具有电容不同的多个电容器，
所述半导体装置还包括第8切换元件，所述第8切换元件可将所述第2节点切换连接至所述第4电容器的多个电容器各自的任一端。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其特征在于还包括：
控制部，进行下述控制，即，在通过所述第1切换元件及所述第2切换元件来使供给所述接地电压的所述接地电压源及一个基准电压源、与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接的状态下经过规定时间后，通过所述第1切换元件及所述第2切换元件来使与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接的接地电压源及基准电压源不同的接地电压源及基准电压源、与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体装置，其特征在于还包括：
检测部，基于从所述比较部输出的信号的电平来检测所述电池电芯的所述电池电压的状态。
10.一种电池监控系统，其特征在于包括：
串联连接的多个电池；以及
半导体装置，包括：
第1电容器群，包含第1电容器及第2电容器，所述第1电容器的一端可切换连接至电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第2电容器的一端可切换连接至与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；
比较部，具备可经由所述第1电容器而连接至所述电池电芯的第1输入端子、及可经由所述第2电容器而连接至所述电池电芯的第2输入端子，对所连接的所述电池电芯的电池电压与规定的检测电压进行比较；
第2电容器群，包含第3电容器及第4电容器，所述第3电容器在第1节点与第1切换元件之间，与所述第1切换元件串联连接，所述第4电容器在第2节点与第2切换元件之间，与所述第2切换元件串联连接，其中所述第1节点位于所述第1电容器与所述比较部的所述第1输入端子之间，所述第1切换元件切换与包含供给接地电压的接地电压源与至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述第2节点位于所述第2电容器与所述比较部的所述第2输入端子之间，所述第2切换元件切换与所述接地电压源以及所述至少一基准电压源中的任一个的连接状态；
切换元件群，包含第5切换元件及第6切换元件，所述第5切换元件可将所述第1电容器的一端切换连接至所述电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第6切换元件可将所述第2电容器的一端切换连接至所述电池电芯的与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；以及
控制部，进行下述控制，即，在通过所述第1切换元件及所述第2切换元件来使供给所述接地电压的所述接地电压源及一个基准电压源、与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接的状态下经过规定时间后，通过所述第1切换元件及所述第2切换元件来使与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接的接地电压源及基准电压源不同的接地电压源及基准电压源、与所述第3电容器的另一端及所述第4电容器的另一端连接。
11.一种检测方法，是借助半导体装置的、电池电芯的电池电压的检测方法，所述半导体装置包括：第1电容器群，包含第1电容器及第2电容器，所述第1电容器的一端可切换连接至所述电池电芯的正极及负极中的其中一极，所述第2电容器的一端可切换连接至与所述第1电容器所连接的极相反的另一极；比较部，具备可经由所述第1电容器而连接至所述电池电芯的第1输入端子、及可经由所述第2电容器而连接至所述电池电芯的第2输入端子，对所连接的所述电池电芯的所述电池电压与规定的检测电压进行比较；以及第2电容器群，包含第3电容器及第4电容器，所述第3电容器在第1节点与第1切换元件之间，与所述第1切换元件串联连接，所述第4电容器在第2节点与第2切换元件之间，与所述第2切换元件串联连接，其中所述第1节点位于所述第1电容器与所述比较部的所述第1输入端子之间，所述第1切换元件切换与包含供给接地电压的接地电压源与至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述第2节点位于所述第2电容器与所述比较部的所述第2输入端子之间，所述第2切换元件切换与所述接地电压源以及所述至少一基准电压源中的任一个的连接状态，所述检测方法的特征在于包含下述处理：
通过所述第1切换元件及所述第2切换元件，将供给所述接地电压的所述接地电压源及一个基准电压源、与所述第3电容器及所述第4电容器予以连接，
在经过规定时间后，通过所述第1切换元件及所述第2切换元件，将与所述第3电容器及所述第4电容器连接的接地电压源及基准电压源不同的接地电压源及基准电压源、与所述第3电容器及所述第4电容器予以连接。
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