CN117525626A - 半导体设备、电池组、控制半导体设备的方法及控制程序 - Google Patents

半导体设备、电池组、控制半导体设备的方法及控制程序 Download PDF

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CN117525626A CN202310866481.3A CN202310866481A CN117525626A CN 117525626 A CN117525626 A CN 117525626A CN 202310866481 A CN202310866481 A CN 202310866481A CN 117525626 A CN117525626 A CN 117525626A
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Abstract

提供了能够精确测量电池剩余容量的半导体设备、电池组、控制半导体设备的方法和控制程序。根据本公开的半导体设备包括：电流测量电路，被配置为测量从电池被提供给作为主机设备的半导体设备的第一电流的电流值和从电池被提供给负载的第二电流的电流值；以及计算电路，被配置为基于在电池从开始放电到结束放电的时段中的第一电流的累积值和第二电流的累积值来计算电池的剩余容量。

Description

半导体设备、电池组、控制半导体设备的方法及控制程序
相关申请的交叉引用
于2022年8月3日提交的日本专利申请No.2022-123755的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及半导体设备、电池组、控制半导体设备的方法和控制程序，并且涉及例如适于精确测量电池的剩余容量的半导体设备、电池组、控制半导体设备的方法和控制程序。
背景技术
本文公开了以下列出的技术。
[专利文件1]日本专利No.6298616
要连接到诸如笔记本计算机或智能电话的负载的电池组由用于向负载供电的电池和用于管理电池的电池管理设备构成。例如，在专利文件1中公开了关于电池组的技术。
发明内容
同时，电池管理设备具有计算电池剩余容量的功能。电池的剩余容量通过从电池的满充电容量(在电池从满充电状态到完全放电的时段中从电池放电的容量)中减去电池的使用容量(在电池从开始放电到结束放电的时段中从电池放电的容量)来计算。因此，期望电池管理设备通过准确地测量电池的满充电容量来准确地测量电池的剩余容量。
这里，在负载的低功率消耗的进展之前，电池管理设备的消耗电流与负载的消耗电流相比小到可忽略，并且因此在对电池的满充电容量的测量中不予考虑。然而，近年来，随着负载的低功耗的进展，与负载的消耗电流相比，电池管理设备的消耗电流的增加尚未变得可忽略。因此，仅考虑负载的消耗电流，电池管理设备不能精确地测量电池的满充电容量。结果，存在不能精确测量电池的剩余容量的问题。根据说明书的描述和附图，其它问题和新颖特征将变得明显。
根据本公开的半导体设备包括：电流测量电路，被配置为测量从电池提供给作为主机设备的半导体设备的第一电流的电流值和从电池提供给负载的第二电流的电流值；以及计算电路，被配置为基于在电池从开始放电到结束放电的时段中的第一电流的累积值和第二电流的累积值来计算电池的剩余容量。
根据本公开的控制半导体设备的方法包括：测量从电池提供给作为主机设备的半导体设备的第一电流的电流值和从电池提供给负载的第二电流的电流值的步骤；以及基于在电池从开始放电到结束放电的时间段中的第一电流的累积值和第二电流的累积值来计算电池的剩余容量的步骤。
根据本公开的控制程序使计算机执行以下过程：测量从电池提供给作为主机设备的半导体设备的第一电流的电流值和从电池提供给负载的第二电流的电流值；以及基于在电池从开始放电到结束放电的时段中的第一电流的累积值和第二电流的累积值来计算电池的剩余容量。
本公开可以提供能够精确测量电池的剩余容量的半导体设备、电池组、控制半导体设备的方法和控制程序。
附图说明
图1是描述了包括根据第一实施例的电池管理设备的电池组的配置示例的框图。
图2是描述了被设置给图1所示的电池组的电池管理设备的基本部分的配置示例的框图。
图3是描述了根据第一实施例的电池管理设备的一部分的配置示例的图。
图4是描述了根据第一实施例的电池管理设备的操作的流程图。
图5是用于描述被设置给根据第一实施例的电池管理设备的计算电路的操作的框线图。
图6是描绘了根据第一实施例的电池管理设备的第一修改示例的图。
图7是描绘了根据第一实施例的电池管理设备的第二修改示例的图。
图8是描绘了测量由图7所示的电池管理设备自消耗的电流的操作的流程图。
图9是描绘了根据第一实施例的电池管理设备的第三修改示例的图。
图10是用于描述图9所示的电池管理设备的操作模式的图。
图11是描绘了图9所示的电池管理设备在负载未连接模式下的状态的图。
图12是描绘了图9所示的电池管理设备在重负载连接模式下的状态的图。
图13是描绘了图9所示的电池管理设备在轻负载连接模式下的状态的图。
图14是描绘了图9所示的电池管理设备在轻负载连接模式下的操作的一个示例的时序图。
图15是描绘了图9所示的电池管理设备在轻负载连接模式下的操作的另一示例的时序图。
图16是描绘了图9所示的电池管理设备在轻负载连接模式下的操作的又一示例的时序图。
图17是描绘了图9所示的电池管理设备在轻负载连接模式下的操作的流程图。
图18是描绘了根据第一实施例的电池管理设备的第四修改示例的图。
图19是描绘了根据第一实施例的电池管理设备的第五修改示例的图。
图20是描绘了根据第二实施例的电池管理设备的一部分的配置示例的图。
图21是描绘了根据第三实施例的电池管理设备的一部分的配置示例的图。
图22是描绘了根据第三实施例的电池管理设备的修改示例的图。
图23是描绘了根据第四实施例的电池管理设备的一部分的配置示例的图。
具体实施方式
下面将参考附图描述实施例。注意，附图被简化，因此实施例的技术范围不应被解释为基于这些附图的图示而变窄。此外，相同的组件用相同的附图标记表示，并且省略其重复描述。
在下面描述的实施例中，为了方便起见，当需要时将在多个节段或实施例中描述本发明。然而，除非另有说明，否则这些节段或实施例不是彼此无关的，并且一个节段或实施例涉及其它节段或实施例的部分或整体作为修改示例、应用示例、详细说明或其补充说明。此外，在下面描述的实施例中，当提及要素的数目(包括件的数目，值，量，范围等)时，要素的数目不限于特定数目，除非另有说明或除了原理上数目明显限于特定数目的情况之外。大于或小于特定数目的数目也是适用的。
另外，在下面描述的实施例中，除非另有说明或者除了组件在原理上明显不可缺少的情况之外，组件(包括要素步骤)不总是不可缺少的。类似地，在下面描述的实施例中，当提及组件的形状、其位置关系等时，除非另有说明或者除了可以想到它们在原理上明显被排除的情况之外，其中包括基本近似和类似的形状等。同样适用于要素的数目(包括件的数目，值，量，范围等)。
<第一实施例>
图1是描绘了包括根据第一实施例的电池管理设备12的电池组1的配置示例的框图。注意，图1还描绘了连接到电池组1的负载50。负载50例如是笔记本计算机、智能电话等。
如图1所示，电池组1包括用于向负载供电的电池11、用于管理电池11的电池管理设备(半导体设备)12、电阻元件(第二电阻元件)Rs、充电/放电FET 14和温度传感器15。
电池11例如是锂离子型电池，并且由串联连接的“m”个电池单元(“m”是等于或大于1的整数)构成。
充电/放电FET 14被设置在连接电池11和负载50的电流路径上。当电池管理设备12在电池11与负载50之间流动的电流中检测到异常时，充电/放电FET 14中断流经电流路径的充电/放电电流。
温度传感器15被设置在电池11附近以检测电池11的温度。更具体地，温度传感器15具有热敏电阻，其中电阻值根据温度而变化，并输出热敏电阻两端之间的电位差。通过从温度电阻特性表等中提取对应于该电位差的温度，提供温度传感器15的周边(即电池11)的温度。
电阻元件Rs被设置在连接电池11和负载50的电流路径上。因此，从电池11提供给负载50的电流流经电阻元件Rs。
电池管理设备12也称为FGIC(电量计集成电路，Fuel Gauge IntegratedCircuit)，其测量电池11的剩余量并保护电池11免受过电压和过电流。
图2是描绘了电池管理设备12的基本部分的配置示例的框图。如图2所示，电池管理设备12至少包括选择器121、电压测量电路122、电流测量电路123、计算电路124、充电/放电控制电路125、通信电路126、存储电路127和电源电路128。
注意，电池管理设备12至少被设置有外部端子VCC、GND、VIN_0至VIN_m-1，VIN_top、TIN、ISENS0、ISENS1、FOUT和DT。电池11的输出电压(电池11的正极侧端子的电压)从电池管理设备12的外部被提供给外部端子VCC。电池11的基准电压(电池11的负极侧端子的电压)从电池管理设备12的外部被提供给外部端子GND。在本实施例中，将以电池11的基准电压为0V的情况为例进行说明。电池11的负极侧端子的电压从电池管理设备12的外部被提供给外部端子VIN_0。构成电池11的m个电池单元之间的节点的电压从电池管理设备12的外部被提供给相应外部端子VIN_1至VIN_m-1。电池11的正极侧端子的电压从电池管理设备12的外部被提供给外部端子VIN-top。温度传感器15的输出电压(根据由温度传感器15检测到的温度的电压)从电池管理设备12的外部被提供给外部端子TIN。电阻元件Rs的两端之间的电压从电池管理设备12的外部被提供给外部端子ISENS0和ISENS1。电池管理设备12经由外部端子FOUT朝向充电-放电FET 14输出控制信号。此外，电池管理设备12经由外部端子DT向负载50发送数据和从负载50接收数据。
选择器121基于计算电路124的计算结果等，至少选择并输出以下中的任一电压：电池11的正极侧端子和负极侧端子的电压，构成电池11的m个电池单元之间的相应节点的电压，以及温度传感器15的输出电压。例如，选择器121还可以选择并输出电池11的正极侧端子和负极侧端子之间的电位差(即，电池11的正极侧端子和负极侧端子中的每一者的电压)。
电压测量电路122测量由选择器121选择的电压。注意，当选择器121选择电池11的正极侧端子和负极侧端子之间的电位差时，电压测量电路122测量电池11的正极侧端子和负极侧端子之间的电位差。电池11的正极侧端子和负极侧端子之间的电位差对应于电池11的输出电压。
电流测量电路123测量流经电阻元件Rs的电流(第二电流)的电流值Isense。换言之，电流测量电路123测量从电池11向负载50提供的电流的电流值Isense。例如，电流测量电路123具有AD转换器，该AD转换器检测电阻元件Rs的两端之间的电位差，并且基于电阻元件Rs的电阻值和由AD转换器检测到的电阻元件Rs的两端之间的电位差来计算流经电阻元件Rs的电流的电流值Isense。
计算电路124对由电压测量电路122进行测量的结果、由电流测量电路123进行测量的结果、由稍后描述的电流测量电路129进行测量的结果等执行预定计算过程，然后计算电路124基于计算过程的结果来指示电池管理设备12的每个功能块执行预定操作。例如，计算电路124指示通信电路126向负载50发送通过由计算电路124执行该过程而获得的数据或接收从负载50发送的数据。此外，当在电池11和负载50之间流动的电流中检测到异常时，计算电路124指示充电/放电控制电路125中断流经电流路径的充电/放电电流。
在存储电路127中，存储由计算电路124执行的计算过程的结果、在计算过程中生成的中间数据等。此外，存储电路127已经根据电池11的输出电压(电池11的两端之间的电位差)在其中存储了关于电池的充电率的信息。例如，存储电路127中存储有在电池11的输出电压为最大值时指示电池11的充电率为100％的信息和在电池11的输出电压为最小值时指示电池11的充电率为0％的信息。
电源电路128被设置在外部端子VCC与GND之间，并且生成电池管理设备12的每个内部电路(每个功能块)的操作电压。换言之，电源电路128将电池11的输出电压转换为适于电池管理设备12的内部电路的操作的电压，并且输出经转换的电压。电池管理设备12的内部电路由电源电路128所生成的电压驱动。
这里，电池管理设备12还包括电流测量电路129(图2中未示出)，该电流测量电路129测量从电池11向电池管理设备12提供的电流(第一电流)的电流值Iic。
图3是描绘了电池管理设备12的一部分的配置示例的图。如图3所示，电池管理设备12还包括电流测量电路129。电流测量电路129至少具有例如电阻元件(第一电阻元件)R1和AD转换器1291。
电阻元件R1被设置在外部端子VCC与电源电路128的高电位侧端子之间。由于电池11的输出电压从电池管理设备12的外部被提供给外部端子VCC，所以从电池11向电池管理设备12提供的电流流经电阻元件R1。AD转换器1291检测电阻元件R1两端之间的电位差。更具体地，AD转换器1291将电阻元件R1两端之间的电位差转换为数字信号，并且将其输出。这里，由于电阻元件R1的电阻值是预先确定的，因此可以根据由AD转换器1291检测到的电阻元件R1两端之间的电位差来计算流经电阻元件R1的电流的电流值Iic。因此，由AD转换器1291进行检测的结果可以被用作流经电阻元件R1的电流的电流值Iic的测量结果。
计算电路124基于流经电阻元件R1的电流的电流值Iic的累积值(即，从电池11向电池管理设备12提供的电流)和流经电阻元件Rs的电流的电流值Isense的累积值(即，从电池11向负载50提供的电流)，来计算电池11在电池11从开始放电到结束放电的时段中使用的使用容量Quse。使用容量Quse是在从电池11的放电开始到电池11的放电结束的时段中放电的容量。使用容量Quse可以被表示为下面的等式(1)。
[等式1]
Quse＝∫Isense dt+∫Iic dt…(1)
此外，电池11的满充电容量Qmax可以被表示为以下等式(2)。注意，满充电容量Qmax是在电池从满充电状态到完全放电状态的时段中从电池放电的容量。术语“SOCa”指示在电池11开始放电时的电池11的充电率，术语“SOCb”指示在电池11结束放电时的电池的充电率。
[等式2]
这里，电池11的剩余容量Qrem通过从满充电容量Qmax中减去使用容量Quse而得到。因此，计算电路124可以基于使用容量Quse和满充电容量Qmax中的每一者的测量结果来计算剩余容量Qrem。
(电池管理设备12的操作)
接下来，将参考图4和图5描述电池管理设备12的操作。图4是描绘了电池管理设备12的操作的流程图。图5是用于描绘被设置给电池管理设备12的计算电路124的操作的框线图。如图5所示，电池管理设备12的操作可以分为硬件(HW)操作和固件(FW)操作。注意，图5所示的步骤S101至S106的过程对应于图4所示的步骤S101至S106的过程。
首先，开始电池11的放电。此时，电池管理设备12在电池11开始放电时测量电池11的输出电压。这里，存储电路127已经在其中存储了关于与电池11的输出电压相对应的电池11的充电率的信息。因此，电池管理设备12能够根据在电池11开始放电时的电池11的输出电压来提取在电池11开始放电时的充电率SOCa(步骤S101)。
然后，在电池11从开始放电到结束放电的时段中，电池管理设备12测量流经电阻元件Rs的电流(即，从电池11向负载50提供的电流)的电流值Isense(步骤S102)。
此外，在电池11从开始放电到结束放电的时段中，电池管理设备12测量流经电阻元件R1的电流(即，从电池11向电池管理设备12提供的电流)的电流值Iic(步骤S103)。
然后，电池管理设备12基于在电池11从开始放电到结束放电的时段中的电流值Isense的累积值和电流值Iic的累积值，来计算电池11的使用容量Quse(步骤S104)。具体地，电池管理设备12通过使用上述等式(1)来计算电池11的使用容量Quse。
此外，电池管理设备12在电池11结束放电时测量电池11的输出电压。这里，存储电路127已经在其中存储了关于与电池11的输出电压相对应的电池11的充电率的信息。因此，电池管理设备12能够根据在电池11结束放电时的电池11的输出电压来提取在电池11结束放电时的充电率SOCb(步骤S105)。
这里，电池管理设备12基于放电开始时的电池充电率SOCa、放电结束时的电池充电率SOCb以及电池11的使用容量Quse来计算电池的满充电容量Qmax(步骤S106)。具体地，电池管理设备12通过使用上述等式(2)来计算电池11的满充电容量Qmax。根据电池11的使用容量Quse和满充电容量Qmax，电池管理设备12可以计算电池11的剩余容量Qrem。
以此方式，电池管理设备12不仅基于负载50的消耗电流的电流值Isense的累积值而且基于在从电池11开始放电到结束放电的时段中的自消耗电流的电流值Iic的累积值来测量电池11的使用容量Quse和满充电容量Qmax，并且基于这些测量结果来计算电池11的剩余容量Qrem。由此，与不考虑自耗电流的电流值Iic而计算电池11的剩余容量Qrem的情况相比，电池管理设备12能够更精确地计算电池11的剩余容量Qrem。因此，电池管理设备12即使在诸如产品运输的长期存储之后激活时也能够精确地计算电池11的剩余容量Qrem。
<电池管理设备12的第一修改示例>
图6是被描绘为电池管理设备12a的电池管理设备12的第一修改示例的图。电池管理设备12a还包括外部端子CAL。外部端子CAL连接到电源电路128的高电位侧端子，并且还连接到电阻元件R1的与连接到外部端子VCC的一端子不同的另一端子。
在电池管理设备12a的外部，在外部端子CAL和VCC之间设置恒流源17，并且在外部端子CAL和GND之间设置电池16。注意，可以使用现有的外部终端来代替外部终端CAL。
注意，电池管理设备12a的操作模式至少包括执行正常操作的正常操作模式和执行校准的校准模式。电池管理设备12a被配置为使得：当操作模式是校准模式时，由恒定电流源17生成的基准电流从外部端子VCC经由电阻元件R1流到外部端子CAL。此时，例如，在电池管理设备12a中，调整AD转换器1291以正确地检测由电阻元件R1的电阻值和基准电流的电流值确定的电阻元件R1的两端之间的电位差。电池管理设备12a的其它结构与电池管理设备12的结构类似，因此在此不对其进行描述。
<电池管理设备12的第二修改示例>
图7是被描绘为电池管理设备12b的电池管理设备12的第二修改示例的图。与电池管理设备12相比，电池管理设备12b不包括电阻元件R1和AD转换器1291，而是包括开关元件SW11和SW12以及开关控制电路130。注意，代替电阻元件R1，电阻元件R4被设置在电池管理设备12b的外部。此外，代替AD转换器1291，使用现有的电压测量电路122。
开关元件(第一开关元件)SW11被设置在外部端子VCC与电源电路128的高电位侧端子之间。开关元件(第二开关元件)SW12被设置在外部端子VBAT与电源电路128的高电位侧端子之间。开关控制电路130例如按照从计算电路124输出的指令来将开关元件SW11和SW12切换为导通ON和关断OFF。
在电池管理设备12b的外部，在外部端子VBAT与电池11的正极侧端子之间设置电阻元件R4，该电阻元件R4的电阻值比外部端子VCC与电池11的正极侧端子之间的电流路径上的电阻组件R3大。例如，当电阻组件R3的电阻值约为10Ω时，电阻元件R4的电阻值约为较大的1kΩ。
电池管理设备12b的其它结构与电池管理设备12的结构类似，因此在此不对其进行描述。
图8是描绘了测量电池管理设备12b所自消耗的电流的操作的流程图。注意，电池管理设备12b的操作模式至少包括自耗电流测量模式和的正常操作模式，在自耗电流测量模式下测量自耗电流，在正常操作模式下执行正常操作而无需测量自耗电流。
首先，当操作模式是正常操作模式时，电池管理设备12b导通开关元件SW11并且关断开关元件SW12。由此，电池11的输出电压经由外部端子VCC被提供给电源电路128。
然后，电池管理设备12b的操作模式从正常操作模式切换到自耗电流测量模式。因此，电池管理设备12b将开关元件SW12从关断状态切换到导通状态(步骤S201)，并且将开关元件SW11从导通状态切换到关断状态(步骤S202)。由此，电流从电池11经由电阻值较大的电阻元件R4流到电池管理设备12b。此外，此时，选择器121选择并输出外部端子VBAT和VIN_top中的每一者的电位差。即，此时，选择器121选择并输出电阻元件R4两端之间的电位差。由此，电压测量电路122检测电阻元件R4两端之间的电位差。更具体地，电压测量电路122是AD转换器，其将电阻元件R4两端之间的电位差转换为数字信号并将其输出(步骤S203)。这里，由于电阻元件R4的电阻值是预先确定的，因此可以根据由电压测量电路122检测到的电阻元件R4两端之间的电位差来计算流经电阻元件R4的电流的电流值Iic。因此，电压测量电路122的测量结果可以被用作流经电阻元件R4的电流的电流值Iic的测量结果。注意，电压测量电路122的测量结果(AD转换值)存储在寄存器中，并且用于计算使用容量。然后，电池管理设备12b将开关元件SW11从关断状态切换到导通状态(步骤S205)，并且将开关元件SW12从导通状态切换到导通状态(步骤S206)。由此，电池管理设备12b的操作模式从自耗电流测定模式切换为正常操作模式。
以此方式，电池管理设备12b可以发挥与电池管理设备12的效果几乎相同的效果。此外，通过使用具有大电阻值的电阻元件R4，电池管理设备12b可以更精确地测量自耗电流的电流值Iic。此外，电池管理设备12b不需要包括具有大电阻值的电阻元件R4，因此，可以缩小电路规模。
<电池管理设备12的第三修改示例>
图9是被描绘为电池管理设备12c的电池管理设备12的第三修改示例的图。与电池管理设备12相比，电池管理设备12c还包括开关元件SW21和SW22、比较器电路131以及开关控制电路132。此外，电池管理设备12c不包括电流测量电路123，并且AD转换器1291也起到电流测量电路123的作用。
开关元件SW21和SW22各自起到选择器的作用，该选择器选择并输出电阻元件R1两端之间的电位差和电阻元件Rs两端之间的电位差中的任一者。具体地，开关元件SW21被设置为选择性地允许电阻元件R1的一个端子或电阻元件Rs的一个端子连接到AD转换器1291的一个输入端子。开关元件SW22被设置为选择性地允许电阻元件R1的另一端子或电阻元件Rs的另一端子连接到AD转换器1291的另一输入端子。比较器电路131将电阻元件Rs两端之间的电位进行比较。开关控制电路132基于由比较器电路131进行比较的结果、经由外部端子SYSIN从外部获取的信息等以及由计算电路124作出的指令，在导通状态和关断状态之间切换例如开关元件SW21和SW22。
电池管理设备12c的其它结构与电池管理设备12的结构类似，因此在此不对其进行描述。
图10是用于描述电池管理设备12c的操作模式的图。如图10所示，电池管理设备12c的操作模式包括：负载未连接模式(第一模式)，在负载未连接模式下电池11未连接到负载50；重负载连接模式(第二模式)，在重负载连接模式下电池11连接到正常操作的负载50；以及轻负载连接模式(第三模式)，在轻负载连接模式下电池11连接到停止操作的负载50。
首先，参考图11描述电池管理设备12c在负载未连接模式作为电池管理设备12c的操作模式的情况下的操作。图11是描绘了电池管理设备12c在负载未连接模式下的状态的图。
在负载未连接模式下，电池11不连接到负载50。当电池11未连接到负载50时，从电池11向负载50提供的电流的电流值Isense基本上为0A。另一方面，由于电池管理设备12c保持操作，因此从电池11向电池管理设备12c提供的电流的电流值Iic在电流值Isense中占主导。此时，开关控制电路132通过例如经由外部端子SYSIN接收指示负载50未连接到电池11的信息或从比较器电路131接收指示电阻元件Rs两端之间的电位差接近0V(即，电流不流经电阻元件Rs)的比较结果，来确定操作模式是负载未连接模式。
在这种情况下，开关控制电路132使开关元件SW21和SW22选择电阻元件R1两端之间的电位差，并且将其朝向AD转换器1291输出。由此，AD转换器1291检测电阻元件R1两端之间的电位差。更具体地，AD转换器1291将电阻元件R1两端之间的电位差转换为数字信号。这里，由于电阻元件R1的电阻值是预先确定的，因此可以根据由AD转换器1291检测到的电阻元件R1两端之间的电位差来计算流经电阻元件R1的电流的电流值Iic。因此，由AD转换器1291进行检测的结果可以被用作流经电阻元件R1的电流的电流值Iic的测量结果。
接下来，参考图12描述电池管理设备12c在重负载连接模式作为电池管理设备12c的操作模式的情况下的操作。图12是描绘了电池管理设备12c在重负载连接模式下的状态的图。
在重负载连接模式下，电池11连接到正常操作的负载50。在这种情况下，负载50消耗的电流较大。即，从电池11向负载50提供的电流的电流值Isense在从电池11向电池管理设备12c提供的电流值Iic中占主导。此时，开关控制电路132通过例如经由外部端子SYSIN接收指示负载50连接到电池11的信息或从比较器电路131接收指示电阻元件Rs两端之间的电位差等于或大于预定值(即，电流值Isense等于或大于预定值)的比较结果，来确定操作模式是重负载连接模式。
在这种情况下，开关控制电路132使开关元件SW21和SW22选择电阻元件Rs两端之间的电位差，并且将其朝向AD转换器1291输出。由此，AD转换器1291检测电阻元件Rs两端之间的电位差。更具体地，AD转换器1291将电阻元件Rs两端之间的电位差转换为数字信号。这里，由于电阻元件Rs的电阻值是预先确定的，因此可以根据由AD转换器1291检测到的电阻元件Rs两端之间的电位差来计算流经电阻元件Rs的电流的电流值Isense。因此，AD转换器1291的检测结果可以被用作流经电阻元件Rs的电流的电流值Isense的测量结果。
接下来，参考图13描述电池管理设备12c在轻负载连接模式作为电池管理设备12c的操作模式的情况下的操作。图13是描绘了电池管理设备12c在轻负载连接模式下的状态的图。
在轻负载连接模式下，电池11连接到停止操作的负载50。停止操作的负载50意味着处于例如睡眠状态或其对应状态的负载50。在这种情况下，由于电流值Isense和电流值Iic都不可忽略，因此测量电流值Isense和电流值Iic。这里，在轻负载连接模式下，由于负载50的操作被限制为预定的静止操作，所以电流值Isense和电流值Iic的各自波动都很小。因此，电池管理设备12c交替地测量电流值Isense和电流值Iic，并且在根据电流值Iic等的测量值来估计在电流值Isense的测量期间的电流值Iic并且根据电流值Isense等的测量值来估计在电流值Iic的测量期间的电流值Isense之后，计算电流值Isense和Iic在轻负载连接模式的时段中的累积值。
图14是描绘了电池管理设备12c在轻负载连接模式下的操作的一个示例的时序图。在图14中，术语“V”表示电池电压的测量，术语“T”表示电池温度的测量，术语“Cs”表示电流值Isense的测量，以及术语“Ci”表示电流值Iic的测量。
在图14的示例中，电池管理设备12c在每隔一秒切换这些测量的同时测量电流值Isense和电流值Iic。此外，电池管理设备12c每隔一秒测量电池电压和电池温度。注意，电流值Isense的测量和电流值Iic的测量可以不是每隔一秒而是每隔预定时间进行切换。
例如，当轻负载连接模式的时段为20秒时，电流值Isense的测量时间为10秒，电流值Iic的测量时间为10秒。然而，同样在电流值Isense的测量期间，电流从电池11被提供被电池管理设备12c。类似地，在电流值Iic的测量期间，电流也从电池11被提供给负载50。因此，在根据电流值Isense等的测量值来估计在电流值Iic的测量期间的电流值Isense之后，电池管理设备12c计算电流值Isense在轻负载连接模式的时段(这里，20秒)中的累积值。类似地，在根据电流值Iic等的测量值来估计在电流值Isense的测量期间的电流值Iic之后，电池管理设备12c计算电流值Iic在轻负载连接模式的时段(这里，20秒)中的累积值。
图15是描绘了电池管理设备12c在轻负载连接模式下的操作的另一示例的时序图。在图15中，术语“V”表示电池电压的测量，术语“T”表示电池温度的测量，术语“Cs”表示电流值Isense的测量，以及术语“Ci”表示电流值Iic的测量。
在图15的示例中，电池管理设备12c以预定周期(每X秒)执行电流值Isense的测量、电流值Iic的测量、电池电压的测量和电池温度的测量。更具体地，作为第一测量模式P1，在一个周期中，电池管理设备12c首先执行电流值Isense的测量，接着执行电流值Iic的测量，然后同时执行电池电压的测量和电池温度的测量。计算电流值Isense的累积值的方法和计算电流值Iic的累积值的方法基本上类似于图14的示例的方法，因此在此不对其进行描述。注意，电流值Isense和Iic的测量不仅在预定周期中被执行，而且考虑到电源电路128的消耗电流具有大的温度依赖性的事实，可以在温度变化程度超过阈值时被执行。
图16是描绘了电池管理设备12c在轻负载连接模式下的操作的又一示例的时序图。在图16中，术语“V”表示电池电压的测量，术语“T”表示电池温度的测量，术语“Cs”表示电流值Isense的测量，以及术语“Ci1”和“Ci2”表示电流值Iic的测量。这里，术语“Ci1”表示将单独执行的电流值Iic的测量，以及术语“Ci2”表示将与电池电压的测量和电池温度的测量同时执行的电流值Iic的测量。
在图16的示例中，电池管理设备12c以预定周期(每X秒)执行电流值Isense的测量、电流值Iic的测量、电池电压的测量和电池温度的测量。更具体地，作为第二测量模式P2，在一个周期中，电池管理设备12c首先执行电流值Isense的测量，接着执行电流值Iic的测量，然后同时执行电流值Iic的测量、电池电压的测量和电池温度的测量。由此，考虑到消耗电流通过电池电压的测量和电池温度的测量而瞬时增大的事实，可以计算电流值Iic的累积值。
在这种情况下，电池11在轻负载连接模式下的使用容量Quse可以被表示为下面的等式(3)。此外，Iic1是单独测量的电流值Iic的测量值，Iic2是与电池电压的测量和电池温度的测量同时测量的电流值Iic的测量值。
[等式3]
图17是描绘了电池管理设备12c在轻负载连接模式下的操作的流程图。图17的操作对应于图15的操作。
首先，当操作模式变为轻负载连接模式时(步骤S501中的“是”)，电池管理设备12c使开关元件SW21和SW22选择电阻元件Rs两端之间的电位差，并且将其朝向AD转换器1291输出(步骤S502)。由此，AD转换器1291检测电阻元件Rs两端之间的电位差。更具体地，AD转换器1291将电阻元件Rs两端之间的电位差转换为数字信号。这里，由于电阻元件Rs的电阻值是预先确定的，因此可以根据由AD转换器1291检测到的电阻元件Rs两端之间的电位差来计算流经电阻元件Rs的电流的电流值Isense。因此，AD转换器1291的检测结果可以被用作流经电阻元件Rs的电流的电流值Isense的测量结果。所测量的电流值Isense被累积(步骤S503)并被存储在寄存器中(步骤S504)。在寄存器中存储的电流值Isense的累积值用于在轻负载连接模式结束之后计算电池11在轻负载连接模式的时段中的使用容量Quse。
然后(在本示例中，在经过一秒之后)，电池管理设备12c使开关元件SW21和S22选择电阻元件R1两端之间的电位差，并且将其朝向AD转换器1291输出(步骤S505)。由此，AD转换器1291检测电阻元件R1两端之间的电位差。更具体地，AD转换器1291将电阻元件R1两端之间的电位差转换为数字信号。这里，由于电阻元件R1的电阻值是预先确定的，因此可以根据由AD转换器1291检测到的电阻元件R1两端之间的电位差来计算流经电阻元件R1的电流的电流值Iic。因此，由AD转换器1291进行检测的结果可以被用作流经电阻元件R1的电流的电流值Iic的测量结果。所测量的电流值Iic被累积(步骤S506)并且被存储在寄存器中(步骤S507)。在寄存器中存储的电流值Iic的累积值用于在轻负载连接模式结束之后计算电池11在轻负载连接模式的时段中的使用容量Quse。
然后(在本示例中，在经过两秒之后)，过程等待，直到“X-2”秒过去(步骤S508)。在等待之后，当操作模式是轻负载连接模式时，在下一周期中执行步骤S502至S508的过程。然后，当操作模式不再是轻负载连接模式时(步骤S501中的否)，电池管理设备12c计算电池11在轻负载连接模式的时段中的使用容量Quse以完成操作。
以此方式，由于电池管理设备12c可以通过使用公共AD转换器1291来测量电流值Iic和Isense，因此可以抑制电路规模的增加。此外，由于电池管理设备12c间歇地测量电流值Iic和Isense中的每一者，因此可以使测量时间比在任何时间测量电流值Iic和Isense中的每一者的情况下的测量时间短。
<电池管理设备12的第四修改示例>
图18是被描绘为电池管理设备12d的电池管理设备12的第四修改示例的图。与电池管理设备12相比，电池管理设备12d还包括加法器电路1292。此外，电池管理设备12d不包括电流测量电路123，并且AD转换器1291也起到电流测量电路123的作用。
加法器电路1292将电阻元件R1两端之间的电位差V1与电阻元件Rs两端之间的电位差V2相加，并且输出其结果。AD转换器1291检测由加法器电路1292作出的相加结果V3(＝V1+V2)。更具体地，AD转换器1291将加法器电路1292作出的相加结果V3转换为数字信号，并且将其输出。这里，由于电阻元件R1和Rs的电阻值各自是预先确定的，因此可以根据由AD转换器1291检测到的电位差V3来计算分别流经电阻元件R1和Rs的电流的电流值Iic和Isense的总值。因此，由AD转换器1291进行检测的结果可以被用作分别流经电阻元件R1和R5的电流的电流值Iic和Isense的总值的测量结果。
在电池管理设备12d中，电阻元件R1和Rs的电阻值需要基本上彼此相等，或者电阻元件Rs两端之间的电位差需要被放大。然而，由于电流值Iic和Isense可以由公共AD转换器1291测量，所以可以抑制电路规模的增加。此外，在电池管理设备12d中，电流值Iic和Isense的测量结果被收集为一个测量结果，因此，可以原样使用与仅使用例如电流值Isense的测量结果来计算电池11的剩余容量时所使用的固件相同的固件。
<电池管理设备12的第五修改示例>
图19是被描绘为电池管理设备12e的电池管理设备12的第五修改示例的图。与电池管理设备12相比，电池管理设备12e还包括加法器电路1294。
加法器电路1294将AD转换器1291的检测结果(即，与电阻元件R1两端之间的电位差对应的数字信号)与作为AD转换器的电流测量电路123的检测结果(即，与电阻元件Rs两端之间的电位差对应的数字信号)相加，并且输出其结果。由加法器电路1294进行相加的结果可以被用作分别流经电阻元件R1和R5的电流的电流值Iic和Isense的总值的测量结果。
在电池管理设备12e中，电流值Iic和Isense的测量结果被收集为一个测量结果，因此，可以原样使用与仅使用例如电流值Isense的测量结果来计算电池11的剩余容量时所使用的固件相同的固件。
<第二实施例>
图20是描绘了根据第二实施例的电池管理设备22的一部分的配置示例的图。在电池管理设备12具有被设置在外部端子VCC与电源电路128的高电位侧端子之间的电阻元件R1的同时，电池管理设备22具有被设置在外部端子GND与电源电路128的低电位侧电源端子之间的电阻元件R1。电池管理设备22的其它结构类似于电池管理设备12的那些结构，因此在此不对其进行描述。
电池管理设备22可以发挥与电池管理设备12的效果几乎相同的效果。此外，应注意，在电池管理设备12a至12e中，可以在外部端子GND与电源电路128的低电位侧端子之间设置电流测量电路129或其等效电路，来代替在外部端子VCC与电源电路128的高电位侧端子之间设置电流测量电路129或其等效电路。
<第三实施例>
图21是描绘了根据第三实施例的电池管理设备32的一部分的配置示例的图。在电池管理设备12具有被设置在外部端子VCC与电源电路128的高电位侧端子之间的电阻元件R1的同时，电池管理设备32具有分别被设置在外部端子VCC与“n”个功能块B_1至B_n的高电位侧外部端子之间的“n”个电阻元件(“n”是等于或大于2的整数)R1_1至R1_n。注意，功能块B_1至B_n是电池管理设备32的内部电路，并且每个功能块包括例如计算电路124、充电/放电控制电路125等。
此外，代替AD转换器1291，电池管理设备32具有“n”个AD转换器1291_1至1291_n，每个AD转换器检测在电阻元件R1_1至R1_n中的每个电阻元件的两端之间的电位差。电池管理设备32的其它结构类似于电池管理设备12的那些结构，因此在此不对其进行描述。
这里，由于电阻元件R1_1至R1_n的电阻值是预先确定的，因此可以根据由AD转换器1291_1至1291_n分别进行检测的结果来计算流经电阻元件R1_1至R1_n的电流的电流值Iic_1至Iic_n。因此，由AD转换器1291_1至1291_n进行检测的结果可以分别被用作流经电阻元件R1_1至R1_n的电流的电流值Iic_1至Iic_n的测量结果。注意，电流值Iic_1至Iic_n的总值对应于电流值Iic。
电池管理设备32可以发挥与电池管理设备12的效果几乎相同的效果。此外，由于电池管理设备32可以检测被提供给每个功能块的电流的电流值，因此可以标识故障的功能块。
<电池管理设备32的修改示例>
图22是被描绘为电池管理设备32a的电池管理设备32的修改示例的图。电池管理设备32a包括选择器1295和代替多个AD转换器1291_1至1291_n的一个AD转换器1291。选择器1295选择性地输出电阻元件R1_1至R1_N两端之间的电位差中的任何电位差。AD转换器1291检测由选择器1295选择的电位差。电池管理设备32a的其它结构与电池管理设备32的结构类似，因此在此不对其进行描述。电池管理设备32a可以发挥与电池管理设备32的效果几乎相同的效果。
<第四实施例>
图23是描绘了根据第四实施例的电池管理设备42的一部分的配置示例的图。电池管理设备42还包括比较器电路133和保护电路134，该比较器电路133将电阻元件R1两端处的电位进行比较，该保护电路134在比较器电路133输出指示电阻元件R1两端之间的电位差等于或大于阈值的比较结果时保护电池管理设备42免受从电池11被提供给电池管理设备42的过电压或过电流的影响。电池管理设备42的其它结构类似于电池管理设备12的那些结构，因此在此不对其进行描述。
电池管理设备42可以发挥与电池管理设备12的效果几乎相同的效果。此外，电池管理设备42可以保护电池管理设备42免受从电池11被提供给电池管理设备42的过电压或过电流中的至少一者。
本发明不限于上述实施例，并且在本发明的范围内可以适当地变化。
此外，在本发明中，可以通过使中央处理单元(CPU)执行计算机程序来实现电池管理设备12的部分或整个过程。
上述程序包括指令组(或软件代码)，用于使计算机在被读入计算机时执行在实施例中所描述的一个或多个功能。该程序可以存储在非瞬时计算机可读介质或基本存储介质中。计算机可读介质或基本存储介质不受限制，但被示例为随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、固态驱动器(SSD)、任何其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)、蓝光(注册商标)、盘、任何其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或任何其它磁存储设备。该程序可以在瞬时计算机可读介质或通信介质上被传送。瞬态计算机可读介质或通信介质不受限制，而是被示例为电、光、音频或任何其它形式的传播信号。

Claims (16)

1.一种半导体设备，包括：
电流测量电路，被配置为测量第一电流的电流值和第二电流的电流值，所述第一电流从电池被提供给作为主机设备的半导体设备，所述第二电流从所述电池被提供给负载；以及
计算电路，被配置为：基于在所述电池从开始放电到结束放电的时段中的所述第一电流的累积值和所述第二电流的累积值，计算所述电池的剩余容量。
2.根据权利要求1所述的半导体设备，还包括：
存储电路，被配置为根据所述电池的输出电压来存储关于所述电池的充电率的信息；
其中所述计算电路除了基于在所述电池从开始放电到结束放电的所述时段中的所述第一电流的累积值和所述第二电流的累积值之外，还基于根据在所述电池开始放电时所述电池的输出电压从所述存储电路提取的所述电池的充电率以及根据在所述电池结束放电时所述电池的输出电压从所述存储电路提取的所述电池的充电率，来计算所述电池的所述剩余容量。
3.根据权利要求1所述的半导体设备，
其中所述电流测量电路包括：
第一电阻元件，被设置在向其提供所述电池的输出电压的第一外部端子与电源电路的高电位侧端子之间，所述电源电路被配置为生成所述半导体设备的内部电路的操作电压；以及
AD转换器，被配置为检测所述第一电阻元件的两端之间的电位差；
其中根据由所述AD转换器进行检测的结果的电流值被用作由所述电流测量电路进行测量的指示所述第一电流的电流值的结果。
4.根据权利要求3所述的半导体设备，还包括：
第二外部端子，连接到所述第一电阻元件的另一端子，所述另一端子不同于所述第一电阻元件的连接到所述第一外部端子的一个端子，并且所述第二外部端子还连接到所述电源电路的所述高电位侧端子，
其中所述半导体设备被配置为使得：当操作模式是校准模式和正常操作模式中的所述校准模式时，参考电流从所述第一外部端子经由所述第一电阻元件流到所述第二外部端子。
5.根据权利要求1所述的半导体设备，还包括：
第一开关元件，被设置在向其提供所述电池的输出电压的第一外部端子与电源电路的高电位侧端子之间，所述电源电路被配置为生成所述半导体设备的内部电路的操作电压；
第二开关元件，被设置在所述电源电路的所述高电位侧端子与第三外部端子之间，所述电池的输出电压经由第三电阻元件被提供给所述第三外部端子，所述第三电阻元件的电阻值大于电阻组件在连接所述电池和所述负载的电流路径上的电阻值；以及
开关控制电路，被配置为：当操作模式是正常操作模式和自耗电流测量模式中的所述正常操作模式时，接通所述第一开关元件并断开所述第二开关元件，并且当所述操作模式是所述自耗电流测量模式时，断开所述第一开关元件并接通所述第二开关元件；
选择器，被配置为：至少当所述操作模式是所述自消耗电流测量模式时，选择并输出所述电池的正极侧端子与所述第三外部端子之间的电位差；以及
AD转换器，被配置为检测由所述选择器选择的所述电位差，
其中当所述操作模式是所述自耗电流测量模式时根据由所述AD转换器进行检测的结果的电流值，被用作由所述电流测量电路进行测量的指示所述第一电流的电流值的结果。
6.根据权利要求1所述的半导体设备，
其中所述电流测量电路包括：
第一电阻元件，被设置在向其所述电池的输出电压的第一外部端子与电源电路的高电位侧端子之间，所述电源电路被配置为生成所述半导体设备的内部电路的操作电压；
选择器，被配置为选择性地输出所述第一电阻元件的两端之间的电位差或第二电阻元件的两端之间的电位差，所述第二电阻元件被设置在连接所述电池和所述负载的电流路径上，并且从所述电池向所述负载提供的所述第二电流流经所述第二电阻元件；
开关控制电路，被配置为根据操作模式来控制所述选择器的选择；以及
AD转换器，被配置为检测由所述选择器选择的所述电位差，其中根据由所述AD转换器检测到的所述第一电阻元件的两端之间的电位差的电流值，被用作由所述电流测量电路进行测量的指示所述第一电流的电流值的结果，并且根据由所述AD转换器检测到的所述第二电阻元件的两端之间的电位差的电流值，被用作由所述电流测量电路进行测量的指示所述第二电流的电流值的结果。
7.根据权利要求6所述的半导体设备，
其中当所述操作模式是第一模式、第二模式和第三模式中的第一模式时，所述开关控制电路使所述选择器选择并输出所述第一电阻元件的两端之间的电位差，其中在所述第一模式下所述电池未连接到所述负载，在所述第二模式下所述电池连接到正常工作的所述负载，以及在所述第三模式下所述电池连接到停止工作的所述负载，
当所述操作模式是所述第二模式时，所述开关控制电路使所述选择器选择并输出所述第二电阻元件的两端之间的电位差，以及
当所述操作模式是所述第三模式时，所述开关控制电路使所述选择器在所述第一电阻元件的两端之间的电位差与所述第二电阻元件的两端之间的电位差之间循环切换，并且选择和输出该电位差。
8.根据权利要求1所述的半导体设备，
其中所述电流测量电路包括：
第一电阻元件，被设置在向其提供所述电池的输出电压的第一外部端子与电源电路的高电位侧端子之间，所述电源电路被配置为生成所述半导体设备的内部电路的操作电压；
加法器电路，被配置为将所述第一电阻元件的两端之间的电位差与第二电阻元件的两端之间的电位差相加，所述第二电阻元件被设置在连接所述电池和所述负载的电流路径上，并且从所述电池向所述负载提供的所述第二电流流经所述第二电阻元件；以及
AD转换器，被配置为检测由所述加法器电路进行加法的结果；
其中根据由所述AD转换器进行检测的结果的电流值被用作由所述电流测量电路进行测量的结果，由所述电流测量电路进行测量的结果指示所述第一电流的电流值与所述第二电流的电流值的总值。
9.根据权利要求1所述的半导体设备，
其中所述电流测量电路包括：
第一电阻元件，被设置在向其提供所述电池的输出电压的第一外部端子与电源电路的高电位侧端子之间，所述电源电路被配置为生成所述半导体设备的内部电路的操作电压；
第一AD转换器，被配置为检测所述第一电阻元件的两端之间的电位差；
第二AD转换器，被配置为检测第二电阻元件的两端之间的电位差，所述第二电阻元件被设置在连接所述电池和所述负载的电流路径上，从所述电池向所述负载提供的所述第二电流流经所述第二电阻元件；以及
加法器电路，被配置为将所述第一AD转换器的检测结果和所述第二AD转换器的检测结果相加；
其中由所述加法器电路进行相加的结果的电流值被用作由所述电流测量电路进行测量的结果，该结果指示所述第一电流的电流值与所述第二电流的电流值的总值。
10.根据权利要求1所述的半导体设备，
其中所述电流测量电路包括：
第一电阻元件，被设置在向其提供所述电池的基准电压的第四外部端子与电源电路的低电位侧端子之间，所述电源电路被配置为生成所述半导体设备的内部电路的操作电压；以及
AD转换器，被配置为检测所述第一电阻元件的两端之间的电位差；
其中根据由所述AD转换器进行检测的结果的电流值，被用作由所述电流测量电路进行测量的指示所述第一电流的电流值的结果。
11.根据权利要求1所述的半导体设备，
其中所述电流测量电路包括：
多个第一电阻元件，被设置在向其提供所述电池的输出电压的第一外部端子与多个功能块中的每个功能块的高电位侧端子之间，所述多个功能块被设置给所述半导体设备；以及
多个AD转换器，每个AD转换器被配置为检测所述多个第一电阻元件中的每个第一电阻元件的两端之间的电位差，
其中根据由所述多个AD转换器中的每个D转换器进行检测的结果的电流值，被用作由所述电流测量电路进行测量的指示所述第一电流的电流值的结果。
12.根据权利要求1所述的半导体设备，
其中所述电流测量电路包括：
多个第一电阻元件，被设置在向其提供所述电池的输出电压的第一外部端子与多个功能块中的每个功能块的高电位侧端子之间，所述多个功能块被设置给所述半导体设备；
选择器，被配置为选择性地输出所述多个第一电阻元件中的每个第一电阻元件的两端之间的任何电位差；以及
AD转换器，被配置为检测由所述选择器选择的电位差，
其中根据由所述AD转换器检测到的所述多个第一电阻元件中的每个第一电阻元件的两端之间的电位差的电流值被用作由所述电流测量电路进行测量的指示所述第一电流的电流值的结果。
13.根据权利要求3所述的半导体设备，还包括：
比较器电路，被配置为将所述第一电阻元件两端处的电位进行比较；以及
保护电路，被配置为：当从所述比较器电路输出指示所述第一电阻元件的两端之间的电位差等于或大于阈值的比较结果时，保护所述半导体设备至少免受从所述电池提供的过电压或过电流中的任一项。
14.一种电池组，包括：
根据权利要求1所述的半导体设备；以及
所述电池。
15.一种控制半导体设备的方法，包括以下步骤：
测量从电池向作为主机设备的所述半导体设备提供的第一电流的电流值和从所述电池向负载提供的第二电流的电流值；以及
基于在所述电池从开始放电到结束放电的时间段中的所述第一电流的累积值和所述第二电流的累积值，计算所述电池的剩余容量。
16.一种用于使计算机执行以下操作的控制程序：
测量从电池向作为主机设备的半导体设备提供的第一电流的电流值和从所述电池向负载提供的第二电流的电流值的过程；以及
基于在所述电池从开始放电到结束放电的时间段中的所述第一电流的累积值和所述第二电流的累积值，计算所述电池的剩余容量的过程。
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