JP6767769B2 - 半導体装置、電池監視システム、及び検出方法 - Google Patents

半導体装置、電池監視システム、及び検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置、電池監視システム、及び検出方法に関するものである。
従来から、ニッケル水素電池やリチウム電池等の２次電池の電池セルの電池電圧を検出することが行われている。電池セルの電池電圧を検出することにより、例えば、電池セル自体を保護するため、電池セルの状態が過充電状態等のように異常状態であるか否かを検出することができる。
このように電池セルの電池電圧を検出する技術として、図１３に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びアンプＡ０を含む差動アンプ１２６Ａと、コンパレータＣ０と、を組み合わせた検出回路１２６が知られている。このような検出回路を用いた電池電圧検出装置として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。
従来の技術では、図１３に示すように、電池セルＶ１〜Ｖｎの電池セルＶに対応するスイッチＳＷを備えたセル選択スイッチ１２４によって選択された、検出対象の電池セルの正極電圧と負極電圧とが、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して差動アンプ１２６Ａの入力端子に入力される。コンパレータＣ０は、差動アンプ１２６Ａの出力と基準電圧ＶＲＥＦとを比較した比較結果を検出信号として出力する。
特開２０１２−４７５２０号公報
図１３に示した従来の検出回路１２６では、セル選択スイッチ１２４がオン状態になり、電池セルＶの正極電圧と負極電圧とが、差動アンプ１２６Ａに供給されている状態では、常に、抵抗Ｒ１〜Ｒ４に電流が流れるため、電池電圧が消費される。抵抗Ｒ１〜Ｒ４による消費電流を抑制するためには、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値を大きくする必要があるが、抵抗値を大きくすると、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の設置に要する面積が大きくなる。そのため、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値を大きくする場合、検出回路１２６全体の面積が大きくなってしまい、回路面積の縮小の妨げになる。
本発明は、低消費電流かつ小型化が可能な半導体装置、電池監視システム、及び検出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、一端が電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第１のコンデンサ、及び一端が前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第２のコンデンサを含む第１のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第１の入力端子、及び前記第２のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第２の入力端子を備え、前記第１のコンデンサと前記第１の入力端子との間の第１のノードの電圧と、前記第２のコンデンサと前記第２の入力端子との間の第２のノードの電圧とが等しくなる場合の電圧を検出閾値電圧として動作する比較部と、前記第１のノードと、接地電圧を供給する接地電圧源を含む複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第１の切替素子との間に、前記第１の切替素子と直列に接続された第３のコンデンサ、及び前記第２のノードと、前記複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第２の切替素子との間に、前記第２の切替素子と直列に接続された第４のコンデンサを含む第２のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第１の入力端子及び所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第３の切替素子と、前記第２のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第２の入力端子及び前記所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第４の切替素子と、前記第１のコンデンサの一端を、前記電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第５の切替素子、及び前記第２のコンデンサの一端を、前記電池セルの前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第６の切替素子を含む切替素子群と、を備え、前記検出閾値電圧は、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、及び前記第４のコンデンサの各容量の容量比に応じて定められる。
また、本発明の電池監視システムは、直列に接続された複数の電池セルと、一端が電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第１のコンデンサ、及び一端が前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第２のコンデンサを含む第１のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第１の入力端子、及び前記第２のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第２の入力端子を備え、前記第１のコンデンサと前記第１の入力端子との間の第１のノードの電圧と、前記第２のコンデンサと前記第２の入力端子との間の第２のノードの電圧とが等しくなる場合の電圧を検出閾値電圧として動作する比較部と、前記第１のノードと、接地電圧を供給する接地電圧源を含む複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第１の切替素子との間に、前記第１の切替素子と直列に接続された第３のコンデンサ、及び前記第２のノードと、前記複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第２の切替素子との間に、前記第２の切替素子と直列に接続された第４のコンデンサを含む第２のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第１の入力端子及び所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第３の切替素子と、前記第２のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第２の入力端子及び前記所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第４の切替素子と、前記第１のコンデンサの一端を、前記電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第５の切替素子、及び前記第２のコンデンサの一端を、前記電池セルの前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第６の切替素子を含む切替素子群と、を備え、前記検出閾値電圧は、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、及び前記第４のコンデンサの各容量の容量比に応じて定められる半導体装置と、前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により前記接地電圧源と前記第３のコンデンサの他端及び前記第４のコンデンサの他端とを接続させた状態で所定時間経過した後、前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により、前記複数の電圧源のうちの前記接地電圧源と異なる電圧源と前記第３のコンデンサの他端及び前記第４のコンデンサの他端とを接続させる制御を行う制御部と、を備える。
また、本発明の検出方法は、一端が電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第１のコンデンサ、及び一端が前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第２のコンデンサを含む第１のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第１の入力端子、及び前記第２のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第２の入力端子を備え、前記第１のコンデンサと前記第１の入力端子との間の第１のノードの電圧と、前記第２のコンデンサと前記第２の入力端子との間の第２のノードの電圧とが等しくなる場合の電圧を検出閾値電圧として動作する比較部と、前記第１のノードと、接地電圧を供給する接地電圧源を含む複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第１の切替素子との間に、前記第１の切替素子と直列に接続された第３のコンデンサ、及び前記第２のノードと、前記複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第２の切替素子との間に、前記第２の切替素子と直列に接続された第４のコンデンサを含む第２のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第１の入力端子及び所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第３の切替素子と、前記第２のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第２の入力端子及び前記所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第４の切替素子と、前記第１のコンデンサの一端を、前記電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第５の切替素子、及び前記第２のコンデンサの一端を、前記電池セルの前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第６の切替素子を含む切替素子群と、を含み、前記検出閾値電圧は、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、及び前記第４のコンデンサの各容量の容量比に応じて定められる半導体装置による前記電池セルの電池電圧の検出方法であって、前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により、前記接地電圧源と前記第３のコンデンサ及び前記第４のコンデンサを接続し、所定時間経過後に、前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により、前記複数の電圧源のうちの前記接地電圧源と異なる電圧源と前記第３のコンデンサ及び前記第４のコンデンサを接続する、処理を含む。
本発明によれば、低消費電流かつ小型化を可能とすることができる、という効果を奏する。
第１実施形態の電池監視システムの一例の概略を表す構成図である。 第１実施形態のセル選択スイッチ及び検出回路の一例を表す回路図である。 第１実施形態のセル選択スイッチ及び検出回路のチャージ状態を説明する図である。 第１実施形態のセル選択スイッチ及び検出回路のコンパレート状態を説明する図である。 ノードｉｎｐの電圧Ｖｉｎｐ及びノードＶｉｎｎの電圧Ｖｉｎｎと、電池電圧Ｖｎとの関係を例示したグラフである。 第１実施形態における電池電圧の検出に関するタイミングを表すタイミングチャートである。 第２実施形態のセル選択スイッチ及び検出回路の一例を表す回路図である。 第２実施形態のセル選択スイッチ及び検出回路のチャージ状態を説明する図である。 第２実施形態のセル選択スイッチ及び検出回路のコンパレート状態を説明する図である。 第２実施形態における電池電圧の検出に関するタイミングを表すタイミングチャートである。 第３実施形態のセル選択スイッチ及び検出回路の一例を表す回路図である。 第３実施形態における電池電圧の検出に関するタイミングを表すタイミングチャートである。 従来のセル選択スイッチ及び検出回路の一例を表す回路図である。
以下では、図面を参照して、各実施形態を詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本実施形態の電池監視システムについて説明する。図１には、本実施形態の電池監視システム１０の一例の概略を表す構成図を示す。
電池監視システム１０は、図１に示すように、電池セル群１２、電池監視ＬＳＩ（large scale integrated circuit）１４、及びマイクロコンピュータ１６を備える。
電池セル群１２は、一例として図１に示すように、直列に接続されたｎ個の電池セルＶ１〜Ｖｎを備える。電池セルＶ１〜Ｖｎは、低電位側からＶ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎの順で配置されている。なお、以下では、電池セルＶ１〜Ｖｎの個々を区別せずに総称する場合は、個々を識別する符号１〜ｎの記載を省略して「電池セルＶ」という。なお、図１では、ｎが３以上の場合を示しているが、電池セル群１２が備える電池セルＶの数ｎは、任意であり、限定されない。
マイクロコンピュータ１６は、電池監視ＬＳＩ１４による、電池セル群１２に含まれる各電池セルＶの電池電圧の検出に関する制御を行う。なお、本実施形態において、電池監視ＬＳＩ１４及びマイクロコンピュータ１６は、それぞれ、別個の半導体チップとして構成されている。
電池監視ＬＳＩ１４は、電池セル群１２に含まれる電池セルＶの各々の電圧状態を監視する。本実施形態では、電池監視ＬＳＩ１４が本発明の半導体装置に対応する。電池監視ＬＳＩ１４は、図１に示すように、端子２１０〜２１ｎ、２３、セル選択スイッチ２４、検出回路２６、及びチップ内制御部３０を備える。
端子２１０〜２１ｎは、電池監視ＬＳＩ１４が電池セル群１２と接続されるための電極パッドである。端子２１０は、電池セルＶ１の負極に接続されると共に接地されている。端子２１１＿１及び端子２１１＿２は、電池セルＶ１の正極（電池セルＶ２の負極）に接続されている。端子２１２＿１及び端子２１２＿２は、電池セルＶ２の正極（図示を省略した電池セルＶ３の負極）に接続されている。端子２１ｎは、電池セルＶｎの正極に接続されている。なお、以下では、端子２１０〜２１ｎの個々を区別に総称する場合は、個々を識別する符号の記載を省略して「端子２１」という。なお、本実施形態において「接続」とは、電気的な接続のことをいう。
端子２３は、電池監視ＬＳＩ１４がマイクロコンピュータ１６と接続されるための電極パッドである。端子２３からは、チップ内制御部３０からマイクロコンピュータ１６へ送信される信号が出力される。また、端子２３には、マイクロコンピュータ１６からチップ内制御部３０に送信される信号が入力される。
詳細を後述するセル選択スイッチ２４は、端子２１０〜２１ｎに接続されており、チップ内制御部３０から供給される制御信号に応じて電池セル群１２のうちから選択された１つの電池セルＶの正極電圧及び負極電圧を出力し、これらを検出回路２６に供給する。
詳細を後述する検出回路２６は、セル選択スイッチ２４から出力された電池セルＶの正極電圧と負極電圧との差分である電池電圧が、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ以上の場合にＨレベルの検出信号ＯＵＴを出力し、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ未満の場合にＬレベルの検出信号ＯＵＴを出力する。なお、本実施形態において、電池セルＶの電池電圧の検出とは、電池セルＶの具体的な電圧値を検出することではなく、検出回路２６により、所定の検出電圧である検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈと比較することをいう。
チップ内制御部３０は、マイクロコンピュータ１６から供給される制御信号に応じてセル選択スイッチ２４及び検出回路２６を制御する。また、チップ内制御部３０は、検出回路２６から出力される電池電圧の検出信号ＯＵＴ等をマイクロコンピュータ１６に送信する。
次に、本実施形態のセル選択スイッチ２４及び検出回路２６について詳細に説明する。
図２には、セル選択スイッチ２４及び検出回路２６の回路構成の一例を示す。なお、図２では、図示の便宜上、電池セルＶ及びセル選択スイッチ２４について、電池セルＶ１、Ｖ２、Ｖｎに関してのみ記載している。また、図２では、端子２１の記載を省略している。
ｙ＝１〜ｎとした場合、電池セルＶｙの負極はノードＶＮｙ−１に接続され、正極はノードＶＮｙに接続されている。例えば、図２に示すように、電池セルＶ１（ｙ＝１）の負極はノードＶＮ０に接続され、正極はノードＶＮ１に接続されている。
また、セル選択スイッチ２４は、各電池セルＶに対応する、スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷｎ＿１、ＳＷ１＿２〜ＳＷｎ＿２を備える。スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷｎ＿１は、チップ内制御部３０の制御により、各電池セルＶの正極または負極を、信号線Ｌ１と接続する。また、スイッチＳＷ１＿２〜ＳＷｎ＿２は、チップ内制御部３０の制御により、各電池セルＶの正極または負極を信号線Ｌ２と接続する。なお、以下では、スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷｎ＿１、ＳＷ１＿２〜ＳＷｎ＿２の個々を区別せずに総称する場合は、個々を識別する符号の記載を省略して「スイッチＳＷ」という。
ｙ＝１〜ｎとした場合、スイッチＳＷｙ＿１のａ端子はノードＶＮｙに、ｂ端子はノードＶＮｙ−１に、ｃ端子は信号線Ｌ１を介してコンデンサＣ１のａ端子に、各々接続されている。また、スイッチＳＷｙ−２のａ端子はノードＶＮｙ−１に、ｂ端子はノードＶＮｙに、ｃ端子は信号線Ｌ２を介してコンデンサＣ２のａ端子に、各々接続されている。例えば、図２に示すように、スイッチＳＷ１＿１のａ端子はノードＶＮ１に、ｂ端子はノードＶＮ０に、ｃ端子は信号線Ｌ１を介してコンデンサＣ１のａ端子に、各々接続されている。また、スイッチＳＷ１＿２のａ端子はノードＶＮ０に、ｂ端子はノードＶＮ１に、ｃ端子は信号線Ｌ２を介してコンデンサＣ２のａ端子に、各々接続されている。
また、検出回路２６は、図２に示すように、コンデンサＣ１〜Ｃ４、スイッチＳ１〜Ｓ４、及びコンパレータＣＭＰ０を備える。
コンデンサＣ１のｂ端子はコンデンサＣ３のａ端子及びスイッチＳ３のａ端子に接続されている。スイッチＳ３は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ１のｂ端子を基準電圧ＶＣＯＭを供給する基準電圧源ＶＣＯＭまたはコンパレータＣＭＰ０の非反転入力端子に接続する。スイッチＳ３のｂ端子は基準電圧源ＶＣＯＭに、ｃ端子はコンパレータＣＭＰ０の非反転入力端子に各々接続されている。コンデンサＣ３のｂ端子は、スイッチＳ１のａ端子に接続されている。スイッチＳ１は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ３のｂ端子を接地電圧ＧＮＤを供給する接地電圧源ＧＮＤまたは基準電圧ＶＲＥＦを供給する基準電圧ＶＲＥＦに接続する。スイッチＳ１のｂ端子は接地電圧源ＧＮＤに、ｃ端子は基準電圧源ＶＲＥＦに、各々接続されている。
コンデンサＣ２のｂ端子はコンデンサＣ４のａ端子及びスイッチＳ４のａ端子に接続されている。スイッチＳ４は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ２のｂ端子を基準電圧源ＶＣＯＭまたはコンパレータＣＭＰ０の反転入力端子に接続する。スイッチＳ４のｂ端子は基準電圧源ＶＣＯＭに、ｃ端子はコンパレータＣＭＰ０の反転入力端子に各々接続されている。コンデンサＣ４のｂ端子は、スイッチＳ２のａ端子に接続されている。スイッチＳ２は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ４のｂ端子を接地電圧源ＧＮＤまたは基準電圧源ＶＲＥＦに接続する。スイッチＳ２のｂ端子は接地電圧源ＧＮＤに、ｃ端子は基準電圧源ＶＲＥＦに、各々接続されている。
次に、本実施形態の検出回路２６における電池電圧の検出動作について説明する。以下では、図３及び図４を参照してｎ番目の電池セルＶｎの電池電圧を検出する場合を具体例として説明する。なお、図３及び図４では図示の便宜上、説明に不要な各部の記載を省略している。
ｎ番目の電池セルＶｎの電池電圧の検出を行う場合、チップ内制御部３０は、図３及び図４に示すように、セル選択スイッチ２４の各スイッチＳＷ、及び検出回路２６のスイッチＳ１〜Ｓ４を制御する。なお、チップ内制御部３０がスイッチＳＷ及びスイッチＳ１〜Ｓ４の制御を行うタイミングは、誤差を無視すると、同一である。
まず、チップ内制御部３０は、図３に示すように、セル選択スイッチ２４及び検出回路２６をチャージ状態にする。
具体的には、チップ内制御部３０は、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷｎ＿１にノードＶＮｎ（ａ端子）を選択させ、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷｎ＿２にノードＶＮｎ−１（ａ端子）を選択させ、他のスイッチＳＷを非選択状態（ａ端子及びｂ端子のいずれも選択しない状態）とさせる。
さらに、チップ内制御部３０は、検出回路２６のスイッチＳ１に接地電圧源ＧＮＤ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ２に基準電圧源ＶＲＥＦ（ｃ端子）を選択させ、スイッチＳ３に基準電圧源ＶＣＯＭ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ４に基準電圧源ＶＣＯＭ（ｂ端子）を選択させる。
ここで、電池セルＶｎの電池電圧をＶｎ、電池セルＶ１〜Ｖｎ−１の電池電圧の合計をＶｎ−１＿ｔｏｔａｌとし、コンデンサＣ１〜Ｃ４の各容量を、Ｃｐ１〜Ｃｐ４とすると、コンデンサＣ１〜Ｃ４の各々に充電される電荷量Ｑ１〜Ｑ４は、下記（１）式〜（４）式で表される。
Ｑ１＝Ｃｐ１×（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−ＶＣＯＭ） ・・・（１）
Ｑ３＝Ｃｐ３×ＶＣＯＭ ・・・（２）
Ｑ２＝Ｃｐ２×（Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−ＶＣＯＭ） ・・・（３）
Ｑ４＝ＣＰ４×（ＶＣＯＭ−ＶＲＥＦ） ・・・（４）
コンデンサＣ１のｂ端子とスイッチＳ３のａ端子との間のノードｉｎｐに充電されている電荷量をＱｐ、コンデンサＣ２のｂ端子とスイッチＳ４のａ端子との間のノードｉｎｎに充電されている電荷量をＱｎとすると、電荷量Ｑｐ、Ｑｎは、下記（５）式及び（６）式で表される。
Ｑｐ＝Ｑ３−Ｑ１
＝Ｃｐ３×ＶＣＯＭ−Ｃｐ１×（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−ＶＣＯＭ） ・・・（５）
Ｑｎ＝Ｑ４−Ｑ２
＝ＣＰ４×（ＶＣＯＭ−ＶＲＥＦ）−Ｃｐ２×（Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−ＶＣＯＭ） ・・・（６）
チャージ状態において、各コンデンサＣに充分に電荷が蓄えられた後、チップ内制御部３０は、図４に示すように、スイッチＳＷ及びスイッチＳ１〜Ｓ４を制御して、セル選択スイッチ２４及び検出回路２６をチャージ状態からコンパレート状態に切り替える。
具体的には、チップ内制御部３０は、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷｎ＿１にノードＶＮｎ−１（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳＷｎ＿２にノードＶＮｎ（ｂ端子）を選択させ、セル選択スイッチ２４の他のスイッチＳＷを非選択状態（ａ端子及びｂ端子のいずれも選択しない状態）とさせる。
さらに、チップ内制御部３０は、検出回路２６のスイッチＳ１に基準電圧源ＶＲＥＦ（ｃ端子）を選択させ、スイッチＳ２に接地電圧源ＧＮＤ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ３にコンパレータＣＭＰ０の非反転入力端子（ｃ端子）を選択させ、スイッチＳ４にコンパレータＣＭＰ０の反転入力端子（ｃ端子）を選択させる。
ここで、ノードｉｎｐの電圧をＶｉｎｐ、ノードｉｎｎの電圧をＶｉｎｎとすると、コンパレート状態におけるコンデンサＣ１〜Ｃ４の各々に充電されている電荷量Ｑ１’〜Ｑ４’は、下記（７）式〜（１０）式で表される。
Ｑ１’＝Ｃｐ１×（Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−Ｖｉｎｐ） ・・・（７）
Ｑ３’＝Ｃｐ３×Ｖｉｎｐ−ＶＲＥＦ） ・・・（８）
Ｑ２’＝Ｃｐ２×（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−Ｖｉｎｎ） ・・・（９）
Ｑ４’＝ＣＰ４×Ｖｉｎｎ ・・・（１０）
ノードｉｎｐに充電されている電荷量をＱｐ’、ノードｉｎｎに充電されている電荷量をＱｎ’とすると、コンパレート状態における電荷量Ｑｐ’、Ｑｎ’は、下記（１１）式及び（１２）式で表される。
Ｑｐ’＝Ｑ３’−Ｑ１’
＝Ｃｐ３×（Ｖｉｎｐ−ＶＲＥＦ）−Ｃｐ１×（Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−Ｖｉｎｐ） ・・・（１１）
Ｑｎ’＝Ｑ４’−Ｑ２’
＝ＣＰ４×Ｖｉｎｎ−Ｃｐ２×（Ｖｎ＋Ｖｎ−１＿ｔｏｔａｌ−Ｖｉｎｎ） ・・・（１２）
コンパレータＣＭＰ０の非反転入力端子及び反転入力端子の入力インピーダンスが充分高いとすると、チャージ状態からコンパレート状態へ移行しても、ノードｉｎｐに蓄えられた電荷量Ｑｐ、及びノードｉｎｎに蓄えられた電荷量Ｑｎは変化しないため、下記（１３）式及び（１４）式が成り立つ。
Ｑｐ＝Ｑｐ’ ・・・（１３）
Ｑｃ＝Ｑｃ’ ・・・（１４）
上記（５）式、（１１）式、及び（１３）式から、電圧Ｖｉｎｐについて下記（１５）式が得られる。また、上記（６）式、（１２）式、及び（１４）式から、電圧Ｖｉｎｎについて下記（１６）式が得られる。
Ｖｉｎｐ＝ＶＣＯＭ−Ｃｐ１／（Ｃｐ１＋ＣＰ３）×Ｖｎ＋ＣＰ３／（Ｃｐ１＋Ｃｐ３）×ＶＲＥＦ ・・・（１５）
Ｖｉｎｎ＝ＶＣＯＭ＋Ｃｐ２／（Ｃｐ２＋ＣＰ４）×Ｖｎ−ＣＰ４／（Ｃｐ２＋Ｃｐ４）×ＶＲＥＦ ・・・（１６）
（１５）式によれば、電圧Ｖｉｎｐは、電池電圧Ｖｎに対して負の傾きを有しており、（１６）式によれば、電圧Ｖｉｎｎは、電池電圧Ｖｎに対して正の傾きを有している。（１５）式及び（１６）式により得られる、電圧Ｖｉｎｐ、Ｖｉｎｎと、電池電圧Ｖｎとの関係は、図５に例示したようになる。
図５に例示したように、電圧Ｖｉｎｎを表す線と電圧Ｖｉｎｐを表す線とは、電池電圧ＶｎがＶｎ＿ｔｈである場合（Ｖｎ＝Ｖｎ＿ｔｈ）において交差する。従って、コンパレータＣＭＰ０は、電圧Ｖｉｎｎと電圧Ｖｉｎｐとが等しくなる場合（Ｖｉｎｎ＝Ｖｉｎｐ）の電圧を検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈとして動作する。コンパレータＣＭＰ０は、電圧Ｖｉｎｎが電圧Ｖｉｎｐ以上の場合（Ｖｉｎｎ≧Ｖｉｎｐ）に、Ｈレベルの検出信号を出力し、電圧Ｖｉｎｎが電圧Ｖｉｎｐよりも小さい場合（Ｖｉｎｎ＜Ｖｉｎｐ）に、Ｌレベルの検出信号を出力する。
上記（１５）式及び（１６）式から、コンパレータＣＭＰ０の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈは、下記（１７）式で表される。
Ｖｎ＿ｔｈ＝｛Ｃｐ３／（Ｃｐ１＋Ｃｐ３）＋Ｃｐ４／（Ｃｐ２＋Ｃｐ４）｝／｛Ｃｐ１／（Ｃｐ１＋Ｃｐ３）＋Ｃｐ２／（Ｃｐ２＋Ｃｐ４）｝×ＶＲＥＦ ・・・（１７）
（１７）式より、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈは、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量Ｃｐ１〜Ｃｐ４、及び基準電圧ＶＲＥＦに依存することがわかる。従って、本実施形態のコンパレータＣＭＰ０は、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量Ｃｐ１〜Ｃｐ４、及び基準電圧ＶＲＥＦの値により、任意の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈを設定することができる。
さらに、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量Ｃｐ１〜Ｃｐ４について、任意の定数ｊ、ｋ、ｍを用いて表した下記（１８）〜（１９）式を用いると、上記（１７）式は、下記（２１）式で表すことができる。
Ｃｐ３＝ｊ×Ｃｐ１ ・・・（１８）
Ｃｐ２＝ｋ×Ｃｐ１ ・・・（１９）
Ｃｐ４＝ｍ×Ｃｐ１ ・・・（２０）
Ｖｎ＿ｔｈ＝｛ｊ／（１＋ｊ）＋ｍ／（ｋ＋ｍ）｝／｛１／（１＋ｊ）＋１／（ｋ＋ｍ）｝×ＶＲＥＦ ・・・（２１）
（２１）式より、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈは、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量比（ｊ、ｋ、ｍ）、及び基準電圧ＶＲＥＦに依存することがわかる。従って、本実施形態のコンパレータＣＭＰ０は、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量比、及び基準電圧ＶＲＥＦの値により、任意の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈを設定することができる。
従って、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈが所望の大きさとなるように、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量比、及び基準電圧ＶＲＥＦを選択することで、検出回路２６により電池電圧Ｖの検出を行うことができる。
例えば、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈのレベルを過充電検出電圧に相当するレベルとすることにより、コンパレート状態においてコンパレータＣＭＰ０から出力される検出信号がＨレベルの場合は、電池セルＶが過充電状態であることを検出することができる。
なお、上記では、電池セルＶｎの電池電圧の検出を行う場合について説明したが、他の電池セルＶについても、同様に、チャージ状態からコンパレート状態に切り替えることにより、コンパレート状態において、コンパレータＣＭＰ０から出力される検出信号のレベルに基づいて電池電圧の検出を行うことができる。
図６には、本実施形態における電池セルＶの電池電圧の検出に関する、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷ及び検出回路２６のスイッチＳ１〜Ｓ４の接続先（選択先）を表すタイミングチャートを示す。
図６に示すように、電池セルＶの各電池電圧の検出を行う場合、低電圧側の電池セルＶから順に、チップ内制御部３０がチャージ状態（図６、「Ｃｈａｒｇｅ」参照）及びコンパレート状態（図６、「Ｃｏｍｐ」参照）に制御を繰り替えし行うことにより、時分割的に電池セルＶ毎に電池電圧の検出を行う。各状態に要する具体的な時間は、セル選択スイッチ２４、スイッチＳ１〜Ｓ４のオン抵抗とコンデンサＣ１〜Ｃ４の時定数に応じて定まる。
検出回路２６のスイッチＳ１〜Ｓ４は、電池セルＶ毎に、上述したように接続先（選択先）が切り替えられることにより、チャージ状態とコンパレート状態とを繰り返す。また、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷは、検出を行う電池セルＶに応じたスイッチＳＷのみが、上述したように接続先（選択先）となる当該電池セルＶの負極側のノードと正極側のノードとがチャージ状態とコンパレート状態で切り替えられる。
そして、本実施形態の電池監視ＬＳＩ１４では、例えば、上述したように、コンパレータＣＭＰ０の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈのレベルが過充電検出電圧に相当するレベルである場合、コンパレート状態において検出回路２６のコンパレータＣＭＰ０から出力された検出信号ＯＵＴのレベルに基づいて、チップ内制御部３０が各電池セルＶが過充電状態であるか否かを検出する。なお、チップ内制御部３０からマイクロコンピュータ１６へ検出信号ＯＵＴを出力し、マイクロコンピュータ１６が検出信号ＯＵＴのレベルに基づいて電池セルＶが過充電状態であるか否かを検出してもよい。
［第２実施形態］
上記第１実施形態の検出回路２６では、コンパレータＣＭＰ０に設定することが可能な検出閾値電圧Ｖ＿ｔｈが１つであったため、第１実施形態の検出回路２６によれば、電池セルの電池電圧の状態について特定の状態であるか否かについて検出可能であった。
これに対して、本実施形態の検出回路２６は、複数の検出閾値電圧Ｖ＿ｔｈをコンパレータＣＭＰ０に設定することができる。
電池監視システム１０全体の構成は第１実施形態と略同様であるため説明を省略し、本実施形態の検出回路２６について説明する。
図７には、本実施形態のセル選択スイッチ２４及び検出回路２６の回路構成の一例を示す。なお、図７では、図示の便宜上、電池セルＶ及びセル選択スイッチ２４について、電池セルＶ１、Ｖ２、Ｖｎに関してのみ記載している。また、図７では、端子２１の記載を省略している。
図７に示すように、本実施形態のセル選択スイッチ２４は、第１実施形態のセル選択スイッチ２４と同様であるため説明を省略する。
図７に示すように本実施形態の検出回路２６は、スイッチＳ１、Ｓ２の構成が第１実施形態のスイッチＳ１、Ｓ２の構成と異なっている。第１実施形態のスイッチＳ１、Ｓ２は、ａ端子〜ｃ端子を備えていたが、本実施形態のスイッチＳ１、Ｓ２は、ａ端子〜ｘ端子を備えており、備える端子の数が第１実施形態のスイッチＳ１、Ｓ２よりも多い。
スイッチＳ１、Ｓ２のｂ端子は、接地電圧源ＧＮＤに接続されている。一方、ｃ端子〜ｘ端子は、各々異なる基準電圧ＶＲＥＦ（ＶＲＥＦｃ〜ＶＲＥＦｘ）を供給する基準電圧源ＶＲＥＦｃ〜ＶＲＥＦｘに接続されている。スイッチＳ１は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ３のｂ端子を接地電圧源ＧＮＤまたは基準電圧源ＶＲＥＦｃ〜ＶＲＥＦｘのいずれかに接続する。また、スイッチＳ２は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ４のｂ端子を接地電圧源ＧＮＤまたは基準電圧源ＶＲＥＦｃ〜ＶＲＥＦｘのいずれかに接続する。
すなわち、本実施形態の検出回路２６では、コンデンサＣ３、Ｃ４のｂ端子と接続する基準電圧源を基準電圧源ＶＲＥＦｃ〜ＶＲＥＦｘのいずれかに切り替えることができる。
なお、基準電圧源ＶＲＥＦｃ〜ＶＲＥＦｘの数、及び備えられている場所は特に限定されず、本実施形態では図示を省略したが一例として電池監視ＬＳＩ１４内部の検出回路２６外に備えられている。
本実施形態の検出回路２６における電池電圧の検出動作について説明する。以下では、図８及び図９を参照して、基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２を有しており、ｎ番目の電池セルＶｎの電池電圧を検出する場合を具体例として説明する。なお、図８及び図９では図示の便宜上、説明に不要な各部の記載を省略している。
第１実施形態の検出回路２６における電池電圧の検出動作と同様に、本実施形態の検出回路２６における電池電圧の検出動作においても、チャージ状態からコンパレート状態に切り替えることにより、コンパレート状態において、コンパレータＣＭＰ０から出力される検出信号のレベルに基づいて電池電圧の検出を行うことができる。
ｎ番目の電池セルＶｎの電池電圧の検出を行う場合、チップ内制御部３０は、図８及び図９に示すように、セル選択スイッチ２４の各スイッチＳＷ、及び検出回路２６のスイッチＳ１〜Ｓ４を制御する。なお、チップ内制御部３０がスイッチＳＷ及びスイッチＳ１〜Ｓ４の制御を行うタイミングは、誤差を無視すると、同一である。
まず、基準電圧ＶＲＥＦ１を用いて、チップ内制御部３０は、図８に示すように、セル選択スイッチ２４及び検出回路２６をチャージ状態にする。
具体的には、チップ内制御部３０は、第１実施形態と同様に、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷｎ＿１にノードＶＮｎ（ａ端子）を選択させ、スイッチＳＷｎ＿２にノードＶＮｎ−１（ａ端子）を選択させ、他のスイッチＳＷを非選択状態（ａ端子及びｂ端子のいずれも選択しない状態）とさせる。
さらに、チップ内制御部３０は、検出回路２６のスイッチＳ１に接地電圧源ＧＮＤ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ２に基準電圧源ＶＲＥＦ１（ｃ端子）を選択させ（図８、スイッチＳ２の実線参照）、スイッチＳ３に基準電圧源ＶＣＯＭ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ４に基準電圧源ＶＣＯＭ（ｂ端子）を選択させる。
チャージ状態において、各コンデンサＣに充分に電荷が蓄えられた後、チップ内制御部３０は、図９に示すように、スイッチＳＷ及びスイッチＳ１〜Ｓ４を制御して、セル選択スイッチ２４及び検出回路２６をチャージ状態からコンパレート状態に切り替える。
具体的には、第１実施形態と同様に、チップ内制御部３０は、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷｎ＿１にノードＶＮｎ−１（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳＷｎ＿２にノードＶＮｎ（ｂ端子）を選択させ、セル選択スイッチ２４の他のスイッチＳＷを非選択状態（ａ端子及びｂ端子のいずれも選択しない状態）とさせる。
さらに、チップ内制御部３０は、検出回路２６のスイッチＳ１に基準電圧源ＶＲＥＦ１（ｃ端子）を選択させ（図９、スイッチＳ１の実線参照）、スイッチＳ２に接地電圧源ＧＮＤ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ３にコンパレータＣＭＰ０の非反転入力端子（ｃ端子）を選択させ、スイッチＳ４にコンパレータＣＭＰ０の反転入力端子（ｃ端子）を選択させる。
この場合の検出閾値電圧は、第１実施形態で上述した（２１）式に基づき、下記（２２）式で表すことができる。
Ｖｎ＿ｔｈ１＝｛ｊ／（１＋ｊ）＋ｍ／（ｋ＋ｍ）｝／｛１／（１＋ｊ）＋１／（ｋ＋ｍ）｝×ＶＲＥＦ１ ・・・（２２）
次に、基準電圧ＶＲＥＦ２を用いて、チップ内制御部３０は、図８に示すように、セル選択スイッチ２４及び検出回路２６を再びチャージ状態にする。チップ内制御部３０によるセル選択スイッチ２４の制御は、チャージ状態の場合、及び後述コンパレートの状態ともに、上述した基準電圧ＶＲＥＦ１を用いた場合と同様であるため、説明を省略する。
一方、チップ内制御部３０は、検出回路２６のスイッチＳ１に接地電圧源ＧＮＤ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ２に基準電圧源ＶＲＥＦ２（ｃ端子）を選択させ（図８、スイッチＳ２の点線参照）、スイッチＳ３に基準電圧源ＶＣＯＭ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ４に基準電圧源ＶＣＯＭ（ｂ端子）を選択させる。
チャージ状態において、各コンデンサＣに充分に電荷が蓄えられた後、チップ内制御部３０は、図９に示すように、スイッチＳＷ及びスイッチＳ１〜Ｓ４を制御して、セル選択スイッチ２４及び検出回路２６をチャージ状態からコンパレート状態に切り替える。
チップ内制御部３０は、検出回路２６のスイッチＳ１に基準電圧源ＶＲＥＦ２（ｃ端子）を選択させ（図９、スイッチＳ１の点線参照）、スイッチＳ２に接地電圧源ＧＮＤ（ｂ端子）を選択させ、スイッチＳ３にコンパレータＣＭＰ０の非反転入力端子（ｃ端子）を選択させ、スイッチＳ４にコンパレータＣＭＰ０の反転入力端子（ｃ端子）を選択させる。
この場合の検出閾値電圧は、第１実施形態で上述した（２１）式に基づき、下記（２３）式で表すことができる。
Ｖｎ＿ｔｈ２＝｛ｊ／（１＋ｊ）＋ｍ／（ｋ＋ｍ）｝／｛１／（１＋ｊ）＋１／（ｋ＋ｍ）｝×ＶＲＥＦ２ ・・・（２３）
上記（２１）式及び（２２）式より、本実施形態の検出回路２６によれば、基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ１により、任意の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ１、Ｖｎ＿ｔｈ２を設定することができる。従って、基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２を切り替えて、検出動作を行うことにより、２つの検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ１、Ｖｎ＿ｔｈ２各々を用いて、電池電圧Ｖの検出を行うことができる。
例えば、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ１のレベルを過充電検出電圧に相当するレベルとすることにより、コンパレート状態においてコンパレータＣＭＰ０から出力される検出信号がＨレベルの場合は、電池セルＶが過充電状態であることを検出することができる。また、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ２のレベルを過放電検出電圧に相当するレベルとすることにより、コンパレート状態においてコンパレータＣＭＰ０から出力される検出信号がＬレベルの場合は、電池セルＶが過放電状態であることを検出することができる。
なお、上記では、電池セルＶｎの電池電圧の検出を行う場合について説明したが、他の電池セルＶについても、同様に、チャージ状態からコンパレート状態に切り替えることにより、コンパレート状態において、コンパレータＣＭＰ０から出力される検出信号のレベルに基づいて電池電圧の検出を行うことができる。
図１０には、本実施形態における電池セルＶの電池電圧の検出に関する、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷ及び検出回路２６のスイッチＳ１〜Ｓ４の接続先（選択先）を表すタイミングチャートを示す。
図１０に示すように、電池セルＶの各電池電圧の検出を行う場合、低電圧側の電池セルＶから順に、チップ内制御部３０が、チャージ状態（図１０、「Ｃｈａｒｇｅ」参照）及びコンパレート状態（図１０、「Ｃｏｍｐ」参照）に制御を繰り返し行うと共に、基準電圧ＶＲＥＦ１を用いた「検出１」及び、基準電圧ＶＲＥＦ２を用いた「検出２」を繰り返し行うことにより、時分割的に電池セルＶ毎に電池電圧の検出を行う。
このようにチップ内制御部３０が制御を行うことにより、本実施形態の電池監視ＬＳＩ１４では、例えば、上述したように、コンパレータＣＭＰ０の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ１のレベルが過充電検出電圧に相当するレベルであり、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ２のレベルが過放電検出電圧に相当するレベルである場合、検出１及び検出２各々のコンパレート状態において検出回路２６のコンパレータＣＭＰ０から出力された検出信号ＯＵＴのレベルに基づいて、チップ内制御部３０が各電池セルＶが過充電状態であるか否かを検出し、また、過放電状態であるか否かを検出する。
なお、図１０に示したタイミングチャートでは、低電圧側の電池セルＶから順に、検出１及び検出２を繰り返し行う場合を示したが、検出１及び検出２を行うタイミングはこれに限らない。例えば、低電圧側の電池セルＶから順に検出１を行い、全ての電池セルＶについて検出１を終了した後に、低電圧側の電池セルＶから順に検出２を行うようにしてもよい。
［第３実施形態］
上記第２実施形態の検出回路２６では、スイッチＳ１及びスイッチＳ２が、コンデンサＣ３、Ｃ４のｂ端子と接続する基準電圧源を基準電圧源ＶＲＥＦｃ〜ＶＲＥＦｘのいずれかに切り替えることにより、複数の検出閾値電圧Ｖ＿ｔｈをコンパレータＣＭＰ０に設定することができた。
これに対して、本実施形態の検出回路２６では、容量が異なる複数のコンデンサＣ３、Ｃ４を備えることにより、複数の検出閾値電圧Ｖ＿ｔｈをコンパレータＣＭＰ０に設定することができる。
電池監視システム１０全体の構成は第１実施形態と略同様であるため説明を省略し、本実施形態の検出回路２６について説明する。
図１１には、本実施形態のセル選択スイッチ２４及び検出回路２６の回路構成の一例を示す。なお、図１１では、図示の便宜上、電池セルＶ及びセル選択スイッチ２４について、電池セルＶ１、Ｖ２、Ｖｎに関してのみ記載している。また、図７では、端子２１の記載を省略している。
図１１に示すように、本実施形態のセル選択スイッチ２４は、第１実施形態のセル選択スイッチ２４と同様であるため説明を省略する。
図１１に示すように本実施形態の検出回路２６は、コンデンサＣ３が、並列に接続されたコンデンサＣ３’、Ｃ３’’を含む。また、本実施形態の検出回路２６は、コンデンサＣ４が、並列に接続されたコンデンサＣ４’、Ｃ４’’を備える。
さらに、本実施形態の検出回路２６は、スイッチＳ５、Ｓ６を備える。スイッチＳ５は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ３’のｂ端子またはコンデンサＣ３’’のｂ端子と、ノードｉｎｐとを接続する。具体的には、スイッチＳ５のａ端子はノードｉｎｐに接続され、ｂ端子はコンデンサＣ３’のａ端子に接続され、ｃ端子はコンデンサＣ３’’のａ端子に接続されている。
コンデンサＣ３’、Ｃ３’’各々のｂ端子は、スイッチＳ１のａ端子に接続されている。
また、スイッチＳ６は、チップ内制御部３０の制御により、コンデンサＣ４’のｂ端子またはコンデンサＣ４’’のｂ端子と、ノードｉｎｎとを接続する。具体的には、スイッチＳ６のａ端子はノードｉｎｎに接続され、ｂ端子はコンデンサＣ４’のａ端子に接続され、ｃ端子はコンデンサＣ４’’のａ端子に接続されている。
コンデンサＣ４’、Ｃ４’’各々のｂ端子は、スイッチＳ２のａ端子に接続されている。
第１実施形態の（２１）式を用いて上述したように、コンパレータＣＭＰ０の、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈは、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量比（ｊ、ｋ、ｍ）、及び基準電圧ＶＲＥＦに依存することがわかる。
例えば、コンデンサＣ３’と容量が異なるコンデンサＣ３’’とノードｉｎｐとを接続させて検出動作を行うことにより、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３’、Ｃ４’における容量比と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３’’、Ｃ４における容量比とが異なるため、異なる任意の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈを設定することができる。
従って、本実施形態の検出回路２６によれば、所望の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈに応じて、容量比が異なるコンデンサＣ３’、Ｃ３’’や容量比が異なるコンデンサＣ４’Ｃ４’’を備えることで、複数の検出閾値電圧Ｖ＿ｔｈに応じた電池セルＶの検出を行うことができる。例えば、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３’、Ｃ４’における容量比に基づいて上記（２１）式より、過充電検出電圧に応じた検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ１を設定し、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３’’、Ｃ４’’ における容量比に基づいて上記（２１）式より、過放電検出電圧に応じた検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ２を設定することができる。
図１２には、本実施形態における電池セルＶの電池電圧の検出に関する、セル選択スイッチ２４のスイッチＳＷ及び検出回路２６のスイッチＳ１〜Ｓ４の接続先（選択先）を表すタイミングチャートを示す。
図１２に示すように、電池セルＶの各電池電圧の検出を行う場合、低電圧側の電池セルＶから順に、チップ内制御部３０が、チャージ状態（図１０、「Ｃｈａｒｇｅ」参照）及びコンパレート状態（図１０、「Ｃｏｍｐ」参照）に制御を繰り返し行うと共に、コンデンサＣ３’、Ｃ４’を用いた「検出１」及び、コンデンサＣ３’’、Ｃ４’’を用いた「検出２」を繰り返し行うことにより、時分割的に電池セルＶ毎に電池電圧の検出を行う。
このようにチップ内制御部３０が制御を行うことにより、本実施形態の電池監視ＬＳＩ１４では、例えば、上述したように、コンパレータＣＭＰ０の検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ１のレベルが過充電検出電圧に相当するレベルであり、検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈ２のレベルが過放電検出電圧に相当するレベルである場合、検出１及び検出２各々のコンパレート状態において検出回路２６のコンパレータＣＭＰ０から出力された検出信号ＯＵＴのレベルに基づいて、チップ内制御部３０が各電池セルＶが過充電状態であるか否かを検出し、また、過放電状態であるか否かを検出する。
なお、図１２に示したタイミングチャートでは、低電圧側の電池セルＶから順に、検出１及び検出２を繰り返し行う場合を示したが、検出１及び検出２を行うタイミングはこれに限らない。例えば、低電圧側の電池セルＶから順に検出１を行い、全ての電池セルＶについて検出１を終了した後に、低電圧側の電池セルＶから順に検出２を行うようにしてもよい。
なお、図１１に示した検出回路２６では、ノードｉｎｐと接続可能な２つのコンデンサＣ３（Ｃ３’、Ｃ３’’）、ノードｉｎｎと接続可能な２つのコンデンサＣ４（Ｃ４’、Ｃ４’’）について示したが、検出回路２６が備えるコンデンサの数はこれに限らない。例えば、ノードｉｎｐと接続可能なコンデンサ及びノードｉｎｎと接続可能なコンデンサのいずれかのみを複数備えてもよい。また例えば、例えば、ノードｉｎｐと接続可能なコンデンサ及びノードｉｎｎと接続可能なコンデンサの数を３つ以上とすることにより、さらに多くの検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈをコンパレータＣＭＰ０に設定することができる。
以上説明したように、本実施形態の電池監視ＬＳＩ１４の検出回路２６は、一端が電池セルＶの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能なコンデンサＣ１、及び一端がコンデンサＣ１が接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能なコンデンサＣ２を含む第１のコンデンサ群と、コンデンサＣ１を介して電池セルＶに接続可能な非反転入力端子、及びコンデンサＣ２を介して電池セルＶに接続可能な反転入力端子を備え、接続された電池セルＶの電池電圧と検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈとを比較するコンパレータＣＭＰ０と、を備える。また、検出回路２６は、コンデンサＣ１とコンパレータＣＭＰ０の非反転入力端子との間のノードｉｎｐと、接地電圧源ＧＮＤと基準電圧源ＶＲＥＦの何れかとの接続状態を切り替えるスイッチＳ１との間に、スイッチＳ１と直列に接続されたコンデンサＣ３、及びコンデンサＣ２とコンパレータＣＭＰ０の反転入力端子との間のノードｉｎｎと、接地電圧源ＧＮＤと基準電圧源ＶＲＥＦの何れかとの接続状態を切り替えるスイッチＳ２との間に、スイッチＳ２と直列に接続されたコンデンサＣ４を含む第２のコンデンサ群を備える。
図１３に示した従来の電池監視ＬＳＩでは、セル選択スイッチ１２４がオン状態になり、電池セルＶの正極電圧と負極電圧とが、差動アンプ１２６Ａに供給されている状態では、常に、抵抗Ｒ１〜Ｒ４に電流が流れるため、電池電圧が消費される。抵抗Ｒ１〜Ｒ４による消費電流を抑制するためには、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値を大きくする必要があるが、抵抗値を大きくすると、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の設置に要する面積が大きくなるという問題があった。
これに対して、上記各実施形態の検出回路２６は、コンデンサＣ１〜Ｃ４と、スイッチＳ１〜Ｓ４と、により構成されており、従来の検出回路１２６のように抵抗Ｒ１〜Ｒ４を備えていない。そのため、セル選択スイッチ１２４がオン状態になり、電池セルＶの正極電圧と負極電圧とが、差動アンプ１２６Ａに供給されている状態において、消費される電池電圧を抑制することができる。
従って、上記各実施形態の検出回路２６によれば、低消費電流かつ小型化が可能となる。
また、上記各実施形態の検出回路２６によれば、従来の検出回路１２６と比べて、２つのコンパレータ（Ａ０、Ｃ０）に代わり、コンパレータＣＭＰ０１つのみで実現できるため、より、小型化が可能となる。
また、上記各実施形態の検出回路２６によれば、コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量比により検出閾値電圧Ｖｎ＿ｔｈをコンパレータＣＭＰ０に設定することができるため、各コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量そのものは小さくすることができる。そのため、上記各実施形態の検出回路２６によれば、より小型化が可能となる。
また、従来の検出回路１２６では、検出回路１２６で検出動作を行う場合、オン状態のセル選択スイッチ１２４のスイッチＳＷに電流が流れるため、セル選択スイッチ１２４のオン抵抗を小さくするために、サイズを大きくする必要があった。一方、上記各実施形態の検出回路２６によれば、チャージ状態においてコンデンサＣ１〜Ｃ４に電荷をチャージした後にコンパレート状態で電池電圧の検出を行うため、セル選択スイッチ２４のオン抵抗を考慮しなくてよい。従って、上記各実施形態の検出回路２６によれば、セル選択スイッチ２４のサイズを小さくすることができる。
なお、上記各実施形態の検出回路２６に限らず、例えば、各実施形態の検出回路２６の構成を組み合わせて用いてもよい。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせて、複数の基準電圧ＶＲＥＦに切替可能、かつ容量比が異なるコンデンサ（Ｃ３、Ｃ３’及びＣ４、Ｃ４’）に切替可能な検出回路２６としてもよい。
また、上記各実施形態で上述したマイクロコンピュータ１６の機能をチップ内制御部３０が有していてもよい。例えば、チップ内制御部３０がセル選択スイッチ２４及び検出回路２６を直接制御してもよい。この場合、電池監視システム１０は、マイクロコンピュータ１６を備えなくてもよい。
また、上各実施形態では、電池監視システム１０における電池監視ＬＳＩ１４に適用する検出回路２６について説明したが、検出回路２６が適用される装置は本実施形態に限定されるものではなく、２端子間の電圧を検出装置であれば適用可能である。
また、上記各実施形態では、検出回路２６がコンデンサＣ１〜Ｃ４を備えている場合について説明したが、コンデンサＣ１〜Ｃ４の一部または全部が備えられている場所は検出回路２６内に限定されない。例えば、電池監視ＬＳＩ１４内の検出回路２６外の領域に備えられていてもよいし、また例えば、電池監視ＬＳＩ１４外に備えられており、端子等を介して検出回路２６と接続されていてもよい。
また、その他の上記各実施の形態で説明した電池監視システム１０、電池監視ＬＳＩ１４、及びＡＤＣ３８の構成及び動作は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。
１０ 電池監視システム
１２ 電池セル群
１４ 電池監視ＬＳＩ
１６ マイクロコンピュータ
２４ セル選択スイッチ
２６ 検出回路
３０ チップ内制御部
Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ３’、Ｃ３’’、Ｃ４、Ｃ４’’ コンデンサ
ＣＭＰ０ コンパレータ
ＧＮＤ 接地電圧源
Ｌ１、Ｌ２ 信号線
Ｓ１〜Ｓ４、ＳＷ１＿１〜ＳＷｎ＿１、ＳＷ１＿２〜ＳＷｎ＿２ スイッチ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖｎ 電池セル
ＶＣＯＭ 基準電圧源
ＶＲＥＦ、ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２ 基準電圧源

Claims (8)

  1. 一端が電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第１のコンデンサ、及び一端が前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第２のコンデンサを含む第１のコンデンサ群と、
    前記第１のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第１の入力端子、及び前記第２のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第２の入力端子を備え、前記第１のコンデンサと前記第１の入力端子との間の第１のノードの電圧と、前記第２のコンデンサと前記第２の入力端子との間の第２のノードの電圧とが等しくなる場合の電圧を検出閾値電圧として動作する比較部と、
    前記第１のノードと、接地電圧を供給する接地電圧源を含む複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第１の切替素子との間に、前記第１の切替素子と直列に接続された第３のコンデンサ、及び前記第２のノードと、前記複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第２の切替素子との間に、前記第２の切替素子と直列に接続された第４のコンデンサを含む第２のコンデンサ群と、
    前記第１のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第１の入力端子及び所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第３の切替素子と、
    前記第２のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第２の入力端子及び前記所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第４の切替素子と、
    前記第１のコンデンサの一端を、前記電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第５の切替素子、及び前記第２のコンデンサの一端を、前記電池セルの前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第６の切替素子を含む切替素子群と、
    を備え、
    前記検出閾値電圧は、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、及び前記第４のコンデンサの各容量の容量比に応じて定められる、
    半導体装置。
  2. 前記比較部は、直列に接続された複数の電池セルの電池セル毎に、第１のノードの電圧と前記第２のノードの電圧とが等しくなる場合の電圧を前記検出閾値電圧として動作し、
    前記切替素子群は、前記複数の電池セルの電池セル毎に、前記第５の切替素子及び前記第６の切替素子を含む、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第３のコンデンサは、容量が異なる複数のコンデンサを有し、
    前記第３のコンデンサの複数のコンデンサ各々のいずれかの一端に、前記第１のノードを切り替えて接続することが可能な第７の切替素子をさらに備える、
    請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記第４のコンデンサは、容量が異なる複数のコンデンサを有し、
    前記第４のコンデンサの複数のコンデンサ各々のいずれかの一端に、前記第２のノードを切り替えて接続することが可能な第８の切替素子をさらに備える、
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により前記接地電圧源と前記第３のコンデンサの他端及び前記第４のコンデンサの他端とを接続させた状態で所定時間経過した後、前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により、前記複数の電圧源のうちの前記接地電圧源と異なる電圧源と前記第３のコンデンサの他端及び前記第４のコンデンサの他端とを接続させる制御を行う制御部をさらに備える、
    請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 前記比較部から出力される信号のレベルに基づいて、前記電池セルの電池電圧の状態を検出する検出部をさらに備えた、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 直列に接続された複数の電池セルと、
    一端が電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第１のコンデンサ、及び一端が前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第２のコンデンサを含む第１のコンデンサ群と、
    前記第１のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第１の入力端子、及び前記第２のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第２の入力端子を備え、前記第１のコンデンサと前記第１の入力端子との間の第１のノードの電圧と、前記第２のコンデンサと前記第２の入力端子との間の第２のノードの電圧とが等しくなる場合の電圧を検出閾値電圧として動作する比較部と、
    前記第１のノードと、接地電圧を供給する接地電圧源を含む複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第１の切替素子との間に、前記第１の切替素子と直列に接続された第３のコンデンサ、及び前記第２のノードと、前記複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第２の切替素子との間に、前記第２の切替素子と直列に接続された第４のコンデンサを含む第２のコンデンサ群と、
    前記第１のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第１の入力端子及び所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第３の切替素子と、
    前記第２のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第２の入力端子及び前記所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第４の切替素子と、
    前記第１のコンデンサの一端を、前記電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第５の切替素子、及び前記第２のコンデンサの一端を、前記電池セルの前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第６の切替素子を含む切替素子群と、
    を備え、
    前記検出閾値電圧は、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、及び前記第４のコンデンサの各容量の容量比に応じて定められる半導体装置と、
    前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により前記接地電圧源と前記第３のコンデンサの他端及び前記第４のコンデンサの他端とを接続させた状態で所定時間経過した後、前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により、前記複数の電圧源のうちの前記接地電圧源と異なる電圧源と前記第３のコンデンサの他端及び前記第４のコンデンサの他端とを接続させる制御を行う制御部と、
    を備えた電池監視システム。
  8. 一端が電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第１のコンデンサ、及び一端が前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第２のコンデンサを含む第１のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第１の入力端子、及び前記第２のコンデンサを介して前記電池セルに接続可能な第２の入力端子を備え、前記第１のコンデンサと前記第１の入力端子との間の第１のノードの電圧と、前記第２のコンデンサと前記第２の入力端子との間の第２のノードの電圧とが等しくなる場合の電圧を検出閾値電圧として動作する比較部と、前記第１のノードと、接地電圧を供給する接地電圧源を含む複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第１の切替素子との間に、前記第１の切替素子と直列に接続された第３のコンデンサ、及び前記第２のノードと、前記複数の電圧源の何れかとの接続状態を切り替える第２の切替素子との間に、前記第２の切替素子と直列に接続された第４のコンデンサを含む第２のコンデンサ群と、前記第１のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第１の入力端子及び所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第３の切替素子と、前記第２のコンデンサの一端を、前記比較部の前記第２の入力端子及び前記所定の基準電圧源のいずれかに切り替えて接続することが可能な第４の切替素子と、前記第１のコンデンサの一端を、前記電池セルの正極及び負極の一方の極に切り替えて接続することが可能な第５の切替素子、及び前記第２のコンデンサの一端を、前記電池セルの前記第１のコンデンサが接続された極と反対の他方の極に切り替えて接続することが可能な第６の切替素子を含む切替素子群と、を含み、前記検出閾値電圧は、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、及び前記第４のコンデンサの各容量の容量比に応じて定められる半導体装置による前記電池セルの電池電圧の検出方法であって、
    前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により、前記接地電圧源と前記第３のコンデンサ及び前記第４のコンデンサを接続し、
    所定時間経過後に、前記第１の切替素子及び前記第２の切替素子により、前記複数の電圧源のうちの前記接地電圧源と異なる電圧源と前記第３のコンデンサ及び前記第４のコンデンサを接続する、
    処理を含む検出方法。
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