特許第5698004号(P5698004)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許5698004半導体回路、電池監視システム、診断プログラム、及び診断方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5698004
(24)【登録日】2015年2月20日
(45)【発行日】2015年4月8日
(54)【発明の名称】半導体回路、電池監視システム、診断プログラム、及び診断方法
(51)【国際特許分類】
   H02J 7/00 20060101AFI20150319BHJP
   G01R 19/00 20060101ALI20150319BHJP
   G01R 31/36 20060101ALI20150319BHJP
   H01M 10/44 20060101ALI20150319BHJP
   H01M 10/42 20060101ALI20150319BHJP
   H02J 7/02 20060101ALI20150319BHJP
【FI】
   H02J7/00 Q
   G01R19/00 B
   G01R31/36 A
   H01M10/44 P
   H01M10/42 P
   H02J7/02 H
【請求項の数】10
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2011-4249(P2011-4249)
(22)【出願日】2011年1月12日
(65)【公開番号】特開2012-147587(P2012-147587A)
(43)【公開日】2012年8月2日
【審査請求日】2013年11月14日
(73)【特許権者】
【識別番号】308033711
【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(74)【代理人】
【識別番号】100099025
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 浩志
(72)【発明者】
【氏名】杉村 直昭
【審査官】 松尾 俊介
(56)【参考文献】
【文献】 特開2002−168928(JP,A)
【文献】 特開平05−160732(JP,A)
【文献】 特開2009−183025(JP,A)
【文献】 特開平10−261940(JP,A)
【文献】 特開2007−001123(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/00
G01R 19/00
G01R 31/36
H01M 10/42
H01M 10/44
H02J 7/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段に対し、前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧と、前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧とを比較する比較手段と、
を備え、
前記比較手段は、シングルエンド型反転増幅器と、前記シングルエンド型反転増幅器の入力に接続され、かつ前記第1信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第1コンデンサと、前記第1コンデンサと並列に接続され、かつ前記第2信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第2コンデンサと、を備える
半導体回路。
【請求項2】
前記閾値電圧は、前記第1コンデンサの静電容量と、前記第2コンデンサの静電容量とに応じて定められる、請求項1に記載の半導体回路。
【請求項3】
直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段と、
第1コンデンサと、該第1コンデンサと並列に接続された第2コンデンサと、を備え、該第1コンデンサに与えられた前記第1信号線の電位と該第2コンデンサに与えられた前記第2信号線の電位とにより該第1コンデンサ及び該第2コンデンサに与えられる電荷に基づいて該第1コンデンサ及び該第2コンデンサに前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子の間の電位を接続することで定められる電圧と、該第1コンデンサ及び該第2コンデンサが接続されるシングルエンド型反転増幅器の前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧とを比較する比較手段と、
を有する半導体回路。
【請求項4】
各前記第1信号線と前記比較手段とを接続する第1スイッチング素子と、
各前記第2信号線と前記比較手段とを接続する第2スイッチング素子と、
を備えた請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体回路。
【請求項5】
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記放電手段の異常を診断する診断手段を備えた請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体回路。
【請求項6】
基準電圧生成手段と、
前記基準電圧生成手段により生成された電圧から所定の割合の電圧を生成する生成手段と、
接地電位を供給する接地手段と、
を備え、
前記比較手段は、さらに、前記基準電圧生成手段で生成された電圧と接地電位に応じた電圧との差に応じて設定される閾値電圧と、前記生成手段で生成された前記所定の割合の電圧とを比較する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体回路。
【請求項7】
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記比較手段の異常を検出する検出手段を備えた請求項6に記載の半導体回路。
【請求項8】
直列に接続された複数の電池と、
前記複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段と、
前記請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体回路と、
を備えた電池監視システム。
【請求項9】
直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段に対し、前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧と、前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧とを比較する比較手段と、を備え前記比較手段は、シングルエンド型反転増幅器と、前記シングルエンド型反転増幅器の入力に接続され、かつ前記第1信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第1コンデンサと、前記第1コンデンサと並列に接続され、かつ前記第2信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第2コンデンサと、を備えた半導体回路の前記放電手段を診断する処理をコンピュータに実行させるための診断プログラムであって、
前記第1コンデンサに、前記第1信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電するステップと、
前記第2コンデンサに、前記第2信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電するステップと、
前記第1コンデンサ及び前記第2コンデンサに前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧を入力させるステップと、
前記比較手段から比較結果を出力するステップと、
を備えた処理をコンピュータに実行させるための診断プログラム。
【請求項10】
直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段に対し、前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧と、前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧とを比較する比較手段と、を備え前記比較手段は、シングルエンド型反転増幅器と、前記シングルエンド型反転増幅器の入力に接続され、かつ前記第1信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第1コンデンサと、前記第1コンデンサと並列に接続され、かつ前記第2信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第2コンデンサと、を備えた半導体回路の前記放電手段を診断する診断方法であって、
前記第1コンデンサに、前記第1信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電する工程と、
前記第2コンデンサに、前記第2信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電する工程と、
前記第1コンデンサ及び前記第2コンデンサに前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧を入力させる工程と、
前記比較手段から比較結果を出力する工程と、
を備えた診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体回路、電池監視システム、診断プログラム、及び診断方法、特に電池電圧監視用の半導体回路、電池監視システム、診断プログラム、及び診断方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ駆動等に用いられる大容量で高出力なバッテリーとして、複数の電池(電池セル)が直列に接続されたバッテリー(具体的一例としては、リチウムイオンバッテリー等が挙げられる)が用いられている。当該バッテリーの電池の電圧を監視・制御するための電池監視システムが知られている。
【0003】
従来の電池監視システムは、複数の電池セルを含む電池セル群と、当該電池セル群に含まれる電池セルの電圧を測定・制御する半導体回路と、を備えて構成されている。
【0004】
当該電池監視システムでは、測定用の半導体回路から得られた各電池セルの電圧情報を元に、電池セル群のセル電圧均等化(各電池セルの電圧値を均等にする)処理や充放電制御(各電池セルの充放電の制御)処理等を行う。このような電池監視システムでは、電圧均等化処理が適切に行われていないと、電池監視システムに不具合が発生する場合がある。
【0005】
そのため、放電回路に関する故障を診断する方法が知られている。特許文献1には、放電回路に用いるスイッチのオープン故障を診断する方法として、スイッチをオンした状態で、スイッチの両端の電圧が一定以下であるか、また、スイッチをオフした状態でスイッチの両端電圧が所定電圧よりも高いか否かを検知する技術が記載されている。また、特許文献2には、比較回路として、入力側にコンデンサが並列に接続されたチョッパ型コンパレータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2008−175804号公報
【特許文献2】特開2010−97549号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述の技術では、異常診断部等の専用の手段において処理を行う必要があるため処理時間がかかってしまうと共に、電力消費が大きくなる場合があるという問題がある。
【0008】
本発明は、上述した問題を解決するために提案されたものであり、放電手段の機能を適切に診断することができる、半導体回路、電池監視システム、診断プログラム、及び診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の半導体回路は、直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段に対し、前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧と、前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧とを比較する比較手段と、を備え、前記比較手段は、シングルエンド型反転増幅器と、前記シングルエンド型反転増幅器の入力に接続され、かつ前記第1信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第1コンデンサと、前記第1コンデンサと並列に接続され、かつ前記第2信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第2コンデンサと、を備える。
また、請求項3に記載の半導体回路は、直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段と、第1コンデンサと、該第1コンデンサと並列に接続された第2コンデンサと、を備え、該第1コンデンサに与えられた前記第1信号線の電位と該第2コンデンサに与えられた前記第2信号線の電位とにより該第1コンデンサ及び該第2コンデンサに与えられる電荷に基づいて該第1コンデンサ及び該第2コンデンサに前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子の間の電位を接続することで定められる電圧と、該第1コンデンサ及び該第2コンデンサが接続されるシングルエンド型反転増幅器の前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧とを比較する比較手段と、を有する。
【0010】
請求項6に記載の半導体回路は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体回路において、基準電圧生成手段と、前記基準電圧生成手段により生成された電圧から所定の割合の電圧を生成する生成手段と、接地電位を供給する接地手段と、を備え、前記比較手段は、さらに、前記基準電圧生成手段で生成された電圧と接地電位に応じた電圧との差に応じて設定される閾値電圧と、前記生成手段で生成された前記所定の割合の電圧とを比較する。
【0011】
請求項8に記載の電池監視システムは、直列に接続された複数の電池と、前記複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段と、前記請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体回路と、を備える。
【0012】
請求項9に記載の診断プログラムは、直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段に対し、前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧と、前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧とを比較する比較手段と、を備え前記比較手段は、シングルエンド型反転増幅器と、前記シングルエンド型反転増幅器の入力に接続され、かつ前記第1信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第1コンデンサと、前記第1コンデンサと並列に接続され、かつ前記第2信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第2コンデンサと、を備えた半導体回路の前記放電手段を診断する処理をコンピュータに実行させるための診断プログラムであって、前記第1コンデンサに、前記第1信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電するステップと、前記第2コンデンサに、前記第2信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電するステップと、前記第1コンデンサ及び前記第2コンデンサに前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧を入力させるステップと、前記比較手段から比較結果を出力するステップと、を備えた処理をコンピュータに実行させるためのものである。
【0013】
請求項10に記載の診断方法は、直列に接続された複数の電池の各々の高電位側に接続された第1信号線と前記複数の電池の各々の低電位側に接続された第2信号線との間に跨って設けられた抵抗素子と、前記抵抗素子に直列に接続された放電用スイッチング素子とを含む放電手段に対し、前記第1信号線の電位と前記第2信号線の電位との電位差に応じて設定される閾値電圧と、前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧とを比較する比較手段と、を備え前記比較手段は、シングルエンド型反転増幅器と、前記シングルエンド型反転増幅器の入力に接続され、かつ前記第1信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第1コンデンサと、前記第1コンデンサと並列に接続され、かつ前記第2信号線の電位または前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位が入力される第2コンデンサと、を備えた半導体回路の前記放電手段を診断する診断方法であって、前記第1コンデンサに、前記第1信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電する工程と、前記第2コンデンサに、前記第2信号線の電位と前記シングルエンド型反転増幅器の閾値電圧との差を充電する工程と、前記第1コンデンサ及び前記第2コンデンサに前記抵抗素子と前記放電用スイッチング素子との間の電位に応じた電圧を入力させる工程と、前記比較手段から比較結果を出力する工程と、を備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、放電手段の機能を適切に診断することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】第1の実施の形態に係る電池監視システムの概略構成の一例を示す回路図である。
図2】第1の実施の形態に係る半導体回路の概略構成の一例を示す回路図である。
図3】第1の実施の形態に係る均等化機能の自己診断処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図4】第1の実施の形態に係るイニシャライズ動作における半導体回路の状態を示した回路図である。
図5】第1の実施の形態に係る比較動作における半導体回路の状態を示した回路図である。
図6】第2の実施の形態に係る半導体回路の概略構成の一例を示す回路図である。
図7】第2の実施の形態に係る診断処理全体の流れの一例を示すフローチャートである。
図8】第2の実施の形態に係るチョッパ型コンパレータ診断処理全体の流れの一例を示すフローチャートである。
図9】第2の実施の形態に係るチョッパ型コンパレータ診断処理のイニシャライズ動作の流れの一例を示すフローチャートである。
図10】第2の実施の形態に係るチョッパ型コンパレータ診断処理の比較動作1及び比較動作2の流れの一例を示すフローチャートである。
図11】第2の実施の形態に係るチョッパ型コンパレータ診断のイニシャライズ動作における半導体回路の状態を示した回路図である。
図12】第2の実施の形態に係るチョッパ型コンパレータ診断処理の比較動作1及び比較動作2における半導体回路の状態を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
[第1の実施の形態]
【0017】
以下、図面を参照して、第1の実施の形態の電池監視システムについて詳細に説明する。
【0018】
まず、本実施の形態の電池監視システムの構成について説明する。本実施の形態の電池監視システムの概略構成の一例を図1に示す。図1に示した本実施の形態の電池監視システムは、複数の電池セルを含む電池セル群12と、電池セル群12の各電池セルを放電させる放電部13と、電池セル群12の各電池セルの電圧を測定する半導体回路14と、を備えて構成されている。
【0019】
放電部13は、放電回路(図2、放電回路51参照、詳細後述)と、LPF(ローパスフィルタ、図2、LPF参照、詳細後述)と、を備えて構成されている。
【0020】
半導体回路14は、診断回路22、記憶部23、スイッチング素子群24、比較回路26、電圧計測セル選択スイッチ28、及び電圧計測回路30を備えて構成されている。
【0021】
診断回路22は、比較回路26から出力される出力OUTに基づいて放電部13の均等化機能(詳細後述)を診断するための機能を有する論理回路である。診断回路22は、外部から均等化機能の診断を実行するよう指示を受けると、禁断のために用いるスイッチング素子群24等のオン、オフを制御する制御信号を出力する。
【0022】
記憶部23は、比較回路26から出力された出力OUT(Hレベル、Lレベルを示す論理値)を記憶する機能を有するものであり、具体的一例としては、レジスタ等が挙げられる。本実施の形態では、記憶部23に記憶(格納)される論理値に基づいて、放電部13(放電回路51)の均等化機能を自己診断する。
【0023】
図2に本実施の形態の放電部13及び半導体回路14の概略構成の一例を示す。本実施の形態の半導体回路14は、放電回路51(より具体的には、均等化スイッチング素子SW)による均等化機能を診断する機能を有している。なお、本実施の形態では、具体的一例として、電池セル群12は、3つのセルC(Cn−1〜Cn+1、総称する場合は、セルCという)を含んでおり、信号線Ln−2〜Ln+1(総称する場合は、信号線Lという)により放電部13を介して半導体回路14に接続されている。また、図2では、診断回路22及び記憶部23の記載を省略している。
【0024】
図2に示した本実施の形態の放電部13は、放電回路51及びLPFを備えて構成されている。
【0025】
放電回路51は、電池セル群12の電池セルCの高電位側と低電位側との間を短絡させて、セルCを放電させることにより各セルCの電圧を均等化する機能を有するものである。放電回路51は、均等化スイッチング素子SW(SWn−1〜SWn+1、総称する場合は、均等化スイッチング素子SWという)を有している。本実施の形態では、均等化スイッチング素子SWは、具体的一例としてNMOSトランジスタを用いており、ドレインがセルCの放電量を制限するための抵抗素子Rbalを介して電池セルCの高電位側の信号線Lに接続されると共に、ソースが電池セルCの低電位側の信号線Lに接続されている。また、ゲートが、スイッチング素子SW3に接続されると共に、プルダウン抵抗である抵抗素子Rcbを介して低電位側の信号線Lに接続される。均等化スイッチング素子SWのゲートがオンすると、セルC間が短絡して電池セルCの電荷が放電される。本実施の形態では、均等化スイッチング素子SWのゲートのオン、オフの制御は、スイッチング素子3の電圧調整部IH(詳細後述)により行われており、電圧調整部IHは定電流源であり、電圧調整部IHから均等化スイッチング素子駆動電流が信号線CBに供給されると、均等化スイッチング素子SWのゲートがオンになる。
【0026】
LPFは、高周波成分をカットすることにより、電池セル群12の各セルCで発生した急峻な電圧変動を抑制する機能を有するものである。LPFは各セルCの高電位側の信号線Lに接続されている。
【0027】
図2に示した半導体回路14は、スイッチング素子群24、比較回路26、電圧計測セル選択スイッチ28、及び電圧計測回路30を備えて構成されている。スイッチング素子群24は、スイッチング素子SW1、スイッチング素子SW2L、SW2H、及び電圧調整部IHを含むスイッチング素子SW3、を備えて構成されている。
【0028】
半導体回路14は、電池セル群12と放電部13とを接続する信号線L、LPFと電圧計測セル選択スイッチ28とを接続する信号線V、放電回路51のスイッチング素子SWのゲートとスイッチング素子SW3とを接続する信号線CB、及びセルCの高電位側の信号線Lとスイッチング素子SW1とを抵抗素子Rbalを介して接続する信号線DVを有している。
【0029】
電圧計測セル選択スイッチ28は、複数の内部スイッチング素子(図示省略)を備え、内部スイッチング素子を切り替えて、電池電圧の測定・監視を行うセルCの高電位側の電圧(信号線L)と低電位側の電圧(信号線L)とを選択する機能を有するものである。電圧計測回路30は、電圧計測セル選択スイッチ28により選択された電圧に基づいて、セルCの電池電圧を計測する機能を有するものである。
【0030】
スイッチング素子SW1は、信号線DVと信号線Lcとを接続する機能を有するものであり、診断回路22からの制御信号に基づいて、診断を行う放電回路51の信号線DVと信号線Lcとを接続する。スイッチング素子SW1は、各信号線DV毎にスイッチング素子SW1(SW1n−2〜SW1n+1、総称する場合は、スイッチング素子SW1という)が設けられている。
【0031】
スイッチング素子SW2L、SW2Hは、各信号線V毎に設けられている(SW2Ln−2〜SW2Ln+1、総称する場合は、スイッチング素子SW2Lという。SW2Hn−2〜SW2Hn+1、総称する場合は、スイッチング素子SW2Hという。)。スイッチング素子SW2Lは、診断回路22からの制御信号に基づいて、信号線Vと信号線Lilとを接続する機能を有する。また、スイッチング素子SW2Hは、診断回路22からの制御信号に基づいて、信号線Vと信号線Lihとを接続する機能を有する。
【0032】
スイッチング素子SW3は、スイッチング素子SW3H及び定電流源である電圧調整部IHを備えて構成されている。スイッチング素子SW3H及び電圧調整部IHは、各信号線CB毎に設けられている(SW3n−1〜SW3n+1、総称する場合は、スイッチング素子SW3という。電圧調整部IHも同様に、総称する場合は、個々を示す符号を省略して記載する)。
【0033】
スイッチング素子SW3Hは信号線CBと電圧調整部IHとを接続する機能を有しており、セルCの均等化(放電)を行う場合に、オンされ、電圧調整部IHからスイッチング素子SWのゲートに均等化スイッチング素子駆動電圧を印加させるものである。
【0034】
また、本実施の形態の比較回路(コンパレータ)26は、チョッパ型コンパレータとして構成されている。比較回路26は、スイッチング素子SWC1−A、SWC2−A、SWC1−B、SWC2−B、コンデンサC1、C2、自己閾値電圧Vxのシングル反転増幅器NAMP、及びラッチ回路(Latch)32を備えて構成されている。
【0035】
スイッチング素子SWC1−Aは、信号線LihをコンデンサC1に接続する機能を有しており、スイッチング素子SWC2−Aは、信号線LcをコンデンサC1に接続する機能を有している。また、スイッチング素子SWC1−Bは、信号線LilをコンデンサC2に接続する機能を有しており、スイッチング素子SWC2−Bは、信号線LcをコンデンサC2に接続する機能を有している。
【0036】
ラッチ回路32は、シングル反転増幅器NAMPの出力電圧から論理値(Hレベル及びLレベル)を確定して出力する機能を有するものである。
【0037】
次に、均等化機能の自己診断処理について説明する。なお、具体的一例として、均等化スイッチング素子SWnの自己診断処理を行う場合について説明する。均等化スイッチング素子SWnの均等化機能の自己診断処理を行う場合は、信号線Vnの電位と信号線Vn−1の電位との差に対する信号線DVnの電位状態を比較回路26でモニタして、均等化機能を自己診断する。また、本実施の形態では、具体的一例として、信号線Vnの電位と信号線Vn−1の電位との差分の50%を閾値とし、信号線DVnの電位と信号線Vn−1の電位との差分が、閾値以上の場合を通常動作状態(均等化スイッチング素子SWnがオフ)とし、閾値未満を均等化機能動作状態としている。
【0038】
本実施の形態の均等化機能の自己診断処理は、イニシャライズ動作と、比較動作にわけられる。
【0039】
本実施の形態の均等化機能の自己診断処理全体の流れの一例のフローチャートを図3に示す。また、図4には、イニシャライズ動作における半導体回路14の状態を示した回路図を、図5には、比較動作における半導体回路14の状態を示した回路図を示す。
【0040】
ステップ100では、均等化機能を診断する均等化スイッチング素子SWに応じたスイッチング素子SW2H、SW2Lをオンにする。具体的一例として、スイッチング素子SW2Hn、SW2Ln−1をオンにする(図4参照)。スイッチング素子SW2Hnがオンになることにより、信号線Vnと信号線Lihとが接続される。また、スイッチング素子SW2Ln−1がオンになることにより、信号線Vn−1と信号線Lilとが接続される。
【0041】
次のステップ102では、比較回路26のスイッチング素子SWC1−Aをオンにする(図4参照)。これにより、コンデンサC1には、信号線Vnの電圧と、自己閾値電圧Vxとの差(信号線Vnの電圧−自己閾値電圧Vx)が充電された状態になる。また、比較回路26のスイッチング素子SWC1−Bをオンにする(図4参照)。これにより、コンデンサC2には、信号線Vn−1の電圧と、自己閾値電圧Vxとの差(自己閾値電圧Vx−信号線Vn−1の電圧)が充電された状態になる。このときのコンデンサC1の電荷を電荷Q1、静電容量を静電容量C1、コンデンサC2の電荷を電荷Q2、静電容量を静電容量C2とすると、電荷Q1、Q2は、以下の(1)、(2)式で表される。
【0042】
Q1=C1×(Vn−Vx) ・・・(1)
【0043】
Q2=C2×(Vx−V(n−1)) ・・・(2)
【0044】
なお、当該ステップ100、102が本実施の形態のイニシャライズ動作に該当する。
【0045】
イニシャライズ動作が終了すると次のステップ104では、イニシャライズ動作によりオンにしたスイッチング素子SW2H、SW2Lをオフにすると共に、均等化機能を診断する均等化スイッチング素子SWに応じたスイッチング素子SW1をオンにする。具体的一例として、スイッチング素子SW2Hn、SW2Ln−1をオフにすると共に、スイッチング素子SW1nをオンにする(図5参照)。スイッチング素子SW1nがオンになることにより、信号線DVnと信号線Lcが接続される。
【0046】
次のステップ106では、比較回路26のスイッチング素子SWC1−Aをオフにすると共に、スイッチング素子SWC2−Aをオンにする。また、スイッチング素子SWC1−Bをオフにすると共に、スイッチング素子SWC2−Bをオンにする。さらに次のステップ108では、比較回路26から論理値(出力OUT)を出力する。
【0047】
このときのNAMPの入力電圧をVx’、コンデンサC1の電荷を電荷Q1’、コンデンサC2の電荷を電荷Q2’とすると、電荷Q1’、Q2’は、以下の(3)、(4)式で表される。
【0048】
Q1’=C1×(DVn−Vx’) ・・・(3)
【0049】
Q2’=C2×(Vx’−DVn) ・・・(4)
【0050】
電荷保存則より、以下の(5)式が成り立つ。
【0051】
−Q1+Q2=−Q1’+Q2’ ・・・(5)
【0052】
従って、(1)式〜(5)式により、
【0053】
−C1×(Vn−Vn)+C2×(Vx−V(n−1))=−C1×(DVn−Vx’)+C2×(Vx’−DVn)となり、以下の(6)式が得られる。
【0054】
Vx’−Vx=(DVn−V(n−1))−C1/(C1+C2)×(Vn−V(n−1)) ・・・(6)
【0055】
ここで、シングル反転増幅器NAMPの出力電圧をVnampout、利得をGnampとすると、以下の(7)式となる。
【0056】
Vnampout=−Gnamp×(Vx’−Vx) ・・・(7)
【0057】
利得Gnampが充分に高い場合、シングル反転増幅器NAMPの出力論理は、電圧Vx’−自己閾値電圧Vxの正負で決定し、閾値(Vn−V(n−1)の比率)は、静電容量C1と、静電容量C1+静電容量C2との容量比率で決定する。
【0058】
本実施の形態では、具体的一例として、静電容量C1:静電容量C2=1:1の容量比率にしているため、1/(1+1)=1/2となり、上述のように50%が閾値となり、(8)式のようになる。
【0059】
Vx’−Vx=(DVn−V(n−1))−1/2×(Vn−V(n−1)) ・・・(8)
【0060】
従って、以下のように電圧Vx’−自己閾値電圧Vxの正負が決定する。
【0061】
DVn−V(n−1)>0.5×(Vn−V(n−1))の場合、Vx’−Vx>0。従って、比較回路26の出力OUTは、Lレベルになる。
【0062】
一方、DVn−V(n−1)<0.5×(Vn−V(n−1))の場合、Vx’−Vx<0。従って、比較回路26の出力OUTは、Hレベルになる。
【0063】
均等化スイッチング素子SWnが動作していない場合(均等化スイッチング素子駆動電流が供給されていない場合)、正常に動作している場合は、均等化スイッチング素子はオフ状態であるため、DVn−V(n−1)>0.5×(Vn−V(n−1))となり、出力OUTは、Lレベルになる。一方、故障している(正常に動作していない)場合は、DVn−V(n−1)<0.5×(Vn−V(n−1))となり、出力OUTは、Hレベルになる。
【0064】
一方、均等化スイッチング素子SWnが動作している場合(均等化スイッチング素子駆動電流が供給されている場合)、正常に動作している場合は、均等化スイッチング素子はオン状態であるため、DVn−V(n−1)<0.5×(Vn−V(n−1))となり、出力OUTは、Hレベルになる。一方、故障している(正常に動作していない)場合は、DVn−V(n−1)>0.5×(Vn−V(n−1))となり、出力OUTは、Lレベルになる。
【0065】
ステップ110では、全部の均等化スイッチング素子SWに対して、ステップ100〜108の処理を行ったか否か判断し、行っていなければ、ステップ100に戻り、本処理を繰り返す。一方、全部の均等化スイッチング素子SWに対して行った場合は、全部の均等化スイッチング素子SWの均等化機能の自己診断処理が終了したため、本処理を終了する。
【0066】
本実施の形態では、出力OUTの結果が、表1のようになる。
【0067】
【表1】
なお、本実施の形態では、比較回路26より出力された出力OUTを検出し、上述の表1に基づいて均等化スイッチング素子SWの均等化機能の自己診断を行う。なお、本実施の形態では、故障していると診断した場合は、例えば、電池監視システム10の動作を停止する等、所定の措置を行うようにしている。
【0068】
以上説明したように、本実施の形態の半導体回路14では、放電回路51の均等化スイッチング素子SWnの均等化(放電)機能の診断を行う場合は、イニシャライズ動作により、比較回路26のコンデンサC1に信号線Vnの電圧と、自己閾値電圧Vxとの差(信号線Vn−自己閾値電圧Vx)が充電された状態にし、かつコンデンサC2に信号線Vn−1の電圧と、自己閾値電圧Vxとの差(自己閾値電圧Vx−信号線Vn−1)が充電された状態にする。比較動作では、信号線DVnと信号線Lcとを接続し、コンデンサC1、C2に接続することにより、コンデンサC1、C2に電圧DVnが入力されるようにして、均等化処理を行っていない(均等化スイッチング素子SWnがオフである通常の処理)の場合では、出力OUT=Lレベルならば、正常に機能していると診断し、出力OUT=Hレベルならば、故障であると診断する。一方、均等化処理を行っている(均等化スイッチング素子SWnがオン)の場合では、出力OUT=Hレベルならば、正常に機能していると診断し、出力OUT=Lレベルならば、故障であると診断する。
【0069】
このように本実施の形態の半導体回路14では、信号線Vnの電位と信号線Vn−1の電位との差に対する信号線DVnの電位状態を比較回路26でモニタして、均等化機能を自己診断する。
【0070】
従って、専用の手段等を必要とせず、均等化機能を自己診断することができるため、処理に要する時間を抑制すると共に、電力消費を抑制することができ、均等化機能を適切に診断することができる。
【0071】
[第2の実施の形態]
【0072】
以下、図面を参照して本発明の第2の実施の形態の電池監視システムにおける半導体回路について説明する。本実施の形態の半導体回路は、第1の実施の形態の均等化機能の自己診断機能に加えて、比較回路(チョッパ型コンパレータ)26の診断処理を行う機能を有している。
【0073】
図6に、本実施の形態の半導体回路40の概略構成の一例を示す。なお、本実施の形態において、第1の実施の形態と略同様の構成、及び動作については、その旨を記載し、詳細な説明を省略する。
【0074】
本実施の形態の半導体回路40は、チョッパ型コンパレータ26の比較機能の自己診断を行うために、基準電圧VREF1を生成する基準電圧生成回路42、基準電圧生成回路42で生成した基準電圧VREF1から所定の電圧値の電圧を生成するための分割抵抗44及び電圧値を選択するための選択スイッチング素子SW4を備えて構成されている。スイッチング素子SW4は、複数のスイッチング素子を備えており、所定のスイッチング素子がオンになることにより、所定の電圧を分割抵抗44から選択して取り出すことができる機能を有している。また、基準電圧生成回路42と信号線Lihとを接続し、基準電圧VREF1を信号線Lihに供給するためのスイッチング素子SWVr1、及び選択スイッチング素子SW4と信号線Lilとを接続し、所定の電圧を信号線Lilに供給するためのスイッチング素子SWVr、及びスイッチング素子SWH、SWV、SWM、SWLを備えている。さらに、信号線Lilには、接地電位(VSS)を供給するためのスイッチング素子SWVSSを備えている。
【0075】
次に本実施の形態における均等化機能の自己診断処理全体について説明する。均等化機能の自己診断処理全体の流れの一例のフローチャートを図7に示す。
【0076】
ステップ200では、チョッパ型コンパレータ26の診断処理を行い、次のステップ202では、ステップ200の診断処理によりチョッパ型コンパレータ26から出力された出力OUTの論理値に基づいて正常であるか否かを判断し、正常ではない(故障している)と判断した場合は、ステップ204へ進み、所定の措置を行った後、本処理を終了する。一方、ステップ202で正常と判断した場合は、ステップ206へ進み、均等化機能の自己診断処理を行った後、本処理を終了する。なお、ステップ206の均等化機能の自己診断処理は、第1の実施の形態と略同様のためここでは、詳細な説明を省略し、ここでは、ステップ200のチョッパ型コンパレータ26の診断処理について詳細に説明する。
【0077】
まず、本実施の形態のチョッパ型コンパレータ26の診断処理の流れの一例を図8に示す。ステップ300では、イニシャライズ動作を行ってチョッパ型コンパレータ26にコンデンサC1、C2を充電し、次のステップ302では、基準電圧VREF1の60%の電圧と比較する比較動作1を行い、さらに次のステップ304では、イニシャライズ動作を行ってチョッパ型コンパレータ26にコンデンサC1、C2を充電し、次のステップ306では、基準電圧VREF1の40%の電圧と比較する比較動作2を行った後、本処理を終了する。
【0078】
次に、各動作について詳細に説明する。まず、ステップ300及びステップ304のイニシャライズ動作について説明する。本実施の形態では、両ステップのイニシャライズ動作は、同様の動作である。図9に、イニシャライズ動作の一例のフローチャートを示す。また、図11には、イニシャライズ動作における半導体回路40の状態を示した回路図を示す。
【0079】
イニシャライズ動作のステップ400では、チョッパ型コンパレータ26のスイッチング素子SWC1−A、SWC1−Bをオンにすると共に、スイッチング素子SWH、SWLをオンにする。さらにステップ402では、スイッチング素子SWVSS、SWVr1をオンにした後、本処理を終了する。スイッチング素子SWVr1、SWH、SWC1−Aがオンになることにより、コンデンサC1に基準電圧VREF1が供給される。また、スイッチング素子SWVSS、SWL、SWC1−Bがオンになることにより、コンデンサC2に接地電位VSSが供給される。これにより、コンデンサC1、C2の電荷Q1、Q2は、以下の(9)、(10)式で表される。
【0080】
Q1=C1×(VREF1−Vx) ・・・(9)
【0081】
Q2=C2×(Vx−VSS) ・・・(10)
【0082】
このようにイニシャライズ動作によりコンデンサC1、C2が充電された状態になる。
【0083】
次に、イニシャライズ動作終了後に行う、ステップ302の比較動作1及びステップ306の比較動作2について説明する。本実施の形態では、比較動作1及び比較動作2は、略同様の動作であり、動作の流れは同様である。図10に、比較動作1及び比較動作2の一例のフローチャートを示す。また、図12には、比較動作1及び比較動作2における半導体回路40の状態を示した回路図を示す。
【0084】
比較動作1及び比較動作2のステップ500では、前動作(イニシャライズ動作)でオンにしたスイッチング素子をオフにする。
【0085】
次のステップ502では、チョッパ型コンパレータ26のスイッチング素子SWC2−A、C2−B、及びスイッチング素子SWVをオンにし、次のステップ504では、スイッチング素子SWVrをオンにする。これにより、チョッパ型コンパレータ26のコンデンサC1、C2には、分割抵抗44により基準電圧VREF1から生成された所定の電圧が供給されるようになる。
【0086】
次のステップ506では、比較動作1では、基準電圧VREF1の60%の電圧値を選択するようスイッチング素子SW4をオンにする。一方、比較動作2では、基準電圧VREF1の40%の電圧値を選択するようスイッチング素子SW4をオンにする。
【0087】
次のステップ508では、チョッパ型コンパレータ26から論理値(出力OUT)を出力した後、本処理を終了する。
【0088】
このときのNAMPの入力電圧をVx’、コンデンサC1の電荷を電荷Q1’、コンデンサC2の電荷を電荷Q2’とすると、電荷Q1’、Q2’は、比較動作1では、以下の(11)、(12)式で表され、比較動作2では、以下の(13)、(14)式で表される。
【0089】
Q1’=C1×(VREF1×0.6−Vx’) ・・・(11:比較動作1)
【0090】
Q2’=C2×(Vx’−VREF1×0.6) ・・・(12:比較動作1)
【0091】
Q1’=C1×(VREF1×0.4−Vx’) ・・・(13:比較動作2)
【0092】
Q2’=C2×(Vx’−VREF1×0.4) ・・・(14:比較動作2)
【0093】
第1の実施の形態と同様に、電荷保存則により上述の(5)式が成り立つため、比較動作1では、(5)、(11)、(12)式により、−C1×(VREF1−Vx)+C2×(Vx−VSS)=−C1×(VREF1×0.6−Vx’)+C2×(Vx’−VREF1×0.6)となり、比較動作2では、(5)、(13)、(14)式により、−C1×(VREF1−Vx)+C2×(Vx−VSS)=−C1×(VREF1×0.4−Vx’)+C2×(Vx’−VREF1×0.4)となる。
【0094】
また、第1の実施の形態と同様に、利得Gnampが充分に高い場合、シングル反転増幅器NAMPの出力論理は、電圧Vx’−自己閾値電圧Vxの正負で決定し、静電容量C1と、静電容量C1+静電容量C2との容量比率で決定する。本実施の形態では、具体的一例として、静電容量C1:静電容量C2=1:1の容量比率にしている。
【0095】
従って、比較動作1では、正常に動作している場合、チョッパ型コンパレータ26の出力OUTは、Lレベルになる。一方、故障している(正常に動作していない)場合は、出力OUTは、Hレベルになる。
【0096】
一方、比較動作2では、正常に動作している場合、チョッパ型コンパレータ26の出力OUTは、Hレベルになる。一方、故障している(正常に動作していない)場合は、出力OUTは、Lレベルになる。
【0097】
本実施の形態では、出力OUTの結果が、表2のようになる。
【0098】
【表2】
以上説明したように、本実施の形態の半導体回路40では、チョッパ型コンパレータ26の診断を行う場合は、イニシャライズ動作により、比較回路26のコンデンサC1に基準電圧VREF1と、自己閾値電圧Vxとの差(基準電圧VREF1−自己閾値電圧Vx)が充電された状態にし、かつコンデンサC2に接地電位(電圧VSS)と、自己閾値電圧Vxとの差(接地電圧VSS−自己閾値電圧Vx)が充電された状態にする。比較動作1では、抵抗分割により基準電圧VREF1の60%の電圧を生成し、生成した電圧をコンデンサC1、C2に供給されるようにする。出力OUT=Lレベルならば、正常に機能していると診断し、出力OUT=Hレベルならば、故障であると診断する。一方、比較動作2では、抵抗分割により基準電圧VREF1の40%の電圧を生成し、生成した電圧をコンデンサC1、C2に供給されるようにする。出力OUT=Hレベルならば、正常に機能していると診断し、出力OUT=Lレベルならば、故障であると診断する。
【0099】
このように本実施の形態の半導体回路40では、基準電圧生成回路42により生成された基準電圧VREF1と接地電圧VSSとの差に対する、分割抵抗44により生成された所定の電圧(基準電圧VREF1の60%の電圧、及び基準電圧VREF1の40%の電圧)状態のチョッパ型コンパレータ26から出力された論理値に基づいてチョッパ型コンパレータ26の機能を自己診断する。
【0100】
従って、専用の手段等を必要とせず、チョッパ型コンパレータ26の機能を自己診断することができるため、処理に要する時間を抑制すると共に、電力消費を抑制することができ、チョッパ型コンパレータ26の機能を適切に診断することができる。
【0101】
また、第1の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもないが、本実施の形態では、チョッパ型コンパレータ26の機能が正常に動作していることを確認した後、均等化スイッチング素子SWの均等化機能の診断を行うことができるため、より精度が高い診断を行うことができる。
【0102】
なお、基準電圧生成回路42で生成される基準電圧VREF1は、特に限定されず、半導体回路40、チョッパ型コンパレータ26の仕様や、セルCの電圧値等に基づいて適宜定めればよい。
【0103】
なお、上述の第1の実施の形態及び第2の実施の形態では診断回路22及び記憶部23を半導体回路14、40内部に備えるように構成したが、これに限らず、別の回路(チップ上)に形成するようにしてもよい。また、診断回路22への断線検出指示を行う機能や記憶部23に格納されている論理値をモニタし断線の有無の診断を行う機能は、半導体回路14、40内部に備えるように構成してもよいし、外部(別のチップ上)に形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0104】
10 電池監視システム
12 電池セル群
13 放電部
14、40 半導体回路
26 比較回路(チョッパ型コンパレータ)
22 診断回路
23 記憶部
24 スイッチング素子
42 基準電圧生成回路
44 分割抵抗
51 放電回路
IH 電圧調整部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12