特許 5839908 半導体回路、電池監視システム、制御プログラム、及び制御方法

(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】5839908

(24)【登録日】2015年11月20日

(45)【発行日】2016年1月6日

(54)【発明の名称】半導体回路、電池監視システム、制御プログラム、及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20151210BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20151210BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 H

   H01M10/44 P

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-206124(P2011-206124)

(22)【出願日】2011年9月21日

(65)【公開番号】特開2013-70481(P2013-70481A)

(43)【公開日】2013年4月18日

【審査請求日】2014年8月29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】 赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２０１３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００８６４０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０８７６５８（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０１Ｍ １０／４４

(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毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、に接続され、かつ、前記放電用スイッチング素子の駆動時間に応じて、前記制御信号線に電荷を供給する駆動電流源と前記制御信号線とを接続させる第１スイッチング素子を含む駆動手段と、
前記駆動手段から供給された電荷を引き込む引込時間に応じて、引込電流源により電荷を引き込む引込手段と、
を備えた半導体回路。

【請求項2】

前記引込手段は、前記引込時間に応じて、前記引込電流源と前記電池の低電位側とを接続させる第２スイッチング素子を含む、請求項１に記載の半導体回路。

【請求項3】

前記駆動時間の間、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御し、かつ前記引込時間の間、前記第２スイッチング素子をオン状態に制御する制御手段を備えた、請求項２に記載の半導体回路。

【請求項4】

前記引込手段は、前記引込時間に応じて、前記引込電流源と前記制御信号線とを接続させる第２スイッチング素子を含む、請求項１に記載の半導体回路。

【請求項5】

前記駆動時間の間、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御し、かつ前記第１スイッチング素子をオフ状態にした後に、前記引込時間の間、前記第２スイッチング素子をオン状態に制御する制御手段を備えた、請求項４に記載の半導体回路。

【請求項6】

前記引込手段が引き込む電荷の電荷量は、前記駆動手段から前記制御信号線に供給された電荷の電荷量と等しい、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】

直列に接続された複数の電池と、
前記複数の電池の各々毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、
前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、
前記放電用スイッチング素子を駆動する前記請求項１から前記請求項６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8】

一端が前記電池の高電位側に接続され、かつ他端が前記放電用スイッチング素子の一端に接続された、放電調整用抵抗素子を備えた、請求項７に記載の電池監視システム。

【請求項9】

高電位側に直列に接続された前記電池の前記放電用スイッチング素子の制御端が接続された前記制御信号線に接続された前記抵抗素子と前記引込手段との間に、前記放電調整用抵抗素子が設けられている、請求項８に記載の電池監視システム。

【請求項10】

前記電池の高電位側に接続された低周波成分通過回路を備えた、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電池監視システム。

【請求項11】

直列に接続された複数の電池の各々毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、に接続され、かつ、前記放電用スイッチング素子の駆動時間に応じて、前記制御信号線に電荷を供給する駆動電流源と前記制御信号線とを接続させる第１スイッチング素子を含む駆動手段と、前記駆動手段から供給された電荷を引き込む引込時間に応じて、引込電流源により電荷を引き込む引込手段と、を備えた半導体回路を制御するコンピュータを、
前記駆動時間の間、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御し、かつ前記引込時間の間、第２スイッチング素子をオン状態に制御する制御手段として機能させるための制御プログラム。

【請求項12】

直列に接続された複数の電池の各々毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、に接続され、かつ、前記放電用スイッチング素子の駆動時間に応じて、前記制御信号線に電荷を供給する駆動電流源と前記制御信号線とを接続させる第１スイッチング素子を含む駆動手段と、前記駆動手段から供給された電荷を引き込む引込時間に応じて、引込電流源により電荷を引き込む引込手段と、を備えた半導体回路に対して、前記駆動時間の間、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御する工程と、
前記引込時間の間、第２スイッチング素子をオン状態に制御する工程と、
を備えた制御方法。

【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、制御プログラム、及び制御方法、特に電池電圧監視用の半導体回路、電池監視システム、制御プログラム、及び制御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。

【0003】

このようなバッテリーでは、充放電を繰り返した場合等に、各電池の特性のばらつき等により、各電池間の電池電圧に差が生じる場合がある。電池電圧に差が生じた状態でバッテリーを使用すると過充電や過放電が生じることとなり、バッテリー全体の寿命が短くなる等の問題が生じる場合がある。そのため、電池監視システムにより各電池での電池電圧を監視して、他より電池電圧の大きい電池を放電させることにより、各電池の電池電圧を均等化することが行われている。

【0004】

例えば、特許文献１には、それぞれの電池に並列に接続された容量調整用抵抗と該容量調整用抵抗に直列に接続されたスイッチング回路素子とで形成された容量調整回路を備え、スイッチング回路素子の駆動端子と電池の負極に接続された当該スイッチング回路素子の一方の端子との間に、感温抵抗素子を設けた容量調節装置（電池監視システム）において、スイッチング回路素子をオン状態にすることにより、前記電池を放電させる技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２１３１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述の技術では、各電池の電池電圧を均等化するための放電であるにもかかわらず、電池電圧にばらつきが生じる場合がある。

【0007】

従来の電池監視システムを図１３に示す。従来の電池監視システム１００は、電池セル群１１２と、放電回路１１３と、放電回路１１３の均等化スイッチング素子ＳＷの制御端子に電荷を供給する均等化スイッチング素子駆動回路１２１と、を備えて構成されている。

【0008】

放電回路１１３は、電池セルの高電位側と低電位側との間に直列に接続された放電量の制限用の抵抗素子Ｒｂａｌ及び均等化スイッチング素子ＳＷと、プルダウン抵抗である抵抗素子Ｒｃｂと、が各電池毎に設けられている。

【0009】

電池監視システム１００において、電池セルＣの放電を行う場合、当該電池セルに設けられた均等化スイッチング素子ＳＷのゲートに、均等化スイッチング素子駆動回路１２１から電荷を供給して、ゲートをオン状態にすることにより、当該電池セルＣを短絡させて放電させる。

【0010】

図１３は、電池セルＣｎを放電させる状態を示している。電池セルＣｎを放電させる場合、均等化スイッチング素子駆動回路１２１から端子ＣＢｎを介して、
均等化スイッチング素子ＳＷｎのゲートに電荷を供給する（図１３、太実線矢印参照）。均等化スイッチング素子ＳＷｎがオン状態になることにより、電池セルＣｎでは、高電位側と低電位側とが短絡して放電される。

【0011】

この際、均等化スイッチング素子駆動回路１２１から供給された電荷は、抵抗素子Ｒｃｂｎを介して、低電位側に配置された電池セルＣｎ−１の高電位側に供給されてしまう（図１３、太点線矢印参照)。そのため、当該電荷により、電池セルＣｎ−１が充電されてしまう。

【0012】

このように電池セルＣｎ−１が充電されてしまうことにより、各電池セルの電池電圧がばらついてしまうという問題が生じる場合がある。

【0013】

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、放電による電池電圧のばらつきを防止することができる、半導体回路、電池監視システム、制御プログラム、及び制御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】

【0014】

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毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、に接続され、かつ、前記放電用スイッチング素子の駆動時間に応じて、前記制御信号線に電荷を供給する駆動電流源と前記制御信号線とを接続させる第１スイッチング素子を含む駆動手段と、前記駆動手段から供給された電荷を引き込む引込時間に応じて、引込電流源により電荷を引き込む引込手段と、を備える。

【0015】

請求項７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毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、前記放電用スイッチング素子を駆動する前記請求項１から前記請求項６のいずれか１項に記載の半導体回路と、を備える。

【0016】

請求項１１に記載の制御プログラムは、直列に接続された複数の電池の各々毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、に接続され、かつ、前記放電用スイッチング素子の駆動時間に応じて、前記制御信号線に電荷を供給する駆動電流源と前記制御信号線とを接続させる第１スイッチング素子を含む駆動手段と、前記駆動手段から供給された電荷を引き込む引込時間に応じて、引込電流源により電荷を引き込む引込手段と、を備えた半導体回路を制御するコンピュータを、前記駆動時間の間、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御し、かつ前記引込時間の間、第２スイッチング素子をオン状態に制御する制御手段として機能させるためのものである。

【0017】

請求項１２に記載の制御方法は、直列に接続された複数の電池の各々毎に、前記電池の高電位側に一端が接続され、他端が前記電池の低電位側に接続され、かつ制御端が制御信号線に接続されて形成された放電用スイッチング素子と、前記制御信号線と前記電池の低電位側との間に接続された抵抗素子と、に接続され、かつ、前記放電用スイッチング素子の駆動時間に応じて、前記制御信号線に電荷を供給する駆動電流源と前記制御信号線とを接続させる第１スイッチング素子を含む駆動手段と、前記駆動手段から供給された電荷を引き込む引込時間に応じて、引込電流源により電荷を引き込む引込手段と、を備えた半導体回路に対して、前記駆動時間の間、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御する工程と、前記引込時間の間、第２スイッチング素子をオン状態に制御する工程と、を備える。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、放電による電池電圧のばらつきを防止することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【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放電動作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放電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半導体回路（放電回路）のその他の概略構成の一例を示す回路図である。

【図6】第１の実施の形態に係る半導体回路の概略構成のその他の一例を示す回路図である。

【図7】ＬＦ（ローパスフィルター）の構成の一例を説明するための回路図であり、（Ａ）は、抵抗素子及び容量素子で構成される場合を示し、（Ｂ）は、抵抗素子、容量素子、及びオペアンプで構成される場合を示している。

【図8】第１の実施の形態に係る半導体回路の概略構成のその他の一例を示す回路図である。

【図9】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10】第２の実施の形態に係る放電動作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放電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放電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13】従来の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。

【発明を実施するための形態】

【0020】

［第１の実施の形態］
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。

【0021】

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、複数の電池セルが直列に接続された電池セル群１２と、電池セル群１２の各電池セルを放電させる放電回路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。

【0022】

放電回路１３は、各電池セルＣ毎に電池セルＣを放電させるための均等化スイッチング素子ＳＷ（図２参照)等を備えて構成されている。

【0023】

半導体回路１４は、均等化スイッチング素子駆動部２０、電荷引込部２２、電圧計測部２４、及び制御回路２６を備えて構成されており、均等化スイッチング素子駆動部２０、電荷引込部２２、電圧計測部２４、及び制御回路２６が同一基板上にワンチップとして形成されている。

【0024】

電圧計測部２４は、各電池セルＣの高電位側の電圧と低電位側の電圧との差に基づいて、各電池セルＣの電池電圧を計測する機能を有している。本実施の形態の電池監視システム１０では、電圧計測部２４が電池電圧の計測結果に基づいて各電池セルＣの電池電圧を均等化するために過充電されている電池セルを放電させるように制御回路２６に放電指示を出力するようにしている。なお、これに限らず別途、電圧計測部２４の計測結果に基づいて、各電池セルＣの電池電圧を監視して電池電圧を均等化するよう放電指示を出力する監視回路を設けるようにしてもよい（図１、点線矢印参照）。

【0025】

制御回路２６は、電圧計測部２４から出力される放電指示に基づいて均等化スイッチング素子駆動部２０及び電荷引込部２２の各スイッチング素子（ＳＷＩＨ、ＳＷＩＬ）の状態をオンまたはオフに制御する制御信号を出力するための機能を有する論理回路である。制御回路２６は、放電指示を受けると、プログラムが実行され、均等化スイッチング素子駆動部２０及び電荷引込部２２に制御信号を出力する。

【0026】

均等化スイッチング素子駆動部２０は、放電回路１３の均等化スイッチング素子ＳＷを駆動する機能を有しており、電荷引込部２２は、均等化スイッチング素子駆動部２０により供給された電荷を半導体回路１４内部に引き込む機能を有している。

【0027】

図２に、本実施の形態の放電回路１３、均等化スイッチング素子駆動部２０、及び電荷引込部２２の構成の一例を示す。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）により放電回路１３を介して半導体回路１４に接続されている。なお、本実施の形態の放電回路１３は、端子（パッド）Ｖ（Ｖｎ−２〜Ｖｎ＋１、総称する場合は、端子Ｖという）及び端子（パッド）ＣＢ（ＣＢｎ−１〜ＣＢｎ＋１、総称する場合は、端子ＣＢという）を介して半導体回路１４に接続されている。

【0028】

図２に示した本実施の形態の放電回路１３は、電池セル群１２の各電池セルＣの高電位側と低電位側との間を短絡させて、電池セルＣを放電させることにより各電池セルＣの電池電圧を均等化する機能を有するものである。放電回路１３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、ドレインが電池セルＣの放電量を制限するための抵抗素子Ｒｂａｌ（Ｒｂａｌｎ−１〜Ｒｂａｌｎ＋１、総称する場合は、抵抗素子Ｒｂａｌという）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ＳＷＩＨに接続されると共に、プルダウン抵抗である抵抗素子Ｒｃｂ（Ｒｃｂｎ−１〜Ｒｃｂｎ＋１、総称する場合は、抵抗素子Ｒｃｂという）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、電池セルＣの高電位側と低電位側と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、オフは、均等化スイッチング素子駆動部２０により行われている。

【0029】

均等化スイッチング素子駆動部２０は、各電池セルＣ毎に定電流源ＩＨ（ＩＨｎ−１〜ＩＨｎ＋１、総称する場合は、定電流源ＩＨという）及びスイッチング素子ＳＷＩＨ（ＳＷＩＨｎ−１〜ＳＷＩＨｎ＋１、総称する場合は、スイッチング素子ＳＷＩＨという）を備えている。

【0030】

スイッチング素子ＳＷＩＨは、定電流源ＩＨと放電回路１３の均等化スイッチング素子ＳＷのゲートとを、端子（パッド）ＣＢｎを介して接続する機能を有している。電池セルＣの放電（均等化）を行う場合に、制御回路２６の制御信号に応じてオンされ、定電流源ＩＨからスイッチング素子ＳＷのゲートに電荷を供給させる。

【0031】

すなわち、均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨがオンすると、均等化スイッチング素子ＳＷのゲートに定電流源ＩＨから電荷が供給されてオン状態になり、電池セルＣの高電位側と低電位側とが短絡して電池セルＣから電荷が放電される。

【0032】

本実施の形態の電荷引込部２２は、各電池セルＣ毎に定電流源ＩＬ（ＩＬｎ−１〜ＩＬｎ＋１、総称する場合は、定電流源ＩＬという）及びスイッチング素子ＳＷＩＬ（ＳＷＩＬｎ−１〜ＳＷＩＬｎ＋１、総称する場合は、スイッチング素子ＳＷＩＬという）を備えている。

【0033】

定電流源ＩＬは、グランドに接続されている。なお、本実施の形態では、グランドを、半導体回路１４の基板（チップ）グランドとしており、ここでは、一例として、基板（チップ）内の最小電位としている。スイッチング素子ＳＷＩＬは、定電流源ＩＬと電池セルＣの低電位側に接続された信号線Ｌとを、端子（パッド）Ｖを介して接続する機能を有している。電池セルＣの放電（均等化）が行われる場合に、制御回路２６の制御信号に応じてスイッチング素子ＳＷＩＬがオンされ、定電流源ＩＬにより、信号線Ｌを介して電荷をグランドに引き込む。

【0034】

次に、電池セルＣの放電時の動作について説明する。本実施の形態の電池セルＣの放電時の動作の流れの一例のフローチャートを図３に示す。当該動作は、プログラムの実行等によって制御回路２６により制御される。なお、以下では、具体的一例として電池セルＣｎを放電させる場合について説明する。具体的一例の場合における電池監視システム１０（半導体回路１４）の状態を示した回路図を図４に示す。

【0035】

まず、電圧計測部２４で電池セルＣｎの電池電圧を計測し、過充電状態であったため、過充電である分（均等化するための差分）の電荷を放電させるよう放電指示が制御回路２６に出力される。制御回路２６では、過充電である分（均等化するための差分）の電荷を放電させるための放電動作に応じて、制御信号を均等化スイッチング素子駆動部２０及び電荷引込部２２に出力する。

【0036】

まず、ステップ１００では、放電させる電池セルＣに応じた均等化スイッチング素子ＳＷをオン状態にさせるための均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨをオンにさせる。

【0037】

具体的一例として、スイッチング素子ＳＷＩＨｎをオンにする。これにより、定電流源ＩＨｎから均等化スイッチング素子ＳＷｎのゲートに電荷が供給され（図４、太実線矢印参照）、均等化スイッチング素子ＳＷｎがオン状態になる。均等化スイッチング素子ＳＷｎがオン状態になると、電池セルＣｎが短絡状態になり、電荷が放電される。この際、定電流源ＩＨｎから供給された電荷が抵抗素子Ｒｃｂｎを介して信号線Ｌｎ−１に流れる。

【0038】

そこで、本実施の形態のステップ１００では、放電させる電池セルＣに応じたスイッチング素子ＳＷＩＬ（電池セルＣの低電位側の信号線Ｌに接続された定電流源ＩＬ）をオンにさせる。具体的一例として、スイッチング素子ＳＷＩＬｎをオンにする。これにより、定電流源ＩＬｎと信号線Ｌｎ−１とが端子Ｖｎ−１を介して接続される。従って、信号線Ｌｎ−１に流れ込んだ電荷が定電流源ＩＬｎにより、グランドに引き込まれる（図４、太点線矢印参照）。

【0039】

次のステップ１０２では、所定時間が経過したか否かを判断する。本実施の形態では、放電させる電荷量に応じて予め放電時間が所定時間として定められている。所定時間が経過していない場合は、未だ放電が完了していないため、否定されて待機状態になる。一方、所定時間が経過した場合は、放電が完了したため、肯定されてステップ１０４へ進む。

【0040】

ステップ１０４では、オンされているスイッチング素子ＳＷＩＨ及びスイッチング素子ＳＷＩＨをオフにした後、本処理を終了する。具体的一例として、スイッチング素子ＳＷＩＨｎ及びスイッチング素子ＳＷＩＬｎをオフにした後、本処理を終了する。

【0041】

以上説明したように、本実施の形態の、均等化スイッチング素子ＳＷ、電池セルＣの放電量を制限するための抵抗素子Ｒｂａｌ、及びプルダウン抵抗である抵抗素子Ｒｃｂを備えた放電回路１３を備えた電池監視システム１０の半導体回路１４では、均等化スイッチング素子のゲートに電荷を供給する均等化スイッチング素子駆動部２０と、電荷をグランドに引き込むための定電流源ＩＬ及び当該定電流源ＩＬと信号線Ｌとを接続するスイッチング素子ＳＷＩＬを含む電荷引込部２２と、を備える。

【0042】

電池セルＣｎの放電の際は、均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨｎがオンして、定電流源ＩＨｎから均等化スイッチング素子ＳＷｎのゲートに電荷が供給される。スイッチング素子ＳＷＩＨｎがオンになるのと同時（ほぼ同時も含む）に電荷引込部２２のスイッチング素子ＳＷＩＬｎがオンして、端子Ｖｎ−１を介して、信号線Ｌｎ−１と定電流源ＩＬｎとが接続される。これにより、信号線Ｌｎ−１に抵抗素子Ｒｃｂを介して定電流源ＩＨｎから流れ込んだ電荷をグランドに引き込むことができる。

【0043】

放電が終了する場合は、均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨｎと、電荷引込部２２のスイッチング素子ＳＷＩＬｎと、が同時（ほぼ同時も含む）にオフになる。

【0044】

このように本実施の形態では、電池セルＣｎを放電させる際に、制御線Ｌｎ−１に流れ込む電荷を電荷引込部２２でグランドに引き込むため、信号線Ｌｎ−１を介して電池セルＣｎ−１の高電位側に電荷が流れ込むのを抑制することができ、電荷が流れ込むことにより電池セルＣｎ−１が充電されてしまうのを防止することができる。従って、放電による電池セルＣの電池電圧のばらつきを防止することができる。

【0045】

なお、流れ込む電荷量よりも多く電荷引込部２２で電荷を引き込んだ場合は、下位側の電池セルＣ（電池セルＣｎ−１）が放電（電池電圧が減少）する。一方、流れ込む電荷量よりも少なく引き込んだ場合は、引き込まなかった残りの電荷により、下位側の電池セルＣ（電池セルＣｎ−１）が充電（電池電圧が増加）する。そのため、電池セルＣの電池電圧に多少のばらつきが生じる。従って、電荷引込部２２で引き込む電荷の電荷量は、放電の際、信号線Ｌ（上記具体的一例ではＬｎ−１）に流れ込む電荷量と等しいことが好ましい。

【0046】

上記実施の形態では、引き込む電荷の電荷量と信号線Ｌｎ−１に流れ込む電荷量とを等しくするために、定電流源ＩＨｎ及び定電流源ＩＬｎとの電流値を等しくし、同時にスイッチング素子ＳＷＩＨｎ及びスイッチング素子ＳＷＩＬｎをオン・オフしている。なお、定電流源ＩＨｎ及び定電流源ＩＬｎとの電流値が等しい場合、スイッチング素子ＳＷＩＨｎ及びスイッチング素子ＳＷＩＬｎをオンにしている時間が等しければよく、オン・オフするタイミングは、同時ではなく、スイッチング素子ＳＷＩＬｎの方が後であってもよい。このように、スイッチング素子ＳＷＩＬｎの方が後からオンになる場合、一端、定電流源ＩＨｎにより供給された電荷が電池セルＣｎの高電位側に流れ込むが、スイッチング素子ＳＷＩＬｎがオンになることにより、流れ込んだ電荷が定電流源ＩＬｎによりグランドに引き込まれる。

【0047】

定電流源ＩＨｎ及び定電流源ＩＬｎとの電流値が等しくない場合は、それぞれ電荷量が等しくなるように、例えば、定電流源ＩＨｎの電流値×スイッチング素子ＳＷＩＨｎのオン時間＝スイッチング素子ＳＷＩＨｎの電流値×スイッチング素子ＳＷＩＬｎのオン時間となるように、スイッチング素子ＳＷＩＨｎのオン時間とスイッチング素子ＳＷＩＬｎのオン時間とを異ならせるようにすればよい。

【0048】

なお、放電回路１３は、上記図２に示した構成に限らない。均等化スイッチング素子ＳＷ、電池セルＣの放電量を制限するための抵抗素子Ｒｂａｌ、及びプルダウン抵抗である抵抗素子Ｒｃｂを備えていればよい。例えば、放電量（放電される電荷量）の制限を行うためには、抵抗素子Ｒｂａｌを設けることが好ましいが、設けなくてもよい。

【0049】

放電回路１３の変形例を図５に示す。図５の放電回路１５では、抵抗素子Ｒｂａｌの設けられた位置が、図２に示した放電回路１３と異なっている。図５に示した放電回路１５では、抵抗素子Ｒｂａｌが、上位側の電池セルＣに対応する抵抗素子Ｒｃｂと信号線Ｌとの接続点と、端子Ｖとの間に設けられている。具体的一例として、電池セルＣｎの放電量を制御する抵抗素子Ｒｂａｌｎは、抵抗素子Ｒｃｂｎ＋１と信号線Ｌｎとの接続点と、端子Ｖｎとの間に設けられている。このように放電回路１５を構成した場合においても、均等化スイッチング素子駆動部２０及び電荷引込部２２の構成及び動作は上述した構成及び動作と略同様となる。なお、放電回路１５の場合、電荷引込部２２で電荷を引き込む際に、抵抗素子Ｒｂａｌを介して電荷を引き込むようになるため、抵抗素子Ｒｂａｌにより、電圧降下が生じ、引き込みづらくなる場合がある。このような場合は、電荷引込部２２の定電流源ＩＬの電流値を小さくすると共に、スイッチング素子ＳＷＩＬのオン時間を長くするとよい。

【0050】

また、図６に示すように、電池セルＣの高電位側の信号線Ｌの、放電回路１３の後段にＬＦ（ローパスフィルター）１９（１９ｎ＋１〜１９ｎ−１、総称する場合は、ＬＦ１９という）を設けるようにしてもよい。ＬＦ１９は、高周波成分をカットすることにより、電池セル群１２の各電池セル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。なお、ＬＦ１９の構成は特に限定されず、例えば図７（Ａ）に示すように、抵抗素子Ｒ及び容量素子Ｃにより構成されるものや、（Ｂ）に示すように、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、容量素子Ｃ、及びオペアンプにより構成されるもの等が挙げられる。

【0051】

なお、図６に示すようにＬＦ１９を備える場合、均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨ及び電荷引込部２２のスイッチング素子ＳＷＩＬを同時にオンにすると、電荷引込部２２では、均等化スイッチング素子駆動部２０の定電流源ＩＨから信号線Ｌに流れ込んだ電荷を引き込む前に、ＬＦ１９に含まれる容量素子（図７（Ａ）、（Ｂ）の容量素子Ｃ参照）に蓄積された電荷を引き込む。そのため、ＬＦ１９の容量素子に蓄積された電荷の電荷量が一時的に減少するが、信号線Ｌに流れ込んだ電荷が引き込まれて、蓄積量は元に戻る。

【0052】

また、図５に示した放電回路１５と、図６に示したＬＦ１９とを組み合わせて構成してもよい。このような場合を図８に示す。この場合の動作は、上述した図５における動作と、図６における動作とを組み合わせた動作とすることが好ましいことはいうまでもない。

【0053】

［第２の実施の形態］
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、電荷引込部が第１の実施の形態の電荷引込部２２と異なるため、ここでは、異なる構成及び動作について説明し、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。

【0054】

図９に、本実施の形態の放電回路、均等化スイッチング素子駆動部、及び電荷引込部の構成の一例を示す。本実施の形態では、第１の実施の形態の電荷引込部２２に代わり、電荷引込部２３を備えている。

【0055】

均等化スイッチング素子駆動部２０の構成及び動作は第１の実施の形態と略同様の構成及び動作である。

【0056】

本実施の形態の電荷引込部２３は、第１の実施の形態と同様に、各電池セルＣ毎に定電流源ＩＬ及びスイッチング素子ＳＷＩＬを備えている。なお、スイッチング素子ＳＷＩＬは、電池セルＣの均等化スイッチング素子ＳＷのゲートに接続され、均等化スイッチング素子駆動部２０の定電流源ＩＨから電荷を供給する際に用いられる制御信号線（ＣＢ）と、定電流源ＩＬとを、端子ＣＢを介して接続する機能を有している。電池セルＣの放電（均等化）が行われる場合に、制御回路２６の制御信号に応じてスイッチング素子ＳＷＩＬがオンされ、定電流源ＩＬにより、信号線Ｌ、抵抗素子Ｒｃｂ、及び制御信号線ＣＢを介して電荷をグランドに引き込む。

【0057】

次に、本実施の形態における電池セルＣの放電時の動作について説明する。本実施の形態の電池セルＣの放電時の動作の流れの一例のフローチャートを図１０に示す。なお、以下では、具体的一例として電池セルＣｎを放電させる場合について説明する。また、具体的一例の場合における電池監視システム１０（半導体回路１４）の状態を示した回路図を図１１及び図１２に示す。

【0058】

電圧計測部２４から放電指示が入力されると、制御回路２６では、制御信号を均等化スイッチング素子駆動部２０及び電荷引込部２３に出力し、以下の動作を実行させる。

【0059】

まず、ステップ２００では、放電させる電池セルＣに応じた均等化スイッチング素子ＳＷをオン状態にさせるための均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨをオンにさせる。

【0060】

具体的一例として、スイッチング素子ＳＷＩＨｎをオンにする。これにより、定電流源ＩＨｎから均等化スイッチング素子ＳＷｎのゲートに電荷が供給され（図１１、太実線矢印参照）、均等化スイッチング素子ＳＷｎがオン状態になる。均等化スイッチング素子ＳＷｎがオン状態になると、電池セルＣｎが短絡状態になり、電荷が放電される。この際、定電流源ＩＨｎから供給された電荷が抵抗素子Ｒｃｂｎ及び信号線Ｌｎ−１を介して電池セルＣｎ−１の高電位側に流れる。

【0061】

次のステップ２０２では、第１所定時間が経過したか否かを判断する。本実施の形態では、上述したように、放電させる電荷量に応じて予め放電時間が所定時間として定められている。当該所定時間を第１所定時間とし、第１所定時間が経過していない場合は、未だ放電が完了していないため、否定されて待機状態になる。一方、第１所定時間が経過した場合は、放電が完了したため、肯定されてステップ２０４へ進む。

【0062】

ステップ２０４では、オンされているスイッチング素子ＳＷＩＨをオフにする。具体的一例として、スイッチング素子ＳＷＩＨｎをオフにする。均等化スイッチング素子ＳＷＨがオフになることにより、均等化スイッチング素子ＳＷがオフ状態になる。

【0063】

その後、次のステップ２０６では、ステップ２００の処理によりオン状態にさせた均等化スイッチング素子ＳＷのゲート（制御信号線ＣＢ）に接続された電荷引込部２３のスイッチング素子ＳＷＩＬをオンにさせる。本実施の形態では、同一の制御信号線ＣＢに均等化スイッチング素子駆動部２０（定電流源ＩＨ）及び電荷引込部２２（定電流源ＩＬ）が接続されているため、均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨをオフにし、均等化スイッチング素子ＳＷをオフ状態にさせた後に、電荷引込部２２のスイッチング素子ＳＷＩＬをオンにさせる。

【0064】

具体的一例として、スイッチング素子ＳＷＩＬｎをオンにする。これにより、定電流源ＩＬｎと制御信号線ＣＢｎとが端子ＣＢｎを介して接続される。従って、電池セルＣｎ−１の高電位側に流れ込んだ電荷が、制御信号線ＣＢｎ、抵抗素子Ｒｃｂｎ、及び信号線Ｌｎ−１を介して定電流源ＩＬｎにより、グランドに引き込まれる（図１２、太点線矢印参照）。

【0065】

次のステップ２０６では、第２所定時間が経過したか否か判断する。本実施の形態では、引込時間を第２所定時間としている。なお、第１の実施の形態で上述したように流れ込む電荷量と、引き込む電荷量が等しくなるように設定されていればよく、第１所定時間と第２所定時間とは同じでもよいし、異なっていてもよい。例えば、定電流源ＩＨ及び定電流源ＩＬの電流値が同じ場合は、第１所定時間と第２所定時間を同じにしてもよい。なお、電荷が引き込みづらい場合は、定電流源ＩＬの電流値を小さくして長時間、引き込む（長時間、スイッチング素子ＳＷＩＬをオンさせる）ようにするとよい。

【0066】

第２所定時間が経過していない場合は、未だ引き込みが完了していないため、否定されて待機状態になる。一方、第２所定時間が経過した場合は、引き込みが完了したため、肯定されてステップ２１０へ進む。

【0067】

ステップ２１０では、オンされているスイッチング素子ＳＷＩＬをオフにした後、本処理を終了する。具体的一例として、スイッチング素子ＳＷＩＬｎをオフにした後、本処理を終了する。

【0068】

以上説明したように、本実施の形態の、均等化スイッチング素子ＳＷ、電池セルＣの放電量を制限するための抵抗素子Ｒｂａｌ、及びプルダウン抵抗である抵抗素子Ｒｃｂを備えた放電回路１３を備えた電池監視システム１０の半導体回路１４では、均等化スイッチング素子のゲートに電荷を供給する均等化スイッチング素子駆動部２０と、電荷をグランドに引き込むための定電流源ＩＬ及び当該定電流源ＩＬと制御信号線ＣＢとを接続するスイッチング素子ＳＷＩＬを含む電荷引込部２３と、を備える。

【0069】

電池セルＣｎの放電の際は、均等化スイッチング素子駆動部２０のスイッチング素子ＳＷＩＨｎがオンして、定電流源ＩＨｎから均等化スイッチング素子ＳＷｎのゲートに電荷が供給される。また、定電流源ＩＨｎから供給された電荷は、抵抗素子Ｒｃｂｎ及び制御信号線Ｌｎ−１を介して電池セルＣｎ−１の高電位側に流れ込む。スイッチング素子ＳＷＩＨｎがオフされて、均等化スイッチング素子ＳＷｎがオフ状態になった後に、電荷引込部２３のスイッチング素子ＳＷＩＬｎがオンして、端子ＣＢｎを介して、制御信号線ＣＢｎと定電流源ＩＬｎとが接続される。これにより、電池セルＣｎ−１の高電位側に流れ込んだ電荷を、制御信号線Ｌｎ−１、抵抗素子Ｒｃｂｎ、及び制御信号線ＣＢｎを介してグランドに引き込むことができる。

【0070】

このように本実施の形態では、電池セルＣｎを放電させる際に、電池セルＣｎ−１に流れ込んだ電荷を電荷引込部２３でグランドに引き込むため、電池セルＣｎ−１が充電状態になるのを防止することができる。従って、放電による電池セルＣの電池電圧のばらつきを防止することができる。

【0071】

なお、本実施の形態においても第２の実施の形態と同様に、放電回路１３に代わり放電回路１５を備えるように構成してもよいし、ＬＦ１９を備えるように構成してもよい（図５〜図８参照）。

【0072】

なお、上述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では制御回路２６を半導体回路１４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、放電回路１３（放電回路１５）と半導体回路１４とを備えた半導体集積回路（同一チップ上）として構成してもよい。

【0073】

また、上述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、放電回路１３（放電回路１５）が抵抗素子Ｒｃｂを備えるように構成したがこれに限らず、抵抗素子Ｒｃｂは、放電回路１３（放電回路１５）の外部に備えられるように構成してもよい。

【0074】

なお、上述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明した、電池監視システム１０や半導体回路１４の構成等は一例であり、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されることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0075】

１０ 電池監視システム
１２ 電池セル群
１３、１５ 放電回路
１４ 半導体回路
２０ 均等化スイッチング素子駆動部
２２、２３ 電荷引込部
２６ 制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】