特開 2023-49666 半導体装置、電池監視システム、測定方法、及び均等化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023049666

(43)【公開日】2023-04-10

(54)【発明の名称】半導体装置、電池監視システム、測定方法、及び均等化方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/00 20060101AFI20230403BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20230403BHJP

【ＦＩ】

G01R19/00 B

H02J7/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021159540

(22)【出願日】2021-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】320012037

【氏名又は名称】ラピステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】甲斐 敬紹

【テーマコード（参考）】

2G035

5G503

【Ｆターム（参考）】

2G035AA01

2G035AA20

2G035AB03

2G035AC01

2G035AD03

2G035AD10

2G035AD20

2G035AD28

2G035AD47

2G035AD56

5G503BA03

5G503BB01

5G503BB02

5G503FA06

5G503GA01

5G503HA01

(57)【要約】

【課題】昇圧回路の負荷の増加を抑制して、電圧測定精度を向上することができる。
【解決手段】電池監視システムの電池監視ＩＣ２０は、電源電圧又は昇圧電圧により駆動され、かつ、組電池１４の電池セルＶｃの何れか一つの一端に入力端子が接続される第１バッファアンプ３０，第２バッファアンプ３２を備える。制御部２２は、第１バッファアンプ３０，第２バッファアンプ３２の入力端子に接続する電池セルＶｃを選択する。制御部２２は、上位の電池セルＶｃが選択された場合、第１バッファアンプ３０，第２バッファアンプ３２を駆動するための電圧を、昇圧電圧に切り替え、上位の電池セル以外の電池セルＶｃが選択された場合、第１バッファアンプ３０，第２バッファアンプ３２を駆動するための電圧を、電源電圧に切り替える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動され、かつ、複数の電池セルが直列に接続された組電池の前記複数の電池セルの何れか一つの一端に入力端子が接続されるバッファアンプと、
前記複数の電池セルから、前記バッファアンプの入力端子に接続する前記電池セルを選択する選択部と、
前記選択部により上位の電池セルが選択された場合、前記バッファアンプを駆動するための電圧を、前記昇圧電圧に切り替え、前記選択部により上位の電池セル以外の電池セルが選択された場合、前記バッファアンプを駆動するための電圧を、前記電源電圧に切り替える切替部と、
を備える半導体装置。

【請求項2】

前記バッファアンプは、
前記電源電圧により駆動される第１トランジスタと、
前記昇圧電圧により駆動される第２トランジスタと、を含んで構成され、
前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの各々のドレインが、出力端子に接続されている請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

複数の電池セルが直列に接続された組電池の前記複数の電池セルから、使用セルとして、少なくとも１つの電池セルを選択する選択部と、
電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動され、かつ、前記使用セルとして選択されなかった前記電池セルを、不使用セルとするためのスイッチング素子であって、前記複数の電池セルの各々について設けられたスイッチング素子と、
を備え、
上位の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記昇圧電圧により駆動され、
上位の電池セル以外の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記電源電圧により駆動され、
前記選択部は、前記上位の電池セルを優先して前記使用セルとして選択する
半導体装置。

【請求項4】

複数の電池セルが直列に接続された組電池と、
請求項１～請求項３の何れか１項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置に前記電池セルの電池電圧の測定を指示する診断部と、
を備えた電池監視システム。

【請求項5】

複数の電池セルが直列に接続された組電池における前記電池セルの各々の電圧を測定する測定方法であって、
前記複数の電池セルから、測定対象セルを選択し、
電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第１バッファアンプの入力端子に、前記測定対象セルの一端を接続し、
前記電源電圧又は前記昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第２バッファアンプの入力端子に、前記測定対象セルの他端を接続し、
前記第１バッファアンプの出力と、前記第２バッファアンプの出力とを比較して、前記測定対象セルの電圧を測定し、

前記第１バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セルである場合、前記第１バッファアンプを駆動するための電圧を、前記昇圧電圧に切り替え、前記第１バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セル以外の電池セルである場合、前記第１バッファアンプを駆動するための電圧を、前記電源電圧に切り替え、
前記第２バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セルである場合、前記第２バッファアンプを駆動するための電圧を、前記昇圧電圧に切り替え、前記第２バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セル以外の電池セルである場合、前記第２バッファアンプを駆動するための電圧を、前記電源電圧に切り替える
測定方法。

【請求項6】

複数の電池セルが直列に接続された組電池における前記電池セルの各々の電圧を均等化する均等化方法であって、
前記複数の電池セルから、使用セルとして、少なくとも１つの電池セルを、上位の電池セルを優先して選択し、
前記使用セルとして選択されなかった前記電池セルの各々を、不使用セルとするためのスイッチング素子を、電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動し、
測定対象の使用セルを選択し、
前記電源電圧又は前記昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第１バッファアンプの入力端子に、前記測定対象の使用セルの一端を接続し、
前記電源電圧又は前記昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第２バッファアンプの入力端子に、前記測定対象の使用セルの他端を接続し、
前記第１バッファアンプの出力と、前記第２バッファアンプの出力とを比較して、前記測定対象の使用セルの電圧を測定し、前記測定対象の使用セルの電圧が所定の範囲内となるように、前記測定対象の使用セルの前記スイッチング素子をオンオフさせ、

上位の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記昇圧電圧により駆動され、
上位の電池セル以外の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記電源電圧により駆動される均等化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置、電池監視システム、測定方法、及び均等化方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、電池セルの監視・制御を行うための電池監視用の半導体装置がある。このような電池監視用の半導体装置として、例えば車両等に搭載される電池セルを監視・制御するための電池監視ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が知られている。

【0003】

当該電池監視ＩＣでは、電池セルの高電位側の電池電圧と、低電位側の電池電圧とをアナログレベルシフタ等の比較部によって比較することにより、両電圧の差分に基づいて当該電池セルの電池電圧の測定を行うものがある。ここで、電池電圧をバッファアンプを介して比較部に入力させることにより、電池電圧の測定精度を向上させることが行われている。

【0004】

この際に用いられる電池監視ＩＣのバッファアンプを駆動する電源電圧に、監視対象の電池セルの高電位側（複数の電池セルを有する場合は最も高電位側）から入力される入力電圧を用いることがある。この場合、当該バッファアンプの出力電圧にオフセット電圧が生じ、電池電圧の測定精度が低下する場合がある。

【0005】

これに対して、特許文献１には、入力電圧と同電位からの昇圧を行う昇圧回路を備える電池監視システムが記載されている。特許文献１に記載された技術では、入力電圧と同電位からの昇圧回路で昇圧した電源電圧によってバッファアンプを駆動させることにより、当該バッファアンプの出力電圧に生じるオフセット電圧を抑制し、電池電圧の測定精度を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１７－１１８０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

実効電池容量の向上のため、電池監視ＩＣには電圧測定精度の向上が要求されている。また多くの電池セルを短周期で監視するために測定の高速化が要求されている。

【0008】

ここで、回路の高速化、高精度化には電流の増加が必要となる。また測定経路の複線化によりシステム測定サイクルの短縮や機能安全の改善を行うと、回路ブロックの増加により電流が増加する。

【0009】

昇圧電源の負荷電流増加に対応するには、昇圧回路の転送電荷の増加が必要であり、昇圧電圧幅の増加または昇圧容量の増加が必要となる。既存の回路と共用していた場合、昇圧電圧幅の変更のために、別途新たな電圧出力回路が必要となり、チップ面積の増加によりコストが上昇する。また、昇圧容量の増加のためには、外部部品コストが上昇する。また、昇圧電圧幅の増加及び昇圧容量の増加のいずれの場合にも、スイッチング素子のオン抵抗の低減が必要となり、スイッチング素子の面積増によりチップコストが上昇する。

【0010】

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、昇圧回路の負荷の増加を抑制して、電圧測定精度を向上することができる、半導体装置、電池監視システム、測定方法、及び均等化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】

【0011】

上記目的を達成するために、第１の発明の半導体装置は、電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動され、かつ、複数の電池セルが直列に接続された組電池の前記複数の電池セルの何れか一つの一端に入力端子が接続されるバッファアンプと、前記複数の電池セルから、前記バッファアンプの入力端子に接続する前記電池セルを選択する選択部と、前記選択部により上位の電池セルが選択された場合、前記バッファアンプを駆動するための電圧を、前記昇圧電圧に切り替え、前記選択部により上位の電池セル以外の電池セルが選択された場合、前記バッファアンプを駆動するための電圧を、前記電源電圧に切り替える切替部と、を備える。

【0012】

第２の発明の半導体装置は、複数の電池セルが直列に接続された組電池の前記複数の電池セルから、使用セルとして、少なくとも１つの電池セルを選択する選択部と、電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動され、かつ、前記使用セルとして選択されなかった前記電池セルを、不使用セルとするためのスイッチング素子であって、前記複数の電池セルの各々について設けられたスイッチング素子と、を備え、上位の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記昇圧電圧により駆動され、上位の電池セル以外の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記電源電圧により駆動され、前記選択部は、前記上位の電池セルを優先して前記使用セルとして選択する。

【0013】

また、第３の発明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組電池と、上記の半導体装置と、前記半導体装置に前記電池セルの電池電圧の測定を指示する診断部と、を備える。

【0014】

また、本発明の測定方法は、複数の電池セルが直列に接続された組電池における前記電池セルの各々の電圧を測定する測定方法であって、前記複数の電池セルから、測定対象セルを選択し、電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第１バッファアンプの入力端子に、前記測定対象セルの一端を接続し、前記電源電圧又は前記昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第２バッファアンプの入力端子に、前記測定対象セルの他端を接続し、前記第１バッファアンプの出力と、前記第２バッファアンプの出力とを比較して、前記測定対象セルの電圧を測定し、前記第１バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セルである場合、前記第１バッファアンプを駆動するための電圧を、前記昇圧電圧に切り替え、前記第１バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セル以外の電池セルである場合、前記第１バッファアンプを駆動するための電圧を、前記電源電圧に切り替え、前記第２バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セルである場合、前記第２バッファアンプを駆動するための電圧を、前記昇圧電圧に切り替え、前記第２バッファアンプの入力端子に接続される電池セルが、上位の電池セル以外の電池セルである場合、前記第２バッファアンプを駆動するための電圧を、前記電源電圧に切り替える。

【0015】

また、本発明の均等化方法は、複数の電池セルが直列に接続された組電池における前記電池セルの各々の電圧を均等化する均等化方法であって、前記複数の電池セルから、使用セルとして、少なくとも１つの電池セルを、上位の電池セルを優先して選択し、前記使用セルとして選択されなかった前記電池セルの各々を、不使用セルとするためのスイッチング素子を、電源電圧又は前記電源電圧より高い昇圧電圧により駆動し、測定対象の使用セルを選択し、前記電源電圧又は前記昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第１バッファアンプの入力端子に、前記測定対象の使用セルの一端を接続し、前記電源電圧又は前記昇圧電圧により駆動され、かつ、前記複数の電池セルの何れか一つに入力端子が接続される第２バッファアンプの入力端子に、前記測定対象の使用セルの他端を接続し、前記第１バッファアンプの出力と、前記第２バッファアンプの出力とを比較して、前記測定対象の使用セルの電圧を測定し、前記測定対象の使用セルの電圧が所定の範囲内となるように、前記測定対象の使用セルの前記スイッチング素子をオンオフさせ、上位の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記昇圧電圧により駆動され、上位の電池セル以外の電池セルについて設けられた前記スイッチング素子は、前記電源電圧により駆動される。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、昇圧回路の負荷の増加を抑制して、電圧測定精度を向上することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施の形態に係る電池監視ＩＣの一例の回路図である。

【図2】第１バッファアンプ及び第２バッファアンプの出力端子側の内部回路の具体的一例の回路図である。

【図3】本実施の形態の電池監視ＩＣにおける電池電圧診断処理の流れの一例のフローチャートである。

【図4】第２の実施の形態に係る電池監視ＩＣの部分回路の一例の回路図である。

【図5】第２の実施の形態の電池監視ＩＣにおける電池電圧均等化処理の流れの一例のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本実施の形態の電池監視システム及び電池監視用の半導体装置（以下、「電池監視ＩＣ」という）について詳細に説明する。本実施の形態の電池監視システム（電池監視ＩＣ）は、電池ＬＳＩ（組電池等）を使用する製品に適用可能であり、このような製品としては、パーソナルコンピュータ、車、自動二輪車、及び電動工具等が挙げられる。

【0019】

［第１の実施の形態］
本実施の形態の電池監視ＩＣ２０の詳細な構成について説明する。図１には、本実施の形態の組電池１４、電池監視ＩＣ２０、及び診断部１８の一例の回路図を示す。

【0020】

組電池１４は、直列に接続された５個の電池セルＶｃ１～Ｖｃ５（総称する場合は「電池セルＶｃ」という。）を含んでいる。電池セルＶｃ１～Ｖｃ５は、電池セルＶｃ１を最下段とし、電池セルＶｃ５を最上段として直列に接続されている。電池セルＶｃの具体的一例としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等が挙げられる。なお、図１では、組電池１４の電池セルＶｃの数であるｎ＝５の場合を具体例として示しているが、組電池１４に含まれる電池セルＶｃの数ｎは、特に限定されるものではない。

【0021】

電池セルＶｃ１～Ｖｃ５の各々は、電池監視ＩＣ２０に接続されている。例えば、電池監視ＩＣ２０の入力端子２１_０には、電池セルＶｃ１の低電位側の電圧Ｖ０が入力される。また、入力端子２１_１には、電池セルＶｃ２の低電位側の電圧と同義である電池セルＶｃ１の高電位側の電圧Ｖ１が入力される。

【0022】

さらに、電池監視ＩＣ２０の電源端子２３には、電池セルＶｃ５の高電位側が接続されている。

【0023】

電池監視ＩＣ２０は、制御部２２、昇圧部５０、セル選択ＳＷ２６、比較部２８、第１バッファアンプ３０、及び第２バッファアンプ３２を備えている。制御部２２が、切替部の一例である。

【0024】

昇圧部５０は、電源端子２３から一端に入力された電源電圧ＶＣＣを昇圧した昇圧電圧ＶＣＣＵＰを他端から出力する機能を有する。昇圧部５０は、昇圧回路２４を備える。昇圧部５０の一端には、電源端子２３を介して組電池１４の最高電位に応じた電源電圧ＶＣＣが入力される。昇圧回路２４は、電源電圧ＶＣＣを昇圧電圧ＶＣＣＵＰ（ＶＣＣ＜ＶＣＣＵＰ）に昇圧する。昇圧部５０は、昇圧回路２４により昇圧された昇圧電圧ＶＣＣＵＰを他端から第１バッファアンプ３０、３２に供給する機能を有する。本実施の形態の昇圧部５０は、具体例として、一端に入力された電源電圧ＶＣＣを５Ｖほど昇圧した昇圧電圧ＶＣＣＵＰ（ＶＣＣ＋５＝ＶＣＣＵＰ）を他端から出力する。また、電源電圧ＶＣＣも、第１バッファアンプ３０、３２に供給される。

【0025】

セル選択ＳＷ２６は、スイッチング素子ＳＷ０、ＳＷ１＿１、ＳＷ１＿２、ＳＷ２＿１、ＳＷ２＿２、ＳＷ３＿１、ＳＷ３＿２、ＳＷ４＿１、ＳＷ４＿２、ＳＷ５を備える。以下では、セル選択ＳＷ２６が備えるこれらのスイッチング素子を総称する場合は、「セル選択ＳＷ２６のスイッチング素子ＳＷ」という。

【0026】

セル選択ＳＷ２６のスイッチング素子ＳＷは、制御部２２から出力された制御信号により、オンまたはオフされる。スイッチング素子ＳＷ１＿２、ＳＷ２＿２、ＳＷ３＿２、ＳＷ４＿２、ＳＷ５の各々は、オン状態の場合に入力端子２１_１～２１_５と、第１バッファアンプ３０の非反転入力端子と、を接続する。また、スイッチング素子ＳＷ０、ＳＷ１＿１、ＳＷ２＿１、ＳＷ３＿１、ＳＷ４＿１の各々は、オン状態の場合に入力端子２１_０～２１_４と、第２バッファアンプ３２の非反転入力端子と、を接続する。

【0027】

第１バッファアンプ３０の非反転入力端子には、セル選択ＳＷ２６が接続されている。また、第２バッファアンプ３２の非反転入力端子には、セル選択ＳＷ２６が接続されている。

【0028】

比較部２８は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、アンプ４０と、入力部６０、６２と、出力部６４と、を備える。

【0029】

アンプ４０の非反転入力端子には、第１バッファアンプ３０の出力端子が接続されており、第１バッファアンプ３０から出力された電圧が抵抗素子Ｒ１を介して入力される。抵抗素子Ｒ２は、一方の端子がアンプ４０の非反転入力端子と抵抗素子Ｒ１との間に接続され、他方の端子がＧＮＤ（基準電位ＶＳＳ）に接続されている。また、アンプ４０の反転入力端子には、第２バッファアンプ３２の出力端子が接続されており、第２バッファアンプ３２から出力された電圧が、抵抗素子Ｒ３を介して入力される。さらに、アンプ４０の出力端子と反転入力端子とは、抵抗素子Ｒ４を介して接続されている。

【0030】

比較部２８からは、第１バッファアンプ３０の出力端子から出力された電圧と第２バッファアンプ３２から出力された電圧との差に応じた出力Ｖｏｕｔが、出力端子４１を介して診断部１８に出力される。

【0031】

図２に、第１バッファアンプ３０、３２の出力端子側の内部回路を示す。第１バッファアンプ３０、３２の出力端子側の内部回路は同一構成である。図２に示すように、第１バッファアンプ３０、３２の出力端子３００に、ＮＭＯＳトランジスタＭ０、電源電圧ＶＣＣを電源とするＰＭＯＳトランジスタＭ１、及び昇圧電圧ＶＣＣＵＰを電源とするＰＭＯＳトランジスタＭ２の各々のドレインが接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭ１が、第１トランジスタの一例であり、ＰＭＯＳトランジスタＭ２が、第２トランジスタの一例である。

【0032】

ＰＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の何れか一方のみが動作する。ＰＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の何れを動作させるかが、制御部２２から出力された制御信号により切り替えられる。

【0033】

ＰＭＯＳトランジスタＭ２を動作させる場合には、ＰＭＯＳトランジスタＭ１をパワーダウンさせる。一方、ＰＭＯＳトランジスタＭ１を動作させる場合には、ＰＭＯＳトランジスタＭ２をパワーダウンさせる。

【0034】

次に、本実施の形態の電池監視ＩＣ２０の動作について説明する。

【0035】

まず、本実施の形態の電池監視ＩＣ２０による電池セルＶｃ１～Ｖｃ５の電池電圧の診断について説明する。診断を行うタイミングは特に限定されないが、例えば、予め定められたタイミング毎に定期的に行ってもよい。

【0036】

本実施の形態の電池監視システムの診断部１８では、電池セルＶｃ１～Ｖｃ５の各々を測定対象として電池電圧の測定が行われる。

【0037】

診断部１８における電池電圧診断処理の流れの一例を図３に示す。電池電圧診断処理は、電池セルＶｃ１～Ｖｃ５の各々を測定対象として繰り返し行われる。

【0038】

ステップＳ１００では、制御部２２から出力される制御信号により、測定対象の電池セルＶｃ１～Ｖｃ５のうちの測定対象となる電池セルに応じて、セル選択ＳＷ２６のスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御する。例えば、電池セルＶｃ２の電圧値（Ｖ２－Ｖ１＝Ｖｃ２）を測定する場合、セル選択ＳＷ２６のスイッチング素子ＳＷ１＿１及びＳＷ２＿２がオン状態になり、その他のスイッチング素子ＳＷがオフ状態になる。また、電池セルＶｃ５の電圧値（Ｖ５－Ｖ４＝Ｖｃ５）を測定する場合、セル選択ＳＷ２６のスイッチング素子ＳＷ４＿１及びＳＷ５がオン状態になり、その他のスイッチング素子ＳＷがオフ状態になる。

【0039】

次のステップＳ１０２では、制御部２２から出力される制御信号により、第１バッファアンプ３０の駆動電圧を切り替える。例えば、上位の電池セル（例えば、電池セルＶｃ４又は電池セルＶｃ５）の電圧値を測定する場合、ＰＭＯＳトランジスタＭ２を動作させることにより、第１バッファアンプ３０の駆動電圧を、昇圧電圧ＶＣＣＵＰに切り換える。上位の電池セル以外の電池セル（例えば、電池セルＶｃ１～電池セルＶｃ３）の電圧値を測定する場合、ＰＭＯＳトランジスタＭ１を動作させることにより、第１バッファアンプ３０の駆動電圧を、電源電圧ＶＣＣに切り換える。

【0040】

次のステップＳ１０４では、制御部２２から出力される制御信号により、第２バッファアンプ３２の駆動電圧を切り替える。例えば、上位の電池セル（例えば、電池セルＶｃ４又は電池セルＶｃ５）の電圧値を測定する場合、ＰＭＯＳトランジスタＭ２を動作させることにより、第２バッファアンプ３２の駆動電圧を、昇圧電圧ＶＣＣＵＰに切り換える。上位の電池セル以外の電池セル（例えば、電池セルＶｃ１～電池セルＶｃ３）の電圧値を測定する場合、ＰＭＯＳトランジスタＭ２を動作させることにより、第２バッファアンプ３２の駆動電圧を、電源電圧ＶＣＣに切り換える。

【0041】

次のステップＳ１０６では、出力Ｖｏｕｔを測定する。

【0042】

比較部２８のアンプ４０の非反転入力端子には、第１バッファアンプ３０から出力された電圧が入力される。一方、アンプ４０の反転入力端子には、第２バッファアンプ３２から出力された電圧が入力される。

【0043】

従って、アンプ４０からは、第１バッファアンプ３０から出力された電圧と、第２バッファアンプ３２から出力された電圧との差分に応じた電圧が出力Ｖｏｕｔとして診断部１８に出力される。例えば、電池セルＶｃ５の電圧値を測定する場合、第１バッファアンプ３０から出力された電圧Ｖ５と、第２バッファアンプ３２から出力された電圧Ｖ４との差分に応じた電圧が出力Ｖｏｕｔとして診断部１８に出力される。診断部１８は出力Ｖｏｕｔを測定する。

【0044】

次のステップＳ１０８では、出力Ｖｏｕｔが所定の範囲内であるか否かを判断する。例えば、測定対象の電池セルの電圧が正常である場合、出力Ｖｏｕｔは、測定対象の電池セルとして予め定められた電圧になる。そこで、実験等により得られた許容範囲を加味して、出力Ｖｏｕｔが、測定対象の電池セルとして予め定められた電圧から所定の範囲内の場合は、測定対象の電池セルの電圧が正常であると診断部１８が判断する。

【0045】

出力Ｖｏｕｔが所定の範囲内の場合は、肯定判定となりステップＳ１１０へ移行する。ステップＳ１１０で診断部１８は、測定対象の電池セルの電圧が正常であると診断した後、本電池電圧診断処理を終了する。

【0046】

一方、出力Ｖｏｕｔが所定の範囲内ではない（範囲外）場合は、否定判定となりステップＳ１１２へ移行する。ステップＳ１１２で診断部１８は、測定対象の電池セルの電圧が異常であると診断した後、本電池電圧診断処理を終了する。

【0047】

このように、本実施の形態の電池監視ＩＣによれば、複数の電池セルから、第１バッファアンプ及び第２バッファアンプの入力端子に接続する電池セルを選択し、上位の電池セルが選択された場合、第１バッファアンプ及び第２バッファアンプを駆動するための電圧を、昇圧電圧に切り替え、上位の電池セル以外の電池セルが選択された場合、第１バッファアンプ及び第２バッファアンプを駆動するための電圧を、電源電圧に切り替える。これにより、昇圧回路の負荷の増加を抑制して、電圧測定精度を向上することができる。

【0048】

また、バッファアンプを駆動するための電圧を、時分割で切り替えることにより、昇圧電圧の使用時間を限定することで、昇圧回路への平均負荷電流を軽減し、昇圧回路への要求特性を最小化することができる。これにより、昇圧回路の必要能力を低減し面積を削減することができる。

【0049】

また、測定対象として選択する電池セルに応じて、駆動する電圧として、電源電圧と昇圧電圧を使い分ける。バッファアンプについて、駆動するための電圧として、組電池の最高位電位に応じた電源電圧を用いて、出力電圧の精度が悪化するのは、出力電圧及び入力電位が電源電圧に近い場合のみであり選択セルが上位側の電池セルのときである。選択セルが下位側の電池セルのときは、電源電圧を、駆動する電圧として用いても問題ない。従って、選択セルに応じて、駆動する電圧を切り替えることで、昇圧電圧を供給するセルを限定し、全ての電池セルを連続して測定する場合における昇圧回路の平均負荷電流を低減することができる。

【0050】

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る電池監視ＩＣについて説明する。第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

【0051】

第２の実施の形態では、組電池のうちの使用セルを選択できる点と、使用セルの電圧の均等化処理を行う点とが、第１の実施の形態と異なっている。

【0052】

図４には、本実施の形態の組電池２１４及び電池監視ＩＣ２０の一部の回路図を示す。

【0053】

電池監視ＩＣ２０のセル選択ＳＷ２６と、組電池２１４との間に、均等化ＮＭＯＳ２２４が設けられている。

【0054】

図示を省略するが、電池監視ＩＣ２０は、第１の実施の形態と同様に、制御部２２、昇圧部５０、比較部２８、第１バッファアンプ３０、及び第２バッファアンプ３２を更に備えている。制御部２２が、選択部の一例である。

【0055】

組電池２１４は、直列に接続された１０個の電池セルＶｃ１～Ｖｃ１４（総称する場合は「電池セルＶｃ」という。）を含んでいる。電池セルＶｃ１～Ｖｃ１４は、電池セルＶｃ１を最下段とし、電池セルＶｃ１４を最上段として直列に接続されている。図４では、組電池２１４の電池セルＶｃの数が１４である場合を具体例として示しているが、組電池２１４に含まれる電池セルＶｃの数は、特に限定されるものではない。

【0056】

電池セルＶｃ１～Ｖｃ１４の各々は、電池監視ＩＣ２０に接続されている。例えば、電池監視ＩＣ２０の入力端子２１_０には、電池セルＶｃ１の低電位側の電圧Ｖ０が入力される。また、入力端子２１_１には、電池セルＶｃ２の低電位側の電圧と同義である電池セルＶｃ１の高電位側の電圧Ｖ１が入力される。

【0057】

セル選択ＳＷ２２６は、スイッチング素子ＳＷ０、ＳＷ１＿１、ＳＷ１＿２、ＳＷ２＿１、ＳＷ２＿２、・・・、ＳＷ１３＿１、ＳＷ１３＿２、ＳＷ１４を備える。以下では、セル選択ＳＷ２２６が備えるこれらのスイッチング素子を総称する場合は、「セル選択ＳＷ２２６のスイッチング素子ＳＷ」という。

【0058】

セル選択ＳＷ２２６のスイッチング素子ＳＷは、制御部２２から出力された制御信号により、オンまたはオフされる。スイッチング素子ＳＷ１＿１、ＳＷ２＿１、・・・、ＳＷ１３＿１、ＳＷ１４の各々は、オン状態の場合に入力端子２１_１～２１_１４と、第１バッファアンプ３０の非反転入力端子と、を接続する。また、スイッチング素子ＳＷ０、ＳＷ１＿２、ＳＷ２＿２、・・・、ＳＷ１３＿２の各々は、オン状態の場合に入力端子２１_０～２１_１３と、第２バッファアンプ３２の非反転入力端子と、を接続する。

【0059】

均等化ＮＭＯＳ２２４は、電源電圧又は昇圧電圧により駆動され、かつ、使用セルとして選択されなかった電池セルを、不使用セルとするためのＮＭＯＳトランジスタＮ１～Ｎ１４（総称する場合は「ＮＭＯＳトランジスタＮ」という。）を含んでいる。ＮＭＯＳトランジスタＮ１～Ｎ１４は、電池セルＶｃ１～Ｖｃ１４に対応して設けられている。ＮＭＯＳトランジスタＮ１～Ｎ１４は、電池セルを不使用セルとするためのスイッチング素子の一例である。

【0060】

本実施の形態では、上位の電池セル（例えば、電池セルＶｃ１３～Ｖｃ１４）に対して、昇圧電圧ＶＣＣＵＰによりＮＭＯＳトランジスタＮを駆動し、上位の電池セル以外の電池セル（例えば、電池セルＶｃ１～Ｖｃ１２）に対して、電源電圧ＶＣＣによりＮＭＯＳトランジスタＮを駆動する。また、使用しない電池セルＶｃに対応するＮＭＯＳトランジスタＮを駆動することにより、使用しない電池セルＶｃの両端子間を短絡する。例えば、電池セルＶｃｎ～Ｖｃｍを不使用セルとする場合には、ＮＭＯＳトランジスタＮｎ～Ｎｍを駆動し、電池セルＶｃｎ－１とＶｃｍ＋１とを接続するように短絡する。なお、電池監視ＩＣ２０外部で同電位になっているため、対応するＮＭＯＳトランジスタＮにより、使用しない電池セルＶｃの両端子間を短絡しなくても良い。

【0061】

制御部２２は、上位の電池セルＶｃを優先して使用セルとして選択する。

【0062】

ここで、制御部２２により上位の電池セルを優先して使用セルとして選択する理由について説明する。

【0063】

電池セルＶｃのセル電圧の均等化に際し、最上位の電池セルＶｃ１４の両端子間をＮＭＯＳトランジスタＮ１４で短絡する場合、ソース側が電源電圧に近くなり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１４をオンするゲート電圧として電源電圧では不足するため、昇圧電圧が必要となる。下位の電池セルの両端子間をＮＭＯＳトランジスタＮで短絡する場合には電源電圧で足りるため、昇圧電圧が必要とされるのは最上位の電池セル及び近傍の電池セルとなる。

【0064】

また、使用セル数を可変にし、使用セル数が少ない設定である場合、上位側から非使用セルとして両端子間を短絡すると、その選択数に応じて、駆動するＮＭＯＳトランジスタＮの数が増えるため、昇圧電源の負荷電流は大きくなる。

【0065】

例えば、上位２つの電池セルの両端子間を短絡する際に昇圧電圧が必要で、使用セル数が７～１４の間で可変の場合、上位２つの電池セルを非使用セルとして両端子間を短絡すると、昇圧電源の負荷電流は大きくなる。

【0066】

そこで、本実施の形態では、制御部２２は、上位の電池セルを優先して使用セルとして選択する。例えば、使用セル数が可変で使用セル数が少ない設定とする場合は、電源電圧ＶＣＣをＮＭＯＳトランジスタの駆動電源とする中間の電池セル（例えば、電池セルＶｃｍ～Ｖｃｎ）の各々の両端子間を短絡する。

【0067】

また、使用セルの電池電圧を均等化する場合には、対応するＮＭＯＳトランジスタＮのオンオフにより、使用セルの電池電圧が所定範囲内になるように調整する。

【0068】

次に、本実施の形態の電池監視ＩＣ２０の動作について説明する。

【0069】

まず、本実施の形態の電池監視ＩＣ２０による電池セルＶｃ１～Ｖｃ１４の電池電圧の均等化について説明する。均等化を行うタイミングは特に限定されないが、例えば、予め定められたタイミング毎に定期的に行ってもよい。

【0070】

本実施の形態の電池監視システムの診断部１８における電池電圧均等化処理の流れの一例を図５に示す。ここで、使用セル数が設定されているものとする。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【0071】

ステップＳ２００では、制御部２２から出力される制御信号により、使用セル数に応じて、上位の電池セルＶｃを優先して、使用セルとして選択し、不使用セルに対応するＮＭＯＳトランジスタＮをオンさせる。このとき、上位の電池セルＶｃ以外の電池セルＶｃが不使用セルとなる場合には、電源電圧ＶＣＣにより、対応するＮＭＯＳトランジスタＮが駆動される。また、上位の電池セルＶｃも不使用セルとなる場合には、昇圧電圧ＶＣＣＵＰにより、対応するＮＭＯＳトランジスタＮが駆動される。

【0072】

ステップＳ１００では、制御部２２から出力される制御信号により、使用セルのうちの測定対象となる電池セルＶｃに応じて、セル選択ＳＷ２２６のスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御する。

【0073】

次のステップＳ１０２では、制御部２２から出力される制御信号により、第１バッファアンプ３０の駆動電圧を切り替える。

【0074】

次のステップＳ１０４では、制御部２２から出力される制御信号により、第２バッファアンプ３２の駆動電圧を切り替える。

【0075】

次のステップＳ１０６では、出力Ｖｏｕｔを測定する。

【0076】

次のステップＳ１０８では、出力Ｖｏｕｔが所定の範囲内であるか否かを判断する。出力Ｖｏｕｔが所定の範囲内の場合は、肯定判定となりステップＳ２０４へ移行する。一方、出力Ｖｏｕｔが所定の範囲内ではない（範囲外）場合は、否定判定となりステップＳ２０２へ移行する。

【0077】

ステップＳ２０２で、診断部１８は、測定対象の電池セルＶｃの電圧に応じて、制御部２２から制御信号を出力し、測定対象の電池セルＶｃに対応するＮＭＯＳトランジスタＮのオンオフにより、測定対象の電池セルＶｃの電池電圧が所定範囲内になるように調整する。

【0078】

ステップＳ２０４で、診断部１８は、全ての使用セルを測定対象として上記ステップＳ１００～Ｓ２０２の処理を実行したか否かを判定する。上記ステップＳ１００～Ｓ２０２の処理を実行していない使用セルが存在する場合には、当該使用セルを測定対象として上記ステップＳ１００へ戻る。

【0079】

一方、全ての使用セルを測定対象として上記ステップＳ１００～Ｓ２０２の処理を実行した場合には、本電池電圧均等化処理を終了する。

【0080】

このように、本実施の形態の電池監視ＩＣによれば、組電池から、使用セルとして、上位の電池セルを優先して選択し、上位の電池セルについて設けられた、不使用セルとするためのスイッチング素子は、昇圧電圧により駆動され、上位の電池セル以外の電池セルについて設けられた、不使用セルとするためのスイッチング素子は、電源電圧により駆動される。これにより、昇圧回路の負荷の増加を抑制して、電圧測定精度を向上することができる、

【0081】

また、電池電圧均等化処理では、通常のセル電圧測定動作及び通常のセル均等化動作を行う。ここで、セル数を可変とし、不使用にするための、かつ、電池電圧均等化のためのＮＭＯＳトランジスタのうち、上位の電池セルに対するＮＭＯＳトランジスタのみ、昇圧電圧で駆動し、使用セルとして、上位の電池セルを優先して選択する。この構成において、使用セル数を少なく設定するときに、電源電圧で駆動されるＮＭＯＳトランジスタに対応する中間の電池セルを非使用とすることで、昇圧電圧で駆動するＮＭＯＳトランジスタに対応する最上位セル近傍の電池セルのうち、非使用とする電池セルを必要最小限のセルに限定する。これにより、昇圧電圧の使用時間を限定することで、昇圧回路への平均負荷電流を軽減し、昇圧回路への要求特性を最小化することができる。

【符号の説明】

【0082】

１４ 組電池
１８ 診断部
２０ 電池監視ＩＣ
２２ 制御部
２４ 昇圧回路
２６，２２６ セル選択ＳＷ
２８ 比較部
３０ 第１バッファアンプ
３２ 第２バッファアンプ
５０ 昇圧部
２１４ 組電池
２２４ 均等化ＮＭＯＳ
３００ 出力端子
Ｍ０ ＮＭＯＳトランジスタ
Ｍ１、Ｍ２ ＰＭＯＳトランジスタ
Ｎ，Ｎ１～Ｎ１４ ＮＭＯＳトランジスタ
ＳＷ０，ＳＷ１＿１，ＳＷ１＿２～ＳＷ１４ スイッチング素子
ＶＣＣ 電源電圧
ＶＣＣＵＰ 昇圧電圧
Ｖｃ，Ｖｃ１～Ｖｃ１４ 電池セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】