(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セルを備えた組電池と、
直列に接続された複数の電圧監視装置を備え、該複数の電圧監視装置の各々が、前記複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの各々の電圧を、抵抗回路を介して検出する電圧監視システムと、
を含む組電池システムであって、
前記電圧監視装置は、
前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧を検出する下位電圧監視装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第１の通信回路と、
前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧を検出する上位電圧監視装置との通信を、前記上位電圧監視装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第２の通信回路と、
前記所定数の電池セルから前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、
前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、
前記所定数の電池セルから前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、
前記上位電圧監視装置の前記第２の端子から出力された前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、
を有し、
前記所定数の電池セルの負極側と前記第１の端子とを直接接続する第１の配線、前記所定数の電池セルの正極側と前記第３の端子とを直接接続する第２の配線、及び前記第４の端子と前記上位電圧監視装置の前記第２の端子とを直接接続する第３の配線のうち、前記第１の配線及び前記第３の配線のそれぞれの抵抗が、前記所定数の電池セルと前記電圧監視装置とを前記抵抗回路を介して接続する第４の配線の抵抗よりも小さくされた組電池システム。
【請求項２】
前記第１の上位基準電圧と前記第１の下位基準電圧との差分は、前記第２の上位基準電圧と前記第２の下位基準電圧との差分と等しい、請求項１に記載の組電池システム。
【請求項３】
前記第４の配線には、前記抵抗回路の一部とするフィルタ回路が形成されている、請求項１又は請求項２に記載の組電池システム。
【請求項４】
前記電圧監視装置において、前記第１の上位基準電圧は前記第２の上位基準電圧よりも低く、前記第１の下位基準電圧は前記第２の下位基準電圧よりも低い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の組電池システム。
【請求項５】
前記第３の端子には、前記電圧監視装置が検出対象とする前記所定数の電池セルの最上位の電位が前記第２の下位基準電圧として入力される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の組電池システム。
【請求項６】
前記電圧監視装置は、前記第１の通信回路にて受信した信号の電圧レベルを前記第２の通信回路が備える電圧範囲に変換し、前記第２の通信回路にて受信した信号の電圧レベルを前記第１の通信回路が備える電圧範囲に変換する信号レベル変換回路を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の組電池システム。
【請求項７】
前記電圧監視装置は、前記第１の上位基準電圧を、前記第１の通信回路及び前記第２の端子に供給する電圧生成回路を含む請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の組電池システム。
【請求項８】
直列に接続された複数の電圧監視装置を備え、該電圧監視装置の各々が、直列に接続された複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの各々の電圧を、抵抗回路を介して検出する電圧監視システムであって、
前記電圧監視装置は、
前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧を検出する下位電圧監視装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第１の通信回路と、
前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧を検出する上位電圧監視装置との通信を、前記上位電圧監視装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第２の通信回路と、
前記所定数の電池セルから前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、
前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、
前記所定数の電池セルから前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、
前記上位電圧監視装置の前記第２の端子から出力された前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、
を有し、
前記所定数の電池セルの負極側と前記第１の端子とを直接接続する第１の配線、前記所定数の電池セルの正極側と前記第３の端子とを直接接続する第２の配線、及び前記第４の端子と前記上位電圧監視装置の前記第２の端子とを直接接続する第３の配線のうち、前記第１の配線及び前記第３の配線のそれぞれの抵抗が、前記所定数の電池セルと前記電圧監視装置とを前記抵抗回路を介して接続する第４の配線の抵抗よりも小さくされた電圧監視システム。
【請求項９】
直列に接続された複数の電池セルの電圧を監視する電圧監視システムに複数が直列に接続されて設けられ、直列に接続された各々が、前記複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの各々の電圧を、抵抗回路を介して検出する電圧監視装置であって、
前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧を検出する下位電圧監視装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第１の通信回路と、
前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧を検出する上位電圧監視装置との通信を、前記上位電圧監視装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第２の通信回路と、
前記所定数の電池セルから前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、
前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、
前記所定数の電池セルから前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、
前記上位電圧監視装置の前記第２の端子から出力された前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、
を有し、
前記第１の端子には前記所定数の電池セルの負極側が第１の配線を介して直接接続され、
前記第３の端子には前記所定数の電池セルの正極側が第２の配線を介して直接接続され、
前記第４の端子には、前記上位電圧監視装置の前記第２の端子が第３の配線を介して直接接続され、
前記第１の配線及び第３の配線のそれぞれの抵抗が、前記所定数の電池セルの各々と前記電圧監視装置とを、前記抵抗回路を介して接続する第４の配線の抵抗よりも小さくされた電圧監視装置。
【請求項１０】
直列に接続された複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの電圧を、抵抗回路を介して検出する半導体装置であって、
前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧の検出に用いられる下位の半導体装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行うための第１の通信回路と、
前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧の検出に用いられる上位の半導体装置との通信を、前記上位の半導体装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行うための第２の通信回路と、
第１の配線を介して前記所定数の電池セルの負極側と直接接続されることで、前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、
前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、
第２の配線を介して前記所定数の電池セルの正極側と直接接続されることで、前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、
第３の配線を介して前記上位の半導体装置の第２の端子と直接接続されることで、前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、
第４の配線により前記抵抗回路を介して前記所定数の電池セルの各々と接続されることで、前記所定数の電池セルの各々の両端の電圧が入力される第５の端子と、
を含む半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の通信回路にて受信した信号の電圧レベルを前記第２の通信回路が備える電圧範囲に変換し、前記第２の通信回路にて受信した信号の電圧レベルを前記第１の通信回路が備える電圧範囲に変換する信号レベル変換回路を含む請求項１０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池システム、電圧監視システム、電圧監視装置、及び半導体装置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。当該電池監視システムは、電池の電圧を監視・制御するための測定用半導体回路及び制御用半導体回路を備えて構成されており、電池の電圧を監視・制御する場合、制御用半導体回路と測定用半導体回路と間で各種制御信号（命令信号）やデータ信号が授受される。そのため、命令信号やデータ信号に対するノイズ等の外乱による影響を低減させるための技術として、例えば特許文献１に記載の技術が挙げられる。
【０００３】
このような電池監視システムの一例を図５に示す。図５に示した従来の電池監視システムは、複数の電池セル群１１５を含むバッテリー１１４と、バッテリー１１４の電池セル１１７の電圧を測定・制御する半導体装置１１０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、制御用半導体回路１１２から測定用の半導体回路１２０に命令（信号）を送り、半導体回路１２０から得られた各電池セル１１７の電圧情報を元に、バッテリー１１４のセル電圧均等化（各電池セル１１７の電圧値を均等にする）処理や充放電制御（各電池セル１１７の充放電の制御）処理等を行う。半導体回路１２０は、電池セル群１１５毎に設けられている。なお、以下では、半導体回路１２０等個々を区別する場合は、数字の後に個々を示す数字を付し、総称する場合は、個々を示す数字を省略して記載する。
【０００５】
半導体回路１２０は、命令信号や測定結果等のデータ信号を半導体回路１２０同士の間で、電源分離素子を介在させないで授受するため、低電位側のＧＮＤ−ＶＤＤレベルで動作するＩＯ回路１２２及び高電位側のＶＣＣ−ＶＣＣ２レベルで動作するＩＯ回路１３２を備えている。また、ロジック回路１２４、Ａ／Ｄ変換回路１２６、セル選択回路１２８、レベルシフト回路１３０、及び電圧調整回路１３４を備えて構成されている。
【０００６】
さらに、バッテリー１１４の電源線１１３に接続され、セル選択回路１２８、レベルシフト回路１３０、及び電圧調整回路１３４を駆動するための電源電圧と、ＩＯ回路１３２の基準電圧と、を供給するためのＶＣＣ端子、電圧調整回路１３４の出力電圧ＶＤＤを外部に出力するためのＶＤＤ端子、上位の半導体回路１２０の電圧調整回路１３４から出力された出力電圧ＶＤＤが入力されるよう上位の半導体回路１２０に接続され、ＩＯ回路１３２の電源電圧を供給するためのＶＣＣ２端子、及び各電池セル１１７の正極側と負極側とを接続するＶｎ端子（ｎ＝０〜ｎの整数）を備えている。電源電圧を安定化するために、電源線１１３との間に、ＶＣＣ端子にはＲＣフィルタ１１９が接続されており、Ｖｎ端子にはＬＰＦ１１８が接続されている。一方、ＧＮＤ端子は電源線１１３に直接接続されている。
【０００７】
当該電池監視システムでは、電池セル１１７の電圧を測定する場合、制御用半導体回路１１２から、電圧を測定する命令信号が出力される。
【０００８】
通信用端子１３５を介して半導体回路１２０１のＩＯ回路１２２に命令信号が入力されると、ロジック回路１２４では、命令信号が自半導体回路１２０に接続されている電池セル１１７の電圧を測定する命令信号であるか判断し、異なる場合は命令信号をそのままレベルシフト回路１３０に出力する。レベルシフト回路１３０は、ＧＮＤ−ＶＤＤレベルで入力された命令信号をＶＣＣ−ＶＣＣ２レベルにレベルシフトして、通信用端子１３６を介して、上位の半導体回路１２０に出力する。
【０００９】
ロジック回路１２４で、自半導体回路１２０に接続されている電池セル１１７の電圧を測定する命令信号であると判断した場合は、セル選択回路１２８により測定を命令された電池セル１１７を選択し、当該電池セル１１７の電圧値を表すデータ信号を、命令信号が伝送された経路を戻るようにして、制御用半導体回路１１２に出力する。
【００１０】
従来の半導体装置１１０では、通信用端子１３５、１３６を介して命令信号や電圧測定結果（電池セル１１７の電圧値）を表すデータ信号の授受がこのようにして行われる。
【００１１】
ここで、ＧＮＤの電位をＲＣフィルタ１１９と同程度のＲＣフィルタを用いて変動させないようにするために、ＧＮＤ端子がＲＣフィルタ１１９と同程度のＲＣフィルタを介して電源線１１３に接続されている場合には、電池セル１１７の充電時等の場合ではＧＮＤ端子に供給される電圧は変動しにくいものとなる。しかしながら、モータ駆動時や電池セル１１７の充電時等に電池セル１１７の各々の電圧が急激に変動した場合には、端子Ｖ０〜Ｖｎに入力される電圧（以下、Ｖ０〜Ｖｎレベルという）が急激に変動し、ＧＮＤレベルとＶ０〜Ｖｎレベルとの電位差がずれてしまい、またはＧＮＤレベルがＶ０〜Ｖｎレベルを上回ってしまうため、半導体回路１２０が誤動作を起こす恐れがある。
【００１２】
これに対して本発明者は、ＧＮＤ端子が電源線１１３に直接接続されている、図５に示した半導体回路１２０を生み出した。このようにすることにより、モータ駆動時や電池セル１１７の充電時等に電池セル１１７の各々の電圧が急激に変動した場合であっても、Ｖ０〜Ｖｎレベルの変動に伴い、半導体回路１２０のＧＮＤ端子に供給される電圧も変動させることが可能となるため、Ｖ０〜ＶｎレベルがＧＮＤレベルに相当する電位を下回らないようにすることが可能となり、半導体回路１２０の誤動作を防止することが可能となる。なお、図５では、このようにＧＮＤ端子が電源線１１３に直接接続されている場合を示したが、これに限らず、特性があまり高くないレベル（ＲＣフィルタ１１９よりも低いレベル）のＲＣフィルタを介して接続される構成であってもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２７９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図５に示した半導体回路１２０では、以下のようなノイズによる影響を低減させることができずに、問題が生じる場合がある。
【００１５】
ハイブリッド自動車や電気自動車等のシステムでは、モータを駆動する際に発生する負荷電流や、ブレーキをかけたときにモータを発電機として利用し、発生した電力を再利用するためのいわゆる、回生ブレーキ時の充電電流等により、バッテリー電圧が急峻に変化し、当該変化がノイズとして影響を与える場合がある。
【００１６】
図５に示した従来の電池監視システムでは、図６に示すように、電圧変動により、通信信号の論理レベルが反転し、誤動作を起す場合がある。
【００１７】
具体的には、図５に示した従来の電池監視システムにおいて電池セル群１１５２で負荷電流等が発生した場合、電池セル１１７の内部抵抗分だけ、バッテリー電圧が下がるため、電圧Ｖ７０（半導体回路１２０２のＧＮＤレベル（ＧＮＤ２））も同様に変動し、電圧が下がる。
【００１８】
本発明者は上述したように、モータ駆動時や電池セル１１７の充電時等に電池セル１１７の各々の電圧が急激に変動した場合にＶ０〜Ｖｎレベルが急激に変動し、ＧＮＤレベルとＶ０〜Ｖｎレベルとの電位差がずれてしまい、またはＧＮＤレベルがＶ０〜Ｖｎレベルを上回ってしまうため、半導体回路１２０が誤動作を起こす恐れがあるのを防止するために、ＧＮＤ端子を電源線１１３に直接接続させた。このように、ＧＮＤ端子を電源線１１３に直接接続させたことにより、Ｖ０〜Ｖｎレベルの変動に伴って半導体回路１２０のＧＮＤ端子に供給される電圧が変動するため、電圧Ｖ７０（半導体回路１２０２のＧＮＤレベル（ＧＮＤ２））も同様に変動してしまう。
【００１９】
半導体回路１２０２のＧＮＤレベル（ＧＮＤ２）が変動することに伴い、半導体回路１２０１のＶＣＣ２１端子に入力される電圧ＶＣＣ２１（半導体回路１２０２のＶＤＤ２端子から入力される電圧）も同様に変動する。
【００２０】
一方、半導体回路１２０１のＶＣＣ１端子には、ＲＣフィルタ１１９１が接続されているため、フィルタ効果により、高周波成分がカットされるので、電圧ＶＣＣ１では急峻な電圧変動は発生しない。
【００２１】
従って、電圧ＶＣＣ２１は変動し、電圧ＶＣＣ１は変動しないため、変動による電圧値が閾値を越えると、通信用端子１３６１を介してＩＯ回路１３２１に入力される信号の論理レベルが反転し、誤動作を起してしまうという問題がある。
【００２２】
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、電流変動によるバッテリー電圧の変動に依らず、信号の通信を正常に行うことができる、組電池システム、電圧監視システム、電圧監視装置、及び半導体装置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】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の組電池システムは、直列に接続された複数の電池セルを備えた組電池と、直列に接続された複数の電圧監視装置を備え、該複数の電圧監視装置の各々が、前記複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの各々の電圧を、抵抗回路を介して検出する電圧監視システムと、を含む組電池システムであって、前記電圧監視装置は、前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧を検出する下位電圧監視装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第１の通信回路と、前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧を検出する上位電圧監視装置との通信を、前記上位電圧監視装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第２の通信回路と、前記所定数の電池セルから前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、前記所定数の電池セルから前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、前記上位電圧監視装置の前記第２の端子から出力された前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、を有し、前記所定数の電池セルの負極側と前記第１の端子とを直接接続する第１の配線、前記所定数の電池セルの正極側と前記第３の端子とを直接接続する第２の配線、及び前記第４の端子と前記上位電圧監視装置の前記第２の端子とを直接接続する第３の配線のうち、前記第１の配線及び前記第３の配線のそれぞれの抵抗が、前記所定数の電池セルと前記電圧監視装置とを前記抵抗回路を介して接続する第４の配線の抵抗よりも小さくされている。
【００２４】
本発明の電圧監視システムは、直列に接続された複数の電圧監視装置を備え、該電圧監視装置の各々が、直列に接続された複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの各々の電圧を、抵抗回路を介して検出する電圧監視システムであって、前記電圧監視装置は、前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧を検出する下位電圧監視装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第１の通信回路と、前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧を検出する上位電圧監視装置との通信を、前記上位電圧監視装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第２の通信回路と、前記所定数の電池セルから前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、前記所定数の電池セルから前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、前記上位電圧監視装置の前記第２の端子から出力された前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、を有し、前記所定数の電池セルの負極側と前記第１の端子とを直接接続する第１の配線、前記所定数の電池セルの正極側と前記第３の端子とを直接接続する第２の配線、及び前記第４の端子と前記上位電圧監視装置の前記第２の端子とを直接接続する第３の配線のうち、前記第１の配線及び前記第３の配線のそれぞれの抵抗が、前記所定数の電池セルと前記電圧監視装置とを前記抵抗回路を介して接続する第４の配線の抵抗よりも小さくされている。
【００２５】
本発明の電圧監視装置は、直列に接続された複数の電池セルの電圧を監視する電圧監視システムに複数が直列に接続されて設けられ、直列に接続された各々が、前記複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの各々の電圧を、抵抗回路を介して検出する電圧監視装置であって、前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧を検出する下位電圧監視装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第１の通信回路と、前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧を検出する上位電圧監視装置との通信を、前記上位電圧監視装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行う第２の通信回路と、前記所定数の電池セルから前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、前記所定数の電池セルから前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、前記上位電圧監視装置の前記第２の端子から出力された前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、を有し、前記第１の端子には前記所定数の電池セルの負極側が第１の配線を介して直接接続され、前記第３の端子には前記所定数の電池セルの正極側が第２の配線を介して直接接続され、前記第４の端子には、前記上位電圧監視装置の前記第２の端子が第３の配線を介して直接接続され、前記第１の配線及び第３の配線のそれぞれの抵抗が、前記所定数の電池セルの各々と前記電圧監視装置とを、前記抵抗回路を介して接続する第４の配線の抵抗よりも小さくされている。
また、本発明の半導体装置は、直列に接続された複数の電池セルのうちの所定数の電池セルの電圧を、抵抗回路を介して検出する半導体装置であって、前記所定数の電池セルよりも下位の電池セルの電圧の検出に用いられる下位の半導体装置との通信を、第１の上位基準電圧と、前記第１の上位基準電圧よりも低い第１の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行うための第１の通信回路と、前記所定数の電池セルよりも上位の電池セルの電圧の検出に用いられる上位の半導体装置との通信を、前記上位の半導体装置から供給される前記第１の上位基準電圧としての第２の上位基準電圧と、前記第２の上位基準電圧よりも低く前記第１の下位基準電圧よりも高い第２の下位基準電圧との間の電圧レベルに基づいて行うための第２の通信回路と、第１の配線を介して前記所定数の電池セルの負極側と直接接続されることで、前記第１の下位基準電圧が入力される第１の端子と、前記第１の上位基準電圧が出力される第２の端子と、第２の配線を介して前記所定数の電池セルの正極側と直接接続されることで、前記第２の下位基準電圧が入力される第３の端子と、第３の配線を介して前記上位の半導体装置の第２の端子と直接接続されることで、前記第１の上位基準電圧が入力される第４の端子と、第４の配線により前記抵抗回路を介して前記所定数の電池セルの各々と接続されることで、前記所定数の電池セルの各々の両端の電圧が入力される第５の端子と、を含む。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電流変動によるバッテリー電圧の変動に依らず、信号の通信を正常に行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】セル選択スイッチの概略構成の具体的一例を示す回路図である。
【図３】第１の実施の形態に係る電池監視システムにおいて誤動作が発生しないことを説明するための説明図である。
【図４】第２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５】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。
【図６】従来の電池監視システムにおいて発生する誤動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の第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。
【００３２】
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、複数の電池セル群１５を含むバッテリー１４と、バッテリー１４の各電池セル１７の電圧を測定・制御する半導体装置１０と、を備えて構成されている。
【００３３】
本実施の形態の電池監視システムでは、制御用半導体回路１２から測定用の半導体回路２０に命令（信号）を送り、半導体回路２０から得られた各電池セル１７の電圧情報を元に、バッテリー１４のセル電圧均等化（各電池セル１７の電圧値を均等にする）処理や充放電制御（各電池セル１７の充放電の制御）処理等を行う。本実施の形態の半導体装置１０では、半導体回路２０は、電池セル群１５毎に設けられている。なお、以下では、半導体回路２０等個々を区別する場合は、数字の後に個々を示す数字を付し、総称する場合は、個々を示す数字を省略して記載する。
【００３４】
本実施の形態の半導体回路２０は、命令信号や測定結果等のデータ信号を半導体回路２０同士の間で、電源分離素子を介在させないで授受するため、基準電圧ＧＮＤ及び電源電圧ＶＤＤが供給されて低電位側のＧＮＤ−ＶＤＤレベルで動作するＩＯ回路２２、及び基準電圧ＶＣＣ１及び電源電圧ＶＣＣ２が供給されて高電位側のＶＣＣ１−ＶＣＣ２レベルで動作するＩＯ回路３２を備えている。
【００３５】
なお、本実施の形態の半導体装置１０では、半導体回路２０１のＧＮＤレベル（ＧＮＤ１）は、電圧値＝０Ｖとは限らず、特に限定されていない。また、上位の半導体回路２０（本実施の形態では、ＩＯ回路３２と接続される半導体回路２０を上位といい、ＩＯ回路２２と接続される半導体回路２０を下位という）になるほど、ＧＮＤレベルが高く（電圧値が高く）なるように構成されている。
【００３６】
また、本実施の形態の電池監視システムでは、ロジック回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２６、セル選択回路２８、レベルシフト回路３０、及び電圧調整回路３４を備えて構成されている。ロジック回路２４は、入力された命令信号等をデコードする機能を有する回路であり、本実施の形態では、入力された命令信号をデコードして自半導体回路２０での電圧測定が指定されているか否かを判断する機能を有している。Ａ／Ｄ変換回路２６は、入力された信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換する機能を有する回路である。セル選択回路２８は命令信号に基づき、測定を命令された電池セル１７を選択し、選択した電池セル１７の電圧値を出力する機能を有する回路である（詳細後述）。レベルシフト回路３０は、信号のレベルを低電位側のＧＮＤ−ＶＤＤレベルと、高電位側のＶＣＣ１−ＶＣＣ２レベルと、でレベルシフトする機能を有する回路である。電圧調整回路３４は、ＩＯ回路２２の電源電圧となるＶＤＤ電圧を出力する機能を有する回路である。
【００３７】
さらに、本実施の形態の電池監視システムは、ＶＣＣ端子、ＶＣＣ１端子、ＶＣＣ２端子、ＶＤＤ端子、及びＶｎ端子（ｎ＝０〜ｎの整数）を備えている。
【００３８】
ＶＣＣ端子は、電源電圧を安定化するためのＲＣフィルタ１９を介してバッテリー１４の電源線１３に接続され、ロジック回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２６、セル選択回路２８、レベルシフト回路３０、及び電圧調整回路３４に電源電圧ＶＣＣを供給するための端子である。ＶＤＤ端子は、電圧調整回路３４の出力電圧ＶＤＤを外部に出力するための端子である。ＶＣＣ１端子は、電源線１３に直接接続され、ＩＯ回路３２の基準電圧ＶＣＣ１を供給するための端子である。ＶＣＣ２端子は、上位の半導体回路２０の電圧調整回路３４から出力された出力電圧ＶＤＤが入力されるように上位の半導体回路２０に接続され、ＩＯ回路３２に電源電圧を供給するための端子である。Ｖｎ端子は、各電池セル１７の正極側と負極側とを接続する端子であり、電圧を安定化するために、電源線１３との間にＬＰＦ（ローパスフィルタ）１８が接続されている。
【００３９】
本実施の形態の電池監視システムにおける電池セル１７の電圧測定について詳細に説明する。ここでは、電池セル群１５２のいずれかの電池セル１７２（１７１２〜１７ｎ２）の何れかの電池電圧を測定する場合について説明する。
【００４０】
まず、制御用半導体回路１２から、電圧を測定する命令信号が出力される。なお、命令信号には、いずれの電池セル１７を測定するかを指示する情報が含まれている。
【００４１】
通信用端子３５１を介して半導体回路２０１のＩＯ回路２２１に命令信号が入力されると、ロジック回路２４１では、命令信号をデコードして、自半導体回路２０１での電池電圧測定が指定されているか否かを判断する。指定されていない場合は命令信号をそのままレベルシフト回路３０１に出力する。レベルシフト回路３０１は、上位の半導体回路２０２に命令信号を通信するために、ＧＮＤ−ＶＤＤレベルで入力された命令信号をＶＣＣ１−ＶＣＣ２レベルにレベルシフトして、通信用端子３６１を介して、上位の半導体回路２０２に出力する。
【００４２】
半導体回路２０２では、通信用端子３５２を介してＩＯ回路２２２に命令信号が入力される。ロジック回路２４２では、命令信号をデコードして、自半導体回路２０２での電池電圧測定が指定されているか否かを判断する。ここでは、自半導体回路２０２での電池電圧測定が指定されているため、Ａ／Ｄ変換回路２６２及びセル選択回路２８２に制御信号を出力する。
【００４３】
セル選択回路２８２では、制御信号に基づいて、内部ＳＷ（スイッチを切り替えて）指定された電池セル１７２（１７１２〜１７ｎ２）を選択して、電圧値をＡ／Ｄ変換回路２６２に出力する。
【００４４】
セル選択回路２８の具体的一例の回路図を図２に示す。
【００４５】
図２に示すように本実施の形態のセル選択回路２８は、アナログレベルシフタ４０及びセル選択ＳＷ４２を含んで構成されている。セル選択回路２８は、電池セル１７ｎの正極側の電源線１３に接続されており、電源線１３から電源電圧ＶＣＣが供給される。電池セル１７の両端電圧は、各々のＬＰＦ１８を介して、セル選択回路２８のセル選択ＳＷ４２の入力に接続されている。セル選択ＳＷ４２の出力はアナログレベルシフタ４０に接続されている。なお、アナログレベルシフタ４０は、検出抵抗、アンプ４４、常時オン状態のダミースイッチを備えて構成されている。
【００４６】
ここで電池セル１７ｎの電圧値を測定する場合、セル選択ＳＷ４２のスイッチング素子ＳＷｎ、ＳＷｎ−１＿１がオン状態になり、その他のスイッチング素子がオフ状態になる。電池セル１７ｎの電圧値＝Ｖｎ−Ｖｎ−１はアナログレベルシフタ４０によって電圧変換され、Ｖｏｕｔ＝電池セル１７ｎの電圧値になり、ＧＮＤ基準の電圧に変換されて、Ａ／Ｄ変換回路２６に出力される。
【００４７】
なお、他の電池セル１７の電圧を測定する場合は、上記と同様に測定する電池セル１７の正極側に接続されるスイッチング素子ＳＷと負極側にスイッチング素子ＳＷをオン状態にして、その他のスイッチング素子ＳＷをオフ状態にすればよい。
【００４８】
このようにしてセル選択回路２８２から選択された電池セル１７２の電圧値がＡ／Ｄ変換回路２６２に出力されると、Ａ／Ｄ変換回路２６２では、入力された電圧値をデジタル値に変換したデータ信号をロジック回路２４２に出力する。さらに、当該データ信号は、命令信号が伝送された経路を戻るようにして、制御用半導体回路１２に出力される。
【００４９】
次に、本実施の形態の電池監視システムにおいて、上述したように、負荷電流や、回生ブレーキ時の充電電流等により、バッテリー電圧が急峻に変化するノイズが生じた場合の動作について図３を参照して説明する。
【００５０】
急峻な電流変化により、バッテリー電圧が下がるため、電圧Ｖ７０（半導体回路２０２のＧＮＤレベル（ＧＮＤ２））も同様に変動し、電圧が下がる。半導体回路２０２のＧＮＤレベル（ＧＮＤ２）が変動することに伴い、半導体回路２０１のＶＣＣ２１端子に入力される電圧ＶＣＣ２１（半導体回路２０２のＶＤＤ２端子から入力される電圧ＶＤＤ２）も同様に変動する。
【００５１】
また、本実施の形態の半導体回路２０１のＶＣＣ１１端子は、直接電源線１３に接続されているため、ノイズがカットされることなく、急峻な電圧変動が同様に発生する。
【００５２】
従って、半導体回路２０１では、電圧ＶＣＣ２１が変動し、同様に、電圧ＶＣＣ１１も変動するため、電圧ＶＣＣ２１と電圧ＶＣＣ１１との電位差は、電圧の変動にかかわらず、一定になる。
【００５３】
従って、ＩＯ回路３２１に入力される通信信号そのものには、電圧の変化が生じず、論理反転が起きないため、誤動作することがない。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態の電池監視システムにおける半導体装置１０は、上位の半導体回路２０のＶＤＤ出力に接続される端子ＶＣＣ２と、電源線１３に直接接続される端子ＶＣＣ１と、を備えており、高電位側のＩＯ回路３２には、端子ＶＣＣ２から電源電圧ＶＣＣ２が供給されると共に、端子ＶＣＣ１から基準電圧ＶＣＣ１が供給される。また、ＲＣフィルタ１９を介して電源線１３に接続される端子ＶＣＣを備えており、端子ＶＣＣから、ロジック回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２６、セル選択回路２８、レベルシフト回路３０、及び電圧調整回路３４に電源電圧ＶＣＣを供給する。
【００５５】
一般に、電源電圧を安定させるためには、電源線１３から電源電圧を供給するための端子は、ＲＣフィルタ１９などの高周波成分をカットするためのＬＰＦを介して電源線１３に接続されている。本実施の形態においても、ロジック回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２６、セル選択回路２８、レベルシフト回路３０、及び電圧調整回路３４に電源電圧ＶＣＣを供給する端子ＶＣＣも電源電圧を安定化させるためにＲＣフィルタ１９を介して電源線１３に接続されている。これにより、ジック回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２６、セル選択回路２８、レベルシフト回路３０、及び電圧調整回路３４は、安定して動作する。
【００５６】
このように、回路動作を安定させるためには、電源電圧及び基準電圧共に安定して供給されることが望まれるため、一般には、図５に示したようにＩＯ回路１３２に電源電圧を供給するための端子も、ＲＣフィルタ１１９を介して電源線１１３に接続されている。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態では、上述のように、電源線１３に直接接続された端子ＶＣＣ１からＩＯ回路３２に基準電圧ＶＣＣ１を供給する。これにより、基準電圧ＶＣＣ１は負荷電流等によるバッテリー電圧の変動の影響を受けて変動するが、ＩＯ回路３２に上位の半導体回路２０から端子ＶＣＣ２を介して供給される電源電圧ＶＣＣ２も同様に変動するため、電源電圧ＶＣＣ２と基準電圧ＶＣＣ１との電位差が一定になる。
【００５８】
従って、通信信号には影響が生じないため、誤動作が生じることがなく、電流変動によるバッテリー電圧の変動に依らず、信号の通信を正常に行うことができる。
【００５９】
なお、上記では、端子ＶＣＣ１が電源線１３に直接接続されている場合について詳細に説明したが、例えば、電源線の引き回し等により遅延が生じ、電源電圧ＶＣＣ２を伝送する信号と基準電圧ＶＣＣ１を伝送する信号とにずれ、（電圧変動のずれ）が生じる場合は、当該ずれを低減させる程度のＬＰＦ等のフィルタを設けるようにしてもよい。この場合、電源電圧ＶＣＣ２の電圧変動値と基準電圧ＶＣＣ１の電圧変動値とが同じにならず、電位差が多少生じたとしても、生じた電位差が論理レベルが反転する閾値電圧を越えていなければ、問題は生じず、本発明の効果が得られる。
【００６０】
［第２の実施の形態］
【００６１】
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の半導体装置である電池監視システムについて詳細に説明する。図４に、本実施の形態の電池監視システムの概略構成の一例を示す。本実施の形態の電池監視システムは第１の実施の形態の電池監視システムと略同一の構成であるため、同一部分には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態の電池監視システムの半導体回路６０は、第１の実施の形態のシングルエンド型のＩＯ回路２２及びＩＯ回路３２に変り、差動型のＩＯ回路６２及びＩＯ回路６４が備えられている。
【００６３】
即ち、第１の実施の形態では、１本の信号線で信号の送受信を行っていたものを、本実施の形態では、２本の信号線を用いて信号の送受信を行うようにした。
【００６４】
半導体回路２０同士の間で、２本の信号線を用い、差動信号でデータ転送が行われるため、基板配線間のクロストークや、放射ノイズ等の上述のバッテリー電圧の変動による電圧変動以外のノイズの抑制も行うことができ、より正常にデータ通信を行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、５０  半導体装置
１４  バッテリー
１８  ＬＰＦ
１９  ＲＣフィルタ
２０、６０  半導体回路
２２、６２  ＩＯ回路
２４  ロジック回路
２８  セル選択回路
３０  レベルシフト回路
３４  電圧調整回路
３２、６４  ＩＯ回路
ＶＣＣ、ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、Ｖｎ  端子
【図１】
0005638311.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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