(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリセルが直列に接続されたバッテリセルアレイの各バッテリセルの電圧を計測するために、前記複数のバッテリセルの各接続端における電圧が入力されるとともに、前記複数のバッテリセルとは別の少なくとも１つの管理電圧計測用電源の電圧が入力され、そのうちの１つの電圧を出力するスイッチング部と、
前記スイッチング部から出力される前記複数のバッテリセル間の電圧に基づいて各バッテリセルの電圧を演算処理する信号処理部とを備え、
前記スイッチング部は、
複数の入力端子と、
前記複数の入力端子から入力される電圧のうちのいずれか１つを出力する出力端子と、
前記複数の入力端子と前記出力端子との間において各入力端子ごとに設けられ、前記入力端子のいずれか１つと前記出力端子とを選択的に接続する複数の第１スイッチとをそれぞれ備える複数のマルチプレクサを含み、
前記信号処理部は、
前記複数のマルチプレクサの出力端子ごとに設けられ、一端が前記マルチプレクサの各出力端子に接続され、当該出力端子から出力される電圧に応じて充電される複数の第１キャパシタと、
当該第１キャパシタの他端が反転入力端子および非反転入力端子のうちの一方の入力端子に接続された差動増幅器と、当該差動増幅器の一方の入力端子と出力端子との間に接続された第２キャパシタと、
当該第２キャパシタと並列に接続された第２スイッチとを備え、
前記複数のマルチプレクサのうち少なくとも１つのマルチプレクサを構成する前記第１スイッチが、その他のマルチプレクサを構成する前記第１スイッチより高い電圧での動作を許容する高耐圧スイッチであり、
前記複数のマルチプレクサは、前記バッテリセルアレイの前記複数のバッテリセルのすべての接続端における電圧が入力される複数の第１入力端子を含む第１マルチプレクサと、前記管理電圧計測用電源の電圧が入力される少なくとも１つの第２入力端子を含む第２マルチプレクサとを含み、
前記第１マルチプレクサを構成する前記第１スイッチは、前記第２マルチプレクサを構成する前記第１スイッチより高い電圧での動作を許容する高耐圧スイッチであるよう構成される、電圧計測器。
【請求項２】
前記第１スイッチと前記第１キャパシタとの間に設けられ、一のマルチプレクサの出力を前記差動増幅回路に入力させる際にその他のマルチプレクサの出力を遮断する電圧遮断部を備えた、請求項１に記載の電圧計測器。
【請求項３】
前記電圧遮断部は、前記第１スイッチと前記第１キャパシタとの間の電圧を所定の基準電圧にするための第３スイッチを含む、請求項２に記載の電圧計測器。
【請求項４】
前記出力端子は、２つで一対の出力端子で構成されており、
前記第１スイッチは、前記複数の入力端子のうちのいずれか１つと前記一対の出力端子のうちの一方の出力端子とを接続または遮断する正相側スイッチと、前記複数の入力端子のうちのいずれか１つと前記一対の出力端子のうちの他方の出力端子とを接続または遮断する逆相側スイッチとを含む、請求項１に記載の電圧計測器。
【請求項５】
前記高耐圧スイッチは、少なくとも１つの高耐圧ＭＯＳトランジスタを含み、その他の前記第１スイッチは、少なくとも１つの低耐圧ＭＯＳトランジスタを含み、前記高耐圧ＭＯＳトランジスタ１つあたりの面積は、前記低耐圧ＭＯＳトランジスタ１つあたりの面積の５倍以上である、請求項１に記載の電圧計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は所定数のバッテリセルが直列に接続されたバッテリセルアレイにおける各バッテリセルの電圧を計測するための電圧計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）に搭載されるバッテリには、出力電圧およびエネルギー密度が一般的な２次電池より高く高効率なリチウムイオンバッテリが多く用いられている。リチウムイオンバッテリは、充放電の制御が難しく、破裂や発火の危険性があるため、車載バッテリとしてリチウムイオンバッテリを用いる場合には、特にバッテリの電圧管理が重要となる。【０００３】
このようなバッテリの電圧を計測するための電圧計測器の構成として、直列接続されたバッテリセルの両端の電圧を順次計測する構成が知られている（例えば特許文献１，２参照）。図９は従来の電圧計測器の概略構成を示す回路図である。図９に示すように、従来の電圧計測器１１０は、複数（ｎ個）のバッテリセルＣｊ（ｊ＝１，…，ｎ）が直列接続されたバッテリセルアレイ１０１の各バッテリセルＣｊの電圧を計測するために、複数のバッテリセルＣｊの各接続端の電圧ＶＣｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）が入力され、そのうちの１つの電圧を出力するマルチプレクサ１０２と、マルチプレクサ１０２の出力に基づいて各バッテリセルＣｊの電圧を演算処理する信号処理部１０３とを備えている。マルチプレクサ１０２は、複数のバッテリセルＣｊの各接続端の電圧が入力される複数の第１入力端子Ｔｉ（ｉ＝０，…，ｎ）ごとに設けられる２つで一対のスイッチＳＷＡｉ，ＳＷＢｉを備えている。一方のスイッチＳＷＡｉをオンすることにより、対応するバッテリセルＣｊの一端の電圧が一対の出力端子ＴＯ１，ＴＯ２の一方（正相側の出力端子ＴＯ１）に接続され、他方のスイッチＳＷＢｉをオンすることにより、対応するバッテリセルＣｊの一端の電圧が一対の出力端子ＴＯ１，ＴＯ２の他方（逆相側の出力端子ＴＯ２）に接続される。信号処理部１０３は、一端がマルチプレクサ１０２の一対の出力端子ＴＯ１，ＴＯ２のそれぞれに接続され、当該出力端子ＴＯ１，ＴＯ２から出力される電圧に応じて充電される一対のキャパシタ１３１Ａ，１３１Ｂと、一対の入力端子が一対のキャパシタ１３１Ａ，１３１Ｂの他端にそれぞれ接続された差動増幅器１３０と、差動増幅器１３０の入出力端子間に接続された一対のキャパシタ１３２Ａ，１３２Ｂと、一対のキャパシタ１３２Ａ，１３２Ｂと並列に接続された一対のスイッチ１３３Ａ，１３３Ｂとを備えている。すなわち、信号処理部１０３はいわゆるレベルシフタ回路として構成されている。このように、マルチプレクサ１０２によってバッテリセルＣｊの両端のノードが各ノードに対応するスイッチＳＷＡｉ，ＳＷＢｉにより選択的に信号処理部１０３に接続されることにより、当該バッテリセルＣｊの電圧が計測される。これをすべてのバッテリセルＣｊに対して順次行うことにより、各バッテリセルＣｊの電圧データを収集し、これに基づいてバッテリの制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７４９６１号公報
【特許文献２】特開２０１０−６０４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、このような電圧計測器においては複数（例えば１０個）のバッテリセルＣｊが直列に接続されているため、仮に１つのバッテリセルＣｊあたりの最大電圧が５Ｖととすると、最上位のバッテリセルＣ１０の上側の電圧ＶＣ１０は５０Ｖ程度となるため、マルチプレクサ１０２（特にスイッチ）は、当該５０Ｖ以上の電圧を許容し得る高耐圧回路で構成する必要がある。【０００６】
また、このような電圧計測器においては、温度検出や各種センサの動作確認等の管理電圧計測用の少なくとも１つの電源ＶＡがバッテリセルアレイ１０１とは別に設けられる場合がある。従来の電圧計測器においては、このような管理電圧計測用の電源ＶＡについても１つのマルチプレクサ１０２を用いて１つの信号処理部１０３に接続する構成となっている。すなわち、マルチプレクサ１０２は、バッテリセルＣｊの各接続端の電圧ＶＣｉが入力される複数の入力端子Ｔｉに加えて、管理電圧計測用の少なくとも１つの電源ＶＡの接続端の電圧ＶＡＡ，ＶＡＢが入力される複数の入力端子ＴＡ，ＴＢと、当該入力端子ＴＡ，ＴＢに接続されたスイッチＳＷＡＡ，ＳＷＡＢとを備えている。近年、電圧計測器におけるシステムの多様化に伴い、このような管理電圧計測用の電源ＶＡは増加傾向にある。【０００７】
しかしながら、従来構成においては、電圧計測対象のすべてを１つのマルチプレクサに入力してスイッチングする構成となっているため、管理電圧計測用の電源ＶＡを計測する経路においても高耐圧回路で構成しなければならない。すなわち、例えば最上位のバッテリセルＣ１０の上側の電圧ＶＣ１０に対応するスイッチＳＷＡ１０またはＳＷＢ１０がオンした場合、管理電圧計測用の電源ＶＡに対応するスイッチＳＷＡＡ，ＳＷＢＢがオフしていても、当該スイッチＳＷＡＡ，ＳＷＡＢの出力端子ＴＯ１，ＴＯ２に接続されている側の端部には、バッテリセルＣ１０の上側の電圧ＶＣ１０が印加されることとなる。したがって、スイッチＳＷＡＡ，ＳＷＡＢについても高耐圧のスイッチで構成しないと、当該スイッチＳＷＡＡ，ＳＷＡＢが破壊されるおそれが生じてしまう。【０００８】
高耐圧スイッチは、通常の（５Ｖ程度の耐圧を有する）スイッチに比べて回路面積が大きいため、マルチプレクサ１０２のすべてのスイッチを高耐圧スイッチで構成すると、マルチプレクサ１０２が大型化してしまう。特に、前述したように、管理電圧計測用の電源ＶＡが増加傾向にあるため、今後、この問題はより顕著になることが考えられる。【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、管理電圧計測用の電源が増加しても回路面積の増大を抑制することができる電圧計測器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】
【００１０】
本発明のある形態に係る電圧計測器は、複数のバッテリセルが直列に接続されたバッテリセルアレイの各バッテリセルの電圧を計測するために、前記複数のバッテリセルの各接続端における電圧が入力されるとともに、前記複数のバッテリセルとは別の少なくとも１つの管理電圧計測用電源の電圧が入力され、そのうちの１つの電圧を出力するスイッチング部と、前記スイッチング部から出力される前記複数のバッテリセル間の電圧に基づいて各バッテリセルの電圧を演算処理する信号処理部とを備え、前記スイッチング部は、複数の入力端子と、前記複数の入力端子から入力される電圧のうちのいずれか１つを出力する出力端子と、前記複数の入力端子と前記出力端子との間において各入力端子ごとに設けられ、前記入力端子のいずれか１つと前記出力端子とを選択的に接続する複数の第１スイッチとをそれぞれ備える複数のマルチプレクサを含み、前記信号処理部は、前記複数のマルチプレクサの出力端子ごとに設けられ、一端が前記マルチプレクサの各出力端子に接続され、当該出力端子から出力される電圧に応じて充電される複数の第１キャパシタと、当該第１キャパシタの他端が反転入力端子および非反転入力端子のうちの一方の入力端子に接続された差動増幅器と、当該差動増幅器の一方の入力端子と出力端子との間に接続された第２キャパシタと、当該第２キャパシタと並列に接続された第２スイッチとを備え、前記複数のマルチプレクサのうち少なくとも１つのマルチプレクサを構成する前記第１スイッチが、その他のマルチプレクサを構成する前記第１スイッチより高い電圧での動作を許容する高耐圧スイッチであるよう構成される。【００１１】
上記構成によれば、電圧を計測する対象を複数グループに分け、各グループごとにマルチプレクサが設けられる。その上で、複数のマルチプレクサのうち少なくとも１つのマルチプレクサの第１スイッチを高耐圧スイッチとし、他のマルチプレクサの第１スイッチを通常のスイッチとして構成している。これにより、バッテリセル電圧の計測を含まないグループについては通常のスイッチのみで構成されるマルチプレクサを適用することができる。したがって、管理電圧計測用の電源が増加しても回路面積の増大を抑制することができる。【００１２】
前記第１スイッチと前記第１キャパシタとの間に設けられ、一のマルチプレクサの出力を前記差動増幅回路に入力させる際にその他のマルチプレクサの出力を遮断する電圧遮断部を備えてもよい。これにより、一のマルチプレクサに含まれる入力端子に印加された電圧を信号処理部に伝達する際に、他のマルチプレクサと信号処理部との接続が遮断されるため、誤動作を防止して高精度な電圧計測を行うことができる。【００１３】
さらに、前記電圧遮断部は、前記第１スイッチと前記第１キャパシタとの間の電圧を所定の基準電圧にするための第３スイッチを含んでもよい。これにより、一のマルチプレクサに含まれる入力端子に印加された電圧を信号処理部に伝達する際に、他のマルチプレクサの出力端子およびこれに対応する第１キャパシタに印加される電圧は基準電圧となるため、ノイズ等によってすべての第１スイッチがオフしている他のマルチプレクサに対応する第１キャパシタの電圧が変動することが防止される。したがって、当該第１キャパシタの一端に接続される一のマルチプレクサに対応する第１キャパシタの電圧が変動することが防止される。これにより、高精度な電圧計測を行うことができる。【００１４】
前記複数のマルチプレクサは、前記バッテリセルアレイの前記複数のバッテリセルのすべての接続端における電圧が入力される複数の第１入力端子を含む第１マルチプレクサと、前記管理電圧計測用電源の電圧が入力される少なくとも１つの第２入力端子を含む第２マルチプレクサとを含み、前記第１マルチプレクサを構成する前記第１スイッチは、前記第２マルチプレクサを構成する前記第１スイッチより高い電圧での動作を許容する高耐圧スイッチであるよう構成されてもよい。これにより、バッテリセル電圧の計測を含まない第２マルチプレクサについては通常のスイッチのみで構成されるマルチプレクサが適用される。したがって、管理電圧計測用の電源が増加しても回路面積の増大を抑制することができる。しかも、バッテリセル電圧の計測を行うための第１マルチプレクサについては１つのマルチプレクサが適用されるため、複数のバッテリセルの各接続端の電圧を計測する際に接続される信号処理部の第１キャパシタが共通化される。したがって、複数のバッテリセルの各接続端の電圧を計測する際に、第１キャパシタが異なることによる電圧誤差が生じないため、高精度な電圧計測を行うことができる。【００１５】
前記出力端子は、２つで一対の出力端子で構成されており、前記第１スイッチは、前記複数の入力端子のうちのいずれか１つと前記一対の出力端子のうちの一方の出力端子とを接続または遮断する正相側スイッチと、前記複数の入力端子のうちのいずれか１つと前記一対の出力端子のうちの他方の出力端子とを接続または遮断する逆相側スイッチとを含んでもよい。これにより、選択された入力端子間の電圧を極性を入れ替えて測定することができるため、より高精度な電圧計測を行うことができる。【００１６】
前記高耐圧スイッチは、少なくとも１つの高耐圧ＭＯＳトランジスタを含み、その他の前記第１スイッチは、少なくとも１つの低耐圧ＭＯＳトランジスタを含み、前記高耐圧ＭＯＳトランジスタ１つあたりの面積は、前記低耐圧ＭＯＳトランジスタ１つあたりの面積の５倍以上であってもよい。【００１７】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以上に説明したように構成され、管理電圧計測用の電源が増加しても回路面積の増大を抑制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】図１は本発明の第１実施形態に係る電圧計測器の概略構成例を示す回路図である。
【図２】図２は図１に示す電圧計測器の各スイッチの動作状態およびそれに伴う出力電圧の時間変化を示すグラフである。
【図３】図３は図１に示す電圧計測器における高耐圧スイッチを示す回路図である。
【図４】図４は図１に示す電圧計測器における低耐圧スイッチを示す回路図である。
【図５】図５は本発明の第１実施形態の変形例における高耐圧スイッチの他の例を示す回路図である。
【図６】図６は本発明の第１実施形態の変形例における低耐圧スイッチの他の例を示す回路図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態に係る電圧計測器の概略構成例を示す回路図である。
【図８】図８は図７に示す電圧計測器の各スイッチの動作状態およびそれに伴う出力電圧の時間変化を示すグラフである。
【図９】図９は従来の電圧計測器の概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る電圧計測器について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る電圧計測器の概略構成例を示す回路図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の電圧計測器１０は、複数（ｎ個）のバッテリセルＣｊ（ｊ＝１，…，ｎ）が直列に接続されたバッテリセルアレイ１の各バッテリセルＣｊの電圧を計測するために、複数のバッテリセルＣｊの各接続端における電圧が入力され、そのうちの１つの電圧を出力するスイッチング部２と、スイッチング部２の出力に基づいて各バッテリセルＣｊの電圧を演算処理する信号処理部３とを備えている。スイッチング部２には、複数のバッテリセルＣｊとは別の少なくとも１つ以上の管理電圧計測用電源ＰＳｐ（ｐ＝１，…，ｍ）の各接続端の電圧ＶＡｑ（ｑ＝０，１，…，ｍ）も入力される。管理電圧計測用電源ＰＳｐは、例えば、温度検出に用いられる電源（例えばサーミスタに電流を流すための電源等）、各種センサの動作確認用の電源、バッテリセルアレイ１に流れる電流を検出するために用いられる電源等が挙げられるが、これに限られず、バッテリセルアレイ１以外における電圧源のすべてが含まれる。また、温度検出などにおいて複数箇所の温度検出を行う場合等においても、複数の電源が用いられる。
【００２３】
スイッチング部２は、複数（本実施形態においては２つ）のマルチプレクサ２１，２２を含んでいる。より詳しくは、複数のマルチプレクサ２１，２２は、バッテリセルアレイ１の複数のバッテリセルＣｊのすべての接続端における電圧ＶＣｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）が入力される複数の第１入力端子Ｔｉを含む第１マルチプレクサ２１と、管理電圧計測用電源ＰＳｐの電圧ＶＡｑが入力される少なくとも１つ（本実施形態においてはｍ＋１個）の第２入力端子ＴＡｑを含む第２マルチプレクサ２２とを含んでいる。
【００２４】
第１マルチプレクサ２１は、各バッテリセルＣｊの各接続端の電圧ＶＣｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）が入力される複数の第１入力端子Ｔｉと、複数の第１入力端子Ｔｉから入力される電圧のうちのいずれか１つを出力する出力端子ＴＯ１とを備えている。複数の第１入力端子Ｔｉには、第１スイッチ（後述する高耐圧第１スイッチ）ＳＡｉが設けられており、第１入力端子Ｔｉと出力端子ＴＯ１とを接続または遮断するよう構成されている。出力端子ＴＯ１には、信号処理部３が接続されている。このため、複数の高耐圧第１スイッチＳＡｉと１つの出力端子ＴＯ１とを選択的に接続するために、当該複数の高耐圧第１スイッチＳＡｉと１つの出力端子ＴＯ１との間で複数の経路が１つに集約されている。
【００２５】
また、第２マルチプレクサ２２は、管理電圧計測用電源ＰＳｐの各接続端の電圧ＶＡｑが入力される少なくとも１つの第２入力端子ＴＡｑと、第２入力端子ＴＡｑから入力される電圧のうちいずれか１つを出力する出力端子ＴＯ２とを備えている。少なくとも１つの第２入力端子ＴＡｑには、第１スイッチ（後述する低耐圧第１スイッチ）ＳＡＡｑが設けられており、第２入力端子ＴＡｑと出力端子ＴＯ２とを接続または遮断するよう構成されている。出力端子ＴＯ２には、信号処理部３が接続されている。このため、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑが複数ある場合には、当該複数の低耐圧第１スイッチＳＡＡｑと１つの出力端子ＴＯ２とを選択的に接続するために、当該複数の低耐圧第１スイッチＳＡＡｑと１つの出力端子ＴＯ２との間で複数の経路が１つに集約されている。
【００２６】
信号処理部３は、複数のマルチプレクサ２１，２２の出力端子ＴＯ１，ＴＯ２ごとに設けられ、一端がマルチプレクサ２１，２２の各出力端子ＴＯ１，ＴＯ２に接続され、当該出力端子ＴＯ１，ＴＯ２から出力される電圧に応じて充電される複数の第１キャパシタＣ１１，Ｃ１２と、当該第１キャパシタＣ１１，Ｃ１２の他端が反転入力端子および非反転入力端子のうちの一方の入力端子に接続された差動増幅器３０と、当該差動増幅器３０の一方の入力端子と出力端子との間に接続された第２キャパシタＣ２１と、当該第２キャパシタＣ２１と並列に接続された第２スイッチＳ２１とを備えている。差動増幅器３０は、非反転入力端子が基準電圧に接続され、反転入力端子が第２キャパシタＣ２１と接続されている。
【００２７】
また、本実施形態において、電圧計測器１０は、第１スイッチＳＡｉ，ＳＡＡｑと第１キャパシタＣ１１，Ｃ１２との間に設けられ、一のマルチプレクサ２１，２２の出力を差動増幅回路３０に入力させる際にその他のマルチプレクサ２２，２１の出力を遮断する電圧遮断部４を備えている。具体的には、電圧遮断部４は、第１スイッチＳＡｉ，ＳＡＡｑと第１キャパシタＣ１１，Ｃ１２との間の電圧を所定の基準電圧（グランド電圧）にするための第３スイッチＳ３１，Ｓ３２を含んでいる。高耐圧第１スイッチＳＡｉのいずれか１つがオンしている場合には、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ側の第３スイッチＳ３２はオフし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑのいずれか１つがオンしている場合には、高耐圧第１スイッチＳＡｉ側の第３スイッチＳ３１はオフするように構成されている。
【００２８】
第１スイッチＳＡｉ，ＳＡＡｑ、第２スイッチＳ２１および第３スイッチＳ３１，Ｓ３２は、外部または内部に設けられたマイクロコントローラなどの制御部（図示せず）によりオンまたはオフが制御される。
【００２９】
このような構成を有する電圧計測器１０の動作について説明する。図２は図１に示す電圧計測器１０の各スイッチの動作状態およびそれに伴う出力電圧ＶＯの時間変化を示すグラフである。図２において、各スイッチには、第１の電圧レベルＬとそれより高い第２の電圧レベルＨとのいずれかの電圧信号が印加される。第１の電圧レベルＬのとき対応するスイッチはオフ（遮断）し、第２の電圧レベルＨのとき対応するスイッチはオン（接続）する。
【００３０】
時刻ｔ１〜ｔ５の期間は、バッテリセルＣｎを計測する期間を示している。初期状態において、すべてのスイッチはオフしている。まず、時刻ｔ１において、第２スイッチＳ２１をオン（接続）することにより、第１キャパシタＣ１１，Ｃ１２および第２キャパシタＣ２１の電荷を放電し、差動増幅器３０の出力電圧ＶＯを０にする。その後、時刻ｔ２において第２マルチプレクサ２２側の第３スイッチＳ３２をオンするとともにバッテリセルＣｎの上側の電圧ＶＣｎが入力される第１入力端子Ｔｎに対応する第１マルチプレクサ２１の第１スイッチＳＡｎをオンする。これにより、バッテリセルＣｎの上側の電圧ＶＣｎが第１入力端子ＴｎおよびスイッチＳＡｎを介して出力端子ＴＯ１に出力される。第１キャパシタＣ１１は、出力端子ＴＯ１から出力された上側の電圧ＶＣｎに応じて充電される。このとき、第２マルチプレクサ２２の出力およびこれに対応する第１キャパシタＣ１２は第３スイッチＳ３２がオンすることにより、基準電圧（グランド電圧）となっている。このため、ノイズ等によって第１キャパシタＣ１２の電圧が変動することが防止され、第１キャパシタＣ１２の一端に接続されている第１キャパシタＣ１１の電圧が変動することが防止される。なお、第３スイッチＳ３２は、複数のバッテリセルＣｊの電圧ＶＣｉを計測している間（第１マルチプレクサ２１におけるスイッチング動作継続の間）、オン状態が継続される。
【００３１】
その後、時刻ｔ３において第２スイッチＳ２１および第１スイッチＳＡｎをオフした後、時刻ｔ４においてバッテリセルＣｎの下側の電圧ＶＣｎ−１が入力される第１入力端子Ｔｎ−１に対応する第１スイッチＳＡｎ−１をオンする。これにより、バッテリセルＣｎの下側の電圧ＶＣｎ−１が第１入力端子Ｔｎ−１およびスイッチＳＡｎ−１を介して出力端子ＴＯ１に出力される。これに伴い、第１キャパシタＣ１１には、下側の電圧ＶＣｎ−１に応じた電荷が蓄積されるように、上側の電圧ＶＣｎから下側の電圧ＶＣｎ−１に降下した電圧分の電荷が放電される。この際、第２スイッチＳ２１がオフしているため、降下した電圧分の電荷は、第１キャパシタ１１から第２キャパシタＣ２１に移動する。
【００３２】
このようにして第２キャパシタＣ２１には、上側の電圧ＶＣｎから下側の電圧ＶＣｎ−１の差分電圧、すなわち、バッテリセルＣｎの電圧が印加され、これが差動増幅器３０の出力電圧ＶＯとなって出力される。時刻ｔ５において、第１スイッチＳＡｎ−１をオフし、第２スイッチＳ２１をオンすることにより、第１キャパシタＣ１１および第２キャパシタＣ２１の電荷を放電し、初期状態にリセットする。以降、同様にして、他のバッテリセルＣｊ（例えば時刻ｔ６〜ｔ１０においてバッテリセルＣ１）の電圧を順次計測する。
【００３３】
続いて、時刻ｔ１０〜ｔ１４の期間は、管理電圧計測用電源ＰＳｍを計測する期間を示している。時刻ｔ１０において、第２スイッチＳ２１をオンして、第１キャパシタＣ１１，Ｃ１２および第２キャパシタＣ２１の電荷を放電し、初期状態にリセットするとともに、第２マルチプレクサ２２に対応する第３スイッチＳ３２をオフする。その後、時刻ｔ１１において、第１マルチプレクサ２１に対応する第３スイッチＳ３１をオンするとともに管理電圧計測用電源ＰＳｍの上側の電圧ＶＡｍが入力される第２入力端子ＴＡｍに対応する第１スイッチＳＡＡｍをオンする。これにより、管理電圧計測用電源ＰＳｍの上側の電圧ＶＡｍが入力端子ＴｍおよびスイッチＳＡＡｍを介して出力端子ＴＯ２に出力される。第１キャパシタＣ１２は、出力端子ＴＯ２から出力された上側の電圧ＶＡｍに応じて充電される。このとき、第１マルチプレクサ２１の出力およびこれに対応する第１キャパシタＣ１１は第３スイッチＳ３１がオンすることにより、基準電圧（グランド電圧）となっている。このため、ノイズ等によって第１キャパシタＣ１１の電圧が変動することが防止され、第１キャパシタＣ１１の一端に接続されている第１キャパシタＣ１２の電圧が変動することが防止される。なお、第３スイッチＳ３１は、複数の管理電圧計測用電源ＰＳｐの電圧ＶＡｑを計測している間（第２マルチプレクサ２２におけるスイッチング動作継続の間）、オン状態が継続される。
【００３４】
以下、時刻ｔ３〜ｔ５と同様に、時刻ｔ１２〜ｔ１４において、管理電圧計測用電源ＰＳｍの下側の電圧ＶＡｍ−１が第１キャパシタＣ１２に印加されることにより、第２キャパシタＣ２１に、上側の電圧ＶＡｍから下側の電圧ＶＡｍ−１の差分電圧が印加され、これが差動増幅器３０の出力電圧ＶＯとなって出力される。以降、同様にして、他の管理電圧計測用電源ＰＳｐ（例えば時刻ｔ１５〜ｔ２０において管理電圧計測用電源ＰＳ１）の電圧を順次計測する。
【００３５】
ここで、本実施形態においては、複数のマルチプレクサ２１，２２のうち少なくとも１つの（第１）マルチプレクサ２１を構成する第１スイッチＳＡｉが、その他の（第２）マルチプレクサ２２を構成する第１スイッチＳＡＡｑより高い電圧での動作を許容する高耐圧スイッチであるよう構成される。これに対応して、第１マルチプレクサ２１が接続される第１キャパシタＣ１１が、第２マルチプレクサ２２が接続される第２キャパシタＣ１２より高い容量を有している。具体的には、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑは、一般的な５Ｖ系の耐圧性能を有しており、高耐圧第１スイッチＳＡｉは、この低耐圧第１スイッチＳＡＡｑより大きいものを含んでいる。一般的には、高耐圧第１スイッチＳＡｉは、約２０Ｖ以上の耐圧を有する。
【００３６】
上記構成によれば、電圧を計測する対象を複数グループに分け、各グループごとにマルチプレクサ２１，２２が設けられる。その上で、複数のマルチプレクサ２１，２２のうち少なくとも１つのマルチプレクサ２１の第１スイッチＳＡｉを高耐圧スイッチとし、他のマルチプレクサ２２の第１スイッチＳＡＡｑを通常のスイッチとして構成している。これにより、バッテリセルＣｊの電圧の計測を含まないグループについては通常のスイッチのみで構成されるマルチプレクサ２２を適用することができる。したがって、管理電圧計測用の電源ＰＳｐが増加しても回路面積の増大を抑制することができる。
【００３７】
特に、本実施形態においては、バッテリセルＣｊの接続を切り替える第１マルチプレクサ２１とバッテリセル電圧の計測を含まない第２マルチプレクサ２２とで分け、第２マルチプレクサ２２については通常のスイッチのみで構成されるマルチプレクサが適用される。管理電圧計測用の電源は、複数であっても互いに直列接続する必要がないため、高電圧は不要である。したがって、管理電圧計測用の電源ＰＳｐが増加してもすべて低耐圧のスイッチおよびキャパシタで構成することができるため、回路面積の増大を抑制することができる。しかも、バッテリセル電圧の計測を行うための第１マルチプレクサ２１については１つのマルチプレクサが適用されるため、複数のバッテリセルＣｊの各接続端の電圧ＶＣｉを計測する際に接続される信号処理部３の第１キャパシタＣ１１が共通化される。したがって、複数のバッテリセルＣｊの各接続端の電圧ＶＣｉを計測する際に、第１キャパシタが異なることによる電圧誤差が生じないため、高精度な電圧計測を行うことができる。
【００３８】
さらに、一のマルチプレクサ２１，２２の出力を差動増幅回路３０に入力させる際にその他のマルチプレクサ２２，２１の出力を遮断する電圧遮断部４を備えているため、一のマルチプレクサ２１，２２に含まれる入力端子に印加された電圧を信号処理部３に伝達する際に、他のマルチプレクサ２２，２１と信号処理部３との接続が遮断される（他のマルチプレクサ２２，２１の出力端子に印加される電圧が基準電圧となる）ため、誤動作を有効に防止して高精度な電圧計測を行うことができる。
【００３９】
高耐圧のスイッチは、低耐圧のスイッチと同じ形状でサイズの大きい（許容電圧の大きい）スイッチ素子を適用することとしてもよいし、高耐圧スイッチとして低耐圧スイッチとは異なる構造（回路構成）のスイッチを用いてもよい。図３は図１に示す電圧計測器における高耐圧スイッチを示す回路図であり、図４は図１に示す電圧計測器における低耐圧スイッチを示す回路図である。なお、図３の高耐圧スイッチは、特許文献２の図３（Ａ）に示す回路と同様の回路である。
【００４０】
図３に示すように、高耐圧第１スイッチＳＡｉは、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（高耐圧ＭＯＳトランジスタ）４１，４２を備えている。高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１，４２は、例えばＰチャンネル横拡散（ＬＤ：Laterally Diffused）ＭＯＳトランジスタ等で構成され、それ自体高耐圧構造を有している。高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１，４２はソースが互いに接続されており、高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１のドレインに入力電圧Ｖｉｎが印加され、高耐圧ＭＯＳトランジスタ４２のドレインの電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。また、高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１，４２のソース−ゲート間には、定電圧素子４３および抵抗素子４４が接続されている。定電圧素子４３は例えばツェナーダイオードなどにより構成される。さらに、高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１，４２のゲートには、共通の駆動電流（各ゲートからグランド電圧に引き込む電流）を供給する電流源４５が接続されている。制御部（図示せず）からの制御信号Ｃｏｎｔによって電流源４５の電流供給が制御される。
【００４１】
このような高耐圧第１スイッチＳＡｉにおいては、制御信号Ｃｏｎｔによって電流源４５から駆動電流が生じると、抵抗素子４４に電流が流れて高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１，４２のゲート−ソース間に電位差が生じる。この電位差によって２つの高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１，４２はともにオンし、高耐圧第１スイッチＳＡｉはオンする。このときのゲート−ソース間電圧は、定電圧素子４３（ツェナーダイオードの順方向電圧）により最大値が設定される。
【００４２】
また、図４に示すように、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑは、１つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（低耐圧ＭＯＳトランジスタ）４６を備えている。一般的な半導体プロセスを用いて形成された高耐圧ＭＯＳトランジスタ４１，４２の１つあたりの面積は、低耐圧ＭＯＳトランジスタ４６の１つあたりの面積の約５倍以上である。低耐圧ＭＯＳトランジスタ４６のソースに入力電圧Ｖｉｎが印加し、ドレインに印加された出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。低耐圧ＭＯＳトランジスタ４６のゲートには、制御信号Ｃｏｎｔを反転するインバータ４７が接続されている。
【００４３】
このような低耐圧第１スイッチＳＡＡｑにおいては、制御信号Ｃｏｎｔの電圧レベルが低耐圧第１スイッチＳＡＡｑのオフを示すＬレベルのときに、低耐圧ＭＯＳトランジスタ４６のゲートにはインバータ４７によってＬレベルより高いＨレベルの電圧が印加される。これにより、低耐圧ＭＯＳトランジスタ４６はオフし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑはオフする。一方、制御信号Ｃｏｎｔの電圧レベルが低耐圧第１スイッチＳＡＡｑのオンを示すＨレベル（＞Ｌレベル）となると、低耐圧ＭＯＳトランジスタ４６のゲートにはインバータ４７によってＬレベルの電圧が印加される。これにより、低耐圧ＭＯＳトランジスタ４６はオンし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑがオンする。
【００４４】
このように、高耐圧第１スイッチＳＡｉを図３に示すような回路構成とし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑを図４に示すような回路構成とすることにより、高耐圧第１スイッチＳＡｉの制御部を含む回路面積は、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑの制御部を含む回路面積の約１０倍以上となる。したがって、上述したように、高耐圧第１スイッチＳＡｉの数をできるだけ少なくすることにより、電圧計測器１０全体の回路面積を小さくすることができる。
【００４５】
＜第１実施形態の変形例＞
次に、本発明の第１実施形態の変形例について説明する。本変形例では、第１実施形態において適用された高耐圧第１スイッチＳＡｉの代わりに、２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（高耐圧ＭＯＳトランジスタ）を備える高耐圧第１スイッチＳＡｉ−２とし、第１実施形態において適用された低耐圧第１スイッチＳＡＡｑの代わりに、１つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（低耐圧ＭＯＳトランジスタ）を備える低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２としている。
【００４６】
図５は本発明の第１実施形態の変形例における高耐圧スイッチの他の例を示す回路図であり、図６は本発明の第１実施形態の変形例における低耐圧スイッチの他の例を示す回路図である。なお、図５の高耐圧スイッチは、特許文献２の図２（Ａ）に示す回路と同様の回路である。
【００４７】
図５に示すように、高耐圧第１スイッチＳＡｉ−２は、２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（高耐圧ＭＯＳトランジスタ）５１，５２を備えている。高耐圧ＭＯＳトランジスタ５１，５２は、例えばＮチャンネル横拡散（ＬＤ：Laterally Diffused）ＭＯＳトランジスタ等で構成され、それ自体高耐圧構造を有している。高耐圧ＭＯＳトランジスタ５１，５２はソースが互いに接続されており、高耐圧ＭＯＳトランジスタ５１のドレインに入力電圧Ｖｉｎが印加され、高耐圧ＭＯＳトランジスタ５２のドレインの電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。また、高耐圧ＭＯＳトランジスタ５１，５２のソース−ゲート間には、定電圧素子５３および抵抗素子５４が接続されている。定電圧素子５３は例えばツェナーダイオードなどにより構成される。さらに、高耐圧ＭＯＳトランジスタ５１，５２のゲートには、共通の駆動電流（所定の電源電圧からゲートに流す電流）を供給する電流源５５が接続されている。制御部（図示せず）からの制御信号Ｃｏｎｔによって電流源５５の電流供給が制御される。
【００４８】
このような高耐圧第１スイッチＳＡｉ−２においては、制御信号Ｃｏｎｔによって電流源５５から駆動電流が生じると、抵抗素子５４に電流が流れて高耐圧ＭＯＳトランジスタ５１，５２のゲート−ソース間に電位差が生じる。この電位差によって２つの高耐圧ＭＯＳトランジスタ５１，５２はともにオンし、高耐圧第１スイッチＳＡｉ−２はオンする。このときのゲート−ソース間電圧は、定電圧素子５３（ツェナーダイオードの順方向電圧）により最大値が設定される。
【００４９】
また、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２は、１つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（低耐圧ＭＯＳトランジスタ）５６を備えている。一般的な半導体プロセスを用いて形成された高耐圧ＭＯＳトランジス５１，５２の１つあたりの面積は、低耐圧ＭＯＳトランジスタ５６の１つあたりの面積の約５倍以上である。低耐圧ＭＯＳトランジスタ５６のソースに入力電圧Ｖｉｎが印加し、ドレインに印加された出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。低耐圧ＭＯＳトランジスタ５６のゲートには、バッファ５７を介して制御信号Ｃｏｎｔが入力されるよう構成されている。
【００５０】
このような低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２においては、制御信号Ｃｏｎｔの電圧レベルが低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２のオフを示すＬレベルのときに、低耐圧ＭＯＳトランジスタ５６のゲートにはバッファ５７によってＬレベルの電圧が印加される。これにより、低耐圧ＭＯＳトランジスタ５６はオフし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２はオフする。一方、制御信号Ｃｏｎｔの電圧レベルが低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２のオンを示すＨレベル（＞Ｌレベル）となると、低耐圧ＭＯＳトランジスタ５６のゲートにはバッファ５７を介してＨレベルの電圧が印加される。これにより、低耐圧ＭＯＳトランジスタ５６はオンし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２がオンする。
【００５１】
このように、高耐圧第１スイッチＳＡｉを図５に示すような回路構成（高耐圧第１スイッチＳＡｉ−２）とし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑを図６に示すような回路構成（低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２）とすることによっても、高耐圧第１スイッチＳＡｉの制御部を含む回路面積は、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑの制御部を含む回路面積の約１０倍以上となる。したがって、上述したように、高耐圧第１スイッチＳＡｉの数をできるだけ少なくすることにより、電圧計測器１０全体の回路面積を小さくすることができる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る電圧計測器について説明する。図７は本発明の第２実施形態に係る電圧計測器の概略構成例を示す回路図である。本実施形態において第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し説明を省略する。本実施形態の電圧計測器１０ｂが第１実施形態の電圧計測器１０と異なる点は、図７に示すように、１つの第１入力端子Ｔｉを正相および逆相にそれぞれ接続可能に構成されていることである。
【００５３】
具体的には、スイッチング部２ｂにおける第１マルチプレクサ２１ｂの出力端子は、２つで一対の出力端子ＴＯ１Ａ，ＴＯ１Ｂで構成されている。第１マルチプレクサ２１ｂの第１スイッチおよび対応する電圧遮断部４ｂの第３スイッチは、それぞれ、複数の第１入力端子Ｔｉのうちのいずれか１つと一対の出力端子ＴＯ１Ａ，ＴＯ１Ｂのうちの一方の出力端子ＴＯ１Ａとを接続または遮断する正相側スイッチと、複数の第１入力端子Ｔｉのうちのいずれか１つと一対の出力端子ＴＯ１Ａ，ＴＯ１Ｂのうちの他方の出力端子ＴＯ１Ｂとを接続または遮断する逆相側スイッチとを含んでいる。すなわち、第１スイッチは、正相側第１スイッチＳＡｎと逆相側第１スイッチＳＢｎとを含み、第３スイッチは、正相側第３スイッチＳ３１Ａと逆相側第３スイッチＳ３１Ｂとを含む。
【００５４】
同様に、スイッチング部２ｂにおける第２マルチプレクサ２２ｂの出力端子は、２つで一対の出力端子ＴＯ２Ａ，ＴＯ２Ｂで構成されている。第２マルチプレクサ２２ｂの第１スイッチおよび対応する電圧遮断部４ｂの第３スイッチは、それぞれ、複数の第２入力端子ＴＡｑのうちのいずれか１つと一対の出力端子ＴＯ２Ａ，ＴＯ２Ｂのうちの一方の出力端子ＴＯ２Ａとを接続または遮断する正相側スイッチと、複数の第２入力端子ＴＡｑのうちのいずれか１つと一対の出力端子ＴＯ２Ａ，ＴＯ２Ｂのうちの他方の出力端子ＴＯ２Ｂとを接続または遮断する逆相側スイッチとを含んでいる。すなわち、第１スイッチは、正相側第１スイッチＳＡｎと逆相側第１スイッチＳＢｎとを含み、第３スイッチは、正相側第３スイッチＳ３１Ａと逆相側第３スイッチＳ３１Ｂとを含む。
【００５５】
これに合わせて、信号処理部３ｂの第１キャパシタは、第１マルチプレクサ２１ｂにおける一対の出力端子ＴＯ１Ａ，ＴＯ１Ｂに対応する正相側第１キャパシタＣ１１Ａおよび逆相側第１キャパシタＣ１１Ｂと第２マルチプレクサ２２ｂにおける一対の出力端子ＴＯ２Ａ，ＴＯ２Ｂに対応する正相側第１キャパシタＣ１２Ａおよび逆相側第１キャパシタＣ１２Ｂとを含んでいる。さらに、信号処理部３ｂの第２スイッチは正相側第２スイッチＳ２１と逆相側第２スイッチＳ２２とを含み、第２キャパシタは正相側第２キャパシタＣ２１と逆相側第２キャパシタＣ２２とを含む。差動増幅器３０ｂの反転入力端子に正相側の経路が接続され、非反転入力端子に逆相側の経路が接続される。反転入力端子と非反転出力端子との間に正相側第２キャパシタＣ２１および正相側第２スイッチＳ２１が接続され、非反転入力端子と反転出力端子との間に逆相側第２キャパシタＣ２２および逆相側第２スイッチＳ２２が接続される。このように、信号処理部３ｂは、いわゆるレベルシフタ回路として構成されている。
【００５６】
このような構成を有する電圧計測器１０ｂの動作について説明する。図８は図７に示す電圧計測器１０ｂの各スイッチの動作状態およびそれに伴う出力電圧ＶＯの時間変化を示すグラフである。図８において、各スイッチには、第１の電圧レベルＬとそれより高い第２の電圧レベルＨとのいずれかの電圧信号が印加される。第１の電圧レベルＬのとき対応するスイッチはオフ（遮断）し、第２の電圧レベルＨのとき対応するスイッチはオン（接続）する。
【００５７】
時刻ｔ１〜ｔ５の期間は、バッテリセルＣｎを計測する期間を示している。初期状態において、すべてのスイッチはオフしている。まず、時刻ｔ１において、第２スイッチＳ２１，Ｓ２２をオン（接続）することにより、第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂ，Ｃ１２Ａ，Ｃ１２Ｂおよび第２キャパシタＣ２１，Ｃ２２の電荷を放電し、差動増幅器３０ｂの出力電圧ＶＯ（正相側出力電圧ＶＯＡおよび逆相側出力電圧ＶＯＢ）を０にする。その後、時刻ｔ２において第２マルチプレクサ２２ｂ側の第３スイッチＳ３２Ａ，Ｓ３２Ｂをオンする。さらに、バッテリセルＣｎの上側の電圧ＶＣｎが入力される第１入力端子Ｔｎに対応する第１マルチプレクサ２１ｂの正相側第１スイッチＳＡｎおよびバッテリセルＣｎの下側の電圧ＶＣｎ−１が入力される第１入力端子Ｔｎ−１に対応する第１マルチプレクサ２１ｂの逆相側第１スイッチＳＢｎ−１をオンする。
【００５８】
これにより、バッテリセルＣｎの上側の電圧ＶＣｎが第１入力端子ＴｎおよびスイッチＳＡｎを介して出力端子ＴＯ１Ａに出力され、バッテリセルＣｎの下側の電圧ＶＣｎ−１が第１入力端子Ｔｎ−１およびスイッチＳＢｎ−１を介して出力端子ＴＯ１Ｂに出力される。第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂは、それぞれ出力端子ＴＯ１Ａ，ＴＯ１Ｂから出力された電圧ＶＣｎ，ＶＣｎ−１に応じて充電される。このとき、第２マルチプレクサ２２ｂの出力およびこれに対応する第１キャパシタＣ１２Ａ，Ｃ１２Ｂは第３スイッチＳ３２Ａ，Ｓ３２Ｂがオンすることにより、基準電圧（グランド電圧）となっている。このため、ノイズ等によって第１キャパシタＣ１２Ａ，Ｃ１２Ｂの電圧が変動することが防止され、第１キャパシタＣ１２Ａ，Ｃ１２Ｂの一端に接続されている第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂの電圧が変動することが防止される。なお、第３スイッチＳ３２Ａ，Ｓ３２Ｂは、複数のバッテリセルＣｊの電圧ＶＣｉを計測している間（第１マルチプレクサ２１ｂにおけるスイッチング動作継続の間）、オン状態が継続される。
【００５９】
その後、時刻ｔ３において第２スイッチＳ２１，Ｓ２２および第１スイッチＳＡｎ，Ｓｂｎ−１をオフした後、時刻ｔ４においてバッテリセルＣｎの下側の電圧ＶＣｎ−１が入力される第１入力端子Ｔｎ−１に対応する正相側第１スイッチＳＡｎ−１をオンし、バッテリセルＣｎの上側の電圧ＶＣｎが入力される第１入力端子Ｔｎに対応する逆相側第１スイッチＳＢｎをオンする。これにより、バッテリセルＣｎの下側の電圧ＶＣｎ−１が第１入力端子Ｔｎ−１およびスイッチＳＡｎ−１を介して出力端子ＴＯ１Ａに出力され、バッテリセルＣｎの上側の電圧ＶＣｎが第１入力端子ＴｎおよびスイッチＳＢｎを介して出力端子ＴＯ１Ｂに出力される。
【００６０】
これに伴い、正相側第１キャパシタＣ１１Ａに、下側の電圧ＶＣｎ−１に応じた電荷が蓄積されるように、上側の電圧ＶＣｎから下側の電圧ＶＣｎ−１に降下した電圧分の電荷が放電される。この際、第２スイッチＳ２１がオフしているため、降下した電圧分の電荷は、正相側第１キャパシタＣ１１Ａから正相側第２キャパシタＣ２１に移動する。一方、逆相側第１キャパシタＣ１１Ｂに、上側の電圧ＶＣｎに応じた電荷が蓄積されるように、下側の電圧ＶＣｎ−１から上側の電圧ＶＣｎに上昇した電圧分の電荷が充電される。この際、第２スイッチＳ２２がオフしているため、上昇した電圧分の電荷は、逆相側第２キャパシタＣ２２から逆相側第１キャパシタＣ１１Ｂに移動する。
【００６１】
このようにして正相側第２キャパシタＣ２１には、上側の電圧ＶＣｎから下側の電圧ＶＣｎ−１の差分電圧、すなわち、バッテリセルＣｎの正相電圧が印加され、これが差動増幅器３０ｂの正相側出力電圧ＶＯＡとなって出力される。また、逆相側第２キャパシタＣ２２には、下側の電圧ＶＣｎ−１から上側の電圧ＶＣｎの差分電圧、すなわち、バッテリセルＣｎの逆相電圧が印加され、これが差動増幅器３０ｂの逆相側出力電圧ＶＯＢとなって出力される。このように、一対の第２キャパシタＣ２１，Ｃ２２には、正負が逆で同じ量の電荷が蓄積されるため、正相側出力電圧ＶＯＡと逆相側出力電圧ＶＯＢの差分（ＶＯＡ−ＶＯＢ）を出力電圧ＶＯとして出力することにより得られる出力電圧ＶＯのゲインを２倍にすることができる。この後、時刻ｔ５において、第１スイッチＳＡｎ−１，ＳＢｎをオフし、第２スイッチＳ２１，Ｓ２２をオンすることにより、第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂおよび第２キャパシタＣ２１，Ｃ２２の電荷を放電し、初期状態にリセットする。以降、同様にして、他のバッテリセルＣｊ（例えば時刻ｔ６〜ｔ１０においてバッテリセルＣ１）の電圧を順次計測する。
【００６２】
続いて、時刻ｔ１０〜ｔ１４の期間は、管理電圧計測用電源ＰＳｍを計測する期間を示している。時刻ｔ１０において、第２スイッチＳ２１，Ｓ２２をオンして、第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂ，Ｃ１２Ａ，Ｃ１２Ｂおよび第２キャパシタＣ２１，Ｃ２２の電荷を放電し、初期状態にリセットするとともに、第２マルチプレクサ２２ｂに対応する第３スイッチＳ３２Ａ，Ｓ３２Ｂをオフする。その後、時刻ｔ１１において、第１マルチプレクサ２１ｂに対応する第３スイッチＳ３１Ａ，Ｓ３１Ｂをオンするとともに管理電圧計測用電源ＰＳｍの上側の電圧ＶＡｍが入力される第２入力端子ＴＡｍに対応する正相側第１スイッチＳＡＡｍおよび管理電圧計測用電源ＰＳｍの下側の電圧ＶＡｍ−１が入力される第２入力端子ＴＡｍ−１に対応する逆相側第１スイッチＳＡＢｍ−１をオンする。
【００６３】
これにより、管理電圧計測用電源ＰＳｍの上側の電圧ＶＡｍが入力端子ＴｍおよびスイッチＳＡＡｍを介して出力端子ＴＯ２Ａに出力され、管理電圧計測用電源ＰＳｍの下側の電圧ＶＡｍ−１が入力端子Ｔｍ−１およびスイッチＳＡＢｍ−１を介して出力端子ＴＯ２Ｂに出力される。第１キャパシタＣ１２Ａ，Ｃ１２Ｂは、それぞれ出力端子ＴＯ２Ａ，ＴＯ２Ｂから出力された電圧ＶＡｍ，ＶＡｍ−１に応じて充電される。このとき、第１マルチプレクサ２１ｂの出力およびこれに対応する第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂは第３スイッチＳ３１Ａ，Ｓ３１Ｂがオンすることにより、基準電圧（グランド電圧）となっている。このため、ノイズ等によって第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂの電圧が変動することが防止され、第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂの一端に接続されている第１キャパシタＣ１２Ａ，Ｃ１２Ｂの電圧が変動することが防止される。なお、第３スイッチＳ３１Ａ，Ｓ３１Ｂは、複数の管理電圧計測用電源ＰＳｐの電圧ＶＡｑを計測している間（第２マルチプレクサ２２ｂにおけるスイッチング動作継続の間）、オン状態が継続される。
【００６４】
以下、時刻ｔ３〜ｔ５と同様に、時刻ｔ１２〜ｔ１４において、管理電圧計測用電源ＰＳｍの下側の電圧ＶＡｍ−１が第１キャパシタＣ１２Ａに印加されることにより、第２キャパシタＣ２１Ａに、上側の電圧ＶＡｍから下側の電圧ＶＡｍ−１の差分電圧が印加され、これが差動増幅器３０ｂの出力電圧ＶＯＡとなって出力される。また、管理電圧計測用電源ＰＳｍの上側の電圧ＶＡｍが第１キャパシタＣ１２Ｂに印加されることにより、第２キャパシタＣ２１Ｂに、上側の電圧ＶＡｍから下側の電圧ＶＡｍ−１の差分電圧が印加され、これが差動増幅器３０ｂの出力電圧ＶＯＢとなって出力される。最終的に、正相側出力電圧ＶＯＡと逆相側出力電圧ＶＯＢの差分（ＶＯＡ−ＶＯＢ）が出力電圧ＶＯとして出力される。以降、同様にして、他の管理電圧計測用電源ＰＳｐ（例えば時刻ｔ１５〜ｔ２０において管理電圧計測用電源ＰＳ１）の電圧を順次計測する。
【００６５】
このように、上記構成によれば、選択された入力端子間の電圧（すなわちバッテリセルＣｊまたは各官吏電圧計測用電源ＰＳｐの電圧）を極性を入れ替えて測定することができるため、より高精度な電圧計測を行うことができる。
【００６６】
ここで、本実施形態においても、第１マルチプレクサ２１ｂを構成する第１スイッチＳＡｉ，ＳＢｉが、第２マルチプレクサ２２ｂを構成する第１スイッチＳＡＡｑ，ＳＡＢｑより高い電圧での動作を許容する高耐圧スイッチであるよう構成される。これに対応して、第１マルチプレクサ２１ｂが接続される第１キャパシタＣ１１Ａ，Ｃ１１Ｂが、第２マルチプレクサ２２ｂが接続される第２キャパシタＣ１２Ａ，Ｃ１２Ｂより高い容量を有している。具体的には、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ，ＳＡＢｑは、一般的な５Ｖ系の耐圧性能を有しており、高耐圧第１スイッチＳＡｉ，ＳＢｉは、これらの低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ，ＳＡＢｑより大きいものを含んでいる。一般的には、高耐圧第１スイッチＳＡｉ，ＳＢｉは、約２０Ｖ以上の耐圧を有する。
【００６７】
本実施形態においても、正相側の高耐圧第１スイッチＳＡｉは、図３に示すような第１実施形態において説明した構成と同様の構成を適用可能である。この際、正相側の低耐圧第１スイッチＳＡＡｑは、図４に示すような第１実施形態において説明した構成と同様の構成を適用可能である。同様に、逆相側の高耐圧ＳＢｉも図３に示すような構成と同様の構成を適用可能であり、逆相側の低耐圧第１スイッチＳＡＢｑも図４に示すような構成と同様の構成を適用可能である。さらに、これに代えて、正相側および逆相側の高耐圧第１スイッチＳＡｉ，ＳＢｉとして図５に示す高耐圧第１スイッチＳＡｉ−２を適用してもよいし、この際、正相側および逆相側の低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ，ＳＡＢｑとして図６に示す低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ−２を適用してもよい。また、正相側の高耐圧第１スイッチＳＡｉとして図３および図５に示す構成のうちの一方を適用し、逆相側の高耐圧第１スイッチＳＢｉとして図３および図５に示す構成のうちの他方を適用してもよい。この際、正相側の低耐圧第１スイッチＳＡＡｑとして図４および図６に示す構成のうちの一方を適用し、逆相側の低耐圧第１スイッチＳＡＢｑとして図４および図６に示す構成のうちの他方を適用することとしてもよい。
【００６８】
このように、本実施形態においても高耐圧第１スイッチＳＡｉ，ＳＢｉを図３または図５に示すような回路構成とし、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ，ＳＡＢｑを図４または図６に示すような回路構成とすることにより、高耐圧第１スイッチＳＡｉ，ＳＢｉの制御部を含む回路面積は、低耐圧第１スイッチＳＡＡｑ，ＳＡＢｑの制御部を含む回路面積の約１０倍以上となる。したがって、上述したように、高耐圧第１スイッチＳＡｉ，ＳＢｉの数をできるだけ少なくすることにより、電圧計測器１０ｂ全体の回路面積を小さくすることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。例えば、複数の上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせることとしてもよい。また、上記実施形態において、スイッチング部を構成する複数のマルチプレクサとして２つのマルチプレクサ２１，２２または２１ｂ，２２ｂを含む構成について説明したが、３つ以上のマルチプレクサでスイッチング部を構成することとしてもよい。また、第１スイッチとして用いられる高耐圧スイッチおよび低耐圧スイッチの構成は、図３、図４、図７および図８に示される構成に限られず、計測するバッテリセルアレイ１の電圧や仕様に応じて種々の構成が適用可能である。
【００７０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の電圧計測器は、管理電圧計測用の電源が増加しても回路面積の増大を抑制するために有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１  バッテリセルアレイ
２，２ｂ  スイッチング部
２１，２１ｂ  第１マルチプレクサ
２２，２２ｂ  第２マルチプレクサ
３，３ｂ  信号処理部
４，４ｂ  電圧遮断部
１０，１０ｂ  電圧計測器
３０，３０ｂ  差動増幅器
４１，４２  ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（高耐圧ＭＯＳトランジスタ）
４３，５３  定電圧素子
４４，５４  抵抗素子
４５，５５  電流源
４６  ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（低耐圧ＭＯＳトランジスタ）
４７  インバータ
５１，５２  ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（高耐圧ＭＯＳトランジスタ）
５６  ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（低耐圧ＭＯＳトランジスタ）
５７  バッファ
Ｃ１１，Ｃ１１Ａ，Ｃ１１Ｂ，Ｃ１２，Ｃ１２Ａ，Ｃ１２Ｂ  第１キャパシタ
Ｃ２１，Ｃ２２  第２キャパシタ
Ｃｊ（ｊ＝１，…，ｎ）  バッテリセル
ＰＳｐ（ｐ＝１，…，ｍ）  管理電圧計測用電源
ＳＡｉ，ＳＡｉ−２，ＳＢｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ），ＳＡＡｑ，ＳＡＡｑ−２，ＳＡＢｑ（ｑ＝０，１，…，ｍ）  第１スイッチ
Ｓ２１，Ｓ２２  第２スイッチ
Ｓ３１、Ｓ３２，Ｓ３１Ａ，Ｓ３１Ｂ，Ｓ３２Ａ，Ｓ３２Ｂ  第３スイッチ
Ｔｉ，ＴＡｑ  入力端子
ＴＯ１，ＴＯ１Ａ，ＴＯ１Ｂ，ＴＯ２，ＴＯ２Ａ，ＴＯ２Ｂ  出力端子
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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