(57)【要約】【課題】均等化スイッチを制御する回路においてレベルシフト回路の電源電位が不定となっても、均等化スイッチをオフ状態に安定させる。【解決手段】縦続に接続されたレベルシフト回路１６は、制御信号を高電位側にレベルシフトしながら伝達し、縦続接続の終端に設けられたレベルシフト回路１７は、均等化スイッチであるトランジスタＰ１に制御信号に応じた駆動電圧を出力する。レベルシフト回路１６の電源電位が不定となりレベルシフト回路１７に対し（Ｈ，Ｈ）の駆動電圧を出力するとき、レベルシフト回路１７は、トランジスタＮ３とともにＮ４をオンする。これによりトランジスタＮ２がオフし、貫通電流が流れず、トランジスタＰ１がオフ駆動される。【選択図】図３
2015057013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第ｋ電池セル（ＢＣｋ）（ｋ＝１、…、ｎ−１）の第２端子と第ｋ＋１電池セル（ＢＣk+1）の第１端子が接続されることにより第１電池セル（ＢＣ１）から第ｎ電池セル（ＢＣｎ）が直列に接続されて構成された組電池（１２）に対し、各電池セルの電圧を均等化する組電池の均等化装置（１１）において、
前記電池セルごとに設けられ、通電端子間が当該電池セルの第１端子と第２端子との間に接続され、制御端子間にしきい値電圧以上の制御電圧が入力されると前記通電端子間が導通する均等化スイッチ（Ｎ１，Ｐ１）と、
前記電池セルごとに１または複数設けられ、前記組電池における隣り合う複数の電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作し、入力した一対の制御信号をレベルシフトして一対の駆動電圧を出力するレベルシフト回路（１６，１７，２４，２６，２８，３２〜３５，３７）とを備え、
前記各電池セルに対して設けられた複数のレベルシフト回路は、供給される電池電位が順次ずれた状態で設けられ、隣接するレベルシフト回路が出力する駆動電圧を自身の制御信号として入力することにより、終端のレベルシフト回路（１７，２４，２６，２８，３２〜３５，３７）が出力する駆動電圧を前記均等化スイッチの制御電圧とし、
少なくとも前記終端のレベルシフト回路は、
前記電池セルの直列回路から電池電圧を供給する第１、第２電圧線（２１，２２）のうち、前記隣接するレベルシフト回路に供給される電源電位と重なる電位を持つ第１電圧線にソースが接続された第１導電型の第１、第２トランジスタ（Ｎ１，Ｎ２）と、
ドレイン・ソース間が前記第１トランジスタのゲート・ソース間に接続され、ゲートが前記第２トランジスタのゲートに接続された第１導電型の第３トランジスタ（Ｎ３）と、
前記第２電圧線と前記第１、第２トランジスタのドレインとの間に設けられ、前記第１、第２トランジスタのオンオフ状態に応じて前記一対の駆動電圧を決定する駆動電圧決定回路（２３，２５，２７，２９）とを備え、
前記第１、第２トランジスタのゲートに前記隣接するレベルシフト回路から前記一対の駆動電圧が与えられることを特徴とする組電池の均等化装置。
【請求項２】
前記駆動電圧決定回路（２３）は、前記第２電圧線と前記第１トランジスタのドレインとの間に接続された第２導電型の第４トランジスタ（Ｐ２）と、前記第２電圧線と前記第２トランジスタのドレインとの間に接続された第２導電型の第５トランジスタ（Ｐ３）とを備え、前記第４トランジスタのゲートが前記第５トランジスタのドレインに接続され、前記第５トランジスタのゲートが前記第４トランジスタのドレインに接続されて構成され、
前記終端のレベルシフト回路（１７，３２〜３５，３７）は、前記第１または第２電圧線と前記第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を前記均等化スイッチの制御電圧とすることを特徴とする請求項１記載の組電池の均等化装置。
【請求項３】
前記駆動電圧決定回路（２５）は、前記第２電圧線と前記第１、第２トランジスタのドレインとの間にそれぞれ接続された抵抗（Ｒ４，Ｒ５）から構成されており、
前記終端のレベルシフト回路（２４）は、前記第１または第２電圧線と前記第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を前記均等化スイッチの制御電圧とすることを特徴とする請求項１記載の組電池の均等化装置。
【請求項４】
前記駆動電圧決定回路（２７）は、前記第２電圧線と前記第１、第２トランジスタのドレインとの間にそれぞれ接続された１または複数直列のダイオード（Ｄ３，Ｄ４）から構成されており、
前記終端のレベルシフト回路（２６）は、前記第１または第２電圧線と前記第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を前記均等化スイッチの制御電圧とすることを特徴とする請求項１記載の組電池の均等化装置。
【請求項５】
前記駆動電圧決定回路（２９）は、前記第２電圧線と前記第１、第２トランジスタのドレインとの間にそれぞれ接続された定電流回路（３０，３１）から構成されており、
前記終端のレベルシフト回路（２８）は、前記第１または第２電圧線と前記第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を前記均等化スイッチの制御電圧とすることを特徴とする請求項１記載の組電池の均等化装置。
【請求項６】
少なくとも前記終端のレベルシフト回路（３２〜３４）は、前記隣接するレベルシフト回路から与えられる一対の制御信号が前記第１、第２トランジスタの何れもオンさせる向きに変化するとき、前記第１トランジスタがオンする前に前記第３トランジスタがオンするように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の組電池の均等化装置。
【請求項７】
前記第１トランジスタのソースと前記第１電圧線の間に、順方向となるようにダイオード（Ｄ５）を備えていることを特徴とする請求項６記載の組電池の均等化装置。
【請求項８】
前記第１トランジスタのソースと前記第１電圧線の間に抵抗（Ｒ６）を備えていることを特徴とする請求項６記載の組電池の均等化装置。
【請求項９】
前記第３トランジスタのしきい値電圧は、前記第１トランジスタのしきい値電圧よりも低く設定されていることを特徴とする請求項６記載の組電池の均等化装置。
【請求項１０】
前記終端のレベルシフト回路（３５，３７）は、前記駆動電圧決定回路と前記第１トランジスタのドレインとの間および前記駆動電圧決定回路と前記第２トランジスタのドレインとの間に、前記均等化スイッチに与える駆動電圧を制限する制限回路（Ｐ４，Ｐ５）を備えていることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の組電池の均等化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルが直列に接続されて構成された組電池の均等化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）などに搭載され、車両の動力モータに電力を供給する電池は、例えば３００Ｖ程度の高い電圧を必要とする。そこで、こうした電池は、数Ｖのセル電圧を持つ電池セルを直列に複数接続した組電池の構成を備えている。近年多く用いられているリチウム電池はセル電圧が高いので、リチウム電池を用いて組電池を構成すると、組電池の総セル数が少なくて済み小型化が可能となる。
【０００３】
しかし、定められたセル電圧の範囲内つまり最小有効電池電圧から最大有効電池電圧の範囲内で使用しないと、電池セルの容量が著しく減少し、或いは異常な発熱をするなどの不具合が生じる。また、電池セルの容量のばらつきにより電池セル同士でセル電圧のばらつきがあると、直列接続したときの目標電圧に対する誤差電圧が大きくなる。そこで、各電池セルの電圧を監視し、電池セルの電圧を均等化する均等化装置が必要になる。均等化装置は、電池セルごとに均等化スイッチを備えている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
均等化装置は、電池セルごとに、隣り合う複数の電池セルの電圧を電源電圧とするレベルシフト回路を低電位側から高電位側に積み上げた構成を備えている。この均等化装置は、例えばグランド電位を基準として入力した各電池セルの制御信号をレベルシフト回路により高電位側に順次伝達し、終端のレベルシフト回路が出力する駆動電圧を当該均等化スイッチの制御端子間に印加する。
【０００６】
この構成において、組電池の各接続ノードと均等化装置とを接続するコネクタが抜けるなどして、レベルシフト回路の電源電圧が失われると、レベルシフト回路の動作ひいてはレベルシフト回路が出力する駆動電圧が不定となる。その結果、均等化スイッチの動作も不定となり、均等化停止の制御信号が与えられたにもかかわらず、均等化スイッチをオンさせる虞があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、均等化スイッチを制御する回路においてレベルシフト回路の電源電位が不定となっても、均等化スイッチをオフ状態に安定させることができる組電池の均等化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載した組電池の均等化装置は、第ｋ電池セル（ｋ＝１、…、ｎ−１）の第２端子と第ｋ＋１電池セルの第１端子が接続されることにより第１電池セルから第ｎ電池セルが直列に接続されて構成された組電池に対し、各電池セルの電圧を均等化する。均等化装置は、電池セルごとに均等化スイッチを備えている。均等化スイッチは、通電端子間が当該電池セルの第１端子と第２端子との間に接続され、制御端子間にしきい値電圧以上の制御電圧が入力されると通電端子間が導通する。
【０００９】
均等化スイッチを駆動するため、均等化装置は、電池セルごとに１または複数のレベルシフト回路を備えている。レベルシフト回路は、組電池における隣り合う複数の電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作し、入力した一対の制御信号をレベルシフトして一対の駆動電圧を出力する。各電池セルに対して設けられた複数のレベルシフト回路は、供給される電池電位が順次ずれた状態で設けられている。各レベルシフト回路は、隣接するレベルシフト回路が出力する駆動電圧を自身の制御信号として入力し、終端のレベルシフト回路が出力する駆動電圧を均等化スイッチの制御電圧とする。
【００１０】
少なくとも終端のレベルシフト回路は、第１導電型の第１、第２、第３トランジスタと駆動電圧決定回路を備えている。隣り合う複数の電池セルの直列回路は、第１、第２電圧線を通してレベルシフト回路に電池電圧を供給する。第１、第２トランジスタのソースは、第１、第２電圧線のうち、隣接するレベルシフト回路に供給される電源電位と重なる電位を持つ第１電圧線に接続されている。
【００１１】
第３トランジスタは、そのドレイン・ソース間が第１トランジスタのゲート・ソース間に接続され、ゲートが第２トランジスタのゲートに接続されている。駆動電圧決定回路は、第２電圧線と第１、第２トランジスタのドレインとの間に設けられ、第１、第２トランジスタのオンオフ状態に応じて一対の駆動電圧を決定する。第１、第２トランジスタのゲートに、隣接するレベルシフト回路から一対の駆動電圧が与えられる。
【００１２】
この構成によれば、電池セルごとに設けられた均等化スイッチに対する制御信号は、電源電位が互いに異なる複数のレベルシフト回路を通して順次伝達される。終端のレベルシフト回路は、その伝達された制御信号に基づいて駆動電圧を出力し、それを均等化スイッチの制御電圧とする。
【００１３】
正常時には、終端のレベルシフト回路に、第１、第２トランジスタの一方のみをオンさせる互いに異なるレベルを持つ一対の制御信号が印加される。これに対し、組電池の各接続ノードと均等化装置とを接続するコネクタが抜けるなどして、レベルシフト回路の電源電位（第１電圧線または第２電圧線の電位）が不定になると、終端のレベルシフト回路に、例えば第１、第２トランジスタをともにオンさせる同一レベルを持つ一対の制御信号が印加される可能性がある。
【００１４】
このとき、第２トランジスタに加え第３トランジスタがオンするので、第１トランジスタのゲート・ソース間電圧が低下して第１トランジスタがオフする。つまり、正常時において均等化停止の制御信号が与えられたときと同じ状態になる。従って、レベルシフト回路の電源電位が不定となっても、均等化スイッチをオフ状態に安定させることができる。
【００１５】
請求項２記載の手段によれば、駆動電圧決定回路は、第２電圧線と第１トランジスタのドレインとの間に接続された第２導電型の第４トランジスタと、第２電圧線と第２トランジスタのドレインとの間に接続された第２導電型の第５トランジスタとを備えている。第４トランジスタのゲートは第５トランジスタのドレインに接続され、第５トランジスタのゲートは第４トランジスタのドレインに接続されている。終端のレベルシフト回路は、第１または第２電圧線と第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を均等化スイッチの制御電圧とする。
【００１６】
このレベルシフト回路は、クロスラッチの形式なので、定常的に流れる電流がなく消費電流が小さい。また、第３トランジスタの作用により第１、第２トランジスタが同時にオンすることがないので、貫通電流の発生も防止できる。さらに、クロスラッチは、ＣＭＯＳトランジスタで構成できるので回路規模も小さくなる。
【００１７】
請求項３記載の手段によれば、駆動電圧決定回路は、第２電圧線と第１、第２トランジスタのドレインとの間にそれぞれ接続された抵抗から構成されている。終端のレベルシフト回路は、第１または第２電圧線と第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を均等化スイッチの制御電圧とする。抵抗を用いると、貫通電流の発生を防止できる。
【００１８】
請求項４記載の手段によれば、駆動電圧決定回路は、第２電圧線と第１、第２トランジスタのドレインとの間にそれぞれ接続された１または複数直列のダイオードから構成されている。終端のレベルシフト回路は、第１または第２電圧線と第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を均等化スイッチの制御電圧とする。ダイオードを用いると、均等化スイッチに印加する駆動電圧の大きさを、ダイオードの順方向電圧で制限することができる。
【００１９】
請求項５記載の手段によれば、駆動電圧決定回路は、第２電圧線と第１、第２トランジスタのドレインとの間にそれぞれ接続された定電流回路から構成されている。終端のレベルシフト回路は、第１または第２電圧線と第１または第２トランジスタのドレインとの間に生成される駆動電圧を均等化スイッチの制御電圧とする。定電流回路を用いると、レベルシフト回路に定電流値を超える電流が流れることを防止できる。
【００２０】
請求項６記載の手段によれば、少なくとも終端のレベルシフト回路は、隣接するレベルシフト回路から与えられる一対の制御信号が第１、第２トランジスタの何れもオンさせる向きに変化するとき、第１トランジスタがオンする前に第３トランジスタがオンするように構成されている。これにより、第１、第３トランジスタのしきい値電圧にばらつきがある場合でも、第１、第２トランジスタがオン、第３トランジスタがオフの状態が発生しない。従って、終端のレベルシフト回路は、過渡的にも均等化スイッチをオンさせることがない。
【００２１】
請求項７記載の手段によれば、第１トランジスタのソースと第１電圧線の間に、順方向となるようにダイオードを備えている。第１電圧線を基準として、第３トランジスタは自身のしきい値電圧を超える制御信号が与えられるとオンする。一方、第１トランジスタは、自身のしきい値電圧にダイオードの順方向電圧を加えた電圧を超える制御信号が与えられるとオンする。従って、制御信号が第１、第２トランジスタの何れもオンさせる向きに揃って変化するとき、第１トランジスタよりも前に第３トランジスタがオンして、第１トランジスタをオフ状態に維持する。
【００２２】
請求項８記載の手段によれば、第１トランジスタのソースと第１電圧線の間に抵抗を備えている。第１電圧線を基準として、第３トランジスタは自身のしきい値電圧を超える制御信号が与えられるとオンする。一方、第１トランジスタがオン状態を維持するには、自身のしきい値電圧に抵抗の電圧降下を加えた電圧を超える制御信号が必要である。従って、制御信号が第１、第２トランジスタの何れもオンさせる向きに揃って変化するとき、第１トランジスタよりも前に第３トランジスタがオンして、第１トランジスタをオフ状態に維持する。
【００２３】
請求項９記載の手段によれば、第３トランジスタのしきい値電圧は、第１トランジスタのしきい値電圧よりも低く設定されている。これにより、制御信号が第１、第２トランジスタの何れもオンさせる向きに揃って変化するとき、第１トランジスタよりも前に第３トランジスタがオンして、第１トランジスタをオフ状態に維持する。
【００２４】
請求項１０記載の手段によれば、終端のレベルシフト回路は、駆動電圧決定回路と第１トランジスタのドレインとの間および駆動電圧決定回路と第２トランジスタのドレインとの間に、均等化スイッチに与える駆動電圧を制限する制限回路を備えている。これにより、均等化スイッチの制御端子間を過大な電圧から保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態を示す均等化システムの全体構成図
【図２】図１に示す構成の一部を詳細に示す回路構成図（１）
【図３】図１に示す構成の一部を詳細に示す回路構成図（２）
【図４】車両システム、均等化装置および各信号の状態遷移図
【図５】リチウム二次電池の残存容量（ＳＯＣ）とセル電圧との関係を示す特性図
【図６】第２の実施形態を示す図３相当図
【図７】第３の実施形態を示す図３相当図
【図８】第４の実施形態を示す図３相当図
【図９】第５の実施形態を示す図３相当図
【図１０】第６の実施形態を示す図３相当図
【図１１】第７の実施形態を示す図３相当図
【図１２】第８の実施形態を示す図３相当図
【図１３】第９の実施形態を示す図３相当図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態について図１から図５を参照しながら説明する。図１から図３に示すＩＣ１１は、組電池１２の電池セルＢＣ１〜ＢＣｎの電圧を均等化する均等化装置である。組電池１２は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）などに搭載され、車両の動力モータに電力を供給する。
【００２７】
組電池１２は、第ｋ電池セルＢＣｋ（ｋ＝１、…、ｎ−１）の＋端子（第２端子）と第ｋ＋１電池セルＢＣk+1の−端子（第１端子）が順に接続されて、直列に接続された第１電池セルＢＣ１から第ｎ電池セルＢＣｎにより構成されている。一例として、組電池１２は、セル電圧３．６Ｖのリチウム二次電池が８０個（ｎ＝８０）直列に接続されている。
【００２８】
電池セルＢＣｉ（ｉ＝１、…、ｎ）の両端子間には、ツェナーダイオードＤ１が接続されている。電池セルＢＣｉの−端子と＋端子は、それぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２を介してＩＣ１１の端子Ｔｉｍ、Ｔｉｐに接続されている。端子Ｔｉｍ、Ｔｉｐ間には、コンデンサＣ１が接続されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、均等化の際に放電電流を制限する作用およびコンデンサＣ１とともにフィルタ作用を奏する。
【００２９】
電池セルＢＣ１の−端子は、基準電位例えばグランドに接続されている。電池セルＢＣｎの＋端子とグランドとの間には、ツェナーダイオードＤ２が接続されている。電池セルＢＣｎの＋端子は、抵抗Ｒ３を介してＩＣ１１の電源端子Ｔｐに接続されている。電源端子Ｔｐとグランドとの間には、コンデンサＣ２が接続されている。これら抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２はフィルタ作用を奏する。ＩＣ１１の内部において、電源端子Ｔｐは、電源線１３とスイッチ１４を介して、電源電圧Ｖddを生成する電源回路１５に接続されている。
【００３０】
ＩＣ１１は、電池セルＢＣｉごとに均等化スイッチを備えている。この均等化スイッチは、低電位側に位置する半分の電池セルＢＣ１〜ＢＣn/2に対してはＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ１で構成され、高電位側に位置する半分の電池セルＢＣn/2+1〜ＢＣｎに対してはＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ１で構成されている。トランジスタＮ１、Ｐ１のドレイン・ソース間が通電端子間に相当し、ゲート・ソース間が制御端子間に相当する。
【００３１】
電池セルＢＣ１に対しては１つのレベルシフト回路１７が設けられ、電池セルＢＣ２からＢＣｎに対しては縦続接続された複数のレベルシフト回路１６、１７が設けられている。レベルシフト回路１６、１７は、電池セルＢＣｉを含む隣り合う４つの電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作する。縦続接続されたレベルシフト回路１６、１７は、供給される電池電位が電池セル２個分ずつ（端数が生じる場合は電池セル１個分）ずれた状態で設けられている。
【００３２】
電池セルＢＣｉ（ｉ＝１を除く）ごとに最も低電位側に配置されたレベルシフト回路１６は、信号生成回路１９から出力される一対の制御信号を入力してレベルシフトし、高電位側に隣接するレベルシフト回路１６または１７に対し一対の駆動電圧を出力する。電池セルＢＣｉ（ｉ＝１を含む）ごとに最も高電位側に配置された終端のレベルシフト回路１７は、一対の制御信号を入力して高電位側にレベルシフトした一対の駆動電圧のうち１つの駆動電圧をトランジスタＮ１、Ｐ１の制御電圧として出力する。
【００３３】
中間に配置されたレベルシフト回路１６は、低電位側に隣接するレベルシフト回路１６が出力する一対の駆動電圧を自身の制御信号として入力し、高電位側に隣接するレベルシフト回路１６または１７に一対の駆動電圧を出力する。正常時における一対の制御信号は、レベルシフト回路１６、１７の動作にとって逆相の関係にある（Ｈ，Ｌ）または（Ｌ，Ｈ）の信号である。この構成により、信号生成回路１９から出力される一対の制御信号は、低電位側のレベルシフト回路１６から高電位側のレベルシフト回路１６または１７に順次伝達される。図１では、一対の制御信号および一対の駆動信号をそれぞれ１本の線でまとめて示している。
【００３４】
図２、図３に示すように、レベルシフト回路１６、１７はクロスラッチの構成を備えている。例えば、電池セルＢＣｎに対して設けられたトランジスタＰ１を駆動する終端のレベルシフト回路１７（図３参照）は、Ｎチャネル型（第１導電型）のＭＯＳトランジスタＮ２、Ｎ３、Ｎ４（第１、第２、第３トランジスタ）と、Ｐチャネル型（第２導電型）のＭＯＳトランジスタＰ２、Ｐ３（第４、第５トランジスタ）とから構成されている。
【００３５】
このレベルシフト回路１７には、電池セルＢＣn-3〜ＢＣｎの直列回路から第１電圧線２１と第２電圧線２２を介して電池電圧が供給されている。電圧線２１の電位は、隣接するレベルシフト回路１６に供給される電源電位の範囲（電池セルＢＣn-5〜ＢＣn-2の直列回路の電源電位の範囲）と重なっている。トランジスタＮ２、Ｎ３のソースは、この電圧線２１に接続されている。トランジスタＮ４のドレイン・ソース間は、トランジスタＮ２のゲート・ソース間に接続されており、トランジスタＮ４のゲートは、トランジスタＮ３のゲートに接続されている。
【００３６】
トランジスタＰ２、Ｐ３は、それぞれ電圧線２２とトランジスタＮ２、Ｎ３の各ドレインとの間に設けられ、トランジスタＮ２、Ｎ３のオンオフ状態に応じて一対の駆動電圧を決定する駆動電圧決定回路２３を構成している。トランジスタＰ２、Ｐ３のゲートは、それぞれトランジスタＰ３、Ｐ２のドレインに接続されている。図３に示すように、トランジスタＰ１のゲート・ソース間には、電圧線２２とトランジスタＮ２のドレインとの間に生成される駆動電圧が印加される。一方、図２に示すように、トランジスタＮ１のゲート・ソース間には、電圧線２１とトランジスタＮ３のドレインとの間に生成される駆動電圧が印加される。
【００３７】
トランジスタＮ１、Ｐ１を直接駆動しないレベルシフト回路１６は、トランジスタＮ１、Ｐ１を直接駆動する終端のレベルシフト回路１７からトランジスタＮ４を除いた構成を備えている。レベルシフト回路１６のトランジスタＮ２、Ｎ３の各ドレインは、それぞれ高電位側に隣接するレベルシフト回路１６、１７のトランジスタＮ３、Ｎ２のゲートに接続されている。
【００３８】
信号生成回路１９は、ＩＣ１１の外部に設けられたマイコン２０から、均等化処理の許可／不許可を指令するイネーブル信号と、放電を実行する電池セルおよびその放電時間を指令する均等化指令信号を受信する。信号生成回路１９は、電源回路１５から電源電圧Ｖddが供給されている期間、これらイネーブル信号と均等化指令信号に基づいて制御信号を出力し、組電池１２の均等化制御を実行する。ＩＣ１１とマイコン２０は、組電池１２を監視するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を構成している。
【００３９】
次に、本実施形態の作用について図４および図５も参照しながら説明する。マイコン２０は、車両システムの状態に応じた適切なタイミングで組電池１２の均等化処理を実行する。図４に示すように、マイコン２０は、車両のＩＧスイッチがオンされて組電池１２が動力モータに電力を供給している通常状態およびＩＧスイッチがオフされた直後の均等化モードにおいて、電源制御信号をオンレベルにする。このとき、ＩＣ１１内のスイッチ１４がオンし、電源電圧Ｖddが生成され、ＩＣ１１内の回路が動作可能となる。マイコン２０は、均等化モードが終了した後、組電池１２の消耗を抑える待機状態（暗電流モード）において、電源制御信号をオフレベルにする。
【００４０】
マイコン２０は、通常状態および待機状態において、ＩＣ１１に対し、均等化処理を不許可とするイネーブル信号を送信する。このときマイコン２０がＩＣ１１に対し送信する均等化指令信号には、電池セルは指定されていない（図４ではＯＦＦと表示）。通常状態および待機状態において、ＩＣ１１は均等化処理を停止する（均等化停止状態）。
【００４１】
通常状態において、信号生成回路１９は、電池セルＢＣ１〜ＢＣｎに対してそれぞれ設けられたレベルシフト回路１６、１７のうち最低電位のものに対し、トランジスタＮ２、Ｎ３のゲート電圧をＬレベル（０Ｖ）、Ｈレベル（Ｖdd）とする一対の制御信号を出力する。これにより、トランジスタＮ２、Ｐ３がオフ、トランジスタＮ３、Ｐ２がオンとなり、当該レベルシフト回路１６、１７は、トランジスタＮ２、Ｎ３のドレインからＨレベル（Ｖdd）、Ｌレベル（０Ｖ）の一対の駆動電圧を出力する。
【００４２】
高電位側に設けられた他のレベルシフト回路１６、１７も、最低電位のレベルシフト回路１６と同じオンオフ状態となる。その結果、均等化スイッチの制御電圧であるトランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間電圧はしきい値電圧Ｖth未満となり、トランジスタＮ１、Ｐ１はオフ状態となる。
【００４３】
これに対し、コネクタ抜けにより例えば組電池１２と端子Ｔ１ｍとの接続部(図２参照)、組電池１２と端子Ｔn-5mとの接続部(図３参照)などがオープンになると、レベルシフト回路１６においてトランジスタＮ２、Ｎ３のソース電位が不定となる。この場合にはトランジスタＮ２、Ｎ３はオンすることができず、ドレインのインピーダンスが非常に高くなる。
【００４４】
実際の回路ではトランジスタＮ２、Ｎ３のリーク電流やノイズの影響があるため、コネクタが抜ける前のドレイン電位は保持されず、トランジスタＮ２、Ｎ３のドレインがともにＨレベルに遷移する場合が多い。そのため、電源電位が不定となったレベルシフト回路１６に続くレベルシフト回路１７には、クロスラッチでは禁止されている（Ｈ，Ｈ）の制御信号が入力されることになる。
【００４５】
レベルシフト回路１７がレベルシフト回路１６と同一構成であれば、トランジスタＮ２、Ｎ３、Ｐ２、Ｐ３が全てオンとなるので貫通電流が流れ、トランジスタＮ１またはＰ１の制御電圧が不定となる。しかし、本実施形態のレベルシフト回路１７はトランジスタＮ４を備えている。レベルシフト回路１６から入力される制御信号がともにＨレベルになると、トランジスタＮ３がオンするとともにトランジスタＮ４がオンする。これにより、トランジスタＮ２のゲート・ソース間が低抵抗で短絡され、トランジスタＮ２がオフする。その結果、トランジスタＰ２がオン、トランジスタＰ３がオフとなり、貫通電流を防止でき、トランジスタＮ１、Ｐ１をオフ状態（均等化停止状態）に安定させることができる。
【００４６】
一方、待機状態において電源制御信号がオフレベルになると、ＩＣ１１の電源電圧Ｖddが失われ、ＩＣ１１は不定状態となる。この場合でも、終端のレベルシフト回路１７の作用により、トランジスタＮ１、Ｐ１をオフ状態（均等化停止状態）に安定させることができる。
【００４７】
信号生成回路１９から出力される制御信号が不定となる場合には、トランジスタＮ２に印加する制御信号をグランドにプルダウンし、トランジスタＮ３に印加する制御信号を電池セルＢＣ４の＋端子にプルアップすればよい。ただし、電位を固定するために抵抗を用いると、消費電流の増加およびレイアウト面積の増加が生じる。これを避けるには、少なくとも最低電位のレベルシフト回路１６をレベルシフト回路１７に置き替えればよい。
【００４８】
図示を省略しているが、ＩＣ１１は、電池セルＢＣ１〜ＢＣｎの電圧を検出し、その検出値をマイコン２０に送信している。マイコン２０は、受信したセル電圧の検出値に基づいて、セル電圧が互いに等しく且つ所定の電圧範囲内にあるか否かを監視している。マイコン２０は、セル電圧が他の電池セルのセル電圧に比べて高く均等化が必要な電池セルを特定し、その電池セルごとに均等化に必要な放電時間を決定する。
【００４９】
マイコン２０は、均等化モードにおいて、均等化処理を許可するイネーブル信号と、放電が必要な電池セルとその放電時間を指令する均等化指令信号をＩＣ１１に送信する。信号生成回路１９は、この均等化指令信号に基づいて均等化処理を実行する（均等化実行状態）。リチウム二次電池は、残存容量（ＳＯＣ）とセル電圧について図５に示す特性を有している。リチウム二次電池を安全に使用し且つ寿命を高めるには、セル電圧が最小有効電池電圧と最大有効電池電圧とで挟まれた範囲内となるように充放電を制御する必要がある。マイコン２０は、当該安全動作範囲となるように均等化指令信号を生成する。
【００５０】
信号生成回路１９は、放電を実行する電池セルについて、最低電位のレベルシフト回路１６（電池セルＢＣ１のみレベルシフト回路１７）に対し、トランジスタＮ２、Ｎ３のゲート電圧をＨレベル、Ｌレベルとする一対の制御信号を出力する。レベルシフト回路１６は、この制御信号をレベルシフトし、同じ論理レベルを持つ一対の駆動電圧を隣接するレベルシフト回路１６、１７に出力する。
【００５１】
終端のレベルシフト回路１７は、トランジスタＮ１、Ｐ１をオン駆動する。その結果、当該電池セルから抵抗Ｒ２、トランジスタＮ１またはＰ１、抵抗Ｒ１を介して放電電流が流れる。放電により電池セルの容量が低減すると、そのセル電圧も低下する。信号生成回路１９は、放電を実行する電池セルごとに、指令された放電時間が経過した時点で、トランジスタＮ２、Ｎ３のゲート電圧をＬレベル、Ｈレベルとする制御信号に切り替える。
【００５２】
信号生成回路１９は、放電を実行しない電池セルについて、トランジスタＮ２、Ｎ３のゲート電圧をＬレベル、Ｈレベルとする一対の制御信号を出力する。これにより、終端のレベルシフト回路１７は、トランジスタＮ１、Ｐ１をオフ駆動する。
【００５３】
以上説明したように、均等化装置であるＩＣ１１は、ＩＧスイッチをオフするごとに放電制御による組電池１２の均等化処理を実行するので、組電池１２の著しい容量低下、異常な発熱、目標電圧に対する誤差電圧の増大などを未然に防止することができる。ＩＣ１１は、組電池１２の充電時に充電不要の電池セルの均等化スイッチをオンすることにより、充電制御による組電池１２の均等化処理を実行することもできる。
【００５４】
ＩＣ１１は、電源電位が互いに異なる１または複数のレベルシフト回路１６を通して制御信号をレベルシフトしながら伝達し、終端に設けられたレベルシフト回路１７を通して均等化スイッチに制御電圧を与える。少なくとも終端のレベルシフト回路１７は、トランジスタＮ２、Ｎ３に加えトランジスタＮ４を備えている。従って、何れかのレベルシフト回路１６の電源電圧が失われ、そのレベルシフト回路１６が出力する駆動電圧のレベルが不定となっても、レベルシフト回路１７は、均等化スイッチをオフ状態に安定させることができる。
【００５５】
レベルシフト回路１６、１７は、クロスラッチの形式を持つので、定常的に流れる電流がなく消費電流が小さい。さらに、レベルシフト回路１７は、トランジスタＮ４の作用によりトランジスタＮ２、Ｎ３が同時にオンすることがないので、貫通電流の発生を防止できる。本実施形態では、終端にのみトランジスタＮ４を備えたレベルシフト回路１７を採用したが、全てについてレベルシフト回路１７を採用してもよい。
【００５６】
レベルシフト回路１６、１７は、組電池１２における隣り合う複数（本実施形態では４つ）の電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作する。この場合、レベルシフト回路１６、１７を構成するトランジスタの耐圧に応じた回路規模と、レベルシフト回路１６、１７の縦続接続数に応じた回路規模とを勘案して製造コストが低減するように、上記電池電圧を構成する電池セル数を決定すればよい。
【００５７】
（第２から第４の実施形態）
第２から第４の実施形態について図６から図８を参照しながら説明する。レベルシフト回路２４、２６、２８は、図３に示したレベルシフト回路１７の駆動電圧決定回路２３に替えて駆動電圧決定回路２５、２７、２９を備えている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００５８】
図６に示す駆動電圧決定回路２５は、電圧線２２とトランジスタＮ２、Ｎ３のドレインとの間にそれぞれ抵抗Ｒ４、Ｒ５を備えている。トランジスタＮ２がオンしたとき、抵抗Ｒ４に生成される駆動電圧（トランジスタＰ１のしきい値電圧よりも高い電圧）がトランジスタＰ１のゲート・ソース間に印加される。抵抗Ｒ４、Ｒ５を用いると、貫通電流の発生を防止できる。
【００５９】
図７に示す駆動電圧決定回路２７は、電圧線２２とトランジスタＮ２、Ｎ３のドレインとの間にそれぞれ１または複数直列のダイオードＤ３、Ｄ４を備えている。トランジスタＮ２がオンしたとき、ダイオードＤ３の順方向電圧に等しい駆動電圧（トランジスタＰ１のしきい値電圧よりも高い電圧）がトランジスタＰ１のゲート・ソース間に印加される。ダイオードＤ３、Ｄ４を用いると、トランジスタＰ１に印加される制御電圧の大きさをダイオードＤ３の順方向電圧で制限することができる。
【００６０】
図８に示す駆動電圧決定回路２９は、電圧線２２とトランジスタＮ２、Ｎ３のドレインとの間にそれぞれ定電流回路３０、３１を備えている。トランジスタＮ２がオンしたとき、トランジスタＰ１のゲート・ソース間にしきい値電圧よりも高い駆動電圧が印加される。定電流回路３０、３１を用いると、レベルシフト回路２８に定電流値を超える電流が流れることを防止できる。
【００６１】
（第５から第７の実施形態）
第５から第７の実施形態について図９から図１１を参照しながら説明する。図９に示すレベルシフト回路３２は、トランジスタＮ２のソースと電圧線２１との間に、順方向となるようにダイオードＤ５を備えている。この構成では、電圧線２１を基準として、トランジスタＮ４は自身のしきい値電圧を超える制御信号が与えられるとオンする。一方、トランジスタＮ２は、自身のしきい値電圧にダイオードＤ５の順方向電圧を加えた電圧を超える制御信号が与えられるとオンする。
【００６２】
図１０に示すレベルシフト回路３３は、トランジスタＮ２のソースと電圧線２１との間に抵抗Ｒ６を備えている。この構成では、電圧線２１を基準として、トランジスタＮ４は自身のしきい値電圧を超える制御信号が与えられるとオンする。一方、トランジスタＮ２がオン状態を維持するには、自身のしきい値電圧に抵抗Ｒ６の電圧降下を加えた電圧を超える制御信号が必要である。
【００６３】
図１１に示すレベルシフト回路３４のトランジスタＮ４は、トランジスタＮ２、Ｎ３と同サイズ（Ｗ／Ｌ）のトランジスタＮ４ａ、Ｎ４ｂが並列に接続されて構成されており、トランジスタＮ２、Ｎ３よりもしきい値電圧が低くなる。
【００６４】
これらのレベルシフト回路３２、３３、３４によれば、レベルシフト回路１６が不定動作となり、入力した一対の制御信号がほぼ同じレベルを保ちながらトランジスタＮ２、Ｎ３をオンさせる向きに変化するとき、トランジスタＮ２がオンする前にトランジスタＮ４がオンする。すなわち、トランジスタＮ２、Ｎ３、Ｎ４のしきい値電圧にばらつきがある場合でも、トランジスタＮ２、Ｎ３がオン、トランジスタＮ４がオフの状態が発生しない。このため、トランジスタＮ２がオフ状態に維持され、過渡的にもトランジスタＮ１、Ｐ１がオンすることはなく、貫通電流も流れない。その他の構成部分は第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
（第８、第９の実施形態）
第８および第９の実施形態について図１２および図１３を参照しながら説明する。図１２に示す終端のレベルシフト回路３５は、駆動電圧決定回路２３とトランジスタＮ２、Ｎ３のドレインとの間に、それぞれＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ４、Ｐ５を備えている。電圧線２２、２１間には抵抗Ｒ７と定電流回路３６とが直列に接続されている。電圧線２２を基準として、抵抗Ｒ７の電圧がトランジスタＰ４、Ｐ５のゲートに与えられる。図１３に示す終端のレベルシフト回路３７は、定電流回路３６を抵抗Ｒ８に置き替えたものである。
【００６６】
これらのレベルシフト回路３５、３７によれば、トランジスタＰ４、Ｐ５は、トランジスタＰ１に与える駆動電圧を制限する制限回路として動作する。これにより、トランジスタＰ１のゲート・ソース間を過大な電圧から保護できる。トランジスタＮ１についても同様の構成を備えることにより、同様の作用、効果が得られる。
【００６７】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
【００６８】
組電池１２の中段に位置する電池セル（例えば電池セルＢＣ４〜ＢＣn-3）に対する均等化スイッチには、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ１とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ１の何れを採用してもよい。均等化スイッチは、ＭＯＳトランジスタに替えてバイポーラトランジスタにより構成してもよい。
【００６９】
上述した各実施形態では、電池セルＢＣ１の−端子が接続される基準電位がグランド電位の場合を例として説明したが、グランド電位以外の基準電位を用いてもよい。
上述した各レベルシフト回路は、隣り合う２、３または５以上の電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作するように構成してもよい。この場合、縦続接続された各レベルシフト回路を、供給される電池電圧の大きさに応じて、電池電位が適当な電池セル数ずつずれた状態で設ければよい。
【００７０】
第２から第９の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、少なくとも最低電位のレベルシフト回路１６を終端のレベルシフト回路２４、２６、２８、３２〜３５、３７と同じものに置き替えてもよい。さらに、全てのレベルシフト回路を終端のレベルシフト回路２４、２６、２８、３２〜３５、３７と同じものに置き替えてもよい。
【００７１】
第５の実施形態において、トランジスタＮ２のソースと電圧線２１との間に２個以上のダイオードを直列に備えてもよい。トランジスタＮ３のソースと電圧線２１との間に、トランジスタＮ２のソースと電圧線２１との間に設けたダイオードの数より少ない数のダイオードを順方向に設けてもよい。
【００７２】
均等化モードに入るタイミング、均等化処理の放電開始および放電終了のタイミングは、図４に示すものに限られない。
信号生成回路１９は、電池セルの電圧が所定の最小有効電池電圧以上に保たれるように、受信した均等化指令信号に基づく均等化実行状態への切り替えを制限（放電の停止、放電時間の短縮など）してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
図面中、１１はＩＣ（均等化装置）、１２は組電池、１６、１７、２４、２６、２８、３２〜３５、３７はレベルシフト回路、２１、２２は第１、第２電圧線、２３、２５、２７、２９は駆動電圧決定回路、３０、３１は定電流回路、ＢＣ１〜ＢＣｎは電池セル、Ｎ１、Ｐ１はＭＯＳトランジスタ（均等化スイッチ）、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｐ２、Ｐ３はＭＯＳトランジスタ（第１、第２、第３、第４、第５トランジスタ）、Ｐ４、Ｐ５はＭＯＳトランジスタ（制限回路）、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は抵抗、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５はダイオードである。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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