(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの電圧をサンプリングするように構成された電圧センサと、
前記電圧センサと電気的に通信し、前記サンプリングされたバッテリー電圧をスケーリングして、前記サンプリングされたバッテリー電圧に比例する電圧信号を出力するように構成されたバッファと、
サンプルフェーズ中に前記電圧センサを前記バッテリーに結合し、ホールドフェーズ中に前記電圧センサを前記バッファに結合するように構成された、第１のスイッチング素子を含む少なくとも１つのスイッチング素子と、
外部の第２の信号に応答して前記少なくとも１つのスイッチング素子を制御する第１の信号を発生するように構成された信号発生器と、
前記信号発生器を、前記バッテリーと前記電圧センサとの間に結合された前記第１のスイッチング素子から絶縁させるための少なくとも１つのキャパシタと、
を備え、
前記電圧センサは、前記バッテリーの電圧を感知するための第１および第２のキャパシタを有し、該第１および第２のキャパシタは、それぞれ前記バッテリーの対応する端子の電位を感知してそれぞれの他端から前記バッファに伝達するように構成され、それにより、前記バッファが前記バッテリーから絶縁され得る、バッテリーセンサ。
【請求項２】
前記バッファが、零次サンプル・ホールド回路である、請求項１に記載のバッテリーセンサ。
【請求項３】
前記バッファが、１次ローパスフィルタ特性付きのサンプル・ホールド回路である、請求項１に記載のバッテリーセンサ。
【請求項４】
前記バッファの出力に結合された第１の連続時間フィルタをさらに備えている、請求項１に記載のバッテリーセンサ。
【請求項５】
前記第１の連続時間フィルタの出力に結合され、前記出力された電圧信号の所望の周波数応答を出力するように構成された第２のフィルタをさらに備えている、請求項４に記載のバッテリーセンサ。
【請求項６】
前記バッテリーから電流を迂回させるように構成されたセルバランシング回路をさらに備えている、請求項１に記載のバッテリーセンサ。
【請求項７】
前記バッテリーから電流を迂回させるように構成されたセルバランシング回路をさらに備え、前記信号発生器は、電流迂回信号を、前記セルバランシング回路を制御する前記第１の信号に符号化するようにさらに構成されている、請求項１に記載のバッテリーセンサ。
【請求項８】
前記少なくとも１つのキャパシタと前記セルバランシング回路との間に結合され、前記第１の信号から前記電流迂回信号を復号化するように構成されたデコーダをさらに備えている、請求項７に記載のバッテリーセンサ。
【請求項９】
バッテリーの電圧を感知する集積回路であって、
前記バッテリーの正電位端子に結合するように構成された第１の入力端子と、前記バッテリーの負電位端子に結合するように構成された第２の入力端子と、を含む第１のダイと、
前記バッテリーの電圧をサンプリングするように構成され、前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子と電気的に通じる電圧センサを含む第２のダイと、
を備え、
前記第１のダイ及び前記第２のダイは、互いに電気的に絶縁されている、集積回路。
【請求項１０】
前記電圧センサが、前記第１の入力端子に結合された第１のキャパシタと、前記第２の入力端子に結合された第２のキャパシタと、を含む、請求項９に記載の集積回路。
【請求項１１】
サンプルフェーズ中に前記電圧センサを前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子に結合し、ホールドフェーズ中に前記電圧センサをバッファに結合するように構成された少なくとも１つのスイッチング素子をさらに備えている、請求項９に記載の集積回路。
【請求項１２】
前記第２のダイに配置され、外部の第２の信号に応答して前記少なくとも１つのスイッチング素子を制御する第１の信号を発生するように構成された信号発生器をさらに備えている、請求項１１に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのスイッチング素子のうちの第１のスイッチング素子が、前記第１の入力端子又は前記第２の入力端子と前記電圧センサとの間に結合され、さらに、前記信号発生器を前記第１の少なくとも１つのスイッチング素子から絶縁するための少なくとも１つのキャパシタを備えている、請求項１２に記載の集積回路。
【請求項１４】
前記電圧センサと電気的に通信する状態で前記第２のダイに配置され、前記サンプリングされたバッテリー電圧をスケーリングして、前記サンプリングされたバッテリー電圧に比例する電圧信号を出力するように構成されたバッファをさらに備えている、請求項９に記載の集積回路。
【請求項１５】
前記バッファが零次サンプル・ホールド回路である、請求項１４に記載の集積回路。
【請求項１６】
前記バッファが１次ローパスフィルタ特性付きのサンプル・ホールド回路である、請求項１４に記載の集積回路。
【請求項１７】
前記バッファの出力に結合された第１の連続時間フィルタをさらに備えている、請求項１４に記載の集積回路。
【請求項１８】
前記第１の連続時間フィルタの出力に結合され、前記出力された電圧信号の所望の周波数応答を出力するように構成された第２のフィルタをさらに備えている、請求項１７に記載の集積回路。
【請求項１９】
前記バッテリーから電流を迂回させるように構成されたセルバランシング回路をさらに備えている、請求項９に記載の集積回路。
【請求項２０】
前記第１のダイに配置され、前記バッテリーから電流を迂回させるように構成されたセルバランシング回路をさらに備え、前記信号発生器は、電流迂回信号を、前記セルバランシング回路を制御する前記第１の信号に符号化するようにさらに構成されている、請求項１３に記載の集積回路。
【請求項２１】
前記第１のダイに配置され、前記少なくとも１つのキャパシタと前記セルバランシング回路との間に結合され、前記第１の信号から前記電流迂回信号を復号化するように構成されたデコーダをさらに備えている、請求項２０に記載の集積回路。
【請求項２２】
第１の正電位端子及び第２の負電位端子を有する少なくとも１つのセルを含むバッテリーと、
前記少なくとも１つのセルの前記第１の端子及び前記第２の端子に結合され、前記第１の端子及び前記第２の端子の間でサンプリングされた電圧を表す電圧を出力する単一の端子を含む少なくとも１つのバッテリーセンサと、
前記少なくとも１つのバッテリーセンサの前記単一の端子に結合され、前記サンプリングされた電圧のデジタル表現を出力するように構成されたアナログ・デジタル変換器と、
前記サンプリングされた電圧の前記デジタル表現を受信するように構成され、前記少なくとも１つのバッテリーセンサのサンプル・ホールド機能を制御するイネーブル信号を発生するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記少なくとも１つのバッテリーセンサは、
前記少なくとも１つのセルの電圧をサンプリングするように構成された電圧センサと、
前記電圧センサと電気的に通信し、前記サンプリングされたセル電圧をスケーリングするように構成されたバッファと、
サンプルフェーズ中に前記電圧センサを前記第１の端子及び前記第２の端子に結合し、ホールドフェーズ中に前記電圧センサを前記バッファに結合するように構成された、第１のスイッチング素子を含む少なくとも１つのスイッチング素子と、
前記コントローラからのイネーブル信号に応答して前記少なくとも１つのスイッチング素子を制御する第１の信号を発生するように構成された信号発生器と、
を有し、
前記第１のスイッチング素子は、前記少なくとも１つのセルと前記電圧センサとの間に結合され、前記少なくとも１つのバッテリーセンサは、前記信号発生器を前記第１のスイッチング素子から絶縁するための少なくとも１つのキャパシタをさらに有し
前記電圧センサは、前記少なくとも１つのセルの電圧を感知するための第１および第２のキャパシタを有し、該第１および第２のキャパシタは、それぞれ前記少なくとも１つのセルの対応する端子の電位を感知してそれぞれの他端から前記バッファに伝達するように構成され、それにより、前記バッファが前記少なくとも１つのセルから絶縁され得る、バッテリーを感知するシステム。
【請求項２３】
前記バッテリーの前記少なくとも１つのセルから電流を迂回させるように構成されたセルバランシング回路をさらに備えている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのバッテリーセンサが、前記少なくとも１つのセルから電流を迂回させるように構成されたセルバランシング回路をさらに備え、
前記信号発生器は、電流迂回信号を、前記セルバランシング回路を制御する前記第１の信号に符号化するようにさらに構成されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのキャパシタと前記セルバランシング回路との間に結合され、前記第１の信号から前記電流迂回信号を復号化するように構成されたデコーダを、前記少なくとも１つのバッテリーセンサがさらに備えている、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、一般に、バッテリー電圧センサ及びシステムに関し、特に、適切な高電圧アイソレーション及び個別のバッテリーから取り出された最小電流を用いてバッテリーパックの個別のバッテリー電圧を感知する集積回路バッテリー電圧センサ及びバッテリー電圧感知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車及びハイブリッド自動車を広範囲に亘って商品化するため、自動車の最も高価なコンポーネントであるエネルギー蓄積装置又はバッテリーは、自動車の寿命を通じて高い信頼性で動作しなければならない。典型的な構成では、バッテリーは直列接続された電気化学セルの積層から形成されている。
【０００３】
電気自動車及びハイブリッド自動車で使用される大規模な電気化学セルの積層に対する共通の要件は、特に、鉛酸、リチウムイオン、又はニッケル水素バッテリーパックのような最新用途において、個別のセル電圧又はセル電圧のグループをほとんど同時に測定する必要性である。実際に、これは、測定が数ミリ秒の時間窓の範囲内で行われるべきことを意味する。
【０００４】
従来、フライングキャパシタ法がバッテリー電圧測定及び監視のためハイブリッド電気自動車で使用されている。図１を参照すると、フライングキャパシタ法を利用する別個のバッテリーセンサシステムが示されている。図１に描かれているように、個々のバッテリー、すなわち、バッテリーパックのセルＢａｔ１〜Ｂａｔｎは、それぞれのソリッドステートリレー（ＳＳＲ）をオンに切り替えることによって感知キャパシタＣｓに接続されている。抵抗器Ｒｓは、過渡的な充電電流を適度な量に制限するために感知キャパシタＣｓと直列に付加されている。
【０００５】
例えば、バッテリーＢａｔ１が感知されるべきであるならば、ソリッドステートリレーＳＳＲ＃１及びＳＳＲ＃２がオンに切り替えられ、残りのソリッドステートリレーＳＳＲ３＃〜ＳＳＲ＃ｎはオフ状態を維持し、感知キャパシタＣｓはその後にバッテリーＢａｔ１の電圧まで完全に充電される。ソリッドステートリレーＳＳＲ＃１及びＳＳＲ＃２は、ソリッドステートリレーＳＳＲ＃１１及びＳＳＲ＃１２がオンに切り替えられる前にオフに切り替えられ、アナログ・デジタル変換器ＡＤＣがその後に、抵抗器Ｒ１Ｘ及び抵抗器Ｒ２Ｘを含む抵抗分割器を介してキャパシタＣｓに蓄積された電圧のスケール変換版をサンプリングする。バッテリーＢａｔ１のスケール変換されたバッテリー電圧を表現する変換されたデジタル信号は、その後に、さらなるシステム処理のためコントローラへ転送される。
【０００６】
ソリッドステートリレーＳＳＲ＃１３及びＳＳＲ＃１４は、２本のコモンバスに接続された交流バッテリーの極性反転を補正するため、ソリッドステートリレーＳＳＲ＃１１及びＳＳＲ＃１２と交互に使用される。
【０００７】
しかし、図１に示されているバッテリー電圧感知の実施のいくつかの欠点がある。第一に、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）及び寄生リークの影響を最小限に抑えるため、感知キャパシタＣｓは十分な大きさであることが必要である。大きな感知キャパシタＣｓは、感知中の大量の充電、又は充電時間が一定に保たれるならば、より大きな充電電流を意味する。第二に、大きな充電電流は望ましくなく、充電路インピーダンスのアンバランスを考慮すると、ＥＭＩ問題を引き起こす可能性がある。過渡電流制限抵抗器Ｒｓは、充電電流を適度な量に制限するため付加されている。しかし、感知キャパシタＣｓと一緒になって、ローパス特性がシステム速度を落とすことは避けられない。その上、システム速度は、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）によって実施されたスイッチによる影響をさらに受ける。ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）は、それ自体の作動メカニズムが原因となって、一般的にかなり低速である。それに加えて、「ブレークビフォアメーク」が感知（又はサンプル）・ホールドシステムにおいて厳密に観察されなければならない。さらに、あらゆるソリッドステートリレー（ＳＳＲ）が制御信号を必要とし、このディスクリートソリューションは、コンポーネント数が増加するだけでなく、配線ルーティングの点で非常に複雑になる。
【０００８】
従って、比較的短時間のうちにバッテリーパックの個々のバッテリー電圧を感知する技術の必要性がある。さらに、コンポーネント数及びシステム配線ルーティングを削減するバッテリー電圧感知システムで利用される集積バッテリーセンサの必要性がある。
【０００９】
本開示の分野に直接的又は間接的に関係する主題を含む種々の特許文献には、以下の文献が含まれるが、以下の文献に限定されない。
１９９８年９月１５日付けの「Ｂａｔｔｅｒｙ  ｍｏｎｉｔｏｒ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅｓ」に関するＫｏｐｅｒａへの米国特許第５，８０８，４６９号。
２０００年７月２５日付けの「Ｂａｔｔｅｒｙ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ−ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ−ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ｕｎｉｔ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｉｇｎａｌ」に関するＳｈｉｍａｎｅ、その他への米国特許第６，０９４，０３１号。
２０００年１２月２６日付けの「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｓｅｒｉｅｓ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｅｌｌ  ｖｏｌｔａｇｅｓ」に関するＡｓｈｔｉａｎｉ、その他への米国特許第６，１６６，５４９号。
２００２年６月２５日付けの「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｓｅｒｉｅｓ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｅｌｌ  ｖｏｌｔａｇｅｓ」に関するＡｓｈｔｉａｎｉ、その他への米国特許第６，４１１，０９７号。
２００２年１０月２９日付けの「Ａｃｃｕｒａｔｅ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  ｒｅｌａｙ  ｉｓｏｌａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ」に関するＫａｎｇへの米国特許第６，４７２，８８０号。
２００６年７月２７日付けの「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｃｈａｒｇｉｎｇ／ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｏｆ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐａｃｋｓ」に関するＳｉｍへの米国特許出願公開第２００６／０１６４０４２号。
２００７年４月２６日付の「Ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ」に関するＳｅｏへの米国特許出願公開第２００７／００９０８０２号。
２００７年５月３日付けの「Ｂａｔｔｅｒｙ  ｆｕｅｌ  ｇａｕｇｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ」に関するＭａｉｒｅａｎｕへの米国特許出願公開第２００７／００９６６９７号。
２００７年５月２４日付の「Ｂａｔｔｅｒｙ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ」に関するＭｉｙａｍｏｔｏへの米国特許出願公開第２００７／０１１４９７３号。
【００１０】
上記刊行物の日付は、優先日、出願日、公開日及び発行日のうちのいずれか１つに対応している。本背景の欄における上記特許及び特許出願の一覧は、上記の一覧からの１件以上の刊行物が本出願人の種々の実施形態に関して従来技術を構成するという本出願人又は出願人の弁護士による承認ではなく、又は承認であるとみなされるべきでない。
【発明の開示】
【００１１】
適切な高電圧アイソレーションと個別のバッテリーから取り出される最小限の電流とを使ってバッテリーパックの個々のバッテリー電圧を感知する集積回路バッテリー電圧センサ及びバッテリー電圧感知システムが提供される。
【００１２】
本開示の一態様によれば、バッテリーの電圧をサンプリングするように構成された電圧センサと、電圧センサと電気的に通じ、サンプリングされたバッテリー電圧をスケーリングし、サンプリングされたバッテリー電圧に比例する電圧信号を出力するため構成されたバッファとを含み、電圧センサは、バッテリーからバッファを絶縁するようさらに構成されている、バッテリーセンサが提供される。電圧センサは、バッテリーの正電位端子に結合された第１のキャパシタと、バッテリーの負電位端子に結合された第２のキャパシタとを含む。
【００１３】
別の態様では、バッテリーセンサは、サンプルフェーズ中に電圧センサをバッテリーに結合し、ホールドフェーズ中に電圧センサをバッファに結合するため構成された少なくとも１つのスイッチング素子をさらに含む。
【００１４】
さらなる態様では、バッテリーセンサは、外部の第２の信号に応答して少なくとも１つのスイッチング素子を制御する第１の信号を発生するように構成された信号発生器をさらに含む。第１の少なくとも１つのスイッチング素子はバッテリーと電圧センサとの間に結合され、バッテリーは、信号発生器を第１の少なくとも１つのスイッチング素子から絶縁させる少なくとも１つのキャパシタをさらに含む。
【００１５】
一態様では、バッファは、零次サンプル・ホールド回路、又は１次ローパスフィルタ特性付きのサンプル・ホールド回路である。
【００１６】
さらに別の態様では、バッテリーセンサは、バッファの出力に結合された第１の連続時間フィルタをさらに含む。場合によっては、バッテリーセンサは、第１のフィルタの出力に結合されて出力された電圧信号の所望の周波数応答を出力する第２のフィルタをさらに含む。
【００１７】
本開示の別の態様によれば、バッテリーセンサは、バッテリーから電流を迂回させるため構成されたセルバランシング回路をさらに含む。一実施形態では、信号発生器は、セルバランシング回路を制御する電流迂回信号を第１の信号上に符号化するためさらに構成されている。バッテリーセンサは、少なくとも１つのキャパシタとセルバランシング回路との間に結合されて第１の信号から電流迂回信号を復号化するデコーダをさらに含む。
【００１８】
本開示のさらなる態様によれば、バッテリーの電圧を感知する集積回路は、バッテリーの正電位端子に結合するため構成された第１の入力端子及びバッテリーの負電位端子に結合するため構成された第２の入力端子を含む第１のダイと、バッテリーの電圧をサンプリングするように構成され、第１の入力端子及び第２の入力端子と電気的に通じている電圧センサを含む第２のダイとを含み、第１のダイ及び第２のダイが互いに電気的に絶縁されている。電圧センサは、第１の入力端子に結合された第１のキャパシタと、第２の入力端子に結合された第２のキャパシタとを含む。
【００１９】
別の態様では、集積回路は、サンプルフェーズ中に電圧センサを第１の入力端子及び第２の入力端子に結合し、ホールドフェーズ中に電圧センサをバッファに結合するため構成された少なくとも１つのスイッチング素子をさらに含む。信号発生器は第２のダイに配置され、外部の第２の信号に応答して少なくとも１つのスイッチング素子を制御する第１の信号を発生させるように構成され、第１の少なくとも１つのスイッチング素子が第１の入力端子又は第２の入力端子と電圧センサとの間に結合され、集積回路は信号発生器を第１の少なくとも１つのスイッチング素子から絶縁させる少なくとも１つのキャパシタをさらに含む。バッファは、電圧センサと電気的に通じた状態で第２のダイに配置され、サンプリングされたバッテリー電圧をスケーリングし、サンプリングされたバッテリー電圧に比例する電圧信号を出力する。
【００２０】
さらに別の態様では、集積回路は、第１のダイに配置されてバッテリーから電流を迂回させるため構成されたセルバランシング回路をさらに含み、信号発生器がセルバランシング回路を制御する電流迂回信号を第１の信号上に符号化するようにさらに構成されている。デコーダは、第１のダイに配置され、少なくとも１つのキャパシタとセルバランシング回路との間に結合され、第１の信号から電流迂回信号を復号化するため構成されている。
【００２１】
本開示の別の態様によれば、バッテリーを感知するシステムが提供される。システムは、第１の正電位端子及び第２の負電位端子を有する少なくとも１つのセルを含むバッテリーと、少なくとも１つのセルの第１の端子及び第２の端子に結合され、第１の端子及び第２の端子の間でサンプリングされた電圧を表す電圧を出力する単一の端子を含む少なくとも１つのバッテリーセンサと、少なくとも１つのバッテリーセンサの単一の端子に結合され、サンプリングされた電圧のデジタル表現を出力するため構成されたアナログ・デジタル変換器と、サンプリングされた電圧のデジタル表現を受信するように構成され、少なくとも１つのバッテリーセンサのサンプル・ホールド機能を制御するイネーブル信号を発生するため構成されたコントローラを含み、少なくとも１つのバッテリーセンサが、少なくとも１つのセルの電圧をサンプリングするように構成された電圧センサと、電圧センサと電気的に通じ、サンプリングされたバッテリー電圧をスケーリングするため構成されたバッファとを含み、電圧センサがバッファを少なくとも１つのセルから絶縁させるためさらに構成されている。電圧センサは、第１の正電位端子に結合された第１のキャパシタと、負電位端子に結合された第２のキャパシタとを含む。
【００２２】
別の態様では、本システムは、バッテリーの少なくとも１つのセルから電流を迂回させるため構成されたセルバランシング回路をさらに含む。
【００２３】
本開示の上記の態様、特徴及び利点と、その他の態様、特徴及び利点は、添付図面と共に読まれるべき好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から記載されるか、又は明白になる。
【００２４】
図面中、同じ参照符合は全図を通じて類似した要素を示している。
【００２５】
図面は開示内容の概念を説明することを目的とし、必ずしも開示内容を説明するための唯一の実現可能な構造ではないことが理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図に示されている要素は、種々の形式のハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実施されることが理解されるべきである。好ましくは、これらの要素は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスを含むことがある１つ以上の適切にプログラムされた汎用装置上でハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実施される。
【００２７】
本明細書は本開示の原理を説明する。従って、当業者は、明示的に記載されていなくても、又は本明細書中に明らかにされていなくても、本開示の原理を具現化し、かつ、本開示の精神及び範囲に含まれる種々の措置を講じ得ることが認められる。
【００２８】
本明細書に列挙されているすべての実施例及び条件付き文言は、技術促進のため本発明者によってもたらされた開示及び概念の原理を理解する際に読者を助けるために分かり易く説明することを意図するものであり、このような具体的に列挙された実施例及び条件に制限されないものとして解釈されるべきである。
【００２９】
さらに、本開示の原理、態様、及び実施形態と、本開示の具体的な実施例を列挙する本明細書のすべての記述は、本開示の構造及び機能の両面での均等物を包含することが意図されている。その上、このような均等物は、現時点で知られている均等物、及び将来開発される均等物、すなわち、構造とは無関係に同じ機能を実行する開発された要素の両方を含むことが意図されている。
【００３０】
図に示されている種々の要素の機能は、専用ハードウェア、及び適切なソフトウェアと共同してソフトウェアを実行する能力を備えたハードウェアの使用によって提供されることができる。プロセッサによって提供されるとき、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は一部が共有されてもよい複数個の個々のプロセッサによって提供されてよい。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行する能力を備えたハードウェアを排他的に参照するように解釈されるべきでなく、非限定的に、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び不揮発性記憶装置を暗黙的に含むことがある。
【００３１】
従来型及び／又はカスタム型のその他のハードウェアもまた含まれることがある。同様に、図に示されているスイッチは概念的に過ぎない。スイッチの機能は、プログラムロジックの動作、専用ロジック、プログラム制御及び専用ロジックの相互作用を通じて実行され、あるいは、手動で実行されることもあり、前後関係からより具体的に理解されるように特有の技術が実施者によって選択可能である。
【００３２】
本文書中の特許請求の範囲において、指定された機能を実行する手段として表現されている要素は、例えば、ａ）その機能を実行する回路要素の組み合わせ、又はｂ）ファームウェア、マイクロコードなどを含み、この機能を実行するためソフトウェアを実行する適切な回路と組み合わされたあらゆる形式のソフトウェアを含む、その機能を実行するあらゆる方式を包含することが意図されている。このような特許請求の範囲によって定められるような開示は、種々の列挙された手段によって提供される機能が、特許請求の範囲が主張するように組み合わされ、１つにまとめられるということにある。従って、これらの機能を提供し得るあらゆる手段は本明細書に明らかにされている手段と等価である。
【００３３】
バッテリーパックの複数のバッテリー電圧を感知する集積回路バッテリーセンサ及びシステムが提供される。最新技術及び集積回路技術を利用することにより、本開示のセンサ及びシステムは、従来技術より遙かに高速にスケーリングされたバッテリー電圧を検知し、出力できるだけでなく、必要とされる制御信号及びルーティングの個数を最小限に抑える。さらに、バッテリーセンサ及びシステムは、バッテリーパックから少量の電流だけを取り出す。
【００３４】
本開示による典型的なバッテリー電圧感知システム１０が図２に示されている。システム１０は集積回路バッテリーセンサ１００を利用し、バッテリーセンサ１００は、図３を参照してより詳細に説明されるように、内部的に絶縁されている。バッテリー電圧は、バッテリーセンサ１００によって感知され、絶縁障壁を介して送られ、バッテリー電圧を表す電圧を出力するため増幅器によってスケーリングされバッファされる。個々のバッテリーセンサは、外部コントローラ１４からのそれぞれのイネーブル信号によってイネーブル状態にされる。バッテリーパックの電圧を１つずつ感知するため、唯一のバッテリーセンサ１００だけが同時にイネーブル状態になり、残りのバッテリーセンサの出力はトライステート状態になる。すべてのバッテリーセンサの出力は一緒に短絡され、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１２に供給される。いずれか１つのバッテリーセンサ１００からの電圧出力ＶｏｕｔがＡＤＣ１２の入力に供給され、ＡＤＣ１２はその後にバッテリー電圧のデジタル表現をさらなる処理のためコントローラ１４へ出力する。
【００３５】
図３を参照すると、本開示の実施形態によるバッテリー電圧センサ１００が示されている。バッテリー電圧センサ１００は、パッケージ化されたチップ内に、２つの別個のシリコンダイ、すなわち、ハイ側ダイ１０２及びロー側ダイ１０４を含む。同じチップ内に２つの別個のダイを保有することにより、各ダイ１０２、１０４は、互いに内部的に絶縁されている。４つの高電圧キャパシタＣｓ１、Ｃｓ２、Ｃｅｎ１及びＣｅｎ２が２つの絶縁されたダイ又はチップ１０２、１０４の間で感知されたバッテリー電圧信号を伝達するため設けられている。
【００３６】
バッテリーセンサ１００は、感知対象であるバッテリーに結合されるべき少なくとも２つの端子１０６、１０８を含む。入力端子Ｖ＿ｂａｔｔ＋  １０６はバッテリー又はセルの正電位端子に結合され、入力端子Ｖ＿ｂａｔｔ−  １０８はバッテリー又はセルの負電位端子に結合される。入力端子Ｖ＿ｂａｔｔ＋  １０６はキャパシタＣｓ１に結合され、入力端子Ｖ＿ｂａｔｔ−  １０８はキャパシタＣｓ２に結合される。ハイ側ダイ１０２及びロー側ダイ１０４は互いに絶縁されているので、キャパシタＣｓ１及びＣｓ２、例えば、電圧センサは、感知された電圧を一方のダイから別のダイへ転送する。
【００３７】
高電圧アイソレーションが４つの高電圧キャパシタ、すなわち、キャパシタＣｅｎ１、Ｃｅｎ２、Ｃｓ１及びＣｓ２によって実現されることがわかる。これらのキャパシタは、高電圧アイソレーションのための適切な絶縁耐力を伴う金属の様々な層を使用して実施される。高電圧キャパシタは、最新プロセステクノロジーにおいて様々な金属層の間に容易に形成され得る。高電圧を維持するため、選択される金属層は、金属層間に十分な空間を有することが必要である。理論的には、これらの４つのキャパシタは、ハイ側ダイ１０２又はロー側ダイ１０４のいずれかに置くことが可能であるが、高電圧コモンモード事象に対する適切なマッチングとイミュニティのため、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２は一緒に同じダイに存在することが必要であり、同じことがコンデンサＣｓ１及びＣｓ２にも当てはまる。一実施形態では、寄生容量、寄生インダクタンス、及び２つのダイのダイ面積を考慮して、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２はハイ側ダイ１０２に設置され、キャパシタＣｓ１及びＣｓ２はロー側ダイ１０４に設置される。
【００３８】
キャパシタＣｓ０は、キャパシタＣｓ１及びＣｓ２によって感知されたスケーリングされたバッテリー電圧である電圧を記憶するためキャパシタＣｓ１及びＣｓ２と直列に結合される。バッテリーセンサ１００は、キャパシタＣｓ０からの電圧信号をバッファするように構成されたバッファ１１８をさらに含む。バッテリーセンサ１００は、バッテリーセンサ１００の動作に関して後述されているように、一方のフェーズでバッテリーから、別のフェーズではバッファから、キャパシタＣｓ１及びＣｓ２（例えば、電圧センサ）を絶縁させる複数個のスイッチＳＷ１−Ｓ４をさらに含む。スイッチはＭＯＳトランジスタによって実施される。電源電圧及びバッテリー電圧に依存して、高電圧トランジスタが利用されてもよい。
【００３９】
動作時、イネーブル信号（ＥＮ）が外部ソース、例えば、バッテリー感知システムのコントローラから端子１２０で受信される。イネーブル信号（ＥＮ）は、あるオンチップタイミング回路（図示せず）付きのサンプル・ホールド信号発生ブロック１２２（例えば、サンプル・ホールド信号発生器）によってサンプル・ホールド信号に変換される。サンプル・ホールド信号は、外部コントローラからのイネーブル信号を使って、オンチップ発振器及びある標準的なロジックを利用することによって発生させられ得る。複数のサンプル・ホールド信号もまた、高電圧コモンモードの電圧変化の場合にシステムの頑強性を高めるために、単一のイネーブル信号から発生させられ得る。
【００４０】
サンプル・ホールド信号１２４は、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２を介して絶縁障壁を越えて転送される。ハイ側ダイ及びロー側ダイの両方のサンプル・ホールド信号は、適切な感知（又はサンプル）・ホールド機能を保証するために、重ならないように設計されている。
【００４１】
ブロック１２６は、高電圧キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２を越えてサンプル・ホールド信号を駆動するように構成されたデジタルドライバであり、一方、ハイ側ダイ上のブロック１２８は、送信された信号を受信し、この信号をフルスイングデジタル信号に増幅し、重なり合いのないサンプル・ホールド信号を発生させるように構成されている。スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２はこれらの信号によって制御される。
【００４２】
かなりの量の信号減衰のため、ドライバ１２６は適切な電圧スイングで信号を駆動することが必要であり、その結果、受信器ブロック１２８は信号を正確に受信することが可能である。ロー側ダイ１０４上の電源供給が低すぎるならば、チャージポンプが、より高い電源電圧をドライバ１２６に供給するために実施され得る。
【００４３】
端子ＶＤＤ及びＧＮＤはロー側ダイ１０４への電力に使われ、Ｖ＿ｂａｔｔ＋  １０６及びＶ＿ｂａｔｔ−  １０８は、ハイ側ダイ１０２と電圧感知端子とのために使われる。
【００４４】
サンプリングフェーズで、バッテリーの正電圧及び負電圧（Ｖｂａｔｔ＋及びＶｂａｔｔ−）は、スイッチＳＷ１を閉じ、スイッチＳＷ２を開くことによりキャパシタＣｓ１及びＣｓ２でそれぞれサンプリングされ、ロー側に接続されたキャパシタプレート１１４、１１６は、スイッチＳＷ３及びスイッチＳＷ４を閉じることによりロー側で基準電圧に短絡される。基準電圧は、１３０、例えば、ロー側ダイ接地（ＧＮＤ）接続として示されている。より良い動作及びより簡単な設計のため、基準電圧は、実際には、バンドギャップ回路から発生可能であるＶＤＤの約半分が選択され、適切な駆動強度を使って増幅器によってバッファされる。ロー側への電源電圧、例えば、Ｖｄｄは約１．８Ｖから約５．５Ｖまで可変であり、ハイ側電源電圧（例えば、個々のバッテリーセル電圧）は数百ｍＶの低さになり、バッテリーセルのタイプに依存して１８Ｖの高さになり得る。
【００４５】
サンプリングフェーズの終わりに、キャパシタＣｓ１はスイッチＳＷ１を開くことによりバッテリーから切り離される。ホールディングフェーズ中に、スイッチＳＷ２が閉じられ、同時にスイッチＳＷ３及びＳＷ４が開き、サンプリングフェーズ中にＣｓ１及びＣｓ２に蓄積された電荷が容量の比率に応じて、Ｃｓ１、Ｃｓ２及びＣｓ０の間で再配分される。キャパシタＣｓ０上の電圧はその後にバッファ１１８によってバッファされ、端子Ｖｏｕｔ１３２に出力される。バッファ１１８は、図５（ｃ）に示され、後述されているような簡単なバッファを使用して実施され得る。出力信号は、図２に示されているＡＤＣ１２の入力要件に依存して差動型でもシングルエンド型でもよい。シングルエンド型が例示の目的のため図３に示されている。
【００４６】
サンプリング及び再配分キャパシタは、バッファ構造と共に再配置され得る。図４は、バッテリー電圧を感知し保持し、スケーリング及びバッファリングがバッファブロックによって実現される別の可能な実施形態を示している。このアーキテクチャは、図３に示されているアーキテクチャより対称性がある。サンプリングフェーズ中に、スイッチＳＷ１、ＳＷ７及びＳＷ８がキャパシタＣｓ１及びＣｓ２上でバッテリー電圧をサンプリングするため閉じ、同時にスイッチＳＷ２、ＳＷ５及びＳＷ６は開く。バッファブロック１１８内のスイッチＳＷ９及びＳＷ１０もまた、図５（ａ）及び５（ｂ）に示されているように、キャパシタＣ１及びＣ２をリセットするために閉じる。ホールドフェーズ中に、スイッチＳＷ１、ＳＷ７、ＳＷ８、ＳＷ９及びＳＷ１０が開き、一方、スイッチＳＷ２、ＳＷ５及びＳＷ６は、電荷転送、電圧スケーリング、及び電圧バッファリングのため閉じる。図５（ａ）を参照すると、サンプリングフェーズ中にキャパシタＣｓ１及びＣｓ２に蓄積された電荷がキャパシタＣ１及びＣ２に転送され、電圧スケーリングがＣ１／Ｃｓ１という比率で実現され、キャパシタＣ１及びＣ２の両端間の電圧が増幅器（ａｍｐ１）１５０によって保持されバッファリングされる。
【００４７】
図５は、図３及び図４に示されたバッファ回路（ＢＵＦ）１１８の３通りの可能な実施を示している。図４において使用され得る図５（ａ）及び（ｂ）の両方では、増幅器（ａｍｐ１）１５０は、サンプリングフェーズ中にキャパシタＣｓ１及びＣｓ２でサンプリングされたバッテリー電圧をスケーリングし保持するように構成される。増幅器（ａｍｐ１）１５０は、適切なコモンモードフィードバック付きの完全差動型増幅器である。増幅器（ａｍｐ１）１５０は、図５（ａ）に示された構造の場合、単位利得フィードバックのために安定であるに違いない。増幅器（ａｍｐ２）１５２はシングルエンド型増幅器であり、ＡＤＣ１２の入力容量及び抵抗を含むオフチップ負荷を駆動できることが必要である。増幅器（ａｍｐ２）１５２は、増幅器（ａｍｐ１）１５０の差動出力をシングルエンド型出力に変換する。増幅器（ａｍｐ２）１５２は、さらにまた、適切な駆動能力を後に続く負荷に提供しなければならない。例えば、出力がそのまま端子Ｖｏｕｔ１３２へ進むならば、増幅器（ａｍｐ２）１５２は、オフチップ負荷及び寄生部分を駆動できることが必要である。増幅器（ａｍｐ２）１５２自体が適切な駆動能力を提供し得ないならば、付加的な高駆動能力バッファ増幅器がさらに増幅器（ａｍｐ２）１５２の出力に追加されてよい。図５（ｃ）は、図３に示されているバッファ回路（ＢＵＦ）１１８の代替的な可能な実施であり、図５（ａ）及び５（ｂ）に介して説明されているような増幅器と同様に構成されている増幅器ａｍｐ１ａ、ａｍｐ１ｂ及びａｍｐ２を含む。
【００４８】
サンプリングキャパシタＣｓ１、Ｃｓ２とそれぞれのスイッチとを含む図５（ａ）における実施は、零次サンプル・ホールド回路を形成する。サンプリングフェーズ中に、バッテリー電圧はキャパシタＣｓ１及びＣｓ２でサンプリングされ、一方、増幅器（ａｍｐ１）１５０の周りに接続されているキャパシタＣ１及びＣ２はスイッチＳＷ９及びＳＷ１０を閉じることによりリセットされる。ホールドフェーズでは、スイッチＳＷ９及びＳＷ１０は開放状態であり、サンプリングされた電荷がキャパシタＣ１及びＣ２へ転送され、対応する電圧が増幅器（ａｍｐ１）１５０の出力で保持される。スイッチＳＷ９及びＳＷ１０はブロック１２２によって発生されたサンプル・ホールド信号によって制御される。
【００４９】
付加的なキャパシタＣ１ａ、Ｃ１ｂ、及び対応するスイッチと一体となって、図５（ｂ）は、１次ローパスフィルタ特性をもつサンプル・ホールド回路を示している。ハイ側とロー側との間の高電圧コモンモード事象中に、ロー側からハイ側へのイネーブル信号、又はハイ側からロー側へのサンプリングされたバッテリー電圧は改変される可能性があるので、ワンショットのサンプル・ホールドシステムは十分に頑強でない。１次ローパスフィルタ特性があれば、バッテリー電圧は多数の連続的な時間にサンプリングされ保持され、増幅器（ａｍｐ１）１５０の出力での保持電圧はサンプリングされたバッテリー電圧の平均である。
【００５０】
キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ１ａ及びＣ２ａは、キャパシタＣｓ１及びＣｓ２をマッチさせるためトリミングが必要とされることがあるポリ絶縁体ポリ（ＰｉＰ）キャパシタ、又はメタル絶縁体メタル（ＭｉＭ）キャパシタであってもよい。キャパシタＣｓ１及びＣｓ２用に使用されるタイプと類似する高電圧キャパシタを、シリコン面積が問題ではないならば、より良いマッチングのために使用することもできる。さらに、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４は、ポリ抵抗器でもよく、又は技術的に知られている適当な特性をもつその他のタイプの集積抵抗器でもよい。
【００５１】
連続時間フィルタが場合によっては、より良い精度及び頑強性のため、バッテリー感知システム１０に追加されてもよい。フィルタは、図５に示されているように、バッファ１１８の増幅器（ａｍｐ１）１５０によって形成された先に切り替えられたキャパシタの性質に起因したグリッチを濾波する。連続時間フィルタは、オンチップ能動フィルタでもよく、オフチップ能動フィルタでもよく、オフチップ受動フィルタでもよく、又はこれらのどのような組み合わせでもよい。
【００５２】
図６はオンチップ能動フィルタの１つの可能な実施を示している。フィルタ１７０の端子１７２は、バッファ１１８の増幅器（ａｍｐ２）１５２の出力又は出力端子Ｖｏｕｔ１３２に結合されている。増幅器（ａｍｐ３）１７４の出力１７６は従ってバッテリーセンサ１００の出力電圧である。簡単なＲＣフィルタ１７８が増幅器（ａｍｐ３）１７４の出力に接続されてもよく、フィルタのポールを注意深く配置することによって、バターワースフィルタ応答又はチェビシェフフィルタ応答のような所望の周波数応答が図７に示されているように実現され得る。バターワース応答は最大限に平坦な通過帯域特性を保証し、チェビシェフ応答はより優れた遮断帯域減衰を実現する。この簡単なＲＣフィルタ１７８及びオンチップ２次Ｒａｕｃｈフィルタ１７０は、オンチップ／オフチップ、能動／受動型のフィルタ実施の実施例である。
【００５３】
上述されたように、本開示の集積バッテリーセンサは、例えば、ハイブリッド電気自動車におけるバッテリー測定及び監視に利用され得る。図２を再び参照すると、システム１０は、例えば、バッテリーパックのＢａｔ１、Ｂａｔ２、．．．Ｂａｔｎのようなセル毎に単一の集積回路バッテリーセンサ１００を利用する。各セルのバッテリー電圧は、バッテリーセンサ１００によって感知され、絶縁障壁を介して伝達され、例えば、Ｖｏｕｔのようなバッテリー電圧を表す電圧を出力するために増幅器によってスケーリングされバッファリングされる。個別のバッテリーセンサ１００は、コントローラ１４からのそれぞれのイネーブル信号によってイネーブル状態にされる。個別のバッテリーセル電圧を１つずつ感知するため、いつでもただ１つのバッテリーセンサ１００がイネーブル状態であり、一方、残りのバッテリーセンサの出力はトライステート状態である。例えば、個別のバッテリーセンサ１００がイネーブル状態でないならば、出力は回路の残りの部分から切断され、出力を高インピーダンス状態に置く。この状態の目的は、複数の回路、すなわち、バッテリーセンサ１００が互いに影響を与えることなく同じ出力ラインを共有することを可能にすることである。すべてのバッテリーセンサの出力は一緒に短絡され、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１２に供給される。いずれか１つのバッテリーセンサ１００からの電圧出力ＶｏｕｔがＡＤＣ１２の入力に供給され、ＡＤＣ１２はその後にバッテリー電圧のデジタル表現をさらなる処理のためコントローラ１４へ出力する。
【００５４】
最適な充電及び動作のため、バッテリーパック内のすべてのバッテリーセルは同じ電圧レベルであるべきである。システムの観点から、セルバランシングが最適な条件を実現するために必要とされる。セルバランシングは以下の通り理解することが可能である。第一に、システムコントローラ１４は、バッテリーセンサ１００を介してバッテリーセル電圧情報を収集する。システムコントローラ１４は、次に、セル電圧を他のセルの電圧と比較し、このセル電圧が他のセルより高いならば、システムコントローラ１４は電流を迂回させるコマンドを発行することを決定可能である。電流の迂回は、２種類のカテゴリー、すなわち、電流分路及び電流消費にさらに分類され得る。ある特定の用途では、バッテリーパックは充電フェーズ中に完全に充電されるとき、電流分路がセルバランシングのため使用される。ハイブリッド電気自動車の場合のようなある種の他の用途では、バッテリーパックが中間的な充電条件で動作する方が好ましいとき、電流消費が好ましい。このセルバランシング機能は、図８に示されているように、ハイ側ダイ１０２上でバッテリーセンサ１００と一体化されることができる。本実施形態では、バッテリーセンサ１００は、セルバランシング回路として、抵抗器Ｒ９及びトランジスタＮＭ１を含む。ＮＭ１のゲートは、後述されるように、復号化された迂回コマンド信号によって制御される。
【００５５】
図９（ａ）に示されているように、スイッチ又はトランジスタＮＭ１のゲートに入る迂回信号がロー状態であるならば、例えば、電流迂回コマンド＝０であるならば、スイッチＮＭ１は開き、すべての充電電流があらゆるバッテリーセルを充電するためにあらゆるバッテリーセルの中を流れる。あらゆるタイプのバッテリーセルは、最大安全充電電圧Ｖｂｍａｘを有する。例えば、最大安全充電電圧は、リチウムイオンバッテリーの場合、４．２Ｖである。バッテリーセルＢａｔ１が４．２Ｖまで充電されたと仮定すると、バッテリーセルＢａｔ１が４．２Ｖを越える充電を促進することを防止するため、スイッチＮＭ１をオンに切り替える迂回コマンドがシステムコントローラによって発行される。図９（ｂ）に示されているように、スイッチＮＭ１がオンに切り替えられ、ＲｄｓＮＭ１＝０、Ｒ９＝Ｖｂｍａｘ／Ｉ＿ｃｈａｒｇｅを仮定すると、全電流量Ｉ＿ｃｈａｒｇｅが抵抗器Ｒ９及びスイッチＮＭ１を流れる。換言すると、充電電流はバッテリーセルＢａｔ１を流れないので、バッテリーセルＢａｔ１はこれ以上充電されない。
【００５６】
電流消費は、Ｒ９＞＞Ｖｂｍａｘ／Ｉ＿ｃｈａｒｇｅであるならば、僅かに異なって構成される。正常動作中に、ある特定のセルが高い電圧を有することをシステムコントローラが判定するとき、コントローラは、図（ｄ）に示されているように、少量の電流（＝Ｖｂａｔ／Ｒ９）が抵抗器Ｒ９を介して消費され、高いバッテリーセル電圧が他のセルとゆっくり平衡状態になるように、対応するスイッチＮＭ１をオンに切り替えるために迂回コマンドを発行することを決定可能である。さもなければ、電流迂回コマンドはロー状態に変化し、バッテリーセルは、図９（ｃ）に示されているように、それぞれの正常状態で動作する。
【００５７】
上述されたように、このセルバランシング機能は、図８（ａ）に示されているように、ハイ側ダイ１０２上でバッテリーセンサ１００と一体化され得る。システム要件に依存して、セルバランシングコンポーネントであるスイッチＮＭ１と抵抗器Ｒ９のいずれかがオンチップ又はオフチップでも構わない。図８（ｂ）〜８（ｃ）は、セルバランシングコンポーネント又は回路の様々な構成を示している。トランジスタＮＭ１がオフチップであり、トランジスタＮＭ１のゲートがバッテリーセンサ１００からの迂回信号によって駆動されるとき、より大規模な電流容量用のトランジスタＮＭ１を選択することができる。トランジスタＮＭ１が大規模ＭＯＳスイッチである場合、ゲートドライバは、適切な駆動能力のため、バッテリーセンサ１００のオンチップに構築され得る。抵抗器Ｒ９がオフチップであるならば、異なる最大セル電圧が異なる抵抗器Ｒ９の値を相応に選択することにより決定され得る。
【００５８】
電流迂回コマンドは、イネーブル信号を用いて符号化され、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２を介して高電圧絶縁障壁を通過させられ、ハイ側ダイで復号化されることができる。この電流迂回コマンドは、符号化なしでロー側ダイからハイ側ダイへ伝送されても構わないが、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２と類似した２つの余分な高電圧キャパシタが必要となる。従って、電流迂回コマンドは、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２を介してハイ側へ結合され得るイネーブル信号、又は発生させられたサンプル・ホールド信号を用いて符号化することが望ましい。図１０（ａ）は符号化回路のブロック図を示し、図１０（ｂ）は信号の可能な復号化スキームを示している。正常電圧セル感知モードでは、発生させられたサンプル・ホールド信号は、上述されているようにパルスとしてキャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２を越えて伝送される。
【００５９】
電流迂回コマンドがシステムコントローラ１４によって発行されるとき、サンプル・ホールド・電流迂回信号発生器２２２は、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２を介してハイ側へ結合されるべきハイ状態信号を発生させる。デコーダ２３０は、ロー側のオンチップ発振器（図示せず）とマッチングさせられたオンチップ発振器（図示せず）によって実現されたローカルクロックを基準にしてこの高レベルを復号化する。信号がある程度のサイクル、例えば、ｎサイクルに亘ってハイ状態に保たれるならば、チップはセルバランシングモードに入り、トランジスタＮＭ１がオンに切り替えられる。ＮＭ１をオフに切り替え、セルバランシングモードを停止するため、サンプル・ホールド・電流迂回信号発生器２２２は、キャパシタＣｅｎ１及びＣｅｎ２の向こう側へ低レベルを送り、デコーダ２３０はローカルクロックを基準にして低レベルを再び復号化し、低レベルがｎサイクルに亘ってロー状態に保たれるならば、チップはセルバランシングモードから抜け出し、正常電圧セル感知モードに入る。
【００６０】
本開示の教示を組み込む実施形態が本明細書中で明らかにされ詳細に記載されているが、当業者はこれらの教示を依然として組み込む多数のその他の変形実施形態を容易に考え出すことが可能である。（例示的であることが意図され、限定的であることが意図されていない）バッテリーパックの個別のバッテリー電圧を感知する集積回路バッテリー電圧センサ及びバッテリー電圧感知システムの好ましい実施形態が記載されているが、変更及び変形が上記の教示を考慮に入れて当業者によって行われ得ることに注意を要する。従って、特許請求の範囲によって外縁が規定されるような開示の範囲及び精神に含まれる変更が、明らかにされた開示の特定の実施形態になされる可能性があることが理解されるべきである。特許法によって要求された詳細さ及び精密さで開示が記載されているが、特許証によって権利が主張され保護されることが望まれる事項は、特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来技術のディスクリートバッテリーセンサシステムの図である。
【図２】本開示による典型的なバッテリー電圧検知システムの図である。
【図３】本開示の実施形態によるバッテリー電圧センサの回路ブロック図である。
【図４】本開示の別の実施形態によるバッテリー電圧センサの回路ブロック図である。
【図５ａ】本開示のバッテリー電圧センサで利用されるバッファ回路の実施形態の図である。
【図５ｂ】図４に示されたＢＵＦブロックのバッファ回路の代替的な実施形態の図である。
【図５ｃ】図３に示されたＢＵＦブロックのバッファ回路のさらに別の代替的な実施形態の図である。
【図６】本開示のバッテリー電圧センサで利用されるフィルタ回路の図である。
【図７】本開示の実施形態によるオフチップＲＣフィルタ及びオンチップ能動フィルタを含む典型的なバッテリー電圧センサの図である。
【図８ａ】本開示の実施形態によるセルバランシング回路を含む典型的なバッテリー電圧センサの図である。
【図８ｂ】バランシング構造の典型的な代替的な実施形態の図である。
【図８ｃ】バランシング構造の典型的な代替的な実施形態の図である。
【図９ａ】セルバランシングの電流分路及び電流消費を説明する図である。
【図９ｂ】セルバランシングの電流分路及び電流消費を説明する図である。
【図９ｃ】セルバランシングの電流分路及び電流消費を説明する図である。
【図９ｄ】セルバランシングの電流分路及び電流消費を説明する図である。
【図１０ａ】本開示の実施形態によるサンプル・ホールド・セルバランシング回路のブロック図である。
【図１０ｂ】本開示の実施形態によるサンプル・ホールド・セルバランシングの電流迂回コマンド符号化スキームのタイミング図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００  バッテリーセンサ
１０２  ハイ側ダイ
１０４  ロー側ダイ
１０６  端子
１０８  端子
１１４、１１６  キャパシタプレート
１１８  バッファ
１２０  端子
１２２  サンプル・ホールド信号発生ブロック
１２６  ドライバ
１２８  受信器ブロック
１３２  端子
Ｃｓ０  キャパシタ
Ｃｓ１、Ｃｓ２  高電圧キャパシタ
Ｃｅｎ１、Ｃｅｎ２  高電圧キャパシタ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４  スイッチ
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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