(57)【要約】【課題】外来電磁波ノイズの影響を防止し、通信距離も長くすることが可能で、かつ、通信相手方との直流的な影響も排除した充放電監視装置を提供する。【解決手段】バッテリパックの充放電監視装置において、監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍと、各監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍが搭載される配線基板と、配線基板間を接続する信号伝達経路とを含み、ディジーチェーン接続の上位側の監視集積回路ＩＣ２と下位側の監視集積回路ＩＣ１との端子間を対応するコンデンサＣ１〜Ｃ１２のそれぞれを介して接続する２線式伝送路で構成し、コンデンサＣ１〜Ｃ１２のそれぞれと配線基板上において対応する監視集積回路ＩＣ１，ＩＣ２の端子とを接続する配線部の配線長は、当該配線基板が配置される電磁波ノイズ環境における当該ノイズ電磁波に対して共振しない長さに構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の電池セルを一組として複数組が多段に直列結合されてなるバッテリパックの充放電を監視するための充放電監視装置であって、
前記複数組のそれぞれに対応して配置され、前記対応する組における複数の電池セルの電圧変動を監視するように構成された監視回路と、差動データが入力される一対の内部接続端子を備えた受信回路と、差動データを出力する一対の内部接続端子を備えた送信回路とを含む半導体集積回路ユニットと、前記内部接続端子のそれぞれに対応して設けられた外部接続端子と、前記内部接続端子のそれぞれに対応して配置され対応する前記内部接続端子と前記外部接続端子との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサのそれぞれに対応して配置され一端が前記外部接続端子側に接続され他端が所定の電位に接続されるように配置された抵抗と、を備えた配線基板と、
前記配線基板間に跨って配置され、対応する前記外部接続端子間をそれぞれ電気的に接続する導電線を含み、前記複数の半導体集積回路ユニットをディジーチェーン接続する信号伝達経路と、
を含み、
前記信号伝達経路は、前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路ユニットからの出力を前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路ユニットに対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第１の２線式伝送路と、前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路ユニットからの出力を前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路ユニットに対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第２の２線式伝送路と、を構成し、
前記コンデンサと対応する前記内部接続端子とを接続する前記配線基板上における配線部の配線長は、当該配線基板が配置される電磁波ノイズ環境における当該ノイズ電磁波に対して共振しない長さに構成されていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項２】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記差動データを伝送する前記第１及び第２の２線式伝送路における対となる伝送路は、前記電磁波ノイズによる電位変動に対して互いに同等になるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項３】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記第１及び第２の２線式伝送路を構成する伝送路のそれぞれに前記抵抗を介して与えられる前記所定の電位は、互いにほぼ等しくなるような電池セルの電圧が選ばれることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項４】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記半導体集積回路ユニットのそれぞれに、前記差動データが入力される内部接続端子に接続された、当該半導体集積回路ユニットに設けられた受信回路に適合した電位バイアス回路がさらに設けられていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項５】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記受信回路と前記送信回路とは一つの送受信回路として構成され、前記内部接続端子は受信用と送信用に共用される一対の入出力端子として構成され、前記第１及び第２の２線式伝送路は共用される一組の２線式伝送路として構成され、双方向送受信通信を担うように構成されていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項６】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記一組の直列接続された電池セルとこれに対応する前記配線基板によって一つのモジュールが構成され、一つの前記モジュールの最高電位が上位電位モジュールの最低電位に、最低電位が下位電位モジュールの最高電位にそれぞれ接続され、前記信号伝達経路を介してディジーチェーン接続して複数個の前記モジュールで前記バッテリパックが構成されるとき、
前記モジュールのそれぞれにおいて、前記ディジーチェーン接続の上位側のモジュールに接続する伝達経路側に配置された前記抵抗の前記他端が当該モジュールにおける最高電位に接続され、前記ディジーチェーン接続の下位側のモジュールに接続する伝達経路側に配置された前記抵抗の前記他端が当該モジュールにおける最低電位に接続されることで前記所定の電位がそれぞれ与えられるように構成されたことを特徴とする充放電監視装置。
【請求項７】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記一組の直列接続された電池セルとこれに対応する前記配線基板によって一つのモジュールが構成され、一つの前記モジュールの最高電位が上位電位モジュールの最低電位に、最低電位が下位電位モジュールの最高電位にそれぞれ接続され、前記信号伝達経路を介してディジーチェーン接続して複数個の前記モジュールで前記バッテリパックが構成されるとき、
前記モジュールのそれぞれにおいて、前記ディジーチェーン接続の上位側のモジュールに接続する伝達経路側に配置された前記抵抗の前記他端が当該モジュールにおける最高電位に接続され、前記ディジーチェーン接続の下位側のモジュールに接続する伝達経路側に配置された前記抵抗の前記他端が当該モジュールにおける最高電位と最低電位との範囲内の電位に接続されることで前記所定の電位がそれぞれ与えられるように構成されたことを特徴とする充放電監視装置。
【請求項８】
請求項５記載の充放電監視装置において、
前記送受信回路は、ＣＭＬ差動回路と、受信モード時に差動データを受信するオフセット付き入力バッファと、受信モード時の振幅中心を決める抵抗分割電位を生成する振幅中心電位生成回路と、前記抵抗分割電位を基準とする受端抵抗を有する受端抵抗回路と、送信モード時に差動データを送信し、この差動データの振幅中心電位と前記抵抗分割電位とを等しくする送端抵抗を有するＣＭＬ送信ドライバとを含み、
送信モード時の前記ＣＭＬ送信ドライバのインピーダンスＺＴＸ（ｄｉｆｆ）と、受信モード時の前記受端抵抗回路のインピーダンスＺＲＸ（ｄｉｆｆ）と、伝送系の特性インピーダンスＺ０との関係が、ＺＴＸ（ｄｉｆｆ）＝ＺＲＸ（ｄｉｆｆ）＝２×Ｚ０となるように、前記送端抵抗と前記受端抵抗とが制御されることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項９】
請求項５記載の充放電監視装置において、
前記送受信回路は、ＣＭＬ差動回路と、受信モード時に差動データを受信するオフセット付き入力バッファと、受信モード時の振幅中心を決める抵抗分割電位を生成する振幅中心電位生成回路と、前記抵抗分割電位を基準とする受端抵抗を有する受端抵抗回路と、送信モード時に差動データを送信し、この差動データの振幅中心電位と前記抵抗分割電位とを等しくする送端抵抗を有するＣＭＬ送信ドライバとを含むＣＭＬ回路と、
前記送受信回路の接続先との間でデータの送受信を行う入出力端と、前記入出力端と基準電位との間に接続されたプルダウン抵抗と、前記プルダウン抵抗の接続・非接続を制御するスイッチ手段とを含むＴＴＬ双方向回路と、
を備え、
前記ＴＴＬ双方向回路の消費電力が前記ＣＭＬ回路の消費電力より小さく構成されており、
前記送受信回路の接続先および動作モードに応じて前記ＣＭＬ回路と前記ＴＴＬ双方向回路の動作状態を切り替える制御を行うことを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１０】
請求項９記載の充放電監視装置において、
前記ディジーチェーン接続の前記半導体集積回路ユニットのいずれかが無通信状態にある時には、前記ＣＭＬ回路をディスエーブルする制御を行うことにより当該半導体集積回路ユニットの前記送受信回路をスリープモードに移行させ、
前記スリープモードにある送受信回路の前記半導体集積回路ユニットでは、下位側にある前記ＴＴＬ双方向回路から送信されるウェイクアップ信号に応答して前記ＣＭＬ回路をイネーブルする制御を行うことにより前記送受信回路をスリープモードから復帰させる
制御が行われることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の充放電監視装置において、
前記ウェイクアップ信号は前記２本の通信路を使用して時間差を付けて上位側に送信され、受信側では前記ウェイクアップ信号の取りこぼしがないようにマスク期間が設けられていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１２】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記バッテリパックの最下段の電池セルの一組に対応する前記半導体集積回路ユニットは、さらに、前記充放電監視装置に接続される外部装置との間での通信を制御する制御部を含み、
前記制御部は、
前記外部装置からのコマンドを、前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路ユニットに順次伝達し、
前記半導体集積回路ユニットのそれぞれで生成される測定データを前記ディジーチェーン接続の上位側から下位側の前記半導体集積回路ユニットに自分自身の測定データを付加して順次伝達し、前記外部装置に伝達する
制御を行うことを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の充放電監視装置において、
前記制御部は、前記データと前記コマンドのそれぞれに２値の０と１のバランスが取れたダミーパターンを挿入して送信する制御を行うことを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１４】
請求項１記載の充放電監視装置において、
前記ディジーチェーン接続の前記半導体集積回路ユニットの対となる端子には、当該端子のそれぞれから接地電位へ逆方向となるツェナーダイオードが接続されていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１５】
請求項８記載の充放電監視装置において、
前記オフセット付き入力バッファの出力端にノイズを除去するフィルタ回路が接続されていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１６】
直列接続された複数の電池セルを一組として複数組が多段に直列結合されてなるバッテリパックの充放電を監視するための充放電監視装置であって、
前記複数組のそれぞれに対応して配置され、前記対応する組における複数の電池セルの電圧変動を監視するように構成された監視回路と、差動データが入力される一対の内部接続端子を備えた受信回路と、差動データを出力する一対の内部接続端子を備えた送信回路とを含む半導体集積回路と、前記内部接続端子のそれぞれに対応して設けられた外部接続端子と、前記内部接続端子のそれぞれに対応して配置され対応する前記内部接続端子と前記外部接続端子との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサのそれぞれに対応して配置され一端が前記外部接続端子側に接続され他端が所定の直流電位に接続されるように配置された抵抗と、を備えた回路ユニットと、
前記回路ユニット間に跨って配置され、対応する前記外部接続端子間をそれぞれ電気的に接続する導電線を含み、前記複数の半導体集積回路をディジーチェーン接続する信号伝達経路と、
を含み、
前記信号伝達経路は、前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路からの出力を前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路に対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第１の２線式伝送路と、前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路からの出力を前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路に対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第２の２線式伝送路と、を構成し、
前記コンデンサと対応する前記内部接続端子とを接続する配線部の配線長は、当該回路ユニットが配置される電磁波ノイズ環境における当該ノイズ電磁波に対して共振しない長さに構成されていることを特徴とする充放電監視装置。
【請求項１７】
請求項１記載の充放電監視装置によって直列接続された電池セルの充放電を監視するバッテリパックであって、
前記一組の直列接続された電池セルとこれに対応する前記配線基板によって一つのモジュールが構成され、一つの前記モジュールの最高電位が上位電位モジュールの最低電位に、最低電位が下位電位モジュールの最高電位にそれぞれ接続され、前記信号伝達経路を介してディジーチェーン接続した複数個の前記モジュールで前記バッテリパックが構成され、
前記モジュールのそれぞれにおいて、前記ディジーチェーン接続の上位側のモジュールに接続する伝達経路側に配置された前記抵抗の前記他端が当該モジュールにおける最高電位に接続され、前記ディジーチェーン接続の下位側のモジュールに接続する伝達経路側に配置された前記抵抗の前記他端が当該モジュールにおける最低電位若しくは前記最高電位と最低電位の範囲内の電位に接続されることで前記所定の電位がそれぞれ与えられるように構成されたことを特徴とするバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電監視装置の技術に関し、例えば複数の二次電池セルが多段に直列結合されてなるバッテリパックの充放電監視装置のように、互いに異なる基準電位又は駆動電位に接続された一対の半導体集積回路ユニット間での信号伝達を行うものに利用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１（特開２０１０−６３３３４号公報）には、複数のブロック電池におけるセル電池のバラツキを解消する組電池の充電状態制御装置が開示されている。この特許文献１では、二次電池からなる単位セルを直列に複数個接続してなるブロック電池を直列に複数個接続して構成された組電池の充電状態を制御する装置として、各ブロック電池毎に監視回路を配置して、電池電圧を検出して最低セル電位に合わせるような放電回路を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６３３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記特許文献１のように、隣接した各ブロック電池に対応した監視回路では、ブロック上下間のディジーチェーン通信に電流によるデータ通信方式を用いたり、あるいは上下の片方の電源を利用することにより送信側と受信側とで通信する伝送信号の電圧レベルを合わせるデータ通信方式が用いられる。このような上下間のディジーチェーン通信は、デバイス間で直流的に絶縁されておらず、一方のデバイス（ＩＣ）が破壊されてしまうと他方のデバイス（ＩＣ）に直接影響を与えて破壊させるという危うさを含んでいる。また、両デバイス間の伝送線路がいわばアンテナとなって外来電磁波ノイズの影響を受け、誤動作やデバイス間の通信距離を延ばせない等の問題を有する。
【０００５】
そこで、本発明は前記のような問題に鑑みてなされたものであり、その代表的な目的は、外来電磁波ノイズの影響を防止し、通信距離も長くすることが可能で、かつ、通信相手方との直流的な影響も排除した充放電監視装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
すなわち、代表的な充放電監視装置は、直列接続された複数の電池セルを一組として複数組が多段に直列結合されてなるバッテリパックの充放電を監視するための充放電監視装置であって、以下のような特徴を有する。
【０００９】
前記充放電監視装置は、前記複数組のそれぞれに対応して配置され、前記対応する組における複数の電池セルの電圧変動を監視するように構成された監視回路と、差動データが入力される一対の内部接続端子を備えた受信回路と、差動データを出力する一対の内部接続端子を備えた送信回路とを含む半導体集積回路ユニットと、前記内部接続端子のそれぞれに対応して設けられた外部接続端子と、前記内部接続端子のそれぞれに対応して配置され対応する前記内部接続端子と前記外部接続端子との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサのそれぞれに対応して配置され一端が前記外部接続端子側に接続され他端が所定の電位に接続されるように配置された抵抗と、を備えた配線基板と、前記配線基板間に跨って配置され、対応する前記外部接続端子間をそれぞれ電気的に接続する導電線を含み、前記複数の半導体集積回路ユニットをディジーチェーン接続する信号伝達経路と、を含む。
【００１０】
前記信号伝達経路は、前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路ユニットからの出力を前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路ユニットに対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第１の２線式伝送路と、前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路ユニットからの出力を前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路ユニットに対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第２の２線式伝送路と、を構成する。
【００１１】
そして、前記コンデンサと対応する前記内部接続端子とを接続する前記配線基板上における配線部の配線長は、当該配線基板が配置される電磁波ノイズ環境における当該ノイズ電磁波に対して共振しない長さに構成されている。
【００１２】
また、別の代表的な充放電監視装置は、直列接続された複数の電池セルを一組として複数組が多段に直列結合されてなるバッテリパックの充放電を監視するための充放電監視装置であって、以下のような特徴を有する。
【００１３】
前記充放電監視装置は、前記複数組のそれぞれに対応して配置され、前記対応する組における複数の電池セルの電圧変動を監視するように構成された監視回路と、差動データが入力される一対の内部接続端子を備えた受信回路と、差動データを出力する一対の内部接続端子を備えた送信回路とを含む半導体集積回路と、前記内部接続端子のそれぞれに対応して設けられた外部接続端子と、前記内部接続端子のそれぞれに対応して配置され対応する前記内部接続端子と前記外部接続端子との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサのそれぞれに対応して配置され一端が前記外部接続端子側に接続され他端が所定の直流電位に接続されるように配置された抵抗と、を備えた回路ユニットと、前記回路ユニット間に跨って配置され、対応する前記外部接続端子間をそれぞれ電気的に接続する導電線を含み、前記複数の半導体集積回路をディジーチェーン接続する信号伝達経路と、を含む。
【００１４】
前記信号伝達経路は、前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路からの出力を前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路に対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第１の２線式伝送路と、前記ディジーチェーン接続の下位側の前記半導体集積回路からの出力を前記ディジーチェーン接続の上位側の前記半導体集積回路に対応する前記コンデンサを介してそれぞれ伝送する第２の２線式伝送路と、を構成する。
【００１５】
そして、前記コンデンサと対応する前記内部接続端子とを接続する配線部の配線長は、当該回路ユニットが配置される電磁波ノイズ環境における当該ノイズ電磁波に対して共振しない長さに構成されている。
【００１６】
さらに、前記代表的な充放電監視装置によって直列接続された電池セルの充放電を監視するバッテリパックにも適用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
すなわち、代表的な充放電監視装置によって得られる効果は、２線式伝送路の採用により、外来電磁波ノイズの影響を防止し、通信距離も長くすることが可能で、かつ、通信相手方との直流的な影響も排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの一実施の形態の概略ブロック図である。
【図２】図１の監視集積回路に搭載される監視回路をより詳細に説明するための一実施の形態のブロック図である。
【図３】本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）の一実施の形態のブロック図である。
【図４】本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）の他の一実施の形態のブロック図である。
【図５】本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）、データ送信回路（クロック送信回路）に接続される２線式伝送路の説明図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ送信回路（クロック送信回路）の一実施の形態の説明図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ送信回路（クロック送信回路）の他の一実施の形態の説明図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）の一実施の形態の説明図である。
【図９】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの他の一実施の形態の概略ブロック図である。
【図１０】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に他の一実施の形態の概略ブロック図である。
【図１１】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に他の一実施の形態の概略ブロック図である。
【図１２】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態の２直列の容量結合における抵抗接続の構成の概略ブロック図である。
【図１３】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態の２直列の容量結合における抵抗接続の他の構成の概略ブロック図である。
【図１４】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のＣＭＬ回路で双方向通信を行う際の構成の回路図である。
【図１５】（ａ），（ｂ）は図１４のＣＭＬ回路で双方向通信を行う際の構成の信号波形図である。
【図１６】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成の回路図である。
【図１７】図１６のＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成のモード説明図である。
【図１８】図１６のＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成のＴＴＬ双方向回路の回路図である。
【図１９】図１８のＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成のＴＴＬ双方向回路間の通信の信号波形図である。
【図２０】図１８のＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成のＴＴＬ双方向回路間の通信の信号波形図である。
【図２１】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態の通信プロトコルの伝達手順の説明図である。
【図２２】図２１の通信プロトコルの信号構成の説明図である。
【図２３】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のツェナーダイオードによる過電圧保護の構成の回路図である。
【図２４】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態の単方向通信形式の回路図である。
【図２５】本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のノイズ耐性を高める構成の回路図である。
【図２６】図２５のノイズ耐性を高める構成の信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
［実施の形態１］
本発明の充放電監視装置を適用した実施の形態１を、図１〜図１１を用いて説明する。
【００２４】
＜バッテリパックの構成＞
図１には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの一実施の形態の概略ブロック図が示されている。バッテリパックの正極端子＋と負極端子−との間には、複数の電池セルが直列形態に接続される。特に制限されないが、上記複数の電池セルは、リチウムイオン二次電池セルからなる。これらの複数の直列形態のリチウムイオン電池は、複数個が１つのブロック（組）を構成し、ブロック１ないしブロックｍのようにｍ個のブロックで構成される。１つのブロックは、例えば後述する図２に示されているように、１２個の電池セルから構成される。
【００２５】
本実施の形態のバッテリパックが電気自動車（ＥＶ）又はガソリンエンジンと組み合わされたハイブリット電気自動車（ＨＥＶ）のモータを駆動するために用いられる場合、例えば、前記ブロック１ないしブロックｍは、ブロック１ないしブロック８のように８個のブロックで構成される。１つの電池セルの電池電圧は、おおよそ４．２Ｖ（ボルト）程度であるので、１ブロックでの両端電圧は約５０．４Ｖ程度となり、バッテリパック全体では約４００Ｖ程度の高い電圧を発生させる。もっとも、電池セルは二次電池であり、充電動作や放電動作により個々の電圧は変化するのでバッテリパック全体での電池電圧もそれに対応して変化する。
【００２６】
各ブロック１ないしブロックｍに対応して、監視集積回路ＩＣ１ないしＩＣｍが設けられる。各監視集積回路ＩＣは、前記のように１２個の電池セルの電池電圧を受けるもので、電池セルの最大電圧を考慮して約６０Ｖのような比較的高い耐圧を持つような素子を含んでいる。各監視集積回路ＩＣは、単一半導体基板上に形成されるか、あるいは互いに異なる機能が搭載された複数の半導体チップで構成することができる。以下の説明において「半導体集積回路ユニット」は、単一の半導体集積回路チップで構成される場合と、複数の半導体チップが回路基板に一体に搭載されたモジュールとして構成される場合を総称して使われる。
【００２７】
前記特許文献１にもあるように、各セルの充電状態は、充放電サイクルを繰り返すうちにほかのセルの充電状態と大きく異なるものが生じる。このように充電状態に異なるセルが存在すると、場合によっては深放電状態に陥って、バッテリパック全体の動作不良を引き起こしてしまう危険性がある。こうした事態を防ぐために、前記監視集積回路ＩＣ１ないしＩＣｍからなる充放電監視装置は、各セルの端子電圧を個別に監視して充電状態を判断する。また、各セルを個別に充電したり、放電したりして各セルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）をバランスさせる機能を有する。
【００２８】
ちなみに、一般にバッテリのエネルギ容量は、バッテリの前記充電状態（ＳＯＣ）が１００％から０％になるまでに供給できる電荷の総和で規定される。ただし、周知のようにバッテリは、ＳＯＣが１００％のときに充電したり、０％のときに放電したりすると、寿命の劣化が急激に進んでしまう。前記充放電監視装置は、フル充電状態やフル放電状態が発生しないようにバッテリの状態を監視しながら充放電を制御する。
【００２９】
具体的には、バッテリが備える規定容量のうち実際に充放電させるエネルギ容量の割合と、バッテリ寿命である充放電可能回数の間にトレードオフがあり、例えば、バッテリをＳＯＣが１０％と９０％の間で使う場合は、規定容量の８０％を実効容量として確保できるものの、ＳＯＣが３０％と７０％の間で使う場合（実効容量が規定容量の４０％）に比べると、充放電可能回数が１／２以下になってしまう可能性を持っている。
【００３０】
使用する二次電池の性能をフルに使用するためには、前記バッテリが備える規定容量のうち実際に充放電させるエネルギ容量の割合と、バッテリ寿命である充放電可能回数の間の前記のようなトレードオフを考慮して設定された電圧管理のもとに高い精度で充放電制御を行うことが必要となる。
【００３１】
本実施の形態の充放電監視装置は、複数の監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍと前記監視集積回路間を接続する信号伝達経路を備え、前記監視集積回路のそれぞれは、前記のように高い精度での各セルの充電状態の監視と制御とを行う監視回路ＭＣと、入出力回路（データ受信回路ＤＲ、データ送信回路ＤＴ、クロック受信回路ＣＲ、クロック送信回路ＣＴ）を含む機能ブロックが半導体基板上に配置された集積回路装置として構成されている。前記信号伝達経路は、入出力回路の端子のそれぞれに対応して配置されたコンデンサＣ１〜Ｃ１２と抵抗Ｒ１〜Ｒ１２と対応するコンデンサ間を接続する導電線で構成され、詳細は以下に説明されるが、監視回路ＭＣで検知された充電電圧の検知信号や、各セルの充電状態を制御するための制御信号を正確に伝える構成となっている。
【００３２】
上記した複数の監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍのそれぞれは互いに分離された半導体チップ(即ち半導体集積回路ユニット)として製造され、監視集積回路のそれぞれは、対応するコンデンサと抵抗とともに一枚の回路配線基板上に組み込まれて搭載され、前記回路配線基板間は、上記導電線を介して相互に電気的に接続される。このような構成により、監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍは、上記信号伝達経路によってディジーチェーン接続（数珠つなぎ接続）される。つまり、バッテリパックの負極端子−に対応された監視集積回路ＩＣ１が最下位部にされて、その上位に監視集積回路ＩＣ２、…、監視集積回路ＩＣｍのように順次接続され、電気的に最上位部に配置された監視集積回路ＩＣｍがバッテリパックの正極端子＋に接続されるまでディジーチェーン接続される。
【００３３】
充放電監視装置は、さらにマイクロコントローラユニットＭＣＵに接続されており、監視集積回路ＩＣ１には、インターフェイス回路ＩＦが設けられ、特に制限されないが、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バス−オプトカプラＯＰＣ−ＳＰＩバスのような信号伝達経路を経由して上記マイクロコントローラユニットＭＣＵとの間で信号の授受が行われる。これらは、バッテリパックに搭載されてバッテリ監視システムを構築する。そして、上記マイクロコントローラユニットＭＣＵは外部通信端子を介して充放電制御回路（図示されない）に接続され、充放電制御回路は充放電監視装置の監視結果に応じて、電池の充放電を制御する。
【００３４】
図１の実施の形態においては、上記信号伝達経路として、監視集積回路ＩＣ１と監視集積回路ＩＣ２との間での送信と受信とを行う１つの組の信号伝達経路が代表として例示的に示されている。図１に例示される上記１つの組の信号伝達経路は、ディジーチェーンの上位側に向けて信号伝達を行う第１伝送経路と、ディジーチェーンの下位側に向けて信号伝達を行う第２伝送経路と、これらのデータ伝送に用いられるクロックの伝達を行う第３伝送経路とにより構成される。第１、第２及び第３伝送経路のそれぞれは差動データ（相補信号）を伝える２線式のペア信号伝送路によって構成される。
【００３５】
監視集積回路ＩＣ１のデータ送信回路ＤＴ１と、監視集積回路ＩＣ２のデータ受信回路ＤＲ２の間に設けられる上記第１伝送経路を構成する２線式伝送路は、外来電磁波ノイズの影響を防止し、通信距離も長くすることが可能で、かつ、通信相手方との直流的な影響も排除するために、次のような構成にされる。監視集積回路ＩＣ１に設けられたデータ送信回路ＤＴ１の出力端子ＴＸ１から出力されたデータの正相信号は、出力用コンデンサＣ９を介してペア信号伝送路の一方に伝えられる。出力端子／ＴＸ１から出力されたデータの負相信号は、出力用コンデンサＣ１０を介してペア信号伝送路の他方に伝えられる。
【００３６】
監視集積回路ＩＣ２に設けられたデータ受信回路ＤＲ２の入力端子ＲＸ２には、上記第１伝送経路を構成する上記ペア信号伝送路の一方を通して伝達されたデータの正相信号が入力用コンデンサＣ３を介して入力される。上記第１伝送経路を構成するペア信号伝送路の他方を通して伝達されたデータの負相信号は、入力用コンデンサＣ４を介して入力端子／ＲＸ２に入力される。
【００３７】
前記ディジーチェーンの下位側に向けて信号伝達を行う上記第２伝送経路も、上記第１伝送経路と同様に、２線式伝送路で構成され、監視集積回路ＩＣ２に設けられたデータ送信回路ＤＴ２の出力端子ＴＸ２から出力された正相信号は、出力用コンデンサＣ５を介してペア信号伝送路の一方に伝えられ、入力用コンデンサＣ１１を介して監視集積回路ＩＣ１のデータ受信回路ＤＲ１の入力端子ＲＸ１に入力される。上記データ送信回路ＤＴ２の出力端子／ＴＸ２から出力された負相信号は、出力用コンデンサＣ６を介してペア信号伝送路の他方に伝えられ、入力用コンデンサＣ１２を介して監視集積回路ＩＣ１のデータ受信回路ＤＲ１の入力端子／ＲＸ１に入力される。
【００３８】
クロックの伝達を行う前記第３伝送経路は、上記第１及び第２伝送経路と同様に２線式伝送路で構成され、監視集積回路ＩＣ１に設けられたクロック送信回路ＣＴ１の出力端子ＣＸ１から出力された正相クロックは、出力用コンデンサＣ７を介してペア信号伝送路の一方に伝えられ、入力用コンデンサＣ１を介して監視集積回路ＩＣ２のクロック受信回路ＣＲ２の入力端子ＣＸ２に入力される。上記クロック送信回路ＣＴ１の出力端子／ＣＸ１から出力された負相クロックは、出力用コンデンサＣ８を介してペア信号伝送路の他方に伝えられ、入力用コンデンサＣ２を介して監視集積回路ＩＣ２のクロック受信回路ＣＲ２の入力端子／ＣＸ２に入力される。
【００３９】
図１の監視集積回路ＩＣ２と監視集積回路ＩＣ３の間を接続する伝送経路および図示しない他の監視集積回路ＩＣ４〜ＩＣｍ間の接続も図１の監視集積回路ＩＣ１と監視集積回路ＩＣ２とを接続する前記第１、第２及び第３伝送経路と同様の構成で実現することが可能である。
【００４０】
＜監視回路の構成＞
図２には、前記監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍに搭載される監視回路ＭＣをより詳細に説明するための一実施の形態のブロック図が示されている。図２においては、直列形態に接続された電池接続におけるブロック１に対応した監視集積回路ＩＣ１が代表として例示的に示されている。ブロック１には、電池セルＥ１ないしＥ１２からなる１２個が直列形態に接続される。各電池セルＥ１〜Ｅ１２の負電極と正電極との間の電池電圧は、監視集積回路ＩＣ１の電極端子にそれぞれ接続される。電池セルＥ１の負電極は、監視集積回路ＩＣ１の最下位電位、例えば接地電位ＧＮＤに接続される。電池セルＥ１２の正電極は、監視集積回路ＩＣ１の最上位電位ＶＣＣに接続される。
【００４１】
上記ＧＮＤとＶＣＣを含む各電池セルＥ１〜Ｅ１２の正電極と負電極間の電池電圧は、マルチプレクサＭＵＸを介して択一的にアナログ／デジタル変換回路ＡＤＣに伝えられてデジタル信号に変換される。アナログ／デジタル変換回路ＡＤＣでデジタル信号に変換された各電池セルの電池電圧値は、各電池セルＥ１〜Ｅ１２に対応して設けられたレジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２に取り込まれる。これらのレジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２は、対応する電池セルに設けられた放電回路のオン／オフを制御する制御ビットを記憶するためにも用いられる。
【００４２】
電池セルＥ１の正電極と負電極とが接続される監視集積回路ＩＣ１の電極端子間には、抵抗とスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１からなる放電回路が設けられる。他の電池セルＥ２〜Ｅ１２に対応した監視集積回路ＩＣ１の電極端子間にも前記同様に抵抗とスイッチＭＯＳＦＥＴＱ２〜Ｑ１２からなる放電回路が設けられる。例えば、スイッチＭＯＳＦＥＴＱ１をオン状態にすると、電池セルＥ１だけを抵抗とスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１を通して放電させて電池電圧を低くすることができる。前記レジスタＲＥＧ１の電池電圧値に対応したデジタル信号とは別に設けられた制御ビットを、例えば論理“１”にすると上記スイッチＭＯＳＦＥＴＱ１がオン状態になって上記のような放電動作を行わせ、論理“０”にすると上記スイッチＭＯＳＦＥＴＱ１がオフ状態になって放電動作を停止させることができる。
【００４３】
制御回路ＣＯＮＴは論理回路で構成され、所定の論理を実行するように構成されており、上記マイクロコントローラユニットＭＣＵの制御下で、マルチプレクサＭＵＸの選択動作、アナログ／デジタル変換回路ＡＤＣ及びレジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２の制御動作、及びレジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２の制御ビットに対応した前記放電回路の制御動作を受け持つ。制御回路ＣＯＮＴは、例えばマルチプレクサＭＵＸにより電池セルＥ１の充電電圧をアナログ／デジタル変換回路ＡＤＣに伝える。そして、レジスタＲＥＧ１を選択してアナログ／デジタル変換回路ＡＤＣにより形成された電池セルＥ１の電池電圧値をレジスタＲＥＧ１に記憶させる。このようにして電池セルＥ１からＥ１２までの電池電圧がレジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２に記憶されると、マイクロコントローラユニットＭＣＵからの制御命令等に従ってインターフェイス回路ＩＦを通してマイクロコントローラユニットＭＣＵに向けてシリアルに出力させる。また、制御回路ＣＯＮＴは、マイクロコントローラユニットＭＣＵからの制御命令等に従ってレジスタＲＥＧ１の制御ビットの書き換えと、かかる制御ビットが論理“１”ならスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１をオン状態にして電池セルＥ１を放電させる。
【００４４】
上述した処理は、上記マイクロコントローラユニットＭＣＵに搭載されたプログラムの実行により行われる。例えば、[各電池の電圧測定]→[測定結果のレジスタＲＥＧｎへの書込]→[レジスタデータに基づく制御回路ＣＯＮＴによる論理処理]→[マルチプレクサＭＵＸの動作・アナログ／デジタル変換回路ＡＤＣの動作の制御]→[結果のレジスタＲＥＧｎ＋１への書込]の手順を実行し、続いて、[電圧情報を読む]→[結果のレジスタＲＥＧｍへの書込]→[レジスタデータに基づく制御回路ＣＯＮＴによる論理処理]→[結果をインターフェイス回路ＩＦに送信]→[マイクロコントローラユニットＭＣＵに送信]のルーチン処理が実行される。前記電圧情報に異常が検知されたとき、マイクロコントローラユニットＭＣＵは割り込み処理を行い、[電圧を連続して測定]→[測定を継続]→[レジスタへ書込]→[レジスタデータに基づく制御回路ＣＯＮＴによる論理処理]により異常が確認されたとき、マイクロコントローラユニットＭＣＵは外部接続端子に接続された外部通信端子を介して充放電制御回路に当該異常を現す信号を伝達する。温度監視も、同様なルーチンで行われる。
【００４５】
図１において、監視集積回路ＩＣ２における前記図２に示したようなアナログ／デジタル変換回路ＡＤＣにより形成された各電池セルの電池電圧値に対応したレジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２のデータは、監視集積回路ＩＣ２のデータ送信回路ＤＴ２−２線式伝送路−監視集積回路ＩＣ１のデータ受信回路ＤＲ１を通してマイクロコントローラユニットＭＣＵに向けてシリアルに伝えられる。以下、監視集積回路ＩＣ３からＩＣｍの各レジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２のデータも前記のようなディジーチェーンに沿って下位側に伝えられる。前記監視集積回路ＩＣ２〜ＩＣｍの各電池セルに対応して設けられた放電回路を制御する制御ビットは、前記マイクロコントローラユニットＭＣＵから前記とは逆方向にディジーチェーンに沿って上側に伝えられて該当する監視集積回路に分配される。
【００４６】
図２において、監視回路ＭＣは、特に制限されないが、上記電池セルの負電極電圧を基準電圧ＧＮＤとして、電池セルＥ１の４．２Ｖのような正電極電圧を降圧した３Ｖを動作電圧として動作する。１２個の電池セルＥ１〜Ｅ１２のうち１つの電池セルＥ１のみが監視集積回路ＩＣ１に設けられた各回路の動作電流を受け持つことが電池セルＥ１〜Ｅ１２の各電圧の均一化に不都合が生じるなら、前記ＧＮＤとＶＣＣを降圧して約３Ｖのような動作電圧を形成すればよい。この３Ｖのような動作電圧と基準電圧ＧＮＤは、監視集積回路ＩＣ１を構成する他の回路である前記データ送信回路ＤＴ１、データ受信回路ＤＲ１及びクロック送信回路ＣＴ１やインターフェイス回路ＩＦの動作電圧としても利用される。
【００４７】
図示しないブロック２に対応した監視集積回路ＩＣ２の監視回路ＭＣも前記監視集積回路ＩＣ１の監視回路ＭＣと同様に構成される。前記のように、４．２Ｖのリチウムイオン二次電池を１２個直列接続してブロック１を構成する場合、最低電圧範囲を担当する監視集積回路は０Ｖ〜５０．４Ｖの範囲を受け持つ。電圧範囲が次に低いブロック２に対応した監視集積回路ＩＣ２は５０．４Ｖ〜１００．８Ｖの電圧範囲を監視する。しかし、この監視集積回路ＩＣ２は、５０．４Ｖを基準電圧ＧＮＤとするので、監視集積回路ＩＣ２内部においては前記監視集積回路ＩＣ１と同様になる。以下、ブロック２〜ブロックｍ（８）に対応した電圧範囲の絶対値としての電圧はそれぞれ異なるけれども、各監視集積回路ＩＣ２〜ＩＣｍの内部電圧としては前記監視集積回路ＩＣ１と同様である。
【００４８】
本実施の形態のバッテリ監視システムでは、マイクロコントローラユニットＭＣＵの制御下で実行される各電池セルに対する測定結果（電圧値、温度）がデジタル信号として取り込まれてレジスタに記憶される。バッテリパックのＳＯＣがＸ％とＹ％の間で使われる場合は、Ｘ％にまで充電電圧が高くなると充電動作を停止させ、Ｙ％まで電圧が低下すると充電動作を行うような充電放電動作がバッテリパックの外部に設けられた充放電制御回路により制御される。バッテリパック内部においては、各電池セルの充電電圧が前記監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍとマイクロコントローラユニットＭＣＵによりきめ細かく管理される。例えば充電動作に入るときには、取り込まれた各電池セルの充電電圧データの中からもっとも低い電池セルに合わせて他の電池セルは放電回路が動作して放電させられる。そして、目標のＸ％に到達する充電中でも各電池セルの充電電圧が監視されており、極端に高いものは前記のように放電回路が動作させられて、過充電させられるのを防止する等が行われる。
【００４９】
マイクロコントローラユニットＭＣＵに取り込まれた各電池セルのデジタル充電電圧データに基づいて前記のようなバッテリ監視制御動作が行われるので、かかるデジタル充電電圧データに誤りがあると、マイクロコントローラユニットＭＣＵが指示する制御動作と電池セルの実態の充電電圧との整合性が保たれない。ＨＥＶに搭載されるバッテリパックにおいては、ガソリンエンジンにおける比較的大きな電磁波ノイズを受ける。前記監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍはディジーチェーンで接続されるために、相互の信号伝達経路に必然的に電磁波ノイズが乗ることは避けられない。ガソリンエンジンを有さないＥＶに搭載されるバッテリパックでも、停止中又は走行中でも並走するガソリンエンジン車やオートバイからの電磁波ノイズを受けるので同様の問題を有する。
【００５０】
このような電磁波ノイズにより、デジタル信号として伝達される各電池セルの充電電圧データにノイズが乗り、複数ビットからなるデータのうち１ビットでも論理“０”であるビットが論理“１”として誤ってマイクロコントローラユニットＭＣＵに伝えられると、マイクロコントローラユニットＭＣＵは、誤ったデータに基づいた制御動作を行うことになる。したがって、バッテリ監視システムでのディジーチェーンでのデータ伝達動作は、その信号伝達に誤りがあると大きな問題を引き起こすものとなる。
【００５１】
本実施の形態で採用された前記２線式伝送路は、出力側と入力側にそれぞれコンデンサを配置し、第１には出力側と伝送線路との間、入力側と伝送線路との間を直流的に分離している。このような直流的な分離により、出力側回路の直流電圧（バイアス電圧等）は入力側からの直流電圧の影響を受けず、入力側回路の直流電圧（バイアス電圧等）も出力側からの直流電圧の影響を受けない。これにより、一方のデバイス（監視集積回路ＩＣ）が何らかの原因により破壊されても他方のデバイス（監視集積回路ＩＣ）に直接影響を及ぼさない。
【００５２】
両コンデンサの間の伝送線路は配線基板間に配置され、電池パックの配置によっては伝送線路が長くなる可能性があり、外来電磁波の影響は不可避である。そして、伝送線路には外来電磁波ノイズによるノイズ電圧が発生する。しかし、伝送線路は２線式で構成されており、コモンモードでのノイズ電圧が発生するだけである。このようなコモンモードのノイズ電圧は、差動回路等で構成された入力回路で相殺させることができる。本実施の形態の２線式伝送路は、外来電磁波ノイズに対応したノイズ電圧を入力側回路で相殺させることができるので、前記外来電磁波ノイズの影響を防止しつつ通信距離も長くすることができる。本実施の形態のバッテリ監視システムにおいては、上記のように外来電磁波ノイズの影響を防止して、高品質の電池セルの充電電圧データをマイクロコントローラユニットＭＣＵに伝えることができるので、電池セルの実態に対応したきめ細かな充放電制御動作を実施することができる。
【００５３】
なお、各コンデンサは、対応する監視集積回路が搭載された配線基板上に配置されるので、監視集積回路の端子と対応するコンデンサを接続する導電路の長さは配線基板内に限定され、外来電磁波ノイズの影響は限定的であるが、コンデンサを対応する端子の近傍に配置し、端子とコンデンサ間の導電路の長さを極力短くするのが望ましい。
【００５４】
前記両コンデンサ間を接続する伝達経路は、直流的には浮いた状態であるので外来電磁波ノイズの電位が出力側回路又は入力側回路からみて両コンデンサの耐圧を超えるような異常に高くなる可能性を持っている。前記図１の実施の形態では、外来電磁波ノイズによるコンデンサの耐圧破壊を防止するために、抵抗Ｒ１〜Ｒ１２が設けられる。つまり、コンデンサＣ１とＣ７を接続する信号伝達経路は、抵抗Ｒ１とＲ７を介して両監視集積回路ＩＣ１とＩＣ２の直流的な中間電位点（ＶＣＣ，ＧＮＤ）に接続される。他のコンデンサＣ２〜Ｃ６及びＣ８〜Ｃ１２のそれぞれを接続する信号伝達経路にも、同様な抵抗Ｒ２〜Ｒ６及びＲ８〜Ｒ１２が設けられる。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ１２は監視集積回路が取り付けられた回路配線基板に対応する伝送経路に接続して配置することで取り付けることができる。
【００５５】
図２の実施の形態のように、監視集積回路ＩＣ１の基準電位ＧＮＤを電池セルＥ１の負電極に対応した０Ｖにし、監視集積回路ＩＣ２の基準電位ＧＮＤを電池セルＥ１２の正電極に対応した前記５０．４Ｖにした場合、大まかにいって１つの伝達経路を構成するコンデンサＣ１とＣ７には、前記５０．４Ｖ相当の直流電圧が印加されるので、コンデンサＣ１とＣ７の容量値が互いに等しいなら２５．２Ｖずつ半分の電圧を分担する。しかしながら、コンデンサＣ１とＣ７との間を接続する伝送線路は直流的には浮いた（フローティング）状態であるので、外来電磁波ノイズによって高くあるいは低い電圧になる。
【００５６】
本実施の形態では、上記出力側と入力側の両コンデンサ間を接続する伝送線路に対して上記抵抗Ｒ１〜Ｒ６及びＲ７〜Ｒ１２により、ブロック２の電池セルの負電極に対応したＧＮＤのバイアス電圧、ブロック１の電池セルの正電極に対応したＶＣＣのバイアス電圧を与えることができる。これにより、外来電磁波ノイズによるノイズ電圧は、前記ＧＮＤ、ＶＣＣを中心にして変化するものとなり、両コンデンサのうち一方に極端に高いノイズ電圧が印加されてしまうことはない。
【００５７】
＜データ受信回路（クロック受信回路）の構成＞
図３には、本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）の一実施の形態のブロック図が示されている。本実施の形態は、前記監視集積回路ＩＣ１に設けられたデータ受信回路ＤＲ１が代表として例示的に示されている。入力側コンデンサＣ１１を介して監視集積回路ＩＣ１の外部入力端子に正相信号が入力される。この正相信号は、データ受信回路ＤＲ１の入力端子ＲＸ１に供給される。入力側コンデンサＣ１２を介して監視集積回路ＩＣ１の外部入力端子に負相信号が入力される。この負相信号は、データ受信回路ＤＲ１の入力端子／ＲＸ１に供給される。バイアス回路ＶＢは、監視集積回路ＩＣ１内に形成されて上記一対の外部入力端子に与えられる直流電圧と、受信信号に反射ノイズの発生を防止ないし抑制するインピーダンス整合用の抵抗等によりデータ受信回路を構成する差動入力回路の許容入力範囲の電位にバイアスする。
【００５８】
なお、図３に示したデータ受信回路ＤＲ１の構成は、前記監視集積回路ＩＣ２に設けられたデータ受信回路ＤＲ２などにおいても同様であり、さらに、クロック受信回路ＣＲ２でも同様である。
【００５９】
＜データ受信回路（クロック受信回路）の他の構成＞
図４には、本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）の他の一実施の形態のブロック図が示されている。本実施の形態も、前記監視集積回路ＩＣ１に設けられたデータ受信回路ＤＲ１が代表として例示的に示されている。前記同様に、入力側コンデンサＣ１１を介して監視集積回路ＩＣ１の外部入力端子に正相信号が入力される。この正相信号は、データ受信回路ＤＲ１の入力端子ＲＸ１に供給される。入力側コンデンサＣ１２を介して監視集積回路ＩＣ１の外部入力端子に負相信号が入力される。この負相信号は、データ受信回路ＤＲ１の入力端子／ＲＸ１に供給される。監視集積回路ＩＣ１の外部に設けられた抵抗Ｒ２１，Ｒ２２は、バイアス回路ＶＢを構成する。このバイアス回路ＶＢは、監視集積回路ＩＣ１の外部に形成されて上記一対の外部入力端子に与えられる直流電圧の供給と、受信信号に反射ノイズの発生を防止ないし抑制するインピーダンス整合動作を行う。
【００６０】
なお、図４に示したデータ受信回路ＤＲ１の構成は、前記監視集積回路ＩＣ２に設けられたデータ受信回路ＤＲ２などにおいても同様であり、さらに、クロック受信回路ＣＲ２でも同様である。
【００６１】
＜２線式伝送路の説明＞
図５には、本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）、データ送信回路（クロック送信回路）に接続される２線式伝送路の説明図が示されている。本実施の形態は、前記監視集積回路ＩＣ２に設けられたデータ受信回路ＤＲ１，ＤＲ２、データ送信回路ＤＴ１，ＤＴ２及びクロック受信回路ＣＲ２とクロック送信回路ＣＴ１が代表として例示的に示されている。
【００６２】
代表として示されているクロック受信回路ＣＲ２とデータ受信回路ＤＲ２に設けられる入力側コンデンサＣ１〜Ｃ４と、データ送信回路ＤＴ２に設けられる出力側コンデンサＣ５，Ｃ６と、監視集積回路ＩＣ２の外部端子とを接続する伝送線路は、監視集積回路ＩＣ２から見たときの外来電磁波ノイズのアンテナとして作用する。同様に、他のデータ受信回路ＤＲ１に設けられる入力側コンデンサＣ１１，Ｃ１２と、データ送信回路ＤＴ１とクロック送信回路ＣＴ１に設けられる出力側コンデンサＣ９，Ｃ１０，Ｃ７，Ｃ８と、監視集積回路ＩＣ２の外部端子とを接続する伝送線路も同様に外来電磁波ノイズのアンテナとして作用する。
【００６３】
本実施の形態では、前記監視集積回路ＩＣ２の外部端子と入力側コンデンサ又は出力側コンデンサとを接続する伝送線路長Ｌは、以下のように設定される。外来電磁波ノイズの最も短い波長λに対して、Ｌ＜λ／４のように設定される。つまり、前記入力側コンデンサ又は出力側コンデンサとをそれぞれ接続する伝送線路をノイズ電磁波に対して共振しない長さにすることにより、監視集積回路を相互に接続するディジーチェーン線路からの外来電磁波ノイズを実質的に遮断することができる。バッテリ監視システムにおいて、前記のように外来電磁波ノイズの影響をより確実に防止して、高品質の電池セルの充電電圧データをマイクロコントローラユニットＭＣＵに伝えることができるので、電池セルの実態に対応したきめ細かな充放電制御動作を実施することができる。
【００６４】
＜データ送信回路（クロック送信回路）の回路と信号＞
図６には、本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ送信回路（クロック送信回路）の一実施の形態の説明図が示されている。図６（ａ）のデータ送信回路ＤＴ（クロック送信回路ＣＴ）は、３Ｖのような動作電圧ＶＤＤに対応したハイレベルと回路の接地電位ＧＮＤに対応したロウレベルからなる２値信号ＯＵＴを受けて、一般に知られているＬＶＤＳ（Ｌｏｗ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）の正相信号ＴＸ（ＣＸ）、負相信号／ＴＸ（／ＣＸ）を出力する。つまり、データ送信回路ＤＴ（クロック送信回路ＣＴ）は、ＬＶＤＳに適合した送信回路が用いられる。図６（ｂ）に示すように、上記相補信号である正相信号ＴＸ（ＣＸ）、負相信号／ＴＸ（／ＣＸ）は、動作電圧ＶＤＤのほぼ中点電圧を中心とした約２００ｍＶのような小振幅差動信号とされる。
【００６５】
＜データ送信回路（クロック送信回路）の他の回路と信号＞
図７には、本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ送信回路（クロック送信回路）の他の一実施の形態の説明図が示されている。図７（ａ）のデータ送信回路ＤＴ（クロック送信回路ＣＴ）は、３Ｖのような動作電圧ＶＤＤに対応したハイレベルと回路の接地電位ＧＮＤに対応したロウレベルからなる２値信号ＯＵＴを受けて、そのままインバータ回路Ｎ１とＮ２を通して正相信号ＴＸ（ＣＸ）として出力される。上記２値信号ＯＵＴは、インバータ回路Ｎ３を通して反転されて負相信号／ＴＸ（／ＣＸ）として出力される。上記インバータ回路Ｎ２とＮ３は、所望の駆動電流が得られるように比較的大きなサイズのＭＯＳＦＥＴにより構成される。インバータ回路Ｎ１は、位相反転動作を行うだけであるので小さなサイズのＭＯＳＦＥＴより構成される。図７（ｂ）に示すように、上記相補信号である正相信号ＴＸ（ＣＸ）、負相信号／ＴＸ（／ＣＸ）は、動作電圧ＶＤＤに対応したハイレベルと回路の接地電位ＧＮＤをロウレベルとするようなＣＭＯＳレベルの振幅を持った差動信号とされる。
【００６６】
＜データ受信回路（クロック受信回路）の回路と信号＞
図８には、本発明に係る監視集積回路に設けられるデータ受信回路（クロック受信回路）の一実施の形態の説明図が示されている。図８（ａ）のデータ受信回路ＤＲ（クロック受信回路ＣＲ）は、前記図６のデータ送信回路ＤＴ（クロック送信回路ＣＴ）から送られた約２００ｍＶのような小振幅差動信号ＲＸ（ＣＸ），／ＲＸ（／ＣＸ）を受けて、３Ｖのような動作電圧ＶＤＤに対応したハイレベルと回路の接地電位ＧＮＤに対応したロウレベルからなる２値信号ＩＮを形成する。つまり、データ受信回路ＤＲ（クロック受信回路ＣＲ）は、ＬＶＤＳ信号を受けてＣＭＯＳレベルに変換する。図８（ｂ）に示すように、上記相補信号である正相信号ＲＸ（ＣＸ）、負相信号／ＲＸ（／ＣＸ）は、実線で示したように動作電圧ＶＤＤのほぼ中点電圧を中心とした約２００ｍＶのような小振幅差動信号として入力され、受信回路の出力信号ＩＮは、点線で示したように動作電圧ＶＤＤに対応したハイレベルと回路の接地電位ＧＮＤに対応したロウレベルからなる２値信号とされる。
【００６７】
図８（ｂ）のような小振幅差動信号において、前記のような電磁波ノイズによるノイズ電圧が含まれることになるが、差動回路では前記２つの電圧の差分を取り込むのでノイズ電圧は相殺されてしまうものとなる。前記図７（ｂ）に示されたＣＭＯＳレベルの振幅を持った差動信号においても、差分を入力として取り込むようにすることによって同様にノイズ電圧を相殺させることができる。
【００６８】
＜バッテリパックの他の構成＞
図９には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの他の一実施の形態の概略ブロック図が示されている。本実施の形態では、前記図１のデータ送信回路ＤＴとデータ受信回路ＤＲが１つのデータ送受信回路ＤＴＲとして構成される。これにより、一対の２線式伝送路を削減させることができる。例えば、図１のデータ送信回路ＤＴ１に、データ受信回路ＤＲ１の機能を持たせること、あるいはデータ送信回路ＤＴ１の出力端子とデータ受信回路ＤＲ１の入力端子とを接続することにより、図９の監視集積回路ＩＣ１においてデータ送受信回路ＤＴＲ１を構成し、前記図１のデータ送信回路ＤＴ２とデータ受信回路ＤＲ１及びそれらを接続する２線式伝送路を削除することができる。このことは、他の監視集積回路ＩＣ２〜ＩＣｍにおいても同様であり、データ用とクロック用の二対の２線式伝送路によりディジーチェーンが構成される。
【００６９】
図１０には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に他の一実施の形態の概略ブロック図が示されている。本実施の形態では、前記図９に示した実施の形態からクロック用の送信回路と受信回路及びそれらをディジーチェーンで接続する一対の２線式伝送路も削除するものである。本実施の形態のデータ送受信回路ＤＴＲでは、送信されるデータ中にクロックを含ませるようにするものである。このため、監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍには、同期クロック再生回路ＰＬＬが設けられる。同期クロック再生回路ＰＬＬは、データ送信前に送られたクロックに同期したクロックを生成して、その後に送られるデータの取り込みに用いられる。クロック再生の安定化のためにデータ中にクロックを含ませておき、それにＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）動作を同期させるようにしてもよい。本実施の形態では、データ用とクロック用を兼ねた一対の２線式伝送路によりディジーチェーンが構成される。
【００７０】
前記図９及び図１０の実施の形態においては、前記監視集積回路ＩＣ１とマイクロコントローラユニットＭＣＵとを接続するバス構成として、特に制限されないが、前記図１に示したＳＰＩバスと同様に通信のオーバーヘッドが小さく、低干渉環境に適したものとされるＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が用いられる。
【００７１】
図１１には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に他の一実施の形態の概略ブロック図が示されている。本実施の形態では、任意のブロック間に電位差発生源が設けられる。図１１では、ブロック１とブロック２の間に電位差発生源が設けられた例が示されている。この電位差発生源は、例えばブロック間を接続する配線の寄生抵抗による電圧降下である。自動車の重量配分や安全性を考慮して、電池セルブロックを物理的に離れた位置に搭載することが必要となる場合がある。このような場合、ブロック間を接続するケーブルの寄生抵抗によってブロック１のＶＣＣと、ブロック２のＧＮＤとの間に電位差が発生する。このような電位差が発生しても、本実施の形態のディジーチェーンにおいては、前記のように監視集積回路ＩＣ１と監視集積回路ＩＣ２の直流的な電圧差の影響を受けないので、何らの伝達レベルの調整等を行うことなく、ディジーチェーンを組むことができる。
【００７２】
前記ディジーチェーンを構成する入力側コンデンサ及び出力側コンデンサの耐圧問題を解決できれば、前記図１のようにブロック１〜ブロックｍの積み上げに沿ったディジーチェーンにする必要はない。バッテリパックを構成するブロックの実装形態に合わせて、任意のブロック間を接続してディジーチェーンを行うことも可能である。例えば、ブロック１とブロックｍ間を接続すると、前記の例では約４００Ｖもの直流電圧が入力側コンデンサと出力側コンデンサの間に加わることになるが、これらに対応した高耐圧のコンデンサを採用すればよい。本発明に係るバッテリ監視システムにおいては、バッテリパックの実装形態に対応した柔軟なディジーチェーンを組むことができる。
【００７３】
＜実施の形態１の効果＞
以上に説明した本実施の形態によれば、監視集積回路ＩＣと、各監視集積回路ＩＣが搭載される配線基板と、配線基板間を接続する信号伝達経路とを含む充放電監視装置を有するバッテリパックにおいて、ディジーチェーン接続の上位側の監視集積回路ＩＣと下位側の監視集積回路ＩＣとの端子間を対応するコンデンサＣのそれぞれを介して接続する２線式伝送路で構成し、コンデンサＣのそれぞれと配線基板上において対応する監視集積回路ＩＣの端子とを接続する配線部の配線長は、当該配線基板が配置される電磁波ノイズ環境における当該ノイズ電磁波に対して共振しない長さに構成されていることにより、代表的には、外来電磁波ノイズの影響を防止し、通信距離も長くすることが可能で、かつ、通信相手方との直流的な影響も排除することができる。
【００７４】
特に、２線式伝送路については、電磁波ノイズによる電位変動に対して互いに同等になるように配置したり、それぞれに与えられる直流電圧が互いにほぼ等しくなるような電池セルの電圧を選ぶことで、より一層の効果が期待できる。また、監視集積回路ＩＣの入力端子には、当該監視集積回路ＩＣに設けられた受信回路に適合したバイアス回路ＶＢを接続することで、インピーダンス整合動作によってより一層の効果が期待できる。
【００７５】
また、データ受信回路ＤＲとデータ送信回路ＤＴとを一つのデータ送受信回路ＤＴＲとして構成し、各端子を入出力端子として共用し、２線式伝送路も共用することで、一つの回路、一対の入出力端子、一組の２線式伝送路で双方向送受信通信を担うことができる。
【００７６】
［実施の形態２］
本発明の充放電監視装置を適用した実施の形態２を、図１２〜図２６を用いて説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１を基本形態とした更に好適な実施の形態であり、各図に基づいて順に説明する。
【００７７】
＜２直列の容量結合における抵抗接続の構成＞
図１２には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態の２直列の容量結合における抵抗接続の構成の概略ブロック図が示されている。図１２では、二次電池モジュールＭＤ２と二次電池モジュールＭＤ３の例（二次電池モジュールＭＤ４〜ＭＤｍも同様）が示されている。また、データ送信回路ＤＴとデータ受信回路ＤＲが１つのデータ送受信回路ＤＴＲとして構成され、さらに、クロック送信回路ＣＴとクロック受信回路ＣＲが１つのクロック送受信回路ＣＴＲとして構成される。本実施の形態では、２直列の容量結合における抵抗接続の構成を特徴とするものである。すなわち、（１）６０Ｖ程度の電位差がある二次電池モジュール間で通信を行いたい、（２）二次電池モジュール間を接続するケーブルを接続した瞬間にデバイス（監視集積回路ＩＣ）に過電圧（サージ）が加わらないようにしたい、という２点を解決しようとする課題とするものである。
【００７８】
そのために、前記（１）に対しては、容量結合方式を使えば電位差の問題はクリアできる。この容量結合は公知であり、更に容量を２直列とする方式（２つの容量を直列に接続する方式）も公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。また、前記（２）に対しては、ケーブルの抜き差しを行う際に、デバイスに過電圧（サージ）がかからないようにするために、（２−１）容量（Ｃ）を２直列とする、（２−２）ケーブル接続前に二次電池モジュール同士を接続するライン（ＧＮＤ−ＶＣＣ）を設ける、（２−３）下位側の二次電池モジュールは抵抗Ｒ７〜Ｒ１０をＶＣＣ（二次電池モジュール内で最も高い電位）に接続する、（２−４）上位側の二次電池モジュールは抵抗Ｒ１〜Ｒ４をＧＮＤ（二次電池モジュール内で最も低い電位）に接続する、（２−５）ケーブルを抜き差しした瞬間に電荷の移動がないようにする。
【００７９】
具体的に、図１２に基づいて、二次電池測定系ディジーチェーン接続の全体構成について説明する。二次電池セルが直列（例えば１２セル）で接続されており、各電池と電池測定の監視集積回路ＩＣ（ＩＣ２，ＩＣ３）が接続される。二次電池と監視集積回路ＩＣとコンデンサＣ（Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ７〜Ｃ１０）、抵抗Ｒ（Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ７〜Ｒ１０）などが接続されたブロックを二次電池モジュールＭＤ（ＭＤ２，ＭＤ３）と呼ぶ。この二次電池モジュールＭＤ自体をスタック（直列接続）することを可能とする。
【００８０】
監視集積回路ＩＣは、端子ＶＣ０〜ＶＣ１２の端子間電圧を測定し、監視集積回路ＩＣの内部のレジスタに値を格納する。監視集積回路ＩＣの内部レジスタに格納した測定値を、システム間通信機構（ディジーチェーン）により他の監視集積回路ＩＣに情報を伝達する機能を有する。
【００８１】
二次電池モジュールＭＤは、下位側接続通信端子ＬＤＰ／ＬＤＮ（ＬＤＰ（Ｄ）／ＬＤＮ（Ｄ），ＬＤＰ（ＣＫ）／ＬＤＮ（ＣＫ））と、上位側接続通信端子ＵＤＰ／ＵＤＮ（ＵＤＰ（Ｄ）／ＵＤＮ（Ｄ），ＵＤＰ（ＣＫ）／ＵＤＮ（ＣＫ））を備える。下位側接続通信端子ＬＤＰ／ＬＤＮ及び上位側接続通信端子ＵＤＰ／ＵＤＮは、監視集積回路ＩＣの通信端子ＬＤＰＩ／ＬＤＮＩ（ＬＤＰＩ（Ｄ）／ＬＤＮＩ（Ｄ），ＬＤＰＩ（ＣＫ）／ＬＤＮＩ（ＣＫ）），ＵＤＰＩ／ＵＤＮＩ（ＵＤＰＩ（Ｄ）／ＵＤＮＩ（Ｄ），ＵＤＰＩ（ＣＫ）／ＵＤＮＩ（ＣＫ））とカップリングコンデンサＣを介して接続される。なお、上記において、（Ｄ）はデータを示し、（ＣＫ）はクロックを示す。
【００８２】
下位側接続通信端子ＬＤＰ／ＬＤＮは、二次電池モジュールＭＤ内で直列接続された複数の電池セルの最も低い電位であるＧＮＤ端子に抵抗Ｒを介して接続される。上位側接続通信端子ＵＤＰ／ＵＤＮは、二次電池モジュールＭＤ内で直列接続された複数の電池セルの最も高い電位であるＶＣＣ端子に抵抗Ｒを介して接続される（ＶＣＣ端子は、１２セル分の電位、例えば６０Ｖ程度となる）。
【００８３】
なお、監視集積回路ＩＣにおいて、ＬＤＰＩ（Ｄ）はデータの正相信号の端子に対応し、ＬＤＮＩ（Ｄ）はデータの負相信号の端子に対応し、また、ＬＤＰＩ（ＣＫ）はクロックの正相信号の端子に対応し、ＬＤＮＩ（ＣＫ）はクロックの負相信号の端子に対応する。同様に、ＵＤＰＩ（Ｄ）はデータの正相信号の端子に対応し、ＵＤＮＩ（Ｄ）はデータの負相信号の端子に対応し、また、ＵＤＰＩ（ＣＫ）はクロックの正相信号の端子に対応し、ＵＤＮＩ（ＣＫ）はクロックの負相信号の端子に対応する。なお、前記実施の形態１と対応させると、ＬＤＰＩ（Ｄ），ＬＤＮＩ（Ｄ）はＲＸ２，／ＲＸ２に、ＬＤＰＩ（ＣＫ），ＬＤＮＩ（ＣＫ）はＣＸ２，／ＣＸ２に、ＵＤＰＩ（ＣＫ），ＵＤＮＩ（ＣＫ）はＴＸ１，／ＴＸ１に、ＵＤＰＩ（ＣＫ），ＵＤＮＩ（ＣＫ）はＣＸ１，／ＣＸ１に、それぞれ対応する。
【００８４】
監視集積回路ＩＣ（ｎ）と監視集積回路ＩＣ（ｎ＋１）は、基準電圧レベルが異なるが、カップリングコンデンサＣを通して信号振幅の差分のみをやり取りする。二次電池モジュールＭＤは、抜き差しを行うケースが想定される。二次電池モジュールＭＤの抜き差し時に、電源端子（例えばＶＣＣ（２）とＧＮＤ（３））を先に接続しておけば、信号端子（ＵＤＰ（２）とＬＤＰ（３）、及びＵＤＮ（２）とＬＤＮ（３））を接続する際に抵抗Ｒで同電位となっているため、過渡的な電流が流れることが無く、監視集積回路ＩＣ２に二次電池モジュールＭＤ３側の高電圧が印加されることが無い。
【００８５】
二次電池モジュールＭＤ間は、長距離（数メートル等）の信号伝送となるケースが想定される。電気自動車等のアプリケーションでは、大きなノイズが加わる場合が想定される。そこで、二次電池モジュールＭＤ間の信号伝送はＣＭＬ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｏｄｅ  Ｌｏｇｉｃ）等で構成される差動回路を用いて差動伝送とし、ノイズ耐性を持たせる。
【００８６】
以上により、本実施の形態の２直列の容量結合における抵抗接続の構成によれば、容量結合と抵抗の接続先を工夫して、ケーブルによるディジーチェーン接続の上位側の二次電池モジュールＭＤ（ｎ）の対となる端子に接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ４は当該二次電池モジュール内で最も低い電位ＧＮＤに接続され、ディジーチェーン接続の下位側の二次電池モジュールＭＤ（ｎ−１）の対となる端子に接続された抵抗Ｒ７〜Ｒ１０は当該二次電池モジュール内で最も高い電位ＶＣＣに接続され、このＧＮＤとＶＣＣがディジーチェーン接続の前に接続され、そして、ディジーチェーン接続の時に、上位側の二次電池モジュールＭＤ（ｎ）に接続されたコンデンサＣ１〜Ｃ４と下位側の二次電池モジュールＭＤ（ｎ−１）に接続されたコンデンサＣ７〜Ｃ１０との間を直列に接続することにより、（１）６０Ｖ程度の電位差がある二次電池モジュールＭＤ間で通信を行うことができ、（２）二次電池モジュールＭＤ間を接続するケーブルを接続した瞬間に監視集積回路ＩＣのデバイスに過電圧が加わらないようにすることができる。
【００８７】
＜２直列の容量結合における抵抗接続の他の構成＞
図１３には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの一実施の形態の２直列の容量結合における抵抗接続の他の構成の概略ブロック図が示されている。図１３では、二次電池モジュールＭＤ２と二次電池モジュールＭＤ３の例が示されている。本実施の形態では、図１２に対する他の例として、抵抗の接続先をＧＮＤ（２）〜ＶＣＣ（２）の間の電位とする構成を特徴とするものである。すなわち、ケーブル接続時にデバイスに印加されるサージがデバイスを破壊しないレベルに抑えられれば、下位側の二次電池モジュールＭＤ２の抵抗Ｒ７〜Ｒ１０の接続先はＶＣＣ（２）（例えば、ＶＣＣ（２）＝ＧＮＤ（２）＋６０Ｖ等）に限定されるものではなく、ＶＤＤ（例えば、ＶＤＤ＝ＧＮＤ（２）＋３．３Ｖ等）とすることができる。
【００８８】
以上により、本実施の形態の２直列の容量結合における抵抗接続の他の構成によれば、ケーブルによるディジーチェーン接続の上位側の二次電池モジュールＭＤ（ｎ）の対となる端子に接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ４は当該二次電池モジュール内で最も低い電位ＧＮＤに接続され、ディジーチェーン接続の下位側の二次電池モジュールＭＤ（ｎ−１）の対となる端子に接続された抵抗Ｒ７〜Ｒ１０は当該二次電池モジュール内で最も高い電位ＶＣＣと最も低い電位ＧＮＤとの範囲内の電位ＶＤＤに接続されることで、図１２の構成と同様に、（１）６０Ｖ程度の電位差がある二次電池モジュールＭＤ間で通信を行うことができる。
【００８９】
＜ＣＭＬ回路で双方向通信を行う際の構成＞
図１４、図１５には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のＣＭＬ回路で双方向通信を行う際の構成の回路図と信号波形図が示されている。図１４では、二次電池モジュールＭＤ１の送受信回路と二次電池モジュールＭＤ２の送受信回路の例が示されている。本実施の形態では、ＣＭＬ回路で双方向通信を行う際の回路と信号を特徴とするものである。すなわち、（１）容量結合の系で双方向通信を行いたい、（２）送信と受信をタイムラグ無しに切り替え可能としたい、（３）伝送系（二次電池モジュール間をつなぐ基板配線、ケーブル配線）の界面での信号反射を抑えたい、という３点を解決しようとする課題とするものである。
【００９０】
そのために、前記（１）に対しては、オフセット付き入力回路（オフセット付き入力バッファ）を使うことにより、両方のバッファが受信モードになっても出力ＯＵＴが不定になることを防ぐ。また、前記（２）に対しては、送信時のＶＣＭ（振幅中心電位）とＶＴＡＰ（受信モードで振幅中心を決める抵抗分割電位）を等しくすることで、容量カップルの系で送受信をタイムラグ無く切り替えることが可能となる。また、前記（３）に対しては、送信時の回路のインピーダンス：ＺＴＸ（ｄｉｆｆ）、受信時の回路のインピーダンス：ＺＲＸ（ｄｉｆｆ）、伝送系の特性インピーダンス：Ｚ０を、ＺＴＸ（ｄｉｆｆ）＝ＺＲＸ（ｄｉｆｆ）＝２×Ｚ０となるように送端抵抗（ＲＤＲＶ）と受端抵抗（Ｒ１，Ｒ２）を制御することにより、伝送系の界面での信号反射を抑え、高速通信を可能とする。
【００９１】
具体的に、図１４、図１５に基づいて、双方向伝送機能を持たせたＣＭＬ回路インターフェースについて説明する。図１４においては、ＣＭＬ回路（１）が受信モード、ＣＭＬ回路（２）が送信モードの場合を示している。図１４において、ＶＤＤは電源、ＤＡＴＡはデータ入力端子、ＥＮＢは出力イネーブル端子（Ｌ＝送信モード、Ｈ＝受信モード）、ｂｉａｓはｎＭＯＳトランジスタｎ３を定電流とするためのバイアス電位、ＯＵＴはデータ出力、ＰＡＤＰ，ＰＡＤＮは入出力パッドをそれぞれ示す。
【００９２】
また、回路要素において、送端抵抗（ＲＤＲＶ）は、ＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶのｐＭＯＳトランジスタｐ１，ｐ２及び抵抗からなり、送信モード時にＯＮ、受信モード時にＯＦＦする。このＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶは、送端抵抗ＲＤＲＶの一端のｐＭＯＳトランジスタｐ１，ｐ２側がＶＤＤに接続され、送端抵抗ＲＤＲＶの他端の抵抗側がスイッチ用のｎＭＯＳトランジスタｎ１，ｎ２の一端に接続され、このｎＭＯＳトランジスタｎ１，ｎ２の他端が定電流源のｎＭＯＳトランジスタｎ３の一端に接続され、このｎＭＯＳトランジスタｎ３の他端が接地されて構成される。また、スイッチ用のｎＭＯＳトランジスタｎ１，ｎ２の制御端子にはゲート回路を介してデータＤＡＴＡが入力される。
【００９３】
受端抵抗（ＲＩＮ）は、２つの抵抗ｒ１及び２つの抵抗ｒ２からなり、抵抗ｒ１は常にＯＮ、抵抗ｒ２は送信モード時にＯＦＦ、受信モード時にＯＮとなる。受端抵抗制御スイッチ（ｓｗ１，ｓｗ２）は、抵抗ｒ２のＯＮ／ＯＦＦを制御する。この２つの抵抗ｒ１は直列接続されて入出力パッドＰＡＤＰ／ＰＡＤＮ間に接続され、また直列接続された２つの抵抗ｒ２はそれぞれスイッチｓｗ１，ｓｗ２を介して入出力パッドＰＡＤＰ／ＰＡＤＮ間に接続されて、受端抵抗回路ＲＩＮＣが構成される。この受端抵抗回路ＲＩＮＣの抵抗ｒ１及び抵抗ｒ２のそれぞれの接続ノードは振幅中心電位ＶＴＡＰに接続されている。
【００９４】
振幅中心電位ＶＴＡＰを生成する振幅中心電位生成回路ＶＴＡＰＧＣは、ＶＤＤとＧＮＤ間に接続された２つの抵抗の接続ノードで振幅中心電位ＶＴＡＰを生成し、差動振幅中心の設定を行う回路である。オフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦは、入出力パッドＰＡＤＰ／ＰＡＤＮに電位差が付いた際に応答する入力回路である。
【００９５】
また、トランジスタ制御において、送信モードの際に、出力データＰＡＤＰ＝Ｌの場合は、ｎ１＝ＯＮ、ｎ２＝ＯＦＦ、ｐ１／ｐ２＝ＯＮ、ｓｗ１／ｓｗ２＝ＯＦＦとなる。一方、送信モードの際に、出力データＰＡＤＰ＝Ｈの場合は、ｎ１＝ＯＦＦ、ｎ２＝ＯＮ、ｐ１／ｐ２＝ＯＮ、ｓｗ１／ｓｗ２＝ＯＦＦとなる。また、受信モードの際は、ｎ１＝ＯＦＦ、ｎ２＝ＯＦＦ、ｐ１／ｐ２＝ＯＦＦ、ｓｗ１／ｓｗ２＝ＯＮとなる。
【００９６】
このＣＭＬ回路において、ＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶは、スイッチ用のｎＭＯＳトランジスタ（ｎ１，ｎ２）と定電流源（ｎＭＯＳトランジスタｎ３）と送端抵抗（ＲＤＲＶ＝ｐＭＯＳトランジスタｐ１，ｐ２と抵抗）を備える回路である。なお、定電流源や送端抵抗は図１４の回路に限定するものではない。また、この例ではｎＭＯＳ駆動のＣＭＬ送信ドライバとしているが、ｐＭＯＳ駆動のＣＭＬ送信ドライバを用いても良い。
【００９７】
ＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶには、出力をハイインピーダンスとすることができるＥＮＢ端子を持たせる。このＥＮＢ端子により、送信モードと受信モードを切り替える。ＥＮＢ端子がＬレベルの際は送信モードであり、ＤＡＴＡ端子がＬレベルの際はＰＡＤＰ（正相側端子）からＧＮＤに一定の電流（ＩＤＲＶ）を流す。なお、ＤＡＴＡ端子がＨレベルの際はＰＡＤＮ（負相側端子）からＧＮＤに一定の電流（ＩＤＲＶ）を流す。ＥＮＢ端子がＬレベルの際は、送端抵抗ＲＤＲＶをＯＮさせ、受端抵抗ＲＩＮを構成するスイッチｓｗ１，ｓｗ２はＯＦＦさせる。
【００９８】
ＥＮＢ端子がＨレベルの際は、受信モードとなる。ＥＮＢ端子がＨレベルの際は、ｎＭＯＳトランジスタｎ１，ｎ２と送端抵抗ＲＤＲＶをＯＦＦする。ＥＮＢ端子がＨレベルの際は、受端抵抗ＲＩＮを構成するスイッチｓｗ１，ｓｗ２はＯＮさせる。
【００９９】
入力回路に入力されるレベルの振幅中心電位は入力バッファの感度の良い電圧範囲になるように回路内で、振幅中心電位生成回路ＶＴＡＰＧＣで電位生成する（ＶＴＡＰ）。オフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦには、ヒステリシス特性（シュミットトリガ）を持たせることにより、対向する２つのＣＭＬインターフェースが両方受信モードになった際でもデータ出力（ＯＵＴ）に偽データが出力されることが無い。
【０１００】
例えば、図１５（ａ）に示すように、ＣＭＬ回路（１）が受信モード→受信モード→受信モードへ移行し、ＣＭＬ回路（２）が送信モード→受信モード→送信モードへ移行する場合において、ＣＭＬ回路（１）が受信モードでＣＭＬ回路（２）が受信モードの時、すなわちＣＭＬ回路（１）の入力端子が同電位の期間は、このＣＭＬ回路（１）のデータ出力ＯＵＴ（１）は“Ｌ”を保持する。このように、閾値を２値持つオフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦのため、入力が同電位のために入力端子ＰＡＤＮ（１）とＰＡＤＰ（１）が同電位になっても、データ出力ＯＵＴ（１）に不定がでない。
【０１０１】
また、図１５（ｂ）に示すように、ＣＭＬ回路（１）が送信モード→受信モード→受信モードへ移行し、ＣＭＬ回路（２）が受信モード→受信モード→送信モードへ移行する場合において、振幅中心電圧ＶＣＭは、ＶＣＭ＝Ｖ（ＰＡＤＰ（１））＋Ｖ（ＰＡＤＮ（１））／２となる。送信モード時のＶＣＭであるＶ１は、送信回路の電流ＩＤＲＶと送端抵抗ＲＤＲＶと受端抵抗ＲＩＮ、及び受信回路の受端抵抗ＲＩＮで決まる。受信モード時のＶＣＭ（外から信号が来ない時）であるＶ２は、受信回路の振幅中心電位ＶＴＡＰで電位が決まる。受信モード時のＶＣＭ（外から信号が来ている時）であるＶ３は、受信回路の振幅中心電位ＶＴＡＰで電位が決まる。そこで、Ｖ１＝Ｖ２（＝Ｖ３）となるように、すなわち送信時のＶＣＭにＶＴＡＰを合わせるように設計することで、送信と受信が切り替わった際でも、結合容量のコンデンサＣの平衡点（コンデンサＣに蓄えられた電荷量が落ち着く）までの時間を待つ必要なく、送信と受信をタイムラグ無しに切り替えが可能である。
【０１０２】
続いて、図１４に基づいて、ＣＭＬ回路の外からみたインピーダンスについて説明する。ＣＭＬ送受信回路とＣＭＬ送受信回路に接続される伝送系のインピーダンス不整合による信号反射を防ぐため、ＣＭＬ送受信回路内のインピーダンスを伝送系に合わせた設定とする。例えば、伝送系のインピーダンスが１００Ωの時、ＲＤＲＶ＝１００Ω、Ｒ１＝１００Ω、Ｒ２＝１００Ωと設定すると、送信モード時も受信モード時も、外部から見た差動インピーダンスは１００Ωとなる。受端抵抗を２組用意し、受信モード時と送信モード時で抵抗値を変える（ｓｗ１，ｓｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御）ことにより、受信モード時、送信モード時共に回路外部から見たインピーダンスを一定に保つことができる。これは、伝送系とのインピーダンス不整合に伴う信号反射の低減につながり、データ送受信レートの高速化に寄与する（入力モード時にハイインピーダンス入力となる単純なＴＴＬ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｌｏｇｉｃ）インターフェース等では、信号反射により高速化に難がある）。
【０１０３】
以上により、本実施の形態のＣＭＬ回路で双方向通信を行う際の構成によれば、送受信回路が、ＣＭＬ回路からなり、受信モード時に差動データを受信するオフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦと、受信モード時の振幅中心を決める抵抗分割電位を生成する振幅中心電位生成回路ＶＴＡＰＧＣと、抵抗分割電位を基準とする受端抵抗ＲＩＮを有する受端抵抗回路ＲＩＮＣと、送信モード時に差動データを送信し、この差動データの振幅中心電位と抵抗分割電位とを等しくする送端抵抗ＲＤＲＶを有するＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶとを含み、ＺＴＸ（ｄｉｆｆ）＝ＺＲＸ（ｄｉｆｆ）＝２×Ｚ０となるように、送端抵抗ＲＤＲＶと受端抵抗ＲＩＮとを制御することにより、（１）容量結合の系で双方向通信を行うことができ、（２）送信と受信をタイムラグ無しに切り替え可能となり、（３）伝送系の界面での信号反射を抑えことができる。すなわち、内蔵抵抗の構成・制御、入力バッファにオフセット機能を持たせることにより、容量結合の系でＣＭＬ差動・双方向通信をスムーズに行うことができる。
【０１０４】
＜ＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成＞
図１６〜図２０には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成の回路図と信号波形図が示されている。本実施の形態では、ＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成の回路と信号を特徴とするものである。すなわち、（１）通信ポートの接続先として電池測定の監視集積回路ＩＣ（容量結合ＣＭＬ方式で接続）またはマイクロコントローラユニット（ＴＴＬインターフェースで接続）の両方に対応したい、（２）無通信時の待機電力を抑えたい、（３）通信再開時に通知（スリープモードから通常モードへの移行）する機能を持たせたい、（４）通信再開時に通知のために二次電池モジュール間の結線を増やしたくない（測定データの通信ラインで通信再開通知の信号（ウェイクアップ信号）をやり取りしたい）、という４点を解決しようとする課題とするものである。
【０１０５】
そのために、前記（１）に対しては、ＣＭＬ回路とプルダウン付きＴＴＬ回路（ＴＴＬ双方向回路）を併用・制御し、接続先・モードに応じて使い分ける。また、前記（２）に対しては、無通信時にＣＭＬ回路をディスエーブル制御（スリープモード）し、ＤＣ消費電力を抑える。また、前記（３）に対しては、スリープモードからの復帰は、ＴＴＬ回路からパルスを送信して信号検出する。その際、プルダウン抵抗を制御し、容量結合の系でもパルス信号の伝達が行えるようにする。そして、受信側で信号をマスクする期間を設けることにより、ＴＴＬモードでのスリープモードから通常モードへの移行を行う。また、前記（４）に対しては、２本の通信路を用い、ウェイクアップ信号の取りこぼしが無いようなタイミングで送信する。
【０１０６】
具体的に、図１６に基づいて、ＴＴＬ切替機能付きＣＭＬ送受信回路について説明する。通信インターフェース回路にＴＴＬ双方向回路ＴＴＬＴＲＣを内蔵し、ＣＭＬ回路と排他的に使用する。この機構は、監視集積回路ＩＣをホスト（マイコン（マイクロコントローラユニット）等）と接続する場合に、一般的なＴＴＬ等のインターフェースを持つホストと容易に接続できる利点となる。図１６に示すＴＴＬ双方向回路ＴＴＬＴＲＣにおいて、ＤＡＴＡはデータ入力端子、ＥＮＢは出力イネーブル端子（Ｌ＝送信モード、Ｈ＝受信モード）、ＯＵＴはデータ出力端子をそれぞれ示す。このＴＴＬ双方向回路ＴＴＬＴＲＣと入出力パッドＰＡＤＰ，ＰＡＤＮとの間は、スイッチｓｗ７，ｓｗ８のＯＮ／ＯＦＦ制御によりプルダウン抵抗ＲＰＤ＿Ｐ，ＲＰＤ＿Ｎを介してＧＮＤに接続／非接続可能である。
【０１０７】
なお、受端抵抗回路ＲＩＮＣは、直列接続された２つの抵抗ｒ１と、各抵抗ｒ１を入出力パッドＰＡＤＰ，ＰＡＤＮに接続するスイッチｓｗ３，ｓｗ４と、直列接続された２つの抵抗ｒ２と、各抵抗ｒ２を入出力パッドＰＡＤＰ，ＰＡＤＮに接続するスイッチｓｗ１，ｓｗ２から構成され、抵抗ｒ１及び抵抗ｒ２のそれぞれの接続ノードは振幅中心電位ＶＴＡＰに接続されている。また、振幅中心電位生成回路ＶＴＡＰＧＣは、直列接続された２つの抵抗と、各抵抗をＶＤＤ，ＧＮＤに接続するスイッチｓｗ５，ｓｗ６から構成され、２つの抵抗の接続ノードに振幅中心電位ＶＴＡＰが生成される。
【０１０８】
図１７に示すように、ＣＭＬモードでは、ＥＮＢ２＝ＥＮＢ３＝Ｈで、ＴＴＬ双方向回路ＴＴＬＴＲＣはディスエーブル制御となる。この時、ｓｗ７＝ｓｗ８＝ＯＦＦ制御である。また、ＴＴＬモードでは、ＥＮＢ＝Ｈで、ＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶはディスエーブル制御となる。この時、ｓｗ１〜ｓｗ６＝ＯＦＦ制御である。また、オフセット（入力オフセットＶＯＦＦＳＥＴ）付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦはディスエーブル制御となる。このＣＭＬモードにおいて、送信モード時は、ＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶの電流ＩＤＲＶ＋オフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦの電流ＩＡＭＰのＤＣ消費電力があり、受信モード時はオフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦの電流ＩＡＭＰのＤＣ消費電力がある。
【０１０９】
そこで、一定時間通信がない時は、送受信回路をＴＴＬモードに切り替える。かつ、スイッチｓｗ７，ｓｗ８をＯＮ制御する。プルダウン抵抗ＲＰＤ＿Ｐ／ＲＰＤ＿Ｎは、入出力パッドＰＡＤＰ／ＰＡＤＮが完全フローティングになり、電位が定まらなくなることを防止する。ＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶの電流ＩＤＲＶ及びオフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦで消費する電力をカットし、消費電力を抑える。
【０１１０】
また、図１８に示すように、ＴＴＬ双方向回路ＴＴＬＴＲＣにおいては、ＴＴＬ双方向回路（１）の入出力パッドＰＡＤＰ（１）／ＰＡＤＮ（１）とＴＴＬ双方向回路（２）の入出力パッドＰＡＤＰ（２）／ＰＡＤＮ（２）がそれぞれケーブルで接続される。このような接続構成において、データ出力端子ＯＵＴ２（２）、入出力パッドＰＡＤＰ（２）／ＰＡＤＮ（２）、データ入力端子ＤＡＴＡ２（１）の各信号波形は、例えば図１９のようになる。すなわち、スリープモード（消費電力を削減したモード）移行直後は、コンデンサＣの残存電荷によりＰＡＤＰ（２）がＴＴＬ入力回路のＶＬＴ（例えば、ＧＮＤ（２）＋１．４Ｖ等）を越えていることがあり、その場合、ＤＡＴＡ２（１）がウェイクアップ信号（スリープモードを抜ける信号）を出していないにも拘わらず、ＯＵＴ２（２）で“Ｈ”レベル（例えば、３．３Ｖ等）のパルスが出るので、スリープモード移行後の一定期間は信号をマスクする。このマスク期間は、コンデンサＣの値とプルダウン抵抗ＲＰＤ＿Ｐの値との時定数により決定できる。
【０１１１】
プルダウン抵抗ＲＰＤ＿Ｐ（２）をスリープモード時にＯＮ制御することにより、プルダウン抵抗ＲＰＤ＿Ｐ（２）でＧＮＤ（２）に対してディスチャージし、入出力パッドＰＡＤＰ（２）の電位を振幅中心電位ＶＴＡＰ（例えば、ＧＮＤ（２）＋２．４Ｖ等）からＧＮＤ（２）に落ち着かせる。その後、ウェイクアップ信号を受信する準備ができる。そして、ウェイクアップ信号が立ち上がるとスリープモードを抜け、アンプ電流ＩＡＭＰの立ち上げ等の通信準備を行う。
【０１１２】
また、図２０は、データ出力端子ＯＵＴ２（２），ＯＵＴ３（２）、入出力パッドＰＡＤＮ（２）／ＰＡＤＰ（２）、データ入力端子ＤＡＴＡ３（１），ＤＡＴＡ２（１）の各信号波形を示している。図２０に示すように、例えば、上位側の監視集積回路ＩＣがタイマなどでスリープモードに移行した際、スリープモード移行直後にウェイクアップ信号が来るとマスク期間（ｔ１）により信号の取りこぼし（ＯＵＴ２（２））が起こる。よって、ウェイクアップ信号は２本の通信路を使い、時間差（ウェイクアップ信号送出間隔ｔ２、ｔ２＞ｔ１）を付け上位側に送信する。ＯＵＴ２（２）側の信号がマスク期間に引っかかっても、ＯＵＴ３（２）側の信号でスリープモードを抜けることが可能である。すなわち、ＯＵＴ２（２）又はＯＵＴ３（２）に“Ｈ”パルスが来た場合にスリープモードを抜けることができる。
【０１１３】
以上により、本実施の形態のＣＭＬ回路とＴＴＬ回路を内蔵する構成によれば、送受信回路が、ＣＭＬ回路とＴＴＬ回路とからなり、ＣＭＬ回路は、オフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦと、振幅中心電位生成回路ＶＴＡＰＧＣと、受端抵抗回路ＲＩＮＣと、ＣＭＬ送信ドライバＣＭＬＤＲＶとを含み、ＴＴＬ回路は、マイクロコントローラユニットと通信を行う、またはウェイクアップ信号のやり取りを行う、ＴＴＬ双方向回路ＴＴＬＴＲＣと、ＴＴＬ双方向回路ＴＴＬＴＲＣの入出力端にＧＮＤとの間で接続または非接続が制御されて接続されるプルダウン抵抗ＲＰＤとを含み、送受信回路の接続先および動作モードに応じてＣＭＬ回路とＴＴＬ回路とを切り替えることにより、（１）通信ポートの接続先として監視集積回路ＩＣまたはマイコンの両方に対応することができ、（２）無通信時の待機電力を抑えることができ、（３）通信再開時に通知する機能を持たせることができ、（４）通信再開時に通知のために二次電池モジュールＭＤ間の結線を増やすことなく、対応することができる。
【０１１４】
＜通信プロトコル＞
図２１、図２２には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態の通信プロトコルの説明図が示されている。本実施の形態では、通信プロトコルの伝達手順と信号構成を特徴とするものである。すなわち、通信プロトコルは、コマンドとデータがあり、コマンドはホスト側から発行され、順次、ホストに遠い側の電池測定の監視集積回路ＩＣに伝達され、データはホストに遠い側の監視集積回路ＩＣから発信され、順次、ホスト側に対し、受け取ったデータに自分自身の測定データを付加してホスト側に送信される。また、通信データには、データが０／１のバランスが取れるよう、ダミーパターンを挿入する。また、コマンド、データの前には、ダミーパターンとの区分のためスタートコードを挿入する。
【０１１５】
具体的に、図２１に基づいて、通信プロトコルのコマンドとデータの伝達手順について説明する。図２１は、監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍのｍ個の例において、監視集積回路ＩＣ１がホストに最も近く、監視集積回路ＩＣｍがホストに最も遠い配置となっている。
【０１１６】
コマンドは、ホスト側のマイコンから、まずホストに最も近い方の監視集積回路ＩＣ１に対して電池電圧測定コマンドを発行し、次に、監視集積回路ＩＣ１からホストに次に近い方の監視集積回路ＩＣ２に対して電池電圧測定コマンドを伝達し、以降順に、ホストに近い方の監視集積回路ＩＣからホストに遠い方の監視集積回路ＩＣに対して電池電圧測定コマンドを伝達し、最後に、ホストに最も遠い方の監視集積回路ＩＣｍまで電池電圧測定コマンドを伝達する。
【０１１７】
これに対して、データは、ホストに最も遠い方の監視集積回路ＩＣｍから、この監視集積回路ＩＣｍに接続されている電池の測定データをホストに次に遠い方の監視集積回路ＩＣｍ−１に対して送信し、次に、監視集積回路ＩＣｍ−１は受信した測定データに自分自身の測定データを付加して監視集積回路ＩＣｍ−２に対して送信し、以降順に、ホストに遠い方の監視集積回路ＩＣからホストに近い方の監視集積回路ＩＣに対して受信した測定データに自分自身の測定データを付加して送信し、最後に、ホストに最も近い方の監視集積回路ＩＣ１から監視集積回路ＩＣｍ〜ＩＣ１の全ての測定データをホスト側のマイコンに送信する。
【０１１８】
また、この通信は、コンデンサＣによる容量結合の系なので、送信データで０／１が続くと、正相側と負相側の結合容量に異なる電荷がチャージされ、振幅がアンバランスとなる。そこで、データ送信時に、０／１のバランスが取れたダミーパターンを挿入することにより、結合容量の電荷を初期状態の電荷量を保つ。さらに、コマンド、データの前には、ダミーパターンとの区分のためスタートコードを挿入する。すなわち、図２２に示すように、コマンドについては、コマンド（例えば、８ｂｉｔ、コマンドの種類によって決められたビット）の前に、スタートコード（例えば、８ｂｉｔ、０１０００１１１）を挿入し、さらに、このスタートコードの前に、ダミーパターン（例えば、０１を１６回繰り返し）を挿入する。また、データについては、データの前に、スタートコード（例えば、８ｂｉｔ、０１０００１１１）を挿入し、さらに、このスタートコードの前に、ダミーパターン（例えば、０１を１６回繰り返し）を挿入する。
【０１１９】
以上により、本実施の形態の通信プロトコルによれば、ホストからのコマンドは、順次、ホストに近い方の監視集積回路ＩＣからホストに遠い方の監視集積回路ＩＣに伝達することができる。また、データは、順次、ホストに遠い方の監視集積回路ＩＣから送信された測定データに、自分自身の測定データを付加してホストに近い方の監視集積回路ＩＣに送信してホストに伝達することができる。さらに、通信プロトコルの送信時には、データとコマンドとのそれぞれに、ダミーパターンを挿入して振幅のアンバランスを解決し、通信データの０／１のバランスが取れるようにすることができる。
【０１２０】
＜ツェナーダイオードによる過電圧保護の構成＞
図２３には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のツェナーダイオードによる過電圧保護の構成の回路図が示されている。図２３では、二次電池モジュールＭＤ２と二次電池モジュールＭＤ３の例が示されている。本実施の形態では、ツェナーダイオードによる過電圧保護の回路構成を特徴とするものである。すなわち、通信端子（ＵＤＰＩ，ＵＤＮＩ，ＬＤＰＩ，ＬＤＮＩ）とＧＮＤ間にツェナーダイオード（ＺＤ）を接続することにより、二次電池モジュールの組み立て時等に通信端子に過電圧が加わることから保護される構成となっている。
【０１２１】
具体的に、図２３に示すように、二次電池モジュールＭＤ２，３の各監視集積回路ＩＣ２，３の外部において、この各監視集積回路ＩＣ２，３のクロックに関する上位側接続通信端子ＵＤＰＩ（ＣＫ），ＵＤＮＩ（ＣＫ）とＧＮＤとの間、データに関する上位側接続通信端子ＵＤＰＩ（Ｄ），ＵＤＮＩ（Ｄ）とＧＮＤとの間に、それぞれ、各端子からＧＮＤへ逆方向となるツェナーダイオードＺＤ７〜ＺＤ１０が接続されている。同様に、各監視集積回路ＩＣ２，３のクロックに関する下位側接続通信端子ＬＤＰＩ（ＣＫ），ＬＤＮＩ（ＣＫ）とＧＮＤとの間、データに関する下位側接続通信端子ＬＤＰＩ（Ｄ），ＬＤＮＩ（Ｄ）とＧＮＤとの間に、それぞれ、各端子からＧＮＤへ逆方向となるツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４が接続されている。
【０１２２】
以上により、本実施の形態のツェナーダイオードによる過電圧保護の構成によれば、ディジーチェーン接続の監視集積回路ＩＣの対となる上位側接続通信端子ＵＤＰＩ，ＵＤＮＩ及び下位側接続通信端子ＬＤＰＩ，ＬＤＮＩには、当該端子のそれぞれからＧＮＤへ逆方向となるツェナーダイオードＺＤを接続することにより、二次電池モジュールＭＤの組み立て時等に通信端子に過電圧が加わることから保護することができる。
【０１２３】
＜単方向通信形式＞
図２４には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの一実施の形態の単方向通信形式の回路図が示されている。図２４では、二次電池モジュールＭＤ２の例が示されている。本実施の形態では、単方向通信形式の回路構成を特徴とするものである。すなわち、通信を単方向とすることにより、二次電池モジュール間ケーブルの本数は増加するが、下位側の二次電池モジュールと上位側の二次電池モジュールの通信を同時に行うことが可能となる。また、通信インターフェースの制御が簡素化される利点もある。さらに、データ通信レートの高速化という観点でも有利である。
【０１２４】
具体的に、図２４に示すように、二次電池モジュールＭＤ２の監視集積回路ＩＣ２は、上位側の二次電池モジュールＭＤ３との間のクロック送信回路ＣＴ１及びクロック受信回路ＣＲ１と、上位側の二次電池モジュールＭＤ３との間のデータ送信回路ＤＴ１及び受信回路ＤＲ１と、下位側の二次電池モジュールＭＤ１との間のクロック送信回路ＣＴ２及びクロック受信回路ＣＲ２と、下位側の二次電池モジュールＭＤ１との間のデータ送信回路ＤＴ２及びデータ受信回路ＤＲ２から構成されている。
【０１２５】
以上により、本実施の形態の単方向通信形式によれば、監視集積回路ＩＣのピン数に余裕がある場合は、クロックとデータの通信方向を送信回路と受信回路による単一方向にすることにより、下位側の二次電池モジュールＭＤと上位側の二次電池モジュールＭＤの通信を同時に行うことが可能となり、また、通信インターフェースの制御が簡素化され、さらに、データ通信レートの高速化を実現することができる。
【０１２６】
＜ノイズ耐性を高める構成＞
図２５、図２６には、本発明の充放電監視装置が適用されたバッテリパックの更に好適な一実施の形態のノイズ耐性を高める構成の回路図と信号波形図が示されている。本実施の形態では、ノイズ耐性を高める構成を特徴とするものである。すなわち、本発明の通信インターフェースは差動構成を採っているので、基本的にはコモンモードノイズに対しては耐性があるが、ノイズ波形によっては出力にノイズの影響が出る可能性がある。そこで、パルス幅の小さい波形を消すフィルタ回路を後段に挿入することにより、ノイズ耐性を高めることが可能となる。
【０１２７】
具体的に、図２５に示すように、オフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦの出力ＯＵＴ１にフィルタ回路ＦＬＴが接続され、このフィルタ回路ＦＬＴの出力ＯＵＴを取り込む構成となっている。このフィルタ回路ＦＬＴを接続した構成により、例えば図２６に示すように、入出力パッドＰＡＤＰ／ＰＡＤＮに入力された信号にノイズ（パルス幅の小さな波形）がのっていた場合でも、オフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦの出力ＯＵＴ１ではノイズが現れるが、フィルタ回路ＦＬＴを通すことで、このフィルタ回路ＦＬＴの出力ＯＵＴではノイズを除くことができる。
【０１２８】
以上により、本実施の形態のノイズ耐性を高める構成によれば、オフセット付き入力バッファＶＯＳＩＮＢＦの出力端にノイズを除去するフィルタ回路ＦＬＴを接続することにより、パルス幅の小さい波形を消して、対ノイズ耐性を高めることができる。
【０１２９】
［実施の形態の変形例］
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１３０】
例えば、監視集積回路ＩＣにおいて、基準電位ＧＮＤを当該監視集積回路ＩＣに対応した電池セルブロックの下から７番目の電池セル（ブロック１ではＥ７）の負電極に対応した中間電圧（ブロック１では２５．２Ｖ）にするものであってもよい。このようにした場合には、前記抵抗Ｒ１〜Ｒ６及びＲ７〜Ｒ１２を設ける場合、ブロック間の中間的な直流電圧となるブロック間の接続的に接続させればよい。このように監視集積回路ＩＣの基準電圧は、それが接続される電池セルの任意の電圧にするものであってもよい。
【０１３１】
さらに、前記監視集積回路ＩＣに対応した１つのブロックに設けられる電池セルの数は任意でよい。また、バッテリパックを構成するブロック数も任意でよい。
【０１３２】
また、各監視集積回路ＩＣは、互いに同じ構成とし、不要な回路は使用しなければよい。例えば、図１において、監視集積回路ＩＣ１に監視集積回路ＩＣ２に設けられるようなデータ送信回路ＤＴ２、データ受信回路ＤＲ２及びクロック受信回路ＣＲ２を搭載させ、逆に監視集積回路ＩＣ２〜ＩＣｍにインターフェイス回路ＩＦを搭載させる。全ての監視集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍが全く同じ構成にされる。
【０１３３】
さらに、監視対象となる電池セルは、リチウムイオン二次電池の他に、二次電池であれば何であってもよい。また、バッテリパックの外部には、充放電動作の制御のためのスイッチ、あるいは保護用のスイッチが設けられる構成でもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、例えば複数の二次電池セルが多段に直列結合されてなるバッテリパックの充放電監視装置のように、互いに異なる基準電位又は駆動電位に接続された一対の半導体集積回路ユニット間での信号伝達を行う電子装置に広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
ＩＣ１〜ＩＣｍ…監視集積回路、ＭＣ…監視回路、ＤＴ１，ＤＴ２…データ送信回路、ＤＲ１，ＤＲ２…データ受信回路、ＣＴ１…クロック送信回路、ＣＲ２…クロック受信回路、ＩＦ…インターフェイス回路、ＳＰＩ…バス、ＯＰＣ…オプトカプラ、ＭＣＵ…マイクロコントローラユニット、Ｃ１〜Ｃ１２…コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ１２…抵抗、
Ｅ１〜Ｅ１２…電池セル、Ｑ１〜Ｑ１２…スイッチＭＯＳＦＥＴ、ＭＵＸ…マルチプレクサ、ＡＤＣ…アナログ／デジタル変換回路、ＲＥＧ１〜ＲＥＧ１２…レジスタ、ＣＯＮＴ…制御回路、
ＶＢ…バイアス回路、Ｒ２１，Ｒ２２…抵抗、ＤＴ（ＣＴ）…送信回路、Ｎ１〜Ｎ３…インバータ回路、ＤＲ（ＣＲ）…受信回路、
ＤＴＲ１，ＤＴＲ２…データ送受信回路、ＰＬＬ…同期クロック再生回路、
ＣＴＲ１，ＣＴＲ２…クロック送受信回路、
ＭＤ１〜ＭＤｍ…二次電池モジュール、ＣＭＬＤＲＶ…ＣＭＬ送信ドライバ、ＲＤＲＶ…送端抵抗、ｐ１，ｐ２…ｐＭＯＳトランジスタ、ｎ１，ｎ２，ｎ３…ｎＭＯＳトランジスタ、ＶＴＡＰＧＣ…振幅中心電位生成回路、ＶＴＡＰ…振幅中心電位、ＲＩＮＣ…受端抵抗回路、ｒ１，ｒ２…抵抗、ｓｗ１，ｓｗ２…スイッチ、ＶＯＳＩＮＢＦ…オフセット付き入力バッファ、
ＴＴＬＴＲＣ…ＴＴＬ双方向回路、ＲＰＤ…プルダウン抵抗、ｓｗ３〜ｓｗ８…スイッチ、
ＺＤ１〜ＺＤ４，ＺＤ７〜ＺＤ１０…ツェナーダイオード、
ＦＬＴ…フィルタ回路。
【図１】
2013153596.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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