JP2021092532A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各電池セルの電圧の検出タイミングの同期性を高めるとともに電圧の検出精度を高める。【解決手段】監視ＩＣ１５は、複数の電池セルＣｂが直列接続された電池モジュール９を監視するものであり、複数のＡＤＣ７４、デジタルフィルタ５８、ＲＣフィルタ７５および検出制御部５９を備える。複数のＡＤＣ７４は、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セルＣｂの電圧に応じた入力電圧を入力する。デジタルフィルタ５８は、ＡＤＣ７４から出力されるデジタル信号を入力するとともにＬＰＦとして機能する。ＲＣフィルタ７５は、デジタルフィルタ５８による折り返しを抑制する。検出制御部５９は、ＡＤＣ７４の動作を制御するとともに、デジタルフィルタ５８の出力信号に基づいて電池セルＣｂの電圧を検出する。検出制御部は、複数の入力電圧が同じタイミングでＡ／Ｄ変換されるように複数のＡＤＣ７４の動作を制御する。【選択図】図１１

Description

本発明は、複数の電池セルが直列接続された組電池を監視する電池監視装置に関する。

従来、電池監視装置は、マルチプレクサおよび１つのＡ／Ｄ変換器を備え、そのＡ／Ｄ変換器を用いて複数の電池セルの電圧を時分割でＡ／Ｄ変換して検出する構成となっている。なお、本明細書では、Ａ／Ｄ変換器のことをＡＤＣと省略することがある。このような全セル共有ＡＤＣの構成では、各電池セルの電圧の検出タイミングを揃えつつ、その検出精度を良好にすることが困難であった。その理由は、次の通りである。すなわち、ＡＤＣには各種の方式が存在するが、ＡＤＣにおいて、変換精度および変換速度はトレードオフの関係となっている。

そのため、上記構成におけるＡＤＣとして、変換速度が速い方式のＡＤＣを採用した場合、各電池セルの電圧の検出タイミングを揃える、つまり全セル取得の同期性を高めることはできるものの、その電圧の検出精度が低くなる。また、上記構成におけるＡＤＣとして、変換精度が高い方式のＡＤＣを採用した場合、各電池セルの電圧の検出精度を良好にすることはできるものの、それらの電圧の検出タイミングを揃えることが困難となる、つまり全セル取得の同期性が低くなる。

一方、非特許文献１には、このような全セル共有ＡＤＣの構成とは異なる構成が開示されている。すなわち、非特許文献１には、各電池セルのそれぞれについて個別にＡＤＣを設け、それらＡＤＣにより各電池セルの電圧を検出する構成が開示されている。非特許文献１に開示された構成によれば、変換精度が高い方式のＡＤＣを用いた場合であっても、全セル取得の同期性を向上することができると考えられる。

"A Stackable, 6-Cell, Li-Ion, Battery Management IC for Electric Vehicles With 13, 12-bit ΣΔ ADCs, Cell Balancing, and Direct-Connect Current-Mode Communications", IEEE Journal of Solid-State Circuits (Volume:49, Issue:4, April 2014 )

非特許文献１に開示された構成では、比較的高いコモンモード電圧を有する電池セルの電圧をＡＤＣの入力範囲の電圧へとレベルシフトするため、各ＡＤＣの前段に差動増幅回路が設けられている。このような構成にでは、差動増幅回路を構成するアンプが通過する信号の帯域を制限することにより、電池セルの電圧をＲＣフィルタを介してＡＤＣへと入力する構成と同等の機能、具体的には電池セルに重畳するノイズであるセルノイズの除去機能が実現される。そのため、上記構成によれば、セルノイズによる電圧の検出精度の低下が抑制される。しかし、この場合、アンプのオフセット誤差、抵抗分圧によるレベルシフト誤差などが生じることから、電圧の検出精度を十分に高めることが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各電池セルの電圧の検出タイミングの同期性を高めるとともに電圧の検出精度を高めることができる電池監視装置を提供することにある。

請求項１に記載の電池監視装置は、複数の電池セル（Ｃｂ）が直列接続された組電池（９）を監視するものであり、複数のＡ／Ｄ変換器（７４、１１１）、デジタルフィルタ（５８、１３３）、アンチエイリアスフィルタ（７５）および検出制御部（５９）を備える。複数のＡ／Ｄ変換器は、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セルの電圧に応じた入力電圧を入力する。デジタルフィルタは、Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号を入力するとともに低域通過フィルタとして機能する。アンチエイリアスフィルタは、デジタルフィルタによる折り返しを抑制する。検出制御部は、複数のＡ／Ｄ変換器の動作を制御するとともに、デジタルフィルタの出力信号に基づいて電池セルの電圧を検出する。

上記構成において、検出制御部は、複数の入力電圧が同じタイミングでＡ／Ｄ変換されるように複数のＡ／Ｄ変換器の動作を制御する。これにより、検出制御部は、複数のＡ／Ｄ変換器が同じタイミングでＡ／Ｄ変換することで得られるデジタル信号に基づいて各電池セルの電圧を検出することができる。そのため、上記構成によれば、各電池セルの電圧の検出タイミングを揃える、つまり各電池セルの電圧の検出タイミングの同期性を高めることができる。

また、上記構成では、デジタルフィルタによりセルノイズが除去される。一般に、デジタルフィルタでは、折り返しが生じるが、上記構成では、このような折り返しの発生を抑制するためのアンチエイリアスフィルタが設けられている。このように、上記構成では、各Ａ／Ｄ変換器の前段に差動増幅回路を設けることなく、セルノイズを除去することができるため、差動増幅回路に起因する前述した各種の誤差が生じることはない。したがって、上記構成によれば、各電池セルの電圧の検出タイミングの同期性を高めるとともに、電圧の検出精度を高めることができるという優れた効果が得られる。

第１実施形態に係る電池監視ユニットが用いられるシステムの構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る電池セルの等価回路を模式的に示す図 第１実施形態に係る電池セルの電流および電圧の波形を模式的に示す図 第１実施形態に係る各電池セルの容量にばらつきが生じている様子を模式的に示す図 第１実施形態に係る車両に搭載される電池モジュールの数と車両の種類との関係を表す図 第１実施形態に係る一体型の構成における通信に関する構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る分散型の構成における通信に関する構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るマイコンおよび電池監視装置の間における通信の概要を説明するための図 第１実施形態に係る電池監視装置の具体的な全体構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る電池監視装置の動作モード毎の各構成の動作状況を示す図 第１実施形態に係る電池監視装置の具体的な回路構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る電池セルの電圧の検出結果に影響を及ぼすフィルタの全体の特性を模式的に示す図 第１実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の具体的な構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る電池監視装置の具体的なチップ構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るデジタルフィルタの具体的な構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るくし形フィルタの具体的な構成を模式的に示す図 第２実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の具体的な構成を模式的に示す図 第３実施形態に係る電池監視装置の具体的な回路構成を模式的に示す図 第３実施形態に係る電圧検出のタイミングおよび電池セルに重畳するノイズを模式的に示す図 第３実施形態の比較例に係る電圧検出のタイミングおよび電池セルに重畳するノイズを模式的に示す図 第３実施形態の変形例に係る電圧検出のタイミングおよび電池セルに重畳するノイズを模式的に示す図 第４実施形態に係る電池監視装置の具体的な回路構成を模式的に示す図 第４実施形態の比較例に係る電池監視装置を含むシステム構成を模式的に示す図 第４実施形態の比較例に係る均等化処理時の各電圧の波形を模式的に示すタイミングチャート 第１〜第４実施形態に係る均等化処理時の各電圧の波形を模式的に示すタイミングチャート

以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１〜図１６を参照して説明する。

＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の電池監視ユニット１は、車両における電動化されたシステム２に用いられる電池スタック３を監視する。システム２が適用される車両としては、ハイブリッド自動車であるＨＥＶ、プラグインハイブリッド自動車であるＰＨＶおよび電気自動車であるＥＶが挙げられる。システム２は、前述した電池監視ユニット１および電池スタック３に加え、ジャンクションボックス４、インバータ５、モータ６、電子制御装置７、補機バッテリ８などを備えている。なお、本明細書では、ジャンクションボックスのことをＪ／Ｂと省略するとともに、電子制御装置のことをＥＣＵと省略することがある。

電池スタック３は、一対の直流電源線Ｌ１、Ｌ２の間に複数の電池セルＣｂが直列接続された構成である。本実施形態では、電池セルＣｂは、例えばリチウムイオン電池などの二次電池により構成されている。なお、図１では、複数の電池セルＣｂのうち一部だけを図示している。各電池セルＣｂは、所定の個数毎に１つの電池モジュール９としてまとめられている。言い換えると、電池モジュール９は、複数の電池セルＣｂのうちの一部の電池セルＣｂから構成されており、そのような構成の電池モジュール９が複数集まることで電池スタック３が構成されている。

この場合、各電池モジュール９が複数の電池セルＣｂが直列接続された組電池に相当する。図示は省略するが、電池セルＣｂ同士の間および電池モジュール９同士の間は、導電部材であるバスバーにより電気的に接続されている。上記構成では、電池セルＣｂには、コモンモード電圧が重畳されている。このコモンモード電圧は、電池モジュール９の上段側、つまり高電位側に接続される電池セルＣｂほど高くなり、その最大値は例えば数百ボルト程度の比較的高い電圧となる。

直流電源線Ｌ１、Ｌ２は、Ｊ／Ｂ４へと引き込まれている。Ｊ／Ｂ４には、接続などに関連する各種の構成、具体的には、電流センサ１０、リレー１１〜１３、抵抗１４などが設けられている。高電位側の直流電源線Ｌ１は、電流センサ１０およびリレー１１を介してインバータ５へと接続される。低電位側の直流電源線Ｌ２は、リレー１２を介してインバータ５へと接続される。また、直流電源線Ｌ２は、リレー１３および抵抗１４を介してインバータ５へと接続される。

リレー１１、１２は、システムメインリレーであり、システム２が通常の動作を実行する際に常時オンとなる。一方、リレー１３は、プリチャージリレーであり、システム２の起動時の一定期間にだけオンされる。これにより、システム２の起動時、電池スタック３からインバータ５の入力コンデンサを充電する電流が抵抗１４により制限され、起動時における突入電流が低減される。電流センサ１０は、電池スタック３に流れる電流、つまり電池セルＣｂに対する充放電電流を検出する。電流センサ１０から出力される電流検出信号は、電池監視ユニット１に与えられている。

インバータ５は、６つの半導体スイッチング素子が三相フルブリッジの形態となるように接続された主回路を備えている。半導体スイッチング素子としては、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどを用いることができる。インバータ５は、車両の走行時、電池スタック３からＪ／Ｂ４および図示しない昇圧コンバータを介して与えられる直流電力を交流電力に変換してモータ６に供給する。インバータ５の動作は、ＥＣＵ７から与えられる指令に基づいて制御される。これにより、ＥＣＵ７は、モータ６の駆動制御、特に車両の走行時にモータ６が発生するトルクを制御する。また、車両の制動時、モータ６からインバータ５を介して回生される回生電力は、Ｊ／Ｂ４などを介して電池スタック３に供給される。

ＥＣＵ７は、システム２の動作全般を制御する。具体的には、ＥＣＵ７は、各種の異常検出、各種のフェールセーフ制御、電池セルＣｂの充電状態であるＳＯＣの算出、電池セルＣｂの充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力下限値Ｗｏｕｔの算出、電池セルＣｂの充放電電力要求の算出、モータ６が発生するトルクの指令値に相当する制御トルク指令の算出、Ｊ／Ｂ４のリレー１１〜１３のオンオフ制御、電池監視ユニット１を冷却するための図示しない冷却ファンの制御などを行う。

補機バッテリ８は、前述した冷却ファンを含めた車両に搭載される各種の電装品に対する電力供給を行う。補機バッテリ８は、電池スタック３からＪ／Ｂ４を介して供給される直流電力により充電可能な構成となっている。なお、この場合、電池スタック３から供給される直流電力は、図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを介して降圧されてから補機バッテリ８に供給される。

電池監視ユニット１は、電池スタック３が備える複数の電池モジュール９のそれぞれに対応して設けられた複数の電池監視装置１５、絶縁部１６、メインマイクロコンピュータ１７、漏電検出部１８、温度検出部１９などを備えている。なお、本明細書では、マイクロコンピュータのことをマイコンと省略することがある。電池監視装置１５には、その監視対象となる電池モジュール９を構成する各電池セルＣｂの端子電圧が入力されている。

電池監視装置１５は、半導体装置、つまりＩＣとして構成されている。そこで、本明細書では、電池監視装置のことを監視ＩＣとも称することとする。監視ＩＣ１５は、対応する電池モジュール９を監視するための所定の処理を実行する。監視ＩＣ１５が実行する所定の処理としては、電池セルＣｂの電圧を検出する処理、断線や機能ブロックの故障検知などの診断である故障診断、各電池セルＣｂの電圧を均等化するための電池均等化などの処理が挙げられる。

各監視ＩＣ１５は、メインマイコン１７との間で所定の通信プロトコルに従った通信を行う。各監視ＩＣ１５は、その通信を介して、メインマイコン１７から各指令などのデータを受信するとともに、メインマイコン１７に対して各処理を実行することにより得られる各検出結果などのデータを送信するようになっている。この場合、各監視ＩＣ１５には、電池セルＣｂに重畳される高いコモンモード電圧が印加される。そのため、各監視ＩＣ１５とメインマイコン１７との間は、例えばフォトカプラ、磁気カプラなどからなる絶縁部１６により絶縁されている。

漏電検出部１８には、電池スタック３に接続される低電位側の直流電源線Ｌ２の電位と補機用のグランドとに基づいて、電池スタック３の漏電を検出する。なお、図１では、補機用のグランドを補機ＧＮＤと称している。漏電検出部１８による漏電の検出結果は、メインマイコン１７に与えられている。図示は省略するが、電池スタック３において、電池セルＣｂの近傍にはサーミスタなどの温度センサが設けられている。温度検出部１９には、このような温度センサから出力される温度検出信号が与えられている。温度検出部１９は、上記温度検出信号に基づいて電池セルＣｂの温度を検出する。温度検出部１９による温度の検出結果は、メインマイコン１７に与えられている。

メインマイコン１７は、上述したように与えられる各検出結果などに基づいて、全ての電池セルＣｂの電圧検出、電池セルＣｂの過充放電検出、断線検出、故障診断などの各種の処理を実行する。メインマイコン１７は、ＥＣＵ７との間でシリアル通信などを行い、その通信を介して各種データの送受信を行う。

＜電池監視に関する各機能＞
電池監視ユニット１により実現される電池監視に関する各機能は、次のような内容となっている。
（１）電圧検出
電圧検出では、各電池セルＣｂの端子間電圧が検出される。このような電圧検出の結果は、後述するＳＯＣ算出などに用いられる。電圧検出の精度としては、特に過充電検出時および過放電検出時には高い検出精度が要求される。

（２）ＳＯＣ算出
ＳＯＣは、電池セルＣｂがオープンのときの値に相関があり、電池セルＣｂの使用中は、電池セルＣｂへの充放電電流による誤差が発生する。電池セルＣｂは、等価的には、図２に示すように、内部抵抗Ｒ１および電圧源Ｖ１の直列回路により表される。

そのため、図３に示すように、電池セルＣｂの外部から見た電圧であるセル電圧ＣＣＶは、電池セルＣｂに電流が流れると、電圧源Ｖ１の電圧ＶＯＣＶから低下する。そこで、上記構成では、このような電池セルＣｂの電圧値および電流値をモニタし、それらのモニタ結果に基づいて真のＳＯＣを見積もるようになっている。なお、このようなＳＯＣの算出は、メインマイコン１７により行われる。

（３）温度検出
上記構成では、電池セルＣｂ毎の温度ばらつきを抑える冷却構造設計が行われており、温度検出では、代表的な複数個所の温度がセンシングされるようになっている。

（４）故障診断
故障診断では、断線、スイッチの固着故障、例えばＡＤＣなどの機能ブロックの故障検知などの診断が行われる。

（５）電池均等化
電池均等化は、各電池セルＣｂの電圧を均等化する処理である。この場合、電池セルＣｂ毎にスイッチおよび抵抗などからなる放電回路が設けられており、各電池セルＣｂの電圧が、最も低い電池セルＣｂの電圧と同程度の電圧となるように各放電回路の動作が制御される。図４に示すように、電池セルＣｂの容量のばらつきにより、過充電または過放電を起こす電池セルＣｂが現れると、その時点以降は充電ができなくなる。そこで、上記構成では、上述したような電池均等化を行い、充電を可能とするようになっている。

＜電池監視ユニットおよびＥＣＵの具体的な配置構成＞
図５に示すように、車両に搭載される電池パック、つまり前述した電池スタック３のサイズは、ＨＥＶ、ＰＨＶ、ＥＶの順に大型化の傾向があり、同様に、電池モジュール９の数も増加する傾向がある。

ＨＥＶでは、例えば特許第６１６０５５７号公報に開示されるような構成、つまり電池セルＣｂの監視機能を有する電池監視ユニット１がＥＣＵ７に取り込まれた一体型の構成が採用される。この場合、電池スタック３とＥＣＵ７との間は、電池セルＣｂの電圧を検出するための電圧検出線２１により接続される。これに対し、ＰＨＶおよびＥＶでは、電池スタック３の大型化などに伴い、電池監視ユニット１が、ＥＣＵ７と独立して電池スタック３の直近に配置される分散型の構成が採用される。なお、図５では、複数の電池監視ユニットのうち一部にだけ符号１を付して表している。

このような分散型の構成では、電池監視ユニット１を構成する各回路素子が実装される回路基板は、電池スタック３の直上などに搭載されることから、その小型化が強く求められる。本明細書では、このような構成における電池監視ユニットのことをＳＢＭとも称する。なお、ＳＢＭは、Satellite Battery Monitorの略称である。この場合、電池スタック３とＳＢＭ１との間は電圧検出線２２により接続される。

なお、図５では、複数の電圧検出線のうち一部にだけ符号２２を付して表している。また、この場合、ＳＢＭ１とＥＣＵ７との間は、通信線２３を介して接続される。このような分散型の構成によれば、一体型の構成に比べ、電圧検出線が短縮されることから車両における配線が削減されるとともに、車両への搭載の自由度が向上するという効果が得られる。

続いて、一体型の構成および分散型の構成のそれぞれにおける通信に関する構成について図６および図７を参照して説明する。図６および図７では、説明を簡略化するため、監視ＩＣ１５の数が２つであるものとしている。また、ここでは、２つの監視１５と、それら２つの監視ＩＣ１５のそれぞれに対応する構成とには、符号の末尾にそれぞれ「Ａ」および「Ｂ」を付して区別している。

図６に示すように、一体型の構成では、ＥＣＵ７は、マイコン２４、磁気カプラ２５〜２７および監視ＩＣ１５Ａ、１５Ｂを備えている。マイコン２４および監視ＩＣ１５Ａは、磁気カプラ２５を介して通信可能となっている。また、マイコン２４および監視ＩＣ１５Ｂは、磁気カプラ２６を介して通信可能となっている。また、監視ＩＣ１５Ａ、１５Ｂは、磁気カプラ２７を介して通信可能となっている。

図７に示すように、分散型の構成では、ＥＣＵ７は、マイコン２４、通信ＩＣ２８およびパルストランス２９、３０を備えている。ＳＢＭ１Ａは、パルストランス３１、３２および監視Ｃ１５Ａを備えている。ＳＢＭ１Ｂは、パルストランス３３、３４および監視ＩＣ１５Ｂを備えている。

マイコン２４および監視ＩＣ１５Ａは、通信ＩＣ２８、パルストランス２９、通信線３５およびパルストランス３１を介して通信可能となっている。また、マイコン２４および監視ＩＣ１５Ｂは、通信ＩＣ２８、パルストランス３０、通信線３６およびパルストランス３４を介して通信可能となっている。また、監視ＩＣ１５Ａ、１５Ｂは、パルストランス３２、通信線３７およびパルストランス３３を介して通信可能となっている。

＜マイコンおよび電池監視装置の間における通信＞
続いて、マイコン２４および各監視ＩＣ１５の間における通信の概要について、図８を参照して説明する。ここでは、監視ＩＣ１５の数が５つであるものとしている。また、ここでは、５つの監視ＩＣ１５には、符号の末尾にそれぞれ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」および「Ｅ」を付して区別している。

マイコン２４は、監視ＩＣ１５Ａとの通信で、監視ＩＣ１５Ａに対して、電圧検出、診断などの処理の実行を指令するライトコマンドが含まれるデータを送信する。このようなライトコマンドが含まれるデータは、監視ＩＣ１５Ａから監視ＩＣ１５Ｄへとデイジーチェーン通信によって順次伝送される。これにより、マイコン２４は、１つの監視ＩＣ１５Ａにライトコマンドが含まれるデータを送信することで、全ての監視ＩＣ１５に対する電圧検出、診断などの処理の実行を指令することができる。

マイコン２４は、監視ＩＣ１５Ａとの通信で、監視ＩＣ１５Ａに対して、電圧検出、診断などの処理の結果の読み出しを要求するリードコマンドが含まれるデータを送信する。このようなリードコマンドおよび対象とされた監視ＩＣ１５において読み出された処理結果が含まれるデータは、監視ＩＣ１５Ａから監視ＩＣ１５Ｄへとデイジーチェーン通信によって順次伝送される。このように、マイコン２４は、１つの監視ＩＣ１５Ａにリードコマンドが含まれるデータを送信することで、全ての監視ＩＣ１５による電圧検出、診断などの処理の結果を取得することができる。

＜監視ＩＣの全体構成＞
監視ＩＣ１５の具体的な全体構成としては、例えば図９に示すような構成を採用することができる。図９に示すように、監視ＩＣ１５は、電源制御部４１、均等化時電源４２、簡易電源４３、基準電源４４、５Ｖ電源４５、１．８Ｖ電源４６、電圧検出部４７、制御回路４８、ＣＲ発振回路４９、メモリ５０、通信Ｉ／Ｆ５１などを備える。

電源ＩＣ１５は、通常の動作を実行する通常モード、全ての動作が停止される暗電流モードおよび均等化の処理を実行する均等化モードの３つの動作モードを有している。なお、暗電流モードは、監視ＩＣ１５に対する電源供給が遮断されたときのモード、つまり電源ＯＦＦ時のモードとなる。監視ＩＣ１５には、その動作用電源として、降圧電源５２の出力および絶縁電源５３の出力のうち一方が選択的に入力されるようになっている。降圧電源５２は、降圧型のスイッチング電源などであり、監視対象となる電池モジュール９の電圧を降圧することで監視Ｃ１５の動作用電源を生成する。絶縁電源５３は、車両の＋Ｂ電源を用いて監視ＩＣ１５の動作用電源を生成する。監視ＩＣ１５は、通常時には絶縁電源５３の出力を動作用電源として動作し、絶縁電源５３の出力が正常に得られないときなどには降圧電源５２の出力を動作用電源として動作する。

電源制御部４１は、降圧電源５２の動作を制御する。具体的には、電源制御部４１は、通常時には降圧電源５２のスイッチング素子をオフするなどして動作を停止し、絶縁電源５３の出力が正常に得られないときには降圧電源５２による電源生成の動作を実行する。均等化時電源４２は、電池モジュール９の電圧を降圧することで、１．８Ｖ電源４６に供給する電源を生成する。均等化時電源４２は、監視ＩＣ１５が均等化モードに設定されている期間に動作し、その他の通常モードおよび暗電流モードでは動作を停止するようになっている。

簡易電源４３は、降圧電源５２の出力または絶縁電源５３の出力のうちいずれかを入力し、それを降圧およびノイズ除去することで、基準電源４４、５Ｖ電源４５および１．８Ｖ電源４６に供給する電源を生成する。基準電源４４は、電圧検出部４７において使用される基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２を生成する。５Ｖ電源４５は、電圧検出部４７などにおいて使用される５Ｖ系の電源電圧を生成する。

１．８Ｖ電源４６は、制御回路４８などにおいて使用される１．８Ｖ系の電源電圧を生成する。１．８Ｖ電源４６は、均等化時電源４２の出力および簡易電源４３の出力のうちいずれかにより動作する。具体的には、１．８Ｖ電源４６は、監視ＩＣ１５が通常モードに設定されている期間には簡易電源４３の出力により動作し、監視ＩＣ１５が均等化モードに設定されている期間には均等化時電源４２の出力により動作する。

電圧検出部４７には、電池モジュール９を構成する各電池セルＣｂの端子電圧が入力される。電圧検出部４７は、フィルタ５４、検出部５５、均等化部５６、診断用検出部５７などを備えている。フィルタ５４は、ＲＣフィルタなどの低域通過フィルタであり、各電池セルＣｂの電圧を入力し、その低域成分を除去して出力する。なお、本明細書では、低域通過フィルタのことをＬＰＦと省略することがある。

検出部５５は、各電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられた複数のＡＤＣを備え、フィルタ５４の出力をＡ／Ｄ変換し、それにより得られるデジタル信号を制御回路４８に出力する。均等化部５６は、均等化を実行するための複数の均等化スイッチから構成される。診断用検出部５７は、マルチプレクサおよびＡＤＣを備え、複数の電池セルＣｂの電圧を時分割で検出し、その検出値を表すデジタル信号を制御回路４８に出力する。

制御回路４８は、ロジック回路として構成されたものであり、その機能ブロックとして、デジタルフィルタ５８、検出制御部５９、均等化制御部６０、故障診断部６１、補正部６２および通信制御部６３を備えている。制御回路４８には、クロック信号を生成する発振器４９、各種のデータを記憶するためのメモリ５０および発振器６４が接続されている。制御回路４８は、例えばＣＲ発振回路からなる発振器４９から供給されるクロック信号を動作クロックとして動作する。

デジタルフィルタ５８は、検出部５５から出力されるデジタル信号を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。検出制御部５９は、検出部５５の動作を制御するとともに、デジタルフィルタ５８の出力信号に基づいて電池セルＣｂの電圧を検出する、つまり前述した電圧検出の処理を実行する。均等化制御部６０は、均等化部５６の動作を制御し、前述した電池均等化の処理を実行する。

故障診断部６１は、診断用検出部５７の動作を制御し、診断用検出部５７から出力されるデジタル信号と、検出制御部５９による電圧検出の結果とに基づいて、電圧検出に関連する各種の経路、構成などの故障を診断する、つまり前述した故障診断の処理を実行する。補正部６２は、各種の処理において必要となる様々な補正処理を実行する。通信制御部６３は、通信Ｉ／Ｆ５１を介して外部の装置との間で行われる通信を制御する。

上記構成の監視ＩＣ１５は、設定される動作モードに応じて、各構成の動作状況が図１０に示すように変化するようになっている。なお、図１０では、各構成について、動作が実行される状態を「ＯＮ」と表し、動作が停止される状態を「ＯＦＦ」と表している。図１０に示すように、監視ＩＣ１５が暗電流モードに設定されると、全ての構成がＯＦＦとなる。これにより、暗電流モード設定時、監視ＩＣ１５の消費電流は、暗電流に対応する値となる。

監視ＩＣ１５が通常モードに設定されると、各構成のうち、均等化時電源４２がＯＦＦとなり、均等化時電源４２を除く構成がＯＮとなる。これにより、通常モード設定時、監視ＩＣ１５の消費電流は、定常値となる。監視ＩＣ１５が均等化モードに設定されると、各構成のうち、均等化時電源４２、発振器６４および制御回路４８がＯＮとなり、それらを除く構成がＯＮとなる。

監視ＩＣ１５は、均等化モードに設定された場合、電池均等化の処理だけを実行できればよいため、上述したように均等化に関係のない各構成がＯＦＦされるようになっている。電池均等化の処理では、所定の均等化スイッチをオンにし、そのオン状態を所定時間継続し、その後、その均等化スイッチをオフする、という動作の流れとなる。制御回路４８の均等化制御部６０は、発振器６４から供給されるクロック信号を用いて上記した所定時間を計測する。

電池均等化の処理が実行される際、制御回路４８は、ＯＮされるものの、均等化に関係のない機能ブロックの動作は不要であるため、均等化制御部６０などの均等化に関係のある機能ブロックだけが動作状態となる。このようなことから、均等化モード時、監視ＩＣ１５の消費電流は、定常値よりも低い値となる。つまり、均等化モードは、通常モードに比べ、省電力のモードとなる。

＜監視ＩＣの要部の具体的な回路構成＞
監視ＩＣ１５の要部の具体的な回路構成としては、例えば図１１に示すような構成を採用することができる。なお、図１１では、監視ＩＣ１５の監視対象となる電池モジュール９の複数の電池セルＣｂのうち、６つの電池セルＣｂが示されており、それら６つの電池セルＣｂを区別するために、符号の末尾に「Ａ」〜「Ｆ」を付している。

また、６つの電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられる各構成についても、符号の末尾に同様のアルファベットを付して区別することとする。ただし、これら各構成について、区別する必要がない場合には、末尾のアルファベットを省略して総称することとする。なお、図１１では、監視ＩＣ１５について、主に３つの電池セルＣｂＣ、ＣｂＤ、ＣｂＥに対応する構成を示しているが、他の電池セルＣｂに対応する構成も同様である。

電池セルＣｂＡは、電池モジュール９において最も高電位側に配置されたものであり、電池セルＣｂＦは、電池モジュール９において最も低電位側に配置されたものである。電池セルＣｂＢ〜ＣｂＥは、電池モジュール９において電池セルＣｂＡと電池セルＣｂＦとの間の任意の箇所に配置されたものである。電池セルＣｂＢの高電位側端子および電池セルＣｂＢの高電位側に隣接する図示しない電池セルＣｂの低電位側端子は、均等化用抵抗ＲＢ１を介して接続端子ＰＢ１に接続されている。

電池セルＣｂＢの低電位側端子および電池セルＣｂＣの高電位側端子は、接続端子ＰＳ１に接続されるとともに、均等化用抵抗ＲＢ２を介して接続端子ＰＢ２に接続されている。電池セルＣｂＣの低電位側端子および電池セルＣｂＤの高電位側端子は、接続端子ＰＳ２に接続されるとともに、均等化用抵抗ＲＢ３を介して接続端子ＰＢ３に接続されている。電池セルＣｂＤの低電位側端子および電池セルＣｂＥの高電位側端子は、接続端子ＰＳ３に接続されるとともに、均等化用抵抗ＲＢ４を介して接続端子ＰＢ４に接続されている。電池セルＣｂＥの低電位側端子および電池セルＣｂＦの低電位側に隣接する図示しない電池セルＣｂの高電位側端子は、接続端子ＰＳ４に接続されている。

接続端子ＰＢ１および接続端子ＰＢ２の間には、均等化スイッチ７１Ｂおよびコンデンサ７２Ｂが並列に接続されている。接続端子ＰＢ２および接続端子ＰＢ３の間には、均等化スイッチ７１Ｃおよびコンデンサ７２Ｂが並列に接続されている。接続端子ＰＢ３および接続端子ＰＢ４の間には、均等化スイッチ７１Ｂおよびコンデンサ７２Ｂが並列に接続されている。均等化スイッチ７１は、例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴから構成されており、そのオンオフは、制御回路４８の均等化制御部６０により制御される。均等化スイッチ７１およびコンデンサ７２は、前述した均等化部５６に含まれる。

この場合、均等化用抵抗ＲＢ１〜ＲＢ４およびコンデンサ７２により、パイ型のＲＣフィルタが構成される。具体的には、コンデンサ７２Ｂは、均等化用抵抗ＲＢ１、ＲＢ２とともにＲＣフィルタ７３Ｂを構成する。また、コンデンサ７２Ｃは、均等化用抵抗ＲＢ２、ＲＢ３とともにＲＣフィルタ７３Ｃを構成する。また、コンデンサ７２Ｄは、均等化用抵抗ＲＢ３、ＲＢ４とともにＲＣフィルタ７３Ｄを構成する。

上記構成において、ＲＣフィルタ７３Ｂは、接続端子ＰＢ１、ＰＢ２を介して与えられる電池セルＣｂＢの各端子電圧を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。また、ＲＣフィルタ７３Ｃは、接続端子ＰＢ２、ＰＢ３を介して与えられる電池セルＣｂＣの各端子電圧を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。また、ＲＣフィルタ７３Ｄは、接続端子ＰＢ３、ＰＢ４を介して与えられる電池セルＣｂＤの各端子電圧を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。

抵抗ＲＳ１の一方の端子は接続端子ＰＳ１に接続され、その他方の端子はＡＤＣ７４Ｃの一方の入力端子に接続されている。抵抗ＲＳ２の一方の端子は接続端子ＰＳ２に接続され、その他方の端子はＡＤＣ７４Ｃの他方の入力端子に接続されている。また、抵抗ＲＳ１および抵抗ＲＳ２の各他方の端子間には、コンデンサＣＳ１が接続されている。抵抗ＲＳ１、ＲＳ２およびコンデンサＣＳ１により、パイ型のＲＣフィルタ７５Ｃが構成される。

抵抗ＲＳ２の他方の端子は、ＡＤＣ７４Ｄの一方の入力端子にも接続されている。抵抗ＲＳ３の一方の端子は接続端子ＰＳ３に接続され、その他方の端子はＡＤＣ７４Ｄの他方の入力端子に接続されている。また、抵抗ＲＳ２および抵抗ＲＳ３の各他方の端子間には、コンデンサＣＳ２が接続されている。抵抗ＲＳ２、ＲＳ３およびコンデンサＣＳ２により、パイ型のＲＣフィルタ７５Ｄが構成される。

抵抗ＲＳ３の他方の端子は、ＡＤＣ７４Ｅの一方の入力端子にも接続されている。抵抗ＲＳ４の一方の端子は接続端子ＰＳ４に接続され、その他方の端子はＡＤＣ７４Ｅの他方の入力端子に接続されている。また、抵抗ＲＳ３および抵抗ＲＳ４の各他方の端子間には、コンデンサＣＳ３が接続されている。抵抗ＲＳ３、ＲＳ４およびコンデンサＣＳ３により、パイ型のＲＣフィルタ７５Ｅが構成される。

上記構成において、ＲＣフィルタ７５Ｃは、接続端子ＰＳ１、ＰＳ２を介して与えられる電池セルＣｂＣの各端子電圧を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。また、ＲＣフィルタ７５Ｄは、接続端子ＰＳ２、ＰＳ３を介して与えられる電池セルＣｂＤの各端子電圧を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。また、ＲＣフィルタ７５Ｅは、接続端子ＰＳ３、ＰＳ４を介して与えられる電池セルＣｂＥの各端子電圧を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。詳細は後述するが、ＲＣフィルタ７５は、制御回路４８のデジタルフィルタ５８による折り返しを抑制するアンチエイリアスフィルタとして機能する。

ＡＤＣ７４Ｃには、ＲＣフィルタ７５Ｃの出力電圧、つまり対応する電池セルＣｂＣの電圧に応じた入力電圧が入力されている。ＡＤＣ７４Ｃは、このような入力電圧をＡ／Ｄ変換し、その変換結果として得られるデジタル信号を制御回路４８に出力する。ＡＤＣ７４Ｄには、ＲＣフィルタ７５Ｄの出力電圧、つまり対応する電池セルＣｂＤの電圧に応じた入力電圧が入力されている。ＡＤＣ７４Ｄは、このような入力電圧をＡ／Ｄ変換し、その変換結果として得られるデジタル信号を制御回路４８に出力する。

ＡＤＣ７４Ｅには、ＲＣフィルタ７５Ｅの出力電圧、つまり対応する電池セルＣｂＥの電圧に応じた入力電圧が入力されている。ＡＤＣ７４Ｅは、このような入力電圧をＡ／Ｄ変換し、その変換結果として得られるデジタル信号を制御回路４８に出力する。ＡＤＣ７４の動作は、制御回路４８の検出制御部５９により制御される。

このように、監視ＩＣ１５は、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セルＣｂの電圧に応じた入力電圧を入力する複数のＡＤＣ７４を備えている。この場合、ＡＤＣ７４は、高いコモン電圧を低いコモン電圧まで降圧させるレベルシフトも行っている。なお、ＡＤＣ７４としては、例えばΔΣ型ＡＤＣなど、変換精度が比較的高い方式のＡＤＣを採用することができる。

上記構成において、ＡＤＣ７４には、対応する電池セルＣｂの両端子に接続される検出経路を介して入力電圧が入力されるようになっている。具体的には、ＡＤＣ７４Ｃに対応する検出経路は、「電池セルＣｂＣの高電位側端子→接続端子ＰＳ１→抵抗ＲＳ１→ＡＤＣ７４Ｃ」という経路および「電池セルＣｂＣの低電位側端子→接続端子ＰＳ２→抵抗ＲＳ２→ＡＤＣ７４Ｃ」という経路となる。

また、ＡＤＣ７４Ｄに対応する検出経路は、「電池セルＣｂＤの高電位側端子→接続端子ＰＳ２→抵抗ＲＳ２→ＡＤＣ７４Ｄ」という経路および「電池セルＣｂＤの低電位側端子→接続端子ＰＳ３→抵抗ＲＳ３→ＡＤＣ７４Ｄ」という経路となる。また、ＡＤＣ７４Ｅに対応する検出経路は、「電池セルＣｂＥの高電位側端子→接続端子ＰＳ３→抵抗ＲＳ３→ＡＤＣ７４Ｅ」という経路および「電池セルＣｂＥの低電位側端子→接続端子ＰＳ４→抵抗ＲＳ４→ＡＤＣ７４Ｅ」という経路となる。

また、上記構成において、均等化スイッチ７１は、上記した検出経路とは異なる均等化経路を介して、対応する電池セルＣｂを放電することができる構成となっている。具体的には、均等化スイッチ７１Ｂに対応する均等化経路は、「電池セルＣｂＢの高電位側端子→抵抗ＲＢ１→接続端子ＰＢ１→均等化スイッチ７１Ｂ」という経路および「電池セルＣｂＢの低電位側端子→抵抗ＲＢ２→接続端子ＰＢ２→均等化スイッチ７１Ｂ」という経路となる。

また、均等化スイッチ７１Ｃに対応する均等化経路は、「電池セルＣｂＣの高電位側端子→抵抗ＲＢ２→接続端子ＰＢ２→均等化スイッチ７１Ｃ」という経路および「電池セルＣｂＣの低電位側端子→抵抗ＲＢ３→接続端子ＰＢ３→均等化スイッチ７１Ｃ」という経路となる。また、均等化スイッチ７１Ｄに対応する均等化経路は、「電池セルＣｂＤの高電位側端子→抵抗ＲＢ３→接続端子ＰＢ３→均等化スイッチ７１Ｄ」という経路および「電池セルＣｂＤの低電位側端子→抵抗ＲＢ４→接続端子ＰＢ４→均等化スイッチ７１Ｄ」という経路となる。

診断用検出部５７は、マルチプレクサ７６およびＡＤＣ７７を備えている。マルチプレクサ７６には、ＲＣフィルタ７３の各出力電圧、つまり各電池セルＣｂの電圧に応じた入力電圧が入力されている。言い換えると、マルチプレクサ７６には、上記した均等化経路を介して各電池セルＣｂの電圧に応じた入力電圧が入力されている。マルチプレクサ７６は、各入力電圧のうちいずれか１つを選択してＡＤＣ７７に出力する。

ＡＤＣ７７は、マルチプレクサ７６から与えられる入力電圧をＡ／Ｄ変換し、その変換結果として得られるデジタル信号を制御回路４８に出力する。この場合、ＡＤＣ７７としては、例えばΔΣ型ＡＤＣなど、各種の方式のＡＤＣを採用することができる。マルチプレクサ７６およびＡＤＣ７７の動作は、制御回路４８の均等化制御部６０により制御される。

リークキャンセル回路７８は、電池セルＣｂＡの高電位側端子の電圧に応じた入力電圧、つまり電池セルＣｂＡに対応して設けられるＲＣフィルタ７５から出力される高電位側の出力電圧をＡＤＣ７４へと入力するための経路を介して流れるリーク電流を低減する。リークキャンセル回路７９は、電池セルＣｂＦの低電位側端子の電圧に応じた入力電圧、つまり電池セルＣｂＦに対応して設けられるＲＣフィルタ７５から出力される低電位側の出力電圧をＡＤＣ７４へと入力するための経路を介して流れるリーク電流を低減する。

ここで言うリーク電流は、特開２０１７−１５６１９４号公報に記載されているリーク電流と同様のものであるため、その説明を省略し、必要に応じて特開２０１７−１５６１９４号公報の記載を参照することとする。また、リークキャンセル回路７８、７９の具体的な構成としては、例えば、特開２０１７−１５６１９４号公報に開示される各構成を採用することができる。リークキャンセル回路７８、７９の動作は、制御回路４８により制御される。

制御回路４８のデジタルフィルタ５８は、ＡＤＣ７４から出力されるデジタル信号を入力し、その低域成分を除去するＬＰＦとして機能する。デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数は、任意の値に設定することができる。制御回路４８の検出制御部５９は、複数のＡＤＣ７４の動作を制御するとともに、デジタルフィルタ５８の出力信号に基づいて各電池セルＣｂの電圧を検出する。この場合、検出制御部５９は、複数の入力電圧が同じタイミングでＡ／Ｄ変換されるように複数のＡＤＣ７４の動作を制御する。なお、本明細書などにおける「同じタイミング」とは、タイミングが完全に一致するものだけでなく、目的とする効果を奏するものであれば、互いのタイミングに若干の差があり厳密には一致していないようなものも含む。また、この場合、検出制御部５９は、複数のＡＤＣ７４が変換動作を常時実行するように、それらの動作を制御する。

均等化制御部６０は、均等化部５６の動作、具体的には均等化スイッチ７１のオンオフを制御し、前述した電池均等化の処理を実行する。故障診断部６１は、診断用検出部５７の動作を制御し、診断用検出部５７から出力されるデジタル信号と、検出制御部５９による電圧検出の結果とに基づいて、上記した検出経路および複数のＡＤＣ７４に関連する故障を診断するなどの故障診断の処理を実行する。

この場合、故障診断部６１は、ＡＤＣ７４から出力される所定の電池セルＣｂの電圧の検出値に相当するデジタル信号と、診断用検出部５７から出力される所定の電池セルＣｂの電圧の検出値に相当するデジタル信号と、を比較することで行う。具体的には、故障診断部６１は、各デジタル信号、つまり各検出値が一致している場合には、所定の電池セルＣｂに対応する検出経路およびＡＤＣ７４の双方が正常であると診断し、各検出値が異なる場合には所定の電池セルＣｂに対応する検出経路およびＡＤＣ７４の少なくとも一方に故障が生じていると診断する。

上記構成では、診断用検出部５７および故障診断部６１により、均等化経路を介して複数の電池セルＣｂの電圧を検出し、その検出値に基づいて検出経路およびＡＤＣ７４に関連する故障を診断する故障診断回路８０が構成される。この場合、故障診断回路８０は、複数の電池セルＣｂの電圧を時分割で検出する１つの電圧検出回路として機能する診断用検出部５７を備えている。

＜ＲＣフィルタおよびデジタルフィルタの特性＞
上記構成において、ＲＣフィルタ７５は、電池セルＣｂ毎に専用で設けられた単独型の構成ではなく、隣接する電池セルＣｂ間でフィルタを構成する回路素子である抵抗を共用する非単独型の構成となっている。このような構成を採用する理由の一つとしては、非単独型のフィルタは、単独型のフィルタに比べてコモンモードノイズ耐量が向上するというメリットがあるからである。しかし、非単独型のフィルタは、次のようなデメリットがある。すなわち、単独型のフィルタの場合、そのフィルタの定数、つまりフィルタの時定数は、他のフィルタの影響を受けることがないため、各フィルタの定数を概ね同じ値にすることができる、つまりフィルタ定数ずれが発生しない。

これに対し、非単独型のフィルタであるＲＣフィルタ７５の場合、各ＲＣフィルタ７５の定数は、自身を構成する回路素子だけでなく、他のＲＣフィルタ７５を構成する回路素子の影響を受けるものとなる。そのため、各ＲＣフィルタ７５の定数は、そのＲＣフィルタ７５に対応する電池セルＣｂの電池モジュール９中における位置によって変化する。したがって、この場合、各ＲＣフィルタ７５の定数を同じ値にすることが困難となる、つまりフィルタ定数ずれが発生する。

このような課題を解消するため、本実施形態では、ＲＣフィルタ７５に加え、デジタルフィルタ５８が設けられており、デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数がＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数よりも低い値に設定されている。なお、ＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数は、上述したように発生するフィルタ定数ずれに伴いＲＣフィルタ７５毎にばらついた値となるが、本実施形態では、そのような点をも考慮したうえで、デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数が全てのＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数よりも低くなるように設定されている。また、デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数は、電池セルＣｂに重畳するノイズであるセルノイズを十分に除去できるような値に設定されている。

上記構成の監視ＩＣ１５における電池セルＣｂの電圧の検出結果に影響を及ぼすフィルタ全体の特性は、図１２に示すようなものとなる。なお、図１２では、デジタルフィルタ５８の特性を実線で示し、ＲＣフィルタ７５の特性を点線で示している。図１２に示すように、フィルタ全体のカットオフ周波数の１ｓｔポールは、デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数に依存する。

そのため、上記構成では、セルノイズがデジタルフィルタ５８により除去され、ＲＣフィルタ７５の除去にはほとんど寄与しない。ただし、デジタルフィルタ５８には、図１２に示すような折り返し、つまりエイリアシングがある。この場合、ＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数は、デジタルフィルタ５８の折り返しを低減することができる値に設定されている。なお、ＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数は、前述したようにばらついた値となるが、全てのＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数が、このような折り返しを抑制できる程度の範囲に設定することは容易である。

＜ＡＤＣの具体的な構成＞
ＡＤＣ７４の具体的な構成としては、例えば図１３に示すような構成を採用することができる。なお、ここでは、図示されたＡＤＣ７４Ｃの構成を例にしてＡＤＣ７４の構成を説明するが、図示されたＡＤＣ７４Ｄおよび図示されていない他のＡＤＣ７４についても同様の構成となっている。ＡＤＣ７４は、ΔΣ型ＡＤＣであり、前述した入力電圧が与えられる２つの入力ノードＮ１、Ｎ２間の差電圧を検出する差動構成のスイッチトキャパシタ回路９１と、差動出力形式のＯＰアンプ９２と、を備えている。なお、図１３では、ＡＤＣ７４の構成のうち一部の構成の図示を省略している。

ＯＰアンプ９２の一方の入力端子と一方の出力端子との間にはコンデンサＣ３が接続されており、ＯＰアンプ９２の他方の入力端子と他方の出力端子との間にはコンデンサＣ４が接続されている。コンデンサＣ３、Ｃ４は、積分容量として機能する。ＯＰアンプ９２の各出力端子から出力される差動電圧は、制御回路４８に与えられる。ＯＰアンプ９２のコモン電圧は、電圧Ｖｃｍに等しく設定されている。電圧Ｖｃｍは、ＡＤＣ７４において用いられる２つの基準電圧の中間電圧となっている。

スイッチトキャパシタ回路９１は、スイッチＳ１〜Ｓ８およびコンデンサＣ１〜Ｃ４を備えている。差動構成において対をなすコンデンサＣ１、Ｃ２は、入力電圧を充電するためのものであり、互いに同じ容量値になっている。なお、本明細書における「同じ容量値」とは、容量値が完全に一致するものだけでなく、目的とする効果を奏するのであれば、互いの容量値に若干の差があり厳密には一致していないようなものも含む。

コンデンサＣ１の一方の端子は、スイッチＳ１を介してノードＮ１に接続されているとともに、スイッチＳ２を介してノードＮ２に接続されている。コンデンサＣ２の一方の端子は、スイッチＳ３を介してノードＮ１に接続されているとともに、スイッチＳ４を介してノードＮ２に接続されている。コンデンサＣ１、Ｃ２の各他方の端子には、それぞれスイッチＳ５、Ｓ６を介して、電圧Ｖｃｍが印加可能とされている。また、コンデンサＣ１、Ｃ２の各他方の端子は、それぞれスイッチＳ７、Ｓ８を介して、ＯＰアンプ９２の各入力端子に接続されている。

スイッチＳ１〜Ｓ８は、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子により構成されており、そのオンオフは制御回路４８の検出制御部５９により制御される。スイッチＳ１、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を第１スイッチと総称するとともに、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ７、Ｓ８を第２スイッチと総称すると、第１スイッチおよび第２スイッチは、相補的にオンオフされる。具体的には、第１スイッチは、スイッチトキャパシタ回路９１においてコンデンサＣ１、Ｃ２を充電するサンプル動作が行われるサンプル期間にオンされる。また、第２スイッチは、スイッチトキャパシタ回路９１においてコンデンサＣ１、Ｃ２に蓄積された電荷を保持するホールド動作が行われるホールド期間にオンされる。

上記構成において、ＡＤＣ７４Ｃ、７４Ｄは、電池セルＣｂＣの低電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路と、電池セルＣｂＤの高電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路と、を共有している。すなわち、本実施形態では、隣接する２つの電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられた２つのＡＤＣ７４は、２つの電池セルＣｂのうち一方の低電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路と２つの電池セルのうち他方の高電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路とを共有する構成になっている。

このような構成によれば、次のようにしてリーク電流が低減される、つまりリークキャンセルが可能となる。すなわち、ＡＤＣ７４Ｃのスイッチトキャパシタ回路９１における動作の１周期中には、コンデンサＣ２を放電する放電電流が流れる。この放電電流は、図１３に太い一点鎖線で示すように、「電池セルＣｂの高電位側端子→接続端子Ｓ１→抵抗ＲＳ１→スイッチＳ３→スイッチＳ４→抵抗ＲＳ２→接続端子Ｓ２→電池セルＣｂの低電位側端子」という経路で流れる。

また、ＡＤＣ７５Ｄのスイッチトキャパシタ回路９１における動作の１周期中には、コンデンサＣ１を充電する充電電流が流れる。この充電電流は、図１３に太い点線で示すように、「電池セルＣｂＤの高電位側端子→接続端子Ｓ２→抵抗ＲＳ２→スイッチＳ１→スイッチＳ２→抵抗ＲＳ３→接続端子Ｓ３→電池セルＣｂＤの低電位側端子」という経路で流れる。

このように、上記構成では、ＡＤＣ７４Ｃ、７４Ｄにおいて共有する経路には、上述した充電電流および放電電流が流れる。この場合、隣接する２つの電池セルＣｂＣ、ＣｂＤの電位、具体的には電池セルＣｂＣの低電位側端子の電位および電池セルＣｂＤの高電位側端子の電位は概ね同じ電位となる。そのため、これら充電電流および放電電流は、互いに逆向きであり且つ同程度の電流値となる。したがって、ＡＤＣ７４Ｃ、７４Ｄにおいて共有する経路には、ほとんどリーク電流が流れない状態となり、その結果、リークキャンセルが実現される。

＜監視ＩＣのチップ構成＞
監視ＩＣ１５のチップ構成としては、例えば図１４に示すような構成を採用することができる。図１４に示すように、監視ＩＣ１５は、複数の半導体チップが１つのパッケージに収容されたマルチチップパッケージのＩＣとなっている。すなわち、監視ＩＣ１５は、第１半導体チップ１０１と、第２半導体チップ１０２と、第１半導体チップ１０１および第２半導体チップ１０２を収容するパッケージ１０３と、を備えている。

第１半導体チップ１０１および第２半導体チップ１０２は、いずれもシリコンなどの半導体からなる板状をなす半導体チップである。第１半導体チップ１０１には、ＲＣフィルタ７５が形成されている。ＲＣフィルタ７５を構成する抵抗ＲＳ１〜ＲＳ４などは、例えばポリシリコン抵抗、薄膜抵抗などにより形成される。ＲＣフィルタ７５を構成するコンデンサＣＳ１〜ＣＳ３などは、例えば半導体基板にトレンチを掘るとともに電極および誘電体を形成することにより構成されるトレンチキャパシタを集積することにより形成される。

第２半導体チップ１０２には、ＡＤＣ７４、デジタルフィルタ５８および検出制御部５９を備えた制御回路４８などの回路が形成されている。このように、監視ＩＣ１５において、ＲＣフィルタ７５は、ＡＤＣ７４、デジタルフィルタ５８および検出制御部５９とともにＩＣとして構成されている。監視ＩＣ１５は、例えば均等化用抵抗ＲＢ１〜ＲＢ４など、電池の監視機能の各構成要素、つまり電池監視ユニット１を構成する各回路素子のうち監視ＩＣ１５に実装されていない他の回路素子などとともに、図示しない回路基板に実装される。なお、ＲＣフィルタ７５を構成する抵抗ＲＳ１〜ＲＳ４などは、監視ＩＣ１５の外部に外付け部品として設けてもよい。

＜デジタルフィルタの具体的な構成＞
ΔΣ型ＡＤＣは、オーバーサンプリング方式に基づいており、信号帯域よりも十分に高い周波数でサンプリングを行い、ΔΣ変調器でノイズシェーピングを行い、高域周波数に追いやられた量子化雑音を、デジタルフィルタ５８により除去することで、分解能の高いＡ／Ｄ変換を実現している。そのため、ＡＤＣ７４としてΔΣ型ＡＤＣを採用する場合、デジタルフィルタ５８としては、オーバーサンプリングされた信号から、サンプリング周波数よりも十分に低い信号成分だけを通して、それ以外の量子化雑音を除去することができるもの、つまり非常にカットオフ周波数の低いＬＰＦである必要がある。

このようなデジタルフィルタ５８を、１段のデジタルフィルタで実現することは、フィルタの次数を極めて高くしなければならない、フィルタ係数の精度を高くしなければならない、などの理由から困難となる。そこで、デジタルフィルタ５８の具体的な構成としては、例えば図１５に示すような構成を採用することができる。図１５に示すデジタルフィルタ５８は、低域フィルタリングおよびディシメーションという２つの機能を有する。ディシメーションとは、オーバーサンプリングされた信号から、サンプル値を適当な間隔で間引くことにより、サンプリング周波数を低くする操作である。

ディシメーションの際には、信号帯域以外の成分が、エイリアシングにより信号帯域に変換されて混入しないよう考慮する必要がある。また、フィルタの次数が不必要に高くならないような配慮も必要となる。図１５の構成によれば、これらの点が解決されるようになっている。すなわち、この場合、ＡＤＣ７４から出力される信号は、最初に、構成が簡単なデジタル低域フィルタであるくし形フィルタ１０４を通過する。これにより、量子化雑音がある程度減少する。

その後、上記構成では、第１段階のディシメーションが行われる。なお、図１５では、ディシメーションが行われるブロックを下向きの矢印で表している。そして、上記構成では、第１段階のディシメーションが行われた後の出力をＦＩＲ型のデジタルフィルタ１０５に通過させることで、必要な信号帯域以外の量子化雑音を減衰させる。この後に残留する雑音成分により、ＡＤＣ７４の信号対雑音比、つまりＳＮＲが定まることになる。なお、ＦＩＲは、Finite Impulse Responseの略称である。

その後、上記構成では、第２段階のディシメーションが行われ、信号帯域に対して必要最低限の周波数までサンプリング周波数が下げられる。くし形フィルタ１０４は、周期的にゼロ点があるため、第１段階のディシメーションの後、量子化雑音の折り返し成分が、信号帯域に混入しないようにすることができる。従って、デジタルフィルタの特性としては急峻なものでなくてよい。その後、急峻なカットオフ特性を有するＦＩＲ型のデジタルフィルタ１０５により信号帯域型の雑音が除去されるが、第１段階のディシメーションによりサンプリング周波数が既に低くなっているため、カットオフ周波数もサンプリング周波数に比べて極端に低くする必要がなく、カットオフ特性の急峻さの要求も緩和される。

くし形フィルタ１０４は、平均化フィルタとも呼ばれ、いくつかの連続したサンプル値を単純に足し合わせたものを出力とする構成である。くし形フィルタ１０４の具体的な構成としては、例えば図１６に示すような構成を採用することができる。図１６に示すくし形フィルタ１０４は、入力ｘ（ｎ）と出力ｙ（ｎ）との間に設けられた複数の加算器１０６、１０７および複数の遅延器１０８、１０９を備えたものであり、３次のＮ＝６４のくし形フィルタとなっている。このような構成によれば、例えば１段のくし形フィルタに比べ、大きな減衰特性を有するため、ΔΣ型ＡＤＣの出力を入力するデジタルフィルタ５８に採用するのに適したものとなる。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
監視ＩＣ１５は、電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられた複数のＡＤＣ７４、制御回路４８などを備えている。制御回路４８は、ＡＤＣ７４から出力されるデジタル信号を入力するとともにＬＰＦとして機能するデジタルフィルタ５８、複数のＡＤＣ７４の動作を制御するとともにデジタルフィルタ５８の出力信号に基づいて電池セルＣｂの電圧を検出する検出制御部５９を備えている。

検出制御部５９は、複数の入力電圧が同じタイミングでＡ／Ｄ変換されるように複数のＡＤＣ７４の動作を制御する。これにより、検出制御部５９は、複数のＡＤＣ７４が同じタイミングでＡ／Ｄ変換することで得られるデジタル信号に基づいて各電池セルＣｂの電圧を検出することができる。そのため、上記構成によれば、各電池セルＣｂの電圧の検出タイミングを揃える、つまり各電池セルＣｂの電圧の検出タイミングの同期性を高めることができる。

また、上記構成では、デジタルフィルタ５８によりセルノイズが除去される。一般に、デジタルフィルタでは、折り返しが生じるが、上記構成では、このような折り返しの発生を抑制するためのアンチエイリアスフィルタとして機能するＲＣフィルタ７５が設けられている。このように、上記構成では、各ＡＤＣ７４の前段に差動増幅回路を設けることなく、セルノイズを除去することができるため、差動増幅回路に起因する各種の誤差が生じることはない。したがって、本実施形態の監視ＩＣ１５によれば、各電池セルＣｂの電圧の検出タイミングの同期性を高めるとともに、電圧の検出精度を高めることができるという優れた効果が得られる。

この場合、デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数は、セルノイズを十分に除去できるような値、且つ、ＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数よりも低い値に設定されている。そのため、上記構成において、セルノイズ除去のカットオフ周波数は、デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数に依存することになる。したがって、ＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数は、デジタルフィルタ５８による折り返しを低減できるような値であればよく、多少ばらついても問題が生じない。したがって、上記構成では、ＲＣフィルタ７５の構成を簡素化することができる。

具体的には、上記構成において、ＲＣフィルタ７５は、単独型のフィルタ構成ではなく、非単独型のフィルタ構成を採用することができる。前述したように、非単独型のフィルタの場合にはフィルタ定数ずれが発生するが、この場合、ＲＣフィルタ７５の定数、つまりカットオフ周波数は多少ばらついても問題が生じることはない。非単独型のフィルタは、単独型のフィルタに比べ、隣接する電池セルＣｂ間でフィルタを構成する回路素子の一部が共用されるため、その分だけ構成を簡素化することができる。したがって、上記構成によれば、電池監視ＩＣ１５の回路面積を小さく抑えることができる。

一般に、デジタルフィルタのカットオフ周波数は、比較的容易に変更することが可能である。そのため、上記構成によれば、セルノイズ除去のカットオフ周波数を、デジタルフィルタ５８のカットオフ周波数の設定に応じて容易に変更することが可能となる。したがって、上記構成によれば、例えば監視ＩＣ１５の仕向け先に応じて、ＲＣフィルタ７５などの構成を変更することなく、セルノイズ除去のカットオフ周波数を個別に設定することができる。

この場合、ＲＣフィルタ７５は、パイ型フィルタの構成となっている。パイ型のフィルタ構成では、各ＲＣフィルタ７５は、それらを構成するコンデンサ７２を介してグランドまで繋がることになる。そのため、このような構成によれば、電池セルＣｂに重畳するコモンモードノイズをも抑制することができる。

また、本実施形態において、ＲＣフィルタ７５は、複数のＡＤＣ７４、デジタルフィルタ５８および検出制御部５９を含む制御回路４８とともに半導体装置である監視ＩＣ１５として構成されている。具体的には、監視ＩＣ１５は、ＲＣフィルタ７５が形成される第１半導体チップ１０１と、ＡＤＣ７４、制御回路４８などが形成される第２半導体チップ１０２と、第１半導体チップ１０１および第２半導体チップ１０２を収容する１つのパッケージ１０３と、を備えたマルチチップパッケージの構成となっている。

このようにＲＣフィルタ７５を監視ＩＣ１５に取り込んで集積化することにより、監視ＩＣ１５の外付け部品が削減される。これにより、電池監視ユニット１を構成する監視ＩＣ１５を含めた各種の素子を実装するための回路基板の面積を小さく抑えること、つまり回路基板の小型化を図ることができる。また、この場合、監視ＩＣ１５がマルチチップパッケージの構成とされているため、その分だけ、回路基板の面積が一層小さく抑えられることになる。

監視ＩＣ１５は、電池均等化の処理を実行することが可能であり、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セルＣｂを放電するための均等化スイッチ７１を備えている。そして、この場合、ＡＤＣ７４には、対応する電池セルＣｂの両端子に接続される検出経路を介して入力電圧が入力されるようになっており、均等化スイッチ７１は、その検出経路とは異なる均等化経路を介して対応する電池セルＣｂを放電するようになっている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。すなわち、上述した検出経路には、ＲＣフィルタ７５が介在しているが、前述した通り、各ＲＣフィルタ７５には定数ずれが発生する。この場合、均等化経路は、検出経路とは異なる経路であり、ＲＣフィルタ７５による影響を受けることがない。したがって、上記構成によれば、電池均等化の処理が実行される際、ＲＣフィルタ７５の定数ずれによる影響を受けることなく、対象の電池セルＣｂを適切に放電することができ、その結果、電池均等化の精度を良好なものとすることができる。

本実施形態では、複数のＡＤＣ７４は、常に入力電圧をＡ／Ｄ変換する動作を行うことになる。そのため、これら複数のＡＤＣ７４を利用して検出経路などに関連する故障を診断することが困難となる。なぜなら、そこで、請求項７の構成を採用している。このようにすれば、検出経路などに関連する故障を診断することができる。

本実施形態では、各ＡＤＣ７４は、連続的に変換動作を行っている、つまり変換動作を常時行っている。そのため、動作の途中において、これらＡＤＣ７４を利用して検出経路などに関連する故障を診断することが困難となる。特に、本実施形態では、ＡＤＣ７４としてΔΣ型ＡＤＣを採用しているため、このような診断はより困難なものとなる。なぜなら、ΔΣ型ＡＤＣは、途中で変換動作を停止すると、再度動作させる際に比較的長い時間を必要とする。そのため、ＡＤＣ７４が途中で変換動作を停止して、それを用いて故障診断を行い、その後、変換動作を再開する、といった動作は現実的ではない。

そこで、本実施形態では、監視ＩＣ１５には、均等化経路を介して複数の電池セルＣｂの電圧を検出する診断用検出部５７と、診断用検出部５７による検出値に基づいて検出経路および複数のＡＤＣ７４に関連する故障を診断する故障診断部６１と、が設けられている。このようにすれば、ＡＤＣ７４が常時変換動作を行うような本実施形態の構成においても、検出経路などに関連する故障を診断することができる。

故障診断の際、各電池セルＣｂの電圧の検出タイミングの同期性は重要なものではない。そこで、診断用検出部５７は、マルチプレクサ７６および１つのＡＤＣ７７を備え、複数の電池セルＣｂの電圧を時分割で検出する構成となっている。このようにすれば、各電池セルＣｂのそれぞれに対応して診断用の電圧検出回路となるＡＤＣを設けるような構成に比べ、診断用検出部５７の構成を簡素化することができ、監視ＩＣ１５全体の回路面積を小さく抑えることができる。

この場合、均等化経路には、ＲＣフィルタ７５と同様のパイ型フィルタの構成であるＲＣフィルタ７３が設けられている。つまり、この場合、故障診断の際に電池セルＣｂの電圧を検出するために用いられる均等化経路には、電圧検出の際に電池セルＣｂの電圧を検出するために用いられる検出経路に介在するＲＣフィルタ７５と同様の構成をなすＲＣフィルタ７３が介在する。このような構成によれば、所定の電池セルＣｂについて検出経路を介して検出される検出値と均等化経路を介して検出される検出値とが同様の態様となるため、それら各検出値を用いて実施される故障診断の精度が向上するという効果が得られる。

本実施形態では、各ＡＤＣ７４は、入力電圧が与えられる２つの入力ノード間の差電圧を検出する差動構成のスイッチトキャパシタ回路９１を備えた構成となっている。そして、隣接する２つの電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられた２つのＡＤＣ７４は、２つの電池セルＣｂのうち一方の低電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路と２つの電池セルＣｂのうち他方の高電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路とを共有する構成になっている。このような構成によれば、前述したように、これら共有する経路において電圧検出の動作に伴い生じる可能性があるリーク電流の発生が大幅に低減される。

ただし、上記構成であっても、電池モジュール９において最も高電位側に配置された電池セルＣｂＡの高電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路と、電池モジュール９において最も低電位側に配置された電池セルＣｂＦの低電位側端子の電圧に応じた入力電圧を入力するための経路と、は、上述したような経路の供給が不可能となることから、それら経路を介してリーク電流が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、リークキャンセル回路７８、７９を設け、これら経路を介して流れるリーク電流を低減するようにしている。このようにすれば、電圧検出の動作に伴って発生するおそれがあるリーク電流を確実に低減することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図１７を参照して説明する。
各電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられるＡＤＣの具体的な構成としては、第１実施形態において説明した具体的な構成に限らず、様々な構成を採用することができる。本実施形態では、ＡＤＣの具体的な別の一構成例について説明する。

図１７に示すように、本実施形態ＡＤＣ１１１Ｃ、ＡＤＣ１１１Ｄは、図１３に示したＡＤＣ７４Ｃ、７４Ｄに対し、スイッチＳ２、Ｓ３に代えて、スイッチＳ１０を備えている点などが異なる。この場合、スイッチＳ１０は、スイッチＳ２、Ｓ３と同様のタイミングでオンオフされることになる。

以上説明した本実施形態のＡＤＣ１１１によっても、第１実施形態のＡＤＣ７４と同様の動作を行うことができる。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、ＡＤＣ１１１を構成するスイッチの数が、第１実施形態のＡＤＣ７４に対して１つ削減することができ、その分だけ、回路面積が低減されるという効果が得られる。

（第３実施形態）
以下、第１実施形態に対して監視ＩＣの要部の具体的な回路構成が変更された第３実施形態について図１８〜図２１を参照して説明する。
図１８に示すように、本実施形態の監視ＩＣ１２１は、第１実施形態の監視ＩＣ１５に対し、制御回路４８に代えて制御回路１２２を備えている点、診断用検出部５７に代えて診断用検出部１２３を備えている点などが異なる。

制御回路１２２は、制御回路４８に対し、故障診断部６１に代えて故障診断部１２４を備えている点などが異なる。上記構成では、診断用検出部１２３および故障診断部１２４により、均等化経路を介して複数の電池セルＣｂの電圧を検出し、その検出値に基づいて検出経路およびＡＤＣ７４に関連する故障を診断する故障診断回路１２５が構成される。この場合、故障診断回路１２５は、複数の電池セルＣｂの電圧を時分割で検出する１つの電圧検出回路として機能する診断用検出部１２３を備えている。第１実施形態において既述したように、均等化経路には、検出経路に介在するＲＣフィルタ７５と同様の構成をなすＲＣフィルタ７３が介在する。この場合、ＲＣフィルタ７３は、ＲＣフィルタ７５と同じポール、つまり同じカットオフ周波数を有する構成となっている。

故障診断回路１２５は、診断用検出部１２３により電池セルＣｂの電圧が検出される期間の少なくとも一部が検出制御部５９により電池セルＣｂの電圧が検出される期間と重複するように、診断用検出部１２３による電池セルＣｂの電圧の検出タイミングを制御する。具体的には、故障診断回路１２５は、診断用検出部１２３により所定の電池セルＣｂの電圧が検出される期間と、検出制御部５９により上記所定の電池セルＣｂの電圧が検出される期間とが重複するように、診断用検出部１２３による電池セルＣｂの電圧の検出タイミングを制御する。すなわち、本実施形態では、所定の電池セルＣｂについて、診断用検出部１２３による電圧検出と検出制御部５９による電圧検出とを同時に実施するようになっている。

このように、本実施形態では、診断用検出部１２３による電池セルＣｂの電圧の検出タイミングに特徴がある。以下、このような検出タイミングの具体例について図１９を参照して説明する。なお、以下の説明では、検出制御部５９による電圧検出処理のための電池セルＣｂの電圧の検出のことを電圧検出処理用の電圧検出と称するとともに、診断用検出部１２３による故障診断処理のための電池セルＣｂの電圧の検出のことを故障診断処理用の電圧検出と称することとする。また、図１９などでは、電圧検出処理用の電圧検出のことを「電圧検出」と省略するとともに、故障診断処理用の電圧検出のことを「故障診断」と省略している。

図１９に示すように、本実施形態の検出タイミングの具体例では、第１実施形態と同様、全ての電池セルＣｂに対する電圧検出処理用の電圧検出が同じタイミングで行われる。つまり、この場合、電圧検出処理用の電圧検出は、全セル同時に実施される。そして、この場合、各電池セルＣｂに対する故障診断処理用の電圧検出は、全セル同時に実施される電圧検出処理用の電圧検出と同じタイミングで行われる。

具体的には、期間Ｔａでは、全ての電池セルＣｂに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われるとともに、電池セルＣｂＡに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる。そのため、期間Ｔａでは、同じ電池セルＣｂＡについて電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが同時に、つまり並列に実施される。期間Ｔｂでは、全ての電池セルＣｂに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われるとともに、電池セルＣｂＢに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる。そのため、期間Ｔｂでは、同じ電池セルＣｂＢについて電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが並列に実施される。

期間Ｔｃでは、全ての電池セルＣｂに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われるとともに、電池セルＣｂＣに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる。そのため、期間Ｔｃでは、同じ電池セルＣｂＣについて電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが並列に実施される。期間Ｔｄでは、全ての電池セルＣｂに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われるとともに、電池セルＣｂＤに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる。そのため、期間Ｔｄでは、同じ電池セルＣｂＤについて電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが並列に実施される。

期間Ｔｅでは、全ての電池セルＣｂに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われるとともに、電池セルＣｂＥに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる。そのため、期間Ｔｅでは、同じ電池セルＣｂＥについて電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが並列に実施される。期間Ｔｆでは、全ての電池セルＣｂに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われるとともに、電池セルＣｂＦに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる。そのため、期間Ｔｆでは、同じ電池セルＣｂＦについて電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが並列に実施される。

従来の監視ＩＣでは、所定の電池セルＣｂについて、電圧検出処理用の電圧検出と、故障診断処理用の電圧検出と、が交互に行われるような検出タイミング、具体的には、図２０に示すような検出タイミングが採用されることが一般的であった。なお、以下では、このような従来の検出タイミングのことを比較例と称する。比較例において、期間Ｔａ１では、電池セルＣｂＡに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われ、期間Ｔａ２では、電池セルＣｂＡに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる。つまり、比較例では、電池セルＣｂＡに対する電圧検出処理用の電圧検出と、同じ電池セルＣｂＡに対する故障診断処理用の電圧検出とが交互に行われる。なお、他の電池セルＣｂＢ〜ＣｂＦについても、同様に、電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが交互に行われる。

このような比較例では、電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とで、検出のタイミングが異なることから、互いに異なるノイズ環境での検出となる。なお、図２０などには、電池セルＣｂに重畳するノイズ波形の一例を模式的に示している。このようなノイズ波形の一例のように、所定の電池セルＣｂＡに対する電圧検出処理用の電圧検出が行われる期間Ｔａ１と、同じ電池セルＣｂＡに対する故障診断処理用の電圧検出が行われる期間Ｔａ２とでは、電池セルＣｂに重畳するノイズの態様が異なることが多い。

このような比較例では、所定の電池セルＣｂについて電圧検出処理用の電圧検出の検出値と故障診断処理用の電圧検出の検出値とが同様の態様にならず、その結果、それら各検出値を用いて実施される故障診断の精度が低下するおそれがある。また、比較例では、１つの電池セルＣｂ毎に電圧検出処理用の電圧検出および故障診断処理用の電圧検出を順に行うようになっているため、全ての電池セルＣｂに対応する電圧検出処理を完了するまでに要する時間が長期化するという問題があった。

これに対し、本実施形態では、所定の電池セルＣｂについて電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とが同じタイミングで並列して行われるようになっている。そのため、本実施形態では、図１９に示すように、所定の電池セルＣｂＡに対する電圧検出処理用の電圧検出と同じ電池セルＣｂＡに対する故障診断処理用の電圧検出とは同じ期間Ｔａに行われることから、それら各検出が行われる際に電池セルＣｂに重畳するノイズの態様が同じになり、同じノイズ環境での検出が可能となる。したがって、本実施形態によれば、電圧検出処理用の電圧検出の検出値と故障診断処理用の電圧検出の検出値とが同様の態様となるため、それら各検出値を用いて実施される故障診断の精度が向上するという効果が得られる。

さらに、本実施形態では、検出経路に介在するＲＣフィルタ７５と、均等化経路に介在するＲＣフィルタ７３とは、同様の構成、具体的には同じカットオフ周波数を有する構成となっている。つまり、検出経路に介在するＲＣフィルタ７５と均等化経路に介在するＲＣフィルタ７３とは同じポールを持ったＲＣフィルタとなっている。そのため、本実施形態によれば、電圧検出処理用の電圧検出と故障診断処理用の電圧検出とを一層同じノイズ環境での検出とすることができ、その結果、故障診断の精度を一層高めることができる。

また、本実施形態によれば、故障診断処理用の電圧検出は１つの電池セルＣｂ毎に行われるものの、電圧検出処理用の電圧検出は全セル同時に行われることから、比較例に比べ、全ての電池セルＣｂに対応する電圧検出処理および故障診断処理が完了するまでの総合的な時間が大幅に短縮されるといった効果が得られる。上記した通り、本実施形態によれば、電圧検出処理用の電圧検出が全セル同時に行われることから、比較例に比べ、検出対象となる電池セルＣｂの数の逆数の時間で電圧検出処理を完了することができる。

このような電圧検出処理に要する時間短縮の効果を生かし、ＲＣフィルタ７３、７５のカットオフ周波数をより低い周波数へと変更する変形例を採用することが可能となる。このような変形例によれば、ＲＣフィルタ７３、７５を用いてより低周波の成分を除去することが可能となり、電圧検出処理および故障診断処理の精度をより一層高めることができる。しかも、この場合、図２１に示すように、１つの電圧検出処理用の電圧検出に要する時間である期間Ｔａなどの長さは、図１９に示した期間Ｔａなどの長さに比べて長くなるものの、全ての電池セルＣｂに対応する電圧検出処理および故障診断処理が完了するまでの総合的な時間は、比較例と同程度の時間に維持することができる。

（第４実施形態）
以下、第３実施形態について図２２〜図２５を参照して説明する。
図２２に示すように、本実施形態の監視ＩＣ１３１は、第１実施形態の監視ＩＣ１５に対し、制御回路４８に代えて制御回路１３２を備えている点などが異なる。制御回路１３２は、制御回路４８に対し、デジタルフィルタ５８に代えてデジタルフィルタ１３３を備えている点などが異なる。デジタルフィルタ１３３は、デジタルフィルタ５８と同様のＬＰＦとして機能する。ただし、デジタルフィルタ１３３は、外部から与えられる指令信号Ｓａに基づいてカットオフ周波数を変更可能な構成となっている。指令信号Ｓａは、例えばメインマイコン１７から与えられる。

以上説明した本実施形態の構成では、次のような効果が得られる。すなわち、セルノイズ除去のカットオフ周波数は、監視ＩＣ１３１が用いられる車両の種類、具体的には車両のメーカ毎、車種毎などに、最適な値に設定する必要がある。本実施形態の構成によれば、セルノイズ除去のカットオフ周波数に大きく影響を及ぼすデジタルフィルタ１３３のカットオフ周波数は、指令信号Ｓａに基づいて変更することができる。

そのため、上記構成によれば、セルノイズ除去のカットオフ周波数を、ハードウェアの変更を伴うことなく、指令信号Ｓａに基づいて、容易に切り替えることができる。このようなことから、本実施形態の監視ＩＣ１３１は、車両の種類毎に異なる種々のＥＣＵシステムに対応することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、従来では車両システム毎にＥＣＵ設計が必要であったものが、ＥＣＵ構成を統一すること、つまり共用化することができるという優れた効果が得られる。

本実施形態の構成を含む各実施形態の構成、つまり第１〜第４実施形態の構成によれば、次のような効果が得られる。すなわち、図２３に示すように、従来の監視ＩＣ１４１では、ＡＤＣ１４２により電池セルＣｂの電圧を精度良く検出するために抵抗１４３およびコンデンサ１４４から構成されたＲＣフィルタ１４５が外付けされる構成が採用されることが多い。以下、このような従来の監視ＩＣ１４１を比較例と称することとする。比較例では、均等化スイッチ１４６をオンすることにより、均等化用抵抗１４７、１４８および均等化スイッチ１４６のオン抵抗により、電池セルＣｂを放電することができるようになっている。

この場合、電池セルＣｂの高電位側端子から均等化用抵抗１４７、接続端子１４９、均等化スイッチ１４６、接続端子１５０および均等化用抵抗１４８を介して電池セルＣｂの低電位側端子へと至る経路が均等化経路となる。なお、図２３では、均等化経路を実線の矢印で示している。この均等化経路には、実際には、図２３に示すように、電池セルＣｂとＥＣＵとの間を接続するハーネスの抵抗成分１５１、１５２、ハーネスを接続するためのコネクタの接触抵抗１５３、１５４、ヒューズの抵抗成分１５５、１５６、フェライトビーズの抵抗成分１５７、１５８および基板の配線抵抗１５９、１６０が存在する。

比較例の構成では、配線抵抗１５９および均等化用抵抗１４７の相互接続ノードであるノードＮ１１と配線抵抗１６０および均等化用抵抗１４８の相互接続ノードであるノードＮ１２との間の電圧Ｖａが電池セルＣｂの電圧であるセル電圧に相当する。ただし、比較例の構成では、ノードＮ１１、Ｎ１２と接続端子１６１、１５０との間にＲＣフィルタ１４５が設けられているため、監視ＩＣ１４１のＡＤＣ１４２に取り込まれる電圧Ｖｂには、ＲＣフィルタ１４５の時定数に応じた時間だけ遅れが生じる。

図２４に示すように、均等化スイッチ１４６がオンからオフに転じる時点ｔ１において、電圧Ｖａは急峻に立ち上がって安定するものの、電圧Ｖｂは緩やかに立ち上がり安定するまでにＲＣフィルタ１４５の時定数に応じた時間を要する。しかも、比較例では、ＲＣフィルタ１４５だけを用いてセルノイズを除去する構成であることから、ＲＣフィルタ１４５のカットオフ周波数をより低域側に設定せざるを得ず、電圧Ｖｂが安定するまでに要する時間がより長期化することになる。ＡＤＣ１４２は、電圧Ｖｂが安定した後に検出動作を行うことになるため、比較例では、システム制御の高速化が困難となっている。

これに対し、各実施形態の構成では、検出経路に介在するフィルタのメインは、デジタルフィルタ５８、１３３であることから、ＲＣフィルタ７５のカットオフ周波数は、デジタルフィルタ５８、１３３の折り返しノイズを除去できる程度の周波数でよく、比較例よりも高い周波数とすることができる。そのため、各実施形態の構成では、図２５に示すように、監視ＩＣ１３１などに取り込まれて検出される電圧は、均等化スイッチ７１がオンからオフに転じる時点ｔ１から、比較例の電圧Ｖｂに比べて急峻に立ち上がり素早く安定する。このように、各実施形態の構成では、均等化スイッチ７１がオンからオフに転じた後に検出される電圧が安定するまでの時間が、比較例に比べて短い時間となり、その結果、電圧検出に要する時間が短縮されるため、制御の高速化を実現することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施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任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

デジタルフィルタ５８、１３３の折り返しを低減するためのアンチエイリアスフィルタとしては、上記各実施形態において説明したＲＣフィルタ７５に限らずともよく、例えば、パイ型のＬＣフィルタなど、様々な構成のフィルタを採用することができる。

故障診断回路８０、１２５の構成は、上記各実施形態において説明したものに限らずともよく、同様の機能を実現できる構成であれば、適宜変更することができる。例えば、故障診断回路は、複数の電池セルＣｂの電圧を個別に検出する複数の電圧検出回路を備える構成であってもよい。

上記各実施形態では、ＲＣフィルタ７５が形成される第１半導体チップ１０１と、制御回路４８などが形成される第２半導体チップ１０２と、を１つのパッケージ１０３に収容するマルチチップパッケージの構成を採用していたが、これに限らずともよい。例えば、第１半導体チップ１０１と第２半導体チップ１０２とを別々のパッケージに収容する構成、つまりＲＣフィルタ７５と、制御回路４８と、を別々の２つのＩＣとして構成してもよい。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

９…電池モジュール、１５、１２１、１３１…電池監視装置、５７、１２３…診断用検出部、５８、１３３…デジタルフィルタ、５９…検出制御部、７１…均等化スイッチ、７４、１１１…Ａ／Ｄ変換器、７５…ＲＣフィルタ、７８、７９…リークキャンセル回路、８０、１２５…故障診断回路、９１…スイッチトキャパシタ回路、１０１…第１半導体チップ、１０２…第２半導体チップ、１０３…パッケージ、Ｃｂ…電池セル。

Claims (13)

1. 複数の電池セル（Ｃｂ）が直列接続された組電池（９）を監視する電池監視装置（１５、１２１、１３１）であって、
   前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルの電圧に応じた入力電圧を入力する複数のＡ／Ｄ変換器（７４、１１１）と、
   前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号を入力するとともに低域通過フィルタとして機能するデジタルフィルタ（５８、１３３）と、
   前記デジタルフィルタによる折り返しを抑制するアンチエイリアスフィルタ（７５）と、
   前記複数のＡ／Ｄ変換器の動作を制御するとともに、前記デジタルフィルタの出力信号に基づいて前記電池セルの電圧を検出する検出制御部（５９）と、
   を備え、
   前記検出制御部は、複数の前記入力電圧が同じタイミングでＡ／Ｄ変換されるように前記複数のＡ／Ｄ変換器の動作を制御する電池監視装置。
2. 前記デジタルフィルタのカットオフ周波数は、前記アンチエイリアスフィルタのカットオフ周波数よりも低い値に設定されている請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記アンチエイリアスフィルタは、パイ型フィルタの構成である請求項１または２に記載の電池監視装置。
4. 前記アンチエイリアスフィルタは、前記複数のＡ／Ｄ変換器、前記デジタルフィルタおよび前記検出制御部とともに、半導体装置として構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電池監視装置。
5. 前記半導体装置は、
   前記アンチエイリアスフィルタが形成される第１半導体チップ（１０１）と、
   前記複数のＡ／Ｄ変換器、前記デジタルフィルタおよび前記検出制御部が形成される第２半導体チップ（１０２）と、
   前記第１半導体チップおよび前記第２半導体チップを収容する１つのパッケージ（１０３）と、
   を備える請求項４に記載の電池監視装置。
6. さらに、前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルを放電するための均等化スイッチ（７１）を備え、
   前記Ａ／Ｄ変換器には、対応する前記電池セルの両端子に接続される検出経路を介して、前記入力電圧が入力されるようになっており、
   前記均等化スイッチは、前記検出経路とは異なる均等化経路を介して、対応する前記電池セルを放電するようになっている請求項１から５のいずれか一項に記載の電池監視装置。
7. さらに、前記均等化経路を介して前記複数の電池セルの電圧を検出し、その検出値に基づいて前記検出経路および前記複数のＡ／Ｄ変換器に関連する故障を診断する故障診断回路（８０、１２５）を備える請求項６に記載の電池監視装置。
8. 前記故障診断回路は、前記複数の電池セルの電圧を時分割で検出する１つの電圧検出回路（５７、１２３）を備える請求項７に記載の電池監視装置。
9. 前記故障診断回路（１２５）は、前記電圧検出回路（１２３）により前記電池セルの電圧が検出される期間の少なくとも一部が前記検出制御部により前記電池セルの電圧が検出される期間と重複するように、前記電圧検出回路による前記電池セルの電圧の検出タイミングを制御する請求項８に記載の電池監視装置。
10. 前記均等化経路には、前記アンチエイリアスフィルタと同じ構成のフィルタが設けられている請求項９に記載の電池監視装置。
11. 前記Ａ／Ｄ変換器は、前記入力電圧が与えられる２つの入力ノード間の差電圧を検出する差動構成のスイッチトキャパシタ回路（９１）を備え、
    隣接する２つの前記電池セルのそれぞれに対応して設けられた２つの前記Ａ／Ｄ変換器は、２つの前記電池セルのうち一方の低電位側端子の電圧に応じた前記入力電圧を入力するための経路と２つの前記電池セルのうち他方の高電位側端子の電圧に応じた前記入力電圧を入力するための経路とを共有する構成になっている請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池監視装置。
12. さらに、前記組電池において最も高電位側に配置された前記電池セルの高電位側端子の電圧に応じた前記入力電圧を入力するための経路を介して流れるリーク電流と、前記組電池において最も低電位側に配置された前記電池セルの低電位側端子の電圧に応じた前記入力電圧を入力するための経路を介して流れるリーク電流と、を低減するリークキャンセル回路（７８、７９）を備える請求項９に記載の電池監視装置。
13. 前記デジタルフィルタ（１３３）は、外部から与えられる指令信号に基づいてカットオフ周波数を変更可能な構成である請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電池監視装置。

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