JP6621256B2 - 半導体装置、電池監視装置および電池セルの電圧検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、電池監視装置および電池セルの電圧検出方法に関する。

直列に接続された複数の電池セルの各々のセル電圧を検出する技術として、以下の技術が知れられている。例えば、特許文献１には、複数の単位電池を直列接続してなる組電池に対応させて、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ群を設け、組電池とコンデンサ群との間で、互いに同じ順位に配置された各単位電池の両極と各コンデンサの両極とを複数の並列ラインで接続しかつそれら並列ラインにサンプルホールド用スイッチを設けることにより、各コンデンサの両極間に各単位電池の電圧をホールド可能な複数のサンプルホールド回路を構成した組電池の電圧検出回路が記載されている。この電圧検出回路は、サンプルホールド用スイッチをオン状態から一斉にオフさせるスイッチ制御手段と、サンプルホールド用スイッチをオフした状態で、コンデンサ群の所定部間の電圧を順次に取り込んで、各コンデンサの両極間の電圧を検出する電圧検出手段とを備える。

特開２００１−５６３５０号公報

しかしながら、本発明者らの鋭意研究において、特許文献１に記載される電圧検出回路には、以下の問題が存在することが判明した。すなわち、特許文献１に記載の電圧検出回路においては、コンデンサの両極にサンプルホールド用スイッチが接続されており、サンプルホールドスイッチが動作することによって生ずるノイズが、コンデンサに蓄積される電荷に影響を与え、各単位電池（電池セル）の電圧検出の精度が低下するという問題が存在することが判明した。

近年、電池監視装置に要求されるセル電圧の検出精度は厳しさを増しており、上記のような電圧検出の精度の低下は、許容できないものとなってきている。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、セル電圧の検出精度を従来よりも高めることを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、直列に接続された複数の電池セルの各々に対応して設けられ、一端が、対応する電池セルの正極に接続され、他端が、前記複数の電池セルの各々に対応して設けられ、且つ一方の電極が接地電位に接続された複数の電荷蓄積部のうちの対応する電荷蓄積部の他方の電極に接続され、オン状態となることで対応する電池セルの正極に生ずる電圧によって当該電池セルに対応する電荷蓄積部が充電されるように構成された複数の第１のスイッチと、前記複数の第１のスイッチの各々に対応して設けられ、一端が対応する第１のスイッチの他端に接続された複数の第２のスイッチと、前記複数の第２のスイッチの各々の他端に接続され、前記第２のスイッチを介して供給される電圧を処理する処理部と、各々が前記複数の第１のスイッチの各々の一端と対応する前記電池セルの間で接続された複数の第１の端子と、各々が前記複数の第１のスイッチの各々の他端と前記複数の電荷蓄積部の各々の一方の電極の間で接続された複数の第２の端子と、を含む。

本発明に係る電池監視装置は、前記半導体装置と、前記複数の電池セルと、前記複数の電荷蓄積部と、を含む。

本発明に係る半導体装置、電池監視装置および電池セルの電圧検出方法によれば、セル電圧の検出精度を従来よりも高めることが可能となる。

本発明の実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図である。 本発明に係る信号処理回路の構成の一例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係る電池監視ＩＣの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図である。 比較例に係る電池監視装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池監視装置１００の構成を示す図である。電池監視装置１００は、組電池１、キャパシタ群２、電池監視ＩＣ（Integrated Circuit）３を含んで構成されている。

組電池１は、直列接続された複数の電池セル１１、１２および１３を含んで構成されている。図１に示す例では、組電池１を構成する電池セルの数を３つとしているが、組電池１を構成する電池セルの数は、適宜増減することが可能である。

キャパシタ群２は、電池セル１１、１２および１３にそれぞれ対応して設けられたキャパシタ２１、２２および２３を含んで構成されている。キャパシタ２１、２２および２３は、それぞれ、一方の電極が接地電位に固定され、他方の電極が電池監視ＩＣ３に接続されている。キャパシタ群２に含まれるキャパシタの数は、電池セルの数に応じて適宜増減することが可能である。

電池監視ＩＣ３は、半導体基板上に形成された集積回路を含む半導体装置として構成されている。電池監視ＩＣ３は、セル電圧入力端子３１、３２および３３、キャパシタ接続端子３６、３７および３８、接地端子３０、電源端子３９、出力端子３５、サンプルホールドスイッチ群４、セル選択スイッチ群５、信号処理回路６および制御回路７を含んで構成されている。

電池セル１１の正極と電池セル１２の負極との接続点は、電池監視ＩＣ３のセル電圧入力端子３１に接続されている。電池セル１２の正極と電池セル１３の負極との接続点は、電池監視ＩＣ３のセル電圧入力端子３２に接続されている。電池セル１３の正極は、電池監視ＩＣ３のセル電圧入力端子３３に接続されている。

キャパシタ２１の接地電位に固定された電極とは反対側の電極は、キャパシタ接続端子３６に接続されている。キャパシタ２２の接地電位に固定された電極とは反対側の電極は、キャパシタ接続端子３７に接続されている。キャパシタ２３の接地電位に固定された電極とは反対側の電極は、キャパシタ接続端子３８に接続されている。

サンプルホールドスイッチ群４は、電池セル１１、１２および１３にそれぞれ対応して設けられたサンプルホールドスイッチ４１、４２および４３を含んで構成されている。サンプルホールドスイッチ４１の入力端は、セル電圧入力端子３１を介して対応する電池セル１１の正極に接続されている。サンプルホールドスイッチ４１の出力端は、キャパシタ接続端子３６を介してキャパシタ２１の接地電位に固定された電極とは反対側の電極に接続されている。サンプルホールドスイッチ４１がオン状態となることで、キャパシタ２１と電池セル１１とが接続され、キャパシタ２１は、電池セル１１の正極に生ずる電圧で充電される。

サンプルホールドスイッチ４２の入力端は、セル電圧入力端子３２を介して対応する電池セル１２の正極に接続されている。サンプルホールドスイッチ４２の出力端は、キャパシタ接続端子３７を介してキャパシタ２２の接地電位に固定された電極とは反対側の電極に接続されている。サンプルホールドスイッチ４２がオン状態となることで、キャパシタ２２と電池セル１２とが接続され、キャパシタ２２は、電池セル１２の正極に生ずる電圧で充電される。

サンプルホールドスイッチ４３の入力端は、セル電圧入力端子３３を介して対応する電池セル１３の正極に接続されている。サンプルホールドスイッチ４３の出力端は、キャパシタ接続端子３８を介してキャパシタ２３の接地電位に固定された電極とは反対側の電極に接続されている。サンプルホールドスイッチ４３がオン状態となることで、キャパシタ２３と電池セル１３とが接続され、キャパシタ２３は、電池セル１３の正極に生ずる電圧で充電される。

セル選択スイッチ群５は、電池セル１１、１２および１３並びにサンプルホールドスイッチ４１、４２および４３にそれぞれ対応して設けられた高電位側スイッチ５６、５７および５８を有する。

高電位側スイッチ５６の入力端は、サンプルホールドスイッチ４１の出力端に接続されている。高電位側スイッチ５６の出力端は、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１に接続されている。

高電位側スイッチ５７の入力端は、サンプルホールドスイッチ４２の出力端に接続されている。高電位側スイッチ５７の出力端は、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１に接続されている。

高電位側スイッチ５８の入力端は、サンプルホールドスイッチ４３の出力端に接続されている。高電位側スイッチ５８の出力端は、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１に接続されている。

セル選択スイッチ群５は、更に、最高電位に位置する電池セル１３を除く電池セル１１および１２の各々に対応するサンプルホールドスイッチ４１および４２に対応して設けられた低電位側スイッチ５２、５３および入力端が接地端子３０を介して接地電位に接続される低電位側スイッチ５１を有する。

低電位側スイッチ５２の入力端は、サンプルホールドスイッチ４１の出力端に接続されている。低電位側スイッチ５２の出力端は、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２に接続されている。

低電位側スイッチ５３の入力端は、サンプルホールドスイッチ４２の出力端に接続されている。低電位側スイッチ５３の出力端は、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２に接続されている。

低電位側スイッチ５１の入力端は、接地端子３０に接続されている。低電位側スイッチ５１の出力端は、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２に接続されている。

制御回路７は、サンプルホールドスイッチ群４を構成するサンプルホールドスイッチ４１、４２および４３、セル選択スイッチ群５を構成する低電位側スイッチ５１、５２、５３および高電位側スイッチ５６、５７、５８に制御信号を供給することによって、これらの各スイッチのオンオフを制御する。

信号処理回路６は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチを介して供給される電圧を処理することによって電池セル１１、１２および１３の各セル電圧の大きさを示す出力信号を出力端子３５から出力する。信号処理回路６は、電源端子３９を介して供給される電池セル１３の正極に生ずる電圧を電源電圧として動作する。なお、電池セル１３の正極に生ずる電圧のレベルを、ＤＣ−ＤＣコンバータによって調整した電圧を信号処理回路６に供給してもよい。

図２は、信号処理回路６の構成の一例を示す回路ブロック図である。図２に示すように、信号処理回路６は、一例として、バッファアンプ６１、レベルシフト回路６４およびＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ７０を含んで構成される。

バッファアンプ６１は、演算増幅回路６２および６３を含んで構成されている。演算増幅回路６２は、非反転入力端子が信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１に接続され、反転入力端子が自身の出力端子に接続されている。すなわち、演算増幅回路６２は、ボルテージフォロアを構成し、入力端ａ１に入力された電圧の大きさを維持しつつインピーダンス変換して出力する。同様に、演算増幅回路６３は、非反転入力端子が信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２に接続され、反転入力端子が自身の出力端子に接続されている。すなわち、演算増幅回路６３は、ボルテージフォロアを構成し、入力端ａ２に入力された電圧の大きさを維持しつつインピーダンス変換して出力する。

レベルシフト回路６４は、演算増幅回路６５、抵抗素子６６、６７、６８および６９を含んで構成されている。演算増幅回路６５の非反転入力端子は、抵抗素子６６を介して演算増幅回路６２の出力端子に接続されると共に、抵抗素子６９を介して接地電位に接続されている。演算増幅回路６５の反転入力端子は、抵抗素子６７を介して演算増幅回路６３の出力端子に接続される共に、抵抗素子６８を介して自身の出力端子に接続されている。レベルシフト回路６４は、入力端ａ１に供給される電圧と、入力端ａ２に供給される電圧の差分である差分電圧を、接地電位を基準としたレベルで出力する差分電圧出力回路である。

Ａ／Ｄコンバータ７０は、レベルシフト回路６４から出力された電圧に応じたデジタル信号を生成し、これを出力端子３５から出力する。

以下に、電池監視装置１００の動作について説明する。図３は、電池セル１１、１２および１３の各セル電圧を検出するときの電池監視ＩＣ３の動作を示すタイミングチャートである。

はじめに、制御回路７は、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３を同時にオン状態に制御する。これにより、キャパシタ２１と電池セル１１とが接続され、キャパシタ２１は、電池セル１１の正極に生ずる電圧で充電される。同様に、キャパシタ２２と電池セル１２とが接続され、キャパシタ２２は、電池セル１２の正極に生ずる電圧で充電される。また、キャパシタ２３と電池セル１３とが接続され、キャパシタ２３は、電池セル１３の正極に生ずる電圧で充電される。制御回路７は、キャパシタ２１、２２、２３の充電が完了すると、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３を同時にオフ状態に制御する。サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３を同じタイミングでオン状態からオフ状態に移行させることにより、同一時点における電池セル１１、１２および１３の各セル電圧がサンプリングされる。なお、このサンプリング処理において、キャパシタ２１、２２および２３が満充電状態となればよく、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３をオン状態にするタイミングは必ずしも一致していなくてもよい。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５１および高電位側スイッチ５６をオン状態に制御する。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、キャパシタ２１に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、接地電位に接続される。すなわち、信号処理回路６には、電池セル１１のセル電圧に相当する電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１１のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。なお、信号処理回路６は、入力端ａ１およびａ２に入力される電圧を、高入力インピーダンスのバッファアンプ６１で受けるので、キャパシタ２１に蓄積された電荷は放電することなく維持される。すなわち、電池セル１１のセル電圧をサンプリングした電圧がキャパシタ２１において維持される。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５２および高電位側スイッチ５７をオン状態とする。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、キャパシタ２２に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、キャパシタ２１に接続される。すなわち、信号処理回路６には、電池セル１２のセル電圧に相当する電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１２のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。なお、信号処理回路６は、入力端ａ１およびａ２に入力される電圧を、高入力インピーダンスのバッファアンプ６１で受けるので、キャパシタ２１および２２に蓄積された電荷は放電することなく維持される。すなわち、電池セル１２のセル電圧をサンプリングした電圧がキャパシタ２２において維持される。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５３および高電位側スイッチ５８をオン状態とする。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、キャパシタ２３に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、キャパシタ２２に接続される。すなわち、信号処理回路６には、電池セル１３のセル電圧に相当する電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１３のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。なお、信号処理回路６は、入力端ａ１およびａ２に入力された電圧を、高入力インピーダンスのバッファアンプ６１で受けるので、キャパシタ２２および２３に蓄積された電荷は放電することなく維持される。すなわち、電池セル１３のセル電圧をサンプリングした電圧がキャパシタ２３において維持される。

ここで、図５は、比較例に係る電池監視装置１００Ｘの構成を示す図である。比較例に係る電池監視装置１００Ｘは、サンプルホールド用のキャパシタ群およびサンプルホールドスイッチ群を有していない点において、上記した本発明の実施形態に係る電池監視装置１００と異なる。

比較例に係る電池監視装置１００Ｘは、電池セル１１、１２および１３の各セル電圧を検出する場合、以下のように動作する。

制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５１および高電位側スイッチ５６をオン状態に制御する。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、電池セル１１の正極に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、接地電位に接続される。すなわち、信号処理回路６には、電池セル１１のセル電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１１のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５２および高電位側スイッチ５７をオン状態に制御する。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、電池セル１２の正極に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、電池セル１２の負極に接続される。すなわち、信号処理回路６には、電池セル１２のセル電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１２のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５３および高電位側スイッチ５８をオン状態に制御する。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、電池セル１３の正極に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、電池セル１３の負極に接続される。すなわち、信号処理回路６には、電池セル１３のセル電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１２のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。

このように、比較例に係る電池監視装置１００Ｘによれば、電池セル１１、１２および１３が、信号処理回路６に順次接続され、各セル電圧が順次検出される。すなわち、比較例に係る電池監視装置１００Ｘによれば、電池セル１１、１２および１３における互いに異なる時点におけるセル電圧が検出され、出力されることとなる。組電池を構成する各電池セルの状態をより正確に把握するためには、電池セルの各々について、同一時点におけるセル電圧を検出することが望ましい。比較例に係る電池監視装置１００Ｘにおいては、同一時点にけるセル電圧を測定することができず、電池セル１１、１２および１３の状態を正確に把握することが困難となる。

一方、本発明に係る電池監視装置１００および電池監視ＩＣ３によれば、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３は、オン状態とされた後、同じタイミングでオフ状態とされるので、電池セル１１、１２および１３の各セル電圧は、同じタイミングでサンプリングされる。キャパシタ２１、２２および２３に保持された電池セル１１、１２および１３の各セル電圧は、その後、順次信号処理回路６に送られて処理される。従って、本発明に係る電池監視装置１００によれば、組電池１を構成する電池セル１１、１２および１３について同一時点におけるセル電圧を検出することが可能となり、電池セル１１、１２および１３の状態を正確に把握することが困難となる。

また、本実施形態に係る電池監視装置１００および電池監視ＩＣ３によれば、キャパシタ２１、２２および２３の一方の電極は、接地電位に固定されている。従って、キャパシタの両方の電極が、サンプルホールド用スイッチに接続された特許文献１に記載の電圧検出回路と比較して、サンプルホールド用のスイッチが動作することによって生ずるノイズの影響を低減することができる。すなわち、本実施形態に係る電池監視装置１００および電池監視ＩＣ３によれば、各電池セルのセル電圧の検出精度を従来よりも高めることが可能となる。

また、特許文献１に記載の電圧検出回路は、各コンデンサの両極間の電圧を順次検出するときに、各コンデンサの低電位側の電極を、選択スイッチをオン状態とさせることによって接地電位に接続する。これにより、各コンデンサに蓄積された電荷は略完全に放電される。すなわち、特許文献１に記載の電圧検出回路によれば、セル電圧を検出する度にコンデンサの充放電が繰り返されることになる。このため、セル電圧を検出する度に、各単位電池（電池セル）の電力消費を伴う。また、セル電圧を検出するときに、完全放電状態の各コンデンサを満充電する必要があるため、比較的長いサンプリング時間を必要とする。

一方、本発明の実施形態に係る電池監視装置１００および電池監視ＩＣ３においては、キャパシタ２１、２２および２３にサンプリングされた各セル電圧を信号処理回路６のバッファアンプ６１で受ける構成としているので、キャパシタ２１、２２および２３に蓄積された電荷は放電することなく維持される。従って、セル電圧を検出する度に充放電が繰り返されることがないので、セル電圧のサンプリング時における電池セル１１、１２および１３の電力消費を抑制することができる。また、セル電圧の検出後においても、キャパシタ２１、２２、および２３に蓄積された電荷は維持され、次回のセル電圧検出時において各キャパシタを完全放電状態から充電することを要しないので、サンプリング時間を短くすることができる。従って、本発明の実施形態に係る電池監視装置１００によれば、セル電圧の検出に要する時間を特許文献１に記載の電圧検出回路よりも短くすることが可能である。

また、本発明の実施形態に係る電池監視装置１００および電池監視ＩＣ３によれば、上記のように、キャパシタ２１、２２、および２３に蓄積された電荷は維持され、キャパシタ２１、２２、および２３の電圧は安定している。従って、Ａ／Ｄコンバータによるアナログ−デジタル変換処理において十分な処理時間を確保することができるので、セル電圧の検出精度をより高めることができる。

また、本発明の実施形態に係る電池監視装置１００および電池監視ＩＣ３によれば、キャパシタ２１、２２および２３は、電池監視ＩＣ３の外部に設けられているので、キャパシタ２１、２２および２３を電池監視ＩＣ３に内蔵させる場合と比較して電池監視ＩＣのチップサイズを小さくすることが可能となる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置１００Ａの構成を示す図である。電池監視装置１００Ａは、電池セル１１、１２および１３にそれぞれ対応して設けられた抵抗素子２６、２７および２８を更に含む点において、上記した第１の実施形態に係る電池監視装置１００と異なる。他の構成要素は、第１の実施形態に係る電池監視装置１００と同様であるので重複する説明は省略する。

抵抗素子２６の一端は、電池セル１１の正極と電池セル１２の負極との接続点に接続されている。抵抗素子２６の他端は、セル電圧入力端子３１に接続されている。すなわち、サンプルホールドスイッチ４１の一端は、抵抗素子２６を介して対応する電池セル１１の正極に接続される。

抵抗素子２７の一端は、電池セル１２の正極と電池セル１３の負極との接続点に接続されている。抵抗素子２７の他端は、セル電圧入力端子３２に接続されている。すなわち、サンプルホールドスイッチ４２の一端は、抵抗素子２７を介して対応する電池セル１２の正極に接続される。

抵抗素子２８の一端は、電池セル１３の正極に接続されている。抵抗素子２８の他端は、セル電圧入力端子３３に接続されている。すなわち、サンプルホールドスイッチ４３の一端は、抵抗素子２８を介して対応する電池セル１３の正極に接続される。

以下に、第２の実施形態に係る電池監視装置１００Ａの動作について説明する。第２の実施形態に係る電池監視装置１００Ａにおいて、電池セル１１、１２および１３の各セル電圧を検出するときの電池監視ＩＣ３の動作は、第１の実施形態に係る電池監視装置１００と同様であり、図３のタイミングチャートに示される。

はじめに、制御回路７は、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３を同時にオン状態に制御する。サンプルホールドスイッチ４１がオン状態となることにより、キャパシタ２１と電池セル１１とが抵抗素子２６を介して接続される。キャパシタ２１と抵抗素子２６によりフィルタが構成され、高周波雑音が除去されて平均化された電池セル１１のセル電圧によってキャパシタ２１が充電される。

同様に、サンプルホールドスイッチ４２がオン状態となることにより、キャパシタ２２と電池セル１２とが抵抗素子２７を介して接続される。キャパシタ２２と抵抗素子２７によりフィルタが構成され、高周波雑音が除去されて平均化された電池セル１２のセル電圧によってキャパシタ２２が充電される。

また、サンプルホールドスイッチ４３がオン状態となることにより、キャパシタ２３と電池セル１３とが抵抗素子２８を介して接続される。キャパシタ２３と抵抗素子２８によりフィルタが構成され、高周波雑音が除去されて平均化された電池セル１３のセル電圧によってキャパシタ２３が充電される。

制御回路７は、キャパシタ２１、２２、２３の充電が完了すると、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３を同時にオフ状態に制御する。このように、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３を同じタイミングでオン状態からオフ状態に移行することにより、同一時点における電池セル１１、１２および１３の各セル電圧がサンプリングされる。なお、このサンプリング処理において、キャパシタ２１、２２および２３が満充電状態となればよく、サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３をオン状態にするタイミングは必ずしも一致していなくてもよい。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５１および高電位側スイッチ５６をオン状態に制御する。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、キャパシタ２１に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、接地電位に接続される。すなわち、信号処理回路６には、高周波雑音が除去されて平均化された、電池セル１１のセル電圧に相当する電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１１のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。なお、信号処理回路６は、入力端ａ１およびａ２に入力された電圧を、高入力インピーダンスのバッファアンプ６１で受けるので、キャパシタ２１に蓄積された電荷は殆ど放電することなく維持される。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５２および高電位側スイッチ５７をオン状態に制御する。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、キャパシタ２２に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、キャパシタ２１に接続される。すなわち、信号処理回路６には、高周波雑音が除去されて平均化された、電池セル１２のセル電圧に相当する電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１２のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。なお、信号処理回路６は、入力端ａ１およびａ２に入力された電圧を、高入力インピーダンスのバッファアンプ６１で受けるので、キャパシタ２１および２２に蓄積された電荷は放電することなく維持される。

次に、制御回路７は、セル選択スイッチ群５を構成する各スイッチのうち、低電位側スイッチ５３および高電位側スイッチ５８をオン状態とする。これにより、信号処理回路６の高電位側の入力端ａ１は、キャパシタ２３に接続され、信号処理回路６の低電位側の入力端ａ２は、キャパシタ２２に接続される。すなわち、信号処理回路６には、高周波雑音が除去されて平均化された、電池セル１３のセル電圧に相当する電圧が入力される。信号処理回路６は、入力された電圧に対して、インピーダンス変換処理、レベルシフト処理、デジタル変換処理を行い、電池セル１３のセル電圧を示す出力信号を出力端子３５から出力する。なお、信号処理回路６は、入力端ａ１およびａ２に入力された電圧を、高入力インピーダンスのバッファアンプ６１で受けるので、キャパシタ２２および２３に蓄積された電荷は放電することなく維持される。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置１００Ａによれば、電池セル１１、１２および１３の各セル電圧をサンプリングするときに、キャパシタ２１、２２、２３および抵抗素子２６、２７、２８によってフィルタ回路が構成される。これにより、高周波雑音が除去されて平均化されたセル電圧によってキャパシタ２１、２２および２３を充電することができるので、各セル電圧の検出精度を更に高めることが可能となる。また、本実施形態に係る電池監視装置１００Ａによれば、キャパシタ２１、２２および２３がセル電圧を保持するサンプリング機能および高周波雑音を除去するフィルタ機能を兼ねるので、別途フィルタ用のキャパシタを追加せずに、抵抗素子２６、２７および２８を挿入するだけでフィルタ機能を実現することができる。

なお、本実施形態においては、抵抗素子２６、２７および２８を電池監視ＩＣ３の外部に設ける場合を例示したが、抵抗素子２６、２７および２８を電池監視ＩＣ３の内部に設けてもよい。

また、上記の第１および第２の実施形態においては、Ａ／Ｄコンバータ７０を電池監視ＩＣ３内に含める場合を例示したが、この態様に限定されるものではない。例えば、Ａ／Ｄコンバータ７０を、電池監視ＩＣ３と通信可能に接続されたマイクロコンピュータの内部に含めてもよい。

また、上記の第１および第２の実施形態では、例えば、電池セル１２のセル電圧を検出する場合に、低電位側スイッチ５２および高電位側スイッチ５７をオン状態とすることにより、キャパシタ２１の電圧およびキャパシタ２２の電圧を同時に信号処理回路６に入力し、入力された電圧の差分を信号処理回路６で処理する構成としているが、この態様に限定されるものではない。すなわち、キャパシタ２１の電圧とキャパシタ２２の電圧を順次信号処理回路６に入力し、信号処理回路６の内部においてこれらの差分を求めてもよい。

なお、電池監視ＩＣ３は、本発明における半導体装置の一例である。電池監視装置１００および１００Ａは、本発明における電池監視装置の一例である。電池セル１１、１２および１３は、本発明における電池セルの一例である。キャパシタ２１、２２および２３は、本発明における電荷蓄積部の一例である。サンプルホールドスイッチ４１、４２および４３は、本発明における第１のスイッチの一例である。高電位側スイッチ５６、５７および５８は、本発明における第２のスイッチの一例である。低電位側スイッチ５１、５２および５３は、本発明における第３のスイッチの一例である。信号処理回路６は、本発明における処理部の一例である。制御回路７は、本発明における制御部の一例である。バッファアンプ６１は、本発明におけるバッファアンプの一例である。セル電圧入力端子３１、３２および３３は、本発明における第１の端子の一例である。キャパシタ接続端子３６、３７および３８は、本発明における第２の端子の一例である。入力端ａ１は、本発明にける第１の入力端の一例である。入力端ａ２は、本発明における第２の入力端の一例である。抵抗素子２６、２７および２８は、本発明における抵抗素子の一例である。

１ 組電池
２ キャパシタ群
３ 電池監視ＩＣ
４ サンプルホールドスイッチ群
５ セル選択スイッチ群
６ 信号処理回路
７ 制御回路
１１、１２、１３ 電池セル
２１、２２、２３ キャパシタ
２６、２７、２８ 抵抗素子
３１、３２、３３ セル電圧入力端子
３６、３７、３８ キャパシタ接続端子
３５ 出力端子
４１、４２、４３ サンプルホールドスイッチ
５１、５２、５３ 低電位側スイッチ
５６、５７、５８ 高電位側スイッチ
６１ バッファアンプ
６４ レベルシフト回路
ａ１、ａ２ 入力端

Claims (7)

1. 直列に接続された複数の電池セルの各々に対応して設けられ、一端が、対応する電池セルの正極に接続され、他端が、前記複数の電池セルの各々に対応して設けられ、且つ一方の電極が接地電位に接続された複数の電荷蓄積部のうちの対応する電荷蓄積部の他方の電極に接続され、オン状態となることで対応する電池セルの正極に生ずる電圧によって当該電池セルに対応する電荷蓄積部が充電されるように構成された複数の第１のスイッチと、
   前記複数の第１のスイッチの各々に対応して設けられ、一端が対応する第１のスイッチの他端に接続された複数の第２のスイッチと、
   前記複数の第２のスイッチの各々の他端に接続され、前記第２のスイッチを介して供給される電圧を処理する処理部と、
   各々が前記複数の第１のスイッチの各々の一端と対応する前記電池セルの間で接続された複数の第１の端子と、
   各々が前記複数の第１のスイッチの各々の他端と前記複数の電荷蓄積部の各々の一方の電極の間で接続された複数の第２の端子と、
   を含む半導体装置。
2. 前記複数の第１のスイッチの各々がオン状態となるように前記複数の第１のスイッチの各々を制御した後に、前記複数の第１のスイッチの各々が互いに同じタイミングでオン状態からオフ状態に移行するように前記複数の第１のスイッチの各々を制御する制御部を更に含む
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記制御部は、前記複数の第１のスイッチの各々がオフ状態となるように前記複数の第１のスイッチの各々を制御した後に、前記複数の第２のスイッチが順次オン状態となるように前記複数の第２のスイッチの各々を制御し、
   前記処理部は、オン状態となった前記第２のスイッチを介して順次供給される電圧を順次処理する
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記処理部は、前記複数の第２のスイッチの各々の他端に接続されたバッファアンプを含む
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記処理部は、第１の入力端および第２の入力端を有し、前記第１の入力端に入力された電圧と前記第２の入力端に入力された電圧の差分に応じた出力信号を出力し、
   前記複数の第２のスイッチの各々の他端が前記処理部の前記第１の入力端に接続され、
   前記複数の第１のスイッチのうち、最高電位に位置する電池セルを除く電池セルの各々に対応する第１のスイッチの各々に対応して設けられ且つ一端が対応する第１のスイッチの他端に接続された複数の第３のスイッチの各々の他端が、前記処理部の前記第２の入力端に接続され、
   前記制御部は、前記複数の第２のスイッチが順次オン状態となるように前記複数の第２のスイッチを制御するときに、前記複数の第３のスイッチのうち、当該オン状態となる第２のスイッチに対応する電池セルに対して低電位側において隣接する電池セルに対応する第３のスイッチがオン状態となるように前記複数の第３のスイッチの各々を制御する
   請求項３に記載の半導体装置。
6. 前記複数の第１のスイッチの各々の一端は、抵抗素子を介して対応する電池セルに接続される
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置と、
   前記複数の電池セルと、
   前記複数の電荷蓄積部と、
   を含む電池監視装置。

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