JP2013051764A - 蓄電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路の自己診断結果が正しいか否かを上位コントローラ側で診断できる蓄電池監視装置の提供。
【解決手段】蓄電池監視装置は、集積回路IC1〜IC6と、集積回路IC1〜IC6の計測結果および診断結果に基づいて蓄電池の状態を監視するマイコンとを備えている。集積回路IC1〜IC6は、基準値記憶回路278に記憶されている値および現在値記憶回路274に記憶された電圧計測値をデジタル比較回路270に入力して、該電圧計測値が正常範囲か否かを診断する第１の診断を行う。マイコンは、基準値記憶回路278に記憶されている判定基準値を、現在値記憶回路274に記憶されている電圧計測値よりも大きなまたは小さな値に書き換えて、その書き換えた値と現在値記憶回路274に記憶されている電圧計測値とに基づく第１の診断に基づいて、デジタル比較回路270が正常に動作しているか否かを判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の電池を備える蓄電池を監視する蓄電池監視装置に関する。

複数の電池を備える蓄電池を監視する蓄電池監視装置として、例えば、特許文献１に記載のような蓄電池監視装置が知られている。蓄電池監視装置には、電池の電圧等を計測し過充電診断などをする集積回路と、その計測結果や診断結果を集積回路から収集して、電池の状態を制御監視する上位コントローラとが設けられている。また、集積回路は、診断系が正常に機能しているか否かを診断する機能も備えている。

例えば、過充電や過放電の診断の信頼性を確保するために、計測値と過充電閾値や過放電閾値とを比較する比較回路の動作を診断する機能を備えている。具体的には、集積回路内の記憶回路に記憶されている基準値（過充電閾値など）と、それを増加方向演算回路に入力して得られる増加演算値とを比較回路で比較し、その比較結果が正常か否かで比較回路の診断を行っている。

特開２００９−８９４８７号公報

しかしながら、上述した従来の蓄電池監視装置では、集積回路の自己診断結果が本当に正しいのか、上位コントローラは確かめることができないという問題があった。

本発明に係る蓄電池監視装置は、蓄電池に設けられた複数の電池の電圧を計測し、その計測結果に基づいて電圧値が正常範囲か否かを診断する集積回路と、集積回路の計測結果および診断結果に基づいて蓄電池の状態を監視する上位コントローラとを備える。そして、集積回路は、複数の電池の電圧を計測する計測部と、計測部で計測された電圧計測値が記憶される第１記憶部と、電圧計測値が正常範囲か否かを判定するための判定基準値が記憶される第２記憶部と、二つの値の大小関係を比較する比較回路と、を有し、第２記憶部に記憶されている値および第１記憶部に記憶された電圧計測値を前記比較回路に入力して、該電圧計測値が正常範囲か否かを診断する第１の診断を行い、上位コントローラは、第２記憶部に記憶されている判定基準値を、第１記憶部に記憶されている電圧計測値よりも大きなまたは小さな値に書き換えて、その書き換えた値と前記第１記憶部に記憶されている電圧計測値とに基づく第１の診断に基づいて、比較回路が正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする。

本発明によれば、集積回路とその上位コントローラを備える蓄電池監視装置おいて、集積回路の自己診断結果が正しいか否かを上位コントローラ側で診断可能となり、蓄電池監視装置の信頼性を更に向上させることができる。

車両用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。 電池ブロック９Ａに関するＩＣ１〜ＩＣ３の部分を示す図である。 ＩＣ内部ブロックの概略を示す図である。 計測動作のタイミングを説明する図である。 ＩＣ内部ブロックのデジタル回路部分を示す図である。 通信回路１２７およびその動作を説明する図である。 外部診断モードの処理手順を示すフローチャートである。 図７の各処理の実行タイミングを示すタイミングチャートである。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本発明に係る蓄電池監視装置は様々な形態の蓄電池に適用可能であるが、以下に述べる実施の形態では、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両用回転電機の駆動システムに用いられる蓄電池監視装置を例に説明する。まず、図１〜６を用いて、車両用回転電機の駆動システムにおける蓄電池監視装置の概略を説明し、図７、８を参照してより詳細に説明する。

図１は車両用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。図１に示す駆動システムは、電池モジュール９、電池モジュール９を監視する蓄電池監視装置１００、電池モジュール９からの直流電力を３相交流電力に変換するインバータ装置２２０、車両駆動用のモータ２３０を備えている。モータ２３０は、インバータ装置２２０からの３相交流電力により駆動される。インバータ装置２２０と蓄電池監視装置１００とはＣＡＮ通信で結ばれており、インバータ装置２２０は蓄電池監視装置１００に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置２２０は、さらに上位のコントローラ（不図示）からの指令情報に基づいて動作する。

インバータ装置２２０は、パワーモジュール２２６と、ＭＣＵ２２２と、パワーモジュール２２６を駆動するためのドライバ回路２２４とを有している。パワーモジュール２２６は、電池モジュール９から供給される直流電力を、モータ２３０を駆動するための３相交流電力に変換する。なお、図示していないが、パワーモジュール２２６に接続される強電ラインＨＶ＋，ＨＶ−間には、約７００μＦ〜約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタが設けられている。この平滑キャパシタは、蓄電池監視装置１００に設けられた集積回路に加わる電圧ノイズを低減する働きをする。

インバータ装置２２０の動作開始状態では平滑キャパシタの電荷は略ゼロであり、リレーＲＬを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタへ流れ込む。そして、この大電流のためにリレーＲＬが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するために、ＭＣＵ２２２は、さらに上位のコントローラからの命令に従い、モータ２３０の駆動開始時に、プリチャージリレーＲＬＰを開状態から閉状態にして平滑キャパシタを充電し、その後にリレーＲＬを開状態から閉状態として、電池モジュール９からインバータ装置２２０への電力の供給を開始する。平滑キャパシタを充電する際には、抵抗ＲＰを介して最大電流を制限しながら充電を行う。このような動作を行うことで、リレー回路を保護すると共に、電池セルやインバータ装置２２０を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。

なお、インバータ装置２２０は、モータ２３０の回転子に対するパワーモジュール２２６により発生する交流電力の位相を制御して、車両制動時にはモータ２３０をジェネレータとして動作させる。すなわち回生制動制御を行い、ジェネレータ運転により発電された電力を電池モジュール９に回生して電池モジュール９を充電する。電池モジュール９の充電状態が基準状態より低下した場合には、インバータ装置２２０はモータ２３０を発電機として運転する。モータ２３０で発電された３相交流電力は、パワーモジュール２２６により直流電力に変換されて電池モジュール９に供給される。その結果、電池モジュール９は充電される。

一方、モータ２３０を力行運転する場合、ＭＣＵ２２２は上位コントローラの命令に従い、モータ２３０の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は、電池モジュール９から直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。また、回生制動制御により電池モジュール９を充電する場合には、ＭＣＵ２２２は、モータ２３０の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合はモータ２３０から電力がパワーモジュール２２６に供給され、パワーモジュール２２６の直流電力が電池モジュール９へ供給される。結果的にモータ２３０は発電機として作用することとなる。

インバータ装置２２０のパワーモジュール２２６は、導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。この電圧変動を抑制するため、上述した大容量の平滑キャパシタが設けられている。

電池モジュール９は、直列接続された２つの電池ブロック９Ａ，９Ｂで構成されている。各電池ブロック９Ａ，９Ｂは、直列接続された１６セルの電池セルを備えている。電池ブロック９Ａと電池ブロック９Ｂとは、スイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクトＳＤを介して直列接続される。このサービスディスコネクトＳＤが開くことで電気回路の直接回路が遮断され、仮に電池ブロック９Ａ，９Ｂのどこかで車両との間に１箇所接続回路ができたとしても電流が流れることはない。このような構成により高い安全性を維持できる。又、点検時に人間がＨＶ＋とＨＶ−の間を触っても、高電圧は人体に印加されないので安全である。

電池モジュール９とインバータ装置２２０との間の強電ラインＨＶ＋には、リレーＲＬ，抵抗ＲＰおよびプリチャージリレーＲＬＰを備えた電池ディスコネクトユニットＢＤＵが設けられている。抵抗ＲＰとプリチャージリレーＲＬＰとの直列回路は、リレーＲＬと並列に接続されている。

蓄電池監視装置１００は、主に各セル電圧の測定、総電圧の測定、電流の測定、セル温度およびセルの容量調整等を行う。そのために、セルコントローラとしてのＩＣ（集積回路）１〜ＩＣ６が設けられている。各電池ブロック９Ａ，９Ｂ内に設けられた１６セルの電池セルは、それぞれ３つのセルグループに分けられ、各セルグループ毎に一つの集積回路が設けられている。

ＩＣ１〜ＩＣ６は、通信系６０２と１ビット通信系６０４とを備えている。セル電圧値読み取りや各種コマンド送信のための通信系６０２においては、絶縁素子（例えば、フォトカプラ）ＰＨを介してデイジーチェーン方式でマイコン３０とシリアル通信を行う。１ビット通信系６０４は、例えば、セル過充電が検知されたときの異常信号を送信する。図１に示す例では、通信系６０２は、電池ブロック９ＡのＩＣ１〜ＩＣ３に対する上位の通信経路と、電池ブロック９ＢのＩＣ４〜ＩＣ６に対する下位の通信経路とに分けられている。

各ＩＣ１〜ＩＣ６は異常診断を行い、自分自身が異常と判断した場合、あるいは前のＩＣから異常信号を受信端子ＦＦＩで受信した場合に、送信端子ＦＦＯから異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断となったりした場合には、送信端子ＦＦＯから伝送される異常信号は消える。この異常信号は本実施形態では１ビット信号である。

マイコン３０は異常信号をＩＣに送信しないが、異常信号の伝送路である１ビット通信系６０４が正しく動作することを診断するために、擬似異常信号であるテスト信号を１ビット通信系６０４に送出する。このテスト信号を受信したＩＣ１は異常信号を通信系６０４へ送出し、その異常信号がＩＣ２によって受信される。異常信号はＩＣ２からＩＣ３、ＩＣ４、ＩＣ５、ＩＣ６の順に送信され、最終的にはＩＣ６からマイコン３０へと返信される。通信系６０４が正常に動作していれば、マイコン３０から送信された擬似異常信号は通信系６０４を介してマイコン３０に戻ってくる。このように擬似異常信号をマイコン３０が送受することで通信系６０４の診断ができ、システムの信頼性が向上する。

電池ディスコネクトユニットＢＤＵ内にはホール素子等の電流センサＳｉが設置されており、電流センサＳｉの出力はマイコン３０に入力される。電池モジュール９の総電圧および温度に関する信号もマイコン３０に入力され、それぞれマイコン３０のＡＤ変換器（ＡＤＣ）によって測定される。温度センサは電池ブロック９Ａ，９Ｂ内の複数箇所に設けられている。

図２は、図１の電池ブロック９Ａに関するＩＣ１〜ＩＣ３の部分を示す図である。なお、説明は省略するが、電池ブロック９Ｂに関しても同様の構成となっている。電池ブロック９Ａに設けられている１６セルの電池セルは、４セル、６セル、６セルの３つにセルグループに分かれており、各セルグループに対応してＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３が設けられている。

ＩＣ１のＣＶ１〜ＣＶ６端子は電池セルのセル電圧を計測するための端子であり、各ＩＣは６セルまで計測することができる。６セルを監視するＩＣ２，ＩＣ３の場合、ＣＶ１〜ＣＶ６端子の電圧計測ラインには、端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗ＲＣＶがそれぞれ設けられている。一方、４セルを監視するＩＣ１の場合には、ＣＶ３〜ＣＶ６端子の電圧計測ラインに、端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗ＲＣＶがそれぞれ設けられている。各電圧計測ラインはセンシング線ＬＳを介して各電池セルＢＣの正極または負極に接続されている。

なお、電池セルＢＣ６の負極には、ＩＣ２，ＩＣ３のＧＮＤＳ端子が接続されている。例えば、電池セルＢＣ１のセル電圧を計測する場合には、ＣＶ１−ＣＶ２端子間の電圧を計測する。また、電池セルＢＣ６のセル電圧を計測する場合には、ＣＶ６−ＧＮＤＳ端子間の電圧を計測する。ＩＣ１の場合には、ＣＶ３〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子を用いて電池セルＢＣ１〜ＢＣ４のセル電圧を計測する。電圧計測ライン間には、コンデンサＣｖ，Ｃ in は、ノイズ対策として設けられている。

電池モジュール９の性能を最大限に活用するためには、３２セルのセル電圧を均等化する必要がある。例えば、セル電圧のばらつきが大きい場合、回生充電時に最も高い電池セルが上限電圧に達した時点で回生動作を停止する必要がある。この場合、その他の電池セルのセル電圧は上限に達していないにもかかわらず、回生動作を停止して、ブレーキとしてエネルギーを消費することになる。このようなことを防止するために、各ＩＣは、マイコン３０からのコマンドで電池セルの容量調整のための放電を行う。

図２に示すように、各ＩＣ１〜ＩＣ３は、ＣＶ１−ＢＲ１，ＢＲ２−ＣＶ３，ＣＶ３−ＢＲ３，ＢＲ４−ＣＶ５，ＣＶ５−ＢＲ５およびＢＲ６−ＧＮＤＳの各端子間にセル容量調整用のバランシングスイッチＢＳ１〜ＢＳ６を備えている。例えば、ＩＣ１の電池セルＢＣ１の放電を行う場合には、バランシングスイッチＢＳ３をオンする。そうすると、電池セルＣＶ１の正極→抵抗ＲＣＶ→ＣＶ１端子→バランシングスイッチＢＳ３→ＢＲ３端子→抵抗ＲＢ→電池セルＣＶ１の負極の経路でバランシング電流が流れる。ＲＢまたはＲＢＢはバランシング用の抵抗である。

ＩＣ１〜ＩＣ３間には、上述したように通信系６０２，６０４が設けられている。マイコン３０からの通信コマンドは、フォトカプラＰＨを介して通信系６０２に入力され、通信系６０２を介してＩＣ１の受信端子ＬＩＮ１で受信される。ＩＣ１の送信端子ＬＩＮ２からは、通信コマンドに応じたデータやコマンドが送信される。ＩＣ２の受信端子ＬＩＮ１で受信された通信コマンドは、送信端子ＬＩＮ２から送信される。このように順に受信および送信を行い、伝送信号は、ＩＣ３の送信端子ＬＩＮ２から送信され、フォトカプラＰＨを介してマイコン３０の受信端子で受信される。ＩＣ１〜ＩＣ３は、受信した通信コマンドに応じて、セル電圧等の測定データのマイコン３０への送信や、バランシング動作を行う。さらに、各ＩＣ１〜ＩＣ３は、測定したセル電圧に基づいてセル過充電を検知する。その検知結果（異常信号）は、信号系６０４を介してマイコン３０へ送信される。

図３はＩＣ内部ブロックの概略を示す図であり、６つの電池セルＢＣ１〜ＢＣ６が接続されるＩＣ２を例に示した。なお、説明は省略するが、他のＩＣに関しても同様の構成となっている。ＩＣ２には、電池状態検出回路としてのマルチプレクサ１２０やアナログデジタル変換器１２２Ａ，ＩＣ制御回路１２３，診断回路１３０，伝送入力回路１３８，１４２，伝送出力回路１４０，１４３，起動回路２５４，タイマ回路１５０，制御信号検出回路１６０，差動増幅器２６２およびＯＲ回路２８８が設けられている。

電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子の電位は、ＣＶ１端子〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子を介してマルチプレクサ１２０に入力される。マルチプレクサ１２０はＣＶ１端子〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子のいずれかを選択して、各端子の電位を差動増幅器２６２に入力する。ＣＶ１〜ＣＶ６，ＧＮＤＳ端子に入力される各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電位は、ＩＣ２のグランド電位に対して直列接続された電池セルの端子電圧に基づく電位でバイアスされている。上記差動増幅器２６２により上記バイアス電位の影響が除去され、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子間電圧（アナログ値）がアナログデジタル変換器１２２Ａに入力される。アナログデジタル変換器１２２Ａは、差動増幅器２６２の出力されたアナログ値をデジタル値に変換する。デジタル値に変換された端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部のデータ保持回路１２５に保持される。

ＩＣ制御回路１２３は、演算機能を有すると共に、データ保持回路１２５と、電圧測定や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路１２６と、診断回路１３０からの診断フラグがセットされる診断フラグ保持回路１２８とを有している。ＩＣ制御回路１２３は、伝送入力回路１３８から入力された通信コマンドの内容を解読し、その内容に応じた処理を行う。コマンドとしては、例えば、各電池セルの端子間電圧の計測値を要求するコマンド、各電池セルの充電状態を調整するための放電動作を要求するコマンド、当該ＩＣの動作を開始するコマンド（Ｗａｋｅ ＵＰ）、動作を停止するコマンド（スリープ）、アドレス設定を要求するコマンド、等を含んでいる。

診断回路１３０は、ＩＣ制御回路１２３からの計測値に基づいて、各種診断、例えば過充電診断や過放電診断を行う。データ保持回路１２５は、例えばレジスタ回路で構成されており、検出した各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応づけて記憶し、また、その他の検出値を、予め定められたアドレスに読出し可能に保持する。

ＩＣ２の内部回路には、少なくとも２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤが使用される。図３に示す例では、電圧ＶＣＣは直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ６で構成される電池セルグループの総電圧であり、電圧ＶＤＤは定電圧電源１３４によって生成される。マルチプレクサ１２０および信号伝送のための伝送入力回路１３８，１４２は高電圧ＶＣＣで動作する。また、アナログデジタル変換器１２２Ａ、ＩＣ制御回路１２３、診断回路１３０、信号伝送のための伝送出力回路１４０，１４３は低電圧ＶＤＤで動作する。

ＩＣ２の受信端子ＬＩＮ１で受信した信号は伝送入力回路１３８に入力され、受信端子ＦＦＩで受信した信号は伝送入力回路１４２に入力される。伝送入力回路１４２は、伝送入力回路１３８と同様の回路構成となっている。伝送入力回路１３８は、隣接する他のＩＣからの信号を受信する回路２３１とフォトカプラＰＨからの信号を受信する回路２３４とを備えている。

図２に示すように、最上位のＩＣ１の場合には、フォトカプラＰＨからの信号が受信端子ＬＩＮ１に入力され、他のＩＣ２，ＩＣ３の場合には、隣接ＩＣからの信号が受信端子ＬＩＮ１に入力される。そのため、回路２３１および２３４のどちらを使用するかは、図３の制御端子ＣＴに印加される制御信号に基づき、切換器２３３により選択される。制御端子ＣＴに印加された制御信号は、制御信号検出回路１６０に入力され、切換器２３３は制御信号検出回路１６０からの指令により切り替え動作を行う。

すなわち、ＩＣの伝送方向最上位のＩＣである場合、すなわち、ＩＣの受信端子ＬＩＮ１に上位コントローラ（マイコン３０）からの信号が入力される場合には、切換器２３３は下側接点が閉じ、回路２３４の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。一方、ＩＣの受信端子ＬＩＮ１に隣接ＩＣからの信号が入力される場合には、切換器２３３は上側接点が閉じ、回路２３２の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。図３に示すＩＣ２の場合、伝送入力回路１３８には隣接ＩＣ１からの信号が入力されるので、切換器２３３は上側接点が閉じる。上位コントローラ（マイコン３０）からの出力と隣接ＩＣの送信端子ＬＩＮ２からの出力とでは出力波形の波高値が異なるため、判定する閾値が異なる。そのため、制御端子ＴＣの制御信号に基づいて、回路１３８の切換器２３３を切り換えるようにしている。なお、通信系６０４についても同様の構成となっている。

受信端子ＬＩＮ１で受信された通信コマンドは、伝送入力回路１４２を通ってＩＣ制御回路１２３に入力される。ＩＣ制御回路１２３は、受信した通信コマンドに応じたデータやコマンドを伝送出力回路１４０へ出力する。それらのデータやコマンドは、伝送出力回路１４０を介して送信端子ＬＩＮ２から送信される。なお、伝送出力回路１４３も、伝送出力回路１４０と同様の構成である。

端子ＦＦＩから受信した信号は、異常状態（過充電信号）を伝送するために使用される。端子ＦＦＩから異常を表す信号を受信すると、その信号は伝送入力回路１４２およびＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。また診断回路１３０で異常を検知すると、端子ＦＦＩの受信内容に関係なく、診断フラグ保持回路１２８からＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に異常を表す信号が入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。

隣接ＩＣまたはフォトカプラＰＨから伝送されてきた信号を起動回路２５４により受信すると、タイマ回路１５０が動作し、定電圧電源１３４に電圧ＶＣＣを供給する。この動作により定電圧電源１３４は動作状態となり、定電圧ＶＤＤを出力する。定電圧電源１３４から定電圧ＶＤＤが出力されるとＩＣ２はスリープ状態から立ち上がり動作状態となる。

前述したように、ＩＣ内には、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の充電量を調整するためのバランシングスイッチＳＢ１〜ＳＢ６が設けられている。本実施形態では、バランシングスイッチＢＳ１，ＢＳ３，ＢＳ５にはＰＭＯＳスイッチが用いられ、バランシングスイッチＢＳ２，ＢＳ４，ＢＳ６にはＮＭＯＳスイッチが用いられている。

これらのバランシングスイッチＳＢ１〜ＳＢ６の開閉は、放電制御回路１３２によって制御される。マイコン３０からの指令に基づいて、放電させるべき電池セルに対応したバランシングスイッチを導通させるための指令信号が、ＩＣ制御回路１２３から放電制御回路１３２に送られる。ＩＣ制御回路１２３は、マイコン３０から各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応した放電時間の指令を通信により受け、上記放電の動作を実行する。

〈診断および計測：動作スケジュール概要〉
図４は、図３に示すタイミング制御回路１２６で行われる計測動作のタイミングを説明する図である。図２に示す各ＩＣは計測動作と共に診断動作を行う機能を有しており、図４に記載の動作タイミングで繰り返し計測を行い、この計測に同期して診断を実行する。なお、上述した図２ではＩＣ１のセルグループは４個の電池セルを有していたが、ＩＣ１〜ＩＣ３は６個の電池セルに対応できる回路となっている。従って、各セルグループを構成する電池セルの数は、最大６個まで増やすことが可能である。そのため、図４の動作タイミングを示す図においても、電池セルが６個を前提として構成されている。

ＩＣ１〜ＩＣ３には、それぞれに対応して設けられたセルグループを構成する電池セル数がそれぞれセットされる。それにより、各ＩＣ１〜ＩＣ３は関係付けられたセルグループの電池セル数に対応したステージ信号を発生する。このように構成することで、各セルグループを構成する電池セル数を変えることが可能となり設計の自由度が増大すると共に、高速の処理が可能となる。

図４は上述のとおり、診断動作と計測動作のタイミングを説明する図である。上記計測動作のタイミングおよび測定周期、あるいは診断動作は、起動回路２５４と第１ステージカウンタ２５６および第２ステージカウンタ２５８からなるステージカウンタとにより管理される。ステージカウンタ２５６，２５８は、集積回路全体の動作を管理する制御信号（タイミング信号）を発生する。ステージカウンタ２５６，２５８は、実際には分離されていないが、ここでは理解しやすくするためにあえて分離して示した。ステージカウンタは通常のカウンタであっても良いし、シフトレジスタであっても良い。

起動回路２５４は、（１）伝送路から送られてくるＷａｋｅ ＵＰを要求する通信コマンドを受信端子ＬＩＮ１で受信すると、あるいは（２）ＩＣの電源電圧が供給され所定の電圧に達すると、（３）あるいは車のスタータスイッチ（キースイッチ）が投入されたことを表す信号を受信すると、第１と第２のステージカウンタ２５６，２５８へリセット信号を出力して各ステージカウンタ２５６，２５８を初期状態とし、所定の周波数でクロック信号を出力する。すなわち上記（１）乃至（３）の条件でＩＣ１は計測動作および診断動作を実行する。一方、伝送路からＳｌｅｅｐを要求する通信コマンドを受信すると、あるいは該通信コマンドを所定時間以上受信出来ないと、起動回路２５４はステージカウンタ２５６，２５８がリセット状態すなわち初期状態に戻ったタイミングで、クロックの出力を停止する。このクロックの出力停止によりステージの進行が停止されるので、上記計測動作および診断動作の実行は停止状態となる。

起動回路２５４からのクロック信号を受け、第１ステージカウンタ２５６はステージＳＴＧ２の各期間（後述する［ＳＴＧＣａｌのＲＥＳ］期間〜［ＳＴＧＰＳＢＧの計測］期間のそれぞれ）内の処理タイミングを制御する計数値を出力し、デコーダ２５７は、ステージＳＴＧ２の各期間内の処理タイミングを制御するタイミング信号ＳＴＧ１を発生する。第２ステージカウンタ２５８の計数値が進むに従い、対応する期間が動作表２６０の左から右に切り替わる。第２ステージカウンタ２５８の計数値に応じて、各期間を特定するステージ信号ＳＴＧ２がデコーダ２５９から出力される。

第１ステージカウンタ２５６は下位のカウンタであり、第２ステージカウンタ２５８は上位カウンタである。第２ステージカウンタ２５８の計数値が「００００」で、第１ステージカウンタ２５６の計数値が「００００」〜「１１１１」の間は、ステージＳＴＧＣａｌのＲＥＳ期間（以下では、［ＳＴＧＣａｌ ＲＥＳ］期間と称する）を表す信号がデコーダ２５９から出力される。そして、［ＳＴＧＣａｌ ＲＥＳ］期間に行われる種々の処理は、第１ステージカウンタ２５６の計数値「００００」〜「１１１１」に基づいて出力されるデコーダ２５７の信号に基づいて実行される。

なお、図４では、第１ステージカウンタ２５６は４ビットカウンタのように簡略して記載しているが、例えば、第１ステージカウンタ２５６が８ビットカウンタである場合には、１カウント毎に異なる処理動作が行われるとすると、２５６種類の処理が可能となる。第２ステージカウンタ２５８についても第１ステージカウンタ２５６の場合と同様であって、多数の計数を可能とすることで多数の処理が可能である。

第１ステージカウンタ２５６の計数値が「１１１１」となると［ＳＴＧＣａｌのＲＥＳ］期間が終了し、第２ステージカウンタ２５８の計数値が「０００１」となって［ＳＴＧＣａｌの計測］期間となる。そして、第１ステージカウンタ２５６が計数値「０００１」である［ＳＴＧＣａｌ 計測］期間においては、第１ステージカウンタ２５６の計数値「００００」〜「１１１１」に基づいてデコーダ２５７から出力される信号に基づいて種々の処理が実行される。そして、第１ステージカウンタ２５６の計数値が「１１１１」となると［ＳＴＧＣａｌの計測］期間が終了し、第２ステージカウンタ２５８の計数値が「００１０」となって［ＳＴＧＣＶ１ ＲＥＳ］期間となる。この［ＳＴＧＣＶ１ ＲＥＳ］期間において第１ステージカウンタ２５６の計数値が「１１１１」となると［ＳＴＧＣＶ１ＲＥＳ］期間を終了し、第２ステージカウンタ２５８の計数値が「００１１」となって［ＳＴＧＣＶ１ 計測］期間が開始される。

このように、図４の［ＳＴＧＣａｌ ＲＥＳ］期間からスタートし、第２ステージカウンタ２５８の計数に従い順に動作期間が右側に移動し、［ＳＴＧＰＳＧＢ 計測］期間の終了で基本動作が終了する。この次に第２ステージカウンタ２５８が計数アップすると、再び［ＳＴＧＣａｌ ＲＥＳ］期間がスタートする。

なお、図２に示す例では、ＩＣ１には４個の電池セルが接続されているので、表２６０のステージＳＴＧＣＶ５とステージＳＴＧＣＶ６は使用されない、あるいはスキップされてステージＳＴＧＣＶ５とステージＳＴＧＣＶ６は存在しない。また、強制的に第２ステージカウンタ２５８の内容を特定の計数値とすると、その計数値に対応した期間内の処理が実行される。

〈各ステージにおける診断と計測〉
図４に示す各ステージのＲＥＳ期間では、計測のために使用するアナログデジタル変換器１２２Ａの初期化を行う。本実施の形態では、ノイズの影響を少なくするためにコンデンサを使用した充放電型のアナログデジタル変換器１２２Ａを使用する、前に行われた動作時にコンデンサに蓄えられた電荷の放電などもこのＲＥＳ期間で実施する。行２６０Ｙ２の各ステージの計測期間では、アナログデジタル変換器１２２Ａを使用した計測の実行や、計測された値に基づく被測定対象の診断を行う。

ステージＳＴＧＣＶ１〜ステージＳＴＧＣＶ６の計測期間では順に電池セルの端子電圧を計測し、さらに計測された値から各電池セルが過充電や過放電の状態にならないかを診断する。実際に過充電や過放電の状態にならないように、過充電や過放電の診断は安全性の幅を取って設定している。なお、図２に示すようにＩＣに接続される電池セルの数が４個の場合は、ステージＳＴＧＣＶ５とステージＳＴＧＣＶ６はスキップされる。ステージＳＴＧＶＤＤの計測期間では図３に示す定電圧電源１３４の出力電圧が計測される。ステージＳＴＧＴＥＭの計測期間では温度計の出力電圧が測定される。ステージＳＴＧＰＳＢＧの計測期間では基準電圧が測定される。

〈電池セルの端子電圧計測〉
図５に示すブロック図は、図３に示したＩＣ内部ブロックのデジタル回路部分を詳しく示したものである。マルチプレクサ１２０には、図４に示したデコーダ２５７，２５９から信号ＳＴＧ１，ＳＴＧ２が入力され、その信号に基づいてマルチプレクサ１２０による選択動作が行われる。例えば電池セルＢＣ１の電圧を計測する場合には、端子ＣＶ１と端子ＣＶ２とを選択すると、端子ＣＶ１、ＣＶ２の電位がマルチプレクサ１２０から差動増幅器２６２に出力される。ここでは、電池セルの端子電圧計測について説明する。

なお、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４（または、ＢＣ１〜ＢＣ６）は直列接続されているので、各端子電圧の負極電位が異なっている。そのため、基準電位（ＩＣ１〜ＩＣ３内のＧＮＤ電位）をそろえるために差動増幅器２６２を使用している。差動増幅器２６２の出力はアナログデジタル変換器１２２Ａによりデジタル値に変換され、平均化回路２６４に出力される。平均化回路２６４は所定回数の測定結果の平均値を求める。その平均値は、電池セルＢＣ１の場合には現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。なお、図５の現在値記憶回路２７４、初期値記憶回路２７５、基準値記憶回路２７８は、図３のデータ保持回路１２５に対応する。

平均化回路２６４は、平均化制御回路２６３に保持された測定回数の平均値を演算し、その出力を上述の現在値記憶回路２７４に保持する。平均化制御回路２６３が１を指令すれば、アナログデジタル変換器１２２Ａの出力は、平均化されないでそのまま現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。平均化制御回路２６３が４を指令すれば、電池セルＢＣ１の端子電圧の４回の計測結果が平均化され、その平均値が上記現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。４回の平均を演算するには、最初は図４のステージによる計測を４回行うことが必要となるが、４回目以降は最新の測定結果の中から４個の測定値を演算に使用することで、各測定毎に平均化回路２６４の平均化演算が可能となる。上述のとおり、所定回数の平均化を行う平均化回路２６４を設けることで、ノイズの悪影響を除去できる。なお、平均化制御回路２６３に保持されている測定回数は、マイコン３０からの通信コマンド２９２で変えることができる。

図１に示す電池モジュール９の直流電力はインバータ装置に供給され、交流電力に変換される。インバータ装置による直流電力から交流電力への変換の際に電流の導通や遮断動作が高速に行われ、そのときに大きなノイズが発生するが、平均化回路２６４を設けることで、そのようなノイズの悪影響を少なくできる効果がある。デジタル変換された電池セルＢＣ１の端子電圧のデジタル値は現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。上記計測動作が図４の［ＳＴＧＣＶ１の計測］期間で行われる。

〈過充電の診断〉
その後、ステージＳＴＧＣＶ１の計測として示す期間内において、計測値に基づく診断動作が行われる。診断動作としては過充電診断と過放電診断である。この診断に入る前にマイコン３０から診断のための基準値が各集積回路に送信され、過充電の診断基準（過充電閾値Ｖoc）が基準値記憶回路２７８のレジスタＯＣに、また過放電の診断基準（過放電閾値Ｖod）が基準値記憶回路２７８のレジスタＯＤにそれぞれ保持される。

デジタルマルチプレクサ２７２は、図４の第１ステージカウンタ２５６や第２ステージカウンタ２５８の出力に基づいてデコーダ２５７やデコーダ２５９により作られた選択信号（ＳＴＧ１・ＳＴＧ２信号）により、現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１から電池セルＢＣ１の端子電圧を読み出してデジタル比較回路２７０に送る。また、デジタルマルチプレクサ２７６は、上記デコーダ２５７やデコーダ２５９により生成された選択信号により、基準値記憶回路２７８から過充電閾値Ｖocを読み出しデジタル比較回路２７０へ送る。デジタル比較回路２７０は、レジスタＣＥＬＬ１からの電池セルＢＣ１の端子電圧と過充電閾値Ｖocとを比較する。

デジタル比較回路２７０は、電池セルＢＣ１の測定値が過充電閾値Ｖocより大きい時に異常を示す比較結果を出力する。デジタルマルチプレクサ２８２は、上記デコーダ２５７やデコーダ２５９により生成された選択信号によりデジタル比較回路２７０の出力の記憶先を選択する。電池セルＢＣ１の診断結果がもし異常であれば、フラグ記憶回路２８４のレジスタＯＣｆｌａｇにその異常診断結果が保持される。すなわち、過充電を表すフラグ［ＯＣｆｌａｇ］がセットされる。フラグがセットされると、異常信号（１ビット信号）が通信回路１２７の端子ＦＦＯから出力され、マイコン３０に伝えられる。実際には過充電状態が生じないように制御しており、このような状態はほとんど生じない。しかし、信頼性を担保するため、診断を繰り返し実行する。

通信回路１２７は通信コマンドの送受信を行うものであり、上述した伝送入力回路１３８，１４２や伝送出力回路１４０，１４３が含まれている。なお、伝送入力回路１４２および伝送出力回路１４３は図示を省略した。

〈過放電の診断〉
過充電診断に続いて、ステージＳＴＧＣＶ１の計測の期間でさらに過放電の診断を行う。デジタルマルチプレクサ２７２は、現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１から電池セルＢＣ１の端子電圧を読み出しデジタル比較回路２７０に送る。また、デジタルマルチプレクサ２７６は、基準値記憶回路２７８から過放電の判断基準値である過放電閾値Ｖodを読み出しデジタル比較回路２７０へ送る。デジタル比較回路２７０は、レジスタＣＥＬＬ１からの電池セルＢＣ１の端子電圧と過放電閾値Ｖodとを比較し、もし電池セルＢＣ１の端子電圧が過放電閾値Ｖodより小さい場合には、フラグ記憶回路２８４のレジスタＯＤｆｌａｇに過放電を表すフラグ［ＯＤｆｌａｇ］をセットする。フラグがセットされると、異常信号（１ビット信号）が端子ＦＦＯから出力され、マイコン３０に伝えられる。上述の過充電の場合と同様、実際には過放電状態が生じないように制御しており、このような過放電の状態はほとんど生じない。しかし、信頼性を担保するため、診断を繰り返し実行する。

選択回路２８６の機能はマイコン３０からの通信コマンド２９２で変えることができ、端子ＦＦＯから出力されるフラグをどのフラグまで含めるかを選択的に変更できる。ＯＤｆｌａｇを端子ＦＦＯから出力するかどうかは選択回路２８６の設定条件で決まるようにすることが可能である。この場合は、設定条件をマイコン３０から変更できるので、多様な制御に対応できる。

上記説明は、図４のステージＳＴＧＣＶ１の計測期間での電池セルＢＣ１に関する計測と診断である。同様に、ステージＳＴＧＣＶ２の計測期間で電池セルＢＣ２の端子電圧の計測と過充電や過放電の診断を行い、ステージＳＴＧＣＶ３の計測期間で電池セルＢＣ３の端子電圧の計測と過充電や過放電の診断を行い、ステージＳＴＧＣＶ４の計測期間で電池セルＢＣ４の端子電圧の計測と過充電や過放電の診断を行う。それぞれのステージにおいて、異常が検出されれば、フラグ記憶回路２８４に異常の原因を表すフラグ［ＯＣｆｌａｇ］あるいはフラグ［ＯＤｆｌａｇ］をセットする。なお、上記各項目の診断でＭＦｆｌａｇがセットされた場合には、そのフラグは、ＯＲ回路２８８を介して１ビット出力端ＦＦＯから出力され、マイコン３０に送信される。

〈初期データの保持〉
図１に示すシステムでは、車両が運転停止状態であって、運転者が運転を開始する前は、電池モジュール９からインバータ装置への電流供給が行われていない。各電池セルの充放電電流が流れていない状態で計測された各電池セルの端子電圧を使用すると、各電池セルの充電状態（ＳＯＣ）が正確に求められるので、車両のキースイッチの操作やマイコン３０からのＷａｋｅ Ｕｐなどの通信コマンド２９２に基づき、各集積回路は独自に計測動作を開始する。図４で説明の計測動作が各集積回路において計測と電池セルの診断動作が開始され、平均化制御回路２６３に保持された回数の測定が行われると、平均化回路２６４で測定値の平均化を求める演算が行われる。その演算結果は先ず現在値記憶回路２７４に保持される。各集積回路はそれぞれ独立してその集積回路が関係しているセルグループの電池セル全てに対して測定計測および計測結果の平均値の演算を行い、演算結果を、それぞれの集積回路の現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１〜レジスタＣＥＬＬ６に保持する。

各電池セルの充電状態（ＳＯＣ）を正確に把握するために、各電池セルの充放電電流が流れていない状態で各電池セルの端子電圧を計測することが望ましい。上述のごとく各集積回路は独自に計測動作を開始することにより、電池モジュール９からインバータ装置への電流供給前に、各集積回路はそれぞれ関係する電池セル全ての端子電圧を計測し、現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１〜レジスタＣＥＬＬ６に保持する。現在値記憶回路２７４に保持された計測値はその後の新たな計測結果により書き換えられてしまうので、電流供給開始前の測定結果は現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１〜レジスタＣＥＬＬ６から初期値記憶回路２７５のレジスタＢＣＥＬＬ１〜レジスタＢＣＥＬＬ６に移され、初期値記憶回路２７５に保持される。このように電池モジュール９からインバータ装置への電流供給を開始する前の計測値を初期値記憶回路２７５に保持するので、充電状態（ＳＯＣ）の演算などの処理を後回しにして、優先度の高い診断のための処理を優先的に実行できる。優先度の高い処理を実行して、電池モジュール９からインバータ装置への電流供給を開始した後、初期値記憶回路２７５に保持された計測値に基づいて各電池セルの充電状態（ＳＯＣ）を演算し、正確な状態検知に基づいて充電状態（ＳＯＣ）を調整するための制御を行うことが可能となる。車両の運転者はできるだけ早く運転を開始したいとの希望を持つ場合があり、上述のとおりインバータ装置への電流供給を早く可能にすることが望ましい。

図５に示す例では、上述のごとく電気負荷であるインバータ装置に電流供給を始める前の計測値が現在値記憶回路２７４に保持されたタイミングで、デジタル比較回路２７０により過充電や過放電の診断、更には漏洩電流などの診断を実施できる。このためインバータ装置への直流電力の供給前に異常状態を把握することができる。もし、異常状態が発生していれば電流供給前に前記診断で異常を検知でき、インバータ装置への直流電力の供給を行わないなどの対応策が可能となる。さらに電流供給前の測定値は現在値記憶回路２７４の保持値を初期値記憶回路２７５に移して専用の初期値記憶回路２７５に保持し続けることができるので、安全性の向上や正確な充電状態（ＳＯＣ）の把握において優れた効果がある。

〈通信コマンド〉
図６は、ＩＣ１内における通信コマンドの送受信動作を説明する図である。なお、この送受信動作は、他のＩＣにおいても同様に行われる。マイコン３０からＩＣ１の受信端子ＬＩＮ１に送られてくる通信コマンドは、８ｂｉｔを１単位として全部で５つの部分を有し、５バイトを１つの基本構成としている。ただし以下に説明のとおり、５バイトより長くなる場合があり、特に５バイトに限定されるものではない。通信コマンドは受信端子ＬＩＮ１から受信レジスタ３２２に入力され、保持される。なお、この受信レジスタ３２２はシフトレジスタであり、受信端子ＬＩＮ１からシリアルに入力される信号が受信レジスタ３２２に入力された順にシフトされ、通信コマンドの先頭部分がレジスタの先頭部であるブレークフィールド部３２４に保持され、以下順次保持される。

上述のように、受信レジスタ３２２に保持される通信コマンド２９２は、その先頭の８ｂｉｔは信号が来たことを示す信号からなるブレークフィールド３２４、２番目の８ｂｉｔは同期をとるための働きをする信号からなるシンクロナスフィールド３２６、３番目の８ｂｉｔはＩＣ１〜ＩＣ４のうちいずれの集積回路なのか、さらに命令の対象となる回路はどこかを示す対象アドレス、及指令の内容を示すアイデンティファイア３２８である。４番目の８ｂｉｔは、通信内容（制御内容）を示すデータ３３０で前記命令を実行するために必要なデータを保持している。この部分は１バイトとは限らない。５番目の８ｂｉｔは送受信動作の誤りの有無をチェックするためのチェックサム３３２であり、ノイズなどで正確に伝達できなかった場合の有無を検知できる。このように、マイコン３０からの通信コマンドは、ブレークフィールド３２４、シンクロナスフィールド３２６、アイデンティファイア（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）３２８、データ３３０、およびチェックサム３１２の５つの部分から構成され、それぞれが１バイトで構成たれた場合は、通信コマンドは５バイトとなり、５バイト構成を基本としているが、データ３３０は１バイトに限らず、必要に応じてさらに増加する場合がある。

シンクロナスフィールド３２６は送信側の送信クロックと受信側の受信クロックとの同期を合わせるために使用され、シンクロナスフィールド３２６の各パルスが送られてくるタイミングを同期回路３４２が検知し、同期回路３４２の同期をシンクロナスフィールド３２６の各パルスのタイミングに合わせ、この合わせられたタイミングで受信レジスタ３２２はそれに続く信号を受信する。このようにすることで、送られてくる信号と信号の真理値を判断する閾値との比較タイミングを正確に選択でき、送受信動作の誤りを少なくできる効果がある。

通信コマンド２９２は、図２に示す通信系６０２を介してマイコン３０から最上位のＩＣ１の受信端子ＬＩＮ１に送られ、ＩＣ１の送信端子ＬＩＮ２から次のＩＣ２の受信端子ＬＩＮ１に送られ、さらにＩＣ２の送信端子ＬＩＮ２から最下位のＩＣ３の受信端子ＬＩＮ１に送られ、ＩＣ３の送信端子ＬＩＮ２からマイコン３０の受信端子ＬＩＮ１（不図示）に送られる。このように、通信コマンド２９２は、各ＩＣ１〜ＩＣ３の送受信端子を直列にループ状に接続した通信系６０２を介して伝送される。電池ブロック９ＢのＩＣ４〜ＩＣ６に関しても同様である。

各集積回路を代表してＩＣ１の回路で説明するが、上述のとおり他の集積回路も構成や動作が同じである。ＩＣ１の受信端子ＬＩＮ１に通信コマンド２９２が送信され、各集積回路は受信した通信コマンド２９２を次の集積回路に対して送信端子ＬＩＮ２から送信する。上記動作において、受信した通信コマンド２９２の指示対象が自分自身かを図６のコマンド処理回路３４４で判断し、自分自身の集積回路が対象の場合に通信コマンドに基づく処理を行う。上述の処理が各集積回路で通信コマンド２９２の送受信に基づき順次行われる。

従って、受信レジスタ３２２に保持された通信コマンド２９２がＩＣ１と関係しない場合であっても、受信した通信コマンド２９２に基づき次の集積回路への送信を行うことが必要となる。受信した通信コマンド２９２のアイデンティファイア３２８の内容をコマンド処理回路３４４が取り込み、ＩＣ１自身が通信コマンド２９２の指令対象かどうかを判断する。ＩＣ１自身が通信コマンド２９２の指令対象でない場合は、アイデンティファイア３２８およびデータ３３０の内容をそのまま送信レジスタ３０２のアイデンティファイア３０８やデータ３１０の部分に移し、また送受信誤動作チェックのためのチェックサム３１２を入力して送信レジスタ３０２内の送信信号を完成し、送信端子ＬＩＮ２から送信する。送信レジスタ３０２も受信レジスタ３２２と同様にシフトレジスタで作られている。

受信した通信コマンド２９２の対象が自分である場合、通信コマンド２９２に基づく指令を実行する。以下実行について説明する。

受信した通信コマンド２９２の対象が自分を含む集積回路全体に関する場合がある。例えばＲＥＳコマンドやＷａｋｅＵＰコマンド、Ｓｌｅｅｐコマンドがこのようなコマンドである。ＲＥＳコマンドを受信するとコマンド処理回路３４４でコマンド内容を解読しＲＥＳ信号を出力する。ＲＥＳ信号が発生すると、図５の現在値記憶回路２７４や初期値記憶回路２７５、フラグ記憶回路２８４の保持データが全て初期値である「ゼロ」になる。図５の基準値記憶回路２７８の内容は「ゼロ」にならないが、「ゼロ」になるようにしても良い。もし基準値記憶回路２７８の内容を「ゼロ」に変更すると、ＲＥＳ信号の発生後に図４に示す測定と診断が各集積回路で独自に実行されるので、診断の基準値となる基準値記憶回路２７８の値を速やかにセットすることが必要となる。この煩雑さを避けるために、基準値記憶回路２７８の内容はＲＥＳ信号で変更されないように回路が構成されている。基準値記憶回路２７８の値は頻繁に変更される属性のデータではないので、以前の値を使用しても良い。もし変更の必要があれば他の通信コマンド２９２で個々に変更できる。ＲＥＳ信号で平均化制御回路２６３の保持値は所定値、例えば１６となる。すなわち通信コマンド２９２で変更されなければ、１６回の測定値の平均を演算するように設定される。

ＷａｋｅＵＰコマンドがコマンド処理回路３４４から出力されると図４の起動回路２５４が動作を開始し、計測と診断動作が開始される。これにより、集積回路自身の消費電力は増加する。一方、Ｓｌｅｅｐ信号がコマンド処理回路３４４から出力されると図４の起動回路２５４の動作が停止し、計測と診断動作が停止する。これにより、集積回路自信の消費電力は著しく減少する。

次に通信コマンド２９２によるデータの書き込みおよび変更を、図６を参照して説明する。通信コマンド２９２のアイデンティファイア３２８は選択すべき集積回路を示している。データ３００が、アドレスレジスタ３４８や基準値記憶回路２７８へのデータ書き込み命令、あるいは平均化制御回路２６３や選択回路２８６へのデータ書き込み命令の場合は、コマンド処理回路３４４は命令内容に基づき書き込み対象を指定し、データ３３０を書き込み対象のレジスタに書き込む。

アドレスレジスタ３４８は集積回路自身のアドレスを保持するレジスタであり、この内容により自分のアドレスが決まる。ＲＥＳ信号でアドレスレジスタ３４８の内容はゼロとなり、集積回路自身のアドレスは「ゼロ」アドレスとなる。新たに命令によりアドレスレジスタ３４８の内容が変更されると、集積回路自身のアドレスは変更された内容に変わる。

通信コマンド２９２によりアドレスレジスタ３４８の記憶内容の変更の他に、図５に記載の基準値記憶回路２７８やフラグ記憶回路２８４ , 平均化制御回路２６３、選択回路２８６の保持内容を変更できる。これらに関し変更対象が指定されると、変更値であるデータ３３０の内容がデータバス２９４を介して変更対象の回路に送られ、保持内容が変更される。図５の回路はこの変更された内容に基づき動作を実行する。

通信コマンド２９２には集積回路内部に保持されているデータの送信命令が含まれている。アイデンティファイア３２８の命令で送信対象データの指定が行われる。例えば現在値記憶回路２７４や基準値記憶回路２７８の内部レジスタが指定されると、指定されたレジスタの保持内容がデータバス２９４を介して送信レジスタ３０２のデータ３１０の回路に保持され、要求されたデータ内容として送信される。このようにして、図１に示すマイコン３０は、通信コマンド２９２により必要な集積回路の測定値や状態を表すフラグを取り込むことが可能となる。

〈デジタル比較回路２７０の診断〉
ところで、上述した過充電や過放電の診断の信頼性を確保するためには、デジタル比較回路２７０が正常に動作していることを確認する必要がある。そのため、図４に示す［ＳＴＧＣａｌ ＲＥＳ］期間においてデジタル比較回路２７０の診断を行うようにしている。この診断動作の概略は以下の通りである。

デコーダ２５７，２５９の出力に基づき、デジタルマルチプレクサ２７２は、増加方向演算回路２８１で求められた増加演算値（Ｖoc＋１）を選択し、デジタル比較回路２７０に入力する。この増加演算値（Ｖoc＋１）は、基準値記憶回路２７８に保持されている基準値に所定値を加算して得られた値である。ここではレジスタＯＣに保持されている過充電判定用の基準値（過充電閾値）Ｖocに「１」を加算して得られる値が、増加演算値（Ｖoc＋１）として用いられている。

一方、デジタルマルチプレクサ２７６は、基準値記憶回路２７８のレジスタＯＣに保持されている過充電閾値Ｖocを選択し、デジタル比較回路２７０に比較対象として入力する。そして、デジタル比較回路２７０が過充電閾値Ｖocよりも増加演算値（Ｖoc＋１）の方が大きいと判断した場合には、デジタル比較回路２７０は正しく動作していることになる。同様に、減少方向演算回路２８０で演算された減少方向演算値（Ｖoc−１）を用いてデジタル比較回路２７０の診断が行われる。このように、図４の［ＳＴＧＣａｌ ＲＥＳ］期間においてデジタル比較回路２７０の動作が正常か否かを診断している。

マイコン３０は、ＩＣ側から出力されたデータに基づいてデジタル比較回路２７０の動作が正常かどうかを判断することになる。そのため、診断動作に関係する部分に不具合が生じた場合、例えば、基準値記憶回路２７８のレジスタＯＣに保持されている過充電閾値Ｖocが何らかの原因で正しくない値になっていたり、増加方向演算回路２８１や減少方向演算回路２８０が正常に動作しなかったりした場合、正しい診断を行うことができないことになる。そのため、デジタル比較回路２７０が正常に動作しないにも係わらず正常と誤診断されたり、逆に、正常に動作しているにも係わらず異常と誤診断されたりするおそれがある。そして、そのようなことは、上位コントローラであるマイコン３０側からは確認することができない。

そこで、本実施の形態では、上述した自己診断に加えて、外部のマイコン３０側からデジタル比較回路２７０の診断に用いる値を与えて行う外部診断モードを実行するようにした。図７，８は、外部診断モードの一例を説明する図である。図７はマイコン３０において実行される外部診断モードの処理手順を示すフローチャートである。図８は、各処理の実行タイミングを示すタイミングチャートである。なお、図７、８に示す処理はＩＣ１〜ＩＣ６のそれぞれについて実行されるものであり、以下ではＩＣ１〜ＩＣ６と記載する代わりに、それらを代表してＩＣと記載することにする。

図８（ａ）は、外部診断モードを行わなかった場合のタイミングチャートを示したものである。丸印Ａは図４に示す計測・診断処理が行われるタイミングを示しており、装置始動後、所定周期Ｔ１で繰り返し実行される。一方、×印Ｂは、ＩＣで行われた計測結果がマイコン３０に読み込まれるタイミングを示している。マイコン３０による計測値読み出しのタイミングＢは、所定周期Ｔ１よりも長い周期Ｔ２で繰り返し行われている。その読み出しの際には、計測値の送出を指令する通信コマンド２９２がＩＣ１〜ＩＣ６に送信され、それに返信する形でＩＣ１〜ＩＣ６から計測値が通信系６０２を介してマイコン３０へ送信される。なお、ＩＣで行われた診断の結果は、異常と診断されたときに１ビット通信系６０４によってマイコン３０へ送信される。

図８（ｂ）は外部診断モードを行う本実施の形態の場合のタイミングチャートを示したものであり、外部診断に関係する部分を拡大して示したものである。なお、符号Ａについては、処理順にＡ１，Ａ２，Ａ３と書き換えた。本実施の形態では、マイコン３０による計測値の読み込みの祭に外部診断を行うようにしている。図８（ｂ）の符号Ｃ１〜Ｃ４は、マイコン３０での処理のタイミングを示したものである。

以下では、図７および図８（ｂ）を参照して、外部診断モードの処理手順について説明する。ステップＳ１０１では、計測結果（セル電圧等）をＩＣから送信させるための通信コマンド２９２をＩＣに送信し（タイミングＣ１）、計測結果を取得する。この処理は、図８（ａ）に示すタイミングＢでの読み出し処理を同一の処理である。ＩＣは、この送信コマンド２９２を受信すると、計測結果を送信回路１２７を介してマイコン３０へ送信する。

ステップＳ１０２では、マイコン３０は、計測結果であるセル電圧値に対して＋１ＬＳＢだけ小さい値を算出し、その算出値でＩＣの基準値記憶回路２７８のレジスタＯＣの値を書き換える（タイミングＣ２）。ここでは、電池セルＢＣ１のセル電圧値Ｖｃに対して＋１ＬＳＢだけ小さい値を算出することとし、その値をＶｃ−１と表すことにする。すなわち、レジスタＯＣの値は、既に記憶されていた過充電閾値Ｖocから値Ｖｃ−１に書き換えられる。ただし、この値はＶｃ−１は一例であって、デジタル比較回路２７０において、確実に過充電と判断されるような大きさの値であれば良い。

上述したように、ＩＣは、デコーダ２５７，２５９の出力に基づいて所定時間間隔で計測・診断を繰り返している。そのため、レジスタＯＣの値をタイミングＢで書き換えた後のタイミングＡ２で実行される計測・診断においては、レジスタＯＣの値はＶｃ−１になっている。そのため、値Ｖｃ−１を基準として過充電診断が行われるとともに、値Ｖｃ−１とその増加方向演算値とを用いて、デジタル比較回路２７０を含む診断系についての診断を行われる。また、減少方向演算回路２８０を用いた診断系の診断についても同様に行われる。

このように、レジスタＯＣの値がＶｃ−１で書き換えられるため、タイミングＡ２で得られる診断結果は、タイミングＡ１で得られる通常の診断結果とは内容が異なっている。特に、レジスタＣＥＬＬ１に記憶されているセル電圧値Ｖｃ’とレジスタＯＣの値Ｖｃ−１とを用いて行われる過充電診断の場合、デジタル比較回路２７０が正常に動作していれば必ず過充電と診断されることになる。

また、値Ｖｃ−１とその増加方向演算値とがデジタル比較回路２７０に入力して行う診断系に関する診断においては、増加方向演算回路２８１が正常に動作していれば、デジタル比較回路２７０による比較結果は正常と診断される。仮に、増加方向演算回路２８１に異常が生じていてデジタル比較回路２７０による比較結果が異常を示している場合には、フラグ記憶回路２８４のレジスタＭＦflagにフラグ[ＭＦflag]がセットされる。また、減少方向演算回路２８０を用いた診断系の診断に関しても同様である。

ＩＣにおいては、デジタル比較回路２７０の比較結果に基づいて過充電の診断を行う。上述したように、デジタル比較回路２７０が正常に動作している場合には必ず過充電と診断され、フラグ記憶回路２８４のレジスタＯＣflagにフラグ[ＯＣflag]がセットされる。また、減少方向演算回路２８０または増加方向演算回路２８１が異常な場合には、レジスタＭＦflagにフラグ[ＭＦflag]がセットされる。

なお、電池モジュール９を使用している時には、タイミングＡ１で計測される電池セルＢＣ１の電圧計測値ＶｃとタイミングＡ２で計測される電池セルＢＣ１の電圧計測値Ｖｃ’とは、必ずしも同じにはならない。そのため、ステップＳ１０２で書き換える値としては、上述の過充電診断において、デジタル比較回路２７０が正常なときに必ず過充電と診断されるような値を選ぶのが好ましい。

マイコン３０は、タイミングＣ２から適当な時間を待って、ステップＳ１０３を実行し、診断結果（レジスタＭＦｆｌａｇおよびレジスタＯＣｆｌａｇの内容）の送出を指令する通信コマンド２９２を、ＩＣに送信する。なお、書き換えた値Ｖｃ−１を用いた過充電診断はタイミングＡ２において行われるので、上述の通信コマンド２９２の送信がタイミングＡ２よりも後となるように適当な時間を待って、ステップＳ１０３を実行する（タイミングＣ３）。

マイコン３０からの上記通信コマンド２９２を受信したＩＣは、診断結果であるレジスタＭＦｆｌａｇおよびレジスタＯＣｆｌａｇの内容を、通信回路１２７から通信系６０２を介してマイコン３０へ送信する。診断結果を受信したマイコン３０は、ステップＳ１０４において、デジタル比較回路２７０および増加方向演算回路２８１が正常に動作しているか否かを判定する。

なお、ステップＳ１０１で計測・診断結果を読み込んだ後に車両運転状態が大きく変化して、ステップＳ１０３で読み込まれたレジスタＣＥＬＬ１の電圧計測値Ｖｃ’がＶｃに比べて大きく解離している場合には、ステップＳ１０３の計測・診断結果の読込を繰り返し、電圧計測値Ｖｃ’がＶｃと同程度の場合のデータを用いてステップＳ１０４以下の処理を行うようにしても良い。

本実施の形態では、マイコン３０は、通信コマンド２９２によりレジスタＭＦflagおよびレジスタＯＣflagのセット内容を読み出すことにより、以下のような判定を行うことができる。
（ａ１）フラグ[ＯＣflag]がセットされ、フラグ[ＭＦflag]がセットされていない場合には、デジタル比較回路２７０、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１は正常であると判定できる。
（ａ２）フラグ[ＭＦflag]がセットされ、フラグ[ＯＣflag]がセットされていない場合には、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１の少なくとも一方と、デジタル比較回路２７０は異常であると判定できる。
（ａ３）フラグ[ＯＣflag]およびフラグ[ＭＦflag]がセットされている場合には、デジタル比較回路２７０は正常であるが、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１の少なくとも一方は異常であると判定できる。
（ａ４）フラグ[ＯＣflag]およびフラグ[ＭＦflag]の両方ともセットされていない場合には、デジタル比較回路２７０は異常であるが、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１は正常であると判定できる。

ステップＳ１０４において、上記（１）のように結果が得られた場合には、デジタル比較回路２７０、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１は正常であると判定し、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、マイコン３０は、基準値記憶回路２７８のレジスタＯＣに記憶されている値Ｖｃ−１を過充電閾値Ｖocに書き換える通信コマンド２９２をＩＣに送信する（タイミングＣ４）。また、ステップＳ１０１で読み込んだ計測・診断結果に基づいて、所定の電池監視処理を実行する。これにより、レジスタＯＣは本来の過充電閾値Ｖocに書き換えられ、その後のタイミングＡ３で行われるＩＣの計測および診断では、本来の自己診断が行われる。図８（ｂ）に示すようにタイミングＣ１からタイミングＣ４までの期間が外部診断モードの期間となる。

一方、デジタル比較回路２７０、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１のいずれかが異常であると判定された場合には、ステップＳ１０４からステップＳ１０６へ進んでＩＣに異常が発生していると判定する。なお、説明は省略するが、異常判定された場合には所定の異常判定時処理が実行される。

上述した実施の形態では、過充電と診断された場合に、フラグ記憶回路２８４のレジスタＯＣflagにフラグ[ＯＣflag]のみをセットしたが、特許文献１に記載の発明のように、レジスタＯＣflagにフラグ[ＯＣflag]をセットするとともに、レジスタＭＦflagにフラグ［ＭＦflag］をセットするようにしても良い。ただし、このような構成とした場合には、マイコン３０が読み出したレジスタＭＦflagおよびレジスタＯＣflagのセット内容から判定できるのは、以下のような内容となる。
（ｂ１）フラグ[ＯＣflag]およびフラグ[ＭＦflag]がセットされている場合には、デジタル比較回路２７０は正常であると判定できる。
（ｂ２）フラグ[ＯＣflag]およびフラグ[ＭＦflag]がセットされていない場合には、デジタル比較回路２７０は異常であり、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１は正常であると判定できる。
（ｂ３）フラグ[ＭＦflag]がセットされ、フラグ[ＯＣflag]がセットされていない場合には、デジタル比較回路２７０は正常であるが、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１の少なくとも一方は異常であると判定できる。

このように、図８（ｂ）に示す外部診断モードでは、上位コントローラであるマイコン３０の指令によってレジスタＯＣの値をＶｃ−１で書き換えることにより、マイコン３０は、書き換え後の過充電診断結果（レジスタＯＣflagのセット内容）および診断系に関する診断結果（レジスタＭＦflagのセット内容）から、デジタル比較回路２７０、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１の判定をすることが可能となる。

なお、上述した例では、レジスタＯＣの値をＶｃ−１で書き換え、過充電診断結果を用いてデジタル比較回路２７０の診断を行ったが、レジスタＯＤの値をＶｃ＋１で書き換え、過放電診断結果を用いてデジタル比較回路２７０の診断を行うようにしても良い。また、書き換えに用いる電圧計測値Ｖｃは、レジスタＣＥＬＬ１以外に記憶されている値でも良い。さらには、電圧計測値Ｖｃの代わりにレジスタ（温度Ｔ）に記憶されている温度計測値を用いると共に、レジスタＯＣにＴ−１で書き換え、それらをデジタル比較回路２７０で比較することでデジタル比較回路２７０の診断を行っても良い。

上述した実施の形態では、図８（ｂ）に示すように、マイコン３０が所定周期Ｔ２で計測・診断結果をＩＣから読み込む度に、外部診断を実行するようにしたが、所定周期Ｔ２で行われる計測・診断結果とは独立して外部診断を別個に行うようにしても良い。例えば、車両側からのキーオン信号により蓄電池監視装置が始動した際に、外部診断を別個に行うようにしても良いし、周期的（周期Ｔ２よりも長い周期で）に外部診断を実行するようにしても良い。

上述した実施の形態では、デジタル比較回路２７０の診断と、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１の診断とを行うようにしたが、デジタル比較回路２７０の診断のみを行っても良いし、減少方向演算回路２８０および増加方向演算回路２８１の一方とデジタル比較回路２７０の診断とを行うようにしても良い。

なお、上述のようにデコーダ２５７，２５９の出力に基づく計測・診断を待たずに、マイコン３０からの指令（通信コマンド２９２９）によって、デジタル比較回路２７０の比較を実行させて、その結果をフラグ記憶回路２８４に記憶させ、フラグ記憶回路２８４のレジスタＭＦｆｌａｇおよびレジスタＯＣｆｌａｇの内容を通信回路１２７から送信させるような構成としても良い。このような構成とすることで、デジタル比較回路２７０で比較するべき値は、ＶｃとＶｃ−１になる。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

３０：マイコン、１００：蓄電池監視装置、１２０：マルチプレクサ、１２２Ａ：アナログデジタル変換器、２６２，差動増幅器、２７０：デジタル比較回路、２７４：現在値記憶回路、２７８：基準値記憶回路、２８０：減少方向演算回路、２８１：増加方向演算回路、２８４：フラグ記憶回路、２９２：通信コマンド、ＩＣ１〜ＩＣ６：集積回路

Claims (8)

1. 蓄電池に設けられた複数の電池の電圧を計測し、その計測結果に基づいて電圧値が正常範囲か否かを診断する集積回路と、前記集積回路の計測結果および診断結果に基づいて蓄電池の状態を監視する上位コントローラとを備えた蓄電池監視装置であって、
   前記集積回路は、
   複数の電池の電圧を計測する計測部と、
   前記計測部で計測された電圧計測値が記憶される第１記憶部と、
   前記電圧計測値が正常範囲か否かを判定するための判定基準値が記憶される第２記憶部と、
   二つの値の大小関係を比較する比較回路と、を有し、
   前記第２記憶部に記憶されている値および前記第１記憶部に記憶された電圧計測値を前記比較回路に入力して、該電圧計測値が正常範囲か否かを診断する第１の診断を行い、
   前記上位コントローラは、
   前記第２記憶部に記憶されている前記判定基準値を、前記第１記憶部に記憶されている電圧計測値よりも大きなまたは小さな値に書き換えて、
   その書き換えた値と前記第１記憶部に記憶されている電圧計測値とに基づく前記第１の診断に基づいて、前記比較回路が正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする蓄電池監視装置。
2. 請求項１に記載の蓄電池監視装置において、
   前記集積回路は、前記第１の診断を所定時間間隔で繰り返し行い、
   前記上位コントローラは、前記書き換え後に前記集積回路により得られる前記第１の診断に基づいて判定を行うとともに、前記第２記憶部に記憶されている前記電圧計測値を前記判定基準値に書き換えることを特徴とする蓄電池監視装置。
3. 請求項１に記載の蓄電池監視装置において、
   前記集積回路は、
   前記第２記憶部に記憶されている値よりも所定値だけ異なる値を演算する演算回路を備え、
   前記第２記憶部に記憶されている値と前記演算回路の演算結果とを前記比較回路に入力して、前記演算回路が正常動作しているか否かを診断する第２の診断を行い、
   前記上位コントローラは、
   前記第２記憶部に記憶されている前記判定基準値を、前記第１記憶部に記憶されている電圧計測値よりも大きなまたは小さな値に書き換えて、
   その書き換えた値と前記演算回路の演算結果とに基づく前記第２の診断に基づいて、前記演算回路が正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする蓄電池監視装置。
4. 請求項３に記載の蓄電池監視装置において、
   前記集積回路は、前記第１および第３の診断を所定時間間隔で繰り返し行い、
   前記上位コントローラは、前記書き換え後に前記集積回路により得られる前記第１および第２の診断に基づいて前記比較回路および演算回路に関する前記判定を行うとともに、前記第２記憶部に記憶されている前記電圧計測値を前記判定基準値に書き換えることを特徴とする蓄電池監視装置。
5. 請求項３または４に記載の蓄電池監視装置において、
   前記集積回路は、第１の診断の診断結果を記憶する第３記憶部と、第２の診断の診断結果を記憶する第４記憶部と、を備え、
   前記上位コントローラは、前記第３記憶部および第４記憶部に記憶されている診断結果に基づいて、前記比較回路および演算回路が正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする蓄電池監視装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の蓄電池監視装置において、
   前記上位コントローラは、前記判定基準値の前記書き換えを所定時間間隔で繰り返し行うことを特徴とする蓄電池監視装置。
7. 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の蓄電池監視装置において、
   前記上位コントローラは、前記判定基準値の前記書き換えを蓄電池監視装置の始動直後に行うことを特徴とする蓄電池監視装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蓄電池監視装置において、
   前記判定基準値は、前記電池の過放電閾値または過充電閾値であることを特徴とする蓄電池監視装置。

Images