JP2014044061A - 半導体装置及び電池電圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池電圧の監視とフォルトモニタの機能を二重化して機能安全規格を満たしたまま、電池電圧の測定と、フォルトモニタ機能である、過充電/過放電検出と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出とを、単一半導体基板上の回路で実現する。
【解決手段】組電池を構成する複数の単電池のうちの１個の単電池の両電極で他の単電池と接続される２個の接続点に接続可能な２個の端子を有し、その端子間電圧を測定可能な電圧測定回路を備える。その端子間電圧を、接地電位を基準にした低電位側端子間電圧に変換する降圧レベルシフト回路と、変換された低電位側端子間電圧を、所定の参照電圧と比較する比較回路とを備える。また、接地電位を基準にした低電位側短絡制御信号を、高電位側短絡制御信号に変換する昇圧レベルシフト回路と、変換された高電位側短絡制御信号に基づいて、その端子間を抵抗を介して短絡するスイッチとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続された複数の電圧源それぞれの電圧を測定して測定結果を収集する装置に関し、特にその装置を構成する半導体装置に好適に利用できるものである。

現在、車両走行用の駆動源としてモータを使用する電気自動車が自動車メーカだけでなく多くの企業・団体で開発されている。モータを駆動するためには数百ボルトの高電圧を有する車両搭載電源が必要とされる。この電源は、数ボルト程度の電圧を発生する単電池（電池セル）を多数個直列に接続して構成される電池システムで実現されている。このような電池システムは、車両の走行時や充電時などあらゆる環境下において、電池の状態（例えば過充電状態、過放電状態、充電残量）を判断するために、直列接続された複数の単電池１個ずつの電圧を高精度で測定する必要がある。また、電池システムは異常発生時には発火や爆発などの重大なリスクがあるので、これを安全に運用するためには、電圧測定装置において、フェイルセーフが採用されている。

電池制御システムは、通常、監視IC (Integrated Circuit)、フォルトモニタIC（2次保護IC）、MCU (Micro Controller Unit)等から構成される。監視ICは電池セルの状態を監視して状態データ（主に電池電圧）を出力するものである。監視ICは、アナログ／ディジタル変換回路(ADC)が搭載されており、単電池の電池電圧を例えば±5mV程度の精度で測定し、MCUからの命令に応じて測定結果を出力する。フォルトモニタICは、電池セルの電圧を監視して、所定の電圧範囲を外れた場合に異常検出信号を出力するものである。フォルトモニタICは、例えば、リチウムイオン電池の場合、単電池電圧が2V以下になった場合に過放電状態であるとして異常検出信号を出力し、単電池電圧が4.5V以上になった場合に過充電状態であるとして異常検出信号を出力する。MCUは、監視ICおよび2次保護ICを制御するとともに、監視ICおよびフォルトモニタICの出力結果に基づいて電池制御システム全体を制御する。MCUは、監視ICから出力された状態データをリアルタイムに集計し、その状態データに基づいて適切な制御を行なう。

特に、自動車電子制御系には、厳しい機能安全規格が適用される。これらの厳しい規格を満たすため、電池制御システムには、多くの診断機能が備えられている。例として、組電池における単電池どうしの接続点と監視ICの端子間の断線検出機能、ADC等各ブロックの自己診断機能等があげられる。また、過充電状態、過放電状態を検出可能なフォルトモニタICは、これらの機能安全実現のために用いられている場合も多い。

一方、電池制御システムには、コスト低減の要請も強い。そのためには、監視ICとフォルトモニタICとを単一半導体チップに集積することが考えられる。このとき、フォルトモニタICが機能安全実現のために用いられている場合には、その機能を維持して集積する必要がある。

特許文献１には、組電池における単電池どうしの接続点と監視ICの端子間の断線を検出することができる機能を、監視ICに追加する技術が開示されている。接続点と接地の間を抵抗とスイッチで選択的に短絡し、その時の電圧降下を観測することにより断線を検出する。降下電圧の測定は、監視ICが本来の機能であるセル電圧の測定のために備えているADCを利用する。

特許文献２には、組電池における単電池どうしの接続点と監視ICの端子間の断線を検出することができる機能を、過電圧検出用比較器と低電圧検出用比較器を利用して実現している。断線のない正常動作時には、過電圧検出用比較器はセル電圧が所定の値以上となったときに異常と判定し、低電圧検出用比較器はセル電圧が所定の値以下となったときに異常と判定する。また、「電圧測定線に断線が発生した場合は、断線を即座に検知、フェールセーフアクションを取ることが重要」である旨が指摘されている（第０００４段落）。

特許文献３には、上記特許文献２に開示される発明をさらに改良した発明が開示されている。配線の断線により、電圧センサーモジュールの出力が誤って出力され、電池電圧監視装置としての出力が安定しない問題を解決する。

特許文献４には、組電池を構成する各電池セルの電圧が正常な電圧範囲内にある状態において、過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に監視動作できる状態にあるか否かを確認できるようにした、電池電圧監視装置が開示されている。

国際公開WO2007/119682号公報 特開2006-275928号公報 特開2008-164567号公報 特開2006-64639号公報

特許文献１、２、３及び４について本発明者が検討した結果、以下のような新たな課題があることがわかった。

特許文献１に記載される技術では、監視ICが本来の機能であるセル電圧の測定のために備えているADCを利用して、組電池における単電池どうしの接続点と監視ICの端子間の断線を検出しているので、測定系と故障検出系が独立して（二重化されて）いない。そのため、これだけでは機能安全規格を満たすことができない。特許文献１には、二重保護ICを併用することを前提として記載されている。

特許文献２及び３に記載される技術は、組電池における単電池どうしの接続点と監視ICの端子間の断線を検出することができる機能を、フォルトモニタICに備えられた過充電/過放電検出回路に追加して持たせる技術であって、監視ICとは独立して（二重化されて）いるため、機能安全規格を満たすことはできる。しかし、監視ICとフォルトモニタICとは別チップであって、単一半導体チップに集積することについて、記載も示唆もされていない。また、例えば特許文献１の図１に示されるように、過電圧検出用比較器と低電圧検出用比較器は、各単位電池セルのそれぞれに設けられており、単一の半導体基板上への集積は考慮されていない。多段に直列接続された電池セルにそれぞれ接続する比較回路は、互いに異なる電位で動作し、最も高い電位の比較回路と最も低い電位の比較回路では、その電位差は数百Vにも達することもある。その場合、各電池セルに接続される比較回路は、互いに絶縁分離されなければならず、例えばCMOSプロセスでは、多重のウェル構造を採る必要がある。また、多重ウェル構造を採ったとしても、耐圧を高くするためには、絶縁領域を広く取るなど、コスト面での負担が大きい。

特許文献４に記載される技術では、例えば図１に示されるように、単電池どうしの接続点の電位をレベルシフト回路１２〜１４で変換して、比較回路に接続する技術が示されている。しかし、レベルシフト回路の具体的実現方法は開示されていない。また、特許文献４に記載される技術は、過充電/過放電検出を行うコンパレータの故障検出回路であって、単電池どうしの接続点と監視ICの端子間の断線を検出する機能について言及はなく、さらに、監視ICとの集積化についても、記載も示唆もない。

電池電圧の監視とフォルトモニタの機能を二重化して機能安全規格を満たしたまま、電池電圧の測定と、フォルトモニタ機能である、過充電/過放電検出と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出とを、単一半導体基板上の回路で実現するためには、上述のような解決すべき種々の課題がある。

このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、下記の通りである。

すなわち、多段に直列接続されることにより組電池を構成する複数の単電池のそれぞれの電圧を測定するための半導体装置であって、以下のように構成される。１個の単電池の両電極で他の単電池と接続される２個の接続点に接続可能な２個の端子を有し、その端子間電圧を測定可能な電圧測定回路を備える。その端子間電圧を、接地電位を基準にした低電位側端子間電圧に変換する降圧レベルシフト回路と、変換された低電位側端子間電圧を、所定の参照電圧と比較する比較回路とを備える。また、接地電位を基準にした低電位側短絡制御信号を、高電位側短絡制御信号に変換する昇圧レベルシフト回路と、変換された高電位側短絡制御信号に基づいて、その端子間を、抵抗を介して短絡するスイッチとを備える。

前記一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。

すなわち、電池電圧の監視とフォルトモニタの機能を二重化して機能安全規格を満たしたまま、電池電圧の測定と、フォルトモニタ機能である、過充電/過放電検出と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出とを、単一半導体基板上の回路で実現することができる。

図１は、実施形態１に係る電池電圧監視ICの要部構成図である。 図２は、実施形態２に係る電池電圧監視ICの要部構成図である。 図３は、セルバランス機能を備える電池電圧監視ICの変形例を表す説明図である。 図４は、電池電圧監視ICの降圧レベルシフタ回路を、高耐圧MOSFETで構成した例を表す説明図である。 図５は、電池電圧監視ICの降圧レベルシフタ回路を、高耐圧バイポーラトランジスタで構成した例を表す説明図である。 図６は、電池電圧監視ICの昇圧レベルシフタ回路を、高耐圧MOSFETで構成した例を表す説明図である。 図７は、電池電圧監視ICの昇圧レベルシフタ回路を、高耐圧バイポーラトランジスタで構成した例を表す説明図である。 図８は、電池電圧監視ICのより詳細な構成図である。 図９は、電池電圧監視装置の要部構成図である。 図１０は、電池電圧監視装置の他の実施形態を表す要部構成図である。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

〔１〕＜タップ抜け検出＋過充電/過放電検出＋セル電圧測定＞
多段に直列接続されることにより組電池を構成する複数の単電池のそれぞれの電圧を測定するための半導体装置（１）であって、以下の要素を備えて構成される。

前記複数の単電池のうちの１個の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第１接続点に接続可能な第１端子（Ｃ_ｎ）と、他方の電極で他の単電池と接続される第２接続点に接続可能な第２端子（Ｃ_ｎ−１）。

前記第１端子と前記第２端子の間の端子間電圧を測定可能な電圧測定回路（７）。

前記端子間電圧を、低電位側端子間電圧に変換する第１レベルシフト回路（２）。

前記低電位側端子間電圧を、所定の参照電圧（Ｖ_ｒｅｆ）と比較する比較回路（６）。

低電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ）を、高電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ）に変換する、第２レベルシフト回路（３）。

前記高電位側短絡制御信号に基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間を、第１抵抗（２１）を介して短絡する第１スイッチ（１１）。

これにより、電池電圧の監視とフォルトモニタの機能を二重化して機能安全規格を満たしたまま、電池電圧の測定と、フォルトモニタ機能である、過充電/過放電検出と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出とを、単一半導体基板上の回路で実現することができる。

〔２〕＜セルバランススイッチの故障検出（ドレイン分離型）＞
項１において、半導体装置は、以下の要素を備えて構成される。

前記第１接続点に接続可能な第３端子（Ｂ_ｎ）。

前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗（２２）。

低電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を、高電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する第３レベルシフト回路（４）。

低電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ）を、高電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ）に変換する第４レベルシフト回路（５）。

前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第２端子との間を短絡可能な第３スイッチ（１２）。

このとき、前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路（８）と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路（９）とを備える。また、前記第１レベルシフト回路は、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチ（１３）と、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチ（１４）を備える。

これにより、さらにセルバランス機能（複数の単電池間の電圧の不均衡を是正する機能）を実現するために単電池を放電させるスイッチ（１２）の故障検出を、電池電圧の監視と二重化して機能安全規格を満たしたまま、単一半導体基板上の回路で実現することができる。

〔３〕＜セルバランススイッチの故障検出（放電経路分離型、ドレイン−ソース分離型）＞
項１において、半導体装置は、以下の要素を備えて構成される。

前記第１接続点に接続可能な第３端子（Ｂ_ｎ、ＢＤ_ｎ）と、前記第２接続点に接続可能な第４端子（Ｂ_ｎ−１、ＢＳ_ｎ）。

前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗（２２）。

低電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を、高電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する第３レベルシフト回路（４）。

低電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ）を、高電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ）に変換する、第４レベルシフト回路（５）。

前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第４端子との間を短絡可能な第５スイッチ（１５、１６）。

このとき、前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路（８）と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路（９）とを備える。また、前記半導体装置（１）は、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチ（１３）と、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチ（１４）を備える。

これにより、さらにセルバランス機能を実現するために単電池を放電させるスイッチ（１５、１６）の故障検出を、電池電圧の監視と二重化して機能安全規格を満たしたまま、単一半導体基板上の回路で実現することができる。

〔４〕＜高耐圧FETによる降圧レベルシフタの回路＞
項２又は項３において、前記電圧電流変換回路と前記電流電圧変換回路は、それぞれ以下のように構成される。

前記電圧電流変換回路は、第３抵抗（２３）と、第１高耐圧ＦＥＴ（３１）とを備え、前記第１高耐圧ＦＥＴのゲートは前記第２端子に接続され、前記第１高耐圧ＦＥＴのソースと前記第１端子との間に、前記第２スイッチと前記第３抵抗が直列接続されて構成される。前記第１高耐圧ＦＥＴのドレインに、前記端子間電圧に対応する電流値の変換電流を出力可能である。

前記電流電圧変換回路は、第４抵抗（２４）と、第２高耐圧ＦＥＴ（３２）とを備え、前記第２高耐圧ＦＥＴのゲートとソースを短絡してドレインとの間に構成されたダイオードと、前記第４抵抗とが直列接続されて構成され、前記変換電流が入力され、前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換して出力可能である。

これにより、降圧レベルシフタを高耐圧FETによって構成することができる。

〔５〕＜高耐圧FETによる中間タップ付き降圧レベルシフタの回路＞
項４において、前記複数の単電池のうちの前記単電池とは別の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第３接続点に接続可能な第５端子（Ｃ_ｎ−３）を備える。前記第１レベルシフト回路は、第３高耐圧ＦＥＴ（３３）を備え、前記第３高耐圧ＦＥＴのゲートが前記第５端子に接続され、前記第３高耐圧ＦＥＴのドレインとソースが、前記電圧電流変換回路と前記電流電圧変換回路との間の前記変換電流を通す信号線に挿入される。

これにより、組電池の電圧より低い耐圧の高耐圧FETによっても、降圧レベルシフタを構成することができる。

〔６〕＜高耐圧バイポーラトランジスタによる降圧レベルシフタの回路＞
項２又は項３において、前記電圧電流変換回路と前記電流電圧変換回路は、それぞれ以下のように構成される。

前記電圧電流変換回路は、第３抵抗（２３）と、第１高耐圧バイポーラトランジスタ（４１）とを備え、前記第１高耐圧バイポーラトランジスタのベースは前記第２端子に接続され、前記第１高耐圧バイポーラトランジスタのエミッタと前記第１端子との間に、前記第２スイッチと前記第３抵抗が直列接続されて構成される。前記第１高耐圧バイポーラトランジスタのコレクタに、前記端子間電圧に対応する電流値の変換電流を出力可能である。

前記電流電圧変換回路は、第４抵抗（２４）と、第２高耐圧バイポーラトランジスタ（４２）とを備え、前記第２高耐圧バイポーラトランジスタのベースとエミッタを短絡してコレクタとの間に構成されたダイオードと、前記第４抵抗とが直列接続されて構成され、前記変換電流が入力され、前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換して出力可能である。

これにより、降圧レベルシフタを高耐圧バイポーラトランジスタによって構成することができる。

〔７〕＜高耐圧バイポーラトランジスタによる中間タップ付き降圧レベルシフタの回路＞
項６において、前記複数の単電池のうちの前記単電池とは別の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第３接続点に接続可能な第５端子（Ｃ_ｎ−３）を備える。前記第１レベルシフト回路は、第３高耐圧バイポーラトランジスタ（４３）を備え、前記第３高耐圧バイポーラトランジスタのベースが前記第５端子に接続され、前記第３高耐圧バイポーラトランジスタのコレクタとエミッタが、前記電圧電流変換回路と前記電流電圧変換回路との間の前記変換電流を通す信号線に挿入される。

これにより、組電池の電圧より低い耐圧の高耐圧バイポーラトランジスタによっても、降圧レベルシフタを構成することができる。

〔８〕＜pMOSスイッチ駆動用昇圧レベルシフタ＞
項１、項２又は項３において、前記第２レベルシフト回路又は前記第３レベルシフト回路又は前記第４レベルシフト回路のうちの少なくとも１個は、低電位側制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を高電位側制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する回路であって、以下のように構成される。

参照電流（Ｉ_ｒｅｆ）が入力され、前記参照電流の所定の倍率の第１電流出力を出力可能な第１カレントミラー（５１）と、前記第１電流出力を前記低電位側制御信号に基づいて制御し、第２電流出力を出力可能な第１高耐圧トランジスタ（３５、４５）と、高電位側信号線との間に接続され、前記第２電流出力が流れることにより前記高電位側制御信号を出力する第５抵抗（２６）を備える。

これにより、ｐチャネルMOSFET（３０＿８）で構成されたスイッチ（１１、１２、１３）を駆動するのに好適な、昇圧レベルシフタを構成することができる。

〔９〕＜nMOSスイッチ駆動用昇圧レベルシフタ＞図６、７
項１、項２又は項３において、前記第２レベルシフト回路又は前記第３レベルシフト回路又は前記第４レベルシフト回路のうちの少なくとも１個は、低電位側制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を高電位側制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する回路であって、以下のように構成される。

参照電流（Ｉ_ｒｅｆ）が入力され、前記参照電流の所定倍の第１電流出力を出力可能な第１カレントミラー（５１）と、前記第１電流出力を前記低電位側制御信号に基づいて制御し、第２電流出力を出力可能な第２高耐圧トランジスタ（３４、４４）とを備える。さらに、前記第２電流出力が入力され、前記第２電流出力の所定倍の第３電流出力を出力可能な第２カレントミラー（５２、５３）と、前記第３電流出力が流れることにより前記高電位側制御信号を出力する第６抵抗（２５）を備える。

これにより、ｎチャネルMOSFET（３０＿７）で構成されたスイッチ（１１、１２、１３）を駆動するのに好適な、昇圧レベルシフタを構成することができる。

〔１０〕＜高電位側pMOSスイッチと低電位側nMOSスイッチ駆動用昇圧レベルシフタ＞
項１、項２又は項３において、前記第２レベルシフト回路又は前記第３レベルシフト回路又は前記第４レベルシフト回路のうちの少なくとも１個は、以下のように構成される。

第１低電位側制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を第１高電位側制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する。第２低電位側制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を前記第１高電位側制御信号よりも低電位の第２高電位側制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する。前記第２レベルシフト回路又は前記第３レベルシフト回路又は前記第４レベルシフト回路のうちの少なくとも１個は、以下の要素を備える。

参照電流（Ｉ_ｒｅｆ）が入力され、前記参照電流の所定の倍率の第１電流出力を出力可能な第１カレントミラー（５１）。

前記第１電流出力を前記第１低電位側制御信号に基づいて制御し、第２電流出力を出力可能な第１高耐圧トランジスタ（３５、４５）。

高電位側信号線との間に接続され、前記第２電流出力が流れることにより前記第１高電位側制御信号を出力する第５抵抗（２６）。

前記第１電流出力を前記第２低電位側制御信号に基づいて制御し、第３電流出力を出力可能な第２高耐圧トランジスタ（３４、４４）。

前記第３電流出力が入力され、前記第３流出力の所定倍の第４電流出力を出力可能な第２カレントミラー（５２、５３）。

前記第４電流出力が流れることにより前記第２高電位側制御信号を出力する第６抵抗（２５）。

これにより、ｐチャネルMOSFET（３０＿８）で構成されたスイッチ（１１、１２、１３）と、ｎチャネルMOSFET（３０＿７）で構成されたスイッチ（１１、１２、１３）を混在させる場合にも、それぞれを適切に駆動することができる昇圧レベルシフタを構成することができる。よって、スイッチの回路面積などを最適に設計することができる。

〔１１〕＜過充電検出用比較回路＋過放電検出用比較回路＋ステータスレジスタ＞
項１において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）とを比較する高電圧側比較回路（ＣＣＯＭＰ１２〜ＣＣＯＭＰ１）と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）とを比較する低電圧側比較回路（ＤＣＯＭＰ１２〜ＤＣＯＭＰ１）とを備える。さらに、前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、レジスタ（１０）を備える。

これにより、過充電/過放電検出結果と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出結果を、外部から容易にモニタすることができる。

〔１２〕＜ステータスレジスタ＋制御レジスタ＞
項２又は項３において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）とを比較する高電圧側比較回路（ＣＣＯＭＰ１２〜ＣＣＯＭＰ１）と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）とを比較する低電圧側比較回路（ＤＣＯＭＰ１２〜ＤＣＯＭＰ１）とを備える。

前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、ステータスレジスタ（１０）を備える。さらに、前記半導体装置は、前記低電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ）、前記低電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）、又は、前記低電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ）のうちの少なくとも１個を格納することができる、制御レジスタ（１０）を備える。

これにより、過充電/過放電検出結果と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出結果と、さらにセルバランス機能を実現するために単電池を放電させるスイッチ（１５、１６）の故障検出結果を、外部から容易にモニタすることができる。さらに、前記半導体装置にこれらの検出動作を実行させるために、外部から容易に制御することができる。

〔１３〕＜割り込み信号の生成＞
項１１又は項１２において、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果に基づいて、割り込み信号（ＩＮＴＯ）を生成する割り込み生成回路（６３）を備える。

これにより、前記ステータスレジスタを監視することなく、故障の発生を検知することができる。

〔１４〕＜電池電圧監視装置＝複数の電圧測定部＋電池システム制御部＞
多段に直列接続されることにより組電池を構成する複数の単電池のグループ（ＢＣ_１＿１〜ＢＣ_１＿Ｎ、・・・ＢＣ_Ｍ＿１〜ＢＣ_Ｍ＿Ｎ）毎に設けられた複数の電圧測定部と、前記複数の電圧測定部に接続される電池システム制御部（６０）とを備え、前記複数の電圧測定部のそれぞれが、半導体装置（１＿１〜１＿Ｍ）を含んで構成される。

前記半導体装置は、以下の要素を備える。

前記複数の単電池のうちの１個の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第１接続点に接続可能な第１端子（Ｃ_ｎ）と、他方の電極で他の単電池と接続される第２接続点に接続可能な第２端子（Ｃ_ｎ−１）。

前記第１端子と前記第２端子の間の端子間電圧を測定可能な電圧測定回路（７）。

前記端子間電圧を、低電位側端子間電圧に変換する第１レベルシフト回路（２）。

前記低電位側端子間電圧を、所定の参照電圧（Ｖ_ｒｅｆ）と比較する比較回路（６）。

低電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ）を、高電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ）に変換する、第２レベルシフト回路（３）。

前記高電位側短絡制御信号に基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間を、第１抵抗（２１）を介して短絡する第１スイッチ（１１）。

これにより、電池電圧の監視とフォルトモニタの機能を二重化して機能安全規格を満たしたまま、電池電圧の測定と、フォルトモニタ機能である、過充電/過放電検出と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出とを、単一半導体基板上の回路で実現した半導体装置を、複数の電圧測定部のそれぞれに備える、電池電圧監視装置を構成することができる。

〔１５〕＜セルバランススイッチの故障検出（ドレイン分離型）を含む電池電圧監視装置＞
項１４において、前記半導体装置は、以下の要素を備えて構成される。

前記第１接続点に接続可能な第３端子（Ｂ_ｎ）。

前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗（２２）。

低電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を、高電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する第３レベルシフト回路（４）。

低電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ）を、高電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ）に変換する第４レベルシフト回路（５）。

前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第２端子との間を短絡可能な第３スイッチ（１２）。

このとき、前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路（８）と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路（９）とを備える。また、前記第１レベルシフト回路は、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチ（１３）と、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチ（１４）を備える。

これにより、さらにセルバランス機能（複数の単電池間の電圧の不均衡を是正する機能）を実現するために単電池を放電させるスイッチ（１２）の故障検出を、電池電圧の監視と二重化して機能安全規格を満たしたまま、単一半導体基板上の回路で実現した半導体装置を、複数の電圧測定部のそれぞれに備える、電池電圧監視装置を構成することができる。

〔１６〕＜セルバランススイッチの故障検出（放電経路分離型、ドレイン−ソース分離型を含む電池電圧監視装置）＞
項１４において、前記半導体装置は、以下の要素を備えて構成される。

前記第１接続点に接続可能な第３端子（Ｂ_ｎ、ＢＤ_ｎ）と、前記第２接続点に接続可能な第４端子（Ｂ_ｎ−１、ＢＳ_ｎ）。

前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗（２２）。

低電位側センスイネーブル信号を、高電位側センスイネーブル信号に変換する第３レベルシフト回路（４）。

低電位側セルバランスイネーブル信号を、高電位側セルバランスイネーブル信号に変換する、第４レベルシフト回路（５）。

前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第４端子との間を短絡可能な第５スイッチ（１５、１６）。

このとき、前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路（８）と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路（９）とを備える。また、前記第１レベルシフト回路は、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチ（１３）と、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチ（１４）を備える。

これにより、さらにセルバランス機能を実現するために単電池を放電させるスイッチ（１５、１６）の故障検出を、電池電圧の監視と二重化して機能安全規格を満たしたまま、単一半導体基板上の回路で実現した半導体装置を、複数の電圧測定部のそれぞれに備える、電池電圧監視装置を構成することができる。

〔１７〕＜過充電検出用比較回路＋過放電検出用比較回路＋ステータスレジスタを含む電池電圧監視装置＞
項１４において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）とを比較する高電圧側比較回路（ＣＣＯＭＰ１２〜ＣＣＯＭＰ１）と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）とを比較する低電圧側比較回路（ＤＣＯＭＰ１２〜ＤＣＯＭＰ１）とを備える。さらに、前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、ステータスレジスタ（１０）を備える。

前記複数の電圧測定部のそれぞれに含まれる前記半導体装置は、前記電池システム制御部と通信路（６１）によって接続され、前記電池システム制御部は前記通信路を介して前記ステータスレジスタをアクセス可能に構成される。

これにより、各電圧測定部の半導体装置（１＿１〜１＿Ｍ）における過充電/過放電検出結果と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出結果を、電池システム制御部（６０）から容易にモニタすることができる。

〔１８〕＜ステータスレジスタ＋制御レジスタを含む電池電圧監視装置＞
項１５又は項１６において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）とを比較する高電圧側比較回路（ＣＣＯＭＰ１２〜ＣＣＯＭＰ１）と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）とを比較する低電圧側比較回路（ＤＣＯＭＰ１２〜ＤＣＯＭＰ１）とを備える。

前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、ステータスレジスタ（１０）を備える。さらに、前記半導体装置は、前記低電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ）、前記低電位側センスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）、又は、前記低電位側セルバランスイネーブル信号（ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ）のうちの少なくとも１個を格納することができる、制御レジスタ（１０）を備える。

前記複数の電圧測定部のそれぞれに含まれる前記半導体装置は、前記電池システム制御部と通信路（６１）によって接続され、前記電池システム制御部は前記通信路を介して前記ステータスレジスタと前記制御レジスタをアクセス可能に構成される。

これにより、各電圧測定部の半導体装置（１＿１〜１＿Ｍ）における、過充電/過放電検出結果と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出結果と、さらにセルバランス機能を実現するために単電池を放電させるスイッチ（１５、１６）の故障検出結果を、電池システム制御部（６０）から容易にモニタすることができる。さらに、前記半導体装置にこれらの検出動作を実行させるために、電池システム制御部（６０）から容易に制御することができる。

〔１９〕＜割り込み信号を含む電池電圧監視装置＞
項１７又は項１８において、前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果に基づいて、前記電池システム制御部に対する割り込み信号（ＩＮＴＯ）を生成する割り込み生成回路を備える。

これにより、電池システム制御部（６０）は、前記ステータスレジスタを監視することなく、故障の発生を検知することができる。

２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。

〔実施形態１〕＜タップ抜け検出＋過充電/過放電検出＋セル電圧測定＞
図１は、実施形態１に係る電池電圧監視ICの要部構成図である。

多段に直列接続されることにより組電池を構成する複数の単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２のそれぞれのセル電圧を測定するための電池電圧監視IC（半導体装置）１であって、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の両極で直列接続の各接続点に接続される端子Ｃ_０〜Ｃ_１２を備え、例えば以下のように構成される。単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の各接続点と端子Ｃ_０〜Ｃ_１２の間の接続には配線抵抗Ｒｆ_０〜Ｒｆ_１２があり、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２間には寄生容量Ｃｆ_０〜Ｃｆ_１２がある。

端子Ｃ_０〜Ｃ_１２から入力された全ての信号は、直接、電圧測定回路７に接続される。電圧測定回路７は、例えば、マルチプレクサＭＵＸとアナログ／ディジタル変換器ＡＤＣを組合せて構成することができる。マルチプレクサＭＵＸは、複数のスイッチで構成され、互いに隣接する端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１からの信号を選択してアナログ／ディジタル変換器ＡＤＣに接続する。互いに隣接する端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１からの信号は、単電池ＢＣｎのセル電圧であり、これをアナログ／ディジタル変換器ＡＤＣで測定し、ディジタル値に変換して出力する。マルチプレクサＭＵＸにより、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２を順次選択して、個々のセル電圧を測定する。アナログ／ディジタル変換器ＡＤＣは、例えば、デルタ・シグマ型、逐次比較型などを採用することができる。

複数の単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２は、直列接続されているため、単電池毎のセル電圧が低くても端子Ｃ_１２側に近い程、高電位となっている。例えばリチウムイオン電池の場合単電池の電圧は約3.7Vであるので、この実施形態に示したように12個の単電池を直列接続した場合には、端子Ｃ_０を基準としたとき端子Ｃ_１２の電位は、通常時でも44.4Vとなり、全てが過充電状態では50Vに達することもあり得る。図１に示した、端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１の信号は、端子間電圧は単電池の電圧（例えば3.7V）であるが、単電池ｎ−１段分の高電位、例えばｎ＝１０なら33.3Vにある。

実施形態１に係る電池電圧監視IC１は、このような高電位側にある端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１の端子間電圧を、低電位側端子間電圧に変換する降圧レベルシフト回路２を備える。変換された低電位側端子間電圧を、所定の参照電圧（Ｖ_ｒｅｆ）と比較する比較回路６を備える。また、低電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ）を、高電位側短絡制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ）に変換する、昇圧レベルシフト回路３を備える。変換された高電位側短絡制御信号に基づいて、端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１の間を、Ｒ_ＴＡＰ２１を介して短絡するスイッチ１１を備える。

実施形態１に係る電池電圧監視IC１の動作について説明する。

通常動作時は、スイッチ１１を開いて（オフにして）、電圧測定回路７による単電池毎の電圧の測定を行う。合わせて、降圧レベルシフト回路２によって変換された低電位側端子間電圧を、比較回路６を使って所定の参照電圧（Ｖ_ｒｅｆ）と比較することにより、過充電/過放電検出を行う。端子Ｃ_０〜Ｃ_１２以外は別個独立の回路であるから、電池電圧の測定と、フォルトモニタ機能の一つである過充電/過放電検出は、二重化されている。

比較回路６は、降圧レベルシフト回路２によって変換された低電位側端子間電圧を、高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）と比較する高電圧側比較回路と、低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）と比較する低電圧側比較回路とで構成してもよい。例えばリチウムイオン電池の場合、高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）を4.5Vとすることにより、高電圧側比較回路によって過充電状態を検出することができ、低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）を2Vとすることにより、低電圧側比較回路によって過放電状態を検出することができる。

単電池どうしの接続点と端子間の断線検出の動作を説明するために、単電池ＢＣ_ｎ＋１とＢＣ_ｎの接続点と端子Ｃ_ｎを接続する配線の断線を仮定する。単電池ＢＣ_ｎ＋１とＢＣ_ｎの接続点に測定用に、端子Ｃ_ｎまでの配線を接続するが、これが外れる場合があり、タップ外れ、タップ抜けなどと呼ばれることもある。端子Ｃ_ｎにタップ外れが発生しても、寄生容量Ｃｆ_ｎが単電池ＢＣ_ｎのセル電圧を保持しているため、タップ外れを検出することができない。電池電圧の監視は、できる限り電池を消耗させないように、高いインピーダンスで構成されているため、寄生容量Ｃｆ_ｎに蓄えられた電荷を引き抜くことができないためである。また、寄生容量Ｃｆ_ｎ＋１とＣｆ_ｎの容量分割によっても、端子Ｃ_ｎの電位は、端子Ｃ_ｎ＋１と端子Ｃ_ｎの中間に保たれる傾向がある。そこで、端子Ｃ_ｎのタップ外れを検出するために、端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１の間を、スイッチ１１によってＲ_ＴＡＰ２１を介して短絡する。これにより、寄生容量Ｃｆ_ｎに蓄えられた電荷を引き抜くことができ、断線がある場合には、端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１の間の電圧は低くなる。この電圧を、降圧レベルシフト回路２によって低電位側端子間電圧に変換し、比較回路６を使って所定の参照電圧（Ｖ_ｒｅｆ）と比較することにより、タップ外れ即ち、単電池どうしの接続点と端子間の断線検出を行う。降圧レベルシフト回路２と比較回路６は、過充電/過放電検出と共通に使用する構成を採った場合には、過充電/過放電検出と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出を同時に行うことはできないが、これらはどちらもフォルトモニタの機能であるから、それぞれが、電池電圧の監視との間で二重化されていれば、機能安全規格を満たすことができる。

本実施形態では、電圧測定回路７に故障が発生した場合でも、降圧レベルシフト回路２と比較回路６による過充電/過放電検出または、単電池どうしの接続点と端子間の断線検出は正常に動作し、一方、降圧レベルシフト回路２と比較回路６に故障が発生し、過充電/過放電検出系が正常に動作できない場合にも、電池電圧の監視は正常に行うことができる。

図１では、単電池ＢＣ_ｎに着目し、その他の単電池のセル電圧を測定する回路を省略した。複数の単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２のそれぞれのセル電圧を測定するため、全ての端子間に同様の回路を備えることにより、全ての単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２についてのフォルトモニタの機能を実現することができる。端子Ｃ_０〜Ｃ_１２はそれぞれ互いに異なる電位を持つが、降圧レベルシフト回路２によって、全て同じ基準電位を持つ、低電位側端子間電圧に変換される。一方、スイッチ１１を制御するための信号ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰは、単電池ごとに異なる電位を与えなければならないので、昇圧レベルシフト回路３により、低電位側短絡制御信号ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰに適切な電位を与える昇圧レベルシフトを行う。

端子間電圧は低電位側にレベルシフトされているので、比較回路６は、低電位で低振幅の信号を扱うデバイスで構成することができる。種々の電位レベルを持つのは、スイッチ１１など最小限の回路とすることができるので、多重ウェルなどの高コストを求められるデバイス構造が必要なデバイスは、最小限に抑えることができる。また、比較回路６を、複数の単電池それぞれに対応して複数個備える場合には、参照電圧を発生する電圧源を共通化することができるので、チップ面積の増加を抑えることができる。

これにより、電池電圧の監視とフォルトモニタの機能を二重化して機能安全規格を満たしたまま、電池電圧の測定と、フォルトモニタ機能である、過充電/過放電検出と単電池どうしの接続点と端子間の断線検出とを、単一半導体基板上の回路で実現することができる。

〔実施形態２〕＜セルバランススイッチの故障検出（ドレイン分離型）＞
図２は、実施形態２に係る電池電圧監視ICの要部構成図である。

実施形態１に係る電池電圧監視ICにさらにセルバランス機能と、セルバランスを取るためのスイッチの故障検出機能を追加したものである。ここで、セルバランス機能とは、直列接続される複数の単電池のセル電圧を概ね均等に保つ機能である。他の単電池と比べて、セル電圧が高くなった単電池の端子間を短絡して放電させることにより、他の単電池と等しいセル電圧になるように制御する。概ねバランスされていればよく、厳密に等しい電圧に制御する必要性は高くない。単電池の端子間を短絡したときに電流を通す経路により、３通りの変形が可能である。

図３は、セルバランス機能を備える電池電圧監視ICの変形例を表す説明図である。（ａ）はドレイン分離型、（ｂ）は放電経路分離型、（ｃ）はドレイン−ソース分離型である。それぞれの特徴については後述する。図２は、（ａ）のドレイン分離型を採用した例である。

端子Ｃ_０〜Ｃ_１２に加え、同じ接続点に接続されるセルバランスのための端子Ｂ_０〜Ｂ_１２を設ける。端子Ｂ_０〜Ｂ_１２は、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の両極で直列接続の各接続点に抵抗ＲＢ_１〜ＲＢ_１２を介して接続されている。図２では、簡単のため、単電池ＢＣ_ｎについてのみ記載する。単電池ＢＣ_ｎを放電するため、端子Ｂ_ｎと端子Ｃ_ｎ−１の間を短絡するスイッチ１２が設けられている。スイッチ１２のオン／オフを制御する、高電位側セルバランスイネーブル信号ＥＮ＿Ｈ_ＣＢを生成するため、昇圧レベルシフタ５が設けられている。昇圧レベルシフタ５は、低電位側セルバランスイネーブル信号ＥＮ＿Ｌ_ＣＢをレベル変換して、高電位側セルバランスイネーブル信号ＥＮ＿Ｈ_ＣＢを生成する。

以上がセルバランス機能の通常動作に必要な回路である。

セルバランス機能を実現しているスイッチ１２が故障したことを検出する回路について説明する。降圧レベルシフタ２と端子Ｃ_ｎとの間に、スイッチ１３及び１４を並列に設ける。スイッチ１３は高電位側センスイネーブル信号ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮでオン／オフ制御される。低電位側モニタイネーブル信号ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮから、高電位側モニタイネーブル信号ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮを生成するため、昇圧レベルシフタ４が設けられている。スイッチ１４には端子Ｂ_ｎからの信号が接続される。端子Ｂ_ｎからの信号には端子Ｃ_ｎ−１との間にスイッチ１２が接続されており、端子Ｂ_ｎからの信号は、端子Ｃ_ｎに抵抗Ｒ_ＣＢを介してプルアップされている。

セルバランス機能の通常動作について説明する。

単電池ＢＣ_ｎのセル電圧が他の単電池よりも高くなったときには、スイッチ１２を閉じて単電池ＢＣ_ｎを放電する。放電電流の流れる経路は、単電池ＢＣ_ｎの正極からＲＢ_ｎ、端子Ｂ_ｎ、スイッチ１２、端子Ｃ_ｎ−１、抵抗Ｒｆ_ｎ−１を経て、単電池ＢＣ_ｎの負極に戻る。

スイッチ１２の故障を検出する動作について説明する。

高電位側センスイネーブル信号ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮでスイッチ１３をオフにしておく。スイッチ１２が閉じられたとき、スイッチ１２が正常であれば、端子Ｂ_ｎと端子Ｃ_ｎ−１との間の電位差は、ほとんど0Vになる。スイッチ１２のオン抵抗は抵抗ＲＢ_ｎよりも十分低く設計するので、電圧降下はほとんど抵抗ＲＢ_ｎで発生するからである。スイッチ１２のオン抵抗を高めに設定して、スイッチ１２でも電力を消費するように設計すると、電池電圧監視IC１が過熱する恐れがあるからである。端子Ｂ_ｎと端子Ｃ_ｎ−１との間の電位差が、ほとんど0Vになると、スイッチ１４はオンされない。スイッチ１３もオフなので、降圧レベルシフタ２は動作せず、出力は0Vになる。

一方、スイッチ１２が故障で、オンすることができない場合（断線故障）は、端子Ｂ_ｎの電位はプルアップ抵抗２２によって、Ｃ_ｎ端子と同じ電位に上昇する。スイッチ１４はオンされ、降圧レベルシフタ２が動作して、単電池ＢＣ_ｎのセル電圧に対応する低電位側端子間電圧が出力される。

スイッチ１２が故障で常にオンになっている場合（導通固着故障）は、セルバランスイネーブル信号ＥＮ＿Ｌ_ＣＢによってスイッチ１２をオンに制御しなくても、故障によりスイッチ１２がオンになってしまっているので、スイッチ１４は常にオンされる。

センスイネーブル信号ＥＮ＿L_ＭＯＮでスイッチ１３をオフにしておき、セルバランスイネーブル信号ＥＮ＿Ｌ_ＣＢによってスイッチ１２をオンにする制御をしたとき、降圧レベルシフタ２の出力が0Vになれば正常、単電池ＢＣ_ｎのセル電圧に対応する低電位側端子間電圧が出力されれば断線故障と判断する。センスイネーブル信号ＥＮ＿L_ＭＯＮでスイッチ１３をオフにしておき、セルバランスイネーブル信号ＥＮ＿Ｌ_ＣＢによってスイッチ１２をオフにする制御をしたとき、降圧レベルシフタ２の出力が0Vになれば導通固着故障、単電池ＢＣ_ｎのセル電圧に対応する低電位側端子間電圧が出力されれば、スイッチ１２は正常と判断する。スイッチ１３とスイッチ１４は、ｎチャネルかｐチャネルのFETで構成することができる。上記のオン／オフ制御のための信号レベルは、どちらの型のFETでスイッチが構成されているかによって、適宜、整合させればよい。

これにより、セルバランス機能を実現するために単電池を放電させるスイッチ１２の故障検出を、電池電圧の監視と二重化して機能安全規格を満たしたまま、単一半導体基板上の回路で実現することができる。

〔実施形態３〕＜セルバランススイッチの故障検出（放電経路分離型、ドレイン−ソース分離型）＞
図３は、セルバランス機能を備える電池電圧監視ICの変形例を表す説明図である。（ａ）はドレイン分離型、（ｂ）は放電経路分離型、（ｃ）はドレイン−ソース分離型である。上記実施形態２では、（ａ）のドレイン分離型を採用したが、他の方式を採用した場合でも、同様に、セルバランス機能を実現するために単電池を放電させるスイッチ１２の故障検出を行うことができる。

（ａ）のドレイン分離型は、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２に加え、同じ接続点に接続されるセルバランスのための端子Ｂ_０〜Ｂ_１２を設ける。端子Ｂ_０〜Ｂ_１２は、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の両極で直列接続の各接続点に抵抗ＲＢ_１〜ＲＢ_１２を介して接続されている。単電池ＢＣ_ｎを放電するため、端子Ｂ_ｎと端子Ｃ_ｎ−１の間を短絡するスイッチ１２が設けられている。単電池ＢＣ_ｎを放電する経路は、ＲＢ_ｎ、端子Ｂ_ｎ、スイッチ１２＿ｎ、端子Ｃ_ｎ−１、抵抗Ｒｆ_ｎ−１である。隣接する単電池ＢＣ_ｎ−１を放電する経路は、ＲＢ_ｎ−１、端子Ｂ_ｎ−１、スイッチ１２＿ｎ−１、端子Ｃ_ｎ−２、抵抗Ｒｆ_ｎ−２である。隣接する単電池の放電経路に重複がないので、12個の単電池を同時に放電することもできる。セルバランス機能で全て単電池を同時に放電することは現実的ではないが、隣接する2個の単電池を同時に放電することが許されている点でメリットがある。しかし、放電中は、単電池のセル電圧を測定することはできない。放電経路に配線抵抗Ｒｆ_ｎ−１が含まれており、放電中は、配線抵抗Ｒｆ_ｎ−１には放電電流による電圧降下（IRドロップ）が生じており、セル電圧を正しく測定できないからである。

（ｂ）の放電経路分離型も、（ａ）のドレイン分離型と同様に、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２に加え、同じ接続点に接続されるセルバランスのための端子Ｂ_０〜Ｂ_１２を設ける。端子Ｂ_０〜Ｂ_１２は、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の両極で直列接続の各接続点に抵抗ＲＢ_１〜ＲＢ_１２を介して接続されている。一方、（ａ）のドレイン分離型とは異なり、単電池ＢＣ_ｎを放電するためのスイッチ１５は、端子Ｂ_ｎと端子Ｂ_ｎ−１の間を短絡するように設けられている。単電池ＢＣ_ｎを放電する経路は、ＲＢ_ｎ、端子Ｂ_ｎ、スイッチ１５＿ｎ、端子Ｂ_ｎ−１、ＲＢ_ｎ−1である。この放電経路分離型では、隣接する単電池を同時に放電することはできない。スイッチ１５＿ｎと同時に隣接する単電池を同時に放電するスイッチ１５＿ｎ−1をオンすると、上記の放電経路ではなく、電流はスイッチ１５＿ｎ−1の方向に流れてしまうからである。一方、放電経路には、配線抵抗Ｒｆ_ｎ、Ｒｆ_ｎ−１が含まれていないので、セルバランスのための放電期間中にも、単電池ＢＣ_ｎのセル電圧を電圧測定部７で測定することは可能である。

（ｃ）のドレイン−ソース分離型では、同じ接続点に接続されるセルバランスのための端子をそれぞれ２個ＢＤ_０〜ＢＤ_１２とＢＳ_０〜ＢＳ_１２を設ける。単電池ＢＣ_ｎを放電するためのスイッチ１６は、端子ＢＤ_ｎと端子ＢＳ_ｎの間を短絡するように設けられている。単電池ＢＣ_ｎを放電する経路は、ＲＢ_ｎ、端子ＢＤ_ｎ、スイッチ１６＿ｎ、端子ＢＳ_ｎ、ＲＢ’_ｎである。隣接する単電池の放電経路に重複がないので、隣接する単電池を同時に放電することができる。また、放電経路には、配線抵抗Ｒｆ_ｎ、Ｒｆ_ｎ−１が含まれていないので、セルバランスのための放電期間中にも、単電池ＢＣ_ｎのセル電圧を電圧測定部７で測定することは可能である。（ａ）（ｂ）と比較すると、必要とする端子数が多いが、性能面が向上される。

（ｂ）（ｃ）いずれの型を採用した場合であっても、図２に示した実施形態２と同様に、セルバランスのための短絡スイッチ１５、１６の高電位側を、抵抗Ｒ_ＣＢ（２２）でプルアップし、降圧レベルシフタ２の動作をオン／オフ制御するスイッチ１４に接続することにより、スイッチ１５、１６の故障検出を行うことができる。検出動作も、実施形態２で説明した動作と同様である。

〔実施形態４〕＜高耐圧FETによる降圧レベルシフタの回路＞
図４は、電池電圧監視ICの降圧レベルシフタ回路２を、高耐圧MOSFETで構成した例を表す説明図である。ゲート電極を太く白抜きで表記したMOSFET３１、３２、３３は、高耐圧MOSFETである。ゲート酸化膜厚を厚くする他、ドレインにオフセット領域を備えるなど、公知の方法により、高耐圧化することができる。

降圧レベルシフタ回路２は、電圧電流変換回路８と電流電圧変換回路９を含んで構成される。電圧電流変換回路８は、高耐圧MOSFET３１と抵抗２３で構成され、単電池ＢＣ_ｎのセル電圧である端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１の間の電圧を、対応する電流値の変換電流に変換する。より詳しくは、端子間電圧をV_BH、高耐圧MOSFET３１の閾値電圧をVt₃₁、抵抗２３の抵抗値をRs₂₃、とすると、変換電流Ic＝(V_BH−Vt₃₁)/Rs₂₃となる。電流電圧変換回路９は、高耐圧MOSFET３２と抵抗２４で構成され、変換された変換電流に対応する低電位側端子間電圧を出力する。より詳しくは、高耐圧MOSFET３２の閾値電圧をVt₃₂、抵抗２４の抵抗値をRs₂₄、とすると、低電位側端子間電圧V_BL＝Vt₃₂+IcRs₂₄となる。高耐圧MOSFET３２はゲートとソースが短絡されてダイオードを構成しているので、閾値電圧Vt₃₂に相当する順方向電圧降下を生じている。電流電圧変換回路９は、接地電位を基準に動作するので、高電位側の端子間電圧は低電位側端子間電圧にシフトされる。高耐圧MOSFET３１と３２の閾値電圧を等しくし、抵抗２３と２４の抵抗値を等しくすれば、単電池セルのセル電圧と等しい電圧を、電位のみシフトさせることが可能である。

このように、降圧レベルシフタを高耐圧FETによって構成することができる。

上述のように、端子Ｃ_ｎと接地電位である端子Ｃ_０の間を２個のMOSFET３１と３２でレベルシフトさせるためには、２個のMOSFET３１と３２の耐圧の和が、端子Ｃ_ｎと接地電位である端子Ｃ_０の間の電位差を十分に超えている必要がある。耐圧の低いMOSFETを用いる場合には、例えば図４に示すMOSFET33のように、途中に常時オンのMOSFETを挿入する。MOSFET33のゲート電位を適切に選ぶことにより、端子Ｃ_ｎと接地電位である端子Ｃ_０の間の電位差が、３個のMOSFETに概ね均等に分散して印加される。これにより、それぞれのMOSFETの耐圧が比較的低くても、降圧レベルシフタ２を構成することができる。ゲート電位は、直列接続された単電池の途中の接続点から、適宜選べばよい。また、２個以上のMOSFETを途中に挿入しても良い。

これにより、組電池の電圧より低い耐圧の高耐圧FETによっても、降圧レベルシフタを構成することができる。

〔実施形態５〕＜高耐圧バイポーラトランジスタによる降圧レベルシフタの回路＞
図５は、電池電圧監視ICの降圧レベルシフタ回路２を、高耐圧バイポーラトランジスタで構成した例を表す説明図である。図４に示した高耐圧MOSFET３１、３２、３３に代えて、バイポーラトランジスタ４１、４２、４３によって構成される。バイポーラトランジスタ４１と４２の耐圧が十分高ければ、バイポーラトランジスタ４３は不要であり、一方より低ければ、バイポーラトランジスタ４３と同様のバイポーラトランジスタを途中に複数個挿入してもよい。

降圧レベルシフタ回路２は、実施形態４と同様に、電圧電流変換回路８と電流電圧変換回路９を含んで構成される。電圧電流変換回路８は、バイポーラトランジスタ４１と抵抗２３で構成され、単電池ＢＣ_ｎのセル電圧である端子Ｃ_ｎとＣ_ｎ−１の間の電圧を、対応する電流値の変換電流に変換する。電流電圧変換回路９は、バイポーラトランジスタ４２と抵抗２４で構成され、変換された変換電流に対応する低電位側端子間電圧を出力する。電流電圧変換回路９は接地電位を基準に動作するので、高電位側の端子間電圧は低電位側端子間電圧にシフトされる。

このように、降圧レベルシフタをバイポーラトランジスタによって構成することができる。

〔実施形態６〕＜高耐圧FETによる昇圧レベルシフタの回路＞
図６は、電池電圧監視ICの昇圧レベルシフタ回路を、高耐圧MOSFETで構成した例を表す説明図である。

昇圧レベルシフタ回路３、４、５は、低電位側制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を高電位側制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する回路である。低電位側および高電位側の制御信号のそれぞれは、12個の単電池それぞれに対応する12本の信号線によるバス構成を採ることができるが、図６には、2本の低電位側制御信号を2本の高電位側制御信号にシフトする例が示される。低電位側制御信号は、特に制限されないが、レジスタ１０に格納されている。図６の上側にはｐチャネルMOSFET３０＿８で構成されたスイッチを駆動する高電位側制御信号を出力する回路が示され、下側にはｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチを駆動する高電位側制御信号を出力する回路が示されている。

ゲート電極を太く白抜きで表記したMOSFET３４、３５、３６、３７は、高耐圧MOSFETであり、他のMOSFETは通常の低い耐圧のMOSFETで構成することができる。低耐圧MOSFET３０＿１、３０＿２、３０＿３で構成されたカレントミラー５１を備える。カレントミラー５１は参照電流Ｉ_ｒｅｆが入力され、その所定の倍率の電流を、低耐圧MOSFET３０＿２を介して高耐圧MOSFET３５へ、また、MOSFET３０＿３を介して高耐圧MOSFET３４へ、それぞれ出力する。

高耐圧MOSFET３５のゲートには、低電位側制御信号のうちの1本が入力され、ドレインには抵抗２６とスイッチを構成するｐチャネルMOSFET３０＿８のゲートが接続されている。この信号線は、高電位側制御信号に当たる。抵抗２６の他方は、スイッチを構成するｐチャネルMOSFET３０＿８のソースに接続されている。この信号線は、図２においては、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかに当たる。

高耐圧MOSFET３５は、低電位側制御信号の値によって、カレントミラー５１の出力電流をオン／オフ制御し、オンの場合は抵抗２６にカレントミラー５１の出力電流を流す。これにより、抵抗２６の両端に電圧降下が生じ、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかを基準電位とする高電位側制御信号が生成される。高電位側制御信号は端子電圧よりも低いので、ｐチャネルMOSFET３０＿８で構成されたスイッチの制御に適する。

高耐圧MOSFET３４のゲートには、低電位側制御信号のうちの別の1本が入力され、ドレインはカレントミラー５２に接続されている。カレントミラー５２の出力は、抵抗２５とスイッチを構成するｎチャネルMOSFET３０＿７のゲートが接続されている。この信号線は、高電位側制御信号に当たる。抵抗２６の他方は、スイッチを構成するｎチャネルMOSFET３０＿７のソースに接続されている。この信号線は、図２においては、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかに当たる。

高耐圧MOSFET３４は、低電位側制御信号の値によって、カレントミラー５１の出力電流をオン／オフ制御し、オンの場合はさらにカレントミラー５２でミラーされた電流が、抵抗２５に流れる。これにより、抵抗２５の両端に電圧降下が生じ、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかを基準電位とする高電位側制御信号が生成される。高電位側制御信号は端子電圧よりも高いので、ｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチの制御に適する。

回路の構造上、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２の最も高い電位側には、ｐチャネルMOSFET３０＿８で構成されたスイッチが適しており、最も低い電位側には、ｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチが適している。途中のスイッチは、スイッチの大きさとカレントミラー５２の要否を勘案して最適設計することができる。同じ電流駆動能力を得るためには、ｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチの方が、ｐチャネルMOSFET３０＿８で構成されたスイッチよりも小さい面積でよい。一方、ｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチを駆動するには、カレントミラー５２が必要である。例えば、セルバランス機能のためのスイッチ１２は、大きな電流を流すため、スイッチ自体の面積を大きくする必要がある。このため、カレントミラー５２の数が増えても、比較的多くのスイッチをｎチャネルMOSFET３０＿７で構成する方が全体のチップ面積を小さくすることができる。一方、スイッチ１１や１３は、大きな電流を流さないので、スイッチ自体の面積は小さくて済む。したがって、比較的多くのスイッチをｐチャネルMOSFET３０＿８で構成して、カレントミラー５２を使用する数を抑える方が、全体のチップ面積を小さくすることができる。

比較的低電位側から順に、ｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチを採用していく場合、駆動する高電位側制御信号の電位に合わせて、カレントミラー５２の電源電圧と、高耐圧MOSFET３６、３７の要否、あるいは段数を適宜決めれば良い。最も低い電位側に、ｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチを配置した場合、レベルシフト回路を使用することなく、低電位側制御信号を直接接続して駆動してもよい。

また、MOSFETの耐圧が比較的低い場合には、カレントミラーの入出力の電流経路の途中に、図４に示したMOSFET３３と同様の高耐圧MOSFETを挿入して、耐圧を分散させることができる。

〔実施形態７〕＜高耐圧バイポーラトランジスタによる昇圧レベルシフタの回路＞
図７は、電池電圧監視ICの昇圧レベルシフタ回路を、高耐圧バイポーラトランジスタで構成した例を表す説明図である。

昇圧レベルシフタ回路３、４、５は、低電位側制御信号（ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮ）を高電位側制御信号（ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮ）に変換する回路である。低電位側および高電位側の制御信号のそれぞれは、12個の単電池それぞれに対応する12本の信号線によるバス構成を採ることができるが、図７には、2本の低電位側制御信号を2本の高電位側制御信号にシフトする例が示される。低電位側制御信号は、特に制限されないが、レジスタ１０に格納されている。図７の上側にはｐチャネルMOSFET３０＿８で構成されたスイッチを駆動する高電位側制御信号を出力する回路が示され、下側にはｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチを駆動する高電位側制御信号を出力する回路が示されている。バイポーラトランジスタ４４、４５、４６、４７は、高耐圧であり、MOSFETは通常の低い耐圧のMOSFETで構成することができる。

MOSFET３０＿１、３０＿２、３０＿３で構成されたカレントミラー５１を備える。カレントミラー５１は参照電流Ｉ_ｒｅｆが入力され、その所定の倍率の電流を、MOSFET３０＿２を介してバイポーラトランジスタ４５へ、また、MOSFET３０＿３を介してバイポーラトランジスタ４４へ、それぞれ出力する。

バイポーラトランジスタ４５のベースには、低電位側制御信号のうちの1本が入力され、コレクタには抵抗２６とスイッチを構成するｐチャネルMOSFET３０＿８のゲートが接続されている。この信号線は、高電位側制御信号に当たる。抵抗２６の他方は、スイッチを構成するｐチャネルMOSFET３０＿８のソースに接続されている。この信号線は、図２においては、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかに当たる。

バイポーラトランジスタ４５は、低電位側制御信号の値によって、カレントミラー５１の出力電流をオン／オフ制御し、オンの場合は抵抗２６にカレントミラー５１の出力電流を流す。これにより、抵抗２６の両端に電圧降下が生じ、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかを基準電位とする高電位側制御信号が生成される。高電位側制御信号は端子電圧よりも低いので、ｐチャネルMOSFET３０＿８で構成されたスイッチの制御に適する。

バイポーラトランジスタ４４のベースには、低電位側制御信号のうちの別の1本が入力され、コレクタはカレントミラー５２に接続されている。カレントミラー５２の出力は、抵抗２５とスイッチを構成するｎチャネルMOSFET３０＿７のゲートが接続されている。この信号線は、高電位側制御信号に当たる。抵抗２６の他方は、スイッチを構成するｎチャネルMOSFET３０＿７のソースに接続されている。この信号線は、図２においては、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかに当たる。

バイポーラトランジスタ４４は、低電位側制御信号の値によって、カレントミラー５１の出力電流をオン／オフ制御し、オンの場合はさらにカレントミラー５２でミラーされた電流が、抵抗２５に流れる。これにより、抵抗２５の両端に電圧降下が生じ、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２のいずれかを基準電位とする高電位側制御信号が生成される。高電位側制御信号は端子電圧よりも高いので、ｎチャネルMOSFET３０＿７で構成されたスイッチの制御に適する。

スイッチを構成する上でのｐチャネルMOSFET３０＿８とｎチャネルMOSFET３０＿７の使い分けは、実施形態６で説明したのと同じであるので、説明を省略する。

また、バイポーラトランジスタの耐圧が比較的低い場合には、カレントミラーの入出力の電流経路の途中に、図５に示したバイポーラトランジスタ４３と同様のバイポーラトランジスタを挿入して、耐圧を分散させることができる。

〔実施形態８〕＜電池電圧監視装置＞
図８は、電池電圧監視ICのより詳細な構成図であり、図９は、電池電圧監視装置の要部構成図である。電池電圧監視ICの構成は、実施形態１〜７に示す通り種々の変形例とその組み合わせを取りうるところ、図８にはその一例を示すに過ぎない。

電池電圧監視IC（半導体装置）１は、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２と端子Ｂ_０〜Ｂ_１２を備え、多段に直列接続されることにより組電池を構成する複数の単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の両極で直列接続の各接続点に接続される。単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２それぞれのセル電圧を測定するセル電圧測定機能と、セル電圧を概ね等しく保つセルバランス機能を備える。さらに、フォルトモニタ機能として、過充電/過放電を検出する機能、直列接続された単電池の各接続点と端子Ｃ_０〜Ｃ_１２との断線であるタップ外れを検出する機能、及び、セルバランス機能を実現するための放電スイッチの故障を検出する機能を備える。

セル電圧測定機能を実現するため、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の両極は、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２を介してマルチプレクサＭＵＸとアナログ／ディジタル変換器ＡＤＣで構成される電圧測定回路７に接続される。マルチプレクサＭＵＸにより、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２を順次選択して、個々のセル電圧をアナログ／ディジタル変換器ＡＤＣで測定し、ディジタル値に変換して出力する。変換されたディジタル値は、レジスタ１０に格納されるようにしてもよい。

単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の個々のセル電圧は、電圧測定回路７に接続されるのと並列に、降圧レベルシフト回路２を経て比較回路６に接続される。図８において降圧レベルシフト回路２は、図５に示したように、バイポーラトランジスタＢＣ_２〜ＢＣ_１２、Ｂ_ＣＣ２〜Ｂ_ＣＣｎを使って構成されている。バイポーラトランジスタＢ_ＣＣ２〜Ｂ_ＣＣｎは、耐圧を分散させるために挿入されている。比較回路６は、降圧レベルシフト回路２によって低電位側にシフトされたセル電圧を、高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）と比較する高電圧側比較回路（ＣＣＯＭＰ１〜ＣＣＯＭＰ１２）と、低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）とを比較する低電圧側比較回路（ＤＣＯＭＰ１〜ＤＣＯＭＰ１２）とを備えて構成される。例えばリチウムイオン電池の場合、高電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＨ）を4.5Vとすることにより、高電圧側比較回路（ＣＣＯＭＰ１〜１２）によって、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の過充電状態を検出することができ、低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）を2Vとすることにより、低電圧側比較回路（ＤＣＯＭＰ１〜１２）によって、単電池ＢＣ_１〜ＢＣ_１２の過放電状態を検出することができる。比較結果は、レジスタ１０に格納することができる。

タップ外れを検出する機能を実現するために、全ての端子Ｃ_０〜Ｃ_１２に、その隣接端子間を、抵抗を介して短絡するスイッチＳ_ＴＡＰ１２〜Ｓ_ＴＡＰ１が、設けられている。図１の抵抗２１とスイッチ１１に相当する。スイッチＳ_ＴＡＰ１２〜Ｓ_ＴＡＰ１が短絡された状態でのセル電圧が、低電圧側比較回路（ＤＣＯＭＰ１〜１２）により、低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）よりも低いことが検出されたときは、タップ外れの故障を検出する。
タップ外れの場合、測定されるセル電圧は0Vになるので、低電圧側参照電圧（Ｖ_ｒｅｆＬ）は過放電検出のための参照電圧と同じ電圧でよい。即ち、過放電検出のための降圧レベルシフト回路２と比較回路６は、そのまま、タップ外れを検出する機能を実現するためにも、機能させることができる。タップ外れを検出した結果は、レジスタ１０に格納することができる。

セルバランス機能を実現するために、電池電圧監視IC（半導体装置）１は、端子Ｃ_０〜Ｃ_１２に加えて端子Ｂ_０〜Ｂ_１２を備え、端子Ｂ_ｎとＣ_ｎ−１を短絡するスイッチＳ_ＣＢ１２〜Ｓ_ＣＢ１を備える。図３に示した他のタイプのセルバランス回路を採用することもできる。セル電圧が他の単電池よりも高い単電池を、選択的に放電させることにより、全ての単電池のセル電圧が概ね等しくなるように制御することができる。スイッチＳ_ＣＢ１２〜Ｓ_ＢＣ１の故障を検出するため、スイッチＳ_ＣＢ１２〜Ｓ_ＢＣ１はさらに、プルアップ抵抗を備え、降圧レベルシフト回路２をオン／オフ制御する、スイッチ１４に接続される。降圧レベルシフト回路２はさらに、スイッチ１４と並列にスイッチ１３を備える。図８においてスイッチ１４はMOSFETＭ_Ｃ１２〜Ｍ_Ｃ１で構成され、スイッチ１３はMOSFETＭ_M１２〜Ｍ_M１で構成されている。スイッチの故障検出動作は、実施形態２で説明したのと同様であるので、説明を省略する。

スイッチＳ_ＴＡＰ１２〜Ｓ_ＴＡＰ１と、スイッチＳ_ＣＢ１２〜Ｓ_ＣＢ１と、スイッチ１３を構成するMOSFETＭ_M１２〜Ｍ_M１とをそれぞれ、制御する高電位側制御信号ＥＮ＿Ｈ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｈ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｈ_ＭＯＮは、昇圧レベルシフト回路３、４、５によって、低電位側制御信号ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮの電位をレベルシフトして生成される。昇圧レベルシフタ３、４、５の回路は、実施形態６または７に示した回路を採用することができる。低電位側制御信号ＥＮ＿Ｌ_ＴＡＰ，ＥＮ＿Ｌ_ＣＢ，ＥＮ＿Ｌ_ＭＯＮは、レジスタ１０に格納されている。

電池電圧監視IC１は、レジスタ１０を含む論理回路６３と、通信インターフェース６２である、SPI (Serial Peripheral Interface)制御回路を備える。レジスタ１０は、通信インターフェース６２を介して外部からアクセスすることができる。論理回路６３は、外部からの割り込みＩＮＴＩを受け付け、また外部に割り込みＩＮＴＯを発行することができる。例えば、故障検出など、フォルトモニタ機能で異常を検出したときには、レジスタ１０にその故障状態を格納するだけでなく、より積極的に割り込みＩＮＴＯを発行して、異常を知らせることができる。

図９は、電池電圧監視装置７０の要部構成図である。組電池を構成する複数の単電池を複数の直列接続された単電池によるグループに分け、各グループに上記電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍを接続する。電池電圧監視装置７０は、さらに電池システム制御部６０を備える。電池システム制御部６０は、電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍの通信インターフェース６２と、例えばデイジーチェーンで構成される通信路６１で接続される。各電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍのレジスタ１０に制御情報を書き込むことによってその動作を制御し、レジスタ１０に格納されている情報を読み取ることによって、測定されたセル電圧のデータや異常若しくは故障の有無の状態を収集することができる。

各電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍの割り込み信号ＩＮＴＩとＩＮＴＯは、レベルシフタを介して電池システム制御部６０に接続されている。レベルシフタは、各電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍに内蔵されるのではなく、外付けされてもよい。多段の直列接続による組電池の電圧は数百Vにも達することがあるので、その場合に、それだけの耐圧を各電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍに求めるよりも、外付けのレベルシフト素子によって電位差を吸収する方が、コストを抑えられる場合がある。

図１０は、電池電圧監視装置７０の他の実施形態を表す要部構成図である。図９に示した電池電圧監視装置７０との違いは、各電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍの割り込み信号ＩＮＴＩとＩＮＴＯを、デイジーチェーンによって電池システム制御部６０と接続した点である。電池電圧監視IC１＿１には、電池システム制御部６０からの割り込み信号であるＩＮＴＩ＿１が入力され、電池電圧監視IC１＿２にＩＮＴＯ＿１を出力する。以降順次割り込み信号を伝搬し、電池電圧監視IC１＿Ｍには、電池電圧監視IC１＿Ｍ−１からＩＮＴI＿Ｍが入力され、電池システム制御部６０へＩＮＴＯ＿Ｍを出力する。通信インターフェース６２と同様に、割り込み信号を順次転送して、各電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍと電池システム制御部６０との割り込み信号の通信を実現する。

割り込み信号に限らず、通信路６１についても、デイジーチェーンとすることにより、最上端の電池電圧監視IC１＿Ｍと最下端の電池電圧監視IC１＿１のそれぞれと電池システム制御部６０の接続以外はすべて、隣接電池電圧監視IC間の接続のみとなるため、各電池電圧監視IC１＿１〜１＿Ｍ−１の割り込み入出力端子に要求される耐圧は低くてよい。一方、割り込み信号の伝搬途中に故障があって伝搬が中断すると、正常な各電池電圧監視ICの発生した割り込みであっても、電池システム制御部６０へ伝送することができないおそれがある。

図９に示した共通バスによる伝送では、伝搬途中の１個の電池電圧監視IC１が割り込み信号の故障であっても、それがオープン故障であれば、他の電池電圧監視IC１からの割り込み信号の伝搬を阻害するものではない。一方、その電位に配置される電池電圧監視IC１も全て電池システム制御部６０へ接続されるので、レベルシフタを設ける必要がある。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、単電池（電池セル）を多段に直列接続した組電池に適用する電圧監視装置について説明した。単電池はリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、燃料電池などの２次電池に適用して、その充放電状態を監視する目的で用いることが有効であるが、直列接続された１次電池による組電池を始め、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン・キャパシタなどの大容量キャパシタなどを多段に直列接続された電源の電圧監視装置に有効に適用することができる。

１ 監視IC（半導体装置）
２ 降圧レベルシフト回路
３、４、５ 昇圧レベルシフト回路
６ 比較回路
７ 電圧測定回路
８ 電圧電流変換回路
９ 電流電圧変換回路
１０ レジスタ
１１、１２、１３、１４、１５、１６ スイッチ
２１、２２、２３、２４、２５、２６ 抵抗
３０ 低耐圧FET
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 高耐圧FET
４０ 低耐圧バイポーラトランジスタ
４１、４２、４３、４４、４５、４６ 高耐圧バイポーラトランジスタ
５１、５２、５３ カレントミラー
６０ 電池システム制御部
６１ 通信路
６２ 通信インターフェース
６３ 論理回路
７０ 電池電圧監視装置

Claims (19)

1. 多段に直列接続されることにより組電池を構成する複数の単電池のそれぞれの電圧を測定するための半導体装置であって、
   前記複数の単電池のうちの１個の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第１接続点に接続可能な第１端子と、他方の電極で他の単電池と接続される第２接続点に接続可能な第２端子と、
   前記第１端子と前記第２端子の間の端子間電圧を測定可能な電圧測定回路と、
   前記端子間電圧を、低電位側端子間電圧に変換する第１レベルシフト回路と、
   前記低電位側端子間電圧を、所定の参照電圧と比較する比較回路と、
   低電位側短絡制御信号を、高電位側短絡制御信号に変換する、第２レベルシフト回路と、
   前記高電位側短絡制御信号に基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間を、第１抵抗を介して短絡する第１スイッチとを備える、半導体装置。
2. 請求項１において、前記第１接続点に接続可能な第３端子と、
   前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗と、
   低電位側センスイネーブル信号を、高電位側センスイネーブル信号に変換する第３レベルシフト回路と、
   低電位側セルバランスイネーブル信号を、高電位側セルバランスイネーブル信号に変換する第４レベルシフト回路と、
   前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第２端子との間を短絡可能な第３スイッチとを備え、
   前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路と、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチと、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチを備える、半導体装置。
3. 請求項１において、前記第１接続点に接続可能な第３端子と、前記第２接続点に接続可能な第４端子と、
   前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗と、
   低電位側センスイネーブル信号を、高電位側センスイネーブル信号に変換する第３レベルシフト回路と、
   低電位側セルバランスイネーブル信号を、高電位側セルバランスイネーブル信号に変換する、第４レベルシフト回路と、
   前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第４端子との間を短絡可能な第５スイッチとをさらに備え、
   前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路と、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチと、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチを備える、半導体装置。
4. 請求項２において、前記電圧電流変換回路は、第３抵抗と、第１高耐圧ＦＥＴとを備え、前記第１高耐圧ＦＥＴのゲートは前記第２端子に接続され、前記第１高耐圧ＦＥＴのソースと前記第１端子との間に、前記第２スイッチと前記第３抵抗が直列接続されて構成され、前記第１高耐圧ＦＥＴのドレインに、前記端子間電圧に対応する電流値の変換電流を出力可能であり、
   前記電流電圧変換回路は、第４抵抗と、第２高耐圧ＦＥＴとを備え、前記第２高耐圧ＦＥＴのゲートとソースを短絡してドレインとの間に構成されたダイオードと、前記第４抵抗とが直列接続されて構成され、前記変換電流が入力され、前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換して出力可能である、半導体装置。
5. 請求項４において、前記複数の単電池のうちの前記単電池とは別の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第３接続点に接続可能な第５端子を備え、
   前記第１レベルシフト回路は、第３高耐圧ＦＥＴを備え、前記第３高耐圧ＦＥＴのゲートが前記第５端子に接続され、前記第３高耐圧ＦＥＴのドレインとソースが、前記電圧電流変換回路と前記電流電圧変換回路との間の前記変換電流を通す信号線に挿入される、半導体装置。
6. 請求項２において、前記電圧電流変換回路は、第３抵抗と、第１高耐圧バイポーラトランジスタとを備え、前記第１高耐圧バイポーラトランジスタのベースは前記第２端子に接続され、前記第１高耐圧バイポーラトランジスタのエミッタと前記第１端子との間に、前記第２スイッチと前記第３抵抗が直列接続されて構成され、前記第１高耐圧バイポーラトランジスタのコレクタに、前記端子間電圧に対応する電流値の変換電流を出力可能であり、
   前記電流電圧変換回路は、第４抵抗と、第２高耐圧バイポーラトランジスタとを備え、前記第２高耐圧バイポーラトランジスタのベースとエミッタを短絡してコレクタとの間に構成されたダイオードと、前記第４抵抗とが直列接続されて構成され、前記変換電流が入力され、前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換して出力可能である、半導体装置。
7. 請求項６において、前記複数の単電池のうちの前記単電池とは別の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第３接続点に接続可能な第５端子を備え、
   前記第１レベルシフト回路は、第３高耐圧バイポーラトランジスタを備え、前記第３高耐圧バイポーラトランジスタのベースが前記第５端子に接続され、前記第３高耐圧バイポーラトランジスタのコレクタとエミッタが、前記電圧電流変換回路と前記電流電圧変換回路との間の前記変換電流を通す信号線に挿入される、半導体装置。
8. 請求項１において、前記第２レベルシフト回路は、低電位側制御信号を高電位側制御信号に変換する回路であって、
   参照電流が入力され、前記参照電流の所定の倍率の第１電流出力を出力可能な第１カレントミラーと、
   前記第１電流出力を前記低電位側制御信号に基づいて制御し、第２電流出力を出力可能な第１高耐圧トランジスタと、
   高電位側信号線との間に接続され、前記第２電流出力が流れることにより前記高電位側制御信号を出力する第５抵抗を備える、半導体装置。
9. 請求項１において、前記第２レベルシフト回路は、低電位側制御信号を高電位側制御信号に変換する回路であって、
   参照電流が入力され、前記参照電流の所定倍の第１電流出力を出力可能な第１カレントミラーと、
   前記第１電流出力を前記低電位側制御信号に基づいて制御し、第２電流出力を出力可能な第２高耐圧トランジスタと、
   前記第２電流出力が入力され、前記第２電流出力の所定倍の第３電流出力を出力可能な第２カレントミラーと、
   前記第３電流出力が流れることにより前記高電位側制御信号を出力する第６抵抗を備える、半導体装置。
10. 請求項１において、前記第２レベルシフト回路は、第１低電位側制御信号を第１高電位側制御信号に変換し、第２低電位側制御信号を前記第１高電位側制御信号よりも低電位の第２高電位側制御信号に変換する回路であって、
    参照電流が入力され、前記参照電流の所定の倍率の第１電流出力を出力可能な第１カレントミラーと、
    前記第１電流出力を前記第１低電位側制御信号に基づいて制御し、第２電流出力を出力可能な第１高耐圧トランジスタと、
    高電位側信号線との間に接続され、前記第２電流出力が流れることにより前記第１高電位側制御信号を出力する第５抵抗と、
    前記第１電流出力を前記第２低電位側制御信号に基づいて制御し、第３電流出力を出力可能な第２高耐圧トランジスタと、
    前記第３電流出力が入力され、前記第３流出力の所定倍の第４電流出力を出力可能な第２カレントミラーと、
    前記第４電流出力が流れることにより前記第２高電位側制御信号を出力する第６抵抗を備える、半導体装置。
11. 請求項１において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧とを比較する高電圧側比較回路と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧とを比較する低電圧側比較回路とを備え、
    前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、ステータスレジスタを備える、半導体装置。
12. 請求項２又は３において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧とを比較する高電圧側比較回路と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧とを比較する低電圧側比較回路とを備え、
    前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、ステータスレジスタと、前記低電位側短絡制御信号、前記低電位側センスイネーブル信号、又は、前記低電位側セルバランスイネーブル信号のうちの少なくとも１個を格納することができる、制御レジスタとを備える、半導体装置。
13. 請求項１１において、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果に基づいて、割り込み信号を生成する割り込み生成回路を備える、半導体装置。
14. 多段に直列接続されることにより組電池を構成する複数の単電池のグループ毎に設けられた複数の電圧測定部と、前記複数の電圧測定部に接続される電池システム制御部とを備え、
    前記複数の電圧測定部のそれぞれが、半導体装置を含んで構成され、
    前記半導体装置は、
    前記複数の単電池のうちの１個の単電池の一方の電極で他の単電池と接続される第１接続点に接続可能な第１端子と、他方の電極で他の単電池と接続される第２接続点に接続可能な第２端子と、
    前記第１端子と前記第２端子の間の端子間電圧を測定可能な電圧測定回路と、
    前記端子間電圧を、低電位側端子間電圧に変換する第１レベルシフト回路と、
    前記低電位側端子間電圧を、所定の参照電圧と比較する比較回路と、
    低電位側短絡制御信号を、高電位側短絡制御信号に変換する、第２レベルシフト回路と、
    前記高電位側短絡制御信号に基づいて、前記第１端子と前記第２端子との間を、第１抵抗を介して短絡する第１スイッチとを備える、電池電圧監視装置。
15. 請求項１４において、前記半導体装置は、前記第１接続点に接続可能な第３端子と、前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗と、低電位側センスイネーブル信号を、高電位側センスイネーブル信号に変換する第３レベルシフト回路と、低電位側セルバランスイネーブル信号を、高電位側セルバランスイネーブル信号に変換する第４レベルシフト回路と、前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第２端子との間を短絡可能な第３スイッチとを備え、
    前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路と、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチと、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチを備える、電池電圧監視装置。
16. 請求項１４において、前記半導体装置は、前記第１接続点に接続可能な第３端子と、前記第２接続点に接続可能な第４端子と、前記第１端子と前記第３端子の間に接続される第２抵抗と、低電位側センスイネーブル信号を、高電位側センスイネーブル信号に変換する第３レベルシフト回路と、低電位側セルバランスイネーブル信号を、高電位側セルバランスイネーブル信号に変換する、第４レベルシフト回路と、前記高電位側セルバランスイネーブル信号に基づいて、前記第３端子と前記第４端子との間を短絡可能な第５スイッチとをさらに備え、
    前記第１レベルシフト回路は、前記端子間電圧を前記端子間電圧に対応する電流値に変換する電圧電流変換回路と、前記電流値を前記電流値に対応する前記低電位側端子間電圧に変換する電流電圧変換回路と、前記高電位側センスイネーブル信号に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第２スイッチと、前記第２スイッチと並列に、前記第３端子の電位に基づいて前記電圧電流変換回路の動作を制御する第４スイッチを備える、電池電圧監視装置。
17. 請求項１４において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧とを比較する高電圧側比較回路と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧とを比較する低電圧側比較回路とを備え、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、ステータスレジスタを備え、
    前記複数の電圧測定部のそれぞれに含まれる前記半導体装置は、前記電池システム制御部と通信路によって接続され、前記電池システム制御部は前記通信路を介して前記ステータスレジスタをアクセス可能に構成される、電池電圧監視装置。
18. 請求項１５において、前記比較回路は、前記低電位側端子間電圧と高電圧側参照電圧とを比較する高電圧側比較回路と、前記低電位側端子間電圧と低電圧側参照電圧とを比較する低電圧側比較回路とを備え、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果を格納することができる、ステータスレジスタと、前記低電位側短絡制御信号、前記低電位側センスイネーブル信号、又は、前記低電位側セルバランスイネーブル信号のうちの少なくとも１個を格納することができる、制御レジスタとを備え、
    前記複数の電圧測定部のそれぞれに含まれる前記半導体装置は、前記電池システム制御部と通信路によって接続され、前記電池システム制御部は前記通信路を介して前記ステータスレジスタと前記制御レジスタをアクセス可能に構成される、電池電圧監視装置。
19. 請求項１７において、前記半導体装置は、前記高電圧側比較回路と前記低電圧側比較回路のそれぞれの比較結果に基づいて、前記電池システム制御部に対する割り込み信号を生成する割り込み生成回路を備える、電池電圧監視装置。

Images