JP5606871B2

JP5606871B2 - 半導体回路、半導体装置、配線の異常診断方法、及び異常診断プログラム

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Publication number: JP5606871B2
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Inventors: 和俊井上
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Description

本発明は、半導体回路、半導体装置、配線の異常診断方法、及び異常診断プログラム、特に電池監視用の半導体回路、半導体装置、配線の異常診断方法、及び異常診断プログラムに関するものである。

一般に、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ駆動等に用いられる大容量で高出力なバッテリーとして、複数の電池（電池セル）が直列に接続されたバッテリー（具体的一例としては、リチウムイオンバッテリー等が挙げられる）が用いられている。当該バッテリーの電池の電圧を監視・制御するための電池監視システムが知られている。

従来の電池監視システムは、複数の電池セルを含む電池セル群と、当該電池セル群に含まれる電池セルの電圧を測定・制御する半導体回路と、を備えて構成されている。

当該電池監視システムでは、測定用の半導体回路から得られた各電池セルの電圧情報を元に、電池セル群のセル電圧均等化（各電池セルの電圧値を均等にする）処理や充放電制御（各電池セルの充放電の制御）処理等を行う。このような電池監視システムでは、電池セルと測定用の半導体回路とを接続する配線に断線、またはショートが生じていると、電池監視システムに不具合が発生する場合がある。この場合、

修復を行う必要があるが、電池監視システムの修復を行う場合には、解析の利便性を考慮して、配線の断線またはショートのいずれが生じているのかを予め把握しておく必要がある。

電池監視システムにおいて、電池セル群と、測定用の半導体回路とを接続する配線の断線を診断する技術として、例えば特許文献１に記載の技術や特許文献２に記載の技術が挙げられる。

特開２００７−１０５８０号公報特開２００９−２５７９２３号公報

このような従来の電池監視システムにおける電池セルに関する配線の断線及びショートを診断する技術について説明する。図１２は、従来の電池監視システムの概略構成の一例を示す回路図である。図１２に示した、電池監視システム１００は、４個のセルＣ１〜Ｃ４が直列に接続された電池セル群１１２と、電池セル群１１２の電圧測定用の半導体回路１１４と、を備えて構成されている。半導体回路１１４は、電池セル群１１２から１つの電池セル（セルＣ１〜Ｃ４）を選択するセル選択ＳＷ１２０と、セル選択ＳＷ１２０により選択された電池セル（セルＣ１〜Ｃ４）の電圧を最下位セルＣ１の低電位側の電位と同等の電圧にレベルシフトした電圧Ｖｏｕｔを出力するレベルシフタ１２２と、を備えて構成されている。

電池監視システム１００では、セルＣ１〜Ｃ４の電圧を測定する場合、半導体回路１１４のセル選択ＳＷ１２０は、測定する電池セル（セルＣ１〜Ｃ４のいずれか一つ）の高電位側の電位に相当するスイッチと低電位側の電位に相当するスイッチとがオン状態になり、レベルシフタ１２２の非反転端子に高電位側の電位が入力されると共に、反転端子に低電位側の電位が入力され、レベルシフタ１２２から高電位側の電位と低電位側の電位との差分が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。当該出力電圧Ｖｏｕｔを基準電圧との比較により、電池セル電圧が所望の値に保たれているか否かを判断する。また、当該判断結果に基づいて、半導体回路１１４と別途に備えられた回路等により、電池セルに対して電圧の充放電を行う。

電池監視システム１００において、セルＣ１〜Ｃ４に関する配線の異常として断線及びショートを検知する異常診断を行う場合、予め、各セルＣ１〜Ｃ４（配線Ｖ１〜Ｖ４）の断線が生じている箇所と、レベルシフタ１２２から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとの対応関係（図４参照）、及び各セルＣ１〜Ｃ４（配線Ｖ１〜Ｖ４）にショートが生じている箇所と、レベルシフタ１２２から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとの対応関係（図５参照）を得ておき、セルＣ１〜Ｃ４のいずれか１つをセル選択ＳＷ１２０で順次選択し、レベルシフタ１２２からの出力電圧Ｖｏｕｔと、上述の対応関係と、に基づいて断線またはショートのいずれが生じているか、及び断線またはショートが生じている箇所を検知する。

しかしながら、上述の異常診断技術では、最上位（最も高電位側）の電池セル、及び最下位（最も低電位側）の電池セルについては、図４、及び図５に示したように、断線の検出結果とショートの検出結果とが同じになってしまい、断線なのかショートなのかを区別することができないため、電池セルに関する配線の断線及びショートを適切に診断することができないという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するために提案されたものであり、電池に関する配線の断線及びショートを適切に診断することができる、半導体回路、半導体装置、配線の異常診断方法、及び異常診断プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の半導体回路は、直列に接続された複数の電池の各々が接続されていると共に、複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路と、前記選択回路により選択された電池の高電位側の高電位電圧が入力され、かつ前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧よりも電圧値が低い低電位側の低電位電圧が入力されると共に、前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を出力する差分検出回路と、前記複数の電池のうち、前記選択回路により選択された最上位の電池または最下位の電池に関する配線の異常診断を行う場合に、前記高電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に、前記異常診断用の電圧を印加する電圧印加手段と、を備える。

請求項８に記載の半導体装置は、直列に接続された複数の電池と、前記複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路を備えた、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体回路と、を備えた。

請求項９に記載の配線の異常診断方法は、直列に接続された複数の電池の各々が接続されていると共に、複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路と、前記選択回路により選択された電池の高電位側の高電位電圧が入力され、かつ前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧よりも電圧値が低い低電位側の低電位電圧が入力されると共に、前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を出力する差分検出回路と、前記複数の電池のうち、前記選択回路により選択された最上位の電池または最下位の電池に関する配線の異常診断を行う場合に、前記高電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に、前記異常診断用の電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた半導体回路において、前記複数の電池のうち、前記最上位の電池及び前記最下位の電池を除いたその他の電池のいずれか１つを前記選択回路により選択する工程と、前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力する工程と、前記最上位の電池を前記選択回路により選択する工程と、前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加する工程と、前記最上位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力する工程と、前記最下位の電池を前記選択回路により選択する工程と、前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加する工程と、前記最下位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力する工程と、を備える。

請求項１０に記載の異常診断プログラムは、直列に接続された複数の電池の各々が接続されていると共に、複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路と、前記選択回路により選択された電池の高電位側の高電位電圧が入力され、かつ前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧よりも電圧値が低い低電位側の低電位電圧が入力されると共に、前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を出力する差分検出回路と、前記複数の電池のうち、前記選択回路により選択された最上位の電池または最下位の電池に関する配線の異常診断を行う場合に、前記高電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に、前記異常診断用の電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた半導体回路の配線の異常を診断する処理をコンピュータに実行させるための異常診断プログラムであって、前記複数の電池のうち、前記最上位の電池及び前記最下位の電池を除いたその他の電池のいずれか１つを前記選択回路により選択するステップと、前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力するステップと、前記最上位の電池を前記選択回路により選択するステップと、前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加するステップと、前記最上位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力するステップと、前記最下位の電池を前記選択回路により選択するステップと、前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加するステップと、前記最下位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力するステップと、を備えた処理をコンピュータに実行させるためのものである。

本発明によれば、電池に関する配線の断線及びショートを適切に診断することができる、という効果を奏する。

第１の実施の形態に係る電池監視システムの概略構成の一例を示す回路図である。第１の実施の形態に係る半導体回路の概略構成の一例を示す回路図である。第１の実施の形態に係る異常診断動作の流れの一例を示すフローチャートである。断線が発生している場合の電圧の対応関係の具体的一例を説明するための説明図である。ショートが発生している場合の電圧の対応関係の具体的一例を説明するための説明図である。第１の実施の形態に係る判定不能ケース処理の流れの一例を示すフローチャートである。第１の実施の形態に係る最上位セル判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。第１の実施の形態に係る最下位セル判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。第２の実施の形態に係る半導体回路の概略構成の一例を示す回路図である。第２の実施の形態に係る判定不能ケース処理の流れの一例を示すフローチャートである。第２の実施の形態に係る配線Ｖ０断線確認処理の流れの一例を示すフローチャートである。従来の電池監視システムの概略構成の一例を示す回路図である。

［第１の実施の形態］

以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の電池監視システムについて詳細に説明する。

まず、本実施の形態の電池監視システムの構成について説明する。本実施の形態の電池監視システムの概略構成の一例を図１に示す。図１に示した本実施の形態の電池監視システムは、複数の電池セルを含む電池セル群１２と、電池セル群１２の各電池セルの電圧を測定する半導体回路１４と、判定回路１６と、を備えて構成されている。

判定回路１６は、半導体回路１４から出力される出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて配線Ｖ０〜Ｖ４が断線及びショートを判定することにより、電池セルの配線に関する異常を診断する機能を有するものである。本実施の形態では、判定回路１６は、本実施の形態では、判定回路１６はマイクロコンピュータを含んで構成され、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１７、ＲＯＭおよびＲＡＭを含むメモリ１８、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部１９を含んで構成されている。記憶部１９には、予め断線・ショートの判定を行うための対応関係（電圧分布）を記憶しており、メモリ１８に記憶されているプログラムをＣＰＵ１７で実行することにより、配線の断線・ショートを行うための制御信号（詳細後述）を出力すると共に、当該対応関係に基づいて断線・ショートの判定を行う機能を有している（詳細後述）。

図２に本実施の形態の半導体回路１４の一概略構成の一例を示す。なお、本実施の形態では、具体的一例として、電池セル群１２は、電圧値が３．５Ｖに設定された４つのセルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）を含み、最下位セルＣ１の低電位側の電圧値をグランドレベル（０Ｖ）としている。

図２に示した半導体回路１４は、セル選択ＳＷ２０、レベルシフタ２２、及び電圧印加部２４、２６を備えて構成されている。セル選択ＳＷ２０は、入力された制御信号に基づいて、内部ＳＷ（ＳＷ０〜ＳＷ４）を切り替えて指定されたセルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）を選択する機能を有するものである。

レベルシフタ２２は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、レベルシフタアンプ３０（以下、レベルシフタ３０という）を備えて構成されており、レベルシフタ３０の非反転端子には、セル選択ＳＷ２０により選択されたセルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）の高電位側の電位（高電位電圧）が入力されると共に、反転端子には、低電位側の電位（低電位電圧）が入力され、高電位電圧と低電位電圧との差分を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。なお、レベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔは、図示を省略したＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータによりデジタル値に変換され、半導体回路１４の外部に出力される。図１に示した判定回路１６には、当該Ａ／Ｄコンバータによりデジタル値に変換された出力電圧Ｖｏｕｔが入力される。

本実施の形態では、レベルシフタ２２のレベルシフタ３０は、具体的一例として、駆動電圧がグランドレベル（０Ｖ）からＶＤＤ（４．７Ｖ）のオペアンプを用いており、また、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は同じ値としている。

電圧印加部２４、２６は、レベルシフタ３０の非反転端子に各セルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）の高電位電圧を入力するための配線２７に電圧を印加する機能を有するものである。電圧印加部２４は、セルＣ４の断線・ショートの判定を行う場合に、判定回路１６から入力される制御信号によりスイッチＳＷ５がオン状態になり、電圧ＶＣＣを配線２７に印加する機能を有している。なお、本実施の形態では、一例として、電圧ＶＣＣは電池セル群１２の最上位セル（セルＣ４）の高電位側の電圧値としている。

また、電圧印加部２６は、セルＣ１の断線・ショートの判定を行う場合に、判定回路１６から入力される制御信号によりスイッチＳＷ６がオン状態になり、電圧ＶＲＥＦを配線２７に印加する機能を有している。なお、本実施の形態では、一例として、電圧ＶＲＥＦはレベルシフタ２２の後段のＡ／Ｄコンバータの基準電圧（レベルシフタ２２の駆動電圧）である４．７Ｖとしている。

次に本実施の形態の半導体回路１４を用いたセルＣ１〜Ｃ４（配線Ｖ１〜Ｖ４）の断線・ショートの判定を行う異常診断動作について説明する。なお、配線Ｖ１〜Ｖ４の断線・ショートは、電池セル群１２内部で起きている場合や、半導体回路１４内部で起きている場合、電池セル群１２と半導体回路１４とを接続する接続端子において起きている場合等が挙げられるが、一般に、電池セル群１２と半導体回路１４とを接続する接続端子において起きている場合が多い。

図３に、本実施の形態の異常診断動作の流れの一例のフローチャートを示す。異常診断動作を行う際には、判定回路１６において、メモリ１８の所定の領域に予め記憶されているプログラムがＣＰＵ１７により実行される。なお、初期状態では、電圧印加部２４のスイッチＳＷ５、及び電圧印加部２６のスイッチＳＷ６はオフ状態になっている。

ステップ１００では、定期的に電池監視システム１０で行われているセルＣ１〜Ｃ４各々のセル電圧の測定を行う。本実施の形態では、セル選択ＳＷ２０がセルＣ４から順次、セルＣを選択し、レベルシフタ２２から出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。具体的には、まず、セル選択ＳＷ２０のスイッチＳＷ４、ＳＷ３＿１がオン状態に、その他のスイッチＳＷがオフ状態になり、レベルシフタ３０の非反転端子にセルＣ４の高電位電圧（電圧Ｖ４）が入力されると共に、反転端子に低電位電圧（電圧Ｖ３）が入力され、レベルシフタ２２からは電圧Ｖ４−Ｖ３が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。次に、セル選択ＳＷ２０のスイッチＳＷ３＿２、ＳＷ２＿１がオン状態に、その他のスイッチＳＷがオフ状態になり、レベルシフタ３０の非反転端子にセルＣ３の高電位電圧（電圧Ｖ３）が入力されると共に、反転端子に低電位電圧（電圧Ｖ２）が入力され、レベルシフタ２２からは電圧Ｖ３−Ｖ２が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。次に、セル選択ＳＷ２０のスイッチＳＷ２＿２、ＳＷ１＿１がオン状態に、その他のスイッチＳＷがオフ状態になり、レベルシフタ３０の非反転端子にセルＣ２の高電位電圧（電圧Ｖ２）が入力されると共に、反転端子に低電位電圧（電圧Ｖ１）が入力され、レベルシフタ２２からは電圧Ｖ２−Ｖ１が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。さらに、セル選択ＳＷ２０のスイッチＳＷ１＿２、ＳＷ０がオン状態に、その他のスイッチＳＷがオフ状態になり、レベルシフタ３０の非反転端子にセルＣ１の高電位電圧（電圧Ｖ１）が入力されると共に、反転端子に低電位電圧（電圧Ｖ０＝０Ｖ）が入力され、レベルシフタ２２からは電圧Ｖ１−Ｖ０が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。

次のステップ１０２では、断線またはショートの疑いがあるか否かを判断する。例えば、上述のステップ１００の測定結果が全てセルＣの設定値である３．５Ｖ（または、３．５Ｖ近傍の予め定められた範囲内の電圧値）であれば、何れにも断線またはショートが発生していないため、否定判断される。なお、後述の図４及び図５に示した断線が発生している場合の電圧の対応関係、ショートが発生している場合の電圧の対応関係の表に基づいて、断線またはショートが発生している疑いが有るかを判断してもよい。

否定判断された場合は、ステップ１０４へ進み、断線及びショートのいずれも発生していないため、ステップ１００で行ったセル電圧の測定を正常のセル電圧測定として、本処理を終了する。

一方、断線またはショートの疑いが有る場合は、肯定されてステップ１０６へ進む。ステップ１０６では、発生している異常が断線かショートかを判定不能な、判定不能ケースであるか否かを判断する。

ここで、配線Ｖ１〜Ｖ４に断線が発生している場合の電圧の対応関係、ショートが発生している場合の電圧の対応関係について説明する。

まず、配線Ｖ１〜Ｖ４に断線が発生している場合の電圧の対応関係について説明する。図４に、配線Ｖ１〜Ｖ４の各々に断線が発生している場合の電圧の対応関係（電圧分布）を示す。配線Ｖ４が断線している場合、セルＣ４を読み取った（測定した）場合は、レベルシフタ３０の非反転端子に接続される側（高電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの異常値になる。

また、配線Ｖ３が断線している場合、セルＣ４を測定した場合は、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧Ｖ４（１４Ｖ）が抵抗Ｒ１、Ｒ２により抵抗分圧された７Ｖが印加され、レベルシフタ３０の反転端子に接続される側（低電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝レベルシフタ３０の最大出力値４．７Ｖの異常値になり、一方、セルＣ３を測定した場合は、レベルシフタ３０の非反転端子に接続される側（高電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの異常値になる。同様に、配線Ｖ２が断線している場合、セルＣ３を測定した場合は、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧Ｖ３（１０．５Ｖ）が抵抗Ｒ１、Ｒ２により抵抗分圧された５．２５Ｖが印加され、レベルシフタ３０の反転端子に接続される側（低電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝レベルシフタ３０の最大出力値４．７Ｖの異常値になり、一方、セルＣ２を測定した場合は、レベルシフタ３０の非反転端子に接続される側（高電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの異常値になる。

また、配線Ｖ１が断線している場合、セルＣ２を測定した場合は、上述の配線Ｖ２〜Ｖ４が断線している場合と異なり、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧Ｖ２（７Ｖ）が抵抗Ｒ１、Ｒ２により抵抗分圧された３．５Ｖが印加され、レベルシフタ３０の反転端子に接続される側（低電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝３．５Ｖになる。このように、上述の場合と異なり、レベルシフタ３０の非反転端子に入力される電圧値がレベルシフタ３０の駆動電圧（４．７Ｖ）よりも低いため、入力された電圧値が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力されるためこのままでは異常値として判定できない。一方、セルＣ１を測定した場合は、上述の配線Ｖ２〜Ｖ４が断線している場合と同様に、レベルシフタ３０の非反転端子に接続される側（高電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの異常値になる。

さらに、配線Ｖ０が断線している場合、セルＣ１を測定した場合は、上述の配線Ｖ２〜Ｖ４が断線している場合と異なり、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧Ｖ１（３．５Ｖ）が抵抗Ｒ１、Ｒ２により抵抗分圧された１．７５Ｖが印加され、レベルシフタ３０の反転端子に接続される側（低電位側）の配線が断線しているため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖの異常値になる。このように、上述の場合と異なり、レベルシフタ３０の非反転端子に入力される電圧値がレベルシフタ３０の駆動電圧（４．７Ｖ）よりも低いため、入力された電圧値が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力されるが、正常値（３．５Ｖ）よりも低いため異常値として判定できる。

次に、配線Ｖ１〜Ｖ４にショートが発生している場合の電圧の対応関係について説明する。図５に、配線Ｖ１〜Ｖ４各々の間がショートしている場合の電圧の対応関係（電圧分布）を示す。配線Ｖ４〜Ｖ３の間がショートしている場合、セルＣ４を読み取った場合は、レベルシフタ３０の非反転端子側（高電位側）と非転端子側（低電位側）とが短絡していることになるため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの異常値になる。同様に、配線Ｖ３〜Ｖ２の間がショートしている場合は、セルＣ３を読み取った場合の出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになり、配線Ｖ２〜Ｖ１の間がショートしている場合は、セルＣ２を読み取った場合の出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになり、配線Ｖ１〜Ｖ０の間がショートしている場合は、セルＣ１を読み取った場合の出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになる。

すなわち、図４及び図５に示すように、配線Ｖ３の断線は、セルＣ４を読み取った場合に、出力電圧Ｖｏｕｔ＝４．７Ｖか否かにより判定できる。また、配線Ｖ２の断線は、セルＣ３を読み取った場合に、出力電圧Ｖｏｕｔ＝４．７Ｖか否かにより判定できる。また、配線Ｖ０の断線は、セルＣ１を読み取った場合に、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖか否かにより判定できる。一方、配線Ｖ３〜Ｖ２の間がショートしているかは、配線Ｖ３が断線しておらず（セルＣ４の読取り時の出力電圧Ｖｏｕｔ≠４．７Ｖ）、セルＣ３を読み取った場合に出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖであるか否かにより判定できる。また、配線Ｖ２〜Ｖ１の間がショートしているかは、配線Ｖ２が断線しておらず（セルＣ３の読取り時の出力電圧Ｖｏｕｔ≠４．７Ｖ）、セルＣ２を読み取った場合に出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖであるか否かにより判定できる。

しかしながら、図４及び図５に示すように、配線Ｖ４が断線している場合と、配線Ｖ４〜Ｖ３との間がショートしている場合とでは、セルＣ１〜Ｃ４を読み取った場合の出力電圧Ｖｏｕｔがいずれも同じになるため、配線Ｖ４が断線しているのか、配線Ｖ４〜Ｖ３との間がショートしているのか、いずれの異常が発生しているのか判定不能となる。同様に、配線Ｖ１が断線している場合と、配線Ｖ１〜Ｖ０との間がショートしている場合とでは、セルＣ１〜Ｃ４を読み取った場合の出力電圧Ｖｏｕｔがいずれも同じになるため、配線Ｖ１が断線しているのか、配線Ｖ１〜Ｖ０との間がショートしているのか、いずれの異常が発生しているのか判定不能となる。本実施の形態では、判定不能となる両者の場合を判定不能ケースと称している。

そこで、ステップ１０６では、図４及び図５に基づいて判定不能ケースであるか否かを判断する。判定不能ケースでない場合は、否定されてステップ１０８へ進み、図４及び図５に基づいて、何れの箇所が断線しているのか、または何れの箇所がショートでしているのかを判定し、発生している異常（断線またはショート）に応じて予め定められた処置を行った後、本処理を終了する。

一方、判定不能ケースである場合は、肯定されてステップ１１０へ進み詳細を後述する判定不能ケース処理を行い、断線またはショートのいずれが発生しているのかを判定し、処置した後、本処理を終了する。

判定不能ケース処理（図３ステップ１１０）について詳細に説明する。図６に、判定不能ケース処理の一例のフローチャートを示す。ステップ２００では、判定不能な異常が発生しているのが最上位セルＣ（セルＣ４）であるか、すなわち、配線Ｖ４が断線しているのか、または配線Ｖ４〜Ｖ３の間がショートしているのか何れであるのかが判定不能である場合は、肯定されてステップ２０２へ進み、ステップ２０２では、詳細を後述する最上位セル判定処理を行い、配線Ｖ４が断線しているのか、または配線Ｖ４〜Ｖ３の間がショートしているのかを判定し、判定結果に応じた処置を行った後、本処理を終了する。ステップ２０２の最上位セル判定処理の一例のフローチャートを図７に示す。まずステップ３００では、電圧印加部２４のスイッチＳＷ５のみオン状態にして、スイッチＳＷ５を介して、電圧ＶＣＣを配線２７に供給する。なお、本実施の形態では、電圧ＶＣＣを供給しているが供給する電圧はこれに限らず、電圧Ｖ３を越える電圧値の電圧であれば特に限定されない。なお、供給される電圧の電圧値が電圧Ｖ３以下である場合は、常にレベルシフタ３０の出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになるため判定不能になってしまう。

次のステップ３０２では、セルＣ４をセル選択ＳＷ２０で選択して、セルＣ４の電圧値（出力電圧Ｖｏｕｔ）を測定し、次のステップ３０４では、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖであるか否かを判定する。配線Ｖ４〜Ｖ３の間がショートしている場合、レベルシフタ３０の非反転端子及び反転端子には共に、電圧ＶＣＣが入力されるため出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになる。一方、配線Ｖ４が断線している場合、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧ＶＣＣが入力され、反転端子には電圧Ｖ３が入力されるため出力電圧Ｖｏｕｔ＝電圧ＶＣＣ−Ｖ３になる。なお、電圧ＶＣＣ−Ｖ３がレベルシフタ３０の最大出力電圧４．７Ｖを越える場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ＝４．７Ｖになる。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖ（または、０Ｖから所定の範囲内の電圧値）である場合は、肯定されてステップ３０６へ進み、配線Ｖ４〜Ｖ３の間がショートしていると判定し、予め定められた処置を行った後、本処理を終了する。

一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖではない場合は、否定されてステップ３０８へ進み、配線Ｖ４が断線していると判定し、予め定められた処置を行った後、本処理を終了する。

一方、判定不能な異常が発生しているのが最下位セルＣ（セルＣ１）である場合、すなわち、配線Ｖ１が断線しているのか、または配線Ｖ１〜Ｖ０の間がショートしているのか何れであるのかが判定不能である場合は、否定されてステップ２０４へ進み、ステップ２０４では、詳細を後述する最下位セル判定処理を行い、配線Ｖ１が断線しているのか、または配線Ｖ１〜Ｖ０の間がショートしているのかを判定し、判定結果に応じた処置を行った後、本処理を終了する。ステップ２０４の最上位セル判定処理の一例のフローチャートを図８に示す。まずステップ４００では、電圧印加部２６のスイッチＳＷ６のみオン状態にして、スイッチＳＷ６を介して、電圧ＶＲＥＦを配線２７に供給する。なお、本実施の形態では、電圧ＶＲＥＦを供給しているが供給する電圧はこれに限らず、電圧Ｖ０を越える電圧値の電圧であれば特に限定されない。なお、供給される電圧の電圧値が電圧Ｖ０以下である場合は、常にレベルシフタ３０の出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになるため判定不能になってしまう。

次のステップ４０２では、セルＣ１をセル選択ＳＷ２０で選択して、セルＣ１の電圧値（出力電圧Ｖｏｕｔ）を測定し、次のステップ４０４では、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖであるか否かを判定する。配線Ｖ１〜Ｖ０の間がショートしている場合、レベルシフタ３０の非反転端子及び反転端子には共に、電圧ＶＲＥＦが入力されるため出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになる。一方、配線Ｖ１が断線している場合、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧ＶＲＥＦが入力され、反転端子には電圧Ｖ０が入力されるため出力電圧Ｖｏｕｔ＝電圧ＶＲＥＦ−Ｖ０になる。なお、電圧ＶＲＥＦ−Ｖ０がレベルシフタ３０の最大出力電圧４．７Ｖを越える場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ＝４．７Ｖになる。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖ（または、０Ｖから所定の範囲内の電圧値）である場合は、肯定されてステップ４０６へ進み、配線Ｖ１〜Ｖ０の間がショートしていると判定し、予め定められた処置を行った後、本処理を終了する。

一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖではない場合は、否定されてステップ４０８へ進み、配線Ｖ１が断線していると判定し、予め定められた処置を行った後、本理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態の電池監視システム１０の半導体回路１４では、配線Ｖ１〜Ｖ４の断線・ショートを判定する異常診断を行う場合、セルＣ１〜Ｃ４各々の電圧値（出力電圧Ｖｏｕｔ）と、判定回路１６等に予め記憶されている図４及び図５の対応関係（電圧分布）と、に基づいて、配線Ｖ１〜Ｖ４の断線及びショートを判定する。配線Ｖ４が断線しているのか、配線Ｖ４〜Ｖ３の間でショートが発生しているのかが判定不能である場合は、電圧印加部２４のスイッチＳＷ５をオン状態にして、配線２７に電圧ＶＣＣを供給して、セルＣ４の電圧値（出力電圧Ｖｏｕｔ）を測定し、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖならば配線Ｖ４〜Ｖ３の間でショートが発生していると判定し、出力電圧Ｖｏｕｔ≠０Ｖならば配線Ｖ４が断線していると判定する。一方、配線Ｖ１が断線しているのか、配線Ｖ１〜Ｖ０の間でショートが発生しているのかが判定不能である場合は、電圧印加部２６のスイッチＳＷ６をオン状態にして、配線２７に電圧ＶＲＥＦを供給して、セルＣ１の電圧値（出力電圧Ｖｏｕｔ）を測定し、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖならば配線Ｖ１〜Ｖ０の間でショートが発生していると判定し、出力電圧Ｖｏｕｔ≠０Ｖならば配線Ｖ１が断線していると判定する。

このように本実施の形態では、従来では判定不能であった、配線Ｖ４の断線及び配線Ｖ４〜Ｖ３の間のショートの何れが発生しているのかを判定することができ、かつ、配線Ｖ１の断線及び配線Ｖ１〜Ｖ０の間のショートの何れが発生しているのかを判定することができる。従って、セルＣ１〜Ｃ４に関する配線Ｖ１〜Ｖ４の断線及びショートを適切に診断することができる。

なお、本実施の形態では、配線Ｖ４の断線及び配線Ｖ４〜Ｖ３の間のショートの何れが発生しているのかを判定する場合に電圧印加部２４により電圧ＶＣＣを配線２７に供給し、配線Ｖ１の断線及び配線Ｖ１〜Ｖ０の間のショートの何れが発生しているのかを判定する場合に電圧印加部２６により電圧ＶＲＥＦを配線３７に供給するように構成しているがこれに限らず、例えば電圧印加部２４のみを備えるように構成してもよい。この場合であっても、配線Ｖ１の断線及び配線Ｖ１〜Ｖ０の間のショートの何れが発生しているのかを判定する場合には、電圧Ｖ０よりも高電圧である電圧ＶＣＣが配線２７に供給されるため、上述と同様に、適正な判定を行うことができる。

なお、本実施の形態では、配線Ｖ１〜Ｖ４の断線、及びショートを診断する場合について説明したが、セル選択ＳＷ２０の故障（オン状態になったままの場合や、オフ状態になったままの場合）等を検出する場合に本発明を適用してもよい。

なお、本実施の形態では、セルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）の高電位電圧及び低電位電圧が入力され、高電位電圧と低電位電圧との差分を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する差分検出回路としてレベルシフタ３０を用いているがこれに限らず、高電位電圧と低電位電圧との差を検出可能な差分検出回路であれば特に限定されない。

なお、半導体回路１４と判定回路１６とは、同一基板上に形成されるものであってもよいし、別個の基板上に形成されるものであってもよい。また判定回路１６は、判定結果を外部に出力するものであってもよいし、内部に記憶しておくものであってもよい。

また、セルＣの数や電圧値等は、一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば変更可能であることは言うまでもない。

［第２の実施の形態］

以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の半導体装置である電池監視システム（半導体回路）及び、断線・ショートの判定を行う異常診断動作について詳細に説明する。

第１の実施の形態では、最下位のセルＣ１の配線Ｖ０が断線している場合、セルＣ１を読み取った場合の出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖの異常値になる（図４参照）ため、これにより、配線Ｖ０の断線を判定する場合について説明した。しかしながら、セルＣ１に異常が発生しており設定値の３．５Ｖよりも低い電圧値となっている場合（例えば１．７５Ｖ）、配線Ｖ０が断線していなくても出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖとなる場合がある。この場合、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧低下を起しているのか判断できない。そこで、本実施の形態の半導体回路１４を用いた異常診断では、さらに、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧低下を起しているのかを判断して、適切な異常診断を行う。

なお、本実施の形態では、第１の実施の形態の配線Ｖ１〜Ｖ４の断線・ショートの異常診断に加えて、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧低下を起しているのかを判断行うものであるため、第１の実施の形態と略同一の構成・動作である部分にはその旨を示して同一符号を付し、詳細な説明を省略し、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧低下を起しているのかの判断を行う構成、動作について詳細に説明する。

本実施の形態の電池監視システムは、図１に示した第１の実施の形態の電池監視システム１０と同様の構成であるためここでは説明を省略する。図９に、本実施の形態の半導体回路１５の概略構成の一例を示す。本実施の形態の半導体回路１５は、さらに、セルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）の低電位電圧がレベルシフタ３０の反転端子に入力される配線２９に電圧ＶＳＳを供給する機能を有する電圧印加部２８を備えて構成されている。電圧印加部２８は、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧低下を起しているのかの判定を行う場合に、判定回路１６から入力される制御信号によりスイッチＳＷ７がオン状態になり、電圧ＶＳＳを配線２７に印加する機能を有している。なお、本実施の形態では、一例として、電圧ＶＳＳは電池セル群１２の最下位セル（セルＣ１）の低電位側の電圧値（本実施の形態ではグランドレベル＝０Ｖ）としている。

異常診断処理全体の流れは、第１の実施の形態と同様（図３参照）であるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、本実施の形態では、セルＣ１の出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖの場合も判定不能ケースと判断する。

図１０に本実施の形態の判定不能ケース処理の一例のフローチャートを示す。なお、ステップ５００は第１の実施の形態（図６）のステップ２００に対応し、肯定された場合に進むステップ５０２は、同様にステップ２０２に対応している。一方、ステップ５００で否定された場合は、ステップ５０４へ進む。ステップ５０４では、最下位セルＣ１に異常が発生している（第１の実施の形態と同様の異常）か否か判断し、肯定されるとステップ５０６へ進み、第１の実施の形態のステップ２０４に対応する処理を行った後、本処理を終了する。

一方、ステップ５０４で、否定された場合は、ステップ５０８へ進み、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧降下を起しているのかの判定を行う配線Ｖ０断線確認処理５０８を行った後、本処理を終了する。

ステップ５０８の配線Ｖ０断線確認処理の一例のフローチャートを図１１に示す。まずステップ６００では、電圧印加部２８のスイッチＳＷ７のみオン状態にして、スイッチＳＷ７を介して、電圧ＶＳＳを配線２９に供給する。なお、本実施の形態では、電圧ＶＳＳを供給しているが供給する電圧はこれに限らず、電圧Ｖ０以下の電圧であれば特に限定されない。

次のステップ６０２では、セルＣ１をセル選択ＳＷ２０で選択して、セルＣ１の電圧値（出力電圧Ｖｏｕｔ）を測定し、次のステップ６０４では、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖであるか否かを判定する。セルＣ１が電圧低下を起している場合（電圧値が１．７５Ｖの場合）、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖになる。一方、配線Ｖ０が断線している場合、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧Ｖ１が入力され、反転端子には電圧ＶＳＳが入力されるため出力電圧Ｖｏｕｔ＝電圧Ｖ１−ＶＳＳ＝３．５Ｖ−０Ｖ＝３．５Ｖになる。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖ（または、１．７５Ｖから所定の範囲内の電圧値）である場合は、肯定されてステップ６０６へ進み、セルＣ１が電圧低下を起していると判定して本処理を終了する。

一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５Ｖではない場合は、否定されてステップ６０８へ進み、配線Ｖ０が断線していると判定し、予め定められた処置を行った後、本処理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態の電池監視システム１０の半導体回路１５では、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧低下を起しているのかの判定する異常診断を行う場合、電圧印加部２８のスイッチＳＷ７をオン状態にして、配線２９に電圧ＶＳＳを供給して、セルＣ１の電圧値（出力電圧Ｖｏｕｔ）を測定し、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１．７５ＶならばセルＣ１が電圧低下をしていると判定し、出力電圧Ｖｏｕｔ≠１．７５Ｖならば配線Ｖ０が断線していると判定する。

このように本実施の形態では、配線Ｖ０が断線しているのか、セルＣ１が電圧低下を起しているのかを判定することができる。従って、セルＣ１〜Ｃ４に関する配線Ｖ１〜Ｖ４の断線及びショートを適切に診断することができる。

１０電池監視システム
１２電池セル群
１４、１５半導体回路
１６判定回路
２０セル選択ＳＷ
２２レベルシフタ
３０レベルシフタ
２４、２６、２８電圧印加部

Claims

直列に接続された複数の電池の各々が接続されていると共に、複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路と、
前記選択回路により選択された電池の高電位側の高電位電圧が入力され、かつ前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧よりも電圧値が低い低電位側の低電位電圧が入力されると共に、前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を出力する差分検出回路と、
前記複数の電池のうち、前記選択回路により選択された最上位の電池または最下位の電池に関する配線の異常診断を行う場合に、前記高電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に、前記異常診断用の電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えた半導体回路。
前記電圧印加手段が印加する電圧は、前記最上位の電池の前記低電位電圧よりも大きい、請求項１に記載の半導体回路。
前記電圧印加手段は、前記最上位の電池の異常診断を行う場合に、前記最上位の電池の前記低電位電圧よりも大きい電圧を印加する上位用電圧印加手段と、
前記最下位の電池の異常診断を行う場合に、前記最下位の電池の前記低電位電圧よりも大きい電圧を印加する下位用電圧印加手段と、を備える、請求項１に記載の半導体回路。
前記低電位電圧が前記差分検出回路に入力される配線に、前記最下位の電池に関する配線の断線異常を診断するための異常診断用の電圧を印加する下位電池断線診断用電圧印加手段を備えた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体回路。
前記下位電池断線診断用電圧印加手段が印加する電圧は、前記最下位の電池の前記低電位電圧以下である、請求項４に記載の半導体回路。
前記差分検出回路から出力される前記高電位電圧と前記低電位電圧との差と、予め定められた異常診断用電圧値とに基づいて、前記異常診断を行う異常診断回路を備えた、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体回路。
前記差分検出回路は、前記高電位電圧が非反転端子に入力され、かつ前記低電位電圧が反転端子に入力されると共に、前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を出力するレベルシフタである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体回路。
直列に接続された複数の電池と、
前記複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路を備えた、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体回路と、
を備えた半導体装置。
直列に接続された複数の電池の各々が接続されていると共に、複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路と、前記選択回路により選択された電池の高電位側の高電位電圧が入力され、かつ前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧よりも電圧値が低い低電位側の低電位電圧が入力されると共に、前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を出力する差分検出回路と、前記複数の電池のうち、前記選択回路により選択された最上位の電池または最下位の電池に関する配線の異常診断を行う場合に、前記高電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に、前記異常診断用の電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた半導体回路において、
前記複数の電池のうち、前記最上位の電池及び前記最下位の電池を除いたその他の電池のいずれか１つを前記選択回路により選択する工程と、
前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力する工程と、
前記最上位の電池を前記選択回路により選択する工程と、
前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加する工程と、
前記最上位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力する工程と、
前記最下位の電池を前記選択回路により選択する工程と、
前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加する工程と、
前記最下位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力する工程と、
を備えた配線の異常診断方法。
直列に接続された複数の電池の各々が接続されていると共に、複数の電池のいずれか１つを選択する選択回路と、前記選択回路により選択された電池の高電位側の高電位電圧が入力され、かつ前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧よりも電圧値が低い低電位側の低電位電圧が入力されると共に、前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を出力する差分検出回路と、前記複数の電池のうち、前記選択回路により選択された最上位の電池または最下位の電池に関する配線の異常診断を行う場合に、前記高電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に、前記異常診断用の電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた半導体回路の配線の異常を診断する処理をコンピュータに実行させるための異常診断プログラムであって、
前記複数の電池のうち、前記最上位の電池及び前記最下位の電池を除いたその他の電池のいずれか１つを前記選択回路により選択するステップと、
前記選択回路により選択された電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力するステップと、
前記最上位の電池を前記選択回路により選択するステップと、
前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加するステップと、
前記最上位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力するステップと、
前記最下位の電池を前記選択回路により選択するステップと、
前記電圧印加手段により前記異常診断用の電圧を印加するステップと、
前記最下位の電池の前記高電位電圧と前記低電位電圧との差を差分検出回路から出力するステップと、
を備えた処理をコンピュータに実行させるための異常診断プログラム。