JP5684535B2 - 半導体回路、半導体装置、故障診断方法、及び故障診断プログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体回路、半導体装置、故障診断方法、及び故障診断プログラム、特に電池監視用の半導体回路、半導体装置、故障診断方法、及び故障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監視する半導体回路と、を備えて構成されている。

このような電池セルの電圧を監視する半導体回路としては、例えば特許文献１に記載の電池電圧検出装置のように、監視対象である個々の電池セルの低電位側に接続されたスイッチと高電位側に接続されたスイッチとを備え、電池セルを選択する場合に、選択する電池セルの低電位側に接続されたスイッチと高電位側に接続されたスイッチがオン状態になる選択回路と、選択回路により選択された電池セルの高電位側の電位と低電位側の電位との差分をＡ／Ｄコンバータに出力する差動増幅器やレベルシフタ等のアンプと、を備えた半導体回路が知られている。

特開２００７−２８５７１４号公報

このような特許文献１等に記載の電池監視システムの半導体回路では、電池セルを選択する選択回路のスイッチの故障（リーク）が問題視される。従って、このような選択回路のスイッチのリークを正確に検知し、自己診断する機能が求められている。

本発明は、選択回路のスイッチの故障を自己診断することができる半導体回路、半導体装置、故障診断方法、及び故障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、複数の電池の各々の高電位側にそれぞれ接続された複数の高電位スイッチと、前記複数の電池の各々の低電位側にそれぞれ接続された複数の低電位スイッチと、を備え、前記複数の電池のいずれか１つを選択するよう指示された場合に、選択する電池の高電位側に接続された高電位スイッチと低電位側に接続された低電位スイッチとがオン状態になる選択回路と、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の電圧値を出力する差分検出回路と、前記低電位スイッチの故障診断を行う場合に、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、故障診断用電圧を供給する高電位側電圧供給手段と、を備える。

請求項１０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９のいずれか１項に記載の半導体回路と、を備える。

請求項１１に記載の故障診断方法は、複数の電池の各々の高電位側にそれぞれ接続された複数の高電位スイッチと、前記複数の電池の各々の低電位側にそれぞれ接続された複数の低電位スイッチと、を備え、前記複数の電池のいずれか１つを選択するよう指示された場合に、選択する電池の高電位側に接続された前記高電位スイッチと低電位側に接続された前記低電位スイッチとがオン状態になる選択回路と、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の電圧値を出力する差分検出回路と、前記低電位スイッチの故障診断を行う場合に、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、故障診断用電圧を供給する高電位側電圧供給手段と、を備えた半導体回路において、前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチを全てオフ状態にして、前記差分検出回路の出力を検出する第１工程と、前記第１工程により検出された前記差分検出回路の出力が、０であるとみなす所定の範囲の値である場合は、前記高電位スイッチが故障していないと判定する第２工程と、を備えた、前記高電位スイッチの故障診断工程と、前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチを全てオフ状態にし、かつ前記高電位側電圧供給手段により前記故障診断用電圧を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供給して、前記差分検出回路の出力を検出する第３工程と、前記第３工程により検出された前記差分検出回路の出力が、予め定められた所定の範囲の値である場合は、前記低電位スイッチが故障していないと判定する第４工程と、を備えた、前記低電位スイッチの故障診断工程と、を備える。

請求項１２に記載の故障診断プログラムは、複数の電池の各々の高電位側にそれぞれ接続された複数の高電位スイッチと、前記複数の電池の各々の低電位側にそれぞれ接続された複数の低電位スイッチと、を備え、前記複数の電池のいずれか１つを選択するよう指示された場合に、選択する電池の高電位側に接続された前記高電位スイッチと低電位側に接続された前記低電位スイッチとがオン状態になる選択回路と、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の電圧値を出力する差分検出回路タと、前記低電位スイッチの故障診断を行う場合に、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、故障診断用電圧を供給する高電位側電圧供給手段と、を備えた半導体回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチの故障を診断する処理をコンピュータに実行させるための故障診断プログラムであって、前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチをオフ状態にして、前記差分検出回路の出力を検出する第１ステップと、前記第１ステップにより検出された前記差分検出回路の出力が、０であるとみなす所定の範囲の値である場合は、前記高電位スイッチが故障していないと判定する第２ステップと、を備えた、前記高電位スイッチの故障診断ステップと、前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチをオフ状態にし、かつ前記高電位側電圧供給手段により前記故障診断用電圧を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供給して、前記差分検出回路の出力を検出する第３ステップと、前記第３ステップにより検出された前記差分検出回路の出力が、予め定められた所定の範囲の値である場合は、前記低電位スイッチが故障していないと判定する第４ステップと、を備えた、前記低電位スイッチの故障診断ステップと、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、選択回路のスイッチの故障を自己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故障診断動作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故障診断動作の流れの一例を示すフローチャートである。 図５に示した故障診断動作の流れの一例の続きの一例を示すフローチャートである。

［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１０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し、監視する半導体回路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に基づいて半導体回路１４のセル選択ＳＷ２０（図２参照、詳細後述）が故障しているか否かを判定することにより、故障診断を行う機能を有するものである。本実施の形態では、判定回路１６はマイクロコンピュータを含んで構成され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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故障診断を行う機能を有するものである。

なお、本実施の形態では、セル選択ＳＷ２０に備えられた低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷ（図２参照、いずれも詳細後述）のリーク（電流漏れ）やオン状態での固着（オン状態になったまま戻らない状態）により、電流が流れた状態になってしまう場合を故障と称している。

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、及び電圧供給部２４を備えて構成されている。

セル選択ＳＷ２０は、電池セル１２に含まれるセルＣ（Ｃ１〜Ｃ４）各々の低電位側に接続されたスイッチＳＷ０、ＳＷ１＿１、ＳＷ２＿１、ＳＷ３＿１（以下、総称する場合は、低電位側ＳＷという）、及び高電位側に接続されたスイッチＳＷ１＿２、ＳＷ２＿２、ＳＷ３＿２、ＳＷ４（以下、総称する場合は、高電位側ＳＷという）を備えて構成されており、入力された制御信号に基づいて、内部ＳＷ（ＳＷ０〜ＳＷ４）のオン・オフ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。また、当該Ａ／Ｄコンバータには一般的に変換の上限値が設定されており、本実施の形態では、具体的一例として、上限値が４．７ＶのＡ／Ｄコンバータを用いている。

また、本実施の形態では、具体的一例として、レベルシフタ２２のレベルシフタ３０は、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。従って、レベルシフタ２２から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは０〜４．７Ｖの範囲の値となる。

電圧供給部２４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２５に電圧ＶＲＥＦ（４．７Ｖ）を供給する機能を有するものである。電圧供給部２４は、セル選択ＳＷ２０の故障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テストスイッチＴＳＷ５がオン状態になり、電圧ＶＲＥＦを配線２５に供給する機能を有している。

次に本実施の形態の半導体回路１４を用いたセル選択ＳＷ２０の低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷの故障診断を行う故障診断動作について説明する。

図３に、本実施の形態の故障診断動作の流れの一例のフローチャートを示す。故障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、電圧供給部２４のテストスイッチＴＳＷ５はオフ状態になっている。

まず、高電位側ＳＷの故障を判定するために、ステップ１００では、セル選択ＳＷ２０の全スイッチ（低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷ）をオフ状態にしてセルＣ１〜Ｃ４のいずれも接続していない状態にする。次のステップ１０２では、この状態でレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。

次のステップ１０４では、検出した出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖであるか否か判断する。レベルシフタ２２では、セルＣ１〜Ｃ４のいずれからも低電位電圧及び高電位電圧の入力がないため、セル選択ＳＷ２０の高電位側ＳＷに故障が無ければ出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになる。一方、高電位側ＳＷに故障が有る場合は、レベルシフタ２２（レベルシフタ３０）の非反転端子に電圧が入力されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ≠０Ｖになる。従って、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの場合は、肯定されてステップ１０６へ進み、ステップ１０６では、高電位側ＳＷに故障が無いと判定してステップ１１０へ進む。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖではない場合は、否定されてステップ１０８へ進み、ステップ１０８では、高電位側ＳＷに故障が有ると判定してステップ１１０へ進む。

なお、低電位側ＳＷに故障が有る場合、レベルシフタ２２（レベルシフタ３０）の反転端子に電圧が入力されても、高電位側ＳＷに故障が生じていなければ、出力電圧Ｖｏｕｔ＝非反転端子入力（高電位電圧）−反転端子入力（低電位電圧）となるが、レベルシフタ２２では、非反転端子入力−反転端子入力≦０Ｖの場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖになる。このように、上述と同様に出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖとなるため、低電位側ＳＷが故障しているか否かをこのままでは判定できない。そのため、次に、低電位側ＳＷの故障の判定を行う。

低電位側ＳＷの故障を判定するために、ステップ１１０では、テストスイッチＴＳＷ５をオン状態にする。これにより、電圧ＶＲＥＦが配線２５に供給される。次のステップ１１２では、この状態（低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷがオフ状態、テストスイッチＴＳＷ５がオン状態）でレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。

次のステップ１１４では、検出した出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦであるか否か判断する。レベルシフタ２２では、非反転端子側の入力に電圧ＶＲＥＦが供給されるため、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧ＶＲＥＦが抵抗Ｒ１、Ｒ２により抵抗分圧された電圧１／２ＶＲＥＦが供給される。従って、セル選択ＳＷ２０の低電位側ＳＷに故障が無ければ出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦになる。一方、低電位側ＳＷに故障が有る場合は、レベルシフタ２２（レベルシフタ３０）の非反転端子に電圧が入力されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ≠１／２ＶＲＥＦになる。従って、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦの場合は、肯定されてステップ１１６へ進み、ステップ１１６では、低電位側ＳＷに故障が無いと判定して本処理を終了する。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦではない場合は、否定されてステップ１１８へ進み、ステップ１１８では、低電位側ＳＷに故障が有ると判定して本処理を終了する。

なお、上述の出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦとなる場合は、低電位側ＳＷに故障が有り、レベルシフタ２２の反転端子側入力に１／２ＶＲＥＦの電圧が入力される場合も出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ−１／２ＶＲＥＦ＝１／２ＶＲＥＦとなるため、当該場合との判別ができない。

そのため、レベルシフタ２２の低電位側にグランド電位を供給し、電圧ＶＲＥＦとグランド電位との差分に応じて出力される出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて低電位側ＳＷの故障を検出することが好ましい。レベルシフタ２２の低電位側にグランド電位を供給するように構成することにより、低電位側ＳＷに故障が無い場合には、出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ−グランド電位（０Ｖ）＝ＶＲＥＦとなり、一方、低電位側に故障が有る場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ−反転端子入力電圧となり、確実に出力電圧Ｖｏｕｔ＜電圧ＶＲＥＦになる。上述のように低電位側ＳＷの故障によりレベルシフタ２２の反転端子側入力に１／２ＶＲＥＦの電圧が入力される場合では、出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ−１／２ＶＲＥＦであるため、故障が無い場合と出力電圧Ｖｏｕｔの値が確実に異なる。従って、このような構成及び検出方法を採用することで、低電位側ＳＷの故障を確実に判断することができる。

なお、本実施の形態において上述のようにレベルシフタ２２の低電位側にグランド電位を供給して電圧ＶＲＥＦとグランド電位との差分に応じて出力される出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて低電位側ＳＷの故障を検出する場合には、電圧供給部２４から供給する電圧（本実施の形態では電圧ＶＲＥＦ）がレベルシフタ３０の出力の限界値を越えていないことが好ましい。電圧供給部２４から供給する電圧がレベルシフタ３０の出力の限界値を超えている場合には、低電位側ＳＷに故障が有り、反転端子に電圧が入力されても、レベルシフタ３０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧Ｖｏｕｔ＝非反転端子−反転端子であるため、非反転端子の入力電圧が大きく、非反転端子−反転端子≧レベルシフタ３０の出力の限界値（本実施の形態では４．７Ｖ）の場合、出力電圧Ｖｏｕｔ＝レベルシフタ３０の出力の限界値（４．７Ｖ）となってしまう場合があるためである。

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、セル選択ＳＷ２０の高電位側ＳＷの故障診断を行う場合、低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷを全てオフ状態（全オフ状態）にし、全オフ状態の場合の出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、検出した出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖであるか否かを判断する。出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの場合は、高電位側ＳＷは故障が無いと判定し、出力電圧Ｖｏｕｔ≠０Ｖの場合は、高電位側ＳＷが故障していると判定する。また、低電位側ＳＷの故障診断を行う場合、全オフ状態のままテストスイッチＴＳＷ５をオン状態にして電圧供給部２４から電圧ＶＲＥＦを配線２５に供給し、この状態で出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、検出した出力電圧Ｖｏｕｔが１／２ＶＲＥＦであるか否かを判断する。出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦの場合は、低電位側ＳＷは故障が無いと判定し、出力電圧Ｖｏｕｔ≠１／２ＶＲＥＦの場合は、低電位側ＳＷが故障していると判定する。

単に低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷが全オフ状態の場合の出力電圧Ｖｏｕｔを検出するだけでは、上述のように低電位側ＳＷの故障を判定することができなかったが、このように本実施の形態では、電圧供給部２４により、レベルシフタ２２の非反転端子側入力に電圧ＶＲＥＦを供給するため、低電位側ＳＷの故障を判定することができる。

従って、本実施の形態の電池監視システム１０では、セル選択ＳＷ２０の低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷの故障（リーク及びオン状態での固着）を自己診断することができる。

なお、低電位側ＳＷが故障している場合、レベルシフタ２２の反転端子側の入力に電圧が入力され、レベルシフタ３０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ＝非反転端子入力−反転端子入力であるため、非反転端子の入力電圧が大きい場合、低電位側ＳＷの故障状態にかかわらず、出力電圧Ｖｏｕｔ＝限界値（４．７Ｖ）になってしまい、低電位側ＳＷの故障状態を適切に診断することができない場合がある。そのため、電圧供給部２４から供給する電圧（本実施の形態では電圧ＶＲＥＦ）は、レベルシフタ３０の出力の限界値（本実施の形態では４．７Ｖ）を越えないことが好ましい。

なお、本実施の形態の故障診断（図３参照）では、高電位側ＳＷの故障の判定を行った後に低電位側ＳＷの故障の判定を行っているが判定の順番はこれに限らず、低電位側ＳＷの故障の判定を行った後に高電位側ＳＷの故障の判定を行うようにしてもよい。

また、本実施の形態の故障診断（図３参照）では、高電位側ＳＷに故障が有ると判定した後、さらに低電位側ＳＷの故障の判定を行っているがこれに限らず、故障が有ると判定した場合は、低電位側ＳＷの故障の判定を行わず処理を終了してもよい。

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。

［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）及び故障診断動作について詳細に説明する。

第１の実施の形態において、例えば、レベルシフタ２２（レベルシフタ３０）やレベルシフタ２２の後段のＡ／Ｄコンバータが正常に動作していない場合等は、低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷの故障診断が適切に行えないことがある。そのため、本実施の形態の電池監視システムは、さらにレベルシフタ２２（レベルシフタ３０）が正常に動作しているか（異常ではないか）の自己診断機能を有する。

なお、本実施の形態の電池監視システム（半導体回路）及び故障診断動作は、第１の実施の形態と略同一の構成・動作を含むため、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４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）の低電位電圧をレベルシフタ２２の反転端子側入力に入力するための配線２９に電圧ＶＳＳを供給する機能を有する電圧供給部２６、及び配線２９に電圧ＶＲＥＦを供給する機能を有する電圧供給部２８を備えて構成されている。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。またさらに、レベルシフタ３０の出力と非反転端子とを短絡させる機能を有するテストスイッチＴＳＷ８を備えて構成されている。

本実施の形態の電圧供給部２４、２６、２８は何れも、抵抗素子及びスイッチング素子（テストスイッチＴＳＷ５、ＴＳＷ６、ＴＳＷ７）を含んで構成されている。なお、本実施の形態では、電圧供給部２６の抵抗Ｒ５は、セル選択ＳＷ２０が備える１個当たりのスイッチング素子（例えば、スイッチＳＷ０）のオン抵抗値よりも大きな抵抗値の抵抗素子である。

図５及び図６に本実施の形態の故障診断動作の一例のフローチャートを示す。本実施の形態の故障診断動作では、第１の実施の形態と同様に、まず、セル選択ＳＷ２０の高電位側ＳＷの故障を判定する。ステップ２００は第１の実施の形態（図３）のステップ１００に対応し、ステップ２０２はステップ１０２に対応し、ステップ２０４はステップ１０４に対応している。高電位側ＳＷに故障が無く、テストスイッチＴＳＷ５にも故障が無ければ出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖであるため、第１の実施の形態と同様に、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの場合は、肯定されてステップ２０６へ進み、ステップ２０６では、高電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ５に故障が無いと判定してステップ２１０へ進む。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖではない場合は、否定されてステップ２０８へ進み、ステップ２０８では、高電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ５（または、高電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ５のいずれか）に故障が有ると判定してステップ２１０へ進む。

本実施の形態では、次に、レベルシフタ２２（レベルシフタ３０）及びＡ／Ｄコンバータの中間レンジの動作判定を行う。

ステップ２１０では、テストスイッチＴＳＷ５及びテストスイッチＴＳＷ８をオン状態にする。これにより、電圧ＶＲＥＦが配線２５に供給される。なお、ここでテストスイッチＴＳＷ８をオン状態にするのは、レベルシフタ２２の反転端子側入力に接続されている低電位側ＳＷ、及び電圧供給部２６、２８の故障による影響を排除するためである。低電位側ＳＷ、及び電圧供給部２６、２８が故障している場合、レベルシフタ２２の反転端子側入力に電圧が供給されてしまうため、当該電圧の影響を排除するために、テストスイッチＴＳＷ８によりレベルシフタ３０の出力と非反転端子とを短絡させる。

次のステップ２１２では、この状態（低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷがオフ状態、テストスイッチＴＳＷ５及びテストスイッチＴＳＷ８がオン状態）でレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。

次のステップ２１４では、検出した出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦであるか否か判断する。レベルシフタ２２では、非反転端子側の入力に電圧ＶＲＥＦが供給されるため、レベルシフタ３０の非反転端子には電圧ＶＲＥＦが抵抗Ｒ１、Ｒ２により抵抗分圧された１／２ＶＲＥＦが供給される。従って、レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の動作に異常が無く正常であれば出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦになる。一方、異常が有る場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ≠１／２ＶＲＥＦになる。従って、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦの場合は、肯定されてステップ２１６へ進み、ステップ２１６では、レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の中間レンジの電圧検出動作に異常が無いと判定してステップ２２０へ進む。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦではない場合は、否定されてステップ２１８へ進み、ステップ２１８では、レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の中間レンジの電圧検出動作に異常が有ると判定してステップ２２０へ進む。

本実施の形態では、次に、低電位側ＳＷの故障の判定を行う。ステップ２２０では、テストスイッチＴＳＷ８をオフ状態にし、次のステップ２２２ではレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。当該ステップ２２２は、第１の実施の形態のステップ１１２に対応しており、第１の実施の形態と同様に、低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷがオフ状態、テストスイッチＴＳＷ５がオン状態でレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。

次のステップ２２４では、検出した出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦであるか否か判断する。セル選択ＳＷ２０の低電位側ＳＷに故障が無く、テストスイッチＴＳＷ６及びテストスイッチＴＳＷ７にも故障が無ければ出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦであるため、第１の実施の形態と同様に、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦの場合は、肯定されてステップ２２６へ進み、ステップ２２６では、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ６、テストスイッチＴＳＷ７に故障が無いと判定してステップ２３０（図６）へ進む。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦではない場合は、否定されてステップ２２８へ進み、ステップ２２８では、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ６、テストスイッチＴＳＷ７（または、高電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ６、テストスイッチＴＳＷ７のいずれか）に故障が有ると判定してステップ２３０へ進む。

なお、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ６、テストスイッチＴＳＷ７（または、高電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ６、テストスイッチＴＳＷ７のいずれか）に故障が有り、レベルシフタ２２の反転端子側入力に１／２ＶＲＥＦの電圧が入力される場合、出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ−１／２ＶＲＥＦ＝１／２ＶＲＥＦとなる。このように出力電圧Ｖｏｕｔ＝１／２ＶＲＥＦとなるため、この場合については、このままでは判定できない。そのため、本実施の形態では、さらに次の処理を行うことにより低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ６、テストスイッチＴＳＷ７の故障の判定を適切に行う。

次のステップ２３０では、テストスイッチＴＳＷ７をオン状態にし、次のステップ２３２ではレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。当該ステップ２３２では、低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷがオフ状態、テストスイッチＴＳＷ５及びテストスイッチＴＳＷ７がオン状態でレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。すなわち、レベルシフタ２２の非反転端子側入力及び反転端子側入力の両方に電圧ＶＲＥＦを供給した状態で出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。

次のステップ２３４では、検出した出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖであるか否か判断する。レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の動作に異常が無く正常であれば出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ−ＶＲＥＦ＝０Ｖになる。また、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ６、テストスイッチＴＳＷ７が故障しており、レベルシフタ２２の反転端子側入力に１／２ＶＲＥＦの電圧が入力される場合、出力電圧Ｖｏｕｔ＞０Ｖになる。従って、出力電圧Ｖｏｕｔ＝０Ｖの場合は、肯定されてステップ２３６へ進み、レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の中間レンジの電圧検出動作に異常が無く、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ５、テストスイッチＴＳＷ７に故障が無いと判定してステップ２４４へ進む。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ≠０Ｖの場合は、否定されてステップ２３８へ進む。本実施の形態では、出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖ未満になることは無いため、出力電圧Ｖｏｕｔ＞０Ｖであるので、ステップ２３８では、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ５、テストスイッチＴＳＷ７（または、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ５、テストスイッチＴＳＷ７のいずれか）に故障が有ると判定してステップ２４０へ進む。

本実施の形態では、次に、レベルシフタ２２（レベルシフタ３０）及びＡ／Ｄコンバータの最大レンジの動作判定を行う。

ステップ２４０では、テストスイッチＴＳＷ７をオフ状態にし、さらに次のステップ２４２では、テストスイッチＴＳＷ６をオン状態にする。これにより、レベルシフタ２２の非反転端子側入力には電圧供給部２４により電圧ＶＲＥＦが配線２５に供給され、レベルシフタ２２の反転端子はテストスイッチＴＳＷ６によりＶＳＳ（グランド）に接地された状態になる。

次のステップ２４４では、この状態（低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷがオフ状態、テストスイッチＴＳＷ５及びテストスイッチＴＳＷ６がオン状態）でレベルシフタ２２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。

次のステップ２４６では、検出した出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦであるか否か判断する。レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の動作に異常が無く正常であれば出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦ−０＝ＶＲＥＦになる。一方、異常が有る場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ≠ＶＲＥＦになる。また、本実施の形態では、電圧供給部２６の抵抗Ｒ５の抵抗値は、セル選択ＳＷ２０が備える１個当たりのスイッチング素子のオン抵抗値よりも大きいため、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ７に故障が有る場合は、レベルシフタ２２の反転端子側入力に電圧が入力されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ≠ＶＲＥＦになる。

従って、出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦの場合は、肯定されてステップ２４８へ進み、ステップ２４８では、レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の最大レンジの電圧検出動作に異常が無く、また、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ７の故障が無いと判定して本処理を終了する。一方、出力電圧Ｖｏｕｔ＝ＶＲＥＦではない場合は、否定されてステップ２５０へ進み、ステップ２５０では、レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の最大レンジの電圧検出動作に異常が有り、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ７（または、レベルシフタ２２（及びＡ／Ｄコンバータ）の最大レンジの電圧検出動作、低電位側ＳＷ及びテストスイッチＴＳＷ７のいずれか）に故障が有ると判定して本処理を終了する。

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、レベルシフタ２２の反転端子側入力にＶＳＳ（グランド）電位を供給する電圧供給部２６及び電圧ＶＲＥＦを供給する電圧供給部２８をさらに備えるため、レベルシフタ２２（レベルシフタ３０）及びＡ／Ｄコンバータの検出動作が正常に行われているかを確認することができる。

従って、本実施の形態の電池監視システム１０では、より適切に、セル選択ＳＷ２０の低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷの故障（リーク及びオン状態での固着）を自己診断することができる。

なお、電圧供給部２６が供給する電位は、グランド電位である０Ｖ（セルＣ１Ｃ１の低電位側の電圧値）であることが好ましい。本実施の形態では、上述のステップ２４０〜２５０の処理において、テストスイッチＴＳＷ６をオンにして電圧供給部２６からグランド電位を供給しているが、供給する電位がグランド電位ではない場合、出力電圧Ｖｏｕｔ≠ＶＲＥＦとなるが、レベルシフタ２２の動作異常、及び低電位側ＳＷ、テストスイッチＴＳＷ７の故障に起因して出力電圧Ｖｏｕｔ≠ＶＲＥＦとなっているのか見分けがつかない場合が生じる。一方、本実施の形態のように、グランド電位を供給する場合は、レベルシフタ２２の動作異常、及び低電位側ＳＷ、テストスイッチＴＳＷ７の故障の場合のみ出力電圧Ｖｏｕｔ≠ＶＲＥＦとなるため判定が１回で行えるため容易になるため、好ましい。

なお、本実施の形態の故障診断（図５、６参照）では、高電位側ＳＷの故障の判定、レベルシフタ２２の中間レンジの動作判定、低電位側ＳＷの故障の判定、レベルシフタ２２の最小レンジの動作判定及び低電位側ＳＷの故障の判定、レベルシフタ２２の最大レンジの動作判定を当該順番で行っているが、各判定動作の順番は、特に限定されず順番を入れ替えてもよい。

また、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、判定した結果故障や動作異常が有った場合は、その他の判定動作を行わずに処理を終了してもよい。

なお、半導体回路１５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。

なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、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、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示したセル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。

また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、電池セル群１２からセルＣを選択する半導体回路１４、１５のセル選択ＳＷ２０の低電位側ＳＷ及び高電位側ＳＷの故障の判定、及びレベルシフタ２２の動作判定を行う場合について説明したがこれに限らず、セルＣ以外の同様な電圧を測定するシステム等に適用可能である。

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 電圧供給部
ＳＷ０、ＳＷ１＿１、ＳＷ２＿１、ＳＷ３＿１ 低電位側ＳＷ
ＳＷ１＿２、ＳＷ２＿２、ＳＷ３＿２、ＳＷ４ 高電位側ＳＷ
ＴＳＷ５、ＴＳＷ６、ＴＳＷ７、ＴＳＷ８ テストスイッチ

Claims (12)

1. 複数の電池の各々の高電位側にそれぞれ接続された複数の高電位スイッチと、前記複数の電池の各々の低電位側にそれぞれ接続された複数の低電位スイッチと、を備え、前記複数の電池のいずれか１つを選択するよう指示された場合に、選択する電池の高電位側に接続された高電位スイッチと低電位側に接続された低電位スイッチとがオン状態になる選択回路と、
   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の電圧値を出力する差分検出回路と、
   前記低電位スイッチの故障診断を行う場合に、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、故障診断用電圧を供給する高電位側電圧供給手段と、
   を備えた半導体回路。
2. 前記高電位側電圧供給手段が供給する電圧は、前記差分検出回路の出力の上限値を超えない電圧である、請求項１に記載の半導体回路。
3. 前記故障診断用電圧を、前記低電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に供給する低電位側第１電圧供給手段を備えた、請求項１または請求項２に記載の半導体回路。
4. 前記故障診断用電圧よりも小さい電圧値の電圧を、前記低電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に供給する低電位側第２電圧供給手段と、
   前記差分検出回路の出力側と前記低電位電圧が入力される入力側とを短絡させる短絡手段と、
   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。
5. 前記低電位側第２電圧供給手段は、前記複数の電池のうち最下位の電池の低電位側と同じ電圧値の電圧を供給する、請求項４に記載の半導体回路。
6. 前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチが全てオフ状態である全オフ状態の場合に前記差分検出回路から出力された電圧値に基づいて前記高電位スイッチの故障診断を行い、かつ前記全オフ状態で前記高電位側電圧供給手段から前記故障診断用電圧が供給された場合に前記差分検出回路から出力された電圧値に基づいて前記低電位スイッチの故障診断を行う故障診断回路を備えた、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。
7. 前記故障診断回路は、前記低電位スイッチの故障診断をさらに、前記全オフ状態で前記高電位側電圧供給手段から前記故障診断用電圧が供給され、かつ前記故障診断用電圧を、前記低電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に供給する低電位側第１電圧供給手段から前記故障診断用電圧が供給された場合に前記差分検出回路から出力された電圧値に基づいて行う、請求項６に記載の半導体回路。
8. 前記故障診断回路は、前記差分検出回路の故障診断を、前記全オフ状態で前記高電位側電圧供給手段から前記故障診断用電圧が供給され、かつ前記故障診断用電圧を、前記低電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に供給する低電位側第１電圧供給手段から前記故障診断用電圧が供給された場合に前記差分検出回路から出力された電圧値と、前記全オフ状態で前記高電位側電圧供給手段から前記故障診断用電圧が供給され、かつ前記差分検出回路の出力側と前記低電位電圧が入力される入力側とを短絡させる短絡手段により前記差分検出回路の出力側と前記低電位電圧が入力される入力側とを短絡させた場合に前記差分検出回路から出力された電圧値と、前記全オフ状態で前記高電位側電圧供給手段から前記故障診断用電圧が供給され、かつ前記故障診断用電圧よりも小さい電圧値の電圧を、前記低電位電圧を前記差分検出回路に入力するための配線に供給する低電位側第２電圧供給手段から前記故障診断用電圧よりも小さい電圧値の電圧が供給された場合に前記差分検出回路から出力された電圧値と、に基づいて行う、請求項６または請求項７に記載の半導体回路。
9. 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の電圧値を出力するレベルシフタである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体回路。
10. 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９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。
11. 複数の電池の各々の高電位側にそれぞれ接続された複数の高電位スイッチと、前記複数の電池の各々の低電位側にそれぞれ接続された複数の低電位スイッチと、を備え、前記複数の電池のいずれか１つを選択するよう指示された場合に、選択する電池の高電位側に接続された前記高電位スイッチと低電位側に接続された前記低電位スイッチとがオン状態になる選択回路と、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の電圧値を出力する差分検出回路と、前記低電位スイッチの故障診断を行う場合に、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、故障診断用電圧を供給する高電位側電圧供給手段と、を備えた半導体回路において、
    前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチを全てオフ状態にして、前記差分検出回路の出力を検出する第１工程と、前記第１工程により検出された前記差分検出回路の出力が、０であるとみなす所定の範囲の値である場合は、前記高電位スイッチが故障していないと判定する第２工程と、を備えた、前記高電位スイッチの故障診断工程と、
    前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチを全てオフ状態にし、かつ前記高電位側電圧供給手段により前記故障診断用電圧を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供給して、前記差分検出回路の出力を検出する第３工程と、前記第３工程により検出された前記差分検出回路の出力が、予め定められた所定の範囲の値である場合は、前記低電位スイッチが故障していないと判定する第４工程と、を備えた、前記低電位スイッチの故障診断工程と、
    を備えた故障診断方法。
12. 複数の電池の各々の高電位側にそれぞれ接続された複数の高電位スイッチと、前記複数の電池の各々の低電位側にそれぞれ接続された複数の低電位スイッチと、を備え、前記複数の電池のいずれか１つを選択するよう指示された場合に、選択する電池の高電位側に接続された前記高電位スイッチと低電位側に接続された前記低電位スイッチとがオン状態になる選択回路と、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の電圧値を出力する差分検出回路と、前記低電位スイッチの故障診断を行う場合に、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、故障診断用電圧を供給する高電位側電圧供給手段と、を備えた半導体回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチの故障を診断する処理をコンピュータに実行させるための故障診断プログラムであって、
    前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチをオフ状態にして、前記差分検出回路の出力を検出する第１ステップと、前記第１ステップにより検出された前記差分検出回路の出力が、０であるとみなす所定の範囲の値である場合は、前記高電位スイッチが故障していないと判定する第２ステップと、を備えた、前記高電位スイッチの故障診断ステップと、
    前記選択回路の前記高電位スイッチ及び前記低電位スイッチをオフ状態にし、かつ前記高電位側電圧供給手段により前記故障診断用電圧を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供給して、前記差分検出回路の出力を検出する第３ステップと、前記第３ステップにより検出された前記差分検出回路の出力が、予め定められた所定の範囲の値である場合は、前記低電位スイッチが故障していないと判定する第４ステップと、を備えた、前記低電位スイッチの故障診断ステップと、
    を備えた処理をコンピュータに実行させるための故障診断プログラム。

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