JP6051542B2 - 電池電圧監視回路 - Google Patents
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Description
本発明は、直列接続された複数の二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視回路に関する。
近年、二次電池としてリチウムイオン電池が電動自転車や自動車などの車両に搭載する電源として利用されている。リチウムイオン電池は電池電圧の監視回路を備えることが必須となっている。複数のリチウムイオン電池を直列接続して１つの電池パックとして使用する場合、監視回路では個々のリチウムイオン電池の電圧を正確に測定し、測定結果を外部ＣＰＵなどの上位装置に通知する。
ところで、複数の二次電池を直列に接続モジュール電池の保護装置及び蓄電装置において、第１の保護手段により、二次電池の端子間電圧を検出してその電圧が所定範囲外の場合にモジュール電池の充放電を停止する信号を出力し、第２の保護手段により、モジュール電池２の端子間電圧を検出してその電圧が所定範囲外の場合にモジュール電池の充放電を停止する信号を出力する技術が知られている。（例えば特許文献１参照）。
電池パックの電圧を監視する電池電圧監視回路には高い信頼性が求められる。しかし、電池パックを車両に搭載する場合、温度や振動などの使用環境が厳しいために障害が発生し、電池電圧監視回路の信頼性が低下するおそれがある。
厳しい使用環境における電池電圧監視回路の信頼性を向上させる方法として、電池パックに搭載する電池電圧監視回路を二重化することが考えられる。しかし、この場合には電池電圧監視回路のコストが２倍に上昇するという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、コスト上昇を抑制し信頼性を向上させた電池電圧監視回路を提供することを目的とする。
本発明の一実施態様による電池電圧監視回路は、複数の二次電池（Ｃｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６）が直列接続された電池パックに接続され前記複数の二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視回路であって、
前記電池電圧監視回路は、第１半導体チップ（１１）と、第２半導体チップ（１２）からなり、
前記第１半導体チップは、
前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を一定とするための第１の耐圧のセルバランス制御部（２１）と、
供給される制御信号に応じて前記複数の二次電池からいずれかの二次電池の電池電圧を出力する前記第１の耐圧のレベルシフトバッファ部（２２）と、
基準値を保持する第１保持部を有し、外部から供給される制御コマンドに応じて二次電池の選択を指示する前記制御信号を前記レベルシフトバッファ部に供給する、前記第１の耐圧よりも低い第２の耐圧の第１論理回路部（２７）と、
基準電圧を発生する前記第２の耐圧の第１基準電圧発生部（２４）と、
前記第１基準電圧発生部からの基準電圧を用いて前記第１論理回路部で選択した二次電池の両端電圧をデジタル化する前記第２の耐圧の第１ＡＤ変換部（２３）と、
前記第１ＡＤ変換部でデジタル化した前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を外部に送信する前記第２の耐圧の第１通信部（２６）と、
を有し、
前記第２半導体チップは、
基準値を保持する第２保持部を有し、外部から供給される制御コマンドに応じて二次電池の選択を指示する前記制御信号を前記レベルシフトバッファ部に供給する、前記第２の耐圧の第２論理回路部（３７）と、
基準電圧を発生する前記第２の耐圧の第２基準電圧発生部（３４）と、
前記第２基準電圧発生部からの基準電圧を用いて前記第２論理回路部で選択した二次電池の両端電圧をデジタル化する前記第２の耐圧の第２ＡＤ変換部（３３）と、
前記第２ＡＤ変換部でデジタル化した前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を外部に送信する前記第２の耐圧の第２通信部（３６）と、
を有し、
前記第１論理回路部は、前記外部から供給される制御コマンドに応じて所定部の電圧を選択し、前記第１ＡＤ変換部でデジタル化した前記所定部の電圧を前記第１保持部の基準値と比較して、前記第１ＡＤ変換部と、前記第１基準電圧発生部とが正常か否かの第１の診断をし、
前記第１の診断が正常の時には、前記第１半導体チップの前記第１ＡＤ変換部を用いて前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を出力させ、
前記第１の診断が異常の時には、前記第２論理回路部は、前記外部から供給される制御コマンドに応じて所定部の電圧を選択し、前記第２ＡＤ変換部でデジタル化した前記所定部の電圧を前記第２保持部の基準値と比較して、前記第２ＡＤ変換部と、前記第２基準電圧発生部とが正常か否かの第２の診断をし、
前記第２の診断が正常の時には、前記第２半導体チップの前記第２ＡＤ変換部を用いて前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を出力させ、
前記第２の診断が異常の時には、前記電池電圧監視回路をシャットダウンすることを特徴とする。
前記電池電圧監視回路は、第１半導体チップ（１１）と、第２半導体チップ（１２）からなり、
前記第１半導体チップは、
前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を一定とするための第１の耐圧のセルバランス制御部（２１）と、
供給される制御信号に応じて前記複数の二次電池からいずれかの二次電池の電池電圧を出力する前記第１の耐圧のレベルシフトバッファ部（２２）と、
基準値を保持する第１保持部を有し、外部から供給される制御コマンドに応じて二次電池の選択を指示する前記制御信号を前記レベルシフトバッファ部に供給する、前記第１の耐圧よりも低い第２の耐圧の第１論理回路部（２７）と、
基準電圧を発生する前記第２の耐圧の第１基準電圧発生部（２４）と、
前記第１基準電圧発生部からの基準電圧を用いて前記第１論理回路部で選択した二次電池の両端電圧をデジタル化する前記第２の耐圧の第１ＡＤ変換部（２３）と、
前記第１ＡＤ変換部でデジタル化した前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を外部に送信する前記第２の耐圧の第１通信部（２６）と、
を有し、
前記第２半導体チップは、
基準値を保持する第２保持部を有し、外部から供給される制御コマンドに応じて二次電池の選択を指示する前記制御信号を前記レベルシフトバッファ部に供給する、前記第２の耐圧の第２論理回路部（３７）と、
基準電圧を発生する前記第２の耐圧の第２基準電圧発生部（３４）と、
前記第２基準電圧発生部からの基準電圧を用いて前記第２論理回路部で選択した二次電池の両端電圧をデジタル化する前記第２の耐圧の第２ＡＤ変換部（３３）と、
前記第２ＡＤ変換部でデジタル化した前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を外部に送信する前記第２の耐圧の第２通信部（３６）と、
を有し、
前記第１論理回路部は、前記外部から供給される制御コマンドに応じて所定部の電圧を選択し、前記第１ＡＤ変換部でデジタル化した前記所定部の電圧を前記第１保持部の基準値と比較して、前記第１ＡＤ変換部と、前記第１基準電圧発生部とが正常か否かの第１の診断をし、
前記第１の診断が正常の時には、前記第１半導体チップの前記第１ＡＤ変換部を用いて前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を出力させ、
前記第１の診断が異常の時には、前記第２論理回路部は、前記外部から供給される制御コマンドに応じて所定部の電圧を選択し、前記第２ＡＤ変換部でデジタル化した前記所定部の電圧を前記第２保持部の基準値と比較して、前記第２ＡＤ変換部と、前記第２基準電圧発生部とが正常か否かの第２の診断をし、
前記第２の診断が正常の時には、前記第２半導体チップの前記第２ＡＤ変換部を用いて前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を出力させ、
前記第２の診断が異常の時には、前記電池電圧監視回路をシャットダウンすることを特徴とする。
好ましくは、前記第１保持部の基準値と、前記第２保持部の基準値は、予め保持されている。
好ましくは、前記第１保持部と、前記第２保持部は、不揮発性メモリからなる。
好ましくは、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとは積層して封止されている。
好ましくは、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとは平面配置して封止されている。
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
本発明によれば、コスト上昇を抑制し信頼性を向上させることができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
＜電池電圧監視回路の回路構成＞
図１は電池電圧監視回路の一実施形態の回路構成図を示す。図１において、電池電圧監視回路１０は、半導体チップ１１と半導体チップ１２とを有している。なお、半導体チップ１１と半導体チップ１２は別々のプロセスで作成されている。
図１は電池電圧監視回路の一実施形態の回路構成図を示す。図１において、電池電圧監視回路１０は、半導体チップ１１と半導体チップ１２とを有している。なお、半導体チップ１１と半導体チップ１２は別々のプロセスで作成されている。
半導体チップ１１にはセルバランス制御部２１と、レベルシフトバッファ部２２と、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２３と、バンドギャップ基準電圧発生部（ＢＧＲ）２４と、発振部（ＯＳＣ）２５と、シリアル通信部２６と、論理回路部２７と、スイッチ２８と、レギュレータ２９，３０，３１と、マルチプレクサ３２が形成されている。
半導体チップ１２にはＡＤコンバータ３３と、バンドギャップ基準電圧発生部３４と、発信部３５と、シリアル通信部３６と、論理回路部３７と、スイッチ３８が形成されている。ＡＤコンバータ３３，バンドギャップ基準電圧発生部３４，発信部３５，シリアル通信部３６，論理回路部３７，スイッチ３８それぞれは、半導体チップ１１のＡＤコンバータ２３，バンドギャップ基準電圧発生部２４，発信部２５，シリアル通信部２６，論理回路部２７，スイッチ２８と同一回路である。
セルバランス制御部２１は論理回路部２７，３７からの制御信号に応じて半導体チップ１１の外部端子ＣＢ１〜ＣＢ１６のいずれかからハイレベルの信号を出力することで、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍ１６のいずれかをオンする。ＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍ１６のいずれかがオンすると、電池セルＣｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６のいずれかの両端間は制限抵抗Ｒ１〜Ｒ１６を介在させて接続され、電池セルＣｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６のいずれかが放電する。これにより、電池セルＣｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６それぞれの電圧を一定とするセルバランス処理を行うことができる。
なお、直列接続された電池セルＣｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６それぞれはリチウムイオン電池である。電池セルＣｅｌｌ１の両端は保護抵抗を介して半導体チップ１１の外部端子Ｖ０，Ｖ１に接続され、電池セルＣｅｌｌ２の両端は保護抵抗を介して外部端子Ｖ１，Ｖ２に接続され、以下同様にして、電池セルＣｅｌｌ１６の両端は保護抵抗を介して外部端子Ｖ１５，Ｖ１６に接続されている。
レベルシフトバッファ部２２は論理回路部２７，３７からの制御信号が電池セルＣｅｌｌ１の選択を指示するときに外部端子Ｖ０の電圧を接地レベルにシフトした状態で外部端子Ｖ１の電圧をスイッチ２８，３８に出力する。また、制御信号が電池セルＣｅｌｌ２の選択を指示するときに外部端子Ｖ１の電圧を接地レベルにシフトした状態で外部端子Ｖ２の電圧をスイッチ２８，３８に出力し、以下同様にして、制御信号が電池セルＣｅｌｌ１６の選択を指示するときに外部端子Ｖ１５の電圧を接地レベルにシフトした状態で外部端子Ｖ１６の電圧をスイッチ２８，３８に出力する。
スイッチ２８は、論理回路部２７からの制御信号が電池電圧測定を指示するときにレベルシフトバッファ部２２の出力電圧をＡＤコンバータ２３に供給し、温度測定又は自己診断を指示するときにマルチプレクサ３２の出力電圧をＡＤコンバータ２３に供給する。バンドギャップ基準電圧発生部２４はバンドギャップ回路を用いて基準電圧を発生しＡＤコンバータ２３に供給する。発振部２５はクロックを生成してＡＤコンバータ２３，シリアル通信部２６及び論理回路部２７に供給する。
ＡＤコンバータ２３はレベルシフトバッファ部２２の出力電圧である電池電圧、又はマルチプレクサ３２の出力電圧である温度又は試験電圧をデジタル化して論理回路部２７に供給する。
論理回路部２７は半導体チップ１１の外部端子ＳＨＤＮ，ＡＬＡＲＭ，ＴＥＳＴ１，ＴＥＳＴ２からアイソレート部４０を経て図示しない外部ＣＰＵに接続されており、外部ＣＰＵから供給される制御コマンドを解釈して半導体チップ１１の各部に制御信号を供給する。また、論理回路部２７は外部端子ＣＳ１に外部ＣＰＵから供給されるチップセレクト信号をシリアル通信部２６を介して供給される。論理回路部２７は電池電圧測定時にはＡＤコンバータ２３からのデジタル測定電池電圧をシリアル通信部２６に供給する。論理回路部２７は温度測定時にはデジタル測定温度をシリアル通信部２６に供給する。なお、アイソレート部４０は電池電圧監視回路１０と外部ＣＰＵとの間で送受する信号のレベルシフトを行っている。
また、論理回路部２７には不揮発メモリ２７ａが設けられており、不揮発メモリ２７ａには例えば正常時のバンドギャップ基準電圧発生部２４が出力する基準電圧や自己診断時にアイソレート部４０を介して外部端子ＴＣ４に印加される試験電圧などの基準値が予め書き込まれている。論理回路部２７は自己診断時にはバンドギャップ基準電圧発生部２４が出力する基準電圧や外部端子ＴＣ４に印加される試験電圧を不揮発メモリ２７ａに記憶されている基準値と比較することで、ＡＤコンバータ２３やバンドギャップ基準電圧発生部２４が正常動作を行っているか、又は障害かを判別し、障害時には外部端子ＡＬＡＲＭから外部ＣＰＵにアラーム信号を供給する。
シリアル通信部２６はＡＤコンバータ２３から論理回路部２７を介して供給されるデジタル測定電池電圧又はデジタル測定温度をクロックと共に外部端子ＳＤ０，ＳＤ１，ＣＬＫ１からアイソレート部４０を経て外部ＣＰＵに供給される。なお、シリアル通信部２６は外部ＣＰＵから外部端子ＣＳ１を介して例えばハイレベルのチップセレクト信号を供給された場合に上記デジタル信号の出力を行う。
レギュレータ２９は直列接続された電池セルＣｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６から供給される電圧から例えば４．５Ｖの直流電圧を生成して半導体チップ１１のバンドギャップ基準電圧発生部２４、及び半導体チップ１２のバンドギャップ基準電圧発生部３４に供給する。レギュレータ３０は例えば４．５Ｖの直流電圧から例えば３．３Ｖの直流電圧を生成して外部端子ＴＤＶＤＤから外部のサーミスタ４１，４２，４３に供給する。
レギュレータ３１は例えば４．５Ｖの直流電圧から例えば３．３Ｖの直流電圧を生成してＡＤコンバータ２３，発振部２５，シリアル通信部２６，論理回路部２７，マルチプレクサ３２、及び半導体チップ１２のＡＤコンバータ３３，発振部３５，シリアル通信部３６，論理回路部３７に供給する。
マルチプレクサ３２は論理回路部２７，３７からの制御信号に応じて、外部端子ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３から供給されるサーミスタ４１，４２，４３の出力電圧、及び外部端子ＴＣ４に例えば外部ＣＰＵから供給される試験電圧、及び外部端子ＴｅｍｐＩＮに図示しない外付けのマルチプレクサから供給される電圧のいずれかを選択してスイッチ２８，３８に供給する。
スイッチ３８は、論理回路部３７からの制御信号が電池電圧測定を指示するときにレベルシフトバッファ部２２の出力電圧をＡＤコンバータ３３に供給し、温度測定又は自己診断を指示するときにマルチプレクサ３２の出力電圧をＡＤコンバータ３３に供給する。バンドギャップ基準電圧発生部３４はバンドギャップ回路を用いて基準電圧を発生しＡＤコンバータ３３に供給する。発振部３５はクロックを生成してＡＤコンバータ３３，シリアル通信部３６及び論理回路部３７に供給する。
ＡＤコンバータ３３はレベルシフトバッファ部２２の出力電圧である電池電圧、又はマルチプレクサ３２の出力電圧である温度又は試験電圧をデジタル化して論理回路部３７に供給する。
論理回路部３７は半導体チップ１１の外部端子ＳＨＤＮ，ＡＬＡＲＭ，ＴＥＳＴ１，ＴＥＳＴ２からアイソレート部４０を経て図示しない外部ＣＰＵに接続されており、外部ＣＰＵから供給される制御コマンドを解釈して半導体チップ１２の各部に制御信号を供給する。また、論理回路部３７は外部端子ＣＳ１に外部ＣＰＵから供給されるチップセレクト信号を、シリアル通信部３６を介して供給される。論理回路部３７は電池電圧測定時にはＡＤコンバータ３３からのデジタル測定電池電圧をシリアル通信部３６に供給する。論理回路部３７は温度測定時にはデジタル測定温度をシリアル通信部３６に供給する。
また、論理回路部３７には不揮発メモリ３７ａが設けられており、不揮発メモリ３７ａには例えば正常時のバンドギャップ基準電圧発生部３４が出力する基準電圧や自己診断時にアイソレート部４０を介して外部端子ＴＣ４に印加される試験電圧などの基準値が予め書き込まれている。論理回路部３７は自己診断時にはバンドギャップ基準電圧発生部３４が出力する基準電圧や外部端子ＴＣ４に印加される試験電圧を不揮発メモリ３７ａに記憶されている基準値と比較することで、ＡＤコンバータ３３やバンドギャップ基準電圧発生部３４が正常動作を行っているか、又は障害かを判別し、障害時には外部端子ＡＬＡＲＭから外部ＣＰＵにアラーム信号を供給する。
シリアル通信部３６はＡＤコンバータ３３から論理回路部３７を介して供給されるデジタル測定電池電圧又はデジタル測定温度をクロックと共に外部端子ＳＤ０，ＳＤ１，ＣＬＫ１からアイソレート部４０を経て外部ＣＰＵに供給される。なお、シリアル通信部３６は外部ＣＰＵから外部端子ＣＳ２を介して例えばハイレベルのチップセレクト信号を供給された場合に上記デジタル信号の出力を行う。
＜電池電圧監視回路の動作モード＞
電池電圧監視回路１０は外部ＣＰＵから外部端子ＳＨＤＮに例えばハイレベルを供給されると、レギュレータ２９〜３１を動作させてスタンバイモードとなる。その後、外部端子ＣＳ１又はＣＳ２にハイレベルのチップセレクト信号を供給されると、アクティブモードとなってＡＤコンバータ２３又は３３で電圧測定を行い、シリアル通信部２６又は３６でデジタル信号の出力を行う。そして、外部端子ＣＳ１及びＣＳ２のチップセレクト信号がローレベルとなると、スタンバイモードとなる。更に、電池電圧監視回路１０は外部端子ＳＨＤＮにローレベルを供給されると、レギュレータ２９〜３１も含め全ての動作を停止（シャットダウン）する。
電池電圧監視回路１０は外部ＣＰＵから外部端子ＳＨＤＮに例えばハイレベルを供給されると、レギュレータ２９〜３１を動作させてスタンバイモードとなる。その後、外部端子ＣＳ１又はＣＳ２にハイレベルのチップセレクト信号を供給されると、アクティブモードとなってＡＤコンバータ２３又は３３で電圧測定を行い、シリアル通信部２６又は３６でデジタル信号の出力を行う。そして、外部端子ＣＳ１及びＣＳ２のチップセレクト信号がローレベルとなると、スタンバイモードとなる。更に、電池電圧監視回路１０は外部端子ＳＨＤＮにローレベルを供給されると、レギュレータ２９〜３１も含め全ての動作を停止（シャットダウン）する。
＜フローチャート＞
図２にスタンバイモードからアクティブモードに変化する際に外部ＣＰＵの指示で電池電圧監視回路１０が実行する処理のフローチャートを示す。ステップＳ１で外部ＣＰＵからの指示により論理回路部２７，３７それぞれは自己診断を行う。例えばバンドギャップ基準電圧発生部２４，３４が出力する基準電圧や外部端子ＴＣ４に印加される試験電圧を不揮発メモリ２７ａ，３７ａに記憶されている基準値と比較することで、ＡＤコンバータ２３，３３やバンドギャップ基準電圧発生部２４，３４が正常動作を行っているか否かを判別し、障害時には外部端子ＡＬＡＲＭから外部ＣＰＵにアラーム信号を供給する。
図２にスタンバイモードからアクティブモードに変化する際に外部ＣＰＵの指示で電池電圧監視回路１０が実行する処理のフローチャートを示す。ステップＳ１で外部ＣＰＵからの指示により論理回路部２７，３７それぞれは自己診断を行う。例えばバンドギャップ基準電圧発生部２４，３４が出力する基準電圧や外部端子ＴＣ４に印加される試験電圧を不揮発メモリ２７ａ，３７ａに記憶されている基準値と比較することで、ＡＤコンバータ２３，３３やバンドギャップ基準電圧発生部２４，３４が正常動作を行っているか否かを判別し、障害時には外部端子ＡＬＡＲＭから外部ＣＰＵにアラーム信号を供給する。
ステップＳ２で外部ＣＰＵは半導体チップ１１のＡＤコンバータ２３及びバンドギャップ基準電圧発生部２４が正常であるかを判別する。正常であればステップＳ３で外部ＣＰＵは外部端子ＣＳ１だけにハイレベルのチップセレクト信号を供給してアクティブモードとし、半導体チップ１１のＡＤコンバータ２３〜スイッチ２８を用いてデジタル測定電池電圧又はデジタル測定温度を出力させる。
一方、ステップＳ２でＡＤコンバータ２３，バンドギャップ基準電圧発生部２４に障害があれば、ステップＳ４で外部ＣＰＵは半導体チップ１２のＡＤコンバータ３３及びバンドギャップ基準電圧発生部３４が正常であるかを判別する。正常であればステップＳ５で外部ＣＰＵは外部端子ＣＳ２だけにハイレベルのチップセレクト信号を供給してアクティブモードとし、半導体チップ１２のＡＤコンバータ３３〜スイッチ３８を用いてデジタル測定電池電圧又はデジタル測定温度を出力させる。
また、ステップＳ４でＡＤコンバータ３３，バンドギャップ基準電圧発生部３４に障害があれば、ステップＳ６で外部ＣＰＵは外部端子ＳＨＤＮにローレベルを供給して電池電圧監視回路１０をシャットダウンする。
ところで、半導体チップ１１のセルバランス制御部２１とレベルシフトバッファ部２２は高耐圧回路であり、ＡＤコンバータ２３〜マルチプレクサ３２は低耐圧回路である。高耐圧回路はチップ面積が大きく、素子数は数１００素子と少ない。これに対し、低耐圧回路はチップ面積が小さく、素子数は数１００００素子と膨大な数である。このため、障害発生率は高耐圧回路に比して低耐圧回路の方が格段に高い。
そこで、本実施形態では、半導体チップ１１の低耐圧回路の主要部であるＡＤコンバータ２３，バンドギャップ基準電圧発生部２４，発信部２５，シリアル通信部２６，論理回路部２７，スイッチ２８と、同一構成のＡＤコンバータ３３，バンドギャップ基準電圧発生部３４，発信部３５，シリアル通信部３６，論理回路部３７，スイッチ３８を持つ半導体チップ１２を設けている。そして、論理回路部２７，３７に自己診断機能を持たせ、ＡＤコンバータ２３，バンドギャップ基準電圧発生部２４の障害発生時には半導体チップ１２を用いることで電池電圧監視回路１０の信頼性を向上させている。この場合、半導体チップ１２は半導体チップ１１に対して低コストであり、電池電圧監視回路１０のコストアップを低く抑制することができる。
＜電池電圧監視回路の断面図＞
図３は電池電圧監視回路の一実施形態の断面図を示す。図３において、ステージ５１上に半導体チップ１１が固定され、更に、半導体チップ１１上に絶縁性接着剤により半導体チップ１２が積層されて固定されている。半導体チップ１１，１２の外部端子はワイヤ５２によりリード５３に接続されている。上記のステージ５１，半導体チップ１１，１２，ワイヤ５２，リード５３それぞれは、リード５３の一部を除き封止樹脂５４によって封止されている。
図３は電池電圧監視回路の一実施形態の断面図を示す。図３において、ステージ５１上に半導体チップ１１が固定され、更に、半導体チップ１１上に絶縁性接着剤により半導体チップ１２が積層されて固定されている。半導体チップ１１，１２の外部端子はワイヤ５２によりリード５３に接続されている。上記のステージ５１，半導体チップ１１，１２，ワイヤ５２，リード５３それぞれは、リード５３の一部を除き封止樹脂５４によって封止されている。
なお、半導体チップ１１，１２を積層する代りに、図４に示すように半導体チップ１１，１２を平面配置しても良い。図４では、ステージ６１，６２それぞれの上に半導体チップ１１，１２が固定されている。半導体チップ１１，１２の外部端子はワイヤ６３によりリード６４に接続され、また、半導体チップ１１，１２の外部端子はワイヤ６３により相互に接続されている。上記のステージ６１，６２，半導体チップ１１，１２，ワイヤ６３，６５，リード６４は、リード６４の一部を除き封止樹脂６６によって封止されている。
ここで、半導体チップ１１，１２を別のチップとしているのは、半導体チップ１１のＡＤコンバータ２３，バンドギャップ基準電圧発生部２４などでショートなどの障害が発生した場合に、ショートによるリーク電流が半導体チップ１２には流れることがなく、半導体チップ１１の障害の影響が半導体チップ１２には及ぶことがないからである。
また、図３のように半導体チップ１１，１２を積層した構成では、半導体チップ１１，１２を封止樹脂５４で封止した際に半導体チップ１１，１２にかかる応力がほぼ同一となる。半導体チップに形成された回路素子の特性は半導体チップに加えられた応力によって影響を受けるため、半導体チップ１１上のＡＤコンバータ２３，バンドギャップ基準電圧発生部２４と、半導体チップ１２条のＡＤコンバータ３３，バンドギャップ基準電圧発生部３４の特性をほぼ同一とすることができる。つまり、半導体チップ１１上のＡＤコンバータ２３，バンドギャップ基準電圧発生部２４と、半導体チップ１２条のＡＤコンバータ３３，バンドギャップ基準電圧発生部３４とを切り替えても測定電圧にほとんど変化が生じない。
１０ 電池電圧監視回路
１１，１２ 半導体チップ
２１ セルバランス制御部
２２ レベルシフトバッファ部
２３，３３ ＡＤコンバータ
２４，３４ バンドギャップ基準電圧発生部
２５，３５ 発振部
２６，３６ シリアル通信部
２７，３７ 論理回路部
２７ａ，３７ａ 不揮発メモリ
２８，３８ スイッチ
２９，３０，３１ レギュレータ
３２ マルチプレクサ
４０ アイソレート部
４１，４２，４３ サーミスタ
Ｃｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６ 電池セル
１１，１２ 半導体チップ
２１ セルバランス制御部
２２ レベルシフトバッファ部
２３，３３ ＡＤコンバータ
２４，３４ バンドギャップ基準電圧発生部
２５，３５ 発振部
２６，３６ シリアル通信部
２７，３７ 論理回路部
２７ａ，３７ａ 不揮発メモリ
２８，３８ スイッチ
２９，３０，３１ レギュレータ
３２ マルチプレクサ
４０ アイソレート部
４１，４２，４３ サーミスタ
Ｃｅｌｌ１〜Ｃｅｌｌ１６ 電池セル
Claims (5)
- 複数の二次電池が直列接続された電池パックに接続され前記複数の二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視回路であって、
前記電池電圧監視回路は、第１半導体チップと、第２半導体チップからなり、
前記第１半導体チップは、
前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を一定とするための第１の耐圧のセルバランス制御部と、
供給される制御信号に応じて前記複数の二次電池からいずれかの二次電池の電池電圧を出力する前記第１の耐圧のレベルシフトバッファ部と、
基準値を保持する第１保持部を有し、外部から供給される制御コマンドに応じて二次電池の選択を指示する前記制御信号を前記レベルシフトバッファ部に供給する、前記第１の耐圧よりも低い第２の耐圧の第１論理回路部と、
基準電圧を発生する前記第２の耐圧の第１基準電圧発生部と、
前記第１基準電圧発生部からの基準電圧を用いて前記第１論理回路部で選択した二次電池の両端電圧をデジタル化する前記第２の耐圧の第１ＡＤ変換部と、
前記第１ＡＤ変換部でデジタル化した前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を外部に送信する前記第２の耐圧の第１通信部と、
を有し、
前記第２半導体チップは、
基準値を保持する第２保持部を有し、外部から供給される制御コマンドに応じて二次電池の選択を指示する前記制御信号を前記レベルシフトバッファ部に供給する、前記第２の耐圧の第２論理回路部と、
基準電圧を発生する前記第２の耐圧の第２基準電圧発生部と、
前記第２基準電圧発生部からの基準電圧を用いて前記第２論理回路部で選択した二次電池の両端電圧をデジタル化する前記第２の耐圧の第２ＡＤ変換部と、
前記第２ＡＤ変換部でデジタル化した前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を外部に送信する前記第２の耐圧の第２通信部と、
を有し、
前記第１論理回路部は、前記外部から供給される制御コマンドに応じて所定部の電圧を選択し、前記第１ＡＤ変換部でデジタル化した前記所定部の電圧を前記第１保持部の基準値と比較して、前記第１ＡＤ変換部と、前記第１基準電圧発生部とが正常か否かの第１の診断をし、
前記第１の診断が正常の時には、前記第１半導体チップの前記第１ＡＤ変換部を用いて前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を出力させ、
前記第１の診断が異常の時には、前記第２論理回路部は、前記外部から供給される制御コマンドに応じて所定部の電圧を選択し、前記第２ＡＤ変換部でデジタル化した前記所定部の電圧を前記第２保持部の基準値と比較して、前記第２ＡＤ変換部と、前記第２基準電圧発生部とが正常か否かの第２の診断をし、
前記第２の診断が正常の時には、前記第２半導体チップの前記第２ＡＤ変換部を用いて前記二次電池の両端電圧のデジタル信号を出力させ、
前記第２の診断が異常の時には、前記電池電圧監視回路をシャットダウンすることを特徴とする電池電圧監視回路。 - 前記第１保持部の基準値と、前記第２保持部の基準値は、予め保持されていることを特徴とする請求項１記載の電池電圧監視回路。
- 前記第１保持部と、前記第２保持部は、不揮発性メモリからなることを特徴とする請求項１又は２記載の電池電圧監視回路。
- 前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとは積層して封止されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電池電圧監視回路。
- 前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとは平面配置して封止されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電池電圧監視回路。
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