JP6166442B2 - 車輌システム - Google Patents

Description

本発明は車輌システムに関し、例えば、低抵抗の電流検出抵抗の両端に生じる電圧差に基づきバッテリの充放電電流を測定する車輌システムに関する。

自動車では、エンジンの始動、或いは、各種制御に用いる電力をバッテリによってまかなう。自動車に搭載されるバッテリには、蓄電池が用いられる。バッテリには、エンジンの動力によって発電を行うオルタネーターによって充電が行われる。このバッテリは、使用期間に応じて、特性が劣化するという特徴を有する。例えば、バッテリは、使用期間が長くなるにつれて、蓄電容量が低下し、出力インピーダンスが上昇するという特徴があり、このような性能劣化が生じると車輌が正常に動作しない問題が生じる。そのため、バッテリの状態に基づきバッテリの寿命を計算し、バッテリが要求する性能を満たしているかを判断する必要がある。
そこで、バッテリの性能の一つの指標であるバッテリの電圧測定を行う技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、バッテリとして組み電池を構成する複数の電池セルのそれぞれのセル電圧を測定する。ここで、特許文献１では、セル電圧に基づいて電池セルの電池状態を検出する電池状態検知回路に対して疑似電圧情報を入力して、電池状態検知回路が正常に動作しているか否かを診断することを特徴としている。特許文献１では、電池状態検知回路の診断を行うことで、セル電圧測定系の信頼性を向上させることができる。

特開２０１０−２４９７９３号公報

近年、小さな抵抗値を有する電流検出抵抗の両端に生じる電流モニタ電圧値に基づき、電流検出抵抗に流れる電流を測定するバッテリ状態監視システムが提案されている。このようなバッテリ状態監視システムでは、電流検出抵抗の抵抗値が配線抵抗に極めて近いため、電流検出抵抗の両端に接続される、２つの端子間の短絡状態を検出することが難しいという問題がある。

なお、特許文献１では、所定のセル電圧を有する電池セルの電圧値に基づく測定系に関するものであり、小さな抵抗値の電流検出抵抗で接続される２つの端子間の短絡については検出できない。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述およ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、車両システムは、バッテリの電源端子に接続される電流検出抵抗に流れる電流値に応じて変動する電流モニタ電圧値を測定するバッテリ状態監視装置と、バッテリ状態監視装置により測定された電流モニタ電圧値に基づきバッテリの状態を判定し、上位システムからの要求に応じて判定結果を送信する演算回路と、を含むバッテリ状態監視モジュールを含む。

一実施の形態によれば、極めて小さな抵抗値を有する電流検出抵抗で接続された２つの端子間の短絡状態を検出することができる。

実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置のブロック図である。 実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の電流モニタ動作を説明するためのブロック図である。 実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置において端子間ショートが発生している場合の電流モニタ動作を説明するためのブロック図である。 端子間ショートが発生していない場合における実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第１の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。 端子間ショートが発生していない場合における実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第２の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。 ０Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第１の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。 ０Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第２の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。 １００Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第１の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。 １００Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第２の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。 実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第１の変形例を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるバッテリ状態監視装置の第２の変形例を示すブロック図である。 実施の形態２にかかるバッテリ状態監視モジュールのブロック図である。 バッテリの特性の経年変化を説明するためのグラフである。 バッテリの電流出力特性を説明するためのグラフである。 バッテリの性能指標を説明するための図である。 バッテリの充電率、劣化率及び放電性能の関係を説明するための図である。 実施の形態３にかかる車輌システムのブロック図である。 エンジン始動時のバッテリの電流及び電圧の変動を説明するためのグラフである。 実施の形態３にかかる車輌システムの充放電動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態３にかかる車輌システムの動作を説明するタイミングチャートである。 実施の形態３にかかる車輌システムにおける診断処理の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。まず、実施の形態１にかかる半導体装置１は、配線抵抗とほぼ同じ程度の極めて小さな抵抗値を有する電流検出抵抗の両端の間に発生する電流モニタ電圧値を測定する。そして、実施の形態１にかかる半導体装置１は、電流検出抵抗を介して接続される２つの外部端子間の短絡の有無を検出する機能を有する。

図１に実施の形態１にかかる半導体装置１のブロック図を示す。なお、半導体装置１には、後述する入力制御回路１０、測定部２０及び制御回路３０以外の他の回路も実装される。また、図１では、半導体装置１が測定対象とするバッテリＢＡＴ及びバッテリＢＡＴに対して入出力される電流の電流値を電圧値に変換する電流検出抵抗ＲＳを示した。さらに、図１では、抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣ１〜Ｃ３を示した。抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコンデンサＣ１〜Ｃ３は、電流検出抵抗ＲＳの両端に生じる電流モニタ電圧値を測定する場合に不要なノイズを除去するフィルタとして機能するものである。

なお、バッテリＢＡＴは、例えば、自動車等の車輌に搭載される蓄電池であって、電極材に鉛を含む鉛電池である。つまり、バッテリＢＡＴは、１２Ｖ或いは２４Ｖの電圧を発生するものであり、ハイブリッド自動車或いは電気自動車の駆動モーターに電力を供給する組電池に利用されるニッケル水素電池又はリチウムイオン電池とは異なる。

また、電流検出抵抗ＲＳは、例えば、シャント抵抗であって、配線抵抗に近い極めて小さな抵抗値（例えば、０．１ｍΩ程度）を有するものである。このシャント抵抗は、例えば、銅を主成分とする金属板であって、高い精度で抵抗値が設定されるものである。鉛電池は、出力電流の変動幅が、例えば、０Ａ〜１５００Ａ程度と大きく、このような大きな変動幅を有する電流を計測する場合、ホール素子等を利用した電流検出素子では変動幅全域を正確に測定することが出来ない。一方、シャント抵抗は実質的にダイナミックレンジが無限大であるため、このような大きな変動幅を有する電流値の測定に適している。

図１に示すように、実施の形態１にかかる半導体装置１は、第１の外部端子Ｔ１、第２の外部端子Ｔ２、第３の外部端子Ｔ３、第４の外部端子Ｔ４、入力制御回路１０、測定部２０、制御回路３０、第１の内部配線ＮＤ１、第２の内部配線ＮＤ２、第３の内部配線ＮＤ３、第４の内部配線ＮＤ４、第５の内部配線ＮＤ５を有する。

また、図１に示すように、バッテリＢＡＴは、電源端子として正極電極と負極電極とを有する。そして、バッテリＢＡＴは、正極電極からバッテリ電圧Ｖｂａｔを出力し、負極電極から接地電圧ＧＮＤを出力する。また、正極電極と負極電極とにはそれぞれ電源配線が接続される。そして、負極電極側の電源配線には、電流測定抵抗（例えば、シャント抵抗ＲＳ）が挿入される。なお、以下の説明では、接地電圧ＧＮＤを伝達する電源配線に対してもＧＮＤの符号を用いる。

第１の外部端子Ｔ１及び第２の外部端子Ｔ２は、シャント抵抗ＲＳの一端とバッテリの電源端子とを接続する電源配線ＧＮＤに接続される。第３の外部端子Ｔ３は、シャント抵抗ＲＳの他端に接続される。第４の外部端子Ｔ４は、接地電源配線に接続され、半導体装置１内の回路に接地電圧ＧＮＤを与える。

また、第２の外部端子Ｔ２とシャント抵抗ＲＳの一端との間には第１の抵抗（例えば、抵抗Ｒ１）が挿入される。第３の外部端子Ｔ３とシャント抵抗ＲＳの他端との間には第２の抵抗（例えば、抵抗Ｒ２）が挿入される。さらに、コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ１と第２の外部端子Ｔ２とを接続するノードと接地電源ノードとの間に接続される。コンデンサＣ２は、抵抗Ｒ２と第３の外部端子Ｔ３とを接続するノードと接地電源ノードとの間に接続される。コンデンサＣ３は、抵抗Ｒ１と第２の外部端子Ｔ２とを接続されるノードと、抵抗Ｒ２と第３の外部端子Ｔ３とを接続するノードと、との間に接続される。抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び、コンデンサＣ１〜Ｃ３はフィルタ回路を構成する。

また、第１の外部端子Ｔ１には第１の内部配線ＮＤ１が接続される。第２の外部端子Ｔ２には第２の内部配線ＮＤ２が接続される。第３の外部端子Ｔ３には第３の内部配線ＮＤ３が接続される。実施の形態１にかかる半導体装置１では、第１の内部配線ＮＤ１〜第３の内部配線ＮＤ３によって半導体装置内の回路に外部端子に生じた電圧を伝達する。

入力制御回路１０は、制御回路３０が出力する制御信号ＣＮＴ１に応じて測定部２０に与える電圧値の伝達経路を切り替えると共に、短絡テスト動作中に計測電流の出力動作とを行う。入力制御回路１０は、第１の電流源１１、第２の電流源１２、経路切替回路１３を有する。

第１の電流源１１は、第２の外部端子に第１の計測電流を出力する。また、第１の電流源１１は、制御信号ＣＮＴ１に含まれる電流制御信号ＣＮＴｉ１に応じて第１の計測電流の大きさを切り替える。本実施の形態では、第１の電流源１１は、電流制御信号ＣＮＴｉ１の値に応じて第１の計測電流を出力するか否かを切り替える。第２の電流源１２は、第３の外部端子に第２の計測電流を出力する。また、第２の電流源１２は、制御信号ＣＮＴ２に含まれる電流制御信号ＣＮＴｉ２に応じて大きさを切り替える。本実施の形態では、第２の電流源１２は、電流制御信号ＣＮＴｉ２の値に応じて第２の計測電流を出力するか否かを切り替える。

なお、第１の電流源１１及び第２の電流源１２は、例えば、図示しない基準電流源にて生成された基準電流を折り返して第２の内部配線ＮＤ２及び第３の内部配線ＮＤ３に与えるカレントミラー回路を有する。そして、第１の電流源１１及び第２の電流源１２は、当該カレントミラー回路を構成するトランジスタのうち第２の内部配線ＮＤ２又は第３の内部配線ＮＤ３に接続されるトランジスタと、第２の内部配線ＮＤ２及び第３の内部配線ＮＤ３との間にスイッチ回路を備え、電流制御信号ＣＮＴｉ１、ＣＮＴｉ２に基づき当該スイッチ回路の開閉状態を切り替えることで、計測電流の出力と停止とを切り替える。また、カレントミラー回路を構成するトランジスタのゲートと電源配線との間にスイッチ回路を設け、流制御信号ＣＮＴｉ１、ＣＮＴｉ２に基づき当該スイッチ回路の開閉状態を切り替えることでも、計測電流の出力と停止とを切り替えることができる。

また、第１の電流源１１が出力する第１の計測電流は、第２の内部配線ＮＤ２を介して抵抗Ｒ１に与えられる。第２の電流源１２が出力する第２の計測電流は、第３の内部配線ＮＤ３を介して抵抗Ｒ２に与えられる。

経路切替回路１３は、第１の内部配線ＮＤ１及び第２の内部配線ＮＤ２と第４の内部配線ＮＤ４及び第５の内部配線ＮＤ５とを接続するか、第２の内部配線ＮＤ２及び第３の内部配線ＮＤ３と第４の内部配線ＮＤ４及び第５の内部配線ＮＤ５とを接続するか、を切り替える。なお、第４の内部配線ＮＤ４及び第５の内部配線ＮＤ５は、測定部２０に接続される配線である。

経路切替回路１３は、第１のスイッチ回路ＳＷ１と、第２のスイッチ回路ＳＷ２と、を有する。第１のスイッチ回路ＳＷ１は、短絡テスト動作中の第１、第２の短絡テスト動作において、第１の内部配線ＮＤ１と第４の内部配線ＮＤ４とを接続し、電流モニタ動作において、第２の内部配線ＮＤ２と第４の内部配線ＮＤ４とを接続する。第２のスイッチ回路ＳＷ２は、短絡テスト動作中の第１、第２の短絡テスト動作において、第２の内部配線ＮＤ２と第５の内部配線ＮＤ５とを接続し、電流モニタ動作において、第３の内部配線ＮＤ３と第５の内部配線ＮＤ５とを接続する。経路切替回路１３は、制御回路３０が出力する制御信号ＣＮＴ１に含まれるスイッチ制御信号ＣＮＴｓ１、ＣＮＴｓ２に応じて上記経路切り替え動作を行う。

測定部２０は、第１の外部端子Ｔ１と第２の外部端子Ｔ２との間の電圧差を測定する。なお、測定部２０は、短絡テスト動作においては、第１の外部端子Ｔ１と第２の外部端子Ｔ２との間の電圧差に対応する測定値を出力するが、電流モニタ動作においては、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間の電圧差に対応する測定値を出力する。

また、測定部２０は、可変ゲインアンプ２１、アナログデジタル変換器２２を有する。可変ゲインアンプ２１は、第４の内部配線ＮＤ４及び第５の内部配線ＮＤ５を介して入力される電圧差を増幅する。また、可変ゲインアンプ２１は、制御回路３０から出力される制御信号ＣＮＴ２に含まれるゲイン制御信号ＣＮＴａによって増幅率を変更する。

アナログデジタル変換器２２は、可変ゲインアンプ２１の出力値をデジタル値に変換する。このデジタル値は、測定値ＤＯＵＴとして出力され、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納される。

制御回路３０は、上位システムからの指示に基づき半導体装置１に電流モニタ動作と、短絡テスト動作とを行わせる。また、制御回路３０は、電流モニタ動作と、短絡テスト動作との検出結果を記憶し、上位システムからの要求に応じて記憶した測定結果を出力する。

制御回路３０は、第３の外部端子Ｔ３への第２の計測電流の出力を制御する。制御回路３０は、動作状態設定レジスタ３１、測定値レジスタ３２を有する。動作状態設定レジスタ３１には、半導体装置１の動作状態を指定する設定値が格納される。測定値レジスタ３２には、測定部２０により出力される測定値が動作状態毎に格納される。そして、制御回路３０は、動作状態設定レジスタ３１に格納された設定値に基づき短絡テスト動作と、電流モニタ動作とを切り替える。また、半導体装置１では、短絡テスト動作において、第１の期間において第１の短絡テスト動作を行い、第２の期間において第２の短絡テスト動作を行うが、制御回路３０は、例えば、内蔵するシーケンサによって、第１の短絡テスト動作と、第２の短絡テスト動作と、を切り替える。また、制御回路３０は、上位システムからの要求に応じて測定値レジスタ３２に格納されている測定値を出力する。

なお、動作状態設定レジスタ３１に格納される設定値は、上位システムからの要求に応じて書き換えられる。そして、制御回路３０は、動作状態設定レジスタ３１の設定値が書き換えられたことに応じて短絡テスト動作と、電流モニタ動作とを行う。

制御回路３０は、第１の短絡テスト動作と第２の短絡テスト動作とで第１の計測電流と第２の計測電流との電流差が異なるように第１の電流源１１及び第２の電流源１２を制御する。実施の形態１では、制御回路３０は、第１の短絡テスト動作を行う第１の期間において、第２の計測電流を第１の計測電流よりも小さくし、第２の短絡テスト動作を行う第２の期間において、第２の計測電流の大きさを第１の期間よりも大きくする。より具体的には、制御回路３０は、短絡テスト動作の第１の短絡テスト動作において第１の電流源により第１の計測電流を出力させ、第２の電流源による第２の計測電流の出力を停止し、第２の短絡テスト動作において第１、第２の電流源により第１、第２の計測電流を出力させる。また、制御回路３０は、短絡テスト動作において、第１のスイッチ回路ＳＷ１により第１の内部配線ＮＤ１と第４の内部配線ＮＤ４とを接続させ、第２のスイッチ回路ＳＷ２により第２の内部配線ＮＤ２と第５の内部配線ＮＤ５とを接続させる。

制御回路３０は、電流モニタ動作においては、第１の電流源１１及び第２の電流源１２による計測電流の出力を遮断するように第１の電流源１１及び第２の電流源１２を制御する。また、制御回路３０は、電流モニタ動作において、第１のスイッチ回路ＳＷ１により第２の内部配線ＮＤ２と第４の内部配線ＮＤ４とを接続させ、第２のスイッチ回路ＳＷ２により第３の内部配線ＮＤ３と第５の内部配線ＮＤ５とを接続させる。

続いて、実施の形態１にかかる半導体装置１の動作について説明する。半導体装置１は、電流モニタ動作と、短絡テスト動作と、を行う。そこで、以下では、半導体装置１の動作を、電流モニタ動作と、短絡テスト動作と、に分けて説明する。ここで、以下の説明では、シャント抵抗ＲＳの抵抗値を０．１ｍΩ、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を２ｋΩと仮定して説明を行う。

まず、電流モニタ動作について説明する。図２に実施の形態１にかかる半導体装置１の電流モニタ動作を説明するためのブロック図を示す。図２に示すように、電流モニタ動作では、第１のスイッチ回路ＳＷ１が第２の内部配線ＮＤ２と第４の内部配線ＮＤ４とを接続し、第２のスイッチ回路ＳＷ２が第３の内部配線ＮＤ３と第５の内部配線ＮＤ５とを接続する。また、電流モニタ動作では、第１の電流源１１及び第２の電流源１２は、計測電流の出力を停止した状態となる。

このとき、バッテリＢＡＴが５０Ａの電流を出力していたとすると、シャント抵抗ＲＳの両端には５ｍＶの大きさを有する電流モニタ電圧が生じる。そのため、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３には、５ｍＶの電圧差が生じる。そして、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間の電圧差は、第２の内部配線ＮＤ２〜第５の内部配線ＮＤ５を介して測定部２０に与えられ、測定部２０は、５ｍＶに対応する値を示す測定値ＤＯＵＴとして出力する。

つまり、半導体装置１は、電流モニタ動作において、シャント抵抗ＲＳに流れる電流の大きさに応じた電流モニタ電圧値に対応する測定値ＤＯＵＴを取得する。取得した測定値ＤＯＵＴは、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納され、上位システムからの要求に応じて上位システムに渡される。

図２に示した例では、シャント抵抗ＲＳを介して接続される第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間に短絡が生じていない正常な状態における電流モニタ動作を説明した。しかし、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間に短絡が生じていた場合、測定結果が小さくなり、誤測定が発生する。そこで、図３に実施の形態１にかかる半導体装置１において端子間ショートが発生している場合の電流モニタ動作を説明するための半導体装置１のブロック図を示す。図３に示す例は、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間が１００Ωの抵抗成分により短絡している例を示すものである。

図３に示すように、電流モニタ電圧が入力される２つの外部端子の間に短絡が生じている場合、抵抗Ｒ１、Ｒ２と２つの外部端子間を短絡させる抵抗成分との合成抵抗と、シャント抵抗ＲＳと、が並列接続される。しかし、シャント抵抗ＲＳの抵抗値が抵抗Ｒ１、Ｒ２に比べて極めて小さいため、シャント抵抗ＲＳ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、短絡抵抗成分の合成抵抗はほぼシャント抵抗ＲＳの抵抗値と同じになる。そのため、シャント抵抗ＲＳの両端に生じる電流モニタ電圧値はほとんど変化しない。しかし、シャント抵抗ＲＳと並列接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２及び短絡抵抗成分の合成抵抗では、シャント抵抗ＲＳの両端に生じる電流モニタ電圧が、合成抵抗を構成する抵抗成分の抵抗比により分圧される。そのため、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間の電圧差は、短絡抵抗成分の抵抗値を抵抗Ｒ１、Ｒ２及び短絡抵抗成分の合成抵抗の抵抗値により除算した値に電流モニタ電圧を乗じた値となる。具体的には、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間の電圧差は、（１００Ω／４．１ｋΩ）×５ｍＶ＝１２２μＶとなる。

このように、シャント抵抗ＲＳにより接続される外部端子の間に短絡が生じると、電流モニタ電圧とは異なる電圧差が、電流モニタ電圧をモニタする外部端子間に入力されるため、誤測定が発生する。実施の形態１にかかる半導体装置１では、短絡テスト動作により、電流モニタ電圧が入力される外部端子間の短絡を検出する。そこで、以下では、短絡テスト動作について説明する。

まず、図４及び図５に、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間に短絡が生じていない場合の短絡テスト動作を説明する実施の形態１にかかる半導体装置１のブロック図を示す。

図４は、実施の形態１にかかる半導体装置１の第１の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。図４に示すように、短絡テスト動作において、半導体装置１は、第１のスイッチ回路ＳＷ１によって第１の内部配線ＮＤ１と第４の内部配線ＮＤ４を接続する。また、半導体装置１は、第２のスイッチ回路ＳＷ２によって第２の内部配線ＮＤ２と第５の内部配線ＮＤ５とを接続する。

そして、半導体装置１は、短絡テスト動作の第１の短絡テスト動作において、第１の電流源１１により第１の計測電流Ｉ１を出力する。図４に示す例では、第１の計測電流Ｉ１は５０μＡの大きさを有する。また、第１の短絡テスト動作では、第２の電流源１２による第２の計測電流Ｉ２の出力は停止された状態となる。

この第１の計測電流Ｉ１は、第２の内部配線ＮＤ２を介して抵抗Ｒ１に流れる。その後、第１の計測電流Ｉ１は、バッテリＢＡＴに流れる。このとき、第１の計測電流Ｉ１は、電源配線ＧＮＤにおいて、シャント抵抗ＲＳを介してバッテリＢＡＴに流れる電流と合成されるが、シャント抵抗ＲＳに流れる電流に対して第１の計測電流Ｉ１は、非常に小さいため、シャント抵抗ＲＳに流れる電流の誤差の範囲内の電流としてバッテリＢＡＴに流れ込む。

そして、第１の計測電流Ｉ１によって、抵抗Ｒ１には１００ｍＶの電圧差が生じる。この電圧差は、第１の外部端子Ｔ１と、第２の外部端子Ｔ２との間に生じ、第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２を介して測定部２０に入力される。したがって、測定部２０は、抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧差（１００ｍＶ）に対応する測定値ＤＯＵＴを出力する。この測定値ＤＯＵＴは、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納される。

続いて、図５に、実施の形態１にかかる半導体装置１の第２の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図を示す。図５に示すように、第２の短絡テスト動作では、経路切替回路１３により形成される電圧入力経路は同じであるため、ここでは、第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２に関する説明を省略する。

第２の短絡テスト動作では、第１の電流源１１及び第２の電流源１２がいずれも計測電流を出力する。このとき、第１の電流源１１が出力する第１の計測電流Ｉ１と第２の電流源１２が出力する第２の計測電流Ｉ１は、第１の短絡テスト動作と第２の短絡テスト動作とで計測される電圧差の比較を容易にするために、第１の短絡テスト動作のときの第１の計測電流Ｉ１と同じ大きさであることが好ましい。なお、第１の計測電流Ｉ１及び第２の計測電流Ｉ２の大きさは、第１の短絡テスト動作と第２の短絡テスト動作との間で電流量の差が異なっていれば良く、必ずしも同じ大きさである必要はない。

第２の短絡テスト動作では、第１の計測電流Ｉ１は、第２の内部配線ＮＤ２を介して抵抗Ｒ１に与えられる。また、第２の計測電流Ｉ２は、第３の内部配線ＮＤ３を介して抵抗Ｒ２に与えられる。これにより、抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端には、それぞれ１００ｍＶの電圧差が生じる。

そして、第２の短絡テスト動作においても、経路切替回路１３により形成される電圧差入力経路が第１の短絡テスト動作と同じであるため、測定部２０に入力される電圧差は、抵抗Ｒ１の両端の電圧差である。このとき、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間に短絡が生じていなければ、第１の短絡テスト動作と第２の短絡テスト動作とで抵抗Ｒ１に流れる電流の大きさが同じになるため、抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧差は、第１の短絡テスト動作と第２の短絡テスト動作とで同じ値（１００ｍＶ）になる。従って、第２の短絡テスト動作においても、端子間ショートが発生していなければ、測定部２０が出力する測定値ＤＯＵＴは、第１の短絡テスト動作と同じになる。第２の短絡テスト動作で測定部２０が出力した測定値ＤＯＵＴは、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納される。つまり、第２の短絡テスト動作終了時においては、測定値レジスタ３２に第１の短絡テスト動作で取得された測定結果と、第２の短絡テスト動作で取得された測定結果と、が格納される。

そして、上位システムは、制御回路３０から第１の短絡テスト動作で取得された測定結果と、第２の短絡テスト動作で取得された測定結果と、を取得し、２つの測定結果の差に基づき端子間ショートの有無を判断することができる。なお、図４、図５に示す例の場合、上位システムは、２つの測定結果に差がないことから端子間ショートは発生していないと判断する。

次いで、図６及び図７に、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間が０Ωで短絡している場合の短絡テスト動作を説明する実施の形態１にかかる半導体装置１のブロック図を示す。なお、端子間に短絡が生じている場合においても、半導体装置１の回路の接続関係及び動作する回路ブロックは図４及び図５に示す例と同じである。そのため、半導体装置１では、回路の接続関係及び動作する回路ブロックについての説明は図６、図７に関する説明では省略する。

図６は、０Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかる半導体装置１の第１の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。図６に示すように、端子間がショートしている場合、第１の計測電流Ｉ１は、短絡部分を介して抵抗Ｒ２にも流れる。このとき、端子間が０Ωでショートしている場合、抵抗Ｒ１を通る電流パスのインピーダンスと、抵抗Ｒ２を通る電流パスのインピーダンスとがほぼ同じである。そのため、第１の計測電流Ｉ１は、抵抗Ｒ１を通る電流パスと、抵抗Ｒ２を通る電流パスとにそれぞれほぼ均等に流れる。図６に示す例では、抵抗Ｒ１を通る電流パスと、抵抗Ｒ２を通る電流パスとにそれぞれ２５μＡが流れる。

従って、抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧及び抵抗Ｒ２の両端に生じる電圧は、ともに５０ｍＶ程度となる。そして、抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧差が、第１の外部端子Ｔ１と、第２の外部端子Ｔ２との間に生じ、第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２を介して測定部２０に入力される。従って、測定部２０は、抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧差（５０ｍＶ）に対応する測定値ＤＯＵＴを出力する。この測定値ＤＯＵＴは、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納される。

続いて、図７に、０Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかる半導体装置１の第２の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図を示す。図７に示すように、第２の短絡テスト動作では、第１の計測電流Ｉ１は、第２の内部配線ＮＤ２を介して抵抗Ｒ１に与えられる。また、第２の計測電流Ｉ２は、第３の内部配線ＮＤ３を介して抵抗Ｒ２に与えられる。このとき、図７に示す例では、短絡箇所にはほとんど電流は流れない。これは、第１の計測電流Ｉ１と第２の計測電流Ｉ２とにより抵抗Ｒ１を通る電流パスに生じる電圧と、抵抗Ｒ２を通る電流パスに生じる電圧と、がほぼ同じであるため、第２の外部端子Ｔ２の電圧と、第３の外部端子Ｔ３の電圧とがほぼ同じになるためである。これにより、抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端には、それぞれ１００ｍＶの電圧差が生じる。

そして、第２の短絡テスト動作においても、経路切替回路１３により形成される電圧差入力経路が第１の短絡テスト動作と同じであるため、測定部２０に入力される電圧差は、抵抗Ｒ１の両端の電圧差である。つまり、図７に示す例では、第２の短絡テスト動作において測定部２０が出力する測定値ＤＯＵＴは、１００ｍＶとなる。そして、第２の短絡テスト動作で測定部２０が出力した測定値は、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納される。つまり、第２の短絡テスト動作終了時においては、測定値レジスタ３２に第１の短絡テスト動作で取得された測定結果と、第２の短絡テスト動作で取得された測定結果と、が格納される。

そして、上位システムは、制御回路３０から第１の短絡テスト動作で取得された測定結果と、第２の短絡テスト動作で取得された測定結果と、を取得し、２つの測定結果の差に基づき端子間ショートの有無を判断することができる。なお、図６、図７に示す例の場合、上位システムは、２つの測定結果に５０ｍＶの差があることから端子間ショートが発生していると判断する。つまり、実施の形態１にかかる半導体装置１を用いることで、端子間の短絡の有無により抵抗Ｒ１に生じる電圧差に差異を生じさせ、かつ、第１の短絡テスト動作と第２の短絡テスト動作とで抵抗Ｒ１に生じる電圧の違いに基づき端子間の短絡を認識できる。つまり、第１の計測電流Ｉ１と第２の計測電流Ｉ２の大きさは、上記した抵抗Ｒ１に生じる電圧差を作り出すことが出来ればよく、必ずしも同じ大きさである必要はない。

次いで、図８及び図９に、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間が１００Ωで短絡している場合の短絡テスト動作を説明する実施の形態１にかかる半導体装置１のブロック図を示す。なお、端子間が１００Ωの抵抗成分により短絡している場合においても、半導体装置１の回路の接続関係及び動作する回路ブロックは図４及び図５に示す例と同じである。そのため、半導体装置１では、回路の接続関係及び動作する回路ブロックについての説明は図８、図９に関する説明では省略する。

図８は、１００Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかる半導体装置１の第１の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図である。図８に示すように、端子間がショートしている場合、第１の計測電流Ｉ１は、短絡部分を介して抵抗Ｒ２にも流れる。このとき、端子間が１００Ωでショートしている場合、抵抗Ｒ１を通る電流パスのインピーダンスは約２ｋΩであり、抵抗Ｒ２を通る電流パスのインピーダンスは約２．１ｋΩである。そのため、第１の計測電流Ｉ１は、２つのパスのインピーダンス比に応じて、抵抗Ｒ１を通る電流パスには２５．６μＡが流れ、抵抗Ｒ２を通る電流パスには２４．４μＡが流れる。

従って、抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧差は５１．２ｍＶ程度となり、抵抗Ｒ２の両端に生じる電圧差は４８．８ｍＶ程度となる。そして、抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧差が、第１の外部端子Ｔ１と、第２の外部端子Ｔ２との間に生じ、第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２を介して測定部２０に入力される。従って、測定部２０は、抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧差（５１．２ｍＶ）に対応する測定値ＤＯＵＴを有する出力信号ＤＯＵＴを出力する。この測定値ＤＯＵＴは、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納される。

続いて、図９に、１００Ωで端子間ショートが発生している場合における実施の形態１にかかる半導体装置１の第２の短絡テスト動作の動作を説明するためのブロック図を示す。図９に示すように、第２の短絡テスト動作では、第１の計測電流Ｉ１は、第２の内部配線ＮＤ２を介して抵抗Ｒ１に与えられる。また、第２の計測電流Ｉ２は、第３の内部配線ＮＤ３を介して抵抗Ｒ２に与えられる。このとき、図９に示す例では、短絡箇所にはほとんど電流は流れない。これは、第１の計測電流Ｉ１と第２の計測電流Ｉ２とにより抵抗Ｒ１を通る電流パスに生じる電圧と、抵抗Ｒ２を通る電流パスに生じる電圧と、がほぼ同じであるため、第２の外部端子Ｔ２の電圧と、第３の外部端子Ｔ３の電圧とがほぼ同じになるためである。これにより、抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端には、それぞれ１００ｍＶの電圧差が生じる。

そして、第２の短絡テスト動作においても、経路切替回路１３により形成される電圧差入力経路が第１の短絡テスト動作と同じであるため、測定部２０に入力される電圧差は、抵抗Ｒ１の両端の電圧差である。つまり、図９に示す例では、第２の短絡テスト動作において測定部２０が出力する測定値ＤＯＵＴは、１００ｍＶとなる。そして、第２の短絡テスト動作で測定部２０が出力した測定値ＤＯＵＴは、制御回路３０の測定値レジスタ３２に格納される。つまり、第２の短絡テスト動作終了時においては、測定値レジスタ３２に第１の短絡テスト動作で取得された測定結果と、第２の短絡テスト動作で取得された測定結果と、が格納される。

そして、上位システムは、制御回路３０から第１の短絡テスト動作で取得された測定結果と、第２の短絡テスト動作で取得された測定結果と、を取得し、２つの測定結果の差に基づき端子間ショートの有無を判断することができる。なお、図８、図９に示す例の場合、上位システムは、２つの測定結果に４８．８ｍＶの差があることから端子間ショートが発生していると判断する。

上記説明より、実施の形態１にかかる半導体装置１では、シャント抵抗ＲＳを介して接続される２つの外部端子（例えば、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３）間の短絡を検出する短絡テスト動作を行う。この短絡テスト動作において、半導体装置１は、第１の短絡テスト動作にかかる動作と、第２の短絡テスト動作にかかる動作とを行う。

また、半導体装置１には、第２の外部端子Ｔ２とシャント抵抗ＲＳの一端との間に接続される抵抗Ｒ１と、第３の外部端子Ｔ３とシャント抵抗ＲＳの他端との間に接続される抵抗Ｒ２と、を有する周辺回路が接続される。

そして、半導体装置１は、第２の外部端子Ｔ２を介して抵抗Ｒ１に接続される第２の内部配線ＮＤ２と、第３の外部端子Ｔ３を介して抵抗Ｒ２に接続される第３の内部配線ＮＤ３とを有する。また、半導体装置１は、シャント抵抗ＲＳに接続され、かつ、抵抗Ｒ１、Ｒ２による電圧変動の影響を受けない第１の外部端子Ｔ１を有する。

そして、半導体装置１は、第１の短絡テスト動作において第１の計測電流Ｉ１を第２の内部配線ＮＤ２に出力すると共に、第３の内部配線ＮＤ３に対する第２の計測電流Ｉ２の出力を停止する。また、半導体装置１は、第１の短絡テスト動作において第１の計測電流Ｉ１を第２の内部配線ＮＤ２に出力すると共に、第２の計測電流Ｉ２を第３の内部配線ＮＤ３に出力する。このとき、半導体装置１は、第１、第２の短絡テスト動作の両方の動作状態において、第１の外部端子Ｔ１の電圧と、第２の外部端子Ｔ２とを介して抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧差を取得する。

これにより、半導体装置１では、第２の外部端子Ｔ２と第３の外部端子Ｔ３との間に短絡が生じていた場合には、第１の短絡テスト動作と、第２の短絡テスト動作とで異なる電圧差を検出することができる。

シャント抵抗ＲＳのように、配線抵抗に近い程度の小さな抵抗値を有する抵抗値の両端に発生する電圧差をモニタする端子間の短絡を検出する場合、短絡により生じる短絡抵抗成分がシャント抵抗ＲＳの両端に生じる電流モニタ電圧に与える影響が極めて小さい。そのため、シャント抵抗ＲＳに生じる電流モニタ電圧だけでは端子間の短絡を検出することはできない。一方、端子間に短絡が生じている場合、シャント抵抗ＲＳの電流モニタ電圧が入力される外部端子とシャント抵抗ＲＳとの間に接続される周辺回路に起因して、外部端子の間の電圧差が低下し、電流モニタ電圧の誤測定が発生する問題がある。

しかし、実施の形態１にかかる半導体装置１によれば、短絡テスト動作によって、シャント抵抗ＲＳのような小さな抵抗値を有する抵抗によって接続される端子間の短絡を検出することができる。

また、実施の形態１にかかる半導体装置１では、２つの電流源と２つのスイッチ回路を備えるのみで上述したような端子間の短絡を検出できる。つまり、短絡テスト動作に必要な回路は、非常に少ないため、端子間短絡検出機能を追加しても半導体装置１は、回路規模の増大を抑制することができる。

なお、半導体装置１の回路構成については、種々の変形例が考えられる。そこで、半導体装置１の第１の変形例となる半導体装置１ａのブロック図を図１０に示す。図１０に示した半導体装置１ａは、半導体装置１の第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２の変形例を示すものである。バッテリ状態監視状態１ａは、第１のスイッチ回路ＳＷ１をスイッチ回路ＳＷａ、ＳＷｂの２つのスイッチ回路により構成する。また、バッテリ状態監視状態１ａは、第２のスイッチ回路ＳＷ２をスイッチ回路ＳＷｃ、ＳＷｄの２つのスイッチ回路により構成する。そして、バッテリ状態監視状態１ａは、制御信号ＣＮＴ１に含まれるＣＮＴｓａ〜ＣＮＴｓｄにより、スイッチ回路ＳＷａ、ＳＷｃの組と、スイッチ回路ＳＷｂ、ＳＷｄの組とを排他的に制御する。これにより、バッテリ状態監視状態１ａは、半導体装置１と同様の動作を行うことができる。なお、図１０では、それぞれ２つのスイッチ回路により構成した第１のスイッチ回路ＳＷ１及び第２のスイッチ回路ＳＷ２を有する入力制御回路に１０ａの符号を付し、経路切替回路に１３ａの符号を付した。

続いて、図１１に実施の形態１にかかる半導体装置１の第２の変形例となる半導体装置１ｂのブロック図を示す。図１１に示すように、バッテリ状態監視状態１ｂは、測定部２０の変形例となる測定部２０ａを有する。測定部２０ａは、可変ゲインアンプ２１の入力側経路と、出力側経路と、にそれぞにチョッピング回路２３、２４を設けたものである。チョッピング回路２３、２４は、可変ゲインアンプ２１の２つの入力、及び、２つの出力の経路を切り替えるものである。チョッピング回路２３、２４は、制御信号ＣＮＴ２に含まれるチョッピング制御信号ＣＮＴｃ１、ＣＮＴｃ２により制御される。

このチョッピング回路２３、２４を設けることで、例えば、シャント抵抗ＲＳの両端に発生する電圧の大小関係が逆転した場合においても、アナログデジタル変換器２２に同じ極性の電圧差を出力することができる。バッテリＢＡＴは鉛電池であり、充電時と放電時で電流の流れる方向が異なる。そのため、このようなチョッピング回路を用いることでアナログデジタル変換器２２に電流モニタ電圧の絶対値を示す測定値ＤＯＵＴを出力させることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１で説明した半導体装置１を含むバッテリ状態監視モジュールについて説明する。図１２にバッテリ状態監視モジュールＢＳＭのブロック図を示す。図１２に示すように、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、バッテリ状態監視装置４０、演算回路４１、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）インタフェース４２を有する。また、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、測定対象の電圧及び電流の計測に用いる周辺回路として、電流検出抵抗（例えば、シャント抵抗ＲＳ）、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、サーミスタＴＨ、コンデンサＣ５〜Ｃ６、ダイオードＤを有する。

実施の形態２にかかるバッテリ状態監視装置４０は、実施の形態１にかかる半導体装置１に相当する回路として電流モニタ電圧測定回路２及び制御回路３０ａを有する。制御回路３０ａは、図１に示した実施の形態１にかかる制御回路３０の機能を含む制御回路である。また、電流モニタ電圧測定回路２は、図１に示した実施の形態１の半導体装置１の入力制御回路１０及び測定部２０を有するものである。なお、実施の形態２にかかるバッテリ状態監視モジュールＢＳＭの説明では、実施の形態１にかかる半導体装置１の説明で説明した部分については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

また、バッテリ状態監視装置４０は、電流モニタ電圧測定回路２に加えて、電源回路５０、温度センサ５１、モニタ回路（例えば、バッテリ状態計測部５２）、通信インタフェース５５、を有する。電源回路５０は、コンデンサＣ５、Ｃ６及びダイオードＤにより構成される降圧回路によってバッテリ電圧Ｖｂａｔを降圧した電源電圧Ｖｂから内部電圧ＶＤＤｉ及びモジュール電源電圧ＶＤＤｅを生成する。内部電圧ＶＤＤｉは、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭに内蔵される回路の動作電圧として利用される。モジュール電源電圧ＶＤＤｅは、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭ内に設けられる演算回路４１、ＬＩＮインタフェース４２及びサーミスタＴＨの動作電圧として利用される。

実施の形態２にかかるバッテリ状態監視モジュールＢＳＭでは、バッテリ状態監視装置４０の外部にサーミスタＴＨを設け、当該サーミスタＴＨにより直接バッテリＢＡＴの温度を測定する。サーミスタＴＨは、温度に応じて抵抗値が変化する素子である。バッテリ状態監視モジュールＢＳＭでは、接地電圧ＧＮＤとモジュール電源電圧ＶＤＤｅとの電圧差をサーミスタＴＨと抵抗Ｒ５とで分圧してバッテリ環境温度値（例えば、温度センス電圧）を生成する。このバッテリ環境温度値は、バッテリＢＡＴの環境温度に対応する値である。

温度センサ５１は、バッテリ状態監視装置４０が形成される半導体基板の温度に対応する基板環境温度値（例えば、基板温度電圧）を出力する。バッテリ状態監視モジュールＢＳＭをバッテリＢＡＴの近傍に設置することで、当該バッテリ状態監視モジュールＢＳＭのバッテリ状態監視装置４０の半導体基板の温度を概ねバッテリＢＡＴの環境温度を反映したものとすることができる。そのため、サーミスタＴＨを用いずに温度センサ５１により生成される基板温度電圧をバッテリ環境温度値とすることもできる。このような形態とすることで、別途温度センサを設ける必要がないため、部品数の削減による故障率の低減及びコストの低減を実現することができる。

バッテリ状態計測部５２は、少なくとも、前記バッテリの電圧に応じて変動するバッテリ電圧値と、バッテリの温度に対応するバッテリ環境温度値と、を測定値として出力する。より具体的には、バッテリ状態計測部５２は、測定対象の温度及び電圧に関する情報の取り込みと、取り込んだ情報のデジタル化とを行う。バッテリ状態計測部５２は、セレクタ５３、状態モニタ部５４を有する。

セレクタ５３は、制御回路３０ａから出力される制御信号ＣＮＴ３に応じてバッテリ電圧Ｖｂａｔ、モジュール電源電圧Ｖｂａｔ及び温度センス電圧のいずれか一つを選択して状態モニタ部５４に与える。状態モニタ部５４は、例えば、可変ゲインアンプと、アナログデジタル変換器と、を備える回路ブロックである。可変ゲインアンプは、制御回路３０ａから出力される制御信号ＣＮＴ４に応じてゲインが設定される。そして、状態モニタ部５４は、セレクタ５３から出力された電圧値に対応する測定値を出力する。状態モニタ部５４によって出力された測定値は、制御回路３０ａの測定値レジスタ３２ａに格納される。

制御回路３０ａは、動作状態設定レジスタ３１ａを備え、当該動作状態設定レジスタ３１ａの設定値に従って、シーケンサ等の測定値決定回路を動作させる。そして、制御回路３０ａは、当該測定値決定回路によって決定された測定対象の電圧を指定する制御信号ＣＮＴ３と、測定対象の電圧に対応したゲインを指定する制御信号ＣＮＴ４を出力する。

なお、図１２に示す例では、バッテリ電圧Ｖｂａｔと、バッテリ環境温度値と、基板温度電圧とを測定対象とする。このとき、バッテリＢＡＴの正極端子と負極端子との間に直列に接続された抵抗Ｒ３、Ｒ４によりバッテリ電圧Ｖｂａｔを分圧した電圧をバッテリ電圧Ｖｂａｔとしてバッテリ状態計測部５２に入力する。このように、測定対象のバッテリ電圧Ｖｂａｔを分圧することで、モジュール電源電圧ＶＤＤｅ以上の大きさを有するバッテリ電圧Ｖｂａｔを、モジュール電源電圧ＶＤＤｅを動作電圧として利用するバッテリ状態計測部５２の動作範囲内で精度良く測定することができる。また、抵抗Ｒ５と、サーミスタＴＨとを直列に接続したが、これによりサーミスタＴＨの抵抗値の変動を反映したバッテリ環境温度値を生成することができる。

通信インタフェース５５は、演算回路４１において規定されている通信プロトコルに従って、制御回路３０ａと演算回路４１との間の通信処理を行う。

演算回路４１は、バッテリ状態監視装置４０により測定された電流モニタ電圧値を含む測定結果に基づきバッテリＢＡＴの状態を判定し、上位システムからの要求に応じて判定結果を送信する。より具体的には、演算回路４１は、電流モニタ電圧値と、バッテリ電圧値と、バッテリ環境温度値と、に基づきバッテリＢＡＴの状態を判定する。演算回路４１におけるバッテリＢＡＴの状態判定方法の詳細については後述する。

ＬＩＮインタフェース４２は、ＬＩＮプロトコルに従って、上位システムと演算回路４１との間の通信を行う。従来から車載ネットワークでは、ＣＡＮ（Controller Area Network）が多く利用されてきた。ＣＡＮプロトコルは、パワートレイン制御やシャシー制御を行うために策定されたプロトコルであり高い通信速度や高い信頼性を実現できる。しかし、センサやアクチュエータなどのサブネットワーク通信では、パワートレイン制御やシャシー制御ほど通信速度や信頼性は必要とされない。ＬＩＮプロトコルは、このようにセンサ制御やアクチュエータ制御のためのコマンド送受信をＣＡＮプロトコルよりも安価なシステムでネットワークを用いて構築できるプロトコルとして策定されたものである。

続いて、実施の形態２にかかるバッテリ状態監視モジュールＢＳＭによる電流モニタ動作について説明する。バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、バッテリの寿命判断を行う。この判断は、演算回路４１がバッテリ状態監視装置４０において取得した値に基づき行われる。そこで、まず、バッテリＢＡＴの特性について説明する。なお、以下の説明では、電極材に鉛を含む自動車用バッテリをバッテリＢＡＴとして利用する例について説明する。

図１３にバッテリＢＡＴの特性の経年変化を説明するためのグラフを示す。図１３に示したグラフでは、バッテリＢＡＴの容量とインピーダンスの経年変化を表したものである。図１３に示すように、バッテリＢＡＴは、使用期間が長くなるにつれて容量値が使用開始時よりも低下する。また、バッテリＢＡＴは、使用期間が長くなるにつれて出力インピーダンスが徐々に大きくなる。このとき、出力インピーダンスと、容量値とが交差する時点までの期間がバッテリＢＡＴの寿命として規定される。

また、図１４に、バッテリＢＡＴの電流出力特性を説明するためのグラフを示す。図１４に示すように、バッテリＢＡＴは、温度が低いほど電流出力時のバッテリ電圧Ｖｂａｔの低下が大きくなる。また、バッテリＢＡＴは、出力電流が大きくなるほどバッテリ電圧Ｖｂａｔの電圧低下が大きくなる。

図１３及び図１４より、バッテリＢＡＴの寿命を計算する場合には、その時点での出力電流及びバッテリ電圧Ｖｂａｔに温度に関する情報を加味する必要があることが分かる。

続いて、バッテリＢＡＴの寿命の計算方法について説明する。図１５にバッテリの性能指標を説明するための図を示す。図１５に示すように、バッテリＢＡＴには、蓄電容量を示す指標として初期満充電容量、充電率、劣化率、及び、劣化により取り出せない容量がある。そして、バッテリＢＡＴの性能指標は、これらの値から算出することができる。

ここで、バッテリＢＡＴは劣化により電極が劣化し、蓄電容量が減少する。この減少した容量が劣化により取り出せない容量である。初期満充電容量は、バッテリの初期状態で充電可能な電荷量を示す値である。充電率は、初期満充電容量に対する現時点での充電量を示す値である。劣化率は、初期満充電容量に対する利用可能な電荷量の割合を示す値である。なお、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）及び劣化率（ＳＯＨ：State of Health）は以下の（１）式及び（２）式により算出される。
ＳＯＣ＝残容量（Ａｈ）／初期満充電容量（Ａｈ）×１００・・・（１）
ＳＯＨ＝劣化時の満充電容量／初期満充電容量（Ａｈ）×１００・・・（２）

バッテリＢＡＴの充電量は、バッテリＢＡＴの充放電量をモニタすることで求めることができる。実施の形態２にかかるバッテリ状態監視モジュールＢＳＭでは、電流モニタ電圧測定回路２を用いてバッテリＢＡＴの充放電量を監視し、当該監視結果に基づき上記充電率及び劣化率を算出する。また、放電性能は、充電率と劣化率とから求められる指標である。そこで、充電率及び劣化率と、放電性能（ＳＯＦ：State of Function）と、の関係を示すグラフを図１６に示す。図１６に示すように、放電性能は、グラフの右上に行くほど良い値を示す。より具体的には、放電性能は、劣化率が低く（値が大きく）充電率が高い（値が大きい）場合に高くなるという特徴を有する。また、放電性能は、劣化率が高い（値が小さい）又は充電率が低い（値が小さい）場合には小さくなるという特徴を有する。

また、演算回路４１は、バッテリ性能の判定処理を行う時点におけるバッテリ電圧Ｖｂａｔとバッテリ環境温度とを加味して、バッテリの性能判断を行う。例えば、演算回路４１は、判定処理時点でのバッテリ環境温度が低ければ、算出された放電性能の値に対たいして、バッテリ状態が良好と判断するバッテリ電圧Ｖｂａｔの閾値を高めに設定する等の処理を行う。

上記説明より、実施の形態２にかかるバッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、電流モニタ電圧測定回路２を用いて電流値をモニタすることで、バッテリＢＡＴの放電性能の演算を精度よく行うことが出来る。また、電流モニタ電圧測定回路２は、実施の形態１にかかる半導体装置１と同様に端子間短絡を検出することが出来るため、この短絡テスト動作を行うことで、測定結果の信頼性を向上させることができる。

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態２にかかるバッテリ状態監視装置（例えば、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭ）を含む車輌システムについて説明する。実施の形態３にかかる車輌システムでは、車輌が停止している期間にエンジンを停止させ、再発進時にエンジンの再始動を行うアイドリングストップ機能を有する。このアイドリングストップ機能では、車輌が停止状態から走行状態に移行する毎にセルモーターによるエンジンの再始動が必要になるため、バッテリの寿命管理が非常に重要である。

実施の形態３にかかる車輌システムのブロック図を図１７に示す。図１７に示すように、実施の形態３にかかる車輌システムは、実施の形態２にかかるバッテリ状態監視モジュールＢＳＭに加えて、バッテリＢＡＴ、オルタネーターＡＬＴ、中央制御装置ＥＣＵ、負荷回路ＬＤａ〜ＬＤｃ、エンジン、スイッチ回路ＳＷｐ１、ＳＷｐ２を有する。

なお、負荷回路ＬＤａは、エアコン等の常時動作する電子回路である。負荷回路ＬＤｂは、セルモーターと、当該セルモーターを制御する回路と、を含む。負荷回路ＬＤｃは、エンジンを制御する回路である。また、スイッチ回路ＳＷｐ１、ＳＷｐ２は、負荷回路ＬＤｂ及び負荷回路ＬＤｃへの電力の供給と遮断とを切り替える。このスイッチ回路ＳＷｐ１、ＳＷｐ２は中央制御装置ＥＣＵから出力されるスイッチ制御信号Ｓ２により開閉状態が制御される。また、中央制御装置ＥＣＵは、制御信号Ｓ１によりオルタネーターＡＬＴを発電状態と、発電停止状態と、を切り替える。例えば、中央制御装置ＥＣＵは、エンジンの始動時にはエンジンの負荷を軽減するためにオルタネーターによる発電を停止させる。

車輌システムでは、オルタネーターＡＬＴをエンジンにより動作させて発電を行う。オルタネーターＡＬＴで発電された電力はバッテリＢＡＴに充電される。また、車輌システムでは、バッテリＢＡＴを用いて各種負荷回路に対する電力供給を行う。

中央制御装置ＥＣＵは、外部イグニッション信号ＩＧＮｅ、アクセル信号ＡＣＣ、ブレーキ信号ＢＲＫにより指示される車輌制御値に基づきエンジンを制御する。より具体的には、外部イグニッション信号ＩＧＮｅは、利用者がカギを用いて車輌に始動指示を与えた場合にイネーブルになる信号である。アクセル信号ＡＣＣは、利用者のアクセル操作を反映した値を有する信号である。ブレーキ信号ＢＲＫは、利用者のブレーキの押し下げ量に応じた値を有する信号である。中央制御装置ＥＣＵは、これらの信号に応じて、セルモーター及びエンジンを制御する。

また、中央制御装置ＥＣＵは、エンジン及びセルモーターを制御する電子負荷回路に対してエンジンの始動及び停止を指示する内部イグニッション信号を出力する。中央制御装置ＥＣＵは、外部イグニッション信号ＩＧＮｅがイネーブル信号になったことに応じて内部イグニッション信号ＩＧＮｉをイネーブル状態とする。内部イグニッション信号ＩＧＮｉは、ＣＡＮバスＣＢを介して負荷回路ＬＤｂに与えられる。これにより、セルモーターは、始動を開始する。また、内部イグニッション信号ＩＧＮｉは、ＣＡＮバスＣＢを介して負荷回路ＬＤａにも与えられる。負荷回路ＬＤｃは、内部イグニッション信号ＩＧＮｉに従って、エンジンに供給する燃料量の制御及びスロットルの開閉制御等を行う。

また、中央制御装置ＥＣＵは、ＬＩＮバスＬＢによってバッテリ状態監視モジュールＢＳＭと接続される。中央制御装置ＥＣＵは、車輌が停車状態となったことに応じて内部イグニッション信号ＩＧＮｉによりエンジンを停止状態に移行させると共にバッテリ状態監視モジュールＢＳＭに対して短絡テスト動作と電流モニタ動作とによるバッテリの診断処理を指示する。また、中央制御装置ＥＣＵは、車輌を停車状態から走行状態に移行させる場合には内部イグニッション信号ＩＧＮｉによりセルモーター及びエンジンを始動させると共に、バッテリの前記診断処理の結果を受信する。

また、中央制御装置ＥＣＵは、受信した診断処理の結果がバッテリＢＡＴの能力がエンジンの再始動に不十分な場合は、外部から入力される外部イグニッション信号が停車状態に移行することを示すまでの間、車輌の状態によらずエンジンの動作状態に維持する。つまり、中央制御装置ＥＣＵは、バッテリＢＡＴの能力がエンジンの再始動に不十分な場合はアイドリングストップ機能を無効化する。

ここで、実施の形態３にかかる車輌システムの動作について説明する。まず、車輌システムにおけるエンジン始動時のバッテリの電流及び電圧の変動を説明するためのグラフを図１８に示す。図１８に示すように、車輌システムでは、イグニッション信号（例えば、、内部イグニッション信号ＩＧＮｉ）がオン状態（例えば、イネーブル状態）となったことに応じてセルモーターを動作させる。セルモーターは、始動時に最大で１５００Ａ程度の大きさとなる電流を消費する。そのため、セルモーター始動ににはバッテリ電圧Ｖｂａｔは大きく低下する。そして、エンジンが始動すると、中央制御装置ＥＣＵはセルモーターを停止してエンジンを動作させる。これにより、バッテリＢＡＴからの出力電流が小さくなると共に、バッテリ電圧Ｖｂａｔが回復する。

また、実施の形態３にかかる車輌システムにおける充放電動作を説明するためのタイミングチャートを図１９に示す。図１９に示すように、実施の形態３にかかる車輌システムは、停止時には、アイドリングストップ機能によってエンジンが停止するため、オルタネーターによる発電が停止する。そのため、実施の形態３にかかる車輌システムでは、停車状態においてはバッテリＢＡＴからの放電により車輌システムの電子機器を動作させる。また、実施の形態３にかかる車輌システムでは、エンジン始動時にセルモーターにより多くの電流が消費される。

また、実施の形態３にかかる車輌システムでは、走行時にはエンジンによりオルタネーターを動作させることができるため、オルタネーターによる充電が行われる。

続いて、実施の形態３にかかる車輌システムの動作を説明するタイミングチャートを図２０に示す。図２０に示すように、実施の形態３にかかる車輌システムは、車輌システムに対するキーオンに応じて外部イグニッション信号ＩＧＮｅをイネーブル状態とし、当該外部イグニッション信号ＩＧＮｅに応じて中央制御装置ＥＣＵはシステム全体の初期化処理を行う。そして、初期化処理が終了したことに応じて、中央制御装置ＥＣＵは、内部イグニッション信号ＩＧＮｉをイネーブル状態とする。これにより、車輌システムは、セルモーターを動作させてエンジンを始動する。

続いて、車輌システムは、エンジンによる走行状態に移行する。そして、車輌が停車状態となったことに応じて、中央制御装置ＥＣＵは、内部イグニッション信号ＩＧＮｉをディスイネーブルとしてエンジンを停止状態とする。その後、車輌が走行状態に移行する場合、中央制御装置ＥＣＵは、内部イグニッション信号ＩＧＮｉをイネーブル状態としてセルモーターを動作させことでエンジンを始動させる。

さらに、車輌システムは、車輌が停止状態かつ外部イグニッション信号ＩＧＮｅがディスイネーブル状態となったことに応じて、内部イグニッション信号ＩＧＮｉをディスイネーブル状態としてエンジンを停止すると共に、車輌システムをスリープ状態とする。

実施の形態３にかかる車輌システムでは、図２０に示した動作を行うに当たり、エンジンを停止状態とする前に、中央制御装置ＥＣＵによってバッテリ状態監視モジュールＢＳＭからバッテリの診断結果を受信し、次の停車時にアイドリングストップ機能によるエンジン停止を行うか否かを判断する。これにより、実施の形態３にかかる車輌システムでは、バッテリＢＡＴの寿命が尽きたことによるエンジンの再始動不良を防止する。

そこで、実施の形態３にかかる車輌システムにおける診断処理の動作を説明するフローチャートを図２１に示す。図２３に示すように、実施の形態３にかかる車輌システムでは、外部イグニッション信号ＩＧＮｅがディスイネーブル状態（例えば、オフ状態）又は、車輌が停車状態となったことに応じて中央制御装置ＥＣＵが内部イグニッション信号ＩＧＮｉをディスイネーブル状態（例えば、オフ状態）とする。これにより、エンジンは停止する。また、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、内部イグニッション信号ＩＧＮｉがディスイネーブル状態となったことに応じて、短絡テスト動作と電流モニタ動作とを少なくとも実行する。この短絡テスト動作及び電流モニタ動作は、実施の形態１にかかる半導体装置１の入力制御回路１０及び測定部２０を用いて行われるものである。また、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、得られた計測値に基づき、実施の形態２にかかる演算回路４１によるバッテリの診断を行う。

そして、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、診断結果を、例えば、演算回路４１のメモリに格納し、その後、スリープモード又はスタンバイモードに移行し電力の消費を低減する。

続いて、停車した状態において、外部イグニッション信号ＩＧＮｅがイネーブル状態又はアクセル信号ＡＣＣ及びブレーキ信号ＢＲＫにより発進動作が指示された場合、中央制御装置ＥＣＵは、内部イグニッション信号ＩＧＮｉをイネーブル状態（例えば、オン状態）とする。これにより、セルモーターは動作を開始してエンジンを始動させる。また、内部イグニッション信号ＩＧＮｉがイネーブル状態となったことに応じて、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、スリープモード等の低消費電力モードから通常モードに遷移する。そして、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭは、通常モードへの遷移に応じて、メモリに格納されているデータを中央制御装置ＥＣＵに送信する。中央制御装置ＥＣＵは、バッテリ状態監視モジュールＢＳＭから受信したデータに基づき各種制御の設定を行う。各制御の設定には、例えば、次の停車時のアイドリングストップ機能を動作させるか否かの設定を含む。

上記説明より、実施の形態３にかかる車輌システムでは、実施の形態１にかかる半導体装置１の入力制御回路１０及び測定部２０を含むバッテリ状態監視モジュールＢＳＭを用いることにより、信頼性の高い診断結果に基づきアイドリングストップ機能の有効と無効とを切り替えることができる。また、実施の形態３にかかる車輌システムは、バッテリＢＡＴの劣化によるアイドリングストップ機能を十分に利用することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態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の変更が可能であることはいうまでもない。

１、１ａ、１ｂ 半導体装置
２ 電流モニタ電圧測定回路
１０ 入力制御回路
１１ 第１の電流源
１２ 第２の電流源
１３ 経路切替回路
２０ 測定部
２１ 可変ゲインアンプ
２２ アナログデジタル変換器
２３、２４ チョッピング回路
３０、３０ａ 制御回路
３１、３１ａ 動作状態設定レジスタ
３２、３２ａ 測定値レジスタ
４０ バッテリ状態監視装置
４１ 演算回路
４２ ＬＩＮインタフェース
５０ 電源回路
５１ 温度センサ
５２ バッテリ状態計測部
５３ セレクタ
５４ 状態モニタ部
５５ 通信インタフェース
ＡＬＴ オルタネーター
ＥＣＵ 中央制御装置
ＬＢ ＬＩＮバス
ＣＢ ＣＡＮバス
ＢＳＭ バッテリ状態監視モジュール
ＢＡＴ バッテリ
ＲＳ 電流検出抵抗
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Ｃ１〜Ｃ６ コンデンサ
ＴＨ サーミスタ
Ｄ ダイオード
ＳＷ１、ＳＷ１ スイッチ回路
ＳＷａ〜ＳＷｄ スイッチ回路
ＳＷｐ１、ＳＷｐ２ スイッチ回路
ＮＤ１〜ＮＤ５ 内部配線
ＬＤＡａ〜ＬＤｃ 負荷回路
ＣＮＴ１〜ＣＮＴ４ 制御信号
ＣＮＴｉ１、ＣＮＴｉ２ 電流制御信号
ＣＮＴｓ１、ＣＮＴｓ２ スイッチ制御信号
ＣＮＴａ ゲイン制御信号
Ｓ１、Ｓ２ 制御信号
ＩＧＮｅ 外部イグニッション信号
ＩＧＮｉ 内部イグニッション信号
ＡＣＣ アクセル信号
ＢＲＫ ブレーキ信号

Claims (4)

1. バッテリの電源端子に接続される電流検出抵抗に流れる電流値に応じて変動する電流モニタ電圧値を測定するバッテリ状態監視装置と、前記バッテリ状態監視装置により測定された電流モニタ電圧値に基づき前記バッテリの状態を判定し、上位システムからの要求に応じて前記判定結果を送信する演算回路と、を含むバッテリ状態監視モジュールと、
   エンジン及びセルモーターを制御する電子負荷回路に対して前記エンジンの始動及び停止を指示する内部イグニッション信号を出力する中央制御装置と、を有し、
   前記バッテリ状態監視装置は、前記電流検出抵抗の両端に接続される２つの外部端子間の短絡状態をテストする短絡テスト動作と、前記電流検出抵抗の両端に生じる電流モニタ電圧値を測定する電流モニタ動作と、を実行し、
   前記中央制御装置は、
   車輌が停車状態となったことに応じて前記内部イグニッション信号により前記エンジンを停止状態に移行させると共に前記バッテリ状態監視装置に対して前記短絡テスト動作と前記電流モニタ動作とを含むバッテリの診断処理を指示し、
   前記車輌を停車状態から走行状態に移行させる場合には前記内部イグニッション信号により前記セルモーター及び前記エンジンを始動させると共に、前記バッテリの前記診断処理の結果を受信する車輌システム。
2. 前記バッテリ状態監視装置は、
   前記電流検出抵抗の一端と前記バッテリの電源端子とを接続する電源配線に接続される第１、第２の外部端子と、
   前記電流検出抵抗の他端に接続される第３の外部端子と、
   前記第１の外部端子と前記第２の外部端子との間の電圧差を測定する測定部と、
   前記第２の外部端子に第１の計測電流を出力する第１の電流源と、
   前記第３の外部端子に第２の計測電流を出力する第２の電流源と、
   前記第３の外部端子への前記第２の計測電流の出力を制御する制御回路と、を有する請求項１に記載の車輌システム。
3. 前記バッテリ状態監視装置は、
   少なくとも、前記バッテリの電圧に応じて変動するバッテリ電圧値と、前記バッテリの温度に対応するバッテリ環境温度値と、を出力するモニタ回路をさらに有し、
   前記演算回路は、
   前記電流モニタ電圧値と、前記バッテリ電圧値と、前記バッテリ環境温度値と、に基づき前記バッテリの状態を判定する請求項１に記載の車輌システム。
4. 前記中央制御装置は、前記診断処理の結果が前記バッテリの能力が前記エンジンの再始動に不十分な場合は、外部から入力される外部イグニッション信号が停車状態に移行することを示すまでの間、車輌の状態によらず前記エンジンを動作状態に維持する請求項１に記載の車輌システム。

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