JP6628552B2 - 半導体装置およびセル電圧の測定方法 - Google Patents

半導体装置およびセル電圧の測定方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置およびセル電圧の測定方法に関する。
直列接続された複数の電池セルの各々の各セル電圧を測定する技術として、以下の技術が知られている。例えば、特許文献１には、複数の電圧入力ノードと、一対の検出入力ノードと、上記複数の電圧入力ノードと上記一対の検出入力ノードとの接続をオン又はオフする複数のスイッチを備えたスイッチ部と、上記一対の検出入力ノードの各々に入力される電圧をそれぞれ異なるゲインで増幅し、当該増幅結果の和若しくは差に応じた第１検出信号を生成する第１検出信号生成部と、を備えた電圧検出装置が記載されている。この電圧検出装置は、上記複数の電圧入力ノードから一対の電圧入力ノードを選択し、当該選択した一対の電圧入力ノードと上記一対の検出入力ノードとを極性が異なる２通りのパターンで接続するように上記スイッチ部を制御する制御部と、上記２通りの接続パターンにおいて上記第１検出信号生成部により生成される２つの上記第１検出信号の差に応じた第２検出信号を生成する第２検出信号生成部とを有する。
一方、特許文献２には、一対の入力端子に入力された電圧の差分を出力するアナログレベルシフタを用いてセル電圧を測定する構成が記載されている。
特開２０１０−６０４３５号公報 特開２０１１−２３２１６１号公報
例えば、特許文献２に記載されるようなアナログレベルシフタを用いて組電池を構成する各電池セルのセル電圧を測定する場合、アナログレベルシフタを構成する演算増幅器におけるオフセット電圧が、測定されたセル電圧に重畳されて出力される場合がある。このオフセット電圧をキャンセルするためには、例えば、演算増幅器が備える一対の入力端子に入力される入力電圧を、順方向に入力してセル電圧を測定する順方向測定と、逆方向に入力してセル電圧を測定する逆方向測定を行い、それぞれの測定で得られた電圧値を平均化する方法が考えられる。順方向測定を行う場合には演算増幅器を順方向測定に対応した回路接続とし、逆方向測定を行う場合には演算増幅器を逆方向測定に対応した回路接続とする。すなわち、演算増幅器の回路接続を、順方向測定を行う場合と逆方向測定を行う場合とで切り換える。複数の電池セルの各々についてセル電圧を順次測定する場合に、各電池セルについて、例えば、１回目の測定を常に順方向測定とし、２回目の測定を常に逆方向測定とした場合、または１回目の測定を常に逆方向測定とし、２回目の測定を常に順方向測定とした場合には、以下のような問題が生じる。
すなわち、上記の手順で各電池セルのセル電圧を測定した場合には、各電池セルについて行われる１回目の測定および２回目の測定の双方において、アナログレベルシフタを構成する演算増幅器の回路接続を切り換える必要がある。しかしながら、演算増幅器の回路接続の切り換え直後においては、演算増幅器の出力電圧は不安定となり、出力電圧が安定するまでにある程度の時間を要する。従って、各電池セルについて行われる１回目の測定および２回目の測定の双方において演算増幅器の回路接続を切り換えた場合には、全ての電池セルについてセル電圧の測定が完了するまでに長い時間を要する。
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルの各々について、順方向測定および逆方向測定を含む複数回に亘るセル電圧の測定を行う場合の測定時間を従来よりも短縮することができる半導体装置およびセル電圧測定方法を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、直列に接続された複数の電池セルを含む組電池の両端および前記電池セル同士の接続点の各々に接続される複数のセル電圧入力端子と、第１の入力端子、第２の入力端子および出力端子を有し、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子の各々に入力される電圧の差分に応じた差分電圧を前記出力端子から出力する差分電圧出力部と、前記複数のセル電圧入力端子の各々と、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子とを切り換え可能に接続する接続部と、前記複数の電池セルのうちの１の電池セルの陽極に接続されるセル電圧入力端子が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陰極に接続されるセル電圧入力端子が前記第２の入力端子に接続された第１の接続状態、および当該１の電池セルの陰極に接続されるセル電圧入力端子が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陽極に接続されるセル電圧入力端子が前記第２の入力端子に接続された第２の接続状態を順次形成するセル電圧測定制御を前記複数の電池セルの各々について行う場合に、前記第１の接続状態および前記第２の接続状態のうち、当該１の電池セルについて最初に形成される接続状態が、直前に前記セル電圧測定制御が行われる他の電池セルについて最後に形成される接続状態と同じとなるように前記接続部を制御する制御部と、を含み、前記差分電圧出力部は、前記第１の入力端子に入力される電圧が前記第２の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記差分電圧を出力する第１の回路接続と、前記第２の入力端子に入力される電圧が前記第１の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記差分電圧を出力する第２の回路接続と、に切り換え可能に構成され、前記制御部は、前記第１の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第１の回路接続を形成し、前記第２の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第２の回路接続を形成する。
本発明に係るセル電圧の測定方法は、第１の入力端子、第２の入力端子および出力端子を有し、前記第１の入力端子に入力される電圧が前記第２の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記第１の入力端子および前記第２の入力端子の各々に入力される電圧の差分に応じた差分電圧を前記出力端子から出力する第１の回路接続と、前記第２の入力端子に入力される電圧が前記第１の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記差分電圧を出力する第２の回路接続と、に切り換え可能に構成された差分電圧出力部の前記第１の入力端子および前記第２の入力端子に、直列に接続された複数の電池セルを含む組電池の両端および前記電池セル同士の接続点の各々を順次接続して前記複数の電池セルの各々のセル電圧を測定するセル電圧の測定方法であって、前記複数の電池セルのうちの１の電池セルの陽極が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陰極が前記第２の入力端子に接続された第１の接続状態、および当該１の電池セルの陰極が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陽極が前記第２の入力端子に接続された第２の接続状態を順次形成するセル電圧測定制御を前記複数の電池セルの各々について行う場合に、前記第１の接続状態および前記第２の接続状態のうち、当該１の電池セルについて最初に形成される接続状態が、直前に前記セル電圧測定制御が行われる他の電池セルについて最後に形成される接続状態と同じとなるように、前記複数の電池セルの各々の陰極および陽極と、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子との間の接続を切り換え、前記第１の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第１の回路接続を形成し、前記第２の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第２の回路接続を形成する、というものである。
本発明に係る半導体装置およびセル電圧の測定方法によれば、複数の電池セルの各々について、順方向測定および逆方向測定を含む複数回に亘るセル電圧の測定を行う場合の測定時間を従来よりも短縮することが可能となる。
本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係る演算増幅器の内部構成を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る演算増幅器の内部構成を示す回路図である 本発明の実施形態に係るセル電圧の測定方法を示すタイミングチャートである。 比較例に係るセル電圧の測定方法を示すタイミングチャートである。 本発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るセル電圧の測定方法を示すタイミングチャートである。 本発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るセル電圧の測定方法を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。
[第１の実施形態]
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置１００の構成を示す回路ブロック図である。半導体装置１００は、組電池を構成する直列接続された複数の電池セルの各々のセル電圧を測定する機能を有する電池監視ＩＣ（integrated circuit）を構成する。なお、セル電圧とは、１つの電池セルの陽極と陰極との間の電圧である。図１には、一例として、直列接続された１２個の電池セルｓ１〜ｓ１２を備える組電池２００が、半導体装置１００と共に示されている。組電池２００は、最も低電位の電池セルｓ１の陰極が、例えば、接地電位（ＧＮＤ）に接続される。
半導体装置１００は、電池セル選択部１０と、入力電圧切り換え部２０と、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４および演算増幅器３０を含んで構成されるアナログレベルシフタと、ＡＤ変換器４０と、制御部６０と、を有する。また、半導体装置１００は、セル電圧入力端子ｘ０〜ｘ１２、グランド端子ｘ１３および出力端子ｘ１４を有する。
セル電圧入力端子ｘ０〜ｘ１２は、組電池２００を構成する電池セルｓ１〜ｓ１２の各々の陽極または陰極に生ずる電圧を入力するための端子である。セル電圧入力端子ｘ０には、電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０（接地電位）が入力される。セル電圧入力端子ｘ１〜ｘ１１には、それぞれ、互いに隣接する電池セル同士の接続点の電圧Ｖ１〜Ｖ１１が入力される。セル電圧入力端子ｘ１２には、電池セルｓ１２の陽極の電圧Ｖ１２が入力される。
電池セル選択部１０は、セル電圧入力端子ｘ０〜ｘ１２をノードｎ１およびノードｎ２に選択的に接続する複数のスイッチａ１〜ａ２６からなるスイッチ群を有する。セル電圧入力端子ｘ０〜ｘ１２には、それぞれ、スイッチａ１〜ａ２６のうち、対応する２つのスイッチの一端が接続されている。１つのセル電圧入力端子に接続された２つのスイッチのうちの一方のスイッチの他端はノードｎ１に接続され、他方のスイッチの他端はノードｎ２に接続されている。例えば、セル電圧入力端子ｘ０には、スイッチａ１およびａ２の一端が接続され、スイッチａ１の他端はノードｎ２に接続され、スイッチａ２の他端はノードｎ１に接続されている。スイッチａ１がオン状態となることで、電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０がノードｎ２に出力され、スイッチａ２がオン状態となることで、電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０がノードｎ１に出力される。また、例えば、スイッチａ３およびａ６がオン状態となることで、電池セルｓ２の陰極の電圧Ｖ１がノードｎ２に出力され、電池セルｓ２の陽極の電圧Ｖ２がノードｎ１に出力される。これにより、電池セルｓ２のセル電圧が測定可能な状態とされる。スイッチａ１〜ａ２６は、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ１に基づいてオンオフする。
抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４とともにアナログレベルシフタを構成する演算増幅器３０は、第１の入力端子３１、第２の入力端子３２および出力端子３３を有する。演算増幅器３０は、第１の入力端子３１に入力される電圧と、第２の入力端子３２に入力される電圧の差分を、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値によって定まる増幅率で増幅した差分電圧Ｖｏｕｔを出力端子３３から出力する。本実施形態において、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、互いに同じ抵抗値を有しており、増幅率は１とされている。すなわち、アナログレベルシフタは、ノードｎ１に入力される電圧とノードｎ２に入力される電圧の差分を、接地電位を基準とした電圧に変換して出力する。演算増幅器３０は、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ３に基づいて内部の回路接続を切り換える。なお、この点については、演算増幅器３０の内部構成とともに後述する。
抵抗素子Ｒ１は、一端がノードｎ１に接続され、他端がノードｎ３に接続されている。抵抗素子Ｒ２は、一端が抵抗素子Ｒ１の他端（ノードｎ３）に接続され、他端がグランド端子ｘ１３を介して接地電位に接続されている。抵抗素子Ｒ３は一端がノードｎ２に接続され、他端がノードｎ４に接続されている。抵抗素子Ｒ４は、一端が抵抗素子Ｒ３の他端（ノードｎ４）に接続され、他端が演算増幅器３０の出力端子３３に接続されている。
入力電圧切り換え部２０は、ノードｎ３およびノードｎ４を選択的に演算増幅器３０の第１の入力端子３１および第２の入力端子３２に接続する複数のスイッチｂ１〜ｂ４からなるスイッチ群を有する。例えば、スイッチｂ１およびｂ４がオン状態となることで、ノードｎ３がスイッチｂ４を介して演算増幅器３０の第１の入力端子３１に接続され、ノードｎ４がスイッチｂ１を介して演算増幅器３０の第２の入力端子３２に接続される。一方、スイッチｂ２およびｂ３がオン状態となることで、ノードｎ３がスイッチｂ３を介して演算増幅器３０の第２の入力端子３２に入力接続され、ノードｎ４がスイッチｂ２を介して演算増幅器３０の第１の入力端子３１に接続される。スイッチｂ１〜ｂ４は、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ２に基づいてオンオフする。
ＡＤ変換器４０は、演算増幅器３０から出力される差分電圧ＶｏｕｔをデジタルデータＳｄに変換し、これを制御部６０に供給する。ＡＤ変換器４０は、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ４に基づいて、ＡＤ変換を実行する。
制御部６０は、電池セル選択部１０に制御信号ＳＳ１を供給することで、スイッチａ１〜ａ２６のオンオフを制御し、入力電圧切り換え部２０に制御信号ＳＳ２を供給することで、スイッチｂ１〜ｂ４のオンオフを制御する。また、制御部６０は、演算増幅器３０に制御信号ＳＳ３を供給することで、演算増幅器３０の内部の回路接続の切り換えを行い、ＡＤ変換器４０に制御信号ＳＳ４を供給することで、ＡＤ変換器４０におけるＡＤ変換タイミングを制御する。また、制御部６０は、ＡＤ変換器４０から供給されるデジタルデータＳｄに対して後述する演算処理を行うことで、電池セルｓ１〜ｓ１２の各セル電圧を示すデータ信号Ｖｃｅｌｌを出力する。データ信号Ｖｃｅｌｌは、出力端子ｘ１４から半導体装置１００の外部に取り出すことが可能である。なお、データ信号Ｖｃｅｌｌを、記憶しておくためのレジスタ（図示せず）が、制御部６０の内部または外部に設けられていてもよい。
図２Ａおよび図２Ｂは、アナログレベルシフタを構成する演算増幅器３０内部の回路構成の一例を示す図である。演算増幅器３０は、スイッチｃ１およびｃ２によって、内部の回路接続が切り換え可能に構成されている。図２Ａは、第１の回路接続が形成された場合を示し、図２Ｂは、第２の回路接続が形成された場合を示す。演算増幅器３０において、第１の回路接続および第２の回路接続のいずれか一方が、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ３に基づいて形成される。
演算増幅器３０は、電流源３４、３５、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２（以下、単にトランジスタＰ１、Ｐ２と称する）、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２、Ｎ３（以下、単にトランジスタＮ１、Ｎ２、Ｎ３と称する）、位相補償用のキャパシタＣおよびスイッチｃ１およびｃ２を含んで構成されている。
電流源３４、３５の一端は、電源電位ＶＣＣに接続されている。トランジスタＰ１、Ｐ２のソースは、それぞれ、電流源３４の他端に接続されている。トランジスタＰ１のゲートは、第１の入力端子３１に接続され、トランジスタＰ２のゲートは、第２の入力端子３２に接続されている。トランジスタＰ１のドレインはトランジスタＮ１のドレインに接続され、トランジスタＰ２のドレインはトランジスタＮ２のドレインに接続されている。とトランジスタＮ１およびＮ２のソースは、それぞれ、接地電位に接続されている。トランジスタＮ１およびＮ２のゲートは相互に接続されている。トランジスタＮ３は、ドレインが電流源３５の他端および出力端子３３に接続され、ソースが接地電位に接続されている。位相補償用のキャパシタＣは、一端がトランジスタＮ３のドレインに接続され、他端がトランジスタＮ３のソースに接続されている。
スイッチｃ１は、端子ｙ１、ｙ２、ｙ３を有する。端子ｙ１はトランジスタＰ１のドレインおよびトランジスタＮ１のドレインに接続され、端子ｙ２はトランジスタＰ２のドレインおよびトランジスタＮ２のドレインに接続され、端子ｙ３はトランジスタＮ１のゲートおよびトランジスタＮ２のゲートに接続されている。スイッチｃ１は、端子ｙ３が端子ｙ１に接続された状態および端子ｙ３が端子ｙ２に接続された状態のいずれかの状態に切り換えることが可能である。スイッチｃ１の切り換えは、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ３に基づいて行われる。
スイッチｃ２は、端子ｙ４、ｙ５、ｙ６を有する。端子ｙ４はトランジスタＰ２のドレインおよびトランジスタＮ２のドレインに接続され、端子ｙ５はトランジスタＰ１のドレインおよびトランジスタＮ１のドレインに接続され、端子ｙ６はトランジスタＮ３のゲートに接続されている。スイッチｃ２は、端子ｙ６が端子ｙ４に接続された状態および端子ｙ６が端子ｙ５に接続された状態のいずれかの状態に切り換えることが可能である。スイッチｃ２の切り換えは、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ３に基づいて行われる。
図２Ａは、スイッチｃ１において、端子ｙ３が端子ｙ１に接続され、スイッチｃ２において、端子ｙ６が端子ｙ４に接続されることにより、演算増幅器３０において第１の回路接続が形成された場合を示している。第１の回路接続が形成された演算増幅器３０は、第１の入力端子３１に入力された電圧が第２の入力端子３２に入力された電圧よりも高い場合に、これらの電圧の差分に応じた差分電圧Ｖｏｕｔを出力端子３３から出力することが可能である。
図２Ｂは、スイッチｃ１において、端子ｙ３が端子ｙ２に接続され、スイッチｃ２において、端子ｙ６が端子ｙ５に接続されることにより、演算増幅器３０において、第２の回路接続が形成された場合を示している。第２の回路接続が形成された演算増幅器３０は、第２の入力端子３２に入力された電圧が第１の入力端子３１に入力された電圧よりも高い場合に、これらの差分に応じた差分電圧Ｖｏｕｔを出力端子３３から出力することが可能である。
制御部６０は、組電池２００を構成する電池セルｓ１〜ｓ１２の各々のセル電圧を測定する場合に、電池セル選択部１０のスイッチａ１〜ａ２６、入力電圧切り換え部２０のスイッチｂ１〜ｂ４、演算増幅器３０内部のスイッチｃ１、ｃ２を以下のように制御する。
図３は、本発明の実施形態に係るセル電圧の測定方法を示す図であり、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ１〜ＳＳ３に基づいて動作するスイッチａ１〜ａ２６、ｂ１〜ｂ４、ｃ１およびｃ２の状態の推移の一例を示すタイミングチャートである。
本実施形態において、最下位の電池セルｓ１からセル電圧の測定が行われ、その後、順次上位の電池セルがセル電圧の測定対象となり、最上位の電池セルｓ１２のセル電圧が最後に測定される。
制御部６０は、時刻ｔ１において、電池セル選択部１０を構成するスイッチａ１およびａ４をオン状態とし、電池セル選択部１０を構成する他のスイッチをオフ状態とする。これにより、電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０がノードｎ２に出力されると共に電池セルｓ１の陽極の電圧Ｖ１がノードｎ１に出力され、電池セルｓ１が、セル電圧の測定対象として選択される。
また、制御部６０は、時刻ｔ１において、入力電圧切り換え部２０を構成するスイッチｂ１およびｂ４をオン状態とし、スイッチｂ２およびｂ３をオフ状態とする。これにより、電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０が演算増幅器３０の第２の入力端子３２に入力され、電池セルｓ１の陽極の電圧Ｖ１が演算増幅器３０の第１の入力端子３１に入力される。
また、制御部６０は、時刻ｔ１において、図２Ａに示す第１の回路接続を形成するように、演算増幅器３０の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ１と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ４と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。
上記のように各スイッチが制御されることで、演算増幅器３０は、電池セルｓ１の陽極の電圧Ｖ１と電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０の差分、すなわち、電池セルｓ１のセル電圧に相当する差分電圧Ｖｏｕｔを出力端子３３から出力する。しかしながら、演算増幅器３０を構成する各素子のばらつき、電源変動および温度変動などに起因するオフセット電圧Ｖｏｆが、電圧Ｖ１と電圧Ｖ０の差分に重畳される。すなわち、上記の各スイッチの状態の下で演算増幅器３０から出力される電池セルｓ１に対応する差分電圧Ｖｏｕｔは、下記の（１）式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１−Ｖ０＋Ｖｏｆ ・・・（１）
制御部６０は、差分電圧Ｖｏｕｔが安定するタイミングでＡＤ変換器４０に、上記（１）式で表される差分電圧ＶｏｕｔをデジタルデータＳｄに変換させる。制御部６０は、ＡＤ変換器４０から供給されるデジタルデータＳｄを自身が備えるレジスタ（図示せず）に格納する。
上記のように、演算増幅器３０の第１の入力端子３１にセル電圧の測定対象となる電池セルの陽極の電圧を入力し、演算増幅器３０の第２の入力端子３２にセル電圧の測定対象となる電池セルの陰極の電圧を入力し、演算増幅器３０において図２Ａに示される第１の回路接続を形成した状態で行われるセル電圧の測定を、本明細書において「順方向測定」と称する。
制御部６０は、時刻ｔ２において、電池セル選択部１０を構成する各スイッチの状態を維持する。すなわち、スイッチａ１およびａ４のオン状態および電池セル選択部１０を構成する他のスイッチのオフ状態が維持される。従って、電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０がノードｎ２に出力されると共に電池セルｓ１の陽極の電圧Ｖ１がノードｎ１に出力される状態が維持される。
また、制御部６０は、時刻ｔ２において、入力電圧切り換え部２０を構成するスイッチｂ２およびｂ３をオン状態とし、スイッチｂ１およびｂ４をオフ状態とする。これにより、電池セルｓ１の陽極の電圧Ｖ１が演算増幅器３０の第２の入力端子３２に入力され、電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０が演算増幅器３０の第１の入力端子３１に入力される。
また、制御部６０は、時刻ｔ２において、図２Ｂに示す第２の回路接続を形成するように、演算増幅器３０の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ２と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ５と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。
上記のように各スイッチを制御することで、演算増幅器３０は、電池セルｓ１の陽極の電圧Ｖ１と電池セルｓ１の陰極の電圧Ｖ０の差分、すなわち、電池セルｓ１のセル電圧に相当する差分電圧Ｖｏｕｔを出力端子３３から出力する。しかしながら、演算増幅器３０を構成する各素子のばらつき、電源変動および温度変動などに起因するオフセット電圧Ｖｏｆが、電圧Ｖ１と電圧Ｖ０の差分に重畳される。すなわち、上記の各スイッチの状態の下で演算増幅器３０から出力される電池セルｓ１に対応する差分電圧Ｖｏｕｔは、下記の（２）式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１−Ｖ０−Ｖｏｆ ・・・（２）
制御部６０は、差分電圧Ｖｏｕｔが安定するタイミングでＡＤ変換器４０に、上記（２）式で表される差分電圧ＶｏｕｔをデジタルデータＳｄに変換させる。制御部６０は、ＡＤ変換器４０から供給されるデジタルデータＳｄを自身が備えるレジスタ（図示せず）に格納する。
上記のように、演算増幅器３０の第１の入力端子３１にセル電圧の測定対象となる電池セルの陰極の電圧を入力し、演算増幅器３０の第２の入力端子３２にセル電圧の測定対象となる電池セルの陽極の電圧を入力し、演算増幅器３０において図２Ｂに示される第２の回路接続を形成した状態で行われるセル電圧の測定を、本明細書において「逆方向測定」と称する。
制御部６０は、順方向測定によって取得された（１）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄと、逆方向測定によって取得された（２）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄとの加算平均値を電池セルｓ１のセル電圧の測定値として算出する。上記のように、順方向測定によって取得された差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄと、逆方向測定によって取得された差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄの加算平均をとることで、オフセット電圧Ｖｏｆを含まないセル電圧の測定値を取得することが可能となる。上記のように、各スイッチのオンオフを制御することで、順方向測定による差分電圧Ｖｏｕｔと、逆方向測定による差分電圧Ｖｏｕｔを、演算増幅器３０の出力端子３３から連続的に出力させる制御部６０による制御を本明細書において「セル電圧測定制御」と称する。
上記のように、本実施形態において、制御部６０は、電池セルｓ１のセル電圧の１回目の測定を順方向測定によって行い、電池セルｓ１のセル電圧の２回目の測定を逆方向測定によって行う。
ここで、最初にセル電圧の測定対象とされる電池セルｓ１の順方向測定においては、演算増幅器３０から出力される差分電圧Ｖｏｕｔが安定するまでにある程度の時間を要し、電池セルｓ１について順方向測定を行う場合の測定時間は、Ｔとされる。また、電池セルｓ１の逆方向測定では、演算増幅器３０は、図２Ａに示される第１の回路接続から図２Ｂに示される第２の回路接続に切り換えられる。これにより、演算増幅器３０から出力される差分電圧Ｖｏｕｔが安定するまでにある程度の時間を要し、電池セルｓ１について逆方向測定を行う場合の測定時間は、順方向測定の場合と同じＴとされる。
電池セルｓ１について順方向測定および逆方向測定によるセル電圧の測定が終了すると、制御部６０は、時刻ｔ３において、セル電圧の測定対象として電池セルｓ２を選択する。制御部６０は、電池セルｓ２の１回目の測定を、電池セルｓ１の２回目の測定と同じ逆方向測定によって行う。
すなわち、制御部６０は、時刻ｔ３において、電池セル選択部１０を構成するスイッチａ３およびａ６をオン状態とし、電池セル選択部１０を構成する他のスイッチをオフ状態とする。これにより、電池セルｓ２の陰極の電圧Ｖ１がノードｎ２に出力されると共に電池セルｓ２の陽極の電圧Ｖ２がノードｎ１に出力され、電池セルｓ２が、セル電圧の測定対象として選択される。
また、制御部６０は、時刻ｔ３において、入力電圧切り換え部２０を構成するスイッチｂ２およびｂ３のオン状態およびスイッチｂ１およびｂ４のオフ状態を維持する。これにより、電池セルｓ２の陽極の電圧Ｖ２が演算増幅器３０の第２の入力端子３２に入力され、電池セルｓ２の陰極の電圧Ｖ１が演算増幅器３０の第１の入力端子３１に入力される。
また、制御部６０は、時刻ｔ３において、図２Ｂに示す第２の回路接続が形成された状態を維持する。すなわち、演算増幅器３０の内部において、スイッチｃ１の端子ｙ２と端子ｙ３とが接続され、スイッチｃ２の端子ｙ５と端子ｙ６とが接続された状態が維持される。
上記のように各スイッチを制御することで、演算増幅器３０は、電池セルｓ２の陽極の電圧Ｖ２と電池セルｓ２の陰極の電圧Ｖ１の差分、すなわち、電池セルｓ２のセル電圧に相当する差分電圧Ｖｏｕｔを出力端子３３から出力する。しかしながら、演算増幅器３０を構成する各素子のばらつき、電源変動および温度変動などに起因するオフセット電圧Ｖｏｆが、電圧Ｖ２と電圧Ｖ１の差分に重畳される。すなわち、上記の各スイッチの状態の下で演算増幅器３０から出力される電池セルｓ２に対応する差分電圧Ｖｏｕｔは、下記の（３）式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ２−Ｖ１−Ｖｏｆ ・・・（３）
制御部６０は、差分電圧Ｖｏｕｔが安定するタイミングでＡＤ変換器４０に、上記（３）式で表される差分電圧ＶｏｕｔをデジタルデータＳｄに変換させる。制御部６０は、ＡＤ変換器４０から供給されるデジタルデータＳｄを自身が備えるレジスタ（図示せず）に格納する。
制御部６０は、逆方向測定による電池セルｓ２の１回目の測定が完了すると、電池セルｓ２の２回目の測定を順方向測定によって行う。
制御部６０は、時刻ｔ４において、電池セル選択部１０を構成する各スイッチの状態を維持する。すなわち、スイッチａ３およびａ６のオン状態および電池セル選択部１０を構成する他のスイッチのオフ状態が維持される。従って、電池セルｓ２の陰極の電圧Ｖ１がノードｎ２に出力されると共に電池セルｓ２の陽極の電圧Ｖ２がノードｎ１に出力される状態が維持される。
また、制御部６０は、時刻ｔ４において、入力電圧切り換え部２０を構成するスイッチｂ１およびｂ４をオン状態とし、スイッチｂ２およびｂ３をオフ状態とする。これにより、電池セルｓ２の陽極の電圧Ｖ２が演算増幅器３０の第１の入力端子３１に入力され、電池セルｓ２の陰極の電圧Ｖ１が演算増幅器３０の第２の入力端子３２に入力される。
また、制御部６０は、時刻ｔ４において、図２Ａに示す第１の回路接続を形成するように、演算増幅器３０の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ１と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ４と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。
上記のように各スイッチを制御することで、演算増幅器３０は、電池セルｓ２の陽極の電圧Ｖ２と電池セルｓ２の陰極の電圧Ｖ１の差分、すなわち、電池セルｓ２のセル電圧に相当する差分電圧Ｖｏｕｔを出力端子３３から出力する。しかしながら、演算増幅器３０を構成する各素子のばらつき、電源変動および温度変動などに起因するオフセット電圧Ｖｏｆが、電圧Ｖ２と電圧Ｖ１の差分に重畳される。すなわち、上記の各スイッチの状態の下で演算増幅器３０から出力される電池セルｓ２に対応する差分電圧Ｖｏｕｔは、下記の（４）式で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ２−Ｖ１＋Ｖｏｆ ・・・（４）
制御部６０は、逆方向測定によって取得された（３）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄと、順方向測定によって取得された（４）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄとの加算平均値を電池セルｓ２のセル電圧の測定値として算出する。上記のように、順方向測定によって取得された差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄと、逆方向測定によって取得された差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータの加算平均をとることで、オフセット電圧Ｖｏｆを含まないセル電圧の測定値を取得することが可能となる。
ここで、電池セルｓ２の１回目の測定は、電池セルｓ１の２回目の測定と同じ逆方向測定によって行われる。従って、電池セルｓ１の２回目の測定から電池セルｓ２の１回目の測定に移行する際に、演算増幅器３０の内部の回路接続を切り換えることを要しない。従って、電池セルｓ２の１回目の測定において演算増幅器３０から出力される差分電圧Ｖｏｕｔの安定に要する時間は、演算増幅器３０の回路接続の切り換えを伴う電池セルｓ１の２回目の測定における差分電圧Ｖｏｕｔの安定に要する時間よりも短くなる。従って、電池セルｓ２の１回目の測定における測定時間は、電池セルｓ１の２回目の測定における測定時間よりも短いＴ１（＜Ｔ）とされる。一方、電池セルｓ２の２回目の測定は演算増幅器３０の回路接続の切り換えを伴うので、電池セルｓ２の２回目の測定における測定時間は、電池セルｓ１の２回目の測定における測定時間と同じＴとされる。
電池セルｓ２について順方向測定および逆方向測定によるセル電圧の測定が終了すると、制御部６０は、セル電圧の測定対象として電池セルｓ３を選択する。制御部６０は、電池セルｓ３のセル電圧の１回目の測定を、電池セルｓ２の２回目の測定と同じ順方向測定によって行い、電池セルｓ３のセル電圧の２回目の測定を逆方向測定によって行う。従って、電池セルｓ２の２回目の測定から電池セルｓ３の１回目の測定に移行する際に、演算増幅器３０の内部の回路接続を切り換えることを要しない。従って、電池セルｓ３の１回目の測定において演算増幅器３０から出力される差分電圧Ｖｏｕｔの安定に要する時間は、演算増幅器３０の回路接続の切り換えを伴う電池セルｓ１の２回目の測定における差分電圧Ｖｏｕｔの安定に要する時間よりも短くなる。従って、電池セルｓ３の１回目の測定における測定時間は、電池セルｓ１の２回目の測定における測定時間よりも短いＴ１（＜Ｔ）とされる。一方、電池セルｓ３の２回目の測定は、演算増幅器３０の回路接続の切り換えを伴うので、電池セルｓ３の２回目の測定における測定時間は、電池セルｓ１の２回目の測定における測定時間と同じＴとされる。
以降同様に、各電池セルについて順方向測定および逆方向測定によるセル電圧の測定が行われる。各電池セルの１回目のセル電圧の測定は、直前にセル電圧の測定対象とされた他の電池セルの２回目のセル電圧の測定と同じ測定状態で行われる。すなわち、直前にセル電圧の測定対象とされた電池セルの２回目の測定が順方向測定で行われた場合、次にセル電圧の測定対象とされる電池セルの１回目の測定は、順方向測定で行われる。一方、直前にセル電圧の測定対象とされた電池セルの２回目の測定が逆方向測定で行われた場合、次にセル電圧の測定対象とされる電池セルの１回目の測定は、逆方向測定で行われる。
電池セルｓ１〜ｓ１２の各々について行われる順方向測定および逆方向測定によるセル電圧の測定を上記の手順で行うことにより、電池セルｓ２〜ｓ１２の１回目の測定における測定時間を、Ｔよりも短いＴ１とすることができる。従って、本実施形態に係る半導体装置１００によれば、全ての電池セルｓ１〜ｓ１２についてセル電圧の測定が完了するまでに要する時間は、１３Ｔ＋１１Ｔ１となる。
図４は、比較例に係るセル電圧の測定方法を示す図であり、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ１〜ＳＳ３に基づいて動作するスイッチａ１〜ａ２６、入力電圧切り換え部２０のスイッチｂ１〜ｂ４、ｃ１およびｃ２の状態の推移の一例を示すタイミングチャートである。
比較例に係るセル電圧の測定方法において、各電池セルの１回目のセル電圧の測定は、常に順方向測定で行われ、各電池セルの２回目のセル電圧の測定は、常に逆方向測定で行われる。すなわち、順方向測定と逆方向測定が交互に行われる。この態様によれば、各電池セルの１回目の測定は、直前にセル電圧の測定対象とされた他の電池セルの２回目の測定とは常に異なる測定状態で行われる。
従って、直前にセル電圧の測定対象とされた電池セルの２回目の測定から、次にセル電圧の測定対象とされる電池セルの１回目の測定に移行する際にも演算増幅器３０の内部の回路接続を切り換えることを要する。演算増幅器３０の内部の回路接続の切り換えを伴う場合には、差分電圧Ｖｏｕｔの安定化にはある程度の時間を要し、演算増幅器３０の内部の回路接続の切り換えを伴う場合のセル電圧の測定時間は、Ｔとされる。すなわち、比較例に係るセル電圧の測定方法によれば、各電池セルの１回目および２回目の測定における測定時間は共にＴとされ、全ての電池セルｓ１〜ｓ１２についてセル電圧の測定が完了するまでに要する時間は、２４Ｔとなる。
一方、本発明の実施形態に係る半導体装置１００によって実施されるセル電圧の測定方法によれば、演算増幅器３０の回路接続を切り替える回数を比較例よりも少なくすることができ、全ての電池セルｓ１〜ｓ１２についてセル電圧の測定が完了するまでに要する時間は、上記したように１３Ｔ＋１１Ｔ１となる。例えば、Ｔ１をＴの５０％程度とすることができる場合には、本発明の実施形態に係るセル電圧の測定方法によれば、全ての電池セルｓ１〜ｓ１２についてセル電圧の測定が完了するまでに要する時間は、比較例に係るセル電圧の測定方法を用いた場合の７５％程度に短縮することができる。
また、本発明の実施形態に係る半導体装置１００によって実施されるセル電圧の測定方法によれば、１つの電池セルについての順方向測定と逆方向測定とが連続して行われるので、順方向測定および逆方向測定におけるセル電圧の測定値の同時性が確保される。これにより、１つの電池セルについての順方向測定と逆方向測定とを比較的長い時間を隔てて行う場合と比較して、セル電圧の測定精度を高めることが可能となる。
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１０１の構成を示す回路ブロック図である。半導体装置１０１は、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１を更に含む点が、上記した第１の実施形態に係る半導体装置１００と異なる。
第１のバッファ回路７１は、演算増幅器７２と、スイッチｄ１、ｄ２、ｄ３およびｄ４と、を含んで構成されている。演算増幅器７２は、第１のバッファ入力端子７３、第２のバッファ入力端子７４およびバッファ出力端子７５を有する。スイッチｄ１はノードｎ１と第１のバッファ入力端子７３との間に設けられ、スイッチｄ２は、ノードｎ１と第２のバッファ入力端子７４との間に設けられている。スイッチｄ３は、第１のバッファ入力端子７３とバッファ出力端子７５との間に設けられ、スイッチｄ４は、第２のバッファ入力端子７４とバッファ出力端子７５との間に設けられている。スイッチｄ１〜ｄ４は、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ５に基づいてオンオフする。
第１のバッファ回路７１は、電池セル選択部１０の一方の出力端であるノードｎ１に出力された電圧を、インピーダンス変換し、これを抵抗素子Ｒ１の一端であるノードｎ５に出力する。第１のバッファ回路７１から出力された電圧は、抵抗素子Ｒ１および入力電圧切り換え部２０を介して、アナログレベルシフタを構成する演算増幅器３０の第１の入力端子３１または第２の入力端子３２に入力される。
第１のバッファ回路７１において、スイッチｄ１およびｄ４がオン状態とされ且つスイッチｄ２およびｄ３がオフ状態とされることにより、第１のバッファ入力端子７３に電池セルからの電圧が入力され、第２のバッファ入力端子７４がバッファ出力端子７５に接続された第１の状態が形成され得る。また、第１のバッファ回路７１において、スイッチｄ２およびｄ３がオン状態とされ且つスイッチｄ１およびｄ４がオフ状態とされることにより、第２のバッファ入力端子７４に電池セルからの電圧が入力され且つ第１のバッファ入力端子７３がバッファ出力端子７５に接続された第２の状態が形成され得る。
一方、第２のバッファ回路８１は、第１のバッファ回路７１と同様の構成を有する。すなわち、第２のバッファ回路８１は、演算増幅器８２と、スイッチｄ５、ｄ６、ｄ７およびｄ８と、を含んで構成されている。演算増幅器８２は、第１のバッファ入力端子８３、第２のバッファ入力端子８４およびバッファ出力端子８５を有する。スイッチｄ５はノードｎ２と第１のバッファ入力端子８３との間に設けられ、スイッチｄ６は、ノードｎ２と第２のバッファ入力端子８４との間に設けられている。スイッチｄ７は、第１のバッファ入力端子８３とバッファ出力端子８５との間に設けられ、スイッチｄ８は、第２のバッファ入力端子８４とバッファ出力端子８５との間に設けられている。スイッチｄ５〜ｄ８は、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ５に基づいてオンオフする。
第２のバッファ回路８１は、電池セル選択部１０の他方の出力端であるノードｎ２に出力された電圧を、インピーダンス変換し、これを抵抗素子Ｒ３の一端であるノードｎ６に出力する。第２のバッファ回路８１から出力された電圧は、抵抗素子Ｒ３および入力電圧切り換え部２０を介して、アナログレベルシフタを構成する演算増幅器３０の第１の入力端子３１または第２の入力端子３２に入力される。
第２のバッファ回路８１において、スイッチｄ５およびｄ８がオン状態とされ且つスイッチｄ６およびｄ７がオフ状態とされることにより、第１のバッファ入力端子８３にセル電圧が入力され、第２のバッファ入力端子８４がバッファ出力端子８５に接続された第１の状態が形成され得る。また、第２のバッファ回路８１において、スイッチｄ６およびｄ７がオン状態とされ且つスイッチｄ５およびｄ８がオフ状態とされることにより、第２のバッファ入力端子８４にセル電圧が入力され且つ第１のバッファ入力端子８３がバッファ出力端子８５に接続された第２の状態が形成され得る。
第１のバッファ回路７１を構成する演算増幅器７２および第２のバッファ回路８１を構成する演算増幅器８２の内部構成は、図２Ａおよび図２Ｂに示されたアナログレベルシフタを構成する演算増幅器３０と、同じである。演算増幅器７２および８２において、図２Ａに示される第１の回路接続および図２Ｂに示される第２の回路接続のいずれか一方の回路接続が、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ５に基づいて形成される。
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１０１におけるセル電圧の測定方法について説明する。本実施形態において、電池セル選択部１０のスイッチａ１〜ａ２６、入力電圧切り換え部２０のスイッチｂ１〜ｂ４およびアナログレベルシフタを構成する演算増幅器３０内部のスイッチｃ１、ｃ２の切り換え制御は、上記した第１の実施形態に係る半導体装置１００の場合と同様である。すなわち、各電池セルについて順方向測定および逆方向測定によるセル電圧の測定が行われ、各電池セルの１回目のセル電圧の測定は、直前にセル電圧の測定対象とされた他の電池セルの２回目のセル電圧の測定と同じ測定状態で行われる。
図６は、各電池セルのセル電圧の測定時における、第１のバッファ回路７１を構成するスイッチｄ１〜ｄ４の状態および演算増幅器７２内部のスイッチｃ１、ｃ２の状態、並びに第２のバッファ回路８１を構成するスイッチｄ５〜ｄ８の状態および演算増幅器８２内部のスイッチｃ１、ｃ２の状態の推移の一例を示す図である。
制御部６０は、電池セルｓ１について順方向測定を行う時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、第１のバッファ回路７１を構成するスイッチｄ１およびｄ４をオン状態とするとともに、スイッチｄ２およびｄ３をオフ状態とする。また、制御部６０は、第２のバッファ回路８１を構成するスイッチｄ５およびｄ８をオン状態とするとともに、スイッチｄ６およびｄ７をオフ状態とする。また、制御部６０は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、図２Ａに示す第１の回路接続を形成するように、演算増幅器７２および８２の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ１と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ４と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１の各スイッチを上記のように制御することで、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１において、第１の状態が形成される。そして、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１の各々において、入力された電池セルからの電圧に対してインピーダンス変換処理が行われる。
制御部６０は、電池セルｓ１について逆方向測定を行う時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、第１のバッファ回路７１を構成するスイッチｄ１およびｄ４をオフ状態とするとともに、スイッチｄ２およびｄ３をオン状態とする。また、制御部６０は、第２のバッファ回路８１を構成するスイッチｄ５およびｄ８をオフ状態とするとともに、スイッチｄ６およびｄ７をオン状態とする。また、制御部６０は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、図２Ｂに示す第２の回路接続を形成するように、演算増幅器７２および８２の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ２と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ５と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１の各スイッチを上記のように制御することで、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１において、第２の状態が形成される。そして、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１の各々において、入力された電池セルからの電圧に対してインピーダンス変換処理が行われる。
制御部６０は、電池セルｓ２について逆方向測定を行う時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間においては、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１における各スイッチの状態を、電池セルｓ１について逆方向測定を行ったときの状態と同じ状態に維持する。すなわち、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１において、第１の状態が維持される。
制御部６０は、電池セルｓ２について順方向測定を行う時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間においては、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１における各スイッチの状態を、電池セルｓ１について順方向測定を行ったときの状態と同じ状態に切り換える。すなわち、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１は、第２の状態に切り換えられる。
制御部６０は、以降同様に、各電池セルについて順方向測定を行う場合には、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１を第１の状態とする。すなわち、第１のバッファ入力端子７３、８３に電池セルからの電圧を入力し、第２のバッファ入力端子７４、８４をバッファ出力端子７５、８５に接続し、演算増幅器７２および８２において図２Ａに示す第１の回路接続を形成する。また、制御部６０は、各電池セルについて逆方向測定を行う場合には、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１を第２の状態とする。すなわち、第２のバッファ入力端子７４、８４に電池セルからの電圧を入力し、第１のバッファ入力端子７３、８３をバッファ出力端子７５、８５に接続し、演算増幅器７２および８２において図２Ｂに示す第２の回路接続を形成する。
本実施形態に係る半導体装置１０１によれば、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様、セル電圧の測定時間を比較例に対して短縮することが可能となる。また、本実施形態に係る半導体装置１０１によれば、電池セルｓ１〜ｓ１２の各々についてオフセット電圧Ｖｏｆを含まないセル電圧の測定値を取得することが可能となる。本実施形態に係る半導体装置１０１によれば、各電池セルについて２回ずつ行われるセル電圧の測定において、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１の接続を上記のように切り換えることで、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１に起因するオフセット電圧が、セル電圧の測定値に重畳されることを防止することができる。
なお、本実施形態においては、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１の状態の切り換えを、順方向測定および逆方向測定の切り換えに対応させているが、この態様に限定されるものではない。すなわち、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１において、各電池セルについて行われる２回の測定のうちの一方の測定において第１の状態が形成され、他方の測定において第２の状態が形成されることで、第１のバッファ回路７１および第２のバッファ回路８１に起因するオフセット電圧をキャンセルすることができる。
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置１０２の構成を示す回路ブロック図である。半導体装置１０２は、第１の実施形態に係る半導体装置１００に対して入力電圧切り換え部２０が削除され、接続切り換え部９０が追加された構成を有する。
アナログレベルシフタを構成する演算増幅器３０の第１の入力端子３１は、抵抗素子Ｒ１の一端であるノードｎ３に接続され、演算増幅器３０の第２の入力端子３２は、抵抗素子Ｒ３の一端であるノードｎ４に接続されている。
接続切り換え部９０は、スイッチｅ１、ｅ２、ｅ３およびｅ４を有する。スイッチｅ１は一端が抵抗素子Ｒ２に接続され、他端が接地電位に接続されている。スイッチｅ２は一端が抵抗素子Ｒ２に接続され、他端が演算増幅器３０の出力端子３３に接続されている。スイッチｅ３は一端が抵抗素子Ｒ４に接続され、他端が演算増幅器３０の出力端子３３に接続されている。スイッチｅ４は一端が抵抗素子Ｒ４に接続され、他端が接地電位に接続されている。スイッチｅ１〜ｅ４は、制御部６０から供給される制御信号ＳＳ６に基づいてオンオフする。
図８は、本発明の第３の実施形態に係るセル電圧の測定方法を示す図であり、制御部６０から供給される制御信号に基づいて動作する電池セル選択部１０のスイッチａ１〜ａ２６、演算増幅器３０内部のスイッチｃ１、ｃ２、および接続切り換え部９０のスイッチｅ１〜ｅ４の状態の推移の一例を示すタイミングチャートである。
本実施形態に係る半導体装置１０２においては、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様、各電池セルについて順方向測定および逆方向測定によるセル電圧の測定が行われ、各電池セルの１回目のセル電圧の測定は、直前にセル電圧の測定対象とされた他の電池セルの２回目のセル電圧の測定と同じ測定状態で行われる。
電池セルｓ１について順方向測定を行う場合、制御部６０は、電池セル選択部１０を構成するスイッチａ１〜ａ２６のうち、スイッチａ１およびａ４をオン状態とし、他のスイッチをオフ状態とする。また、制御部６０は、接続切り換え部９０を構成するスイッチｅ１〜ｅ４のうち、スイッチｅ１およびｅ３をオン状態とし、スイッチｅ２およびｅ４をオフ状態とする。また、制御部６０は、図２Ａに示す第１の回路接続を形成するように、演算増幅器３０の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ１と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ４と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。制御部６０は、各スイッチを上記のように制御することで、順方向測定による電池セルｓ１についての差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄを取得する。
電池セルｓ１についての順方向測定に続き、電池セルｓ１の逆方向測定が行われる。電池セルｓ１について逆方向測定を行う場合、制御部６０は、電池セル選択部１０を構成するスイッチａ１〜ａ２６のうち、スイッチａ２およびａ３をオン状態とし、他のスイッチをオフ状態とする。また、制御部６０は、接続切り換え部９０を構成するスイッチｅ１〜ｅ４のうち、スイッチｅ２およびｅ４をオン状態とし、スイッチｅ１およびｅ３をオフ状態とする。また、制御部６０は、図２Ｂに示す第２の回路接続を形成するように、演算増幅器３０の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ２と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ５と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。制御部６０は、各スイッチを上記のように制御することで、逆方向測定による電池セルｓ１についての差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄを取得する。
制御部６０は、順方向測定によって取得された（１）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄと、逆方向測定によって取得された（２）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄとの加算平均値を電池セルｓ１のセル電圧の測定値として算出する。
電池セルｓ１についての逆方向測定に続き、電池セルｓ２の逆方向測定が行われる。電池セルｓ２について逆方向測定を行う場合、制御部６０は、電池セル選択部１０を構成するスイッチａ１〜ａ２６のうち、スイッチａ４およびａ５をオン状態とし、他のスイッチをオフ状態とする。また、制御部６０は、接続切り換え部９０を構成するスイッチｅ２およびｅ４のオン状態を維持すると共にスイッチｅ１およびｅ３のオフ状態を維持する。また、制御部６０は、演算増幅器３０において、図２Ｂに示す第２の回路接続が形成された状態を維持する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ２と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ５と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する状態を維持する。制御部６０は、各スイッチを上記のように制御することで、逆方向測定による電池セルｓ２についての差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄを取得する。
電池セルｓ２についての逆方向測定に続き、電池セルｓ２の順方向測定が行われる。電池セルｓ２について順方向測定を行う場合、制御部６０は、電池セル選択部１０を構成するスイッチａ１〜ａ２６のうち、スイッチａ３およびａ６をオン状態とし、他のスイッチをオフ状態とする。また、制御部６０は、接続切り換え部９０を構成するスイッチｅ１〜ｅ４のうち、スイッチｅ１およびｅ３をオン状態とし、スイッチｅ２およびｅ４をオフ状態とする。また、制御部６０は、図２Ａに示す第１の回路接続を形成するように、演算増幅器３０の内部のスイッチｃ１およびｃ２を制御する。すなわち、制御部６０は、端子ｙ１と端子ｙ３とが接続されるようにスイッチｃ１を制御すると共に、端子ｙ４と端子ｙ６とが接続されるようにスイッチｃ２を制御する。制御部６０は、各スイッチを上記のように制御することで、順方向測定による電池セルｓ２についての差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄを取得する。
制御部６０は、逆方向測定によって取得された（３）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄと、順方向測定によって取得された（４）式で示される差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄとの加算平均値を電池セルｓ２のセル電圧の測定値として算出する。
以降同様に、制御部６０は、各電池セルについて順方向測定を行う場合には、当該電池セルの陽極をノードｎ１に接続し、当該電池セルの陰極をノードｎ２に接続するように電池セル選択部１０を構成するスイッチａ１〜ａ２６を制御する。また、制御部６０は、各電池セルについて順方向測定を行う場合には、接続切り換え部９０を構成するスイッチｅ１〜ｅ４のうち、スイッチｅ１およびｅ３をオン状態とし、スイッチｅ２およびｅ４をオフ状態とする。一方、制御部６０は、各電池セルについて逆方向測定を行う場合には、当該電池セルの陽極をノードｎ２に接続し、当該電池セルの陰極をノードｎ１に接続するように電池セル選択部１０を構成するスイッチａ１〜ａ２６を制御する。また、制御部６０は、各電池セルについて逆方向測定を行う場合には、接続切り換え部９０を構成するスイッチｅ１〜ｅ４のうち、スイッチｅ２およびｅ４をオン状態とし、スイッチｅ１およびｅ３をオフ状態とする。
制御部６０は、電池セルｓ１〜ｓ１２の各々について、順方向測定によって取得された差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄと、逆方向測定によって取得された差分電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタルデータＳｄとの加算平均値を算出する。制御部６０は、算出した値を、当該電池セルのセル電圧の測定値として出力する。
本実施形態に係る半導体装置１０２によれば、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様、セル電圧の測定時間を比較例に対して短縮することが可能となる。また、本実施形態に係る半導体装置１０２によれば、電池セルｓ１〜ｓ１２の各々についてオフセット電圧Ｖｏｆを含まないセル電圧の測定値を取得することが可能となる。さらに、本実施形態に係る半導体装置１０２によるセル電圧の測定方法によれば、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のばらつきに起因するオフセットもキャンセルすることができる。
なお、本実施形態に係る半導体装置１０２において、ノードｎ１と抵抗素子Ｒ１との間、およびノードｎ２と抵抗素子Ｒ２との間にそれぞれ、図５に示すバッファ回路７１および８２を設けてもよい。この場合、スイッチｄ１〜ｄ８の切り換え、およびバッファ回路７１、８１の内部の回路接続の切り換えは不要である。
上記の第１〜第３の実施形態においては、最初にセル電圧の測定対象となる電池セルｓ１の１回目の測定を順方向測定によって行い、電池セルｓ１の２回目の測定を逆方向測定によって行う場合を例示したが、電池セルｓ１の１回目の測定を逆方向測定によって行い、電池セルｓ１の２回目の測定を順方向測定によって行ってもよい。
また、第１〜第３の実施形態において、最下位の電池セルｓ１からセル電圧の測定を行い、その後、順次上位の電池セルをセル電圧の測定対象とする場合を例示したが、セル電圧の測定対象とする電池セルをどのような順序で選択してもよい。
なお、セル電圧入力端子ｘ０〜ｘ１２は、本発明におけるセル電圧入力端子の一例である。演算増幅器３０は、本発明における差分電圧出力部の一例である。電池セル選択部１０および入力電圧切り換え部２０は、本発明における接続部の一例である。制御部６０は、本発明における制御部および算出部の一例である。バッファ回路７１および８１は、本発明における一対のバッファ回路の一例である。抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、本発明における第１の抵抗素子〜第４の抵抗素子の一例である。
１０ 電池セル選択部
２０ 入力電圧切り換え部
３０、７２、８２ 演算増幅器
４０ ＡＤ変換器
６０ 制御部
７１、８１ バッファ回路
７３、８３ 第１のバッファ入力端子
７４、８４ 第２のバッファ入力端子
７５、８５ バッファ出力端子
１００、１０１、１０２ 半導体装置
ａ１〜ａ２６ スイッチ
ｂ１〜ｂ４ スイッチ
ｃ１、ｃ２ スイッチ
ｄ１〜ｄ８ スイッチ
ｅ１〜ｅ４ スイッチ
ｓ１〜ｓ１２ 電池セル
ｘ０〜ｘ１２ セル電圧入力端子

Claims (8)

  1. 直列に接続された複数の電池セルを含む組電池の両端および前記電池セル同士の接続点の各々に接続される複数のセル電圧入力端子と、
    第１の入力端子、第２の入力端子および出力端子を有し、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子の各々に入力される電圧の差分に応じた差分電圧を前記出力端子から出力する差分電圧出力部と、
    前記複数のセル電圧入力端子の各々と、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子とを切り換え可能に接続する接続部と、
    前記複数の電池セルのうちの１の電池セルの陽極に接続されるセル電圧入力端子が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陰極に接続されるセル電圧入力端子が前記第２の入力端子に接続された第１の接続状態、および当該１の電池セルの陰極に接続されるセル電圧入力端子が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陽極に接続されるセル電圧入力端子が前記第２の入力端子に接続された第２の接続状態を順次形成するように前記接続部を制御するセル電圧測定制御を前記複数の電池セルの各々について行う場合に、前記第１の接続状態および前記第２の接続状態のうち、当該１の電池セルについて最初に形成される接続状態が、直前に前記セル電圧測定制御が行われる他の電池セルについて最後に形成される接続状態と同じとなるように前記接続部を制御する制御部と、
    を含み、
    前記差分電圧出力部は、前記第１の入力端子に入力される電圧が前記第２の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記差分電圧を出力する第１の回路接続と、前記第２の入力端子に入力される電圧が前記第１の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記差分電圧を出力する第２の回路接続と、に切り換え可能に構成され、
    前記制御部は、前記第１の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第１の回路接続を形成し、前記第２の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第２の回路接続を形成する
    半導体装置。
  2. 前記第１の接続状態の下で前記差分電圧出力部の前記出力端子から出力された前記複数の電池セルのうちの１の電池セルのセル電圧に応じた差分電圧と、前記第２の接続状態の下で前記差分電圧出力部の前記出力端子から出力された当該１の電池セルのセル電圧に応じた差分電圧と、の平均値に相当する値を当該１の電池セルのセル電圧の測定値として算出する算出部を更に含む請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記接続部は、前記複数のセル電圧入力端子の各々を、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子に対応する第１のノードおよび第２のノードに選択的に接続する複数のスイッチを含む第１のスイッチ群を含み、
    前記制御部は、前記第１のスイッチ群における複数のスイッチのオンオフを制御する
    請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記接続部は、前記第１のノードおよび前記第２のノードに対応する第３のノードおよび第４のノードを選択的に前記第１の入力端子および前記第２の入力端子に接続する複数のスイッチを含む第２のスイッチ群を含み、
    前記制御部は、前記第２のスイッチ群における複数のスイッチのオンオフを制御する
    請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記複数のセル電圧入力端子と前記第１の入力端子および前記第２の入力端子との間に設けられ、入力される前記電池セルからの電圧をインピーダンス変換して出力する一対のバッファ回路を更に含む
    請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 前記一対のバッファ回路の各々は、第１のバッファ入力端子、第２のバッファ入力端子およびバッファ出力端子を有し、前記第１のバッファ入力端子に前記電池セルからの電圧が入力され且つ前記第２のバッファ入力端子が前記バッファ出力端子に接続された第１の状態と、前記第２のバッファ入力端子に前記電池セルからの電圧が入力され且つ前記第１のバッファ入力端子が前記バッファ出力端子に接続された第２の状態と、に切り換え可能に構成され、
    前記制御部は、前記第１の接続状態と前記第２の接続状態の切り換えに応じて、前記一対のバッファ回路の各々において、前記第１の状態と前記第２の状態との切り換えを行う
    請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記差分電圧出力部は、一端に前記電池セルからの電圧が入力され、他端が前記第１の入力端子に接続された第１の抵抗素子と、一端が前記第１の入力端子に接続された第２の抵抗素子と、一端に前記電池セルからの電圧が入力され、他端が前記第２の入力端子に接続された第３の抵抗素子と、一端が前記第２の入力端子に接続された第４の抵抗素子と、を含み、
    前記第２の抵抗素子の他端と固定電位との間に設けられた第１のスイッチと、前記第２の抵抗素子の他端と前記差分電圧出力部の前記出力端子との間に設けられた第２のスイッチと、前記第４の抵抗素子の他端と前記差分電圧出力部の前記出力端子との間に設けられた第３のスイッチと、前記第４の抵抗素子の他端と前記固定電位との間に設けられた第４のスイッチと、を更に含み、
    前記制御部は、前記第１の接続状態を形成する場合に、前記第１のスイッチおよび前記第３のスイッチをオン状態とすると共に前記第２のスイッチおよび前記第４のスイッチをオフ状態とし、前記第２の接続状態を形成する場合に、前記第２のスイッチおよび前記第４のスイッチをオン状態とすると共に前記第１のスイッチおよび前記第３のスイッチをオフ状態とする
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 第１の入力端子、第２の入力端子および出力端子を有し、前記第１の入力端子に入力される電圧が前記第２の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記第１の入力端子および前記第２の入力端子の各々に入力される電圧の差分に応じた差分電圧を前記出力端子から出力する第１の回路接続と、前記第２の入力端子に入力される電圧が前記第１の入力端子に入力される電圧よりも高い場合に前記差分電圧を出力する第２の回路接続と、に切り換え可能に構成された差分電圧出力部の前記第１の入力端子および前記第２の入力端子に、直列に接続された複数の電池セルを含む組電池の両端および前記電池セル同士の接続点の各々を順次接続して前記複数の電池セルの各々のセル電圧を測定するセル電圧の測定方法であって、
    前記複数の電池セルのうちの１の電池セルの陽極が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陰極が前記第２の入力端子に接続された第１の接続状態、および当該１の電池セルの陰極が前記第１の入力端子に接続され、当該１の電池セルの陽極が前記第２の入力端子に接続された第２の接続状態を順次形成するセル電圧測定制御を前記複数の電池セルの各々について行う場合に、前記第１の接続状態および前記第２の接続状態のうち、当該１の電池セルについて最初に形成される接続状態が、直前に前記セル電圧測定制御が行われる他の電池セルについて最後に形成される接続状態と同じとなるように、前記複数の電池セルの各々の陰極および陽極と、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子との間の接続を切り換え、前記第１の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第１の回路接続を形成し、前記第２の接続状態を形成する場合に前記差分電圧出力部において前記第２の回路接続を形成する
    セル電圧の測定方法。
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