JP6862092B2 - 半導体装置、電池監視システム及び電池監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、電池監視システム及び電池監視方法に関し、特に異常、あるいは状態を報知する通信手段を備えた電池監視用の半導体装置、及びその半導体装置を用いた電池監視システム、電池監視方法に関する。

近年、電動機システム、蓄電システム等二次電池を用いたシステムの一般化と共に、このような二次電池を用いたシステムにおける過充電、過放電、温度異常等の様々な状態の監視、あるいは充電電流、放電電流の異常の有無等の監視が重要となってきている。従って、二次電池を用いたシステムを監視する機能は電池監視用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として集積化される傾向にある。

一方、電池監視ＩＣは、これらの監視結果を、二次電池を用いたシステムの動作モード等も含め、システム全体を統括制御する制御部、例えばマイクロコントローラユニット（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ、以下、「ＭＣＵ」）に送信し、あるいは該送信の結果としての指示を受信し、電池監視ＩＣの各回路ブロックを制御する場合がある。二次電池を用いたシステムにおける監視・制御対象の増加、輻輳化に伴って、この電池監視ＩＣとＭＣＵとの間における通信の効率化の要請が顕在化してきている。電池監視ＩＣとＭＣＵとの間における通信は一般にパルス信号で行われるが、このような要請に対して、監視結果に応じこのパルス信号を変化させる（変調させる）場合がある。

監視に関する従来技術として、特許文献１には、パルス波形をなす電流により充電する充電装置において、二次電池の温度を測定する測定手段をもち、デューティ比、充電電流を電池温度あるいは電池温度変化により変化させる充電装置が開示されている。特許文献１に開示された充電装置では、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の二次電池を、パルス波形をなす電流により充電する充電方式において、電池内部圧力、電池温度の上昇をおさえ、最適な充電を行うことができるとしている。つまり、特許文献１に開示された充電装置では、電池温度を監視すると共に、監視結果に応じてパルス波形のデューティ比を変化させている。

一方、監視対象が複数である場合の従来技術として、特許文献２に開示された通信端末が知られている。特許文献２に開示された通信端末としての携帯電話機は、二次電池及びその二次電池を連続充電または間欠充電する電源回路を備えている。二次電池に含まれるサーミスタを利用して、無線通信回路や電源回路の熱源の周囲温度が検出される。無線通信回路によって検知された電波の受信感度から送信電力が求められる。そして、二次電池を充電しているときに通話処理が実行されると、周囲温度及び送信電力に基づいて、間欠充電のデューティ比が変更される。

特許文献２に開示された携帯電話機では、二次電池を間欠充電する際に、デューティ比が電波の受信状態及び周囲温度に基づいて設定されるため、二次電池を適切に充電することができるとされている。つまり、特許文献２に開示された携帯電話機では、電波の受信状態及び周囲温度を監視すると共に、監視結果に応じてパルス波形のデューティ比を変化させている。

特開平７−０１５８８４号公報 特開２０１３−０２７１５３号公報

ところで、上述したような電池監視ＩＣでは、監視対象の状態の多様化（スリープモード等の動作モード等）、異常等の監視項目の複雑化とともに、ＭＣＵとの間の通信量も増加する傾向にある。現状においても、電池監視ＩＣとＭＣＵとの間には、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の仕様に基づく通信手段を有している場合があるが、既存の通信方式では、仕様上の制約もあり、通信量の大幅な削減は期待できない。従って、電池監視ＩＣとＭＣＵとの間の通信量の大幅な削減、あるいは通信量の増加に伴う消費電流の大幅な削減を達成するためには、通信の方式から見直す必要があると考えられる。この点、特許文献１に開示された充電装置も、特許文献２に開示された通信端末も、パルス波形をした充電電流のデューティ比を変化させるものであり、通信方式自体を問題とするものではない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、電池監視部と電池監視部を制御する制御部を含む電池監視システムにおいて、制御部による電池監視部の状態の把握手段を簡素化し、電池監視部と制御部との間の通信量を削減すると共に、通信に伴う消費電流を削減することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、対象物を監視するための監視システムを構成する半導体装置であって、自己の複数の動作状態のうちの現在の動作状態、及び前記監視システムにおける複数の故障のうちの発生した故障、の少なくとも一方を検出する検出部と、前記検出部で検出された動作状態、及び前記検出部で検出された故障のうち少なくとも一方に応じて、予め定められた変調方式の第１パラメータ及び第２パラメータの少なくとも一方の変調パラメータを変化させて変調信号を生成する生成部と、前記変調信号を外部に送信する送信部と、を含む半導体装置であって、前記第１パラメータは第１の情報を示し、前記第２パラメータは第２の情報を示し、前記複数の動作状態の各々は、予め定められた条件で他の動作状態に遷移するものであり、前記第１の情報及び前記第２の情報のいずれか一方は遷移元の動作状態を示し、前記第１の情報及び第２の情報の他方は遷移先の動作状態を示すことを特徴とするものである。

一方、本発明に係る電池監視システムは、前記対象物が充電可能な電池である上記の半導体装置と、前記半導体装置を制御すると共に前記変調信号を監視する監視部を備えた制御装置と、前記電池に直列に接続された充電器及び負荷と、を含むものである。

さらに、本発明に係る電池監視方法は、充電可能な電池を監視するための電池監視システムにおける電池監視方法であって、前記電池監視システムが、前記電池が接続されると共に、前記電池監視システムにおける複数の故障の各々を検出するための情報を生成する複数の生成部、前記生成部で生成された情報に基づいて前記複数の故障のうちの発生した故障、及び自己の複数の動作状態のうちの現在の動作状態、の少なくとも一方を検出する検出部、前記検出部で検出された動作状態、及び前記検出部で検出された故障のうち少なくとも一方に応じて、予め定められた変調方式の第１パラメータ及び第２パラメータの少なくとも一方の変調パラメータを変化させて変調信号を生成する生成部、及び前記変調信号を外部に送信する送信部を含む半導体装置であって、前記第１パラメータは第１の情報を示し、前記第２パラメータは第２の情報を示し、前記複数の動作状態の各々は、予め定められた条件で他の動作状態に遷移するものであり、前記第１の情報及び前記第２の情報のいずれか一方は遷移元の動作状態を示し、前記第１の情報及び第２の情報の他方は遷移先の動作状態を示すことを特徴とする半導体装置と、前記半導体装置を制御すると共に、前記送信部から送信された前記変調信号を監視する監視部、及び前記半導体装置との通信を行うための通信部を備えた制御装置と、前記電池に直列に接続された充電器及び負荷と、を含み、前記制御装置が、前記監視部が前記変調信号を受信した場合に、前記複数の生成部で情報を生成させる指示を前記通信部を介して前記半導体装置に送信し、前記指示を受信した前記半導体装置が、前記複数の生成部での情報の生成を実行し、生成された情報を前記制御装置に返送するものである。

本発明によれば、電池監視部と電池監視部を制御する制御部を含む電池監視システムにおいて、制御部による電池監視部の状態の把握手段が簡素化され、電池監視部と制御部との間の通信量を削減されると共に、通信に伴う消費電流が削減され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機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 第１の実施の形態に係るＰＷＭ信号における異常内容とＰＷＭ信号のパルス周期及びデューティ比との対応の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係るＰＷＭ信号のパルス波形の一例を示すタイムチャートである。 第１の実施の形態に係る監視制御プログラムにおけるメインプログラムの処理の流れを示すフローチャートの一部である。 第１の実施の形態に係る監視制御プログラムにおけるパルス周期割込みプログラムの処理の流れを示すフローチャートの一部である。 第１の実施の形態に係る監視制御プログラムにおけるデューティ割込みプログラムの処理の流れを示すフローチャートの一部である。 第１の実施の形態に係る監視制御プログラムにおける測定処理サブルーチンプログラムの処理の流れを示すフローチャートの一部である。 第２の実施の形態に係る電池監視ＩＣの機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 第２の実施の形態に係る電池監視ＩＣの状態遷移の一例を示す遷移図である。 第２の実施の形態に係る電池監視ＩＣの状態とパルス波形のデューティ比との対応の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る電池監視ＩＣの状態とパルス波形のデューティ比及びパルス周期との対応の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る電池監視ＩＣの状態に伴うパルス波形の変化の一例を示すタイムチャートである。 従来技術に係る監視制御処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。以下で説明する実施の形態では、本発明に係る半導体装置を電池監視ＩＣに適用した形態を例示して説明する。

［第１の実施の形態］
図１ないし図７を参照して、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ及び電池監視システムについて説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係る電池監視システム１、及び電池監視ＩＣ１０の構成の一例について説明する。図１に示すように、電池監視システム１は、電池監視ＩＣ１０及びＭＣＵ６０を含んで構成されている。なお、本実施の形態では、電池監視ＩＣ１０の監視対象である電池として、リチウムイオン電池等の二次電池を想定している。

電池監視ＩＣ１０は、電池監視システム１における状態（スリープモード等の動作モード等）を管理し、異常の有無を監視し、必要な場合には、充電電流あるいは放電電流の経路（以下、「充放電経路」）の遮断等の制御を行う。また、電池監視ＩＣ１０は、電池の各セルの電圧、充電電流及び放電電流、あるいはＩＣの温度等の測定も行う。さらに、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０は、電池監視ＩＣ１０の内部の各回路ブロックの故障（異常）を診断するための自己診断機能を備えている。

図１に示すように、電池監視ＩＣ１０には、監視対象である複数のセルが直列に接続されたバッテリパック８６が接続されている。各セルは、電池監視ＩＣ１０のＧＮＤ（接地）端子、端子Ｖ０〜端子Ｖ１３に接続されると共に、バッテリパック８６の全体の電圧が電圧ＶＣＣとして、電池監視ＩＣ１０に入力されている。一方、電圧ＶＣＣは、端子ＢＡＴＴ（＋）及び端子ＢＡＴＴ（−）を介して、充電器８０及び負荷８２に接続されている。充電器８０は、例えば電源あるいは発電装置であり、バッテリパック８６の各セルを充電する機能を有する。負荷８２は、例えばモータ等のバッテリパック８６による駆動の対象であり、駆動の際バッテリパック８６が放電される。つまり、バッテリパック８６、充電器８０、負荷８２の経路で充電電流及び放電電流が流れる。また、この充電電流及び放電電流の経路（以下、「充放電経路」）には、経路遮断部４０が接続されており、必要な場合には、充放電経路の遮断が可能なように構成されている。

ＭＣＵ６０は、電池監視ＩＣ１０からの状態、監視等の情報に基づき、電池監視ＩＣ１０の制御等を行う。図１に示すように、ＭＣＵ６０には、電池監視システム１を制御する際のユーザインタフェースであり、シリアルインタフェースによりＭＣＵ６０との間で通信を行うＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）８４が接続されている。さらに、ＭＣＵ６０には、ＭＣＵ６０及び電池監視ＩＣ１０の周囲温度を測定するサーミスタ（図１では、「Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ」と表記、以下同様）５０、及び各種データを記憶するための不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５２が接続されている。

次に、図１を参照し、電池監視ＩＣ１０の構成についてより詳細に説明する。電池監視ＩＣ１０は、セル選択・セルバランススイッチ部（図１では、「Ｃｅｌｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ＆ Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｓ」と表記、以下同様）１２、レギュレータ部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）１４、ＩＣ制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１６、セル電圧検出部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ）１８、ＩＣ内部温度検出部（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ）２０、電流検出部（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒ）２２、外部ＦＥＴ制御部（ＦＥＴ Ｄｒｉｖｅｒ）２４、Ｉ２Ｃクロック検出部（Ｃｌｏｃｋ Ｓｔｏｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）２６、Ｉ２Ｃインタフェース部（Ｉ２Ｃ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２８、アナログデータ出力切り替え部３０、ショート電流検出部（Ｓｈｏｒｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３２、充電電流/放電電流経路遮断部（Ｃｈａｒｇｅｒ ＆ Ｏｐｅｎ−Ｌｏａｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３４、自己診断部（Ｓｅｌｆ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）３６、及び異常検出部３８を備えている。

セル選択・セルバランススイッチ部１２のセル選択スイッチは、主として、セル電圧を測定する際に、バッテリパック８６における測定対象となるセルを切り換える。セルバランススイッチは、各Ｖ端子間（例えばＶ０−Ｖ１間）に内部スイッチがあり、内部スイッチをＯＮさせて各セル電圧を放電させ、バッテリパック８６を均等化させる。レギュレータ部１４は、電圧ＶＣＣから、電池監視ＩＣ１０の各回路ブロックで使用される安定化された電源電圧を生成する。また、ＭＣＵ６０を動作させるための電源及び参照電圧を、端子ＶＲＥＧ／ＶＲＥＦから供給する。ＩＣ制御部１６は、電池監視ＩＣ１０の全体を統括制御する。

セル電圧検出部１８は、セル選択・セルバランススイッチ部１２によって切り換えられたバッテリパック８６における測定対象セルの電圧を測定する。ＩＣ内部温度検出部２０は所定の位置に配置されたサーミスタ等を備え、ＩＣの内部温度を測定する。電流検出部２２は、充放電経路に接続された端子ＩＳＥＮＳＥの信号に基づいて、充電器８０から流れる充電電流、及び負荷８２に流す放電電流を測定する。

外部ＦＥＴ制御部２４は、経路遮断部４０内に配置された充電経路遮断用及び放電経路遮断用のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を制御し、充電電流経路の遮断、放電電流経路の遮断（以下、「経路遮断」）を行う。Ｉ２Ｃクロック検出部２６は、Ｉ２Ｃインタフェース用のクロックＳＣＬが停止したことを検出する。Ｉ２Ｃインタフェース部２８は、Ｉ２Ｃ通信におけるデータ信号ＳＤＡ及びクロック信号ＳＣＬを介して、ＭＣＵ６０との間の通信を行う。なお、本実施の形態では、後述するように、電池監視ＩＣ１０の監視信号はＰＷＭ信号でＭＣＵ６０に送っているので、本実施の形態に係るＩ２Ｃクロック検出部２６及びＩ２Ｃインタフェース部２８では、各測定の実行指示等の限定的な通信が行われる。

アナログデータ出力切り替え部３０は、セル電圧検出部１８で測定されたセル電圧、ＩＣ内部温度検出部２０で測定された電池監視ＩＣ１０の内部温度、電流検出部２２で検出された充電電流、放電電流の各アナログ信号を切り替え、端子ＣＥＬＬＯＵＴからＭＣＵ６０に出力する。ショート電流検出部３２は、電流検出部２２における電流検出結果基づいて、充放電経路における短絡を検出する。

充電電流/放電電流経路遮断部３４は、充放電経路の状態を示す信号を端子ＰＳＥＮＳＥから取り込み、必要な場合に充電電流経路及び放電電流経路（充放電経路）の遮断を実行する。異常検出部３８は、セル電圧検出部１８で測定されたセル電圧、ＩＣ内部温度検出部２０で測定された電池監視ＩＣ１０の内部温度、電流検出部２２で検出された充電電流、放電電流、自己診断部３６で実行された自己診断処理の結果に基づいて、電池監視ＩＣ１０における異常の有無を検出する。検出された異常は、ＰＷＭ信号としてＭＣＵ６０に送られる。

自己診断部３６は、電池監視ＩＣ１０の内部の各回路ブロックの異常の有無について診断する。本実施の形態における自己診断部３６の診断の対象となっている回路ブロックは、セル選択・セルバランススイッチ部１２、レギュレータ部１４、ＩＣ制御部１６、セル電圧検出部１８、ＩＣ内部温度検出部２０、電流検出部２２、外部ＦＥＴ制御部２４、Ｉ２Ｃクロック検出部２６、Ｉ２Ｃインタフェース部２８、アナログデータ出力切り替え部３０、ショート電流検出部３２、充電電流／放電電流経路遮断部３４、及び異常検出部３８の各回路ブロックである。

次に、図１を参照し、ＭＣＵ６０の構成についてより詳細に説明する。図１に示すように、ＭＣＵ６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６２、フラッシュＲＯＭ（ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ）６４、内部ＲＡＭ６６、Ｉ２Ｃ制御部（Ｉ２Ｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ）６８、Ｉ２Ｃインタフェース（Ｉ２Ｃ ＩＮＦ）７０、アナログ／デジタル変換部（ＡＤＣ）７２、割込み制御部（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｕｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ）７４、ＧＰＩＯ部（ＧＰＩＯ）７６、及びＵＡＲＴインタフェース部（ＵＡＲＴ）７８を備えている。

ＣＰＵ６２は、ＭＣＵ６０の全体を統括制御する中央演算処理装置である。フラッシュＲＯＭ６４は、ＭＣＵ６０の制御プログラム等を格納する記憶部であり、内部ＲＡＭ６６は、ＭＣＵ６０の制御プログラムが一時的に使用するデータを格納する記憶部である。Ｉ２Ｃ制御部６８及びＩ２Ｃインタフェース７０は、Ｉ２Ｃ信号ＳＤＡ、ＳＣＬにより電池監視ＩＣ１０との通信を行う部位である。アナログ／デジタル変換部７２は、電池監視ＩＣ１０で測定した電圧値、電流値及び温度を端子ＣＥＬＬＯＵＴから受け取り、アナログデータをデジタルデータに変換する部位である。割込み制御部７４は、予め定められたタイミングで割込みを発生させる部位である。ＧＰＩＯ部７６は、ＥＥＰＲＯＭ５２へのデータの書き込み、データの読み込みを制御する部位である。ＵＡＲＴインタフェース部７８は、ＰＣ８４との通信を制御する部位である。

ところで、従来、電池監視ＩＣとＭＣＵとは電池の各セルの電圧測定、充電器及び負荷を接続した時に流れる電流測定、温度測定、自己診断を行い、異常を検出した場合、充電電流/放電電流経路を遮断する。図１３に示すフローチャートを参照して、従来技術に係る監視制御処理について説明する。図１３に示す監視制御処理は、監視制御処理プログラムに基づいて、ＭＣＵのＣＰＵによって実行される処理である。

まず、ステップＳ９００で各種パラメータ等の初期化処理を行った後、各測定処理に移行する。すなわち、ステップＳ９０２では電流の測定を行い、ステップＳ９０４で測定した電流が正常か否か判定する。当該判定が肯定判定となった場合には、ステップＳ９０８に移行し、次の測定であるセル電圧の測定を実行する。一方、当該判定が否定判定となった場合には、ステップＳ９０６に移行し、経路遮断を実行した後、次の測定であるセル電圧の測定を実行する。以下同様に、セル電圧の測定、温度の測定、自己診断処理を行い、各々において異常があった場合には経路遮断を実行する（ステップＳ９０８〜ステップＳ９２４）。

従来技術に係る電池監視システムにおいて監視・制御を実行する場合には、ＭＣＵが図１３に示す監視制御処理を予め定められた一定のサイクルで実行する必要がある。すなわち、予め定められたサイクルで電流の測定、セル電圧の測定、温度の測定、及び自己診断処理を行うことによって、電池監視ＩＣが監視しているセルの状態を把握する必要がある。このように、測定という処理が伴う従来技術に係る監視制御処理では処理負荷が重くなるため、ＭＣＵが電池監視ＩＣを制御するための専用ＩＣ化してしまう。その結果、例えば、ＭＣＵとしてクロック周波数の高いものを使用する必要が生じ、回路の高機能化、コストアップ等の要因になってしまう、という問題がある。

一方、ＭＣＵ及び電池監視ＩＣの電源は、通常、電池監視ＩＣに接続されている電池（セル）から供給されることもあり、電池監視システムの消費電力は極力抑える必要がある。この点、従来技術に係る電池監視システムのＭＣＵは、予め定められた一定のサイクルで、Ｉ２Ｃインタフェース等を介し電池監視ＩＣと通信を行うことにより電池の状態を把握する必要があるため、ＭＣＵの消費電流が大きくなってしまうという問題がある。

本実施の形態に係る電池監視システム１及び電池監視ＩＣ１０は、上記問題点の解決を意図したものであり、電池監視ＩＣ１０からＭＣＵ６０への異常情報等のデータの送信方法として、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）信号を用いた通信を採用している。

図２及び図３を参照して本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０の動作について、より詳細に説明する。

電池監視ＩＣ１０に複数のセルが直列に接続されたバッテリパック（電池）８６が接続されると、電池監視ＩＣ１０は、上述したように、電流測定、セル電圧測定、ＩＣ内部温度測定、自己診断処理を予め定められた一定サイクルで行う。電流測定、セル電圧測定、ＩＣ内部温度測定、自己診断処理を実行した後、異常検出部３８によって、各々の測定値、診断結果に基づいて、異常の有無が検出される。異常検出部３８における異常の有無の検出は、例えば、電流値、セル電圧値、ＩＣ内部温度、自己診断処理の各々に正常範囲（閾値）を設けておき、当該正常範囲から外れた場合に異常ありと判定する。

異常検出部３８は、測定、診断された各項目について異常が検出された場合には、異常内容に応じたＰＷＭ信号をＭＣＵ６０に送信する。図２に、本実施の形態における異常内容と、ＰＷＭ信号の変調パラメータであるパルス周期Ｔ（ｍｓ）及びデューティ比Ｄ（％）との対応関係の一例を示す。本実施の形態では、正常、電圧異常、電流異常、温度異常、及び自己診断異常の各異常内容に応じて固有のパルス周期Ｔが割り当てられている。すなわち、正常のパルス周期Ｔは５００ｍｓ、電圧異常の場合のパルス周期Ｔは７００ｍｓ、電流異常の場合のパルス周期Ｔは３００ｍｓ、温度異常の場合のパルス周期Ｔは９００ｍｓ、自己診断異常の場合のパルス周期Ｔは１００ｍｓとされている。

本実施の形態では、電流異常、温度異常、及び自己診断異常の内容を細分化し、各細分化された異常内容に応じてデューティ比Ｄが割り当てられている。すなわち、電流異常の内容を充電過電流異常、放電過電流異常、及びショート電流異常に細分化し、各々の異常に対しデューティ比Ｄ７０％、３０％、９０％が割り当てられている。すなわち、例えば、充電過電流異常の場合には、パルス周期Ｔが３００ｍｓで、デューティ比Ｄが７０％のＰＷＭ信号がＭＣＵ６０に送られる。なお、細分化された異常ではなく、単に電流異常を送る場合には、デューティ比Ｄ４０％でパルス周期Ｔが３００ｍｓのＰＷＭ信号とされる。

同様に、温度異常も低温異常、及び高温異常に細分化され、各々の異常に７０％、及び３０％のデューティ比Ｄが割り当てられている。すなわち、例えば、低温異常の場合にはパルス周期Ｔが９００ｍｓで、デューティ比Ｄが７０％のＰＷＭ信号がＭＣＵ６０に送られる。また、単に温度異常を送る場合のデューティ比Ｄは４０％とされる。

さらに、自己診断異常も細分化され、細分化された異常の各々にデューティ比Ｄが割り当てられるが、本実施の形態では、レギュレータ部１４の異常（図２では、「電圧レギュレータ異常」と表記）、外部ＦＥＴ制御部２４の異常（図２では、「ＦＥＴ駆動回路異常」と表記）、及びセル選択・セルバランススイッチ部１２の異常（図２では、「バランススイッチ異常」と表記）を例示して説明する。

図２に示すように、本実施の形態では、電圧レギュレータ異常にはデューティ比Ｄ７０％が、ＦＥＴ駆動回路異常にはデューティ比Ｄ３０％が、バランススイッチ異常にはデューティ比Ｄ９０％が割り当てられている。すなわち、例えば、電圧レギュレータ異常の場合には、パルス周期Ｔが１００ｍｓで、デューティ比Ｄ７０％のＰＷＭ信号がＭＣＵ６０に送られる。また、単に自己診断異常を送る場合のデューティ比Ｄは４０％とされる。

図３に、各異常内容に対応するＰＷＭ信号の一例を示す。図３（ａ）は正常の場合のＰＷＭ信号であり、パルス周期Ｔが５００ｍｓで、デューティ比Ｄが５０％となっている。
図５（ｂ）は電圧異常の場合のＰＷＭ信号であり、パルス周期Ｔが７００ｍｓで、デューティ比Ｄが４０％となっている。図３（ｃ）は、充電過電流異常の場合のＰＷＭ信号であり、パルス周期Ｔが３００ｍｓで、デューティ比Ｄが７０％となっている。図３（ｄ）は、高温異常の場合のＰＷＭ信号であり、パルス周期Ｔが９００ｍｓで、デューティ比Ｄが３０％となっている。

なお、本実施の形態では、電圧異常を細分化せずまとめて１つのＰＷＭ信号で送る形態を例示して説明したが、これに限られず、例えば、セルごとの電圧に細分化し、各々のセルにデューティ比Ｄを割り当てる形態としてもよい。

＜第１の実施の形態の変形例＞
上記実施の形態では、異常内容が１つの場合のＰＷＭ信号を例示して説明したが、ＰＷＭ信号でＭＣＵ６０に向けて送られる異常内容は１つに限られない。本変形例は、ＭＣＵ６０に送る異常内容が複数の場合の形態である。

図３（ｅ）は、異常検出部３８で検出された異常が、充電過電流異常及びバランススイッチ異常の２つの場合のＰＷＭ信号の一例を示している。図２に示すように、充電過電流異常の場合のＰＷＭ信号は、パルス周期Ｔが３００ｍｓであり、デューティ比Ｄが７０％である。また、バランススイッチ異常の場合のＰＷＭ信号は、パルス周期Ｔが１００ｍｓであり、デューティ比Ｄが９０％である。この場合、異常検出部３８は、図３（ｅ）に示すように、パルス周期Ｔが３００ｍｓで、デューティ比Ｄが７０％であるＰＷＭ信号と、パルス周期Ｔが１００ｍｓでデューティ比Ｄが９０％のＰＷＭ信号とを交互に送る。この場合の１周期のパルス周期Ｔｔは、４００ｍｓとなる。このような方式のＰＷＭ信号による通信を採用することにより、簡易に複数の異常内容をＭＣＵ６０に送ることができる。

なお、本実施の形態では異常内容が２つの形態を例示して説明したが、これに限られず、異常内容の数はいくつであってもよい。この場合、各異常内容に対応するＰＷＭ信号を順番に送ればよい。また、本実施の形態では、２つのＰＷＭ信号を１回ずつ交互に送る形態を例示して説明したが、これに限られず、各々の異常内容について複数回ずつのＰＷＭ信号を交互に送る形態としてもよい。

次に、図４ないし図７を参照して、本実施の形態に係る監視制御処理プログラムについて説明する。図４は、本監視制御処理プログラムのメインプログラムのフローチャートを示している。図５及び図６は、メインプログラムに対する割込み処理のプログラムを示しており、図５はパルス周期割込み処理プログラムを、図６は、デューティ割込み処理プログラムを各々示している。また、図７は、測定処理サブルーチンのプログラムを示している。

図４ないし図７に示す処理は、ＭＣＵ６０のＣＰＵ６２が、フラッシュＲＯＭ６４等の記憶手段から本監視制御処理プログラムを読み込み、実行する。なお、本実施の形態では、本監視制御処理プログラムをフラッシュＲＯＭ６４等に予め記憶させておく形態としているが、これに限られない。たとえば、本監視制御処理プログラムがコンピュータにより読み取り可能な可搬型の記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線または無線による通信手段を介して配信される形態等としてもよい。

まず、図４を参照して、メインプログラムについて説明する。

ステップＳ１００で、電池監視システム１の初期化処理を行う。本初期化処理は、例えば、電池監視システム１に対する電源投入時に行われる。また、本初期化処理では、後述するＰＷＭ信号を検出するためのパルス周期割込み、及びデューティ割込みを発生させるための処理も行う。

次のステップＳ１０２では、フラグＦ１及びフラグＦ２に０を設定して、各フラグを初期化する。後述するように、フラグＦ１は、パルス周期Ｔが異常値であるか否かを示すフラグであり、フラグＦ２は、デューティ比Ｄが異常値であるか否かを示すフラグである。

次のステップＳ１０４では、フラグＦ１の値が１となっているか、または、フラグＦ２の値が１になっているかについて判定する。後述するように、Ｆ１＝１はパルス周期Ｔが異常値であること、Ｆ２＝１はデューティ比Ｄが異常値であることを示している。当該判定が肯定判定となった場合にはステップＳ１０８に移行し、否定判定となった場合にはステップＳ１０６に移行する。

ステップＳ１０８では、測定処理サブルーチンを実行する。次のステップＳ１１０では、経路遮断が回復するまで待機し、経路遮断が回復した場合にはステップＳ１０２に戻る。後述するように、測定処理サブルーチンでは、電流の測定、セル電圧の測定、ＩＣ内部温度の測定、及び自己診断処理を行う。

ステップＳ１０６では、測定処理以外の通常の処理を実行し、ステップＳ１０４に戻る。つまり、ステップＳ１０４とステップＳ１０６のルーチンでフラグＦ１及びＦ２の値を監視しており、フラグＦ１またはＦ２の値が１になった場合に測定処理に移行する。その結果、電池監視システム１が正常な場合には、ＭＣＵ６０は電池監視ＩＣ１０に対して測定処理を実行させる必要がない。

次に、図５を参照して、パルス周期割込み処理について説明する。本プログラムは、メインプログラムの初期化処理で設定されたタイミングで実行される。

ステップＳ２００では、パルス周期カウンタからカウント値を取得する。パルス周期カウンタは、割込み制御部７４内に設けられた、ＰＷＭ信号のパルス周期Ｔを測定するカウンタである。パルス周期カウンタは、パルス周期Ｔに対して十分時間幅の短い測定パルスを発生させており、ＰＷＭ信号のパルス周期Ｔ内に含まれる測定パルスの数を計数することによって、パルス周期Ｔを測定している。

次のステップＳ２０２では、ステップＳ２００で取得したカウント値を、内部ＲＡＭ６６等の記憶手段に保持させる。

次のステップＳ２０４では、測定したパルス周期Ｔを予め定められた値と比較することにより、パルス周期Ｔが正常か否か判定する。図２に示すように、本実施の形態では、正常である場合のパルス周期Ｔは５００ｍｓであり、例えば、測定したパルス周期Ｔが、５００ｍｓを中心にした予め定められた範囲の中に入っているか否かによって、正常か否か判定する。

ステップＳ２０４における判定が肯定判定となった場合はそのまま終了し、否定判定となった場合には、フラグＦ１の値を１に設定して終了する。

次に、図６を参照して、デューティ割込み処理について説明する。本プログラムは、メインプログラムの初期化処理で設定されたタイミングで実行される。

ステップＳ３００では、デューティカウンタからカウント値を取得する。デューティカウンタは、割込み制御部７４内に設けられた、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄを測定するカウンタである。デューティカウンタは、デューティ比Ｄに対して十分時間幅の短い測定パルスを発生させており、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄ内に含まれる測定パルスの数を計数することによって、デューティ比Ｄを測定している。

次のステップＳ３０２では、ステップＳ３００で取得したカウント値を、内部ＲＡＭ６６等の記憶手段に保持させる。

次のステップＳ３０４では、測定したデューティ比Ｄを予め定められた値と比較することにより、デューティ比Ｄが正常か否か判定する。図２に示すように、本実施の形態では、正常である場合のデューティ比は５０％であり、例えば、測定したデューティ比が、５０％を中心にした予め定められた範囲の中に入っているか否かによって、正常か否か判定する。

ステップＳ３０４における判定が肯定判定となった場合はそのまま終了し、否定判定となった場合には、フラグＦ２の値を１に設定して終了する。

次に、図７を参照して、測定処理サブルーチンについて説明する。本プログラムは、パルス周期Ｔまたはデューティ比Ｄに異常が発生した場合に、メインプログラムから呼び出されて実行される。

まず、ステップＳ４００で、電流の測定値を取得する。本実施の形態では、電流値の取得は、Ｉ２Ｃインタフェース７０及びアナログ／デジタル変換部７２を介して行う。すなわち、ＣＰＵ６２は、まず、電流測定の指示をＩ２Ｃインタフェース７０を介して電池監視ＩＣ１０に送る。該指示を契機として電池監視ＩＣ１０は電流の測定を行い、アナログデータ出力切り換え部３０から、端子ＣＥＬＬＯＵＴを介して、ＭＣＵ６０のアナログ／デジタル変換部７２に出力する。以上の処理により、ＭＣＵ６０は電池監視ＩＣ１０が測定した電流値を取得する。

次のステップＳ４０２で、取得した電流値が正常であるか否かについて判定する。当該判定は、例えば、取得した電流値が予め定められた電流値の許容範囲内にあるか否かによって判定する。

ステップＳ４０２で否定判定となった場合には、ステップＳ４０４に移行し、経路遮断を行った後次の取得処理に移行し、当該判定が肯定判定となった場合には、次の取得処理に移行する。

ステップＳ４０６では、セル電圧の測定値を取得する。セル電圧値の取得は、電流値の取得と同様の手順により、Ｉ２Ｃインタフェース７０及びアナログ／デジタル変換部７２を介して行う。セル電圧の測定は、電池監視ＩＣ１０によってセルの個数分だけ繰り返されて実行される。

次のステップＳ４０８で、取得したセル電圧値が正常であるか否かについて判定する。
当該判定は、例えば、取得したセル電圧値が予め定められたセル電圧値の許容範囲内にあるか否かによって判定する。

ステップＳ４０８で否定判定となった場合には、ステップＳ４１０に移行し、経路遮断を行った後次の取得処理に移行し、当該判定が肯定判定となった場合には、次の取得処理に移行する。

ステップＳ４１２では、温度の測定値を取得する。温度の取得は、電流値の取得と同様の手順により、Ｉ２Ｃインタフェース７０及びアナログ／デジタル変換部７２を介して行う。

次のステップＳ４１４で、取得した温度が正常であるか否かについて判定する。当該判定は、例えば、取得した温度が予め定められた温度の許容範囲内にあるか否かによって判定する。

ステップＳ４１４で否定判定となった場合には、ステップＳ４１６に移行し、経路遮断を行った後次の取得処理に移行し、当該判定が肯定判定となった場合には、次の取得処理に移行する。

ステップＳ４１８では、自己診断結果を取得する。自己診断結果の取得は、電流値の取得と同様の手順により、Ｉ２Ｃインタフェース７０及びアナログ／デジタル変換部７２を介して行う。

次のステップＳ４２０で、取得した自己診断結果が全て正常であるか否かについて判定する。当該判定は、取得した各診断項目の結果に異常が含まれるか否かによって判定する。

ステップＳ４２０で否定判定となった場合には、ステップＳ４２２に移行し、経路遮断を行った後メインプログラムにリターン（復帰）し、当該判定が肯定判定となった場合には、そのままリターンする。

以上詳述したように、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０では、電流測定、セル電圧測定、ＩＣ内部温度測定の各測定、及び各種自己診断を実施後、異常検出部３８が各々の測定値が正常か異常か判断し、診断結果に異常が含まれていないか判断し、当該判断結果をＭＣＵ６０に対してＰＷＭ信号として出力している。

一方、ＭＣＵ６０は、割込み処理ルーチン（パルス周期割込み、及びデューティ割込み）により、電池監視ＩＣ１０の状態(正常か異常か)を監視している。そして、当該監視結果が正常であれば、測定結果、診断結果を取得するために電池監視ＩＣ１０にアクセス（通信）する必要がなく、他の通常の処理(例えば外部プログラムとの通信等)を実行できる。そして、異常を示すＰＷＭ信号を受信した場合にのみ電池監視ＩＣ１０にアクセスし、電流、セル電圧、ＩＣ内部温度、及び自己診断処理を行う。その結果、本実施の形態に係る電池監視システム及び電池監視ＩＣによれば、通信量が削減され、通信に伴う消費電流（接続しているバッテリパックの消費電流）も削減される。

また、ＭＣＵ６０は、電池監視ＩＣ１０が常に出力している自己の状態を示すＰＷＭ信号を監視することによって、電池監視ＩＣ１０が破壊されているか否か(動作しているか否か)を把握できるという効果も得られる。

さらにＰＷＭ信号とＩ２Ｃインタフェースの２系統で電池監視ＩＣ１０の異常を検知できる、つまり異常を検知するための通信が２重化されており、電池監視システムの信頼性が向上するという効果も得られる。すなわち、例えば、電池ノイズに起因して一方の通信に障害が発生したとしても、他方の通信で異常を検出できるので、信頼性が向上する。また、ＰＷＭ信号のパルス周期Ｔ及びデューティ比Ｄの種類を増やすことにより、バッテリパック８６のセル数を増やしたい等の要請から電池監視ＩＣ１０を多段接続した場合に、上位段の電池監視ＩＣ１０の状態も、最下位の電池監視ＩＣ１０を経由してＭＣＵ６０に知らせることも可能となる。

［第２の実施の形態］
図８ないし図１０を参照して、本実施の形態に係る電池監視システム及び電池監視ＩＣについて説明する。本実施の形態は、上記実施の形態において、ＰＷＭ信号を用いた通信によって送信する内容を変えた形態である。すなわち、上記実施の形態では、ＰＷＭ信号によって電池監視ＩＣの異常を送信したが、本実施の形態は、ＰＷＭ信号によって、電池監視ＩＣの動作状態（動作モード）を送信する形態である。

図８を参照して、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０ａについて説明する。図８に示すように、電池監視ＩＣ１０ａは、セル選択・セルバランススイッチ部（図８では、「Ｃｅｌｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ＆ Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｅ Ｓｗｉｃｈｅｓ」と表記、以下同様）１００、レギュレータ部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）１０２、セル電圧検出部（Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ＿Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０４、電流検出部（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１０６、外部ＦＥＴ制御部（ＦＥＴ Ｄｒｉｖｅｒ）１０８、ＩＣ制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｏｇｉｃ）１１０、クロック生成部（Ｃｌｏｃｋ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ＿Ｃｌｏｃｋ Ｓｔｏｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１１２、充電器/負荷検出部（Ｃｈａｒｇｅｒ／Ｌｏａｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１１４、状態検出部（Ｓｔａｔｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１１６、内部電圧生成部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｌａｍｐ）１１８、及び遅延生成部（Ｄｅｌａｙ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２０を備えている。

電池監視ＩＣ１０ａの端子ＧＮＤ、端子Ｖ０ないし端子Ｖ７には、図示しないバッテリパックの各セルが接続され、バッテリパックの電圧ＶＤＤが端子ＶＤＤから電池監視ＩＣ１０ａに供給される。

セル選択・セルバランススイッチ部１００、レギュレータ部１０２、セル電圧検出部１０４、電流検出部１０６、外部ＦＥＴ制御部１０８の各機能は、各々上記実施の形態におけるセル選択・セルバランススイッチ部１２、レギュレータ部１４、セル電圧検出部１８、電流検出部２２、外部ＦＥＴ制御部２４と同様なので、詳細な説明は省略し、電池監視ＩＣ１０ａで特徴的な点についてのみ説明する。

セル電圧検出部１０４は、検出部（Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）及び参照電圧生成部（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含んでいる。検出部は、セル選択・セルバランススイッチ部１００によって切り換えられたバッテリパックにおける測定対象セルの電圧を検出する。参照電圧生成部は、検出部がセル電圧を検知する際の基準電圧を生成する。なお、本実施の形態では、各セルの電圧を測定する機能を有しておらず、セル電圧を基準電圧と比較し、電圧が予め定められた範囲内にない場合にアラーム（警報）を報知する。

電流検出部１０６は、充放電経路からの信号を端子ＩＳＭ、ＩＳＰを介して取得し、充電電流、放電電流を検出する。レギュレータ部１０２からは、電池監視ＩＣ１０ａの外部に接続される回路用の電源が端子ＶＲＥＧから出力される。外部ＦＥＴ制御部１０８は、端子Ｃ＿ＦＥＴに接続された充電電流経路遮断用ＦＥＴ、端子Ｄ＿ＦＥＴに接続された放電電流経路遮断用ＦＥＴを介して、充放電経路の遮断を制御する。

ＩＣ制御部１１０は、電池監視ＩＣ１０ａの全体を統括制御する。ＩＣ制御部１１０は、電池監視ＩＣ１０ａ内の異常を、端子ＣＥＬＬＯＰを介して外部に報知する。また、端子ＳＬＥＥＰをハイレベルに設定することによって、後述する電池監視ＩＣ１０ａの動作モードがどのモードにある場合でも、スリープモードに遷移させることができる。

クロック生成部１１２は、電池監視ＩＣ１０ａの各回路ブロックを動作させるためのクロックを生成する部位であり、クロック発生部（Ｃｌｏｃｋ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）及びクロック検出部（Ｃｌｏｃｋ Ｓｔｏｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含んでいる。クロック発生部は所定の周波数のクロック信号を発生する部位であり、クロック検出部は、当該クロックの停止を検出する。

充電器/負荷検出部１１４は、充放電経路に接続された端子ＶＲＳＮＳからの信号に基づき、充電器、あるいは負荷が接続されているか否かを検出する。状態検出部１１６は、電池監視ＩＣ１０ａの状態（動作モード）を検出し、当該動作モードを示すＰＷＭ信号を端子ＰＷＭから出力する。動作モードとＰＷＭ信号との関係の詳細については、後述する。

内部電圧生成部１１８は、電源ＶＤＤから電池監視ＩＣ１０ａ内で使用する電圧を生成する。遅延生成部１２０は、セル電圧検出部１０４がセル電圧を検出する際の遅延時間（時定数）を決める部位であり、端子ＯＶＤＥＬ、端子ＵＶＤＥＬ間に外付けのコンデンサを接続して、当該時定数を調整する。

電池監視ＩＣ１０ａは、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電動工具システム、あるいは電動機システムに用いられ、バッテリパック自身の電圧の測定、バッテリパックに含まれる各セルの電圧の測定、及び充電器及び負荷を接続した際に流れる電流を測定し、必要な場合に、充電電流／放電電流経路（充放電経路）を遮断する機能を有している。
また、電池監視ＩＣ１０ａは、測定したセル電圧値、電流値によって異常を検出した場合には、異常内容に応じて電池監視ＩＣ１０ａの動作モード（状態）を判別し、さらに、測定したセル電圧値、電流値が変化した場合には、動作モードを遷移させる。そして、動作モードに応じて、必要な場合には、充電電流/放電電流経路を遮断する。

図９は、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０ａの状態遷移の一例を示している。図９に示すように、電池監視ＩＣ１０ａでは、動作モードとして、スリープモード、イニシャルモード、ノーマルモード、過充電モード、過放電モード、充電過電流モード、及び放電過電流モードの７つのモードを有している。図９は、電池監視ＩＣ１０ａがある動作モードにある場合において、所定の条件を満たす場合に遷移する動作モードの一連の連結状態を示しているが、各動作モード間の遷移条件の詳細については説明を省略する。むろん、動作モードの数は７つに限定されるものではなく、過放電の解除モード等必要に応じて付け加えてもよいし、図９に示す７つの動作モードから、いくつか削除してもよい。

スリープモードは、電池監視ＩＣ１０ａに操作が行われない場合に、再立ち上げに必要な最低限の機能以外の機能の動作を停止させる省電力モードである。イニシャルモードは、電池監視ＩＣ１０ａの各種パラメータ等の設定を行うモードである。ノーマルモードは、電池監視ＩＣ１０ａが正常動作状態にあるときのモードである。過充電モードは、充電が過剰となっているモードであり、過放電モードは、放電が過剰となっているモードである。また、充電過電流モードは、充電時に電流が過剰となっているモードであり、放電過電流モードは、放電時に電流が過剰となっているモードである。

図９に示すように、様々な動作モードが複雑に関連する電池監視ＩＣ１０ａでは、電池監視ＩＣ１０ａが現在どの動作モードにあるか常時判断していることが重要となる。本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０ａでは、図８に示す端子のうち、端子Ｄ＿ＦＥＴ、Ｃ＿ＦＥＴ、ＶＲＳＮＳ、ＵＶＤＥＬ、ＯＶＤＥＬ、ＶＲＥＧ、及びＣＥＬＬＯＰの各々に発生している端子電圧をデジタルオシロスコープ、あるいはデジタルマルチメータ等の外部測定機器を使用して測定すれば、電池監視ＩＣ１０ａがどの動作モードに遷移しているのか判別可能となっている。しかしながら、電池監視ＩＣ１０ａの搭載基板が小スペースの基板であったり、システムに組んでしまった後では、これらの端子電圧を測定することが極めて困難となる。

そこで、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０ａでは、現在の動作モードを示すＰＷＭ信号を端子ＰＷＭから外部に送ることができるようにして、上記の問題点の解決を図っている。

図１０に示すように、電池監視ＩＣ１０ａでは、ＰＷＭ信号における変調パラメータであるパルス周期Ｔを一定（例えば、１秒）とし、各動作モードにデューティ比Ｄを割り当てている。すなわち、スリープモードにはデューティ比Ｄ８０％、イニシャルモードにはデューティ比Ｄ３０％、ノーマルモードにはデューティ比Ｄ５０％、過充電モードにはデューティ比Ｄ９０％、過放電モードにはデューティ比Ｄ１０％、充電過電流モードにはデューティ比Ｄ７０％、そして放電過電流モードにはデューティ比Ｄ２０％が割り当てられている。個々の波形については、図３に示すＰＷＭ信号の波形に準じて生成されるので、詳細な説明は省略する。

図１０を参照して、本実施の形態に係るＰＷＭ信号による動作モードの遷移についてより詳細に説明する。電池監視ＩＣ１０ａにバッテリパックが接続されると、ＩＣ制御部１１０にクロック生成部１１２からクロックが供給され、レギュレータ部１０２から電源が印加されて、イニシャルモードに遷移する。イニシャルモードに遷移すると、図１０に示すように、状態検出部１１６から、一定のパルス周期Ｔ（例えば、１秒）でデューティ比Ｄ３０％のＰＷＭ信号が出力される。

電池監視ＩＣ１０ａは、いずれかのセル電圧が過放電電圧閾値を越えておらず、かつ、いずれかのセル電圧が過充電電圧閾値を越えていない場合に、ノーマルモードに遷移する。ノーマルモードに遷移すると、状態検出部１１６から、一定のパルス周期Ｔでデューティ比Ｄ５０％のＰＷＭ信号が出力される。その後、所定の遷移条件を充足することにより、電池監視ＩＣ１０ａが他の動作モードに遷移した場合には、図１０に示すように、デューティ比Ｄが遷移先の動作モードに対応するデューティ比Ｄに変更され、変更されたデューティ比ＤのＰＷＭ信号が状態検出部１１６から出力される。

以上詳述したように、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０ａでは、現在の電池監視ＩＣ１０ａの動作モード（状態）に応じたデューティ比ＤのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を端子ＰＷＭから出力する状態検出部１１６を設けたので、１つの端子の信号を監視するだけで、現在の電池監視ＩＣの状態を判別することが可能となっている。

［第３の実施の形態］
図１１及び図１２を参照して、本実施の形態に係る電池監視システム及び電池監視ＩＣについて説明する。本実施の形態は、現在の動作モード（遷移先動作モード）の情報に加えて、その動作モードに至る１つ前の遷移元の動作モード（遷移元動作モード）に関する情報も載せたＰＷＭ信号を用いる形態である。遷移元動作モードに関する情報とは、動作モードＡから動作モードＢに遷移した場合の動作モードＢを示すＰＷＭ信号中に埋め込まれた、動作モードＡを示す情報をさす。

本実施の形態では、ＰＷＭ信号におけるパラメータであるデューティ比Ｄに遷移先動作モードを割り振り、パルス周期Ｔに遷移元動作モードを割り当てている。むろん、この割り当ては、逆であってもよい、つまり、ＰＷＭ信号におけるパルス周期Ｔに遷移先動作モードを割り振り、デューティ比Ｄに遷移元動作モードを割り当ててもよい。なお、本実施の形態に係る電池監視ＩＣの構成は、上記実施の形態における電池監視ＩＣ１０ａと同様なので、必要に応じ図８を参照して説明する。

図１１は、上記の各動作モードにおける遷移先動作モード及び遷移元動作モードを示すＰＷＭ信号の各パラメータ値（条件）を示している。すなわち、遷移先動作モードを示すパラメータとして、図１０と同様に、スリープモードにはデューティ比Ｄ８０％、イニシャルモードにはデューティ比Ｄ３０％、ノーマルモードにはデューティ比Ｄ５０％、過充電モードにはデューティ比Ｄ９０％、過放電モードにはデューティ比Ｄ１０％、充電過電流モードにはデューティ比Ｄ７０％、そして放電過電流モードにはデューティ比Ｄ２０％が割り当てられている。

本実施の形態では、さらに、遷移元動作モードを示すパラメータとして、スリープモードにはパルス周期Ｔ７００ｍｓ、イニシャルモードにはパルス周期Ｔ２５０ｍｓ、ノーマルモードにはパルス周期Ｔ１００ｍｓ、過充電モードにはパルス周期Ｔ３０ｍｓ、過放電モードにはパルス周期Ｔ５００ｍｓ、充電過電流モードにはパルス周期Ｔ１０ｍｓ、そして放電過電流モードにはパルス周期Ｔ５０ｍｓが割り当てられている。

図１１及び図１２を参照して、本実施の形態に係るＰＷＭ信号による動作モードの遷移についてより詳細に説明する。以下の説明では、図１２（ｅ）に示すように、最初にスリープモードにあり、以後、イニシャルモード、ノーマルモード、過充電モードと順次遷移する場合を例示して説明する。図１２（ａ）に示すように、スリープモードでは、パルス周期Ｔ７００ｍｓ、デューティ比Ｄ８０％のＰＷＭ信号が、状態検出部１１６から出力されている。なお、本遷移例では、最初の動作モードを、遷移してくる動作モードのないスリープモードとしているが、最初の動作モードがスリープモードではない場合には、遷移元動作モードを示すパラメータであるパルス周期Ｔを初期値（デフォルト値、例えば、７５０ｍｓ）とすればよい。

電池監視ＩＣ１０ａにバッテリパックが接続されると、ＩＣ制御部１１０にクロック生成部１１２からクロックが供給され、レギュレータ部１０２から電源が印加されて、スリープモードからイニシャルモードに遷移する。イニシャルモードに遷移すると、図１２（ｂ）に示すように、パルス周期Ｔが７００ｍｓで、デューティ比Ｄが３０％のＰＷＭ信号が、状態検出部１１６から出力される。デューティ比Ｄ３０％がイニシャルモードを表している一方、パルス周期Ｔ７００ｍｓがスリープモードからの遷移であることを示している。

電池監視ＩＣ１０ａは、いずれかのセル電圧が過放電電圧閾値を越えておらず、かつ、いずれかのセル電圧が過充電電圧閾値を越えていない場合に、ノーマルモードに遷移する。イニシャルモードからノーマルモードに遷移したことによって、図１２（ｃ）に示すように、パルス周期Ｔが２５０ｍｓで、デューティ比Ｄが５０％のＰＷＭ信号が、状態検出部１１６から出力される。デューティ比Ｄ５０％がノーマルモードを表している一方、パルス周期Ｔ２５０ｍｓがイニシャルモードからの遷移であることを示している。

その後、ノーマルモードから過充電モードに遷移した場合には、図１２（ｄ）に示すように、パルス周期Ｔが１００ｍｓで、デューティ比Ｄが９０％のＰＷＭ信号が、状態検出部１１６から出力される。デューティ比Ｄ９０％が過充電モードを表している一方、パルス周期Ｔ１００ｍｓがノーマルモードからの遷移であることを示している。

以上詳述したように、本実施の形態に係る電池監視ＩＣ１０ａでは、各動作モードに遷移した場合に、パルス周期Ｔが遷移元の動作モード（１つ前の動作モード）を示し、デューティ比Ｄが遷移先の動作モード（現在の動作モード）を示すＰＷＭ信号を出力する状態検出部１１６を設けた。このことにより、１つ端子の信号を監視するだけで、現在の電池監視ＩＣ１０ａの状態と、前回の電池監視ＩＣ１０ａの状態を判別することが可能となっている。

ここで、本実施の形態では、本実施の形態に係るＰＷＭ信号を用いた状態遷移の報知を、電池監視ＩＣに適用した形態を例示して説明したが、電池監視ＩＣに限らず状態遷移を有する監視システムに用いても同様の効果を得ることができる。

なお、上記各実施の形態では、ＰＷＭ信号を用いた故障の報知と、ＰＷＭ信号を用いた動作モードの報知とを別々の形態として説明したが、これに限られず、各々の報知を組み合わせた形態としてもよい。すなわち、例えば、ＰＷＭ信号のパルス周期Ｔを変えることによって複数の故障のいずれかを報知し、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄを変えることによって複数の動作モードのいずれかを報知する形態としてもよい。

また、上記各実施の形態では、ＰＷＭ信号を用いて故障、あるいは動作モードを報知する形態を例示して説明したが、これに限られず、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号、あるいはＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を用いて報知する形態としてもよい。

１ 電池監視システム
１０、１０ａ 電池監視ＩＣ
１２ セル選択・セルバランススイッチ部（Ｃｅｌｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ＆ Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｓ）
１４ レギュレータ部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）
１６ ＩＣ制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ）
１８ セル電圧検出部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ）
２０ ＩＣ内部温度検出部（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ）
２２ 電流検出部（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒ）
２４ 外部ＦＥＴ制御部（ＦＥＴ Ｄｒｉｖｅｒ）
２６ Ｉ２Ｃクロック検出部（Ｃｌｏｃｋ Ｓｔｏｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
２８ Ｉ２Ｃインタフェース部（Ｉ２Ｃ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）
３０ アナログデータ出力切り替え部
３２ ショート電流検出部（Ｓｈｏｒｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
３４ 充電電流/放電電流経路遮断部（Ｃｈａｒｇｅｒ ＆ Ｏｐｅｎ−Ｌｏａｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
３６ 自己診断部（Ｓｅｌｆ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）
３８ 異常検出部
４０ 経路遮断部
５０ サーミスタ（Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）
５２ ＥＥＰＲＯＭ
６０ ＭＣＵ
６２ ＣＰＵ
６４ フラッシュＲＯＭ（ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ）
６６ 内部ＲＡＭ
６８ Ｉ２Ｃ制御部（Ｉ２Ｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ）
７０ Ｉ２Ｃインタフェース（Ｉ２Ｃ ＩＮＦ）
７２ アナログ／デジタル変換部（ＡＤＣ）
７４ 割込み制御部（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｕｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ）
７６ ＧＰＩＯ部（ＧＰＩＯ）
７８ ＵＡＲＴインタフェース部（ＵＡＲＴ）
８０ 充電器
８２ 負荷
８４ ＰＣ
８６ バッテリパック
１００ セル選択・セルバランススイッチ部（Ｃｅｌｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ＆ Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｓ）
１０２ レギュレータ部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）
１０４ セル電圧検出部（Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ＿Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）
１０６ 電流検出部（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
１０８ 外部ＦＥＴ制御部（ＦＥＴ Ｄｒｉｖｅｒ）
１１０ ＩＣ制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｏｇｉｃ）
１１２ クロック生成部（Ｃｌｏｃｋ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ＿Ｃｌｏｃｋ Ｓｔｏｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
１１４ 充電器/負荷検出部（Ｃｈａｒｇｅｒ／Ｌｏａｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
１１６ 状態検出部（Ｓｔａｔｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
１１８ 内部電圧生成部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｌａｍｐ）
１２０ 遅延生成部（Ｄｅｌａｙ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）

Claims (7)

1. 対象物を監視するための監視システムを構成する半導体装置であって、
   自己の複数の動作状態のうちの現在の動作状態、及び前記監視システムにおける複数の故障のうちの発生した故障、の少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された動作状態、及び前記検出部で検出された故障のうち少なくとも一方に応じて、予め定められた変調方式の第１パラメータ及び第２パラメータの少なくとも一方の変調パラメータを変化させて変調信号を生成する生成部と、
   前記変調信号を外部に送信する送信部と、を含む半導体装置であって、
   前記第１パラメータは第１の情報を示し、
   前記第２パラメータは第２の情報を示し、
   前記複数の動作状態の各々は、予め定められた条件で他の動作状態に遷移するものであり、
   前記第１の情報及び前記第２の情報のいずれか一方は遷移元の動作状態を示し、
   前記第１の情報及び第２の情報の他方は遷移先の動作状態を示す
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記変調方式がパルス幅変調であり、
   前記第１パラメータがパルス周期、前記第２パラメータがデューティ比である
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記検出部で検出された故障が複数である場合に、前記生成部は、検出された複数の故障の各々に応じた複数の前記変調信号を生成し、
   前記送信部は、複数の前記変調信号を交互に配置して送信する
   請求項1又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記対象物が充電可能な電池である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置と、
   前記半導体装置を制御すると共に前記変調信号を監視する監視部を備えた制御装置と、 前記電池に直列に接続された充電器及び負荷と、を含む
   電池監視システム。
5. 前記半導体装置は、前記検出部が前記複数の故障の各々を検出するための情報を生成する複数の生成部をさらに含み、
   前記制御装置は、前記半導体装置との通信を行うための通信部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記監視部が前記変調信号を受信した場合に、前記複数の生成部で情報を生成すると共に生成した情報を前記制御装置に返送させる指示を、前記通信部を介して前記半導体装置の送信する
   請求項４に記載の電池監視システム。
6. 前記複数の生成部は、前記電池の電圧を測定する電圧測定部、前記充電器及び前記負荷に流れる電流を測定する電流測定部、前記半導体装置の温度を測定する温度測定部、及び自己の異常を診断する自己診断部のうちの少なくとも２つを含み、
   前記複数の故障の各々を検出するための情報が、前記電圧測定部で測定された電圧値、前記電流測定部で測定された電流値、前記温度測定部で測定された温度、及び前記自己診断部で診断された自己診断結果のうちの少なくとも２つである
   請求項５に記載の電池監視システム。
7. 充電可能な電池を監視するための電池監視システムにおける電池監視方法であって、
   前記電池監視システムが、
   前記電池が接続されると共に、前記電池監視システムにおける複数の故障の各々を検出するための情報を生成する複数の生成部、前記生成部で生成された情報に基づいて前記複数の故障のうちの発生した故障、及び自己の複数の動作状態のうちの現在の動作状態、の少なくとも一方を検出する検出部、前記検出部で検出された動作状態、及び前記検出部で検出された故障のうち少なくとも一方に応じて、予め定められた変調方式の第１パラメータ及び第２パラメータの少なくとも一方の変調パラメータを変化させて変調信号を生成する生成部、及び前記変調信号を外部に送信する送信部を含む半導体装置であって、前記第１パラメータは第１の情報を示し、前記第２パラメータは第２の情報を示し、前記複数の動作状態の各々は、予め定められた条件で他の動作状態に遷移するものであり、前記第１の情報及び前記第２の情報のいずれか一方は遷移元の動作状態を示し、前記第１の情報及び第２の情報の他方は遷移先の動作状態を示すことを特徴とする半導体装置と、
   前記半導体装置を制御すると共に、前記送信部から送信された前記変調信号を監視する監視部、及び前記半導体装置との通信を行うための通信部を備えた制御装置と、
   前記電池に直列に接続された充電器及び負荷と、を含み、
   前記制御装置が、前記監視部が前記変調信号を受信した場合に、前記複数の生成部で情報を生成させる指示を前記通信部を介して前記半導体装置に送信し、
   前記指示を受信した前記半導体装置が、前記複数の生成部での情報の生成を実行し、生成された情報を前記制御装置に返送する
   電池監視方法。

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