JPWO2010074290A1 - 集積回路及びそれを用いた電池監視装置 - Google Patents

Abstract

本発明の集積回路（１８）は、少なくとも一つ以上のアナログ信号のＡＤ変換を行うＡＤコンバータ（１８−１０）と、ＡＤコンバータ（１８−１０）からの出力が入力される制御部（１８−１２）と、制御部（１８−１２）によって制御される入出力レベルシフト回路（１８−１３）とを備え、ＡＤコンバータ（１８−１０）からの出力が、入出力レベルシフト回路（１８）に入力されるデータｉｎ信号によって、入出力レベルシフト回路（１８−１３）を介してデータｏｕｔ端子から出力される。入出力レベルシフト回路にクロック信号とスタート信号が印加され、入出力レベルシフト回路（１８−１３）に入力されるＡＤコンバータ（１８−１０）からの出力が、スタート信号によってデータｏｕｔ端子（１８−１７）から出力されてもよい。

Description

本発明は、集積回路及びそれを用いた電池監視装置に関する。さらに詳しくは、リチウムイオン電池等の充放電が可能な蓄電池の電圧の監視ができる集積回路と、この集積回路を用い蓄電池の能力を最大限に発揮させるべく電池の充電状態を監視する電池監視装置に関する。

リチウム（Ｌｉ）イオン電池などの充放電が可能な２次電池の過充電を防止するためには、２次電池の電圧と温度を監視することが重要である。そのために従来の電圧監視装置は、図４２に示すような構造を有している。
図４２に示す従来の電池監視装置２００は、電池ユニット２０１と制御部２１０とからなる。各電池ユニット２０１は正出力端子１０２と負出力端子２０３とから構成されている。一般的にはこの電池ユニット２０１が複数個直列接続されて高電圧を発生している。個々の電池ユニット２０１の出力電圧をモニタするために出力端子が取り出され、電池ユニット２０１の電圧を計測しやすくするために高電圧から低電圧への電圧変換回路２０６を経て電圧監視ＡＤ変換回路２０７へ接続されている。さらに電池ユニット２０１の温度を計測するためにサーミスタ２０５が組み込まれ、その信号線が温度監視ＡＤ変換回路１０８に接続されている。電圧監視ＡＤ変換回路２０７や温度監視ＡＤ変換回路２０８の信号が、マイクロコンピュータ２０９で処理され、電池監視装置２００を構成している。電池監視装置２００において、各電池ユニット２０１の電池容量の状態や電池の温度の状態を監視するために多数の配線が交錯しているのが現状であり、小型化の制約となっておりコスト低減の面でも部品点数の多さが制約となっている。

電池ユニット２０１がリチウム電池の場合には、通常使用状態では１個当たり３．６Ｖ（ボルト）であるものが定常満充電では４．１Ｖとなる。過充電では５．０Ｖに達して、内部温度、内部圧力も上がり危険な状態となる。定常放電では３．０Ｖになり、さらに低い過放電では電池機能に化学的劣化をきたしてしまう。この為に電池ユニット２０１の充放電状態を個々に監視することが重要である。一般的には個々の電池ユニット２０１の電圧をモニタし、温度を数個まとめてモニタすることが行われている。各電池ユニット２０１が直列接続で使われる場合は、各電池ユニット２０１の電圧レベルが異なり、多数の直列接続になれば数百Ｖにも達する。さらに多くの直列接続がなされる傾向にある。

この電池ユニット２０１の端子間電圧を測定するために多数の配線と電圧変換回路を用いて行われている。電圧の検出のみならず過充電のモニタのためには、温度の検出も必要で多数の温度センサの信号を取り出すために配線が一層複雑になってしまう。また、各電池ユニット２０１の温度を計測するために温度センサ２０５であるサーミスタが設置してあり、その信号線を引き出す必要があり、今後さらに多数の配線が必要になってくる。電圧の検出のみならず過充電のモニタのためには、温度の検出も必要で多数の温度センサ２０５の信号を取り出すために配線が一層複雑になってしまう。

一般に、複数の電池ユニット２０１の制御信号の処理には共通の信号線を使用して配線数を減らすことが考えられるが、電圧が各電池ユニット２０１毎に異なっている本事例のような用途では容易ではない。

一般的には、電池ユニット２０１をモニタしているのは電圧と温度であるが、さらに電池の内部圧力を測定したいというニーズがある。これはさらに配線を多くしてしまう。各電池ユニット２０１の電圧をモニタするものの、電池ユニット２０１は直列に接続されている。一つの電池ユニット２０１が充電できる最高電圧になった時に、充電を停止して、これにより、他の電池ユニット２０１はまだ充電する余地がある状態で充電を停止する。このため、電池ユニット２０１の総合能力を出せないのが実情である。

特開２０００ −１７１５３２号公報

Walt Kester, James Bryant, Walt Jung , Temperature Sensor , Analog Devices Paul Brokaw, Simple Three Terminal IC Bandgap Voltage Reference IEEE Journal of Solid State Circuit, Vol.SC-9 December 1974

しかしながら、従来の電池監視装置２００は、各電池ユニット２０１からの配線が複雑であることに加えて、高電圧から低電圧への変換には光スイッチなどを用いる必要があるために、多数の高価な素子が必要となっている。

最近、Ｌｉイオン電池の応用製品にてトルクの向上を目的として高電圧が必要となっている。その用途が模型の飛行機から無人の走行機やさらにはハイブリッド自動車に至ると電圧はさらに高くなる。各セルの数が増えるに従い配線系がますます複雑になり大きさの面でもコストの面でも課題になってきている。

また、一つの電池ユニット２０１が突出して早く満充電あるいは規定の電圧になっても他の電池ユニット２０１への充電を停止することない構成とする必要がある。

本発明は上記課題に鑑み、各電池ユニットなどの間の信号配線を減らすことができる集積回路を提供することを一目的とする。さらに、本発明はこの集積回路を用いた電池監視装置を提供することを別の目的としている。

上記第１の目的を達成するために、本発明の集積回路は、少なくとも一つ以上のアナログ信号のＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、ＡＤコンバータからの出力が入力される制御部と、制御部によって制御される入出力レベルシフト回路とを備え、ＡＤコンバータからの出力が、入出力レベルシフト回路に入力されるデータｉｎ信号によって、入出力レベルシフト回路を介してデータｏｕｔ端子から出力されることを特徴とする。

上記構成において、好ましくは、入出力レベルシフト回路にクロック信号とスタート信号が印加され、入出力レベルシフト回路に入力されるＡＤコンバータからの出力が、スタート信号によってデータｏｕｔ端子から出力される。
集積回路は好ましくは、さらにクロック信号発生部を備え、クロック信号発生部から生成されるクロック信号が、集積回路の制御部及び入出力レベルシフト回路に供給される。
データｏｕｔ端子から、好ましくは２値の電流信号が出力される。
ＡＤコンバータは、集積回路に印加される電源電圧を測定するＡＤコンバータであるか、温度を測定するＡＤコンバータであるか、或いは圧力センサ用のＡＤコンバータであってよい。
ＡＤコンバータは、好ましくは、少なくとも２よりも大きい入力チャンンネルを備えている。
ＡＤコンバータからの複数の出力信号は、好ましくは、入出力レベルシフト回路を介して複数のデータｏｕｔ端子から出力される。
さらに、好ましくは、集積回路に印加される電源電圧が一定電圧以上になった時にオンになるトランジスタを備え、トランジスタのドレインが接続される抵抗用端子を備えている。
なお、本発明では、電圧や温度を計測する上記の集積回路を、以下、電圧・温度検出用センサＩＣと称する。

上記第２の目的を達成するために、本発明は、複数の電池ユニットが多段に直列接続される２次電池パッケージを監視する電池監視装置であって、電池ユニット１個又は電池ユニットの複数個毎にそれぞれに配設される集積回路と、各集積回路を制御するための電池監視装置用制御部と、を備え、電池監視装置用制御部は、クロック信号とスタート信号を生成する制御部と、データ入力信号が入力されるデータレジスタと、データレジスタからのデータ信号を処理するデータ処理部と、を有しており、上記集積回路は、少なくとも一つ以上のアナログ信号のＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、ＡＤコンバータからの出力が入力される制御部と、制御部によって制御される入出力レベルシフト回路とを備え、ＡＤコンバータからの出力が、入出力レベルシフト回路に入力されるデータｉｎ信号によって、入出力レベルシフト回路を介してデータｏｕｔ端子から出力され電池ユニット毎の電圧が、順次電池監視装置用制御部のデータ入力に送出されることを特徴とする。

上記構成において、好ましくは、集積回路の制御部及びレベルシフト回路にクロック信号が印加され、レベルシフト回路にクロック信号とスタート信号が印加され、入出力レベルシフト回路に入力されるＡＤコンバータからの出力が、スタート信号によってデータｏｕｔ端子から出力される。
集積回路は好ましくは、さらにクロック信号発生部を備え、クロック信号発生部から生成されるクロック信号が、集積回路の制御部及び入出力レベルシフト回路に供給される。クロック信号は、好ましくは、前記各集積回路に並列に印加される。
上記集積回路は、好ましくは、電池ユニットの電圧及び／又は温度を測定するためのＡＤコンバータを備えており、各電池ユニットに、好ましくは、温度センサや電池ユニットの圧力を測定するためのＡＤコンバータが配設されている。
さらに好ましくは、本発明の電池監視装置は、集積回路に印加される電源電圧が一定電圧以上になった時にオンになるトランジスタと、トランジスタのドレインが接続される抵抗用端子と、を備え、各集積回路の抵抗用端子と該集積回路が接続される各電池ユニットの正電圧側との間に、放電用抵抗が接続されている。集積回路は基板、好ましくはフレキシブル基板に実装されている。

本発明の集積回路は、リチウムイオン電池等の監視回路をできるだけ簡素に且つ、電池ユニットの状態を正確に計測することを可能にするものである。各電池ユニットに設置した電圧・温度検出用ＩＣは電池ユニット自身の電源を使用することにより外部からの電源供給を受けることなく作動して、その電源を用いて電源電圧や温度を測定して、さらに圧力センサを付加すればセル内の内部圧力を検出して、これらの情報を各電池ユニットに搭載した電圧・温度検出用ＩＣ間だけの相互接続することにより、すなわち制御線と信号線がカスケードに接続された状態で信号線が極めて簡単な構造で電池監視ができるものである。
さらに、電圧・温度検出センサ用ＩＣが、放電用抵抗が接続されトランジスタを備えている場合には、各電池ユニットが最高の充電や放電の状態まで各電池ユニットの充電や放電を可能にせしめることにより、充電能力を最高の状態とすることができる。

本発明の電池監視装置によれば、上記の各電池ユニットに装着し各電池ユニットの例えば３Ｖ程度の電源電圧で動作する電圧・温度検出センサ用ＩＣを使用するので、各電圧・温度検出センサ用ＩＣ間の相互接続が容易で、かつ、電池監視装置の制御装置からの配線も一個の電圧・温度検出センサ用ＩＣに接続するだけで済み、小型、軽量かつ安価な電池監視装置を提供することができる。

本発明の電池監視装置の実施形態を示す構成図である。 電圧・温度検出センサ用ＩＣのブロック図である。 電池監視装置に用いる電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部回路図であり、レベルシフトと信号伝達の回路を示している。 レベルシフトの回路図と波形を示す図であり、（ａ）はクロック及びＳＴ信号の昇圧レベルシフト、（ｂ）はデータ信号の降圧レベルシフトを示している。 上下に配設される二つのＩＣ間の信号伝達を電流で行うレベルシフト回路を示す図であり、（ａ）は下段のＩＣから上段のＩＣへデータを転送するレベルシフト回路、（ｂ）は上段のＩＣから下段のＩＣへデータを転送するレベルシフト回路を示す。 電圧・温度検出センサ用ＩＣのタイミングチャートを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る変形例１の電池監視装置の構成を示す図である。 電圧・温度検出センサ用ＩＣの変形例を示し、圧力センサを用いる場合にＡＤコンバータを追加した電圧・温度検出センサ用ＩＣの構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る変形例２の電池監視装置の構成図である。 クロック入力を並列入力とした場合のＩＣの内部構成を示す図である。 クロック入力を並列入力とした場合の回路構成を説明する回路図である。 コンデンサを介してレベルシフトを行っている実施形態の回路図及び波形を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る変形例３の電池監視装置を示す構成図である。 図１３の電池監視装置で使用する電圧・温度検出センサ用ＩＣのブロック図を示す。 電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部を示す回路図である。 クロック、ＳＴ信号の昇圧レベルシフト機構、データ信号の降圧レベルシフト機構を示す回路図及び波形である。 本発明の第１の実施形態に係る変形例４の電池監視装置の構成を示す図である。 図１７の電池監視装置で使用する電圧・温度検出センサ用ＩＣ７１のブロック図である。 電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部を示す回路図である。 本発明の電池監視装置のさらに別の実施形態を示す回路構成図である。 電圧・温度検出センサ用ＩＣのブロック図である。 電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部を示す回路図である。 図２２の入出力端子間の電圧関係すなわち当該ＩＣのレベルシフトの様子を示している図である。 電圧・温度検出センサ用ＩＣのタイミングチャートを示す図である。 図１９に対して電源・温度センサＩＣの機能に冗長データ機能を追加したＩＣを用いた電池監視装置の構成図を示している。 図２５の冗長データ機能を追加した電圧・温度検出センサ用ＩＣの構成図である。 冗長データ機能を追加した電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部回路図である。 本発明の第２の実施形態の変形例１に係る電池監視装置の構成を示す図である。 電池監視装置に使用される電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図である。 電圧・温度検出センサ用ＩＣのブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る電池監視装置の変形例の構成を示す図である。 電池監視装置に使用される電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部回路図である。 ８個の電池ユニットからなる電池パッケージを示す。 この電池パッケージの上に制御回路を搭載した状態を示している。 一番目の電池ユニットに対応したＡ配列の電圧・温度検出センサ用ＩＣと２番目の電池に対応したＢ配列の電圧・温度検出センサ用ＩＣの相互接続詳細図を示す。 プリント基板に電圧・温度検出センサ用ＩＣと抵抗が実装されハーネスが接続された状態を示している。 フレキシブルプリント基板の実装の断面図である。 フレキシブルプリント基板に実装した電圧・温度検出センサ用ＩＣの固定方法に関する別の実施例である。 柔軟なフレキシブルプリント基板を用いる例を示す図である。 柔軟性のない所謂リジッドなプリント基板を用いる例を示す図である。 従来の電池監視装置の構成図である。

以下、この発明の幾つかの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の電池監視装置１０の第１の実施形態を示す構成図であり、図１は５段に直列接続されている電池システムの例である。図２は、電池監視装置１０に用いられる集積回路のブロック図である。この集積回路は、電圧や温度を計測する集積回路であるので、以下、電圧・温度検出センサ用ＩＣと呼ぶ。
図１に示すように、電池監視装置１０は、電池パッケージ１６と、電池パッケージ１６の制御を統制する制御回路１７とから構成されている。電池パッケージ１６は、電池ユニット１１〜１５からなり、電池ユニット１１は、正負電極リード１１−１と負電極リード１１−２を有している。以下同様に、電池ユニット１２〜１５は、それぞれ正電極リード１２−１、１３−１、１４−１、１５−１と負電極リード１２−２、１３−２、１４−２、１５−２とを有している。制御回路１７は電池監視装置１０用の制御部である。

電池ユニットの正電極１１−１〜１４−１は、直列接続される次段の電池ユニットの負電極リード１２−２〜１５−２と接続リード１１−４，１２−４，１３−４，１４―４により接続される。これにより各電池ユニット１１〜１５が直列接続される。そして、各電池ユニット１１〜１５の正電極リード１１−１〜１５−１上に電圧・温度検出センサ用ＩＣ、つまり各電池ユニット１１〜１５の電圧や温度を計測する集積回路１１―３、１２―３、１３―３、１４―３、１５―３が搭載されている。それぞれの電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３の電源端子が、各電池ユニット１１〜１５の正電極１１−１〜１５−１と負電極１１−２〜１５−２とに接続されている。各電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３の電源は最下位の電池１１の負電極１１−２であるグランド電位から見ると浮いた状態になっている。
なお、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３は、各電池ユニット１１〜１５の正電極リード１１−１〜１５−１ではなく、負電極リード１２−２〜１５−２上に搭載されてもよい。

それぞれの電池ユニット１１〜１５及び電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３は同様な作動をするため、電池ユニット１５及び電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の事例で以下説明する。
電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３は電源電圧のセンサ機能と電圧・温度検出センサ用ＩＣ自身の温度センサ機能を有している。電圧・温度検出センサ１５−３は、電池ユニット１５の正電極リード１５−１あるいは負電極リード１５−２の上に直接実装されており、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３自身の温度と電池の内部温度ができるだけ同一になるように近傍で計測できるように構成されている。

図２に示すように、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の正電源端子１８−１は電池ユニット１５の正電極リード１５−１に接続され、負電源端子１８−２は電池ユニット１５の負電極リード１５−２に接続されている。これにより電池ユニット１５から電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３へ電源が供給される。
ここで、電池ユニット１５から電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の正電源端子１８―１及び負電源端子１８−２に印加される電圧を、それぞれＶＣＣ、ＶＳＳとも表記する。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３は、これらの正電極リード１５―１上に結合されているために他のプリント基板などの基台や基板を必要とすることなく搭載できる。電圧・温度検出センサ１５−３に入力される信号であるＳＴｉｎ信号、クロックｉｎ信号、データｉｎ信号や、電圧・温度検出センサ１５−３から出力される信号であるＳＴｏｕｔ信号、クロックｏｕｔ信号、データｏｕｔ信号等の外部から接続される信号を伝送する信号線を直接接続できる構成となっている。
なお、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３に入出力される信号である、ＳＴｉｎ信号、ＳＴｏｕｔ信号、クロックｉｎ信号、クロックｏｕｔ信号、データｉｎ信号、データｏｕｔ信号は、単にＳＴｉｎ、ＳＴｏｕｔ、クロックｉｎ、クロックｏｕｔ、データｉｎ、データｏｕｔとも呼ぶ。さらに、ｉｎは入力を、ｏｕｔは出力を示す。

電池ユニット１１〜１５の集合体である電池パッケージ１６の入出力信号はＳＴ入力、クロック入力、データ出力であり、電池パッケージを制御するコントローラとなる制御部１７へ接続される。

図２に示すように、電圧・温度検出センサ１５−３は、内部構成として、ＶＣＣを測定する電源電圧検出用ＡＤコンバータ１８―１０と、この電源電圧検出用ＡＤコンバータ１８−１０用の基準電圧（Ｖｒｅｆ）１８―９と、温度センサ用ＡＤコンバータ１８−１と、制御部１８−１２と、入出力レベルシフト部１８−１３と、を備えている。レベルシフト部は、レベルシフト回路とも呼ぶ。さらに、上記した正電源端子１８―１１及び負電源端子１８−２以外の入出力端子として、ＳＴｉｎ端子１８−３と、クロックｉｎ端子１８−４と、データｉｎ端子１８−６と、ＳＴｏｕｔ端子１８−８と、クロックｏｕｔ端子１８−７とデータｏｕｔ端子１８−５と、を備えている。

図２に示すように、クロックｉｎ端子１８―４から入力されるクロックｉｎ信号とＳＴｉｎ端子１８−３から入力されるＳＴｉｎ信号は、入出力レベルシフト部１８−１３に供給される。入出力レベルシフト部１８−１３に入力されたクロックｉｎ信号及びＳＴｉｎ信号は、制御部１８−１２によって制御されて、入出力レベルシフト部１８−１３を介してクロックｏｕｔ信号及びＳＴｏｕｔ信号となり、それぞれクロックｏｕｔ端子及びＳＴ０ｕｔ端子から出力される。例えば正電源の電圧ＶＣＣが電圧検出ＡＤコンバータ１８−１０に入力される。この場合、正電源の電圧ＶＣＣが電圧検出ＡＤコンバータ１８−１０によって計測され、このＶＣＣの電圧に相当するデジタ信号が、制御部１８−１２及び入出力レベルシフト部１８−１３を介して、データｏｕｔ端子１８−５から入力される。データｉｎ端子１８−６から入力される信号は、入出力レベルシフト部１８−１３を介して、データｏｕｔ端子１８−５から出力される。

図２における電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の動作を説明する。
電源電圧検出用ＡＤコンバータ１８−１０は公知のＡＤコンバータで構成され測定用入力に電源電圧或いはその分電圧を入力して、レファレンス電圧、つまりＶｒｅｆ１８−９に安定化電源の出力を与えてこれを基準にＡＤ変換を行う。

温度センサとしては、内蔵しているダイオードの順方向電圧などを増幅して絶対温度に比例した温度信号を得ることができることが知られており（非特許文献２、３参照）、この温度信号を、温度センサ用ＡＤコンバータ１８−１で変換を行う。
これらのＡＤ変換した結果が、電圧、温度のデータであり、これらのデータが制御部１８―１２において常時最新のデータとして蓄えられている。図２において、端子１８−１４は、外部にサーミスタなどの温度センサを設ける場合のオプションの入力端子である。電圧・温度検出センサ１５−３内部の温度センサを用いない場合には、このオプションの入力端子から温度信号を入力して、温度センサ用ＡＤコンバータ１８−１でＡＤ変換を行うことができる。

図３は、電池監視装置１０に用いる電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の内部回路図であり、レベルシフトと信号伝達の回路を示している。
ＳＴｉｎ端子１８−３、クロックｉｎ端子１８−４、データｏｕｔ端子１８−５が下段すなわち前段のＩＣとの接続端子であり、ＳＴｏｕｔ端子１８−８、クロックｏｕｔ端子１８−７、データｉｎ端子１８−６が上段すなわち後段のＩＣとの接続端子である。これらの接続端子により複数のＩＣ１１−３〜１５−３がカスケード接続され電圧変換しながら送受信するように構成されている。

ＳＴｉｎはＳＴ信号の入力であり、レベルシフトして内部ＳＴ信号となり、それがＳＴｏｕｔ端子１８−８に出力されこれがさらに上段のＳＴｉｎ１８−３へカスケード接続されてレベルシフトながら信号が繋がっていく。
クロックｉｎ信号も同様である。データ出力は上段から下段へレベルシフトしながら信号が伝達される。データ出力は、最下段の電圧・温度検出センサ１１−３から、電池ユニット１０の制御部のデータ端子を介して、データ処理部に送出される。このようにしてＩＣ間の信号の授受は隣接したＩＣ間のみで行われる。これにより、電池パッケージ１６内部では高電圧が発生しているが電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３間の電圧差は高々数Ｖに抑えることができる。

電池パッケージ１６への入出力は、電池ユニット１１〜１５の初段すなわち最下段の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３においてなされ、制御部１７と接地電位（負電位）が同じである。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３の各段のＳＴｉｎ、ＳＴｏｕｔ、クロックｉｎ、クロックｏｕｔ、データｉｎ、データｏｕｔの信号の接続は、電圧差が小さいために単なるオープンドレインの結合でレベルシフトする構成とすることができる。

図３に示すように、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の内部のシフトレジスタは、この事例では２４ビット構成となっており、４ビットのスタートビット（１１１０）と、８ビットの電圧データと、８ビットの温度データと、１ビットのパリティビットと、３ビットのストップビット（１１１）と、からなる。内部ＳＴ信号が“０”すなわちローレベルの時にはこれらの２４ビットのデータをシフトレジスタへ伝え、“１”に変化する時に２４ビットデータのセットを終了するとともに、シフトレジスタをシフト動作可能にならしめる。電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３の各データ信号は上段から下段へシフトしながら最下段の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３を通じて制御部１７へ伝達される。

図４は、レベルシフトの回路図と波形を示す図であり、それぞれ、（ａ）はクロック及びＳＴ信号の昇圧レベルシフト、（ｂ）はデータ信号の降圧レベルシフトを示している。
図４に示すように、レベルシフト回路は、公知のＣＭＯＳ素子のオープンドレイン方式のレベルシフト回路であり、昇圧レベルシフトではＮチャンネルＭＯＳトランジスタをオープンドレインで用いて、降圧レベルシフトではＰチャンネルＭＯＳトランジスタをオープンドレインで用いている。

（レベルシフト回路の変形例）
図４では、上下に配設される、例えば二つの電圧・温度検出センサ用ＩＣ１４−３、１５−３間の信号伝達は、電圧レベルによって行われている。この信号伝達は、電流レベルでも行うことができる。以下、上下に配設される二つの電圧・温度検出センサ用ＩＣ１４−３〜１５−３間の信号伝達を、電流で行う場合について説明する。電圧・温度検出センサ用ＩＣ１４−３〜１５−３は、単にＩＣ１４―３とも呼ぶ。
図５は、上下に配設される二つの電圧・温度検出センサ用ＩＣ１４−３〜１５−３間の信号伝達を電流で行うレベルシフト回路を示す図であり、それぞれ、（ａ）は下段の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１４−３から上段のＩＣ１５−４へデータを転送するレベルシフト回路であり、（ｂ）は上段の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３から下段のＩＣ１４―３へデータを転送するレベルシフト回路である。
図５（ａ）に示すように、下段のＩＣ１４−３から上段のＩＣ１５−３へデータを転送するレベルシフト回路は、下段のＩＣ１４−３に供給されるＶＳＳ（Ｎ）とＶＣＣ（Ｎ）との間に構成されるカレントスイッチと、上段のＩＣ１５−３に供給されるＶＳＳ（Ｎ＋１）とＶＣＣ（Ｎ＋１）との間に構成されるゲート接地型増幅回路から構成されている。ここで、下段の電池ユニット１４の正電極１４−１と上段の電池ユニット１５の負電極１５−２とは接続されているので、ＶＳＳ（Ｎ＋１）は、ＶＣＣ（Ｎ）と同電位である。

下段のＩＣ１４−３のカレントスイッチは、下段のＩＣ１４−３から上段のＩＣ１５−３へ転送するデータの論理値が０であるのか１であるのかに応じて、下段のＩＣ１４−３の出力端子となる接続点Ａに対して０、または２×ＩＲＥＦの大きさの電流を出力するように動作する。この際、電流の方向は接続点Ａから電流が流れ込む方向となる。

上段のＩＣ１５−３の入力端子となる接続点Ａは、ゲート接地型増幅回路の入力となっており、回路の右半分に構成したバイアス回路によって、このゲート接地型増幅回路に対して電源から注入される動作電流がＩＲＥＦとなる。

したがって、ゲート接地型増幅回路の出力となるＢ点に注目すると、下段のＩＣ１４−３から接続点Ａを通して出力される電流が０の時は、Ｂ点にはＩＲＥＦの大きさの電流が流れ込む。一方、下段のＩＣ１４−３から接続点Ａを通して出力される電流が２×ＩＲＥＦの時は、Ｂ点からＩＲＥＦの電流が放電されることになり、このＢ点を入力とするインバータを用いて論理値を取り出すことで、下段のＩＣ１４−３から転送されたデータを上段のＩＣ１５−３が受け取ることができる。
なお、Ｂ点の放電が終了した後も下段のＩＣ１４−３は接続点Ａを通して電流を放電しようとし続けるために接続点Ａの電位がＶＳＳ（Ｎ＋１）よりも低い電圧となることを避けるため、上段のＩＣ１５−３にはクランプトランジスタを配設している。

図５（ｂ）に示すように、上段のＩＣ１５−３から下段のＩＣ１４−３へデータを転送するレベルシフト回路は、上段のＩＣ１５−３に供給されるＶＳＳ（Ｎ＋１）とＶＣＣ（Ｎ＋１）との間に構成されるカレントスイッチと、下段のＩＣ１４−３に供給されるＶＳＳ（Ｎ）とＶＣＣ（Ｎ）との間に構成されるゲート接地型増幅回路から構成されている。
ここで、上段の電池ユニット１５の負電極側１５―２と下段の電池ユニット１４の正電極１４−１とは、接続されているので、ＶＳＳ（Ｎ＋１）は、ＶＣＣ（Ｎ）と同電位である。

上段のＩＣ１５−３のカレントスイッチは、上段のＩＣ１５−３から下段のＩＣ１４−３へ転送するデータの論理値が０であるのか１であるのかに応じて、上段のＩＣ１５−３の出力端子となる接続点Ａに対して０、または２×ＩＲＥＦの大きさの電流を出力するように動作する。この際、電流の方向は、接続点Ａから電流が流れ出す向きとなる。

一方、下段のＩＣ１４−３にとっては入力端子となる接続点Ａは、ゲート接地型増幅回路の入力となっており、回路の右半分に構成したバイアス回路によって、このゲート接地型増幅回路から電源へ流れ出す動作電流がＩＲＥＦとなるようになっている。

したがって、ゲート接地型増幅回路の出力となるＢ点に注目すると、上段のＩＣ１５−３から接続点Ａを通して出力される電流が０の時は、Ｂ点からＩＲＥＦの電流が放電されることになり、一方、上段のＩＣ１５−３から接続点Ａを通して出力される電流が２×ＩＲＥＦの時は、Ｂ点に対しＩＲＥＦの電流が充電されることになり、このＢ点を入力とするインバータを用いて論理値を取り出すことで、下段のＩＣ１４−３から転送されたデータを上段のＩＣ１５−３が受け取ることができる。
なお、Ｂ点の充電が終了した後も上段のＩＣ１５−３は接続点Ａを通して電流を充電しようとし続けるために接続点Ａの電位がＶＣＣ（Ｎ）よりも高い電圧となることを避けるため、下段のＩＣにはクランプトランジスタを配設している。

図５（ａ）、図５（ｂ）のレベルシフト回路はどちらの場合も、カレントスイッチとゲート接地型増幅回路との接続点Ａの電位が大凡ＶＣＣ（Ｎ）＝ＶＳＳ（Ｎ＋１）で一定となり、電流があるか否かでデータの送出を行うことができる。電圧駆動の場合には、負荷となる容量を充放電するために動作速度を上げ難いが、電流モードでは容易に動作速度を上げることができる。さらに、電源電圧範囲を超える電位をＩＣに与える必要がない。従って、一般的な静電気放電（ＥＳＤ）の保護回路を使うことができるという利点が生じる。

図６は、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３のタイミングチャートを示す図である。
ＳＴｉｎ及びＳＴｏｕｔは電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３のスタート信号であり、ＩＣ１１−３のリセット信号を兼ねている。
ＳＴｉｎの“０”の状態がリセット状態である。このときシフトレジスタには、スタートビットのデータ、温度データ、電圧データ、パリティビット及びストップビットのデータがセットされる。
入出力レベルシフト部１８−１３は、ＳＴｉｎの“１”によりシフトレジスタに蓄えられているスタートビット、温度データ、電圧データ、パッリティビット及びストップビットの順で送信を始める。２４ビットのデータが送信されて、続いて、次には上段側の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１２−３の２４ビットのデータが送信される。このようにして最下段のＩＣ１１−３から最上段のＩＣ１５−３までデータが送出される。

このようにして２４ビット×電池段数分のデータが図１に示す制御部１７へ出力され、この制御部１７においてデータ処理がなされる。

入出力レベルシフト部１８−１３は、２４ビット×段数分のデータの送信後、ＳＴｉｎ信号が“１”レベルのままであれば、一定時間の後に電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３はスリープモードに入る。ＩＣ１１−３内部に設けたスリープ用のフリップフロップがタイマーに設定されている一定時間後にセットされる。これにより当該ＩＣ１１−３は超低消費電力モードとなり、電池ユニット１の放電を抑制することができる。スリープモードからの脱却はＳＴｉｎ信号を“０”レベルにすることにより行うことができる。他のＩＣ１２−３〜１５−３も同様に動作する。

本発明の電圧監視装置１０では、電池ユニット毎に電源電圧測定用のセンサと温度を検出するセンサを持つ電圧・温度検出センサ用ＩＣ（集積回路）を設置し、電圧・温度検出センサ用ＩＣの電源には各電池ユニットの電池出力を用い、電圧・温度検出センサ用ＩＣの入出力信号は各電池ユニットの隣接する電圧・温度検出センサ用ＩＣからだけ授受することにより高電圧が印加されることなく簡素な配線で構成することを特徴とする。すなわち、電池ユニットを直列に接続すると最下段の電池ユニットから最上段の電池ユニットまで電圧が高くなっていき全体としては高電圧差が発生するが、隣接の電池ユニット間では上段側でも下段側でも高々一つの電池ユニット分の電圧差である最大５．０Ｖであることに着目して、通常の半導体素子の動作電圧範囲内で信号の授受を行うものである。

電圧・温度検出センサ用ＩＣにおいては、入力信号は最下段のＩＣから順次上段のＩＣへ一段ずつ伝達され、出力信号は最上段のＩＣから順次下段のＩＣへ一段ずつ伝達される。電池ユニットの集合体である電池パッケージの制御機器との信号のやり取りは最下段のＩＣがやり取りする。

このように、各電池ユニットに設置した電圧・温度検出センサ用ＩＣへの配線は前段、次段のＩＣだけであるため配線は極めて簡素になり、電圧・温度検出センサ用ＩＣが高電圧の信号処理を行う必要が無くなる。このため、高価な光カプラー付ＡＤ変換回路などを不要にすることに加えて、電池ユニットの数に依存しない拡張性のある構成を可能にするものである。

電圧・温度検出センサのＩＣの要件として非動作時には消費電流を低減することが必要である。この為の制御信号も同様に下段の電圧・温度検出センサ用ＩＣから上段の電圧・温度検出センサ用ＩＣへ信号伝達する。これにより、電池監視装置の制御部に指示を行うことができる。

本発明の電池監視装置によれば、各電池ユニットの出力電圧を電池ユニットに装着した電圧・温度検出センサ用ＩＣの電源電圧として使用し、電圧・温度検出センサ用ＩＣはその電圧自身を測定する回路と同時にその近傍の温度を検出する回路を有して、電圧・温度検出センサ用ＩＣ間共通の信号であるクロック入力信号、ＳＴ入力信号、データ出力信号の授受を隣接するＩＣ間だけで行う手段を有している。これにより高電圧を計測するシステムにおいても高電圧動作を必要としない技術により電圧・温度検出センサ用ＩＣを構成することができる。また、隣接する電圧・温度検出センサ用ＩＣ間だけの信号の授受となるために、全体の配線は極めて簡素になる。

（第１の実施形態の変形例１）
図７は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る電池監視装置１０Ａの構成を示す図であり、電圧、温度、サーミスタを外付けにする場合や、圧力を検出する構成への拡張を示している。
図７の電池監視装置１０Ａは、電池パッケージ２６と、電池パッケージ２６の制御を統制する制御部２７とから構成されている。電池パッケージ２６の構成が、図２の電池パッケージ１６と異なるのは、各電池ユニット２１〜２５には、それぞれ温度センサとしてサーミスタ２１−５〜２５−５が配設されている点である。このサーミスタ２１−５〜２５−５の出力が、電圧・温度検出センサ用ＩＣ２１−３〜２５−３のアナログ端子に接続されている。この場合、サーミスタを外付けの温度センサとしているので、ＩＣ２１−３〜２５−３は、アナログの入力端子数を増すことにより簡単に実現できる。
表記はされていないが、各電池ユニット２１〜２５に圧力センサを設け、電池の内圧を測定できる。この場合、例えばＩＣ２１−３に設けた複数のアナログ端子の一つに圧力センサからの出力を入力すれば、各電池ユニット２１〜２５の圧力の計測もできるようになる。

図８は電圧・温度検出センサ用ＩＣの変形例であり、圧力センサを用いる場合にＡＤコンバータ２８−１６を追加した電圧・温度検出センサ用ＩＣ２８の構成図である。
図８に示すように、電圧・温度検出センサ用ＩＣ２８が図２の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８と異なるのは、圧力センサ用のＡＤコンバータ２８−１６を追加した点である。アナログｉｎ端子１８−１４Ｂに圧力センサのアナログ信号が入力される。つまり、電池ユニット２１〜２５に配設された図示しない圧力センサからの信号がアナログｉｎ端子２８−１４Ｂに入力されると、ＡＤコンバータ２８−１６から圧力に相当するデジタル信号出力され、この信号が制御部２８−１２に送出される。

（第１の実施形態の変形例２） 図９は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る電池監視装置１０Ｂの構成図であり、
クロック入力をカスケードではなく並列に入力する場合を示す。
図９の電池監視装置１０Ｂが図１の電池監視装置１０と異なるのは、図１の制御部１７内のクロック出力がオープンドレインで構成してものを、電池監視装置１０Ｂの制御部３７ではＣＭＯＳインバータに代えた点と、電圧・温度検出センサ用ＩＣ３１−３〜３５−３の構成変更である。

これにより、クロックを並列に入力することによりカスケード接続と比べてカスケードによる遅延時間が無くなるためにより高速なクロック周波数とすることができる。データの読み出しを高速に行いたいアプリケーションのときにはこの構成が適している。一方で電圧・温度検出センサ用ＩＣ３１−３〜３５−３の内部構成が複雑になる。

図１０は、クロック入力を並列入力とした場合の電圧・温度検出センサ用ＩＣ３８の内部構成を示す図である。
図１０に示すように、電圧・温度検出センサ用ＩＣ３８が図２に示すＩＣ１８の構成と異なる点は、ＩＣ１８のクロックがクロックｉｎとクロックｏｕｔとから構成されていたものが、ＩＣ３８では、クロックｉｎだけになり、コンデンサを介して制御部に入力される点である。さらに、ＩＣ３８は、コンデンサをパッケージ内に内蔵している。
図１０に示すように、ＩＣ３８では、クロックｉｎ端子３８−８と、チップコンデンサ３８−１７と、中間端子３８−１８と、ボンディングワイヤ３８−１９と、を備えている。クロックｉｎ端子３８−８と中間端子３８−１８とはチップコンデンサ３８−１７で接続されている。中間端子３８−１８に接続されるボンディングワイヤ３８−１７は、制御部３８−１２に接続される。このチップコンデンサ３８−１７は低電圧系から高電圧系への変換素子であり、高耐圧のものである必要がある。これにより、クロックイン端子に入力されたクロック信号が、チップコンデンサ３８−１７を介して制御部に供給される。

図１１は、クロック入力を並列入力とした場合の回路構成を説明する回路図である。図３からの変更点は、図３の制御部１７内のクロックの出力がオープンドレインから、図１１では、制御部３７のＣＭＯＳインバータへ変更になった点と、ＩＣのクロックｉｎの回路構成がコンデンサと増幅器とが接続されて内部クロックになる点と、クロックｏｕｔ端子が削除されている点である。

図１２は、コンデンサを介してレベルシフトを行っている実施例の回路図及び波形を示す図である。図１２に示すように、ＩＣ３８内部では、制御部からのクロック信号が、チップコンデンサ３８−１７を介して、増幅器が接続されて内部クロックとなっている。

（第１の実施形態の変形例３）
図１３は、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る電池監視装置１０Ｃを示す構成図である。図１３に示すように、８個の電池ユニット４１〜４８の２個毎にそれぞれ一つの電圧・温度検出センサ４１−３、４３−３、４５−３、４７−３が配設されている。つまり、電圧・温度検出センサ４１−３、４３−３、４５−３、４７−３を４個使用している。この場合、電圧・温度検出センサ用ＩＣ４１−３〜４７−３は、これらのＩＣを各電池ユニット４１〜４８毎に配設する場合の半分の個数で済むので、電池監視装置１０Ｃのコストダウンを図ることができる。

電池ユニット４１〜４８に設置するＩＣ４１−３〜４１−７は、隣り合う電池ユニット同士、例えば電池ユニット４１、４２の電圧を、ＩＣ４１−３で監視する。温度センサは電池ユニット４１の近傍を計測する構成を有している。電池ユニット４１と電池ユニット４２は隣接しており、電池ユニット４１の正電極４１−１と電池ユニット４２の負電極４１−２が接続リード４１−４により繋がっているため、電池ユニット４２の温度を電池ユニット４１の温度で代用している事例である。必要であれば、電池ユニット４１の温度はＩＣ４１−３内蔵の温度センサで測定して、電池ユニット４２の温度は外付けの温度センサとなる図示しないサーミスタを電池ユニット４２の近傍に置き、このサーミスタの温度出力をＩＣ４１−３で計測する構成とすることも可能である。

図１３において、電圧・温度検出センサ用ＩＣ４１−３〜４７−３は電池ユニット４１、４３、４５，４７の正電極４１−１、４３−１、４５−１、４７−１側に設置されている。電圧・温度検出センサ用ＩＣ４１−３〜４７−３が配設されない電池ユニット４２，４４，４６，４８の正電極４２−１、４４−１、４６−１、４８−１からは電圧モニタのためにそれぞれ下段側のＩＣ４１−３〜４７−３の電圧モニタ端子となる正電源端子に配線されている。

図１４は、図１３の電池監視装置１０Ｃで使用する電圧・温度検出センサ用ＩＣ５１のブロック図である。
図１４に示すように電圧・温度検出センサ用ＩＣ５１では、電源電圧測定用のＡＤコンバータ５１−１０は２チャンネルの入力を持ち、電圧１の入力チャンネルへは当該ＩＣの電源であるＶＣＣの分圧を入力して、電圧２の入力チャンネルへは上段のＶＣＣから配線されるＶｉｎの分圧を入力する。ここで、当該ＩＣ５１の正電源端子に入力されるＶＣＣは抵抗ｒ３とｒ４によって分割され、電圧１の入力チャンネルへ入力される。さらに、上段のＶＣＣから配線されるＶｉｎは、抵抗ｒ１とｒ２によって分割され、電圧２の入力チャンネルへ入力される。他の構成は、図２の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８と同様の構成であるので、説明は省略する。

図１５は、電圧・温度検出センサ用ＩＣ５１の内部を示す回路図である。図３の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３との違いは、電源電圧測定用のＡＤコンバータ５１−１０が当該ＩＣ４１−３に印加される電源電圧ＶＣＣの分圧を計測し電圧データ１として記憶して、上段の電池ユニット４２の電源電圧を分圧して計測し電圧データ２として記憶している点と、この電圧データが２倍の容量となっているためにシフトレジスタが１６ビットになる点である。

図１６は、クロック、ＳＴ信号の昇圧レベルシフト機構、データ信号の降圧レベルシフト機構を示す回路図及び波形である。
図１６に示すように、複数の電池ユニット、例えば２個の電池４１、４２を１個のＩＣ４１−３で監視する場合も、データ信号のレベルシフト機構には図５で説明した電流モードの駆動が適用できる。
なお、タイミングチャートは図示しないが、図６のタイミングチャートにおいて送信データが３２ビットになる以外は、同様のものである。

（第１の実施形態の変形例４）
図１７は、本発明の第１の実施形態の変形例４に係る電池監視装置１０Ｄの構成を示す図である。
図１７に示すように、電池監視装置１０Ｄでは、８個の電池ユニット６１〜６８の２個置きに１個の電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３、６３−３、６５−３、６７−３を装着されている。各電池ユニット６１〜６８には、温度測定のためにサーミスタ６１−５〜６８−５を設置する構成である。図１７に示す電池監視装置１０Ｄは、図１３の電池監視装置１０Ｃに対してサーミスタ６１−５〜６８−５を各電池ユニット６１〜６８に装着した点が異なる主な点である。

図１８は、図１７の電池監視装置１０Ｄで使用する電圧・温度検出センサ用ＩＣ７１のブロック図である。
電圧・温度検出センサ用ＩＣ７１が、図１４で示した電圧・温度検出センサ用ＩＣ５１と異なるのは、２入力の温度センサ用ＡＤコンバータと、２入力となる第１の温度センサ用端子（Ｖｔｅｍｐ１）７１−３、第２の温度センサ用端子（Ｖｔｅｍｐ２）７１−１０と、を備えている点である。サーミスタの出力が第１の温度センサ用端子７１−３と第２の温度センサ用端子から、２チャンネルのアナログ入力端子を持つ温度センサ用ＡＤコンバータ７１−４の入力に接続される。Ｖｉｎは、ＩＣ５１と同様に、上段の電池ユニットの電圧の計測用であり上段の電池ユニットの正電極から接続される。他の構成は、図２の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８と同様の構成であるので、説明は省略する。

図１９は、電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３の内部を示す回路図である。図１５のＩＣ４１−３との違いは、温度センサは全てサーミスタによる点と、温度データのシフトレジスタが１６ビットになる点である。クロック、ＳＴ信号の昇圧レベルシフト機構、データ信号の降圧レベルシフト機構のレベルシフトは、図１６と同じである。タイミングチャートは図示しないが、図６のタイミングチャートにおいて、送信データが４０ビットとなる点のみが異なる。

図１７から図１９において電池ユニット２段置きに電圧・温度検出センサ用ＩＣを設置した事例を説明した。さらに３段置き、多段置きにすることも可能である。しかしながら、電圧・温度検出センサ用ＩＣを多段置きにすることは、電圧・温度検出センサ用ＩＣの個数は減る。しかしながら電圧・温度検出センサ用ＩＣを減少させた場合には、電圧・温度検出センサ用ＩＣの充放電制御回路に用いるオープンドレインＭＯＳトランジスタにおいて高い耐圧が必要になって高価になると共に、電池ユニット近傍での配線が複雑になる。これにより、多段にすることの得失は必要な構成と、狙いによって適宜に設定すればよい。段数にかかわらず本発明の着眼点である電池ユニットの近傍において信号を処理して回路の全体の簡素化を図るという目的は実現される。

（第２の実施形態）
図２０の構成図は本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置１０Ｅの実施例であり、図２０は５段に直列接続されている電池システムの例である。
図２０に示すように、電池監視装置１０Ｅは、電池パッケージ１６と、電池パッケージ１６の制御を統制する制御部１７とから構成されている。電池パッケージ１６は、電池ユニット１１〜１５からなり、電池ユニット１１は、正負電極リード１１−１と負電極リード１１−２を有している。以下同様に、電池ユニット１２〜１５は、それぞれ正電極リード１２−１、１３−１、１４−１、１５−１と負電極リード１２−２、１３−２、１４−２、１５−２とを有している。

電池ユニットの正電極１１−１〜１４−１は、直列接続される次段の電池ユニットの負電極リード１２−２〜１５−２と接続リード１１−４，１２−４，１３−４，１４―４により接続される。これにより各電池ユニット１１〜１５が直列接続される。そして、各電池ユニット１１〜１５の正電極リード１１−１〜１５−１上に電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５が搭載されている。電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３の正側及び負側の電源端子のそれぞれが、各電池ユニット１１〜１５−３の正電極１１−１〜１５−１と負電極１１−２〜１５−２とに接続されている。各電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３の電源は、最下位の電池１１の負電極１１−２であるグランド電位から見ると浮いた状態になっている。

各電池ユニット１１〜１５には、放電用抵抗１１−４、１２−４、１３−４、１４−４，１５−４が設けてある。これにより、各電圧・温度検出センサ用ＩＣは、必要な時に、放電用抵抗１１−４〜１５−４を通電し、各電池１１−１５の正電極１１−１〜１５−１のリードと、負電極１１−２〜１５−２のリードとの間を放電抵抗１１−４〜１５−４を介してショートする機能を有する。

それぞれの電池ユニット１１〜１５及び電圧・温度検出センサ用ＩＣ１１−３〜１５−３は同様な作動をするため、電池ユニット１５及び電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の事例で以下説明する。
電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３は電源電圧のセンサ機能とＩＣ自身の温度センサ機能を有して電池ユニット５の正電極１５−１のリードあるいは負電極１５−２のリードの上に直接実装されており、ＩＣ１５−３自身の温度と電池１１、１２の内部温度ができるだけ同一になるように近傍で計測できるように構成されている。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３の正電源端子は電池ユニット１５の正電極１５−１のリードに接続され、負電源端子は電池ユニットの負電極１５−２のリードに接続されている。これにより電池ユニット１５から電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３へ電源が供給される。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３は、電池ユニット１５の正電極１５−１のリードに接続されるので、他のプリント基板などの基台や基板を必要とすることなく搭載できる。電圧・温度検出センサ用ＩＣ１５−３は、このＩＣ１５−５３の外部から接続されるＳＴｉｎ信号、ＳＴｏｕｔ信号、クロックｉｎ信号、データｉｎ信号、ＤＥｉｎ信号や、ＩＣ１５−３から出力されるクロックｏｕｔ信号、ＤＥｏｕｔ信号、データｏｕｔ信号を伝送する信号線を直接接続できる構成となっている。
ここで、ＤＥｉｎ信号及びＤＥｏｕｔ信号は、電池ユニット１１〜１５の充電や放電を制御するための信号である。ＤＥｉｎ信号及びＤＥｏｕｔ信号は放電用、充電用、充放電用のいずれかの制御信号であり。ＤＥは、所謂ディスエイブル（Ｄｉｓａｂｌｅ）とイネーブル（Ｅｎａｂｌｅ）を示している。

電池ユニット１１〜１５の集合体である電池パッケージ１６の入出力信号はＳＴ入力、クロック入力、ＤＥ入力、データ出力であり、電池パッケージ１６を制御する制御部１７のコントローラへ接続される。

図２１は電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８Ａのブロック図であり、図２０の１１−３〜１５−３の詳細を示している。
図２１に示すように、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８Ａの内部は、基準電圧１８−９と、電圧用ＡＤコンバータ１８−１０と、温度センサ用ＡＤコンバータ１８−１４と、制御部１８−１２Ａと、入出力レベルシフト部１８−１３Ａと、充放電制御回路１８−２０と、を含んで構成されている。
さらに、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８Ａ部は、端子として、正電源の端子１８−１、負電源の端子１８−２、ＳＴｉｎ端子１８−３、クロックｉｎ端子１８−４、ＤＥｉｎ端子１８−５、データｏｕｔ端子１８−６、データｉｎ端子１８−７、ＤＥｏｕｔ端子１８−８、クロックｏｕｔ端子１８−９、ＳＴｏｕｔ端子１８−１０、Ｒ端子１８−１１を備えている。
ここで、ＤＥｉｎ信号は、入出力レベルシフト部１８−１３Ａに入力されると共に、入出力レベルシフト部及び制御部を介して、充放電制御回路１８−２０にＤＥｉｎ信号として入力される。さらに、ＤＥｉｎ信号は、入出力レベルシフト部１８−１３Ａを介してＤＥｏｕｔ信号として出力される。他の構成は、図２の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８と同様の構成であるので、説明は省略する。

図２１における電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８の動作を説明する。
電源電圧検出ＡＤコンバータ１８−１３は公知のＡＤコンバータで構成され、測定用入力に電源電圧或いはその分電圧を入力して、レファレンス電圧Ｖｒｅｆ１８−１２に安定化電源の出力を与えてこれを基準にＡＤ変換を行う。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８の温度計測は、温度センサと温度センサ用ＡＤコンバータで行う。温度センサは、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８が内蔵しているダイオード等を利用することができる。つまり、ダイオードの順方向電圧などを増幅して絶対温度に比例した温度信号を得ることができることが知られていることを利用する（非特許文献２、３参照）。この温度信号を温度センサ用ＡＤコンバータに入力してＡＤ変換を行う。これらの電源電圧ＶＣＣ及びＩＶ１８内部の温度信号をＡＤ変換した結果が、電圧、温度のデータであり、制御部１８−１２において常時最新のデータとして蓄えておく。

図２１では示していないが、外部にサーミスタなどの温度センサを設けてもよい。この場合には、ＩＣ１８に、オプションの外付け用温度センサの入力端子を設ける。これにより、ＩＣ１８内部の温度センサを用いることなく、ＩＣ１８に、サーミスタなどの温度センサからの温度信号を入力してＡＤ変換を行うことも可能である。

Ｒ端子１８−１１は、電源電圧が一定電圧以上になった時にオンになるＭＯＳトランジスタの出力であり、外部の放電用抵抗へ接続される。

図２２は、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８の内部を示す回路図であり、レベルシフトと信号伝達の回路を示している。
図２２に示すように、ＳＴｉｎ、クロックｉｎ、ＤＥｉｎ、データｏｕｔが下段すなわち前段のＩＣとの接続端子であり、ＳＴｏｕｔ、クロックｏｕｔ、ＤＥｏｕｔ、データｉｎが上段すなわち後段のＩＣとの接続端子である。これらの接続端子により複数のＩＣがカスケード接続され電圧変換しながら送受信するように構成されている。

Ｒ端子は外付け抵抗の接続端子である。Ｒ端子はオープンドレインの端子で通常はオフしており、電源電圧があらかじめ設定されたＶｍａｘを超えたとき、かつＤＥｉｎ端子が“０”レベルのときにオン状態となり電源端子ＶＣＣとＶＳＳとを接続して電池の放電を行う端子である。

Ｖｍａｘに関する情報、つまり電池ユニットの放電を行うか否かを決定する放電制御情報ＤＥは、電池監視装置１０Ｅの制御部から送出され、最も下段側のＩＣにＤＥｉｎ信号として入力されて、内部ＤＥｉｎ信号となる。さらに、内部ＤＥｉｎ信号は、充放電制御回路に入力されると共に、バッファトランジスタを介して、上段のＩＣにＤＥｏｕｔ信号として出力される。このようにして、放電制御情報ＤＥは電池監視装置１０Ｅの制御部から各ＩＣに送出される。Ｖｍａｘは、例えば、Ｖｒｅｆを用いて生成され、充放電制御回路中のオペアンプやコンパレータに入力される。

図２２に示すＳＴｉｎはＳＴ信号の入力であり、レベルシフトして内部ＳＴ信号となり、それがＳＴｏｕｔ端子に出力されこれがさらに上段のＳＴｉｎへカスケード接続されてレベルシフトながら信号が繋がっていく。ＤＥｉｎ、クロックｉｎも同様である。データ出力は上段から下段へレベルシフトしながら信号が伝達される。このようにしてＩＣ間の信号の授受は隣接したＩＣ間のみで行われる。これにより、電池パッケージ内部では高電圧が発生しているがＩＣ間の電圧差は高々数Ｖに抑えることができる。

電池パッケージへの入出力は電池ユニットの初段すなわち最下段のＩＣにおいてなされ、制御部１７と接地電位（負電位）が同じである。

各段のＳＴｉｎ、ＳＴｏｕｔ、クロックｉｎ、クロックｏｕｔ、ＤＥｉｎ、ＤＥｏｕｔ、データｉｎ、データｏｕｔの信号の接続は電圧差が小さいために単なるオープンドレインの結合でレベルシフトする構成とすることができる。

ＩＣの内部のシフトレジスタはこの事例では２４ビット構成となっている。２４ビットの構成は、４ビットのスタートビット（１１１０）と、８ビットの電圧データと、８ビットの温度データと、１ビットのパリティビットと、３ビットのストップビット（１１１）と、からなる。内部ＳＴ信号が“０”すなわちローレベルの時には、これらの２４ビットのデータをシフトレジスタへ伝える。内部ＳＴ信号が“１”に変化する時に２４ビットデータのセットを終了するとともに、シフトレジスタをシフト動作可能にならしめる。各ＩＣのデータ信号は、上段から下段へシフトしながら最下段のＩＣを通じて制御部１７へ伝達される。

図２３（ａ）、図２３（ｂ）は、図２２の入出力端子間の電圧関係すなわち当該ＩＣのレベルシフトの様子を示している。図２３（ａ）は昇圧レベルシフトの機構、図２３（ｂ）は降圧レベルシフトの機構を示している。
図２３に示すように、レベルシフト回路は、公知のＣＭＯＳ素子のオープンドレイン方式のレベルシフト回路である。図２３（ａ）に示す昇圧レベルシフトではＮチャンネルＭＯＳトランジスタをオープンドレインで用いている。図２３（ｂ）に示す降圧レベルシフトではＰチャンネルＭＯＳトランジスタをオープンドレインで用いている。

図２４は、電圧・温度検出センサ用ＩＣのタイミングチャートを示す図である。
図２４に示すように、ＳＴｉｎ及びＳＴｏｕｔは、電圧・温度検出センサ用ＩＣのスタート信号であり、ＩＣのリセット信号を兼ねている。ＳＴの“０”の状態がリセット状態でシフトレジスタにはスタートビットのデータ、温度データ、電圧データ、パリティビット、ストップビットのデータがセットされる。ＳＴの“１”の状態によりシフトレジスタに蓄えられている２４ビットのデータは、スタートビット、温度データ、電圧データ、パッリティビット、ストップビットの順で送信を始める。２４ビットのデータが送信されて、続いて、次には上段の２４ビットのデータが送信される。

このようにして２４ビット×電池段数分のデータが、図２０の制御部１７へ出力され、この制御部１７においてデータ処理がなされる。

２４ビット×段数分のデータの送信後、ＳＴｉｎ信号が“１”レベルのままであれば一定時間の後にＩＣはスリープモードに入る。ＩＣ内部に設けたスリープフリップフロップがタイマーに設定されている一定時間後にセットされる。これにより当該ＩＣは超低消費電力モードとなり、電池の放電を抑制することができる。スリープモードからの脱却はＳＴｉｎ信号を“０”レベルにすることにより行ことができる。

図２５は、図１９に対して電源・温度センサＩＣの機能に冗長データ機能を追加したＩＣを用いたときの電池監視装置１０Ｆの構成図を示している。
図２５は、ＩＣがもう１つの系統の電源、温度センサを有する場合の構成図であり、電池の制御をすべて当該ＩＣに委ねるためにセンサ機能を２重系にした例である。このように、センサ機能を２重系にして、後述するようにデータを２重にしているので、冗長データ機能と呼ぶ。

図２６は、図２５の冗長データ機能を追加した電圧・温度検出センサ用ＩＣの構成図を示す。図２１に示した電圧・温度検出センサ用ＩＣに、さらに、データｏｕｔ２と、データｉｎ２端子と、Ｖｒｅｆ１８−１９と、ＶＣＣ用ＡＤコンバータ１８−２０と、温度センサ用ＡＤコンバータ１８−２１と、が追加されている。他の構成は、図２１の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８Ａと同様の構成であるので、説明は省略する。このように、センサ機能を２重系にして、データを２重にしているので、冗長データ機能が追加される。

図２７は、冗長データ機能を追加した電圧・温度検出センサ用ＩＣの内部回路図であり、図２１の電圧・温度検出センサ用ＩＣに対してデータ２端子機能が追加されている。データｉｎ２、データｏｕｔ２に関係するデータｉｎ１,データｏｕｔ１相当部分は図中の点線部分であり容易に推定できるため省略してある。制御部１７にてデータ１、データ２の比較を行いながら２重系の管理を行うための機能である。

（第２の実施形態の変形例１）
図２８の構成図は本発明の第２の実施形態の変形例１の電池監視装置１０Ｇの構成を示す図である。８段に直列接続されている電池システムの例である。
図２８に示すように、電池監視装置１０は、８段に直列接続されている電池ユニット４１〜４８からなり、隣接する電池ユニット、例えば、電池ユニット４１、４２には、ＩＣ４１−３が配設され、電池ユニット４１には放電用抵抗４１−５が配設され、電池ユニット４２には放電用抵抗４２−５が配設されている。各電圧・温度検出センサ用ＩＣにより必要時に通電され電池４１、４２の正電極リード４１−１，４２−１と負電極リード４１−２，４２−２との間を放電抵抗４１−５，４２−５を介してショートする機能を有している。

図２９は、電池監視装置１０Ｇに使用される電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８の内部回路図である。
図２９に示すように、電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８は、図２９の電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８に対して、さらに充放電させるための充放電制御回路を２組備えている点が異なる。ＤＥｉｎ端子からＤＥ信号が、入出力レベルシフト回路及び制御部を介して第１及び第２の充放電制御回路に入力される。

これにより、電池監視装置によれば、二つの電池ユニット毎にＩＣ４１−３を１個配設し、電池２個に対し、1個のＩＣで２個の電池のそれぞれの放電を行うことができる。これにより、電池２個の容量のバランスをとることが容易にできる。

本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置１０Ｅ、１０Ｆに用いる電圧・温度検出センサ用ＩＣは、各電池ユニット毎に温度を検出するセンサと電源電圧測定用のセンサを持ち、この電源電圧が設定値より高い場合には電池の電流を外部抵抗へ流して電池を放電する機能を有している。電圧・温度検出センサ用ＩＣの電源には各電池ユニットの電池出力を用いる。電圧・温度検出センサ用ＩＣの入出力信号は各電池ユニットの隣接する電圧・温度検出センサ用ＩＣからだけ授受することにより高電圧が印加されることなく簡素な配線で構成することを特徴とするものである。

すなわち、電池ユニットを直列に接続すると最下段の電池ユニットから最上段の電池ユニットまで電圧が高くなっていき全体としては高電圧差が発生する。隣接の電池ユニット間では上段側でも下段側でも高々一つの電池ユニット分の電圧差である最大５．０Ｖであることに着目して、通常の半導体素子の動作電圧範囲内で信号の授受を行い、配線の簡素化を図ることができる。さらに、特定の電池ユニットが他の電池ユニットが満充電になるより早く満充電近くになれば電池ユニットに設けた抵抗に電流を流して電圧を下げ、これにより、他の電池ユニットへの充電を可能にせしめるものである。

配線の簡素化に関しては、入力信号は最下段の電圧・温度検出センサ用ＩＣから順次上段の電圧・温度検出センサ用ＩＣへ一段ずつ伝達され、出力信号は最上段の電圧・温度検出センサ用ＩＣから順次下段のＩＣへ一段ずつ伝達される。電池ユニットの集合体である電池パッケージの制御部１７との信号のやり取りは最下段の電圧・温度検出センサ用ＩＣがやり取りする。

このように、各電池ユニットに設置した電圧・温度検出センサ用ＩＣへの配線は前段、次段の電圧・温度検出センサ用ＩＣだけであるため配線は極めて簡素になり、電圧・温度検出センサ用ＩＣが高電圧の信号処理を行う必要が無くなる。このため、高価な光カプラー付ＡＤ変換回路などを不要にして、加えて、電池ユニットの数に依存しない拡張性のある構成を可能にするものである。

電池監視用の電圧・温度検出センサ用ＩＣに必要な要件として非動作時には消費電流を低減することが必要である。この為の制御信号も同様に下段の電圧・温度検出センサ用ＩＣから上段の電圧・温度検出センサ用ＩＣへ信号伝達することにより、電池監視装置１０Ｅ，１０Ｆの制御部１７Ａに指示を行うことができる。

このように本発明の電池監視装置は、各電池ユニットの出力電圧を電池ユニットに装着した電圧・温度検出センサ用ＩＣの電源電圧として使用する。電圧・温度検出センサ用ＩＣは、その電圧自身を測定する回路と同時にその近傍の温度を検出する回路を有している。電圧・温度検出センサ用ＩＣは、各電池ユニットの電圧があらかじめ設定した電圧以上になった時に電池の正負両電極間を外部抵抗を介してショートするＭＯＳスイッチと、ＩＣ間共通の信号であるクロック入力信号、ＳＴ入力信号、制御信号入力信号、ＤＥ信号入力信号、データ出力信号の授受を隣接するＩＣ間だけで行う手段を有している。これにより、高電圧を計測するシステムにおいても高電圧動作を必要としない技術により電圧・温度検出センサ用ＩＣを構成することができる。また、隣接する電圧・温度検出センサ用ＩＣ間だけの信号の授受となるために、全体の配線は極めて簡素になる。

また、電池ユニットが、充電量の増加に伴い設定電圧より高くなったとき、特定の電池ユニットの充電電圧が他の電池ユニットの充電電圧より突出して早く高くなる場合には抵抗を経由して電池が放電する機能を設けている。このために、当該電圧・温度検出センサ用ＩＣの電圧が設定値以上になった時に、オンするトランジスタを設置し、外部抵抗経由で電池ユニットの電流を消費させることにより放電を実現することができる。

（第３の実施形態）
図３０は、本発明の第３の実施形態に係る電池監視装置１０Ｈの構成を示す図である。図３０は、電池ユニットが５段に直列接続されている電池監視装置１０Ｈの例である。
図３０に示すように、電池監視装置１０Ｈは、電池パッケージ６６と、電池監視装置１０の制御部６７と、から構成されている。電池パッケージ６６は、電池ユニット６１−６５と、各電池ユニット６１−６５毎に配設される集積回路６１−３〜６５−３と、から構成されている。

電池ユニット６１−６５においては、正電極リード６１−１〜６５−１と負電極リード６１−２〜６５−２とが、直列接続されている。つまり、例えば電池ユニット６１の正電極リード６１−１は直列接続される次段の電池ユニット６２の負電極リード６２−２と接続リードにより接続されている。集積回路６１−３〜６５−３は、それぞれ各電池ユニットの電圧と温度を測定し、これらの電圧と温度を制御部６７に送出する作用を有している電圧・温度検出センサ用ＩＣである。

各電池ユニットの正電極リード６１−１〜６５−１あるいは負電極６１−２〜６５−２上に電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３、６２−３、６３−３、６４−３、６５−３が搭載されている。それぞれのＩＣ６１−３〜６５−３の電源端子が、各電池ユニットの正電極６１−１〜６５−１、負電極６１−２〜６５−２に接続されている。電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３〜６５−３の電源系は、最下位の電池ユニット６１の負極６１−２であるグランド電位から見ると浮いた状態になっている。

各電池ユニットには放電用抵抗６１−４、６２−４、６３−４、６４−４，６５−４が設けてあり、これらの放電用抵抗６１−４〜６５−４が、図２０及び図２１と同様に、各電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３〜６５−３のＲ端子に接続されている。各電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３〜６５−３は、各電池ユニット６１−６５が定格電圧を超えた場合等に通電され、各電池の正電極リード６１−１〜６５−１と、負電極リード６１−２〜６１−との間を放電抵抗を介してショートする機能を有している。

図３１は電圧・温度検出センサ用ＩＣのブロック図であり、図２９に示す電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３〜６５−３の詳細を示している。各電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３〜６５−３は、同じ構成であるので、電圧・温度検出センサ用ＩＣ６８として説明する。
図３１に示すように、電圧・温度検出センサ用ＩＣ６８は、制御部６８−１２と、制御部６８−１２に接続される入出力レベルシフト部１８−１と、制御部１８−１にクロック信号を供給するクロック信号発生部と、電源電圧ＶＣＣ測定用のＡＤコンバータと、ＡＤコンバータ用の基準電圧源Ｖｒｅｆと、温度測定用のＡＤコンバータと、放電用回路とを含んで構成されている。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ６８は、下段側からの入力データが入力されるデータｉｎ端子と、この入力データが入出力レベルシフト部を介して上段側に出力されるデータｏｕｔ端子と、上段側からのデータが入力されるデータｉｎ端子と、この入力データが入出力レベルシフト部を介して下段側に出力されるデータｏｕｔ端子と、電池ユニットの正電圧側に接続されるＶＣＣ端子と、電池ユニットの負電圧側に接続されるＶＳＳ端子と、放電用抵抗が接続されるＲ端子とを備えている。

クロック信号発生部は、水晶振動子等を用いた発振回路や位相同期（Ｐhase-locked Loop）回路等で構成することができる。

図３1で説明した内部構成を有している各ＩＣ６１−３〜ＩＣ６５−３は、調歩同期方式によりデータの転送を行うことで、図２１で説明した集積回路と比較すると、クロックｉｎ端子と、クロックｏｕｔ端子と、ＳＴｉｎ端子と、ＳＴｏｕｔ端子と、ＤＥｉｎ端子と、ＤＥｉｎ端子等を持たない構成になっている。データｉｎ信号はＩＣ６１−３〜ＩＣ６５−３の各電池の位置情報、各電池ユニット番号情報、各電池ユニットの電圧、放電、電池ユニットの番号を認識する為のカウンター機能を持つ構成になっている。以下、ＩＣ６５−３の事例で説明する。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３の正電源端子は、電池ユニットの正電極リード６５−１に接続され、負電源端子は電池ユニットの負電極リード６５−２に接続されている。これにより、電池ユニット６５から電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３へ電源が供給される。電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３は、電源電圧のセンサ機能と電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３自身の温度センサ機能を有している。このため、電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３は、電池ユニット６５の正電極リード６５−１あるいは負電極リード６５−２の上に直接実装されており、電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３自身の温度と電池ユニット６５の内部温度ができるだけ同一になるよう、近傍で計測できるように構成されている。

図３1のＲ端子６８−１０は、放電用抵抗６５−４を介して、電池ユニット６５の正電極リード６５−１に接続される。Ｒ端子６８−１０には、トランジスタのドレインが接続されており、このトランジスタのソースがＶＳＳ端子に接続されている。ＶＳＳ端子は電池ユニットの負電圧側に接続される。したがって、電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３に入力されるデータｉｎ信号により、電池ユニット６５のみを充放電をすることが可能となる。

電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３は、電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−３の正電極リード６５−１又は負の電極リード６５−２の上に直接配設されているために、他のプリント基板などの部品を必要とすることなく搭載することができ、外部への接続となるデータｉｎ信号、データｏｕｔ信号を直接接続できる構成となっている。他の電圧・温度検出センサ用ＩＣ６５−１、６５−２、６５−４、６５−５１も同様に構成されている。

集積回路６１−３〜６５−３は、各電池ユニット１つに、１個の集積回路構成となる。ＩＣ６１−３は電池ユニット６１の電圧と温度を測定し、これらの電圧と温度のデータを制御部６７に送出する作用を有している電圧・温度検出センサ用ＩＣである。電圧・温度検出センサ用ＩＣ６１−３〜６５−３は、調歩同期方式によりデータの転送を行う。データｏｕｔ信号は、各電池の電圧・温度検出センサからのデータと、ストローブ信号等から構成されている。これにより、隣接するＩＣ間の信号の授受はデータｉｎ信号やデータｏｕｔ信号だけで行うことができる。このため、図２１のＩＣとは異なり、ＩＣ間のＳＴｉｎ、ＳＴｏｕｔ、クロックｉｎ、クロックｏｕｔ等の信号配線は不要となるために、全体の配線は極めて簡素になる。

（第３の実施形態の変形例）
図３２は、本発明の第３の実施形態に係る電池監視装置１０Ｉの変形例の構成を示す図である。図３２は、電池ユニットが８段に直列接続されている電池監視装置の例である。
図３２に示すように、電池監視装置１０Ｉは、電池パッケージ７９と電池監視装置１０の制御部７０とから構成されている。電池パッケージ７９は、電池ユニット７１〜７８と電池ユニット７１〜７８の二つ毎に配設される４つの集積回路７１−３〜７７−３とから構成されている。この集積回路は、例えば電圧・温度検出センサ用ＩＣである。

図３３は、電池監視装置１０Ｇに使用される電圧・温度検出センサ用ＩＣ１８の内部回路図であり、図２９の電圧・温度検出センサ用ＩＣに対して、２入力の電源電圧用ＡＤコンバータと、充放電制御回路を２組備えている点が異なる。ＤＥｉｎ端子からＤＥ信号が、入出力レベルシフト回路及び制御部を介して第１及び第２の充放電制御回路に入力される。他の構成は図３０の電圧・温度検出センサ用ＩＣと同じであるので説明は省略する。

電池ユニット７１〜７８においては、正電極リード７１−１〜７８−１と負電極リード７１−２〜７８−２とが、直列接続されている。つまり、例えば電池ユニット７１の正電極リード７１−１は直列接続される次段の電池ユニット７２の負電極リード７２−２と接続リードにより接続されている。

集積回路７１−３〜７７−３においては、それぞれ１個の集積回路７１−３が２つの電池ユニット７１、７２の電圧と温度を測定し、これらの電圧と温度を制御部７０に送出する作用を有している電圧・温度検出センサ用ＩＣである。電圧・温度検出センサ用ＩＣ７１−３〜７７−３は、調歩同期方式によりデータの転送を行う。データｏｕｔ信号には、各電圧・温度検出センサからのデータ、ストローブ信号等から構成されている。図２１で説明した集積回路と比較すると、クロックｉｎ端子と、クロックｏｕｔ端子と、ＳＴｉｎ端子と、ＳＴｏｕｔ端子と、ＤＥｉｎ端子と、ＤＥｉｎ端子等を持たない構成になっている。

ＩＣ７１−３のデータｉｎ信号は、パリティビット（スタートビット）、ストップビット（エンドビット）付加して同期をする方式で、各ビットには、各電池ユニット番号情報、各電池ユニットの電圧、放電、温度、電池ユニットの番号を認識する為のカウンター情報、リセット、ストローブ信号から構成される。伝送するデータがないときは、常にストップビットを送り続け、スタートビットが発生した時点で、それ以降のビットをデータとみなし、ストップビットまでを１ビット毎に情報を読み取る方式である。

電池ユニット７１、７２には、ＩＣ７１−３が配設され、電池ユニット７１には放電用抵抗７１―５が配設され、電池ユニット７２には放電用抵抗７２−５が配設されている。各電圧・温度検出センサ用ＩＣにより必要時に通電され電池７１、７２の正電極リード７１−１，７２−１と負電極リード７１−２，７２−２の放電抵抗７１−５，７２−５を介してショートする機能を有する。したがって、電圧・温度検出センサ用ＩＣ７１−３に入力されるデータｉｎ信号により、２つの電池ユニット７１、７２の充放電が可能となる。

電池監視装置の変形例１０Iによれば、二つの電池ユニット毎にＩＣ７１−３を１個配設し、電池２個に対し、1個のＩＣで２個の電池のそれぞれの放電を行うことができる。これにより、電池２個の容量のバランスをとることが容易にできる。また、全体の配線は極めて簡素になる。これにより部品点数を大幅に削減することが可能となる。

（第４の実施形態）
以上説明した電圧・温度検出用センサＩＣを用いて電池パッケージに制御回路を実装することができる。本発明の電池監視装置の実装に係る実施例について以下に説明する。ここでは、本発明の集積回路を用いて電池パッケージに制御回路となる電圧・温度検出用センサＩＣを実装する際の構成例を示す。
図３４は８個の電池ユニットからなる電池パッケージ８０を示す。
図３４に示すように、電池パッケージ８０は、電池ユニット８１と電池ユニット８１を直列接続するバスバー８５と、図示しない電圧・温度検出用センサＩＣとから構成されている。電池ユニット８１は、１番目の電池ユニット８１−１から８番目の電池ユニット８１−８で構成されている。１番目の電池ユニット８１−１の正極と２番目の電池ユニット８１−２の負極がバスバー８５で接続されている。同様に２番目の電池ユニット８１−２の正極と３番目の電池ユニット８１−３の負極とがバスバー８５で接続されている。その他の電池ユニット８１も同様に直列接続される。図示しない中央支持台は、電池ユニットの正極と負極の間に分離されている。中央支持台は、後述する図３５に示す。

図３５は、電池パッケージ８０の上に制御回路９０を搭載した状態を示す図である。
図３５に示すように、電池ユニット８１の電極部の上端部は３つの部位に分かれている。一番目の電池ユニット８１−１で示すと、８６が正電極、８７が負電極、８８が中央支持部である。中央支持部８８が、電池ユニット８１−１の中心部の熱を伝達する。つまり、電池ユニット８１−１の温度が中央支持部８８に伝達される構造を有している。中央支持部８８の上に制御回路９０が配設されている。具体的には、フレキシブルプリント基板９１上に、電圧・温度検出用センサＩＣ９２と放電抵抗９３とが実装されている。
なお、実際には、フレキシブルプリント基板９１の裏面に、電圧・温度検出用センサＩＣ９２や放熱抵抗９３が実装されている。実装する部品や半田付け部はすべて裏面で行っているが説明上、透視図で説明する。

電圧・温度検出用センサＩＣ９２と放電抵抗９３はフレキシブルプリント基板９１にリフロー半田付けされており、８個の電池ユニット８１のそれぞれに対して１組ずつ設けている。図３５に示すように、フレキシブルプリント基板９１は、一番目の電池ユニット８１−１から８番目の電池ユニット８１−８まで通して共通であり、各電池ユニット８１−１〜８１−８に対応した電圧・温度検出用センサＩＣ９３が基板上で相互に接続されている。

ハーネス９４を使用して、電圧・温度検出用センサＩＣ９２の負側電極であるＶＳＳと電池ユニット８１−１の負電極８７とが接続されている。電圧・温度検出用センサＩＣ９２側はフレキシブルプリント基板９１上に半田付けで接続されており、電池ユニット８１−１の負電極側はバスバー８４において半田付けされている。ここで、図３５に示すように、放電抵抗９３が電圧・温度検出用センサＩＣ９２の左側に配設されている電圧・温度検出用センサＩＣ９２を、Ａ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９２と呼ぶ。

同様に、ハーネス９５を使用して、電圧・温度検出用センサＩＣ９２の正側電極８６であるＶＣＣと電池ユニット８１−１の正電極８６とが接続されている。電圧・温度検出用センサＩＣ９２側は、フレキシブルプリント基板９１上で半田付け接続されており、電池ユニット８１−１の正電極８６側はバスバー８４において半田付けされている。

２番の電池ユニッ８１−２に対応するＢ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９６の電源も同様に、ＶＣＣ側はハーネス９７により２番目の電池ユニット８１−２の正極に接続されているバスバー８５に接続される。ＶＳＳ側はフレキシブルプリント基板９１上で電圧・温度検出用センサＩＣ９２のＶＣＣへ接続されハーネス９５経由、バスバー８５経由で２番目の電池ユニット８１−２の負電極へ接続される。ここで、図３２に示すように、放電抵抗９３が電圧・温度検出用センサＩＣ９６の左側に配設されている電圧・温度検出用センサＩＣ９６を、Ｂ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９６と呼ぶ。

３番目の電池ユニット８１−３以下も同様である。二重丸で示した箇所はプリント基板の位置決め用の穴９８であり、二重丸の内側は中央支持部８８からの凸部であり、外側はフレキシブルプリント基板９１の開口部である。一重丸で示した穴９９、１００は、フレキシブルプリント基板９１に配設する電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６を中央支持部８８に押さえつけるために設けている抑えバネピン用の穴である。図３５においては煩雑さを避けるために抑えバネピンを図示していないが、図３９にて後述する。

図３６は一番目の電池ユニット８１−１に対応したＡ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９２と２番目の電池ユニット８１−２に対応したＢ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９６の相互接続詳細図を示す。図３６も部品の実装、プリント基板の配線、タイバーの半田付けは裏面でされているが、便宜上透視図で説明する。
図３６に示すように、電圧・温度検出用センサＩＣは、Ａ配列とＢ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６の２種類がある。一番目の電池ユニット８１−１にはＡ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９２を使用し、２番目の電池ユニット８１−１には、Ｂ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９６を使用している。Ａ配列とＢ配列の電圧・温度検出用センサは同一機能であり、電圧・温度検出用センサＩＣの端子配列のみが異なったつまり対称ではない配置となっている。これは、電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６間の相互接続でフレキシブルプリント基板９１上の配線が交差しないようにするためのものである。これによりフレキシブルプリント基板９１は片面配線のものが使用できる。

Ａ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９２を以下、ＩＣ−Ａ９２と称し、Ｂ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ９６を以下、ＩＣ−Ｂ９６と呼ぶ。また、図２０の端子名を簡略化して、図２０の表記である、例えばＳＴｏｕｔをＳｏと記述する。
図３６には、ＩＣ−Ａ９２のクロック出力であるＣoがＩＣ−Ｂ９６のクロック入力Ｃｉに接続され、ＩＣ−Ａ９２のチップセレクト出力ＳｏがＩＣ−Ｂ９６のＳｉに接続され、ＩＣ−Ａ９２の次段へのＤＥデータ出力であるＵｏがＩＣ−Ｂ９６のＵｉに接続され、ＩＣ−Ａ９２の前段からのデータｉｎであるＤiがＩＣ−Ｂ９６のＤoに接続されている様子を示す。

図３７は、フレキシブルプリント基板９１に電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６と放電用抵抗９３が実装されハーネスが接続された状態を示している。図３８は、フレキシブルプリント基板９１を実装した断面図を示す。図３７に示すように、フレキシブルプリント基板９１は配線が交絡することなく一層配線で可能なことがわかる。

図３８に示すように、フレキシブルプリント基板９１では裏面側に電圧・温度検出用センサＩＣ９２が搭載され、フレキシブルプリント基板９１の上には、断熱性クッション材１０３を介してバー１０４が配設されている。これにより、バー１０４が、フレキシブルプリント基板９１全体を上から抑えている構成となる。

図３５ではハーネス９４、９５がフレキシブルプリント基板９１に半田付けで接続されている。このハーネス９４、９５の代わりに、フレキシブルプリント基板９１を用いてもよい。つまり、ハーネス９４、９５となっている箇所を、フレキシブルプリント基板９１側から両側に細く伸ばして形成することによって、ハーネス９４、９５を廃止することもできる。図３７においてはハーネス９４、９５で表示してあるところがフレキシブルプリント基板９１に置き換えられる。このようにすれば部品点数をさらに下げることができ、電池パッケージ８０の組み立てが一層に簡素化できる。一方でフレキシブルプリント基板９１の単位面積当たりの収率が低下し基板コストが上昇するので、組み立てのし易さを優先するのか、安価なハーネス９４、９５を用いて部材コスト優先にするのかは場合に応じて選択できる。

図３９はフレキシブルプリント基板９２に実装した電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６の固定方法に関する変形である。図３８のバーの代わりに、電圧・温度検出用センサＩＣ９４、９６を一つずつ抑えバネピン１０１で抑える方法である。
図３９において中央支持部８８には開口部８９、１００が形成してある。中央支持部８８のほぼ中央には電圧・温度検出用センサＩＣ９２がフレキシブルプリント基板９１上に半田付けされており、その半田付け面の反対面が中央支持部８８に接している。熱伝導特性を保証する必要があり、必要に応じてグリスなどの絶縁性熱伝導材を接触面に使用する。電圧・温度検出用センサＩＣ９２は、抑えバネピン１０１によって中央支持部８８に一定の圧力で押さえつけられている。抑えバネピン１０１の端部を挟みながら、開口部９９、１００に挿入し、中央支持部８８方向に対して抑える力を発生させながら、抑えバネピン１０１の挿入を完了する。その後に、抑えバネピン１０１の挟みの力を解放すれば、抑えバネピン１０１力で中央支持部８８方向への力が持続される構造である。

図４１は柔軟性のない所謂リジッドなプリント基板１０５を用いる例を示す図である。図３８の場合と同様に、電圧・温度検出用センサＩＣ９２の抑えを抑えバー１０６を用いて一括で行っている。電圧・温度検出用センサＩＣ９２の下に敷く熱伝導性クッション１０７は、各寸法の公差の吸収と電圧・温度検出用センサＩＣ９２へ電池ユニット８１の温度が正しく伝えるための部品である。熱伝導性クッション１０７は、放熱用シート等種々の構成とすることができる。

このように、電池パック８０内での電子回路の配線、つまり、実装がフレキシブルプリント基板９１上に、電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６を半田付けするだけの工程で済むので配線が交絡することなく部品点数も少なく、組み立てし易い構成とすることができる。電池監視、電池制御の性能面では、個々の電池ユニット８１−１〜８１−８に対して温度、電圧を直接、個別に計測ができる。このように、電子回路の実装の面においても、電池制御の性能面でもその特徴を矛盾なく出すことができる構成とできることで、当該発明に用いる各電池一個に対応する電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６の存在と本発明で開示した、フレキシブルプリント基板９１上に電圧・温度検出用センサＩＣ９２、９６を実装し、或いはそれを電池ユニット８１の中央支持部８８に取り付けることが可能になる。

ロボットの実用化の進展や、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車の普及のためにLiイオン電池ユニット１１等の用途は広がってくる。それと同時に予防安全と電池能力を最大に発揮するために電池の状態監視と充電量管理は必須のものとなってくる。その為の簡素で精度の良い監視、管理技術と構造化簡素でコストの低減ができる構造は極めて有用な技術となる。

本発明は記述した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

１０、１０Ａ〜１０Ｉ・・・電池監視装置
１１〜１５、２１〜２５、４１〜４８・・・電池ユニット
１１−１〜１５−１・・・電池の正電極
１１−２〜１５−２・・・電池の負電極
１１−３〜１５−３・・・電圧・温度検出用センサＩＣ
１１−４〜１５−４・・・接続リード
１６、４６・・・電池パッケージ
１７、３７、４７・・・制御回路
１８−１〜１８−８・・・電圧・温度検出用センサＩＣの端子
１８−１・・・正電源端子
１８−２・・・負電源端子
１８−３・・・ＳＴｉｎ端子
１８−４・・・クロックｉｎ端子
１８−５・・・データｏｕｔ端子
１８−６・・・データｉｎ端子
１８−７・・・クロックｏｕｔ端子
１８−８・・・ＳＴｏｕｔ端子
１８−９・・・基準電圧
１８−１０・・・電源電圧用ＡＤコンバータ
１８−１１、３８−１１・・・温度センサ用ＡＤコンバータ
１８−１２・・・制御部
１８−１３・・・入出力レベルシフト部
１８−１４・・・アナログｉｎ（オプション部分）
２８−１６・・・圧力センサ用ＡＤコンバータ
２１−５〜２５−５・・・サーミスタ
２８−１６・・・圧力センサ用ＡＤコンバータ
３１−３〜３５−３・・・電圧・温度検出用センサＩＣ
３８−８・・・クロックｉｎ
３８−１７・・・チップコンデンサ
３８−１８・・中間端子
３８−１９・・・ボンディングワイヤ
４１−３、４３−３、４５−３、４７−３・・・電圧・温度検出用センサＩＣ
５１−１１・・・２チャンネルの入力を有するＶＣＣ用ＡＤコンバータ
６１〜６８・・・電池ユニット
６１−３、６３−３、６５−３，６７−３・・・電圧・温度検出用センサＩＣ
６１−５〜６８−５・・・サーミスタ
６１−６〜６８−６・・・サーミスタ用抵抗
７１−３・・・Ｖｔｅｍｐ１入力端子
７１−１０・・・Ｖｔｅｍｐ２入力端子
７１−１３・・・ＶＣＣ用２チャンネルの入力を有するＡＤコンバータ
７１−１４・・・温度センサ用２チャンネルの入力を有するＡＤコンバータ
１８−２０・・・充放電回路
８０・・・電池パッケージ
８１・・・電池ユニット
８４、８５・・・バスバー
８６・・・正電極
８７・・・負電極
８８・・・中央支持部
９０・・・電圧・温度検出用センサＩＣ
９１・・・フレキシブルプリント基板
９２・・・Ａ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ
９３・・・放電抵抗
９４、９５、９７・・・ハーネス
９６・・・Ｂ配列の電圧・温度検出用センサＩＣ
９８・・・位置決め穴
９９、１００・・・抑えバネピン用の穴
１０１・・・抑えバネピン
１０３・・・断熱性クッション
１０４、１０６・・・バー
１０５・・・プリント基板
１０７・・・熱伝導性クッション

Claims (20)

1. 少なくとも一つ以上のアナログ信号のＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、該ＡＤコンバータからの出力が入力される制御部と、該制御部によって制御される入出力レベルシフト回路とを備え、
   上記ＡＤコンバータからの出力が、入出力レベルシフト回路に入力されるデータｉｎ信号によって、上記入出力レベルシフト回路を介してデータｏｕｔ端子から出力されることを特徴とする、集積回路。
2. 前記入出力レベルシフト回路にクロック信号とスタート信号が印加され、
   前記入出力レベルシフト回路に入力されるＡＤコンバータからの出力が、上記スタート信号によってデータｏｕｔ端子から出力されることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
3. 前記集積回路は、さらにクロック信号発生部を備え、該クロック信号発生部から生成されるクロック信号が、前記集積回路の制御部及び入出力レベルシフト回路に供給されることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
4. 前記データｏｕｔ端子から、２値の電流信号が出力されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の集積回路。
5. 前記ＡＤコンバータが、前記集積回路に印加される電源電圧を測定するＡＤコンバータであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の集積回路。
6. 前記ＡＤコンバータが、温度を測定するＡＤコンバータであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の集積回路。
7. 前記ＡＤコンバータが、圧力センサ用のＡＤコンバータであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の集積回路。
8. 前記ＡＤコンバータが、少なくとも２よりも大きい入力チャンンネルを備えていることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の集積回路。
9. 前記ＡＤコンバータからの複数の出力信号が、前記入出力レベルシフト回路を介して複数のデータｏｕｔ端子から出力されることを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載の集積回路。
10. さらに、前記集積回路に印加される電源電圧が一定電圧以上になった時にオンになるトランジスタを備え、該トランジスタのドレインが接続される抵抗用端子を備えていることを特徴とする、請求項１〜９の何れかに記載の集積回路。
11. 複数の電池ユニットが多段に直列接続される２次電池パッケージを監視する電池監視装置であって、
    上記電池ユニット１個又は上記電池ユニットの複数個毎にそれぞれに配設される集積回路と、
    上記各集積回路を制御するための電池監視装置用制御部と、を備え、
    上記電池監視装置用制御部は、クロック信号とスタート信号を生成する制御部と、データ入力信号が入力されるデータレジスタと、データレジスタからのデータ信号を処理するデータ処理部と、を有しており、
    上記集積回路は、少なくとも一つ以上のアナログ信号のＡＤ変換を行うＡＤコンバータと、該ＡＤコンバータからの出力が入力される制御部と、該制御部によって制御される入出力レベルシフト回路とを備え、
    上記ＡＤコンバータからの出力が、入出力レベルシフト回路に入力されるデータｉｎ信号によって、上記入出力レベルシフト回路を介してデータｏｕｔ端子から出力され
    各電池ユニット毎の電圧が、順次電池監視装置用制御部のデータ入力に送出されることを特徴とする、電池監視装置。
12. 前記集積回路の制御部及び前記入出力レベルシフト回路にクロック信号が印加され、
    前記入出力レベルシフト回路にクロック信号とスタート信号が印加され、
    前記入出力レベルシフト回路に入力されるＡＤコンバータからの出力が，上記スタート信号によってデータｏｕｔ端子から出力されることを特徴とする、請求項１１に記載の電池監視装置。
13. 前記集積回路は、さらにクロック信号発生部を備え、該クロック信号発生部から生成されるクロック信号が、前記集積回路の制御部及び入出力レベルシフト回路に供給されることを特徴とする、請求項１１に記載の電池監視装置。
14. さらに、前記集積回路が、前記電池ユニットの電圧及び／又は温度を測定するためのＡＤコンバータを備えていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の電池監視装置。
15. 前記各電池ユニットに、温度センサが配設されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に載の電池監視装置。
16. さらに、前記集積回路が、前記電池ユニットの圧力を測定するためのＡＤコンバータを備えていることを特徴とする、請求項１１〜１５の何れかに記載の電池監視装置。
17. さらに、前記集積回路に印加される電源電圧が一定電圧以上になった時にオンになるトランジスタと、該トランジスタのドレインが接続される抵抗用端子と、を備え、
    前記各集積回路の抵抗用端子と該集積回路が接続される各電池ユニットの正電圧側との間に放電用抵抗が接続されていることを特徴とする、請求項１１〜１６の何れかに記載の集積回路。
18. 前記クロック信号が、前記各集積回路に並列に印加されることを特徴とする、請求項１２に記載の電池監視装置。
19. 前記集積回路が、基板に実装されていることを特徴とする、請求項１１〜１８の何れかに記載の電池監視装置。
20. 前記基板が、フレキシブル基板であることを特徴とする、請求項１９に記載の電池監視装置。

Images