半导体装置和电池电压监视装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池电压监视装置和用于该电池电压监视装置的半导体装置，尤其是涉及有效地应用于电池电压监视IC(Integrated Circuit，集成电路)的通信中的自动防故障(fail-safe)设计的技术。
【背景技术】
[0002]目前，不仅是汽车厂商，很多企业、团体都在开发使用电机来作为车辆行驶用驱动源的电动汽车。为了驱动电机，需要具有数百伏的高压电的车载电源。通过使用电池组的电池系统实现了该电源，所述电池组通过串联连接很多个产生几伏左右电压的电池单元(单电池)而构成。这样的电池系统在车辆行驶时和充电时等所有的使用环境下，需要监视各电池单元的状态(例如电池电压、电池阻抗、温度、充电余量等)。另外，由于电池系统在发生异常时存在起火和爆炸等重大的风险，因此为了安全地使用该电池系统，需要将电压测定装置测定的多个电池单元中的每一个电池单元的电池电压等状态数据传送给系统控制装置，实时地进行合计，并基于该状态数据进行适当的控制。
[0003]为了监视各个电池单元的状态，构成了电池控制系统。电池控制系统是分别以高精度监视并控制各个电池单元的系统。电池控制系统通常由监视IC(Integrated Circuit，集成电路)、故障监控1C、作为系统控制装置而工作的MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)等构成。
[0004]监视IC是监视电池单元的状态并输出状态数据(主要是电池电压)的装置。监视IC例如以±5mV左右的精度测定电池单元的电池电压，并按照来自MCU的指令输出测定结果。故障监控IC是监视电池单元的电压并在超过了预定电压的情况下输出信号的装置。故障监控IC例如在电池电压变为了 2V以下时输出是过放电状态的信号，在电池电压变为了 4.5V以上时输出是过充电状态的信号。MCU是控制监视IC和故障监控IC并基于监视IC和故障监控IC的输出结果来控制电池控制系统的装置。MCU实时地合计从监视IC输出的状态数据，并基于该状态数据来进行适当的控制。
[0005]监视IC和故障监控IC通常具有监视通过串联连接12-14个电池单元而构成的Li电池的功能。电池监视模块由模块基板和通过串联连接12-14个电池单元而构成的电池模块构成，所述模块基板安装有I个监视1C、I个故障监控1C、以及外围元件。因此，I个电池监视模块例如在Li电池的情况下具有43.2V-50.4V左右的输出。因此，数百伏特的电池组通过堆叠(stack)多个该电池监视模块而构成。堆叠连接的多个(例如8堆叠)电池监视模块由I个MCU控制。MCU通过并行或串行地连接多个电池监视模块的监视IC的通信线路来分别地控制电池监视模块。
[0006]为了使MCU分别地控制各个电池监视模块，需要对例如8堆叠的监视IC分别设定地址。因此，很多监视IC具有用于设定地址的多个端子，通过改变该端子的连接(下拉/上拉)来设定地址。在该情况下，例如在8堆叠的情况下，至少需要3端子的地址设定引脚。
[0007]在专利文献I中公开了以下蓄电系统:具有地址识别装置，该地址识别装置设置有输入模拟电流的地址检测端子，基于输入的电流的方向和大小来确定蓄电模块的地址。串联或并联地连接了多个蓄电单元(El-ElO)的多个蓄电模块(B1-B14)分别经由连接端子(lla、12a)串联或并联地连接，并且上述蓄电模块分别设置有地址检测端子(SI)，这些地址检测端子相互连接。各个蓄电模块(B1-B14)中的地址检测端子(SI)之间分别通过电缆(cable) (6)短路，该电缆(6)接地，由此从蓄电模块(BI)向蓄电模块(B14)，自各个放电布线(21)流向电流检测电路(23)的电流的方向恒定，仅通过大小的比较就能够确定地址。蓄电系统根据基于由微型计算机接收到的电压信号而从控制电路(M)通过变压器(5)的端子(S2和S3)发送的电流检测电路(23)的电流量的信号，通过主计算机自动地向各个蓄电模块(B1-B14)分配地址。
[0008]在专利文献2中公开了通过环状通信线路连接了多个单电池板(electrical cellboard)和电池管理单元的电池组。单电池板按每个单电池而设置，将单电池的电压、内部电阻、温度、周围温度等测定值数字化并保存，并且通过令牌网通信控制协议发送给电池管理单元。由于通信线路为环状，因此大多数是相邻单电池板之间的连接。由于相邻单电池板之间的电位差不大，因此能够容易地构成其电平移位电路。
[0009]在专利文献3中公开了具有控制蓄电装置的主(master)侧控制单元(23)和监视电池电压的多个从(slave)侧控制单元(14)的蓄电装置。该蓄电装置将通过主侧控制单元(23)和各个从侧控制单元(14)的处理动作设定了的自身地址存储在存储部中，在基于由电压检测电路(13)检测到的电池电压的控制信号上添加自身地址并发送给主侧控制单元(23)ο
[0010]从侧控制单元(14)例如由微型计算机构成，经由通信接口电路(12)与控制装置(I)和其他的电池组(5)进行信息的收发，并输入由电压检测电路(13)检测到的电池电压的信号。在该电池检测电路(13)检测到的电池电压超过了二次电池(3)的限制电压值的情况下，从侧控制单元(14)识别出该情况，将如后述那样设定的地址和作为故障信息的控制信号通过通信接口电路(12)发送给控制装置(I)。由此，控制装置(I)能够确定并识别出发生了故障的电池组。另外，该从侧控制单元(14)具有用于生成暂定地址的随机数产生部(15)和用于存储设定了的地址的存储部(16)。
[0011]从侧控制单元(14)接收到该指令后，执行指令的接收处理(步骤50)并判定该指令的种类(步骤51)。如果在该判定中判定为地址再设定指令，则从侧控制单元(14)使用其所具有的随机数产生部(15)(这里是将电池电压检测数据作为随机数种子的随机数产生程序)产生1-N(N是预定的上限值，这里为255)的随机数，并将该随机数作为暂定的自身地址(步骤52)。然后，准备回复数据(步骤53)，之后将该暂定地址作为等待时间进行计数，基于采用了的随机数执行回复等待时间的调整处理(步骤54)，然后执行该暂定地址的回复处理，发送给主侧控制单元(23)(步骤55)。接收到从从侧控制单元(14)发送的暂定地址的主侧控制单元(23)执行暂定地址的接收处理(步骤41)，判定有效接收数据件数与暂定地址的种类数是否相同(步骤42)。如果在该步骤42的判定中判定有效接收数据件数与暂定地址的种类数不同，则返回到步骤40，执行地址再设定指令的发行，并且在有效接收数据件数和暂定地址的种类数变为相同之前一直重复。这是因为，在主侧控制单元(23)侦牝如果所有的从侧控制单元(14)是不同的暂定地址，则有效接收数据件数和暂定地址的种类数应当最终变为相同。如果在步骤42中有效接收数据件数和暂定地址的种类数变为了相同，则主侧控制单元(23)判定暂定地址是否有重复(步骤43)。如果在该判定中暂定地址存在重复，则返回到步骤40，执行地址再设定指令的发行，并且在暂定地址变为不存在重复之前一直重复。并且，在暂定地址变为了不存在重复的情况下，认为向所有的从侧控制单元(14)分配了不同的地址数据，主侧控制单元(23)执行地址确定指令的发行，发送给所有的从侧控制单元(14)。从侧控制单元(14)接收该地址确定指令的发送，执行指令接收处理(步骤50)，然后判定该指令的种类(步骤51)。如果在该判定中判定指令是地址确定指令，则将该暂定地址作为主侧控制单元(23)的真正的自身地址存储在存储部16中(步骤56)，并执行从步骤53到步骤55的处理。这样，能够自动地确定多个电池监视装置2的地址。这样，由于按照由随机数产生部(15)产生暂定地址并将该暂定地址确定为自身地址的方式来执行处理动作，因此能够简单地对各电池监视装置(2)设定自身地址。
[0012]在专利文献4中公开了在通过系统总线(6)连接的中央处理装置(I)和多个输入输出装置(2-5)中对输入输出装置自动地设定地址的系统。中央处理装置(I)和多个输入输出装置(2-5)通过雏菊链状的数据线(7)连接。首先，在系统内设定用于自动设定地址的地址。指定该地址，中央处理装置(I)在雏菊链状的数据线(7)中向初级的输入输出装置(2)发送应设定的地址的头部值。初级的输入输出装置(2)设定接收到的地址，增加与自身装置的存储器相应的地址，并向后级的输入输出装置(3)发送应设定的地址的头部值。通过将这一过程重复至最终级的输入输出装置(5)，能够绘制(mapping)各个输入输出装置(2-5)的地址。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1:日本特开2009-072053号公报；
[0016]专利文献2:日本特开2011-182558号公报；
[0017]专利文献3:日本特开2002-110259号公报；
[0018]专利文献4:日本特开平05-165758号公报。
【发明内容】
[0019]发明所要解决的问题
[0020]本发明的发明人对专利文献1、2、3、4进行了研宄，结果发现了以下新的问题。
[0021]根据专利文献I公开的技术，由于布线数量不增加、并且不使用指令数据语句，因此能够防止蓄电系统不必要地大型化和通信时间的增加。由于需要持续地提供直流电流，因此始终会消耗电力，另外由于按每一个单电池提供的电流的大小不均匀，因此成为了破坏单元平衡(cell balance)(构成电池组的单电池的电压的平衡)的主要原因。并且，由于是电流这样的模拟值，因此可能会受到噪声的影响。尤其是在为了抑制电力消耗而将电流值抑制得较小的情况下，噪声的影响会变大。
[0022]根据专利文献2公开的技术，不需要很多的高耐压绝缘体，能够抑制布线数量的增加，但是关于向单电池板赋予地址的方法，没有公开任何内容。
[0023]根据专利文献3公开的技术，确实能够对各个电池监视装置⑵设定自身地址，但是电池监视装置(2)也需要分别设置MCU这样的处理器，成本负担增大。
[0024]根据专利文献4公开的技术，能够自动地向通过雏菊链连接的从设备(slavedevice)赋予地址。专利文献4公开的技术本身是由与系统总线共同连接的中央处理装置和多个输入输出装置构成的数据处理系统，没有设想多个输入输出装置的电位不同的情况。即便假定能够与专利文献2公开的电池监视装置相组合，也完全未公开针对故障(由于故障而无法正确地读出设定了的地址等)的自动防故障技术，并且也未给出启示。
[0025]本发明的发明人进行了研宄，结果发现了以下新的问题。
[0026]为了构成专利文献2公开的电池监视装置，多个电池电压监视IC之间的连接方法是问题。电池电压监视IC需要根据被配置的位置、即与电池组的哪个电位抽头(tap)连接来改变构成雏菊链的通信信号端子的电气特性。例如，需要使电压输出、电流输出、电压输入、电流输入等通信信号端子的电气特性与升压或降压的电平移位器的电路方式、热耦合器(hot coupler)等绝缘元件(绝缘体)的输入或输出的电气特性等适当地相对应。本发明的发明人发现了以下事实:此时，可以构成为能够根据其被配置的位置、即与电池组的哪个电位抽头连接来适当地变换电池电压监视IC的通信信号端子的电气特性。这是因为:准备通信信号端子的电气特性不同的各种电池电压监视IC在经济上是不合适的。
[0027]这里，研宄电池电压监视IC检测其被配置的位置、即与电池组的哪个电位抽头连接的方法。电池电压监视IC为了与作为系统控制装置而工作的MCU进行通信而被赋予了各自特有的地址。本发明的发明人发现:通过使用于该通信的地址与电池电压监视IC被配置的位置相对应，电池电压监视IC能够通过解释(解码)地址来检测被配置的位置。通过将配置在最低电位端的电池电压监视IC设定为地址O并向高电位侧依次增大地址，能够检测被配置的位置，并且能够据此使通信信号端子的电气特性相匹配。
[0028]本发明的发明人还发现:当被赋予的地址由于故障等而产生了错误时，电池电压监视IC的通信信号端子的电气特性会不当地发生变化，无法与连接的电路进行通信，有时还可能会导致电池电压监视IC自身或者连接的电路的破坏等重大的事故。尤其是在雏菊链中，配置在最高电位端的电池电压监视IC和配置在最低电位端的电池电压监视IC需要与配置在它们之间的电池电压监视IC改变通信信号端子的电气特性。
[0029]为了在布线少、部件成本低、各个电池电压监视IC设置了高功能的通信接口而不采用复杂的通信协议、并考虑了自动防故障的情况下实现作为系统控制装置工作的MCU与多个电池电压监视IC之间的通信，存在上述这样的应解决的各种问题。
[0030]以下说明用于解决上述问题的手段，其他的问题和新的特征将通过本说明书的记述和附图得以明确。
[0031]用于解决问题的手段
[0032]简单地说，本申请公开的发明中的代表性的方案如下所述。
[0033]S卩，包括多个电池电压监视IC和电池系统控制部的电池电压监视装置如下构成，其中所述多个电池电压监视IC是在通过多级地串联连接而构成电池组的多个单电池中按多个单电池组的每一个而配置的。
[0034]多个电池电压监视IC按电位不同的单电池组的每一个依次配置，并且通过基于雏菊链的通信线路与电池系统控制部连接。电池电压监视IC具有通过二进制字符来指定与多个单电池组中的哪个单电池组连接的配置设定端子。电池电压监视IC在配置设定端子的状态是以下状态时切断使用雏菊链的通信，所述状态是与表示和最高电位的单电池组连接了的字符或者表示和最低电位的单电池组连接了的字符的汉明距离为I。
[0035]发明的效果
[0036]简单地说，本申请公开的发明中的代表性的方案能够获得的效果如下所述。
[0037]S卩，能够在布线少、部件成本低、各个电池电压监视IC设置了高功能的通信接口而不采用复杂的通信协议、并考虑了自动防故障的情况下实现作为系统控制装置而工作的MCU与多个电池电压监视IC之间的通信。
【附图说明】
[0038]图1是表示实施方式一的电池电压监视1C、以及电池系统控制部和多个电池电压监视IC通过执行循环(cyclic)通信的雏菊链连接而构成的电池电压监视装置的结构例子的框图。
[0039]图2是表示实施方式二的电池电压监视1C、以及电池系统控制部和多个电池电压监视IC通过执行环回(loopback)通信的雏菊链连接而构成的电池电压监视装置的结构例子的框图。
[0040]图3是表示实施方式一的电池电压监视IC(引脚寻址(pin addressing))的更加详细的结构例子的框图。
[0041]图4是表示实施方式三的电池电压监视IC(自动寻址(auto addressing))的结构例子的框图。
[0042]图5是表示在实施方式一的电池电压监视装置中对地址设定端子设定的电池电压监视IC的配置地址(电池电压