(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のサーミスタの端子間の短絡を検出することができる電池温度監視装置を提供する。【解決手段】電池監視ユニット１１０は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＧＮＤとの間に、第１温度検出素子ＴＨ１と直列に接続される第１基準抵抗Ｒ１と、第２温度検出素子ＴＨ２と直列に接続される第２基準抵抗Ｒ２と、第１接続ノードＮ１の電圧Ｖｘ１と、第２温度検出素子ＴＨ２と第２基準抵抗Ｒ２とが接続される第２接続ノードＮ２の電圧Ｖｘ２と、を検出する温度検出部１１２と、第１接続ノードＮ１と第２接続ノードＮ２との間を接続するスイッチ素子ＳＷ１２とを備える。スイッチ素子ＳＷ１２は、電池１２０の温度を第１温度検出素子ＴＨ１又は第２温度検出素子ＴＨ２によって測定する場合には、非導通状態とされる。スイッチ素子ＳＷ１２は、第１接続ノードＮ１と第２接続ノードＮ２の短絡故障の有無を確認する場合には、導通状態および非導通状態とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の温度を検出する第１温度検出素子および第２温度検出素子の抵抗変化によって前記電池の温度を検出する電池温度監視装置であって、
電源ノードと接地ノードとの間に前記第１温度検出素子と直列に接続される第１基準抵抗と、
前記電源ノードと前記接地ノードとの間に前記第２温度検出素子と直列に接続される第２基準抵抗と、
前記第１温度検出素子と前記第１基準抵抗とが接続される第１接続ノードの電圧と、前記第２温度検出素子と前記第２基準抵抗とが接続される第２接続ノードの電圧とを検出する温度検出部と、
前記第１接続ノードと前記第２接続ノードとの間を接続するスイッチ素子とを備え、
前記スイッチ素子は、前記電池の温度を前記第１温度検出素子または前記第２温度検出素子によって測定する場合には、非導通状態とされ、
前記スイッチ素子は、前記第１接続ノードと前記第２接続ノードの短絡故障の有無を確認する場合には、導通状態および非導通状態とされる、電池温度監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池温度監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１８−４５９３９号公報（特許文献１）には、電池セル温度を検出する電池温度監視システムが開示されている。この電池温度監視システムは、複数のサーミスタと電池セルとの短絡故障を判定する短絡判定部を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−４５９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２０１８−４５９３９号公報（特許文献１）に記載された回路構成では、複数のサーミスタと電池セルとの短絡故障を判定することは可能であるが、複数のサーミスタの端子間の短絡を検出することができず、サーミスタ端子が他のサーミスタ端子と短絡した場合には、誤った温度情報を取得してしまう。
【０００５】
本開示の電池温度監視装置は、上記の課題を解決するものであって、その目的は、複数のサーミスタの端子間の短絡を検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、電池の温度を検出する第１温度検出素子および第２温度検出素子の抵抗変化によって電池の温度を検出する電池温度監視装置に関する。電池温度監視装置は、電源ノードと接地ノードとの間に第１温度検出素子と直列に接続される第１基準抵抗と、電源ノードと接地ノードとの間に第２温度検出素子と直列に接続される第２基準抵抗と、第１温度検出素子と第１基準抵抗とが接続される第１接続ノードの電圧と、第２温度検出素子と第２基準抵抗とが接続される第２接続ノードの電圧とを検出する温度検出部と、第１接続ノードと第２接続ノードとの間を接続するスイッチ素子とを備える。スイッチ素子は、電池の温度を第１温度検出素子または第２温度検出素子によって測定する場合には、非導通状態とされる。スイッチ素子は、第１接続ノードと第２接続ノードの短絡故障の有無を確認する場合には、導通状態および非導通状態とされる。
【０００７】
電池温度監視装置は、故障診断を行なう際に、スイッチ素子を切り替えて第１温度検出素子、第１基準抵抗、第２温度検出素子、第２基準抵抗を含む検出回路の合成抵抗値を変化させ、スイッチ素子を切り替える前後の第１接続ノードまたは第２接続ノードの電圧値の変化を観測する。故障無く正常に動作している時は、スイッチ素子を閉じると、２つの電圧値が大きく変化する。この変化が検出できる場合には、短絡故障は無いと判断できる。一方、温度検出素子を接続する端子間が短絡している場合には、スイッチ素子を閉じても検出電圧値が変化しないことから、短絡故障を検出できる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の電池温度監視装置によれば、複数のサーミスタの端子間の短絡を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施の形態に係る電池温度監視装置の構成を示す回路図である。
【図２】温度検出素子による温度検出原理を説明するための図である。
【図３】基準抵抗Ｒ１と温度検出素子ＴＨ１の等価回路を示した図である。
【図４】検討例の電池監視ユニットの構成を示す回路図である。
【図５】制御部１００および電池監視ユニット１１０で実行される制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】電池監視ユニット１１０に短絡故障が生じる箇所を示した図である。
【図７】スイッチ素子ＳＷ１２の状態と、正常動作時および短絡故障時の分圧電圧Ｖｘ１の変化の状態を示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１１】
図１は、本開示の実施の形態に係る電池温度監視装置の構成を示す回路図である。図１を参照して、電池監視ユニット１１０は、制御部１００が、電池温度と電池電圧を監視するための機器である。以下の説明では、電池監視ユニット１１０が電池電圧を監視するための構成については図示を省略し、電池温度を監視するための構成を図示して説明する。
【００１２】
電池監視ユニット１１０は、電池１２０の温度を検出する第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２の抵抗変化によって電池１２０の温度を検出する。第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２は、電池１２０の温度測定対象の周辺に設置される。電池１２０の温度測定対象は、たとえば電池パックの内部にある複数の電池セル、電池内部の温度を調節するヒータまたは冷媒である。
【００１３】
図１に示す例では、第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２は、電池１２０において直列接続された電池セルＢＣ１および電池セルＢＣ２の温度をそれぞれ検出する。
【００１４】
第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２として、たとえば、負の温度係数をもつＮＴＣサーミスタを用いることができる。第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２は、複数の電池セルＢＣ１，ＢＣ２，…によって構成される電池スタックの複数箇所に設置される。第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２は、温度に応じて抵抗値が変化する。なお、第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２として、たとえば、正の温度係数をもつＰＴＣサーミスタを用いても良い。
【００１５】
電池監視ユニット１１０は、端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１１，Ｐ１２と、温度検出部１１２と、第１基準抵抗Ｒ１と、第２基準抵抗Ｒ２と、スイッチ素子ＳＷ１２と、抵抗Ｒ１２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。コンデンサＣ１，Ｃ２は、必須の構成ではないが、静電気対策のために用いられる。端子Ｐ１と端子Ｐ１１との間には、コンデンサＣ１が接続される。端子Ｐ２と端子Ｐ１２との間には、コンデンサＣ２が接続される。
【００１６】
端子Ｐ１と端子Ｐ１１との間には、さらに電池監視ユニット１１０の外部において温度検出素子ＴＨ１が接続される。端子Ｐ２と端子Ｐ１２との間には、さらに電池監視ユニット１１０の外部において温度検出素子ＴＨ２が接続される。端子Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ温度検出部に接続されたノードＮ１，Ｎ２と接続されている。端子Ｐ１１、Ｐ１２は、ともに接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。
【００１７】
第１基準抵抗Ｒ１は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＧＮＤとの間に第１温度検出素子ＴＨ１と直列に接続される。
【００１８】
第２基準抵抗Ｒ２は、電源ノードＶＤＤと接地ノードＧＮＤとの間に第２温度検出素子ＴＨ２と直列に接続される。
【００１９】
温度検出部１１２は、温度に変換するために、分圧電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２を検出する。温度検出部１１２は、第１温度検出素子ＴＨ１と第１基準抵抗Ｒ１とが接続される第１接続ノードＮ１の電圧Ｖｘ１と、第２温度検出素子ＴＨ２と第２基準抵抗Ｒ２とが接続される第２接続ノードＮ２の電圧Ｖｘ２とを検出する。温度検出部１１２は、検出した電圧を制御部１００に送信する。たとえば、温度検出部１１２は、複数の入力ノードを備えたＡ／Ｄコンバータであっても良い。Ａ／Ｄコンバータが出力するデジタル値は、制御部１００が内蔵する変換マップで温度に変換される。なお、温度検出部１１２は、この変換マップを内蔵し、検出した電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２を温度に変換したデジタル値を制御部１００に送信するように構成されても良い。
【００２０】
また、Ａ／Ｄ変換を制御部１００に内蔵するＡ／Ｄコンバータで行なう場合には、温度検出部１１２は、複数の電圧の１つを選択するマルチプレクサであっても良い。
【００２１】
図２は、温度検出素子による温度検出原理を説明するための図である。図２では、図１の電圧Ｖｘ１を発生させる部分が代表的に示されている。温度検出素子ＴＨ１の抵抗値Ｒｘ１は、素子周辺の温度に依存して変化する。たとえば、温度検出素子がＮＴＣサーミスタの場合には、温度が上昇すると抵抗値が小さくなる。温度検出部１１２は、温度検出素子ＴＨ１の両端の電圧Ｖｘ１を検出する。
【００２２】
図３は、基準抵抗Ｒ１と温度検出素子ＴＨ１の等価回路を示した図である。低圧電圧源の電圧をＶＤＤ（たとえば５Ｖ）とし、温度検出素子ＴＨ１の等価抵抗をＲｘ１とし、基準抵抗Ｒ１の抵抗値（例えば１０ｋΩ）とＲｘ１の合成抵抗をＲとすると、Ｒ＝Ｒ１＋Ｒｘ１で表される。
【００２３】
等価抵抗Ｒｘ１に流れる電流はＩ＝ＶＤＤ／（Ｒ１＋Ｒｘ１）で示される。したがって、分圧電圧を求めるとＶｘ１＝ＶＤＤ・Ｒｘ１／（Ｒ１＋Ｒｘ１）となる。
【００２４】
電源ｄ燃圧ＶＤＤおよび基準抵抗Ｒ１の抵抗値は、温度によらずほぼ一定である一方で、等価抵抗Ｒｘ１の値は温度によって変化するので、電圧Ｖｘ１も温度によって変化する。したがって、温度検出部１１２は、電圧Ｖｘ１を測定することによって温度を検出することができる。なお、温度検出素子ＴＨ２についても、温度検出素子ＴＨ１と同様な方法で温度を検出することができる。
【００２５】
再び図１を参照して、電池監視ユニット１１０の特徴部分であるスイッチ素子ＳＷ１２について説明する。
【００２６】
スイッチ素子ＳＷ１２は、第１接続ノードＮ１と第２接続ノードＮ２との間を接続する。好ましくは、第１接続ノードＮ１と第２接続ノードＮ２との間には、電流制限用の抵抗Ｒ１２がスイッチ素子ＳＷ１２と直列に接続される。
【００２７】
スイッチ素子ＳＷ１２としては、トランジスタなどの半導体素子またはリレーなどの機械的に接点を開閉する素子を用いることができる。スイッチ素子ＳＷ１２は、制御部１００が内蔵するマイクロコンピュータからの命令に従って開閉を行なうように構成される。
【００２８】
スイッチ素子ＳＷ１２を閉じると、抵抗Ｒ１２と２つの温度検出素子ＴＨ１，ＴＨ２の合成抵抗が生じる。短絡故障が発生していない場合、温度検出部１１２で検出する電圧値がスイッチ素子ＳＷ１２の開閉前後で変化する。これによって、短絡故障が発生していないことを判断することができる。
【００２９】
スイッチ素子ＳＷ１２は、電池１２０の温度を第１温度検出素子ＴＨ１または第２温度検出素子ＴＨ２によって測定する場合には、制御部１００によって非導通状態とされる。スイッチ素子ＳＷ１２は、第１接続ノードＮ１と第２接続ノードＮ２の短絡故障の有無を確認する場合には、制御部１００によって導通状態および非導通状態とされる。制御部１００は、スイッチ素子ＳＷ１２を導通状態とした場合と、非導通状態とした場合の、電圧Ｖｘ１またはＶｘ２の変化量の大きさがしきい値を超えるか否かで短絡故障を判定する。
【００３０】
図４は、検討例の電池監視ユニットの構成を示す回路図である。図４に示す電池監視ユニット５１０は、図１に示す電池監視ユニット１１０と比較すると、スイッチ素子ＳＷ１２および抵抗Ｒ１２を含まない点が異なる。図１、図４に示す構成では、第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２の周辺温度に対応して第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２の抵抗値が変化する。基準抵抗Ｒ１、Ｒ２は抵抗値が温度によってあまり変化しないので、分圧された電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２は、電池セルＢＣ１，ＢＣ２の温度変化に応じた変化をする。電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２から第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２の抵抗値がわかるので、抵抗値を温度に変換すれば電池セルＢＣ１，ＢＣ２の温度を検出することができる。
【００３１】
しかし、図４の構成では、第１温度検出素子ＴＨ１に接続されるラインと第２温度検出素子ＴＨ２に接続されるラインとが異物などにより短絡すると、複数の温度検出素子が並列回路を構成するため、制御部５００は温度を正しく検出することができない。
【００３２】
第１温度検出素子ＴＨ１の分圧をＶｔ１、第２温度検出素子ＴＨ２の分圧をＶｔ２とすると、正常時にはＶｔ１≠Ｖｔ２となる場合であっても、短絡故障時には、Ｖｔ１＝Ｖｔ２＝Ｖｓｈとなり、２カ所の温度があたかも同じ温度であるかのように誤検知されてしまう。ここでＶｓｈは、Ｖｔ１とＶｔ２の中間の電圧である。
【００３３】
図４の構成では、制御部５００は短絡故障が発生したことを検出することができないため、長期にわたって電池制御に誤った情報が用いられ、車両の航続距離または電池寿命に悪影響を与える可能性がある。
【００３４】
したがって、本実施の形態では、図１に示すようにスイッチ素子ＳＷ１２と抵抗Ｒ１２を設けている。スイッチ素子ＳＷ１２を閉じた場合では、図１の電池監視ユニット１１０は、短絡故障が発生した状態と同じ状態となる。スイッチ素子ＳＷ１２を開いた場合では、電池監視ユニット１１０は、通常の測定している状態となる。スイッチ素子ＳＷ１２を閉じた状態と開いた状態で、分圧電圧Ｖｘ１またはＶｘ２に変化が生じるか否かによって、制御部１００は、短絡故障が発生したか否かを判定することができる。
【００３５】
第１基準抵抗Ｒ１と第２基準抵抗Ｒ２は、電源ＶＤＤとノードＮ１，Ｎ２を接続するプルアップ抵抗である。これらの抵抗値は、温度検出素子ＴＨ１，ＴＨ２の抵抗値を分圧電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２から算出する際に用いられる。
【００３６】
２つの電池セルの温度が全く同じではない場合には、短絡故障が発生していなければスイッチ素子ＳＷ１２を閉じた時と開いた時とで、分圧電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２は異なる値となる。
【００３７】
しかし、２つの電池セルの温度が全く同じであって、かつ第１温度検出素子ＴＨ１および第２温度検出素子ＴＨ２が同じ抵抗値、基準抵抗Ｒ１，Ｒ２が同じ抵抗値を示す場合には、電位差Ｖ１２はほぼゼロとなり、スイッチ素子ＳＷ１２の開閉によっては分圧電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２は変化しない。したがって、好ましくは、第１基準抵抗Ｒ１と第２基準抵抗Ｒ２は、異なる値に設定される。
【００３８】
より好ましくは、第１基準抵抗Ｒ１と第２基準抵抗Ｒ２は、温度検出範囲内において、第１接続ノードＮ１の分圧電圧Ｖｘ１と第２接続ノードＮ２の分圧電圧Ｖｘ２とが等しい値をとり得ないように、抵抗値が設定される。
【００３９】
なお、同じ温度において、第１温度検出素子ＴＨ１の抵抗値と第２温度検出素子ＴＨ２の抵抗値が異なる特性を示す素子を使用しても良い。
【００４０】
また、第１基準抵抗Ｒ１と第２基準抵抗Ｒ２とを等しい特性とし、第１温度検出素子ＴＨ１と第２温度検出素子ＴＨ２とを等しい特性とした場合であっても、第１基準抵抗Ｒ１をプルアップ抵抗として第１温度検出素子ＴＨ１に接続し、第２基準抵抗Ｒ２をプルダウン抵抗として第２温度検出素子ＴＨ２に接続することによって、検出温度範囲において分圧される電圧が異なる値となるように設定しても良い。
【００４１】
図５は、制御部１００および電池監視ユニット１１０で実行される制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、たとえば車両の起動時に故障診断処理の１つとして実行される。図１、図５を参照して、ステップＳ１では、サーミスタ（温度検出素子ＴＨ１，ＴＨ２）の端子間のスイッチ素子ＳＷ１２をＯＮ状態とする。制御部１００は、スイッチ素子ＳＷ１２のＯＦＦ→ＯＮの前後で、分圧電圧Ｖｘ１またはＶｘ２を測定している。
【００４２】
ステップＳ２において、制御部１００は、スイッチ素子ＳＷ１２のＯＦＦ→ＯＮの前後で、分圧電圧Ｖｘ１またはＶｘ２の変化量がしきい値以上であるか否かを判断する。
【００４３】
変化量がしきい値以上でない場合（Ｓ２でＮＯ）、ステップＳ３において制御部１００は、第１温度検出素子ＴＨ１に接続されるラインと第２温度検出素子ＴＨ２に接続されるラインとの間に短絡故障が生じていると判断する。
【００４４】
一方、変化量がしきい値以上である場合（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ４において制御部１００は、第１温度検出素子ＴＨ１に接続されるラインと第２温度検出素子ＴＨ２に接続されるラインとの間に短絡故障が生じていないと判断する。すなわち制御部１００は、第１温度検出素子ＴＨ１、第２温度検出素子ＴＨ２は正常に電池監視ユニット１１０に接続されていると判断する。
【００４５】
ステップＳ３，Ｓ４のいずれかの判断が終了すると、ステップＳ５において、このフローチャートの処理は終了する。
【００４６】
次に、ステップＳ２〜Ｓ４の判定時の分圧電圧Ｖｘ１の挙動について、具体的に説明する。図６は、電池監視ユニット１１０に短絡故障が生じる箇所を示した図である。図７は、スイッチ素子ＳＷ１２の状態と、正常動作時および短絡故障時の分圧電圧Ｖｘ１の変化の状態を示した波形図である。
【００４７】
時刻ｔ０〜ｔ１では、スイッチ素子ＳＷ１２はＯＦＦ状態に制御され、時刻ｔ１〜ｔ２ではスイッチ素子ＳＷ１２はＯＮ状態に制御される。
【００４８】
そして、時刻ｔ２において再びスイッチ素子ＳＷ１２をＯＮ状態からＯＦＦ状態に戻したときに、電圧の変化量がしきい値を超えるか否かによって短絡故障の有無を判定することができる。
【００４９】
時刻ｔ１において、スイッチ素子ＳＷ１２をＯＮ状態とすると、基準抵抗Ｒ１，Ｒ２、第１温度検出素子ＴＨ１、第２温度検出素子ＴＨ２、および抵抗Ｒ１２の合成抵抗による分圧電圧に電圧Ｖｘ１が変化する。
【００５０】
時刻ｔ２において、スイッチ素子ＳＷ１２をＯＦＦ状態とすると、電圧Ｖｘ１が通常の基準抵抗Ｒ１および第１温度検出素子ＴＨ１による分圧電圧に変化する。
【００５１】
短絡故障が発生していない正常時には、時刻ｔ２において電圧Ｖｘ１の変化が見られる。一方で、短絡故障時には、スイッチ素子ＳＷ１２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化しても電圧差がほとんど生じない。したがって、時刻ｔ２の前後の電圧Ｖｘ１の変化を観測することによって短絡故障を検知できる。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態の電池監視ユニットでは、温度検出部によって故障診断を行なう際に、スイッチ素子を切り替えて検出回路の合成抵抗値を変化させ、スイッチ素子を切り替える前後の検出電圧値の変化を観測する。故障無く正常に動作している時は、スイッチ素子を閉じると、２つの温度検出素子の抵抗値をスイッチ素子に直列接続された抵抗との合成抵抗によって、検出電圧値が大きく変化する。この変化が検出できる場合には、短絡故障は無いと判断できる。一方、温度検出素子を接続する端子間が短絡している場合には、スイッチ素子を閉じても検出電圧値が変化しないことから、短絡故障を検出できる。
【００５３】
これにより、温度検出素子を接続する端子間で短絡故障が生じた際には、異常を検出するので、誤った温度情報が取得されるのを防止することができる。
【００５４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１００  制御部、１１０  電池監視ユニット、１１２  温度検出部、１２０  電池、ＢＣ１，ＢＣ２  電池セル、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｎ１，Ｎ２  接続ノード、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１１，Ｐ１２  端子、Ｒ１，Ｒ２  基準抵抗、Ｒ１２  抵抗、Ｒｘ１  等価抵抗、ＳＷ１２  スイッチ素子、ＴＨ１，ＴＨ２  温度検出素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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