(57)【要約】【課題】電池セルの温度情報である入力アナログ信号について、所定の範囲で感度の向上が可能な電池温度検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、電池セル２０の温度情報である入力アナログ信号を所定の一次関数を用いて出力アナログ信号に変換して出力するアナログ出力増幅部１４を備え、アナログ出力増幅部１４が用いる一次関数は、入力アナログ信号のうち所定の範囲を感度向上レンジとし、この感度向上レンジにおける傾きの絶対値が、非感度向上レンジにおける傾きの絶対値より大きい関数である電池温度検出装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルの温度情報がアナログ信号で入力される電池温度検出装置であって、
前記入力アナログ信号を所定の一次関数を用いて出力アナログ信号に変換して出力するアナログ出力増幅部を備え、
前記アナログ出力増幅部が用いる一次関数は、前記入力アナログ信号のうち所定の範囲を感度向上レンジとし、この感度向上レンジにおける傾きの絶対値が、非感度向上レンジにおける傾きの絶対値より大きい関数である、電池温度検出装置。
【請求項２】
前記電池セルはリチウムイオン充電池であり、
前記アナログ出力増幅部が用いる一次関数は、前記電池セルの温度が所定の温度以上となる前記入力アナログ信号の範囲を前記感度向上レンジとする、請求項１に記載の電池温度検出装置。
【請求項３】
前記電池セルはリチウムイオン充電池であり、
前記アナログ出力増幅部が用いる一次関数は、前記電池セルの温度が所定の第１温度以上で、かつ、所定の第２温度未満となる前記入力アナログ信号の範囲を前記感度向上レンジとする、請求項１に記載の電池温度検出装置。
【請求項４】
前記アナログ出力増幅部が用いる一次関数は、前記感度向上レンジを複数もつ関数である、請求項１に記載の電池温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルの温度がアナログ信号として入力される電池温度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低炭素社会の実現に向けて電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、およびハイブリッド車（ＨｙｂｒｉＤ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）が注目されている。このような電気自動車、およびハイブリッド車は、タイヤへ伝達される駆動力を発生させるための電動機を備える。
【０００３】
この電動機の動作させるためのエネルギは二次電池から供給される。特に近年、走行距離の延長と電池モジュールの配置の省スペース化を両立させるための二次電池としては、従来用いられてきた鉛蓄電池から、エネルギ密度の高い二次電池（ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池など）が用いられるようになっている。
【０００４】
これらエネルギ密度の高い二次電池は、鉛蓄電池に比べて温度に対する安定度が低い事が知られている。例えば、リチウムイオン充電池においては、高温度における熱暴走により、破裂、ケースの熔解等の重大な事故に繋がる可能性があり、精密な計測による使用条件の管理が必要となっている。
【０００５】
電池のセル（以下、電池セル）の温度を検出する電池温度検出装置としては、電池セルの温度を温度センサで検出し、温度センサの検出信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄコンバータにてデジタル信号に変換するものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０９２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の電池温度検出装置は、温度センサの検出信号をＡ／Ｄコンバータにてデジタル信号に変換するものであったが、温度センサとＡ／Ｄコンバータとの間では温度情報がアナログ値で伝送される。
【０００８】
温度センサとＡ／Ｄコンバータとが長距離で伝送される場合、伝送路にてアナログ信号にノイズが重畳され温度情報が誤ってしまう可能性がある。温度情報の信号品質の低下は、電池セルの温度測定の精度を低下させるので問題である。
【０００９】
本発明は、電池セルの温度情報である入力アナログ信号について、あらかじめ定めた範囲でアナログ信号の感度を向上させることが可能な電池温度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電池セルの温度情報がアナログ信号で入力される電池温度検出装置であって、前記入力アナログ信号を所定の一次関数を用いて出力アナログ信号に変換して出力するアナログ出力増幅部を備え、前記アナログ出力増幅部が用いる一次関数は、前記入力アナログ信号のうち所定の範囲を感度向上レンジとし、この感度向上レンジにおける傾きの絶
対値が、非感度向上レンジにおける傾きの絶対値より大きい関数である、電池温度検出装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、変換に用いる一次関数の傾きの絶対値を、感度向上レンジにおいて非感度向上レンジよりも大きくすることで、感度向上レンジにおいてアナログ信号の感度を向上させることが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における電池温度検出装置および周辺装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアナログ出力増幅部が用いる一次関数について説明する図
【図３】本発明の実施の形態２におけるアナログ出力増幅部が用いる一次関数について説明する図
【図４】本発明の実施の形態３におけるアナログ出力増幅部が用いる一次関数について説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態における電池温度検出装置１について図１および図２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態における電池温度検出装置１および周辺装置のブロック図である。
【００１４】
電池温度検出装置１は、蓄電装置２から出力される電池セルの温度情報を表す複数本のアナログ信号が入力（以下、アナログ入力信号）され、この入力アナログ信号に所定変換を施した出力アナログ信号を電池温度処理装置３へ出力する。電池温度処理装置３は、出力アナログ信号をＡ／Ｄ変換して電池セルの温度を取得し、蓄電装置２の制御を行う。
【００１５】
蓄電装置２の構成を説明する。蓄電装置２は、電池セル２０、サーミスタ２１を備えている。電池セル２０としては、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池、または高容量のキャパシタを用いる事が出来る。
【００１６】
ニッケル水素充電池においては、正確に温度を検出する事によりきめ細かい充電制御が可能となる。また、温度の時間変化を正確に計測する事により過充電の保護を掛ける事が可能となる。
【００１７】
また、リチウムイオン充電池においては高温における熱暴走が懸念され、約８０℃程度における熱暴走により破裂、ケースの熔解等の重大な事故に繋がる可能性があり、精密な計測による使用条件の管理が必要となる。
【００１８】
サーミスタ２１は、電池セル２０の温度を測定してアナログ値として出力するためのセンサである。サーミスタ２１は、温度変化により電気抵抗が変化する抵抗体を用いた素子である。
【００１９】
電池セル２０（２０Ａ〜２０Ｄ）の温度を正確に計測するために、それぞれの電池セル２０についてサーミスタ２１（２１Ａ〜２１Ｄ）を備える。電池セル２０とサーミスタ２１とはそれぞれ熱的に結合している。
【００２０】
次に、電池温度検出装置１の構成について説明する。温度情報をアナログ信号で伝送する場合、伝送路における耐ノイズ性能が求められる。そのため、電池温度検出装置１は、
入力アナログ信号のうち所定の温度範囲に対応するレンジについて感度が向上するように変換して出力アナログ信号として出力する。
【００２１】
電池温度検出装置１へは、サーミスタ２１のアナログ出力が入力アナログ信号として入力される。電池温度検出装置１は、基準電圧１０、温度検出抵抗１１、選択部１２、制御部１３、アナログ出力増幅部１４、判定部１５を備える。
【００２２】
基準電圧１０は、定電圧源から出力された電圧であり、電池温度検出装置１への入力アナログ信号のダイナミックレンジを決めるものである。
【００２３】
温度検出抵抗１１（１１Ａ〜１１Ｄ）は、蓄電装置２に内蔵されているサーミスタ２１の出力を入力アナログ信号に変換する為に必要となる。入力アナログ信号はサーミスタ２１が検出した電池セル２０の温度に略比例した電圧値となる信号である。
【００２４】
選択部１２は、サーミスタ２１（２１Ａ〜２０Ｄ）のそれぞれに対応した入力端子を備え、いずれか１つの入力アナログ信号を出力するものである。
【００２５】
制御部１３は、選択部１２を制御する。例えば、制御部１３は、サーミスタ２１（２１Ａ〜２０Ｄ）の出力を時系列に順次切り換えるように選択部１２を制御する。制御部１３は、デジタル論理回路を組み合わせて構成することも可能であるが、ＣＰＵと、ＲＯＭまたはＲＡＭ等とから構成する事も可能である。
【００２６】
アナログ出力増幅部１４は、選択部１２が出力した入力アナログ信号を、所定の関数を用いて出力アナログ信号に変換して出力するものである。アナログ出力増幅部１４は、入力アナログ信号のうち所定範囲の感度を向上させる変換を行う。この所定範囲を以下、感度向上レンジと呼ぶ、感度向上レンジ以外の入力アナログ信号の範囲を非感度向上レンジもしくは感度低下レンジと呼ぶ。
【００２７】
アナログ出力増幅部１４は、判定部１５と増幅回路１６とを備える。判定部１５は、入力アナログ信号の信号レベルを判定して、増幅回路１６の増幅率を決定する。増幅回路１６は、判定部１５が決定した増幅率で、入力アナログ信号を増幅した後に、出力アナログ信号として出力する。この変換については後に詳細に説明する。
【００２８】
次に、電池温度処理装置３の各部の構成を説明する。電池温度処理装置３は、ＡＤ変換器３０、温度情報処理部３１を備える。
【００２９】
ＡＤ変換器３０は、電池温度検出装置１が出力した出力アナログ信号をデジタル値に変換するものである。システム要求に応じてデジタル分解能を決める事が可能である。この変換されたデジタル値は、温度情報処理部３１に入力される。
【００３０】
温度情報処理部３１は、ＣＰＵと、ＲＯＭまたはＲＡＭ等とから構成される。ＣＰＵが、ＲＯＭまたはＲＡＭ等に格納されたプログラムを実行することによって、各種演算、制御信号の出力等を行う。温度情報処理部３１は判定部１５の変換方式の逆変換を行う事により、アナログ出力増幅部１４の入力アナログ値を算出する事が可能となる。つまり、電池セル２０（２０Ａ〜２０Ｄ）の温度データを得る事が可能となる。
【００３１】
温度情報処理部３１は、例えば、電池セル２０が所定の温度以上となったとき、電池セル２０が不安定状態である、または、電池セル２０を機能制限状態で使う必要があると判断する。その結果、温度情報処理部３１は蓄電装置２を制御して、蓄電装置２を停止、または、機能制限状態に変更することができる。機能制限状態とは、電池セル２０の充放電
の電流値を制限した状態である。このようにすることにより電池セル２０の温度を低下させることが可能となる。
【００３２】
次に、図２を用いて、アナログ出力増幅部１４における、入力アナログ信号を出力アナログ信号へ変換する方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるアナログ出力増幅部が用いる一次関数について説明する図である。
【００３３】
本実施の形態では、入力アナログ信号を複数の範囲に区分し、この区分ごとに出力アナログ信号へ変
換する関数を定義する。この関数は一次関数である。本実施の形態でいう「一次関数を用いて入力アナログ信号を出力アナログ信号へ変換する」とは、この入力アナログ信号を複数の範囲に区分した、それぞれの範囲ごとに一次関数を独立に定義し、この関数を用いて変換を行うことをいうものとする。
【００３４】
電池温度検出装置１には、電池セル２０の温度情報が入力アナログ信号として入力され、アナログ出力増幅部１４が入力アナログ信号を所定の一次関数を用いて出力アナログ信号に変換して出力する。
【００３５】
アナログ出力増幅部１４が用いる一次関数は、入力アナログ信号のうち所定の範囲を感度向上レンジとし、この感度向上レンジにおける傾きの絶対値が、非感度向上レンジにおける傾きの絶対値より大きい関数となるようにする。アナログ出力増幅部１４が用いる一次関数は傾きが正の値の関数である。
【００３６】
図２に示すように、アナログ出力増幅部１４が用いる一次関数は、電池セル２０の温度が所定の温度以上となる入力アナログ信号の範囲を感度向上レンジとするものである。電池セル２０はリチウムイオン充電池の電池セルである場合、上記所定の温度は６０℃程度の値である。
【００３７】
図２を用いて、感度向上レンジにおいてアナログ信号の感度を向上させることが可能となる、その原理について詳説する。
【００３８】
図２に示す入力レンジとは、サーミスタ２１から出力され電池温度検出装置に入力される入力アナログ信号の最小値から最大値までのレンジであり、グランド電位から基準電圧１０までの電圧範囲を示すものである。
【００３９】
また、図２に示す出力レンジとは、増幅回路１６のダイナミックレンジによって制限される出力アナログ信号として出力が可能な電圧範囲を示すものである。
【００４０】
一般的には、変換に用いる一次関数を、線形関数Ａの様に入力レンジに渡り出力レンジの傾きが全て一定（Δｖ１／Δｖが一定）となる様に出力レンジに配分した関数とすることが考えられる。しかし、変換に用いる一次関数をこの様な関数とすると、重要でない入力レンジに出力レンジを配分する事になり、感度を向上させたい入力レンジに出力レンジを配分することができなくなる。
【００４１】
そこで、感度を向上させたい入力レンジを感度向上レンジとし、この感度向上レンジにおいては、一次関数の傾きを非感度向上レンジより大きくなる（Δｖ３／Δｖ＞Δｖ２／Δｖ）ようにする。
【００４２】
ちなみに、感度向上レンジにおける傾きは線形関数Ａの傾きより大きく（Δｖ３／Δｖ＞Δｖ１／Δｖ）、非感度向上レンジにおける傾きは線形関数Ａの傾き以下（Δｖ２／Δ
ｖ≦Δｖ１／Δｖ）となる。出力レンジは有限であり、感度向上レンジにおける傾きを線形関数Ａの傾きより大きくすれば、非感度向上レンジ（感度低下レンジと同義）における傾きは、必ず、線形関数Ａの傾き以下となる。
【００４３】
出力アナログ信号の限られたダイナミックレンジ内にて、感度向上レンジと感度低下レンジを配分する事により、感度向上レンジを配分した増幅回路１６の入力範囲において、耐ノイズ性能が向上させることが可能となる。
【００４４】
すなわち、感度向上エリアにおいては、入力信号がΔｖ３／Δｖ倍される為に、線形関数Ａを用いた場合に比べてノイズ耐性がΔｖ３／Δｖ１倍されることとなる。逆に、感度低下レンジにおいては、入力信号がΔｖ２／Δｖ倍される為に、同様にノイズ耐性がΔｖ２／Δｖ１倍される。
【００４５】
感度低下レンジにおいてはノイズ耐性が低下する事となるが、システム上、問題とならない温度範囲を感度低下レンジに割り当てることで、必要な温度範囲の感度を向上させることが可能となる。
【００４６】
例えば、電池セル２０がリチウムイオン充電池の電池セルである場合、所定の温度（例えば、８０℃程度の値）を超えると、熱暴走により破裂／ケースの熔解等の重大な事故に繋がる可能性がある。そのため、電池セル２０の温度が６０℃の近傍になると、電池セル２０から持ち出される電流を低下させるなどの制御を要する。そのため、この電池セル２０の温度が８０℃の近傍においては感度を向上させる必要が生じる。そこで、電池セル２０がリチウムイオン充電池の電池セルである場合、図２に示すように、入力アナログ信号が６０℃以上に対応する範囲を感度向上レンジに割り当てることが好ましい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における電池温度検出装置１について図３を参照しながら説明する。図３は本発明の実施の形態２におけるアナログ出力増幅部が用いる一次関数について説明する図である。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、相違点について詳述する。
【００４７】
実施の形態１と実施の形態２との相違点は、感度向上レンジの配置を入力アナログ信号に対応する温度を、実施の形態１では電池セル２０の温度が所定の温度以上を感度向上レンジとしていたのに対し、実施の形態２では電池セル２０の温度が所定の第１温度以上で、かつ、所定の第２温度未満となる範囲を感度向上レンジ（図３の感度向上レンジＡ）としている点である。
【００４８】
電池セル２０がリチウムイオン充電池の電池セルである場合、所定の第１温度は、例えば、６０℃程度の値であり、所定の第２温度は１００℃程度の値である。
【００４９】
リチウムイオン充電池を利用する際の最大のリスクは、８０℃前後に存在する不安定動作の開始温度点である為に、それ以外の温度範囲を精度良く検出する意義は少ない。すなわち、熱暴走がおこる可能性がある温度未満の所定の温度範囲について高い感度で検出する意義が高い。
【００５０】
リチウムイオン充電池においては、上記６０℃〜１００℃程度の値を高感度に検出して、温度に応じたリチウムイオン充電池の持ち出し電流の制御を行うことで、リチウムイオン充電池の破裂、ケースの熔解等の重大な事故を防止可能となる。
【００５１】
このように、本発明の実施の形態２においては、感度向上レンジの配置に自由度を持たせる事が可能となり、より狭い入力アナログ信号のレンジに対し、広い出力ダイナミック
レンジにてアナログ信号を出力する事が可能となる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における電池温度検出装置について図４を参照しながら説明する。図４は本発明の実施の形態３におけるアナログ出力増幅部が用いる一次関数について説明する図である。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、相違点について詳述する。
【００５２】
実施の形態１と実施の形態２との相違点は、感度向上レンジを複数もつ関数である点である。各感度向上レンジの傾きを異ならせることで、感度を独立に制御することも可能である。
【００５３】
このように、本発明の実施の形態３においては、複数に離散した感度向上レンジ（感度向上レンジＡおよびＢ）にて電池温度を検出することが求められるシステムに適用する事が可能となる。
【００５４】
なお、本発明の実施の形態１〜３では電池セル２０をサーミスタ２１にて温度測定をすると記載したが、その他、温度計測ＩＣ、熱電対などを用いることも可能である
なお、上記各実施の形態では、アナログ出力増幅部１４が用いる一次関数は傾きが正の値の関数であると記載したが、この一次関数は傾きが負の値となる関数であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、本発明は、電池セルの温度がアナログ信号として入力される電池温度検出装置等として有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１    電池温度検出装置
１１  温度検出抵抗
１２  選択部
１３  制御部
１４  アナログ出力増幅部
１５  判定部
１６  増幅回路
２    蓄電装置
２０  電池セル
２１  サーミスタ
３    電池温度処理装置
３０  ＡＤ変換器
３１  温度情報処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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