(57)【要約】【課題】回路部品を素早く昇温させるとともに、上昇させた回路部品の温度を消費電力の増大を抑制しつつ維持する。【解決手段】二次電池１１を加熱する加熱部１３と、二次電池１１の周囲の温度を検出する第１温度検出部ＴＨ１と、加熱部１３の近傍に配設された回路部品１４，Ｒ１，Ｒ２と、回路部品１４，Ｒ１，Ｒ２の近傍に配設され、通電されると発熱して加熱部１３より速く温度が上昇する発熱部品１５と、回路部品１４，Ｒ１，Ｒ２の周囲の温度を検出する第２温度検出部ＴＨ２と、第１温度検出部ＴＨ１による検出温度が予め設定された第１設定温度以下になると発熱部品１５及び加熱部１３への通電を開始し、その通電開始後に第２温度検出部ＴＨ２による検出温度が第１設定温度より高く設定された第２設定温度に達すると発熱部品１５への通電を停止する制御部１６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の近傍に配設され、前記二次電池を加熱する加熱部と、
前記二次電池の周囲の温度を検出する第１温度検出部と、
前記加熱部の近傍に配設された回路部品と、
前記回路部品の近傍に配設され、通電されると発熱して前記加熱部より速く温度が上昇する発熱部品と、
前記回路部品の周囲の温度を検出する第２温度検出部と、
前記第１温度検出部による検出温度が予め設定された第１設定温度以下になると前記発熱部品および前記加熱部への通電を開始し、その通電開始後に前記第２温度検出部による検出温度が前記第１設定温度より高く設定された第２設定温度に達すると前記発熱部品への通電を停止する制御部と
を備えることを特徴とする電池昇温回路。
【請求項２】
前記回路部品は前記制御部に定電圧電源電圧を供給する電源回路を含む請求項１に記載の電池昇温回路。
【請求項３】
前記第１温度検出部は、前記電源回路とグランドとの間に直列接続された第１サーミスタ及び前記回路部品としての第１抵抗を含み、
前記第２温度検出部は、前記電源回路とグランドとの間に直列接続された第２サーミスタ及び前記回路部品としての第２抵抗を含む請求項２に記載の電池昇温回路。
【請求項４】
前記発熱部品は抵抗体である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池昇温回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池昇温回路と、
前記二次電池と
を備えることを特徴とする電池昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の温度を上昇させる電池昇温回路および電池昇温装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度、電圧、電流などを計測する制御回路にとって、温度変化による電子部品の特性バラツキは、計測精度に大きく影響することが課題となっている。そこで、従来から、温度変化による特性バラツキを補正するための素子を追加したり、温度特性の優れた素子を使用したり、周囲温度を測定して計測値を補正するなどの対策が実施されている。例えば特許文献１に記載の装置では、低温時の半導体レーザの特性が低いという問題を改善するために、半導体レーザの近傍に抵抗体を設け、その抵抗体に電流を供給して抵抗体を発熱させ、その抵抗体の熱により半導体レーザを加熱している。このように半導体レーザを加熱して昇温させることによって、その動作特性を改善するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８０３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の特許文献１に記載の装置では、上昇させた半導体レーザの温度を維持するためには、抵抗体に電流を供給し続けることが必要となっており、消費電力が増大してしまうこととなる。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、回路部品を素早く昇温させるとともに、上昇させた回路部品の温度を消費電力の増大を抑制しつつ維持することが可能な電池昇温回路および電池昇温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】
【０００６】
本発明に係る電池昇温回路は、二次電池の近傍に配設され、前記二次電池を加熱する加熱部と、前記二次電池の周囲の温度を検出する第１温度検出部と、前記加熱部の近傍に配設された回路部品と、前記回路部品の近傍に配設され、通電されると発熱して前記加熱部より速く温度が上昇する発熱部品と、前記回路部品の周囲の温度を検出する第２温度検出部と、前記第１温度検出部による検出温度が予め設定された第１設定温度以下になると前記発熱部品および前記加熱部への通電を開始し、その通電開始後に前記第２温度検出部による検出温度が前記第１設定温度より高く設定された第２設定温度に達すると前記発熱部品への通電を停止する制御部とを備える。
【０００７】
この構成によれば、第１温度検出部による検出温度、つまり二次電池の周囲の温度が第１設定温度以下になると、制御部により発熱部品および加熱部への通電が開始される。このとき、発熱部品の温度は加熱部より速く上昇するため、回路部品の近傍に配設された発熱部品により、回路部品が素早く昇温される。したがって、回路部品の温度特性に起因する回路定数のばらつきを抑制することができる。そして、第２温度検出部による検出温度、つまり回路部品の周囲の温度が第１設定温度より高い第２設定温度に達すると、制御部により発熱部品への通電が停止されるため、消費電力の増大を抑制することが可能になっている。また、発熱部品への通電停止後も、二次電池を加熱する加熱部への通電は継続されている。ここで、回路部品は加熱部の近傍に配設されているため、発熱部品への通電停止後も、回路部品は加熱部によって好適に温められる。したがって、加熱部によって、回路部品の温度は第２設定温度近傍の温度に維持されることとなる。
【０００８】
また、上記の電池昇温回路において、前記回路部品は前記制御部に定電圧電源電圧を供給する電源回路を含むことが好ましい。この構成によれば、電源回路の近傍に配設された発熱部品により、電源回路が素早く昇温されるため、温度変化に起因する電源回路の特性ばらつきが抑制されて、電源回路は、安定した定電圧を出力することが可能になっている。
【０００９】
また、上記の電池昇温回路において、前記第１温度検出部は、前記電源回路とグランドとの間に直列接続された第１サーミスタ及び前記回路部品としての第１抵抗を含み、前記第２温度検出部は、前記電源回路とグランドとの間に直列接続された第２サーミスタ及び前記回路部品としての第２抵抗を含むことが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１抵抗及び第２抵抗の近傍に配設された発熱部品により、第１抵抗及び第２抵抗が素早く昇温されるため、第１抵抗及び第２抵抗の温度変化に起因する抵抗値のばらつきを抑制することができる。したがって、第１サーミスタ及び第２サーミスタの抵抗値変化に基づき温度を精度良く検出することが可能になっている。
【００１１】
また、上記の電池昇温回路において、前記発熱部品は抵抗体であることが好ましい。この構成によれば、抵抗体に通電すると抵抗体の温度が加熱部より速く上昇するため、回路部品の近傍に配設された発熱部品により、回路部品を素早く昇温させることができる。
【００１２】
本発明に係る電池昇温装置は、上記の電池昇温回路と、前記二次電池とを備える。この構成によれば、第１温度検出部による検出温度、つまり二次電池の周囲の温度が第１設定温度以下になると、制御部により発熱部品および加熱部への通電が開始される。このとき、発熱部品の温度は加熱部より速く上昇するため、回路部品の近傍に配設された発熱部品により、回路部品が素早く昇温される。したがって、回路部品の温度特性に起因する回路定数のばらつきを抑制することができる。そして、第２温度検出部による検出温度、つまり回路部品の周囲の温度が第１設定温度より高い第２設定温度に達すると、制御部により発熱部品への通電が停止されるため、消費電力の増大を抑制することが可能になっている。また、発熱部品への通電停止後も、二次電池を加熱する加熱部への通電は継続されている。ここで、回路部品は加熱部の近傍に配設されているため、発熱部品への通電停止後も、回路部品は加熱部によって好適に温められる。したがって、加熱部によって、回路部品の温度は第２設定温度近傍の温度に維持されることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発熱部品の温度は加熱部より速く上昇するため、回路部品の近傍に配設された発熱部品により、回路部品が素早く昇温されるので、回路部品の温度特性による回路定数のばらつきを抑制することができる。また、第２温度検出部による検出温度が第２設定温度に達すると、制御部により発熱部品への通電が停止されるため、消費電力の増大を抑制することが可能になっている。また、回路部品は加熱部の近傍に配設されているため、発熱部品への通電停止後も加熱部によって、上昇した回路部品の温度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における電池昇温装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電池昇温装置のフローチャートである。
【図３】図１に示す電池昇温装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】発熱部品の変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態における電池昇温装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
この電池昇温装置は、図１に示すように、電池ブロック１１と、電池昇温回路１２とを備えている。電池ブロック１１は、例えば複数の二次電池が直列接続されて構成されている。この二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等、種々の二次電池セルが用いられる。なお、各二次電池は、例えば素電池（セル）であってもよく、あるいは複数の素電池が、例えば直列または並列に接続されたものであってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続されたものであってもよい。
【００１７】
電池昇温回路１２は、電池ブロック１１が低温のときに電池ブロック１１の各二次電池を加熱するなどの機能を有しており、ヒータ１３、電源ＩＣ１４、抵抗体１５、制御部１６などを備えている。電源ＩＣ１４は、例えば電池ブロック１１の二次電池から電源供給を受けて、例えば５Ｖの定電圧電源電圧を生成するもので、生成した定電圧電源電圧を制御部１６の電源端子Ｖｃｃに供給する。また、電源ＩＣ１４の電源出力端子とグランドとの間には、抵抗Ｒ１及びサーミスタＴＨ１からなる直列回路が接続されている。また、電源ＩＣ１４の電源出力端子とグランドとの間には、抵抗Ｒ２及びサーミスタＴＨ２からなる直列回路が接続されている。
【００１８】
ヒータ１３は、電池ブロック１１の近傍に配設され、スイッチＳＷ１を介して電池ブロック１１に直列接続されており、制御部１６によりスイッチＳＷ１がオンにされると、電池ブロック１１から電源供給を受けて、電池ブロック１１を加熱する。抵抗体１５は、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の近傍に配設され、スイッチＳＷ２を介して電池ブロック１１に直列接続されており、制御部１６によりスイッチＳＷ２がオンにされると、電池ブロック１１から電源供給を受けて発熱し、近傍の電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２を加熱する。ここで、抵抗体１５の抵抗値は、通電されると、ヒータ１３より速く温度が上昇する値に設定されている。スイッチＳＷ１，ＳＷ２としては、例えばバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、電磁リレー、ソリッドステートリレーなどを用いることができる。
【００１９】
ここで、各部品の配設位置について説明する。サーミスタＴＨ１は、電池ブロック１１の近傍に配設されている。すなわち、電池昇温回路１２の各部品が実装される回路基板から、サーミスタＴＨ１の両端に接続される２本の配線が引き出されており、サーミスタＴＨ１は、例えば電池ブロック１１に密着して固定されている。また、サーミスタＴＨ２は、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の近傍に配設されている。すなわち、電池昇温回路１２の各部品が実装される回路基板において、サーミスタＴＨ２は、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２に近い位置に実装されている。
【００２０】
また、上述したように、ヒータ１３は、電池ブロック１１の近傍に配設されている。すなわち、電池昇温回路１２の各部品が実装される回路基板から、ヒータ１３の両端に接続される２本の配線が引き出されており、ヒータ１３は、例えば電池ブロック１１に当接して配設されている。また、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２は、ヒータ１３の近傍に配設されている。すなわち、電池昇温回路１２の各部品が実装される回路基板において、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２は、ヒータ１３に対向する位置またはヒータ１３に隣接する位置に実装されている。
【００２１】
なお、電池昇温回路１２の各部品を１枚の回路基板に実装する場合には、例えばサーミスタＴＨ２は、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２に近い位置に実装すればよい。一方、電池昇温回路１２の各部品を例えば２枚の回路基板に実装する場合には、例えば電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２を一方の回路基板に実装し、サーミスタＴＨ２および抵抗体１５を、他方の回路基板の電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２に対向する位置に実装してもよい。
【００２２】
制御部１６は、例えばＣＰＵとアナログデジタル（ＡＤ）コンバータとが一素子に集積されたマイクロコントローラを用いて構成されている。制御部１６に内蔵されたＡＤコンバータは、電源端子Ｖｃｃに供給された電源電圧に基づき、入力端子ＡＤ１，ＡＤ２に入力された電圧をデジタル値に変換する。そのため、ＡＤコンバータによる電圧変換精度は、電源ＩＣ１４の出力電圧精度の影響を受けることになる。
【００２３】
制御部１６は、入力端子ＡＤ１の入力電圧に基づき、サーミスタＴＨ２の抵抗値変化による抵抗Ｒ２およびサーミスタＴＨ２の分圧電圧の変化を検出し、サーミスタＴＨ２の周囲の温度、つまり電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の周囲温度を検出する。また、制御部１６は、入力端子ＡＤ２の入力電圧に基づき、サーミスタＴＨ１の抵抗値変化による抵抗Ｒ１およびサーミスタＴＨ１の分圧電圧の変化を検出し、サーミスタＴＨ１の周囲の温度、つまり電池ブロック１１の周囲温度を検出する。
【００２４】
また、図２は本発明の一実施形態における電池昇温装置のフローチャートである。
【００２５】
まず、サーミスタＴＨ１，ＴＨ２で温度検出が開始される（ステップＳ１）。制御部１６は、サーミスタＴＨ１による検出温度が予め設定された設定温度Ｔ１以下であると（ステップＳ２）、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から制御信号をそれぞれ出力してスイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれオンにし（ステップＳ３）、抵抗体１５およびヒータ１３への通電を開始する（ステップＳ４）。また、制御部１６は、通電開始後に、サーミスタＴＨ２による検出温度が予め設定された設定温度Ｔ２に達すると（ステップＳ５）、出力端子ＯＵＴ２から制御信号を出力してスイッチＳＷ２をオフにして（ステップＳ６）、ヒータ１３へは通電し、抵抗体１５への通電を停止する（ステップＳ７）。そして、サーミスタＴＨ１による検出温度が設定温度Ｔ２＋α以上になると（ステップＳ８）、出力端子ＯＵＴ１から制御信号を出力してスイッチＳＷ１をオフにして（ステップＳ９）、ヒータ１３への通電を停止する（ステップＳ１０）。その後、サーミスタＴＨ２による検出温度が設定温度Ｔ２に達するとステップＳ５からのフローを繰り返す。
【００２６】
ここで、設定温度Ｔ２は設定温度Ｔ１より高く設定されている（つまりＴ２＞Ｔ１）。設定温度Ｔ１は、電池ブロック１１の二次電池の動作特性が大きく低下する温度、例えばＴ１＝５℃に設定されている。また、設定温度Ｔ２は、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の特性が良好となる常温、例えばＴ２＝２５℃に設定されている。また、αは例えば５℃と設定されている。なお、設定温度Ｔ１，Ｔ２の上記設定値は一例であって、上記に限られない。
【００２７】
ここで、抵抗Ｒ１，Ｒ２は、温度特性を有しており、一般的には温度が高くなるほど抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が増大する。一方、サーミスタＴＨ１，ＴＨ２で検出される温度は、サーミスタＴＨ１，ＴＨ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２との分圧電圧としてそれぞれ検出されるから、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が変化すると正しい温度を検出できなくなる。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は、例えば温度Ｔ２のときに、サーミスタＴＨ１，ＴＨ２による温度検出が正しく行えるように設定されている。したがって、抵抗Ｒ１，Ｒ２が温度Ｔ２のときに、最も温度検出精度が向上することになる。
【００２８】
同様に、電源ＩＣ１４も温度特性を有し、電源ＩＣ１４の出力電圧が温度によって変化すると、分圧電圧が変化することになる。そこで、電源ＩＣ１４は、例えば温度Ｔ２のときに、正しい温度検出ができる電源電圧を出力するようになっている。そのため、電源ＩＣ１４が温度Ｔ２のときに、温度検出精度が最も高くなる。
【００２９】
次に、図３を参照して、図１に示す電池昇温装置の動作について説明する。図３は図１に示す電池昇温装置の動作を示すタイミングチャートで、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフ状態と電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の部品温度の推移とを示している。
【００３０】
サーミスタＴＨ１により検出される電池ブロック１１の温度が設定温度Ｔ１以下になると、図３に示すように、制御部１６によりスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンにされて、抵抗体１５およびヒータ１３への通電が開始される。ヒータ１３は、通電開始から徐々に温度が上昇する一方、抵抗体１５は、ヒータ１３より速く温度が上昇する。図３において、ヒータ１３の温度上昇を一点鎖線で示している。したがって、通電開始当初は、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の部品温度は、抵抗体１５の発熱によって上昇する。また、ヒータ１３への通電により電池ブロック１１が加熱される。
【００３１】
そして、サーミスタＴＨ２により検出される電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の部品温度が設定温度Ｔ２に達すると、制御部１６によりスイッチＳＷ２がオフにされて、抵抗体１５への通電が停止される一方、スイッチＳＷ１はオンのままとされて、ヒータ１３への通電が継続され、その後、スイッチＳＷ１のオンオフ制御によりヒータ１３への通電が制御される。これによって、ヒータ１３の近傍に配設された電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の部品温度が設定温度Ｔ２に維持されることとなる。また、ヒータ１３によって電池ブロック１１の温度も設定温度Ｔ２に近い値に維持される。
【００３２】
なお、スイッチＳＷ１のオンオフ制御が行われているときに、周囲温度が上昇していくとスイッチＳＷ１のオン時間が短くなり、さらに周囲温度が上昇すると、スイッチＳＷ１はオフ状態に維持されることとなる。その後、周囲温度が低下して、サーミスタＴＨ１により検出される電池ブロック１１の温度が設定温度Ｔ１以下になると、上述した動作が再び開始されることとなる。
【００３３】
以上のように、この実施形態によれば、サーミスタＴＨ１による検出温度が設定温度Ｔ１以下になると、制御部１６により抵抗体１５およびヒータ１３への通電を開始しているため、ヒータ１３より速く温度が上昇する抵抗体１５によって、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の部品温度を素早く上昇させることができる。また、サーミスタＴＨ２による検出温度が設定温度Ｔ２に達すると、制御部１６により抵抗体１５への通電を停止しているため、消費電力の増大を抑制することができる。また、抵抗体１５への通電停止後も、制御部１６によりヒータ１３への通電を継続しているため、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２などの部品温度を設定温度Ｔ２に維持することができる。
【００３４】
したがって、この実施形態によれば、電源ＩＣ１４は、安定した定電圧を出力することができる。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値のばらつきを抑制することができるため、サーミスタＴＨ１，ＴＨ２による温度検出の精度を向上することができる。
【００３５】
また、この実施形態によれば、電池ブロック１１の各二次電池を昇温させるために設けられているヒータ１３を利用して、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２などの部品温度を設定温度Ｔ２に維持しているため、部品点数が増加しないという利点がある。
【００３６】
また、この実施形態では、電源ＩＣ１４および抵抗Ｒ１，Ｒ２の部品温度を上昇させて設定温度Ｔ２に維持している。したがって、温度特性に基づき複雑な処理を行って特性ばらつきを補正したり、温度補正素子を用いるのではなくて、簡易な構成で、出力電圧や抵抗値などの回路定数のばらつきを抑制することができる。
【００３７】
なお、上記図１に示す実施形態では、スイッチＳＷ２とは別に抵抗体１５を備えているが、本発明は、これに限られない。例えば図４に示すように、スイッチＳＷ２および抵抗体１５に代えて、トランジスタＳＷ１０を備えるようにしてもよい。この実施形態では、トランジスタＳＷ１０をスイッチとして動作させるとともに、トランジスタＳＷ１０が有するオン抵抗２２０の発熱を利用することができる。したがって、図４に示す形態によれば、回路構成を簡素化することができる。
【００３８】
また、図４に示す形態では、トランジスタＳＷ１０と電源ＩＣ１４とを同一の放熱板に配置してもよい。このように配置すると、トランジスタＳＷ１０のオン抵抗２２０によって電源ＩＣ１４を効率良く昇温させることができる。なお、図４ではバイポーラトランジスタを用いているが、電界効果トランジスタを用いてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、電源ＩＣ１４を備えているが、電源ＩＣ１４は必須の構成ではない。例えば電池ブロック１１の二次電池を分圧抵抗で分圧した電圧を定電圧電源電圧としてもよい。但し、電源ＩＣ１４を備えた方が、電圧精度が高いため好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる電池昇温回路および電池昇温装置は、低温環境で使用される装置やシステムなどに搭載される二次電池および回路部品の温度を上昇させるものとして、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１１  電池ブロック（二次電池）
１２  電池昇温回路
１３  ヒータ（加熱部）
１４  電源ＩＣ（電源回路、回路部品）
１５  抵抗体（発熱部品）
１６  制御部（第１温度検出部、第２温度検出部）
Ｒ１  抵抗（第１抵抗、第１温度検出部、回路部品）
Ｒ２  抵抗（第２抵抗、第２温度検出部、回路部品）
ＴＨ１  サーミスタ（第１温度検出部）
ＴＨ２  サーミスタ（第２温度検出部）
【図１】
2012079483.tif 000003
【図２】
2012079483.tif 000004
【図３】
2012079483.tif 000005
【図４】
2012079483.tif 000006