(57)【要約】【課題】車両に搭載される複数の部品と接触する光ファイバにおけるラマン散乱光に基づいて複数の部品の温度を検出する温度検出装置において、各部品の温度を適切に検出する。【解決手段】光ファイバ６００は、一方の端部が温度検出ユニット７００に接続される。光ファイバ６００は、温度検出対象であるエンジン１００、モータジェネレータ２００、排気管３００、電池パック４００、車両室外の空気、および電池パック４００近傍の車両室内の空気に対して、それぞれ接触部６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０で接触する。各接触部６１０〜６５０は、各温度検出対象と複数回巻かれた状態で接触するように固定される。温度検出ユニット７００は、光ファイバ６００の端部から光を入力し、端部に戻ってくるラマン散乱光を時間ごと検出することにより、各温度検出対象の温度を一括して検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される複数の部品の温度を検出する温度検出装置であって、
前記複数の部品と接触するとともに、各前記複数の部品との接触部分が曲線状になるように設けられた光ファイバと、
前記光ファイバの端部に接続され、前記端部に光を入力する光源と、
前記端部に接続され、前記端部に戻ってくるラマン散乱光を時間ごとに検出するための手段と、
前記端部と前記接触部分における予め定められた点との光の往復時間を、前記接触部分の位置に対応付けて記憶するための手段と、
前記検出されたラマン散乱光と前記往復時間とに基づいて、各前記複数の部品の温度を検出するための検出手段とを含む、温度検出装置。
【請求項２】
前記予め定められた点は、前記接触部分における中間付近の点である、請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項３】
前記光ファイバは、前記接触部分が複数回巻かれた状態になるように設けられる、請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項４】
前記光ファイバは、前記複数の部品に加えて、前記車両の室内の空気および前記車両の室外の空気の少なくともいずれかと接触するように設けられる、請求項１〜３のいずれかに記載の温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて温度を検出する技術に関し、特に、光ファイバを用いて、車両に搭載される複数の部品の温度を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題対策の一環として、内燃機関および回転電機の少なくともいずれか一方からの駆動力により走行するハイブリッド車両が実用化されている。このようなハイブリッド車両には、回転電機に高電圧の電力を供給する蓄電機構が搭載されている。蓄電機構は、低電圧の電池セルを直列に数個程度接続したモジュールを数十個程度直列に積層した構造を有する。複数の電池セルを接続した蓄電機構を効率良く運用するには、１つの電池セルが異常を示しても、異常を示した電池セルを切り離し、残りの正常な電池セルを運転する必要がある。そのためには、各電池セルの温度を検出して、異常な電池セルを検出する必要がある。しかし、各電池セルに温度センサを設けたのでは、装置が複雑かつ高価となる。このような問題を解決する技術が、たとえば国際公開第９８／１０４７８号パンフレット（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
この公報に開示された運転・保守管理システムは、ナトリウムを必須成分とする負極活物質、硫黄または多硫化ナトリウム等溶融塩を必須成分とする正極活物質、負極活物質と正極活物質間に介在し、Ｎａイオンが通過可能な固体電解質を主たる構成要素とするＮａ／溶融塩電池およびこれらの集合電池において、各電池に装着された光ファイバと、レーザーパルス光を光ファイバに入射して、そのラマン散乱光から各電池の温度を検出するための手段と、これらの温度情報を記憶し、異常電池を判定するための手段と、異常電池を直並列に接続された正常な電池と分離するための手段と含む。
【０００４】
この公報に開示された運転・保守管理システムによると、光ファイバにレーザーパルス光が入射される。レーザーパルス光は各位置でその場の温度に依存したラマン散乱光を放出する。ラマン散乱光は入射レーザー光に比べ、短波長側にシフトするアンチストークス光と長波長側にシフトするストークス光とで構成される。アンチストークス光とストークス光との強度比は光ファイバの構成材料と入射光の波長が決まれば、温度のみの関数となり、この比から散乱位置の温度が測定できる。さらに、レーザーパルス光を入射してからラマン散乱光が戻ってくるまでの時間から温度測定位置を知ることができる。
【特許文献１】国際公開第９８／１０４７８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された運転・保守管理システムにおいては、集合電池内の各電池同士の距離が非常に短く、光ファイバにレーザーパルス光を入射してからラマン散乱光が戻ってくるまでの時間が各電池で非常に近い値となる。そのため、温度測定位置の特定が難しく、各電池の温度を誤検出してしまう場合が考えられる。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両に搭載される複数の部品と接触する光ファイバにおけるラマン散乱光に基づいて、複数の部品の温度を検出する温度検出装置において、各部品の温度を適切に検出することできる温度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る温度検出装置においては、車両に搭載される複数の部品の温度を検出する。この温度検出装置は、複数の部品と接触するとともに、各複数の部品との接触部分が曲線状になるように設けられた光ファイバと、光ファイバの端部に接続され、端部に光を入力する光源と、端部に接続され、端部に戻ってくるラマン散乱光を時間ごとに検出するための手段と、端部と接触部分における予め定められた点との光の往復時間を、接触部分の位置に対応付けて記憶するための手段と、検出されたラマン散乱光と往復時間とに基づいて、各複数の部品の温度を検出するための検出手段とを含む。
【０００８】
第１の発明によると、光ファイバが複数の部品と接触する。光ファイバの端部に光源からの光が入力され、端部に戻ってくるラマン散乱光が時間ごと検出される。光ファイバの端部と接触部分における予め定められた点との光の往復時間が接触部分の位置に対応付けられて記憶される。検出されたラマン散乱光と各往復時間とに基づいて、各複数の部品の温度が検出される。たとえば、各往復時間に応じたラマン散乱光に含まれるストークス光とアンチストークス光との強度比に基づいて、各複数の部品の温度が検出される。これにより、各部品ごとに温度センサを設ける場合と比べて、低コスト化を図ることができる。ここで、光ファイバと部品との各接触部分は、曲線状になるように設けられる。このようにすると、接触部分が直線状である場合に比べて、接触部分の長さが長くなる。これにより、各接触部分における予め定められた点同士の距離が長くなるので、接触部分ごとに記憶される往復時間の差が大きくなる。そのため、部品間の距離が短い場合であっても、端部に戻ってきたラマン散乱光がいずれの接触部分で散乱されたのかを特定しやすくなり、部品の温度の誤検出を抑制することができる。さらに、記憶された往復時間やラマン散乱光の検出時間の精度が悪く、接触部分における予め定められた点からずれた点の温度を検出した場合であっても、ずれた点が部品との接触部分に含まれる限り、部品の温度を適切に検出することができる。その結果、車両に搭載される複数の部品と接触する光ファイバにおけるラマン散乱光に基づいて、複数の部品の温度を検出する温度検出装置において、各部品の温度を適切に検出することできる温度検出装置を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る温度検出装置においては、第１の発明の構成に加えて、予め定められた点は、接触部分における中間付近の点である。
【００１０】
第２の発明によると、端部と接触部分における中間付近の点との光の往復時間が記憶される。そのため、接触部分における中間付近の点からずれた点の温度が検出された場合において、ずれた点が部品との接触部分に含まれる限り、光源に近い側および遠い側のいずれの側にずれた場合であっても、各部品の温度を適切に検出することできる。
【００１１】
第３の発明に係る温度検出装置においては、第１の発明の構成に加えて、光ファイバは、接触部分が複数回巻かれた状態になるように設けられる。
【００１２】
第３の発明によると、接触部分を複数回巻かれた状態にすることにより、光ファイバにおける接触部分の長さを長くすることができる。
【００１３】
第４の発明に係る温度検出装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、光ファイバは、複数の部品に加えて、車両の室内の空気および車両の室外の空気の少なくともいずれかと接触するように設けられる。
【００１４】
第４の発明によると、車両に搭載される複数の部品の温度に加えて、車両の室内および車両の室外温度も、一括して検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１６】
図１および図２を参照して、本実施の形態に係る温度検出装置が搭載されたハイブリッド車両１０について説明する。なお、本発明に係る温度検出装置を適用できる車両は、図１に示すハイブリッド車両１０に限定されず、他の態様を有するハイブリッド車両であってもよい。また、ハイブリッド車両以外のエンジン車両や電気自動車であってもよい。
【００１７】
ハイブリッド車両１０は、駆動源としての、エンジン１００と、モータジェネレータ２００とを含む。エンジン１００およびモータジェネレータ２００は、車両室内とは区切られたエンジンルーム内に設けられる。
【００１８】
エンジン１００は、インジェクタ（図示せず）から噴射された燃料と空気との混合気を、シリンダの燃焼室内で燃焼させる内燃機関である。燃焼によりシリンダ内のピストンが押し下げられて、クランクシャフトが回転させられる。
【００１９】
モータジェネレータ２００は、ハイブリッド車両１０の走行状態に応じて、ジェネレータとして機能したりモータとして機能したりする。このモータジェネレータ２００がジェネレータとして機能する場合に回生制動が行なわれる。モータジェネレータ２００がジェネレータとして機能するときには、車両の運動エネルギが電気エネルギに変換されて、車両が減速される。
【００２０】
さらに、ハイブリッド車両１０は、排気管３００と、電池パック４００と、電動ファン５００と、光ファイバ６００と、温度検出ユニット７００とを含む。
【００２１】
排気管３００は、車両の下方に設けられ、エンジン１００と車両外部とを連通し、混合気の燃焼により生じた燃焼室内の排気ガスを車両外部へ排出する。
【００２２】
電池パック４００は、車両室内に設けられた二次電池である。電池パック４００は、コンバータおよびインバータ（いずれも図示せず）を経由してモータジェネレータ２００に接続され、モータジェネレータ２００との間で電力の充放電を行なう。電池パック４００は、筐体で覆われており、筐体内部には、低電圧の電池セルが直列に数個程度接続されて形成された電池モジュールが数十個程度直列に積層される。
【００２３】
電動ファン５００は、車両室内における電池パック４００の近傍に設けられる。電動ファン５００は、電池パック４００あるいは電池パック４００とは異なる補機バッテリからの電力により作動する。電動ファン５００の作動により、車両室内の空気が電池パック４００に供給され、電池パック４００の温度が調整される。
【００２４】
光ファイバ６００は、一方の端部が温度検出ユニット７００に接続され、他方の端部は開放されている。エンジン１００、モータジェネレータ２００、排気管３００、電池パック４００、車両室外の空気、および電池パック４００近傍の車両室内の空気（以下、これらを単に温度検出対象とも記載する）に対して、光ファイバ６００は、それぞれ接触部６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０で接触する。なお、温度検出対象は、上述したものに限定されず、たとえば光ファイバ６００がさらに多くの部品に接触するように設けてもよい。
【００２５】
光ファイバ６００の各接触部６１０〜６５０は、図１に示すように、各温度検出対象と複数回巻かれた状態で接触するように固定される。電池パック４００と接触する接触部６４０は、図２に示すように、電池パック４００の内部に設けられる各電池モジュール４０２ごとに設けられる。なお、接触部６４０を、各電池セルごとに設けるようにしてもよい。
【００２６】
温度検出ユニット７００は、光ファイバ６００の端部から光を入力し、端部に戻ってくるラマン散乱光を時間ごと検出することにより、各温度検出対象の温度を一括して検出する。
【００２７】
図３を参照して、本実施の形態に係る光ファイバ６００のラマン散乱光について説明する。
【００２８】
光ファイバ６００は、端部から波長λ（Ｐ）の光パルスが入射されると、光パルスが入射された端部には、光ファイバ６００の各位置で放出されたラマン散乱光が戻ってくる。ラマン散乱光には、図３に示すように、入射光と同じ波長λ（Ｐ）のレーリー光と、波長λ（Ｐ）よりも長い波長λ（Ｓ）のストークス光と、波長λ（Ｐ）よりも短い波長λ（ＡＳ）のアンチストークス光とが含まれる。アンチストークス光とストークス光との強度比は光ファイバ６００の構成材料と入射光の波長が決まれば、温度のみの関数となり、この比から光ファイバ６００における散乱位置の温度を検出することができる。さらに、光パルスを入射してからラマン散乱光が戻ってくるまでの時間から散乱位置を特定するができる。
【００２９】
図４を参照して、本実施の形態に係る温度検出装置の一部を構成する温度検出ユニット７００について説明する。
【００３０】
温度検出ユニット７００は、光源７１０と、光分波器７２０と、受光器７３０と、アナログ回路７４０と、ＥＣＵ７５０とを含む。
【００３１】
光源７１０は、ＥＣＵ７５０からの指令により、波長λ（Ｐ）の光パルスを発生して光分波器７２０へ出力する。光分波器７２０は、光源７１０からの光パルスを光ファイバ６００のコア内へ出力するとともに、光ファイバ６００からのラマン散乱光を受けて、ストークス光（波長λ（Ｓ）の光）およびアンチストークス光（波長λ（ＡＳ）の光）を受光器７３０へ出力する。
【００３２】
受光器７３０は、光分波器７２０からのストークス光およびアンチストークス光を受けて、それぞれの光強度に応じた電気信号を、アナログ回路７４０へ出力する。
【００３３】
アナログ回路７４０は、受光器７３０からの電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、ＥＣＵ７５０に出力する。
【００３４】
ＥＣＵ７５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するメモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力ポートとを備える。
【００３５】
ＥＣＵ７５０は、アナログ回路７４０からのデジタル信号に基づいて、アンチストークス光とストークス光との強度を時間ごとに検出し、強度と検出時間とから各接触部６１０〜６５０（すなわち各温度検出対象）の温度を検出する。さらに、ＥＣＵ７５０は、電動ファン５００に接続され、検出した温度に基づいて電動ファン５００に制御信号を送信する。
【００３６】
図５を参照して、本実施の形態に係る温度検出装置の一部を構成するＥＣＵ７５０が、各温度検出対象の温度を検出する際に実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。
【００３７】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ７５０は、光源７１０に光パルスを発生させる指令を送信する。
【００３８】
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ７５０は、アナログ回路７４０からのデジタル信号に基づいて、アンチストークス光とストークス光との強度を時間ごとに検出する。
【００３９】
Ｓ１０４にて、ＥＣＵ７５０は、内部のＲＯＭに予め記憶された各接触部６１０〜６５０における往復時間を呼び出す。ここでいう往復時間とは、光ファイバ６００の光源７１０側の端部と各接触部６１０〜６５０における中間付近の点との間を光が往復する時間である。言い換えれば、光パルスが入射されてから各接触部６１０〜６５０における中間付近の点のラマン散乱光が戻ってくるまでの時間である。各接触部６１０〜６５０における往復時間は、各接触部６１０〜６５０の位置に対応付けて、ＥＣＵ７５０の内部のＲＯＭに予め記憶される。
【００４０】
Ｓ１０６にて、ＥＣＵ７５０は、各接触部６１０〜６５０における往復時間に対応するアンチストークス光とストークス光との強度比を算出する。ＥＣＵ７５０は、光パルスの発生から各接触部６１０〜６５０における往復時間経過後に検出されたアンチストークス光とストークス光との強度を特定し、特定されたアンチストークス光とストークス光との強度比を算出する。
【００４１】
Ｓ１０８にて、ＥＣＵ７５０は、算出されたアンチストークス光とストークス光との強度比に基づいて、各温度検出対象の温度を検出する。ＥＣＵ７５０は、たとえば、アンチストークス光とストークス光との強度比と各温度検出対象の温度との関係を予め記憶したマップに基づいて、各温度検出対象の温度を検出する。
【００４２】
図６を参照して、本実施の形態に係る温度検出装置の一部を構成するＥＣＵ７５０が、電動ファン５００を制御する際に実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。
【００４３】
Ｓ２００にて、ＥＣＵ７５０は、上述の図５におけるＳ１０８で検出された各温度検出対象の温度から、車両室内の温度ＴＩＮを検出する。
【００４４】
Ｓ２０２にて、ＥＣＵ７５０は、上述の図５におけるＳ１０８で検出された各温度検出対象の温度から、電池パック４００の温度ＴＢを検出する。
【００４５】
Ｓ２０４にて、ＥＣＵ７５０は、車両室内の温度ＴＩＮと電池パック４００の温度ＴＢとの差がしきい値以上であるか否かを判断する。しきい値以上であると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６に移される。そうでないと（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ２０８に移される。
【００４６】
Ｓ２０６にて、ＥＣＵ７５０は、電動ファン５００を駆動する制御信号を電動ファン５００に送信する。Ｓ２０８にて、ＥＣＵ７５０は、電動ファン５００を停止する制御信号を電動ファン５００に送信する。
【００４７】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る温度検出装置の作用について説明する。
【００４８】
光源７１０から光パルスが発生すると（Ｓ１００）、アンチストークス光とストークス光との強度が時間ごとに検出される（Ｓ１０２）。各接触部６１０〜６５０における往復時間が呼び出される（Ｓ１０４）。各接触部６１０〜６５０における往復時間に対応するアンチストークス光とストークス光との強度比が算出される（Ｓ１０６）。算出されたアンチストークス光とストークス光との強度比に基づいて、各温度検出対象の温度が検出される（Ｓ８００）。そのため、温度センサを温度検出対象ごとに設けることなく、車両の各温度検出対象の温度を一括して検出することができ、低コスト化を図ることができる。
【００４９】
さらに、各接触部６１０〜６５０は、上述の図１に示したように、各温度検出対象と複数回巻かれた状態で接触するように固定される。各接触部６１０〜６５０における往復時間は、光ファイバ６００の光源７１０側の端部と各接触部６１０〜６５０における中間付近の点との間を光が往復する時間である。そのため、ＲＯＭに記憶された往復時間や強度の検出時間に多少の誤差があり、各接触部６１０〜６５０における中間付近の点から光源７１０に近い側あるいは遠い側にずれた点の温度が検出された場合であっても、ずれた点が各接触部６１０〜６５０に含まれる限り、各温度検出対象の温度を適切に検出することできる。
【００５０】
さらに、電池パック４００と接触する接触部６４０は、上述の図２に示したように、互いに近接する電池モジュール４０２ごとに設けられる。接触部６４０は各電池モジュール４０２と複数回巻かれた状態で接触するように固定されるため、各接触部６４０を直線状にした場合に比べて、各接触部６４０における中間付近の点同士の距離が長くなる。これにより、接触部６４０ごとに記憶される往復時間の差を大きくすることができる。そのため、各電池モジュール４０２が互いに近接した位置に設けられていても、各接触部６４０におけるラマン散乱光の特定が容易となり、電池モジュール４０２の温度の誤検出を抑制することができる。
【００５１】
このように一括して検出された各温度検出対象の温度のうち、車両室内の温度ＴＩＮと電池パック４００の温度ＴＢとが検出される（Ｓ２００、Ｓ２０２）。車両室内の温度ＴＩＮと電池パック４００の温度ＴＢとの差がしきい値以上であると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、電動ファン５００が駆動される（Ｓ２０６）。これにより、低コストかつ簡易な構造で、電池パック４００の結露を防止したり、あるいは電池パック４００を冷却したりすることができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係る温度検出装置によれば、光ファイバが、各温度検出対象と複数回巻かれた状態で接触するように固定される。各温度検出対象との接触部における中間付近の点のラマン散乱光に基づいて、各温度検出対象の温度が検出される。そのため、接触部における中間付近の点からずれた点のラマン散乱光に基づいて各温度検出対象の温度が検出された場合であっても、ずれた点が各接触部に含まれる限り、各温度検出対象の温度が適切に検出される。そのため、高時間分解能の光検出装置を用いることなく、各温度検出対象の温度を精度よく検出することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、各接触部６１０〜６５０が複数回巻かれた状態で各温度検出対象と接触する場合について説明したが、各温度検出対象と接触する長さが長くなるように曲線状に曲げられているのであれば、たとえば、各接触部６１０〜６５０が蛇行するように曲げられて各温度検出対象と接触するようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態においては、ラマン散乱光におけるアンチストークス光とストークス光との強度比に基づいて各温度検出対象の温度を検出した（Ｓ１０６、Ｓ１０８）が、たとえば、アンチストークス光およびストークス光のそれぞれの強度や波長の変化に基づいて、各温度検出対象の温度を検出するようにしてもよい。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度検出装置が搭載される車両の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電池パックの内部に設けられる各電池モジュールと光ファイバとの接触部分を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光ファイバにおけるラマン散乱光の波長と強度との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る温度検出ユニットの構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る温度検出装置の一部を構成するＥＣＵの制御構造を示すフローチャート（その１）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る温度検出装置の一部を構成するＥＣＵの制御構造を示すフローチャート（その２）である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  ハイブリッド車両、１００  エンジン、２００  モータジェネレータ、３００  排気管、４００  電池パック、４０２  電池モジュール、５００  電動ファン、６００  光ファイバ、６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０  接触部、７００  温度検出ユニット、７１０  光源、７２０  光分波器、７３０  受光器、７４０  アナログ回路、７５０  ＥＣＵ。
【図１】
2009053159.tif 000003
【図２】
2009053159.tif 000004
【図３】
2009053159.tif 000005
【図４】
2009053159.tif 000006
【図５】
2009053159.tif 000007
【図６】
2009053159.tif 000008