(57)【要約】【課題】極めて簡単な回路構成としながら、Ａ／Ｄコンバータが故障しても電池の電流を確実に遮断する。【解決手段】車両用の電源装置は、電池１に熱結合されて電池１の温度で電気抵抗が変化する温度センサ２と、温度センサ２の電気抵抗を電圧に変換する電圧変換回路３と、電圧変換回路３に接続している負荷電源４と、電圧変換回路３で変換された電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ５と、Ａ／Ｄコンバータ５から出力されるデジタル信号を温度に変換する電圧−温度変換回路６とを備える。さらに、電源装置は、Ａ／Ｄコンバータ５の入力側に、負荷電源４の電圧変動を補正する補正回路７を接続しており、この補正回路７からＡ／Ｄコンバータ５に入力される補正信号を、電池１の安全動作温度領域よりも高くするように設定している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池(1)に熱結合されて電池(1)の温度で電気抵抗が変化する温度センサ(2)と、この温度センサ(2)の電気抵抗を電圧に変換する電圧変換回路(3)と、この電圧変換回路(3)に接続している負荷電源(4)と、電圧変換回路(3)で変換された電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ(5)と、このＡ／Ｄコンバータ(5)から出力されるデジタル信号を温度に変換する電圧−温度変換回路(6)とを備え、
前記Ａ／Ｄコンバータ(5)の入力側には、負荷電源(4)の電圧変動を補正する補正回路(7)を接続しており、この補正回路(7)からＡ／Ｄコンバータ(5)に入力される補正信号を、電池(1)の安全動作温度領域よりも高くするように設定してなる車両用の電源装置。
【請求項２】
前記電圧変換回路(3)が温度センサ(2)とプルアップ抵抗(9)の直列回路である請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項３】
前記補正回路(7)が補正抵抗(12)と補正プルアップ抵抗(13)との直列回路で、補正抵抗(12)と補正プルアップ抵抗(13)との補正接続点(14)をＡ／Ｄコンバータ(5)に入力しており、この補正接続点(14)の電圧が温度に変換される温度を、電池(1)の安全動作温度領域よりも高い温度に設定している請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項４】
前記補正回路(7)の故障を判定する検出回路（15）を設け、該検出回路(15)が前記補正回路(7)の故障を判定したときには、補正回路(7)の補正がキャンセルされて、電池(1)の温度が検出される請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項５】
電池(1)が複数の素電池(10)を備え、かつ素電池(10)の温度を検出する複数の温度センサ(2)を備えており、各々の温度センサ(2)を順番に切り換えてＡ／Ｄコンバータ(5)に入力するマルチプレクサ(8)をＡ／Ｄコンバータ(5)の入力側に設けている請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項６】
前記Ａ／Ｄコンバータ(5)と電圧−温度変換回路(6)とがひとつのチップ(16)に内蔵されてなるワンチップマイコンである請求項１に記載される車両用の電源装置。
【請求項７】
前記マルチプレクサ(8)とＡ／Ｄコンバータ(5)と電圧−温度変換回路(6)とがひとつのチップ(17)に内蔵されてなるワンチップマイコンである請求項５に記載される車両用の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両を走行させるモーターを駆動する走行用バッテリを備える車両用の電源装置し、とくに、電池の温度を検出する温度検出回路を備える車両用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置は、車両を駆動するモーターに電力を供給する走行用バッテリを備える。この走行用バッテリは、二次電池である多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。自動車を走行させるために、モーターが大きな出力を必要とするからである。この電源装置は、自動車をモーターで急加速して大電流で放電させるとき、あるいは、長い坂道を回生制動しながら走行して電池が大電流で満充電近くまで充電されるときに、あるいは、外気温度が異常に高くなって、環境温度が高くなるとき等に電池の温度が高くなる。
【０００３】
さらに、走行用バッテリの電池は、温度が高くなると電気特性が低下し、さらに温度が高くなると熱暴走して水素の噴出、漏液の発生等の危険な状態に陥る。この弊害を防止するために、車両用の電源装置は、電池の温度を検出している。電池の温度が、例えば５７℃よりも高くなると、熱暴走の防止のため、電池の充放電を停止し、熱暴走が発生する可能性のある電池温度（約８０℃）に達しないように、走行用バッテリの出力側に接続しているコンタクターをオフに切り換えて電流を遮断して、温度上昇による弊害を防止している。
【０００４】
このことを実現するために、車両用の電源装置は、電池の温度検出回路を備えている。電池の温度検出回路は、電池に熱結合して温度センサを配置し、この温度センサの電気抵抗の変化から電池の温度を検出する。この温度検出回路は、サーミスタ等の温度センサと直列にプルアップ抵抗を接続し、温度センサとプルアップ抵抗との直列回路に負荷電源を接続して、温度センサとプルアップ抵抗との接続点の電圧を検出して、温度センサの電気抵抗から電池温度を検出する。この温度検出回路は、接続点をＡ／Ｄコンバータに入力してデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号は、電圧−温度特性を記憶している電圧−温度変換回路で電池温度に変換される。この電源装置は、温度検出回路が正常に動作して電池の温度を検出するが、温度検出回路が故障すると電池の温度を検出できなくなり、たとえば、電池の温度が５７℃よりも高くなっても、電池の電流を遮断できず、コンタクタをオフに切り換えできなくなる。
【０００５】
この弊害を避けるために、本出願人は、温度検出回路が故障しても電池の電流を遮断できる電源装置を開発した。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００７−１８８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の電源装置は、電池の温度を検出する温度検出回路に加えて、電池の異常温度上昇阻止回路を備えている。温度検出回路は、温度センサーの電気抵抗の変化を電圧に変換し、電圧信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換して電圧−温度変換回路で電池温度を検出する。さらに、異常温度上昇阻止回路は、温度センサの電気抵抗の変化を電圧に変換して、電圧信号を基準信号に比較するコンパレータを備えている。コンパレータは、電池の温度が異常に高くなると異常信号を出力する。したがって、この異常信号で電池の電流を遮断できる。この電源装置は、Ａ／Ｄコンバータが故障して電池温度を検出できない状態で、電池の温度を検出するために、コンパレータからなる専用の回路を必要とする。このため、Ａ／Ｄコンバータが故障する状態で電池の温度を検出するために専用の回路を設ける必要があって、回路構成が複雑になる欠点がある。
【０００７】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路構成としながらＡ／Ｄコンバータが故障しても電池の電流を遮断できる車両用の電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、電池１に熱結合されて電池１の温度で電気抵抗が変化する温度センサ２と、この温度センサ２の電気抵抗を電圧に変換する電圧変換回路３と、この電圧変換回路３に接続している負荷電源４と、電圧変換回路３で変換された電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ５と、このＡ／Ｄコンバータ５から出力されるデジタル信号を温度に変換する電圧−温度変換回路６とを備える。さらに、車両用の電源装置は、Ａ／Ｄコンバータ５の入力側に、負荷電源４の電圧変動を補正する補正回路７を接続している。この電源装置は、補正回路７からＡ／Ｄコンバータ５に入力される補正信号を、電池１の安全動作温度領域よりも高く設定している。
【０００９】
本発明の請求項２の車両用の電源装置は、電圧変換回路３を、温度センサ２とプルアップ抵抗９の直列回路としている。
【００１０】
本発明の請求項３の車両用の電源装置は、補正回路７を、補正抵抗１２と補正プルアップ抵抗１３との直列回路として、補正抵抗１２と補正プルアップ抵抗１３との補正接続点１４をＡ／Ｄコンバータ５に入力しており、この補正接続点１４の電圧が温度に変換される温度を、電池１の安全動作温度領域よりも高い温度に設定している。
【００１１】
本発明の請求項４の車両用の電源装置は、補正回路７の故障を判定する検出回路１５を設けており、検出回路１５が補正回路７の故障を判定したときには、補正回路７の補正をキャンセルして、電池１の温度を検出する。
【００１２】
本発明の請求項５の車両用の電源装置は、電池１が複数の素電池１０を備え、かつ素電池１０の温度を検出する複数の温度センサ２を備えており、各々の温度センサ２を順番に切り換えてＡ／Ｄコンバータ５に入力するマルチプレクサ８をＡ／Ｄコンバータ５の入力側に設けている。
【００１３】
本発明の請求項６の車両用の電源装置は、Ａ／Ｄコンバータ５と電圧−温度変換回路６とをひとつのチップ１６に内蔵してなるワンチップマイコンとしている。また、本発明の請求項７の車両用の電源装置は、マルチプレクサ８とＡ／Ｄコンバータ５と電圧−温度変換回路６とをひとつのチップ１７に内蔵してなるワンチップマイコンとしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の車両用の電源装置は、極めて簡単な回路構成としながら、電池の温度を極めて高い精度で検出して、Ａ／Ｄコンバータが故障しても電池の電流を遮断できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、電池の温度を検出する温度センサを接続しているＡ／Ｄコンバータの入力側に、負荷電源の電圧変動を補正する補正回路を接続しており、この補正回路でもって、負荷電源の電圧変動を補正して電池温度を正確に検出し、さらに、補正回路からＡ／Ｄコンバータに入力する補正信号を、電池の安全動作温度領域よりも高く設定しているからである。この回路構成によると、Ａ／Ｄコンバータが故障して正常に動作しないとき、とくにＡ／Ｄコンバータの内部で基準電圧を発生する基準電圧回路が故障して、正確に電池温度を検出できなくなったときには、電池の電流を遮断して安全に使用できる特徴がある。
【００１５】
また、本発明の請求項４の電源装置は、補正回路が動作しない誤動作状態においては、補正回路による補正をキャンセルして、電池の温度を検出する。したがって、仮に電池温度を高精度に検出するための補正回路が故障しても、電池の温度を、精度を低くして検出できる特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。
【００１７】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１８】
図１に示す電源装置は、ハイブリッドカーに搭載されて、自動車を駆動するモーターに電力を供給する。ただし、本発明の電源装置は、電気自動車や電動フォークリフト、あるいは室内を走行して荷物を搬送する車両等の電源に使用することもできる。図の電源装置は、車両を走行させるモーターを駆動する走行用の電池１と、この走行用の電池１に熱結合されて電池１の温度を検出する温度センサ２と、この温度センサ２の電気抵抗を電圧に変換する電圧変換回路３と、この電圧変換回路３に接続している負荷電源４と、電圧変換回路３で変換された電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ５と、このＡ／Ｄコンバータ５から出力されるデジタル信号を温度に変換する電圧−温度変換回路６と、Ａ／Ｄコンバータ５の入力側に接続されて、負荷電源４の電圧変動を補正する補正回路７とを備える。
【００１９】
図の電源装置は、電池１がニッケル水素電池からなる複数の素電池１０を備える。複数の素電池１０の温度を検出するために、複数の温度センサ２を備えている。温度センサ２は全ての素電池１０の温度を検出し、あるいは複数の素電池を直列に接続して電池モジュールとして、各々の電池モジュールの温度を検出する。素電池にはリチウムイオン二次電池も使用できる。リチウムイオン二次電池からなる素電池を直列に接続している電源装置は、各々の素電池の温度を温度センサで検出する。複数の温度センサ２は、電圧変換回路３を介して、Ａ／Ｄコンバータ５の入力側に接続しているマルチプレクサ８に接続される。マルチプレクサ８は、入力を所定のサンプリング周期で切り換えて入力される信号を順番にＡ／Ｄコンバータ５に出力する。
【００２０】
温度センサ２は、電池１に熱結合して配置される。温度センサ２は、素電池１０の表面に直接に接触して、あるいは熱伝導の優れた接着材、たとえばシリコン系の熱伝導ペースト等を介して熱結合するように配設される。また、複数の素電池を直列に接続している電池モジュールは、素電池の間に温度センサを配置して、熱収縮チューブで電池の表面に固定される。温度センサ２は、理想的には、ひとつの温度センサ２でひとつの素電池１０の温度を検出するように、全ての素電池１０に温度センサ２を熱結合して配設するが、全ての素電池の表面に温度センサを配設することなく、素電池の間に温度センサを配設して、ひとつの温度センサでふたつの素電池の温度を検出し、あるいは熱伝導プレートを介して複数の素電池にひとつの温度センサを熱結合するように連結して、ひとつの温度センサで複数の素電池の温度を検出することもできる。
【００２１】
温度センサ２は、熱結合している電池１の温度が高くなると電気抵抗が変化する素子、たとえば温度が高くなると電気抵抗が減少するサーミスタ等の素子である。サーミスタは、素子のばらつきが極めて少なくなるように製造が可能である。このため、温度センサ２をサーミスタとする電源装置は、電池１の温度を極めて高い精度で正確に検出できる。温度センサ２は、温度が高くなると電気抵抗が減少する素子であって、サーミスタ以外の素子も使用できる。
【００２２】
電圧変換回路３は、温度センサ２とプルアップ抵抗９との直列回路で構成される。この直列回路には、負荷電源４から電圧が供給される。各プルアップ抵抗９は、一端を温度センサ２に、他端を負荷電源４に接続している。プルアップ抵抗９と温度センサ２を直列に接続して、温度センサ２をアース側に接続しているので、電池温度が高くなって温度センサ２の電気抵抗が減少すると、接続点１１の電圧は低下する。たとえば、負荷電源４を５Ｖとし、電池温度が低い状態における温度センサ２とプルアップ抵抗９の電気抵抗が等しいとき、接続点１１の電圧は２．５Ｖとなる。電池温度が高くなって、温度センサ２の電気抵抗が小さくなると、接続点１１の電圧は低下する。したがって、接続点１１の電圧を検出して、温度センサ２の電気抵抗、すなわち、電池温度を検出できる。図の電圧変換回路３はアース側に温度センサ２を接続しているが、プルアップ抵抗をアース側に接続することもできる。この電圧変換回路は、電池の温度か高くなって温度センサの電気抵抗が小さくなると、接続点の電圧は次第に高くなる。
【００２３】
図の電源装置は、各々の温度センサ２の出力信号を時分割に切り換えてデジタル信号に変換するために、Ａ／Ｄコンバータ５の入力側にマルチプレクサ８を接続している。マルチプレクサ８は、各々の接続点１１を順番に切り換えてＡ／Ｄコンバータ５に接続して、各々の接続点１１の電圧をＡ／Ｄコンバータ５に入力する。マルチプレクサ８を備える電源装置は、複数の接続点１１を切り換えてＡ／Ｄコンバータ５に入力するので、ひとつのＡ／Ｄコンバータ５で複数の接続点１１の電圧をデジタル信号に変換できる。すなわち、複数の温度センサ２の信号をひとつのＡ／Ｄコンバータ５に入力できる。マルチプレクサ８は、電圧−温度変換回路６にコントロールされて入力を順番に切り換える。ただし、本発明の電源装置は、図示しないが、各々の接続点にＡ／Ｄコンバータを接続して、各々のＡ／Ｄコンバータで各々の接続点の電圧をデジタル信号に変換することもできる。
【００２４】
電圧変換回路３は、負荷電源４から電圧を供給して、供給される電圧をプルアップ抵抗９と温度センサ２で分圧して接続点１１から出力して、温度センサ２の電気抵抗を電圧に変換する。この電圧変換回路３は、負荷電源４の電圧が変動すると接続点１１の電圧が変化する。たとえば、負荷電源４の電圧が１０％高くなると、接続点１１の電圧も１０％高くなって誤差が発生する。図１の電源装置は、負荷電源４の電圧を検出して、電池１の温度を補正するための補正回路７を備えている。補正回路７は、補正抵抗１２と補正プルアップ抵抗１３との直列回路で、補正抵抗１２と補正プルアップ抵抗１３との補正接続点１４をマルチプレクサ８を介してＡ／Ｄコンバータ５に入力している。補正接続点１４の電圧は、負荷電源４の電圧を一定の割合で分圧した電圧となる。補正回路７が負荷電源４の電圧を分圧する分圧比（Ｘ）は、補正抵抗（Ｒ１）と補正プルアップ抵抗（Ｒ２）の抵抗の比率で以下の式で特定される。
分圧比（Ｘ）＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
【００２５】
補正接続点１４から入力される電圧は、Ａ／Ｄコンバータ５でデジタル信号に変換されて電圧−温度変換回路６に入力される。電圧−温度変換回路６は、入力される補正接続点１４の電圧から負荷電源４の電圧を検出して、負荷電源４の電圧を補正する。負荷電源４の電圧は、補正接続点１４の電圧と、補正抵抗１２と補正プルアップ抵抗１３の分圧比（Ｘ）の逆数の積から演算される。したがって、電圧−温度変換回路６は、補正抵抗１２と補正プルアップ抵抗１３の分圧比（Ｘ）の逆数を定数として記憶しており、この定数と補正接続点１４の電圧の積から負荷電源４の電圧を検出する。電圧−温度変換回路６は、検出した負荷電源４の電圧を基準として、電圧変換回路３から入力される電圧を温度に変換する。
【００２６】
補正回路７からマルチプレクサ８を介してＡ／Ｄコンバータ５に入力される補正接続点１４の電圧は、この電圧を温度に変換すると、電池１の安全動作温度領域よりも高い温度となる電圧値に設定される。補正接続点１４の電圧は、補正抵抗１２と補正プルアップ抵抗１３の比率で特定される。たとえば、安全動作温度領域を５７℃以下とする電池１にあっては、補正接続点１４からＡ／Ｄコンバータ５に入力される電圧を、温度センサ２が５７℃よりも高い温度を検出する電圧に設定する。仮に、温度センサ２が５７℃の温度を検出する状態で、電圧変換回路３の接続点１１の電圧を２．５Ｖ（５Ｖの１／２）とする電源装置にあっては、補正接続点１４の電圧を２．５Ｖよりも低くなる電圧に設定する。電圧変換回路３は、温度センサ２の検出温度が高くなると、接続点１１の電圧が低くなるので、補正接続点１４の電圧は、温度センサ２が５７℃を検出する接続点１１の電圧よりも低くする。
【００２７】
電圧−温度変換回路６は、補正接続点１４からＡ／Ｄコンバータ５に入力される電圧に基づいて、負荷電源４の電圧を補正し、すなわち、この電圧に基づいて、電圧変換回路３から入力される電圧信号を温度に変換する。Ａ／Ｄコンバータ５が正常に動作する状態において、電圧−温度変換回路６は、補正接続点１４からＡ／Ｄコンバータ５に入力される補正信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号から負荷電源４の電圧を補正して、電圧変換回路３から入力される電圧を高い精度で温度に変換する。ただ、Ａ／Ｄコンバータ５に内蔵される基準電圧回路等が故障してＡ／Ｄコンバータ５が正常に動作しない状態になると、電圧−温度変換回路６は、電圧変換回路３から入力される電圧信号を正確な温度に変換できなくなる。たとえば、Ａ／Ｄコンバータ５の基準電圧回路が故障して、出力される基準電圧が温度を低くするデジタル信号を出力する状態になると、電池１の温度が５７℃を超える状態になっても、電圧−温度変換回路６が検出する電池温度が低くなって、電池１の電流を遮断できなくなる。本発明の電源装置は、補正回路７の補正接続点１４から安全動作温度領域より高い温度に相当する補正信号をＡ／Ｄコンバータ５に入力している。したがって、電圧−温度変換回路６が補正回路７からの補正信号を温度に変換して安全動作温度領域以上にないと、Ａ／Ｄコンバータ５の故障と判定として、電池１の電流を遮断する。すなわち、電圧変換回路３の接続点１１の電圧を温度に変換して安全動作温度領域よりも低い温度となっても、補正接続点１４の電圧を温度に変換して安全動作温度領域にあると、Ａ／Ｄコンバータ５の故障と判定して、電池１の電流を遮断する。
【００２８】
補正接続点１４の電圧を温度に変換して安全動作温度領域にある状態は、Ａ／Ｄコンバータ５が故障し、又は補正回路７が故障する状態で発生する。補正接続点１４の補正信号の電圧が設定範囲にあって、補正接続点１４の補正信号を温度に変換して安全動作温度領域以上にないとき、Ａ／Ｄコンバータ５の故障と判定して、電池１の電流を遮断する。補正回路７の故障は、補正接続点１４の補正信号の電圧が設定範囲にあるかどうかを検出して判定できる。補正接続点１４の電圧の設定範囲は、この電圧を電圧−温度変換回路６で温度に変換して、安全動作温度領域よりも高い温度となる範囲に設定される。たとえば、補正接続点１４の電圧範囲は、電圧−温度変換回路６が電圧から変換される温度を６５℃±３℃となる電圧に設定される。補正接続点１４の電圧範囲が設定範囲にあるかどうかは、電圧範囲検出回路１５で検出される。電圧範囲検出回路１５は、補正接続点１４の電圧を標準電圧に比較して、設定範囲にあるかどうかを判定する。電圧範囲検出回路１５が補正接続点１４の電圧が設定範囲にないと判定すると、補正回路７の故障と判定する。補正回路７が故障と判定されると、電圧−温度変換回路６は、補正接続点１４から入力される電圧で負荷電源４の電圧を補正することなく、接続点１１の電圧を温度に変換して電池１の温度とする。
【００２９】
また、電圧−温度変換回路６は、補正接続点１４の電圧が設定範囲にあるにも関わらず、電圧−温度変換回路６が補正接続点１４の電圧から変換される温度が安全動作温度領域以上にないときは、Ａ／Ｄコンバータ５の故障と判定して電池１の電流を遮断するように制御する。
【００３０】
さらに、図１に示す電源装置は、Ａ／Ｄコンバータ５と電圧−温度変換回路６とをひとつのチップ１６に内蔵してなるワンチップマイコンとしている。ただ、電源装置は、マルチプレクサ８とＡ／Ｄコンバータ５と電圧−温度変換回路６とをひとつのチップ１７に内蔵してなるワンチップマイコンとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…電池
２…温度センサ
３…電圧変換回路
４…負荷電源
５…Ａ／Ｄコンバータ
６…電圧−温度変換回路
７…補正回路
８…マルチプレクサ
９…プルアップ抵抗
１０…素電池
１１…接続点
１２…補正抵抗
１３…補正プルアップ抵抗
１４…補正接続点
１５…検出回路
１６…チップ
１７…チップ
【図１】
2009052991.tif 000003