JP2008111761A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーミスタ等の感温素子を用いて温度を検出するに際して、高価な電源ＩＣを用いて駆動電圧を安定化することなく高精度に温度を検出することのできる簡易な構成の温度検出装置を提供する。
【解決手段】直列に接続された感温素子と第１の固定抵抗とからなり、電源電圧Ｖdcを分圧して温度検出電圧を求める温度検出回路と、直列に接続された第２および第３の固定抵抗からなり、前記電源電圧Ｖdcを分圧して参照電圧を求める補助回路と、前記温度検出電圧を入力する第１のＡＤ変換ポートおよび前記参照電圧を入力する第２のＡＤ変換ポートを有し、基準電圧を参照して上記各ＡＤ変換ポートにそれぞれ入力された電圧のＡＤ変換結果ＡＤＶ1,ＡＤＶ2を求めると共に、これらのＡＤ変換結果を比較演算して前記感温素子に加わっている温度を求めるマイクロコンピュータとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーミスタ等の感温素子から求められる情報に基づいて該感温素子に加わっている温度、例えば上記感温素子を当接させた二次電池の温度を高精度に検出することのできる簡易な構成の温度検出装置に関する。

二次電池を安全に充電し、また電池性能の劣化を防止する上で該二次電池の温度に応じてその充電を制御することが重要である。例えば電池温度が０〜４０℃の範囲にあることを確認した上で二次電池の充電を開始したり、充電中に電池温度が６０℃を上回る場合には速やかにその充電を停止することで、二次電池の安全な充電と電池性能の劣化防止を実現することができる（例えば特許文献１を参照）。

図２は、電池温度に応じて二次電池の充電を制御する機能を備えた充電器の一例を示す概略構成図で、１はニッケル水素電池（Ｎi-ＭＨ電池）等の二次電池である。この充電器は、基本的には定電流源からなる充電電源部２と、この充電電源部２から出力される一定電流の前記二次電池１への供給をオン／オフ制御する充電制御スイッチ３と、上記充電電源部２および充電制御スイッチ３の作動を制御する充電制御部４とを備えて構成される。この充電制御部４は、例えばマイクロコンピュータからなり、二次電池１の端子電圧Ｖbatと電池温度Ｔbatとに応じて、二次電池１に対する充電を制御する役割を担う。尚、二次電池１としてリチウムイオン電池を用いる場合には、前記充電電源部２として定電圧定電流源が用いられる。

ちなみに二次電池１の温度を検出する温度検出回路５は、例えば二次電池１に当接させて設けられるサーミスタ等の感温素子５ａと、この感温素子５ａに直列接続された固定抵抗５ｂとを備えた直列回路からなり、電源電圧Ｖdcを分圧することで電池温度Ｔbatに相当する温度検出電圧Ｖ1を求めるように構成される。この温度検出電圧Ｖ1が前述した充電制御部（マイクロコンピュータ）４のＡＤ変換ポートに与えられて充電制御の１つの要素として用いられる。

尚、図中６は外部入力電源から前記充電制御部４および温度検出回路５をそれぞれ駆動する為の安定化した駆動電源Ｖdcを生成する電源ＩＣであり、７は前記充電制御部４により駆動されて二次電池１の充電状態を表示する為の表示器（ＬＥＤ）である。
特開２００２−２９８９３０号公報

ところで上述した構成の充電器においては、電源ＩＣ６を用いて前記充電制御部４および温度検出回路５をそれぞれ駆動する駆動電圧Ｖdcを安定に生成するようにしている。しかしながら上述した電源ＩＣ６は比較的高価であり、充電器を安価に実現する上での課題となる。例えば電源ＩＣ６を省略し、前述した外部入力電源をそのまま充電制御部４に加えても、該充電制御部４としてＡＤ変換の基準となる基準電圧Ｖrefを生成する基準電源を内蔵するマイクロコンピュータを用いることで、そのＡＤ変換ポートに入力された電圧に対するＡＤ変換精度を確保することができる。

しかし温度検出回路５に外部入力電源をそのまま印加すると、該温度検出回路５にて検出される温度検出電圧Ｖ1自体に上記外部入力電源の電圧変動がそのまま検出誤差として現れることになる。これ故、二次電池１に対する充電制御を、電池温度Ｔbatの高精度な管理の下で実行することができなくなる。このような不具合は、携帯電話機等のＡＣ電源アダプタやＵＳＢ電源等の負荷電流によって電源電圧が大きく変動する環境において大きな問題となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、サーミスタ等の感温素子から求められる情報に基づいて該感温素子に加わっている温度、例えば二次電池の温度を検出するに際して、比較的高価な電源ＩＣを用いることなくその温度を高精度に検出することのできる簡易な構成の温度検出装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明は、サーミスタ等の感温素子から求められる情報に基づいて該感温素子に加わっている温度を検出する温度検出装置に係り、
前記感温素子および該感温素子に直列接続された第１の固定抵抗を備え、電源電圧Ｖdcを分圧して温度検出電圧Ｖ1を求める温度検出回路と、
第２の固定抵抗およびこの第２の固定抵抗に直列接続された第３の固定抵抗を備え、前記電源電圧Ｖdcを分圧して参照電圧Ｖ2を求める補助回路と、
前記温度検出電圧を入力する第１のＡＤ変換ポートおよび前記参照電圧を入力する第２のＡＤ変換ポートを有し、基準電圧Ｖrefを参照して上記各ＡＤ変換ポートにそれぞれ入力された電圧のＡＤ変換結果ＡＤＶ1,ＡＤＶ2を求めると共に、これらのＡＤ変換結果を比較演算して前記感温素子に加わっている温度を求めるマイクロコンピュータと
を備えたことを特徴としている。

好ましくは前記マイクロコンピュータは、該マイクロコンピュータに加えられる電源電圧Ｖdcから前記基準電圧Ｖrefを生成する基準電源を内蔵すると共に、上記基準電源が生成した基準電圧Ｖrefと前記第１および第２のＡＤ変換ポートにそれぞれ与えられる入力電圧Ｖ1,Ｖ2とを比較して、そのＡＤ変換結果ＡＤＶ1,ＡＤＶ2を求めるＡＤ変換機能を備えたものからなる。

また前記感温素子は、例えば二次電池に当接させて設けられるサーミスタからなり、
前記マイクロコンピュータは、前記感温素子（サーミスタ）から求められる情報、具体的には前記温度検出回路にて検出された温度検出電圧Ｖ1と前記補助回路にて検出された参照電圧Ｖ2とから求めた前記二次電池の温度に応じて該二次電池の充電を制御する充電制御機能を備えたものとして実現される。

具体的には前記電源電圧をＶdc、前記感温素子の抵抗値をＲth、前記第１〜第３の固定抵抗の各抵抗値をＲ1,Ｒ2,Ｒ3としたとき、前記温度検出回路は前記温度検出電圧Ｖ1を
Ｖ1＝Ｒth／（Ｒth＋Ｒ1）×Ｖdc
として求めるように構成され、また前記補助回路は前記参照電圧Ｖ2を
Ｖ2＝Ｒ3／（Ｒ2＋Ｒ3）×Ｖdc
として求めるように構成される。

そして前記マイクロコンピュータは、前記基準電圧をＶrefとし、前記ＡＤ変換結果をｎビットのデータとして求めるように構成されるとき、前記第１および第２のＡＤ変換ポートにそれぞれ入力される電圧のＡＤ変換結果ＡＤＶ1,ＡＤＶ2を
ＡＤＶ1＝Ｖ1／Ｖref×２^ｎ
ＡＤＶ2＝Ｖ2／Ｖref×２^ｎ
としてそれぞれ求め、更に前記感温素子に加わっている温度の情報を
ＡＤＶ1／ＡＤＶ2＝Ｖ1／Ｖ2
＝Ｒth（Ｒ2＋Ｒ3）／Ｒ3（Ｒth＋Ｒ1）
として求めるように構成される。

上述した構成の温度検出装置によれば、温度検出回路にて検出される温度検出電圧Ｖ1と、補助回路にて検出される参照電圧Ｖ2との比として感温素子に加わっている温度の情報を求めるので、上記温度検出回路および補助回路に加えられる駆動電圧Ｖdcの変動の影響を受けることなく上記感温素子に加わった温度を高精度に検出することができる。特に温度検出回路および補助回路に加える駆動電圧Ｖdcを安定化する必要がないので、駆動電圧安定化用の電源ＩＣが不要であり、その分、装置構成の簡素化と低コスト化を図ることが可能となる。

従って携帯電話機等のＡＣ電源アダプタやＵＳＢ電源等の負荷電流によって電源電圧が大きく変動する環境において、例えば二次電池の電池温度を検出しながら該二次電池の充電を制御する充電器に組み込む温度検出装置（電池温度検出機能）として、実用上多大なる効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る温度検出装置について、二次電池の端子電圧Ｖbatと電池温度Ｔbatとに応じて該二次電池の充電を制御する充電器を例に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る充電器の概略構成図で、１はニッケル水素電池（Ｎi-ＭＨ電池）等の二次電池である。この充電器は、図２に示した充電器と同様に、基本的には定電流源からなる充電電源部２と、この充電電源部２から出力される一定電流の前記二次電池１への供給をオン／オフ制御する充電制御スイッチ３と、上記充電電源部２および充電制御スイッチ３の作動を制御する充電制御部４とを備えて構成される。尚、二次電池１としてリチウムイオン電池を用いる場合には、前記充電電源部２として定電圧定電流源を用いることは言うまでもない。

この充電制御部４は、そこに加えられた駆動電圧（外部電源電圧）から、内部的にそのＡＤ変換に用いる為の基準電圧Ｖrefを生成する基準電源４ａを内蔵したマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）からなる。そしてこの充電制御部（マイクロコンピュータ）４は、後述するようにそのＡＤ変換ポートに与えられる入力電圧から前記二次電池１の端子電圧Ｖbatを検出すると共に該二次電池１の温度Ｔbatを検出し、これらの端子電圧Ｖbatと電池温度Ｔbatとに応じて該二次電池１の充電制御を実行するように構成される。

ちなみに電池温度は、二次電池を安全に充電し、また電池性能の劣化を防止する上で該二次電池の温度に応じてその充電を制御する為に用いられる。例えば電池温度が０〜４０℃の範囲にあることを確認した上で二次電池の充電を開始したり、充電中に電池温度が６０℃を上回る場合には速やかにその充電を停止する等の制御を実行することで、二次電池の安全な充電と電池性能の劣化防止を実現することができる。尚、端子電圧Ｖbatと電池温度Ｔbatとに応じた二次電池１の充電制御については、従来より種々提唱されている手法を適宜採用すれば良いものであり、本発明に係る温度検出とは直接関係がないので、ここではその説明を省略する。

さてこの充電器においては、上記充電制御部（マイクロコンピュータ）４に対する駆動電圧として、直流の外部入力電源がそのまま印加されるようになっている。即ち、図２に示した充電器のように電源ＩＣ６を用いて駆動電圧を安定化することなく、電圧変動を伴う外部入力電源をそのまま充電制御部（マイクロコンピュータ）４に印加し、これによって該充電制御部（マイクロコンピュータ）４を駆動するものとなっている。

またこの充電器には、例えば二次電池１に当接させて設けられるサーミスタ等の感温素子５ａと、この感温素子５ａに直列接続された第１の固定抵抗５ｂとを備え、電源電圧Ｖdcを分圧することで電池温度Ｔbatに相当する温度検出電圧Ｖ1を求める温度検出回路５が設けられる。特にこの温度検出回路５には、前述した外部入力電源がその電源電圧Ｖdcとしてそのまま加えられるようになっており、第１の固定抵抗５ｂは電源電圧Ｖdcに対する感温素子（サーミスタ）５ａのプルアップ抵抗として用いられている。

そして温度によって変化する感温素子（サーミスタ）５ａの抵抗値をＲth、前記第１の固定抵抗５ｂの抵抗値をＲ1としたとき、温度検出回路５は上記駆動電圧Ｖdcを分圧することでその温度検出電圧Ｖ1を
Ｖ1＝Ｒth／（Ｒth＋Ｒ1）×Ｖdc
として求めるように構成される。このような感温素子（サーミスタ）５ａを備えた温度検出回路５にて検出される温度検出電圧Ｖ1が、前述した充電制御部（マイクロコンピュータ）４の第１のＡＤ変換ポートＡＤ１に入力される。

またこの充電器には、更に第２の固定抵抗８ａおよびこの第２の固定抵抗８ａに直列接続された第３の固定抵抗８ｂを備え、前記電源電圧Ｖdcを分圧して参照電圧Ｖ2を求める補助回路８が設けられている。この補助回路８にも前述した外部入力電源がその駆動電圧Ｖdcとしてそのまま印加される。そして上記第２および第３の固定抵抗８ａ,８ｂの各抵抗値をＲ3,Ｒ2としたとき、補助回路８は上記駆動電圧Ｖdcを分圧することで上記参照電圧Ｖ2を
Ｖ2＝Ｒ3／（Ｒ2＋Ｒ3）×Ｖdc
として求めるように構成される。この補助回路８にて検出される参照電圧Ｖ2が、前述した充電制御部（マイクロコンピュータ）４の第２のＡＤ変換ポートＡＤ２に入力される。

ここで前記充電制御部（マイクロコンピュータ）４における電池温度Ｔbatの検出処理について説明する。この充電制御部（マイクロコンピュータ）４は上述した第１および第２のＡＤ変換ポートＡＤ１,ＡＤ２に加えて第３のＡＤ変換ポートＡＤ３を備えており、この第３のＡＤ変換ポートＡＤ３に二次電池１の端子電圧Ｖbatを入力するものとなっている。そして充電制御部（マイクロコンピュータ）４は、前述した如く内蔵した基準電源４ａが生成する基準電圧Ｖrefを用いて前記各ＡＤ変換ポートＡＤ１,ＡＤ２,ＡＤ３にそれぞれ与えられる入力電圧、具体的には温度検出電圧Ｖ1、参照電圧Ｖ2および端子電圧Ｖbatをそれぞれデジタル変換し、例えば８ビットのＡＤ変換結果（デジタル・データ）として求めている。

特に二次電池１の電池温度Ｔbatを高精度に検出するべく、充電制御部（マイクロコンピュータ）４においては第１のＡＤ変換ポートＡＤ１に与えられる温度検出電圧Ｖ1をＡＤ変換部４ｂにてデジタル変換し、そのＡＤ変換結果ＶＡＤ1を
ＡＤＶ1＝Ｖ1／Ｖref×２^ｎ
として求めると共に、第２のＡＤ変換ポートＡＤ２に与えられる参照電圧Ｖ2をＡＤ変換部４ｃにてデジタル変換することで、そのＡＤ変換結果ＶＡＤ2を
ＡＤＶ2＝Ｖ2／Ｖref×２^ｎ
として求めている。尚、上式においてｎはＡＤ変換結果のビット数であり、８ビットのＡＤ変換を行う場合には［ｎ＝８］として与えられる。

そして充電制御部（マイクロコンピュータ）４は、これらのＡＤ変換結果ＶＡＤ1,ＶＡＤ2を演算部４ｄにて比較演算することにより、感温素子（サーミスタ）５ａに加わっている温度の情報、つまり二次電池１の温度Ｔbatに相当する値を
ＡＤＶ1／ＡＤＶ2＝Ｖ1／Ｖ2
＝Ｒth（Ｒ2＋Ｒ3）／Ｒ3（Ｒth＋Ｒ1）
として求めるものとなっている。

かくしてこのようにして二次電池１の温度Ｔbatに相当する値を検出する充電制御部（マイクロコンピュータ）４の温度検出機能、つまり温度検出装置によれば、第１〜第３の固定抵抗５ｂ,８ａ,８ｂの抵抗値Ｒ1, Ｒ3,Ｒ2がそれぞれ既知なので、温度によって変化する感温素子（サーミスタ）５ａの抵抗値Ｒthから二次電池１の温度Ｔbatを精度良く検出することができる。特に温度検出回路４および補助回路８に印加する電源電圧Ｖdcの電圧変動に拘わりなく感温素子（サーミスタ）５ａの抵抗値Ｒthを検出し、この抵抗値Ｒthを前記二次電池１の温度Ｔbatに相当する情報として精度良く求めることが可能となる。

また上述した如く電源電圧Ｖdcの変動に拘わりなく感温素子（サーミスタ）５ａの抵抗値Ｒthから該感温素子（サーミスタ）５ａに加わる温度の情報を検出することができるので、従来のように電源ＩＣ等を用いる等してその駆動電圧Ｖdcを安定化する必要がない。そして電圧変動が生じることが否めない外部入力電源を、充電制御部（マイクロコンピュータ）４、温度検出回路５、および補助回路８の駆動電源Ｖdcとしてそのまま用いることができるので、電源ＩＣ等を用いる必要がない分、その構成の簡易化を図ると共に、充電器としてのコスト低減を図ることが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは充電器を例に、二次電池の温度を検出する実施形態について示したが、感温素子を用いて温度を検出する種々の用途に適用することができる。また感温素子としてサーミスタ以外の素子、例えば白金抵抗素子を用いる場合にも同様に適用することができる。また二次電池の充電制御の手法等も特に限定されないことは言うまでもない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る温度検出装置を組み込んで構成される充電器の概略構成図。 温度検出機能を備えた従来の充電器の一例を示す図。

符号の説明

１ 二次電池
２ 充電電源部
３ 充電制御スイッチ
４ 充電制御部（マイクロコンピュータ）
４ａ 基準電源
４ｂ,４ｃ ＡＤ変換部
４ｄ 演算部（比較演算）
５ 温度検出回路
５ａ 感温素子（サーミスタ）
５ｂ 第１の固定抵抗
８ 補助回路
８ａ 第２の固定抵抗
８ｂ 第３の固定抵抗

Claims (4)

1. 感温素子から求められる情報に基づいて該感温素子に加わっている温度を検出する温度検出装置であって、
   前記感温素子および該感温素子に直列接続された第１の固定抵抗を備え、電源電圧を分圧して温度検出電圧を求める温度検出回路と、
   第２の固定抵抗およびこの第２の固定抵抗に直列接続された第３の固定抵抗を備え、前記電源電圧を分圧して参照電圧を求める補助回路と、
   前記温度検出電圧を入力する第１のＡＤ変換ポートおよび前記参照電圧を入力する第２のＡＤ変換ポートを有し、基準電圧を参照して上記各ＡＤ変換ポートにそれぞれ入力された電圧のＡＤ変換結果を求めると共に、これらのＡＤ変換結果を比較演算して前記感温素子に加わっている温度を求めるマイクロコンピュータとを具備したことを特徴とする温度検出装置。
2. 前記マイクロコンピュータは、該マイクロコンピュータに加えられる電源電圧から前記基準電圧を生成する基準電源を内蔵すると共に、上記基準電源が生成した基準電圧と前記第１および第２のＡＤ変換ポートにそれぞれ与えられる入力電圧とを比較して、そのＡＤ変換結果を求めるＡＤ変換機能を備えたものである請求項１に記載の温度検出装置。
3. 前記感温素子は、二次電池に当接させて設けられるサーミスタであって、
   前記マイクロコンピュータは、前記感温素子から求められる情報に従って検出した前記二次電池の温度に応じて該二次電池の充電を制御する充電制御機能を備えたものである請求項１に記載の温度検出装置。
4. 前記電源電圧をＶdc、前記感温素子の抵抗値をＲth、前記第１〜第３の固定抵抗の各抵抗値をＲ1,Ｒ2,Ｒ3としたとき、前記温度検出回路は前記温度検出電圧Ｖ1を
   Ｖ1＝Ｒth／（Ｒth＋Ｒ1）×Ｖdc
   として求め、前記補助回路は前記参照電圧Ｖ2を
   Ｖ2＝Ｒ3／（Ｒ2＋Ｒ3）×Ｖdc
   として求めるものであって、
   前記マイクロコンピュータは、前記基準電圧をＶrefとし、前記ＡＤ変換結果がｎビットのデータとして求められるとき、前記第１および第２のＡＤ変換ポートにそれぞれ入力される電圧のＡＤ変換結果ＡＤＶ1,ＡＤＶ2を
   ＡＤＶ1＝Ｖ1／Ｖref×２^ｎ
   ＡＤＶ2＝Ｖ2／Ｖref×２^ｎ
   としてそれぞれ求めると共に、前記感温素子に加わっている温度の情報を
   ＡＤＶ1／ＡＤＶ2＝Ｖ1／Ｖ2
   ＝Ｒth（Ｒ2＋Ｒ3）／Ｒ3（Ｒth＋Ｒ1）
   として求めるものである請求項１に記載の温度検出装置。

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