JP2012033351A - 電池昇温回路および電池昇温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２次電池を加熱するとともに、２次電池の温度を判定する。
【解決手段】２次電池１１の近傍に配設され、２次電池１１を加熱するとともに、温度に応じて抵抗値が変化する加熱部１２と、電源１３と加熱部１２との間に介設されたスイッチ１４と、スイッチ１４のオンオフを制御して、加熱部１２による２次電池１１の加熱を制御する加熱制御部１５と、加熱部１２による２次電池１１の加熱が停止されているときに加熱部１２の抵抗値を求め、その抵抗値から２次電池１１の温度を判定する温度判定部１８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、２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。

従来、２次電池の低温特性があまり良好でないため、ヒーターを用いて２次電池を加熱するように構成された装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の装置では、過熱防止用および過冷防止用のサーモスタットを内蔵し、常に装置内部を適温に保つようにしている。一方、２次電池の温度をモニターし、温度に応じて充放電電流などを調節したいというニーズがある。

特開平１１−２１４０４８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、ヒーターにより２次電池を加熱して昇温することはできるが、２次電池の温度を検出することはできない。２次電池の温度を検出するために、温度検出部を別途備えると、部品点数が増加してコストも増大してしまう。そこで、温度検出部を別途備えることなく簡易な構成で、２次電池の温度を判定可能にすることが望まれる。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡易な構成で、２次電池を加熱するとともに、２次電池の温度を判定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。

本発明に係る電池昇温回路は、２次電池の近傍に配設され、前記２次電池を加熱するとともに、温度に応じて抵抗値が変化する加熱部と、電源と前記加熱部との間に介設されたスイッチと、前記スイッチのオンオフを制御して、前記加熱部による前記２次電池の加熱を制御する加熱制御部と、前記加熱部による前記２次電池の加熱が停止されているときに前記加熱部の抵抗値を求め、その抵抗値から前記２次電池の温度を判定する温度判定部とを備える。

この構成によれば、スイッチがオンにされると、２次電池の近傍に配設された加熱部が通電されて２次電池が加熱される。また、２次電池の加熱が停止されているときに加熱部の抵抗値が求められる。加熱部の抵抗値は温度に応じて変化するため、抵抗値から加熱部の温度、つまり２次電池の温度が判定される。したがって、温度検出部を別途備えることなく簡易な構成で、２次電池を加熱するとともに、２次電池の温度を判定することが可能になっている。

また、上記の電池昇温回路において、前記加熱部として、複数の２次電池の近傍にそれぞれ配設され、前記複数の２次電池をそれぞれ加熱する複数の加熱部を有し、前記スイッチとして、前記電源と前記複数の加熱部との間にそれぞれ介設された複数のスイッチを有し、前記加熱制御部は、前記複数のスイッチのオンオフをそれぞれ制御して、前記複数の加熱部による前記２次電池の加熱をそれぞれ制御し、前記温度判定部は、前記複数の加熱部のうち前記２次電池の加熱が停止されている加熱部の抵抗値を求め、その抵抗値から前記加熱部に対応する前記２次電池の温度を判定することが好ましい。

この構成によれば、各スイッチがオンにされると、各２次電池の近傍に配設された各加熱部がそれぞれ通電されて、各２次電池がそれぞれ加熱される。また、複数の加熱部のうち２次電池の加熱が停止されている加熱部の抵抗値が求められる。加熱部の抵抗値は温度に応じて変化するため、抵抗値から加熱部の温度、つまり２次電池の温度が判定される。したがって、温度検出部を別途備えることなく簡易な構成で、各２次電池をそれぞれ加熱するとともに、各２次電池の温度を個々に判定することが可能になっている。

また、上記の電池昇温回路において、前記温度判定部は、前記２次電池の加熱が停止されている間、予め設定されたサンプリング間隔で前記加熱部の抵抗値を求めることが好ましい。この構成によれば、２次電池の加熱が停止されている間、予め設定されたサンプリング間隔で加熱部の抵抗値が求められるため、サンプリング間隔ごとにリアルタイムで２次電池の温度を判定することができる。

また、上記の電池昇温回路において、前記加熱部は正温度係数を有することが好ましい。この構成によれば、加熱部が正温度係数を有するため、加熱部に通電して温度が上昇すると抵抗値が増大することから、簡易な定電圧制御で加熱部により２次電池を好適に加熱することができる。

また、上記の電池昇温回路において、前記加熱部は、ＰＴＣヒーターであることが好ましい。この構成によれば、加熱部がＰＴＣヒーターであるため、ＰＴＣヒーターに通電して温度が上昇すると抵抗値が増大することから、簡易な定電圧制御でＰＴＣヒーターにより２次電池を好適に加熱することができる。

また、上記の電池昇温回路において、前記温度判定部は、前記抵抗値が予め設定された設定値以上か否かを判定することが好ましい。この構成によれば、抵抗値が予め設定された設定値以上か否かが判定される。ここで、加熱部による２次電池の加熱が停止されているときに、正温度係数を有する加熱部の抵抗値が設定値以上に上昇するのは、２次電池が異常に発熱しているためであると考えられる。したがって、温度検出部を別途設けることなく簡易な構成で、２次電池の異常な発熱を判定することが可能になっている。

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２次電池とを備える。この構成によれば、スイッチがオンにされると、２次電池の近傍に配設された加熱部が通電されて２次電池が加熱される。また、２次電池の加熱が停止されているときに加熱部の抵抗値が求められる。加熱部の抵抗値は温度に応じて変化するため、抵抗値から加熱部の温度、つまり２次電池の温度が判定される。したがって、温度検出部を別途備えることなく簡易な構成で、２次電池を加熱するとともに、２次電池の温度を判定することが可能になっている。

本発明によれば、２次電池の近傍に配設され、温度に応じて抵抗値が変化する加熱部により２次電池を加熱するとともに、２次電池の加熱が停止されているときに、加熱部の抵抗値を求めて２次電池の温度を判定しているため、簡易な構成で、２次電池を加熱するとともに、２次電池の温度を判定することができる。

本発明の第１実施形態における電池昇温回路の構成を示す回路図。 ＰＴＣヒーターの抵抗／温度特性の一例を示す図。 本発明の第２実施形態における電池昇温回路の構成を示す回路図。

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。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における電池昇温回路の構成を示す回路図、図２はＰＴＣヒーターの抵抗／温度特性の一例を示す図である。この電池昇温回路は、複数の２次電池１１（図１では１２個）を加熱するとともに、その温度を判定するもので、ＰＴＣヒーター１２、第１および第２電源部１３，１７、スイッチ１４，１６、ヒーター制御部１５および温度判定部１８を備えている。スイッチ１４，１６としては、例えば電磁リレー、ソリッドステートリレーなどを用いることができる。

ＰＴＣヒーター１２は、正温度係数を有する抵抗体からなり、各２次電池１１の近傍にＰＴＣヒーター１２と４個の２次電池１１からなる一組の２次電池とが一対一になるように配設されて、各２次電池１１が加熱されるように構成されている。すなわち、図１に示すように、ＰＴＣヒーター１２は、並列接続された３本の抵抗体で構成され、１本の抵抗体により４個の２次電池１１が加熱されるように、各抵抗体が配設されている。ＰＴＣヒーター１２の一端は、スイッチ１４を介して第１電源部１３に接続され、その他端は接地されている。ＰＴＣヒーター１２の一端は、さらに、抵抗Ｒ１およびスイッチ１６を介して第２電源部１７に接続されるとともに、温度判定部１８に接続されている。ＰＴＣヒーター１２は、例えば図２に示すような抵抗／温度特性ＲＴ、つまり抵抗値と温度との関係を有している。図２では、縦軸は抵抗値を示し、横軸は温度を示している。図２に示すように、ＰＴＣヒーター１２の抵抗値は、低温から約６０℃までは緩やかに上昇し、８０℃近辺では急激に上昇しており、指数関数的な特性を有している。

ヒーター制御部１５は、スイッチ１４のオンオフを制御することにより、第１電源部１３からＰＴＣヒーター１２への通電を制御して、２次電池１１の加熱を制御するものである。第１電源部１３の電源電圧は、スイッチ１４をオンにしてＰＴＣヒーター１２に通電したときに、ＰＴＣヒーター１２が例えば約６０℃に加熱されるようなレベルに設定されている。図２に示すように、ＰＴＣヒーター１２が約６０℃のときの抵抗値は約５．０Ωとなっている。なお、第１電源部１３の電源電圧を上記レベルより高く設定しておき、ヒーター制御部１５により、スイッチ１４を予め設定されたデューティ比でオンオフ制御してＰＴＣヒーター１２に通電するようにしてもよい。

温度判定部１８は、例えば図２に示すＰＴＣヒーター１２の抵抗／温度特性ＲＴ、つまり抵抗値と温度との関係を例えばテーブル形式で内蔵メモリに保持している。そして、温度判定部１８は、ＰＴＣヒーター１２による２次電池１１の加熱が停止された時点から、スイッチ１６をオンにし、予め設定されたサンプリング間隔（例えば５秒）でＰＴＣヒーター１２の抵抗値を求める。すなわち、温度判定部１８は、スイッチ１６をオンにさせて第２電源部１７から抵抗Ｒ１およびＰＴＣヒーター１２からなる直列回路に通電させ、第２電源部１７の電源電圧が抵抗Ｒ１およびＰＴＣヒーター１２で分圧された分圧電圧を検出することにより、ＰＴＣヒーター１２の抵抗値を求める。

また、温度判定部１８は、求めた抵抗値と内蔵メモリに保持しているＰＴＣヒーター１２の抵抗／温度特性ＲＴとから、ＰＴＣヒーター１２の温度を判定する。また、温度判定部１８は、ＰＴＣヒーター１２と２次電池１１との温度差が約２０℃であることを内蔵メモリに保持しており、ＰＴＣヒーター１２の温度から２次電池１１の温度を判定する。このＰＴＣヒーター１２と２次電池１１との温度差は、例えば実験などによって、予め求められて温度判定部１８の内蔵メモリに保存されている。図２に示すように、温度判定部１８は、例えば求めた抵抗値が約４．０Ωのときは、ＰＴＣヒーター１２の温度を約５０℃（つまり２次電池１１の温度を約７０℃）と判定する。

また、温度判定部１８は、求めたＰＴＣヒーター１２の抵抗値が予め設定された設定値（この実施形態では例えば９．０Ω）以上、つまりＰＴＣヒーター１２の温度が８０℃以上のときは、２次電池１１が異常に発熱していると判定する。つまり、ＰＴＣヒーター１２と２次電池１１との温度差は約２０℃であるので、ＰＴＣヒーター１２の温度が８０℃のときは２次電池１１の温度は１００℃であることから、温度判定部１８は、２次電池１１の温度が１００℃以上のときに、２次電池１１が異常に発熱していると判定することとなる。なお、第２電源部１７の電源電圧は、ＰＴＣヒーター１２に通電してもＰＴＣヒーター１２の温度が大きく上昇しない程度の低いレベルに設定されている。

このように構成された電池昇温回路の動作について説明する。例えば、図１に示す電池昇温回路が外気温検出部を備えたシステム（例えば電気自動車）に搭載されている場合には、外気温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、ヒーター制御部１５は、スイッチ１４をオンにし、第１電源部１３からＰＴＣヒーター１２に通電して、２次電池１１を加熱する。また、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、ヒーター制御部１５はスイッチ１４をオフに切り替えて、２次電池１１の加熱を停止する。また、ヒーター制御部１５は、スイッチ１４のオンオフ状態、つまりＰＴＣヒーター１２により２次電池１１を加熱しているか否かの情報を温度判定部１８に通知する。

温度判定部１８は、ＰＴＣヒーター１２による２次電池１１の加熱が停止されているときは、スイッチ１６をオンにし、予め設定されたサンプリング間隔で、ＰＴＣヒーター１２の分圧電圧を検出し、検出電圧と、既知の抵抗Ｒ１の抵抗値および第２電源部１７の電源電圧とから、ＰＴＣヒーター１２の抵抗値を算出する。

そして、温度判定部１８は、算出した抵抗値と内蔵メモリに保持している図２に示す抵抗／温度特性ＲＴとから、ＰＴＣヒーター１２、つまり２次電池１１の温度を判定する。また、温度判定部１８は、算出した抵抗値が予め設定された設定値、例えば、９Ω以上か否かを判定し、設定値以上のときは、２次電池１１が１００℃以上の異常に発熱してＰＴＣヒーター１２が加熱されていると判定する。そして、温度判定部１８は、例えば２次電池１１の充電を制御する外部の充電制御回路に、２次電池１１が異常に発熱している旨を通知する。また、温度判定部１８は、ヒーター制御部１５から、ＰＴＣヒーター１２による２次電池１１の加熱を開始する旨が通知されると、スイッチ１６をオフにして、ＰＴＣヒーター１２の抵抗値の算出を停止する。

以上のように、第１実施形態によれば、ヒーター制御部１５によりスイッチ１４のオンオフを制御し、第１電源部１３からＰＴＣヒーター１２への通電を制御して、２次電池１１の近傍に配設したＰＴＣヒーター１２により２次電池１１を加熱しているため、２次電池１１を好適に加熱することができる。

また、第１実施形態によれば、ＰＴＣヒーター１２による２次電池１１の加熱を停止しているときに、温度判定部１８によって、スイッチ１６をオンにしてＰＴＣヒーター１２の抵抗値を算出し、内蔵メモリに保持しているＰＴＣヒーター１２の抵抗／温度特性ＲＴと算出した抵抗値とから、ＰＴＣヒーター１２の温度を判定しているため、２次電池１１の温度を判定することができる。したがって、第１実施形態によれば、温度検出部を別途備えることなく、ＰＴＣヒーター１２を備えるだけの簡易な構成で、２次電池１１を加熱するとともに、２次電池１１の温度を判定することが可能となっている。

また、第１実施形態によれば、２次電池１１を加熱する加熱部として、温度上昇に伴って抵抗値が増大するＰＴＣヒーター１２を使用しているため、ＰＴＣヒーター１２への通電制御は簡易な定電圧制御でよいという利点がある。

また、第１実施形態によれば、図２に示すように、ＰＴＣヒーター１２の抵抗値の変化は８０℃近辺で大きくなっているため、抵抗値が設定値以上か否かを確実に判定することができ、２次電池１１の異常発熱を好適に判定することができる。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態における電池昇温回路の構成を示す回路図である。なお、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第２実施形態の電池昇温回路では、複数（図３では３個）の２次電池１１１〜１１３の近傍にそれぞれ個別に配設されたＰＴＣヒーター１２１〜１２３を備えている。ＰＴＣヒーター１２１〜１２３は、それぞれ第１実施形態のＰＴＣヒーター１２と同じ抵抗／温度特性を有するものとする。また、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３は、それぞれ第１実施形態のＰＴＣヒーター１２と同様に各部と接続されている。具体的には、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３の一端は、それぞれスイッチ１４１〜１４３を介して第１電源部１３に接続され、他端はそれぞれ接地されている。ＰＴＣヒーター１２１〜１２３の一端は、それぞれさらに、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３およびスイッチ１６１〜１６３を介して第２電源部１７に接続されるとともに、温度判定部１８に接続されている。

ヒーター制御部１５は、スイッチ１４１〜１４３をそれぞれ個別にオンオフ制御することにより、第１電源部１３からＰＴＣヒーター１２１〜１２３への通電を制御して、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３による２次電池１１１〜１１３の加熱をそれぞれ個別に制御する。温度判定部１８は、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３による２次電池１１１〜１１３の加熱が停止されているときに、スイッチ１６１〜１６３をオンにさせて、第２電源部１７から、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３およびＰＴＣヒーター１２１〜１２３からなる直列回路にそれぞれ通電する。そして、温度判定部１８は、第２電源部１７の電源電圧が抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３およびＰＴＣヒーター１２１〜１２３でそれぞれ分圧された分圧電圧を、予め設定されたサンプリング間隔（例えば５秒）で検出することにより、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３の抵抗値をそれぞれ求める。

また、温度判定部１８は、求めた抵抗値と、内蔵メモリに保持しているＰＴＣヒーター１２１〜１２３の抵抗／温度特性とから、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３の温度をそれぞれ判定し、その判定した温度と、内蔵メモリに保持しているＰＴＣヒーター１２１〜１２３の温度と２次電池１１１〜１１３の温度との温度差（例えば２０℃）とから、２次電池１１１〜１１３の温度をそれぞれ判定する。また、温度判定部１８は、求めたＰＴＣヒーター１２１〜１２３の抵抗値が設定値以上か否かをそれぞれ判定し、いずれかが設定値以上であれば、そのＰＴＣヒーター１２１〜１２３に対応する２次電池１１１〜１１３が異常に発熱しているとそれぞれ判定する。

以上のように、この第２実施形態によれば、ヒーター制御部１５によって、スイッチ１４１〜１４３のオンオフをそれぞれ制御して、２次電池１１１〜１１３の近傍に配設したＰＴＣヒーター１２１〜１２３への第１電源部１３からの通電を制御しているため、２次電池１１１〜１１３を個別に加熱することができる。また、第２実施形態によれば、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３による２次電池１１１〜１１３の加熱を停止しているときに、温度判定部１８によって、スイッチ１６１〜１６３をオンにしてＰＴＣヒーター１２１〜１２３の抵抗値をそれぞれ算出している。したがって、温度検出部を別途備えることなく、２次電池１１１〜１１３の温度を個別に判定することができる。また、第２実施形態によれば、異常に発熱した２次電池１１１〜１１３を特定することが可能となっている。

また、第２実施形態によれば、２次電池１１１〜１１３を加熱する加熱部として、温度上昇に伴って抵抗値が増大するＰＴＣヒーター１２１〜１２３を使用しているため、第１実施形態と同様に、ＰＴＣヒーター１２１〜１２３への通電制御は簡易な定電圧制御でよいという利点がある。

（その他）
なお、上記図１の第１実施形態では、１２個の２次電池１１を加熱しているが、２次電池の個数は１２個に限られない。また、上記図３の第２実施形態では、３個の２次電池１１１〜１１３を個別に加熱しているが、２次電池の個数は３個に限られず、２個または４個以上であってもよい。

また、図２に示すＰＴＣヒーター１２の抵抗／温度特性ＲＴは一例であって、図２に示すものに限られないが、２次電池１１の異常発熱を判定する温度（図２ではＰＴＣヒーター１２の温度８０℃）近辺で抵抗値が大きく変化する特性を有するものが好ましい。

また、上記各実施形態では、２次電池１１，１１１〜１１３を加熱する加熱部としてＰＴＣ（正温度係数）ヒーター１２，１２１〜１２３を使用しているが、これに限られず、ＮＴＣ（負温度係数）ヒーターを使用してもよい。なお、ＮＴＣヒーターを使用して２次電池を加熱する場合には、ＮＴＣヒーターへの通電は定電流制御することが好ましい。そして、ＮＴＣヒーターで２次電池の温度を測定するときは、温度が高くなるほど抵抗値が低下する抵抗／温度特性を利用して、ＮＴＣヒーターの抵抗値が予め設定された設定値以下のときに、ＮＴＣヒーターの温度が８０℃以上と判断し、２次電池１１が異常に発熱していると判定する。

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２次電池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。

１１，１１１〜１１３ ２次電池
１２，１２１〜１２３ ＰＴＣヒーター
１４，１４１〜１４３ スイッチ
１５ ヒーター制御部
１８ 温度判定部

Claims (7)

1. ２次電池の近傍に配設され、前記２次電池を加熱するとともに、温度に応じて抵抗値が変化する加熱部と、
   電源と前記加熱部との間に介設されたスイッチと、
   前記スイッチのオンオフを制御して、前記加熱部による前記２次電池の加熱を制御する加熱制御部と、
   前記加熱部による前記２次電池の加熱が停止されているときに前記加熱部の抵抗値を求め、その抵抗値から前記２次電池の温度を判定する温度判定部と
   を備えることを特徴とする電池昇温回路。
2. 前記加熱部として、複数の２次電池の近傍にそれぞれ配設され、前記複数の２次電池をそれぞれ加熱する複数の加熱部を有し、
   前記スイッチとして、前記電源と前記複数の加熱部との間にそれぞれ介設された複数のスイッチを有し、
   前記加熱制御部は、前記複数のスイッチのオンオフをそれぞれ制御して、前記複数の加熱部による前記２次電池の加熱をそれぞれ制御し、
   前記温度判定部は、前記複数の加熱部のうち前記２次電池の加熱が停止されている加熱部の抵抗値を求め、その抵抗値から前記加熱部に対応する前記２次電池の温度を判定する請求項１に記載の電池昇温回路。
3. 前記温度判定部は、前記２次電池の加熱が停止されている間、予め設定されたサンプリング間隔で前記加熱部の抵抗値を求める請求項１または２に記載の電池昇温回路。
4. 前記加熱部は正温度係数を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池昇温回路。
5. 前記加熱部は、ＰＴＣヒーターである請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池昇温回路。
6. 前記温度判定部は、前記抵抗値が予め設定された設定値以上か否かを判定する請求項４または５に記載の電池昇温回路。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池昇温回路と、
   前記２次電池と
   を備えることを特徴とする電池昇温装置。

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