JP5381793B2

JP5381793B2 - 蓄電池状態検出装置

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Publication number: JP5381793B2
Application number: JP2010034630A
Authority: JP
Inventors: 利成深津
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: JP2011169789A

Description

本発明は、蓄電池状態検出装置に係り、詳しくは蓄電池の液温及び液面の状態を検出する蓄電池状態検出装置に関する。

車両においては、電装部品の電源に蓄電池を搭載している。また、電気自動車やハイブリッド自動車では走行用モータの電源用にも蓄電池を搭載している。蓄電池、特に鉛電池は保守の良非によって寿命が大きく左右され、電解液がなくなり極板が露出する状態になると充電不能となるため、蓄電池の液面を常に確認して極板が露出しない状態に保持する必要がある。また、蓄電池の液温が高温になると、蓄電池に悪影響を与えるため、液温を監視して液温が高温にならないようにする必要がある。

従来、１個の装置で蓄電池電解液の液面と温度が検出でき、１本の出力線で温度検出出力と液面検出出力が可能な蓄電池状態検出装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の蓄電池状態検出装置は、図５に示すように、蓄電池液口部あるいは蓄電池蓋上に装着される栓体５１に、検出電極５２、限流用抵抗５３、温度検出用ダイオード５５、温度検出用ダイオード電流調整用抵抗５４及び定電圧素子５６が、検出電極５２の先端部を除いてモールドされている。温度検出用ダイオード５５と温度検出用ダイオード電流調整用抵抗５４と限流用抵抗５３と検出電極５２とは、温度検出用ダイオード５５のアノード、温度検出用ダイオード電流調整用抵抗５４、限流用抵抗５３、検出電極５２の順に直列接続されている。定電圧素子５６は、温度検出用ダイオード５５と温度検出用ダイオード電流調整用抵抗５４との直列回路に順方向に並列接続されている。温度検出用ダイオード５５のカソードから導出された第１の出力線５７はアース線であり、プラグ５９を介して蓄電池のマイナス端子に接続されている。温度検出用ダイオード５５のアノードから導出された第２の出力線５８は液面検出・温度検出出力のためのものであり、プラグ６０を介して表示部に接続されるようになっている。そして、第２の出力線５８からの出力電圧により蓄電池電池温度を検出し、出力電圧が０Ｖになった時に、検出電極５２が電解液から離脱したこと、即ち液面異常になったことを検出するようになっている。

特開平５−１４４４８１号公報

特許文献１の蓄電池状態検出装置を車両に搭載された蓄電池に装備することにより、１本の第２の出力線５８により蓄電池の液温及び液面の情報を車両側に送ることができる。しかし、車両に搭載される蓄電池にはモータ等の負荷が接続されているため、蓄電池のマイナスラインに電位差が生じる場合がある。そして、特許文献１の蓄電池状態検出装置は液温及び液面の情報を０Ｖ〜数Ｖの電圧で送るため、誤検出の生じる虞がある。また、特許文献１の蓄電池状態検出装置では、液温検出部、即ち限流用抵抗５３、温度検出用ダイオード電流調整用抵抗５４及び温度検出用ダイオード５５の直列回路が断線した状態では液温検出はもちろん、液面状態の検出もできなくなる。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、１本の出力信号線で液温及び液面の情報を出力することができるとともに、蓄電池のマイナスラインに電位差が生じても誤検出を防止することができる蓄電池状態検出装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、液面検出電極と、温度検出用抵抗と、１つの出力信号線とを備えた蓄電池状態検出装置である。そして、前記出力信号線には、前記液面検出電極を流れる電流と、発振回路の出力によりオン・オフ制御されるスイッチング素子を介して定電流源から流れる電流とが供給され、前記発振回路は、非安定マルチバイブレータで構成されるとともに、その発振周期を設定する回路に前記温度検出用抵抗が使用され、前記発振回路の電源及び前記定電流源は、蓄電池状態検出装置が装着される蓄電池から電源供給される。

この発明の蓄電池状態検出装置は、液面検出電極が蓄電池の電解液に接触する状態で使用される。そして、蓄電池の液面（電解液の液面）が異常な状態、即ち液面検出電極が電解液から離脱する状態になるまでは、液面検出電極から出力信号線に電流が流れ、蓄電池の液面が異常になると、液面検出電極からの電流の流れがなくなる。また、発振回路のパルス出力の周期、即ち発振周期の設定に温度検出用抵抗が関与し、温度検出用抵抗の抵抗値は温度検出用抵抗の温度、即ち蓄電池の液温により変化するため、スイッチング素子のオン時間またはオフ時間が変化し、即ち出力信号線に流れる電流値が高くなる時間や出力信号線に流れる電流値が低くなる時間が変化する。その結果、例えば、出力信号線に流れる電流がある値以上となる時間間隔に基づいて、液温が異常温度か否かが検出可能になる。即ち、液温や液面の状態を出力信号線の出力電圧に基づいて検出するのではなく、出力信号線に流れる電流値に基づいて検出する。したがって、１本の出力信号線で液温及び液面の情報を出力することができるとともに、蓄電池のマイナスラインに電位差が生じても誤検出を防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記非安定マルチバイブレータは、タイマＩＣと、前記タイマＩＣのオン・オフ時期を設定するために前記タイマＩＣに接続された外付け抵抗及びコンデンサからなる時定数設定回路とで構成されるとともに、前記温度検出用抵抗が前記時定数設定回路の一部を構成しており、前記温度検出用抵抗の値により、前記定電流源からの電流が前記出力信号線に供給される時間が変化する。この発明では、発振回路のパルス出力の周期が、タイマＩＣに外付けされた温度検出用抵抗を含む外付け用抵抗及びコンデンサにより設定することができ、市販のタイマＩＣを使用して所望の出力周期を有する発振回路を容易に構成することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記温度検出用抵抗は、前記時定数設定回路を構成する他の外付け抵抗と並列接続されている。この発明では、温度検出用抵抗が断線した状態では、時定数設定回路の外付け抵抗の合成抵抗値が大きくなり、時定数設定回路により設定される発振回路の出力パルス周期が長くなる。したがって、温度検出用抵抗の断線異常と、発振回路の他の箇所の断線異常とを区別することが可能になる。また、温度検出用抵抗に断線が生じた状態においても液面状態の異常の有無を検出することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記出力信号線には、前記発振回路を流れる電流及び前記電源を流れる電流のうち少なくとも一方が供給される。この発明では、温度検出用抵抗が断線状態においても、発振回路及び電源のうち少なくとも一方を流れる電流の有無に基づいて、出力信号線の断線の有無を検出することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記定電流源を第１の定電流源とし、第２の定電流源をさらに備え、前記液面検出電極は前記第２の定電流源を介して前記出力信号線に接続されている。この発明では、第２の定電流源から流れる電流に基づき、液面検出電極の異常の有無を検出することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記電源及び前記第１の定電流源は、前記液面検出電極の電位より低い電位の箇所において前記蓄電池に配線を介して電気的に接続され、前記スイッチング素子を第１のスイッチング素子とし、前記液面検出電極と前記配線との間に第２のスイッチング素子が接続され、前記配線と前記出力信号線とは前記第２のスイッチング素子がオンの状態でオンになる第３のスイッチング素子及び前記第２の定電流源を介して電気的に接続されており、前記第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子は前記液面検出電極に電流が流れる状態においてオンになる。

この発明では、液温状態は請求項５に記載の発明の場合と同様に検出される。一方、液面状態は、液面異常の場合、発振回路の消費電流の値をベースとして、第１のスイッチング素子がオンのときに、ベースに第１の定電流源からの電流の値を加えた大きさの電流が出力信号線に流れる。また、液面異常の場合、発振回路の消費電流の値と、第２の定電流源からの電流の値とをベースとして、第１のスイッチング素子がオンのときに、ベースに第１の定電流源からの電流の値を加えた大きさの電流が出力信号線に流れる。したがって、出力信号線に流れる電流の大きさから液面状態が正常か異常かを検出することができる。また、第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子を設けずに、液面検出電極が直接第２の定電流源に接続される構成では、蓄電池の振動等により蓄電池の液面より上の壁面に付着した電解液に起因するリーク電流により、液面検出電極が液面から僅か離れただけでは電流が流れ続け、液面状態の検出精度が悪くなる虞がある。しかし、第２及び第３のスイッチング素子を設けることにより、前記リーク電流による検出精度の悪化を防止することができる。さらに、液面が異常な状態であっても液温の情報を出力信号線に出力することが可能で、液温が異常な状態でも液面の情報を出力信号線に出力することが可能になる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記液面検出電極は、前記定電流源及び前記発振回路の電源のプラス側に接続されている。この発明では、液面状態が正常な場合、液温状態は請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明の場合と同様に検出される。一方、液面状態が異常な場合、即ち液面検出電極が電解液から離脱した状態では、出力信号線に流れる電流が零になる。

本発明によれば、１本の出力信号線で液温及び液面の情報を出力することができるとともに、蓄電池のマイナスラインに電位差が生じても誤検出を防止することができる蓄電池状態検出装置を提供することができる。

第１の実施形態の回路図。（ａ）は液面状態を示す信号線電流のタイムチャート、（ｂ）は液温状態を示す信号線電流のタイムチャート、（ｃ）は温度センサの断線等を示す信号線電流のタイムチャート。第２実施形態の回路図。第３実施形態の回路図。従来技術の蓄電池状態検出装置の模式図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載された蓄電池に装備する蓄電池状態検出装置に具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。

図１に示すように、蓄電池状態検出装置１０は、液面検出電極１１と、温度検出用抵抗１２と、１つの出力信号線１３とを備えている。
液面検出電極１１は、第１の定電流源１４及び発振回路１５の出力によりオン・オフされる第１のスイッチング素子１６を介して出力信号線１３に接続されている。詳述すると、液面検出電極１１は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を介して第１の定電流源１４に接続されている。ダイオードＤ１は、カソードが抵抗Ｒ１に接続され、アノードが液面検出電極１１に接続されている。発振回路１５の電源１７及び第１の定電流源１４は、液面検出電極１１の電位より低い電位の箇所において蓄電池１８に配線１９を介して電気的に接続されている。配線１９にはカソードが抵抗Ｒ２と第１の定電流源１４との接続点に接続され、アノードが蓄電池１８に接続された状態でダイオードＤ２が設けられている。第１のスイッチング素子１６にはＮＰＮ型バイポーラトランジスタが使用され、そのコレクタが第１の定電流源１４に、エミッタが出力信号線１３にそれぞれ接続され、ベースは抵抗Ｒ３を介して発振回路１５の出力端子に、抵抗Ｒ４を介して出力信号線１３にそれぞれ接続されている。

また、液面検出電極１１と配線１９との間に第２のスイッチング素子２０が接続され、配線１９と出力信号線１３とは第２のスイッチング素子２０がオンの状態でオンになる第３のスイッチング素子２１と、第２の定電流源２２とを介して電気的に接続されている。詳述すると、第２のスイッチング素子２０にはＰＮＰ型バイポーラトランジスタが使用され、第３のスイッチング素子２１にはＮＰＮ型バイポーラトランジスタが使用されている。第２のスイッチング素子２０は、そのエミッタが抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に、コレクタが抵抗Ｒ５を介して第３のスイッチング素子２１のベースに、ベースが第３のスイッチング素子２１のコレクタに接続されている。第３のスイッチング素子２１は、コレクタが第２の定電流源２２に接続され、ベースが抵抗Ｒ６を介して第２の定電流源２２に接続されている。第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１は液面検出電極１１に電流が流れる状態においてオンになる。即ち、出力信号線１３には、液面検出電極１１が正常な状態では、第２の定電流源２２からの電流が供給されるようになっている。

発振回路１５は、タイマＩＣ２３と、タイマＩＣ２３に内蔵された容量放電用スイッチ（図示せず）のオン・オフ時期を設定するためにタイマＩＣ２３に接続された外付け抵抗Ｒ７，Ｒ８及びコンデンサＣを有する時定数設定回路２４とで構成されている。温度検出用抵抗１２は外付け抵抗Ｒ８に並列接続されている。即ち、温度検出用抵抗１２が時定数設定回路２４の一部を構成している。電源１７、タイマＩＣ２３、コンデンサＣのグランド側は出力信号線１３に接続されている。即ち、出力信号線１３には、発振回路１５を流れる電流又は電源１７を流れる電流のうち少なくとも一方が供給されるようになっている。詳述すると、タイマＩＣ２３には、例えば、公知のタイマＩＣ５５５が使用され、外付け抵抗Ｒ７と外付け抵抗Ｒ８との接続点がディスチャージ端子に接続され、外付け抵抗Ｒ８とコンデンサＣとの接続点がトリガ端子及びスレッシュホールド（スレッショルド）端子の両端子に接続されて、非安定マルチバイブレータを構成している。そして、タイマＩＣ２３の出力端子が発振回路１５の出力端子になる。

車両側には電流検出装置３０が設けられている。出力信号線１３は、車両側に設けられた電流検出用抵抗Ｒ１０の一端にダイオードＤ３を介して接続されており、電流検出用抵抗Ｒ１０の多端は蓄電池１８のマイナス端子に接続されている。電流検出装置３０は、電流検出用抵抗Ｒ１０の電圧を検出することにより、出力信号線１３から出力される電流値を検出する。電流検出装置３０の検出信号は、制御装置３１に送られる。制御装置３１はマイクロコンピュータを備え、電流検出装置３０の検出信号から蓄電池１８の液面状態及び液温状態の異常の有無を判断する。

制御装置３１は、液面異常あるいは液温異常と判断すると、必要な処理を行う。必要な処理としては、例えば、図示しない異常表示灯やブザー等の異常表示装置に駆動信号を出力する処理や車両の性能制限処理がある。車両の性能制限処理としては、走行車速の制限や加速制限等がある。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
蓄電池１８の液面及び液温の異常の有無に拘らず、電源１７及び第１の定電流源１４には配線１９を介して電流が供給される。また、蓄電池１８の液面が正常な状態では、液面検出電極１１を介しても電源１７及び第１の定電流源１４に電流が供給される。

液面検出電極１１を介して電流が供給な状態では、第２のスイッチング素子２０がオン状態に保持されるとともに、第３のスイッチング素子２１もオン状態に保持される。そして、第２の定電流源２２からの電流Ｉ２が出力信号線１３に流れる。また、第１のスイッチング素子１６がオン状態の間は、第１の定電流源１４からの電流Ｉ１が出力信号線１３に流れる。さらに、電源１７が電力供給可能な状態においては、第１のスイッチング素子１６、第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１のオン状態及びオフ状態に拘らず、出力信号線１３には電源１７及び発振回路１５で使用された電流Ｉ０が流れる。その結果、液面状態の検出に使用することができる電流の経時変化として図２（ａ）に示すような経時変化が生じる。

即ち、液面が正常な状態では、図２（ａ）の左側に示されるように、Ｌレベルの電流値が（Ｉ０＋Ｉ２）となり、Ｈレベルの電流値が（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）となる矩形波信号が出力信号線１３から繰り返し出力される。また、液面が異常な状態では、図２（ａ）の右側に示されるように、Ｌレベルの電流値がＩ０となり、Ｈレベルの電流値が（Ｉ０＋Ｉ１）となる矩形波信号が出力信号線１３から繰り返し出力される。

一方、発振回路１５に電源１７から電流が供給される状態になると、タイマＩＣ２３は外付け抵抗Ｒ７，Ｒ８及び温度検出用抵抗１２の抵抗値と、コンデンサＣの容量とによって決まる時間間隔でＬレベルの状態とＨレベルの状態とを繰り返すパルス信号を出力端子から出力し、その信号が発振回路１５の出力となる。そして、タイマＩＣ２３の出力がＨレベルの間、第１のスイッチング素子１６がオン状態になり、タイマＩＣ２３の出力がＬレベルの間、第１のスイッチング素子１６がオフ状態になる。外付け抵抗Ｒ８と温度検出用抵抗１２との合成抵抗をＲｈとすると、Ｈレベルの時間ＴＨ及びＬレベルの時間ＴＬは次式で表わされる。但し、ｋは定数。

ＴＨ＝ｋ・（Ｒ７＋Ｒｈ）・Ｃ
ＴＬ＝ｋ・Ｒｈ・Ｃ
Ｒｈ＝Ｒ１２・Ｒ８／（Ｒ１２＋Ｒ８）
即ち、温度検出用抵抗１２の抵抗値が大きくなると、合成抵抗Ｒｈの抵抗値は大きくなり、時間ＴＨ及び時間ＴＬは長くなる。したがって、例えば、高温になると抵抗値が大きくなる温度検出用抵抗１２を使用した場合には、蓄電池１８の液温が高温になると時間ＴＨが長くなり、蓄電池１８の液温が低温になると時間ＴＨが短くなる。また、逆に低温になると抵抗値が大きくなる温度検出用抵抗１２を使用した場合には、蓄電池１８の液温が低温になると、時間ＴＨが長くなる。その結果、液温状態を検出するための信号として、出力信号線１３にパルス状態で流れる電流Ｉ１は、図２（ｂ）に示すように、液温が正常な状態においては、液温が異常な状態におけるパルス幅より短いパルス幅で変化し、液温が異常な状態においては、パルス幅が長くなる。

前述したように、出力信号線１３には第１のスイッチング素子１６のオン・オフに拘らず、液面正常状態においては電流Ｉ０及び電流Ｉ２が流れ、液面異常状態においては、電流Ｉ０が流れる。したがって、図２（ｂ）におけるＬレベルの電流値は、液面正常状態においては（Ｉ０＋Ｉ２）になり、液面異常状態においてはＩ０になる。また、図２（ｂ）におけるＨレベルの電流値は、液面正常状態においては（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）になり、液面異常状態においては（Ｉ０＋Ｉ１）になる。

また、温度検出用抵抗１２が断線した場合は、タイマＩＣ２３の出力がＨレベルの時間ＴＨはｋ・（Ｒ７＋Ｒ８）になり、温度検出用抵抗１２が切断していない状態に比べて非常に長くなる。また、出力信号線１３が断線した場合は、出力信号線１３に流れる電流は零になる。したがって、温度検出用抵抗１２の断線、出力信号線１３の断線を検出に使用することができる電流の経時変化として図２（ｃ）に示すような経時変化が生じる。

上述したように、蓄電池１８の液温が正常か否かの情報はパルス幅の異なるパルス電流として出力信号線１３から出力され、液面が正常か否かの情報は電流値の異なるパルス電流として出力信号線１３から出力される。

出力信号線１３の出力信号は電流検出用抵抗Ｒ１０に流れ、電流検出装置３０により信号線電流が検出される。車両側に設けられた制御装置３１は、電流検出装置３０の検出信号に基づき、検出電流の変化状態から、液面状態及び液温状態の異常の有無、温度検出用抵抗１２の断線の有無、出力信号線１３の断線の有無を判断する。具体的には、液温正常時の時間ＴＨ，ＴＬで、Ｌレベルが（Ｉ０＋Ｉ２）、Ｈレベルが（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）の矩形波が繰り返されると、液温及び液面とも正常であると判断し、液温正常時の時間ＴＨ，ＴＬで、ＬレベルがＩ０、Ｈレベルが（Ｉ０＋Ｉ１）の矩形波が繰り返されると、液温は正常で液面が異常であると判断する。また、液温異常時の時間ＴＨ，ＴＬで、Ｌレベルが（Ｉ０＋Ｉ２）、Ｈレベルが（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）の矩形波が繰り返されると、液温は異常で、液面が正常であると判断し、液温異常時の時間ＴＨ，ＴＬで、ＬレベルがＩ０、Ｈレベルが（Ｉ０＋Ｉ１）の矩形波が繰り返されると、液温及び液面が異常であると判断する。また、Ｌレベル及びＨレベルの値に関係なく、Ｈレベルの継続時間が温度検出用抵抗１２の断線時の時間になると、温度検出用抵抗１２の断線と判断し、検出電流値が零になると出力信号線１３の断線と判断する。

車両に搭載される蓄電池１８にはモータ等の負荷が接続されているため、蓄電池１８のマイナスラインに電位差が生じる場合がある。そのため、特許文献１の蓄電池状態検出装置のように、液温及び液面の情報を電圧情報として出力信号線１３から送る構成にすると、電位の変動により出力信号線１３からの出力電圧が変動し、電圧検出装置において誤検出の生じる虞がある。しかし、この実施形態では、液温状態及び液面状態の情報を電圧情報ではなく、電流情報として出力するため、蓄電池１８のマイナスラインに電位差が生じても誤検出が防止される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）蓄電池状態検出装置１０は、液面検出電極１１と、温度検出用抵抗１２と、１つの出力信号線１３とを備え、出力信号線１３には、液面検出電極１１を流れる電流と、発振回路１５の出力によりオン・オフ制御されるスイッチング素子（第１のスイッチング素子１６）を介して定電流源（第１の定電流源１４）から流れる電流とが供給される。発振回路１５は、非安定マルチバイブレータで構成されるとともに、その発振周期を設定する回路に温度検出用抵抗１２が使用され、発振回路１５の電源１７及び第１の定電流源１４は、蓄電池状態検出装置が装着される蓄電池１８から電源供給される。したがって、１本の出力信号線で液温及び液面の情報を出力することができるとともに、蓄電池のマイナスラインに電位差が生じても誤検出を防止することができる。

（２）発振回路１５は、タイマＩＣ２３と、タイマＩＣ２３のオン・オフ時期を設定するためにタイマＩＣ２３に接続された外付け抵抗Ｒ７，Ｒ８及びコンデンサＣからなる時定数設定回路２４とで構成されるとともに、温度検出用抵抗１２が時定数設定回路２４の一部を構成している。電源１７及び第１の定電流源１４は、液面検出電極１１の電位より低い電位の箇所において蓄電池１８に配線１９を介して電気的に接続され、そして、蓄電池状態検出装置１０は、液面検出電極１１が蓄電池１８の電解液に接触する状態で使用される。したがって、出力信号線１３に流れる電流がある値以上で流れる周期に基づいて、液温が異常温度か否かが検出可能になる。また、温度検出用抵抗１２に断線が生じた状態においても液面状態の異常の有無を検出することができる。即ち、液面が異常な状態であっても液温の情報を出力信号線１３に出力することが可能で、液温が異常な状態でも液面の情報を出力信号線１３に出力することが可能になる。

（３）液面検出電極１１と配線１９との間に第２のスイッチング素子２０が接続されている。配線１９と出力信号線１３とは第２のスイッチング素子２０がオンの状態でオンになる第３のスイッチング素子２１及び第２の定電流源２２を介して電気的に接続されており、第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１がオンの状態で第２の定電流源２２から出力信号線１３へ電流Ｉ２が流れる。そして、出力信号線１３に流れる電流の大きさから液面状態が正常か異常かを検出することができる。液面検出電極１１が蓄電池１８の液面から僅か離れただけでは、蓄電池１８の振動等により蓄電池１８の液面より上の壁面に付着した電解液に起因して僅かなリーク電流が液面検出電極１１を介して流れる場合がある。そのため、第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１を設けずに、液面検出電極１１が第２の定電流源２２に接続される構成では、液面検出電極１１が液面から僅か離れても、前記の僅かなリーク電流により第２の定電流源２２から電流Ｉ２が出力信号線１３へ流れ、液面状態の検出精度が悪くなる虞がある。しかし、第２及び第３のスイッチング素子２０，２１を設けた場合は、前記リーク電流により第２及び第３のスイッチング素子２０，２１がオンにならなければ、第２の定電流源２２から出力信号線１３へ電流Ｉ２は流れない。したがって、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値をリーク電流によっては第２及び第３のスイッチング素子２０，２１がオンにならないように設定することにより、液面状態の検出精度の悪化を防止することができる。

（４）温度検出用抵抗１２は、時定数設定回路２４を構成する他の外付け抵抗Ｒ８と並列接続されている。温度検出用抵抗１２を、時定数設定回路２４を構成する他の外付け抵抗と直列に接続した場合は、温度検出用抵抗１２が断線すると、コンデンサＣの充放電ができなくなる。しかし、この実施形態では、温度検出用抵抗１２が断線すると、時定数設定回路２４の外付け抵抗の合成抵抗値が大きくなり、時定数設定回路２４により設定される発振回路１５の出力パルス周期が長くなる。そのため、温度検出用抵抗１２の断線異常と、発振回路１５の他の箇所の断線異常とを区別することが可能になる。

（５）出力信号線１３には第１の定電流源１４からの電流Ｉ１及び第２の定電流源２２からの電流Ｉ２が流れない状態、即ち液面検出電極１１が電解液から離脱し、温度検出用抵抗１２が断線状態においても、発振回路１５を流れる電流及び電源１７を流れる電流Ｉ０が供給される。したがって、電流Ｉ０以上の電流が流れているか否かに基づいて、出力信号線１３の断線の有無を検出することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図３にしたがって説明する。この実施形態では、第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１を設けずに、液面検出電極１１からの電流をダイオードＤ１から第２の定電流源２２に直接供給されるように構成されている点が前記第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と基本的に同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図３に示すように、液面検出電極１１は、ダイオードＤ１を介して第２の定電流源２２に直接接続されている。また、第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１が設けられていないため、第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１を所定のタイミングで、即ち第２のスイッチング素子２０がオンの状態で第３のスイッチング素子２１がオンになるようにするための抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６も設けられていない。

この実施形態では、第１の実施形態と同様に、液面が正常な状態、即ち液面検出電極１１が蓄電池１８の電解液から離脱していない状態では、第２の定電流源２２から電流Ｉ２が出力信号線１３に流れる。また、液面が異常な状態、即ち液面検出電極１１が蓄電池１８の電解液から離脱した状態では、第２の定電流源２２から出力信号線１３への電流Ｉ２の流れはなくなる。一方、発振回路１５の作用、即ち液温の異常の有無を検出する作用は第１の実施形態と同様になる。そのため、出力信号線１３から出力される電流は、液温及び液面の状態に対応して、第１の実施形態の図２（ａ）〜（ｃ）と同様に変化する状態で出力される。

したがって、この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１），（４），（５）と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（６）第２及び第３のスイッチング素子２０，２１を設けず、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６も不要のため、構成が簡単になるとともに製造コストを低減することができる。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図４にしたがって説明する。この実施形態では、蓄電池状態検出装置１０に蓄電池１８から電流が供給される経路が液面検出電極１１を介しての１経路である点と、第２の定電流源２２がなく定電流源が第１の定電流源１４のみである点とが前記両実施形態と大きく異なっている。第１の実施形態と基本的に同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図４に示すように、液面検出電極１１は、ダイオードＤ２及び配線１９を介して第１の定電流源１４及び電源１７のプラス側に接続されている。第２及び第３のスイッチング素子２０，２１、第２の定電流源２２、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６は設けられていない。

この実施形態では、液面が正常な状態、即ち液面検出電極１１が蓄電池１８の電解液から離脱していない状態では、第１の定電流源１４及び電源１７に液面検出電極１１を介して電流が供給される。出力信号線１３には第１のスイッチング素子１６のオン・オフに拘らず、電流Ｉ０が流れる。また、第１のスイッチング素子１６がオン状態の間は、第１の定電流源１４からの電流Ｉ１が出力信号線１３に流れる。一方、液面が異常な状態、即ち液面検出電極１１が蓄電池１８の電解液から離脱している状態では、第１の定電流源１４及び電源１７に電流が供給されない状態となり、発振回路１５は作動されない。

そのため、前記両実施形態と異なり、液面異常状態においては液温の状態を検出することができない。また、第２の定電流源２２が存在しないため、第１のスイッチング素子１６のオン・オフに伴って出力信号線１３に流れる信号電流の変化として、図２（ａ）に示す変化はなくなる。そして、液面異常の検出は図２（ａ）に示す信号電流の変化に基づいて行うのではなく、出力信号線１３に流れる信号電流が零になったか否かで行い、信号電流が零のときに液面異常となる。

したがって、この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１），（４）と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）第２及び第３のスイッチング素子２０，２１、第２の定電流源２２、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６を設けないため、構成がより簡単になるとともに製造コストをより低減することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 発振回路１５を構成する非安定マルチバイブレータは、タイマＩＣ２３と、タイマＩＣ２３に接続された外付け抵抗Ｒ７，Ｒ８、温度検出用抵抗１２及びコンデンサＣからなる時定数設定回路２４で構成されるものに限らない。例えば、４個の抵抗、２個のコンデンサ及び２個のトランジスタで構成される一般の非安定マルチバイブレータの抵抗の一つに温度検出用抵抗１２を使用してもよい。

○ 時定数設定回路２４を構成する温度検出用抵抗１２は、外付け抵抗Ｒ８と並列接続する代わりに外付け抵抗Ｒ７と並列接続してもよい。温度検出用抵抗１２を外付け抵抗Ｒ７と並列接続した場合は、タイマＩＣ２３の出力がＨレベルとなる時間ＴＨは温度検出用抵抗１２の温度変化によって変化するが、Ｌレベルとなる時間ＴＬは変化しない。

○ 時定数設定回路２４を構成する温度検出用抵抗１２を他の外付け抵抗と直列接続してもよい。例えば、外付け抵抗Ｒ７に代えて温度検出用抵抗１２を接続したり、Ｒ８に代えて温度検出用抵抗１２を接続したりしてもよい。しかし、この場合は、温度検出用抵抗１２が断線すると、コンデンサＣの充放電ができなくなる。

○ 出力信号線１３には、発振回路１５を流れる電流及び電源１７を流れる電流のうち少なくとも一方が供給されればよく、発振回路１５及び電源１７を流れる電流の両方が出力信号線１３に流れる構成に限らない。例えば、発振回路１５用又は電源１７用のアースを別に設けて、出力信号線１３には、発振回路１５を流れる電流又は電源１７を流れる電流の一方が流れるようにしてもよい。

○ 第１のスイッチング素子１６、第２のスイッチング素子２０及び第３のスイッチング素子２１はバイポーラトランジスタに限らず、たとえば、ＭＯＳトランジスタを使用してもよい。

○ 蓄電池状態検出装置１０は、車両に搭載される蓄電池１８に限らず、所定の位置に固定された状態で使用される蓄電池に使用してもよい。
○ 蓄電池状態検出装置１０を車両に搭載される蓄電池１８に使用した場合、制御装置３１を設けずに、電流検出装置３０の検出信号により、異常表示灯やブザー等の異常表示装置を駆動させる構成としてもよい。

○ 蓄電池状態検出装置１０を車両に搭載される蓄電池１８に使用した場合、制御装置３１は、液面異常や液温異常の際、先ず、異常表示灯やブザー等の異常表示装置を駆動させた後、所定時間経過後も液温異常や液面異常の状態が継続している場合に、車両の性能制限処理を行うようにしてもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）液面検出電極と、温度検出用抵抗と、１本の出力信号線とを備えた蓄電池状態検出装置であって、蓄電池の液温が正常か否かの情報をパルス幅の異なるパルス電流として前記出力信号線から出力し、液面が正常か否かの情報を電流値の異なるパルス電流として前記出力信号線から出力することを特徴とする蓄電池状態検出装置。

（２）請求項１〜請求項７及び技術的思想（１）のいずれか１項に記載の蓄電池状態検出装置が装備された蓄電池を搭載し、前記出力信号線の出力信号を入力し、その信号に基づいて蓄電池の液面状態及び液温状態の異常の有無を判断する制御装置を備えた車両。

Ｃ…コンデンサ、Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２…電流、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６…抵抗、Ｒ７，Ｒ８…外付け抵抗、１０…蓄電池状態検出装置、１１…液面検出電極、１２…温度検出用抵抗、１３…出力信号線、１４…第１の定電流源、１５…発振回路、１６…第１のスイッチング素子、１７…電源、１８…蓄電池、１９…配線、２０…第２のスイッチング素子、２１…第３のスイッチング素子、２２…第２の定電流源、２３…タイマＩＣ、２４…時定数設定回路。

Claims

液面検出電極と、温度検出用抵抗と、１つの出力信号線とを備えた蓄電池状態検出装置であって、
前記出力信号線には、前記液面検出電極を流れる電流と、発振回路の出力によりオン・オフ制御されるスイッチング素子を介して定電流源から流れる電流とが供給され、
前記発振回路は、非安定マルチバイブレータで構成されるとともに、その発振周期を設定する回路に前記温度検出用抵抗が使用され、
前記発振回路の電源及び前記定電流源は、蓄電池状態検出装置が装着される蓄電池から電源供給されることを特徴とする蓄電池状態検出装置。
前記非安定マルチバイブレータは、タイマＩＣと、前記タイマＩＣのオン・オフ時期を設定するために前記タイマＩＣに接続された外付け抵抗及びコンデンサからなる時定数設定回路とで構成されるとともに、前記温度検出用抵抗が前記時定数設定回路の一部を構成しており、
前記温度検出用抵抗の値により、前記定電流源からの電流が前記出力信号線に供給される時間が変化する請求項１に記載の蓄電池状態検出装置。
前記温度検出用抵抗は、前記時定数設定回路を構成する他の外付け抵抗と並列接続されている請求項２に記載の蓄電池状態検出装置。
前記出力信号線には、前記発振回路を流れる電流及び前記電源を流れる電流のうち少なくとも一方が供給される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄電池状態検出装置。
前記定電流源を第１の定電流源とし、第２の定電流源をさらに備え、
前記液面検出電極は前記第２の定電流源を介して前記出力信号線に接続されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄電池状態検出装置。
前記電源及び前記第１の定電流源は、前記液面検出電極の電位より低い電位の箇所において前記蓄電池に配線を介して電気的に接続され、
前記スイッチング素子を第１のスイッチング素子とし、前記液面検出電極と前記配線との間に第２のスイッチング素子が接続され、前記配線と前記出力信号線とは前記第２のスイッチング素子がオンの状態でオンになる第３のスイッチング素子及び前記第２の定電流源を介して電気的に接続されており、前記第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子は前記液面検出電極に電流が流れる状態においてオンになる請求項５に記載の蓄電池状態検出装置。
前記液面検出電極は、前記定電流源及び前記発振回路の電源のプラス側に接続されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄電池状態検出装置。