JP6911006B2

JP6911006B2 - 温度検出回路

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Publication number: JP6911006B2
Application number: JP2018502593A
Authority: JP
Inventors: 矢野　準也; 準也矢野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: WO2017150013A1; CN108700475A; US11211645B2; US20190051952A1; JPWO2017150013A1

Description

本発明は、計測対象物の温度を検出する温度検出回路に関する。

計測対象物の温度に応じた温度計測電圧を出力する温度計測回路と、温度計測電圧に基づいて温度を演算するＭＰＵ（Micro Processor Unit）とを備える温度検出回路が知られている。ＭＰＵの回路故障やソフトウェアの誤動作により正しく温度が検出されない場合を考慮して、温度検出回路は、冗長回路である温度監視回路を備えている。温度監視回路は、温度計測電圧に基づいて温度を監視し、温度が異常な場合、ＭＰＵおよび安全停止装置などに異常を通知する。これにより、温度検出回路が設けられる機器の品質および信頼性を向上できる。このような温度監視回路の故障を所望のタイミングで診断する必要がある。

特開２０１５−１１８０６８号公報

しかし、温度が異常にならない限り温度監視回路は作動しないため、通常の温度では温度監視回路の故障を診断できない。そこで、故障診断の際、温度監視回路に温度計測電圧が供給されないよう温度監視回路と温度計測回路とをスイッチにより切り離した上で、温度監視回路へ故障診断用の信号を入力する技術が考えられる。しかし、このような技術では回路規模とコストが増大する。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路の故障を診断できる温度検出回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の温度検出回路は、温度に応じた温度計測電圧を計測ノードに出力する温度計測回路と、前記温度計測電圧に基づいて温度を演算する演算回路と、前記温度計測電圧が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号を有効にする温度監視回路と、前記温度監視回路の故障診断時、前記計測ノードに診断信号を供給して、前記温度計測電圧を変化させる診断信号生成回路と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路の故障を検出できる。

本発明の一実施形態に係る温度検出回路の回路図である。図１の温度検出回路の温度計測電圧と異常検知信号の制御電圧との関係を示す図である。複数の温度における図１の温度検出回路の温度計測電圧と制御電圧との関係を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る温度検出回路１の回路図である。温度検出回路１は、温度計測回路１０と、演算回路２０と、温度監視回路３０と、診断信号生成回路４０とを備える。

温度計測回路１０は、計測対象物の温度に応じた温度計測電圧Ｖ１を計測ノードＮ１に出力する。計測対象物は、特に限定されないが、例えば、車両用電源装置、航空用電源装置、船舶用電源装置、または、定置型電源装置などである。計測対象物は、これらの電源装置に含まれる二次電池であってもよい。

演算回路２０は、例えばＭＰＵであり、計測ノードＮ１に接続された入力端子２０ａと、入力端子２０ｂと、出力端子２０ｃとを有する。演算回路２０は、入力端子２０ａに入力された温度計測電圧Ｖ１に基づいて温度を演算する。演算回路２０は、ＡＤ変換器を含んでおり、ＡＤ変換器により温度計測電圧Ｖ１をＡＤ変換し、得られたデジタル信号を処理して温度を得る。演算回路２０は、得られた温度が異常である場合、外部に異常を通知する。

演算回路２０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。

温度監視回路３０は、計測ノードＮ１に接続され、温度計測電圧Ｖ１に基づいて温度を監視する。温度監視回路３０は、温度計測電圧Ｖ１が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号Ｖ２を有効にする。温度監視回路３０は、異常検知信号Ｖ２を演算回路２０の入力端子２０ｂおよび外部の安全停止装置１００などに出力する。温度監視回路３０は、温度計測電圧Ｖ１が異常電圧範囲外にある場合、異常検知信号Ｖ２を無効にする。異常電圧範囲は、計測対象物に異常が生じている場合の温度範囲に対応する。演算回路２０は、異常検知信号Ｖ２が有効になると、外部に異常を通知する。安全停止装置１００は、異常検知信号Ｖ２が有効になると、計測対象物の動作を停止させる。

このような構成により、演算回路２０の回路故障やソフトウェアの誤動作により正しく温度が検出されない場合であっても、計測対象物に温度異常が生じている場合には、温度監視回路３０が異常検知信号Ｖ２を有効にすることができる。

演算回路２０は、所定の診断タイミングで温度監視回路３０の故障を診断する。故障診断時、演算回路２０は、出力端子２０ｃから診断信号生成回路４０に制御電圧Ｖ３を出力し、制御電圧Ｖ３に応じて異常検知信号Ｖ２が正しく有効または無効になるか確認する。これにより、演算回路２０は、温度監視回路３０が故障しているか否か診断できる。診断タイミングは、例えば、計測対象物の起動時、動作終了時、一時停止中などである。演算回路２０は、ＤＡ変換器を有しており、このＤＡ変換器により、予めプログラムされたデジタルデータをＤＡ変換して制御電圧Ｖ３を生成する。

診断信号生成回路４０は、計測ノードＮ１に接続され、温度監視回路３０の故障診断時、制御電圧Ｖ３に応じて計測ノードＮ１に診断信号を供給して、温度計測回路１０が測定する測定対象物の温度とは無関係に温度計測電圧Ｖ１を変化させる。具体的には、診断信号生成回路４０は、故障診断時、制御電圧Ｖ３に応じて温度計測電圧Ｖ１を異常電圧範囲内の値に変化させる。診断信号生成回路４０は、故障診断時、制御電圧Ｖ３に応じて温度計測電圧Ｖ１を異常電圧範囲内の値と異常電圧範囲外の値に変化させてもよい。

診断信号生成回路４０は、故障診断時以外では、制御電圧Ｖ３に応じて出力を高インピーダンスに設定する。これにより、温度を検出する間、診断信号生成回路４０が温度計測電圧Ｖ１に影響を与えないようにできる。そのため、正確な温度を検出できる。

以下、温度計測回路１０、温度監視回路３０および診断信号生成回路４０の回路構成の一例について説明するが、これに限らない。

温度計測回路１０は、分圧抵抗Ｒｄと、感温素子１１とを有する。分圧抵抗Ｒｄは、電源電圧（第１固定電圧）ＶＤＤが供給される一端と、計測ノードＮ１に接続された他端とを有する。

感温素子１１は、計測対象物の温度を精度良く検出できるよう、計測対象物に熱結合される。感温素子１１は、温度に応じて抵抗値が変化する素子であり、例えば、サーミスタである。感温素子１１は、計測ノードＮ１に接続された一端と、接地電圧（第２固定電圧）が供給される他端とを有する。本実施形態では、感温素子１１は、温度が増加するほど抵抗値が減少するが、これとは逆の特性であってもよい。

分圧抵抗Ｒｄと感温素子１１は、分圧回路を構成している。この構成により、温度計測回路１０は、感温素子１１の抵抗値を温度計測電圧Ｖ１に変換する

温度監視回路３０は、コンパレータ３１と、コンパレータ３２とを有する。
コンパレータ３１は、基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給される非反転入力端子と、計測ノードＮ１に接続された反転入力端子と、異常検知信号Ｖ２を出力する出力端子とを有する。コンパレータ３２は、基準電圧Ｖｒｅｆ２が供給される反転入力端子と、計測ノードＮ１に接続された非反転入力端子と、コンパレータ３１の出力端子に接続された出力端子とを有する。

基準電圧Ｖｒｅｆ１は、基準電圧Ｖｒｅｆ２より高い。異常電圧範囲は、基準電圧Ｖｒｅｆ１以上、基準電圧Ｖｒｅｆ２以下の範囲である。コンパレータ３１，３２は、ウィンドウ型のコンパレータとして機能する。

診断信号生成回路４０は、第１トランジスタＴＲ１と、第２トランジスタＴＲ２と、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、第３抵抗Ｒ３と、第４抵抗Ｒ４とを有する。

第１トランジスタＴＲ１は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、第３抵抗Ｒ３を介して制御電圧Ｖ３が供給されるベースと、電源電圧ＶＤＤが供給されるコレクタと、エミッタとを有する。

第１抵抗Ｒ１は、第１トランジスタＴＲ１のエミッタに接続された一端と、接地電圧が供給される他端とを有する。

第２トランジスタＴＲ２は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、第１トランジスタＴＲ１のエミッタに第４抵抗Ｒ４を介して接続されたベースと、計測ノードＮ１に接続されたコレクタと、エミッタとを有する。

第２抵抗Ｒ２は、第２トランジスタＴＲ２のエミッタに接続された一端と、接地電圧が供給される他端とを有する。

第１トランジスタＴＲ１と第１抵抗Ｒ１は、エミッタフォロワ回路を構成している。第２トランジスタＴＲ２と第２抵抗Ｒ２は、オープンコレクタ回路を構成している。

診断信号生成回路４０は、故障診断時、計測ノードＮ１から電流を引き込んで、分圧抵抗Ｒｄに流れる電流を増加させ、温度計測回路１０が測定する測定対象物の温度とは無関係に温度計測電圧Ｖ１を変化させる。診断信号生成回路４０が計測ノードＮ１から引き込む電流は、前述の故障診断信号に対応する。具体的には、制御電圧Ｖ３に応じて第１および第２トランジスタＴＲ１，ＴＲ２に流れるベース電流およびコレクタ電流が変化し、これにより分圧抵抗Ｒｄに流れる電流も変化する。結果として、制御電圧Ｖ３に応じて第２トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間電圧が変化することにより温度計測電圧Ｖ１が変化する。

故障診断時以外では、制御電圧Ｖ３は例えば０Ｖに設定され、診断信号生成回路４０は電流の引き込みを停止する。この時、第２トランジスタＴＲ２のコレクタは、高インピーダンスになっている。

図２は、図１の温度検出回路１の温度計測電圧Ｖ１と異常検知信号Ｖ２の制御電圧Ｖ３との関係を示す図である。図２では、感温素子１１の温度は２５℃であり、温度監視回路３０は故障していない。

制御電圧Ｖ３が０Ｖから電圧Ｖ３ａの間では、第１および第２トランジスタＴＲ１，ＴＲ２にコレクタ電流が流れない。そのため、温度計測電圧Ｖ１は、２５℃を示す値となっている。この時、演算回路２０は温度を２５℃と演算する。温度計測電圧Ｖ１は異常電圧範囲ＶＲ１外であるため、異常検知信号Ｖ２は、ローレベル、即ち無効である。

制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ａより高くなると、第２トランジスタＴＲ２にコレクタ電流が流れ、温度計測電圧Ｖ１は、２５℃を示す値より低下する。

制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ａより高い電圧Ｖ３ｂ付近になると、第２トランジスタＴＲ２により多くのコレクタ電流が流れ、温度計測電圧Ｖ１は最小値となる。この最小値は、基準電圧Ｖｒｅｆ２より低い。そのため、制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ａから電圧Ｖ３ｂの間で異常検知信号Ｖ２が一旦ハイレベル、即ち有効になるが、電圧Ｖ３ｂでは異常検知信号Ｖ２は無効である。

制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｂより高くなるほど、第２トランジスタＴＲ２に流れるコレクタ電流が減少し、温度計測電圧Ｖ１は最小値より高くなる。

制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｂより高い電圧Ｖ３ｃになると、温度計測電圧Ｖ１は基準電圧Ｖｒｅｆ２と等しくなる。制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｃより高い電圧Ｖ３ｄになると、温度計測電圧Ｖ１は基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなる。そのため、制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｃから電圧Ｖ３ｄの間では、温度計測電圧Ｖ１は基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒｅｆ２との間、すなわち異常電圧範囲ＶＲ１内にある。この場合、異常検知信号Ｖ２は有効である。

制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｄより高くなるほど、温度計測電圧Ｖ１は基準電圧Ｖｒｅｆ１より高くなる。そのため、この場合には異常検知信号Ｖ２は無効である。

以上から、制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｃから電圧Ｖ３ｄの間に設定された時に異常検知信号Ｖ２が無効である場合、温度監視回路３０が故障していると診断できる。

また、制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｂから電圧Ｖ３ｃの間、または、電圧Ｖ３ｄより高く設定され、異常検知信号Ｖ２が有効である場合、温度監視回路３０が故障していると診断できる。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆ１または基準電圧Ｖｒｅｆ２が誤っている故障も診断できる。

演算回路２０は、制御電圧Ｖ３を、電源電圧ＶＤＤから電圧Ｖ３ｂまたは０Ｖまで段階的に低下させてもよく、電圧Ｖ３ｂまたは０Ｖから電源電圧ＶＤＤまで段階的に増加させてもよい。これにより、より高精度に故障を診断できる。

図３は、複数の温度における図１の温度検出回路１の温度計測電圧Ｖ１と制御電圧Ｖ３との関係を示す図である。図３では、感温素子１１の温度が−５０℃、−４０℃、２５℃、６５℃、９５℃、１２０℃の場合の温度計測電圧Ｖ１を示している。

制御電圧Ｖ３が０Ｖから電圧Ｖ３ａの間では、温度計測電圧Ｖ１は、それぞれの温度に応じて示される値となっている。温度が増加するほど、温度計測電圧Ｖ１は低下する。

図示する例では、基準電圧Ｖｒｅｆ１は７０℃の温度計測電圧Ｖ１に対応し、基準電圧Ｖｒｅｆ２は９０℃の温度計測電圧Ｖ１に対応する。温度を検出する時に温度計測電圧Ｖ１が異常電圧範囲ＶＲ１内にある場合、温度は７０〜９０℃であり、計測対象物が異常であり、異常検知信号Ｖ２が有効になる。

図２と同様に、各温度において、制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｂより高くなるほど、温度計測電圧Ｖ１は最小値より増加する。制御電圧Ｖ３が電圧Ｖ３ｂから電圧Ｖ３ｅの範囲では、温度が−５０℃〜１２０℃において、温度計測電圧Ｖ１は、基準電圧Ｖｒｅｆ２未満から基準電圧Ｖｒｅｆ１より高く変化する。したがって、制御電圧Ｖ３を電圧Ｖ３ｂから電圧Ｖ３ｅまで変化させることで、温度計測回路１０が測定する測定対象物の温度によらず、異常検知信号Ｖ２を無効から有効に変化させた後、有効から無効に変化させることができる。そのため、故障診断時の温度によらず、温度監視回路３０の故障をより高精度に診断できる。

このように、本実施形態によれば、温度監視回路３０の故障診断時、診断信号生成回路４０が、温度計測回路１０が測定する測定対象物の温度とは無関係に温度計測電圧Ｖ１を変化させるようにしている。これにより、計測ノードＮ１と温度監視回路３０との間にスイッチを設けて温度監視回路３０に温度計測電圧Ｖ１が供給されないようにすることなく、通常の温度環境において、温度監視回路３０が正しく異常検知信号Ｖ２を有効にするか否か確認することができる。従って、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路３０の故障を診断できる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。これら実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、第１および第２トランジスタＴＲ１，ＴＲ２として、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタなどの他のスイッチ素子を用いてもよい。

また、異常電圧範囲を基準電圧Ｖｒｅｆ１以上、基準電圧Ｖｒｅｆ２以下の範囲に設定する一例について説明したが、異常電圧範囲をある基準電圧以下またはある基準電圧以上に設定してもよい。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
温度に応じた温度計測電圧を計測ノード（Ｎ１）に出力する温度計測回路（１０）と、
前記温度計測電圧に基づいて温度を演算する演算回路（２０）と、
前記温度計測電圧が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号を有効にする温度監視回路（３０）と、
前記温度監視回路（３０）の故障診断時、前記計測ノード（Ｎ１）に診断信号を供給して、前記温度計測電圧を変化させる診断信号生成回路（４０）と、
を備えることを特徴とする温度検出回路（１）。
これによれば、回路規模とコストの増大を抑制しつつ温度監視回路（３０）の故障を診断できる。
［項目２］
前記温度計測回路（１０）は、
第１固定電圧が供給される一端と、前記計測ノード（Ｎ１）に接続された他端とを有する分圧抵抗（Ｒｄ）と、
前記計測ノード（Ｎ１）に接続された一端と、第２固定電圧が供給される他端とを有し、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子（１１）と、を有し、
前記診断信号生成回路（４０）は、前記故障診断時、電流を前記計測ノード（Ｎ１）から引き込んで、前記温度計測電圧を変化させることを特徴とする項目１に記載の温度検出回路（１）。
これによれば、簡単な回路で温度に無関係に温度計測電圧を変化させることができる。［項目３］
前記診断信号生成回路（４０）は、前記故障診断時以外では、前記電流の引き込みを停止することを特徴とする項目２に記載の温度検出回路（１）。
これによれば、温度を検出する間、診断信号生成回路（４０）が温度計測電圧に影響を与えないようにできる。そのため、正確な温度を検出できる。
［項目４］
前記診断信号生成回路（４０）は、
制御電圧が供給されるベースと、前記第１固定電圧が供給されるコレクタと、を有する第１トランジスタ（ＴＲ１）と、
前記第１トランジスタ（ＴＲ１）のエミッタに接続された一端と、前記第２固定電圧が供給される他端とを有する第１抵抗（Ｒ１）と、
前記第１トランジスタ（ＴＲ１）のエミッタに接続されたベースと、前記計測ノード（Ｎ
１）に接続されたコレクタと、を有する第２トランジスタ（ＴＲ２）と、
前記第２トランジスタ（ＴＲ２）のエミッタに接続された一端と、前記第２固定電圧が供給される他端とを有する第２抵抗（Ｒ２）と、
を有することを特徴とする項目２または３に記載の温度検出回路（１）。
これによれば、簡単な構成で診断信号生成回路（４０）を実現できる。
［項目５］
前記診断信号生成回路（４０）は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値に変化させることを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の温度検出回路（１）。
これによれば、異常検知信号が有効になるか確認することにより、短時間で温度監視回路（３０）の故障を診断できる。
［項目６］
前記診断信号生成回路（４０）は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値と前記異常電圧範囲外の値に変化させることを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の温度検出回路（１）。
これによれば、温度計測電圧が異常電圧範囲内の値の時に異常検知信号が有効になるか確認し、温度計測電圧が異常電圧範囲外の値の時に異常検知信号が無効になるか確認することにより、温度監視回路（３０）の故障をより高精度に診断できる。なお、温度計測電圧が異常電圧範囲内の値の時に異常検知信号が有効になることと、温度計測電圧が異常電圧範囲外の値の時に異常検知信号が無効になることのどちらか一方を確認することで温度監視回路（３０）の故障を診断してもよい。
［項目７］
前記演算回路（２０）は、前記故障診断時、前記制御電圧を前記第１固定電圧から段階的に低下させるか、または、前記制御電圧を前記第２固定電圧から段階的に増加させることを特徴とする項目４に記載の温度検出回路（１）。
これによれば、温度監視回路の故障をより高精度に診断できる。
［項目８］
前記温度計測回路（１０）は、二次電池の温度に応じた前記温度計測電圧を出力し、
前記異常電圧範囲は、前記二次電池に異常が生じている場合の温度範囲に対応することを特徴とする項目１から７のいずれか１項に記載の温度検出回路。
これによれば、二次電池の異常を検出できる。

１…温度検出回路、１０…温度計測回路、１１…感温素子、Ｒｄ…分圧抵抗、２０…演算回路、３０…温度監視回路、４０…診断信号生成回路、Ｒ１…第１抵抗、ＴＲ１…第１トランジスタ、Ｒ２…第２抵抗、ＴＲ２…第２トランジスタ。

Claims

温度に応じた温度計測電圧を計測ノードに出力する温度計測回路と、
前記温度計測電圧に基づいて温度を演算する演算回路と、
前記温度計測電圧が予め定められた異常電圧範囲内にある場合、温度異常を示す異常検知信号を有効にする温度監視回路と、
前記温度監視回路の故障診断時、前記計測ノードに診断信号を供給して、前記温度計測電圧を変化させる診断信号生成回路と、
を備え、
前記温度計測回路は、
第１固定電圧が供給される一端と、前記計測ノードに接続された他端とを有する分圧抵抗と、
前記計測ノードに接続された一端と、第２固定電圧が供給される他端とを有し、温度に応じて抵抗値が変化する感温素子と、を有し、
前記診断信号生成回路は、
制御電圧が供給されるベースと、前記第１固定電圧が供給されるコレクタと、を有する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタのエミッタに接続された一端と、前記第２固定電圧が供給される他端とを有する第１抵抗と、
前記第１トランジスタのエミッタに接続されたベースと、前記計測ノードに接続されたコレクタと、を有する第２トランジスタと、
前記第２トランジスタのエミッタに接続された一端と、前記第２固定電圧が供給される他端とを有する第２抵抗と、を有し、
前記診断信号生成回路は、前記故障診断時、前記計測ノードから電流を引き込んで、前記温度計測電圧を変化させることを特徴とする温度検出回路。
前記診断信号生成回路は、前記故障診断時以外では、前記電流の引き込みを停止することを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
前記診断信号生成回路は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値に変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の温度検出回路。
前記診断信号生成回路は、前記故障診断時、前記温度計測電圧を前記異常電圧範囲内の値と前記異常電圧範囲外の値に変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の温度検出回路。
前記演算回路は、前記故障診断時、前記制御電圧を前記第１固定電圧から段階的に低下させるか、または、前記制御電圧を前記第２固定電圧から段階的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の温度検出回路。
前記温度計測回路は、二次電池の温度に応じた前記温度計測電圧を出力し、
前記異常電圧範囲は、前記二次電池に異常が生じている場合の温度範囲に対応することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の温度検出回路。