(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象とする電池の充放電を行って当該電池の内部抵抗を利用した内部発熱にて当該電池を昇温させる電池制御方法において、
前記内部抵抗は、全周波数の交流電圧に対して追従できる抵抗成分である第１抵抗成分と、第１周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第１周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第２抵抗成分と、前記第１周波数より低い第２周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第２周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第３抵抗成分と、を含んでおり、
前記電池に対して前記第１周波数以下であり且つ前記第２周波数以上の周波数であって互いに異なる２種類以上の周波数である内部抵抗測定用周波数に設定した第１所定振幅を有する交流電圧である内部抵抗測定用交流電圧をそれぞれ印加し、印加したそれぞれの内部抵抗測定用交流電圧に対して発生するそれぞれの追従電流であるそれぞれの交流電流を測定し、印加したそれぞれの内部抵抗測定用交流電圧と、当該内部抵抗測定用交流電圧のそれぞれに対応させて測定したそれぞれの交流電流と、に基づいて、前記電池における少なくとも前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分を算出する内部抵抗算出ステップと、
前記電池の雰囲気温度と、目標電池温度と、算出した前記第１抵抗成分及び前記第２抵抗成分と、前記第１周波数以下の周波数であり且つ前記第２周波数以上の周波数に設定した昇温用周波数であるとともに第２所定振幅を有する交流電圧である昇温用交流電圧と、に基づいて、前記電池の昇温に必要な時間である昇温時間を算出する昇温時間算出ステップと、
前記電池の出力電圧に対応する直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた昇温用電圧を、前記昇温時間の間、前記電池に印加して前記電池を充放電させて昇温させる昇温ステップと、を有する、
電池制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電池制御方法であって、
前記電池は、複数が直列に接続された電池パックとして構成されており、
それぞれの電池に対して前記内部抵抗算出ステップと前記昇温時間算出ステップを行って、それぞれの電池に対する前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分と前記昇温時間を算出し、
前記昇温ステップの前にて、
前記電池パックの出力電圧を直列接続されている電池の個数で除した、電池平均電圧を算出し、
前記昇温ステップにて、
それぞれの電池に対して、それぞれの電池の出力電圧である固有出力電圧を測定し、それぞれの電池に対応する前記昇温時間をかけて前記固有出力電圧から徐々に前記電池平均電圧に達する固有直流電圧を設定し、設定した固有直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた前記昇温用電圧を、それぞれの電池に対応する昇温時間の間、それぞれの電池に印加して充放電させて昇温させる、
電池制御方法。
【請求項３】
対象とする電池の充放電を行って当該電池の内部抵抗を利用した内部発熱にて当該電池を昇温させる電池制御システムにおいて、
所定周波数且つ所定振幅の交流電圧を発生する交流電圧発生手段と、
所定電圧の直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、
前記交流電圧及び前記直流電圧の電源となる電源手段と、
前記交流電圧と前記直流電圧を重畳可能な電圧重畳手段と、
交流電流を測定可能な交流電流測定手段と、
直流電圧を測定可能な直流電圧測定手段と、
対象とする電池の雰囲気の温度を測定可能な温度測定手段と、
制御手段と、を備え、
前記内部抵抗は、全周波数の交流電圧に対して追従できる抵抗成分である第１抵抗成分と、第１周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第１周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第２抵抗成分と、前記第１周波数より低い第２周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第２周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第３抵抗成分と、を含んでおり、
前記制御手段は、
前記電源手段と前記交流電圧発生手段を用いて、前記第１周波数以下の周波数であり且つ前記第２周波数以上の周波数であって互いに異なる２種類以上の周波数である内部抵抗測定用周波数に設定された第１所定振幅を有する交流電圧である内部抵抗測定用交流電圧のそれぞれを前記電池に印加し、
前記交流電流測定手段を用いて、印加したそれぞれの前記内部抵抗測定用交流電圧に対して発生するそれぞれの追従電流であるそれぞれの交流電流を測定し、
印加したそれぞれの前記内部抵抗測定用交流電圧と、当該内部抵抗測定用電圧のそれぞれに対応させて測定したそれぞれの交流電流と、に基づいて、前記電池における少なくとも前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分を算出し、
前記温度測定手段を用いて測定した前記電池の雰囲気温度と、予め設定された目標電池温度と、算出した前記第１抵抗成分及び前記第２抵抗成分と、前記第１周波数以下の周波数であり且つ前記第２周波数以上の周波数に設定した昇温用周波数であるとともに第２所定振幅を有する交流電圧である昇温用交流電圧と、に基づいて、前記電池の昇温に必要な時間である昇温時間を算出し、
前記電源手段と、前記交流電圧発生手段と、前記直流電圧発生手段と、前記電圧重畳手段と、前記直流電圧測定手段と、を用いて、前記直流電圧測定手段にて測定した前記電池の出力電圧に対応させた直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた昇温用電圧を、前記昇温時間の間、前記電池に印加して前記電池を充放電させて昇温する、
電池制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電池制御システムであって、
前記電池は、複数が直列に接続された電池パックとして構成されており、
前記制御手段は、
それぞれの電池に対して前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分と前記昇温時間を算出し、
前記直流電圧測定手段を用いて、前記電池パックの出力電圧を測定し、測定した出力電圧を直列接続されている電池の個数で除した電池平均電圧を算出し、
それぞれの電池に対して前記昇温用電圧を印加する際、
前記直流電圧測定手段を用いて、それぞれの電池の出力電圧である固有出力電圧を測定し、
前記電源手段と、前記交流電圧発生手段と、前記直流電圧発生手段と、前記電圧重畳手段と、を用いて、それぞれの電池に対して、それぞれの電池に対応する前記昇温時間をかけて、前記固有出力電圧から徐々に前記電池平均電圧に達する固有直流電圧を設定し、設定した固有直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた前記昇温用電圧を、それぞれの電池に対応する前記昇温時間の間、それぞれの電池に印加して充放電させて昇温する、
電池制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寒冷地等にて温度の低下に伴って出力電力が低下した電池を適切に昇温することができる電池制御方法及び電池制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハイブリッド車や電気自動車等に使用される２次電池であるリチウムイオン電池は、温度が２５℃の場合の出力電力に対して、温度が−２０℃の場合の出力電力は、約１／１０程度まで低下する。この出力電力の低下を考慮して、低温時であっても確実に始動できる電池の数を設定しているので、車両に搭載する電池の数が増加して、電池の搭載スペースの増加と電池重量の増加を招いている。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載された従来技術には、車両に搭載したバッテリの充放電を操作可能な電気装置（双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、昇圧コンバータ、モータ等）と、当該電気装置の中から適切な電気装置を選択してバッテリの充放電を行うことでバッテリの昇温制御を行う選択手段と、を備えたバッテリの昇温制御装置が開示されている。この昇温制御装置は、バッテリを強制的に充放電することで、バッテリの内部抵抗によるジュール熱でバッテリの内部から発熱させることで昇温させて電池の出力電力を回復させている。
また、特許文献２及び特許文献３に記載された従来技術には、バッテリが低温の場合、バッテリの充電と放電を交互に周期的に繰り返すことでジュール熱を発生させてバッテリを昇温させる２次電池の制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９３８８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２８７０２号公報
【特許文献３】特開２００７−１２５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電池の内部発熱に利用する「内部抵抗」は、＋極、−極の集電体内を電子が流れるときの抵抗である「電子抵抗」と、電解液内をイオンが流れるときの抵抗である「液抵抗」と、イオンが活物質内へ出入りするときの抵抗である「反応抵抗」と、活物質内のイオンが活物質の奥へ拡散するとき及び電解液内をイオンが移動するときの抵抗である「拡散抵抗」と、を含んでいる。そして「反応抵抗」と「拡散抵抗」は、それぞれ固有の容量成分等を有しており、周波数によってインピーダンスが変化し、その値も数ｍΩ程度であるので、「内部抵抗」を求めることは非常に困難である。
そこで、特許文献１に記載された従来技術では、「内部抵抗」を求めることを行わず、実験データやシミュレーション等に基づいて作成したマップを用いて、バッテリを昇温させる充放電の振幅をバッテリ温度から求め、充放電の周期をバッテリ温度と前記振幅から求めている。従って、「内部抵抗」が「電子抵抗」と「液抵抗」と「反応抵抗」と「拡散抵抗」を含んでいることまでは言及していない。また、ハイブリッド車や電気自動車に搭載する電池は、複数の電池を直列接続した電池パックの形態で利用されているが、個々の電池で出力電圧も内部抵抗も異なる。更に出力電圧も内部抵抗も、電池の劣化状態で個々に変動する。従って、バッテリ温度を用いて求めた振幅や周期で画一的に昇温しても、各電池をそれなりに昇温することはできるが、最適に昇温することまではできない、と思料される。
また、特許文献２及び特許文献３も、特許文献１と同様に、「内部抵抗」を求めることを行っておらず、モータや昇圧コンバータを用いて充放電を行って昇温させている。しかし、「内部抵抗」が「電子抵抗」と「液抵抗」と「反応抵抗」と「拡散抵抗」を含んでいることまでは言及しておらず、「内部抵抗」を求めていないので、各電池をそれなりに昇温することはできるが、最適に昇温することまではできない、と思料される。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、個々の電池の内部抵抗を適切に求め、求めた内部抵抗を用いて、電池をより適切に昇温させることができる電池制御方法及び電池制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る電池制御方法は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、対象とする電池の充放電を行って当該電池の内部抵抗を利用した内部発熱にて当該電池を昇温させる電池制御方法である。
前記内部抵抗は、全周波数の交流電圧に対して追従できる抵抗成分である第１抵抗成分と、第１周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第１周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第２抵抗成分と、前記第１周波数より低い第２周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第２周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第３抵抗成分と、を含んでいる。
そして、前記電池に対して前記第１周波数以下であり且つ前記第２周波数以上の周波数であって互いに異なる２種類以上の周波数である内部抵抗測定用周波数に設定した第１所定振幅を有する交流電圧である内部抵抗測定用交流電圧をそれぞれ印加し、印加したそれぞれの内部抵抗測定用交流電圧に対して発生するそれぞれの追従電流であるそれぞれの交流電流を測定し、印加したそれぞれの内部抵抗測定用交流電圧と、当該内部抵抗測定用交流電圧のそれぞれに対応させて測定したそれぞれの交流電流と、に基づいて、前記電池における少なくとも前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分を算出する内部抵抗算出ステップと、前記電池の雰囲気温度と、目標電池温度と、算出した前記第１抵抗成分及び前記第２抵抗成分と、前記第１周波数以下の周波数であり且つ前記第２周波数以上の周波数に設定した昇温用周波数であるとともに第２所定振幅を有する交流電圧である昇温用交流電圧と、に基づいて、前記電池の昇温に必要な時間である昇温時間を算出する昇温時間算出ステップと、前記電池の出力電圧に対応する直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた昇温用電圧を、前記昇温時間の間、前記電池に印加して前記電池を充放電させて昇温させる昇温ステップと、を有する。
【０００７】
この第１の発明によれば、内部抵抗算出ステップにて、電池の内部抵抗における第１抵抗成分（電子抵抗と液抵抗に相当）と第２抵抗成分（反応抵抗に相当）を適切に算出することができる。そして、算出した内部抵抗を用いて、昇温時間算出ステップでは適切な昇温時間を算出することが可能であり、昇温ステップでは電池をより適切に目標電池温度へと昇温することが可能である。
【０００８】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る電池制御方法であって、前記電池は、複数が直列に接続された電池パックとして構成されている。
それぞれの電池に対して前記内部抵抗算出ステップと前記昇温時間算出ステップを行って、それぞれの電池に対する前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分と前記昇温時間を算出し、前記昇温ステップの前にて、前記電池パックの出力電圧を直列接続されている電池の個数で除した、電池平均電圧を算出する。
そして、前記昇温ステップにて、それぞれの電池に対して、それぞれの電池の出力電圧である固有出力電圧を測定し、それぞれの電池に対応する前記昇温時間をかけて前記固有出力電圧から徐々に前記電池平均電圧に達する固有直流電圧を設定し、設定した固有直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた前記昇温用電圧を、それぞれの電池に対応する昇温時間の間、それぞれの電池に印加して充放電させて昇温させる。
【０００９】
この第２の発明によれば、複数の電池を直列接続した電池パックが構成されていた場合、個々の電池の出力電圧も内部抵抗も異なるものであるが、個々の電池のそれぞれをより適切に目標電池温度へと昇温することができる。
更に、各電池の出力電圧のばらつきを平坦化して電池平均電圧にすることができるので、複数の電池が直列接続された電池パックの充放電特性を最大限に利用することが可能となる。
【００１０】
次に、本発明の第３の発明は、対象とする電池の充放電を行って当該電池の内部抵抗を利用した内部発熱にて当該電池を昇温させる電池制御システムにおいて、所定周波数且つ所定振幅の交流電圧を発生する交流電圧発生手段と、所定電圧の直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、前記交流電圧及び前記直流電圧の電源となる電源手段と、前記交流電圧と前記直流電圧を重畳可能な電圧重畳手段と、交流電流を測定可能な交流電流測定手段と、直流電圧を測定可能な直流電圧測定手段と、対象とする電池の雰囲気の温度を測定可能な温度測定手段と、制御手段と、を備える。
前記内部抵抗は、全周波数の交流電圧に対して追従できる抵抗成分である第１抵抗成分と、第１周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第１周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第２抵抗成分と、前記第１周波数より低い第２周波数以下の交流電圧に対して追従できるが前記第２周波数より高い周波数の交流電圧に対して追従できない抵抗成分である第３抵抗成分と、を含んでいる。
前記制御手段は、前記電源手段と前記交流電圧発生手段を用いて、前記第１周波数以下の周波数であり且つ前記第２周波数以上の周波数であって互いに異なる２種類以上の周波数である内部抵抗測定用周波数に設定された第１所定振幅を有する交流電圧である内部抵抗測定用交流電圧のそれぞれを前記電池に印加し、前記交流電流測定手段を用いて、印加したそれぞれの前記内部抵抗測定用交流電圧に対して発生するそれぞれの追従電流であるそれぞれの交流電流を測定し、印加したそれぞれの前記内部抵抗測定用交流電圧と、当該内部抵抗測定用電圧のそれぞれに対応させて測定したそれぞれの交流電流と、に基づいて、前記電池における少なくとも前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分を算出する。
また前記制御手段は、前記温度測定手段を用いて測定した前記電池の雰囲気温度と、予め設定された目標電池温度と、算出した前記第１抵抗成分及び前記第２抵抗成分と、前記第１周波数以下の周波数であり且つ前記第２周波数以上の周波数に設定した昇温用周波数であるとともに第２所定振幅を有する交流電圧である昇温用交流電圧と、に基づいて、前記電池の昇温に必要な時間である昇温時間を算出する。
そして前記制御手段は、前記電源手段と、前記交流電圧発生手段と、前記直流電圧発生手段と、前記電圧重畳手段と、前記直流電圧測定手段と、を用いて、前記直流電圧測定手段にて測定した前記電池の出力電圧に対応させた直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた昇温用電圧を、前記昇温時間の間、前記電池に印加して前記電池を充放電させて昇温する。
【００１１】
この第３の発明によれば、電池をより適切に目標電池温度へと昇温することができる電池制御システムを、適切に実現することができる。
【００１２】
次に、本発明の第４の発明は、上記第３の発明に係る電池制御システムであって、前記電池は、複数が直列に接続された電池パックとして構成されている。
前記制御手段は、それぞれの電池に対して前記第１抵抗成分と前記第２抵抗成分と前記昇温時間を算出し、前記直流電圧測定手段を用いて、前記電池パックの出力電圧を測定し、測定した出力電圧を直列接続されている電池の個数で除した電池平均電圧を算出する。
そして前記制御手段は、それぞれの電池に対して前記昇温用電圧を印加する際、前記直流電圧測定手段を用いて、それぞれの電池の出力電圧である固有出力電圧を測定し、前記電源手段と、前記交流電圧発生手段と、前記直流電圧発生手段と、前記電圧重畳手段と、を用いて、それぞれの電池に対して、それぞれの電池に対応する前記昇温時間をかけて、前記固有出力電圧から徐々に前記電池平均電圧に達する固有直流電圧を設定し、設定した固有直流電圧に前記昇温用交流電圧を重畳させた前記昇温用電圧を、それぞれの電池に対応する前記昇温時間の間、それぞれの電池に印加して充放電させて昇温する。
【００１３】
この第４の発明によれば、個々の電池のそれぞれをより適切に目標電池温度へと昇温することができる電池制御システムを、適切に実現することができる。
更に、各電池の出力電圧のばらつきを平坦化して電池平均電圧にすることが可能であり、複数の電池が直列接続された電池パックの充放電特性を最大限に利用することを可能とする電池制御システムを、適切に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】例としてハイブリッド車１の場合において、電池パックＢＰと、制御装置２０と、電源手段３０の、搭載位置の例を説明する図である。
【図２】（Ａ）は電池Ｂの外観の例と、複数の電池Ｂを直列接続した電池パックＢＰの外観の例を説明する図であり、（Ｂ）は電池Ｂの内部抵抗の等価回路の例を説明する図である。
【図３】（Ａ）は電池出力電圧（直流電圧）に昇温用交流電圧を重畳した昇温用電圧の例を説明する図であり、（Ｂ）は昇温用電圧の周波数と、各周波数における昇温の効率を説明するグラフである。
【図４】（Ａ）は制御装置２０の構成及び電池Ｂｎとの接続の例を説明する図であり、（Ｂ）は交流電圧発生手段と直流電圧発生手段と電圧重畳手段を含む電圧出力回路２２の例を説明する図である。
【図５】内部抵抗測定用交流電圧と追従電流の例を説明する図である。
【図６】内部抵抗を求める際に利用するＣｏｌｅ・Ｃｏｌｅプロットの例を説明する図である。
【図７】制御手段２１の処理手順の例を説明するフローチャートである。
【図８】（Ａ）は電池平均電圧Ｅよりも高い固有出力電圧Ａｎを有する電池Ｂｎを充放電する場合の昇温用電圧の例を説明する図であり、（Ｂ）は電池平均電圧Ｅよりも低い固有出力電圧Ａｍを有する電池Ｂｍを充放電する場合の昇温用電圧の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の電池制御システムを適用した車両１（ハイブリッド車や電気自動車等）の外見の例を示している。
【００１６】
●［電池パックＢＰと制御装置２０と電源手段３０の搭載位置（図１）］
本発明の電池制御システムは、制御装置２０と電源手段３０にて構成されており、図１に示すように、車両１の床下部に電池パックＢＰと隣接する位置に搭載されている。
【００１７】
●［電池パックＢＰ、電池Ｂの外観と電池Ｂの内部抵抗（図２）］
電池パックＢＰは、図２に示すように、複数の電池Ｂが直列接続されて構成されている。なお、電池Ｂは、例えばリチウムイオン２次電池であり、図示省略するが、隣り合う電池の＋極と−極がバスバーと呼ばれる導電体で接続されて直列に接続されている。
なお、温度２５℃における電池パックＢＰの出力電力に対して、温度−２０℃における電池パックＢＰの出力電力は、約１／１０程度まで低下することが知られている。そこで、−２０℃等の低温時における始動性を確保するために必要な数の電池Ｂにて電池パックＢＰが構成されているので、電池Ｂの数が多く、スペースを必要とするとともに重量が増加している。
【００１８】
電池パックＢＰを構成する電池Ｂの数を低減するには、電池Ｂを適切に昇温することができればよい。
電池Ｂを昇温させるためには、ヒータ等で外部から熱を加えるよりも、電池Ｂの内部抵抗を利用したジュール熱にて内部から発熱させることが効率的である。
ジュール熱を発生させるためには、電池Ｂに対して充電と放電を繰り返せば良いが、電池Ｂの内部抵抗は、それぞれ異なる値であるので、各電池Ｂに同じ周波数かつ同じ振幅の電圧を同じ時間だけ入力しても、それぞれ異なる温度に昇温されてしまう。
特許文献１〜３に記載された従来技術を用いながら、各電池Ｂの温度が同じ温度となるように昇温するには、それぞれの電池Ｂに温度センサを設ける必要があり、コスト、スペース、配線数等が大きく増加してしまう。
【００１９】
電池Ｂの内部抵抗は、図２（Ｂ）の等価回路に示すとおりであり、電子抵抗Ｒｅと液抵抗Ｒｓと反応抵抗Ｒｃｔと拡散抵抗Ｚｗとを含んでいる。
電子抵抗Ｒｅは、＋極、−極の集電体内を電子が流れるときの抵抗であり、容量成分を含んでおらず、抵抗成分Ｒｅのみにて表現され、全ての周波数に対して追従可能な抵抗である。なお、「追従可能」とは、印加した電圧に対してリアルタイムに電流が流れることを指し、例えば正弦波の交流電圧を印加した場合、遅れ時間はあるが正弦波の交流電流が発生することを指す。
液抵抗Ｒｓは、電解液内をイオンが流れるときの抵抗であり、容量成分を含んでおらず、抵抗成分Ｒｓのみにて表現され、全ての周波数に対して追従可能な抵抗である。
反応抵抗Ｒｃｔは、イオンが活物質内へ出入りするときの抵抗であり、容量成分を含んでおり、抵抗成分Ｒｒと容量成分Ｃｒの並列回路にて表現される。そして反応抵抗Ｒｃｔは、例えば８００Ｈｚ以下の周波数（第１周波数に相当）に対して追従可能であるが、８００Ｈｚを超える周波数に対しては容量成分Ｃｒの影響により追従できない。
拡散抵抗Ｚｗは、活物質内のイオンが活物質の奥へ拡散するときの抵抗、及び電解液内をイオンが移動するときの抵抗であり、容量成分を含んでいる。そして拡散抵抗Ｚｗは、例えば０．５Ｈｚ以下の周波数（第２周波数に相当）に対して追従可能であるが、０．５Ｈｚを超える周波数に対しては容量成分の影響により追従できない。
なお、電池Ｂにおける最も昇温したい個所は、電極部分を除いた電池の内部全体であり、反応抵抗を有する部分である。従って、反応抵抗を用いたジュール熱を発生させることが好ましい。
【００２０】
●［電池Ｂを充放電させて昇温する際に入力する昇温用電圧の周波数の選定（図３）］
次に図３（Ａ）を用いて、電池Ｂを昇温する際に印加する昇温用電圧の例を説明する。
電池Ｂを充放電させて昇温するために、当該電池Ｂの出力電圧と同電圧の直流電圧に昇温用交流電圧を重畳させた昇温用電圧を、電池Ｂに印加する。これにより、昇温用電圧が電池出力電圧よりも高い場合は電池Ｂを充電し、昇温用電圧が電池出力電圧よりも低い場合は電池Ｂから放電され、電池Ｂを充放電することができる。
本実施の形態の説明では、昇温用交流電流の振幅を±５０ｍＶに設定した例で説明するが、昇温用交流電流の振幅は±５０ｍＶに限定されるものではない。
また、昇温用交流電流の周波数は、以下のようにして決定する。
【００２１】
図３（Ｂ）は、リチウムイオン電池における、昇温用電圧の周波数と、昇温に使われたエネルギー／投入電力と、の関係を表したグラフである。当該グラフより、昇温用電圧の周波数がｆｍｘの場合に、最も効率良く昇温することができることがわかる。電池Ｂがリチウムイオン電池の場合、周波数ｆｍｘは約４００Ｈｚであった。この周波数は、反応抵抗を用いたジュール熱を発生させることができる周波数であり、非常に好ましい。
仮に昇温用電圧の周波数を４００Ｈｚとした場合、この周波数における内部抵抗のインピーダンスでジュール熱が発生することになる。従って、４００Ｈｚの周波数では、内部抵抗の中でも、上記の電子抵抗Ｒｅ、液抵抗Ｒｓ、反応抵抗Ｒｃｔがジュール熱を発生させることになる。これらを求めれば、昇温用交流電流による充放電の消費電流と、電子抵抗Ｒｅと液抵抗Ｒｓと反応抵抗Ｒｃｔを含む内部抵抗のインピーダンスと、電池Ｂの比熱等から、単位時間当たりの昇温温度を求めることができる。
更に、昇温開始時の電池Ｂの温度と、目標電池温度との温度差から、昇温時間を求めることができる。
昇温開始時の電池Ｂの温度は、電池Ｂに直接取り付けた、あるいは電池Ｂの周囲に配置した温度センサ２５（図４（Ａ）参照）にて検出する。また目標電池温度は、２５℃等の予め固定した温度でも良いし、昇温開始時の電池Ｂの温度や昇温前の電池Ｂの出力電圧等から求めるようにしても良い。以降に説明する本実施の形態では、目標電池温度を２５℃に固定した例で説明する。
【００２２】
●［制御装置２０の構成と各電池Ｂｎとの接続状態（図４）］
次に図４（Ａ）を用いて、制御装置２０の構成と、制御装置２０と電源手段３０と電池パックＢＰの各電池Ｂｎとの接続について説明する。
制御装置２０は、ＣＰＵ等の制御手段２１、交流電圧発生手段と直流電圧発生手段と電圧重畳手段とを含む電圧出力回路２２、交流電流測定手段を含む電流検出回路２３、直流電圧測定手段を含む電圧検出回路２４、選択回路ＳＬとを有している。
各電池Ｂ１、Ｂ２・・Ｂｎの＋極と−極は、それぞれ端子Ｓ１、Ｓ２・・Ｓｎに接続されている。また電池Ｂ１〜ＢｎがバスバーＢｂにて直列接続された電池パックＢＰの＋極と−極は端子ＳＴに接続されている。
選択回路ＳＬは、制御手段２１からの信号に基づいて、端子Ｓ１、Ｓ２・・Ｓｎ、ＳＴのいずれか１つに接続されている＋極と−極を、電圧出力回路２２と電流検出回路２３と電圧検出回路２４に接続する。
また、電池パックＢＰの雰囲気温度を検出する温度センサ２５（温度測定手段に相当）が、電池Ｂｎに直接取り付けられている、または電池パックＢＰの周囲に配置されている。
電源手段３０は、キャパシタや２次電池等であり、電池Ｂの放電動作時には放電された電力を蓄積し、電池Ｂの充電動作時には蓄積されている電力を供給する。なお、電源手段３０は電圧出力回路２２に接続されている。
【００２３】
以上の構成と接続により、制御手段２１は、選択回路ＳＬに制御信号を出力して端子Ｓ１、Ｓ２・・Ｓｎ、ＳＴのいずれか１つを選択し、選択した電池の＋極と−極に、電源手段３０からの電力を使って電圧出力回路２２にて生成した電圧（交流電圧や直流電圧）を印加することができる。制御手段２１は、電圧出力回路２２に制御信号を出力して、種々の電圧値の直流電圧を生成することが可能であり、種々の周波数及び振幅の交流電圧を生成することが可能であり、生成した直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を生成することが可能である。そして生成した電圧を、選択した電池の＋極と−極に印加する。
また制御手段２１は、電流検出回路２３を介して、選択した電池の＋極と−極の間に発生している交流電流を検出することができる。
また制御手段２１は、電圧検出回路２４を介して、選択した電池の＋極と−極の間に発生している直流電圧を検出することができる。
また制御手段２１は、温度センサ２５からの検出信号に基づいて、電池パックＢＰの雰囲気温度（あるいは電池Ｂｎの温度）を検出することができる。
【００２４】
図４（Ｂ）に電圧出力回路２２の例を示す。
ＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースとドレインの間にはダイオードＤ１が接続され、Ｔｒ１のゲートには制御手段２１からの制御信号が入力される。そしてＴｒ１のドレインには電源手段３０の＋極が接続され、Ｔｒ１のソースはコイルＬ１の一方端に接続されている。
ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースとドレインの間にはダイオードＤ２が接続され、Ｔｒ２のゲートには制御手段２１からの制御信号が入力される。そしてＴｒ２のドレインはコイルＬ１の一方端に接続され、Ｔｒ２のソースは接地されている。
ＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースとドレインの間にはダイオードＤ３が接続され、Ｔｒ３のゲートには制御手段２１からの制御信号が入力される。そしてＴｒ３のドレインはコイルＬ１の他方端に接続され、Ｔｒ３のソースは接地されている。
ＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースとドレインの間にはダイオードＤ４が接続され、Ｔｒ４のゲートには制御手段２１からの制御信号が入力される。そしてＴｒ４のドレインはコンデンサＣ１の一方端に接続され、Ｔｒ４のソースはコイルＬ１の他方端に接続されている。
コンデンサＣ１の他方端は接地されており、コンデンサＣ１の両端が選択回路ＳＬに接続されている。
【００２５】
●［制御手段２１の処理手順（図５）］
次に図５に示すフローチャートを用いて、制御手段２１の処理手順について説明する。
図５に示すフローチャートは、例えば車両１の始動前や、リモコン等による始動指令を受信した場合等にて実行される。
そして図５に示す制御手段２１の処理は、各電池Ｂ１〜Ｂｎの内部抵抗を求める内部抵抗算出ステップＳ１００と、各電池Ｂ１〜Ｂｎの昇温時間を求める昇温時間算出ステップＳ２００と、各電池Ｂ１〜Ｂｎを充放電させて昇温する昇温ステップＳ３００と、を有している。
【００２６】
制御手段２１は、ステップＳ１１０にて、電池Ｂ１〜Ｂｎのいずれかの電池を特定するためのｎに１を代入し、ステップＳ１２０に進む。
ステップＳ１２０にて、制御手段２１は、選択回路ＳＬに対して電池Ｂ（ｎ）（この場合、電池Ｂ１）に対応する端子Ｓ（ｎ）（この場合、端子Ｓ１）を選択する信号を出力し、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０にて、制御手段２１は、電圧出力回路２２を制御して周波数ｆ１にて所定振幅を有する交流電圧（ｆ１）を電池Ｂ（ｎ）に印加し、電流検出回路２３からの検出信号に基づいて、追従電流（ｆ１）を測定し、ステップＳ１４０に進む。
ステップＳ１４０にて、制御手段２１は、電圧出力回路２２を制御して周波数ｆ２にて所定振幅を有する交流電圧（ｆ２）を電池Ｂ（ｎ）に印加し、電流検出回路２３からの検出信号に基づいて、追従電流（ｆ２）を測定し、ステップＳ１５０に進む。
ステップＳ１５０にて、制御手段２１は、電圧出力回路２２を制御して周波数ｆ３にて所定振幅を有する交流電圧（ｆ３）を電池Ｂ（ｎ）に印加し、電流検出回路２３からの検出信号に基づいて、追従電流（ｆ３）を測定し、ステップＳ１６０に進む。
ステップＳ１６０にて、制御手段２１は、交流電圧（ｆ１）と追従電流（ｆ１）、交流電圧（ｆ２）と追従電流（ｆ２）、交流電圧（ｆ３）と追従電流（ｆ３）に基づいて、少なくとも電子抵抗Ｒｅと液抵抗Ｒｓ（第１抵抗成分に相当）と、反応抵抗Ｒｃｔ（第２抵抗成分に相当）を算出し、ステップＳ１７０に進む。
【００２７】
ここで、図６及び図７を用いて、ステップＳ１００の内部抵抗算出ステップ（特にステップＳ１３０〜ステップＳ１６０）について詳細を説明する。当該ステップでは、いわゆる交流インピーダンス法を利用したＣｏｌｅ・Ｃｏｌｅプロットから内部抵抗（電子抵抗Ｒｅ＋液抵抗Ｒｓと、反応抵抗Ｒｃｔ）を算出する。なお、交流インピーダンス法、及びＣｏｌｅ・Ｃｏｌｅプロットは既存のものであるので、概要を説明する。
図６は交流電圧を印加した際に発生する追従電流の例を示している。印加した交流電圧に対して追従電流には遅れ時間ΔＴが存在する。また、印加した交流電圧の振幅に対して、追従電流の振幅は内部抵抗のインピーダンスに応じた振幅となる。
本実施の形態では、印加した交流電圧（ｆ１）の周波数を８００Ｈｚ、交流電圧（ｆ２）の周波数を４００Ｈｚ、交流電圧（ｆ３）の周波数を０．５Ｈｚとした。また、交流電圧（ｆ１）〜交流電圧（ｆ３）の振幅は、どれも±２０ｍＶとした。この交流電圧（ｆ１）〜交流電圧（ｆ３）の周波数が内部抵抗測定用周波数に相当し、交流電圧（ｆ１）〜交流電圧（ｆ３）の振幅が第１所定振幅に相当する。
交流電圧（ｆ１）に対する追従電流（ｆ１）の遅れ時間ΔＴ（ｆ１）、振幅（ｆ１）等から、図７に示すＣｏｌｅ・Ｃｏｌｅプロット中のＰ（ｆ１）の位置が決定する。同様に、交流電圧（ｆ２）に対してＰ（ｆ２）の位置が決定し、交流電圧（ｆ３）に対してＰ（ｆ３）の位置が決定する。
図７に示すＣｏｌｅ・Ｃｏｌｅプロットでは、Ｐ（ｆ１）、Ｐ（ｆ２）、Ｐ（ｆ３）が円弧上（半円上）に位置することはわかっているので、これらを円弧で結んで行くと、電子抵抗Ｒｅ＋液抵抗Ｒｓのインピーダンスの実数成分と、反応抵抗Ｒｃｔのインピーダンスの実数成分を求めることができる。
なお上記の例では、互いに異なる３つの内部抵抗測定用周波数の交流電圧を印加して内部抵抗を求める例を説明したが、３つに限定されず、互いに異なる２つ以上の周波数の交流電圧を印加して、それぞれの追従電流を求めればよい。
また、交流電圧（ｆ１）〜交流電圧（ｆ３）は、１０周期程度の印加で充分測定が可能であり、比較的短時間に測定することができる。
ステップＳ１７０では、制御手段２１は、全ての電池Ｂ（ｎ）の内部抵抗の算出が終了したか否かを判定する。全ての電池Ｂ（ｎ）の内部抵抗の算出が終了した場合（Ｙｅｓ）はステップＳＡ１０に進み、そうでない場合（Ｎｏ）はステップＳ１８０を経由してｎにｎ＋１を代入して（次の電池Ｂ（ｎ＋１）の用意をして）ステップＳ１２０に戻る。
【００２８】
ステップＳＡ１０に進んだ場合、制御手段２１は、選択回路ＳＬに対して電池パックＢＰに対応する端子ＳＴを選択する信号を出力し、ステップＳＡ２０に進む。
ステップＳＡ２０にて、制御手段２１は、端子ＳＴと電圧検出回路２４を介して電池パックＢＰの出力電圧を測定する。そして測定した電池パックＢＰの出力電圧を、電池パックＢＰを構成している電池Ｂ１〜Ｂｎの個数で除して、電池平均電圧を算出し、ステップＳＡ３０に進む。
ステップＳＡ３０にて、制御手段２１は、選択回路ＳＬを用いて電池Ｂ１〜Ｂｎを順番に電圧検出回路２４に接続し、電池Ｂ１〜Ｂｎのそれぞれの出力電圧である固有出力電圧（ｎ）を測定し、昇温する電池の順番を決定し、ステップＳ２１０に進む。例えば１番目は固有出力電圧が最大の電池、２番目は固有出力電圧が最小の電池、３番目は固有出力電圧が上から２番目の電池、４番目は固有出力電圧が下から２番目の電池・・という具合に固有出力電圧が高−低−高−低・・となるように順番を決定する。
【００２９】
ステップＳ２１０にて、制御手段２１は、温度センサ２５からの検出信号に基づいて、電池Ｂ１〜Ｂｎの雰囲気温度（電池Ｂ１〜Ｂｎの温度）を測定し、雰囲気温度と目標電池温度から必要熱量を算出し、ステップＳ２２０に進む。なお、目標電池温度は、２５℃等の固定の温度でも良いし、雰囲気温度等に応じた温度を求めるようにしても良い。
ステップＳ２２０にて、制御手段２１は、電池Ｂ１〜Ｂｎのいずれかの電池を特定するためのｎに１を代入し、ステップＳ２３０に進む。
ステップＳ２３０にて、制御手段２１は、選択回路ＳＬに対して電池Ｂ（ｎ）（この場合、電池Ｂ１）に対応する端子Ｓ（ｎ）（この場合、端子Ｓ１）を選択する信号を出力し、ステップＳ２４０に進む。
ステップＳ２１０にて、制御手段２１は、電池Ｂ（ｎ）の内部抵抗（ｎ）と、昇温用交流電圧と、必要熱量から、電池Ｂ（ｎ）の昇温時間（ｎ）を算出し、ステップＳ２５０に進む。昇温用交流電圧は、例えば周波数４００Ｈｚ（図３（Ｂ）における最も効率の良い周波数）、振幅±５０ｍＶ（第２所定振幅に相当）の交流電圧である。この昇温用交流電圧の周波数は、反応抵抗Ｒｃｔが追従できる周波数であり、且つ拡散抵抗Ｚｗが追従できない周波数であり、第１周波数（この場合、８００Ｈｚ）以下であり且つ第２周波数（この場合、０．５Ｈｚ）以上の周波数である。また、内部抵抗（ｎ）は、ステップＳ１６０にて求めた、電子抵抗Ｒｅと液抵抗Ｒｓ（第１抵抗成分）と、反応抵抗Ｒｃｔ（第２抵抗成分）である。
ステップＳ２５０では、制御手段２１は、全ての電池Ｂ（ｎ）の昇温時間の算出が終了したか否かを判定する。全ての電池Ｂ（ｎ）の昇温時間の算出が終了した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ３１０に進み、そうでない場合（Ｎｏ）はステップＳ２６０を経由してｎにｎ＋１を代入して（次の電池Ｂ（ｎ＋１）の用意をして）ステップＳ２３０に戻る。
【００３０】
ステップＳ３１０にて、制御手段２１は、ステップＳＡ３０の結果に基づいて、最初に昇温する電池Ｂｎを選択し、ステップＳ３２０に進む。
ステップＳ３２０にて、制御手段２１は、固有出力電圧（ｎ）と電池平均電圧と昇温時間（ｎ）から、昇温時間（ｎ）の時間をかけて固有出力電圧（ｎ）から徐々に電池平均電圧に達する固有直流電圧（ｎ）を設定し、ステップＳ３３０に進む。
ステップＳ３３０にて、制御手段２１は、固有直流電圧（ｎ）に昇温用交流電圧を重畳した昇温用電圧（ｎ）を、電池Ｂ（ｎ）に対応した昇温時間（ｎ）の間、電池Ｂ（ｎ）に印加し、ステップＳ３４０に進む。
ステップＳ３４０にて、制御手段２１は、全ての電池Ｂ（ｎ）の昇温が終了したか否かを判定する。全ての電池Ｂ（ｎ）の昇温が終了した場合（Ｙｅｓ）は処理を終了し、そうでない場合（Ｎｏ）はステップＳ３５０を経由してステップＳＡ３０の結果に基づいた次に昇温するべき電池Ｂｎを選択し、ステップＳ３２０に戻る。
【００３１】
ここで、図８を用いて、ステップＳ３２０における固有直流電圧と、ステップＳ３３０における昇温用電圧の例について詳細を説明する。
図８（Ａ）は電池Ｂ（ｊ）の固有出力電圧Ｖ（ｊ）が、電池平均電圧Ｅより高い場合における昇温用電圧の例を示しており、図８（Ｂ）は電池Ｂ（ｋ）の固有出力電圧Ｖ（ｋ）が、電池平均電圧Ｅより低い場合における昇温用電圧の例を示している。
図８（Ａ）に示す例の場合、制御手段２１は、電池Ｂ（ｊ）の昇温時間（ｊ）の時間をかけて電池Ｂ（ｊ）の固有出力電圧Ｖ（ｊ）から電池平均電圧Ｅへと達する固有直流電圧（図８（Ａ）における四角形Ｖ（ｊ）−Ｏ−Ｃ（ｊ）−Ｄ（ｊ））を設定する。そして、この固有直流電圧に昇温用交流電圧を重畳した昇温用電圧を、電池Ｂ（ｊ）に印加する。
昇温用交流電圧は、上述したように、例えば周波数４００Ｈｚ、振幅±５０ｍＶの交流電圧である。この場合、電池Ｂ（ｊ）の出力電圧はΔＶ（ｊ）だけ降下される。このΔＶ（ｊ）に相当する電力は、電源手段３０に蓄積される。
また図８（Ｂ）に示す例の場合、制御手段２１は、電池Ｂ（ｋ）の昇温時間（ｋ）の時間をかけて電池Ｂ（ｋ）の固有出力電圧Ｖ（ｋ）から電池平均電圧Ｅへと達する固有直流電圧（図８（Ｂ）における四角形Ｖ（ｋ）−Ｏ−Ｃ（ｋ）−Ｄ（ｋ））を設定する。そして、この固有直流電圧に昇温用交流電圧を重畳した昇温用電圧を、電池Ｂ（ｋ）に印加する。昇温用交流電圧は、上述したように、例えば周波数４００Ｈｚ、振幅±５０ｍＶの交流電圧である。この場合、電池Ｂ（ｋ）の出力電圧はΔＶ（ｋ）だけ昇圧される。このΔＶ（ｋ）に相当する電力は、電源手段３０から供給される。
つまり、電池平均電圧より高い固有出力電圧の電池から余分な電力を電源手段３０に蓄積させた後、電池平均電圧より低い固有出力電圧の電池に、電源手段３０に蓄積した電力を供給する。ステップＳＡ３０にて決定した昇温する電池の順番は、この考え方に基づいた順番である。
【００３２】
例えば車両１に搭載する電池パックＢＰの１個のリチウムイオン電池Ｂｎを−２０℃から２５℃に昇温する場合、上記の条件では、昇温時間（ｎ）は約２０ｓｅｃ程度となる。
本実施の形態にて説明した電池制御システム（あるいは電池制御方法）を用いていない従来の車両１では、−２０℃等の低温では電池パックＢＰの出力電力が１／１０程度に低下することを考慮して４８個の電池Ｂｎを直列接続して電池パックＢＰを構成している。しかし電池Ｂｎを昇温することで、低下した電力を回復可能であり、低温時における始動性の確保という観点については、少なくとも５個の電池を回復させれば良いことになる。これならば１個の電池Ｂｎの昇温に約２０ｓｅｃかかったとしても、充分短い時間で全電池を昇温することができる。そして、電池パックＢＰを構成する電池Ｂｎの数を大幅に削減できる可能性を有している。
【００３３】
以上、本実施の形態にて説明した電池制御システム（あるいは電池制御方法）は、交流インピーダンス法を用いて電池の内部抵抗を求めることで、反応抵抗を含む電池の内部抵抗を適切に求めることができる。
また、電池Ｂｎにおける反応抵抗を有する個所、すなわち電池Ｂｎの内部全体を効果的に昇温することができるので、エネルギー効率が良い。
また、電池パックＢＰを構成している各電池Ｂｎの出力電圧のばらつきを平坦化して各電池の出力電圧を電池平均電圧に近づけることができるので、電池パックＢＰの充放電特性を最大限に利用することができるようになる。
また、昇温時の電流が比較的小さく済むので、複数の配線の太さを、あまり太くする必要がなく、重量、コスト等の上昇を抑制することができる。
なお、図５に示すフローチャートにおけるステップＳ１１０〜Ｓ１７０の処理を、車両１を使用していない深夜にてタイマ処理等にて行い、ステップＳＡ１０以降の処理を、車両１の始動の直前に行うようにすることも可能である。
【００３４】
本発明の電池制御方法及び電池制御システムは、本実施の形態で説明した外観、構成、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態にて説明した電池制御方法及び電池制御システムは、ハイブリッド車や電気自動車に搭載する電池に限定されず、種々の機器等に用いられる電池に適用することが可能である。
また、本実施の形態にて説明した電池制御方法及び電池制御システムは、リチウムイオン電池に限定されず、種々の電池の昇温に適用することが可能である。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１        車両
２０      制御装置
２１      制御手段
２２      電圧出力回路
２３      電流検出回路
２４      電圧検出回路
２５      温度センサ
３０      電源手段
Ｂｎ      電池
ＢＰ      電池パック
ＳＬ      選択回路
【図１】
0005595981.tif 000002
【図２】
0005595981.tif 000003
【図３】
0005595981.tif 000004
【図４】
0005595981.tif 000005
【図５】
0005595981.tif 000006
【図６】
0005595981.tif 000007
【図７】
0005595981.tif 000008
【図８】
0005595981.tif 000009