(57)【要約】【課題】二次電池の上下限電圧を超えない範囲で効率的に目標の発熱量を実現する二次電池の昇温制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵは、リップル電流が目標範囲内か否かを判定する（Ｓ５０）。リップル電流が目標範囲内でないと判定されると（Ｓ５０にてＮＯ）、ＥＣＵは、リップル電流が目標範囲以上か否かを判定する（Ｓ８０）。そして、リップル電流が目標範囲よりも小さいと判定されると（Ｓ８０にてＮＯ）、ＥＣＵは、リップル生成部を形成する昇圧コンバータのキャリア周波数を下げる（Ｓ９０）。一方、リップル電流が目標範囲以上であると判定されると（Ｓ８０にてＹＥＳ）、ＥＣＵは、昇圧コンバータのキャリア周波数を上げる（Ｓ１００）。【選択図】図１０
2011018533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成部を制御することによって前記二次電池を昇温するための二次電池の昇温制御装置であって、
前記二次電池の充放電電流を検出するための電流検出部と、
前記二次電池の電圧を検出するための電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出される電圧を所定の上下限内に抑えつつ前記電流検出部により検出される前記リップル電流が所定の目標となるように前記リップル生成部を制御するフィードバック制御部とを備える、二次電池の昇温制御装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御部は、前記リップル電流が前記目標よりも小さいとき、前記リップル電流の周波数が低下するように前記リップル生成部を制御し、前記リップル電流が前記目標よりも大きいとき、前記リップル電流の周波数が上昇するように前記リップル生成部を制御する、請求項１に記載の二次電池の昇温制御装置。
【請求項３】
前記リップル生成部は、前記二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置を含み、
前記フィードバック制御部は、前記リップル電流が前記目標よりも小さいとき、前記昇圧装置のキャリア周波数を低下させ、前記リップル電流が前記目標よりも大きいとき、前記昇圧装置のキャリア周波数を上昇させる、請求項２に記載の二次電池の昇温制御装置。
【請求項４】
前記リップル生成部は、前記二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置を含み、
前記フィードバック制御部は、前記リップル電流が前記目標よりも小さいとき、前記昇圧装置による昇圧比を増大させ、前記リップル電流が前記目標よりも大きいとき、前記電圧昇圧比を低下させる、請求項１に記載の二次電池の昇温制御装置。
【請求項５】
前記二次電池の温度を検出するための温度検出部と、
前記二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部とをさらに備え、
前記フィードバック制御部は、前記温度検出部により検出される温度が第１の所定値に達するか、または前記残存容量推定部により推定される残存容量が第２の所定値に達すると、前記リップル生成部の制御を停止する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の二次電池の昇温制御装置。
【請求項６】
車両走行用の電力を蓄える二次電池と、
前記二次電池に接続され、リップル電流を前記二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成部と、
前記リップル生成部を制御することによって前記二次電池を昇温するための、請求項１に記載の二次電池の昇温制御装置とを備える車両。
【請求項７】
リップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成部を制御することによって前記二次電池を昇温するための二次電池の昇温制御方法であって、
前記リップル電流が所定の目標となっているか否かを判定するステップと、
前記リップル電流が前記目標となっていないと判定されると、前記リップル電流が前記目標以上か否かを判定するステップと、
前記リップル電流が前記目標よりも小さいと判定されると、前記リップル電流の周波数が低下するように前記リップル生成部を制御するステップと、
前記リップル電流が前記目標以上であると判定されると、前記リップル電流の周波数が上昇するように前記リップル生成部を制御するステップとを備える、二次電池の昇温制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の昇温制御装置およびそれを備える車両、ならびに二次電池の昇温制御方法に関し、特に、二次電池の内部抵抗による発熱を利用して二次電池を昇温するための昇温制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池に代表される二次電池は、温度が低下すると充放電特性が低下する。そこで、電池の温度が低い場合には、速やかに電池を昇温する必要がある。
【０００３】
特開平１１−３２９５１６号公報（特許文献１）は、電池の昇温装置を開示する。この昇温装置においては、インダクタとキャパシタと交流電源とから成る直列回路を電池の両端に接続して共振回路を構成する。そして、共振回路の共振周波数の交流電圧を交流電源から発生させることにより電池を昇温する。
【０００４】
この昇温装置においては、共振時にほとんど電池の内部抵抗で電力が消費され、自己発熱により電池を昇温する。したがって、この昇温装置によれば、最小限の電力消費で効果的に電池を昇温することができるとされる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２９５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二次電池においては、一般的に、安全性や耐久性の観点から電池の上下限電圧を守ることが要求される。しかしながら、上記公報は、電池を昇温するための技術を開示するにとどまり、上下限電圧を超えない範囲で如何に効率的な昇温を実施するかについては、上記公報では検討されていない。
【０００７】
また、共振回路により発生させる電流は、インダクタＬや電池特性のばらつきの影響を受け、電池の発熱量は、共振回路により発生させる電流のピーク値の二乗に比例するので、電池の発熱量は、インダクタＬや電池特性のばらつきの影響を大きく受ける。しかしながら、上記公報では、そのような発熱量のばらつきに対する対処について特に検討されていない。
【０００８】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池の上下限電圧を超えない範囲で効率的に目標の発熱量を実現する二次電池の昇温制御装置およびそれを備える車両を提供することである。
【０００９】
また、この発明の別の目的は、二次電池の上下限電圧を超えない範囲で効率的に目標の発熱量を実現する二次電池の昇温制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、二次電池の昇温制御装置は、リップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成部を制御することによって二次電池を昇温するための二次電池の昇温制御装置であって、電流検出部と、電圧検出部と、フィードバック制御部とを備える。電流検出部は、二次電池の充放電電流を検出する。電圧検出部は、二次電池の電圧を検出する。フィードバック制御部は、電圧検出部により検出される電圧を所定の上下限内に抑えつつ電流検出部により検出されるリップル電流が所定の目標となるようにリップル生成部を制御する。
【００１１】
好ましくは、フィードバック制御部は、リップル電流が目標よりも小さいとき、リップル電流の周波数が低下するようにリップル生成部を制御する。また、フィードバック制御部は、リップル電流が目標よりも大きいとき、リップル電流の周波数が上昇するようにリップル生成部を制御する。
【００１２】
さらに好ましくは、リップル生成部は、二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置を含む。そして、フィードバック制御部は、リップル電流が目標よりも小さいとき、昇圧装置のキャリア周波数を低下させ、リップル電流が目標よりも大きいとき、昇圧装置のキャリア周波数を上昇させる。
【００１３】
また、好ましくは、リップル生成部は、二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置を含む。そして、フィードバック制御部は、リップル電流が目標よりも小さいとき、昇圧装置による昇圧比を増大させ、リップル電流が目標よりも大きいとき、電圧昇圧比を低下させる。
【００１４】
好ましくは、二次電池の昇温制御装置は、温度検出部と、残存容量推定部とをさらに備える。温度検出部は、二次電池の温度を検出する。残存容量推定部は、二次電池の残存容量を推定する。フィードバック制御部は、温度検出部により検出される温度が第１の所定値に達するか、または残存容量推定部により推定される残存容量が第２の所定値に達すると、リップル生成部の制御を停止する。
【００１５】
また、この発明によれば、車両は、二次電池と、リップル生成部と、上述した二次電池の昇温制御装置とを備える。二次電池は、車両走行用の電力を蓄える。リップル生成部は、二次電池に接続され、リップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成される。二次電池の昇温制御装置は、リップル生成部を制御することによって二次電池を昇温する。
【００１６】
また、この発明によれば、二次電池の昇温制御方法は、リップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成部を制御することによって二次電池を昇温するための二次電池の昇温制御方法であって、リップル電流が所定の目標となっているか否かを判定するステップと、リップル電流が目標となっていないと判定されると、リップル電流が目標以上か否かを判定するステップとを備える。また、二次電池の昇温制御方法は、リップル電流が目標よりも小さいと判定されると、リップル電流の周波数が低下するようにリップル生成部を制御するステップと、リップル電流が目標以上であると判定されると、リップル電流の周波数が上昇するようにリップル生成部を制御するステップとをさらに備える。
【発明の効果】
【００１７】
この発明においては、リップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成部を制御することによって二次電池の昇温が実施される。ここで、リップル生成部の回路定数や二次電池の特性にばらつきがあっても、二次電池の電圧を所定の上下限内に抑えつつリップル電流が所定の目標となるように、フィードバック制御部によりリップル生成部が制御されるので、二次電池の電圧を所定の上下限内に抑えつつその範囲内で最大限のリップル電流を発生させ得る。
【００１８】
したがって、この発明によれば、二次電池の上下限電圧を超えない範囲で効率的に目標の発熱量を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による二次電池の昇温制御装置の一適用例として示される電動車両の全体ブロック図である。
【図２】図１に示す電動車両において二次電池のリップル昇温に関する部分のシステム構成を示した図である。
【図３】二次電池の電圧の内訳を示した図である。
【図４】二次電池のインピーダンス特性（絶対値）を示すボード線図である。
【図５】二次電池のインピーダンス特性（位相）を示すボード線図である。
【図６】二次電池の内部抵抗に発生する電圧を拘束条件として、極低温時に二次電池に流すことができるリップル電流のピーク値を示した図である。
【図７】二次電池の内部抵抗に発生する電圧を拘束条件として、極低温時に二次電池に発生させることができる平均発熱量を示した図である。
【図８】リップル昇温時の二次電池の電流および電圧の波形図である。
【図９】図１に示すＥＣＵの、昇圧コンバータの制御に関する部分の機能ブロック図である。
【図１０】図１に示すＥＣＵにより実行されるリップル昇温制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】実施の形態２におけるＥＣＵの、昇圧コンバータの制御に関する部分の機能ブロック図である。
【図１２】実施の形態２におけるＥＣＵにより実行されるリップル昇温制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による二次電池の昇温制御装置の一適用例として示される電動車両の全体ブロック図である。図１を参照して、電動車両１００は、二次電池１０と、昇圧コンバータ２２と、コンデンサＣＨと、インバータ３０と、モータジェネレータ４０と、駆動輪５０とを備える。また、電動車両１００は、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）６０と、電流センサ７２と、電圧センサ７４，７６と、温度センサ７８をさらに備える。
【００２２】
二次電池１０は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などに代表される再充電可能な電池である。二次電池１０の正極端子および負極端子は、それぞれ正極線ＰＬ１および負極線ＮＬに接続される。
【００２３】
昇圧コンバータ２２は、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する。）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタが正極線ＰＬ２に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタが負極線ＮＬに接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬの一方端は、正極線ＰＬ１に接続され、他方端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードＮＤに接続される。
【００２４】
なお、上記のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）や電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタ等を用いることができる。
【００２５】
昇圧コンバータ２２は、ＥＣＵ６０からの制御信号ＰＷＭＣに基づいて、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧（以下「システム電圧」とも称する。）を二次電池１０の出力電圧以上に昇圧することができる。なお、システム電圧が目標電圧よりも低い場合、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティーを大きくすることによって正極線ＰＬ１から正極線ＰＬ２へ電流を流すことができ、システム電圧を上昇させることができる。一方、システム電圧が目標電圧よりも高い場合、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティーを大きくすることによって正極線ＰＬ２から正極線ＰＬ１へ電流を流すことができ、システム電圧を低下させることができる。
【００２６】
また、昇圧コンバータ２２は、コンデンサＣＨとともに後述のリップル生成部２０を形成し、ＥＣＵ６０からの制御信号ＰＷＭＣに基づいてリップル電流を二次電池１０に積極的に発生させることにより、二次電池１０を内部から昇温させる（以下、この昇温を「リップル昇温」とも称する。）。具体的には、昇圧コンバータ２２は、ＥＣＵ６０からの制御信号ＰＷＭＣに応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が相補的にオン／オフすることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数に応じたリップル電流を二次電池１０に発生させる。なお、このリップル昇温については、後ほど詳しく説明する。
【００２７】
コンデンサＣＨは、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に接続され、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧を平滑化する。また、コンデンサＣＨは、二次電池１０のリップル昇温の実行時、二次電池１０から放電される電力を一時的に蓄える電力バッファとして用いられる。
【００２８】
インバータ３０は、ＥＣＵ６０からの制御信号ＰＷＭＩに基づいて、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬから供給される直流電力を三相交流に変換してモータジェネレータ４０へ出力し、モータジェネレータ４０を駆動する。また、インバータ３０は、車両の制動時、モータジェネレータ４０により発電された三相交流電力を制御信号ＰＷＭＩに基づいて直流に変換し、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬへ出力する。
【００２９】
モータジェネレータ４０は、交流電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流電動機である。モータジェネレータ４０は、駆動輪５０に機械的に連結され、車両を駆動するためのトルクを発生する。また、モータジェネレータ４０は、車両の制動時、車両の運動エネルギーを駆動輪５０から受けて発電する。
【００３０】
電流センサ７２は、二次電池１０に対して入出力される電流Ｉを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。なお、以下では、電流Ｉの符号につき、二次電池１０が充電される方向を正とする。電圧センサ７４は、二次電池１０の出力電圧に相当する、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ間の電圧Ｖを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。電圧センサ７６は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。温度センサ７８は、二次電池の温度Ｔを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。
【００３１】
ＥＣＵ６０は、電圧センサ７４，７６からの電圧Ｖ，ＶＨの各検出値に基づいて、昇圧コンバータ２２を駆動するためのＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を制御信号ＰＷＭＣとして昇圧コンバータ２２へ出力する。
【００３２】
ここで、ＥＣＵ６０は、二次電池１０のリップル昇温の実行を判定する所定の実行条件が成立すると、リップル電流を二次電池１０に発生させるための制御信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した制御信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２２へ出力する。
【００３３】
さらにここで、ＥＣＵ６０は、リップル電流の周波数（以下、「リップル周波数」とも称する。）を調整することによって、電圧センサ７４により検出される電圧Ｖを所定の上下限内に抑えつつ電流センサ７２により検出されるリップル電流が所定の目標となるように制御信号ＰＷＭＣを生成する。
【００３４】
なお、昇圧コンバータ２２およびコンデンサＣＨにより形成されるリップル生成部２０による二次電池１０のリップル昇温、およびリップル昇温時の電流Ｉおよび電圧Ｖの各検出値に基づく二次電池１０の昇温制御については、後ほど詳しく説明する。
【００３５】
また、ＥＣＵ６０は、モータジェネレータ４０を駆動するための制御信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した制御信号ＰＷＭＩをインバータ３０へ出力する。
【００３６】
図２は、図１に示した電動車両１００において二次電池１０のリップル昇温に関する部分のシステム構成を示した図である。図２を参照して、二次電池１０は、内部抵抗１２を含む。内部抵抗１２は、後述のように、温度依存性を有するとともに、電池に流れる電流の周波数によっても大きく変化する。
【００３７】
リップル生成部２０は、上述のように、図１に示した昇圧コンバータ２２およびコンデンサＣＨから成る（図示せず）。そして、リップル生成部２０は、ＥＣＵ６０からの制御信号ＰＷＭＣに応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（図示せず）を相補的にオン／オフすることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数に応じたリップル電流を二次電池１０に発生させる。
【００３８】
以下では、まず、リップル昇温についてその概要を説明し、その後、二次電池１０の昇温制御を実現するＥＣＵ６０の構成について詳しく説明する。
【００３９】
（リップル昇温の概要）
図３は、二次電池１０の電圧の内訳を示した図である。なお、この図３では、簡単のため、内部抵抗は実部のみとし、Ｌ，Ｃ等による虚部は無いものとする。図３を参照して、二次電池１０の端子間に発生する電圧Ｖは、開回路電圧ＯＣＶに、通電時に内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶを考慮したものとなる。具体的には、充電電流が流れるときは、Ｖ＝ＯＣＶ＋ΔＶとなり、放電電流が流れるときは、Ｖ＝ＯＣＶ−ΔＶとなる（ΔＶ＞０）。
【００４０】
いま、二次電池１０に電流Ｉが流れたときの発熱量Ｑは、内部抵抗１２の抵抗値をＲとすると、以下の式で表わすことができる。
【００４１】
Ｑ＝Ｉ2×Ｒ  …（１）
＝Ｉ×ΔＶ  …（２）
＝ΔＶ2／Ｒ  …（３）
この（１）〜（３）式は等価である。（１）式によると、リップル生成部２０を用いて発生させるリップル電流Ｉを大きくすれば、二次電池１０を効果的に昇温できるようにみえる。しかしながら、実際には、二次電池の電圧Ｖについて、安全性や耐久性の観点から上下限電圧を守ることが要求される。そして、特に極低温下では、内部抵抗１２の抵抗値Ｒが大きくなることにより電圧ΔＶが大きくなるので、二次電池１０の電圧Ｖを上下限内に抑えつつ発熱のための十分なリップル電流Ｉを流すことができないという事態が発生し得る。
【００４２】
すなわち、内部抵抗１２の抵抗値Ｒが大きくなる低温下（特に極低温下）では、電圧ΔＶが制約となって二次電池１０がリップル電流Ｉを流すことができず、二次電池１０を効果的に昇温できないという事態が発生し得る。そこで、（３）式および二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に着目し、二次電池１０のインピーダンス（内部抵抗１２の抵抗値Ｒ）の絶対値が他の周波数領域に比べて相対的に小さい周波数領域のリップル電流をリップル生成部２０により発生させる。これにより、二次電池１０の発熱量Ｑが大きくなり、二次電池１０を効果的に昇温することができる。
【００４３】
図４，図５は、二次電池１０のインピーダンス特性を示すボード線図である。なお、二次電池の電気的特性を解析する手法として、電気化学的インピーダンス分光法「ＥＩＳ（Electrochemical  Impedance  Spectroscopy）とも称される。」が知られており、このボード線図は、ＥＩＳを用いて二次電池１０のインピーダンス特性を表示したものである。なお、図４は、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜の周波数特性を示し、図５は、インピーダンスＺの位相θの周波数特性を示す。
【００４４】
図４，図５において、横軸は、二次電池１０に発生させる交流電流（リップル電流）の周波数を対数表示で示す。縦軸は、図４においてはインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜を対数表示で示し、図５においてはインピーダンスＺの位相θを表わす。
【００４５】
図４に示されるように、二次電池１０の昇温が要求される低温下では、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は非低温時に比べて大きくなるけれども、そのような増大が顕著なのは、リップル電流の周波数が低周波の場合である。特に、周波数が１ｋＨｚ近傍では、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は、他の周波数領域に比べて小さく、また、極低温下でも非低温時（常温時）の高々３倍程度にしかならない（図４のＡ部）。さらに、図５に示されるように、その周波数領域では、インピーダンスＺの位相θも零近傍であるので、力率が１となり効率もよい。
【００４６】
そこで、この二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池１０のインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜が相対的に低下する周波数領域（たとえば、図４に基づいて略１ｋＨｚ）のリップル電流をリップル生成部２０により発生させる。これにより、二次電池１０の内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶの制約を守りつつ二次電池１０にリップル電流を効果的に流すことができ、その結果、二次電池１０が効果的に昇温される。
【００４７】
図６は、二次電池１０の内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶを拘束条件として、極低温時に二次電池１０に流すことができるリップル電流のピーク値を示した図である。図６を参照して、横軸は、リップル電流の周波数を示し、縦軸は、電圧ΔＶの拘束条件下で二次電池１０が流せるリップル電流（正弦波を仮定）のピーク値を示す。なお、ここでは、一例として、電圧ΔＶ＝０．５Ｖ、二次電池１０の温度Ｔ＝−３０℃（極低温）の場合が示される。
【００４８】
図６に示されるように、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に小さくなる周波数領域（１ｋＨｚ近傍）において、二次電池１０に流せる電流は増大する。低周波時や直流時においては、電圧ΔＶ＝０．５Ｖという拘束条件を与えると、二次電池１０にはほとんど電流を流すことができず、二次電池を昇温することができない。
【００４９】
また、図７は、二次電池１０の内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶを拘束条件として、極低温時に二次電池１０に発生させることができる平均発熱量を示した図である。図７を参照して、横軸は、リップル電流の周波数を示し、縦軸は、リップル１周期における二次電池１０の平均発熱量を示す。なお、ここでも、一例として、電圧ΔＶ＝０．５Ｖ、二次電池１０の温度Ｔ＝−３０℃（極低温）の場合が示される。
【００５０】
図７に示されるように、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に小さくなる周波数領域（１ｋＨｚ近傍）において、二次電池１０の発熱量は増大する。低周波時や直流時においては、電圧ΔＶ＝０．５Ｖという拘束条件を与えると、二次電池１０にはほとんど電流を流すことができず、二次電池を昇温することができない。
【００５１】
このように、二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域（たとえば１ｋＨｚ近傍）のリップル電流をリップル生成部２０により発生させる。これにより、二次電池１０の発熱量Ｑを大きくすることができ、二次電池１０を効果的に昇温することができる。
【００５２】
図８は、リップル昇温時の二次電池１０の電流Ｉおよび電圧Ｖの波形図である。図８を参照して、リップル昇温時、リップル生成部２０（昇圧コンバータ２２）のキャリア信号ＣＲの周波数は、リップル周波数ｆに設定される（たとえば１ｋＨｚ程度）。そして、たとえば時刻ｔ１においてキャリア信号ＣＲがデューティー指令値ｄ（＝０．５）よりも大きくなると、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオフされ、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオンされる。そうすると、二次電池１０に流れる電流Ｉ（充電方向が正）は、負方向への増加に転じ、リアクトルＬに蓄えられていたエネルギーが放出されたタイミングで電流Ｉの符号が正から負へ切替わる。なお、電圧Ｖは低下する。
【００５３】
時刻ｔ２においてキャリア信号ＣＲがデューティー指令値ｄよりも小さくなると、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオンされ、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオフされる。そうすると、電流Ｉは、正方向への増加に転じ、リアクトルＬに蓄えられていたエネルギーが放出されたタイミングで電流Ｉの符号が負から正へ切替わる。なお、電圧Ｖは上昇する。
【００５４】
そして、時刻ｔ３において再びキャリア信号ＣＲがデューティー指令値ｄよりも大きくなると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオフ，オンされ、電流Ｉは、再び負方向への増加に転じ、電圧Ｖは低下する。
【００５５】
このように、電流Ｉおよび電圧Ｖは、リップル周波数ｆで変動する。そして、この実施の形態１では、電圧Ｖが上限電圧ＶＵおよび下限電圧ＶＬを超えず、かつ、電流Ｉが最大充電電流ＩＣおよび最大放電電流ＩＤを超えない範囲で、リップル電流が最大となるようにリップル電流の目標が設定され、リップル電流がその目標となるようにリップル周波数ｆが調整される。
【００５６】
（二次電池１０の昇温制御）
次に、ＥＣＵ６０により実行される二次電池１０の昇温制御について説明する。
【００５７】
図９は、図１に示したＥＣＵ６０の、昇圧コンバータ２２の制御に関する部分の機能ブロック図である。図９を参照して、ＥＣＵ６０は、電圧指令生成部１１０と、電圧制御部１１２と、デューティー指令生成部１１４と、ＰＷＭ信号生成部１１６と、リップル昇温ＦＢ制御部１１８と、ＳＯＣ推定部１２０と、キャリア生成部１２２とを含む。
【００５８】
電圧指令生成部１１０は、昇圧コンバータ２２により調整される電圧ＶＨの目標値を示す電圧指令値ＶＲを生成する。たとえば、電圧指令生成部１１０は、モータジェネレータ４０（図１）のトルク指令値およびモータ回転数から算出されるモータジェネレータ４０のパワーに基づいて電圧指令値ＶＲを生成する。
【００５９】
電圧制御部１１２は、電圧指令生成部１１０から電圧指令値ＶＲを受け、電圧センサ７６，７４（図１）からそれぞれ電圧ＶＨ，Ｖの検出値を受ける。そして、電圧制御部１１２は、電圧ＶＨを電圧指令値ＶＲに一致させるための制御演算（たとえば比例積分制御）を実行する。
【００６０】
デューティー指令生成部１１４は、電圧制御部１１２からの制御出力に基づいて、昇圧コンバータ２２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（図１）のスイッチングデューティーを示すデューティー指令値ｄを生成する。ここで、デューティー指令生成部１１４は、二次電池１０のリップル昇温を実施する旨の通知をリップル昇温ＦＢ制御部１１８から受けると、電圧制御部１１２からの制御出力に拘わらず、デューティー指令値ｄをリップル昇温用の所定値（たとえば０．５（昇圧比２））とする。
【００６１】
ＰＷＭ信号生成部１１６は、デューティー指令生成部１１４から受けるデューティー指令値ｄを、キャリア生成部１２２から受けるキャリア信号ＣＲと大小比較し、その比較結果に応じて論理状態が変化する制御信号ＰＷＭＣを生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部１１６は、その生成された制御信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。
【００６２】
リップル昇温ＦＢ制御部１１８は、電流センサ７２、電圧センサ７４および温度センサ７８（図１）からそれぞれ電流Ｉ、電圧Ｖおよび温度Ｔの検出値を受ける。そして、リップル昇温ＦＢ制御部１１８は、温度Ｔの検出値およびＳＯＣ推定部１２０から受ける二次電池１０の残存容量（以下「ＳＯＣ（State  Of  Charge）」とも称し、完全放電状態および満充電状態をそれぞれ０％および１００％として０〜１００％の数値で表わされる。）に基づいて、二次電池１０のリップル昇温を実施するか否かを判定する。
【００６３】
そして、リップル昇温ＦＢ制御部１１８は、リップル昇温を実施するものと判定すると、温度ＴおよびＳＯＣに基づきリップル周波数ｆを設定してキャリア生成部１２２へ出力するとともに、リップル昇温を実施する旨の通知をデューティー指令生成部１１４およびキャリア生成部１２２へ出力する。
【００６４】
さらに、リップル昇温ＦＢ制御部１１８は、リップル昇温の実施中、電流Ｉおよび電圧Ｖの各検出値に基づいて、電圧Ｖを所定の上下限（図８の上限電圧ＶＵおよび下限電圧ＶＬ）内に抑えつつ電流Ｉ（リップル電流）が所定の目標となるようにリップル周波数ｆを調整し、その調整されたリップル周波数ｆをキャリア生成部１２２へ出力する。なお、リップル電流の目標としては、たとえば、電圧Ｖが上限電圧ＶＵおよび下限電圧ＶＬを超えない範囲で電流Ｉが最大となるように（但し、電流Ｉについても、最大充電電流ＩＣおよび最大放電電流ＩＤを超えない範囲で）、設計段階で事前に決定される。
【００６５】
ＳＯＣ推定部１２０は、電流Ｉおよび電圧Ｖの各検出値に基づいて二次電池１０のＳＯＣを推定し、その推定値をリップル昇温ＦＢ制御部１１８へ出力する。なお、二次電池１０のＳＯＣの推定方法については、公知の種々の手法を用いることができる。
【００６６】
キャリア生成部１２２は、ＰＷＭ信号生成部１１６においてＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号ＣＲを生成し、その生成したキャリア信号ＣＲをＰＷＭ信号生成部１１６へ出力する。ここで、キャリア生成部１２２は、リップル昇温を実施する旨の通知とともにリップル周波数ｆをリップル昇温ＦＢ制御部１１８から受けると、その受けたリップル周波数ｆを有するキャリア信号ＣＲを生成し、その生成したキャリア信号ＣＲをＰＷＭ信号生成部１１６へ出力する。
【００６７】
図１０は、図１に示したＥＣＵ６０により実行されるリップル昇温制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００６８】
図１０を参照して、ＥＣＵ６０は、二次電池１０の温度ＴおよびＳＯＣ等に基づいて、リップル昇温の開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。一例として、温度Ｔが極低温を示し、かつ、ＳＯＣが所定値よりも高いとき、リップル昇温の開始条件が成立しているものと判定される。
【００６９】
ステップＳ１０において開始条件が成立していないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、ステップＳ７０（後述）へ処理を移行する。ステップＳ１０において開始条件が成立していると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、予め準備されたマップ等を用いて二次電池１０の温度ＴおよびＳＯＣに基づいてリップル周波数ｆを決定し、その決定されたリップル周波数ｆを昇圧コンバータ２２のキャリア周波数として設定する。さらに、ＥＣＵ６０は、保護カウンターを０にリセットする（ステップＳ２０）。なお、この保護カウンターは、後述のように、電圧や電流が部品保護要件を外れたときのタイマーとして用いられる。
【００７０】
次いで、ＥＣＵ６０は、リップル周波数ｆのキャリア信号を用いて、昇圧コンバータ２２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をリップル周波数ｆでスイッチング制御するための制御信号ＰＷＭＣを生成する。そして、ＥＣＵ６０は、その生成された制御信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ実際に出力することで、昇圧コンバータ２２を用いた二次電池１０のリップル昇温を開始する（ステップＳ３０）。
【００７１】
リップル昇温が開始されると、ＥＣＵ６０は、電流Ｉおよび電圧Ｖに基づいて、各種部品の保護要件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ４０）。保護要件としては、一例として、電圧Ｖの上限および下限（電池セルの保護）、電流Ｉの絶対値の最大値（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２やリアクトルＬの保護）、電流Ｉの二乗の最大値（システムメインリレー、バスバー、電池セル等の異常発熱からの保護）等が設定される。
【００７２】
ステップＳ４０において部品保護要件は満たされていると判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、発生しているリップル電流が所定の目標範囲内か否かを判定する（ステップＳ５０）。所定の目標範囲としては、一例として、電圧Ｖが上限電圧ＶＵおよび下限電圧ＶＬを超えず、かつ、電流Ｉが最大充電電流ＩＣおよび最大放電電流ＩＤを超えない範囲で、リップル電流が最大となるような範囲が設定される。
【００７３】
ステップＳ５０においてリップル電流が目標範囲内にあると判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、二次電池１０の温度ＴやＳＯＣ、リップル昇温を開始してからの時間等に基づいて、リップル昇温の終了条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ６０）。一例として、温度Ｔが所定の昇温終了温度を超えたり、ＳＯＣが下限値を下回ったり、リップル昇温を開始してからの時間が所定時間を経過すると、リップル昇温の終了条件が成立しているものと判定される。そして、ステップＳ６０において終了条件が成立していると判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、昇圧コンバータ２２への制御信号ＰＷＭＣの出力を停止し、リップル昇温を終了する（ステップＳ７０）。なお、ステップＳ６０において終了条件は成立していないと判定されたときは（ステップＳ６０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、再びステップＳ４０へ処理を移行する。
【００７４】
一方、ステップＳ５０においてリップル電流が目標範囲内にないと判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、リップル電流が目標範囲以上か否かを判定する（ステップＳ８０）。そして、リップル電流が目標範囲以上でない、すなわちリップル電流が目標範囲よりも小さいと判定されると（ステップＳ８０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数を所定量下げる（ステップＳ９０）。なお、リップル電流のピーク値Ｉｐは、次式で表わされ、キャリア周波数ｆｃに反比例するので、キャリア周波数ｆｃを下げることにより、リップル電流は増加する。
【００７５】
Ｉｐ＝Ｖ／Ｌ×１／（４×ｆｃ）  …（１）
ここで、Ｌは昇圧コンバータ２２のリアクトルのインダクタンスを示し、ｆは昇圧コンバータ２２のスイッチング周波数（＝リップル周波数，キャリア周波数）を示す。
【００７６】
一方、リップル電流が目標範囲以上であると判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数を所定量上げる（ステップＳ１００）。これにより、リップル電流は減少する。そして、ステップＳ９０またはステップＳ１００の後、ＥＣＵ６０は、ステップＳ４０へ処理を移行する。
【００７７】
ステップＳ４０において上述の部品保護要件が満たされていないと判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、保護カウンターが所定のしきい値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。保護カウンターがしきい値よりも小さいと判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数を所定量上げることによってリップル電流を減少させ、さらに保護カウンターをカウントアップする（ステップＳ１３０）。その後、処理は、ステップＳ４０へ移行される。
【００７８】
一方、ステップＳ１１０において保護カウンターがしきい値以上であると判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、昇圧コンバータ２２への制御信号ＰＷＭＣの出力を停止し、リップル昇温を終了する（ステップＳ１２０）。
【００７９】
以上のように、この実施の形態１においては、リップル電流を二次電池１０に積極的に発生させるように構成されたリップル生成部２０を制御することによって二次電池１０の昇温が実施される。ここで、リップル生成部２０の回路定数や二次電池１０の特性にばらつきがあっても、二次電池１０の電圧を所定の上下限内に抑えつつリップル電流が所定の目標（最大）となるようにリップル周波数ｆが調整されるので、二次電池１０の電圧を所定の上下限内に抑えつつその範囲内で最大限のリップル電流を発生させることができる。したがって、この実施の形態１によれば、二次電池１０の上下限電圧を超えない範囲で効率的に目標の発熱量を実現することができる。
【００８０】
［実施の形態２］
実施の形態１では、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数（リップル周波数）を変更することによってリップル電流が目標となるようにリップル電流を調整したが、実施の形態２では、昇圧コンバータ２２の昇圧比を調整（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングデューティーを調整）することによってリップル電流を調整する。
【００８１】
この実施の形態２による二次電池の昇温制御装置が適用された電動車両の全体構成は、図１に示した電動車両１００と同じである。
【００８２】
図１１は、実施の形態２におけるＥＣＵ６０Ａの、昇圧コンバータ２２の制御に関する部分の機能ブロック図である。図１１を参照して、ＥＣＵ６０Ａは、図９に示したＥＣＵ６０の構成において、デューティー指令生成部１１４、リップル昇温ＦＢ制御部１１８およびキャリア生成部１２２に代えて、それぞれデューティー指令生成部１１４Ａ、リップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａおよびキャリア生成部１２２Ａを含む。
【００８３】
リップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａは、リップル昇温を実施するものと判定すると、温度ＴおよびＳＯＣに基づき昇圧コンバータ２２の昇圧比ＢＲを設定してデューティー指令生成部１１４Ａへ出力するとともに、リップル昇温を実施する旨の通知をデューティー指令生成部１１４Ａおよびキャリア生成部１２２Ａへ出力する。なお、この時点での昇圧比ＢＲは、固定値（たとえば２）でもよい。
【００８４】
また、リップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａは、リップル昇温の実施中、電流Ｉおよび電圧Ｖの各検出値に基づいて、電圧Ｖを所定の上下限内に抑えつつ電流Ｉ（リップル電流）が所定の目標となるように昇圧比ＢＲを調整し、その調整された昇圧比ＢＲをデューティー指令生成部１１４Ａへ出力する。
【００８５】
なお、リップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａのその他の構成は、図９に示した実施の形態１におけるリップル昇温ＦＢ制御部１１８と同じである。
【００８６】
デューティー指令生成部１１４Ａは、二次電池１０のリップル昇温を実施する旨の通知をリップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａから受けると、電圧制御部１１２からの制御出力に拘わらず、リップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａから受ける昇圧比ＢＲに基づいてデューティー指令値ｄを生成する。
【００８７】
なお、デューティー指令生成部１１４Ａのその他の構成は、図９に示した実施の形態１におけるデューティー指令生成部１１４と同じである。
【００８８】
キャリア生成部１２２Ａは、二次電池１０のリップル昇温を実施する旨の通知をリップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａから受けると、所定のリップル周波数ｆを有するキャリア信号ＣＲを生成し、その生成したキャリア信号ＣＲをＰＷＭ信号生成部１１６へ出力する。
【００８９】
なお、キャリア生成部１２２Ａのその他の構成は、図９に示した実施の形態１におけるキャリア生成部１２２と同じである。
【００９０】
このＥＣＵ６０Ａにおいては、リップル昇温の実施中、電圧Ｖを所定の上下限内に抑えつつ電流Ｉ（リップル電流）が所定の目標となるように、リップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａにより昇圧コンバータ２２の昇圧比ＢＲが調整される。そして、リップル昇温ＦＢ制御部１１８Ａにより生成される昇圧比ＢＲに従って、デューティー指令生成部１１４Ａによりデューティー指令値ｄが生成される。なお、キャリア生成部１２２Ａは、リップル昇温の実施中、所定のリップル周波数ｆを有するキャリア信号ＣＲを生成する。
【００９１】
図１２は、実施の形態２におけるＥＣＵ６０Ａにより実行されるリップル昇温制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００９２】
図１２を参照して、このフローチャートは、図１０に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２０，Ｓ９０，Ｓ１００，Ｓ１３０に代えて、それぞれステップＳ２５，Ｓ９５，Ｓ１０５，Ｓ１３５を含む。
【００９３】
すなわち、ステップＳ１０においてリップル昇温の開始条件が成立していると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０Ａは、予め準備されたマップ等を用いて二次電池１０の温度ＴおよびＳＯＣに基づいて昇圧コンバータ２２（図１）の昇圧比を設定し、さらに保護カウンターを０にリセットする（ステップＳ２５）。
【００９４】
また、ステップＳ８０においてリップル電流が目標範囲以上でない、すなわちリップル電流が目標範囲よりも小さいと判定されると（ステップＳ８０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０Ａは、昇圧コンバータ２２の昇圧比を所定量上げる（ステップＳ９５）。昇圧比を上げることにより、リップル電流は増加する。
【００９５】
一方、ステップＳ８０においてリップル電流が目標範囲以上であると判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０Ａは、昇圧コンバータ２２の昇圧比を所定量下げる（ステップＳ１０５）。昇圧比を下げることにより、リップル電流は減少する。
【００９６】
また、ステップＳ１１０において保護カウンターが所定のしきい値よりも小さいと判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０Ａは、昇圧コンバータ２２の昇圧比を所定量下げることによってリップル電流を減少させ、さらに保護カウンターをカウントアップする（ステップＳ１３５）。その後、処理は、ステップＳ４０へ移行される。
【００９７】
以上のように、この実施の形態２においては、二次電池１０の電圧を所定の上下限内に抑えつつリップル電流が所定の目標（最大）となるように、リップル生成部２０を形成する昇圧コンバータ２２の昇圧比ＢＲが調整されるので、二次電池１０の電圧を所定の上下限内に抑えつつその範囲内で最大限のリップル電流を発生させることができる。したがって、この実施の形態２によっても、二次電池１０の上下限電圧を超えない範囲で効率的に目標の発熱量を実現することができる。
【００９８】
なお、上記の実施の形態１では、リップル電流を調整するための操作量をキャリア周波数とし、実施の形態２では、リップル電流を調整するための操作量を昇圧比（あるいはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングデューティー）としたが、実施の形態１，２を組合わせた形で、キャリア周波数および昇圧比の双方を操作量としてもよい。
【００９９】
また、上記の実施の形態において、電動車両１００は、モータジェネレータ４０を唯一の走行用動力源とする電気自動車であってもよいし、走行用動力源としてエンジンをさらに搭載したハイブリッド車両であってもよく、さらには、直流電源として二次電池１０に加えて燃料電池をさらに搭載した燃料電池車であってもよい。
【０１００】
なお、上記において、電流センサ７２は、この発明における「電流検出部」の一実施例に対応し、電圧センサ７４は、この発明における「電圧検出部」の一実施例に対応する。また、リップル昇温ＦＢ制御部１１８，１１８Ａは、この発明における「フィードバック制御部」の一実施例に対応し、昇圧コンバータ２２は、この発明における「昇圧装置」の一実施例に対応する。さらに、温度センサ７８は、この発明における「温度検出部」の一実施例に対応し、ＳＯＣ推定部１２０は、この発明における「残存容量推定部」の一実施例に対応する。
【０１０１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  二次電池、１２  内部抵抗、２０  リップル生成部、２２  昇圧コンバータ、３０  インバータ、４０  モータジェネレータ、５０  駆動輪、６０，６０Ａ  ＥＣＵ、７２  電流センサ、７４，７６  電圧センサ、７８  温度センサ、１００  電動車両、１１０  電圧指令生成部、１１２  電圧制御部、１１４，１１４Ａ  デューティー指令生成部、１１６  ＰＷＭ信号生成部、１１８，１１８Ａ  リップル昇温ＦＢ制御部、１２０  ＳＯＣ推定部、１２２，１２２Ａ  キャリア生成部、ＰＬ１，ＰＬ２  正極線、ＮＬ  負極線、Ｌ  リアクトル、Ｑ１，Ｑ２  スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、ＣＨ  コンデンサ。
【図１】
2011018533.tif 000003
【図２】
2011018533.tif 000004
【図３】
2011018533.tif 000005
【図４】
2011018533.tif 000006
【図５】
2011018533.tif 000007
【図６】
2011018533.tif 000008
【図７】
2011018533.tif 000009
【図８】
2011018533.tif 000010
【図９】
2011018533.tif 000011
【図１０】
2011018533.tif 000012
【図１１】
2011018533.tif 000013
【図１２】
2011018533.tif 000014