(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの第１の蓄積セル（２）と少なくとも１つの第２の蓄積セル（３）とが直列に接続された、電気エネルギ蓄積器（１）の蓄積セルの加熱方法に関する。本発明によれば、第１の蓄積セルと第２の蓄積セルとが、これらのあいだの中間タップ（１１）に電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子（１３）に交互に通電する。本発明は、さらに、電気エネルギ蓄積器の蓄積セルの加熱装置にも関する。
2012518875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギ蓄積器に複数の蓄積セルが設けられており、
少なくとも１つの第１の蓄積セルと少なくとも１つの第２の蓄積セルとが直列に接続されている、
蓄積セルの加熱方法において、
前記第１の蓄積セルと前記第２の蓄積セルとが、交互に、該第１の蓄積セルと該第２の蓄積セルとのあいだの中間タップに電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子に通電を行う
ことを特徴とする蓄積セルの加熱方法。
【請求項２】
複数の第１の蓄積セルと複数の第２の蓄積セルとがそれぞれ直列に接続されている、請求項１記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項３】
前記交互の通電を少なくとも１つのスイッチのスイッチングによって行う、請求項１または２記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項４】
前記スイッチはトランジスタとして構成されている、請求項３記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項５】
前記交互の通電を２つのスイッチの開放および閉鎖によって行い、該２つのスイッチのうち、第１のスイッチが前記第１の蓄積セルと前記誘導素子とを電気的に接続し、第２のスイッチが前記第２の蓄積セルと前記誘導素子とを電気的に接続する、請求項１から４までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項６】
第１のトランジスタを閉鎖し、かつ、第２のトランジスタを開放して、前記誘導素子と前記第１のトランジスタと前記第１のトランジスタに配属された蓄積セルとを通って流れる電流が増大するようにするステップと、
前記電流が設定された電流閾値に達した場合、前記第１のトランジスタを開放し、同時に、前記第２のトランジスタを閉鎖して、前記誘導素子と前記第２のトランジスタと前記第２のトランジスタに配属された蓄積セルとを通って流れる電流が低下するようにし、さらに、符号の反転によって前記電流が前記設定された電流閾値に達するまで再び増大するようにするステップと
を有する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項７】
電気エネルギ蓄積器（１）に複数の蓄積セル（２，３）を備え、
少なくとも１つの第１の蓄積セル（２）と少なくとも１つの第２の蓄積セル（３）とが直列に接続されている、
蓄積セルの加熱装置（１０）、例えば、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法を実行する装置において、
少なくとも１つのスイッチ（１６，１８）と、
前記第１の蓄積セル（２）と前記第２の蓄積セル（３）とのあいだの中間タップ（１１）に電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子（１３）と
を備え、
前記誘導素子（１３）は、前記スイッチ（１６，１８）のスイッチングにより、前記第１の蓄積セル（２）または前記第２の蓄積セル（３）から、交互に通電される
ことを特徴とする蓄積セルの加熱装置。
【請求項８】
複数の第１の蓄積セル（２）と複数の第２の蓄積セル（３）とがそれぞれ直列に接続されている、請求項７記載の蓄積セルの加熱装置。
【請求項９】
前記第１の蓄積セル（２）の数と前記第２の蓄積セル（３）の数とが等しい、請求項７または８記載の蓄積セルの加熱装置。
【請求項１０】
前記交互の通電が２つのスイッチ（１６，１８）の開放および閉鎖によって行われ、前記２つのスイッチのうち、第１のスイッチ（１６）により前記第１の蓄積セル（２）と前記誘導素子（１３）とが電気的に接続され、第２のスイッチ（１８）により前記第２の蓄積セル（３）と前記誘導素子（１３）とが電気的に接続される、請求項７から９までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱装置。
【請求項１１】
前記誘導素子（１３）を通る電流を開制御および／または閉ループ制御するために、前記少なくとも１つのスイッチ（１６，１８）を駆動制御する開制御装置および／または閉ループ制御装置が設けられている、請求項７から１０までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギ蓄積器に複数の蓄積セルが設けられており、少なくとも１つの第１の蓄積セルと少なくとも１つの第２の蓄積セルとが直列に接続されている、蓄積セルの加熱方法に関する。
【０００２】
従来技術
電気エネルギ蓄積器、例えば、ハイブリッド自動車または電気自動車のリチャージャブルバッテリとして構成された電気エネルギ蓄積器の複数の蓄積セルを加熱する方法が知られている。
【０００３】
温暖な緯度地域においても例えば冬期の寒い日には外気温が０℃を下回ることがあるので、バッテリがこうした条件のもとで出力要求を完全に満たすには、まず加熱が行われなければならない。これまで、車両に配置されたバッテリセルでは、車両のエアコンディショナー循環回路あるいは冷却剤循環回路により、加熱または冷却が調整されてきた。
【０００４】
要求される出力量ないしエネルギ量および要求される電圧を電気エネルギ蓄積器によって達成するには、各蓄積セルを直列に接続し、一部を並列に接続する必要がある。
【０００５】
発明の開示
本発明によれば、第１の蓄積セルと第２の蓄積セルとが、交互に、第１の蓄積セルと第２の蓄積セルとのあいだの中間タップに電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子に通電を行う。
【０００６】
この場合、誘導素子が第１の蓄積セルの第１の内部抵抗および第２の蓄積セルの第２の内部抵抗の値よりも小さい値のオーム抵抗を有することが利用される。特に、少なくともエネルギ蓄積器の温度が０度を下回る場合、第１の内部抵抗の値も、第２の内部抵抗の値も、誘導素子のオーム抵抗の値より１０倍以上大きい。なお、本明細書では、電気エネルギ蓄積器とは、電荷蓄積器、磁気蓄積器、および／または、電気化学エネルギ蓄積器であると理解されたい。
【０００７】
本発明の方法は、電気エネルギ蓄積器の望ましい温度上昇（すなわち加熱）に必要なエネルギを除き、最小のエネルギ損失しか発生しないという利点を有する。
【０００８】
電気エネルギ蓄積器は、特に、蓄積セルとしての複数のバッテリセルを備えたリチャージャブルバッテリ、有利には、リチウムイオンバッテリである。バッテリとして構成された電気エネルギ蓄積器では、付加的に、温度の低下につれて内部抵抗が増大することが利用される。
【０００９】
本発明の有利な実施形態によれば、複数の第１の蓄積セルと複数の第２の蓄積セルとがそれぞれ直列に接続されている。これにより、直列に接続された複数の第１の蓄積セルと直列に接続された複数の第２の蓄積セルとにより、第１の蓄積セルと第２の蓄積セルとのあいだの中間タップに電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子に、交互に通電が行われる。
【００１０】
有利には、第１の蓄積セルの数と第２の蓄積セルの数とが等しい。すべての蓄積セルが同じセル電圧を有する場合、第１の蓄積セルと第２の蓄積セルとは、同時に、同じ大きさ値の磁界を誘導素子内に形成する。
【００１１】
有利には、交互の通電は少なくとも１つのスイッチのスイッチングによって制御される。スイッチは特にトランジスタであり、有利には、バイポーラトランジスタおよび／または電界効果トランジスタ、特に有利にはＭＯＳＦＥＴ（メタルオキサイドセミコンダクタフィールドエフェクトトランジスタ）および／またはＩＧＢＴ（インシュレイテッドゲートバイポーラトランジスタ）および／またはサイリスタである。
【００１２】
有利な実施形態では、交互の通電は、２つのスイッチの開放および閉成によって制御される。２つのスイッチのうち、第１のスイッチにより１つまたは複数の第１の蓄積セルと誘導素子とが電気的に接続され、第２のスイッチにより１つまたは複数の第２の蓄積セルと誘導素子とが電気的に接続される。２つのスイッチは特にトランジスタとして構成される。
【００１３】
本発明の方法は、有利には、第１のトランジスタを閉鎖し、かつ、第２のトランジスタを開放して、誘導素子と第１のトランジスタと第１のトランジスタに配属された蓄積セルとを通る電流が増大するようにするステップと、電流が設定された電流閾値に達した場合に、第１のトランジスタを開放し、かつ、第２のトランジスタを同時に閉鎖して、誘導素子と第２のトランジスタと第２のトランジスタに配属された蓄積セルとを通る電流が低下するようにし、さらに、符号の反転によって電流が設定された電流閾値に達するまで再び増大するようにするステップとを有する。
【００１４】
この過程は、反対方向で、つまり、第２のトランジスタをオフにし、第１のトランジスタをオンにすることによって、反復することもできる。本発明の方法では、電気エネルギ蓄積器の蓄積セルを通って流れる電流が、蓄積セルの内部抵抗における損失電力により、電気エネルギ蓄積器の加熱を生じさせる。
【００１５】
本発明は、さらに、電気エネルギ蓄積器に複数の蓄積セルが設けられており、少なくとも１つの第１の蓄積セルと少なくとも１つの第２の蓄積セルとが直列に接続されている、蓄積セルの加熱装置、特に、前述の方法を実行する装置に関する。本発明の加熱装置は、第１の蓄積セルと第２の蓄積セルとのあいだの中間タップに電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子とスイッチとを有しており、第１の蓄積セルと第２の蓄積セルとが、当該のスイッチのスイッチングによって、誘導素子に交互に通電を行う。唯一のスイッチが設けられる場合、スイッチングは反転切り換えである。複数のスイッチが設けられる場合、当該のスイッチングは、反転切り換えであってもよいし、オンオフ切り換え（スイッチの開閉）であってもよい。各スイッチはトランジスタとして構成される。
【００１６】
電気エネルギ蓄積器は、特に、蓄積セルとしての複数のバッテリセルを備えたリチャージャブルバッテリ、有利には、リチウムイオンバッテリである。
【００１７】
特に有利には、複数の第１の蓄積セルと複数の第２の蓄積セルとがそれぞれ直列に接続される。エネルギ蓄積器が要求された出力およびエネルギのデータを有することができるよう、個々の蓄積セルが直列に接続され、一部が付加的に並列接続されるとよい。また有利には、第１の蓄積セルの数と第２の蓄積セルの数とが等しい。
【００１８】
有利な実施形態では、交互の通電は、２つのスイッチの開放および閉成によって制御される。ここでは、２つのスイッチのうち、第１のスイッチにより第１の蓄積セルと誘導素子とが電気的に接続され、第２のスイッチにより第２の蓄積セルと誘導素子とが電気的に接続される。
【００１９】
さらに有利には、本発明の装置は、誘導素子を通る電流を開制御および／または閉ループ制御するために、少なくとも１つのスイッチを駆動制御する、開制御装置および／または閉ループ制御装置を有する。
【００２０】
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】２つの蓄積セルと本発明の実施例の蓄積セル加熱装置とを有する電気エネルギ蓄積器を備えた回路装置を示す図である。
【図２】第１のスイッチを有する第１の電流分岐を通る電流の時間特性と第２のスイッチを有する第２の電流分岐を通る電流の時間特性とを示すグラフである。
【００２２】
図１には、直列に接続された２つの蓄積セル２，３を含む電気エネルギ蓄積器１を備えた回路装置が示されている。図示されている等価回路図では、各蓄積セル２，３は、それぞれ、理想的な電圧源４，５および理想的なオーム性の内部抵抗６，７を有している。電気エネルギ蓄積器１は、線路８，９および端子８’，９’を介して、図示されていない電流源に接続可能である。電気エネルギ蓄積器１が例えば電気自動車またはハイブリッド自動車の電気駆動装置のエネルギ蓄積器である場合、図示されていない電流源は当該の自動車に搭載されたトラクション電気システムである。
【００２３】
図１に示されている回路装置は、さらに、電気エネルギ蓄積器１の蓄積セル２，３を加熱する加熱装置１０を有している。加熱装置１０は中間タップ１１に電気的に接続された電流路１２を有しており、この電流路１２には誘導素子１３が配置されている。中間タップ１１では２つの蓄積セル２，３のあいだにかかる中間電位が取り出される。電流路１２は、中間タップ１１の反対側で、第１の電流分岐１４と第２の電流分岐１５とに分岐している。第１の電流分岐１４には第１のスイッチ１６が配置されている。第１のスイッチ１６が閉鎖されると、電気エネルギ蓄積器１の第１の端子（正極端子）１７から、第１の線路８と第１のスイッチ１６を有する第１の電流分岐１４とを経て、第１の蓄積セル２の中間タップ１１へ、第１の電流回路が生じる。第２の電流分岐１５には第２のスイッチ１８が配置されている。第２のスイッチ１８が閉鎖されると、中間タップ１１から、誘導素子１３と、第２のスイッチ１８を有する第２の電流分岐１５と、第２の線路９とを経て、第２の端子（負極端子）１９へ、第２の電流回路が生じ、当該の第２の端子１９は第２の蓄積セル３を介して中間タップ１１へ接続される。第１のスイッチ１６は第１のトランジスタ２０として構成されており、第２のスイッチ１８は第２のトランジスタ２１として構成されている。
【００２４】
図２には、第１の電流分岐１４を通る電流Ｉの電流２２と第２の電流分岐１５を通る電流Ｉの電流２３との時間ｔに関する特性のグラフが示されている。
【００２５】
電気エネルギ蓄積器１の蓄積セル２，３を加熱する加熱装置１０の機能は、次のようになっている。電気エネルギ蓄積器１を低温下でも駆動できるようにするために、まず、第２のトランジスタ２１を開放し、第１のトランジスタ２０を閉鎖する。これは、図２の時点ｔ＝０．０ｍｓで行われる。すると、第１の電流分岐１４において、電流路１２の誘導素子１３から第１のトランジスタ２０を介してアースとして構成された第２の端子（負極端子）１９へ流れる電流Ｉが増大する。ここでの電流は、図２の第１の電流２２である。当該の電流が所定の電流閾値、例えば図２の１２Ａの値に達すると、第１のトランジスタ２０が開放されて非導通状態へ切り換えられ、同時またはその直後に、第２のトランジスタ２１が導通状態へ切り換えられる。これは、図２の時点ｔ＝５．０ｍｓで生じる。このとき、電流は、誘導素子１３を通り、第２のトランジスタ２１を介して第２の電流分岐１５へ流れる。ここでの電流は、図２の第１の電流２３である。第２のトランジスタ２１が非導通状態にあるかぎり、電流Ｉは第２のトランジスタ２１の図示されていない帰還ダイオードを介して流れる。このフェーズでは、誘導素子１３を通る電流は再び低下する。第２のトランジスタ２１が、電流０の時点（図２の時点ｔ＝９．０ｍｓ）を超えて導通しつづける場合、誘導素子１３を通る電流Ｉは反転し、第２のトランジスタ２１がオフとなり、第１のトランジスタ２０がオンとなって、前述の過程が反復される。これは、図２では、電流が時点ｔ＝１５．０ｍｓで−１２Ａの電流閾値に達した場合の動作である。
【００２６】
本発明の方法において、電気エネルギ蓄積器１の蓄積セル２，３を通って流れる電流は、蓄積セル２，３の内部抵抗６，７で熱的損失をもたらし、これにより電気エネルギ蓄積器１が加熱される。また、エネルギが蓄積セル２，３の外部で誘導素子１３に一時的に蓄積されることにより、最小のエネルギコストのみで所望の温度上昇を達成することができる。
【図１】
2012518875.tif 000003
【図２】
2012518875.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月12日(2011.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギ蓄積器に複数の蓄積セルが設けられており、
少なくとも１つの第１の蓄積セルと少なくとも１つの第２の蓄積セルとが直列に接続されている、
蓄積セルの加熱方法において、
前記第１の蓄積セルと前記第２の蓄積セルとが、交互に、該第１の蓄積セルと該第２の蓄積セルとのあいだの中間タップに電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子に通電を行う
ことを特徴とする蓄積セルの加熱方法。
【請求項２】
複数の第１の蓄積セルと複数の第２の蓄積セルとがそれぞれ直列に接続されている、請求項１記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項３】
前記交互の通電を少なくとも１つのスイッチのスイッチングによって行う、請求項１または２記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項４】
前記スイッチはトランジスタとして構成されている、請求項３記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項５】
前記交互の通電を２つのスイッチの開放および閉鎖によって行い、該２つのスイッチのうち、第１のスイッチが前記第１の蓄積セルと前記誘導素子とを電気的に接続し、第２のスイッチが前記第２の蓄積セルと前記誘導素子とを電気的に接続する、請求項１から４までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項６】
第１のトランジスタを閉鎖し、かつ、第２のトランジスタを開放して、前記誘導素子と前記第１のトランジスタと前記第１のトランジスタに配属された蓄積セルとを通って流れる電流が増大するようにするステップと、
前記電流が設定された電流閾値に達した場合、前記第１のトランジスタを開放し、同時に、前記第２のトランジスタを閉鎖して、前記誘導素子と前記第２のトランジスタと前記第２のトランジスタに配属された蓄積セルとを通って流れる電流が低下するようにし、さらに、符号の反転によって前記電流が前記設定された電流閾値に達するまで再び増大するようにするステップと
を有する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱方法。
【請求項７】
電気エネルギ蓄積器（１）が複数の蓄積セル（２，３）を備え、
少なくとも１つの第１の蓄積セル（２）と少なくとも１つの第２の蓄積セル（３）とが直列に接続されている、
蓄積セルの加熱装置（１０）において、
少なくとも１つのスイッチ（１６，１８）と、
前記第１の蓄積セル（２）と前記第２の蓄積セル（３）とのあいだの中間タップ（１１）に電気的に接続された少なくとも１つの誘導素子（１３）と
を備え、
前記誘導素子（１３）は、前記スイッチ（１６，１８）のスイッチングにより、前記第１の蓄積セル（２）または前記第２の蓄積セル（３）から、交互に通電される
ことを特徴とする蓄積セルの加熱装置。
【請求項８】
複数の第１の蓄積セル（２）と複数の第２の蓄積セル（３）とがそれぞれ直列に接続されている、請求項７記載の蓄積セルの加熱装置。
【請求項９】
前記第１の蓄積セル（２）の数と前記第２の蓄積セル（３）の数とが等しい、請求項７または８記載の蓄積セルの加熱装置。
【請求項１０】
前記交互の通電が２つのスイッチ（１６，１８）の開放および閉鎖によって行われ、前記２つのスイッチのうち、第１のスイッチ（１６）により前記第１の蓄積セル（２）と前記誘導素子（１３）とが電気的に接続され、第２のスイッチ（１８）により前記第２の蓄積セル（３）と前記誘導素子（１３）とが電気的に接続される、請求項７から９までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱装置。
【請求項１１】
前記誘導素子（１３）を通る電流を開制御および／または閉ループ制御するために、前記少なくとも１つのスイッチ（１６，１８）を駆動制御する開制御装置および／または閉ループ制御装置が設けられている、請求項７から１０までのいずれか１項記載の蓄積セルの加熱装置。
【国際調査報告】
2012518875.tif 000005
2012518875.tif 000006
2012518875.tif 000007
2012518875.tif 000008
2012518875.tif 000009
2012518875.tif 000010