CN105990624B - 电力供应系统 - Google Patents

Abstract

一种电力供应系统，包括：电力存储设备；检测器，其配置为检测电力存储设备的温度状态；变流器，包括第一电抗器和开关元件；第二电抗器；第一开关和第二开关；和电子控制单元。变流器连接在电力存储设备和负载之间。第一开关相对于电力存储设备与第一电抗器串联电连接。第二电抗器设置为具有在第二电抗器和电力存储设备之间的热传递路径。第二开关相对于电力存储设备与第二电抗器串联电连接。电子控制单元配置为控制变流器、第一开关和第二开关。第二电抗器和第二开关相对于电力存储设备与第一电抗器和第一开关并联电连接。电子控制单元配置为，根据来自检测器的输出，在电力存储设备的低温状态下，闭合第二开关并断开第一开关。

Description

电力供应系统

发明背景

1. 技术领域

本发明涉及电力供应系统，更具体而言，涉及一种配备有电力存储设备和包括电抗器的变流器的电力供应系统。

2. 背景技术

日本专利申请公开号2014-87081中，描述了一种配备有电力存储设备和包括电抗器、开关元件的变流器的电力供应系统。

在JP 2014-87081 A中，变流器配置为通过继电器来切换具有不同电感的第一电抗器和第二电抗器。此外，还描述了在因供给脉动电流而产生的焦耳热令所述电力存储设备升温时，向电感小于车辆行驶所使用的第一电抗器的电感的第二电抗器供给电流。由此，可以通过提高脉动电流幅度，来提高所述电力存储设备升温的效果。

不幸的是，JP 2014-87081 A中所述结构的能量效率仍有提升空间，因为对于所述电力存储设备的通过电流的能量而言，仅有因来自该电力存储设备内部的焦耳热而产生的热量，能够被用于给该电力存储设备升温。

一般而言，变流器的电抗器设置为靠近开关元件。因此，需要考虑到，在电力存储设备升温期间，防止开关元件由于通过电抗器的经过电流产生的热量而具有过高温度。基于此，担心在电力存储设备升温期间电流受限。

如上所述，可以理解，在JP 2014-87081 A所述结构中，对于低温状态下的电力存储设备的高效快速升温，仍有提升空间。

发明内容

本发明提供一种配备有电力存储设备和包括电抗器的变流器的电力供应系统，且所述电力供应系统能够对低温状态下的电力存储设备进行高效快速升温。

本发明的一个方面中，一种电力供应系统，包括：电力存储设备；检测器，其配置为检测所述电力存储设备的温度状态；变流器，包括第一电抗器和开关元件；第二电抗器；第一开关和第二开关；和电子控制单元。所述变流器连接在所述电力存储设备和负载之间。第一开关相对于所述电力存储设备与所述第一电抗器串联电连接。第二电抗器设置为具有在所述第二电抗器和所述电力存储设备之间的热传递路径。第二开关相对于所述电力存储设备与所述第二电抗器串联电连接。电子控制单元配置为控制所述变流器、所述第一开关和所述第二开关。第二电抗器和第二开关相对于所述电力存储设备与所述第一电抗器和所述第一开关并联电连接。所述电子控制单元配置为，根据来自所述检测器的输出，在所述电力存储设备的低温状态下，闭合所述第二开关并断开所述第一开关。

在上述电力供应系统中，若电力存储设备处于低温状态，则变流器的电抗器可以配置为具有在所述第二电抗器和所述电力存储设备之间的传热路径的第二电抗器。由此，在由变流器向电力存储设备输送电流的时候，可能通过利用第二电抗器中因电流产生的热量以及电力存储设备中因内电阻产生的热量，令电力存储设备升温。由此，可能对低温状态下的电力存储设备进行高效快速升温。

优选地，所述第二电抗器可以设置在内部装有所述电力存储设备的外罩中。通过该配置，第二电抗器中产生的热量可以高效地传递给电力存储设备。

优选地，所述电力供应系统可以安装在车辆中。所述电力存储设备配置为，在由来自所述车辆外部的电源的电力对所述电力存储设备进行充电时，通过包括所述变流器的电流路径来进行充电。

通过该配置，在使用所述变流器，以来自所述车辆外部的电源的电力，对安装在该车辆内的所述电力存储设备进行充电时，可能使用变流器的第二电抗器中产生的热量，来令电力存储设备升温。由此，在对车载电力存储设备进行外部充电时，可能对低温状态下的电力存储设备进行高效快速升温。

优选地，在所述电力存储设备的低温状态下，电子控制单元可以配置为控制所述变流器的所述开关元件的开-关，以使得所述电力存储设备的充电或放电电流变成平均值为零的交变电流。

通过该配置，在控制（脉动升温控制）变流器产生交变电流以令电力存储设备升温时，变流器的第二电抗器中产生的热量被用于令电力存储设备升温，由此高效迅速地令电力存储设备升温。

优选地，所述电力存储设备可以安装在车辆中。在车辆行驶期间，若第一电抗器中发生异常，则所述电子控制单元可以配置为，在所述电力存储设备的低温状态下，闭合所述第二开关，并断开所述第一开关。

通过该配置，即使在第一电抗器发生异常的情况下，使用第二电抗器作为替代电抗器来维持车辆的行驶。

此外，电力供应系统可以优选地安装在配备有发动机和电动机的混合动力车辆中。电子控制单元可以配置为，在所述混合动力车辆需要安静的行驶条件下，闭合所述第二开关，并断开所述第一开关。

通过该配置，若所述混合动力车辆处于需要安静的行驶条件下，变流器的电抗器配置为，使用装在电力存储设备的外罩内的第二电抗器，由此降低从车辆外感知到的噪音。

此外，即使是在所述混合动力车辆需要安静的行驶条件下，所述电子控制单元可以优选地配置为，若所述电力存储设备处于高温状态，则闭合所述第一开关，并断开所述第二开关。

通过该配置，在防止电力存储设备处于温度过高状态的同时，可能应付需要安静的行驶条件或第一电抗器的故障。

优选地，所述电力存储设备可以包括多个电池单元，每个所述电池单元具有圆柱形状。所述多个电池单元可以固定在平板状的散热板上形成的多个孔中。所述第二电抗器可以设置为，具有在所述第二电抗器和所述散热板之间的传热路径。

通过该配置，在通过变流器的操作使用第二电抗器令电力存储设备升温期间，第二电抗器产生的热量可以通过散热板传递给每个电池单元。由此，可能抑制电池单元之间的温度差异，由此得到电力存储设备的均匀升温。

优选地，所述电力存储设备中配置的所述多个电池单元可以分别设置在多个电力存储设备单元中。所述第二电抗器可以包括多个串联的电抗器元件。电抗器元件可以配置为，在所述电抗器元件和所述电力存储设备单元之间分别具有传热路径。

通过该配置，在通过变流器的操作使用第二电抗器令电力存储设备升温期间，可能抑制设置在所述单位中的电池单元之间的温度变差，由此得到电力存储设备的均匀升温。

优选地，所述第一电抗器和所述第二电抗器的电感相等。通过该配置，在通过控制第一开关和第二开关而在第一电抗器和第二电抗器之间执行切换的时候，可能稳定变流器在切换前后的运行。

在本发明的上述方面中，在配备有电力存储设备和包括电抗器的变流器的电力供应系统中，可能高效迅速地令低温状态下的电力存储设备升温。

附图说明

下面将引用附图，描述本发明的示例实施例的特征、优点及其技术性和工业性意义，其中用相似标号来代表相似元素，其中：

图1是说明应用了本发明的一个实施例中的电力供应系统的混合动力车辆的配置示例的方框图。

图2是说明如图1所示的两个电抗器的布置位置的概念图。

图3是说明该实施例中的电力供应系统中的变流器的电抗器开关控制过程的流程图。

图4是说明变流器的脉动升温控制的操作波形图。

图5是说明安装有该实施例的电力供应系统的混合动力车辆的外部充电配置的方框图。

图6是用于升温的电抗器的电路图。

图7是说明用于升温的电抗器在电池组中的不拘形式的概念方框图。

图8是说明内部包含散热板的电池组的结构的分解透视图。

图9是图8中的电池单位的单一单位的透视图。

图10是说明第二实施例中的变流器的电抗器开关控制过程的流程图。

图11是用于比较PCU和电池组的外罩形状的概念图。

图12是用于比较电抗器开关控制中的主电池的温度条件的概念图。

图13是说明第三实施例中的变流器的电抗器开关控制过程的流程图。和

图14是说明用于升温的电抗器在电池组中的布置方式的又一实施例的概念方框图。

具体实施方式

下面，将参考附图，详细描述本发明的实施例。在下列附图中，使用相同标号来表示共有或等同的元素，且会基本省略其重复叙述。

[实施例1] 图1是说明本发明的一个实施例中的电力供应系统所应用的混合动力车辆的配置示例的方框图。

参考图1，混合动力车辆100包括发动机110、动力分配机构120、电动发电机MG1，MG2、减速齿轮130、驱动轴140和车轮（驱动轮）150。

发动机110配置为内燃机，举例而言，例如汽油发动机和柴油发动机。发动机110配备有冷却水温度传感器112，其检测冷却水的温度。冷却水温度传感器112的输出传递给控制装置50。

动力分配机构120配置为，将发动机110产生的动力分配到通向驱动轴140的路径和通向电动发电机MG1。对于动力分配机构120，可以使用分别具有恒星齿轮、行星齿轮和环形齿轮这三条旋转轴的行星齿轮机构。

例如，可以令电动发电机MG1的一个转子配置为中空，且将发动机110的曲柄轴设置为通过该转子的中心，由此分别将发动机110和电动发电机MG1、MG2机械连接至动力分配机构120。具体而言，电动发电机MG1的转子连接至恒星齿轮上，发动机110的输出轴连接在行星齿轮上，而输出轴125连接在环形齿轮上。同样连接在电动发电机MG2上的输出轴125连接至驱动轴140上，从而通过减速齿轮130来旋转驱动车轮150。可以进一步包含用于电动发电机MG2的旋转轴的减速齿轮。

每个电动发电机MG1、MG2配置为三相电动机。电动发电机MG1包括配置至定子的U-相位线圈绕组U1、V-相位线圈绕组V1、W相位线圈绕组W1，以及未示出的转子。电动发电机MG2的配置与电动发电机MG1相同，并包括配置至定子的U-相位线圈绕组U2、V-相位线圈绕组V2、W相位线圈绕组W2，以及未示出的转子。

电动发电机MG1配置为同时具有作为电动机和作为发电机的功能，由此可以充当由发动机110驱动的发电机，也可以充当用于启动发动机110的电动机。类似地，电动发电机MG2也通过输出轴125和减速齿轮130包含在混合动力车辆100中，以将其输出传递给驱动轴140。此外，电动发电机MG2配置为同时具有作为电动机和发电机的功能，以通过在与车轮150转动方向相反的方向上产生输出扭矩来执行电力再生。

由此一来，电动发电机MG1、MG2和发动机110的输出轴通过动力分配机构120相互连接。由此，混合动力车辆100配置为，通过选择仅使用电动发电机MG2的输出且发动机110停止的行驶模式（下文中也称为“EV行驶”）或连同发动机110一起运行的行驶模式（下文中也称为“HV行驶”）来行驶。

在HV行驶中，通过动力分配机构120，将发动机110的输出通过转动驱动轴140而用于车辆行驶和/或电动发电机MG1的发电。

混合动力车辆100包括逆变器20、30，平流电容器C0，控制装置50和包含电力存储设备和变流器的电力供应系统101，且所述部件用于电动发电机MG1、MG2的驱动控制。电力供应系统101的电力负载102配置为平流电容器C0，逆变器20、30和电动发电机MG1、MG2。

电力供应系统101包括作为“电力存储设备”的代表性例子的主电池10，继电器SMRB1、SMRB2、SMRG、SMRP，和变流器15。

主电池10通常配置为镍金属氰化物、锂离子等的二次电池。电压传感器13检测从主电池10输出的电池电压Vb，电流传感器14检测在主电池10输入或输出的电池电流Ib。主电池10配备有温度传感器16。分别由电压传感器13、电流传感器14和温度传感器16检测的电池电压Vb、电池电流Ib和电池温度Tb输出到控制装置50。

变流器15配置为所谓的双向斩波器，并包括开关控制的电抗器L1a和功率半导体装置（下文中称为“开关元件”）Q1、Q2。电抗器L1a通过电力线6连接在功率半导体装置Q1、Q2的连接节点N0和主电池10之间。

功率半导体装置Q1、Q2串联连接在电力线7和电力线5之间。功率半导体装置Q1、Q2的开-关由来自控制装置50的控制信号SCNV控制。在本实施例中，作为开关元件，可以使用IGBT（绝缘栅双极晶体管）、功率MOS（金属氧化物半导体）晶体管或功率双极晶体管等。反并联二极管D1、D2分别配置到功率半导体装置Q1、Q2。

逆变器20、30的各DC电压侧通过位于高电压侧的电力线5和位于低电压侧的电力线7连接至变流器15。逆变器20、30共用电力线5和7。每个逆变器20、30均为由多个未示出的开关元件构成的通用三相逆变器；因此，省略其配置的详细描述。

电动发电机MG1的每个相位线圈绕组U1、V1、W1的一端连接至逆变器20的各相应相臂（未示出），且其另一端在中性点N1处相互连接。类似地，电动发电机MG2的每个相位线圈绕组U2、V2、W2的一端连接至逆变器30的各相应相臂（未示出），且其另一端在中性点N2处相互连接。

每个电动发电机MG1、MG2分别设有电流传感器27和转动角传感器（解角器）28。三相电流的各瞬时值的总和为零；因此，如图1所示，电流传感器27的设置足以通过近两相来检测电动机电流。每个转动角传感器28检测每个相应电动发电机MG1、MG2的未示出转子的转动角q。电动发电机MG1的电动机电流MCRT（1）和转动角q（1）和电动发电机MG2的电动机电流MCRT（2）和转动角q（2），由上述传感器检测，并输出至控制装置50。

逆变器20通过响应于来自控制装置50的控制信号SINV1而对开关元件（未示出）进行开-关控制（开关控制），执行双向DC/AC功率转换。同时，与逆变器20类似地，逆变器30通过响应于来自控制装置50的控制信号SINV2而对开关元件（未示出）进行开-关控制（开关控制），执行双向DC/AC功率转换。

下面将描述电力供应系统101的配置。主电池10和变流器15通过电力线5和电力线6相互连接。继电器SMRB1连接性地插入电力线6。继电器SMRB1相对于主电池10与电抗器L1a串联电连接。继电器SMRG连接性地插入电力线5。继电器SMRP和限流电阻器Rp串联连接后，与继电器SMRG并联设置。

电力供应系统101还包括相对于主电池10并联电连接的电抗器L1a和继电器SMRB2。电抗器L1b和继电器SMRB2相对于主电池10并联电连接至电抗器L1b和继电器SMRB1。

所述继电器SMRB1、SMRB2、SMRG、SMRP响应于来自控制装置50的指令而闭合（ON）或断开（OFF）。例如，为了控制启动电力供应系统101时的侵入电流，控制继电器SMRG、SMRP，由此在某时间段内继电器SMRP接通（继电器SMRG断开）后，断开继电器SMRP，并接通继电器SMRG。后文将对继电器SMRB1、SMRB2的ON-FF控制进行详细描述。

在图1所示实施例的配置中，电抗器L1a对应于“第一电抗器”，且电抗器L1b对应于“第二电抗器”。继电器SMRB1对应于“第一开关”，且集电器SMRB2对应于“第二开关”。图1的配置示例中的继电器布置可以改变，以使得电抗器L1a、L1b和继电器SMRB1、SMRB2连接性地插入电力线5和继电器SMRB1、SMRB2，且限流电抗器Rp连接性地插入电力线6中。

控制装置50配置为电子控制单元（ECU），其配置为包括微型计算机（未示出）、RAM（随机存取存储器）51和ROM（只读存储器）52。控制装置50根据提前存储在ROM52中的预定程序过程，控制混合动力车辆100的各种设备的运作。可选地，至少部分控制装置50配置为通过硬件执行预定数字和逻辑操作，例如电子电路。

作为主电池10相关数据，电池电压Vb、电池电流Ib和电池温度Tb被输入到控制装置50。基于上述数据，控制装置50计算表示充电率的输入功率上限值Win（SOC：充电状态），和表示充电-放电限制的输出功率上限值Wout。控制装置50具有功率管理功能，以适当地限制电动发电机MG1、MG2的电力消耗和发电（电力再生），以免造成主电池10的过度充电或过度放电。

众所周知，司机对混合动力车辆100的减速或停止指令是通过操作加速踏板70或制动踏板71来输入的。司机对加速踏板70的操作量ACC由油门位置传感器73来检测。类似地，制动踏板71的操作量BRK是由制动踏板输入量传感器74来检测的。各个检测到的操作量ACC和BRK被输入到控制装置50。

EV行驶开关75和外部空气温度传感器76也设置在混合动力车辆100中。外部空气温度传感器76检测混合动力车辆100外的外部控制温度Tar。所检测到的外部空气温度Tar被传输到控制装置50。

当司机想要选择EV行驶时，则操作EV行驶开关75。当操作EV行驶开关75时，在满足预定条件（例如，主电池10的SOC固定在预定值或更多）的情况下，控制装置50选择EV行驶。

控制装置50控制发动机100和电动发电机MG1、MG2的输出，以令混合动力车辆100根据司机的加速或制动操作而适当地加速或减速。作为上述行驶控制的一部分，如上所述地在EV行驶和HV行驶之间执行选择。

例如，在发动机驱动处于低耗油量范围的低速行驶中，可以选择发动机110停止的EV行驶。EV行驶非常安静，因为发动机停止使得输出到车辆环境中的噪音变小。另一方面，若整个混合动力车辆100所需功率提高，则可以操作发动机100来选择HV行驶。在HV行驶中，在发动机110的转动频率固定在燃油效率优选范围内的同时，可以通过提高电动发电机MG2的扭矩（增加转动频率），来满足来自司机操作加速踏板70的加速指令。

对于上述行驶控制，控制装置50产生用于发动机110的操作指令值（例如扭矩和转动频率）和用于每个电动发电机MG1、MG2的操作指令值（例如扭矩指令值）。控制装置50为每个电动发电机MG1、MG2产生操作指令值，由此主电池10对每个整体电动发电机MG1、MG2的输入-输出电功率被限制在从输入功率上限制值Win到输出功率上限值Wout的范围内。

控制装置50产生开关控制信号SCNV、SINV1、SINV2，以对变流器15和逆变器20、30进行开关控制，由此根据操作指定值来操作电动发电机MG1、MG2。

产生用于电力供应系统101的开关控制信号SCNV，以适当地控制电力线7的电压，从而控制电动发电机MG1、MG2。由此，控制了变流器15的DC/DC电压转换的比率。变流器15配置为双向变流器，其可以执行升压操作以提高电力线6的电压并将其输出至电力线7，也可以执行降压操作以降低电力线7的电压并将其输出至电力线6。

由此一来，通过根据操作指令值来驱动控制每个电动发电机MG1、MG2，可以根据车辆的行驶状态，适当地控制电动发电机MG2中通过电功率消耗产生车辆驱动力，通过电动发电机MG1发电或通过电动发电机MG2电功率消耗来产生主电池10的充电电力，以及通过电动发电机MG2中的反馈制动操作（发电）产生主电池10的充电电力。

如图1所示，在本实施例中的电力供应系统101中，通过接通或断开继电器SMRB1、SMRB2，可以选择性地使用两个电抗器L1a、L1b作为变流器15的电抗器。

图2是说明如图1所示的两个电抗器L1a、L1b的布置位置的概念图。

参考图2，变流器15设置作为电力控制装置（PCU）60，其中变流器15与逆变器20、30一体集成。该电力控制装置60设置在，例如，车身105的内部空间中（例如发动机室内部）。电抗器L1a作为PCU 60的部件之一装在PCU 60的外罩 60#中。

一般而言，在电力控制装置60中，对变流器15和逆变器20、30中配置的开关元件的发热存在担忧；因此，每个开关元件设有冷却结构，该冷却结构包括通向外罩60#外部的开关元件的排热器。因此，优选地，电抗器L1a也设有该冷却结构，以抑制向其环境组件的热辐射。

同时，主电池10设置作为电池组80，其中如图1所示的主电池10所配置的电池单元，以及传感器等，独立于PCU且一体配置。例如，电池组80设置在车身105的地板下方区域中。

电池组80中的主电池10通过电缆65与电力控制装置60中的变流器15电连接。如图1所示的电力线5、6可以配置为电缆65。

电抗器L1b设置在电池组80的外罩80#内部。这意味着电抗器L1b设置为电池组80的一个部件。后文将描述电抗器L1b的具体布置示例，且电抗器L1b的配置方式为在电抗器L1b和主电池10（具体而言，是主电池10中配置的电池单元）之间形成热传递路径90。例如，电抗器L1b和主电池10之间的物理接触限定了两者之间的热传递路径90。

通过该配置，电抗器L1b因从其通过的电流而产热的热能被传递至主电池10。由此，在电流供给时，电抗器L1b可以令主电池10升温。下文中，电抗器L1b也称为“升温电抗器”。另一方面，电抗器L1a也称为“正常电抗器”。

众所周知，电力存储设备（例如二次电池）在低温状态下，其充电-放电性能因内阻增加等而恶化。因此，本实施例中的电力供应系统101通过对变流器15的电抗器L1a、L1b的开关控制（下文称为“电抗器开关控制”），令低温状态下的主电池10高效迅速地升温。

图3是说明本实施例中的电力存储设备中的变流器的电抗器开关控制的过程的流程图。根据如图3所示的流程图中的控制过程，由控制装置50以预定时间间隔重复执行。

参见图3，在步骤S100中，控制装置50根据来自外部空气温度传感器76的输出，采集外部空气温度Tar。在步骤S110中，控制装置50根据来自温度传感器16的输出，采集电池温度Tb。在步骤S120中，控制装置50确定主电池10是否处于低温状态。

最简单地说，步骤S120中的判定，可以通过判定在步骤S110中采集的电池温度Tb是否大于阈值来完成。可选地，同时基于步骤S100中采集的外部空气温度Tar和电池温度Tb，也可能确定主电池10是否处于低温状态。在此情况下，在外部空气温度低于预定温度的低温环境中，若电池温度Tb小于阈值，则可以确定主电池10处于低温状态。换言之，温度传感器16和/或外部空气温度传感器76相当于“检测器”。

若主电池10处于低温状态（电池低温状态）（若S120中判定为“是”），则控制装置50令该过程前进至步骤S200。

在步骤S200中，控制装置50接通继电器SMRB2，并断开继电器SMRB1。由此一来，变流器15的电抗器配置为，使用设置在电池组80内部的升温电抗器L1b。

另一方面，若电池未处于低温状态（具体而言，主电池10处于电池非低温状态）（若S120中判定为“否”），控制装置50令该过程前进至步骤S210。

在步骤S210中，控制装置50断开继电器SMRB1，且接通继电器SMRB2。由此一来，可以使用正常电抗器L1a作为电池非低温状态下的变流器电抗器。

由此一来，在本实施例中的电力供应系统中，在要求令主电池10升温的电池低温状态下，变流器15的电抗器配置为升温电抗器L1b，其形成电抗器L1b和主电池10之间的传热路径。

由此，在变流器15的运行期间，可能通过使用因电流通过升温电抗器L1b而产生的热量，以及内电阻中因主电池10的经过电流而产生的焦耳热，来令主电池10升温。

另一方面，在主电池10的非低温环境中，变流器的电抗器配置为，使用PCU60中的正常电抗器L1b，由此，可以防止主电池10因来自电抗器的热量而温度过高。

下面，将描述变流器15令低温状态下的主电池10升温的操作。

作为第一实施例，可以通过产生用于电池升温的平均值为零的交变电流（脉动电流）的变流器控制（下文中也称为“脉动升温控制”），来令主电池10升温，如JP2014-87081 A所述。若要求令主电池10升温，例如，若在图3的步骤S120中，确定主电池10处于低温状态，则执行该脉动升温控制。具体而言，在脉动升温控制期间，变流器15的电抗器配置为升温电抗器L1b。

图4是说明变流器的脉动升温控制的操作波形图。图4中的电池电流Ib在充电期间表示为正值，在放电期间表示为负值。

参见图4，变流器15的开关元件Q1、Q2的开-关，是基于脉冲信号（例如三角波）形成的载波信号CR与占空指令值（Duty command value）d之间的比较的PWM（脉冲宽度控制）控制的。具体而言，在CR>d的时期内，接通作为下臂元件的开关元件Q2，且在CR<d的时期内，断开开关元件Q2。开关元件Q1与开关元件Q2互补地接通和断开。占空指令值d的限定范围为0£d<1。占空指令值d=1.0等同于载波信号CR的脉冲幅度（最大值-最小值）。在包括车辆行驶在内的正常变流器控制中，调节占空指令值d，由此令电力线7的电压与电压指令值相同。

在脉动升温控制期间，上述PWM控制中的载波信号CR的频率，优选地根据主电池10的阻抗的频率特性进行限定。例如，此前，曾通过现场实践实验等，发现了阻抗绝对值相对降低的频率范围，且由此，可以限定脉动升温控制中的载波信号CR频率。

此外，在脉动升温控制期间，上述PWM控制中的占空指令值固定为d=0.5。若在时间t1等时刻，载波信号CR大于占空指令值d（=0.5），则断开上臂的开关元件Q1，并接通下臂的开关元件Q2。然后，通过开关元件Q1和升温电抗器L1b，形成从主电池10的放电路径。由此，令电池电流Ib转向在负方向（放电方向）上增加。在Ib<0的期间，从主电池10放电的能量累积在升温电抗器L1b中。电池电压Vb在开关元件Q2（下臂）的ON期间（其中主电池10放电）降低。

在时间t2等时刻，若载波信号CR小于占空指令值d（=0.5），则接通上臂的开关元件Q1，且断开下臂的开关元件Q2。在下臂的ON时期中，通过开关元件Q2、升温电抗器L1b和平流电容器C0，形成升温电抗器L1b中累积的能量对主电池10的充电路径。由此一来，令电池电流Ib转向在正方向（充电方向）上增加。电池电压Vb在开关元件Q1（上臂）的ON期间（其中主电池10放电）升高。

在时间t3等时刻，当载波信号CR变得大于占空指令值d时，半导体装置Q1、Q2分别断开和接通，且电池电流Ib再次转向为在负方向上增加，且电池电压Vb降低。

由此一来，开关元件Q1、Q2以50%的工作周期交替接通和断开，由此电池电流Ib和电池电压Vb根据载波信号CR的频率而变化。此时，优选地，调节载波频率，以使得电池电流Ib和电池电压Vb保持在恒定范围内（例如，从IC到ID的电流范围和从VL到VU的电压范围，如图4所示）。

由此，在脉动升温控制期间，可以令交变电流（脉动电流）传递经过主电池10和升温电抗器L1b。由此，通过主电池10的内电阻的热量和升温电抗器L1b产生的热量，可能以内热和从外部接收的热量来给主电池10升温。

作为第二实施例，在将主电池10配置为可由车辆外部电源（下文中也称为“外部电源”）来充电的情形中，具体而言，将混合动力车辆100配置为所谓的插电式混合动力车辆时，可以通过使用如图5所示的充电配置来进行主电池10的高效升温。下文中，将主电池10通过外部电源充电简称为“外部充电”。

图5是说明应用了本实施例的电力供应系统的混合动力车辆100的外部充电配置的示意方框图。

参考图5，如图1所示的混合动力车辆100还包括用于外部充电的电池充电器210。

电池充电器210将来自外部电源200的AC电压Vac（例如100 VAC或200 VAC）转换为DC电压Vdc，并将其在电力线5和电力线7之间输出。例如，电池充电器210可以配置为内部包含变压器的绝缘型AC/DC换流器。

在外部充电期间，变流器15将从电池充电器210输出的DC电压Vdc转换为主电池10的充电电压，然后将其输出至电力线5和电力线6之间。由此，可以使用来自外部电源200的电力对主电池10进行外部充电。

在外部充电期间，由于电压变换，电流流经变流器15的电抗器。因此，变流器15的电抗器配置为，使用升温电抗器L1b（图3中的步骤S200），由此在外部充电期间，使用变流器15的电抗器产生的热量来令主电池10升温。

同时，若主电池10在外部放电期间是非低温状态，由此无需升温，则在图3的步骤S210中，变流器15的电抗器可以配置为使用正常电抗器L1a。由此，可以防止主电池10的温度在外部放电期间过高升温。

由此一来，在根据本实施例的电力供应系统中，在主电池10的低温状态下，设置为在电抗器L1b和主电池10之间形成热传递路径的升温电抗器L1b可以用作变流器15的电抗器。由此一来，在主电池10的充电或放电期间，可以用于主电池10升温的不仅有因主电池10的经过电流而产生的内部热量，还有因经过变流器15的电抗器而产生的热量。由此，可以高效迅速地令低温状态下的主电池10升温。

此外，在主电池10的非低温状态下，PCU 60中的正常电抗器L1a可以用作变流器15的电抗器，由此防止主电池10的温度过度升高。

优选地，将升温电抗器L1b设计为具有与正常电抗器L1a的电感等同的电感。该配置可以在根据主电池10的温度状态变化而切换使用升温电抗器L1b和正常电抗器L1a的前后，稳定变流器15的运作。

同时，若升温电抗器L1b仅用于主电池10的升温，则升温电抗器L1b的电感可以设置为用于升温的最优值，该最优值可能与正常电抗器L1a的电感不同。例如，如JP 2014-87081 A中所述，升温电抗器L1b的电感可以小于正常电抗器L1a的电感。

[第一实施例的变型]在第一个实施例的变型中，将描述电池组80中的升温电抗器L1b的优选布置结构。

图6是升温电抗器的电路图，且图7是说明电池组中的升温电抗器的布置形式的方框图。

参考图6和图7，升温电抗器L1b配置为多个串联的电抗器元件12a至12d。主电池10划分为多个电池单位11a至11d。每个电池单位11a至11d配置为包括多个电连接的电池单元（未示出）。电池单位11a至11d相互电连接。例如，主电池10配置为串联的电池单位11a至11d。

如图7所示，电抗器元件12a至12d的布置对应于各个电池单位11a至11d。例如，电抗器元件12a至12d的布置形式为与对应的电池单位11a至11d物理性接触。具体而言，电抗器元件12a至12d的布置形式为在电抗器元件12a至12d和对应的电池单位11a至11d之间分别配置热传递路径。

利用该配置，可以将因向升温电抗器L1b供给电流而产生的热量，均等地传递给分别布置在对应的电池单位11a至11d中的电池单元。由此，在使用升温电抗器L1b令主电池10升温期间，可能减少主电池10内部（具体而言，构成主电池10的电池单元之间）的温度变差。

如图8和图9所示，可以在电池组内包含散热板，由此减少主电池内部的温度变差。

图8是说明内部包含由散热板的电池组的结构的分解透视图。图9是图8中的电池单位的一个单一单位的透视图。X轴、Y轴和Z轴是三条相互正交的轴，且同样用在图8和图9中。

参见图8，电池组80包括外罩80#配置的包装盒81、82，固定板86和至少一个电池单位11。电池单位11配置为圆柱形电池单元10#的组件。在此，每个电池单元10#为圆柱形。在图8和图9中，仅示意性地展示了电池单位11配置的部分电池单元10#，但实际上，可以连续布置任何数量的电池单元10#。

在电池单位11中，电池单元10#相互电连接。在布置电池单位11的情形中，所述电池单位11也相互电连接。例如，主电池10配置为串联的电池单位11。

电池单位11以紧固螺栓87固定在固定板86上。固定板86固定在电池组80的安装位置处。例如，固定板86可以固定在车身105的底表面（图2）。

此外，包装盒81、82固定在固定板86上，由此令电池单位11装在外罩80#内。包装盒82（外罩80#）中形成狭缝83。狭缝83保证了电池单元10#在高温状态下的热辐射路径。

参考图9，每个电池单位11具有固定在平板状散热板85上的电池单元10#。散热板85中形成多个用于固定圆柱形电池单元10#的固定孔88。电池单元10#固定装配到形成在散热板85的X-Z平面上的固定孔88中。

在每个电池单位11中，电抗器元件12#固定在散热板85上。电抗器元件12#设置为，具有电抗器元件12#和散热板85之间的传热路径。每个电池单位11所设置的各电抗器元件12#电连接，由此构成升温电抗器L1b。

例如，散热板85可以配置为固体金属（例如铝）。固体金属指的是内部填充有金属而因此内部无中空部分的金属体。散热板85配置为固体金属，由此将从电抗器元件12#传递到散热板85的热量传递给每个电池单元10#。由此，可以减小每个电池单位11中的电池单元10#中的温度变差。

可选地，如图14所示，在外罩80#中，分离的电抗器元件12a至12d可以分别设置为对应于构成主电池10的电池单元10#的组件的四角。类似于图6，电抗器元件12a至12d电性串联，由此构成升温电抗器L1b。

利用该配置，优选地，可以将来自升温电抗器L1b的热量提供给因为位于电池组80的四角而辐射量相对较大的电池单元。由此一来，可能减小主电池10配置的电池单元之间的温度变差。在包括图14在内的各个配置实施例中，分离配置用于升温电抗器L1b的电抗器所要求的电抗器元件分离数目不限于4，且特别地，在图14的配置实施例中，分离布置的部分电抗器元件可以设置在电池组80的4个相应转角。

如第一个实施例的变型中所述，设置升温电抗器L1b，由此抑制从升温电抗器L1b到各电池单元10#的热传递中的变差。由此，可以通过使用升温电抗器L1b，在主电池10升温期间，抑制主电池10内部的温度变差。

[第二实施例]在以下第二和第三实施例中，除第一实施例中的电抗器开关控制外，还将描述额外执行的电抗器开关控制。在以下实施例中，将省略与第一实施例中所应用的相同配置和相同控制的部分的相关重复描述。

图10所示为第二实施例中的电力供应系统中的变流器的电抗器开关控制过程的流程图。若主电池10处于非低温状态（若图3的S120判定为“否”），则以预定时间间隔重复执行如图10所示的流程图中的控制过程。

参考图10，控制装置50在步骤S150中判定混合动力车辆100是否处于安静行驶模式。在本实施例中，“安静行驶模式”指的是混合动力车辆100要求安静的行驶状态。例如，在司机操作EV-行驶开关75（图1）时，控制装置50判定行驶模式为“安静行驶模式”。可选地，其可以配置为，当车辆午夜行驶于住宅区等的时候，根据导航系统中的当前位置相关信息来确定“安静行驶模式”。

若其模式为安静行驶模式（S150中判定为“是”），则控制装置50将该过程前进至步骤S160，以确定主电池10是否处于高温状态。

若其模式为安静行驶模式，且主电池10不在高温状态（若S160中判定为“是”），则控制装置50将该过程前进至步骤S200，这与图3情况相同。由此，变流器15的电抗器配置为设置在电池组80内部的升温电抗器L1b。

相反，若其模式不是安静行驶模式（若S150中判定为“否”），或若其模式是安静行驶模式，但主电池10处于高温状态（若S160中判定为“是”），则控制装置50令该过程前进至步骤S210，这与图3的情况相同。由此，变流器的电抗器配置为使用设置在PCU60中的正常电抗器L1a。

变流器15的电抗器的振动频率为具有半导体装置Q1、Q2的开-关频率（载波频率）的交变电流分量因流动而产生的电磁力的周期变化的频率。因此，在混合动力车辆100行驶并由变流器15进行电压变换操作时，对正常电抗器L1a或升温电抗器L1b的振动噪音输出至车辆外部存在担忧。

在变流器15的电抗器配置为使用正常电抗器L1a的情形中，正常电抗器L1a中产生的振动被传递至外罩60#。另一方面，在使用升温电抗器L1b配置升温电抗器L1b的电抗器的情形中，升温电抗器L1b中产生的振动被传递至外罩80#。

图11所示为用于比较PCU 60和电池组80之间的外罩形状的概念图。

正常电抗器L1a设置在内部装有PCU 60的外罩60#内部。另一方面，升温电抗器L1b设置在内部装有电池组80的外罩80#内部。

电池组80具有相对较大的容量，因为电池组80配置为电池单元10#的组件。因此，外罩80#的高度相对于底面尺寸的比率相对较小。外罩80#通常是通过对较薄的金属片材进行钣金加工而形成的。

另一方面，与电池组80的外罩80#相比，PCU 60的外罩60#的高度相对于底面尺寸的比率相对较大。外罩60#的厚度大于外罩80#，因为外罩60#通常由铸件例如铝形成。

外罩60#和外罩80#之间的形状和厚度差异，造成了在振动分别从正常电抗器L1a向外罩60#传递时，以及从升温电抗器L1b向外罩80#传递时，两者之间的噪音发生条件有差别。具体而言，与外罩60#的盒相比，具有较大底面积和较小厚度的外罩80#在电抗器振动时倾向于产生较低的噪音频率。因此，可以预期，与来自装在外罩60#内的正常电抗器L1a的振动噪音相比，来自装在外罩80#内的升温电抗器L1b的振动噪音更难被混合动力车辆100外的人所感知。

由此，如图13所示，在安静行驶模式下，优选地，鉴于相对于混合动力车辆100外部的噪音敏感性，使用升温电抗器L1b作为变流器15的电抗器。

图12所示为用于比较电抗器开关控制中的主电池的温度条件的概念图。

参考图12，图3的步骤S120中，“电池低温状态”是基于电池温度Tb和阈值T1之间的比较来判定的。具体而言，若Tb<T1，则判定为“电池低温状态”；否则（Tb³T1），则判定为“电池非低温状态”。

另一方面，图10的步骤S160中的“电池高温状态”是基于电池温度Tb和阈值T2之间的比较来判定的。具体而言，若Tb>T2，则判定为“电池高温状态” 。因此，阈值定义为T2>T1。具体而言，判定为“电池高温状态”（Tb>T2）的温度范围是判定为“电池非低温状态”（Tb³T1）的温度范围中的较高温度部分。

因此，在第二实施例的电抗器开关控制中，在Tb³T1的温度范围（电池非低温状态）中，在安静行驶模式下，使用升温电抗器L1b而非正常电抗器L1a，由此在车辆外很难感知到来自变流器15的电抗器振动的噪音。

另一方面，在令主电池10的升温的情形中的Tb>T2的温度范围（电池高温状态）中，使用正常电抗器L1a以停止对升温电抗器L1b的电流供给。由此，可以保持主电池10不会温度过高。

由此一来，在应用了第二实施例中的电抗器开关控制的混合动力车辆中，连同第一实施例的效果，在防止主电池10的温度过度升高的同时，可以减小变流器15的电抗器振动所产生并传到车辆外部的噪音。

[第三实施例]图13是说明第三实施例中的变流器15的电抗器的开关过程的流程图。在主电池10的非低温状态下（若图3的S120中判定为“否”），以预定时间间隔重复执行如图13所示的流程图中的控制过程。

参考图13，在步骤S170中，控制装置50判定正常电抗器L1a中是否发生异常。步骤S170中的判定可以基于对混合动力车辆100的诊断模式来执行。

在正常电抗器L1a中有异常时，控制装置50令该过程前进至步骤S180，以判定主电池10是否处于高温状态。步骤S180中的判定可以用图10的步骤S160中的相同方式来执行。

若正常电抗器L1a中发生异常，且主电池10不是高温状态（若S180中判定为“否”），则控制装置50令该过程前进至步骤S200，与图3所示相同，以将变流器15的电抗器配置为使用升温电抗器L1b。

由此，可以使用升温电抗器L1b来代替发生异常的正常电抗器L1a来操作变流器15。由此，可以在即使变流器15发生异常时，保持混合动力车辆100的行驶。

相反，若正常电抗器L1a中未发生异常（S170中判定为“否”），控制装置50令该过程前进至步骤S210，以将变流器15的电抗器配置为使用正常电抗器L1a。由此，为了防止主电池10的不必要升温，变流器15使用电抗器L1a为车辆行驶执行电压变换。

若正常电抗器L1a中发生异常，且主电池10处于高温状态（S180中判定为“是”），则控制装置50将该过程前进至步骤S220。在步骤S220中，控制装置50断开继电器SMRB1,SMRB2, SMRP和SMRG。这意味着停止由电力供应系统101进行电力供应。

由此，若正常电抗器L1a中发生异常，且若升温电抗器L1b因主电池10的温度状态而无法使用，则禁止混合动力车辆100的行驶。此外，优选地，输出信息以敦促司机修理车辆。

由此一来，在第三实施例的电力供应系统中，使用设在电池组80内的升温电抗器L1b来代替正常电抗器L1a，由此在即使电抗器L1a发生异常时，维持电力供应系统的操作。同时，在电池高温状态下，禁止升温电抗器L1b的使用，由此防止主电池10的温度过高。

在第二和第三实施例中，在主电池10的非低温状态下，在变流器15中选择性地使用正常电抗器L1a和升温电抗器L1b。由此，优选地，将电抗器L1a和升温电抗器L1b设计为具有相等的电感。

在本实施例中，说明了由二次电池构成的主电池10配置作为“电力存储设备”，但可以使用除二次电池外的任何电池，只要主电池10是在低温状态下需要升温的电池存储设备即可。

作为本实施例中的电力供应系统中的应用实施例，以混合动力车辆作为举例，但是混合动力车辆的配置不限于图1中的示例。此外，除了应用依赖于行驶模式的控制的第二实施例外，本发明通常可应用于配备有包括电抗器的变流器的配置，哪怕该配置是从电力存储设备向除混合动力车辆外的任何电力负载供给电能。

应当理解，本申请所公开的实施例均为举例说明，而不具有限制性。本发明的范围并不由上述说明所限定，而是由权利要求的范围所限定，并包括所有与权利要求范围意义等同的形式及其所有改进。

Claims (9)

1.电力供应系统，安装在配备有发动机和电动机的混合动力车辆上，其特征在于，该电力供应系统包括：

电力存储设备；

检测器，其配置为检测所述电力存储设备的温度状态；

变流器，其连接在所述电力存储设备和负载之间，所述变流器包括第一电抗器和开关元件；

第一开关，其相对于所述电力存储设备与所述第一电抗器串联电连接；

第二电抗器，其设置为具有在所述第二电抗器和所述电力存储设备之间的传热路径；

第二开关，其相对于所述电力存储设备与所述第二电抗器串联电连接；和电子控制单元，其配置为控制所述变流器、所述第一开关和所述第二开关；其中，

所述第二电抗器和所述第二开关与所述第一电抗器和所述第一开关并联电连接，

所述第二电抗器设置在将所述电力存储设备容纳其中的外罩中，

且

所述电子控制单元配置为，根据来自所述检测器的输出，在所述电力存储设备的温度低于第一阈值的状态下闭合所述第二开关并断开所述第一开关，

在所述混合动力车辆需要安静的行驶条件下，闭合所述第二开关，并断开所述第一开关。

2.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，

所述电力供应系统安装在车辆中，

和

所述电力存储设备配置为，在由来自所述车辆外部的电源的电力对所述电力存储设备进行充电时，通过包括所述变流器的电流路径来进行充电。

3.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，

在所述电力存储设备的温度低于第一阈值的状态下，所述电子控制单元配置为控制所述变流器的所述开关元件的开-关，使得所述电力存储设备的充电或放电电流变成平均值为零的交变电流。

4.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，

即使是在所述混合动力车辆需要安静的行驶条件下，在所述电力存储设备处于温度高于第二阈值的状态时，所述电子控制单元也配置为，闭合所述第一开关，并断开所述第二开关，其中所述第二阈值高于所述第一阈值。

5.根据权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，

所述电力供应系统安装在所述车辆中，

和

在所述车辆的行驶中，当所述第一电抗器发生异常时，所述电子控制单元配置为，在所述电力存储设备的温度低于第一阈值的状态下，闭合所述第二开关，并断开所述第一开关。

6.根据权利要求5所述的电力供应系统，其特征在于，

即使是在所述第一电抗器发生异常时，所述电子控制单元也配置为，在所述电力存储设备处于温度高于第二阈值的状态时，闭合所述第一开关，并断开所述第二开关，其中所述第二阈值高于所述第一阈值。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电力供应系统，其特征在于，

所述电力存储设备包括多个电池单元，每个所述电池单元具有圆柱形状，所述多个电池单元固定到形成在平板状的散热板上的多个孔中，

和

所述第二电抗器设置为具有位于所述第二电抗器和所述散热板之间的传热路径。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的电力供应系统，其特征在于，

所述电力存储设备包括多个电池单元，这些多个电池单元分别设置在多个电力存储设备单元中，

所述第二电抗器包括串联的多个电抗器元件，

和

所述多个电抗器元件配置为分别具有位于所述多个电抗器元件和所述多个电力存储设备单元之间的传热路径。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的电力供应系统，其特征在于，

所述第一电抗器和所述第二电抗器的电感相等。