JP2021002513A - 電池パック加熱システム及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、低温環境下での電池の使用は一定の制限がある。具体的には、低温環境下での電池の放電容量が著しく低下することや、低温環境下での電池が充電できなくなることがある。このため、電池を正常に使用できるためには、低温環境下での電池を加熱する必要がある。
現在では、電池に専用の熱循環容器を配置することにより、熱循環容器における熱伝導物質を間接的に加熱することにより、電池に熱量を伝導し、電池の加熱を実現することができる。しかし、この加熱方式は非常に長い時間がかかり、加熱効率が低い。
Claims (31)
- 電池パック加熱システムであって、
電池パックの正極に接続されたメイン正極スイッチと、前記電池パックの負極に接続されたメイン負極スイッチと、前記メイン正極スイッチ及び前記メイン負極スイッチに接続されたインバータと、前記インバータに接続された外部ポートと、前記インバータに接続されたモータと、補助充電分岐回路制御モジュールと、車両全体コントローラと、モータコントローラと、電池管理モジュールとを備え、
前記インバータは、複数のスイッチモジュールを含み、
前記外部ポートは、電力供給源を含む補助充電分岐回路に接続され、
前記電池管理モジュールは、前記電池パックの状態パラメータを取得し、且つ前記電池パックの状態パラメータが予め設定された低温低電力条件を満たす場合、前記車両全体コントローラ及び前記補助充電分岐回路制御モジュールにそれぞれ低温低電力加熱要求コマンドを送信するように構成されていて、
前記補助充電分岐回路制御モジュールは、前記低温低電力加熱要求コマンドに応答して、前記補助充電分岐回路に第1の制御信号を送信して、前記電池パック加熱システムと前記補助充電分岐回路との間が導通されるように制御することで、前記電力供給源が前記外部ポートを介して前記電池パック及び/又は前記モータにエネルギーを伝達するように構成されていて、
前記車両全体コントローラは、前記低温低電力加熱要求コマンドに応答して、前記モータコントローラに第2の制御信号を送信して、モータコントローラに前記インバータにおけるスイッチモジュールのオン・オフを制御させ、且つ、前記電池管理モジュールに第3の制御信号を送信して、電池管理モジュールに前記メイン正極スイッチのオン・オフを制御させることで、前記電池パックと前記モータとの間で相互にエネルギーを伝達させて、前記電池パックを加熱するように構成されている
ことを特徴とする電池パック加熱システム。 - 前記モータコントローラは、前記第2の制御信号に応答して、前記インバータにおける一部のスイッチモジュールに第1の駆動信号を送信して、前記一部のスイッチモジュールを周期的にオン・オフさせるように駆動することで、前記モータが前記電力供給源から伝達されたエネルギーを受けたり、前記モータが前記電池パックから伝達されたエネルギーを受けたり、前記モータがエネルギーを前記電池パックに伝達したりさせるように構成され、
前記電池管理モジュールは、前記第3の制御信号に応答して、前記メイン正極スイッチに第2の駆動信号を送信して、前記メイン正極スイッチを周期的にオン・オフするように駆動することで、前記電池パックが前記電力供給源から伝達されたエネルギーを受けたり、前記電池パックが前記モータから伝達されたエネルギーを受けたり、前記電池パックが前記モータにエネルギーを伝達したりさせるように構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記状態パラメータは温度と充電状態を含み、前記予め設定された低温低電力条件は前記温度が加熱温度閾値未満であり、且つ前記充電状態が加熱充電状態要求閾値未満であることを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記インバータは、並列に接続された第1相アームと、第2相アームと、第3相アームとを備え、前記第1相アーム、前記第2相アーム、及び前記第3相アームはいずれも上アームと下アームを有し、且つ前記上アームにスイッチモジュールが設置され、前記下アームにスイッチモジュールが設置されており、
前記第1の駆動信号に応答してオンされるスイッチモジュールは、対象上アームスイッチモジュールと対象下アームスイッチモジュールとを含み、前記対象上アームスイッチモジュールは、前記第1相アーム、前記第2相アーム、前記第3相アームにおけるいずれかのアームの上アームのスイッチモジュールであり、前記対象下アームスイッチモジュールは、前記対象上アームスイッチモジュールが位置しているアームを除く少なくとも一つのアームの下アームのスイッチモジュールであり、
前記スイッチモジュールは、ダイオードを有し、
前記上アームの前記スイッチモジュールにおいて、前記ダイオードのアノードは、前記上アームと前記下アームとの接続点に接続されて、前記ダイオードのカソードは、前記上アームと前記メイン正極スイッチとの間に位置していて、
前記下アームの前記スイッチモジュールにおいて、前記ダイオードのアノードは前記下アームと前記メイン負極スイッチとの間に位置していて、前記ダイオードのカソードは、前記上アームと前記下アームとの接続点に接続されて、
前記モータの第1相入力端子、第2相入力端子及び第3相入力端子は、それぞれ、前記第1相アームにおける上アームと下アームとの接続点、前記第2相アームにおける上アームと下アームとの接続点、及び前記第3相アームにおける上アームと下アームとの接続点に接続されている
ことを特徴とする請求項2に記載の電池パック加熱システム。 - 前記インバータに並列に接続された支持コンデンサをさらに備え、
前記支持コンデンサは、
前記第2の駆動信号は前記メイン正極スイッチをオンさせるように駆動した場合、前記第1の駆動信号は前記一部のスイッチモジュールをオフさせるように駆動することで、前記電池パックが前記支持コンデンサにエネルギーを伝達したり、前記電池パックが前記モータから伝達されたエネルギーを受けたりさせ、
第1の駆動信号は一部のスイッチモジュールをオンさせるように駆動した場合、第2の駆動信号は前記メイン正極スイッチをオフさせるように駆動することで、前記モータが前記支持コンデンサから伝達されるエネルギーを受け取るように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記メイン正極スイッチに並列に接続されたプリチャージ分岐回路をさらに備え、前記プリチャージ分岐回路は、プリチャージスイッチとプリチャージ抵抗とを含み、
前記電池管理モジュールは、前記プリチャージスイッチに第3の駆動信号を送信して、プリチャージスイッチをオンさせるように制御することで、プリチャージを行うように構成されている
ことを特徴とする請求項5に記載の電池パック加熱システム。 - 前記電力供給源の電圧は、前記電池パックの現在の電圧より高いように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記補助充電分岐回路をさらに有し、前記補助充電分岐回路は、更に補助スイッチモジュールをさらに含み、
前記補助充電分岐回路制御モジュールは、前記低温低電力加熱要求コマンドに応答して、前記補助スイッチモジュールに前記第1の制御信号を送信して、前記補助スイッチモジュールをオンさせるように制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記電池管理モジュールは、前記電池パックの温度が前記加熱温度閾値未満であり、且つ、前記電池パックの充電状態が前記加熱充電状態要求閾値以上である場合に、前記補助充電分岐回路制御モジュールに低温加熱要求コマンドを送信するように構成されていて、
前記補助充電分岐回路制御モジュールは、前記低温加熱要求命令に応答して、前記補助充電分岐回路に第4の制御信号を送信して、前記電池パック加熱システムと前記補助充電分岐回路との間が遮断されるように制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の電池パック加熱システム。 - 前記電池管理モジュールは、前記電池パックの温度が前記加熱温度閾値以上であり、且つ、前記電池パックの充電状態が前記加熱充電状態要求閾値以上である場合に、前記車両全体コントローラ及び前記補助充電分岐回路制御モジュールにそれぞれ加熱停止要求コマンドを送信するように構成されていて、
前記補助充電分岐回路制御モジュールは、前記加熱停止要求コマンドに応答して、前記補助充電分岐回路に第5の制御信号を送信して、前記電池パック加熱システムと前記補助充電分岐回路とが遮断されるように制御するように構成されていて、
前記車両全体コントローラは、前記加熱停止要求コマンドに応答して、前記モータコントローラに第6の制御信号を送信し、前記電池管理モジュールに第7の制御信号を送信するように構成されていて、
前記モータコントローラは、前記第6の制御信号に応答して、前記インバータにおける一部のスイッチモジュールへの第1の駆動信号の送信を停止するように構成されていて、
前記電池管理モジュールは、前記第7の制御信号に応答して、前記メイン正極スイッチへの第2の駆動信号の送信を停止するように構成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の電池パック加熱システム。 - 前記電池管理モジュールは、取得した前記電池パックの状態パラメータを前記車両全体コントローラに送信するように構成されていて、前記状態パラメータは充電状態及び温度を含み、
前記車両全体コントローラは、受信した前記電池パックの状態パラメータを前記モータコントローラに送信するように構成されていて、
前記モータ制御部は、所望の昇温速度及び受信した前記電池パックの状態パラメータに基づいて、第1の所望の周波数及び第1の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第1の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第1の所望の周波数及び前記第1の所望のデューティ比に調整するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記電池管理モジュールは、取得した前記電池パックの充電状態を前記車両全体コントローラに送信するように構成されていて、
前記車両全体コントローラは、受信した前記電池パックの充電状態を前記モータコントローラに送信するように構成されていて、
前記モータコントローラは、前記モータパラメータを取得し、且つ所望のモータパラメータ、前記モータパラメータ、及び受信した前記電池パックの充電状態に基づいて、第2の所望の周波数及び第2の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第1の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第2の所望の周波数及び前記第2の所望のデューティ比に調整するように構成されていて、
前記モータパラメータは、母線電流又は前記モータの相電流を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記電池管理モジュールは、所望の昇温速度及び取得した前記電池パックの状態パラメータに基づいて、第3の所望の周波数及び第3の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第2の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第3の所望の周波数及び前記第3の所望のデューティ比に調整するように構成されていて、
前記状態パラメータは、充電状態及び温度を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記モータコントローラは、モータパラメータを取得し、且つ前記モータパラメータを前記車両全体コントローラに送信するように構成されていて、
前記モータパラメータは母線電流又は前記モータの相電流を含み、
前記車両全体コントローラは、受信した前記モータパラメータを前記電池管理モジュールに送信するように構成されていて、
前記電池管理モジュールは、所望のモータパラメータ、取得した前記電池パックの充電状態、及び受信した前記モータパラメータに基づいて、前記第4の所望の周波数及び第4の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第2の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第4の所望の周波数及び前記第4の所望のデューティ比に調整するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記モータコントローラは、モータパラメータを取得し、且つ前記モータパラメータを前記車両全体コントローラに送信するように構成されていて、
前記モータパラメータは母線電流又は前記モータの相電流を含み、
前記車両全体コントローラは、受信した前記モータパラメータを前記電池管理モジュールに送信するように構成されていて、
前記電池管理モジュールは、前記電池パックの現在の温度、前記電池パックの所望の温度、前記モータパラメータ、及び所望のモータパラメータに基づいて、前記電池パックの予測加熱時間を取得し、且つ前記予測加熱時間を含む時間長さ情報を前記車両全体コントローラに送信するように構成されていて、
前記車両全体コントローラは、前記時間長さ情報を受信し、且つ予測加熱時間を提示するための提示メッセージを送信するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電池パック加熱システム。 - 前記加熱温度閾値は−50℃以上且つ5℃以下であり、
前記加熱充電状態要求閾値は5%以上且つ100%未満である
ことを特徴とする請求項3に記載の電池パック加熱システム。 - 請求項1乃至16のいずれか1項に記載の電池パック加熱システムに適用される電池パック加熱システムの制御方法であって、
前記電池管理モジュールが、前記電池パックの状態パラメータを取得し、且つ前記電池パックの状態パラメータが予め設定された低温低電力条件を満たす場合、前記車両全体コントローラ及び前記補助充電分岐回路制御モジュールにそれぞれ低温低電力加熱要求コマンドを送信することと、
前記補助充電分岐回路制御モジュールは、前記低温低電力加熱要求コマンドに応答して、前記補助充電分岐回路に第1の制御信号を送信して、前記電池パック加熱システムと前記補助充電分岐回路との間が導通されるように制御することで、前記電力供給源が前記外部ポートを介して前記電池パック及び/又は前記モータにエネルギーを伝達することと、
前記車両全体コントローラは、前記低温低電力加熱要求コマンドに応答して、前記モータコントローラに第2の制御信号を送信して、モータコントローラに前記インバータにおけるスイッチモジュールのオン・オフを制御させ、且つ、前記電池管理モジュールに第3の制御信号を送信して、電池管理モジュールに前記メイン正極スイッチのオン・オフを制御させることで、前記電池パックと前記モータとの間で相互にエネルギーを伝達させて、前記電池パックを加熱することと
ことを含むことを特徴とする電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記モータコントローラは、前記第2の制御信号に応答して、前記インバータにおける一部のスイッチモジュールに第1の駆動信号を送信して、前記一部のスイッチモジュールを周期的にオン・オフさせるように駆動することで、前記モータが前記電力供給源から伝達されたエネルギーを受けたり、前記モータが前記電池パックから伝達されたエネルギーを受けたり、前記モータがエネルギーを前記電池パックに伝達したりさせることと、
前記電池管理モジュールは、前記第3の制御信号に応答して、前記メイン正極スイッチに第2の駆動信号を送信して、前記メイン正極スイッチを周期的にオン・オフするように駆動することで、前記電池パックが前記電力供給源からから伝達されたエネルギーを受けたり、前記電池パックが前記モータから伝達されたエネルギーを受けたり、前記電池パックが前記モータにエネルギーを伝達したりさせることと
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記状態パラメータは温度と充電状態を含み、前記予め設定された低温低電力条件は前記温度が加熱温度閾値未満であり、且つ前記充電状態が加熱充電状態要求閾値未満であることを含む
ことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池パック加熱システムが、前記インバータに並列に接続された支持コンデンサをさらに備え、
前記第2の駆動信号は前記メイン正極スイッチをオンさせるように駆動した場合、前記第1の駆動信号は前記一部のスイッチモジュールをオフさせる駆動することで、前記電池パックが前記支持コンデンサにエネルギーを伝達したり、前記電池パックが前記モータから伝達されたエネルギーを受けたりさせ、
前記第1の駆動信号は前記一部のスイッチモジュールをオンさせるように駆動した場合、第2の駆動信号は前記メイン正極スイッチをオフさせるように駆動することで、前記モータが前記支持コンデンサから伝達されるエネルギーを受け取るようにする
を特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池パック加熱システムは、前記メイン正極スイッチに並列に接続されたプリチャージ分岐回路をさらに備え、前記プリチャージ分岐回路は、プリチャージスイッチとプリチャージ抵抗とを含み、
前記電池パック加熱システムの制御方法は、
前記電池管理モジュールは、前記プリチャージスイッチに第3の駆動信号を送信して、プリチャージスイッチをオンさせるように制御することで、プリチャージを行うこと
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電力供給源の電圧は、前記電池パックの現在の電圧より高い
ことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池パック加熱システムは、前記補助充電分岐回路をさらに有し、前記補助充電分岐回路は、更に補助スイッチモジュールをさらに含み、
前記補助充電分岐回路制御モジュールは、前記低温低電力加熱要求コマンドに応答して、前記補助充電分岐回路に第1の制御信号を送信して、前記電池パック加熱システムと前記補助充電分岐回路との間が導通されるように制御することは、
前記補助充電分岐回路制御モジュールが前記低温低電力加熱要求コマンドに応答して、前記補助スイッチモジュールに前記第1の制御信号を送信して、前記補助スイッチモジュールをオンさせるように制御することを含む
ことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池管理モジュールが、前記電池パックの温度が前記加熱温度閾値未満であり、且つ、前記電池パックの充電状態が前記加熱充電状態要求閾値以上である場合に、前記補助充電分岐回路制御モジュールに低温加熱要求コマンドを送信することと、
前記補助充電分岐回路制御モジュールが、前記低温加熱要求命令に応答して、前記補助充電分岐回路に前記第4の制御信号を送信して、前記電池パック加熱システムと前記補助充電分岐回路との間が遮断されるように制御することと
をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池管理モジュールは、前記電池パックの温度が前記加熱温度閾値以上であり、且つ、前記電池パックの充電状態が前記加熱充電状態要求閾値以上である場合に、前記車両全体コントローラ及び前記補助充電分岐回路制御モジュールにそれぞれ加熱停止要求コマンドを送信することと、
前記補助充電分岐回路制御モジュールは、前記加熱停止要求コマンドに応答して、前記補助充電分岐回路に第5の制御信号を送信して、前記電池パック加熱システムと前記補助充電分岐回路との間が遮断されるように制御することと、
前記車両全体コントローラは、前記加熱停止要求コマンドに応答して、前記モータコントローラに第6の制御信号を送信し、前記電池管理モジュールに第7の制御信号を送信することと、
前記モータコントローラは、前記第6の制御信号に応答して、前記インバータにおける一部のスイッチモジュールへの第1の駆動信号の送信を停止することと、
前記電池管理モジュールは、前記第7の制御信号に応答して、前記メイン正極スイッチへの第2の駆動信号の送信を停止することと
をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池管理モジュールは、取得した前記電池パックの状態パラメータを前記車両全体コントローラに送信して、前記状態パラメータは充電状態及び温度を含んでいることと、
前記車両全体コントローラは、受信した前記電池パックの状態パラメータを前記モータコントローラに送信することと、
前記モータ制御部は、所望の昇温速度及び受信した前記電池パックの状態パラメータに基づいて、第1の所望の周波数及び第1の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第1の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第1の所望の周波数及び前記第1の所望のデューティ比に調整することと
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池管理モジュールは、取得した前記電池パックの充電状態を前記車両全体コントローラに送信することと、
前記車両全体コントローラは、受信した前記電池パックの充電状態を前記モータコントローラに送信することと、
前記モータコントローラは、前記モータパラメータを取得し、且つ所望のモータパラメータ、前記モータパラメータ、及び受信した前記電池パックの充電状態に基づいて、第2の所望の周波数及び第2の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第1の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第2の所望の周波数及び前記第2の所望のデューティ比に調整し、前記モータパラメータは、母線電流又は前記モータの相電流を含んでいることと、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記電池管理モジュールは、所望の昇温速度及び取得した前記電池パックの状態パラメータに基づいて、第3の所望の周波数及び第3の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第2の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第3の所望の周波数及び前記第3の所望のデューティ比に調整することをさらに含み、
前記状態パラメータは、充電状態及び温度を含む
ことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記モータコントローラは、モータパラメータを取得し、且つ前記モータパラメータを前記車両全体コントローラに送信し、前記モータパラメータは母線電流又は前記モータの相電流を含んでいることと、
前記車両全体コントローラは、受信した前記モータパラメータを前記電池管理モジュールに送信することと、
前記電池管理モジュールは、所望のモータパラメータ、取得した前記電池パックの充電状態、及び受信した前記モータパラメータに基づいて、前記第4の所望の周波数及び第4の所望のデューティ比を算出し、且つ前記第2の駆動信号の周波数及びデューティ比を前記第4の所望の周波数及び前記第4の所望のデューティ比に調整することと、
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記モータコントローラは、モータパラメータを取得し、且つ前記モータパラメータを前記車両全体コントローラに送信して、前記モータパラメータは母線電流又は前記モータの相電流を含んでいることと、
前記車両全体コントローラは、受信した前記モータパラメータを前記電池管理モジュールに送信することと、
前記電池管理モジュールは、前記電池パックの現在の温度、前記電池パックの所望の温度、前記モータパラメータ、及び所望のモータパラメータに基づいて、前記電池パックの予測加熱時間を取得することと、
前記電池管理モジュールは、前記予測加熱時間を含む時間長さ情報を前記車両全体コントローラに送信することと、
前記車両全体コントローラは、前記時間長さ情報を受信し、且つ予測加熱時間を提示するための提示メッセージを送信することと
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の電池パック加熱システムの制御方法。 - 前記加熱温度閾値は−50℃以上且つ5℃以下であり、
前記加熱充電状態要求閾値は5%以上且つ100%未満である
ことを特徴とする請求項19に記載の電池パック加熱システムの制御方法。
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