JP5595981B2 - Battery control method and battery control system - Google Patents

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Description

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。   The present invention relates to a battery control method and a battery control system that can appropriately raise the temperature of a battery whose output power is reduced as the temperature decreases in a cold region or the like.

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。   For example, a lithium ion battery, which is a secondary battery used in a hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like, has an output power when the temperature is −20 ° C. is about 1/10 of the output power when the temperature is 25 ° C. Decrease to a degree. Considering this decrease in output power, the number of batteries that can be reliably started even at low temperatures is set, so the number of batteries installed in the vehicle increases, increasing the battery mounting space and the battery This has led to an increase in weight.

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。
Therefore, the conventional technology described in Patent Document 1 includes an electric device (bidirectional DC / DC converter, boost converter, motor, etc.) capable of operating charging / discharging of a battery mounted on a vehicle, and the electric device. There is disclosed a battery temperature increase control device including selection means for performing battery temperature increase control by selecting an appropriate electric device and charging and discharging the battery. This temperature increase control device forcibly charges and discharges the battery, thereby increasing the temperature by causing Joule heat generated by the internal resistance of the battery to generate heat from the inside of the battery and recovering the output power of the battery.
Further, in the prior art described in Patent Document 2 and Patent Document 3, when the battery is at a low temperature, Joule heat is generated by alternately and periodically charging and discharging the battery to raise the temperature of the battery 2. A control device for a secondary battery is disclosed.

特開2010−93883号公報JP 2010-93483 A 特開2007−28702号公報JP 2007-28702 A 特開2007−12568号公報JP 2007-12568 A

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。
The “internal resistance” used for internal heat generation of the battery is “electron resistance” that is resistance when electrons flow through the positive and negative electrode collectors, and resistance when ions flow through the electrolyte. `` Liquid resistance '', `` Reaction resistance '' which is the resistance when ions enter and exit the active material, and resistance when ions in the active material diffuse into the active material and when ions move in the electrolyte And “diffusion resistance”. And “Reaction resistance” and “Diffusion resistance” have their own capacitance components, etc., and the impedance changes depending on the frequency, and the value is about several mΩ. It is difficult to.
Therefore, in the prior art described in Patent Document 1, the “internal resistance” is not calculated, and the charge / discharge amplitude for raising the temperature of the battery is determined using a map created based on experimental data, simulation, or the like. The charge / discharge cycle is obtained from the battery temperature and the amplitude. Therefore, it is not mentioned that “internal resistance” includes “electronic resistance”, “liquid resistance”, “reaction resistance”, and “diffusion resistance”. Moreover, although the battery mounted in a hybrid vehicle or an electric vehicle is used in the form of a battery pack in which a plurality of batteries are connected in series, the output voltage and the internal resistance are different for each battery. Further, both the output voltage and the internal resistance vary individually depending on the deterioration state of the battery. Therefore, even if the temperature rises uniformly with the amplitude and cycle obtained using the battery temperature, it is thought that each battery can be heated appropriately, but not optimally. .
Similarly to Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3 do not calculate “internal resistance”, and charge and discharge using a motor or a boost converter to raise the temperature. However, it does not mention that “internal resistance” includes “electronic resistance”, “liquid resistance”, “reaction resistance”, and “diffusion resistance”, and does not require “internal resistance”. Although it is possible to raise the temperature of the battery as it is, it is thought that the temperature cannot be raised optimally.
The present invention was devised in view of the above points, and battery control that can appropriately determine the internal resistance of each battery and appropriately raise the temperature of the battery using the determined internal resistance. It is an object to provide a method and a battery control system.

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。
In order to solve the above problems, the battery control method according to the present invention takes the following means.
First, the first aspect of the present invention is a battery control method for charging and discharging a target battery and raising the temperature of the battery by internal heat generation utilizing the internal resistance of the battery.
The internal resistance can follow a first resistance component, which is a resistance component capable of following an alternating voltage of all frequencies, and an alternating voltage of a frequency equal to or lower than the first frequency, but to an alternating voltage of a frequency higher than the first frequency. A second resistance component, which is a resistance component that cannot be followed, and a resistance component that is capable of following an AC voltage of a second frequency lower than the first frequency but cannot follow an AC voltage having a frequency higher than the second frequency. A third resistance component.
An AC voltage having a first predetermined amplitude set to an internal resistance measurement frequency that is equal to or lower than the first frequency and equal to or higher than the second frequency and two or more different frequencies with respect to the battery. Each internal resistance measurement AC voltage is applied, each AC current that is a follow-up current generated for each applied internal resistance measurement AC voltage is measured, and each internal resistance measurement applied Internal resistance calculation for calculating at least the first resistance component and the second resistance component in the battery based on the AC voltage and each AC current measured corresponding to each AC voltage for measuring the internal resistance. A step, an ambient temperature of the battery, a target battery temperature, the calculated first resistance component and the second resistance component, and the first frequency And a temperature rising frequency set to a frequency equal to or higher than the second frequency and an AC voltage for temperature rising that is an AC voltage having a second predetermined amplitude, and is necessary for temperature rising of the battery. A temperature rising time calculation step for calculating a temperature rising time, which is a long time, and a temperature rising voltage obtained by superimposing the temperature rising AC voltage on a DC voltage corresponding to the output voltage of the battery during the temperature rising time. And a temperature raising step in which the temperature is raised by charging and discharging the battery by applying to the battery.

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。   According to the first aspect of the invention, in the internal resistance calculation step, the first resistance component (corresponding to electronic resistance and liquid resistance) and the second resistance component (corresponding to reaction resistance) in the internal resistance of the battery are appropriately calculated. be able to. Then, using the calculated internal resistance, it is possible to calculate an appropriate temperature increase time in the temperature increase time calculation step, and it is possible to increase the battery temperature more appropriately to the target battery temperature in the temperature increase step. It is.

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。
Next, 2nd invention of this invention is a battery control method which concerns on the said 1st invention, Comprising: The said battery is comprised as a battery pack by which the plurality was connected in series.
Performing the internal resistance calculating step and the temperature rising time calculating step for each battery, calculating the first resistance component, the second resistance component, and the temperature increasing time for each battery; Before the calculation, a battery average voltage is calculated by dividing the output voltage of the battery pack by the number of batteries connected in series.
Then, in the temperature raising step, for each battery, a specific output voltage that is an output voltage of each battery is measured, and gradually from the specific output voltage over the temperature rising time corresponding to each battery. To set the specific DC voltage reaching the battery average voltage, the temperature rising voltage obtained by superimposing the temperature rising AC voltage on the set specific DC voltage, during the temperature rising time corresponding to each battery, respectively The battery is charged and discharged to increase the temperature.

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。
According to the second aspect of the present invention, when a battery pack in which a plurality of batteries are connected in series is configured, the output voltage and the internal resistance of each battery are different. The temperature can be raised to the target battery temperature.
Furthermore, since the variation in the output voltage of each battery can be flattened to obtain a battery average voltage, the charge / discharge characteristics of a battery pack in which a plurality of batteries are connected in series can be utilized to the maximum.

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。
Next, according to a third aspect of the present invention, there is provided a battery control system that charges and discharges a target battery and raises the temperature of the battery by internal heat generation utilizing the internal resistance of the battery. AC voltage generating means for generating the AC voltage, DC voltage generating means for generating a DC voltage of a predetermined voltage, power supply means for supplying the AC voltage and the DC voltage, and superimposing the AC voltage and the DC voltage Possible voltage superimposing means, alternating current measuring means capable of measuring alternating current, direct current voltage measuring means capable of measuring direct current voltage, temperature measuring means capable of measuring the temperature of the target battery atmosphere, and control means And comprising.
The internal resistance can follow a first resistance component, which is a resistance component capable of following an alternating voltage of all frequencies, and an alternating voltage of a frequency equal to or lower than the first frequency, but to an alternating voltage of a frequency higher than the first frequency. A second resistance component, which is a resistance component that cannot be followed, and a resistance component that is capable of following an AC voltage of a second frequency lower than the first frequency but cannot follow an AC voltage having a frequency higher than the second frequency. A third resistance component.
The control means uses the power supply means and the AC voltage generation means to measure an internal resistance that is a frequency not higher than the first frequency and not lower than the second frequency and not lower than the second frequency. Each of the internal resistance measurement AC voltages, which are AC voltages having a first predetermined amplitude set at a frequency for application, is applied to the battery, and each of the applied AC resistance measurement AC is applied using the AC current measuring means. Each alternating current, which is each follow-up current generated with respect to the voltage, is measured, and each alternating current measured in accordance with each of the applied internal resistance measuring AC voltage and each of the internal resistance measuring voltages. Based on the current, at least the first resistance component and the second resistance component in the battery are calculated.
The control means includes the battery ambient temperature measured using the temperature measurement means, a preset target battery temperature, the calculated first resistance component and the second resistance component, and the first frequency. The temperature of the battery is increased based on a temperature increase frequency that is a frequency equal to or lower than the second frequency and is set to a frequency equal to or higher than the second frequency and an AC voltage having a second predetermined amplitude. Calculate the heating time, which is the required time.
The control means uses the power supply means, the AC voltage generating means, the DC voltage generating means, the voltage superimposing means, and the DC voltage measuring means, and measures the DC voltage measuring means. The temperature rising voltage obtained by superimposing the temperature rising AC voltage on the DC voltage corresponding to the output voltage of the battery is applied to the battery during the temperature rising time to charge and discharge the battery. Warm up.

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。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to appropriately realize a battery control system that can raise the battery temperature more appropriately to the target battery temperature.

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。
Next, 4th invention of this invention is a battery control system which concerns on the said 3rd invention, Comprising: The said battery is comprised as a battery pack with which two or more were connected in series.
The control means calculates the first resistance component, the second resistance component, and the temperature rising time for each battery, measures the output voltage of the battery pack using the DC voltage measuring means, A battery average voltage is calculated by dividing the measured output voltage by the number of batteries connected in series.
The control means measures the specific output voltage, which is the output voltage of each battery, using the DC voltage measuring means when applying the temperature rising voltage to each battery, and the power supply means. And using the AC voltage generating means, the DC voltage generating means, and the voltage superimposing means, for each battery, the specific output voltage is increased over the temperature rising time corresponding to each battery. Is set to a specific DC voltage that gradually reaches the battery average voltage, and the temperature rising voltage obtained by superimposing the temperature rising AC voltage on the set specific DC voltage is set for the temperature rising time corresponding to each battery. In the meantime, the temperature is increased by charging and discharging each battery.

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。
According to the fourth aspect of the invention, it is possible to appropriately realize a battery control system that can raise the temperature of each individual battery to a target battery temperature more appropriately.
Furthermore, it is possible to flatten the variation in the output voltage of each battery to obtain a battery average voltage, and to make maximum use of the charge / discharge characteristics of a battery pack in which a plurality of batteries are connected in series The control system can be realized appropriately.

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。In the case of the hybrid vehicle 1 as an example, it is a figure explaining the example of the mounting position of the battery pack BP, the control apparatus 20, and the power supply means 30. FIG. (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。(A) is a figure explaining the example of the external appearance of the battery B, and the example of the external appearance of the battery pack BP which connected the some battery B in series, (B) demonstrates the example of the equivalent circuit of the internal resistance of the battery B. It is a figure to do. (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。(A) is a figure explaining the example of the temperature rising voltage which superimposed the AC voltage for temperature rising on battery output voltage (DC voltage), (B) is the temperature of the voltage for temperature rising, and the temperature rising in each frequency It is a graph explaining efficiency of. (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。(A) is a figure explaining the example of a structure of the control apparatus 20, and connection with the battery Bn, (B) is an example of the voltage output circuit 22 containing an alternating voltage generation means, a direct current voltage generation means, and a voltage superimposition means. It is a figure explaining. 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。It is a figure explaining the example of the alternating voltage for internal resistance measurement, and a follow-up current. 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。It is a figure explaining the example of Cole * Cole plot utilized when calculating | requiring internal resistance. 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。4 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a control unit 21. (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。(A) is a figure explaining the example of the voltage for temperature rising in the case of charging / discharging the battery Bn which has the higher specific output voltage An than the battery average voltage E, (B) is a characteristic lower than the battery average voltage E It is a figure explaining the example of the voltage for temperature rising in the case of charging / discharging the battery Bm which has the output voltage Am.

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。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing. FIG. 1 shows an example of the appearance of a vehicle 1 (hybrid vehicle, electric vehicle, etc.) to which the battery control system of the present invention is applied.

●[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。
[Mounting position of battery pack BP, control device 20 and power supply means 30 (FIG. 1)]
The battery control system of the present invention includes a control device 20 and power supply means 30, and is mounted at a position adjacent to the battery pack BP on the lower floor of the vehicle 1 as shown in FIG.

●[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。
● [Battery pack BP, battery B appearance and battery B internal resistance (Fig. 2)]
As shown in FIG. 2, the battery pack BP is configured by connecting a plurality of batteries B in series. The battery B is, for example, a lithium ion secondary battery, and although not shown in the figure, the positive electrode and the negative electrode of adjacent batteries are connected in series by a conductor called a bus bar.
It is known that the output power of the battery pack BP at a temperature of −20 ° C. is reduced to about 1/10 of the output power of the battery pack BP at a temperature of 25 ° C. Therefore, since the battery pack BP is configured by the number of batteries B necessary for ensuring startability at a low temperature such as −20 ° C., the number of the batteries B is large, space is required and the weight is large. It has increased.

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。
In order to reduce the number of batteries B constituting the battery pack BP, it is sufficient that the temperature of the battery B can be raised appropriately.
In order to raise the temperature of the battery B, it is more efficient to generate heat from the inside by Joule heat using the internal resistance of the battery B, rather than applying heat from the outside with a heater or the like.
In order to generate Joule heat, it is only necessary to repeatedly charge and discharge the battery B. However, since the internal resistances of the batteries B have different values, the same frequency and the same amplitude voltage are applied to each battery B. Even if only the time is input, the temperature is raised to different temperatures.
In order to raise the temperature so that the temperature of each battery B becomes the same temperature while using the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 3, it is necessary to provide a temperature sensor for each battery B, cost, space, The number of wirings will increase greatly.

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。
The internal resistance of the battery B is as shown in the equivalent circuit of FIG. 2B, and includes an electronic resistance Re, a liquid resistance Rs, a reaction resistance Rct, and a diffusion resistance Zw.
The electronic resistance Re is a resistance when electrons flow through the positive and negative electrode collectors, does not include a capacitance component, is expressed only by the resistance component Re, and can follow all frequencies. Resistance. Note that “followable” means that a current flows in real time with respect to an applied voltage. For example, when a sine AC voltage is applied, a sine AC current is generated although there is a delay time. Point to.
The liquid resistance Rs is a resistance when ions flow in the electrolytic solution, does not include a capacitance component, is expressed only by the resistance component Rs, and is a resistance that can follow all frequencies.
The reaction resistance Rct is a resistance when ions enter and exit the active material, includes a capacitance component, and is represented by a parallel circuit of the resistance component Rr and the capacitance component Cr. The reaction resistance Rct can follow, for example, a frequency of 800 Hz or less (corresponding to the first frequency), but cannot follow a frequency exceeding 800 Hz due to the influence of the capacitive component Cr.
The diffusion resistance Zw is a resistance when ions in the active material diffuse to the back of the active material, and a resistance when ions move in the electrolytic solution, and includes a capacitance component. The diffusion resistor Zw can follow a frequency of 0.5 Hz or less (corresponding to the second frequency), but cannot follow a frequency exceeding 0.5 Hz due to the influence of the capacitance component.
In addition, in the battery B, the place where the temperature is most desired is the entire inside of the battery excluding the electrode part, which is a part having reaction resistance. Therefore, it is preferable to generate Joule heat using reaction resistance.

●[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。
● [Selecting the frequency of the voltage to be raised when charging the battery B to raise the temperature (Fig. 3)]
Next, with reference to FIG. 3A, an example of the temperature raising voltage applied when the temperature of the battery B is raised will be described.
In order to increase the temperature by charging / discharging the battery B, a temperature increasing voltage obtained by superimposing the temperature increasing AC voltage on the DC voltage having the same voltage as the output voltage of the battery B is applied to the battery B. Thereby, when the voltage for raising temperature is higher than the battery output voltage, the battery B is charged, and when the voltage for raising temperature is lower than the battery output voltage, the battery B is discharged and the battery B can be charged / discharged. .
In the description of the present embodiment, an example in which the amplitude of the AC current for temperature increase is set to ± 50 mV will be described, but the amplitude of the AC current for temperature increase is not limited to ± 50 mV.
Further, the frequency of the AC current for temperature increase is determined as follows.

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。
FIG. 3B is a graph showing the relationship between the frequency of the voltage for raising temperature and the energy / input power used for raising the temperature in the lithium ion battery. From the graph, it can be seen that the temperature can be most efficiently raised when the frequency of the temperature raising voltage is fmx. When the battery B was a lithium ion battery, the frequency fmx was about 400 Hz. This frequency is a frequency that can generate Joule heat using reaction resistance, and is very preferable.
If the frequency of the temperature raising voltage is 400 Hz, Joule heat is generated by the impedance of the internal resistance at this frequency. Therefore, at a frequency of 400 Hz, among the internal resistances, the electronic resistance Re, the liquid resistance Rs, and the reaction resistance Rct generate Joule heat. If these are calculated | required, the temperature rise per unit time from the consumption current of charging / discharging by the alternating current for temperature rise, the impedance of the internal resistance including the electronic resistance Re, the liquid resistance Rs, and the reaction resistance Rct, the specific heat of the battery B, etc. The temperature can be determined.
Furthermore, the temperature increase time can be obtained from the temperature difference between the temperature of the battery B at the start of temperature increase and the target battery temperature.
The temperature of the battery B at the start of temperature rise is detected by a temperature sensor 25 (see FIG. 4A) that is directly attached to the battery B or arranged around the battery B. The target battery temperature may be a previously fixed temperature such as 25 ° C., or may be obtained from the temperature of the battery B at the start of temperature rise, the output voltage of the battery B before temperature rise, or the like. In the present embodiment described below, an example in which the target battery temperature is fixed at 25 ° C. will be described.

●[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。
[[Configuration of control device 20 and connection state of each battery Bn (FIG. 4)]
Next, the configuration of the control device 20 and the connection between the control device 20, the power supply means 30, and each battery Bn of the battery pack BP will be described with reference to FIG.
The control device 20 includes a control unit 21 such as a CPU, a voltage output circuit 22 including an AC voltage generating unit, a DC voltage generating unit, and a voltage superimposing unit, a current detection circuit 23 including an AC current measuring unit, and a DC voltage measuring unit. A voltage detection circuit 24 and a selection circuit SL are included.
The positive and negative poles of the batteries B1, B2,... Bn are connected to the terminals S1, S2,. Further, the positive electrode and the negative electrode of the battery pack BP in which the batteries B1 to Bn are connected in series by the bus bar Bb are connected to the terminal ST.
Based on the signal from the control means 21, the selection circuit SL sets the + pole and the −pole connected to any one of the terminals S 1, S 2... Sn, ST, the voltage output circuit 22 and the current detection circuit 23. And connected to the voltage detection circuit 24.
Further, a temperature sensor 25 (corresponding to temperature measuring means) for detecting the ambient temperature of the battery pack BP is directly attached to the battery Bn or disposed around the battery pack BP.
The power supply means 30 is a capacitor, a secondary battery, or the like, and accumulates discharged power during the discharging operation of the battery B, and supplies the accumulated power during the charging operation of the battery B. The power supply means 30 is connected to the voltage output circuit 22.

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。
With the above configuration and connection, the control means 21 outputs a control signal to the selection circuit SL to select one of the terminals S1, S2,... Sn, ST, and to the positive electrode and negative electrode of the selected battery. The voltage (AC voltage or DC voltage) generated by the voltage output circuit 22 can be applied using the power from the power supply means 30. The control means 21 can output a control signal to the voltage output circuit 22 to generate DC voltages having various voltage values, and can generate AC voltages having various frequencies and amplitudes. It is possible to generate a voltage in which the generated DC voltage and AC voltage are superimposed. Then, the generated voltage is applied to the positive electrode and the negative electrode of the selected battery.
Further, the control means 21 can detect an alternating current generated between the positive electrode and the negative electrode of the selected battery via the current detection circuit 23.
Further, the control means 21 can detect a DC voltage generated between the positive electrode and the negative electrode of the selected battery via the voltage detection circuit 24.
Further, the control means 21 can detect the ambient temperature of the battery pack BP (or the temperature of the battery Bn) based on the detection signal from the temperature sensor 25.

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。
FIG. 4B shows an example of the voltage output circuit 22.
A diode D1 is connected between the source and drain of the MOS transistor Tr1, and a control signal from the control means 21 is input to the gate of Tr1. The drain of Tr1 is connected to the positive pole of the power supply means 30, and the source of Tr1 is connected to one end of the coil L1.
A diode D2 is connected between the source and drain of the MOS transistor Tr2, and a control signal from the control means 21 is input to the gate of Tr2. The drain of Tr2 is connected to one end of the coil L1, and the source of Tr2 is grounded.
A diode D3 is connected between the source and drain of the MOS transistor Tr3, and a control signal from the control means 21 is input to the gate of Tr3. The drain of Tr3 is connected to the other end of the coil L1, and the source of Tr3 is grounded.
A diode D4 is connected between the source and drain of the MOS transistor Tr4, and a control signal from the control means 21 is input to the gate of Tr4. The drain of Tr4 is connected to one end of the capacitor C1, and the source of Tr4 is connected to the other end of the coil L1.
The other end of the capacitor C1 is grounded, and both ends of the capacitor C1 are connected to the selection circuit SL.

●[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。
[Processing procedure of control means 21 (FIG. 5)]
Next, the processing procedure of the control means 21 will be described using the flowchart shown in FIG.
The flowchart shown in FIG. 5 is executed, for example, before starting the vehicle 1 or when receiving a start command from a remote controller or the like.
And the process of the control means 21 shown in FIG. 5 is the internal resistance calculation step S100 which calculates | requires internal resistance of each battery B1-Bn, The temperature rising time calculation step S200 which calculates | requires the temperature rising time of each battery B1-Bn, Each battery And a temperature raising step S300 for raising the temperature by charging and discharging B1 to Bn.

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。
In step S110, the control means 21 substitutes 1 for n for specifying any one of the batteries B1 to Bn, and proceeds to step S120.
In step S120, control means 21 outputs a signal for selecting terminal S (n) (in this case, terminal S1) corresponding to battery B (n) (in this case, battery B1) to selection circuit SL. The process proceeds to step S130.
In step S130, the control means 21 controls the voltage output circuit 22 to apply an alternating voltage (f1) having a predetermined amplitude at the frequency f1 to the battery B (n), and generates a detection signal from the current detection circuit 23. Based on this, the tracking current (f1) is measured, and the process proceeds to step S140.
In step S140, the control means 21 controls the voltage output circuit 22 to apply an alternating voltage (f2) having a predetermined amplitude at the frequency f2 to the battery B (n), and generates a detection signal from the current detection circuit 23. Based on this, the follow-up current (f2) is measured, and the process proceeds to step S150.
In step S150, the control means 21 controls the voltage output circuit 22 so as to apply an alternating voltage (f3) having a predetermined amplitude at the frequency f3 to the battery B (n), and to detect the detection signal from the current detection circuit 23. Based on this, the follow-up current (f3) is measured, and the process proceeds to step S160.
In step S160, the control means 21 at least based on the alternating voltage (f1) and the follow-up current (f1), the alternating voltage (f2) and the follow-up current (f2), the alternating voltage (f3) and the follow-up current (f3). Electronic resistance Re, liquid resistance Rs (corresponding to the first resistance component) and reaction resistance Rct (corresponding to the second resistance component) are calculated, and the process proceeds to step S170.

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。
Here, the internal resistance calculation step (particularly, steps S130 to S160) in step S100 will be described in detail with reference to FIGS. In this step, the internal resistance (electronic resistance Re + liquid resistance Rs and reaction resistance Rct) is calculated from a Cole-Cole plot using a so-called AC impedance method. Since the AC impedance method and the Cole / Cole plot are already existing, the outline will be described.
FIG. 6 shows an example of the follow-up current generated when an AC voltage is applied. There is a delay time ΔT in the follow-up current with respect to the applied AC voltage. In addition, the amplitude of the follow-up current is an amplitude corresponding to the impedance of the internal resistance with respect to the amplitude of the applied AC voltage.
In the present embodiment, the frequency of the applied AC voltage (f1) is 800 Hz, the frequency of the AC voltage (f2) is 400 Hz, and the frequency of the AC voltage (f3) is 0.5 Hz. The amplitudes of the alternating voltage (f1) to the alternating voltage (f3) were all ± 20 mV. The frequency of the AC voltage (f1) to AC voltage (f3) corresponds to the internal resistance measurement frequency, and the amplitude of the AC voltage (f1) to AC voltage (f3) corresponds to the first predetermined amplitude.
The position of P (f1) in the Cole / Cole plot shown in FIG. 7 is determined from the delay time ΔT (f1), amplitude (f1), etc. of the follow-up current (f1) with respect to the AC voltage (f1). Similarly, the position of P (f2) is determined with respect to the alternating voltage (f2), and the position of P (f3) is determined with respect to the alternating voltage (f3).
In the Cole / Cole plot shown in FIG. 7, it is known that P (f1), P (f2), and P (f3) are located on an arc (on a semicircle). The real component of the impedance of the electronic resistance Re + liquid resistance Rs and the real component of the impedance of the reaction resistance Rct can be obtained.
In the above example, an example is described in which AC voltages having three different internal resistance measurement frequencies are applied to obtain the internal resistance. However, the present invention is not limited to three, and AC voltages having two or more different frequencies may be used. It is only necessary to apply and obtain the respective follow-up currents.
Further, the alternating voltage (f1) to alternating voltage (f3) can be sufficiently measured by applying about 10 cycles, and can be measured in a relatively short time.
In step S170, the control means 21 determines whether or not the calculation of the internal resistance of all the batteries B (n) has been completed. If the calculation of the internal resistance of all the batteries B (n) has been completed (Yes), the process proceeds to Step SA10. If not (No), n + 1 is substituted into n via Step S180 (next battery B (Preparing (n + 1)) The process returns to step S120.

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。
When the process proceeds to step SA10, the control means 21 outputs a signal for selecting the terminal ST corresponding to the battery pack BP to the selection circuit SL, and the process proceeds to step SA20.
In step SA20, the control means 21 measures the output voltage of the battery pack BP via the terminal ST and the voltage detection circuit 24. Then, the measured output voltage of the battery pack BP is divided by the number of the batteries B1 to Bn constituting the battery pack BP to calculate the battery average voltage, and the process proceeds to Step SA30.
In step SA30, the control means 21 uses the selection circuit SL to connect the batteries B1 to Bn to the voltage detection circuit 24 in order, and measures the specific output voltage (n) that is the output voltage of each of the batteries B1 to Bn. Then, the order of the batteries to be heated is determined, and the process proceeds to step S210. For example, the first is the battery with the highest specific output voltage, the second is the battery with the lowest specific output voltage, the third is the second battery with the specific output voltage from the top, and the fourth is the second battery with the specific output voltage from the bottom. The order is determined so that the specific output voltage becomes high-low-high-low.

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。
In step S210, the control means 21 measures the ambient temperature of the batteries B1 to Bn (the temperature of the batteries B1 to Bn) based on the detection signal from the temperature sensor 25, and calculates the required amount of heat from the ambient temperature and the target battery temperature. Calculate and go to step S220. The target battery temperature may be a fixed temperature such as 25 ° C., or a temperature corresponding to the ambient temperature or the like may be obtained.
In step S220, the control means 21 substitutes 1 for n for specifying any one of the batteries B1 to Bn, and proceeds to step S230.
In step S230, control means 21 outputs a signal for selecting terminal S (n) (in this case, terminal S1) corresponding to battery B (n) (in this case, battery B1) to selection circuit SL. The process proceeds to step S240.
In step S210, the control means 21 calculates the temperature increase time (n) of the battery B (n) from the internal resistance (n) of the battery B (n), the AC voltage for temperature increase, and the necessary heat amount, Proceed to step S250. The AC voltage for temperature increase is, for example, an AC voltage having a frequency of 400 Hz (the most efficient frequency in FIG. 3B) and an amplitude of ± 50 mV (corresponding to the second predetermined amplitude). The frequency of the AC voltage for temperature rise is a frequency that the reaction resistance Rct can follow, and the diffusion resistance Zw cannot follow, is equal to or lower than the first frequency (in this case, 800 Hz) and the second frequency (in this case) , 0.5 Hz) or higher. The internal resistance (n) is the electronic resistance Re, the liquid resistance Rs (first resistance component), and the reaction resistance Rct (second resistance component) obtained in step S160.
In step S250, the control means 21 determines whether or not the calculation of the temperature increase time for all the batteries B (n) has been completed. When the calculation of the temperature rising time of all the batteries B (n) is completed (Yes), the process proceeds to step S310. Otherwise (No), n + 1 is substituted for n via the step S260 (next battery B (n + 1) is prepared) and the process returns to step S230.

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。
In step S310, the control means 21 selects the battery Bn to be first heated based on the result of step SA30, and proceeds to step S320.
In step S320, the control means 21 gradually increases the battery from the specific output voltage (n) over the temperature of the specific output voltage (n), the battery average voltage, and the temperature increase time (n) over the temperature increase time (n). The inherent DC voltage (n) reaching the average voltage is set, and the process proceeds to step S330.
In step S330, the control means 21 sets the temperature rising voltage (n) obtained by superimposing the temperature rising AC voltage on the inherent DC voltage (n) during the temperature rising time (n) corresponding to the battery B (n). , Applied to battery B (n), and proceeds to step S340.
In step S340, the control means 21 determines whether or not the temperature increase of all the batteries B (n) has been completed. If all the batteries B (n) have finished raising the temperature (Yes), the process is finished, and if not (No), the battery to be heated next through step S350 based on the result of step SA30. Select Bn and return to step S320.

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。
Here, with reference to FIG. 8, an example of the intrinsic DC voltage in step S320 and the temperature rising voltage in step S330 will be described in detail.
FIG. 8 (A) shows an example of the temperature rising voltage when the specific output voltage V (j) of the battery B (j) is higher than the battery average voltage E. FIG. 8 (B) shows the battery B (k ) Shows an example of the temperature rising voltage when the specific output voltage V (k) is lower than the battery average voltage E.
In the case of the example shown in FIG. 8A, the control means 21 takes the time of the temperature rise time (j) of the battery B (j) from the specific output voltage V (j) of the battery B (j) to the battery average voltage. An intrinsic DC voltage reaching E (rectangle V (j) -OC (j) -D (j) in FIG. 8A) is set. Then, a temperature raising voltage obtained by superimposing the temperature raising AC voltage on this inherent DC voltage is applied to the battery B (j).
As described above, the AC voltage for temperature increase is, for example, an AC voltage having a frequency of 400 Hz and an amplitude of ± 50 mV. In this case, the output voltage of the battery B (j) is lowered by ΔV (j). Electric power corresponding to this ΔV (j) is stored in the power supply means 30.
In the case of the example shown in FIG. 8B, the control means 21 takes the time of the temperature rise time (k) of the battery B (k) and calculates the battery average from the specific output voltage V (k) of the battery B (k). The intrinsic DC voltage reaching the voltage E (rectangle V (k) -OC (k) -D (k) in FIG. 8B) is set. Then, a temperature raising voltage obtained by superimposing the temperature raising AC voltage on this inherent DC voltage is applied to the battery B (k). As described above, the AC voltage for temperature increase is, for example, an AC voltage having a frequency of 400 Hz and an amplitude of ± 50 mV. In this case, the output voltage of the battery B (k) is boosted by ΔV (k). Electric power corresponding to this ΔV (k) is supplied from the power supply means 30.
That is, after the excess power is accumulated in the power supply means 30 from the battery having the specific output voltage higher than the battery average voltage, the power stored in the power supply means 30 is supplied to the battery having the specific output voltage lower than the battery average voltage. The order of batteries to be heated determined in step SA30 is based on this concept.

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。
For example, when the temperature of one lithium ion battery Bn of the battery pack BP mounted on the vehicle 1 is raised from −20 ° C. to 25 ° C., the temperature raising time (n) is about 20 seconds under the above conditions.
In the conventional vehicle 1 that does not use the battery control system (or battery control method) described in the present embodiment, the output power of the battery pack BP decreases to about 1/10 at a low temperature such as −20 ° C. In consideration, 48 battery Bn are connected in series to form a battery pack BP. However, by raising the temperature of the battery Bn, it is possible to recover the reduced power. From the viewpoint of ensuring startability at low temperatures, it is sufficient to recover at least five batteries. In this case, even if it takes about 20 seconds to raise the temperature of one battery Bn, it is possible to raise the temperature of all the batteries in a sufficiently short time. And there is a possibility that the number of batteries Bn constituting the battery pack BP can be greatly reduced.

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。
As described above, the battery control system (or battery control method) described in the present embodiment can appropriately determine the internal resistance of the battery including the reaction resistance by determining the internal resistance of the battery using the AC impedance method. it can.
In addition, since the temperature of the portion having the reaction resistance in the battery Bn, that is, the entire inside of the battery Bn can be effectively increased, the energy efficiency is good.
Further, since the output voltage variation of each battery Bn constituting the battery pack BP can be flattened and the output voltage of each battery can be brought close to the battery average voltage, the charge / discharge characteristics of the battery pack BP can be utilized to the maximum. Will be able to.
In addition, since the current at the time of temperature rise is relatively small, it is not necessary to increase the thickness of the plurality of wirings so much, and an increase in weight, cost, and the like can be suppressed.
In addition, the process of step S110-S170 in the flowchart shown in FIG. 5 is performed by the timer process etc. at midnight when the vehicle 1 is not used, and the process after step SA10 is performed immediately before starting of the vehicle 1. It is also possible to do.

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。
The battery control method and battery control system of the present invention are not limited to the appearance, configuration, processing, and the like described in this embodiment, and various modifications, additions, and deletions can be made without changing the gist of the present invention. .
In addition, the battery control method and the battery control system described in this embodiment are not limited to batteries mounted on hybrid vehicles and electric vehicles, and can be applied to batteries used in various devices.
In addition, the battery control method and the battery control system described in this embodiment are not limited to lithium ion batteries, and can be applied to temperature rising of various batteries.
Further, the above (≧), the following (≦), the greater (>), the less (<), etc. may or may not include an equal sign.
The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.

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

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 20 Control apparatus 21 Control means 22 Voltage output circuit 23 Current detection circuit 24 Voltage detection circuit 25 Temperature sensor 30 Power supply means Bn Battery BP Battery pack SL selection circuit

Claims (4)

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。
In the battery control method of charging and discharging the target battery and raising the temperature of the battery by internal heat generation using the internal resistance of the battery,
The internal resistance can follow a first resistance component, which is a resistance component capable of following an alternating voltage of all frequencies, and an alternating voltage of a frequency equal to or lower than the first frequency, but to an alternating voltage of a frequency higher than the first frequency. A second resistance component, which is a resistance component that cannot be followed, and a resistance component that is capable of following an AC voltage of a second frequency lower than the first frequency but cannot follow an AC voltage having a frequency higher than the second frequency. A third resistance component, and
An AC voltage having a first predetermined amplitude set to an internal resistance measurement frequency that is equal to or lower than the first frequency and equal to or higher than the second frequency and two or more different frequencies with respect to the battery. Each internal resistance measurement AC voltage is applied, and each AC current that is a follow-up current generated for each applied internal resistance measurement AC voltage is measured, and each applied internal resistance measurement AC voltage is measured. And an internal resistance calculating step for calculating at least the first resistance component and the second resistance component in the battery based on each AC current measured corresponding to each of the internal resistance measuring AC voltages; ,
The battery ambient temperature, the target battery temperature, the calculated first resistance component and the second resistance component, and a temperature rise that is set to a frequency not higher than the first frequency and not lower than the second frequency. A temperature rising time calculating step for calculating a temperature rising time that is a time required for temperature rising of the battery based on an AC voltage for temperature rising that is an AC voltage having a frequency and a second predetermined amplitude;
A heating voltage obtained by superimposing the heating AC voltage on a DC voltage corresponding to the output voltage of the battery is applied to the battery during the heating time to charge and discharge the battery to raise the temperature. A temperature raising step,
Battery control method.
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。
The battery control method according to claim 1,
The battery is configured as a battery pack in which a plurality are connected in series,
Performing the internal resistance calculating step and the temperature rising time calculating step for each battery, calculating the first resistance component, the second resistance component, and the temperature rising time for each battery;
Before the heating step,
Dividing the output voltage of the battery pack by the number of batteries connected in series, calculating the battery average voltage,
In the heating step,
For each battery, the specific output voltage that is the output voltage of each battery is measured, and the direct current that gradually reaches the battery average voltage from the specific output voltage over the temperature increase time corresponding to each battery. A voltage is set, and the temperature rising voltage obtained by superimposing the temperature rising AC voltage on the set inherent DC voltage is applied to each battery during the temperature rising time corresponding to each battery to charge and discharge. To raise the temperature,
Battery control method.
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。
In a battery control system that charges and discharges a target battery and raises the temperature of the battery by internal heat generation using the internal resistance of the battery,
AC voltage generating means for generating an AC voltage having a predetermined frequency and a predetermined amplitude;
DC voltage generating means for generating a DC voltage of a predetermined voltage;
Power supply means to be a power source of the AC voltage and the DC voltage;
Voltage superimposing means capable of superimposing the AC voltage and the DC voltage;
AC current measuring means capable of measuring AC current;
DC voltage measuring means capable of measuring DC voltage;
Temperature measuring means capable of measuring the temperature of the target battery atmosphere;
Control means,
The internal resistance can follow a first resistance component, which is a resistance component capable of following an alternating voltage of all frequencies, and an alternating voltage of a frequency equal to or lower than the first frequency, but to an alternating voltage of a frequency higher than the first frequency. A second resistance component, which is a resistance component that cannot be followed, and a resistance component that is capable of following an AC voltage of a second frequency lower than the first frequency but cannot follow an AC voltage having a frequency higher than the second frequency. A third resistance component, and
The control means includes
Using the power supply means and the AC voltage generating means, the internal resistance measurement frequency is set to two or more types of frequencies that are the frequencies equal to or lower than the first frequency and the frequencies equal to or higher than the second frequency. Each of the internal resistance measuring AC voltages, which is an AC voltage having a first predetermined amplitude, is applied to the battery,
Using the alternating current measuring means, measure each alternating current that is each following current generated for each applied internal resistance measuring alternating voltage,
Based on each applied AC voltage for measuring internal resistance and each AC current measured corresponding to each of the internal resistance measuring voltages, at least the first resistance component and the second in the battery. Calculate the resistance component,
The battery ambient temperature measured using the temperature measuring means, a preset target battery temperature, the calculated first resistance component and the second resistance component, and a frequency equal to or lower than the first frequency, and Based on the temperature-raising AC voltage that is a frequency for raising the temperature set to a frequency equal to or higher than the second frequency and having a second predetermined amplitude, the rise is a time required for raising the temperature of the battery Calculate the warm time,
The output voltage of the battery measured by the DC voltage measuring means using the power supply means, the AC voltage generating means, the DC voltage generating means, the voltage superimposing means, and the DC voltage measuring means. The temperature rising voltage obtained by superimposing the temperature rising AC voltage on the DC voltage corresponding to is applied to the battery during the temperature rising time to charge and discharge the battery to raise the temperature.
Battery control system.
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。

The battery control system according to claim 3,
The battery is configured as a battery pack in which a plurality are connected in series,
The control means includes
Calculating the first resistance component, the second resistance component, and the temperature raising time for each battery;
Using the DC voltage measuring means, the output voltage of the battery pack is measured, and the average output voltage is calculated by dividing the measured output voltage by the number of batteries connected in series.
When applying the temperature raising voltage to each battery,
Using the DC voltage measuring means, the specific output voltage that is the output voltage of each battery is measured,
Using the power supply means, the AC voltage generating means, the DC voltage generating means, and the voltage superimposing means, for each battery, take the temperature rising time corresponding to each battery, The intrinsic DC voltage that gradually reaches the battery average voltage from the intrinsic output voltage is set, and the temperature raising voltage obtained by superimposing the temperature raising AC voltage on the set intrinsic DC voltage corresponds to each battery. During the temperature raising time, it is applied to each battery to charge / discharge to raise the temperature,
Battery control system.

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