JP5626294B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、リプル電流を用いて蓄電装置の温度を上昇させる技術に関する。

二次電池の温度が低下すると、二次電池の内部抵抗が上昇し、二次電池の出力が低下してしまうことが知られている。ここで、二次電池を温めれば、二次電池の内部抵抗を低下させることができ、二次電池の出力を確保することができる。

特開２００８−０９２６２４号公報 特開２０１１−０１５５４４号公報 特開２０１０−２５７７２２号公報 特開平０７−１４２０９５号公報

二次電池は、他の電源からの電力供給を受けて充電されることがある。このような充電を行うときに、二次電池を温めなければならないこともある。この場合には、二次電池の充電と、二次電池の加温とを効率良く行うことが好ましい。

本願第１の発明である蓄電システムは、充放電を行う蓄電装置と、蓄電装置の温度を検出する温度センサと、昇圧回路と、コントローラとを有する。昇圧回路は、リアクトルおよびスイッチング素子を含んでおり、スイッチング素子の駆動によって蓄電装置の出力電圧を昇圧する。コントローラは、温度センサによって検出された蓄電装置の温度が所定温度に到達するまで、外部電源からの電力を蓄電装置に供給する充電処理と、スイッチング素子の駆動によって生成されるリプル電流を用いて蓄電装置を温める昇温処理とを交互に行う。

本願第１の発明では、充電処理および昇温処理を交互に行うようにしている。ここで、昇温処理では、リプル電流がリアクトルに流れることにより、リアクトルが発熱することになる。充電処理を行っているときには、昇温処理が行われないため、昇温処理によってリアクトルの温度が上昇しても、充電処理を行っている間に、リアクトルを放熱させて、リアクトルの温度を低下させることができる。これにより、リアクトルが過度に発熱してしまうことを防止できる。蓄電装置の温度が所定温度に到達するまで、充電処理および昇温処理を交互に行うことにより、蓄電装置を温めて、蓄電装置の入出力を確保しやすくなる。

ここで、リアクトルの過度の発熱を抑制するためには、リアクトルにおけるコイル線の断面積を増加させて、リアクトルの熱容量を増加させることが考えられる。しかし、この場合には、コイル線の断面積を増加させた分だけ、リアクトルが大型化してしまう。本願第１の発明によれば、充電処理および昇温処理を交互に行うことにより、リアクトルの過度の発熱を抑制しているため、リアクトルを大型化させる必要もない。

一方、昇温処理を行っているときには、充電処理が行われないため、昇温処理で用いられるリプル電流が外部電源の側に流れてしまうことを防止できる。すなわち、外部電源の側において、リプル電流に伴うノイズが発生してしまうことを防止できる。このように、本願第１の発明によれば、蓄電装置を充電するとともに、蓄電装置を温める場合において、充電処理および昇温処理を効率良く行うことができる。

また、本願第１の発明では、昇圧回路を用いてリプル電流を発生させることができ、リプル電流を生成するための専用の部品を設ける必要が無くなる。すなわち、本願第１の発明によれば、部品点数の増加を防止することができる。

本願第２の発明である蓄電システムは、充放電を行う蓄電装置と、昇圧回路と、コントローラとを有する。昇圧回路は、リアクトルおよびスイッチング素子を含んでおり、スイッチング素子の駆動によって蓄電装置の出力電圧を昇圧する。リアクトルの温度は、温度センサを用いて検出される。コントローラは、外部電源からの電力を蓄電装置に供給する充電処理と、スイッチング素子の駆動によって生成されるリプル電流を用いて蓄電装置を温める昇温処理とを交互に行う。また、コントローラは、リアクトルの温度が上限温度よりも上昇したときには、昇温処理から充電処理に切り替える。上限温度としては、リアクトルの耐熱温度を基準にして設定される。

リアクトルの温度が上限温度に到達することに応じて、昇温処理から充電処理に切り替えることにより、昇温処理に伴うリアクトルの通電を停止させることができ、リアクトルの温度上昇を抑制することができる。すなわち、リアクトルの温度が上昇しすぎることを防止して、リアクトルを保護することができる。

本願第３の発明である蓄電システムは、充放電を行う蓄電装置と、昇圧回路と、コントローラとを有する。昇圧回路は、リアクトルおよびスイッチング素子を含んでおり、スイッチング素子の駆動によって蓄電装置の出力電圧を昇圧する。リアクトルの温度は、温度センサを用いて検出される。コントローラは、外部電源からの電力を蓄電装置に供給する充電処理と、スイッチング素子の駆動によって生成されるリプル電流を用いて蓄電装置を温める昇温処理とを交互に行う。また、コントローラは、リアクトルの温度が下限温度よりも低下したときには、充電処理から昇温処理に切り替える。ここで、下限温度は、昇温処理の停止に伴うリアクトルの温度低下率が閾値以下となる温度である。すなわち、リアクトルの温度低下率が変化しにくくなるときのリアクトルの温度が、下限温度として設定される。

リアクトルの温度が下限温度に到達することに応じて、充電処理から昇温処理に切り替えることにより、リアクトルの温度を十分に低下させた状態から昇温処理を開始することができ、昇温処理を行う時間を確保しやすくなる。昇温処理を行うと、リプル電流がリアクトルに流れることにより、リアクトルの温度が上昇してしまう。ここで、昇温処理を開始するときに、リアクトルの温度を十分に低下させておけば、昇温処理に伴うリアクトルの温度上昇分を確保しやすくなり、昇温処理を行う時間を確保しやすくすることができる。

本願第１の発明において、蓄電装置の温度が所定温度よりも上昇したときには、昇温処理を行わずに、充電処理を継続することができる。蓄電装置の温度が所定温度よりも上昇したときには、蓄電装置の入出力を確保することができる。この状態において、充電処理を継続すれば、充電時の設定電圧（例えば、満充電状態に相当する電圧）まで、蓄電装置の電圧を上昇させることができる。

蓄電装置は、車両に搭載することができる。ここで、蓄電装置から出力された電気エネルギを運動エネルギに変換すれば、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。

本願第４の発明である蓄電装置の温度調節方法は、充電処理および昇温処理を有し、温度センサによって検出された蓄電装置の温度が所定温度に到達するまで、充電処理および昇圧処理を交互に行う。ここで、充電処理は、外部電源からの電力を蓄電装置に供給して、蓄電装置を充電する処理である。また、昇温処理は、昇圧回路のスイッチング素子を駆動してリプル電流を生成し、このリプル電流を用いて蓄電装置を温める処理である。昇圧回路は、リアクトルおよびスイッチング素子を含んでおり、蓄電装置の出力電圧を昇圧する。本願第４の発明においても、本願第１の発明と同様の効果を得ることができる。

電池システムの構成を示す図である。 外部充電システムの構成を示す図である。 外部充電システムの他の構成を示す図である。 リプル電流を示す図である。 昇温処理および外部充電処理を説明するフローチャートである。 リアクトルおよび組電池における温度の挙動を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池システム（蓄電システムに相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。なお、後述するように、電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、外部電源の電力を用いて電池を充電できるシステムとを備えたものであれば、本発明を適用することができる。

車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池といった、他の動力源を備えている。電気自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池だけを備えている。ここで、後述するように、組電池は、外部電源からの電力供給を受けて充電される。外部電源からの電力を用いた組電池の充電を、外部充電処理という。

組電池（蓄電装置に相当する）１０は、直列に接続された複数の単電池を有する。単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。ここで、組電池１０を構成する単電池の数は、組電池１０に対して要求される出力などを考慮して、適宜設定することができる。また、組電池１０には、並列に接続された複数の単電池が含まれていてもよい。

監視ユニット２０は、組電池１０の端子間電圧を検出したり、各単電池の端子間電圧を検出したりし、検出結果をコントローラ４０に出力する。監視ユニット２０によって検出された電圧は、組電池１０の充放電を制御するときに用いられる。また、外部充電処理を行うときには、監視ユニット２０の出力に基づいて、組電池１０や単電池の電圧を監視することができる。

温度センサ３０は、組電池１０の温度を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。ここで、温度センサ３０の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ３０を用いるときには、組電池１０に対して、互いに異なる位置に温度センサ３０を配置することができる。温度センサ３０によって検出された温度は、組電池１０の充放電を制御するときに用いることができる。

組電池１０（単電池）の温度が低下すると、組電池１０（単電池）の内部抵抗が上昇し、組電池１０の入出力を確保しにくくなる。一方、組電池１０を温めれば、組電池１０（単電池）の内部抵抗を低下させることができ、組電池１０の入出力を確保することができる。

ここで、組電池１０の出力電力は、例えば、車両を始動させるときに必要となる電力（始動電力）よりも高くしておく必要がある。組電池１０の温度低下によって、組電池１０の出力電力が始動電力よりも低いときには、組電池１０を温めることにより、組電池１０の出力電力を始動電力よりも高くすることができる。

温度センサ３０を用いて、組電池１０の温度を検出すれば、組電池１０の温度が低下しているか否かを判別することができる。組電池１０の温度が低下しているときには、後述するように、組電池１０を温めることにより、組電池１０の入出力を確保しやすくなる。

電流センサ３１は、組電池１０に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。本実施例において、組電池１０を放電しているときには、電流センサ３１によって検出された電流値として、正の値を用いることができる。また、組電池１０を充電しているときには、電流センサ３１によって検出された電流値として、負の値を用いることができる。

本実施例では、組電池１０の正極端子と接続された正極ラインＰＬ１に、電流センサ３１を設けているが、これに限るものではない。電流センサ３１は、組電池１０に流れる電流値を検出することができればよい。具体的には、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１のうち、少なくとも一方に、電流センサ３１を設けることができる。ここで、負極ラインＮＬ１は、組電池１０の負極端子と接続されたラインである。

負極ラインＮＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒが並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒは、直列に接続されている。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。電流制限抵抗Ｒは、組電池１０を負荷（具体的には、後述する昇圧回路３３）と接続するときに、突入電流が流れることを抑制するために用いられる。

正極ラインＰＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池１０および昇圧回路３３の間に位置するラインＰＬ１，ＮＬ１には、コンデンサ３２が接続されている。コンデンサ３２は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１の間における電圧を平滑化するために用いられる。

昇圧回路３３は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ３６に出力する。また、昇圧回路３３は、インバータ３６から出力された電圧を降圧して、降圧後の電力を組電池１０に出力することができる。コントローラ４０は、昇圧回路３３の動作を制御することができる。

昇圧回路３３は、リアクトル３３ａと、ダイオード３３ｂ，３３ｃと、スイッチング素子としてのトランジスタ（ｎｐｎ型トランジスタ）３３ｄ，３３ｅとを有する。リアクトル３３ａは、一端がシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂに接続され、他端がトランジスタ３３ｄ，３３ｅの接続点（中間点）に接続されている。

トランジスタ３３ｄ，３３ｅは、直列に接続されており、各トランジスタ３３ｄ，３３ｅのベースには、コントローラ４０からの制御信号（ゲート信号）が入力される。各トランジスタ３３ｄ，３３ｅのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオード３３ｂ，３３ｃがそれぞれ接続されている。

トランジスタ３３ｄ，３３ｅとしては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることもできる。また、ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等のスイッチング素子を用いることもできる。

組電池１０を昇圧回路３３と接続するとき、コントローラ４０は、まず、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオンに切り替えるとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Ｒに電流を流すことができる。次に、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオフに切り替える。これにより、組電池１０および昇圧回路３３の接続が完了し、図１に示す電池システムは、起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。

昇圧回路３３が組電池１０の出力電圧を昇圧するとき、コントローラ４０は、トランジスタ３３ｅをオンに切り替えるとともに、トランジスタ３３ｄをオフに切り替える。これにより、組電池１０からリアクトル３３ａに電流が流れ、リアクトル３３ａには、電流量に応じた磁場エネルギが蓄積される。

次に、コントローラ４０は、トランジスタ３３ｅをオンからオフに切り替えることにより、リアクトル３３ａからダイオード３３ｂを介して、インバータ３６に電流を流す。これにより、リアクトル３３ａで蓄積されたエネルギが放出され、昇圧動作が行われる。

一方、昇圧回路３３がインバータ３６の出力電圧を降圧するとき、コントローラ４０は、トランジスタ３３ｄをオンに切り替えるとともに、トランジスタ３３ｅをオフに切り替える。これにより、インバータ３６からの電力がリアクトル３３ａを介して組電池１０に供給され、組電池１０の充電が行われる。

温度センサ３４は、リアクトル３３ａの温度を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。リアクトル３３ａに電流が流れると、リアクトル３３ａの抵抗によって、リアクトル３３ａが発熱する。コントローラ４０は、温度センサ３４の出力に基づいて、リアクトル３３ａの温度を監視することができる。

昇圧回路３３およびインバータ３６の間に位置するラインＰＬ１，ＮＬ１には、コンデンサ３５が接続されている。コンデンサ３５は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１の間における電圧を平滑化するために用いられる。

インバータ３６は、昇圧回路３３から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ３７に出力する。また、インバータ３６は、モータ・ジェネレータ３７が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路３３に出力する。コントローラ４０は、インバータ３６の動作を制御することができる。モータ・ジェネレータ３７としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。

モータ・ジェネレータ３７は、インバータ３６からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ３７によって生成された運動エネルギを、車輪に伝達することにより、車両を走行させることができる。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３７は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３６は、モータ・ジェネレータ３７が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路３３に出力する。昇圧回路３３は、インバータ３６からの電力を組電池１０に出力する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。

コントローラ４０は、メモリ４１を内蔵しており、メモリ４１は、コントローラ４０が所定の処理（特に、本実施例で説明する処理）を行うための各種の情報を記憶する。本実施例では、メモリ４１がコントローラ４０に内蔵されているが、コントローラ４０の外部にメモリ４１を設けることもできる。

次に、外部充電処理を行うシステムについて、図２を用いて説明する。本実施例の電池システムは、図２に示す構成も備えている。

組電池１０の正極端子には、正極ラインＰＬ２が接続されており、組電池１０の負極端子には、負極ラインＮＬ２が接続されている。ここで、正極ラインＰＬ２の一部は、図１に示す正極ラインＰＬ１の一部と共用されていてもよい。また、負極ラインＮＬ２の一部は、図１に示す負極ラインＮＬ１の一部と共用されていてもよい。

正極ラインＰＬ２には、充電リレーＣＨＲ１が設けられており、負極ラインＮＬ２には、充電リレーＣＨＲ２が設けられている。充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２は、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。

充電器５１は、ラインＰＬ２，ＮＬ２を介して、組電池１０と接続されている。充電器５１は、後述する外部電源５４から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１０に供給する。これにより、外部電源５４からの電力を用いて、組電池１０を充電することができる。なお、外部電源５４からの電力を組電池１０に供給するとき、充電器５１は、電圧を変換することもできる。

充電器５１には、インレット５２が接続されており、インレット５２は、プラグ５３と接続される。ここで、充電器５１およびインレット５２は、車両に搭載されており、プラグ５３は、車両の外部に配置されている。プラグ５３は、外部電源５４と接続されており、プラグ５３をインレット５２に接続することにより、外部電源５４からの電力を充電器５１に供給することができる。

外部電源５４は、車両の外部において、車両とは別に設置された電源であり、外部電源５４としては、例えば、商用電源がある。組電池１０の出力を用いて車両を走行させることにより、組電池１０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が低下したときには、外部充電処理を行うことにより、組電池１０のＳＯＣを上昇させることができる。ここで、ＳＯＣとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。

外部充電処理を行うシステムとしては、図２に示すシステムに限るものではない。すなわち、外部電源５４の電力を組電池１０に供給することができればよい。具体的には、図２に示すシステムに代えて、図３に示すシステムを用いることができる。図３において、図２で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用いている。

組電池１０には、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２を介して、インレット５２が接続されている。ここで、インレット５２は、車両に搭載されている。インレット５２と接続されるプラグ５３は、車両の外部において、充電器５１と接続されている。充電器５１は、外部電源５４から供給された交流電力を直流電力に変換する。プラグ５３がインレット５２に接続されているときには、充電器５１からの直流電力が組電池１０に供給される。これにより、組電池１０を充電することができる。

図３に示すシステムにおいて、コントローラ４０は、充電器５１との間で通信することにより、外部充電処理を開始させたり、外部充電処理を停止させたりすることができる。コントローラ４０および充電器５１の通信は、無線又は有線を介して行うことができる。なお、外部電源５４の電力を組電池１０に供給する経路では、有線だけでなく、無線を用いることもできる。すなわち、電磁誘導や共振現象を利用した、いわゆる非接触充電方式を採用することもできる。

次に、組電池１０（単電池）を温める処理（昇温処理）について、図４を用いて説明する。図４において、縦軸は、電流値を示し、横軸は、時間を示す。

図４に示すリプル電流を組電池１０（単電池）に流すと、組電池１０（単電池）の内部抵抗によって、組電池１０（単電池）が発熱することになる。この熱を用いて、組電池１０（単電池）の温度を上昇させることができる。

具体的には、コントローラ４０は、組電池１０および昇圧回路３３を接続した状態において、昇圧回路３３のトランジスタ３３ｄ，３３ｅをオンおよびオフの間で周期的に切り替える。トランジスタ３３ｄ，３３ｅのオンおよびオフを周期的に切り替えることにより、組電池１０の充電および放電を周期的に切り替えることができる。

これにより、図４に示すように、所定値（正の値）Ｉｄ［Ａ］を基準として、放電側（正の値側）および充電側（負の値側）に電流値を変化させることができる。そして、所定値Ｉｄ［Ａ］を振幅中心とした周波信号であるリプル電流を発生させることができる。ここで、トランジスタ３３ｄ，３３ｅをオン又はオフにする時間を変更すれば、リプル電流の周波数を変化させることができる。なお、リプル電流の振幅中心は、所定値Ｉｄ［Ａ］に対して、正の値側又は負の値側にシフトしていてもよい。

組電池１０（単電池）の発熱量は、下記式（１）で表される。

上記式（１）において、Ｑは、組電池１０（単電池）における発熱量であり、Ｉは、組電池１０（単電池）に流れる電流値であり、Ｒは、組電池１０（単電池）の内部抵抗である。

上記式（１）に示すように、電流値Ｉや内部抵抗Ｒが大きくなるほど、発熱量Ｑが大きくなる。特に、発熱量Ｑは、電流値Ｉの二乗に比例するため、電流値Ｉを大きくするほど、発熱量Ｑを大きくしやすくすることができる。ここで、図４に示すリプル電流の振幅を増加させれば、リプル電流の実効電流値を増加させることができ、発熱量Ｑを増加させやすくなる。

次に、外部充電を行うときの処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。本実施例では、外部充電処理を行うときに、必要に応じて、組電池１０の昇温処理を行うようにしている。図５に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。また、図５に示す処理は、プラグ５３をインレット５２に接続したときに開始することができる。

ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、温度センサ３０の出力に基づいて、組電池１０の温度Ｔｂを検出する。ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、ステップＳ１０１の処理で検出した電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔｂ１よりも高いか否かを判別する。第１閾値Ｔｂ１は、組電池１０の入出力を確保できる観点に基づいて、予め定められた温度である。

上述したように、組電池１０（単電池）の温度が低下すると、組電池１０（単電池）の内部抵抗が上昇し、組電池１０（単電池）の入出力を確保しにくくなる。また、組電池１０（単電池）を温めれば、組電池１０（単電池）の内部抵抗を低下させて、組電池１０（単電池）の入出力を確保しやすくなる。本実施例では、組電池１０を温める必要があるか否かを判別するために、第１閾値Ｔｂ１を設定している。第１閾値Ｔｂ１に関する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔｂ１よりも高いとき、コントローラ４０は、組電池１０を温める必要が無いと判別し、ステップＳ１０３の処理に進む。一方、電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔｂ１よりも低いとき、コントローラ４０は、組電池１０を温める必要があると判別して、ステップＳ１０６の処理に進む。

ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオフからオンに切り替える。これにより、外部電源５４からの電力を組電池１０に供給して、組電池１０を充電することができる。外部充電処理が進行するにつれて、組電池１０のＳＯＣ（電圧）を上昇させることができる。ここで、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンに切り替えるとき、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐをオフにしておく。

ステップＳ１０４において、コントローラ４０は、監視ユニット２０の出力に基づいて、組電池１０の電圧Ｖｂを検出する。そして、コントローラ４０は、電池電圧Ｖｂが閾値Ｖｂ＿ｔｈよりも高いか否かを判別する。閾値Ｖｂ＿ｔｈは、外部充電処理を完了させるときの組電池１０の電圧値であり、適宜設定することができる。外部充電処理を行うときには、一般的に、組電池１０が満充電状態となるまで、組電池１０を充電することができる。このような場合には、閾値Ｖｂ＿ｔｈとして、満充電状態にある組電池１０の電圧値とすることができる。

電池電圧Ｖｂが閾値Ｖｂ＿ｔｈよりも高いとき、コントローラ４０は、外部充電処理が完了したと判別して、ステップＳ１０５の処理に進む。一方、電池電圧Ｖｂが閾値Ｖｂ＿ｔｈよりも低いとき、コントローラ４０は、外部充電処理が完了していないと判別し、ステップＳ１０１の処理に戻る。

本実施例では、組電池１０の電圧Ｖｂを検出しているが、これに限るものではない。すなわち、組電池１０を構成する単電池の電圧を検出することもできる。そして、単電池の電圧に基づいて、外部充電処理が完了しているか否かを判別することができる。

ステップＳ１０５において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンからオフに切り替える。これにより、外部電源５４からの電力が組電池１０に供給されなくなり、外部充電処理を終了させることができる。

一方、ステップＳ１０２の処理からステップＳ１０６の処理に進んだとき、コントローラ４０は、温度センサ３４の出力に基づいて、リアクトル３３ａの温度Ｔｒを検出する。ステップＳ１０７において、コントローラ４０は、ステップＳ１０６の処理で検出したリアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎよりも低いか否かを判別する。

下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎは、リアクトル３３ａの温度低下を判別するために用いられ、適宜設定することができる。下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに関する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

リアクトル３３ａを通電していなければ、リアクトル３３ａの温度が低下することになる。ここで、リアクトル３３ａの温度が低下し、温度が変化しにくくなる直前の温度を、下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎとすることができる。非通電状態にあるリアクトル３３ａの温度は、リアクトル３３ａの周囲における環境温度に依存することがあるため、下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎを環境温度に設定することもできる。

本実施例では、後述するように、リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに到達すると、外部充電処理から昇温処理に切り替わることになる。ここで、上述したように下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎを設定することにより、リアクトル温度Ｔｒを最も低下させた状態から、昇温処理を再開させることができる。これにより、昇温処理を行う時間を確保しやすくなり、昇温処理を効率良く行うことができる。

リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎよりも低いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０８の処理に進む。一方、リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎよりも高いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０３の処理に進み、外部充電処理を行う。

ステップＳ１０８において、コントローラ４０は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンからオフに切り替える。これにより、外部充電処理が行われなくなる。ステップＳ１０９において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替える。

ここで、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替える。そして、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンに切り替えた後、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０を昇圧回路３３と接続することができる。

ステップＳ１１０において、コントローラ４０は、昇圧回路３３のトランジスタ３３ｄ，３３ｅをオンおよびオフの間で周期的に切り替えることにより、リプル電流を発生させる。リプル電流を組電池１０に流すことにより、組電池１０を発熱させて、組電池１０の温度を上昇させることができる。

ステップＳ１１１において、コントローラ４０は、温度センサ３０の出力に基づいて、組電池１０の温度Ｔｂを検出する。ステップＳ１１２において、コントローラ４０は、ステップＳ１１１の処理で検出した電池温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２よりも高いか否かを判別する。第２閾値Ｔｂ２は、第１閾値Ｔｂ１よりも高い温度であり、適宜設定することができる。第２閾値Ｔｂ２に関する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

第２閾値Ｔｂ２は、組電池１０の温度Ｔｂを第１閾値Ｔｂ１よりも高い状態に維持するために設定されている。組電池１０の温度が第１閾値Ｔｂ１に到達したときに、リプル電流を用いた組電池１０の昇温処理を停止させてしまうと、組電池１０の温度Ｔｂが第１閾値Ｔｂ１よりも低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施例では、第１閾値Ｔｂ１よりも高い温度である第２閾値Ｔｂ２を設定しておき、組電池１０の温度Ｔｂを第２閾値Ｔｂ２まで上昇させるようにしている。これにより、組電池１０の温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２に到達した後に、リプル電流を用いた組電池１０の昇温処理を停止させても、組電池１０の温度Ｔｂが第１閾値Ｔｂ１よりも低下してしまうことを抑制できる。

電池温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２よりも高いとき、コントローラ４０は、組電池１０を温めることができたと判別し、ステップＳ１１３の処理に進む。一方、電池温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２よりも低いとき、コントローラ４０は、組電池１０の昇温処理が不十分であると判別して、ステップＳ１１５の処理に進む。

ステップＳ１１３において、コントローラ４０は、リプル電流を用いた組電池１０の昇温処理を終了する。具体的には、コントローラ４０は、昇圧回路３３におけるトランジスタ３３ｄ，３３ｅの駆動を停止させる。

ステップＳ１１４において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０および昇圧回路３２の接続を遮断することができる。ステップＳ１１３の処理を行った後、コントローラ４０は、ステップＳ１０３の処理に進んで外部充電を行う。

ステップＳ１１２の処理からステップＳ１１５の処理に進んだとき、コントローラ４０は、温度センサ３４の出力に基づいて、リアクトル３３ａの温度を検出する。ステップＳ１１６において、コントローラ４０は、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘよりも高いか否かを判別する。

上限温度Ｔｒ＿ｍａｘは、リアクトル３３ａの過度の発熱を抑制し、リアクトル３３ａを保護するために設定されている。昇温処理を行うときには、リプル電流がリアクトル３３ａに流れ、リアクトル３３ａが発熱することになる。ここで、リアクトル３３ａに電流を流し続けると、リアクトル温度Ｔｒが上昇し続けて、リアクトル３３ａの耐熱温度よりも高くなってしまうおそれがある。

このように、上限温度Ｔｒ＿ｍａｘは、リアクトル３３ａの耐熱温度を基準として適宜設定することができ、上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに関する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘよりも高いとき、コントローラ４０は、リアクトル３３ａの発熱を抑制する必要があると判別し、ステップＳ１１３の処理に進む。ステップＳ１１３の処理に進んだときには、リプル電流を生成しなくなるため、リアクトル３３ａに電流が流れなくなる。

リアクトル３３ａに電流が流れなくなれば、通電に伴うリアクトル３３ａの発熱を停止させることができ、リアクトル３３ａを放熱させることができる。これにより、リアクトル温度Ｔｒを低下させることができ、リアクトル３３ａの過度の発熱を抑制し、リアクトル３３ａを保護することができる。

リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘよりも低いとき、コントローラ４０は、リアクトル３３ａに電流を流し続けることができると判別し、ステップＳ１１１の処理に戻る。すなわち、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達するまでは、リプル電流を用いた昇温処理を継続させることができる。

図６には、図５に示す処理を行ったときのリアクトル温度Ｔｒおよび電池温度Ｔｂの挙動（一例）を示している。

時刻ｔ０では、電池温度Ｔｂが第１閾値Ｔｂ１よりも低いため、リプル電流を用いた昇温処理が行われることになる。昇温処理を行えば、電池温度Ｔｂを上昇させることができる。また、リプル電流がリアクトル３３ａに流れることにより、リアクトル温度Ｔｒも上昇することになる。

図６では、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において、リアクトル温度Ｔｒは、下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎよりも高くなり、時刻ｔ１において、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達している。リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達したときには、昇温処理が停止される。そして、昇温処理を停止した後に、外部充電処理が行われることになる。

時刻ｔ１において、昇温処理を停止することにより、リアクトル３３ａにリプル電流が流れなくなり、時刻ｔ１以降は、リアクトル３３ａの放熱によって、リアクトル温度Ｔｒが低下する。また、時刻ｔ１以降において、外部充電処理を行うことにより、組電池１０のＳＯＣを上昇させることができる。

時刻ｔ１以降では、昇温処理が行われないため、組電池１０の温度を上昇させにくくなる。ただし、時刻ｔ１以降では、外部充電処理を行っており、組電池１０に充電電流が流れているため、組電池１０の温度が低下してしまうことを抑制できる。

時刻ｔ２において、リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに到達したときには、外部充電処理が停止される。外部充電処理を停止した後において、電池温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２に到達していなければ、昇温処理が行われることになる。図６において、時刻ｔ２では、電池温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２に到達していないため、昇温処理が再開されることになる。

リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに到達したときには、リアクトル３３ａにリプル電流を流すことができる。すなわち、通電に伴うリアクトル３３ａの温度上昇を許容することができ、昇温処理を再開させることができる。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの処理は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの処理と同様となり、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの処理は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの処理と同様となる。

図６では、時刻ｔ５において、電池温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２に到達している。これにより、時刻ｔ５において、リプル電流を用いた昇温処理が終了し、時刻ｔ５以降では、外部充電処理だけが行われることになる。ここで、電池電圧Ｖｂが閾値Ｖｂ＿ｔｈに到達したときには、外部充電処理も終了することになる。

本実施例において、電池電圧Ｖｂが閾値Ｖｂ＿ｔｈに到達した後でも、電池温度Ｔｂが第２閾値Ｔｂ２に到達していなければ、リプル電流を用いた昇温処理を継続することができる。ここで、昇温処理を継続すると、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達してしまうことがある。

この場合には、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達したときに、昇温処理を一旦停止させ、リアクトル３３ａを放熱させることができる。そして、リアクトル温度Ｔｒが低下したことを確認した後に、昇温処理を再開させることができる。例えば、リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに到達するまで、昇温処理を停止させ、リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに到達したときには、昇温処理を再開させることができる。

本実施例では、昇圧回路３３を用いてリプル電流を発生させて、組電池１０（単電池）を温めているため、組電池１０（単電池）を温めるための専用の部品（ヒータなど）を用いる必要が無くなり、部品点数の増加を抑制することができる。また、組電池１０の出力電圧を昇圧する機能を備えたシステムにおいて、既存の部品（昇圧回路３３）を用いて、組電池１０を温めることができる。

また、本実施例によれば、上述したように、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｔｈを超えてしまうことを抑制しながら、昇温処理を行うことができるため、リアクトル３３ａの耐熱温度を上昇させる必要もない。

リアクトル３３ａにおけるコイル線の断面積を増加させれば、リアクトル３３ａの熱容量を増加させて、リアクトル３３ａの耐熱温度を上昇させることができる。しかし、リアクトル３３ａにおけるコイル線の断面積を増加させてしまうと、リアクトル３３ａが大型化してしまう。本実施例では、リアクトル３３ａの耐熱温度を上昇させる必要もなく、リアクトル３３ａの大型化を防止することができる。

リプル電流を生成するときには、リプル電流が流れる電流経路（例えば、リアクトル３３ａ）での抵抗によって、電力損失が発生してしまう。すなわち、リプル電流の生成によって、組電池１０のＳＯＣ（電圧）が低下してしまうことがある。

本実施例では、外部充電処理を行うときに、昇温処理を行っているため、外部電源５４からの電力を用いることにより、リプル電流を生成したときの電力損失を補填することができる。したがって、リプル電流を発生させても、組電池１０のＳＯＣ（電圧）が低下してしまうこともない。組電池１０のＳＯＣが低下することを抑制できれば、組電池１０の出力を用いて車両を走行させるときの走行距離が低下してしまうことを抑制できる。

また、本実施例では、昇温処理および外部充電処理を互いに異なるタイミングで行っており、昇温処理および外部充電処理を同時に行わないようにしている。言い換えれば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンにしているときには、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２がオフとなっており、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２をオンにしているときには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフとなっている。

これにより、昇温処理を行うときのリプル電流が、外部電源５４の側に流れてしまうことを防止でき、外部電源５４の側において、リプル電流に伴う電流ノイズが発生してしまうことを防止できる。

本実施例では、リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに到達したときに、外部充電処理から昇温処理に切り替えるようにしているが、これに限るものではない。すなわち、リアクトル温度Ｔｒが下限温度Ｔｒ＿ｍｉｎに到達する前に、外部充電処理から昇温処理に切り替えることができる。昇温処理を停止させたときには、リアクトル温度Ｔｒが低下することになるため、例えば、昇温処理を停止させてから所定時間が経過したときに、外部充電処理から昇温処理に切り替えることができる。

また、本実施例では、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達したときに、昇温処理から外部充電処理に切り替えるようにしているが、これに限るものではない。すなわち、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達する前に、昇温処理から外部充電処理に切り替えることができる。

昇温処理によって、リプル電流がリアクトル３３ａに流れれば、リアクトル温度Ｔｒが上昇することになるため、例えば、昇温処理を開始してから所定時間が経過したときに、昇温処理から外部充電処理に切り替えることができる。ここで、所定時間としては、リアクトル温度Ｔｒが上限温度Ｔｒ＿ｍａｘに到達するまでの時間よりも短い時間とすることができる。この場合であっても、リアクトル３３ａの過度の発熱を抑制しながら、昇温処理を行うことができる。

上述したように、リアクトル温度Ｔｒおよび温度Ｔｒ＿ｍａｘ，Ｔｒ＿ｍｉｎの関係にかかわらず、昇温処理および外部充電処理を交互に行うだけであってもよい。この場合であっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。

１０：組電池（蓄電装置）、２０：監視ユニット、３０：温度センサ、
３１：電流センサ、３２：コンデンサ、３３：昇圧回路、３３ａ：リアクトル、
３３ｂ，３３ｃ：ダイオード、３３ｄ，３３ｅ：トランジスタ、３４：温度センサ、
３５：コンデンサ、３６：インバータ、３７：モータ・ジェネレータ、
４０：コントローラ、４１：メモリ、５１：充電器、５２：インレット、５３：プラグ、
５４：外部電源、ＰＬ１，ＰＬ２：正極ライン、ＮＬ１，ＮＬ２：負極ライン、
ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐ：システムメインリレー、
Ｒ：電流制限抵抗、ＣＨＲ１，ＣＨＲ２：充電リレー

Claims (6)

1. 充放電を行う蓄電装置と、
   前記蓄電装置の温度を検出する温度センサと、
   リアクトルおよびスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子の駆動によって前記蓄電装置の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記スイッチング素子の駆動を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記温度センサによって検出された前記蓄電装置の温度が所定温度に到達するまで、外部電源からの電力を前記蓄電装置に供給する充電処理と、前記スイッチング素子の駆動によって生成されるリプル電流を用いて前記蓄電装置を温める昇温処理とを交互に行うことを特徴とする蓄電システム。
2. 充放電を行う蓄電装置と、
   リアクトルおよびスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子の駆動によって前記蓄電装置の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記リアクトルの温度を検出する温度センサと、
   前記スイッチング素子の駆動を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   外部電源からの電力を前記蓄電装置に供給する充電処理と、前記スイッチング素子の駆動によって生成されるリプル電流を用いて前記蓄電装置を温める昇温処理とを交互に行い、
   前記温度センサによって検出された前記リアクトルの温度が、前記リアクトルの耐熱温度を基準に定められた上限温度よりも上昇したとき、前記昇温処理から前記充電処理に切り替えることを特徴とする蓄電システム。
3. 充放電を行う蓄電装置と、
   リアクトルおよびスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子の駆動によって前記蓄電装置の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記リアクトルの温度を検出する温度センサと、
   前記スイッチング素子の駆動を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   外部電源からの電力を前記蓄電装置に供給する充電処理と、前記スイッチング素子の駆動によって生成されるリプル電流を用いて前記蓄電装置を温める昇温処理とを交互に行い、
   前記温度センサによって検出された前記リアクトルの温度が、前記昇温処理の停止に伴う前記リアクトルの温度低下率が閾値以下となる温度である下限温度よりも低下したとき、前記充電処理から前記昇温処理に切り替えることを特徴とする蓄電システム。
4. 前記コントローラは、前記蓄電装置の温度が前記所定温度よりも上昇したとき、前記昇温処理を行わずに、前記充電処理を継続することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
5. 前記蓄電装置は、車両を走行させるための運動エネルギに変換される電気エネルギを出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
6. 外部電源からの電力を蓄電装置に供給する充電処理と、
   リアクトルおよびスイッチング素子を含み、前記蓄電装置の出力電圧を昇圧する昇圧回路において、前記スイッチング素子を駆動してリプル電流を生成し、このリプル電流を用いて前記蓄電装置を温める昇温処理と、を有し、
   温度センサによって検出された前記蓄電装置の温度が所定温度に到達するまで、前記充電処理および前記昇温処理を交互に行うことを特徴とする蓄電装置の温度調節方法。