JP5732846B2 - 二次電池の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の制御装置に関するものである。

従来、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載される二次電池を制御するための制御装置として、二次電池の温度が所定の温度以下である場合に、二次電池に交流電力を供給することで、二次電池を昇温させる技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−１２５６８号公報

しかしながら、上記従来技術では、二次電池に交流電力を供給し、二次電池を昇温させるに際し、二次電池の直流抵抗に基づいて、二次電池に供給するための交流電力の最大値を設定していたため、従来技術においては、二次電池の昇温に時間がかかるという問題があった。特に、上記従来技術では、二次電池に交流電力を供給した際における二次電池の最大電圧が、二次電池の上限電圧と比較して小さく、すなわち、交流電力の振幅の大きさが充分でなく、そのため、二次電池の昇温に時間がかかるものであった。

本発明が解決しようとする課題は、二次電池を適切に昇温させることのできる二次電池の制御装置を提供することにある。

本発明は、二次電池に入出力可能な交流電力、または二次電池の交流抵抗に基づいて、二次電池に入出力するための交流電力を設定することで、上記課題を解決する。

本発明によれば、二次電池に入出力可能な交流電力や、二次電池の交流抵抗に基づいて、二次電池に入出力するための交流電力を設定することで、交流電力を印加した際における二次電池の電圧変化量を考慮した交流電力を設定することができ、これにより、二次電池に印加する交流電力の振幅を適切なものとすることができ、結果として、二次電池を適切に昇温させることができる。

図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置を示すブロック図である。 図２は、バッテリの昇温動作を行なった際における、バッテリのバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔおよび充放電電流Ｉ_ｂａｔｔの変化の一例を表すグラフを示す。 図３は、本実施形態に係るバッテリの昇温制御方法を示すフローチャートである。 図４は、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}と、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔとの関係を表すグラフである。 図５は、低温時および室温時における、バッテリに交流電力を印加した際における、周波数に対するバッテリの抵抗の関係を表すグラフである。 図６は、バッテリの交流抵抗と、容量劣化度との関係を表すグラフである。 図７は、本実施形態におけるバッテリ電圧および充放電電流の変化の一例を示すグラフである。 図８は、本実施形態におけるバッテリ電圧および充放電電流の変化の一例を示すグラフである。 図９は、従来におけるバッテリ電圧および充放電電流の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置１００を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係るモータ駆動装置１００は、バッテリ１０、昇圧コンバータ２０、コンデンサ３０、インバータ４０、制御装置５０、および交流モータ６０を備える。本実施形態に係るモータ駆動装置１００は、たとえば、ハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される。以下、本実施形態に係るモータ駆動装置１００が、ハイブリッド自動車または電気自動車に搭載される場合を例示して説明する。

昇圧コンバータ２０は、インダクタ２３、ＮＰＮ型のトランジスタ２１ａ，２１ｂ、およびダイオード２２ａ，２２ｂを備える。昇圧コンバータ２０は、バッテリ１０から供給される直流電力を昇圧して、コンデンサ３０に供給するための電圧変換器である。

インダクタ２３は、その一方端が、抵抗１４を介して、バッテリ１０に接続され、他方端が、トランジスタ２１ａのエミッタ、およびトランジスタ２１ｂのコレクタに、それぞれ接続されている。

トランジスタ２１ａ，２１ｂは、ＮＰＮ型のトランジスタであり、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。具体的には、トランジスタ２１ａのコレクタが電源ラインに接続され、トランジスタ２１ｂのエミッタがアースラインに接続される。また、各トランジスタ２１ａ，２１ｂには、コレクタ−エミッタ間に、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオード２２ａ，２２ｂがそれぞれ配置されている。

インバータ４０は、ＮＰＮ型のトランジスタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ、およびダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆを備える。そして、インバータ４０においては、トランジスタ４１ａと、トランジスタ４１ｂとが直列接続されており、Ｕ相アームを形成している。また、同様に、トランジスタ４１ｃと、トランジスタ４１ｄとが直列接続され、Ｖ相アームを形成しており、さらに、トランジスタ４１ｅと、トランジスタ４１ｆとが直列接続され、Ｗ相アームを形成している。また、各トランジスタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆには、コレクタ−エミッタ間に、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆがそれぞれ配置されている。

交流モータ６０は、ハイブリッド自動車や電気自動車に備えられた駆動輪を駆動するための駆動トルクを発生するための駆動モータであり、３相の永久磁石モータで構成される。図１に示すように、交流モータ６０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルを備えている。これら３つのコイルの一端が中点で接続されて構成される一方で、Ｕ相コイルの他端が、トランジスタ４１ａのエミッタおよびトランジスタ４１ｂのコレクタに、Ｖ相コイルの他端が、トランジスタ４１ｃのエミッタおよびトランジスタ４１ｄのコレクタに、Ｗ相コイルの他端が、トランジスタ４１ｅのエミッタおよびトランジスタ４１ｆのコレクタに、それぞれ接続されている。

なお、昇圧コンバータ２０およびインバータ４０を構成するスイッチング素子としては、ＮＰＮ型のトランジスタに特に限定されず、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ等の他のパワー素子を用いることもできる。

バッテリ１０は、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。なお、バッテリ１０としては、複数の二次電池を直列接続してなる組電池であってもよい。また、図１に示すように、バッテリ１０近傍には、バッテリ１０のバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔを測定するための電圧センサ１１、バッテリ１０に流れる充放電電流Ｉ_ｂａｔｔを測定するための電流センサ１２、およびバッテリ１０のバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔを測定するための温度センサ１３が備えられている。なお、これら電圧センサ１１、電流センサ１２および温度センサ１３による、バッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔ、充放電電流Ｉ_ｂａｔｔおよびバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔの測定は、所定の周期で行なわれ、測定されたバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔ、充放電電流Ｉ_ｂａｔｔおよびバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔは、所定の周期で、制御装置５０に送出される。

コンデンサ３０は、昇圧コンバータ２０から出力された直流電力を平滑化し、平滑化した直流電力をインバータ４０へ供給するための素子である。また、コンデンサ３０近傍には、コンデンサ３０の端子間電圧を測定するための電圧センサ３１が備えられている。ここで、コンデンサ３０の電圧は、昇圧コンバータ２０の出力電圧Ｖ_ｍに相当するため、電圧センサ３１は、昇圧コンバータ２０の出力電圧Ｖ_ｍを測定するための電圧センサとなる。電圧センサ３１による出力電圧Ｖ_ｍの測定は、所定の周期で行なわれ、測定された出力電圧Ｖ_ｍは、所定の周期で、制御装置５０に送出される。

制御装置５０は、モータ駆動装置１００を制御するためのコントローラであり、昇圧コンバータ２０のトランジスタ２１ａ，２１ｂのオン／オフを制御するための第１制御信号Ｓ_１、およびインバータ４０のトランジスタ４１ａ〜４１ｆのオン／オフを制御するための第２制御信号Ｓ_２を、昇圧コンバータ２０およびインバータ４０に送出することで、モータ駆動装置１００を制御する。

具体的には、制御装置５０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＲＭを受信し、これに基づき、バッテリ１０に要求される要求直流電力Ｐを算出する。なお、バッテリ１０から直流電力の出力が要求される場合には、要求直流電力Ｐはプラスの値となり、一方、バッテリ１０への直流電力の入力が要求される場合には、要求直流電力Ｐはマイナスの値となる。そして、制御装置５０は、これらと、電圧センサ１１により測定されたバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔ、および電圧センサ３１により測定された出力電圧Ｖ_ｍに基づき、昇圧コンバータ２０のトランジスタ２１ａ，２１ｂのオン／オフを制御するための第１制御信号Ｓ_１を生成し、生成した第１制御信号Ｓ_１を昇圧コンバータ２０に送出する。

さらに、制御装置５０は、外部に設けられたＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＲＭを受信し、これらと、電圧センサ３１により測定された出力電圧Ｖ_ｍに基づき、インバータ４０のトランジスタ４１ａ〜４１ｆのオン／オフを制御するための第２制御信号Ｓ_２を生成し、生成した第２制御信号Ｓ_２をインバータ４０に送出する。

そして、昇圧コンバータ２０は、制御装置５０からの第１制御信号Ｓ_１を受信すると、第１制御信号Ｓ_１に基づき、直流電力の変換を行なう。具体的には、バッテリ１０から直流電力の出力の要求がされている場合には、昇圧コンバータ２０は、第１制御信号Ｓ_１に基づき、トランジスタ２１ａ，２１ｂのオン／オフ制御を行い、バッテリ１０からの直流電力を昇圧し、コンデンサ３０に供給する。そして、コンデンサ３０に供給された直流電力は、コンデンサ３０により平滑化され、平滑化された直流電力がインバータ４０に供給される。

あるいは、バッテリ１０への直流電力の入力の要求がされている場合には、昇圧コンバータ２０は、制御装置５０からの第１制御信号Ｓ_１に基づき、トランジスタ２１ａ，２１ｂのオン／オフ制御を行うことで、交流モータ６０により発電され、インバータ４０により直流電力に変換された直流電力を降圧して、バッテリ１０へ供給する。このように、昇圧コンバータ２０は、制御装置５０からの第１制御信号Ｓ_１に基づき、直流電力の昇圧に加えて、降圧を行なうことができるため、双方向コンバータとして機能する。

また、インバータ４０は、コンデンサ３０から直流電力が供給されると、制御装置５０からの第２制御信号Ｓ_２に基づいて、トランジスタ４１ａ〜４１ｆのオン／オフ制御を行い、直流電力を交流電力に変換して交流モータ６０を駆動する。これにより、交流モータ６０は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。

さらに、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時には、交流モータ６０により発電された交流電力を、制御装置５０からの第２制御信号Ｓ_２に基づいて、トランジスタ４１ａ〜４１ｆのオン／オフ制御を行うことにより、直流電力に変換し、変換した直流電力を、コンデンサ３０を介して昇圧コンバータ２０へ供給する。

次いで、本実施形態に係るバッテリ１０を昇温するための昇温制御について、説明する。本実施形態に係るバッテリ１０の昇温制御は、制御装置５０により、バッテリ１０のバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔの取得が行なわれ、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔが所定の閾値温度Ｔ_ｔｈ未満である場合に、昇温制御を行うための昇温制御信号Ｓ_３の生成が行なわれ、昇温制御信号Ｓ_３を昇圧コンバータ２０により送信することにより実行される。

具体的には、本実施形態の昇温制御においては、制御装置５０から昇温動作制御信号Ｓ_３が送出されると、昇圧コンバータ２０が、昇温動作制御信号Ｓ_３に基づいて、トランジスタ２１ａ，２１ｂのオン／オフ制御を繰り返し行い、これにより、昇圧コンバータ２０の出力電圧Ｖ_ｍを、特定周波数を有する交流波形状に振動させることにより行なわれる。

そして、この場合において、昇圧コンバータ２０の出力電圧Ｖ_ｍは、コンデンサ３０の端子間電圧にも相当するため、昇圧コンバータ２０の出力電圧Ｖ_ｍの交流波形状の振動に応じて、コンデンサ３０の蓄電エネルギーＰ_ｃ（Ｐ_ｃ＝１／２ＣＶｍ^２、ただし、Ｃはコンデンサ３０の静電容量）が変化する。そして、この蓄電エネルギーＰ_ｃの変化分ΔＰ_ｃは、コンデンサ３０により入出力される電力として、コンデンサ３０とバッテリ１０との間で授受されることとなり、これにより、バッテリ１０においては、バッテリ１０に交流電力が供給されることとなる。そして、バッテリ１０に交流電力が供給されることにより、バッテリ１０への電力の入出力が繰り返され、これにより、バッテリ１０を構成する内部抵抗成分を発熱させ、これにより、バッテリ１０を昇温させるものである。

図２に、バッテリ１０の昇温動作を行なった際における、バッテリ１０のバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔおよび充放電電流Ｉ_ｂａｔｔの変化の一例を表すグラフを示す。図２に示すように、昇温動作を行なうことにより、バッテリ１０においては、コンデンサ３０の蓄電エネルギーＰ_ｃの変化分ΔＰ_ｃに対応して、下記式（１）に示すような電流変化分ΔＩ_ｂａｔｔが生じる。
ΔＰ_ｃ＝ΔＩ_ｂａｔｔ・Ｖ_ｂａｔｔ （１）
そして、このような電流変化分ΔＩ_ｂａｔｔが、バッテリ１０に流れることにより、バッテリ１０の内部抵抗により、下記式（２）に示すように、発熱量ΔＱが発生する。そして、この発熱により、バッテリ１０の温度Ｔ_ｂａｔｔが上昇することとなる。なお、下記式（３）において、Ｒ_ｂａｔｔは、バッテリ１０の内部抵抗である。
ΔＱ＝Ｒ_ｂａｔｔ・（ΔＩ_ｂａｔｔ）^２ （２）

次いで、本実施形態における、制御装置５０によるバッテリ１０の具体的な昇温制御方法について、説明する。図３は、本実施形態に係るバッテリ１０の昇温制御方法を示すフローチャートである。なお、以下に説明する制御は、本実施形態に係るモータ駆動装置１００が搭載されるハイブリッド自動車または電気自動車がキーオン（メイン電源始動）とされた場合や、ハイブリッド自動車または電気自動車が充電器に接続された場合に開始される。また、以下に説明する制御は、制御装置５０により実行される。

まず、ステップＳ１では、制御装置５０により、温度センサ１３により測定されたバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔの取得が行なわれる。

次いで、ステップＳ２では、制御装置５０により、ステップＳ１で取得したバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔが、予め定められた所定の閾値温度Ｔ_ｔｈ未満であるか否かの判断が行なわれる。なお、所定の閾値温度Ｔ_ｔｈは、バッテリ１０の昇温動作を行なう必要があるか否かに基づいて予め設定される温度である。バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔが閾値温度Ｔ_ｔｈ未満である場合には、バッテリ１０の温度が低く、昇温動作を行う必要があると判断され、ステップＳ３に進む。一方、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔが閾値温度Ｔ_ｔｈ以上である場合には、バッテリ１０について昇温動作を行なう必要はないと判断され、本処理を終了する。

次いで、ステップＳ３では、バッテリ１０に要求される要求直流電力Ｐの絶対値が、予め定められた所定の閾値Ｐ_ｔｈ未満であるか否かの判定が行なわれる。なお、所定の閾値Ｐ_ｔｈは、バッテリ１０に要求される要求直流電力の値が充分に小さい値であればよく、たとえば、バッテリ１０の昇温制御を行う際に、要求直流電力の値を考慮する必要がない程度に小さい値に設定することができる。バッテリ１０に要求される要求直流電力Ｐの絶対値が、所定の閾値Ｐ_ｔｈ未満である場合にはステップＳ４に進む。一方、所定の閾値Ｐ_ｔｈ以上である場合には、ステップＳ１０に進む。なお、所定の閾値Ｐ_ｔｈ未満である場合としては、たとえば、モータ駆動装置１００が搭載されるハイブリッド自動車または電気自動車が停車中であり、充電器が接続され、キーオフ（メイン電源オフ）とされている場合や、シフトポジションが、Ｐレンジとされている場合などが挙げられる。

ステップＳ３において、要求直流電力Ｐの絶対値が、所定の閾値Ｐ_ｔｈ未満であると判断された場合には、ステップＳ４に進み、ステップＳ４〜Ｓ６において、バッテリ１０を昇温させるための処理（第１の昇温処理）が行なわれる。

すなわち、まず、ステップＳ４では、ステップＳ１で取得したバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔに基づいて、バッテリ１０から出力可能な交流電力である出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能な交流電力である入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}の算出が行なわれる。本実施形態においては、制御装置５０に予め記憶されている出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブルおよび入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブルを用いて、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔから、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}を算出する。

図４に、特定周波数における、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}と、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔとの関係を表すグラフを示す。なお、図４においては、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}を実線で示すとともに、これらと併せて、バッテリ１０に出力可能な直流電力である出力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能な直流電力である入力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＩＮ}と、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔとの関係についても、一点鎖線で示した。また、図４においては、バッテリ１０から出力される電力を正の値とし、バッテリ１０に入力される電力を負の値とした。

図４に示すように、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}は、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔがＴ２以下である場合には、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔの上昇に伴い、増加する傾向を示し、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔがＴ２以上の領域では一定となる傾向を示す。これに対して、出力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＯＵＴ}は、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔがＴ１以上、Ｔ２以下の領域において、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔの上昇に伴い、増加する傾向を示し、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔがＴ２以上の領域では一定となる傾向を示す。さらに、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔがＴ３以上、Ｔ４以下の領域において、バッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔの上昇に伴い、低下する傾向を示す。そして、図４に示すように、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}と、出力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＯＵＴ}とを比較すると、いずれの温度領域においても、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}の方が、出力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＯＵＴ}よりも大きいものとなることが確認できる。

また、図４より、入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}、および入力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＩＮ}についても、同様の傾向となることが確認できる。ただし、図４においては、バッテリ１０から出力される電力を正の値とし、バッテリ１０に入力される電力を負の値としているため、大小関係が反対となる。そして、制御装置５０は、図４に示すような関係を、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブルおよび入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブルとして、記憶している。また、制御装置５０は、これらに加えて、出力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＯＵＴ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブルおよび入力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＩＮ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブルも記憶している。

次いで、ステップＳ５では、上述したステップＳ４で算出された出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}に基づいて、バッテリ１０の昇温動作を行なうための交流電力を決定する。なお、ステップＳ５においては、上述したステップＳ２において、要求直流電力Ｐの絶対値が、予め定められた所定の閾値Ｐ_ｔｈ未満であると判定されているため、要求直流電力Ｐを考慮することなく、バッテリ１０の昇温動作を行なうための交流電力を決定する。具体的には、ステップＳ４で算出された出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}を、それぞれ、最大出力電力および最大入力電力として、バッテリ１０の昇温動作を行なうための交流電力を決定する。また、交流電力の周波数は、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}に対応する周波数とすればよい。

次いで、ステップＳ６では、上述したステップＳ５で決定した交流電力にて、バッテリ１０へ交流電力の印加が行なわれ、これによりバッテリ１０の昇温動作が実行される。具体的には、制御装置５０により、上述したステップＳ５で決定した交流電力に基づいて、昇温動作制御信号Ｓ_３の生成が行なわれ、昇温動作制御信号Ｓ_３が昇圧コンバータ２０に送信される。そして、昇圧コンバータ２０が、昇温動作制御信号Ｓ_３に基づいて、トランジスタ２１ａ，２１ｂのオン／オフ制御が行われることで、バッテリ１０の昇温動作が実行される。

次いで、ステップＳ７では、モータ駆動装置１００が搭載されるハイブリッド自動車または電気自動車が、充電器に接続された状態であるか否かの判定が行なわれる。すなわち、充電器により、外部からの電力供給が可能な状態であるか否かの判定が行なわれる。充電器に接続されている場合には、ステップＳ８に進む。一方、充電器に接続されていない場合には、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ８では、制御装置５０により、電流センサ１２により測定された充放電電流Ｉ_ｂａｔｔの取得が行なわれ、取得した充放電電流Ｉ_ｂａｔｔに基づき、バッテリ１０の平均電流値の検出が行われる。なお、バッテリ１０の平均電流値は、たとえば、図４に示す時間ｔ１のタイミング（Ｓｉｎ波における、ｎ・π（ｎは整数）のタイミング）における充放電電流Ｉ_ｂａｔｔを取得することにより検出することができる。あるいは、電流センサ１２からの出力を、回路素子で構成したフィルタを通して平均処理することにより、バッテリ１０の平均電流値を検出してもよい。

ステップＳ９では、制御装置５０により、上述したステップＳ８で検出したバッテリ１０の平均電流値から、電圧コンバータ２０のロス分により消費する電力に起因する放電電力の算出が行なわれる。そして、制御装置５０は、算出した放電電力に基づき、バッテリ１０の平均電流値がゼロに近づくような電力要求量を演算し、外部に設けられたＥＣＵを介して、モータ駆動装置１００が搭載されるハイブリッド自動車または電気自動車に接続された充電器に、要求電力を送信する。本実施形態においては、このように、充電器からの電力供給を受けることにより、電圧コンバータ２０のロス分による消費電力に起因する、バッテリ１０の電圧低下を防止することができる。

一方、上述したステップＳ３において、バッテリ１０に要求される要求直流電力Ｐの絶対値が、予め定められた所定の閾値Ｐ_ｔｈ以上であると判定された場合には、ステップＳ１０に進み、ステップＳ１０〜Ｓ１２において、バッテリ１０へ要求直流電力Ｐの入出量を行ないながら、バッテリ１０を昇温させるための処理が行なわれる（第２の昇温処理）。なお、要求直流電力Ｐが、所定の閾値Ｐ_ｔｈ以上である場合としては、たとえば、ハイブリッド自動車または電気自動車のシフトポジションが、Ｄレンジとされており、車両を加速されている場合や減速させている場合などが挙げられる。

すなわち、まず、ステップＳ１０では、制御措置３０により、バッテリ１０の直流抵抗Ｒ_ＤＣ、および交流抵抗Ｒ_ＡＣの算出が行なわれ、算出した直流抵抗Ｒ_ＤＣ、交流抵抗Ｒ_ＡＣに基づき、下記式（３）、（４）に従って、バッテリ１０を昇温させる際における、バッテリ１０に流す直流電流Ｉ_ＤＣ、直流電流Ｉ_ＤＣに重畳する交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}の算出が行なわれる。すなわち、バッテリ１０に要求直流電力Ｐを入出力するために必要な電流である直流電流Ｉ_ＤＣを、直流抵抗Ｒ_ＤＣに基づいて算出し、算出した直流電流Ｉ_ＤＣおよび直流抵抗Ｒ_ＤＣ、ならびに交流抵抗Ｒ_ＡＣに基づいて、上限電圧Ｖ_ＭＡＸを超えないような最大の電流値を求め、これを交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}とする。

なお、上記式（３）、（４）中において、ＯＣＶはバッテリ１０の開放電圧を、Ｐはバッテリ１０に対する要求直流電力、Ｖ_ｍａｘはバッテリ１０の上限電圧を、それぞれ示す。また、上記式（３）、（４）は、バッテリ１０に対する要求直流電力Ｐが、プラスである場合、すなわち、バッテリ１０から直流電力を出力する場合における、直流電流Ｉ_ＤＣ、および交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}を算出するための式を示しているが、バッテリ１０に対する要求直流電力Ｐが、マイナスである場合、すなわち、バッテリ１０へ直流電力を入力する場合にも、上記式（３）、（４）に準じて、直流電流Ｉ_ＤＣ、および交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}を算出することができる。

ここで、図５に、低温時（閾値温度Ｔ_ｔｈ未満の特定の温度）および室温時（閾値温度Ｔ_ｔｈ以上の特定の温度）における、バッテリ１０に交流電力を印加した際における、周波数に対するバッテリ１０の抵抗の関係を表すグラフを示す。なお、図５中において、低温時を破線で示し、室温時を一点鎖線で示した。また、図５中において、昇温動作時において、バッテリ１０に印加する交流電力の周波数をｆ１とし、そのときの低温時、すなわち、昇温動作を行なう際におけるバッテリ１０の交流抵抗をＲ_ＡＣで示し、一方、同じく低温時の直流抵抗をＲ_ＤＣで示した。また、周波数ｆ２以上においては、低温時および常温時ともに、周波数に対する抵抗値は同様になるため、図５中においては、これらを重ねて表した。本実施形態においては、図５に示すような温度ごとの、抵抗値Ｒ_ＤＣ，Ｒ_ＡＣ−周波数ｆテーブルを用いて、上述したステップＳ１で取得したバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔに基づき、バッテリ１０の直流抵抗Ｒ_ＤＣ、および交流抵抗Ｒ_ＡＣを算出する。そして、算出した直流抵抗Ｒ_ＤＣ、および交流抵抗Ｒ_ＡＣに基づいて、上記式（３）、（４）に従い、直流電流Ｉ_ＤＣ、および直流電流Ｉ_ＤＣに重畳する交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}を算出する。なお、本実施形態においては、図５に示すような温度ごとの、抵抗値Ｒ_ＤＣ，Ｒ_ＡＣ−周波数ｆテーブルは、制御装置５０に予め記憶されている。

次いで、ステップＳ１１では、上述したステップＳ１０で算出した直流電流Ｉ_ＤＣ、および交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}に基づいて、バッテリ１０の昇温動作を行なうための供給電力を決定する。具体的には、電流値Ｉ_ＤＣである直流電力に、最大電流値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}である交流電を重畳し、これをバッテリ１０の昇温動作を行なうための入出力電力（電流値Ｉ_ＤＣである直流電力＋最大電流値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}である交流電力）とする。また、入出力電力のうち、交流成分の周波数は、図５に示す周波数ｆ１とする。

次いで、ステップＳ１２では、上述したステップＳ１１で決定した供給電力にて、バッテリ１０へ入出力電力の印加が行なわれ、これによりバッテリ１０の昇温動作が実行される。具体的には、制御装置５０により、上述したステップＳ１で決定した入出力電力に基づいて、昇温動作制御信号Ｓ_３の生成が行なわれ、昇温動作制御信号Ｓ_３が昇圧コンバータ２０に送信される。そして、昇圧コンバータ２０が、昇温動作制御信号Ｓ_３に基づいて、トランジスタ２１ａ，２１ｂのオン／オフ制御が行われることで、バッテリ１０の昇温動作が実行される。

次いで、ステップＳ１３では、制御装置５０により、電圧センサ１１、電流センサ１２および温度センサ１３により測定されたバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔ、充放電電流Ｉ_ｂａｔｔおよびバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔの取得が行なわれる。

ステップＳ１４では、上述したステップＳ１３で取得したバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔ、充放電電流Ｉ_ｂａｔｔおよびバッテリ温度Ｔ_ｂａｔｔに基づき、バッテリ１０の交流抵抗Ｒ_ＡＣ、およびバッテリ１０の容量劣化度Ｄ_ｂａｔｔの算出を行なう。具体的には、制御装置５０は、図４に示す時間ｔ２のタイミングおよび時間ｔ３のタイミング（Ｓｉｎ波における、２ｎ・π−１／２π（ｎは整数）のタイミングおよび２ｎ・π＋１／２π（ｎは整数））における、バッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔおよび充放電電流Ｉ_ｂａｔｔを取得することで、交流電力における電圧振幅および電流振幅を算出し、電圧振幅を電流振幅で除すことにより（すなわち、「電圧振幅／電流振幅」を求めることにより）、バッテリ１０の交流抵抗Ｒ_ＡＣを算出する。そして、算出した交流抵抗Ｒ_ＡＣの増加率から、バッテリ１０の容量劣化度Ｄ_ｂａｔｔを算出する。容量劣化度Ｄ_ｂａｔｔは、たとえば、図６に示すような、制御装置５０に記憶されている、予め定められた交流抵抗Ｒ_ＡＣと、容量劣化度Ｄ_ｂａｔｔとの関係を示すテーブルなどを用いて求めることができる。

ステップＳ１５では、上述したステップＳ１４で算出したバッテリ１０の交流抵抗Ｒ_ＡＣに基づき、図４に示すような出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブルおよび入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブル、および図５に示すような温度ごとの、抵抗値Ｒ_ＤＣ，Ｒ_ＡＣ−周波数ｆテーブルを補正する。

本実施形態では、バッテリ１０の昇温動作により交流電力を印加することにより、特定の交流周波数に対応した比較的大きな電圧振幅を発生させることができる。そして、上述したステップＳ１４においては、この比較的大きな電圧振幅に基づいて、交流抵抗を測定するものであるため、交流抵抗Ｒ_ＡＣを測定する際における、電圧センサ１１による誤差の影響を小さくすることができ、これにより、高い精度で交流抵抗Ｒ_ＡＣを測定することができる。そして、このようにして、高い精度で測定された交流抵抗Ｒ_ＡＣに基づいて、容量劣化度Ｄ_ｂａｔｔを算出することで、高い精度で容量劣化度Ｄ_ｂａｔｔを算出することができる。さらには、このような高い精度で測定された交流抵抗Ｒ_ＡＣに基づいて、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブル、入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}−温度Ｔ_ｂａｔｔテーブル、抵抗値Ｒ_ＤＣ，Ｒ_ＡＣ−周波数ｆテーブルを補正することにより、バッテリ１０の昇温動作を行なう際における、交流電力または入出力電力の算出精度を向上させることができ、これにより、交流電力または入出力電力を印加した際における最大電圧を、バッテリ１０の上限電圧Ｖ_ｍａｘに適切に近づけることができる。

そして、再度、ステップＳ１に戻り、上記動作を繰り返し行なう。以上のようにして、本実施形態では、バッテリ１０の昇温制御が行われる。

本実施形態においては、バッテリ１０に要求される要求直流電力Ｐの絶対値が、予め定められた所定の閾値Ｐ_ｔｈ未満である場合に、バッテリ１０の昇温を行うために、バッテリ１０に印加する交流電力を、出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、および入力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}に基づいて設定する。そのため、本実施形態によれば、交流電力を印加した際における二次電池の電圧変化量を考慮した交流電力を設定することができ、これにより、二次電池に印加する交流電力の振幅を適切なものとすることができ、結果として、二次電池を適切に昇温させることができる。

ここで、図４に示すように、バッテリ１０においては、入出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}と、入出力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＯＵＴ}、Ｗ_{ＤＣ＿ＩＮ}とを比較すると、特に、低温領域において、入出力可能交流電力Ｗ_{ＡＣ＿ＯＵＴ}、Ｗ_{ＡＣ＿ＩＮ}のほうが、大きな値をとるという特性を有している。そのため、従来のように、入出力可能な直流電力、すなわち、入出力可能直流電力Ｗ_{ＤＣ＿ＯＵＴ}、Ｗ_{ＤＣ＿ＩＮ}に基づいて、バッテリ１０に印加する交流電力を設定した場合には、交流電力の最大電圧を不要に制限してしまうこととなる一方で、本実施形態によれば、このような問題を有効に解決することができ、これにより、二次電池をより早く昇温させることができるものである。

また、本実施形態においては、バッテリ１０に要求される要求直流電力Ｐの絶対値が、予め定められた所定の閾値Ｐ_ｔｈ以上である場合には、バッテリ１０に対する要求直流電力Ｐを印加するための直流電流Ｉ_ＤＣを、直流抵抗Ｒ_ＤＣに基づいて算出するとともに、バッテリ１０を昇温するためにバッテリ１０に印加するための交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}を、交流抵抗Ｒ_ＡＣに基づいて算出する。そして、これら直流電流Ｉ_ＤＣ、および交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}に基づいて、電流値Ｉ_ＤＣである直流電力に、最大電流値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}である交流電力を重畳することで、バッテリ１０を昇温する際における入出力電力を設定する。そのため、本実施形態によれば、交流電力を印加した際における二次電池の電圧変化量を考慮した交流電力を設定することができ、これにより、二次電池に印加する交流電力の振幅を適切なものとすることができ、結果として、二次電池を適切に昇温させることができる。

ここで、図５に示すように、バッテリ１０においては、交流抵抗Ｒ_ＡＣと、直流抵抗Ｒ_ＤＣとを比較すると、特に、低温領域において、交流抵抗Ｒ_ＡＣのほうが、小さな値をとるという特性を有している。そのため、従来のように、直流抵抗Ｒ_ＤＣに基づいて、バッテリ１０に印加するための交流電流の最大値Ｉ_{ＡＣ＿ＭＡＸ}を設定した場合には、交流電力の最大電圧を不要に制限してしまうこととなる一方で、本実施形態によれば、このような問題を有効に解決することができ、これにより、二次電池をより早く昇温させることができるものである。

なお、上述した実施形態において、バッテリ１０は本発明の二次電池に、昇圧コンバータ２０は本発明の電力変換器に、コンデンサ３０は本発明の容量素子に、インバータ４０は本発明の駆動回路に、制御装置５０は本発明の制御手段および記憶手段に、それぞれ相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

なお、たとえば、バッテリ１０に対して、パルス状の要求直流電力Ｐが要求された場合には、図７に示すように、時間ｔ１０から時間ｔ１１まで一定の電流値Ｉ_ＤＣで電流を流した場合でも、直流電力の周波数成分により、時間ｔ１０においては、直流電力の印加によるバッテリ１０の電圧上昇分がＩ_ＤＣ×Ｒ_ＡＣである一方で、時間ｔ１０から時間ｔ１１にかけて、分極成分が発達し、これにより、時間の経過とともに電圧が上昇し、電圧上昇分がＩ_ＤＣ×Ｒ_ＤＣとなる。しかしその一方で、過去の電流履歴を蓄積しておき、このような直流電力の周波数成分に基づく、分極の発達による電圧上昇挙動を予測し、下記式（５）〜（７）にしたがって、このような電圧変化に対応した交流電流Ｉ_ＡＣを算出することにより、図７に示すように、時間ｔ１０から時間ｔ１１において、効率的にバッテリ１０を昇温させるための交流電力を供給することができる。そのため、上述した方法に代えて、このように、分極の発達による電圧上昇挙動を予測し、このような電圧変化に対応した交流電流Ｉ_ＡＣを算出してもよい。

なお、図７は、本例におけるバッテリ電圧および充放電電流の変化を示すグラフであり、図７中においては、二点鎖で囲まれたハッチング部分は、それぞれ、バッテリ１０に印加した交流電力による電圧増加分、および交流電力を印加した際における電流の増加分を示している。また、図８に、このような制御を行わず、バッテリ１０に印加する交流電力を、交流抵抗Ｒ_ＡＣを用いて設定した場合（Ｉ_ＡＣ×Ｒ_ＡＣで制限した場合）、図９に、従来のように、バッテリ１０に印加する交流電力を、直流抵抗Ｒ_ＤＣを用いて設定した場合（Ｉ_ＡＣ×Ｒ_ＤＣで制限した場合）における、バッテリ電圧および充放電電流の変化を表すグラフを示す。
ΔＶ_ｍａｘ＝Ｖ_ｍａｘ−ＯＣＶ−Ｖｐ（ｔ１） （５）
Ｖｐ＝Ｖ_ｂａｔｔ（ｔ１）−ＯＣＶ−Ｉ_ＤＣ×Ｒ_ＡＣ （６）
Ｉ_ＡＣ＝（ΔＶ_ｍａｘ−Ｉ_ＤＣ×Ｒ_ＡＣ）／Ｒ_ＡＣ （７）
上記式（５）〜（７）において、ΔＶ_ｍａｘは上限電圧Ｖ_ｍａｘと、時間ｔ１０におけるバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔとの差、ＯＣＶは開放電圧、Ｖｐは分極電圧をそれぞれ示す。また、Ｖｐ（ｔ１）、Ｖ_ｂａｔｔ（ｔ１）は図２に示す時間ｔ１のタイミングで測定した分極電圧およびバッテリ電圧を意味する。

このように、要求直流電力Ｐを印加した際におけるバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔｔの変化を予測し、これを用いることで、直流抵抗Ｒ_ＤＣを用いた場合と比較して、要求直流電力Ｐを印加した際の電圧変化を、より小さな電圧変化として予測することができ、交流電力に割り振る電圧を大きくすることができるため、電池の昇温をより早く行なうことが可能となる。

１００…モータ駆動装置
１０…バッテリ
１１…電圧センサ
１２…電流センサ
１３…温度センサ
２０…昇圧コンバータ
２１ａ，２１ｂ…トランジスタ
２２ａ，２２ｂ…ダイオード
２３…インダクタ
３０…コンデンサ
３１…電圧センサ
４０…インバータ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ…トランジスタ
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ…ダイオード
５０…制御装置
６０…交流モータ

Claims (4)

1. 二次電池と、負荷を駆動するための駆動回路との間で電力変換を行なう電力変換器と、
   前記駆動回路と前記電力変換器との間に配置され、前記駆動回路に入力される電圧を平滑化する容量素子と、
   前記電力変換器を制御する制御手段と、
   前記二次電池の温度と、前記二次電池に入出力可能な交流電力との関係、ならびに、前記二次電池の温度と、前記二次電池の直流抵抗および交流抵抗との関係を記憶する記憶手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記二次電池から前記負荷に入出力するための要求直流電力の大きさが所定値未満である場合に、前記記憶手段に記憶されている前記二次電池の温度と、前記二次電池に入出力可能な交流電力との関係に基づき、前記二次電池に入出力するための交流電力を設定し、該交流電力が前記二次電池に入出力されるように、前記電力変換器を制御する第１の昇温処理を実行し、
   前記二次電池から前記負荷に入出力するための要求直流電力の大きさが前記所定値以上である場合に、前記記憶手段に記憶されている前記二次電池の温度と、前記二次電池の直流抵抗および交流抵抗との関係に基づき、前記要求直流電力に重畳可能な交流電力を演算し、演算した前記交流電力を、前記要求直流電力に重畳することにより得られた電力が前記二次電池に入出力されるように、前記電力変換器を制御する第２の昇温処理を実行することを特徴とする二次電池の制御装置。
2. 請求項１に記載の二次電池の制御装置において、
   前記二次電池に直流電力を印加した場合における、前記二次電池の電圧変化を、前記直流電力の周波数成分に応じて演算し、該演算結果に基づいて、前記要求直流電力に重畳可能な交流電力を演算することを特徴とする二次電池の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の二次電池の制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記二次電池に交流電力または直流電力に交流電力を重畳した電力を供給している際における、前記二次電池の端子電圧および充放電電流に基づいて、前記二次電池の交流抵抗を測定し、
   前記測定した交流抵抗を用いて、前記記憶手段に記憶されている前記二次電池の温度と、前記二次電池に入出力可能な交流電力との関係、または前記二次電池の温度と、前記二次電池の直流抵抗および交流抵抗との関係を補正することを特徴とする二次電池の制御装置。
4. 請求項３に記載の二次電池の制御装置において、
   前記記憶手段は、温度ごとに、前記二次電池の交流抵抗と容量低下率との関係を記憶しており、
   前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記二次電池の交流抵抗と容量低下率との関係と、前記測定した交流抵抗と、前記二次電池の温度とに基づき、前記二次電池の容量劣化度を演算することを特徴とする二次電池の制御装置。

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