JPWO2011004464A1 - 二次電池の昇温装置およびそれを備える車両 - Google Patents

Abstract

二次電池（１０）の昇温装置は、リップル生成装置（２０）と、制御装置（３０）とを備える。リップル生成装置（２０）は、二次電池（１０）に接続され、所定周波数のリップル電流（Ｉ）を二次電池（１０）に積極的に発生させるように構成される。制御装置（３０）は、リップル電流（Ｉ）を二次電池（１０）に発生させることによって二次電池を昇温するようにリップル生成装置（２０）を制御する。ここで、所定周波数は、二次電池（１０）のインピーダンスの周波数特性に基づいて、インピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域の周波数に設定される。

Description

この発明は、二次電池の昇温装置およびそれを備える車両に関し、特に、二次電池の内部抵抗による発熱を利用して二次電池を昇温する技術に関する。

一般に、リチウムイオン電池に代表される二次電池は、温度が低下すると充放電特性が低下する。たとえば、リチウムイオン電池においては、低温時に充電されると負極においてリチウム（Ｌｉ）の析出が発生し、その結果、電池の容量が低下する等の性能劣化が起こる。そこで、電池の温度が低い場合には、速やかに電池を昇温する必要がある。

特開平１１−３２９５１６号公報（特許文献１）は、電池の昇温装置を開示する。この昇温装置においては、インダクタとキャパシタと交流電源とから成る直列回路を電池の両端に接続して共振回路を構成する。そして、共振回路の共振周波数の交流電圧を交流電源から発生させることにより電池を昇温する。

この昇温装置においては、共振時にほとんど電池の内部抵抗で電力が消費され、自己発熱により電池を昇温する。したがって、この昇温装置によれば、最小限の電力消費で効果的に電池を昇温することができるとされる（特許文献１参照）。

特開平１１−３２９５１６号公報 特開２００７−１２５６８号公報

二次電池においては、一般的に、安全性や耐久性の観点から電池の上下限電圧を守ることが要求されるが、低温下では、常温時と比べて電池のインピーダンスが大きくなるので、特に極低温下では、電池のインピーダンスが大きくなったことにより、電池の上下限電圧を守りつつ電池内部に発熱のための十分な電流を流すことができないという事態が発生し得る。

また、上記の特開平１１−３２９５１６号公報に開示される昇温装置では、インダクタ、キャパシタおよび交流電源から成る共振回路を新たに設ける必要があるので、装置の小型化および低コスト化も阻害される。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池を内部から効果的に発熱させることによって二次電池を効果的に昇温可能な二次電池の昇温装置およびそれを備える車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、二次電池を内部から効果的に発熱させることによって二次電池を効果的に昇温可能としつつ、装置の小型化および低コスト化を阻害しない二次電池の昇温装置およびそれを備える車両を提供することである。

この発明によれば、二次電池の昇温装置は、リップル生成装置と、制御装置とを備える。リップル生成装置は、二次電池に接続され、所定周波数のリップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成される。制御装置は、リップル電流を二次電池に発生させることによって二次電池を昇温するようにリップル生成装置を制御する。ここで、所定周波数は、二次電池のインピーダンスの周波数特性に基づいて、インピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域の周波数に設定される。

好ましくは、リップル生成装置は、二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置である。

さらに好ましくは、制御装置は、二次電池の昇温が要求されると、昇圧装置のスイッチング周波数を所定周波数に設定する。

また、さらに好ましくは、制御装置は、二次電池の昇温が要求されると、昇圧装置のスイッチング周波数を二次電池の非昇温時よりも低い値に設定する。

また、好ましくは、昇圧装置は、第１および第２のスイッチング素子と、リアクトルとを含む。第１および第２のスイッチング素子は、電圧出力線対の各々の間に直列に接続される。リアクトルは、所定のインダクタンスを有し、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと二次電池の正極との間に接続される。そして、制御装置は、二次電池の昇温が要求されると、二次電池のインピーダンスの周波数特性と二次電池の電圧制限とによりリップル電流の周波数毎に定まる二次電池の最大通電量を超えない範囲でリップル電流が最大となるように第１および第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を設定する。

また、好ましくは、昇圧装置は、第１および第２のスイッチング素子と、リアクトルとを含む。第１および第２のスイッチング素子は、電圧出力線対の各々の間に直列に接続される。リアクトルは、所定のインダクタンスを有し、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと二次電池の正極との間に接続される。そして、二次電池のインピーダンスの周波数特性と二次電池の電圧制限とによりリップル電流の周波数毎に定まる二次電池の発熱量が最大となるように、リアクトルのインダクタンスが設定される。

好ましくは、所定周波数は、二次電池のインピーダンスの周波数特性に基づいて、略１ｋＨｚに設定される。

好ましくは、二次電池は、リチウムイオン電池である。そして、所定周波数は、リチウムイオン電池に充電電流が流れるときの負極の析出抵抗と負極の電気二重層容量とにより定まる時定数に対応する周波数よりも高くなるように設定される。

また、好ましくは、二次電池は、リチウムイオン電池である。そして、制御装置は、リチウムイオン電池の放電側にリップル電流の平均値がオフセットしたリップル電流を二次電池に発生させるようにリップル生成装置を制御する。

また、この発明によれば、二次電池の昇温装置は、リップル生成装置と、制御装置とを備える。リップル生成装置は、二次電池に接続され、所定周波数のリップル電流を二次電池に積極的に発生させるように構成される。制御装置は、リップル電流を二次電池に発生させることによって二次電池を昇温するようにリップル生成装置を制御する。リップル生成装置は、二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置である。昇圧装置は、第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のリアクトルと、接続装置とを含む。第１および第２のスイッチング素子は、電圧出力線対の各々の間に直列に接続される。第１のリアクトルは、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと二次電池の正極との間に設けられる。第２のリアクトルは、第１のリアクトルに並列に設けられ、第１のリアクトルよりもインダクタンスが小さい。接続装置は、二次電池の昇温が要求されると、第１のリアクトルに代えて、または第１のリアクトルとともに、接続ノードと二次電池の正極との間に第２のリアクトルを接続する。

また、この発明によれば、車両は、車両走行用の電力を蓄える二次電池と、二次電池の昇温が要求されると二次電池を昇温する、上述したいずれかの二次電池の昇温装置とを備える。

この発明においては、リップル生成装置により所定周波数のリップル電流を二次電池に積極的に発生させることによって二次電池を内部から昇温する。ここで、特に極低温下では、電池のインピーダンスが大きくなることにより、電池の上下限電圧を守りつつ電池内部に発熱のための十分な電流を流すことができないという事態が発生し得る。しかしながら、この発明においては、リップル電流の周波数は、二次電池のインピーダンスの周波数特性に基づいて、インピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域の周波数に設定されるので、極低温であっても、電池の上下限電圧を守りつつ電池内部に発熱のための十分な電流を流すことができる。したがって、この発明によれば、二次電池を内部から効果的に発熱させることによって二次電池を効果的に昇温することができる。

この発明の実施の形態１による二次電池の昇温装置の全体構成図である。 二次電池の電圧の内訳を示した図である。 二次電池のインピーダンス特性を示すナイキスト線図である。 二次電池のインピーダンス特性（絶対値）を示すボード線図である。 二次電池のインピーダンス特性（位相）を示すボード線図である。 内部抵抗に発生する電圧を拘束条件として、極低温時に二次電池に流すことができるリップル電流のピーク値を示した図である。 内部抵抗に発生する電圧を拘束条件として、極低温時に二次電池に発生させることができる平均発熱量を示した図である。 内部抵抗に発生する電圧を拘束条件として、極低温時におけるＩ０ｃｏｓθの大きさを示した図である。 図１に示すリップル生成装置の回路構成の一例を示した図である。 制御装置の機能ブロック図である。 リップル電流の挙動を示した図である。 二次電池についての電極／電解液界面の等価回路図である。 負極のインピーダンスの測定方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態４による二次電池の昇温装置が適用された電動車両の全体ブロック図である。 図１４に示したＥＣＵの、昇圧コンバータの制御に関する部分の機能ブロック図である。 ＥＣＵにより実行されるリップル昇温の処理手順を説明するためのフローチャートである。 二次電池のリップル昇温時における電流の波形図である。 リップル電流の他の発生方法を示した図である。 発熱量に比例する電流Ｉ０ｃｏｓθを示した図８に、リップル電流のピーク値を重ね合わせた図である。 二次電池に発生させるリップル電流を最大にするための、リアクトルのインダクタンスの設計方法を説明するための図である。 実施の形態７における昇圧コンバータの回路図である。 実施の形態７の変形例における昇圧コンバータの回路図である。 二次電池のインピーダンス特性（絶対値）を示すボード線図である。 二次電池のインピーダンス特性（位相）を示すボード線図である。 二次電池のインピーダンス特性を示すナイキスト線図の原点近傍の拡大図である。 実施の形態８における二次電池の電極構造の特徴部分を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による二次電池の昇温装置の全体構成図である。図１を参照して、昇温装置は、リップル生成装置２０と、制御装置３０とを備える。リップル生成装置２０は、二次電池１０に接続される。

二次電池１０は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などに代表される再充電可能な電池である。二次電池１０は、内部抵抗１２を含む。後述のように、この内部抵抗１２は、温度依存性を有するとともに、電池に流れる電流の周波数によっても大きく変化する。

リップル生成装置２０は、制御装置３０によって制御され、所定周波数のリップル電流Ｉを二次電池１０に積極的に発生させる。たとえば、リップル生成装置２０を構成する電力用半導体スイッチング素子をオン／オフさせることにより二次電池１０にリップル電流Ｉを発生させることが可能である。リップル生成装置２０の回路構成については、後ほど一例を挙げて説明する。

制御装置３０は、リップル電流Ｉを二次電池１０に発生させることによって二次電池１０を内部から昇温するようにリップル生成装置２０を制御する。ここで、制御装置３０は、二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域のリップル電流Ｉを二次電池１０に発生させるようにリップル生成装置２０を制御する。

以下、二次電池１０にリップル電流Ｉを積極的に発生させることによって二次電池１０を効果的に昇温する技術（以下、この昇温を「リップル昇温」とも称する。）の考え方について詳しく説明する。

図２は、二次電池１０の電圧の内訳を示した図である。なお、この図２では、簡単のため、内部抵抗は実部のみとし、Ｌ，Ｃ等による虚部は無いものとする。図２を参照して、二次電池１０の端子間に発生する電圧Ｖは、開回路電圧ＯＣＶに、通電時に内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶを考慮したものとなる。具体的には、充電電流が流れるときは、Ｖ＝ＯＣＶ＋ΔＶとなり、放電電流が流れるときは、Ｖ＝ＯＣＶ−ΔＶとなる（ΔＶ＞０）。

いま、二次電池１０に電流Ｉが流れたときの発熱量Ｑは、内部抵抗１２の抵抗値をＲとすると、以下の式で表わすことができる。

Ｑ＝Ｉ²×Ｒ …（１）
＝Ｉ×ΔＶ …（２）
＝ΔＶ²／Ｒ …（３）
この（１）〜（３）式は等価である。（１）式によると、リップル生成装置２０を用いて発生させるリップル電流Ｉを大きくすれば、二次電池１０を効果的に昇温できるようにみえる。しかしながら、実際には、上述のように、二次電池の電圧Ｖについて、安全性や耐久性の観点から上下限電圧を守ることが要求される。そして、特に極低温下では、内部抵抗１２の抵抗値Ｒが大きくなることにより電圧ΔＶが大きくなるので、二次電池１０の電圧Ｖを上下限内に抑えつつ発熱のための十分なリップル電流Ｉを流すことができないという事態が発生し得る。

すなわち、内部抵抗１２の抵抗値Ｒが大きくなる低温下（特に極低温下）では、電圧ΔＶが制約となって二次電池１０がリップル電流Ｉを流すことができず、二次電池１０を効果的に昇温できないという事態が発生し得る。そこで、この発明においては、（３）式および二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に着目し、二次電池１０のインピーダンス（内部抵抗１２の抵抗値Ｒ）の絶対値が他の周波数領域に比べて相対的に小さい周波数領域のリップル電流をリップル生成装置２０により発生させる。これにより、二次電池１０の発熱量Ｑが大きくなり、二次電池１０を効果的に昇温することができる。

図３は、二次電池１０のインピーダンス特性を示すナイキスト線図である。なお、二次電池の電気的特性を解析する手法として、電気化学的インピーダンス分光法「ＥＩＳ（Electrochemical Impedance Spectroscopy）とも称される。」が知られており、このナイキスト線図は、ＥＩＳを用いて二次電池１０のインピーダンス特性を複素平面上に表示したものである。

図３を参照して、二次電池１０のインピーダンスＺは、次式にて表わすことができる。
Ｚ＝Ｒ１＋ｉＲ２ …（４）
＝｜Ｚ｜ｅ^iθ …（５）
図３において、横軸は、実数成分（Ｒ１）を示し、縦軸は、虚数成分（Ｒ２）を示す。なお、縦軸の虚数成分（Ｒ２）については、図３において上方向をマイナスとし、下方向をプラスとして示す。そして、原点からの距離は、インピーダンスＺの大きさを示す絶対値｜Ｚ｜を示し、横軸（実数軸）とのなす角は、インピーダンスＺの位相θを示す。

また、図４，図５は、二次電池１０のインピーダンス特性を示すボード線図である。このボード線図も、ＥＩＳを用いて二次電池１０のインピーダンス特性を表示したものである。図４は、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜の周波数特性を示し、図５は、インピーダンスＺの位相θの周波数特性を示す。

図４，図５において、横軸は、二次電池１０に発生させる交流電流（リップル電流）の周波数を対数表示で示す。縦軸は、図４においてはインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜を対数表示で示し、図５においてはインピーダンスＺの位相θを表わす。

図３，図４に示されるように、二次電池１０の昇温が要求される低温下では、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は非低温時に比べて大きくなるけれども、そのような増大が顕著なのは、リップル電流の周波数が低周波の場合である。特に、周波数が１ｋＨｚ近傍では、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は、他の周波数領域に比べて小さく、また、極低温下でも非低温時（常温時）の高々３倍程度にしかならない（図４のＡ部）。さらに、図５に示されるように、その周波数領域では、インピーダンスＺの位相θも零近傍であるので、力率が１となり効率もよい。

そこで、この実施の形態１においては、この二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池１０のインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜が相対的に低下する周波数領域（この実施の形態１では略１ｋＨｚ）のリップル電流をリップル生成装置２０により発生させることとしたものである。これにより、二次電池１０の内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶの制約を守りつつ二次電池１０にリップル電流を効果的に流すことができ、その結果、二次電池１０が効果的に昇温される。

図６は、二次電池１０の内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶを拘束条件として、極低温時に二次電池１０に流すことができるリップル電流のピーク値Ｉ０を示した図である。図６を参照して、横軸は、リップル電流の周波数を示し、縦軸は、電圧ΔＶの拘束条件下で二次電池１０が流せるリップル電流（正弦波を仮定）のピーク値Ｉ０を示す。なお、ここでは、一例として、電圧ΔＶ＝０．５Ｖ、二次電池１０の温度Ｔ＝−３０℃（極低温）の場合が示される。

図６に示されるように、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に小さくなる周波数領域（１ｋＨｚ近傍）において、二次電池１０に流せる電流は増大する。低周波時や直流時においては、電圧ΔＶ＝０．５Ｖという拘束条件を与えると、二次電池１０にはほとんど電流を流すことができず、二次電池を昇温することができない。

また、図７は、二次電池１０の内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶを拘束条件として、極低温時に二次電池１０に発生させることができる平均発熱量を示した図である。図７を参照して、横軸は、リップル電流の周波数を示し、縦軸は、リップル１周期における二次電池１０の平均発熱量を示す。なお、ここでも、一例として、電圧ΔＶ＝０．５Ｖ、二次電池１０の温度Ｔ＝−３０℃（極低温）の場合が示される。

図７に示されるように、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に小さくなる周波数領域（１ｋＨｚ近傍）において、二次電池１０の発熱量は増大する。低周波時や直流時においては、電圧ΔＶ＝０．５Ｖという拘束条件を与えると、二次電池１０にはほとんど電流を流すことができず、二次電池を昇温することができない。

また、図８は、二次電池１０の内部抵抗１２に発生する電圧ΔＶを拘束条件として、極低温時におけるＩ０ｃｏｓθの大きさを示した図である。ここで、発熱量Ｑは、Ｉ０×｜ΔＶ｜×ｃｏｓθに比例するので、電圧ΔＶを一定とすると、Ｉ０ｃｏｓθは発熱量Ｑに比例する値である。なお、ここでも、一例として、電圧ΔＶ＝０．５Ｖ、二次電池１０の温度Ｔ＝−３０℃（極低温）の場合が示されている。

図８を参照して、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に小さくなる周波数領域（１ｋＨｚ近傍）において、Ｉ０ｃｏｓθは大きくなる。したがって、Ｉ０ｃｏｓθが最大となる周波数のリップル電流を二次電池１０に発生させると、二次電池１０の発熱量Ｑを最大にできる。

このように、二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域（この実施の形態１では、たとえば１ｋＨｚ近傍）のリップル電流をリップル生成装置２０により発生させる。これにより、二次電池１０の発熱量Ｑを大きくすることができ、二次電池１０を効果的に昇温することができる。

次に、図１に示したリップル生成装置２０および制御装置３０の具体的な構成の一例について説明する。

図９は、図１に示したリップル生成装置２０の回路構成の一例を示した図である。図９を参照して、リップル生成装置２０は、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する。）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１と、コンデンサＣＨとを含む。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２と二次電池１０の負極に接続される負極線ＮＬとの間に直列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１のコレクタが正極線ＰＬ２に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタが負極線ＮＬに接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬ１の一方端は、二次電池１０の正極に接続される正極線ＰＬ１に接続され、他方端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードＮＤに接続される。コンデンサＣＨは、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に接続される。

なお、上記のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等を用いることができる。

このリップル生成装置２０は、制御装置３０からの制御信号ＰＷＭＣに応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が相補的にオン／オフすることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数に応じたリップル電流ＩＢを二次電池１０に発生させる。具体的には、二次電池１０が充電される方向のリップル電流ＩＢを正とすると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオフ，オン状態のとき、リップル電流ＩＢは、負方向に増加する。リップル電流ＩＢが負になり、その後、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオン，オフ状態に切り替わると、リップル電流ＩＢは、正方向に増加し始める。そして、リップル電流ＩＢが正になり、その後、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオフ，オン状態に再び切り替わると、リップル電流ＩＢは、負方向に増加し始める。このようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数に応じたリップル電流ＩＢを二次電池１０に発生させることができる。

図１０は、制御装置３０の機能ブロック図である。図１０を参照して、制御装置３０は、リップル周波数設定部３２と、キャリア生成部３４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号生成部３６とを含む。リップル周波数設定部３２は、リップル生成装置２０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数、すなわち二次電池１０に発生させるリップル電流の周波数（以下「リップル周波数」とも称する。）ｆを設定する。具体的には、リップル周波数設定部３２は、図３〜図５に示した二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に小さい周波数（たとえば１ｋＨｚ近傍）をリップル周波数ｆとして設定し、その設定したリップル周波数ｆをキャリア生成部３４へ出力する。

キャリア生成部３４は、リップル周波数設定部３２から受けるリップル周波数ｆを有するキャリア信号ＣＲ（三角波）を生成し、その生成したキャリア信号ＣＲをＰＷＭ信号生成部３６へ出力する。

ＰＷＭ信号生成部３６は、所定のデューティー指令値ｄ（０．５とする。）を、キャリア生成部３４から受けるキャリア信号ＣＲと大小比較し、その比較結果に応じて論理状態が変化するＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部３６は、その生成されたＰＷＭ信号を制御信号ＰＷＭＣとしてリップル生成装置２０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。

図１１は、リップル電流ＩＢの挙動を示した図である。図１１を参照して、たとえば時刻ｔ１において、キャリア信号ＣＲがデューティー指令値ｄ（＝０．５）よりも大きくなると、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオフされ、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオンされる。そうすると、リップル電流ＩＢ（図９）は、負方向への増加に転じ、リアクトルＬ１（図９）に蓄えられていたエネルギーが放出されたタイミングでリップル電流ＩＢの符号が正から負へ切替わる。

時刻ｔ２においてキャリア信号ＣＲがデューティー指令値ｄよりも小さくなると、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオンされ、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオフされる。そうすると、リップル電流ＩＢは、正方向への増加に転じ、リアクトルＬ１に蓄えられていたエネルギーが放出されたタイミングでリップル電流ＩＢの符号が負から正へ切替わる。

そして、時刻ｔ３において再びキャリア信号ＣＲがデューティー指令値ｄよりも大きくなると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオフ，オンされ、リップル電流ＩＢは、再び負方向への増加に転じる。

このようにして、キャリア信号ＣＲの周波数すなわちリップル周波数ｆを有するリップル電流ＩＢを二次電池１０に発生させることができる。

以上のように、この実施の形態１においては、リップル生成装置２０によりリップル電流を二次電池１０に積極的に発生させることによって二次電池１０を内部から昇温する。ここで、リップル周波数は、二次電池１０のインピーダンスの周波数特性に基づいて、インピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域の周波数に設定されるので（たとえば１ｋＨｚ近傍）、極低温であっても、電池の上下限電圧を守りつつ電池内部に発熱のための十分な電流を流すことができる。したがって、この実施の形態１によれば、二次電池１０を内部から効果的に発熱させることによって二次電池１０を効果的に昇温することができる。

また、この実施の形態１によれば、図９に示したような回路によりリップル生成装置２０が実現される場合には、二次電池１０を昇温するためのエネルギー源は二次電池１０のみであるので（別途の電源は不要）、効率的に二次電池１０を昇温することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、二次電池１０の内部抵抗の発熱を用いて二次電池１０の内部から発熱するので、ヒータ等を用いて電池外部から加熱する場合に発生し得る加熱ムラは発生しない。また、電池の内部抵抗は低温ほど大きく、直列接続されたセルのうち低温のセルほど発熱量が大きいので、電池を均一に昇温することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、二次電池１０がリチウムイオン電池であって、充電方向のリップル電流によって負極におけるリチウム（Ｌｉ）の析出が問題になる場合において、Ｌｉ析出の発生を回避するリップル周波数が設定される。以下、この実施の形態２におけるリップル周波数の考え方について説明する。

図１２は、二次電池１０についての電極／電解液界面の等価回路図である。図１２を参照して、二次電池１０の内部抵抗は、主に、負極析出抵抗Ｒ１−と、負極反応抵抗Ｒ２−と、負極電気二重層容量Ｃ−と、正極反応抵抗Ｒ＋と、正極電気二重層容量Ｃ＋と、電解液抵抗Ｒｓｏｌとから成る。

負極析出抵抗Ｒ１−は、充電時における負極４４での電荷移動抵抗である。負極反応抵抗Ｒ２−は、放電時における負極４４での電荷移動抵抗である。負極電気二重層容量Ｃ−は、負極４４と電解液との界面に形成される電気二重層の容量である。正極反応抵抗Ｒ＋は、正極４２側の電荷移動抵抗である。正極電気二重層容量Ｃ＋は、正極４２と電解液との界面に形成される電気二重層の容量である。電解液抵抗Ｒｓｏｌは、電解液の抵抗や集電箔等の金属抵抗等である。なお、負極４４には、たとえばカーボン系やスズ合金系の材料が用いられる。

充電時に負極析出抵抗Ｒ１−に電流が流れることによってＬｉの析出が発生する。一方、二次電池１０に発生させるリップル電流が高周波であれば、電流は、負極電気二重層容量Ｃ−に流れ、負極析出抵抗Ｒ１−にはほとんど流れない。そこで、この実施の形態２では、負極析出抵抗Ｒ１−と負極電気二重層容量Ｃ−とから成るＲＣ回路の時定数に対応する周波数よりも高くなるようにリップル周波数を設定することによって、負極４４におけるＬｉ析出の発生を回避する。

なお、負極析出抵抗Ｒ１−および負極電気二重層容量Ｃ−については、たとえば以下のようにして測定できる。すなわち、図１３に示すように、正極４２と負極４４との間に参照極４６を設け、正極４２および負極４４間に電流を流したときの負極４４および参照極４６間のインピーダンスを測定する。そして、その測定結果を図３に示したナイキスト線図で表わしたとき、半円部の直径が負極析出抵抗Ｒ１−であり、半円部の頂点において（負極析出抵抗Ｒ１−）×（負極電気二重層容量Ｃ−）＝１／２πｆ（ｆは周波数）の関係が成り立つことを利用して負極電気二重層容量Ｃ−を求めることができる。なお、負極４４にリチウム金属を用いると負極４４では析出反応しか起こらないので、負極４４にリチウム金属を用いることによって負極析出抵抗Ｒ１−を測定することができる。

あるいは、二次電池１０を分解し、正極４２に代えて負極４４を設けて集電端子間でインピーダンスを測定してもよい。この場合においても、上述のように、両集電端子にリチウム金属を用いることによって負極析出抵抗Ｒ１−を算出することが可能である。

以上のように、この実施の形態２においては、負極析出抵抗Ｒ１−と負極電気二重層容量Ｃ−とから成るＲＣ回路の時定数に対応する周波数よりも高くなるようにリップル周波数が設定される。したがって、この実施の形態２によれば、負極におけるＬｉ析出の発生を回避することができる。

［実施の形態３］
この実施の形態３では、二次電池１０がリチウムイオン電池であって、充電方向のリップル電流によって負極におけるリチウム（Ｌｉ）の析出が問題になる場合、リップル電流の平均値が放電側にオフセットするようにリップル電流を発生させる。

具体的な方法としては、再び図９〜図１１を参照して、たとえば、図９に示したような回路によりリップル生成装置２０が実現される場合、リップル昇温時のデューティー指令値ｄを０．５よりも小さな値に設定してもよい。あるいは、図９に示したような回路によりリップル生成装置２０が実現される場合、リップル昇温に必要なエネルギー源は二次電池１０のみである。そこで、リップル昇温時のデューティー指令値ｄを０．５に設定しても、リップル生成装置２０における損失分だけリップル電流は放電側にオフセットするので、これを利用してもよい。

以上のように、この実施の形態３によっても、負極におけるＬｉ析出の発生を回避することができる。

［実施の形態４］
この実施の形態４では、この発明による二次電池の昇温装置が電動車両に適用される。

図１４は、この発明の実施の形態４による二次電池の昇温装置が適用された電動車両の全体ブロック図である。図１４を参照して、電動車両１００は、二次電池１０と、昇圧コンバータ２２と、コンデンサＣＨと、インバータ５０と、モータジェネレータ６０と、駆動輪６５とを備える。また、電動車両１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０と、温度センサ８２と、電流センサ８４と、電圧センサ８６，８８とをさらに備える。

昇圧コンバータ２２は、ＥＣＵ７０からの制御信号ＰＷＭＣに基づいて、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧（以下「システム電圧」とも称する。）を二次電池１０の出力電圧以上に昇圧することができる。なお、システム電圧が目標電圧よりも低い場合、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティーを大きくすることによって正極線ＰＬ１から正極線ＰＬ２へ電流を流すことができ、システム電圧を上昇させることができる。一方、システム電圧が目標電圧よりも高い場合、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティーを大きくすることによって正極線ＰＬ２から正極線ＰＬ１へ電流を流すことができ、システム電圧を低下させることができる。

また、昇圧コンバータ２２は、コンデンサＣＨとともに、図９に示したリップル生成装置２０を形成する。そして、所定のリップル昇温開始条件が成立すると、昇圧コンバータ２２は、ＥＣＵ７０からの制御信号ＰＷＭＣに基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフさせることにより、二次電池１０にリップル電流を発生させる。

コンデンサＣＨは、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧を平滑化する。また、コンデンサＣＨは、二次電池１０のリップル昇温の実行時、二次電池１０から放電される電力を一時的に蓄える電力バッファとして用いられる。

インバータ５０は、ＥＣＵ７０からの制御信号ＰＷＭＩに基づいて、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬから供給される直流電力を三相交流に変換してモータジェネレータ６０へ出力し、モータジェネレータ６０を駆動する。また、インバータ５０は、車両の制動時、モータジェネレータ６０により発電された三相交流電力を制御信号ＰＷＭＩに基づいて直流に変換し、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬへ出力する。

モータジェネレータ６０は、交流電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流電動機である。モータジェネレータ６０は、駆動輪６５に機械的に連結され、車両を駆動するためのトルクを発生する。また、モータジェネレータ６０は、車両の制動時、車両の運動エネルギーを駆動輪６５から受けて発電する。

温度センサ８２は、二次電池１０の温度ＴＢを検出し、その検出値をＥＣＵ７０へ出力する。電流センサ８４は、二次電池１０に対して入出力される電流ＩＢを検出し、その検出値をＥＣＵ７０へ出力する。電圧センサ８６は、二次電池１０の出力電圧に相当する、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ間の電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ７０へ出力する。電圧センサ８８は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ７０へ出力する。

ＥＣＵ７０は、電圧センサ８６，８８からの電圧ＶＢ，ＶＨの各検出値に基づいて、昇圧コンバータ２２を駆動するための制御信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した制御信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２２へ出力する。

また、ＥＣＵ７０は、温度センサ８２からの温度ＴＢ、二次電池１０の残存容量（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称する。）、車両の速度を示す車速信号ＶＳ、図示されないシフトレバーのシフト位置を示すシフト位置信号ＳＰ等に基づいて、二次電池１０のリップル昇温の実行条件が成立したか否かを判定する。リップル昇温の実行条件が成立すると、ＥＣＵ７０は、二次電池１０のインピーダンスの絶対値が相対的に小さい周波数領域（たとえば１ｋＨｚ近傍）のリップル電流を二次電池１０に発生させるための制御信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した制御信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２２へ出力する。

また、ＥＣＵ７０は、モータジェネレータ６０を駆動するための制御信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した制御信号ＰＷＭＩをインバータ５０へ出力する。

図１５は、図１４に示したＥＣＵ７０の、昇圧コンバータ２２の制御に関する部分の機能ブロック図である。図１５を参照して、ＥＣＵ７０は、電圧指令生成部１１０と、電圧制御部１１２と、デューティー指令生成部１１４と、ＰＷＭ信号生成部１１６と、リップル昇温条件判定部１１８と、リップル周波数設定部１２０と、キャリア生成部１２２とを含む。

電圧指令生成部１１０は、昇圧コンバータ２２により調整される電圧ＶＨの目標値を示す電圧指令値ＶＲを生成する。たとえば、電圧指令生成部１１０は、モータジェネレータ６０のトルク指令値およびモータ回転数から算出されるモータジェネレータ６０のパワーに基づいて電圧指令値ＶＲを生成する。

電圧制御部１１２は、電圧指令生成部１１０から電圧指令値ＶＲを受け、電圧センサ８８，８６からそれぞれ電圧ＶＨ，ＶＢの検出値を受ける。そして、電圧制御部１１２は、電圧ＶＨを電圧指令値ＶＲに一致させるための制御演算（たとえば比例積分制御）を実行する。

デューティー指令生成部１１４は、電圧制御部１１２からの制御出力に基づいて、昇圧コンバータ２２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングデューティーを示すデューティー指令値ｄを生成する。ここで、デューティー指令生成部１１４は、二次電池１０のリップル昇温を実行する旨の通知をリップル昇温条件判定部１１８から受けると、電圧制御部１１２からの制御出力に拘わらず、デューティー指令値ｄをリップル昇温用の所定値（たとえば０．５（昇圧比２））とする。

ＰＷＭ信号生成部１１６は、デューティー指令生成部１１４から受けるデューティー指令値ｄを、キャリア生成部１２２から受けるキャリア信号ＣＲと大小比較し、その比較結果に応じて論理状態が変化する制御信号ＰＷＭＣを生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部１１６は、その生成された制御信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。

リップル昇温条件判定部１１８は、温度センサ８２によって検出される温度ＴＢ、二次電池１０のＳＯＣ、車速信号ＶＳおよびシフト位置信号ＳＰを受ける。なお、二次電池１０のＳＯＣは、種々の公知の手法を用いて、電流ＩＢおよび電圧ＶＢの各検出値等に基づいて算出される。そして、リップル昇温条件判定部１１８は、それらの各信号に基づいて、二次電池１０のリップル昇温の実行条件、より詳しくは、開始条件、継続条件および終了条件を判定し、それらの判定結果に基づいて、リップル昇温を実行するか否かをデューティー指令生成部１１４およびリップル周波数設定部１２０へ通知する。

リップル周波数設定部１２０は、二次電池１０のリップル昇温を実行する旨の通知をリップル昇温条件判定部１１８から受けると、リップル周波数ｆ（実施の形態１，２で説明した周波数）をキャリア生成部１２２へ出力する。

キャリア生成部１２２は、ＰＷＭ信号生成部１１６においてＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号ＣＲ（三角波）を生成し、その生成したキャリア信号ＣＲをＰＷＭ信号生成部１１６へ出力する。ここで、キャリア生成部１２２は、リップル周波数設定部１２０からリップル周波数ｆを受けると、その受けたリップル周波数ｆを有するキャリア信号ＣＲを生成してＰＷＭ信号生成部１１６へ出力する。

図１６は、ＥＣＵ７０により実行されるリップル昇温の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１６を参照して、ＥＣＵ７０は、二次電池１０の温度ＴＢ、ＳＯＣ、車速信号ＶＳ、シフト位置信号ＳＰ等に基づいて、リップル昇温の開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。一例として、温度ＴＢが極低温を示し、ＳＯＣが所定値よりも高く、車速信号ＶＳが車両の停止を示し、かつ、シフト位置信号ＳＰがパーキングポジションを示しているとき、リップル昇温の開始条件が成立しているものと判定される。

ステップＳ１０において開始条件が成立していると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ７０は、上述の方法によりリップル昇温を実行する（ステップＳ２０）。次いで、ＥＣＵ７０は、リップル昇温が開始してからの時間や、二次電池１０の温度ＴＢ、ＳＯＣ、車速信号ＶＳ、シフト位置信号ＳＰ等に基づいて、リップル昇温の継続条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３０）。一例として、温度ＴＢが所定の昇温終了温度よりも低く、ＳＯＣが所定値よりも高く、車速信号ＶＳが車両の停止を示し、シフト位置信号ＳＰがパーキングポジションを示し、かつ、リップル昇温が開始してからの時間が所定時間を経過していなければ、リップル昇温の継続条件が成立しているものと判定される。そして、継続条件が成立していると判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ステップＳ２０へ処理が移行され、リップル昇温が継続される。

ステップＳ３０において継続条件が不成立であると判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、ＥＣＵ７０は、リップル昇温を終了する（ステップＳ４０）。次いで、ＥＣＵ７０は、二次電池１０の温度ＴＢ、ＳＯＣ等に基づいて、リップル昇温の終了条件を判定する（ステップＳ５０）。一例として、温度ＴＢが所定の昇温終了温度を超えるか、ＳＯＣが下限値を下回ると、終了条件が成立しているものと判定される。

ステップＳ５０において終了条件が成立しているものと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、一連の処理が終了する。一方、ステップＳ５０において終了条件が不成立であると判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、警報を出力するとともに、所定の異常判定処理を実行する（ステップＳ６０）。

図１７は、二次電池１０のリップル昇温時における電流ＩＢの波形図である。なお、二次電池１０へ充電電流が流れるとき、電流ＩＢを正とする。図１７を参照して、リップル昇温時、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数ｆＣＲは、リップル周波数ｆ（１ｋＨｚとする。）に設定されるので、電流ＩＢはリップル周波数ｆで変動する。

なお、リップル電流を生成するためのエネルギー源は二次電池１０のみであるので、昇圧コンバータ２２での損失等により電流ＩＢは負方向（放電方向）にオフセットする。これにより、二次電池１０がリチウムイオン電池の場合には、リップル昇温に伴なう負極でのＬｉ析出の発生が回避される。

なお、昇圧コンバータ２２の通常の昇圧動作時（非リップル昇温時）におけるスイッチング周波数は、数ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度であるのに対し、リップル昇温時のリップル周波数ｆは、１ｋＨｚ程度であって、上記の通常動作時のスイッチング周波数よりも低い。すなわち、ＥＣＵ７０は、リップル昇温時、昇圧コンバータ２２のスイッチング周波数（あるいはキャリア周波数）を通常動作時（非リップル昇温時）よりも低く設定する。

なお、上記においては、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数ｆＣＲをリップル周波数ｆに変更することによってリップル電流を発生させるものとしたが、キャリア周波数ｆＣＲは変更せずに（たとえば１０ｋＨｚ）、リップル周波数ｆで交流変化する電流指令を与えることによって、図１８に示すようなリップル電流を発生させてもよい。

以上のように、この実施の形態４においては、昇圧コンバータ２２を利用して二次電池１０のリップル昇温が実行される。したがって、この実施の形態４によれば、二次電池１０を内部から効果的に発熱させることによって二次電池１０を効果的に昇温可能としつつ、車両駆動装置および車両自体の小型化および低コスト化を阻害しない二次電池１０の昇温装置を実現することができる。

［実施の形態５］
再び図１４を参照して、昇圧コンバータ２２を用いて二次電池１０のリップル昇温を行なう場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比を０．５（昇圧比２）とすると、発生するリップル電流（三角波）のピーク値Ｉｐは、次式で表される。

Ｉｐ＝ＶＢ／Ｌ×１／（４×ｆ） …（６）
ここで、ＬはリアクトルＬ１のインダクタンスを示し、ｆは昇圧コンバータ２２のスイッチング周波数（＝リップル周波数，キャリア周波数）を示す。

図１９は、発熱量に比例する電流Ｉ０ｃｏｓθを示した図８に、リップル電流のピーク値Ｉｐを重ね合わせた図である。図１９を参照して、曲線ｋ１は、発熱量に比例する電流Ｉ０ｃｏｓθを示し、曲線ｋ２は、（６）式で示されるピーク値Ｉｐを示す。すなわち、曲線ｋ１は、二次電池１０からみた最大電流を示し、曲線ｋ２は、リアクトルＬ１からみた最大電流を示す。電流の大きさが曲線ｋ１を超えると、上下限電圧を超える電圧が発生するので、曲線ｋ１を超える電流を流すことはできない。一方、リアクトルＬ１に流すことができる電流は、曲線ｋ２で示される。そこで、曲線ｋ１，ｋ２の交点Ｐ１に相当するリップル周波数を選定することによって、二次電池１０の上下限電圧を守りつつ二次電池１０の発熱量を最大にすることができる。

以上のように、この実施の形態５によれば、既設の昇圧コンバータ２２を用いた場合に、リップル昇温による二次電池１０の発熱量を最大にすることができる。

［実施の形態６］
再び図１９を参照して、交点Ｐ１は、曲線ｋ１の最大点ではないので、実施の形態５では、二次電池１０のリップル昇温を最適に実施するという観点でみると、昇圧コンバータ２２のリアクトルＬ１のインダクタンスＬは最適であるとは言えない。昇圧コンバータ２２のリアクトルＬ１に流すことができる最大電流は、上述の（６）式で示されるから、昇圧コンバータ２２のリアクトルＬ１のインダクタンスＬを適切に設計すれば、二次電池１０に発生させるリップル電流を最大にできる。

図２０は、二次電池１０に発生させるリップル電流を最大にするための、リアクトルＬ１のインダクタンスＬの設計方法を説明するための図である。図２０を参照して、曲線ｋ３は、（６）式で示されるリップル電流のピーク値Ｉｐを示す。この実施の形態６では、発熱量に比例する電流Ｉ０ｃｏｓθを示す曲線ｋ１の最大点Ｐ２において曲線ｋ３が曲線ｋ１と交わるように、リアクトルＬ１のインダクタンスＬが設計される。なお、実施の形態５と比較すれば、この実施の形態６では、実施の形態５に対してリアクトルＬ１のインダクタンスＬが小さくなるように昇圧コンバータ２２が設計される。

以上のように、この実施の形態６によれば、昇圧コンバータ２２のリアクトルＬ１のインダクタンスＬを適切に設計することにより、二次電池１０に発生させるリップル電流を最大にすることができる。

［実施の形態７］
上記のように昇圧コンバータ２２を用いて二次電池１０のリップル昇温を実施する場合、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数）を通常の昇圧動作時よりも低く設定すると（たとえば１ｋＨｚに設定）、電流によるノイズが増大するとともに、発生するノイズが可聴域に入ることにより騒音が問題となる。また、効率面においても、リップル昇温時のリアクトルＬ１における損失が問題となる。

そこで、この実施の形態７では、リップル昇温用のリアクトルが昇圧コンバータに別途設けられる。そして、このリップル昇温用のリアクトルにおいて、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数を通常動作時と同じ高周波に維持しても十分なリップル電流が得られるようにインダクタンスが設計される。

図２１は、実施の形態７における昇圧コンバータの回路図である。なお、昇圧コンバータ以外の構成は、図１４に示した構成と同じである。図２１を参照して、昇圧コンバータ２２Ａは、図１４に示した昇圧コンバータ２２の構成において、リアクトルＬ２と、スイッチＳＷ１とをさらに含む。

リアクトルＬ２は、リアクトルＬ１に並列に設けられる。このリアクトルＬ２は、リップル昇温用のリアクトルであり、通常の昇圧動作用のリアクトルＬ１よりもインダクタンスが小さくなるように設計される。たとえば、リアクトルＬ１を用いた通常動作時に発生する電流リップルの１０倍のリップル電流をリップル昇温時に発生させたい場合には、リップル昇温用のリアクトルＬ２のインダクタンスをリアクトルＬ１のインダクタンスの１／１０に設計すればよい。

なお、低インダクタンスおよび効率向上を考慮すると、リアクトルＬ２として空芯型のコイルを用いるのが好ましい。空芯型のコイルを用いることにより、リアクトルによる損失（鉄損）が低減され、効率の向上が可能となる。

スイッチＳＷ１は、リアクトルＬ１，Ｌ２と正極線ＰＬ１との間に設けられる。そして、スイッチＳＷ１は、図示されないＥＣＵ７０からの切替信号ＣＴＬに応じて、リアクトルＬ１，Ｌ２のいずれか一方に正極線ＰＬ１を電気的に接続する。昇圧コンバータ２２Ａのその他の構成は、図１４に示した昇圧コンバータ２２と同じである。

この昇圧コンバータ２２Ａにおいては、通常の昇圧動作時（非リップル昇温時）は、ＥＣＵ７０からの切替信号ＣＴＬに応じて、スイッチＳＷ１によりリアクトルＬ１が正極線ＰＬ１に接続され、リアクトルＬ２は正極線ＰＬ１から切離される。一方、リップル昇温時は、切替信号ＣＴＬに応じて、スイッチＳＷ１によりリアクトルＬ２が正極線ＰＬ１に接続され、リアクトルＬ１は正極線ＰＬ１から切離される。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数（昇圧コンバータ２２Ａのキャリア周波数）は、リップル昇温時も通常の昇圧動作時と同じである（たとえば、数ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度）。

以上のように、この実施の形態７においては、リップル昇温用のリアクトルＬ２を設けてリップル昇温時に通常動作用のリアクトルＬ１からリアクトルＬ２に切替えるようにしたので、リップル昇温時に昇圧コンバータ２２のスイッチング周波数（昇圧コンバータ２２Ａのキャリア周波数）を低く設定する必要がない。したがって、この実施の形態７によれば、リップル昇温に伴ない騒音が増大するのを回避できる。

また、リップル昇温用のリアクトルＬ２として空芯型のコイルを用いれば、リップル昇温時に、リアクトルによる損失（鉄損）が低減され、リップル昇温の効率が向上する。

［変形例］
上述のように、リップル昇温用のリアクトルＬ２のインダクタンスは、既設のリアクトルＬ１のインダクタンスよりも小さいので、リアクトルＬ１は正極線ＰＬ１に常時接続とし、リップル昇温時にリアクトルＬ２をリアクトルＬ１に並列に電気的に接続するようにしてもよい。

図２２は、実施の形態７の変形例における昇圧コンバータの回路図である。図２２を参照して、昇圧コンバータ２２Ｂは、図２１に示した昇圧コンバータ２２Ａの構成において、スイッチＳＷ１に代えてスイッチＳＷ２を含む。

スイッチＳＷ２は、リアクトルＬ２と正極線ＰＬ１との間に設けられる。スイッチＳＷ２は、図示されないＥＣＵ７０からの切替信号ＣＴＬに応じてオン／オフされる。なお、リアクトルＬ１は、正極線ＰＬ１に直接接続される。昇圧コンバータ２２Ｂのその他の構成は、図２１に示した昇圧コンバータ２２Ａと同じである。

この昇圧コンバータ２２Ｂにおいては、通常の昇圧動作時（非リップル昇温時）は、ＥＣＵ７０からの切替信号ＣＴＬに応じてスイッチＳＷ２がオフされ、リアクトルＬ２が正極線ＰＬ１から切離される。一方、リップル昇温時は、切替信号ＣＴＬに応じてスイッチＳＷ２がオンされ、リアクトルＬ２が正極線ＰＬ１に接続される。リアクトルＬ２のインダクタンスは、リアクトルＬ１のインダクタンスよりも小さいので、このような構成によっても、リップル昇温時に実施の形態７と同様の特性を得ることができる。

［実施の形態８］
図２３，図２４は、二次電池１０のインピーダンス特性を示すボード線図である。図２３，２４を参照して、実施の形態７およびその変形例では、リップル昇温時に二次電池１０に発生させるリップル電流の周波数（リップル周波数）は、通常の昇圧動作時と同じ、たとえば数ｋＨｚ〜１０ｋＨｚであるが、図２３，２４において矢印で示したように、数ｋＨｚを超える高周波領域では、二次電池１０のインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜が大きくなり、位相θも大きくなる。そして、インピーダンスの増加は、上述のように、二次電池１０の電圧上下限の制約下でリップル電流を十分に流すことができなくなる可能性がある。

図２５は、二次電池１０のインピーダンス特性を示すナイキスト線図の原点近傍の拡大図である。図２５を参照して、周波数が１ｋＨｚを超えると、二次電池１０のインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜が増加し、位相θも増加していくのが図２５からもわかる。そして、この図２５からは、インピーダンスの増加は、Ｌ成分の増加により位相θが９０°に近づくことによるものであり、インピーダンスの実数成分の変化は小さいことがわかる。

ここで、二次電池１０の発熱量は、Ｉ０×｜ΔＶ｜ｃｏｓθ＝Ｉ０²×｜Ｚ｜ｃｏｓθに比例するので、Ｌ成分の増加によりインピーダンスが増加しても、二次電池１０の発熱量は、位相θが略０のとき、すなわち１ｋＨｚ近傍のときとほとんど変わらない。すなわち、Ｌ成分の増加によるインピーダンスの増加は、二次電池１０の発熱量の増加にほとんど寄与しないとともに、これまでにも述べたように、二次電池１０の電圧上下限の制約の下では、リップル電流を十分に流すことができなくなる可能性がある。

一方、この高周波領域における、Ｌ成分の増加によるインピーダンスの増加は、二次電池１０の電気化学的特性に起因するものではなく、二次電池１０の構造に起因するものである。そこで、この実施の形態８では、二次電池１０において、高周波領域におけるＬ成分の増加を抑制可能な電極構造が示される。

図２６は、実施の形態８における二次電池の電極構造の特徴部分を説明するための図である。図２６を参照して、二次電池１０の電極体１３２は、本体部１３４と、正極集電箔部１３６と、負極集電箔部１３８と、正極集電端子１４０と、負極集電端子１４２と、溶接部１４４とを含む。

この二次電池１０の構造上の特徴は、正極集電端子１４０を正極集電箔部１３６と接続する溶接部１４４、および負極集電端子１４２を負極集電箔部１３８と接続する溶接部１４４の各々の面積が十分に大きいことである。溶接部１４４の面積を大きくとることによりＬ成分の増加を抑えることができる。なお、溶接部１４４の面積を大きくするには、図２６に示されるように溶接部１４４を線や面で形成するほか、溶接点の数を増加させるなどしてもよい。

また、電極の構造として、正極および負極をセパレータを介して捲いた捲回構造ではなく、平板型構造を採用してもよい。

以上のように、この実施の形態８によれば、高周波領域におけるインピーダンスの増大を抑制できるので、実施の形態７およびその変形例の構成を採用した場合に、二次電池１０の電圧上下限の制約下でリップル電流を十分に流すことができなくなる可能性を回避することができる。

なお、上記において、電動車両１００は、モータジェネレータ６０を唯一の走行用動力源とする電気自動車であってもよいし、走行用動力源としてエンジンをさらに搭載したハイブリッド車両であってもよく、さらには、直流電源として二次電池１０に加えて燃料電池をさらに搭載した燃料電池車であってもよい。

なお、上記において、制御装置３０およびＥＣＵ７０は、この発明における「制御装置」に対応し、昇圧コンバータ２２，２２Ａ，２２Ｂは、この発明における「昇圧装置」に対応する。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、この発明における「第１および第２のスイッチング素子」に対応し、リアクトルＬ１，Ｌ２は、それぞれこの発明における「第１のリアクトル」および「第２のリアクトル」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 二次電池、１２ 内部抵抗、２０ リップル生成装置、２２，２２Ａ，２２Ｂ 昇圧コンバータ、３０ 制御装置、３２，１２０ リップル周波数設定部、３４，１２２ キャリア生成部、３６，１１６ ＰＷＭ信号生成部、４２ 正極、４４ 負極、４６ 参照極、５０ インバータ、６０ モータジェネレータ、６５ 駆動輪、７０ ＥＣＵ、８２ 温度センサ、８４ 電流センサ、８６，８８ 電圧センサ、１１０ 電圧指令生成部、１１２ 電圧制御部、１１４ デューティー指令生成部、１１８ リップル昇温条件判定部、１３２ 電極体、１３４ 電極部、１３６ 正極集電箔部、１３８ 負極集電箔部、１４０ 正極集電端子、１４２ 負極集電端子、１４４ 溶接部、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ 負極線、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、ＣＨ コンデンサ、ＮＤ 接続ノード、Ｒ１− 負極析出抵抗、Ｒ２− 負極反応抵抗、Ｃ− 負極電気二重層容量、Ｒ＋ 正極反応抵抗、Ｃ＋ 正極電気二重層容量、Ｒｓｏｌ 電解液抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ。

Claims (11)

1. 二次電池（１０）に接続され、所定周波数のリップル電流を前記二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成装置（２０；２２）と、
   前記リップル電流を前記二次電池に発生させることによって前記二次電池を昇温するように前記リップル生成装置を制御するための制御装置（３０；７０）とを備え、
   前記所定周波数は、前記二次電池のインピーダンスの周波数特性に基づいて、前記インピーダンスの絶対値が相対的に低下する周波数領域の周波数に設定される、二次電池の昇温装置。
2. 前記リップル生成装置は、前記二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置である、請求の範囲１に記載の二次電池の昇温装置。
3. 前記制御装置は、前記二次電池の昇温が要求されると、前記昇圧装置のスイッチング周波数を前記所定周波数に設定する、請求の範囲２に記載の二次電池の昇温装置。
4. 前記制御装置は、前記二次電池の昇温が要求されると、前記昇圧装置のスイッチング周波数を前記二次電池の非昇温時よりも低い値に設定する、請求の範囲２に記載の二次電池の昇温装置。
5. 前記昇圧装置は、
   電圧出力線対の各々の間に直列に接続される第１および第２のスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）と、
   前記第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと前記二次電池の正極との間に接続され、所定のインダクタンスを有するリアクトル（Ｌ１）とを含み、
   前記制御装置は、前記二次電池の昇温が要求されると、前記二次電池のインピーダンスの周波数特性と前記二次電池の電圧制限とにより前記リップル電流の周波数毎に定まる前記二次電池の最大通電量を超えない範囲で前記リップル電流が最大となるように前記第１および第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を設定する、請求の範囲２に記載の二次電池の昇温装置。
6. 前記昇圧装置は、
   電圧出力線対の各々の間に直列に接続される第１および第２のスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）と、
   前記第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと前記二次電池の正極との間に接続されるリアクトル（Ｌ１）とを含み、
   前記二次電池のインピーダンスの周波数特性と前記二次電池の電圧制限とにより前記リップル電流の周波数毎に定まる前記二次電池の発熱量が最大となるように、前記リアクトルのインダクタンスが設定される、請求の範囲２に記載の二次電池の昇温装置。
7. 前記所定周波数は、前記二次電池のインピーダンスの周波数特性に基づいて、略１ｋＨｚに設定される、請求の範囲１に記載の二次電池の昇温装置。
8. 前記二次電池は、リチウムイオン電池であり、
   前記所定周波数は、前記リチウムイオン電池に充電電流が流れるときの負極の析出抵抗（Ｒ１−）と前記負極の電気二重層容量（Ｃ−）とにより定まる時定数に対応する周波数よりも高くなるように設定される、請求の範囲１に記載の二次電池の昇温装置。
9. 前記二次電池は、リチウムイオン電池であり、
   前記制御装置は、前記リチウムイオン電池の放電側に前記リップル電流の平均値がオフセットしたリップル電流を前記二次電池に発生させるように前記リップル生成装置を制御する、請求の範囲１に記載の二次電池の昇温装置。
10. 二次電池（１０）に接続され、所定周波数のリップル電流を前記二次電池に積極的に発生させるように構成されたリップル生成装置（２２Ａ；２２Ｂ）と、
    前記リップル電流を前記二次電池に発生させることによって前記二次電池を昇温するように前記リップル生成装置を制御するための制御装置（７０）とを備え、
    前記リップル生成装置は、前記二次電池の電圧以上に出力電圧を昇圧可能に構成されたチョッパ型の昇圧装置であり、
    前記昇圧装置は、
    電圧出力線対の各々の間に直列に接続される第１および第２のスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）と、
    前記第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと前記二次電池の正極との間に設けられる第１のリアクトル（Ｌ１）と、
    前記第１のリアクトルに並列に設けられ、前記第１のリアクトルよりもインダクタンスが小さい第２のリアクトル（Ｌ２）と、
    前記二次電池の昇温が要求されると、前記第１のリアクトルに代えて、または前記第１のリアクトルとともに、前記接続ノードと前記二次電池の正極との間に前記第２のリアクトルを接続する接続装置（ＳＷ１；ＳＷ２）とを含む、二次電池の昇温装置。
11. 車両走行用の電力を蓄える二次電池（１０）と、
    前記二次電池の昇温が要求されると前記二次電池を昇温する、請求の範囲１から１０のいずれかに記載の二次電池の昇温装置とを備える車両。

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