专利名称：二次电池温升控制设备、包含其的车辆以及二次电池温升控制方法
技术领域：
本发明涉及二次电池温升控制设备、包含该设备的车辆以及二次电池温升控制方法。特别地，本发明涉及这样的技术进行温升控制，使用由二次电池内阻产生的发热，升高二次电池的温度。
背景技术：
通常，在以锂离子电池和镍氢电池为代表的二次电池中，充电和放电特性随着温度升高而劣化。当电池温度低时，需要快速升高电池的温度。日本专利申请公开No. Hl 1-26032 (JP-A-1H6032)介绍了一种对用于电气车辆的电池进行加热的设备。在此设备中，电池的温度由温度传感器进行检测，放电控制器进行控制，使得当检测到的温度等于或低于预定值时，使得与电池请求输出的被请求电流相比较大的输出电流流动。据主张，使用这种加热设备，即使在寒冷气候的地区，可以在其内部迅速升高电池的温度(见 JP-A-IH6032)。然而，在上面的公开中，升高电池温度时的效率和二次电池在温升操作执行后的状态都没有讨论，不能说确保进行了最优的温升控制。
发明内容
本发明提供了一种二次电池温升控制设备，其能够使用由二次电池的内阻产生的发热，高效升高二次电池的温度，本发明还提供了包含这样的二次电池温升控制设备的车辆。本发明还提供了一种二次电池温升控制方法，采用该方法，可以使用由二次电池的内阻产生的发热，高效升高二次电池的温度。根据本发明第一实施形态的二次电池温升控制设备是这样的一种二次电池温升控制设备其用于升高二次电池的温度，通过控制被配置为主动地使纹波电流在二次电池中流动的纹波产生装置，二次电池温升控制设备包含第一与第二计算部分以及判断部分。 第一计算部分计算表示在用于升高二次电池温度的温升操作执行之前二次电池的可允许输出电力的第一值(WoutA)，可允许输出电力(Wout)基于二次电池的充电状态(SOC)和温度预先确定。基于当二次电池上的温升操作执行时发生的SOC变化量和温度变化量，第二计算部分计算第二值(WoutB)，其表示当执行二次电池上的温升操作时获得的可允许输出电力。判断部分判断是否进行二次电池上的温升操作，使得当第二值等于或大于第一值时， 通过控制纹波产生装置进行二次电池上的温升操作，当第二值小于第一值时，不进行二次电池上的温升操作。在上面的第一实施形态中，二次电池温升控制设备还可包含频率选择部分，其基于第二值选择纹波电流的频率。
在上面的第一实施形态中，频率选择部分可将第二值变得最大的频率选择为纹波电流的频率。在上面的第一实施形态中，频率选择部分可将当二次电池上的温升操作对于预定时间段执行时的第二值变得最大的频率选择为纹波电流的频率。在上面的第一实施形态中，频率选择部分可将第二值的峰值变得最大的频率选择为纹波电流的频率，且从开始二次电池上的温升操作起到第二值达到峰值时花费的时间可被设置为二次电池上的温升操作的持续时间。在上面的第一实施形态中，可配置这样的构造其中，使用从二次电池输出的电力，内燃机可用电动机来起动，频率选择装置将这样的频率选择为纹波电流的频率在该频率上，保证第二值等于或高于起动内燃机需要的电力。在上面的第一实施形态中，当进行二次电池上的温升操作时发生的温度变化量和 SOC变化量可基于纹波电流的频率和二次电池上的温升操作的持续时间来确定。根据本发明第二实施形态的车辆包含二次电池，纹波产生装置，上面介绍的二次电池温升控制设备中的一个。二次电池存储将用于驱动车辆的电力。纹波产生装置被连接到二次电池，并被配置为主动地使纹波电流在二次电池中流动。二次电池温升控制设备通过控制纹波产生装置来升高二次电池的温度。根据本发明第三实施形态的二次电池温升控制方法为这样的一种二次电池温升控制方法其通过控制纹波产生装置来升高二次电池的温度，纹波产生装置被配置为主动地使纹波电流在二次电池中流动，该二次电池温升控制方法包含计算第一值(WoutA)，其表示在执行用于升高二次电池温度的温升操作前的二次电池可允许输出电力，可允许输出电力(Wout)基于二次电池的充电状态(SOC)和温度预先确定；基于当二次电池上的温升操作执行时发生的SOC变化量和温度变化量，计算第二值(WoutB)，其表示当执行二次电池上的温升操作时获得的可允许输出电力；判断是否执行二次电池上的温升操作，使得当第二值等于或大于第一值时，通过控制纹波产生装置来执行二次电池上的温升操作，当第二值小于第一值时，不执行二次电池上的温升操作。在上面的第三实施形态中，二次电池温升控制方法还可包含基于第二值来选择纹波电流的频率。在上面的第三实施形态中，在选择纹波电流的频率时，第二值变得最大的频率可被选择为纹波电流的频率。在上面的第三实施形态中，在选择纹波电流的频率时，可将当二次电池上的温升操作对于预定时间段执行时的第二值变得最大的频率选择为纹波电流的频率。在上面的第三实施形态中，在选择纹波电流的频率时，可将第二值的峰值变得最大的频率选择为纹波电流的频率，并且，二次电池温升控制方法还可包含将从开始二次电池上的温升操作起到第二值达到峰值时花费的时间设置为二次电池上的温升操作的持续时间。在上面的第三实施形态中，可使用这样的构造其中，使用从二次电池输出的电力，内燃机可用电动机来起动，在选择纹波电流的频率时，可将这样的频率选择为纹波电流的频率在该频率上，确保第二值等于或高于起动内燃机需要的电力。在上面的第三实施形态中，当进行二次电池上的温升操作时发生的温度变化量和
5SOC变化量可基于纹波电流的频率和二次电池上的温升操作的持续时间来确定。在本发明中，二次电池上的温升操作通过控制被配置为主动地使纹波电流在二次电池中流动的纹波产生装置来进行。作出判断，使得当表示二次电池上的温升操作被执行时实现的可允许输出电力(Wout)的第二值(WoutB)等于或大于表示执行二次电池上的温升操作之前的可允许输出电力的第一值(WoutA)时，通过控制纹波产生装置，执行二次电池上的温升操作，当第二值小于第一值时，不进行二次电池上的温升操作。因此，即使在预期二次电池的温度将会升高时，二次电池上的温升操作不会在可允许输出电力将会减小时执行。因此，根据本发明，可以使用由二次电池内阻产生的发热，高效地升高二次电池的温度。
参照附图，由下面对示例性实施例的介绍，将会明了本发明的前述以及进一步的特征和优点，在附图中，类似的号码用于表示类似的元件，其中图1用于阐释本发明的二次电池温度升高方法；图2示出了二次电池的电压的分解(breakdown)；图3为一 Bode图，其示出了二次电池的阻抗特性(绝对值)；图4为一 Bode图，其示出了二次电池的阻抗特性(相位)；图5示出了纹波电流的峰值，在内阻上产生的电压为约束条件的极低温度条件下能使该电流在二次电池中流动；图6示出了在内阻上产生的电压为约束条件的极低温度条件下能在二次电池中产生的平均热量；图7为混合动力车整体框图，根据本发明第一实施例的二次电池温升控制设备应用于该混合动力车；图8示出了升压转换器导致的在二次电池中流动的纹波电流；图9示出了二次电池的可允许输出电力；图10示出了二次电池的可允许输出电力的随时间的变化的某些实例；图11为图7所示ECU的部分的功能框图，该部分与升压转换器的控制有关；图12为一流程图，用于阐释图7所示的ECU执行的关于是否执行纹波温升操作的判断过程；图13为第二实施例的ECU的部分的功能框图，该部分与升压转换器的控制有关；图14为一流程图，用于阐释由第二实施例的E⑶执行的纹波频率选择过程；图15示出了二次电池的可允许输出电力的随时间的变化的某些实例；图16为一流程图，用于阐释根据第二实施例的变型的纹波频率选择过程；图17示出了起动发动机需要的电力与发动机温度之间的关系；图18为第三实施例的ECU的部分的框图，该部分与升压转换器的控制有关；图19示出了一流程图，其用于阐释由第三实施例的ECU执行的纹波频率选择过程；图20示出了一流程图，其用于阐释由第三实施例的ECU执行的纹波频率选择过程。
具体实施例方式下面，将参照附图详细介绍本发明的实施例。注意，附图中相同或对应的部分用同样的参考标号表示，不再重复对其进行介绍。(第一实施例)图1用于阐释本发明的二次电池温升方法。参照图1，系统包含二次电池10、纹波产生装置20、控制器30。纹波产生装置20连接到二次电池10。二次电池10为可再充电的电池，典型地为锂离子电池或镍氢电池。二次电池10 具有内阻12。内阻12具有温度依赖性，并且依赖于在电池中流动的电流的频率显著变化， 如将在下面介绍的那样。纹波产生装置20受到控制器30控制，并使预定频率的纹波电流I在二次电池10 中流动。因此，在本发明中，使得纹波电流在二次电池中流动，以便从其内部升高二次电池的温度(用于升温的这种操作下面称为“纹波温升操作”)，例如，通过开通和关断作为纹波产生装置20的构成元件的功率半导体开关器件，可以使得纹波电流I在二次电池10中流动。控制器30控制纹波产生装置20，以便通过使得纹波电流在二次电池10中流动而从二次电池10的内部升高其温度。基于二次电池10的阻抗的频率特性，控制器30对纹波产生装置20进行控制，以便使得纹波电流1以这样的范围内的频率在二次电池10中流动 其中，二次电池10的阻抗的绝对值相对较低。图2示出了二次电池10的电压的分解。在图2中，为简化起见，内阻仅仅具有实部，不存在由于L、C等引起的虚部。参照图2，在二次电池10的端子之间产生的电压V通过将在通电期间在内阻12两端之间产生的电压ΔV加到开路电压OCV或从开路电压OCV减去来获得。具体而言，当充电电流流动时，V = OCV+ Δ V，当放电电流流动时，V = OCV- Δ V ( Δ V > 0)。在内阻12的电阻值为R时，当电流I在二次电池10中流动时产生的热量Q用下面的公式表示Q=I2XR(1)=IXAV (2)= AV2/R (3)这些公式(1)到(3)彼此等效。根据公式(1)，看起来，二次电池10的温度通过增大使用纹波产生装置20产生的纹波电流I而有效升高。然而，实际上，关于二次电池的电压V，需要出于安全性和持久性的考虑而符合上限和下限电压。特别地，在极低温度条件下，内阻12的电阻值R增大，电压Δ V因此增大，故存在发生这种情况的可能在将二次电池10的电压V约束在上限与下限之间的范围的同时，变得不可能使得足够用于发热的纹波电流流动。具体而言，在内阻12的电阻值R增大的低温条件下(特别是在极低温度条件下)， 存在发生这种情况的可能电压AV变为制约，使得不可能使纹波电流I在二次电池10中流动，这妨碍了二次电池10的温度有效地升高。因此，重点放在公式C3)和二次电池10
7的阻抗的频率特性上，由纹波产生装置20导致以这样的范围内的频率的纹波电流流动其中，二次电池10的阻抗的绝对值(内阻12的电阻值R)相比于频率不在该范围的情况下的同样的阻抗的绝对值较低。通过这种方式，二次电池10中的发热量Q变大，变得不可能有效升高二次电池10的温度。图3、4为Bode图，其示出了二次电池10的阻抗特性。作为分析二次电池的电气特性的方法，电化学阻抗光谱法(EIS)是已知的。Bode图显示在使用EIS的情况下的二次电池10的阻抗特性。图3示出了阻抗Z的绝对值|Z|的频率特性。图4示出了阻抗Z的相位θ的频率特性。在图3、4中，按对数划分刻度的横轴表示在二次电池10中产生的交流电流(纹波电流)的频率。在图3中，按对数划分刻度的纵轴表示阻抗Z的绝对值|Ζ|。在图4中，纵轴表示阻抗Z的相位θ。如图3所示，在需要升高二次电池10的温度的低温条件下，阻抗Z的绝对值|Ζ 相比于在非低温条件下升高。然而，这种升高在纹波电流频率低时是显著的。特别地，在 IkHz的频率左右，阻抗Z的绝对值|Ζ|小于当频率离开这样的频率(在IkHz左右)时的。 另外，甚至在极低温度条件下，绝对值是非低温条件(例如在室温下)下的至多三倍(图3 中的部分Α)。另外，如图4所示，在这样的频率范围内(大约IkHz)，阻抗Z的相位θ接近于0，因此，功率因数为1，这意味着好的效率。因此，在本发明中，基于二次电池10的阻抗的频率特性，由纹波产生装置20产生频率在这样的范围(例如，基于图3，IkHz左右)内的纹波电流二次电池10的阻抗Z的绝对值|Ζ|相对较低。通过这种方式，可以有效地使得纹波电流在二次电池10中流动，即使是在二次电池10的内阻12两端之间产生的电压AV施加的制约下，故二次电池10的温度
有效升高。图5示出了在极低温度条件下——其中，二次电池10的内阻12两端之间产生的电压AV为约束条件一能够导致在二次电池10中流动的纹波电流的峰值。参照图5，横轴表示纹波电流的频率，纵轴表示在电压△ V的约束条件下能够导致在二次电池10中流动的纹波电流(假设为正弦)的峰值。注意，通过举例的方式示出了这样的情况电压Δν为 0. 5V，二次电池10的温度T等于-30°c (极低温度)。如图5所示，在二次电阻10的阻抗的绝对值相对较小的频率范围内(IkHz左右)， 能被导致在二次电池10中流动的电流增大。当频率低或电流为直流时，如果施加电压M =0. 5V的约束条件，难以使得电流在二次电池10中流动以升高二次电池的温度。图6示出了在极低温度条件下——其中，二次电池10的内阻12两端之间产生的电压AV为约束条件一能够在二次电池10中产生的平均热量。参照图6，横轴表示纹波电流的频率，纵轴表示在一个纹波周期中在二次电池10中产生的平均热量。同样在图6 中注意，通过举例的方式示出了这样的情况电压Δ V等于0. 5V，二次电池10的温度T等于-30 0C (极低温度)。如图6所示，在这样的频率范围(IkHz左右)内由二次电池10产生的热量增大 二次电池10的阻抗的绝对值相对较低。当频率低或电流为直流时，如果施加电压Δν = 0. 5V的约束条件，难以使得电流在二次电池10中流动以升高二次电池的温度。如上所述，基于二次电池10的阻抗的频率特性，纹波产生装置20使得频率在这样的范围(例如IkHz左右)内的纹波电流流动二次电池10的阻抗的绝对值相对较低。通过这种方式，可以增大二次电池10的发热量Q，可以有效地升高二次电池10的温度。下面，将介绍根据本发明第一实施例的二次电池温升控制设备1应用到的系统的构造的实例。图7为混合动力车整体框图，根据本发明第一实施例的二次电池温升控制设备1 应用到该车。参照图7，混合动力车100包含二次电池10、升压转换器22、电容器CH、变换器52与54、电动发电机56与58、发动机60、动力分割机构62、驱动轮64。混合动力车100 还包含电子控制单元(EOT) 70、温度传感器82和90、电流传感器84、电压传感器86与88。升压转换器22包含功率半导体开关器件(下面也简称为“开关器件”)Ql与Q2、 二极管Dl与D2、电抗器L。开关器件Ql与Q2串联连接在正线PL2与连接到二次电池10 的负电极的负线NL之间。开关器件Ql的集电极连接到正线PL2，开关器件Q2的发射极连接到负线NL。二极管Dl与D2分别反并联连接到开关器件Ql与Q2。电抗器L的一端连接到被连接到二次电池10的正电极的正线PL1，另一端连接到开关器件Ql与Q2之间的节点 ND。例如，绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)、功率金属氧化物半导体(M0Q管等可被用作上述开关器件Ql、Q2。基于来自E⑶70的控制信号PWMC，升压转换器22能将正线PL2和负线NL之间的电压(下面也称为“系统电压”)升压到二次电池10的输出电压或高于二次电池10的输出电压。当系统电压低于希望的电压时，通过增大开关器件Q2的占空因数，使得电流从正线 PLl流到正线PL2，故可以升高系统电压。同时，当系统电压高于希望电压时，通过增大开关器件Ql的占空因数，使得电流从正线PL2流到正线PLl，故可以减小系统电压。升压转换器22和电容器CH(下面介绍的)构成图1所示的纹波产生装置20。当满足用于执行纹波温升操作的预定条件时，通过基于来自E⑶70的控制信号PWMC开通和关断开关器件Ql和Q2，升压转换器22使得纹波电流在二次电池10中流动。具体而言，在升压转换器22中，根据控制信号PWMC，开关器件Ql与Q2互补地开通和关断，由此，升压转换器22使得纹波电流依赖于开关器件Ql与Q2的开关频率在二次电池10中流动。图8示出了由升压转换器22导致在二次电池10中流动的纹波电流。参照图8，当升压转换器22的载波信号CR在时刻tl超过占空指令值d( = 0. 5)时，上臂的开关器件Ql 被关断，下臂的开关器件Q2被开通。在此发生时，在二次电池10中流动的电流IB (当电池被充电时为正)被反转，并在负的方向增大。在存储在电抗器L中的能量已经被释放时，电流IB的符号从正变为负。当载波信号CR在时刻t2上下降到占空指令值d时，上臂开关器件Ql关断，下臂开关器件Q2关断。因此，电流IB反转，并在正的方向增大。在存储在电抗器L中的能量已被释放时，电流IB的符号从负变为正。当载波信号CR在时刻t3重新超过占空指令值d时，开关器件Ql与Q2分别被关断和开通。电流再次被反转，并在负的方向上增大。通过这种方式，升压转换器22使得纹波电流依赖于开关器件Ql与Q2的开关频率在二次电池10中流动。再度参照图7，电容器CH对正线PL2和负线NL之间的电压进行平滑。电容器CH 用作电力缓冲器，其在二次电池10上的纹波温升操作进行时临时存储从二次电池10输出的电力。连接到正线PL2和负线NL的变换器52基于来自E⑶70的控制信号PWMIl驱动电动发电机56。连接到正线PL2和负线NL的变换器M基于来自E⑶70的控制信号PWMI2驱动电动发电机58。电动发电机56、58各自为交流电动机，例如具有嵌有永磁体的转子的三相交流电动机。动力分割机构62为行星齿轮，其包含恒星齿轮、游星、齿轮架、环形齿轮。电动发电机56和58以及发动机60连接到动力分割机构62。发动机60产生的动力被动力分割机构 62分配到两个路径。具体而言，这些路径中的一个将动力传送到驱动轮64，另一个将动力传送到电动发电机56。使用由动力分配机构62分配的发动机60的动力，电动发电机56产生电。当二次电池10的剩余容量(下面也称为SOC (充电状态)，并用从0%到100%的值表示，其中，完全放电状态和完全充电状态分别为0%和100% )减小时，发动机60被起动，电由电动发电机56产生，以便对二次电池10充电。使用通过正线PL2供给的电力，电动发电机58产生驱动力。电动发电机58产生的驱动力被传送到驱动轮64。在车辆制动期间，电动发电机58从驱动轮接收车辆的动能以产生电。具体而言，电动发电机58用作再生制动器，其将车辆的动能转换为电力，从而获得制动力。温度传感器82检测二次电池10的温度，并将检测值输出到E⑶70。电流传感器84 检测从二次电池10输出以及输出到二次电池10的电流IB，并将检测值输出到E⑶70。当电流IB在二次电池10被充电的方向流动时，电流IB的符号在下面为正。电压传感器86检测正线PLl与负线NL之间的电压VB——其对应于二次电池的输出电压，并将检测值输出到 E⑶70。电压传感器88检测正线PL2和负线NL之间的电压VH，并将检测值输出到E⑶70。 温度传感器90检测发动机60的温度TE，并将检测值输出到E⑶70。基于从电压传感器86和88接收的电压VB和VH的检测值，E⑶70产生控制信号 PWMC以驱动升压转换器22，并将所产生的控制信号PWMC输出到升压转换器22。当请求进行纹波温升操作时，ECU70通过下面介绍的方法判断是否进行纹波温升操作。注意，例如，当从温度传感器82接收的温度TB的检测值下降到低于预定值时，请求进行纹波温升操作。当判断为进行纹波温升操作时，ECU70控制升压转换器22，使得纹波电流在二次电池10中流动，以便在二次电池10上进行纹波温升操作。E⑶70产生控制信号PWMIl和PWMI2以分别驱动电动发电机56和58，并分别将所产生的信号PWMIl和PWMI2输出到变换器52和M。下面，将介绍用于判断是否执行图7所示由E⑶70执行的纹波温升操作的方法。图9示出了二次电池10的可允许输出电力Wout。可允许输出电力Wout为二次电池10能够瞬时输出(释放)的电力(kW)。参照图9，横轴表示二次电池10的温度(°C )， 纵轴表示二次电池10的SOC)。在图9中，可允许输出电力Wout在同一线上相等，二次电池10的温度越高以及SOC越高，可允许输出电力Wout越高。图9中的点为在纹波温升操作执行之前的二次电池10的状态(初始状态)的实例。虚线所示的向量示出了纹波温升操作引起的二次电池10状态变化的可能性。纹波温升操作引起的二次电池10的状态变化，即SOC变化量和温度变化量，基于纹波温升操作期间导致流动的纹波电流的频率(下面也称为“纹波频率”)以及纹波温升操作执行的持续时间来确定。在第一实施例中，图9所示可允许输出电力Wout的值预先以映射图的形式制备， 基于此可允许输出电力映射图，判断是否执行纹波温升操作。具体而言，基于纹波频率的预测和纹波温升操作的持续时间来预测温度升高后的可允许输出电力，并将预测值与纹波温升操作执行前的可允许输出电力进行比较。于是，当温度升高后的可允许输出电力的预测值等于或高于温度升高之前的可允许输出电力时，判断为执行纹波温升操作。当温度升高后的可允许输出电力预测值低于温度升高之前的可允许输出电力时，判断为不执行纹波温升操作。图10示出了二次电池10的可允许输出电力Wout的随时间的变化的某些实例。参照图10，横轴表示纹波温升操作的持续时间(时间)，纵轴表示可允许输出电力Wout的变化量AWout。三个所示出的实例对应于图9中的虚线所示的三个向量。当纹波温升操作导致的可允许输出电力Wout的变化量AWout为正时，也就是说， 当纹波温升操作将增大可允许输出电力Wout时，执行纹波温升操作。另一方面，当纹波温升操作导致的可允许输出电力Wout的变化量AWout为负时，也就是说，当纹波温升操作将降低可允许输出电力Wout时，不执行纹波温升操作。图11为图7所示ECU70的部分的功能框图，该部分与升压转换器22的控制有关。 参照图11，E⑶70包含电压指令产生部分110、电压控制部分112、占空指令产生部分114、 脉宽调制(PWM)信号产生部分116、第一计算部分118、第二计算部分120、判断部分122、载波产生部分124。电压指令产生部分110产生电压指令值VR，其为由升压转换器22控制的电压VH 的目标值。例如，电压指令产生部分Iio基于由电动发电机56、58的电动机速度和转矩指令值计算的电动发电机56和58的电力产生电压指令值VR。电压控制部分112接收来自电压指令产生部分110的电压指令值VR，并接收分别来自电压传感器88和86的电压VH、VB的检测值。电压控制部分112执行控制操作(例如，比例积分控制)，以便使得电压VH等于电压指令值VR。基于来自电压控制部分112的用于控制的输出，占空指令产生部分114产生占空指令值d，其指示升压转换器22的开关器件Ql、Q2的开关占空因数。当占空指令产生部分114从判断部分122接收对于将在二次电池10上进行的纹波温升操作的效果的判断结果时，占空指令产生部分114将占空指令值d设置为用于纹波温升操作的预定值(例如， 0.5(升压比为2))，不论来自电压控制部分112的用于控制的输出如何。PWM信号产生部分116将从占空指令产生部分114接收的占空指令值d与从载波产生部分IM接收的载波信号CR进行比较，并产生控制信号PWMC，其中，逻辑状态依赖于比较结果而变化。PWM信号产生部分116于是将所产生的控制信号PWMC输出到升压转换器 22的开关器件Ql和Q2。第一计算部分118接收由温度传感器82检测的二次电池10的温度TB和二次电池 10的S0C。二次电池10的SOC基于电流IB和电压VB等的检测值使用多种公知的方法来计算。第一计算部分118从存储部分读取如图9所示的二次电池10的可允许输出电力映射图MAP，可允许输出电力映射图预先在存储部分中制备，存储部分例如为只读存储器(ROM)(未示出)。第一计算部分118于是基于二次电池10的温度TB和SOC使用可允许输出电力映射图MAP计算二次电池10的当前可允许输出电力WoutA。具体而言，可允许输出电力WoutA 为纹波温升操作执行前的二次电池10的可允许输出电力。第二计算部分120接收二次电池10的温度TB和S0C，并从存储部分读取可允许输出电力映射图MAP。第二计算部分120接收当执行纹波温升操作时导致的二次电池10的温度变化量Δ T (温度升高量)和SOC变化量Δ S (S0C的减小量)。注意，温度变化量Δ T 和SOC变化量△ S基于纹波温升操作的持续时间和纹波频率来确定，这些量可在第二计算部分120中基于纹波温升操作的持续时间和纹波频率来计算。使用可允许输出电力映射图MAP，基于温度变化量ΔΤ和SOC变化量Δ S，第二计算部分120计算(预测)当执行纹波温升操作时实现的二次电池10的可允许输出电力 WoutB0 判断部分122接收来自第一计算部分118的可允许输出电力WoutA，并接收来自第二计算部分120的可允许输出电力WoutB。当可允许输出电力WoutB等于或高于可允许输出电力WoutA时，判断部分122判断为实际执行纹波温升操作。另一方面，当可允许输出电力WoutB低于可允许输出电力WoutA时，判断部分122判断为不执行纹波温升操作。判断部分122将关于是否执行纹波温升操作的判断结果发送到占空指令产生部分114和载波产生部分1 。载波产生部分IM产生用于在PWM信号产生部分116中产生PWM信号的载波信号 CR(三角波)，并将所产生的载波信号CR输出到PWM信号产生部分116。当关于将要在二次电池10上执行的纹波温升操作的效果的判断结果从判断部分122接收到时，载波产生部分 IM产生具有该纹波频率(例如，1kHz，基于图3，)的载波信号CR，并将所产生的载波信号 CR输出到PWM信号产生部分116。图2为一流程图，用于阐释由图7所示的ECU 70执行的关于是否执行纹波温升操作的判断过程。当由于例如二次电池10的温度TB下降到低于预定值而被请求执行纹波温升操作时，此流程图所示的一系列步骤由主程序调用和执行。参照图12，ECU70获取二次电池10的温度TB和SOC(步骤S10)。温度TB由温度传感器82检测，SOC基于由电流传感器84检测的电流IB和由电压传感器86检测的电压 VB来计算。于是，使用已经预先制备的二次电池10的可允许输出电力MAP，基于在步骤SlO中获取的SOC和温度TB，E⑶70计算当前可允许输出电力WoutA (步骤S20)。然后，E⑶70计算当纹波温升操作执行时的二次电池10的温度变化量和SOC变化量(步骤S30)。注意，如上面介绍的，温度变化量和SOC变化量基于温升操作的持续时间和纹波频率来确定，ECU70 基于预先确定的温升操作的持续时间和纹波频率来计算这些变化量。基于在步骤S30中计算的温度变化量和SOC变化量，再次使用可允许输出电力映射图MAP，ECU70于是计算当执行纹波温升操作时实现的可允许输出电力WoutB (步骤S40)。E⑶70于是判断在步骤S40中计算的可允许输出电力WoutB是否等于或高于在步骤S20中计算的可允许输出电力WoutA (步骤S50)。当判断为可允许输出电力WoutB等于或高于可允许输出电力WoutA时(步骤S50中的是)，ECU70控制升压转换器22，以便实际
12执行纹波温升操作(步骤S60)。另一方面，当在步骤S50中判断为可允许输出电力WoutB 低于可允许输出电力WoutA时(步骤S50中的否)，ECU70判断为不进行纹波温升操作(步骤 S70)。如上所述，在第一实施例中，当纹波温升操作执行时实现的可允许输出电力WoutB 使用二次电池10的可允许输出电力映射图来预测并与执行纹波温升操作之前的可允许输出电力WoutA进行比较。当可允许输出电力WoutB等于或高于可允许输出电力WoutA时， 判断为执行纹波温升操作。另一方面，当可允许输出电力WoutB低于可允许输出电力WoutA 时，判断为不执行纹波温升操作。因此，即使在期望二次电池10的温度被升高时，当可允许输出电力将减小时，不执行二次电池10上的温升操作。因此，根据第一实施例，二次电池10 的温度在使用二次电池10的内阻12产生的热的情况下高效地升高。如参照图9、10所介绍，当纹波温升操作执行时实现的可允许输出电力Wout依赖于纹波频率而变化。因此，优选为，二次电池温升控制设备还包含频率选择部分，其基于当执行纹波温升操作时实现的可允许输出电力Wout的值来选择纹波频率f。采用这种配置， 可以以更好的方式执行纹波温升操作，例如，使得当执行纹波温升操作时实现的可允许输出电力Wout变得相对较高。因此，变得可以更为有效和高效地升高二次电池的温度。具有频率选择部分的实施例将在下面介绍。(第二实施例)在第二实施例中，选择这样的纹波频率在该频率上，当执行纹波温升操作时获得的二次电池10的可允许输出电力WoutB变得最大。混合动力车——其中，使用根据第二实施例的二次电池温升控制设备——的总体构造与图7所示的混合动力车100 —样。图13为第二实施例的ECU70A的部分的功能框图，该部分与升压转换器22的控制有关。参照图13，除了图11所示的E⑶70的部件以外，E⑶70A还包含频率范围设置部分 126和频率选择部分128。另外，E⑶70A包含第二计算部分120A和载波产生部分124A，代替第二计算部分120和载波产生部分124。频率范围设置部分1 设置能进行纹波温升操作的纹波频率的范围。纹波频率的范围基于例如二次电池10的寿命(lifetime)、上限与下限电压、最大电流等来确定。频率范围设置部分126将频率范围离散化为预定数量的频率(或以预定的间隔)，并将频率fi 输出到第二计算部分120A。对于从频率设置范围部分1 接收的各个频率fi，基于当纹波温升操作执行时发生的二次电池10的SOC变化量Δ S和温度变化量Δ Τ,使用可允许输出电力映射图MAP，如同图11所示第二计算部分120的情况一样，第二计算部分120A计算(预测)当纹波温升操作以预定时间段执行时实现的二次电池10的可允许输出电力WoutBi。频率选择部分1 将从第二计算部分120A接收的可允许输出电力WoutBi变得最大的频率选择为纹波频率f。频率选择部分1 于是将所选择的纹波频率f输出到载波产生部分124A，并将与所选择的频率对应的可允许输出电力作为可允许输出电力WoutB输出到判断部分122。载波产生部分124A产生用于在PRM信号产生部分116中产生PWM信号的载波信号CR，并将所产生的载波信号CR输出到PWM信号产生部分116。当从判断部分122接收到对于将要在二次电池10上执行的纹波温升操作的效果的判断结果时，载波产生部分124A 产生具有从频率选择部分1 接收的纹波频率f的载波信号CR，并将产生的载波信号CR输出到PWM信号产生部分116。注意，E⑶70A与参照图11所介绍的第一实施例的E⑶70相同，除了上面以外。图14为一流程图，用于阐释由第二实施例的E⑶70A执行的纹波频率选择过程。注意，此流程图所示的一系列步骤也在被请求执行纹波温升操作时由主程序调用并执行，。参照图14，E⑶70A判断当前是否选择了 ECO模式(步骤S110)。ECO模式为这样的驱动模式，其中，重视能量效率的改进，而不是车辆的驱动响应。驾驶者能使用开关来选择ECO模式。当在步骤SllO中判断为ECU模式未被选择时(步骤SllO中的否)，纹波温升操作的持续时间被设置为Tl (步骤S120)。当判断为选择了 ECO模式时(步骤SllO中的是)，纹波温升操作的持续时间被设置为T2 ( > Tl)(步骤S130)。一旦纹波温升操作的持续时间被设置，E⑶70A设置能执行纹波温升操作的纹波频率的范围(步骤S140)。接着，ECU70A将所设置的频率范围离散化为预定数量的频率(或以预定的间隔离散化)(步骤S150)。接着，ECU70A获取二次电池的SOC和温度TB(步骤S160)。于是，基于在步骤S160 中获取的温度TB和S0C，使用预先制备的可允许输出电力映射图MAP，ECU70A计算二次电池10的当前可允许输出电力WoutA (步骤S170)。于是，对于各个频率，基于当纹波温升操作执行时发生的并对于各个频率预先在映射图中编制的二次电池10的SOC变化量和温度变化量，E⑶170A计算当以步骤S120或 130中设置的持续时间进行纹波温升操作时发生的二次电池10的SOC变化量Δ S和温度变化量八丁(步骤3180)。下面，对于各个频率，基于步骤S180中对于各个频率计算的SOC变化量Δ S和温度变化量ΔΤ，使用可允许输出电力映射图MAP，ECU70A计算(预测)当进行纹波温升操作时获得的二次电池1的可允许电力WoutBi (步骤S190)。E⑶70A于是将对于各个频率计算的可允许输出电力WoutBi变得最大的频率选择为纹波频率f (步骤S200)。如上所述，在第二实施例中，当执行纹波温升操作时实现的二次电池10的可允许输出电力WoutB变为最大的频率被选择。因此，根据第二实施例，可以有效且高效地使用二次电池10的内阻12产生的热升高二次电池10的温度。(变型)在上面的第二实施例中，纹波温升操作的持续时间被指定，当纹波温升操作以此持续时间执行时实现的可允许输出电力WoutBi变为最大的频率被选择为纹波频率。在此变型中，可允许输出电力WoutBi的峰值变为最大的频率被选择为纹波频率，直到达到峰值时花费的时间被设置为纹波温升操作的持续时间。图15示出了二次电池10的可允许输出电力Wout的随时间的变化的某些实例。参照图15，曲线kl到k3示出了在纹波频率彼此不同的情况下可允许输出电力的随时间的变化。在曲线k3的情况下，当纹波温升操作的持续时间增大时，SOC减小，可允许输出电力因此减小，使得可允许输出电力的变化量AWout变为负。然而，曲线k3的情况下的变化量AWout在时刻tl上在曲线kl到k3之中变为最大。在此变型中，与曲线k3对应的频率被设置为纹波频率，从0到tl的时间段被设置为纹波温升操作的持续时间。图16为一流程图，用于阐释根据第二实施例的变型的纹波频率选择过程。注意， 此流程图所示的一系列步骤也在被请求执行纹波温升操作时由主程序调用并执行。参照图16，流程图包含步骤S125和S135，分别代替图14所示的流程图的步骤 S120和S130，并包含步骤S210到S250,以代替图14所示的流程图的S180到S200。当在步骤SllO中判断为ECO模式未被选择时(步骤SllO中的否)，纹波温升操作的最大持续时间被设置为Tl (步骤S125)。当判断为选择了 ECO模式时(步骤SllO中的是)，纹波温升操作的最大持续时间被设置为T2( > Tl)(步骤S135)。当二次电池10的当前可允许输出电力WoutA在步骤S170中计算时，对于各个频率，基于当在纹波温升操作执行时发生并对于各个频率预先在映射图中编制的二次电池10 的SOC变化量和温度变化量，E⑶70Α计算当以在步骤S125或S135中设置的最大持续时间执行纹波温升操作时发生的二次电池10的温度变化量Δ T和SOC变化量Δ S随时间的变化(步骤S210)。接着，对于各个频率，使用可允许输出电力映射图MAP，基于在步骤S210中对于各个频率计算的温度变化量ΔΤ和SOC变化量Δ S，E⑶70Α计算(预测)当纹波温升操作以在步骤S125或S135中设置的最大持续时间执行时获得的可允许输出电力WoutBi的随时间的变化(步骤S220)。接着，E⑶70Α对于各个频率提取可允许输出电力WoutBi的最大值和可允许输出电力WoutBi达到最大值花费的时间(步骤S230)。E⑶70Α于是将可允许输出电力WoutBi 的最大值变为最大的频率选择为纹波频率f (步骤S240)。另外，ECU70A将可允许输出电力 WoutBi达到与所选择频率对应的最大值花费的时间设置为纹波温升操作的持续时间(步骤 S250)。如上所述，在第二实施例的变型中，可允许输出电力Wout的峰值变为最大的频率被选择为纹波频率，可允许输出电力WoutBi达到峰值花费的时间被设置为纹波温升操作的持续时间。因此，根据此变型，可以高效且有效地升高二次电池10的温度。(第三实施例)在第二实施例及其变型中，纹波频率被选择为使得当执行纹波温升操作时实现的二次电池10的可允许输出电力Wout变为最大。然而，在第三实施例中，确保获得用电动发电机56(图7)起动发动机60(图7)需要的电力的频率被选择为纹波频率。当与所选择的纹波频率对应的可允许输出电力WoutB等于或高于可允许输出电力WoutA时，判断为执行纹波温升操作，当可允许输出电力WoutB低于可允许输出电力WoutA时，判断为不执行纹波温升操作。图17示出了启动发动机需要的电力和发动机温度之间的关系。参照图17，用电动发电机56起动发动机60需要的电力(kW)随着发动机的温度下降而增大。因此，在第三实施例中，使用图17所示的映射图，用电动发电机56起动发动机60需要的电力基于发动机温度来计算，确保获得计算到的起动发动机需要的电力的频率被选择为纹波频率。混合动力车——其中，使用根据第三实施例的二次电池温升控制设备的整体构造——与图7所示的混合动力车100的相同。图18为第三实施例的ECU70B的部分的功能框图，该部分与升压转换器22的控制有关。参照图18，E⑶70B包含电压指令产生部分110、电压控制部分112、占空指令计算部分114、PWM信号产生部分116、第一计算部分118、判断部分122、发动机起动电力计算部分 130、频率选择部分U8A、载波产生部分124A、第二计算部分120A、频率范围设置部分126。基于由温度传感器90 (图7)检测的发动机60的温度TE，使用预先制备的图17所示的映射图，发动机起动电力计算部分130计算用电动发电机56起动发动机60需要的电力 feeq (kff)。频率选择部分128A接收来自发动机起动电力计算部分130的电力feeg，并接收来自第二计算部分120A的可允许输出电力WoutBi。当存在等于或高于电力Wreq的可允许输出电力WoutBi时，频率选择部分128A将与可允许输出电力WoutBi对应的频率选择为纹波频率。当存在多个等于或高于电力Wreq的可允许输出电力WoutBi时，使得纹波温升操作的持续时间短的频率、使得SOC减小量小的频率等等可被选择为纹波频率。频率选择部分128A将所选择的纹波频率f输出到载波产生部分124A，并将与所选择的频率对应的可允许输出电力作为可允许输出电力WoutB输出到判断部分122。E⑶70B的其他部件已经介绍，不再重复进行介绍。图19、20为流程图，用于阐释由第三实施例的ECU70B执行的纹波频率选择过程。注意，此流程图所示的一系列步骤也在被请求执行纹波温升操作时由主程序调用和执行。参照图19，ECU70B从温度传感器90(图7)获得发动机60的温度TE (步骤S310)。 使用预先制备的图17所示的映射图，基于温度TE，ECU70B于是计算用电动发电机56(图 7)起动发动机60需要的电力Wreq(步骤S320)。注意，步骤S330到S380分别与图14所示的步骤S140到S190相同，步骤S410到步骤S430分别与图12所示的步骤S50到S70相同，因此，不再重复对其进行介绍。当执行纹波温升操作时获得的二次电池10的可允许输出电力WoutBi对于各个频率在步骤S380中得到计算(预测)时，ECU70B判断是否存在使得WoutBi等于或大于feeq 的频率(Wreq彡WoutBi)(步骤S390)。当判断为存在使得Wreq彡WoutBi的频率时(步骤 S390中的是)，ECU70B适当地在使得Wreq ^ WoutBi的频率中选择纹波频率(步骤S400)。 于是，ECU70B将与所选择的频率对应的可允许输出电力作为可允许输出电力WoutB输出到判断部分122。另一方面，当判断为不存在使得Wreq ( WoutBi的频率时(步骤S390中的否)，ECU70B判断为不进行纹波温升操作(步骤S430)。如上所述，在第三实施例中，确保获得用电动发电机56起动发动机60需要的电力Wreq的频率被选择为纹波频率。具体而言，能获得最小必需电力的频率被选择为纹波频率。因此，根据第三实施例，可以防止二次电池10的温度不必要地升高，并可以高效地升高二次电池10的温度。在上面的实施例中，作为使用二次电池温升控制设备的混合动力车，已经介绍了串联/并联混合动力车，其中，来自发动机60的动力被动力分割机构62分割并传送到驱动轮64和电动发电机56。然而，本发明可应用到其他类型的混合动力车。例如，本发明可应用到所谓的串联混合动力车，其中，发动机60仅仅用于驱动电动发电机56，车辆的驱动力仅仅由电动发电机56产生；混合动力车，其中，仅仅来自由发动机60产生的动能的再生能量被以电能的形式回收；电动机辅助混合动力车，其中，发动机被用作主要动力源，电动机根据需要提供辅助力。
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上面的第一与第二实施例可应用到不具有发动机60并仅仅由电力驱动的电气车辆，以及除二次电池10外包含作为直流电源的燃料电池的燃料电池车辆。第三实施例也可应用到除二次电池10以外具有燃料电池的燃料电池车辆。升压转换器22和电容器CH为本发明的“纹波产生装置”的实例。第一计算部分 118为本发明的第一计算部分的实例。第二计算部分120、120A为本发明的“第二计算部分” 的实例。发动机60为本发明的“内燃机”的实例。应当明了，上面介绍的实施例仅仅作为说明目的，不是为了进行限制。本发明的范围不是由上面对实施例的介绍定义，而是由权利要求限定，并旨在包括权利要求及其等价内容范围内的所有变型。
权利要求
1.一种二次电池温升控制设备，其用于通过对纹波产生装置进行控制来升高二次电池的温度，其中，纹波产生装置被配置为主动地使得纹波电流在二次电池中流动，所述二次电池温升控制设备包含第一计算部分，其计算第一值，第一值指示在进行用于升高二次电池的温度的温升操作之前二次电池的可允许输出电力，可允许输出电力基于二次电池的充电状态(SOC)和温度预先确定；第二计算部分，其基于当进行二次电池上的温升操作时发生的SOC变化量和温度变化量来计算第二值，第二值指示当进行二次电池上的温升操作时获得的可允许输出电力；以及判断部分，其判断是否进行二次电池上的温升操作，使得当第二值等于或大于第一值时，通过对纹波产生装置进行控制，进行二次电池上的温升操作，当第二值小于第一值时， 不进行二次电池上的温升操作。
2.权利要求1的二次电池温升控制设备，其还包含频率选择部分，频率选择部分基于第二值来选择纹波电流的频率。
3.权利要求2的二次电池温升控制设备，其中，频率选择部分将这样的频率选择为纹波电流的频率在该频率上，第二值变得最大。
4.权利要求3的二次电池温升控制设备，其中，频率选择部分将这样的频率选择为纹波电流的频率在该频率上，当二次电池上的温升操作以预定的时间段进行时的第二值变得最大。
5.权利要求3的二次电池温升控制设备，其中，频率选择部分将第二值的峰值变得最大的频率选择为纹波电流的频率，并且，从二次电池上的温升操作开始时到第二值达到峰值时所花费的时间被设置为二次电池上的温升操作的持续时间。
6.权利要求2的二次电池温升控制设备，其中，内燃机能由电动机使用从二次电池输出的电力来启动，且频率选择部分将这样的频率选择为纹波电流的频率在该频率上，确保第二值等于或高于启动内燃机需要的电力。
7.权利要求1-6中任意一项的二次电池温升控制设备，其中，当进行二次电池上的温升操作时发生的SOC变化量和温度变化量基于纹波电流的频率和二次电池上的温升操作的持续时间来确定。
8.—种车辆，包含二次电池，其存储将被用于驱动车辆的电力；纹波产生装置，其被连接到二次电池，并被配置为主动地使纹波电流在二次电池中流动；以及权利要求1的二次电池温升控制设备，其用于通过控制纹波产生装置来升高二次电池的温度。
9.一种二次电池温升控制方法，其通过控制纹波产生装置来升高二次电池的温度，其中，纹波产生装置被配置为主动地使纹波电流在二次电池中流动，所述二次电池温升控制方法包含计算第一值，第一值指示在进行用于升高二次电池的温度的温升操作前的二次电池的可允许输出电力，可允许输出电力基于二次电池的充电状态(SOC)和温度预先确定；基于当进行二次电池上的温升操作时发生的SOC变化量和温度变化量，计算第二值， 第二值指示当进行二次电池上的温升操作时获得的可允许输出电力；以及判断是否进行二次电池上的温升操作，使得当第二值等于或大于第一值时，通过控制纹波产生装置来进行二次电池上的温升操作，当第二值小于第一值时，不进行二次电池上的温升操作。
10.权利要求9的二次电池温升控制方法，其还包含基于第二值来选择纹波电流的频率。
11.权利要求10的二次电池温升控制方法，其中，在选择纹波电流的频率时，这样的频率被选择为纹波电流的频率在该频率上，第二值变得最大。
12.权利要求11的二次电池温升控制方法，其中，在选择纹波电流的频率时，这样的频率被选择为纹波电流的频率在该频率上，当以预定的时间段进行二次电池上的温升操作时的第二值变得最大。
13.权利要求11的二次电池温升控制方法，其中，在选择纹波电流的频率时，将第二值的峰值变得最大的频率选择为纹波电流的频率，且二次电池温升控制方法还包含将从二次电池上的温升操作开始时到第二值达到峰值时所花费的时间设置为二次电池上的温升操作的持续时间。
14.权利要求10的二次电池温升控制方法，其中，内燃机能由电动机使用从二次电池输出的电力来启动，且在选择纹波电流的频率时，将这样的频率选择为纹波电流的频率在该频率上，确保第二值等于或高于启动内燃机需要的电力。
15.权利要求9-14中任意一项的二次电池温升控制方法，其中，当进行二次电池上的温升操作时发生的SOC变化量和温度变化量基于纹波电流的频率和二次电池上的温升操作的持续时间来确定。
全文摘要
第一计算部分(118)计算执行纹波温升操作之前的二次电池的可允许输出电力(WoutA)，纹波温升操作通过使得纹波电流在二次电池中流动而用于升高二次电池的温度，可允许输出电力基于二次电池的温度和充电状态(SOC)预先确定。第二计算部分(120)计算当纹波温升操作执行时获得的可允许输出电力(WoutB)。判断部分(122)判断是否执行纹波温升操作，使得当可允许输出电力(WoutB)等于或高于可允许输出电力(Wout)，执行纹波温升操作，当可允许输出电力(WoutB)小于可允许输出电力(WoutA)时，不执行纹波温升操作。
文档编号B60L11/18GK102470772SQ201080030443
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月7日 优先权日2009年7月8日
发明者松坂正宣, 田泽正俊, 西勇二, 高桥秀典 申请人:丰田自动车株式会社