专利名称：二次电池升温控制装置和包括该装置的车辆以及二次电池升温控制方法
技术领域：
本发明涉及二次电池升温控制装置和包括该装置的车辆以及二次电池升温控制方法。具体而言，本发明涉及利用由二次电池的内阻导致的发热而进行用于升高二次电池的温度的升温控制的技术。
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，充电和放电特性随温度降低而劣化。当电池的温度低时，需要迅速升高电池温度。日本专利申请公开H11-3^516(JP-A-11-329516)描述了用于升高电池温度的装置。在该升温装置中，通过跨电池连接由电感器、电容器以及交流电源构成的串联电路而形成谐振电路。通过使交流电源产生该谐振电路的谐振频率下的交流电压而使电池的温度升
尚ο在该升温装置中，在谐振期间，几乎所有电力都消耗在内阻中，因而通过自发热而升高电池的温度。据称该升温装置能够以最小电力消耗有效地升高电池的温度(参见 JP-A-I1-329516)。通常，从安全性和耐久性角度，要求二次电池符合电池的上限和下限电压的要求。 然而，JP-A-11-329516仅仅公开了升高电池温度的技术，上述公开没有讨论如何在电压既不超过上限电压也不低于下限电压的范围内有效地升高温度。由谐振电路产生的电流受到电感L和/或电池的特性的不均勻性的影响，在电池中产生的热与由谐振电路导致流动的电流的峰值的平方成比例。因此，在电池中产生的热量受到电感L和/或电池的特性的不均勻性的显著影响。然而，上述公开没有讨论针对所产生的热量的不均勻性的任何措施。
发明内容
本发明提供了一种二次电池升温控制装置，用于在使二次电池的电压既不超过二次电池的上限电压也不低于二次电池的下限电压的范围内有效地产生目标热量，并提供了一种包括该二次电池升温控制装置的车辆。本发明还提供了一种二次电池升温控制方法，用于在使二次电池的电压既不超过二次电池的上限电压也不低于二次电池的下限电压的范围内有效地产生目标热量。根据本发明的第一方面的二次电池升温控制装置为用于通过控制纹波(ripple) 生成部来升高二次电池的温度的二次电池升温控制装置，所述纹波生成部被配置为积极地使纹波电流在所述二次电池中流动。所述二次电池升温控制装置包括电流检测部、电压检测部以及反馈控制部。所述电流检测部检测所述二次电池的充电或放电电流。所述电压检测部检测所述二次电池的电压。所述反馈控制部控制所述纹波生成部，使得在将由所述电压检测部检测的电压限制在预定的上限与下限之间的同时使由所述电流检测部检测的所述纹波电流达到预定目标。在上述第一方面中，可以采用这样的配置，其中，当所述纹波电流小于所述目标时，所述反馈控制部将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的所述频率降低，以及当所述纹波电流大于所述目标时，所述反馈控制部将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的所述频率升高。在上述第一方面中，可以采用这样的配置，其中，所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高；当所述纹波电流小于所述目标时，所述反馈控制部降低所述升压器的载波频率；以及当所述纹波电流大于所述目标时，所述反馈控制部升高所述升压器的载波频率。在上述第一方面中，可以采用这样的配置，其中，所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高；当所述纹波电流小于所述目标时，所述反馈控制部增大所述升压器的升压比；以及当所述纹波电流大于所述目标时，所述反馈控制部减小所述升压器的升压比。在上述第一方面中，所述二次电池升温控制装置还可以包括温度检测部和充电状态(SOC)推定部。所述温度检测部检测所述二次电池的温度。所述SOC推定部推定所述二次电池的S0C。在该情况下，当由所述温度检测部检测的温度达到第一预定值或当由所述 SOC推定部推定的所述SOC达到第二预定值时，所述反馈控制部停止对所述纹波生成部的控制。根据本发明的第二方面的车辆包括二次电池、纹波生成部以及根据第一方面的二次电池升温控制装置。所述二次电池存储用于驱动所述车辆的电力。所述纹波生成部被连接到所述二次电池并被配置为积极地使纹波电流在所述二次电池中流动。所述二次电池升温控制装置通过控制所述纹波电流来升高所述二次电池的温度。根据本发明的第三方面的二次电池升温控制方法为通过控制纹波生成部来升高二次电池的温度的二次电池升温控制方法，所述纹波生成部被配置为积极地使纹波电流在所述二次电池中流动，所述二次电池升温控制方法包括判定所述纹波电流是否已达到预定目标；当判定所述纹波电流尚未达到所述目标时，判定所述纹波电流是大于所述目标还是小于所述目标。所述二次电池升温控制方法还包括当判定所述纹波电流小于所述目标时，将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的频率降低；以及当判定所述纹波电流大于所述目标时，将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的频率升高。在本发明的第三方面中，可以采用这样的配置，其中，所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高，且所述二次电池升温控制方法还包括当所述纹波电流小于所述目标时，降低所述升压器的载波频率；以及当所述纹波电流大于所述目标时，升高所述升压器的载波频率。在本发明的第三方面中，可以采用这样的配置，其中，所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高，且所述二次电池升温控制方法还包括当所述纹波电流小于所述目标时，增大所述升压器的升压比；以及当所述纹波电流大于所述目标时，减小所述升压器的升压比。在本发明的第三方面中，所述二次电池升温控制方法还可以包括检测所述二次电池的温度；推定所述二次电池的充电状态(SOC)；以及当所检测的温度达到第一预定值或当所述SOC达到第二预定值时，停止对所述纹波生成部的控制。在本发明中，通过控制被配置为积极地使纹波电流在二次电池中流动的纹波生成部来升高二次电池的温度。即使在纹波生成部的电路常数和二次电池的特性中存在不均勻，也可以在使二次电池的电压限制在预定上限和下限之间的范围内产生最大纹波电流， 这是因为纹波生成部被控制为使纹波电流达到预定目标，且同时二次电池的电压被限制在所述预定上限和下限之间。由此，根据本发明，可以在使二次电池的电压既不超过上限电压也不低于下限电压的范围内充分产生目标热量。
通过对示例性实施例的以下详细描述并参考附图，本发明的上述和其他目的、特征以及优点将被变得明显，其中相似的标号用于表示相似的要素，且其中图1为作为根据本发明的第一实施例的二次电池升温控制装置的应用实例给出的电动车辆的整体的框图；图2为示出了图1中所示的电动车辆的一部分的系统配置的图，该部分涉及对二次电池的纹波升温操作；图3为示出了二次电池的电压的细目(breakdown)的图；图4为示出了二次电池的阻抗特性(绝对值)的波特(Bode)图；图5为示出了二次电池的阻抗特性(相位)的波特图；图6为示出了在跨二次电池内阻产生的电压为约束条件(constraint)的情况下在极低温条件下可在二次电池中流动的纹波电流的峰值的图；图7为示出了在跨二次电池内阻产生的电压为约束条件的情况下在极低温条件下可在二次电池中产生的平均热量的图；图8为在纹波升温操作期间在二次电池中的电流和电压的波形图；图9为图1中示出的ECU的一部分的功能框图，该部分涉及升压转换器的控制；图10为用于解释由图1中示出的ECU进行的对纹波升温操作的控制的过程的流程图；图11为根据第二实施例的ECU的一部分的功能框图，该部分涉及升压转换器的控制；以及图12为用于解释由根据第二实施例的ECU进行的对纹波升温操作的控制的过程的流程图。
具体实施例方式以下将参考附图详细描述本发明的实施例。注意，附图中的相同或相应的部分由相同的参考标号指示，并且不重复对其的描述。(第一实施例)图1是作为根据本发明的第一实施例的二次电池升温控制装置1的应用实例给出的电动车辆的整体的框图。参考图1，电动车辆100包括二次电池10、升压转换器22、电容器 CH、逆变器30、电动发电机40以及驱动轮50。电动车辆100还包括电子控制单元(E⑶)60、电流传感器72、电压传感器74和76以及温度传感器78。二次电池10为以锂离子电池或镍氢电池为代表的可再充电电池。二次电池10的正端子和负端子被分别连接到正极线PLl和负极线NL。升压转换器22包括功率半导体开关器件(switching device)(下文中，也可仅称为“开关器件”)Ql和Q2、二极管Dl和D2以及电抗器L。开关器件Ql和Q2被串联连接在正极线PL2与负极线NL之间。开关器件Ql的集电极被连接到正极线PL2，且开关器件Q2 的发射极被连接到负极线NL。二极管Dl和D2分别被反并联地(in anti-parallel)连接到开关器件Ql和Q2。电抗器L的一个端子连接到正极线PL1，而其另一端子连接到开关器件Ql和Q2之间的节点ND。作为上述开关器件Ql和Q2，例如可以使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)、功率金属氧化物半导体(M0Q晶体管等等。升压转换器22能够基于来自E⑶60的控制信号PWMC而将正极线PL2和负极线 NL之间的电压(下文中，也称为“系统电压”)升高到二次电池10的输出电压或更高。当系统电压低于希望的电压时，通过增大开关器件Q2的占空因子，使电流从正极线PLl流到正极线PL2，从而可以升高系统电压。另一方面，当系统电压高于希望的电压时，通过增大开关器件Ql的占空因子，使电流从正极线PL2流到正极线PL1，从而可以降低系统电压。升压转换器22和电容器CH形成将稍后描述的纹波生成部20。升压转换器22基于来自E⑶60的控制信号PWMC而积极地使纹波电流在二次电池10中流动，由此从其内部升高二次电池10的温度(这样的升温操作在下文中也称为“纹波升温操作”)。具体而言， 在升压转换器22中，根据来自E⑶60的控制信号PWMC，开关器件Ql和Q2互补地开通和关断，从而升压转换器22依赖于开关器件Ql和Q2的开关频率而使纹波电流在二次电池10 中流动。稍后将详细说明纹波升温操作。电容器CH被连接在正极线PL2与负极线NL之间，以使正极线PL2与负极线NL之间的电压平滑。使用电容器CH作为电力缓冲器，当对二次电池10进行纹波升温操作时，该电力缓冲器暂时存储从二次电池10输出的电力。逆变器30基于来自E⑶60的控制信号PWMI而将从正极线PL2和负极线NL供给的直流电力转变为三相交流，并将该三相交流输出到电动发电机40以驱动电动发电机40。 在车辆的制动期间，逆变器30基于控制信号PWMI而将由电动发电机40产生的三相交流转变为直流，以将该直流输出到正极线PL2和负极线NL。电动发电机40为交流电动机，该交流电动机例如为具有其中嵌入有永磁体的转子的三相交流电动机。电动发动机40被机械地连接到驱动轮50并产生用于驱动车辆的扭矩。此外，电动发动机40从驱动轮50接收车辆的动能以在车辆制动期间产生电力。电流传感器72检测输入到二次电池10和从二次电池10输出的电流I，并且检测值被输出到ECU 60。下文中，当电流I沿使二次电池10充电的方向流动时，电流I的符号为正。电压传感器74检测与二次电池10的输出电压对应的正极线PLl与负极线NL之间的电压V，并将检测值输出到E⑶60。电压传感器76检测正极线PL2与负极线NL之间的电压VH，并将检测值输出到E⑶60。温度传感器78检测二次电池的温度T，并将检测值输出到ECU 60。E⑶60基于分别从电压传感器74和76提供的电压V和VH的检测值而产生用于驱动升压转换器22的脉冲宽度调制(PWM)信号。所产生的PWM信号作为控制信号PWMC而被输出到升压转换器22。当满足用于对二次电池10进行纹波升温操作的预定条件时，E⑶60产生用于使预定频率的纹波电流在二次电池10中流动的控制信号PWMC，并且所产生的控制信号PWMC 被输出到升压转换器22。作为实例，ECU 60将载波信号的频率设定为预定频率(下文中， 也称为“纹波频率”)并产生用于以该纹波频率开通和关断升压转换器22的开关器件Ql和 Q2的控制信号P丽C。此外，E⑶60产生控制信号PWMC，以便通过调整所述纹波电流的频率(下文中，也称为“纹波频率”)，由电压传感器74检测到的电压V被限制在预定上限和下限之间的范围内，并且由电流传感器72检测到的纹波电流达到预定目标。稍后将详细描述在纹波升温操作期间基于电流I和电压V的检测值而通过由升压转换器22和电容器CH形成的纹波生成部20对二次电池10进行的纹波升温操作以及用于升高二次电池10的温度的控制。E⑶60产生用于驱动电动发电机40的控制信号PWMI，并将所产生的控制信号 PWMI输出到逆变器30。图2为示出了图1中所示的电动车辆100的一部分的系统配置的图，该部分涉及对二次电池10的纹波升温操作。参考图2，二次电池10包括内阻12。如稍后描述的，内阻 12具有温度依赖性并还依赖于在电池中流动的电流的频率而显著变化。如上所述，纹波生成部20由图1中示出的升压转换器22和电容器CH(未在图2中示出)形成。在纹波生成部20中，开关器件Ql和Q2(未在图2中示出)根据来自E⑶60 的控制信号PWMC而互补地开通和关断，从而纹波生成部20产生依赖于开关器件Ql和Q2 的开关频率的纹波电流。下面将提供对纹波升温操作的简要描述，然后将详细描述进行对二次电池10的升温控制的E⑶60的配置。(对纹波升温操作的简要描述)图3为示出了二次电池10的电压的细目的图。在图3中，为了简单起见，内阻仅具有实部而不存在由L、C等引起的虚部。参考图3，通过向开路电压OCV增加在通电期间跨内阻12产生的电压Δ V或从开路电压OCV减去该电压Δ V而获得在二次电池10的端子之间产生的电压V。具体而言，当充电电流流动时，V = 0CV+AV，而当放电电流流动时，V = OCV- Δ V ( Δ V > 0)。当内阻12的电阻值为R时，通过以下公式表达当电流I在二次电池10中流动时产生的热量Q Q=I2XR (1)=IXAV (2)= AV2/R (3)这些公式(1)到C3)彼此等价。根据公式(1)，似乎通过增大利用纹波生成部20 产生的纹波电流I可以有效地升高二次电池10的温度。然而，实际上，从安全性和耐久性角度，对于二次电池10的电压V而言，需要符合上限和下限电压。具体而言，在极低温条件下，内阻12的电阻值R增大且电压Δν因此而增大，从而存在出现以下情况的可能性不可能在将二次电池10的电压V约束在上限和下限之间的范围内的同时使得用于产生热的足够的纹波电流I流动。具体而言，在其中内阻12的电阻值R增大的低温条件下(特别地，在超低温条件下)，存在出现以下情况的可能性电压ΔΥ成为限制(restriction)，从而不可能使纹波电流I在二次电池10中流动，这阻止了二次电池10的温度的有效升高。因而，关注公式(3) 和二次电池10的阻抗的频率特性，并且，通过纹波生成部20使得在这样的范围内的频率下的纹波电流流动，在该范围内，二次电池的阻抗的绝对值(内阻12的电阻值R)与该范围之外的频率情况下的相同阻抗的绝对值相比相对较低。以该方式，二次电池10中的发热量Q 增大，因而可以有效地升高二次电池10的温度。图4和5为示出了二次电池10的阻抗特性的波特图。作为分析二次电池的电特性的方法，已知电化学阻抗谱(EIS)。波特图通过EIS的使用而示出了二次电池10的阻抗特性。图4示出了阻抗Z的绝对值|Z|的频率特性。图5示出了阻抗Z的相位θ的频率特性。在图4和5中，对数标度的水平轴表示在二次电池10中产生的交流(纹波电流) 的频率。在图4中，对数标度的垂直轴表示阻抗Z的绝对值|Ζ|。在图5中，垂直轴表示阻抗Z的相位θ。如图4所示，在需要升高二次电池10的温度的低温条件下，与非低温条件下相比， 阻抗ζ的绝对值|z|增大。然而，当纹波电流的频率低时，该增大是显著的。具体而言，在 IkHz的频率附近，阻抗Z的绝对值|Ζ|小于当频率远离该频率范围(约IkHz)时阻抗Z的绝对值|ζ|。此外，即使在极低温条件下，该绝对值也至多为非低温条件下(例如，在室温下)的三倍(图4中的部分Α)。此外，如图5所示，在该频率范围(约IkHz)，阻抗Z的相位θ接近零，因此功率因子为1，这意味着良好的效率。因而，基于二次电池10的阻抗的频率特性，通过纹波生成部20产生在这样的范围 (例如，基于图4，约IkHz)内的频率下的纹波电流，在该范围内，二次电池10的阻抗Z的绝对值|Ζ|相对低。以该方式，即使在跨二次电池10的内阻12产生的电压ΔΥ所施加的限制下，也可以有效地使纹波电流在二次电池10中流动，从而有效地升高二次电池10的温度。图6为示出了在跨二次电池10的内阻12产生的电压Δ V为约束条件的情况下在极低温条件下能够在二次电池10中流动的纹波电流的峰值的图。参考图6，水平轴表示纹波电流的频率，垂直轴表示在电压Δν的约束条件下可在二次电池10中流动的纹波电流 (假设为正弦)的峰值。注意，通过实例示出了以下情况电压八￥等于0.5￥，并且二次电池10的温度T等于-30°C (极低温)。如图6所示，在其中二次电池10的阻抗的绝对值相对小的频率范围(约IkHz)内， 能够在二次电池10中流动的电流增大。当频率低或电流为直流时，则几乎不可能使电流在二次电池10中流动以升高二次电池的温度。图7为示出了在跨二次电池10的内阻12产生的电压Δ V为约束条件的情况下在极低温条件下可在二次电池中产生的平均热量的图。参考图7，水平轴表示纹波电流的频率，垂直轴表示在一个纹波循环中在二次电池10中产生的平均热量。注意，同样在图7中， 通过实例示出了以下情况电压八￥等于0.5￥，且二次电池10的温度11等于-301(极低温)。
如图7所示，在二次电池10的阻抗的绝对值相对低的频率范围(约IkHz)内，由二次电池10产生的热量增加。当频率低或电流为直流时，在约束条件(电压Δν = 0. 5V) 下则几乎不可能使电流在二次电池10中流动来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，通过纹波生成部20使得在二次电池10的阻抗的绝对值相对低的范围(例如，约IkHz)内的频率下的纹波电流流动。以该方式，可以增加二次电池的发热量Q，并可以有效地升高二次电池10的温度。图8为在纹波升温操作期间二次电池10中的电流I和电压V的波形图。参考图 8，在纹波升温操作期间，纹波生成部20 (升压转换器2 的载波信号CR的频率被设定为纹波频率f (例如，约1kHz)。当载波信号CR在时刻tl超过占空命令值d( = 0. 5)时，上臂的开关器件Ql被关断而下臂的开关器件Q2被开通。当出现该情况时，在二次电池10中流动的电流I (当电池正被充电时为正)被反转并沿负方向增大。在电抗器L中存储的能量已经被放出(discharge)的时刻，电流I的符号从正变为负。电压V减小。当载波信号CR在时刻t2下降到低于占空命令值d时，上臂的开关器件Ql开通而下臂的开关器件Q2关断。于是，电流I反转并沿正方向增大。在电抗器L中存储的能量已经被放出的时刻，电流I的符号从负变为正。电压V增大。当载波信号CR在时刻t3再次超过占空命令值d时，开关器件Ql和Q2被分别关断和开通。电流被再次反向并沿负方向增大，且电压降低。以该方式，电流I和电压V在纹波频率f下变化。在第一实施例中，在使得电压V 既不超过上限电压VU也不低于下限电压VL并使电流I既不超过最大充电电流IC也不超过最大放电电流ID的范围内使纹波电流最大化，来设定纹波电流的目标。此外，纹波频率 f为调整为使纹波电流达到该目标。(对二次电池10的升温控制)接下来，将描述通过E⑶60进行的对二次电池10的升温控制。图9为图1中示出的E⑶60的一部分的功能框图，该部分涉及升压转换器22的控制。参考图9，E⑶60包括电压命令生成部110、电压控制部112、占空命令生成部114、 PWM信号生成部116、纹波升温反馈(FB)控制部118、充电状态(SOC)推定部120以及载波生成部122。电压命令生成部110产生电压命令值VR，VR为由升压转换器22控制的电压VH的目标值。例如，电压命令生成部Iio基于从电动发电机40 (图1)的扭矩命令值和电动机速度计算出的电动发电机40的功率而产生电压命令值VR。电压控制部112从电压命令生成部110接收电压命令值VR并从电压传感器76和 74 (图1)分别接收电压VH和V的检测值。电压控制部112进行控制操作(例如，比例积分控制)以使电压VH等于电压命令值VR。占空命令生成部114基于来自电压控制部112的控制输出而产生占空命令值d，占空命令值d表示升压转换器22的开关器件Ql和Q2(图1)的开关占空因子。当占空命令生成部114从纹波升温FB控制部118接收到应进行对二次电池10的纹波升温操作的实施 (effect)的通知时，占空命令生成部114将占空命令值d设定为用于纹波升温操作的预定值(例如，0. 5 (升压比为2))，而不考虑来自电压控制部112的控制输出。PWM信号生成部116比较从占空命令生成部114接收的占空命令值d与从载波生成部122接收的载波信号CR，并产生控制信号PWMC，在该控制信号PWMC中，逻辑状态依赖于比较结果而变化。PWM信号生成部116然后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。纹波升温FB控制部118从电流传感器72、电压传感器74以及温度传感器78 (图 1)分别接收电流I、电压V以及温度T的检测值。纹波升温FB控制部118然后基于温度 T的检测值和从SOC推定部120接收的二次电池10的剩余容量(下文中也称为“S0C(充电状态)”并通过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% )而判定是否对二次电池10进行纹波升温操作。当判定应进行纹波升温操作时，纹波升温FB控制部118基于温度T和SOC而设定纹波频率f，并将纹波频率f输出到载波生成部122，并且向占空命令生成部114和载波生成部122输出应进行纹波升温操作的实施的通知。此外，在进行纹波升温操作的同时，纹波升温FB控制部118基于电流I和电压V 的检测值而调整纹波频率f以使电压V限制在预定上限和下限(图8中示出的上限电压VU 和下限电压VL)之间的范围内且使电流1(纹波电流)达到预定目标，并且纹波升温FB控制部118将调整后的纹波频率f输出到载波生成部22。纹波电流的目标例如在设计阶段被预先确定为使得纹波电流在这样的范围内最大化，该范围使得电压V既不超过上限电压VU 也不低于下限电压VL(且电流I既不超过最大充电电流IC也不超过最大放电电流ID)。SOC推定部120基于电流I和电压V的检测值而推定二次电池10的S0C，并将推定的值输出到纹波升温FB控制部118。注意，可以使用各种公知方法作为推定二次电池10 的SOC的方法。载波生成部122产生用于在PWM信号生成部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信号生成部116。当载波生成部122从纹波升温FB 控制部118接收到纹波频率f以及应进行纹波升温操作的实施的通知时，载波生成部122 产生具有接收到的纹波频率f的载波信号CR，并将所产生的载波信号CR输出到PWM信号生成部116。图10为用于解释由图1中示出的E⑶60进行的纹波升温操作的控制的过程的流程图。该流程图所示出的处理由主程序(mian rountine)调用并以固定间隔或每次满足预定条件时执行。参考图10，E⑶60基于二次电池10的温度T和SOC等等而判定是否满足纹波升温操作的开始条件(步骤S10)。例如，当温度T为极低温且SOC高于预定值时，判定满足纹波升温操作的开始条件。当在步骤SlO中判定不满足开始条件时(步骤SlO中的否)，E⑶60使处理转移到步骤S70 (稍后描述)。当在步骤SlO中判定满足开始条件时(步骤SlO中的是)，ECU 60基于二次电池10的温度T和S0C，使用预先准备的图(map)等等来确定纹波频率S0C，并将所确定的纹波频率f设定为升压转换器22的载波频率。此外，ECU 60将保护计数器复位到零(步骤S20)。注意，如下所述，当电压和电流在部件保护要求之外时，保护计数器被用作定时器(timer)。接下来，E⑶60产生控制信号PWMC，该信号PWMC用于通过使用具有纹波频率f的载波信号以纹波频率f对升压转换器22的开关器件Ql和Q2的开和关进行控制。然后，ECU60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，从而使用升压转换器22开始对二次电池10的纹波升温操作(步骤S30)。一旦开始纹波升温操作，E⑶60基于电流I和电压V而判定是否满足被设定为保护各部件的保护要求(步骤S40)。作为保护要求，例如，设定电压的上限和下限(以保护电池元)、电流I的绝对值的最大值(以保护开关器件Ql和Q2和/或电抗器L)、电流I的平方的最大值(以保护系统主继电器、母线、电池元等不遭受异常的发热)等等。当在步骤S40中判定满足部件保护要求时(步骤S40中的是)，ECU60判定所产生的纹波电流是否在预定目标范围内(步骤S50)。作为预定目标范围，该目标范围被设定为使得纹波电流在这样的范围内最大化，该范围使得电压V既不超过上限电压VU也不低于下限电压VL并使得电流I既不超过最大充电电流IC也不超过最大放电电流ID。当在步骤S50中判定纹波电流在目标范围内时(步骤S50中的是)，E⑶60基于二次电池10的温度T和S0C、从纹波升温操作开始起所经过的时间等等而判定是否满足纹波升温操作的结束条件(步骤S60)。例如，当温度T超过预定升温操作结束温度时，SOC低于下限值、或者从纹波升温操作开始起已经经过了预定时长时，判定满足纹波升温操作的结束条件。当在步骤S60中判定满足结束条件时(步骤S60中的是)，ECU 60停止向升压转换器22输出控制信号PWMC并结束纹波升温操作(步骤S70)。当在S60中判定不满足结束条件时(步骤S60中的否)，E⑶60将处理返回到步骤S40。另一方面，当在步骤S50中判定纹波电流不在目标范围内时(步骤S50中的否)， ECU 60判定纹波电流是否超过目标范围(步骤S80)。当判定纹波电流没有超过目标范围时，即，判定纹波电流低于目标范围时(步骤S80中的否)，ECU 60将升压转换器22的载波频率降低预定的值(步骤S90)。纹波电流的峰值Ip由以下公式表示并与载波频率fc成反比。因而，当载波频率fc降低时，纹波电流增大。Ip = V/LXl/(4Xfc) (4)在该公式中，L表示升压转换器22的电抗器的电感，fc表示升压转换器22的开关频率(=纹波频率、载波频率)。另一方面，当判定纹波电流超过目标范围时(步骤S80中的是)，E⑶60将升压转换器22的载波频率升高预定值(步骤S100)，这使纹波电流减小。在步骤S90或步骤SlOO 之后，E⑶60将处理返回到步骤S40。当在步骤S40中判定不满足上述部件保护要求时(步骤S40中的否)。E⑶60 判定保护计数器是否小于预定阈值(步骤S110)。当判定保护计数器小于该阈值时(步骤 SllO中的是)，ECU 60通过使升压转换器22的载波频率升高预定值而使纹波电流减小，并增加保护计数(步骤S130)。然后，该处理返回到步骤S40。另一方面，当在步骤SllO中判定保护计数等于或大于阈值时(步骤SllO中的否)，E⑶60停止向升压转换器22输出控制信号PWMC，并结束纹波升温操作(步骤S120)。如上所述，在第一实施例中，通过控制被配置为积极地使纹波电流在二次电池10 中流动的纹波生成部20而升高二次电池10的温度。即使当存在纹波生成部20的电流常数和二次电池10的特性的不均勻时，也可以在二次电池10的电压被限制在预定上限和下限之间的范围内产生最大纹波电流，这是因为纹波频率f被调整为在二次电池10的电压被限制在预定上限和下限之间的同时使纹波电流达到预定目标或被最大化。由此，根据第一实施例，在二次电池10的电压既不超过上限电压也不低于下限电压的范围内充分地产生
目标热量。(第二实施例)在上述第一实施例中，通过改变升压转换器22的载波频率(纹波频率)来将纹波电流控制为达到目标。在第二实施例中，通过调整升压转换器22的升压比(即，通过调整开关器件Ql和Q2的开关占空因子)而控制纹波电流。使用根据第二实施例的二次电池升温控制装置的电动车辆的总体配置与图1中示出的电动车辆100相同。图11为第二实施例的E⑶60A的一部分的功能框图，该部分涉及升压转换器22 的控制。现在参考图11，E⑶60A包括占空命令生成部114A、纹波升温FB控制部118A以及载波生成部122A，替代图9中示出的占空命令生成部114、纹波升温FB控制部118以及载波生成部122。当判定应进行纹波升温操作时，纹波升温FB控制部118A基于温度T和SOC而设定升压转换器22的升压比BR，并将升压比BR输出到占空命令生成部114A，并且将应进行纹波升温操作的实施的通知输出到占空命令生成部114A和载波生成部122A。注意，此时的升压比BR可以为固定值(例如，2)。在进行纹波升温操作时，纹波升温FB控制部118A基于电流I和电压V的检测值而调整升压比BR，使得在电压V被限制在预定上限和下限之间的同时使电流I (纹波电流) 达到预定目标，并且纹波升温FB控制部118A将调整后的升压比BR输出到占空命令生成部 114A。注意，除以上方面外，纹波升温FB控制部118A与图9中示出的第一实施例的纹波升温FB控制部118相同。当占空命令生成部114A从纹波升温FB控制部118A接收到应对二次电池10进行纹波升温操作的实施的通知时，占空命令生成部114A基于从从纹波升温FB控制部118A接收的升压比BR产生占空命令值，而不考虑来自电压控制部112的控制输出。注意，除以上方面外，占空命令生成部114A与图9中示出的第一实施例的占空命令生成部114相同。当载波生成部122A从纹波升温FB控制部118A接收到应对二次电池10进行纹波升温操作的实施的通知时，载波生成部122A产生具有预定纹波频率f的载波信号CR，并将所产生的载波信号CR输出到PWM信号生成部116。注意，除以上方面外，载波生成部122A与图9中示出的第一实施例的载波生成部 122相同。在该E⑶60A中，当进行纹波升温操作时，通过纹波升温FB控制部118A调整升压转换器22的升压比BR，使得在电压V被限制在预定上限和下限之间的同时电流I (纹波电流)达到预定目标。然后，占空命令生成部114A根据由纹波升温FB控制部118A产生的升压比BR而产生占空命令值d。在进行纹波温度升温操作时，载波生成部122A产生具有预定纹波频率f的载波信号CR。图12为用于解释由第二实施例的E⑶60A进行的纹波升温操作的过程的流程图。 该流程图所示出的处理同样由主程序调用并以固定间隔或每次满足预定条件时执行。
现在参考图12，该流程图包括步骤S25、S95、S105和S135，分别替代图10中示出的流程图的步骤S20、S90、SlOO和S130。具体而言，当在步骤SlO中判定满足纹波升温操作的开始条件时(步骤SlO中的是)，E⑶60A基于二次电池10的温度T和S0C，使用预先准备的图等等来设定升压转换器 22(图1)的升压比，并将保护计数器复位到零(步骤S25)。当在步骤S80中判定纹波电流没有超过目标范围时，即，纹波电流低于目标范围时(步骤S80中的否)，E⑶60A将升压转换器22的升压比增大预定的值(步骤S95)。增大升压比导致纹波电流增加。另一方面，当在步骤S80中判定纹波电流超过目标范围时(步骤S80中的是)，ECU 60A将升压转换器22的升压比减小预定的值(步骤S105)。减小升压比导致纹波电流减小。当在步骤SllO中判定保护计数小于预定阈值时(步骤SllO中的是)，E⑶60A通过将升压转换器22的升压比减小预定值而使纹波电流减小，并增加保护计数(步骤S135)。 然后，该处理返回到步骤S40。如上所述，在第二实施例中，升压转换器22(其是纹波生成部20的部件)的升压比BR被调整为在二次电池10的电压被限制在预定上限和下限的同时使得纹波电路达到预定目标或最大化，从而可以在二次电池10的电压被限制在预定上限和下限之间的范围内产生最大纹波电流。因此，通过第二实施例同样地，在二次电池10的电压既不超过上限电压也不低于下限电压的范围内充分地产生目标热量。应注意，虽然在第一实施例中用于控制纹波电流的操纵值为载波频率，而在第二实施例中用于控制纹波电流的操纵值为升压比(或开关器件Ql和Q2的开关占空因子)，然而，在组合第一和第二实施例的情况下，载波频率和升压比二者都可以是操纵值。在上述实施例中，电动车辆100可以为其中仅仅电动发电机40为行驶动力源的电动车辆，或者可以为其上附加地安装有引擎作为行驶动力源的混合动力车辆。此外，电动车辆100可以为燃料电池车辆，在该燃料电池车辆上除了二次电池10之外还安装有燃料电池作为直流电源。电流传感器72为本发明的“电流检测部”的实例。电压传感器74为本发明的“电压检测部”的实例。纹波升温FB控制部118、118A为本发明的“反馈控制部”的实例。升压转换器22为本发明的“升压器”的实例。温度传感器78为本发明的“温度检测部”的实例。 SOC推定部120为本发明的“S0C推定部”的实例。应理解，上述实施例仅仅用于示例目的而不是限制性的。本发明的范围不是由对实施例的以上描述限定而是由权利要求限定，并且旨在包括落入权利要求及其等价物的范围内的所有修改。
权利要求
1.一种二次电池升温控制装置，用于通过控制纹波生成部来升高二次电池的温度，所述纹波生成部被配置为积极地使纹波电流在所述二次电池中流动，所述二次电池升温控制装置包括电流检测部，其检测所述二次电池的充电或放电电流；电压检测部，其检测所述二次电池的电压；以及反馈控制部，其控制所述纹波生成部，使得在将由所述电压检测部检测的电压限制在预定的上限与下限之间的同时使由所述电流检测部检测的所述纹波电流达到预定目标。
2.根据权利要求1的二次电池升温控制装置，其中当所述纹波电流小于所述目标时，所述反馈控制部将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的所述频率降低；以及当所述纹波电流大于所述目标时，所述反馈控制部将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的所述频率升高。
3.根据权利要求2的二次电池升温控制装置，其中所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高；当所述纹波电流小于所述目标时，所述反馈控制部降低所述升压器的载波频率；以及当所述纹波电流大于所述目标时，所述反馈控制部升高所述升压器的载波频率。
4.根据权利要求1的二次电池升温控制装置，其中所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高；当所述纹波电流小于所述目标时，所述反馈控制部增大所述升压器的升压比；以及当所述纹波电流大于所述目标时，所述反馈控制部减小所述升压器的升压比。
5.根据权利要求1到4中任一项的二次电池升温控制装置，还包括检测所述二次电池的温度的温度检测部和推定所述二次电池的充电状态(SOC)的SOC推定部，其中当由所述温度检测部检测的温度达到第一预定值或当由所述SOC推定部推定的所述SOC达到第二预定值时，所述反馈控制部停止对所述纹波生成部的控制。
6.一种车辆，包括二次电池，其存储用于驱动所述车辆的电力；纹波生成部，其被连接到所述二次电池并被配置为积极地使纹波电流在所述二次电池中流动；以及根据权利要求1的二次电池升温控制装置，其通过控制所述纹波电流来升高所述二次电池的温度。
7.一种二次电池升温控制方法，其通过控制纹波生成部来升高二次电池的温度，所述纹波生成部被配置为积极地使纹波电流在所述二次电池中流动，所述二次电池升温控制方法包括判定所述纹波电流是否已达到预定目标；当判定所述纹波电流尚未达到所述目标时，判定所述纹波电流是大于所述目标还是小于所述目标；当判定所述纹波电流小于所述目标时，将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的频率降低；以及当判定所述纹波电流大于所述目标时，将所述纹波生成部控制为使得所述纹波电流的频率升高。
8.根据权利要求7的二次电池升温控制方法，其中所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高，且所述二次电池升温控制方法还包括当所述纹波电流小于所述目标时，降低所述升压器的载波频率；以及当所述纹波电流大于所述目标时，升高所述升压器的载波频率。
9.根据权利要求7的二次电池升温控制方法，其中所述纹波生成部包括斩波型升压器，所述升压器被配置为能够将所述升压器的输出电压升高到所述二次电池的电压或更高，且所述二次电池升温控制方法还包括当所述纹波电流小于所述目标时，增大所述升压器的升压比；以及当所述纹波电流大于所述目标时，减小所述升压器的升压比。
10.根据权利要求7到9中任一项的二次电池升温控制方法，还包括 检测所述二次电池的温度；推定所述二次电池的充电状态(SOC)；以及当所检测的温度达到第一预定值或当所述SOC达到第二预定值时，停止对所述纹波生成部的控制。
全文摘要
ECU判定纹波电流是否在目标范围内(S50)。当判定纹波电流不在目标范围内时(S50中的否)，ECU判定纹波电流是大于还是小于目标范围(S80)。当判定纹波电流小于目标范围时(S80中的否)，ECU降低作为纹波生成部的部件的升压转换器的载波频率(S90)。另一方面，当判定纹波电流大于目标范围时(S80中的是)，ECU升高升压转换器的载波频率(S100)。
文档编号B60L11/18GK102470760SQ201080030446
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
发明者田泽正俊, 西勇二, 高桥秀典 申请人:丰田自动车株式会社