JP2022019201A - 昇温装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1):この発明の一態様に係る昇温装置は、二次電池を流れる交流電流の周波数が低周波数から上昇するに従って前記二次電池のインピーダンスの抵抗成分が低下し、前記抵抗成分が最小となる周波数から高周波数側に離れるほど前記抵抗成分が増加する特性を有した二次電池の両端に接続され、前記抵抗成分が最小となる周波数よりも高い高周波帯域の周波数の交流電流を前記二次電池に通流させて前記二次電池を昇温する交流発生回路を備える。
[全体構成]
図1は、昇温装置を含む蓄電システム1を搭載した電動車両の構成の一例を示す図である。蓄電システム1が搭載される電動車両は、例えば、二輪や三輪、四輪等の車両であり、その駆動源は、電動機、或いは電動機とディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関との組み合わせである。電動機は、二次電池の放電電力を使用して動作する。以下の説明では、一例として、電動車両は、エンジンまたは電動機を駆動源とするハイブリッド車両であるものとして説明する。
制御装置100は、例えば、情報管理部102と、情報処理部104と、制御部106とを備える。情報管理部102、情報処理部104、および制御部106は、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサが記憶装置(不図示)に記憶されたプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアまたはハードウェアプロセッサの協働によって実現されてもよい。記憶装置は、例えば、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の不揮発性の記憶装置と、RAM(Random Access Memory)、レジスタ等の揮発性の記憶装置とによって実現される。
図4は、制御装置100の制御部106が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、制御部106は、温度センサ42から二次電池40の温度を取得し、取得した温度T1が閾値Th1以下であるか否かを判定する(ステップS100)。取得した温度T1が閾値Th1以下である場合、制御部106は、情報処理部104により推定された二次電池40のSOCを取得し、取得したSOCが閾値Th2以上であるか否かを判定する(ステップS102)。
(比較例)
図5は、比較例の二次電池40と昇温装置60xとの構成を示す図である。昇温装置60xでは、コンデンサが省略されている。以下、この構成を「構成X(回路Cx)」と称する。なお、図5および後述する図の周波数やその他の大きさは、単なる例示であり、回路の構成や各要素の大きさにより変化する。
第1実施形態では、コンデンサを付加して、高周波数帯域で二次電池40が有するインダクタンスと共振するような構成にし、小さい交流電圧で大きな交流電流を得る。そして、第1実施形態では、抵抗成分の大きくなる周波数で回路を共振させて通電を行うことで、少ない電流で大きな発熱量を得ることができる。
リチウムイオン電池などの二次電池の一般的な構造は、箔状の導電体に電極活物質が塗布され、電解液を含侵させたセパレータと共に多層に形成されている。更に導電体は正極側・負極側それぞれで束ねられて集電体を形成して、電池の外装体に設けられた正極端子・負極端子にそれぞれ接続される。
以下、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、昇温装置の構成が、第1実施形態の昇温装置60の構成と異なる。更に、二次電池40は、充電および放電を繰り返して温度を上げる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
以下、第3実施形態について説明する。第3実施形態では、スイッチング周波数とスイッチングデューティが調整されて、電池に流す交流電流の量、電池での発熱量、交流を発生させる装置での発熱損失が調整される。第3実施形態は、第2実施形態の思想を前提にした実施形態である。以下、第2実施形態との相違点を中心に説明する。
スイッチング周波数fswは式(3)で示される。
図28は、実施形態の制御装置100のハードウェア構成の一例を示す図である。図示するように、制御装置100は、通信コントローラ100-1、CPU100-2、ワーキングメモリとして使用されるRAM(Random Access Memory)100-3、ブートプログラムなどを格納するROM(Read Only Memory)100-4、フラッシュメモリやHDD(Hard Disk Drive)などの記憶装置100-5、ドライブ装置100-6などが、内部バスあるいは専用通信線によって相互に接続された構成となっている。通信コントローラ100-1は、制御装置100以外の構成要素との通信を行う。記憶装置100-5には、CPU100-2が実行するプログラム100-5aが格納されている。このプログラムは、DMA(Direct Memory Access)コントローラ(不図示)などによってRAM100-3に展開されて、CPU100-2によって実行される。これによって、情報管理部102、情報処理部104、および制御部106のうち一部または全部が実現される。
Claims (9)
- 二次電池を流れる交流電流の周波数が低周波数から上昇するに従って前記二次電池のインピーダンスの抵抗成分が低下し、前記抵抗成分が最小となる周波数から高周波数側に離れるほど前記抵抗成分が増加する特性を有した二次電池の両端に接続され、
前記抵抗成分が最小となる周波数よりも高い高周波帯域の周波数の交流電流を前記二次電池に通流させて前記二次電池を昇温する交流発生回路
を、備える昇温装置。 - 二次電池の両端に接続され、
コンデンサ要素を内包した交流発生回路を備え
前記交流発生回路は、前記二次電池のインピーダンスの抵抗成分が最小となる周波数よりも高い高周波数帯域において、前記二次電池のインダクタンス要素と前記コンデンサ要素とを共振させて増幅させた交流電流を前記二次電池に通流させて前記二次電池を昇温する、
昇温装置。 - 前記交流電流の周波数は、前記二次電池に供給する交流電流の電路長の4倍と波長が等しくなる周波数よりも低い周波数である、
請求項1または2に記載の昇温装置。 - 前記交流電流の周波数は、前記二次電池の電気化学反応が所定度合未満となる周波数である、
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の昇温装置。 - 第1コンデンサと、第1スイッチとが直列に接続された第1回路と、
第2スイッチと、第2コンデンサとが直列に接続された第2回路と、
前記第1コンデンサと第1スイッチとの間に設けられた接点と、前記第2コンデンサと前記第2スイッチとの間に設けられた接点とに接続された回路に設けられた第3スイッチを含む第3回路とを含み、
前記第2回路は、前記第1回路に対して並列に接続され、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが遮断状態であり、前記第3スイッチが導通状態で、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサが直列に接続されて、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサから、前記第1回路および前記第2回路に接続された二次電池に電力を供給する第1制御を実行し、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが導通状態であり、前記第3スイッチが遮断状態で、前記二次電池から、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサに電力を供給する第2制御を実行する、交流発生回路
を備える昇温装置。 - 前記第1制御と前記第2制御とがスイッチングするスイッチング周波数は、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが遮断状態であり、前記第3スイッチが導通状態において形成される直列回路の共振周波数と、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが導通状態であり、前記第3スイッチが遮断状態で形成される並列回路の共振周波数との間の周波数であり、
前記直列回路は、前記二次電池と、前記第1コンデンサと、前記第3スイッチと、前記第2コンデンサとが直列に接続された回路であり、
前記並列回路は、前記二次電池と、前記第1コンデンサと前記第1スイッチとが直列に接続された回路と、前記第2コンデンサと前記第2スイッチとが直列に接続された回路とが並列に接続された回路である、
請求項5に記載の昇温装置。 - 前記第1制御の期間が、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが遮断状態であり、前記第3スイッチが導通状態において形成される直列回路の共振周期の半分の時間に対して、1倍を含む奇数倍であり、
前記第2制御の期間が、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが導通状態であり、前記第3スイッチが遮断状態で形成される並列回路の共振周期の半分の時間に対して、1倍を含む奇数倍であるような、
スイッチング周波数とスイッチングデューティで運転されることを特徴とし、
前記直列回路は、前記二次電池と、前記第1コンデンサと、前記第3スイッチと、前記第2コンデンサとが直列に接続された回路であり、
前記並列回路は、前記二次電池と、前記第1コンデンサと前記第1スイッチとが直列に接続された回路と、前記第2コンデンサと前記第2スイッチとが直列に接続された回路とが並列に接続された回路である、
請求項5または6に記載の昇温装置。 - 前記第1制御の状態から、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが遮断状態であり、前記第3スイッチが導通状態において形成される直列回路の共振により、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに流れる電流がゼロをまたぐ時に、前記第2制御へと移行し
前記第2制御の状態から、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチが導通状態であり、前記第3スイッチが遮断状態で形成される並列回路の共振により、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサに流れる電流がゼロをまたぐ時に、前記第1制御へと移行するような
スイッチング周波数とスイッチングデューティで運転されることを特徴とし、
前記直列回路は、前記二次電池と、前記第1コンデンサと、前記第3スイッチと、前記第2コンデンサとが直列に接続された回路であり、
前記並列回路は、前記二次電池と、前記第1コンデンサと前記第1スイッチとが直列に接続された回路と、前記第2コンデンサと前記第2スイッチとが直列に接続された回路とが並列に接続された回路である、
請求項5から7のうちいずれか1項に記載の昇温装置。 - 前記第1制御と前記第2制御とがスイッチングするスイッチング周波数と前期スイッチングデューティを調整することにより、前記二次電池の発熱量と、前記交流発生回路の発熱損失量を調節する、
請求項5に記載の昇温装置。
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