KR101135314B1 - 2차 전지 승온 제어 장치 및 이를 구비한 차량과, 2차 전지 승온 제어 방법 - Google Patents

2차 전지 승온 제어 장치 및 이를 구비한 차량과, 2차 전지 승온 제어 방법 Download PDF

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Abstract

제1 연산부(118)는 리플 전류가 2차 전지에서 흐르게 함으로써 2차 전지의 온도를 상승시키는 리플 승온 작업이 수행되기 전의 2차 전지의 출력 가능 전력(WoutA)을 연산하고, 출력 가능 전력은 2차 전지의 온도 및 충전 상태(SOC)를 기초로 미리 결정된다. 제2 연산부(120)는 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(WoutB)을 연산한다. 판정부(122)는 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA) 이상일 때 리플 승온 작업이 수행되고 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA)보다 낮을 때 리플 승온 작업이 수행되지 않도록 리플 승온 작업을 수행할 지를 결정한다.

Description

2차 전지 승온 제어 장치 및 이를 구비한 차량과, 2차 전지 승온 제어 방법 {SECONDARY BATTERY TEMPERATURE-INCREASING CONTROL APPARATUS, VEHICLE INCLUDING THE SAME, AND SECONDARY BATTERY TEMPERATURE-INCREASING CONTROL METHOD}
본 발명은 2차 전지 승온 제어 장치 및 이를 구비한 차량과, 2차 전지 승온 제어 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 2차 전지의 내부 저항에 의해 유발되는 열 발생을 사용하여 2차 전지의 온도를 상승시키도록 승온 제어를 수행하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이온 전지 및 니켈-수소 전지에 의해 대표되는 2차 전지에서, 온도가 하강됨에 따라, 충전 및 방전 특성이 저하된다. 전지의 온도가 낮을 때 전지의 온도를 신속하게 상승시킬 것이 요구된다.
일본 특허 출원 공개 H11-26032(JP-A-11-26032)에는 전기 차량용 전지 가열 장치가 개시되어 있다. 이러한 장치에서, 전지의 온도는 온도 센서에 의해 검출되고, 방전 제어기는 검출된 온도가 소정값 이하일 때 전지가 출력할 것이 요청되는 요청 전류보다 높은 출력 전류가 흐르게 되도록 제어를 수행한다.
이러한 가열 장치로, 한랭 기후 지역에서도 내측까지 전지의 온도를 신속하게 상승시키는 것이 가능하다고 주장된다.
그러나, 상기 공개 문헌에서는, 전지의 온도를 상승시킬 때의 효율이나 승온 작업이 수행된 후의 2차 전지의 상태에 대해서는 논의되지 않고, 최적의 승온 제어가 수행되는 것이 보장되는 것으로 언급될 수 없다.
본 발명은 2차 전지의 내부 저항에 의해 유발되는 열 발생을 사용하여 2차 전지의 온도를 효율적으로 상승시킬 수 있는 2차 전지 승온 제어 장치를 제공하고, 이러한 2차 전지 승온 제어 장치를 구비하는 차량을 제공한다.
또한, 본 발명은 또한 2차 전지의 내부 저항에 의해 유발되는 열 발생을 사용하여 2차 전지의 온도를 효율적으로 상승시키는 것을 가능케 하는 2차 전지 승온 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 태양에 따른 2차 전지 승온 제어 장치는, 리플 전류(ripple current)가 2차 전지에서 적극적으로 흐르게 하도록 구성된 리플 생성 장치를 제어함으로써 2차 전지의 온도를 상승시키는 2차 전지 승온 제어 장치이며, 이러한 2차 전지 승온 제어 장치는 제1 및 제2 연산부와, 판정부를 포함한다. 제1 연산부는 2차 전지의 온도를 상승시키는 승온 작업이 수행되기 전의 2차 전지의 출력 가능 전력을 나타내는 제1 값(WoutA)을 연산하고, 출력 가능 전력(Wout)은 2차 전지의 온도 및 충전 상태(SOC)를 기초로 미리 결정된다. 제2 연산부는 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량을 기초로 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력을 나타내는 제2 값(WoutB)을 연산한다. 판정부는 제2 값이 제1 값 이상일 때 2차 전지에 대한 승온 작업이 리플 생성 장치를 제어함으로써 수행되고 제2 값이 제1 값보다 작을 때 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행되지 않도록 2차 전지에 대한 승온 작업을 수행할 지를 판정한다.
상기 제1 태양에서, 2차 전지 승온 제어 장치는 제2 값을 기초로 리플 전류의 주파수를 선정하는 주파수 선정부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 태양에서, 주파수 선정부는 리플 전류의 주파수로서 제2 값이 최대로 되는 주파수를 선정할 수 있다.
상기 제1 태양에서, 주파수 선정부는 리플 전류의 주파수로서 2차 전지에 대한 승온 작업이 소정 지속 시간 동안 수행될 때의 제2 값이 최대로 되는 주파수를 선정할 수 있다.
상기 제1 태양에서, 주파수 선정부는 리플 전류의 주파수로서 제2 값의 피크값이 최대로 되는 주파수를 선정할 수 있고, 2차 전지에 대한 승온 작업이 개시될 때로부터 제2 값이 피크값에 도달할 때까지 소요되는 시간이 2차 전지에 대한 승온 작업의 지속 시간으로서 설정될 수 있다.
상기 제1 태양에서, 내연 기관은 2차 전지로부터 출력되는 전력을 사용하여 전기 모터로 시동될 수 있고, 주파수 선정부는 리플 전류의 주파수로서 제2 값이 내연 기관을 시동하는 데 요구되는 전력 이상일 것이 보장되는 주파수를 선정하는 구성이 채용될 수 있다.
상기 제1 태양에서, 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량은, 2차 전지에 대한 승온 작업의 지속 시간 및 리플 전류의 주파수를 기초로 판정될 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따른 차량은 2차 전지, 리플 생성 장치 및 상술한 2차 전지 승온 제어 장치들 중 하나를 포함한다. 2차 전지는 차량을 주행하는 데 사용될 전력을 저장한다. 리플 생성 장치는 2차 전지에 연결되고, 리플 전류가 2차 전지 에서 적극적으로 흐르게 하도록 구성된다. 2차 전지 승온 제어 장치는 리플 생성 장치를 제어함으로써 2차 전지의 온도를 상승시킨다.
본 발명의 제3 태양에 따른 2차 전지 승온 제어 방법은, 리플 전류가 2차 전지에서 적극적으로 흐르게 하도록 구성된 리플 생성 장치를 제어함으로써 2차 전지의 온도를 상승시키는 2차 전지 승온 제어 방법이며, 이러한 2차 전지 승온 방법은, 2차 전지의 온도를 상승시키는 승온 작업이 수행되기 전의 2차 전지의 출력 가능 전력을 나타내는 제1 값(WoutA)을 연산하는 단계로서, 출력 가능 전력(Wout)은 2차 전지의 온도 및 충전 상태(SOC)를 기초로 미리 결정되는, 단계와, 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량을 기초로 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력을 나타내는 제2 값(WoutB)을 연산하는 단계와, 제2 값이 제1 값 이상일 때 2차 전지에 대한 승온 작업이 리플 생성 장치를 제어함으로써 수행되고 제2 값이 제1 값보다 작을 때 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행되지 않도록 2차 전지에 대한 승온 작업을 수행할 지를 판정하는 단계를 포함하는, 2차 전지 승온 제어 방법이다.
상기 제3 태양에서, 2차 전지 승온 제어 방법은 제2 값을 기초로 리플 전류의 주파수를 선정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제3 태양에서, 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 제2 값이 최대로 되는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정될 수 있다.
상기 제3 태양에서, 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 2차 전지에 대한 승온 작업이 소정 지속 시간 동안 수행될 때의 제2 값이 최대로 되는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정될 수 있다.
상기 제3 태양에서, 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 제2 값의 피크값이 최대로 되는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정될 수 있고, 2차 전지 승온 제어 방법은 2차 전지에 대한 승온 작업의 지속 시간으로서 2차 전지에 대한 승온 작업이 개시될 때로부터 제2 값이 피크값에 도달할 때까지 소요되는 시간을 설정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제3 태양에서, 내연 기관은 2차 전지로부터 출력되는 전력을 사용하여 전기 모터로 시동될 수 있고, 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 제2 값이 내연 기관을 시동하는 데 요구되는 전력 이상인 것을 보장하는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정되는 구성이 채용될 수 있다.
상기 제3 태양에서, 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량은 2차 전지에 대한 승온 작업의 지속 시간 및 리플 전류의 주파수를 기초로 결정될 수 있다.
본 발명에서, 2차 전지에 대한 승온 작업은 리플 전류가 2차 전지에서 적극적으로 흐르게 하도록 구성된 리플 생성 장치를 제어함으로써 수행된다. 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(Wout)을 나타내는 제2 값(WoutB)이 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행되기 전의 출력 가능 전력을 나타내는 제1 값(WoutA) 이상일 때에는 2차 전지에 대한 승온 작업이 리플 생성 장치를 제어함으로써 수행되고, 제2 값이 제1 값보다 작을 때에는 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행되지 않도록, 판정이 수행된다. 이와 같이, 2차 전지의 온도가 상승될 것이 예측될 때도, 출력 가능 전력이 저하될 때에는 2차 전지에 대한 승온 작업이 수행되지 않는다.
따라서, 본 발명에 따르면, 2차 전지의 내부 저항에 의해 유발되는 열 발생을 사용하여 2차 전지의 온도를 효율적으로 상승시키는 것이 가능하다.
본 발명의 상술한 그리고 추가의 목적, 특징 및 장점은, 동일한 도면 부호가 동일한 요소를 나타내는 데 사용된 첨부 도면을 참조하여 이루어진 실시예의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 2차 전지 승온 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 2차 전지의 전압 내역을 도시하는 도면이다.
도 3은 2차 전지의 임피던스 특성(절대치)을 도시하는 선도이다.
도 4는 2차 전지의 임피던스 특성(위상)을 도시하는 선도이다.
도 5는 내부 저항에 발생되는 전압이 구속 조건인 극저온 환경 하에서 2차 전지에서 흐르게 될 수 있는 리플 전류의 피크값을 도시하는 도면이다.
도 6은 내부 저항에 발생되는 전압이 구속 조건인 극저온 환경 하에서 2차 전지에서 발생될 수 있는 평균 열량을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 2차 전지 승온 제어 장치가 적용되는 하이브리드 차량의 전체의 블록도이다.
도 8은 승압 컨버터에 의해 2차 전지에서 흐르게 되는 리플 전류를 도시하는 도면이다.
도 9는 2차 전지의 출력 가능 전력을 도시하는 도면이다.
도 10은 2차 전지의 출력 가능 전력의 시간적 변화의 일부 예를 도시하는 도면이다.
도 11은 승압 컨버터의 제어와 관련된, 도 7에 도시된 ECU의 부분의 기능 블록도이다.
도 12는 리플 승온 작업을 수행할 지에 대한 도 7에 도시된 ECU에 의해 수행된 판정 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 13은 승압 컨버터의 제어와 관련된, 제2 실시예의 ECU의 부분의 기능 블록도이다.
도 14는 제2 실시예의 ECU에 의해 수행되는 리플 주파수의 선정 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 15는 2차 전지의 출력 가능 전력의 시간적 변화의 일부 예를 도시하는 도면이다.
도 16은 제2 실시예의 변형예에 따른 리플 주파수의 선정 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 17은 엔진 시동에 요구되는 전력과 엔진 온도 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 18은 승압 컨버터의 제어와 관련되는 제3 실시예의 ECU의 부분의 기능 블록도이다.
도 19는 제3 실시예의 ECU에 의해 수행되는 리플 주파수의 선정 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 20은 제3 실시예의 ECU에 의해 수행되는 리플 주파수의 선정 절차를 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명한다. 도면의 동일 또는 대응 부분은 동일한 도면 부호에 의해 지정되고, 그 설명은 반복하지 않는다는 것을 알아야 한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 2차 전지 승온 방법을 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 시스템은 2차 전지(10), 리플 생성 장치(20) 및 제어기(30)를 포함한다. 리플 생성 장치(20)는 2차 전지(10)에 연결된다.
2차 전지(10)는 리튬 이온 전지 또는 니켈-수소 전지에 의해 대표되는 재충전 가능한 전지이다. 2차 전지(10)는 내부 저항(12)을 갖는다. 나중에 설명되는 것과 같이, 내부 저항(12)은 온도 의존성을 갖고, 또한 전지에서 흐르는 전류의 주파수에 따라 상당히 변화된다.
리플 생성 장치(20)는 제어기(30)에 의해 제어되고, 소정 주파수의 리플 전류(I)가 2차 전지(10)에서 흐르게 한다. 이와 같이, 본 발명에서, 리플 전류가 내측으로부터 2차 전지의 온도를 상승시키도록 2차 전지에서 흐르게 된다(온도를 상승시키는 이러한 작업은 이후에서 "리플 승온 작업"으로도 언급함). 예컨대, 리플 생성 장치(20)의 구성 요소인 전력 반도체 스위칭 소자를 온 및 오프 전환함으로써 리플 전류(I)가 2차 전지(10)에서 흐르게 하는 것이 가능하다.
제어기(30)는 리플 전류(I)가 2차 전지(10)에서 흐르게 함으로써 내측으로부터 2차 전지(10)의 온도를 상승시키도록 리플 생성 장치(20)를 제어한다. 제어기(30)는 2차 전지(10)의 임피던스의 주파수 특성을 기초로 2차 전지(10)의 임피던스의 절대치가 상대적으로 작은 범위 내의 주파수의 리플 전류(I)가 2차 전지(10)에서 흐르게 하도록 리플 생성 장치(20)를 제어한다.
도 2는 2차 전지(10)의 전압 내역을 도시하는 도면이다. 도 2에서, 간략화를 위해, 내부 저항은 단지 실부(real part)를 갖고, L, C 등에 의해 유발되는 허부(imaginary part)는 없다. 도 2를 참조하면, 2차 전지(10)의 단자들 사이에서 발생되는 전압(V)은 통전 시 내부 저항(12)에 발생되는 전압(ΔV)을 개방-회로 전압(OCV)에 대해 가산 또는 감산함으로써 얻어진다. 구체적으로, 충전 전류가 흐를 때 V = OCV + ΔV이고, 방전 전류가 흐를 때(ΔV > 0) V = OCV - ΔV이다.
내부 저항(12)의 저항값이 R일 때, 전류(I)가 2차 전지(10)에서 흐를 때 발생되는 열량(Q)은 다음의 방정식에 의해 표현된다. 즉,
Q = I2 x R… (1)
= I x ΔV…(2)
= ΔV2/R…(3)
이들 방정식 (1) 내지 (3)은 서로 동일하다. 방정식 (1)에 따르면, 2차 전지(10)의 온도는 리플 생성 장치(20)의 사용으로 발생되는 리플 전류(I)를 상승시킴으로써 효과적으로 상승되는 것처럼 보인다. 그러나, 실제로, 2차 전지의 전압(V)과 관련하여, 안전성 및 내구성의 관점에서 상한 및 하한 전압을 준수할 것이 요구된다. 구체적으로, 극저온 환경 하에서, 내부 저항(12)의 저항값(R)이 상승되고 그에 따라 전압(ΔV)이 상승되어, 2차 전지(10)의 전압(V)이 상한과 하한 사이의 범위에서 억제되면서 열을 발생시키는 충분한 리플 전류(I)가 흐르게 하는 것이 불가능해지는 상황이 일어날 가능성이 있다.
구체적으로, 내부 저항(12)의 저항값(R)이 상승되는 저온 환경 하에서(특히, 극저온 환경 하에서), 전압(ΔV)이 구속 조건으로 되고 리플 전류(I)가 2차 전지(10)에서 흐르게 하는 것을 불가능하게 하는 상황이 일어날 가능성이 있고, 이것은 2차 전지(10)의 온도가 효과적으로 상승되는 것을 막는다. 이와 같이, 방정식 (3) 그리고 2차 전지(10)의 임피던스의 주파수 특성이 주목되고, 2차 전지(10)의 임피던스의 절대치[내부 저항(12)의 저항값(R)]가 소정 범위로부터 벗어난 주파수의 경우의 동일한 임피던스의 절대치에 비해 상대적으로 작은 범위 내의 주파수의 리플 전류가 리플 생성 장치(20)에 의해 흐르게 된다. 이러한 방식으로, 2차 전지(10)에서의 발열량(Q)이 상승되고, 2차 전지(10)의 온도를 효과적으로 상승시키는 것이 가능해진다.
도 3 및 도 4는 2차 전지(10)의 임피던스 특성을 도시하는 선도이다. 2차 전지의 전기적 특성을 분석하는 방법으로서, 전기 화학적 임피던스 분광법(EIS)이 알려져 있다. 선도는 EIS의 사용으로 2차 전지(10)의 임피던스 특성을 보여준다. 도 3은 임피던스(Z)의 절대치(│Z│)의 주파수 특성을 도시하고 있다. 도 4는 임피던스(Z)의 위상(θ)의 주파수 특성을 도시하고 있다.
도 3 및 도 4에서, 로그로 표시되는 수평축은 2차 전지(10)에서 발생되는 교류 전류(리플 전류)의 주파수를 나타낸다. 로그로 표시되는 수직축은 도 3에서 임피던스(Z)의 절대치(│Z│)를 나타낸다. 수직축은 도 4에서 임피던스(Z)의 위상(θ)을 나타낸다.
도 3에 도시된 것과 같이, 2차 전지(10)의 온도를 상승시킬 것이 요구되는 저온 환경 하에서의 임피던스(Z)의 절대치(│Z│)는 비-저온 환경 하에 비해 증가된다. 그러나, 이러한 증가는 리플 전류의 주파수가 낮을 때 상당하다. 구체적으로, 약 1 ㎑의 주파수에서, 임피던스(Z)의 절대치(│Z│)는 주파수가 이러한 주파수 범위(약 1 ㎑)로부터 멀어질 때의 임피던스(Z)의 절대치(│Z│)보다 작다. 또한, 극저온 환경 하에서도, 절대치는 비-저온 환경 하(예컨대, 실온)에 비해 절대치의 최대 3배이다(도 3에서, A 부분). 또한, 도 4에 도시된 것과 같이, 이러한 주파수 범위(약 1 ㎑)에서, 임피던스(Z)의 위상(θ)은 0에 근접하고, 그에 따라 역률(power factor)은 양호한 효율을 의미하는 1이다.
이와 같이, 본 발명에서, 2차 전지(10)의 임피던스의 주파수 특성을 기초로, 2차 전지(10)의 임피던스(Z)의 절대치(│Z│)가 상대적으로 작은 범위 내의 주파수(예컨대, 도 3을 기초로, 약 1 ㎑)의 리플 전류가 리플 생성 장치(20)에 의해 생성된다. 이러한 방식으로, 2차 전지(10)의 내부 저항(12)에 발생되는 전압(ΔV)에 의해 부과되는 구속 조건 하에서도 리플 전류가 2차 전지(10)에서 효과적으로 흐르게 하는 것이 가능하여, 2차 전지(10)의 온도가 효과적으로 상승된다.
도 5는 2차 전지(10)의 내부 저항(12)에 발생되는 전압(ΔV)이 구속 조건인 극저온 환경 하에서 2차 전지(10)에서 흐르게 될 수 있는 리플 전류의 피크값을 도시하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 수평축은 리플 전류의 주파수를 나타내고, 수직축은 전압(ΔV)의 구속 조건 하에서 2차 전지(10)에서 흐르게 될 수 있는 (사인 곡선형인 것으로 추정되는) 리플 전류의 피크값을 나타낸다. 전압(ΔV)이 0.5 V이고 2차 전지(10)의 온도(T)가 -30 ℃(극저온)인 경우가 예로서 도시되어 있다는 것을 알아야 한다.
도 5에 도시된 것과 같이, 2차 전지(10)의 임피던스의 절대치가 상대적으로 작은 주파수 범위(약 1 ㎑)에서, 2차 전지(10)에서 흐르게 될 수 있는 전류가 상승된다. 주파수가 낮거나 전류가 직류일 때, 전압(ΔV) = 0.5 V인 구속 조건이 부과되면, 2차 전지의 온도를 상승시키도록 전류가 2차 전지(10)에서 흐르게 하는 것이 거의 불가능하다.
도 6은 2차 전지(10)의 내부 저항(12)에 발생되는 전압(ΔV)이 구속 조건인 극저온 환경 하에서 2차 전지(10)에서 발생될 수 있는 평균 열량을 도시하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 수평축은 리플 전류의 주파수를 나타내고, 수직축은 리플의 1회 사이클에서 2차 전지(10)에서 발생되는 평균 열량을 나타낸다. 도 6에서도, 전압(ΔV)이 0.5 V이고 2차 전지(10)의 온도(T)가 -30 ℃(극저온)인 경우가 예로서 도시되어 있다는 것을 알아야 한다.
도 6에 도시된 것과 같이, 2차 전지(10)에 의해 발생되는 열량은 2차 전지(10)의 임피던스의 절대치가 상대적으로 작은 주파수 범위(약 1 ㎑)에서 상승된다. 주파수가 낮거나 전류가 직류일 때, 전압(ΔV) = 0.5 V인 구속 조건이 부과되면, 2차 전지의 온도를 상승시키도록 전류가 2차 전지(10)에서 흐르게 하는 것이 거의 불가능하다.
상기 설명한 바와 같이, 2차 전지(10)의 임피던스의 주파수 특성을 기초로, 2차 전지(10)의 임피던스의 절대치가 상대적으로 작은 주파수 범위 내의 주파수(예컨대, 약 1 ㎑)의 리플 전류가 리플 생성 장치(20)에 의해 흐르게 된다. 이러한 방식으로, 2차 전지(10)의 발열량(Q)을 상승시키는 것이 가능하고, 2차 전지(10)의 온도를 효과적으로 상승시키는 것이 가능하다.
이후, 본 발명의 제1 실시예에 따른 2차 전지 승온 제어 장치(1)가 적용되는 시스템의 구성의 예를 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 2차 전지 승온 제어 장치(1)가 적용되는 하이브리드 차량의 전체의 블록도이다. 도 7을 참조하면, 하이브리드 차량(100)은 2차 전지(10), 승압 컨버터(22), 커패시터(CH), 인버터(52, 54), 모터 제너레이터(56, 58), 엔진(60), 동력 분할 기구(62) 및 구동륜(64)을 포함한다. 하이브리드 차량(100)은 전자 제어 유닛(ECU, 70), 온도 센서(82, 90), 전류 센서(84) 및 전압 센서(86, 88)를 추가로 포함한다.
승압 컨버터(22)는 전력 반도체 스위칭 소자(이후에서, 간단하게 "스위칭 소자"로도 언급함)(Q1, Q2), 다이오드(D1, D2) 및 리액터(L)를 포함한다. 스위칭 소자(Q1, Q2)는 정극선(PL2)과 2차 전지(10)의 부극에 연결되는 부극선(NL) 사이에 직렬로 연결된다. 스위칭 소자(Q1)의 컬렉터(collector)가 정극선(PL2)에 연결되고, 스위칭 소자(Q2)의 이미터(emitter)가 부극선(NL)에 연결된다. 다이오드(D1, D2)는 각각 스위칭 소자(Q1, Q2)에 역병렬로 연결된다. 리액터(L)의 하나의 단자가 2차 전지(10)의 정극에 연결되는 정극선(PL1)에 연결되고, 그 다른 단자는 스위칭 소자(Q1, Q2) 사이의 노드(ND)에 연결된다.
상기 스위칭 소자(Q1, Q2)로서, 예컨대 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 전력용 금속 산화막 반도체(MOS) 트랜지스터 등이 사용될 수 있다.
승압 컨버터(22)는 ECU(70)로부터의 제어 신호(PWMC)를 기초로 2차 전지(10)의 출력 전압 이상으로 정극선(PL2)과 부극선(NL) 사이의 전압(이후에서, "시스템 전압"으로도 언급함)을 승압할 수 있다. 시스템 전압이 목표 전압보다 낮을 때, 스위칭 소자(Q2)의 듀티 인자(duty factor)를 증가시킴으로써, 전류가 정극선(PL1)으로부터 정극선(PL2)으로 흐르게 되고, 그에 의해 시스템 전압을 상승시키는 것이 가능하다. 한편, 시스템 전압이 목표 전압보다 높을 때, 스위칭 소자(Q1)의 듀티 인자를 증가시킴으로써, 전류가 정극선(PL2)로부터 정극선(PL1)으로 흐르게 되고, 그에 의해 시스템 전압을 저하시키는 것이 가능하다.
승압 컨버터(22) 및 (나중에 설명되는) 커패시터(CH)는 도 1에 도시된 리플 생성 장치(20)를 형성한다. 리플 승온 작업을 수행하는 소정 조건이 충족될 때, 승압 컨버터(22)가 ECU(70)로부터의 제어 신호(PWMC)를 기초로 스위칭 소자(Q1, Q2)를 온 및 오프함으로써 리플 전류가 2차 전지(10)에서 흐르게 한다. 더 구체적으로, 승압 컨버터(22)에서, 스위칭 소자(Q1, Q2)는 제어 신호(PWMC)에 따라 상보적으로 온 및 오프되고, 그에 의해 승압 컨버터(22)는 스위칭 소자(Q1, Q2)의 스위칭 주파수에 따라 리플 전류가 2차 전지(10)에서 흐르게 한다.
도 8은 승압 컨버터(22)에 의해 2차 전지(10)에서 흐르게 되는 리플 전류를 도시하는 도면이다. 도 8을 참조하면, 승압 컨버터(22)의 캐리어 신호(CR)가 시간 t1에서 듀티 지령값[d(=0.5)]를 초과할 때, 상부 아암의 스위칭 소자(Q1)는 오프가 되고, 하부 아암의 스위칭 소자(Q2)는 온이 된다. 이것이 일어날 때, 2차 전지(10)에서 흐르는 [전지가 충전 중일 때 정(正)인] 전류(IB)가 역전되어, 부(負)방향으로 상승된다. 리액터(L)에 저장된 에너지가 방출된 시기에, 전류(IB)의 부호가 정으로부터 부로 전환된다.
캐리어 신호(CR)가 시간 t2에서 듀티 지령값(d) 아래로 떨어질 때, 상부 아암의 스위칭 소자(Q1)는 온이 되고, 하부 아암의 스위칭 소자(Q2)는 오프가 된다. 그러면, 전류(IB)가 역전되고, 정방향으로 상승된다. 리액터(L)에 저장된 에너지가 방출된 시기에, 전류(IB)의 부호는 부에서 정으로 전환된다.
캐리어 신호(CR)가 시간 t3에서 듀티 지령값(d)을 다시 초과할 때, 스위칭 소자(Q1, Q2)는 각각 오프 및 온이 된다. 전류(IB)가 다시 역전되고, 부방향으로 상승된다. 이러한 방식으로, 승압 컨버터(22)는 스위칭 소자(Q1, Q2)의 스위칭 주파수에 따라 리플 전류가 2차 전지(10)에서 흐르게 한다.
도 7을 다시 참조하면, 커패시터(CH)는 정극선(PL2)과 부극선(NL) 사이의 전압을 매끄럽게 한다. 커패시터(CH)는 2차 전지(10)에 대한 리플 승온 작업이 수행될 때 2차 전지(10)로부터 출력되는 전력을 일시적으로 저장하는 전력 버퍼로서 사용된다.
정극선(PL2) 및 부극선(NL)에 연결되는 인버터(52)는 ECU(70)로부터의 제어 신호(PWMI1)를 기초로 모터 제너레이터(56)를 구동한다. 정극선(PL2) 및 부극선(NL)에 연결되는 인버터(54)는 ECU(70)로부터의 제어 신호(PWMI2)를 기초로 모터 제너레이터(58)를 구동한다.
각각의 모터 제너레이터(56, 58)는 예컨대 영구 자석이 매설되는 로터가 제공되는 3상 교류 모터인 교류 모터이다. 동력 분할 기구(62)는 태양 기어, 피니언, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어이다. 모터 제너레이터(56, 58) 및 엔진(60)은 동력 분할 기구(62)에 연결된다. 엔진(60)에 의해 발생되는 동력은 동력 분할 기구(62)에 의해 2개의 경로로 분배된다. 구체적으로, 이들 경로 중 하나가 구동륜(64)으로 동력을 전달하고, 다른 경로는 모터 제너레이터(56)로 동력을 전달한다.
모터 제너레이터(56)는 동력 분할 기구(62)에 의해 분배되는 엔진(60)의 동력을 사용하여 전기를 발생시킨다. 2차 전지(10)의 잔존 용량[이후에서, "SOC(충전 상태)"로도 언급하고, 완전 방전 상태 및 완전 충전 상태가 각각 0% 및 100%인 0% 내지 100%의 값으로 나타냄]이 저하될 때, 엔진(60)이 시동되고, 전기가 모터 제너레이터(56)에 의해 발생되어, 2차 전지(10)를 충전한다.
모터 제너레이터(58)는 정극선(PL2)을 통해 공급되는 전력을 사용하여 구동력을 발생시킨다. 모터 제너레이터(58)에 의해 발생되는 구동력은 구동륜(64)으로 전달된다. 차량의 제동 중에, 모터 제너레이터(58)는 전기를 발생시키도록 차량의 운동 에너지를 구동륜(64)으로부터 수신한다. 구체적으로, 모터 제너레이터(58)는 제동력을 얻도록 차량의 운동 에너지를 전력으로 변환하는 회생 브레이크로서 역할을 한다.
온도 센서(82)는 2차 전지(10)의 온도(TB)를 검출하고, 검출값을 ECU(70)로 출력한다. 전류 센서(84)는 2차 전지(10)에 대해 입력 및 출력되는 전류(IB)를 검출하고, 검출값을 ECU(70)로 출력한다. 전류(IB)의 부호는 이후에서 전류(IB)가 2차 전지(10)가 충전되는 방향으로 흐를 때 정으로 한다. 전압 센서(86)는 2차 전지(10)의 출력 전압에 해당하는 정극선(PL1)과 부극선(NL) 사이의 전압(VB)을 검출하고, 검출값을 ECU(70)로 출력한다. 전압 센서(88)는 정극선(PL2)과 부극선(NL) 사이의 전압(VH)을 검출하고, 검출값을 ECU(70)로 출력한다. 온도 센서(90)는 엔진(60)의 온도(TE)를 검출하고, 검출값을 ECU(70)로 출력한다.
ECU(70)는 전압 센서(86, 88)로부터 수신되는 전압(VB, VH)의 검출값을 기초로 승압 컨버터(22)를 구동하는 제어 신호(PWMC)를 생성하고, 생성된 제어 신호(PWMC)를 승압 컨버터(22)로 출력한다.
리플 승온 작업을 수행할 것이 요청될 때, ECU(70)는 나중에 설명되는 방법에 의해 리플 승온 작업을 수행할 지를 결정한다. 예컨대, 온도 센서(82)로부터 수신되는 온도(TB)의 검출값이 소정값 아래로 떨어질 때, 리플 승온 작업을 수행할 것이 요청된다. 리플 승온 작업을 수행할 것이 결정될 때, ECU(70)는 2차 전지(10)에 대한 리플 승온 작업을 수행하기 위해 리플 전류가 2차 전지(10)에서 흐르게 하도록 승압 컨버터(22)를 제어한다.
ECU(70)는 각각 모터 제너레이터(56, 58)를 구동하는 제어 신호(PWMI1, PWMI2)를 생성하고, 생성된 신호(PWMI1, PWMI2)를 각각 인버터(52, 54)로 출력한다.
이후, 도 7에 도시된 ECU(70)에 의해 수행되는 리플 승온 작업을 수행할 지를 결정하는 방법에 대해 설명한다.
도 9는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(Wout)을 도시하는 도면이다. 출력 가능 전력(Wout)은 2차 전지(10)가 순간적으로 출력(방전)할 수 있는 전력(㎾)이다. 도 9를 참조하면, 수평축은 2차 전지(10)의 온도(℃)를 나타내고, 수직축은 2차 전지(10)의 SOC(%)를 나타낸다. 도 9에서, 출력 가능 전력(Wout)은 동일한 라인 상에서 동일하고, 2차 전지(10)의 온도가 높을수록 그리고 SOC가 높을수록, 출력 가능 전력(Wout)이 높아진다.
도 9에서의 점은 리플 승온 작업이 수행되기 전의 2차 전지(10)의 상태(초기 상태)의 예이다. 점선으로 나타낸 벡터는 리플 승온 작업에 의해 유발되는 2차 전지(10)의 상태 변화의 가능성을 보여준다. 리플 승온 작업에 의해 유발되는 2차 전지(10)의 상태 변화, 즉 온도 변화량 및 SOC 변화량은 리플 승온 작업 중에 흐르게 되는 리플 전류의 주파수(이후에서, "리플 주파수"로도 언급함) 및 리플 승온 작업이 수행되는 지속 시간을 기초로 결정된다.
제1 실시예에서, 도 9에 도시된 출력 가능 전력(Wout) 값은 맵의 형태로 미리 준비되고, 이러한 출력 가능 전력 맵을 기초로, 리플 승온 작업을 수행할 지가 결정된다. 구체적으로, 온도가 상승된 후의 출력 가능 전력은 리플 주파수 및 리플 승온 작업의 지속 시간을 기초로 예측되고, 예측된 값은 리플 승온 작업이 수행되기 전의 출력 가능 전력과 비교된다. 이후, 온도가 상승된 후의 출력 가능 전력의 예측된 값이 온도가 상승되기 전의 출력 가능 전력 이상일 때, 리플 승온 작업을 수행할 것이 결정된다. 온도가 상승된 후의 출력 가능 전력의 예측된 값이 온도가 상승되기 전의 출력 가능 전력보다 낮을 때, 리플 승온 작업을 수행하지 않을 것이 결정된다.
도 10은 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(Wout)의 시간적 변화의 일부 예를 도시하는 도면이다. 도 10을 참조하면, 수평축은 리플 승온 작업의 지속 시간(시간)을 나타내고, 수직축은 출력 가능 전력(Wout)의 변화량(ΔWout)을 나타낸다. 도시된 3개의 예는 도 9의 점선으로 나타낸 3개의 벡터에 대응한다.
리플 승온 작업에 의해 유발되는 출력 가능 전력(Wout)의 변화량(ΔWout)이 정일 때, 즉 리플 승온 작업이 출력 가능 전력(Wout)을 상승시킬 때, 리플 승온 작업이 수행된다. 반면에, 리플 승온 작업에 의해 유발되는 출력 가능 전력(Wout)의 변화량(ΔWout)이 부일 때, 즉 리플 승온 작업이 출력 가능 전력(Wout)을 저하시킬 때, 리플 승온 작업이 수행되지 않는다.
도 11은 승압 컨버터(22)의 제어와 관련되는 도 7에 도시된 ECU(70)의 부분의 기능 블록도이다. 도 11을 참조하면, ECU(70)는 전압 지령 생성부(110), 전압 제어부(112), 듀티 지령 생성부(114), 펄스 폭 변조(PWM) 신호 생성부(116), 제1 연산부(118), 제2 연산부(120), 판정부(122) 및 캐리어 생성부(124)를 포함한다.
전압 지령 생성부(110)는 승압 컨버터(22)에 의해 제어되는 전압(VH)의 목표값인 전압 지령값(VR)을 생성한다. 예컨대, 전압 지령 생성부(110)는 모터 제너레이터(56, 58)의 토크 지령값 및 모터 속도로부터 연산되는 모터 제너레이터(56, 58)의 파워를 기초로 전압 지령값(VR)을 생성한다.
전압 제어부(112)는 전압 지령 생성부(110)로부터 전압 지령값(VR)을 수신하고, 각각 전압 센서(88, 86)로부터 전압(VH, VB)의 검출값을 수신한다. 전압 제어부(112)는 전압(VH)이 전압 지령값(VR)과 동일해지게 하는 제어 작업(예컨대, 비례 적분 제어)을 수행한다.
듀티 지령 생성부(114)는 전압 제어부(112)로부터의 제어를 위한 출력을 기초로 승압 컨버터(22)의 스위칭 소자(Q1, Q2)의 스위칭 듀티 인자를 나타내는 듀티 지령값(d)을 생성한다. 듀티 지령 생성부(114)가 2차 전지(10)에 대한 리플 승온 작업이 수행되어야 한다는 결정 결과를 판정부(122)로부터 수신할 때, 듀티 지령 생성부(114)는 전압 제어부(112)로부터의 제어를 위한 출력과 무관하게 리플 승온 작업을 위한 소정값[예컨대, 0.5(승압비는 2)]으로 듀티 지령값(d)을 설정한다.
PWM 신호 생성부(116)는 캐리어 생성부(124)로부터 수신되는 캐리어 신호(CR)와 듀티 지령 생성부(114)로부터 수신되는 듀티 지령값(d)을 비교하고, 논리 상태가 비교 결과에 따라 변화되는 제어 신호(PWMC)를 생성한다. 이후, PWM 신호 생성부(116)는 생성된 제어 신호(PWMC)를 승압 컨버터(22)의 스위칭 소자(Q1, Q2)로 출력한다.
제1 연산부(118)는 온도 센서(82)에 의해 검출되는 2차 전지(10)의 온도(TB) 값을 2차 전지(10)의 SOC를 수신한다. 2차 전지(10)의 SOC는 다양한 공지된 방법을 사용하여 전류(IB) 및 전압(VB)의 검출값을 기초로 연산된다. 제1 연산부(118)는 저장부로부터 도 9에 도시된 2차 전지(10)의 출력 가능 전력 맵을 읽어내고, 출력 가능 전력 맵은 (도시되지 않은) 읽기 전용 메모리(ROM) 등의 저장부에 미리 준비된다.
이후, 제1 연산부(118)는 출력 가능 전력 맵을 사용하여 2차 전지(10)의 온도(TB) 및 SOC를 기초로 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(WoutA)을 연산한다. 구체적으로, 출력 가능 전력(WoutA)은 리플 승온 작업이 수행되기 전의 2차 전지(10)의 출력 가능 전력이다.
제2 연산부(120)는 2차 전지(10)의 온도(TB) 및 SOC를 수신하고, 저장부로부터 출력 가능 전력 맵을 읽어낸다. 제2 연산부(120)는 리플 승온 작업이 수행될 때 유발되는 2차 전지(10)의 온도 변화량(ΔT, 승온량) 및 SOC 변화량(ΔS, SOC 저하량)을 수신한다. 온도 변화량(ΔT) 및 SOC 변화량(ΔS)은 리플 주파수 및 리플 승온 작업의 지속 시간을 기초로 결정되고, 이들 변화량은 리플 주파수 및 리플 승온 작업의 지속 시간을 기초로 제2 연산부(120)에서 연산될 수 있다.
제2 연산부(120)는 출력 가능 전력 맵을 사용하여 온도 변화량(ΔT) 및 SOC 변화량(ΔS)을 기초로 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(WoutB)을 연산(예측)한다.
판정부(122)는 제1 연산부(118)로부터 출력 가능 전력(WoutA)을 수신하고, 제2 연산부(120)로부터 출력 가능 전력(WoutB)을 수신한다. 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA) 이상일 때, 판정부(122)는 리플 승온 작업을 실제로 수행할 것을 결정한다. 반면에, 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA)보다 낮을 때, 판정부(122)는 리플 승온 작업을 수행하지 않을 것을 결정한다. 판정부(122)는 듀티 지령 생성부(114) 및 캐리어 생성부(124)로 리플 승온 작업을 수행할 지를 결정한 결과를 보낸다.
캐리어 생성부(124)는 PWM 신호 생성부(116)에서 PWM 신호를 생성하는 캐리어 신호(CR)(삼각파)를 생성하고, 생성된 캐리어 신호(CR)를 PWM 신호 생성부(116)로 출력한다. 2차 전지(10)에 대한 리플 승온 작업이 수행되어야 한다는 결정 결과가 판정부(122)로부터 수신될 때, 캐리어 생성부(124)는 리플 주파수(예컨대, 도 3을 기초로 1 ㎑)를 갖는 캐리어 신호(CR)를 생성하고, 생성된 캐리어 신호(CR)를 PWM 신호 생성부(116)로 출력한다.
도 12는 도 7에 도시된 ECU(70)에 의해 수행되는 리플 승온 작업을 수행할 지에 대한 결정 절차를 설명하는 흐름도이다. 이러한 흐름도에 기재된 일련의 단계는 예컨대 2차 전지(10)의 온도(TB)가 소정값 아래로 떨어지기 때문에 리플 승온 작업을 수행할 것이 요청될 때 메인 루틴에 의해 호출되어 실행된다.
도 12를 참조하면, ECU(70)는 2차 전지(10)의 온도(TB) 및 SOC를 획득한다(단계 S10). 온도(TB)는 온도 센서(82)에 의해 검출되고, SOC는 전류 센서(84)에 의해 검출되는 전류(IB) 및 전압 센서(86)에 의해 검출되는 전압(VB)을 기초로 연산된다.
이후, ECU(70)는 미리 준비된 2차 전지(10)의 출력 가능 전력 맵을 사용하여 단계 S10에서 획득된 온도(TB) 및 SOC를 기초로 현재의 출력 가능 전력(WoutA)을 연산한다(단계 S20). 이후, ECU(70)는 리플 승온 작업이 수행될 때의 2차 전지(10)의 온도 변화량 및 SOC 변화량을 연산한다(단계 S30). 상기 설명한 바와 같이, 온도 변화량 및 SOC 변화량은 리플 주파수 및 승온 작업의 지속 시간을 기초로 결정되고, ECU(70)는 미리 결정된 리플 주파수 및 승온 작업의 지속 시간을 기초로 이들 변화량을 연산한다는 것을 알아야 한다.
이후, ECU(70)는 출력 가능 전력 맵을 다시 사용하여 단계 S30에서 연산된 온도 변화량 및 SOC 변화량을 기초로 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(WoutB)을 연산한다(단계 S40).
이후, ECU(70)는 단계 S40에서 연산된 출력 가능 전력(WoutB)이 단계 S20에서 연산된 출력 가능 전력(WoutA) 이상인 지를 결정한다(단계 S50). 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA) 이상인 것으로 결정될 때(단계 S50에서 예), ECU(70)는 리플 승온 작업을 실제로 수행하도록 승압 컨버터(22)를 제어한다(단계 S60). 반면에, 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA)보다 낮은 것으로 단계 S50에서 결정될 때(단계 S50에서 아니오), ECU(70)는 리플 승온 작업을 수행하지 않을 것을 결정한다(단계 S70).
상기 설명한 바와 같이, 제1 실시예에서, 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(WoutB)은 2차 전지(10)의 출력 가능 전력 맵을 사용하여 예측되고, 리플 승온 작업이 수행되기 전의 출력 가능 전력(WoutA)과 비교된다. 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA) 이상일 때, 리플 승온 작업을 수행할 것이 결정된다. 반면에, 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA)보다 낮을 때, 리플 승온 작업을 수행하지 않을 것이 결정된다. 따라서, 2차 전지(10)의 온도가 상승될 것이 예측될 때도, 출력 가능 전력이 저하될 때, 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행되지 않는다. 이와 같이, 제1 실시예에 따르면, 2차 전지(10)의 온도가 2차 전지(10)의 내부 저항(12)에 의해 발생되는 열을 사용하여 효율적으로 상승된다.
도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(Wout)은 리플 주파수에 따라 변화된다. 이와 같이, 2차 전지 승온 제어 장치는 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(Wout) 값을 기초로 리플 주파수(f)를 선정하는 주파수 선정부를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로써, 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(Wout)이 예컨대 상대적으로 높아지도록 더 양호한 방식으로 리플 승온 작업을 수행하는 것이 가능하다. 이와 같이, 더 효율적이고 효과적으로 2차 전지의 온도를 상승시키는 것이 가능해진다. 주파수 선정부를 갖는 실시예에 대해 아래에서 설명한다.
(제2 실시예)
제2 실시예에서, 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(WoutB)이 최대로 되는 리플 주파수가 선정된다.
제2 실시예에 따른 2차 전지 승온 제어 장치가 사용되는 하이브리드 차량의 전체 구성은 도 7에 도시된 하이브리드 차량(100)의 전체 구성과 동일하다.
도 13은 승압 컨버터(22)의 제어와 관련되는 제2 실시예의 ECU(70A)의 부분의 기능 블록도이다. 도 13을 참조하면, ECU(70A)는 도 11에 도시된 ECU(70)의 구성 요소에 추가하여 주파수 범위 설정부(126) 및 주파수 선정부(128)를 추가로 포함한다. 또한, ECU(70A)는 제2 연산부(120) 및 캐리어 생성부(124) 대신 제2 연산부(120A) 및 캐리어 생성부(124A)를 포함한다.
주파수 범위 설정부(126)는 리플 승온 작업이 수행될 수 있는 리플 주파수의 범위를 설정한다. 리플 주파수의 범위는 예컨대 2차 전지(10)의 수명, 상한 및 하한 전압, 최대 전류 등을 기초로 결정된다. 주파수 범위 설정부(126)는 주파수의 범위를 소정 개수의 주파수로(또는 소정 간격으로) 이산화하고, 이들 주파수(fi)를 제2 연산부(120A)로 출력한다.
주파수 범위 설정부(126)로부터 수신되는 주파수(fi)의 각각에 대해, 제2 연산부(120A)는 도 11에 도시된 제2 연산부(120)의 경우와 같은 출력 가능 전력 맵을 사용하여 리플 승온 작업이 수행될 때 일어나는 2차 전지(10)의 온도 변화량(ΔT) 및 SOC 변화량(ΔS)을 기초로 리플 승온 작업이 소정 지속 시간 동안 수행될 때 성취되는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(WoutBi)을 연산(예측)한다.
주파수 선정부(128)는 제2 연산부(120A)로부터 수신되는 출력 가능 전력(WoutBi)이 최대로 되는 주파수를 리플 주파수(f)로서 선정한다. 이후, 주파수 선정부(128)는 선정된 리플 주파수(f)를 캐리어 생성부(124A)로 출력하고, 선정된 주파수에 대응하는 출력 가능 전력을 출력 가능 전력(WoutB)으로서 판정부(122)로 출력한다.
캐리어 생성부(124A)는 PWM 신호 생성부(116)에서 PWM 신호를 생성하기 위한 캐리어 신호(CR)를 생성하고, 생성된 캐리어 신호(CR)를 PWM 신호 생성부(116)로 출력한다. 2차 전지(10)에 대한 리플 승온 작업이 수행되어야 한다는 결정 결과가 판정부(122)로부터 수신될 때, 캐리어 생성부(124A)는 주파수 선정부(128)로부터 수신되는 리플 주파수(f)를 갖는 캐리어 신호(CR)를 생성하고, 생성된 캐리어 신호(CR)를 PWM 신호 생성부(116)로 출력한다.
ECU(70A)는 상기 사항을 제외하면 도 11을 참조하여 설명한 제1 실시예의 ECU(70)와 동일하다.
도 14는 제2 실시예의 ECU(70A)에 의해 수행되는 리플 주파수의 선정 절차를 설명하는 흐름도이다. 이러한 흐름도에 기재된 일련의 단계도 리플 승온 작업을 수행할 것이 요청될 때 메인 루틴으로부터 호출되어 실행된다는 것을 알아야 한다.
도 14를 참조하면, ECU(70A)는 ECO 모드가 현재 선정되어 있는 지를 결정한다(단계 S110). ECO 모드는 차량의 조종 응답성보다 에너지 효율의 개선이 중시되는 운전 모드이다. 운전자는 스위치를 사용하여 ECO 모드를 선정할 수 있다. ECO 모드가 선정되어 있지 않는 것으로 단계 S110에서 결정될 때(단계 S110에서 아니오), 리플 승온 작업의 지속 시간이 T1로 설정된다(단계 S120). ECO 모드가 선정되어 있는 것으로 결정될 때(단계 S110에서 예), 리플 승온 작업의 지속 시간이 T2(>T1)로 설정된다(단계 S130).
리플 승온 작업의 지속 시간이 설정되면, ECU(70A)는 리플 승온 작업이 수행될 수 있는 리플 주파수의 범위를 설정한다(단계 S140). 이후, ECU(70A)는 설정된 주파수 범위를 소정 개수의 주파수로(또는 소정 간격으로) 이산화한다(단계 S150).
이후, ECU(70A)는 2차 전지(10)의 온도(TB) 및 SOC를 획득한다(단계 S160). 이후, ECU(70)는 미리 준비된 출력 가능 전력 맵(MAP)을 사용하여 단계 S160에서 획득된 온도(TB) 및 SOC를 기초로 2차 전지(10)의 현재 출력 가능 전력(WoutA)을 연산한다(단계 S170).
이후, ECU(70A)는 리플 승온 작업이 수행될 때 일어나고 각각의 주파수에 대해 미리 맵(MAP)화된 2차 전지(10)의 온도 변화량 및 SOC 변화량을 기초로 리플 승온 작업이 단계 S120 또는 단계 S130에서 설정된 지속 시간 동안 수행될 때 일어나는 2차 전지(10)의 온도 변화량(ΔT) 및 SOC 변화량(ΔS)을 각각의 주파수에 대해 연산한다(단계 S180).
이후, ECU(70A)는 출력 가능 전력 맵(MAP)을 사용하여 단계 S180에서 각각의 주파수에 대해 연산된 온도 변화량(ΔT) 및 SOC 변화량(ΔS)을 기초로 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(WoutBi)을 각각의 주파수에 대해 연산(예측)한다(단계 S190). 이후, ECU(70A)는 각각의 주파수에 대해 연산된 출력 가능 전력(WoutBi)이 최대로 되는 주파수를 리플 주파수(f)로서 선정한다(단계 S200).
상기 설명한 바와 같이, 제2 실시예에서, 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(WoutB)이 최대로 되는 리플 주파수가 선정된다. 이와 같이, 제2 실시예에 따르면, 2차 전지(10)의 내부 저항(12)에 의해 발생되는 열을 사용하여 2차 전지(10)의 온도를 효율적이고 효과적으로 상승시키는 것이 가능하다.
(변형예)
상기 제2 실시예에서, 리플 승온 작업의 지속 시간이 특정되고, 리플 승온 작업이 이러한 지속 시간 동안 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(WoutBi)이 최대로 되는 주파수가 리플 주파수로서 선정된다. 이러한 변형예에서, 출력 가능 전력(WoutBi)의 피크값이 최대로 되는 주파수가 리플 주파수로서 선정되고, 피크값이 도달될 때까지 소요되는 시간이 리플 승온 작업의 지속 시간으로서 설정된다.
도 15는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(Wout)의 시간적 변화의 일부 예를 도시하는 도면이다. 도 15를 참조하면, 곡선 k1 내지 k3은 리플 주파수가 서로 상이한 경우의 출력 가능 전력의 시간적 변화를 도시하고 있다.
곡선 k3의 경우에, 리플 승온 작업의 지속 시간이 길어질 때, SOC가 저하되고 그에 따라 출력 가능 전력이 저하되어, 출력 가능 전력의 변화량(ΔWout)이 부로된다. 그러나, 곡선 k3의 경우의 변화량(ΔWout)은 시간 t1에서 곡선 k1 내지 k3 중 최대로 된다. 이러한 변형예에서, 곡선 k3에 대응하는 주파수가 리플 주파수로서 설정되고, 0부터 t1까지의 지속 시간이 리플 승온 작업의 지속 시간으로서 설정된다.
도 16은 제2 실시예의 변형예에 따른 리플 주파수의 선정 절차를 설명하는 흐름도이다. 이러한 흐름도에 기재된 일련의 단계도 리플 승온 작업을 수행할 것이 요청될 때 메인 루틴으로부터 호출되어 실행된다는 것을 알아야 한다.
도 16을 참조하면, 흐름도는 각각 도 14에 도시된 흐름도의 단계 S120 및 S130 대신 단계 S125 및 S135를 포함하고, 각각 도 14에 도시된 흐름도의 단계S180 내지 단계 S200 대신 단계 S210 내지 단계 S250을 포함한다.
ECO 모드가 선정되어 있지 않는 것으로 단계 S110에서 결정될 때(단계 S110에서 아니오), 리플 승온 작업의 최대 지속 시간이 T1로 설정된다(단계 S125). ECO 모드가 선정되어 있는 것으로 결정될 때(단계 S110에서 예), 리플 승온 작업의 최대 지속 시간이 T2(>T1)로 설정된다(단계 S135).
2차 전지(10)의 현재의 출력 가능 전압(WoutA)이 단계 S170에서 연산될 때, ECU(70A)는 리플 승온 작업이 수행될 때 일어나고 각각의 주파수에 대해 미리 맵화된 2차 전지(10)의 온도 변화량 및 SOC 변화량을 기초로 리플 승온 작업이 단계 S125 또는 단계 S135에서 설정된 최대 지속 시간 동안 수행될 때 일어나는 2차 전지(10)의 온도 변화량(ΔT) 및 SOC 변화량(ΔS)의 시간적 변화를 각각의 주파수에 대해 연산한다(단계 S210).
이후, ECU(70A)는 출력 가능 전력 맵(MAP)을 사용하여 단계 S210에서 각각의 주파수에 대해 연산된 온도 변화량(ΔT) 및 SOC 변화량(ΔS)을 기초로 리플 승온 작업이 단계 S125 또는 단계 S135에서 설정된 최대 지속 시간 동안 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력(WoutBi)의 시간적 변화를 각각의 주파수에 대해 연산(예측)한다(단계 S220).
이후, ECU(70A)는 각각의 주파수에 대해 출력 가능 전력(WoutBi)의 최대값 및 출력 가능 전력(WoutBi)이 최대값에 도달하는 데 소요되는 시간을 추출한다(단계 S230). 이후, ECU(70A)는 출력 가능 전력(WoutBi)의 최대값이 최대로 되는 주파수를 리플 주파수(f)로서 선정한다(단계 S240). 또한, ECU(70A)는 출력 가능 전력(WoutBi)이 선정된 주파수에 대응하는 최대값에 도달하는 데 소요되는 시간을 리플 승온 작업의 지속 시간으로서 설정한다(단계 S250).
상기 설명한 바와 같이, 제2 실시예의 변형예에서, 출력 가능 전력(Wout)의 피크값이 최대로 되는 주파수가 리플 주파수로서 선정되고, 출력 가능 전력(WoutBi)이 피크값에 도달하는 데 소요되는 시간이 리플 승온 작업의 지속 시간으로서 설정된다. 이와 같이, 이러한 변형예에 따르면, 2차 전지(10)의 온도를 효율적이고 효과적으로 상승시키는 것이 가능하다.
(제3 실시예)
제2 실시예 및 그 변형예에서, 리플 주파수는 리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(Wout)이 최대로 되도록 선정된다. 그러나, 제3 실시예에서, 모터 제너레이터(56)(도 7)로 엔진(60)(도 7)을 시동하는 데 요구되는 전력이 얻어지는 것이 보장되는 주파수가 리플 주파수로서 선정된다. 선정된 리플 주파수에 대응하는 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA) 이상일 때, 리플 승온 작업을 수행할 것이 결정되고, 출력 가능 전력(WoutB)이 출력 가능 전력(WoutA)보다 낮을 때, 리플 승온 작업을 수행하지 않을 것이 결정된다.
도 17은 엔진 시동 요구 전력과 엔진 온도 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 도 17을 참조하면, 엔진 온도가 하강됨에 따라, 모터 제너레이터(56)로 엔진(60)을 시동하는 데 요구되는 전력(㎾)이 상승된다. 이와 같이, 제3 실시예에서, 도 17에 도시된 맵을 사용하여, 모터 제너레이터(56)로 엔진(60)을 시동하는 데 요구되는 전력(㎾)은 엔진 온도를 기초로 연산되고, 엔진을 시동하는 데 요구되는 연산된 전력이 얻어지는 것이 보장되는 주파수가 리플 주파수로서 선정된다.
제3 실시예에 따른 2차 전지 승온 제어 장치가 사용되는 하이브리드 차량의 전체 구성은 도 7에 도시된 하이브리드 차량(100)과 동일하다.
도 18은 승압 컨버터(22)의 제어와 관련되는 제3 실시예의 ECU(70B)의 부분의 기능 블록도이다. 도 18을 참조하면, ECU(70B)는 전압 지령 생성부(110), 전압 제어부(112), 듀티 지령 생성부(114), PWM 신호 생성부(116), 제1 연산부(118), 판정부(122), 엔진 시동 전력 연산부(130), 주파수 선정부(128A), 캐리어 생성부(124A), 제2 연산부(120A) 및 주파수 범위 설정부(126)를 포함한다.
엔진 시동 전력 연산부(130)는 미리 준비된 도 17에 도시된 맵을 사용하여 온도 센서(90)(도 7)에 의해 검출된 엔진(60)의 온도(TE)를 기초로 모터 제너레이터(56)로 엔진(60)을 시동하는 데 요구되는 전력(Wreq)(㎾)을 연산한다.
주파수 선정부(128A)는 엔진 시동 전력 연산부(130)로부터 전력(Wreq)을 수신하고, 제2 연산부(120A)로부터 출력 가능 전력(WoutBi)을 수신한다. 전력(Wreq) 이상인 출력 가능 전력(WoutBi)이 있을 때, 주파수 선정부(128A)는 리플 주파수로서 출력 가능 전력(WoutBi)에 대응하는 주파수를 선정한다. 전력(Wreq) 이상인 복수개의 출력 가능 전력(WoutBi)이 있을 때, 리플 승온 작업의 지속 시간이 짧아지게 하는 주파수, SOC 저하량이 낮아지게 하는 주파수 등이 리플 주파수로서 선정될 수 있다.
주파수 선정부(128A)는 선정된 리플 주파수(f)를 캐리어 생성부(124A)로 출력하고, 선정된 주파수에 대응하는 출력 가능 전력을 출력 가능 전력(WoutB)으로서 판정부(122)로 출력한다.
ECU(70B)의 다른 구성 요소에 대해서는 이미 설명하였으므로, 그 설명은 반복하지 않는다. 도 19 및 도 20은 제3 실시예의 ECU(70B)에 의해 수행되는 리플 주파수의 선정 절차를 설명하는 흐름도이다. 이러한 흐름도에 기재된 일련의 단계도 리플 승온 작업을 수행할 것이 요청될 때 메인 루틴으로부터 호출되어 실행된다는 것을 알아야 한다.
도 19를 참조하면, ECU(70B)는 온도 센서(90)(도 7)로부터 엔진(60)(도 7)의 온도(TE)를 획득한다(단계 S310). 이후, ECU(70B)는 미리 준비된 도 17에 도시된 맵을 사용하여 온도(TE)를 기초로 모터 제너레이터(56)(도 7)로 엔진(60)을 시동하는 데 요구되는 전력(Wreq)을 연산한다(단계 S320). 단계 S330 내지 S380은 각각 도 14에 도시된 단계 S140 내지 S190과 동일하고, 단계 S410 내지 S430은 각각 도 12에 도시된 단계 S50 내지 S70과 동일하므로, 그 설명은 반복하지 않는다.
리플 승온 작업이 수행될 때 성취되는 2차 전지(10)의 출력 가능 전력(WoutBi)이 단계 S380에서 각각의 주파수에 대해 연산(예측)될 때, ECU(70B)는 WoutBi를 Wreq 이상으로(Wreq≤WoutBi) 만드는 주파수가 있는 지를 결정한다(단계 S390). Wreq≤WoutBi로 만드는 주파수가 있는 것으로 결정될 때(단계 S390에서 예), ECU(70B)는 Wreq≤WoutBi로 만드는 주파수들 중에서 리플 주파수를 적절하게 선정한다(단계 S400). 이후, ECU(70B)는 선정된 주파수에 대응하는 출력 가능 전력을 출력 가능 전력(WoutB)으로서 판정부(122)로 출력한다. 반면에, Wreq≤WoutBi로 만드는 주파수가 없는 것으로 결정될 때(단계 S390에서 아니오), ECU(70B)는 리플 승온 작업을 수행하지 않을 것을 결정한다(단계 S430).
상기 설명한 바와 같이, 제3 실시예에서, 모터 제너레이터(56)로 엔진(60)을 시동하는 데 요구되는 전력(Wreq)이 얻어지는 것이 보장되는 주파수가 리플 주파수로서 선정된다. 구체적으로, 최소 필요 전력이 얻어질 수 있는 주파수가 리플 주파수로서 선정된다. 이와 같이, 제3 실시예에 따르면, 2차 전지(10)의 온도가 불필요하게 상승되는 것을 방지하는 것이 가능하고, 2차 전지(10)의 온도를 효율적으로 상승시키는 것이 가능하다.
상기 실시예에서는, 2차 전지 승온 제어 장치가 사용되는 하이브리드 차량으로서, 엔진(60)으로부터의 원동력이 동력 분할 기구(62)에 의해 분할되고 구동륜(64) 및 모터 제너레이터(56)로 전달되는 직렬/병렬형 하이브리드 차량에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 다른 종류의 하이브리드 차량에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명은 엔진(60)이 모터 제너레이터(56)를 구동하는 데에만 사용되고 차량의 구동력이 모터 제너레이터(56)에 의해서만 발생되는 소위 직렬형 하이브리드 차량과, 엔진(60)에 의해 발생되는 운동 에너지 중 회생 에너지만이 전기 에너지의 형태로 회수되는 하이브리드 차량과, 엔진이 주동력으로서 사용되고 모터가 필요에 따라 보조 동력을 제공하는 모터-보조식 하이브리드 차량에 적용될 수 있다.
상기 제1 및 제2 실시예는 엔진(60)이 제공되지 않고 전력에 의해서만 주행되는 전기 차량과, 2차 전지(10)에 추가하여 연료 전지를 직류 전원으로서 구비하는 연료 전지 차량에 적용될 수 있다. 제3 실시예도 2차 전지(10)에 추가하여 연료 전지가 제공되는 연료 전지 차량에 적용될 수 있다.
승압 컨버터(22) 및 커패시터(CH)는 본 발명의 "리플 생성 장치"의 예이다. 제1 연산부(118)는 본 발명의 "제1 연산부"의 예이다. 제2 연산부(120, 120A)는 본 발명의 "제2 연산부"의 예이다. 엔진(60)은 본 발명의 "내연 기관"의 예이다.
상기 설명한 실시예는 단지 설명하기 위한 목적으로, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니라는 점을 알아야 한다. 본 발명의 범주는 실시예의 상기 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 한정되고, 특허청구범위의 범주 내의 모든 변형예 그리고 그 등가예를 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 리플 전류가 2차 전지(10)에서 적극적으로 흐르게 하도록 구성된 리플 생성 장치(20)를 제어함으로써 2차 전지(10)의 온도를 상승시키는 2차 전지 승온 제어 장치(1)에 있어서,
    상기 2차 전지(10)의 온도를 상승시키는 승온 작업이 수행되기 전의 2차 전지(10)의 출력 가능 전력을 나타내는 제1 값을 연산하는 제1 연산부로서, 상기 출력 가능 전력은 2차 전지(10)의 온도 및 충전 상태(SOC)를 기초로 미리 결정되는, 제1 연산부(118)와,
    상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량을 기초로 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력을 나타내는 제2 값을 연산하는 제2 연산부(120; 120A)와,
    상기 제2 값이 제1 값 이상일 때 2차 전지(10)에 대한 승온 작업은 리플 생성 장치(20)를 제어함으로써 수행되고 상기 제2 값이 제1 값보다 작을 때 2차 전지(10)에 대한 승온 작업은 수행되지 않도록, 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업을 수행할 지를 판정하는 판정부(122)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 승온 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 값을 기초로 리플 전류의 주파수를 선정하는 주파수 선정부(128; 128A)를 추가로 포함하는, 2차 전지 승온 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주파수 선정부(128; 128A)는 리플 전류의 주파수로서 제2 값이 최대로 되는 주파수를 선정하는, 2차 전지 승온 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 주파수 선정부(128; 128A)는 리플 전류의 주파수로서 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 미리 결정된 시간 동안 수행될 때의 제2 값이 최대로 되는 주파수를 선정하는, 2차 전지 승온 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 주파수 선정부(128; 128A)는 리플 전류의 주파수로서 제2 값의 피크값이 최대로 되는 주파수를 선정하고, 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 개시될 때로부터 제2 값이 피크값에 도달할 때까지 소요되는 시간이 2차 전지(10)에 대한 승온 작업의 지속 시간으로서 설정되는, 2차 전지 승온 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서, 내연 기관(60)이 상기 2차 전지(10)로부터 출력되는 전력을 사용하여 전기 모터(56)로 시동될 수 있고,
    상기 주파수 선정부(128; 128A)는 리플 전류의 주파수로서, 제2 값이 내연 기관(60)을 시동하는 데 요구되는 전력 이상인 것을 보장하는 주파수를 선정하는, 2차 전지 승온 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량은, 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업의 지속 시간 및 리플 전류의 주파수를 기초로 결정되는, 2차 전지 승온 제어 장치.
  8. 차량(100)에 있어서,
    상기 차량을 주행하는 데 사용될 전력을 저장하는 2차 전지(10)와,
    상기 2차 전지(10)에 연결되고 2차 전지(10)에서 리플 전류가 적극적으로 흐르게 하도록 구성된 리플 생성 장치(20)와,
    상기 리플 생성 장치(20)를 제어함으로써 2차 전지(10)의 온도를 상승시키는 제1항에 따른 2차 전지 승온 제어 장치(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  9. 리플 전류가 2차 전지(10)에서 적극적으로 흐르게 하도록 구성된 리플 생성 장치(20)를 제어함으로써 2차 전지(10)의 온도를 상승시키는 2차 전지 승온 제어 방법에 있어서,
    상기 2차 전지(10)의 온도를 상승시키는 승온 작업이 수행되기 전의 2차 전지(10)의 출력 가능 전력을 나타내는 제1 값을 연산하는 단계로서, 상기 출력 가능 전력은 2차 전지(10)의 온도 및 충전 상태(SOC)를 기초로 미리 결정되는, 단계와,
    상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량을 기초로 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행될 때 성취되는 출력 가능 전력을 나타내는 제2 값을 연산하는 단계와,
    상기 제2 값이 제1 값 이상일 때 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 리플 생성 장치(20)를 제어함으로써 수행되고 제2 값이 제1 값보다 작을 때 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행되지 않도록 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업을 수행할 지를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 승온 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 값을 기초로 상기 리플 전류의 주파수를 선정하는 단계를 추가로 포함하는, 2차 전지 승온 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 상기 제2 값이 최대로 되는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정되는, 2차 전지 승온 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 미리 결정된 소정 시간 동안 수행될 때의 제2 값이 최대로 되는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정되는, 2차 전지 승온 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 상기 제2 값의 피크값이 최대로 되는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정되고,
    상기 2차 전지 승온 제어 방법은 2차 전지(10)에 대한 승온 작업의 지속 시간으로서 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 개시될 때로부터 제2 값이 피크값에 도달할 때까지 소요되는 시간을 설정하는 단계를 추가로 포함하는, 2차 전지 승온 제어 방법.
  14. 제10항에 있어서, 내연 기관(60)이 상기 2차 전지(10)로부터 출력되는 전력을 사용하여 전기 모터(56)로 시동될 수 있고,
    상기 리플 전류의 주파수를 선정할 때, 상기 제2 값이 내연 기관(60)을 시동하는 데 요구되는 전력 이상인 것을 보장하는 주파수가 리플 전류의 주파수로서 선정되는, 2차 전지 승온 제어 방법.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 전지(10)에 대한 승온 작업이 수행될 때 일어나는 온도 변화량 및 SOC 변화량은 2차 전지(10)에 대한 승온 작업의 지속 시간 및 리플 전류의 주파수를 기초로 결정되는, 2차 전지 승온 제어 방법.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010060230B4 (de) * 2010-10-28 2024-05-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Temperiersystem für eine Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, Verfahren zum Betreiben eines derartigen Temperiersystems und Kraftfahrzeug mit einem derartigen Temperiersystem
US20130181682A1 (en) * 2010-11-05 2013-07-18 Mitsubishi Electric Corporation Charge/discharge device and charge/discharge controlling method
CN103403952B (zh) * 2011-01-07 2015-09-30 三菱电机株式会社 充放电装置
JP5595981B2 (ja) * 2011-06-15 2014-09-24 愛三工業株式会社 電池制御方法及び電池制御システム
CN103419659B (zh) * 2012-05-22 2016-04-13 比亚迪股份有限公司 电动汽车、电动汽车的动力***及电池加热方法
JP6047929B2 (ja) * 2012-05-31 2016-12-21 日産自動車株式会社 バッテリ制御装置
KR101698771B1 (ko) * 2013-01-16 2017-01-23 삼성에스디아이 주식회사 배터리 온도 제어 시스템 및 그 제어 방법
DE102013218077A1 (de) * 2013-09-10 2015-03-12 Robert Bosch Gmbh Batteriezelleinrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer komplexen Impedanz einer in einer Batteriezelleinrichtung angeordneten Batteriezelle
KR101551068B1 (ko) 2014-03-14 2015-09-07 현대자동차주식회사 차량용 고전압 배터리 시스템의 전원 공급 안정화 장치
JP5924367B2 (ja) 2014-05-01 2016-05-25 トヨタ自動車株式会社 電動車両
EP3123554B1 (en) 2014-06-30 2021-06-23 BYD Company Limited Battery heating system, battery assembly and electric vehicle
US10770766B2 (en) 2015-09-28 2020-09-08 Honda Motor Co., Ltd. Heating control device
WO2017056162A1 (ja) * 2015-09-28 2017-04-06 本田技研工業株式会社 電力消費制御装置
CN105489964B (zh) * 2015-12-22 2018-04-06 重庆科鑫三佳车辆技术有限公司 一种动力电池动态温升控制方法和装置
JP2018152221A (ja) * 2017-03-13 2018-09-27 株式会社東芝 バッテリのヒータ制御装置及びヒータ制御方法
CN107394294B (zh) * 2017-07-20 2018-09-04 浙江谷神能源科技股份有限公司 用于锂离子电池充放电的***、控制装置以及相关方法
CN109599632B (zh) 2017-09-30 2020-11-20 比亚迪股份有限公司 车载电池的温度调节方法和温度调节***
JP7024448B2 (ja) * 2018-01-29 2022-02-24 トヨタ自動車株式会社 電動車両
JP2022019201A (ja) * 2020-07-17 2022-01-27 本田技研工業株式会社 昇温装置
CN113161650B (zh) * 2021-04-13 2022-11-01 安徽交通职业技术学院 一种用于新能源客车动力电池的自保温控制方法
CN113540621B (zh) * 2021-07-20 2022-12-13 福建工程学院 一种正弦交流的锂电池低温自加热装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006006073A (ja) 2004-06-21 2006-01-05 Toyota Motor Corp 電源装置
JP2008109778A (ja) 2006-10-25 2008-05-08 Toyota Motor Corp 電力供給ユニットの制御装置および制御方法、その方法をコンピュータに実現させるためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体
JP2008547365A (ja) 2005-06-14 2008-12-25 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーの充電または放電出力の調整方法及び装置
JP2009142069A (ja) 2007-12-06 2009-06-25 Gs Yuasa Corporation:Kk 組電池の温度調整装置、組電池の温度調整方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5362942A (en) * 1993-08-24 1994-11-08 Interdigital Technology Corporation Battery heating system using internal battery resistance
ATE179025T1 (de) * 1994-11-28 1999-04-15 Chartec Lab As Verfahren und vorrichtung zur steuerung der batterietemperatur wahrend des auf-/entladens
JP4120025B2 (ja) 1997-07-02 2008-07-16 日産自動車株式会社 電気自動車用電池のヒートアップ装置
JP3926514B2 (ja) 1999-08-17 2007-06-06 本田技研工業株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
JP4308408B2 (ja) * 2000-04-28 2009-08-05 パナソニック株式会社 二次電池の入出力制御装置
US6271648B1 (en) * 2000-09-27 2001-08-07 Ford Global Tech., Inc. Method of preconditioning a battery to improve cold temperature starting of a vehicle
KR100486321B1 (ko) 2001-02-14 2005-04-29 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 동력 출력장치 및 이것을 탑재하는 차량, 동력 출력장치의 제어방법 및 기억매체, 구동장치 및 이것을 탑재하는 차량, 구동장치의 제어방법 및 기억매체
JP4496696B2 (ja) * 2001-09-26 2010-07-07 日産自動車株式会社 ２次電池の昇温制御装置
JP4978082B2 (ja) * 2006-03-31 2012-07-18 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備えた車両
JP5169715B2 (ja) * 2007-10-17 2013-03-27 株式会社デンソー 車両用蓄電手段の加熱装置
US8575897B2 (en) * 2008-10-03 2013-11-05 Denso Corporation Battery temperature control system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006006073A (ja) 2004-06-21 2006-01-05 Toyota Motor Corp 電源装置
JP2008547365A (ja) 2005-06-14 2008-12-25 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーの充電または放電出力の調整方法及び装置
JP2008109778A (ja) 2006-10-25 2008-05-08 Toyota Motor Corp 電力供給ユニットの制御装置および制御方法、その方法をコンピュータに実現させるためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体
JP2009142069A (ja) 2007-12-06 2009-06-25 Gs Yuasa Corporation:Kk 組電池の温度調整装置、組電池の温度調整方法

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