專利名稱：二次電池的升溫裝置以及包含該升溫裝置的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于二次電池的升溫裝置以及包含該升溫裝置的車輛，特別關(guān)于利用二次電池的內(nèi)部電阻的發(fā)熱升溫二次電池的技術(shù)。
背景技術(shù)：
一般的，以鋰離子電池為代表的二次電池，在溫度降低的時候充放電特性降低。例如，在鋰離子電池中，低溫時充電的時候，在負(fù)極會產(chǎn)生鋰(Li)的析出，此結(jié)果是，引起了電池容量降低等的性能劣化。此處，在電池的溫度低的情況下，存在快速升溫電池的必要。特開平11_3四516號公報(特許文獻(xiàn)1)，公開了電池的升溫裝置。此升溫裝置中， 在電池的兩端連接包含電感器、電容、交流電源的串聯(lián)電路，構(gòu)成共振電路。然后，通過從交流電源產(chǎn)生共振電路的共振頻率的交流電壓，升溫電池。此升溫裝置中，在共振時，幾乎完全由電池的內(nèi)部電阻消耗電力，通過自己發(fā)熱升溫電池。如此，根據(jù)此升溫裝置，能夠以最小限度的電力消耗有效的升溫電池(參照特許文獻(xiàn)1) O現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)特許文獻(xiàn)特許文獻(xiàn)1 特開平11_3四516號公報特許文獻(xiàn)2 特開2007-12568號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明解決的問題二次電池中，一般的，從安全性和耐久性的觀點來看，要求保持電池的上下限電壓，但在低溫下，因為和常溫時相比，電池的阻抗變大，特別是在極低溫下，由于電池阻抗變大，就會產(chǎn)生不能在保持電池的上下限電壓的同時在電池內(nèi)部流動足夠發(fā)熱的電流的事態(tài)。并且，在所述的特開平11-329516號公報公開的升溫裝置中，因為存在新設(shè)置包含電感器、電容以及交流電源的共振電路的必要，所以妨礙了裝置的小型化以及低成本化。因此，本發(fā)明是為了解決所述的問題，其目的在于，提供能夠通過使二次電池從內(nèi)部進(jìn)行有效的發(fā)熱，對二次電池有效的升溫的二次電池的升溫裝置以及包含該升溫裝置的車輛。并且，本發(fā)明的另外的目的是，提供能夠通過將二次電池從內(nèi)部進(jìn)行有效的發(fā)熱， 對二次電池有效的升溫，并且，不妨礙裝置的小型化以及低成本化的二次電池的升溫裝置以及包含該升溫裝置的車輛。用于解決問題的技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明，二次電池的升溫裝置，包含紋波生成裝置、控制裝置。紋波生成裝置，連接到二次電池，構(gòu)成為使所述二次電池積極地產(chǎn)生預(yù)定頻率的紋波電流。控制裝置， 控制紋波生成裝置使得通過使二次電池產(chǎn)生紋波電流來對二次電池升溫。此處，預(yù)定頻率，基于二次電池的阻抗的頻率特性，設(shè)定為阻抗的絕對值相對降低的頻率區(qū)域的頻率。優(yōu)選的，紋波生成裝置是構(gòu)成為能夠?qū)⑤敵鲭妷荷龎簽槎坞姵氐碾妷阂陨系臄夭ㄐ偷纳龎貉b置。進(jìn)一步優(yōu)選的，控制裝置，在要求二次電池的升溫時，將升壓裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為預(yù)定頻率。并且，進(jìn)一步優(yōu)選的，控制裝置，在要求二次電池的升溫時，將升壓裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為比二次電池的非升溫時低的值。并且，進(jìn)一步優(yōu)選的，升壓裝置，包含第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件、和電抗器。第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件在電壓輸出線對的各自之間串聯(lián)連接。電抗器，具有預(yù)定的電感，連接到第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件的連接節(jié)點與二次電池的正極之間。 然后，控制裝置，在要求二次電池的升溫時，設(shè)定第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件的開關(guān)頻率，使得在不超過根據(jù)二次電池的阻抗的頻率特性和二次電池的電壓限制按紋波電流的各頻率確定的二次電池的最大通電量的范圍，紋波電流成為最大。并且，優(yōu)選的，升壓裝置，包含第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件、和電抗器。第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件，在電壓輸出線對的各自之間串聯(lián)連接。電抗器，具有預(yù)定的電感，連接到第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件的連接節(jié)點與二次電池的正極之間。然后，電抗器的電感被設(shè)定為，使得根據(jù)二次電池的阻抗的頻率特性和二次電池的電壓限制按紋波電流的各頻率確定的二次電池的發(fā)熱量成為最大。優(yōu)選的，預(yù)定頻率，基于二次電池的阻抗的頻率特性，設(shè)定為大致1kHz。優(yōu)選的，二次電池是鋰離子電池。然后，預(yù)定頻率，設(shè)定為比與根據(jù)在鋰離子電池流過充電電流時的負(fù)極的析出電阻和負(fù)極的電雙層電容確定的時間常數(shù)對應(yīng)的頻率高。并且，優(yōu)選的，二次電池是鋰離子電池。然后，控制裝置，控制紋波生成裝置，使二次電池產(chǎn)生紋波電流的平均值向鋰離子電池的放電側(cè)偏移了的紋波電流。并且，根據(jù)本發(fā)明，二次電池的升溫裝置，包含紋波生成裝置、和控制裝置。紋波生成裝置，連接到二次電池，構(gòu)成為使二次電池積極地產(chǎn)生預(yù)定頻率的紋波電流。控制裝置，控制紋波生成裝置使得通過使二次電池產(chǎn)生紋波電流來對二次電池升溫。紋波生成裝置是，構(gòu)成為能夠?qū)⑤敵鲭妷荷龎簽槎坞姵氐碾妷阂陨系臄夭ㄐ偷纳龎貉b置。升壓裝置， 包含第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件，第一電抗器以及第二電抗器，和連接裝置。第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件，在電壓輸出線對的各自之間串聯(lián)連接。第一電抗器，在第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件的連接節(jié)點與二次電池的正極之間設(shè)置。第二電抗器，與第一電抗器并聯(lián)設(shè)置，電感比第一電抗器小。連接裝置，在要求二次電池的升溫時，代替第一電抗器或者與第一電抗器一起，在連接節(jié)點和二次電池的正極之間連接第二電抗器。并且，根據(jù)本發(fā)明，車輛，包含儲蓄車輛行駛用的電力的二次電池；和在要求二次電池的升溫時對二次電池升溫的、所述的任一項記載的二次電池的升溫裝置。發(fā)明的效果在本發(fā)明中，通過由紋波生成裝置使二次電池積極的產(chǎn)生預(yù)定頻率的紋波電流， 從內(nèi)部升溫二次電池。此處，特別是極低溫下，由于電池阻抗變大，就會產(chǎn)生不能保持電池的上下限電壓，并且在電池內(nèi)部流動足夠的用于發(fā)熱的電流的事態(tài)。但是，因為，在本發(fā)明中，紋波電流的頻率，基于二次電池的阻抗的頻率特性，設(shè)定為阻抗的絕對值相對降低的頻率區(qū)域的頻率，所以，即使是極低溫下，也能夠保持電池的上下限電壓、并且在電池內(nèi)部流過用于發(fā)熱的充分的電流。如此，根據(jù)本發(fā)明，能夠通過將二次電池從內(nèi)部進(jìn)行有效的發(fā)熱，對二次電池有效的升溫。


圖1是本發(fā)明的實施方式一的二次電池的升溫裝置的全體結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示二次電池的電壓的詳細(xì)內(nèi)容的圖。圖3是表示二次電池的阻抗特性的奈奎斯特曲線圖。圖4是表示二次電池的阻抗特性(絕對值)的波特圖。圖5是表示二次電池的阻抗特性(相位)的波特圖。圖6是表示將內(nèi)部電阻產(chǎn)生的電壓作為約束條件，在極低溫時能夠流過二次電池的紋波電流的峰值的圖。圖7是表示將內(nèi)部電阻產(chǎn)生的電壓作為約束條件，在極低溫時能夠在二次電池產(chǎn)生的平均發(fā)熱量的圖。圖8是表示將內(nèi)部電阻產(chǎn)生的電壓作為約束條件，在極低溫時IOcos θ的大小的圖。圖9是表示圖1所示的紋波生成裝置的電路結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖10是控制裝置的功能框圖。圖11是表示紋波電流的變動的圖。圖12是關(guān)于二次電池的電極/電解液界面的等價電路圖。圖13是用于說明負(fù)極的阻抗的測定方法的圖。圖14是適用了本發(fā)明實施方式四中二次電池的升溫裝置的電動車輛的全體框圖。圖15是圖14所示的ECU的關(guān)于升壓轉(zhuǎn)換器的控制部分的功能框圖。圖16是用于說明由E⑶執(zhí)行的紋波升溫的處理順序的流程圖。圖17是二次電池的紋波升溫時的電流的波形圖。圖18是表示紋波電流的其它的產(chǎn)生方法的圖。圖19表示與發(fā)熱量成比例的電流IOcos θ的圖8中，疊加了紋波電流的峰值的圖。圖20是用于說明為了使得二次電池中產(chǎn)生的紋波電流最大的電抗器的阻抗的設(shè)計方法的圖。圖21是實施方式七中升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖22是實施方式七的變形例中升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖23是表示二次電池的阻抗特性(絕對值)的波特圖。圖M是表示二次電池的阻抗特性(相位)的波特圖。圖25是表示二次電池的阻抗特性的奈奎斯特曲線圖的原點附近的擴大圖。圖沈是用于說明實施方式八中二次電池的電極結(jié)構(gòu)的特征部分的圖。用于實施發(fā)明的方式以下，關(guān)于本發(fā)明的實施方式，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)的說明。并且，圖中同一或者相當(dāng)部分給予同一符號，不再反復(fù)進(jìn)行此說明。實施方式一圖1是本發(fā)明的實施方式一的二次電池的升溫裝置的全體結(jié)構(gòu)圖。參照圖1，升溫裝置包含紋波生成裝置20、控制裝置30。紋波生成裝置20，連接到二次電池10。二次電池10是以鋰離子電池或者鎳氫電池等為代表的能夠再充電的電池。二次電池10，包含內(nèi)部電阻12。如后所述，此內(nèi)部電阻12，具有溫度依賴性，同時，根據(jù)流過電池的電流的頻率也變化很大。紋波生成裝置20，由控制裝置30控制，使二次電池10積極的產(chǎn)生預(yù)定頻率的紋波電流I。例如，能夠使構(gòu)成紋波生成裝置20的功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通/斷開，使二次電池10產(chǎn)生紋波電流I。關(guān)于紋波生成裝置20的電路結(jié)構(gòu)，在后續(xù)中列舉一個例子進(jìn)行說明。控制裝置30，控制紋波生成裝置20，使得通過使二次電池10產(chǎn)生紋波電流I來從內(nèi)部對二次電池10升溫。此處，控制裝置30，基于二次電池10的阻抗的頻率特性，控制紋波生成裝置20，使得二次電池10產(chǎn)生二次電池10的阻抗的絕對值相對降低的頻率區(qū)域的頻率的紋波電流I。以下，關(guān)于通過使二次電池10積極的產(chǎn)生紋波電流I，對二次電池10有效的升溫的技術(shù)(以下，也將此升溫稱為“紋波升溫”)的概念詳細(xì)的進(jìn)行說明。圖2是表示二次電池10的電壓的詳細(xì)內(nèi)容的圖。并且，此圖2中，為了簡單，內(nèi)部電阻僅僅是實部，沒有L，C等的虛部。參照圖2，二次電池10的端子間產(chǎn)生的電壓V，是對開路電壓0CV，考慮了通電時內(nèi)部電阻12產(chǎn)生的電壓AV的電壓。具體的，在充電電流流過的時候，成為V = OCV+ Δ V,在放電電流流過的時候，成為V = OCV- Δ V ( Δ V > 0)?，F(xiàn)在，在二次電池10流過電流I時候的發(fā)熱量Q，在內(nèi)部電阻12的電阻值設(shè)為R 的時候，能夠由下式表示。Q=I2XR …(1)=IXAV . . . (2)= Δ V2/R . . . (2)此(1) C3)式等價。根據(jù)(1)式的時候，如果增大使用紋波產(chǎn)生裝置20產(chǎn)生的紋波電流I的話，可以看到能夠?qū)Χ坞姵?0有效的升溫。但是，實際上，如上所述，關(guān)于二次電池的電壓V，從安全性和耐久性的觀點來看，要求保持電池的上下限電壓。然后，特別是在極低溫下，由于內(nèi)部電阻12的電阻值R變大，電壓Δ V變大，就會產(chǎn)生不能在將二次電池10的電壓V抑制在上下限內(nèi)的同時，流動用于發(fā)熱的足夠的電流I的事態(tài)。也就是說，內(nèi)部電阻12的電阻值R變大的低溫下(特別是極低溫下)時，電壓AV 成為制約，二次電池10不能流過紋波電流I，產(chǎn)生了不能有效升溫二次電池10的事態(tài)。因此，本發(fā)明中，著眼于(3)式以及電池10的阻抗的頻率特性，由紋波生成裝置20產(chǎn)生二次電池10的阻抗(內(nèi)部電阻12的電阻值R)的絕對值相比于其他的頻率區(qū)域相對小的頻率區(qū)域的紋波電流。如此，能夠增大二次電池10的發(fā)熱量，有效的升溫二次電池10。圖3是表示二次電池10的阻抗特性的奈奎斯特曲線圖。并且，作為解析二次電池的電氣特性的方法，公知的是電化學(xué)阻抗譜“也稱為EIS (Electrochemical Impendance Spectroscopy)?！?，此奈奎斯特曲線圖，是使用EIS在復(fù)平面上表示電池10的阻抗特性的圖。參照圖3，二次電池10的阻抗Z，能夠使用下式表示。Z = Rl+iR2... (4)=|z|ei0 ...(5)圖3中，橫軸，表示實數(shù)成分(Rl)，縱軸，表示虛數(shù)成分(R2)。并且，關(guān)于縱軸的虛數(shù)成分(R2)，在圖3中，將上方向作為負(fù)，下方向作為正。然后，距離原點的距離，表示表示阻抗Z的大小的絕對值|Z|，和橫軸(實數(shù)軸)的夾角，表示阻抗Z的相位θ。并且，圖4、圖5是表示二次電池10的阻抗特性的波特圖。此波特圖，也是使用EIS 表示電池10的阻抗特性的圖。圖4表示阻抗Z的絕對值|Ζ|的頻率特性，圖5表示表示阻抗Z的相位θ的頻率特性。圖4、圖5中，橫軸以對數(shù)表示來表示使二次電池10產(chǎn)生的交流電流(紋波電流) 的頻率?？v軸，在圖4中是以對數(shù)表示來表示阻抗Z的絕對值|Ζ|，在圖5中是以對數(shù)表示來表示阻抗Z的相位θ。如圖3，圖4所示，在要求二次電池10的升溫的低溫下，阻抗Z的絕對值|Ζ|與非低溫時相比增大，此增大為顯著的情況，是在紋波電流的頻率為低頻率的情況。特別是，頻率在IkHz附近時，阻抗Z的絕對值I Z I，與其他的頻率區(qū)域相比小，并且，即使在極低溫下也僅僅最多是非低溫時(常溫時)的3倍程度(圖4的A部)。進(jìn)一步的，如圖5所示，此頻率區(qū)域中，因為阻抗Z的相位θ也在零附近，功率因數(shù)為1，效率也很好。因此，在此實施方式一中，基于此二次電池10的阻抗的頻率特性，通過紋波生成裝置20產(chǎn)生二次電池10的阻抗Z的絕對值Izl相對降低的頻率區(qū)域(此實施方式一中大約為IkHz)的紋波電流。如此，能夠保持二次電池10的內(nèi)部電阻12產(chǎn)生的電壓Δ V的制約，并且，有效的在二次電池10流過紋波電流，此結(jié)果是，能夠?qū)Χ坞姵?0有效的升溫。圖6是表示將內(nèi)部電阻12產(chǎn)生的電壓Δ V作為約束條件，在極低溫時能夠流過二次電池10的紋波電流I的峰值IO的圖。參照圖6，橫軸表示紋波電流的頻率，縱軸表示電壓ΔΥ的約束條件下流過二次電池10的電流(假設(shè)為正弦波)的峰值10。并且，此處，作為一個例子，表示電壓Δν = 0. 5V，二次電池10的溫度T = -30 0C (極低溫)的情況。如圖6所示，在二次電池10的阻抗的絕對值相對小的頻率區(qū)域(IkHz附近)，流過二次電池10的電流增大。低頻率時或者直流時，給予作為電壓M = 0. 5V的約束條件的時候，在二次電池10幾乎完全不能流過電流，不能對二次電池升溫。并且，圖7是表示將內(nèi)部電阻12產(chǎn)生的電壓Δ V作為約束條件，在極低溫時能夠在二次電池10產(chǎn)生的平均發(fā)熱量的圖。參照圖7，橫軸表示紋波電流的頻率，縱軸表示紋波 1周期中二次電池10的平均發(fā)熱量。并且，此處也是作為一個例子，表示電壓Δν = 0. 5V, 二次電池10的溫度T = -300C (極低溫)的情況。如圖7所示，在二次電池10的阻抗的絕對值相對小的頻率區(qū)域(IkHz附近)，二次電池10的發(fā)熱量增大。低頻率時或者直流時，給予作為電壓Δν = 0. 5V的約束條件的時候，在二次電池10幾乎完全不能流過電流，不能對二次電池升溫。并且，圖8是表示將二次電池10的內(nèi)部電阻12產(chǎn)生的電壓Δ V作為約束條件，在極低溫時IOcos θ的大小的圖。此處，因為發(fā)熱量Q，與IOX I Δ V| Xcos θ成比例，在使電壓ΔΥ—定的時候，IOcos θ是與發(fā)熱量Q成比例的值。并且，此處，也是作為一個例子，表示電壓AV = 0. 5V，二次電池10的溫度T = -30 0C (極低溫)的情況。參照圖8，在二次電池10的阻抗的絕對值相對小的頻率區(qū)域(IkHz附近)， IOcos θ增大。因此，使二次電池10產(chǎn)生使得IOcos θ最大的頻率的紋波電流的時候，能夠使二次電池10的發(fā)熱量Q最大。本發(fā)明中，基于二次電池10的阻抗的頻率特性，由紋波生成裝置20，產(chǎn)生二次電池10的阻抗的絕對值相對降低的頻率區(qū)域(此實施方式一中，例如IkHz附近)的紋波電流。如此，能夠增大二次電池10的發(fā)熱量Q，有效的升溫二次電池10。接著，關(guān)于圖1所示的紋波生成裝置20以及控制裝置30的具體的結(jié)構(gòu)的一個例子進(jìn)行說明。圖9是表示圖1所示的紋波生成裝置20的電路結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。參照圖9， 紋波生成裝置20，包含功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件(以下，也簡單的稱為“開關(guān)元件”)Q1、Q2，二極管D1、D2，電抗器Li，電容CH。開關(guān)元件Ql、Q2，在正極線PL2和連接到二次電池10的負(fù)極的負(fù)極線NL之間串聯(lián)連接。然后，開關(guān)元件Ql的集電極連接到正極線PL2，開關(guān)元件Q2的發(fā)射極連接到負(fù)極線NL。二極管D1，D2，分別與開關(guān)元件Q1，Q2逆并聯(lián)。電抗器Ll的一端連接到與二次電池 10的正極連接的正極線PL1，另一端連接到開關(guān)元件Q1，Q2的連接節(jié)點ND，電容CH，連接到正極線PL2和負(fù)極線NL之間。并且，作為所述開關(guān)元件Ql，Q2，能夠使用例如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管) (Insulated Gate Bipolar Transistor)或者，功率MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)(Metal Oxide Semiconductor)晶體管等。此紋波生成裝置20，通過對應(yīng)于來自控制裝置30的控制信號PWMC相互輔助的導(dǎo)通/斷開開關(guān)元件Q1，Q2，使二次電池10產(chǎn)生對應(yīng)于開關(guān)元件Q1，Q2的開關(guān)頻率的紋波電流IB。具體的是，將對二次電池10充電的紋波電流IB作為正的時候，開關(guān)元件Ql，Q2分別為斷開、導(dǎo)通狀態(tài)的時候，紋波電流IB在負(fù)方向上增加。紋波電流IB成為負(fù)，之后，開關(guān)元件Q1，Q2分別切換到導(dǎo)通、斷開狀態(tài)的時候，紋波電流IB開始在正方向上增加。然后，紋波電流IB為正，之后，再次將開關(guān)元件Ql，Q2分別切換到斷開、導(dǎo)通狀態(tài)的時候，紋波電流 IB開始在負(fù)方向上增加。能夠如此的使二次電池10產(chǎn)生對應(yīng)于開關(guān)元件Q1，Q2的開關(guān)頻率的紋波電流IB。圖10是控制裝置30的功能框圖。參照圖10，控制裝置30，包含紋波頻率設(shè)定部 32，載波生成部34，PWM(Pulse Width Moduation 脈沖寬度調(diào)制)信號生成部36。紋波頻率生成部32，設(shè)定紋波生成裝置20的開關(guān)元件Q1，Q2的開關(guān)頻率，也就是使二次電池產(chǎn)生的紋波電流的頻率(以下，也稱為“紋波頻率”)f。具體的，紋波頻率設(shè)定部32，基于如圖 3 圖5所示的二次電池10的阻抗的頻率特性，設(shè)定二次電池10的阻抗的絕對值相對小的頻率(例如IkHz附近)作為紋波頻率f，向載波生成部34輸出此設(shè)定的紋波頻率f。載波生成部34，生成具有從紋波頻率設(shè)定部32接受的紋波頻率f的載波信號 CR(三角波)，向PWM信號生成部36輸出此生成的載波信號CR。PWM信號生成部36，將預(yù)定的占空比指令值d(為0.5。)與從載波生成部34接受的載波信號CR比較大小，對應(yīng)于此比較結(jié)果，生成邏輯狀態(tài)變化的PWM信號。然后，PWM信號生成部36，將此生成的PWM信號作為控制信號PWMC向紋波生成裝置20的開關(guān)元件Q1，
9Q2輸出。圖11是表示紋波電流IB的變動的圖。參照圖11，例如在時刻tl中，載波信號CR 比占空比指令值d( = 0. 5)大的時候，斷開上臂的開關(guān)元件Q1，導(dǎo)通下臂的開關(guān)元件Q2。如此，紋波電流IB(圖9)，轉(zhuǎn)為向負(fù)方向的增加，在電抗器Ll (圖9)中儲存的能量放出了的定時，電流IB的符號從正切換到負(fù)。在時刻t2中，載波信號CR比占空比指令值d小的時候，導(dǎo)通上臂的開關(guān)元件Q1， 斷開下臂的開關(guān)元件Q2。如此，紋波電流IB，轉(zhuǎn)為向正方向的增加，在電抗器Ll中儲存的能量放出了的定時，電流IB的符號從負(fù)切換到正。然后，在時刻t3中，再次載波信號CR比占空比指令值d大的時候，分別將開關(guān)元件Ql，Q2斷開，導(dǎo)通，紋波電流IB再次轉(zhuǎn)為向負(fù)方向的增加。如此，能夠使二次電池10產(chǎn)生具有載波信號CR的頻率也就是紋波頻率f的紋波電流IB。如上所述，在此實施方式一，通過由紋波生成裝置20使二次電池10積極的產(chǎn)生紋波電流，從內(nèi)部升溫二次電池10。此處，因為紋波頻率，基于二次電池10的阻抗的頻率特性，被設(shè)定為阻抗的絕對值相對降低的頻率區(qū)域的頻率(例如，IkHZ附近)，即使是極低溫， 也能夠保持電池的上下限電壓并且在電池內(nèi)部流過用于發(fā)熱的充分的電流。如此，根據(jù)此實施方式一，能夠通過從內(nèi)部有效的使電池10發(fā)熱，對二次電池10進(jìn)行有效的升溫。并且，根據(jù)本實施方式一，在通過圖9所示的電路實現(xiàn)紋波生成裝置20的情況下， 因為用于升溫二次電池10的能量源僅僅是二次電池10(不需要另外的電源)，能夠有效的升溫二次電池10。進(jìn)一步的，根據(jù)此實施方式一，因為使用二次電池10的內(nèi)部電阻的發(fā)熱從二次電池10的內(nèi)部發(fā)熱，不會產(chǎn)生使用加熱器等從外部加熱的情況下可能產(chǎn)生的加熱不均。并且，因為電池的內(nèi)部電阻越是低溫越大，在串聯(lián)的電池單元中越是低溫的電池單元發(fā)熱量越大，所以能夠均一的升溫電池。實施方式二此實施方式二中，二次電池10為鋰離子電池，在由于充電方向的紋波電流負(fù)極中鋰(Li)的析出成為問題的情況下，設(shè)定避免Li析出的產(chǎn)生的紋波頻率。以下，關(guān)于此實施方式二中紋波頻率的考慮方式進(jìn)行說明。圖12是關(guān)于二次電池10的電極/電解液界面的等價電路圖。參照圖12，二次電池10的內(nèi)部電阻，主要包含負(fù)極析出電阻R1-、負(fù)極反應(yīng)電阻R2-、負(fù)極電雙層電容C-、正極反應(yīng)電阻R+、正極電雙層電容C+、和電解液電阻Rsol。負(fù)極析出電阻Rl-是充電時負(fù)極44的電荷移動電阻。負(fù)極反應(yīng)電阻R2-是放電時負(fù)極44的電荷移動電阻。負(fù)極電雙層電容C-，是在負(fù)極44和電解液的界面形成的電雙層的電容。正極反應(yīng)電阻R+是正極42側(cè)的電荷移動電阻。正極電雙層電容C+是在正極 42和電解液的界面形成的電雙層的電容。電解液電阻Rsol是電解液的電阻和集電箔等的金屬電阻等。并且，負(fù)極44中使用例如碳系或者錫合金系的材料。充電時，由于在負(fù)極析出電阻Rl-電流流過，產(chǎn)生Li的析出。另一方面，如果使二次電池10產(chǎn)生的紋波電流為高頻，電流在負(fù)極電雙層電容C-流過，幾乎完全不流過負(fù)極析出電阻R1-。因此，通過設(shè)定紋波頻率，使得比對應(yīng)于包含負(fù)極析出電阻Rl-和負(fù)極電雙層電容C-的RC電路的時間常數(shù)的頻率更高，避免負(fù)極44中Li析出的產(chǎn)生。并且，關(guān)于負(fù)極析出電阻Rl-和負(fù)極電雙層電容C-，能夠以例如以下方式進(jìn)行測定。也就是說，如圖13所示，在正極42和負(fù)極44之間設(shè)置參照極46，測定在正極42以及負(fù)極44之間流過電流時的負(fù)極44以及參照極46之間的阻抗。然后，在由圖3所示的奈奎斯特曲線圖表示此測定結(jié)果的時候，半圓部的直徑為負(fù)極析出電阻R1-，能夠利用在半圓部的頂點中成立(負(fù)極析出電阻Rl-) X (負(fù)極電雙層電容C-) = 1/2 Jif (f為頻率)的關(guān)系， 如此求得負(fù)極電雙層電容C-。并且，因為負(fù)極44在使用鋰金屬時僅僅在負(fù)極44產(chǎn)生析出反應(yīng)，能夠在負(fù)極44中使用鋰金屬測定負(fù)極析出電阻R1-?；蛘?，分解二次電池10，取代正極42，設(shè)置負(fù)極44，在集電端子間測定阻抗也可以。此情況下也是，如上所述，可以通過在兩集電端子使用鋰金屬，計算負(fù)極析出電阻R1-。如上所述，此實施方式二中，設(shè)定紋波頻率，使得比對應(yīng)于包含負(fù)極析出電阻 Rl-和負(fù)極電雙層電容C-的RC電路的時間常數(shù)的頻率更高。如此，根據(jù)本實施方式二，能夠避免負(fù)極中Li析出的產(chǎn)生。實施方式三本實施方式三中，二次電池10為鋰離子電池，在由于充電方向的紋波電流負(fù)極中鋰(Li)的析出成為問題的情況下，產(chǎn)生紋波電流，使得紋波電流的平均值向放電側(cè)偏置。作為具體的方法，再次參照圖9 圖11，例如，通過圖9所示的電路實現(xiàn)紋波生成裝置20的情況下，也可以是設(shè)定紋波升溫時的占空比指令值d為比0. 5更小的值?；蛘撸?通過圖9所示的電路實現(xiàn)紋波生成裝置20的情況下，紋波升溫的必要的能量源僅僅是二次電池10。此處，因為即使是設(shè)定紋波升溫時的占空比指令值d為0. 5，因為紋波電流向放電側(cè)偏置紋波生成裝置20中的損失部分，所以也可利用此。如此，根據(jù)本實施方式三，也能夠避免負(fù)極中Li析出的產(chǎn)生。實施方式四本實施方式四中，本發(fā)明的二次電池的升溫裝置適用于電動車輛。圖14是適用了本發(fā)明實施方式四中二次電池的升溫裝置的電動車輛的全體框圖。參照圖14，電動車輛100，包含二次電池10、升壓轉(zhuǎn)換器22、電容CH、變換器50、電動發(fā)電機60、驅(qū)動輪65。并且，電動車輛100，進(jìn)一步包含E⑶(電子控制單元)(Electronic Control Unit) 70、溫度傳感器82、電流傳感器84、電壓傳感器86、88。升壓轉(zhuǎn)換器22，基于來自E⑶70的控制信號PWMC，將正極線PL2以及負(fù)極線NL之間的電壓(以下，也稱為“系統(tǒng)電壓”。)升壓到二次電池10的輸出電壓以上。并且，在系統(tǒng)電壓低于目標(biāo)電壓的情況下，能夠通過增大開關(guān)元件Q2的導(dǎo)通占空比，使電流從正極線 PLl向正極線PL2流動，能夠使系統(tǒng)電壓上升。另一方面，系統(tǒng)電壓大于目標(biāo)電壓的情況下， 能夠通過增大開關(guān)元件Ql的導(dǎo)通占空比，使電流從正極線PL2向正極線PLl流動，能夠使系統(tǒng)電壓降低。并且，升壓轉(zhuǎn)換器22，與電容CH—起，形成圖9所示的紋波產(chǎn)生裝置20。然后， 在預(yù)定的紋波升溫開始條件成立的時候，升壓轉(zhuǎn)換器22，通過基于來自E⑶70的控制信號 PWMC導(dǎo)通/斷開開關(guān)元件Ql，Q2，使二次電池10產(chǎn)生紋波電流。電容CH平滑化正極線PL2以及負(fù)極線NL間的電壓。并且，電容CH，在二次電池 10的紋波升溫的執(zhí)行的時候，作為臨時儲存來自二次電池10放電的電力的電力緩存使用。
變換器50，基于來自E⑶70的控制信號PWMI將來自正極線PL2以及負(fù)極線NL供給的直流電力變換為三相交流，向電動發(fā)電機60輸出，驅(qū)動電動發(fā)電機60。并且，變換器 50，在車輛制動時，基于控制信號PWMI將由電動發(fā)電機60發(fā)電的三相交流電力變換為直流，向正極線PL2以及負(fù)極線NL輸出。電動發(fā)電機60是交流電動機，例如，是包含埋設(shè)有永磁體的轉(zhuǎn)子的三相交流電動機。電動發(fā)電機60，機械的連結(jié)到驅(qū)動輪65，產(chǎn)生用于驅(qū)動車輛的轉(zhuǎn)矩。并且，電動發(fā)電機 60，在車輛的制動時，從驅(qū)動輪65接受車輛的運動能來發(fā)電。溫度傳感器82，檢測二次電池10的溫度TB，向E⑶70輸出此檢測值。電流傳感器 84，檢測二次電池10輸入輸出的電流IB，向E⑶70輸出此檢測值。電壓傳感器86，檢測相當(dāng)于二次電池10的輸出電壓的、正極線PLl以及負(fù)極線NL之間的電壓VB，向ECU70輸出此檢測值。電壓傳感器88，檢測正極線PL2以及負(fù)極線NL之間的電壓VH，向ECU70輸出此檢測值。ECU70，基于來自電壓傳感器86，88的電壓VB，VH的各個檢測值，生成用于驅(qū)動升壓轉(zhuǎn)換器22的控制信號PWMC，向升壓傳感器22輸出此生成的控制信號PWMC。并且，ECU70，基于來自溫度傳感器82的溫度TB、二次電池10的剩余容量(以下， 也稱為“SOC (充電狀態(tài))(Mate Of Charge) ”)、表示車輛的速度的車速信號VS、表示未圖示的換擋桿的檔位的檔位信號SP等，判定二次電池10的紋波升溫的執(zhí)行條件是否成立。在紋波升溫的執(zhí)行條件成立的時候，E⑶70，生成用于使得二次電池10產(chǎn)生二次電池10的阻抗的絕對值相對小的頻率區(qū)域(例如IkHz附近)的紋波電流的控制信號PWMC，向升壓轉(zhuǎn)換器22輸出此生成的控制信號PWMC。并且，ECU70，生成用于驅(qū)動電動發(fā)電機60的控制信號PWMI，向變換器50輸出此生成的控制信號PWMI。圖15是圖14所示的ECU70的關(guān)于升壓轉(zhuǎn)換器22的控制部分的功能框圖。參照圖15，ECU70包含電壓指令生成部110、電壓控制部112、占空比指令生成部114、PWM信號生成部116、紋波升溫條件判定部118、紋波頻率設(shè)定部120、載波生成部122。電壓指令生成部110，生成表示通過升壓轉(zhuǎn)換器22調(diào)整的電壓VH的目標(biāo)值的電壓指令值VR。例如，電壓指令生成部110，基于根據(jù)電動發(fā)電機60的轉(zhuǎn)矩指令值以及馬達(dá)轉(zhuǎn)速計算的電動發(fā)電機60的功率，生成電壓指令值VR。電壓控制部112，從電壓指令部110接受電壓指令值VR，分別從電壓傳感器88，86 接受電壓VH，VB。然后，電壓控制部112，執(zhí)行用于使電壓VH和電壓指令值VR—致的控制運算(例如比例積分控制)。占空比指令生成部114，基于來自電壓控制部112的控制輸出，生成表示升壓轉(zhuǎn)換器22的開關(guān)元件Q1，Q2的開關(guān)占空比的占空比指令值d。此處，占空比指令生成部114，從紋波升溫條件判定部118接受意為執(zhí)行二次電池10的紋波升溫的通知的時候，不考慮來自電壓控制部112的控制輸出，使占空比指令值d成為紋波升溫用的預(yù)定值(例如0. 5(升壓比 2))。PWM信號生成部116，比較從占空比指令生成部114接受的占空比指令值d和從載波生成部122接受的載波信號CR的大小，根據(jù)此比較結(jié)果，生成邏輯狀態(tài)變化的控制信號 PWMC。然后，PWM信號生成部116，向升壓轉(zhuǎn)換器22的開關(guān)元件Q1，Q2輸出此生成的控制信號 PWMC。紋波升溫條件判定部118，接受由溫度傳感器82檢測的溫度TB，二次電池10的 S0C，車速信號VS以及檔位信號SP。并且，二次電池10的S0C，使用各種的公知的方法，基于電流IB以及電壓VB的各個檢測值等計算得到。然后，紋波升溫條件判定部118，基于這些各信號，判定二次電池10的紋波升溫的執(zhí)行條件，更詳細(xì)的是，開始條件、繼續(xù)條件以及完成條件，基于這些判定結(jié)果，向占空比指令生成部114以及紋波頻率設(shè)定部120通知是否執(zhí)行紋波升溫。紋波頻率設(shè)定部120，從紋波升溫條件判定部118接受意在執(zhí)行二次電池10的紋波升溫的通知的時候，向載波生成部122輸出紋波頻率f(實施方式一、二中說明的頻率)。載波生成部122，生成用于在PWM信號生成部116中生成PWM信號的載波信號 CR(三角波)，向PWM信號生成部116輸出此生成的載波信號CR。此處，載波生成部122，從紋波頻率設(shè)定部120接受紋波頻率f的時候，生成具有此接受的紋波頻率f的載波信號CR 向PWM信號生成部116輸出。圖16是用于說明由E⑶70執(zhí)行的紋波升溫的處理順序的流程圖。并且，此流程圖表示的處理，是每隔一定時間或者每次預(yù)定條件成立從主例程調(diào)用執(zhí)行。參照圖16，E⑶70，基于二次電池的溫度TB、S0C、車速信號VS、檔位信號SP等，判定紋波升溫的開始條件是否成立(步驟S10)。作為一個例子，在溫度TB表示極低溫、SOC 比預(yù)定值高、車速信號VS表示車輛的停止，并且，檔位信號SP表示駐車檔的時候，判定為紋波升溫的開始條件成立。步驟SlO中判定為開始條件成立的時候(步驟SlO中是)，E⑶70，通過所述方法執(zhí)行升溫(步驟S20)。接著，E⑶70，基于紋波升溫開始后的時間、二次電池10的溫度TB、S0C、 車速信號VS、檔位SP等，判定紋波升溫的繼續(xù)條件是否成立(步驟S30)。作為一個例子， 溫度TB比預(yù)定升溫完成溫度低、SOC比預(yù)定值高、車速信號VS表示車輛的停止，檔位信號 SP表示駐車檔，并且，紋波升溫開始后的時間沒有經(jīng)過預(yù)定時間的話，判定為紋波升溫的繼續(xù)條件成立。然后，判定為繼續(xù)條件成立的時候(步驟S30中是)，移動處理到步驟S20，繼續(xù)紋波升溫。在步驟S30中判定為繼續(xù)條件不成立的時候(步驟S30中否)，E⑶70，完成紋波升溫(步驟S40)。然后，E⑶70，基于二次電池10的溫度TB、SOC等，判定紋波升溫的完成條件(步驟S50)。作為一個例子，如果溫度TB超過預(yù)定的升溫完成溫度，SOC低于下限值， 判定為完成條件成立。在步驟S50中判定為完成條件成立的時候(步驟S50中是)，完成一系列的處理。 另一方面，步驟S50中判定為完成條件不成立的時候(步驟S50中否)，輸出警報，并且執(zhí)行預(yù)定的異常判定處理(步驟S60)。圖17是二次電池10的紋波升溫時的電流IB的波形圖。并且，向二次電池10流過充電電流的時候，電流IB為正。參照圖17，因為紋波升溫時，升壓轉(zhuǎn)換器22的載波頻率 fCR設(shè)定為紋波頻率f (為IkHz)，電流IB以紋波頻率f變動。并且，因為用于生成紋波電流的能量源僅僅是二次電池10，所以，由于升壓轉(zhuǎn)換器 22的損失等電流IB向負(fù)方向(放電方向)偏置。如此，在二次電池10為鋰離子電池的情況下，能夠避免隨著紋波升溫在負(fù)極的Li析出的產(chǎn)生。
并且，相對于升壓轉(zhuǎn)換器22的通常的升壓動作時(非紋波升溫時)的開關(guān)頻率為數(shù)kHz IOkHz程度，紋波升溫時的紋波頻率f為IkHz的程度，比所述的通常動作時的開關(guān)頻率低。也就是說，ECU70，在紋波升溫時，比通常動作時(非紋波升溫時)更低的設(shè)定升壓轉(zhuǎn)換器22的開關(guān)頻率(或者載波頻率)。并且，如上所述，雖然是通過將升壓轉(zhuǎn)換器22的載波頻率fCR變更為紋波頻率f 產(chǎn)生紋波電流，但是不變更載波頻率fCR(例如IOkHz)，通過給予以紋波頻率f進(jìn)行交流變化的電流指令，產(chǎn)生如圖18所示的紋波電流也可以。如上所述，此實施方式四中，利用升壓轉(zhuǎn)換器22執(zhí)行二次電池10的紋波升溫。如此，根據(jù)此實施方式四，通過從內(nèi)部有效的使二次電池10發(fā)熱，可以有效的升溫二次電池 10，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)不妨礙車輛驅(qū)動裝置以及車輛自身的小型化以及低成本化的二次電池 10的升溫裝置。實施方式五再次參照圖14，在使用升溫轉(zhuǎn)換器22進(jìn)行二次電池10的紋波升溫的情況，開關(guān)元件Ql，Q2的占空比成為0.5(升壓比為2)的時候，產(chǎn)生的紋波電流(三角波)的峰值Ip， 由下式表示。Ip = VB/LXl/(4Xf). . . (6)此處，L表示電抗器Ll的電感，f表示升壓轉(zhuǎn)換器22的開關(guān)頻率(=紋波頻率、載波頻率)。圖19表示與發(fā)熱量成比例的電流IOcos θ的圖8中，疊加了紋波電流的峰值Ip 的圖。參照圖19，曲線kl表示與發(fā)熱量成比例的電流IOcos θ，曲線k2表示由(6)式表示的峰值訌。也就是說，曲線kl，表示從二次電池10的觀點來看的最大電流，曲線k2，表示從電抗器Ll的觀點來看的最大電流。電流的大小超過曲線kl的時候，因為產(chǎn)生了超過上下限電壓的電壓，不能流過超過曲線kl的電流。另一方面，能夠流過電抗器Ll的電流，由曲線k2表示。此處，通過選定相當(dāng)于曲線kl，k2的交點Pl的紋波頻率，能夠在保持二次電池 10的上下限電壓的同時使二次電池10的發(fā)熱量最大。如上所述，根據(jù)本實施方式五，在使用現(xiàn)有的升壓轉(zhuǎn)換器22的情況，能夠使紋波升溫的二次電池10的發(fā)熱量最大。實施方式六再次參照圖19，因為交點P1，不是曲線kl的最大點，實施方式五中，從最合適實施二次電池10的紋波升溫的觀點來看，不能說升壓轉(zhuǎn)換器22的電抗器Ll的阻抗L是最合適的。因為能夠流過升壓轉(zhuǎn)換器22的電抗器Ll的最大電流，由所述(6)式表示，如果合適的設(shè)計升壓轉(zhuǎn)換器22的電抗器Ll的阻抗L，能夠使二次電池10產(chǎn)生的紋波電流最大。圖20是用于說明為了使得二次電池10中產(chǎn)生的紋波電流最大的電抗器Ll的阻抗L的設(shè)計方法的圖。參照圖20，曲線k3，表示(6)式表示的紋波電流的峰值Ip。此實施方式六中，設(shè)計電抗器Ll的阻抗L，使得在表示與發(fā)熱量成比例的電流IOcos θ的曲線kl 的最大點P2，曲線k3與曲線kl相交。并且，如果與實施方式五相比較，本實施方式六中，設(shè)計升壓轉(zhuǎn)換器22使得相對于實施方式五電抗器Ll的阻抗L變小。如上所述，根據(jù)本實施方式六，通過合適的設(shè)計升壓轉(zhuǎn)換器22的電抗器Ll的阻抗 L，能夠使二次電池10產(chǎn)生的紋波電流最大。
實施方式七如上所述，使用升壓轉(zhuǎn)換器22實施二次電池10的紋波升溫的情況，比通常的升壓動作時更低的設(shè)定升壓轉(zhuǎn)換器22的載波頻率(開關(guān)元件Ql，Q2的開關(guān)頻率)(例如設(shè)定為 IkHz)的時候，電流的噪聲增大，并且，由于產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入可聽區(qū)域，噪音成為問題。并且， 在效率方面也是，紋波升溫時的電抗器Ll的損失成為問題。此處，本實施方式七中，在升壓轉(zhuǎn)換器中另外設(shè)置紋波升溫用的電抗器。然后，在此紋波升溫用的電抗器中，設(shè)計阻抗使得，即使是維持升壓轉(zhuǎn)換器22的載波頻率為與通常動作時相同的高頻率，也能夠得到充分的紋波電流。圖21是實施方式七中升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。并且，在升壓轉(zhuǎn)換器以外的結(jié)構(gòu)，是與圖14所示的結(jié)構(gòu)相同。參照圖21，升壓轉(zhuǎn)換器22A，在圖14所示的升壓轉(zhuǎn)換器22的結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步包含電抗器L2、和開關(guān)SWl。電抗器L2，與電抗器Ll并列的設(shè)置。此電抗器L2，是紋波升溫用的電抗器，設(shè)計為比通常的升壓動作用的電抗器Ll阻抗更小。例如，希望在紋波升溫時產(chǎn)生為使用電抗器 Ll的通常動作時產(chǎn)生的電流紋波的10倍的紋波電流的情況下，設(shè)計紋波升溫用的電抗器 L2的阻抗為電抗器Ll的阻抗的1/10即可。并且，考慮到低阻抗以及提高效率的時候，優(yōu)選的，使用空芯型的線圈作為電抗器 L2。通過使用空芯型的線圈，能夠降低電抗器的損失(鐵損)，可以提高效率。開關(guān)SW1，設(shè)置在電抗器L1，L2和正極線PLl之間。然后，開關(guān)SW1，對應(yīng)于未圖示的來自E⑶70的切換信號CTL，電連接正極線PLl到電抗器Li，L2的任一方。升壓轉(zhuǎn)換器 22A的其它的結(jié)構(gòu)，與圖14所示的升壓轉(zhuǎn)換器22相同。此升壓轉(zhuǎn)換器22A中，在通常的升壓動作時(非紋波升溫時)，對應(yīng)于來自E⑶70 的切換信號CTL，通過開關(guān)SWl連接電抗器Ll到正極線PLl，將電抗器L2從正極線PLl切斷。另一方面，在紋波升溫時，對應(yīng)于切換信號CTL，通過開關(guān)SWl連接電抗器L2到正極線 PL1，將電抗器Ll從正極線PLl切斷。并且，開關(guān)元件Q1，Q2的開關(guān)頻率(升壓轉(zhuǎn)換器22A 的載波頻率)，在紋波升溫時也和通常的升壓動作時相同(例如，數(shù)kHz IOkHz程度)。如上所述，本實施方式七中，因為，設(shè)置紋波升溫用的電抗器L2，在紋波升溫時，從通常動作用的電抗器Ll切換到電抗器L2，沒有必要在紋波升溫時更低的設(shè)定升壓轉(zhuǎn)換器 22的開關(guān)頻率(升壓轉(zhuǎn)換器22A的載波頻率)。如此，根據(jù)本實施方式七，能夠避免隨著紋波升溫的噪音增大的問題。并且，如果使用空芯型的線圈作為紋波升溫用的電抗器L2，在紋波升溫時，能夠降低電抗器的損失(鐵損)，提高紋波升溫的效率。變形例如上所述，因為紋波升溫用的電抗器L2的阻抗，比已設(shè)的電抗器Ll的阻抗小，所以也可以是，一直將電抗器Ll連接到正極線PL1，在紋波升溫時，將電抗器L2并列的電連接到電抗器Li。圖22是實施方式七的變形例中升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖。參照圖22，升壓轉(zhuǎn)換器22B， 在如圖21所示的升壓轉(zhuǎn)換器22A的結(jié)構(gòu)中，取代開關(guān)SWl包含開關(guān)SW2。開關(guān)SW2，在電抗器L2和正極線PLl之間設(shè)置。開關(guān)SW2，對應(yīng)于未圖示的來自 E⑶70的切換信號CTL導(dǎo)通/斷開。并且，電抗器Ll直接連接到正極線PL1。升壓轉(zhuǎn)換器22B的其他的結(jié)構(gòu)，與圖21所示的升壓轉(zhuǎn)換器22A相同。此升壓轉(zhuǎn)換器22B中，通常的升壓動作時(非紋波升溫時)，對應(yīng)于來自E⑶70的切換信號CTL斷開開關(guān)SW2，將電抗器L2從正極線PLl切斷。另一方面，在紋波升溫時，對應(yīng)于切換信號CTL導(dǎo)通開關(guān)SW2，將電抗器L2連接到正極線PLl。因為電抗器L2的阻抗， 比電抗器Ll的阻抗小，所以通過如此的結(jié)構(gòu)也能夠在紋波升溫時得到與實施方式七同樣的特性。實施方式八圖23J4是表示二次電池10的阻抗特性的波特圖。參照圖23，24，在實施方式七以及其變形例中，紋波升溫時使二次電池10產(chǎn)生的紋波電流的頻率(紋波頻率)，與通常的升壓動作時相同，例如數(shù)kHz 10kHz，如圖23，24中箭頭表示的，在超過數(shù)kHz的高頻區(qū)域中，二次電池10的阻抗Z的絕對值|Z|變大，相位θ變大。然后，阻抗的增大，如上所述， 存在在二次電池10的電壓上下限的制約下不能充分的流過紋波電流的可能性。圖25是表示二次電池10的阻抗特性的奈奎斯特曲線圖的原點附近的擴大圖。參照圖25，從圖25可以看出，頻率超過IkHz的時候，二次電池10的阻抗的絕對值|Ζ|增加， 相位θ也增加。然后，從此圖25可以看出，因為阻抗的增加是，由于L成分的增加，相位θ 也是接近90°，所以阻抗的實數(shù)成分變化小。此處，因為二次電池10的發(fā)熱量，與IOX I AV|C0S θ = IO2X | Z | cos θ成比例， 即使是由于L成分的增加阻抗增加，但是二次電池10的發(fā)熱量，在相位θ約為0的時候， 也就是IkHz附近的時候，幾乎沒有變化。也就是說，L成分的增加引起的阻抗的增加，對二次電池10的發(fā)熱量的增加幾乎沒有影響，同時，如直到現(xiàn)在所述的，在二次電池10的電壓上下限的制約下，存在不能充分的流過紋波電流的可能性。另一方面，在此高頻區(qū)域，L成分的增加引起的阻抗的增加，不是以二次電池10的電化學(xué)的特性為起因，而是以二次電池10的結(jié)構(gòu)為起因。此處，本實施方式8中，表示了二次電池10中可以抑制高頻區(qū)域的L成分的增加的電極結(jié)構(gòu)。圖沈是用于說明實施方式八中二次電池的電極結(jié)構(gòu)的特征部分的圖。參照圖沈， 二次電池10的電極體132包含本體部134、正極集電箔部136、負(fù)極集電箔部138、正極集電端子140、負(fù)極集電端子142、焊接部144。此二次電池10的結(jié)構(gòu)上的特征，是連接正極集電端子140和正極集電箔部136的焊接部144、以及連接負(fù)極集電端子142和負(fù)極集電箔部138的焊接部144的各自的面積充分大。通過增大焊接部144的面積，能夠抑制L成分的增加。并且，增大焊接部144的面積，可以是如圖26所示的以線或者面形成焊接部144，也可以是增加焊接點的數(shù)量。并且，作為電極的結(jié)構(gòu)，也可以不是在正極以及負(fù)極之間隔著間隔體卷成的卷繞結(jié)構(gòu)，而是采用平板型結(jié)構(gòu)。如上所述，根據(jù)此實施方式八，因為能夠抑制高頻區(qū)域中阻抗的增大，在采用了實施方式七以及其變形例的結(jié)構(gòu)的情況下，能夠避免在二次電池10的電壓上下限的制約下不能充分的流過紋波電流的可能性。并且，上述中，電動車輛100，可以是將電動發(fā)電機60作為唯一的行駛用動力源的電動汽車，也可以是進(jìn)一步搭載發(fā)動機作為行駛用動力源的混合動力車輛，進(jìn)一步的，也可以是在二次電池10的基礎(chǔ)上進(jìn)一步搭載燃料電池作為直流電源的燃料電池車輛。
并且，上述中，控制裝置30以及E⑶70，對應(yīng)于本發(fā)明中“控制裝置”，升壓轉(zhuǎn)換器 22，22A，22B，對應(yīng)于本發(fā)明中“升壓裝置”。并且，開關(guān)元件Q1，Q2，對應(yīng)于本發(fā)明的“第一以及第二開關(guān)元件”，電抗器Li，L2分別對應(yīng)于本發(fā)明的“第一電抗器”以及“第二電抗器”。此處展示的實施例，所有的點均為示例，絕對不能認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍，不是由上述的實施例中的說明表示，而是由權(quán)利要求的范圍展示，與權(quán)利要求的范圍均等的意義以及范圍內(nèi)的所有變更均包含其中。符號的說明10 二次電池，12內(nèi)部電阻，20紋波生成裝置，22，22A，22B升壓轉(zhuǎn)換器，30控制裝置，32，120紋波頻率設(shè)定部，34，122載波生成部，36，116PWM信號生成部，42正極，44負(fù)極， 46參照極，50變換器，60電動發(fā)電機，65驅(qū)動輪，70ECU, 82溫度傳感器，84電流傳感器，86， 88電壓傳感器，110電壓指令生成部，112電壓控制部，114占空比指令生成部，118紋波升溫條件判定部，132電極體，134電極部，136正極集電箔部，138負(fù)極集電箔部，140正極集電端子，142負(fù)極集電端子，144焊接部，PL1，PL2正極線，NL負(fù)極線，Li，L2電抗器，Ql，Q2開關(guān)元件，Dl，D2 二極管，CH電容，ND連接節(jié)點，Rl-負(fù)極析出電阻，R2-負(fù)極反應(yīng)電阻，C-負(fù)極電雙層電容，R+正極反應(yīng)電阻，C+正極電雙層電容，Rsol電解液電阻，SWl，SW2開關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種二次電池的升溫裝置，包含連接到二次電池(10)，構(gòu)成為使所述二次電池積極地產(chǎn)生預(yù)定頻率的紋波電流的紋波生成裝置(20 ；22)；和用于控制所述紋波生成裝置使得通過使所述二次電池產(chǎn)生所述紋波電流來對所述二次電池升溫的控制裝置(30 ；70)，所述預(yù)定頻率，基于所述二次電池的阻抗的頻率特性，設(shè)定為所述阻抗的絕對值相對降低的頻率區(qū)域的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的二次電池的升溫裝置，其中，所述紋波生成裝置是構(gòu)成為能夠?qū)⑤敵鲭妷荷龎簽樗龆坞姵氐碾妷阂陨系臄夭ㄐ偷纳龎貉b置。
3.如權(quán)利要求2所述的二次電池的升溫裝置，其中，所述控制裝置，在要求所述二次電池的升溫時，將所述升壓裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為所述預(yù)定頻率。
4.如權(quán)利要求2所述的二次電池的升溫裝置，其中，所述控制裝置，在要求所述二次電池的升溫時，將所述升壓裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為比所述二次電池的非升溫時低的值。
5.如權(quán)利要求2所述的二次電池的升溫裝置，其中， 所述升壓裝置，包含在電壓輸出線對的各自之間串聯(lián)連接的第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件oa，Q2)；和連接到所述第一開關(guān)元件以及所述第二開關(guān)元件的連接節(jié)點與所述二次電池的正極之間，具有預(yù)定的電感的電抗器(Li)，所述控制裝置，在要求所述二次電池的升溫時，設(shè)定所述第一開關(guān)元件以及所述第二開關(guān)元件的開關(guān)頻率，使得在不超過根據(jù)所述二次電池的阻抗的頻率特性和所述二次電池的電壓限制按所述紋波電流的各頻率確定的所述二次電池的最大通電量的范圍，所述紋波電流成為最大。
6.如權(quán)利要求2所述的二次電池的升溫裝置，其中， 所述升壓裝置，包含在電壓輸出線對的各自之間串聯(lián)連接的第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件oa，Q2)；和連接到所述第一開關(guān)元件以及所述第二開關(guān)元件的連接節(jié)點與所述二次電池的正極之間的電抗器(Li)，所述電抗器的電感被設(shè)定為，使得根據(jù)所述二次電池的阻抗的頻率特性和所述二次電池的電壓限制按所述紋波電流的各頻率確定的所述二次電池的發(fā)熱量成為最大。
7.如權(quán)利要求1所述的二次電池的升溫裝置，其中，所述預(yù)定頻率，基于所述二次電池的阻抗的頻率特性，設(shè)定為大致1kHz。
8.如權(quán)利要求1所述的二次電池的升溫裝置，其中， 所述二次電池是鋰離子電池，所述預(yù)定頻率，設(shè)定為比與根據(jù)在所述鋰離子電池流過充電電流時的負(fù)極的析出電阻 (R1-)和所述負(fù)極的電雙層電容(C-)確定的時間常數(shù)對應(yīng)的頻率高。
9.如權(quán)利要求1所述的二次電池的升溫裝置，其中，所述二次電池是鋰離子電池，所述控制裝置，控制所述紋波生成裝置，使所述二次電池產(chǎn)生所述紋波電流的平均值向所述鋰離子電池的放電側(cè)偏移了的紋波電流。
10.一種二次電池的升溫裝置，包含連接到二次電池(10)，構(gòu)成為使所述二次電池積極地產(chǎn)生預(yù)定頻率的紋波電流的紋波生成裝置(22A ；22B)；和用于控制所述紋波生成裝置使得通過使所述二次電池產(chǎn)生所述紋波電流來對所述二次電池升溫的控制裝置(70)，所述紋波生成裝置是，構(gòu)成為能夠?qū)⑤敵鲭妷荷龎簽樗龆坞姵氐碾妷阂陨系臄夭ㄐ偷纳龎貉b置，所述升壓裝置，包含在電壓輸出線對的各自之間串聯(lián)連接的第一開關(guān)元件以及第二開關(guān)元件0il，Q2)； 在所述第一開關(guān)元件以及所述第二開關(guān)元件的連接節(jié)點與所述二次電池的正極之間設(shè)置的第一電抗器(Li)；與所述第一電抗器并聯(lián)設(shè)置，電感比所述第一電抗器小的第二電抗器(L2)；和在要求所述二次電池的升溫時，代替所述第一電抗器或者與所述第一電抗器一起，在所述連接節(jié)點和所述二次電池的正極之間連接所述第二電抗器的連接裝置(SW1，SW2)。
11.一種車輛，包含儲蓄車輛行駛用的電力的二次電池(10)；和在要求所述二次電池的升溫時對所述二次電池升溫的、如權(quán)利要求1至10中任一項記載的二次電池的升溫裝置。
全文摘要
二次電池(10)的升溫裝置，包含紋波生成裝置(20)和控制裝置(30)。紋波生成裝置(20)，連接到二次電池(10)，構(gòu)成為積極的使二次電池(10)產(chǎn)生預(yù)定頻率的紋波電流(I)?？刂蒲b置(30)，控制紋波生成裝置(20)，使得通過使二次電池(10)產(chǎn)生紋波電流(I)將二次電池升溫。此處，預(yù)定頻率基于二次電池(10)的阻抗的頻率特性，設(shè)定為阻抗的絕對值相對降低的頻率區(qū)域的頻率。
文檔編號H01M10/50GK102473976SQ20098016034
公開日2012年5月23日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者松坂正宣, 田澤正俊, 石倉誠, 西勇二, 高橋秀典 申請人:豐田自動車株式會社