專利名稱：充放電裝置及充放電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行蓄電裝置的充放電控制的充放電裝置及充放電控制方法。
背景技術(shù)：
對于蓄電設(shè)備，通常使用以鎳氫電池、鋰離子電池為代表的二次電池、大容量的雙電層電容器等。在這些蓄電設(shè)備中，由于在儲存電力的過程中利用化學(xué)反應(yīng)、傳質(zhì)現(xiàn)象，所以性能容易受到環(huán)境溫度的影響。特別是在低溫中化學(xué)反應(yīng)的速度由于內(nèi)部電阻的增大而降低，例如在冰點(diǎn)下的內(nèi)部電阻上升到室溫環(huán)境的5倍以上。其原因在于，蓄電設(shè)備內(nèi)部的參與化學(xué)反應(yīng)的離子等電荷載體的移動速度在低溫環(huán)境下變慢。特別是由于離子在設(shè)備內(nèi)的電解液中移動，所以低溫導(dǎo)致的液體粘性的增大使離子的移動速度降低，引起急劇的電阻上升。在這樣的低溫中的內(nèi)部電阻的上升在充電或放電時會產(chǎn)生比通常大的IR損耗(在充電時所需要的電力增加，在放電時輸出的降低)，許多能量作為熱而失去，系統(tǒng)效率降低。此外，由于充電時的IR損耗的增大使蓄電設(shè)備的電壓增大，所以在充電時即使是微小的電流也會到達(dá)設(shè)備的使用上限電壓。此外，由于在放電時使蓄電設(shè)備的電壓降低，所以達(dá)到使用下限電壓。即，產(chǎn)生能夠通電的電流值變小的問題。進(jìn)而，當(dāng)在反應(yīng)活性降低了的狀態(tài)下重復(fù)進(jìn)行充放電時，在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生不完全的反應(yīng)，由此蓄電設(shè)備的劣化加速。例如，在鋰離子電池中，在低溫中無法獲得充分的充電速度，作為副反應(yīng)而在負(fù)極發(fā)生活性高的鋰金屬的析出反應(yīng)，加速蓄電設(shè)備的容量降低、安全性降低等的劣化。由于在低溫中較多觀察到這種現(xiàn)象，所以在假定在低溫中的使用的情況下，必須考慮充電電流的抑制、使用停止來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

近年來，正在進(jìn)行在電力機(jī)車或汽車中裝載蓄電設(shè)備，將制動時的再生能量儲存在蓄電設(shè)備中，在動力運(yùn)行加速時再利用能量的系統(tǒng)開發(fā)。以現(xiàn)場行車為前提的設(shè)備的蓄電系統(tǒng)在低溫環(huán)境下也需要充分的性能。通常，在電力機(jī)車的設(shè)備中，被設(shè)計(jì)為在負(fù)25°C左右進(jìn)行正常工作，但是目前不存在即使在負(fù)25°C左右也滿足充分的性能的蓄電設(shè)備。作為使蓄電設(shè)備在低溫環(huán)境中起動的方法，有從外部電源利用加熱器對蓄電設(shè)備的表面直接進(jìn)行加溫的方法，但是按照該方法，從加熱器的相反側(cè)存在散熱，加溫效果差。另一方面，如果對蓄電設(shè)備通電使其充放電，進(jìn)行以內(nèi)部電阻為發(fā)熱源的加溫，則能夠?qū)崿F(xiàn)有效的蓄電設(shè)備的加溫。例如，作為利用通電的加溫方法之一，也正在研究降低連接于蓄電設(shè)備的斬波電路(chopper circuit)的開關(guān)頻率,使電流紋波(current ripple)增加,利用此時的焦耳熱對蓄電設(shè)備進(jìn)行加溫的結(jié)構(gòu)(例如，參照下述專利文獻(xiàn)I)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開2006 - 006073號公報
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
然而，在以往的利用焦耳熱對蓄電設(shè)備進(jìn)行加溫的方法中，控制連接于蓄電設(shè)備的斬波電路的開關(guān)頻率使紋波電流增加等，利用在蓄電設(shè)備中流過電流進(jìn)行充電或放電產(chǎn)生的反應(yīng)熱和焦耳熱對蓄電設(shè)備進(jìn)行加溫。因此，存在以下課題。
(I)蓄電設(shè)備的內(nèi)部電阻依賴于溫度、SOC (State of Charge:充電狀態(tài)、充電水平)而變化。因此，在為了加溫而施加的電流值一律為同一條件的情況下，當(dāng)內(nèi)部電阻小時反應(yīng)熱和焦耳熱產(chǎn)生少，加溫效果變小，特別是當(dāng)蓄電設(shè)備的熱容量大時，存在看不到實(shí)效的溫度上升的情況。相反，當(dāng)蓄電設(shè)備的內(nèi)部電阻大時，由于電流施加時產(chǎn)生的較大的IR損耗，蓄電設(shè)備的電壓到達(dá)上限電壓或下限電壓，因此不能施加與加溫所需要的電力相當(dāng)?shù)碾娏鳌?2)在通過施加充電或放電的一個方向的電流來對蓄電設(shè)備進(jìn)行加溫的情況下，存在以下問題:在加溫開始時，當(dāng)SOC低時，利用放電的加溫為短時間，此外，當(dāng)SOC高時，利用充電的加溫時間不充分。與此相對地，雖然通過交替地重復(fù)進(jìn)行充電與放電，從而能夠不依賴于SOC地進(jìn)行長時間的加溫，但是由于蓄電設(shè)備的內(nèi)部電阻依賴于重復(fù)進(jìn)行充電與放電的周期(重復(fù)周期)，所以當(dāng)重復(fù)周期不恰當(dāng)時存在無法獲得所希望的加溫效果的問題。(3)關(guān)于蓄電設(shè)備的內(nèi)部電阻，如上述專利文獻(xiàn)I所記載的那樣，通常是越低溫該內(nèi)部電阻越大，但是內(nèi)部電阻的變動的主要原因不僅對溫度有依賴性，而且對SOC水平也有依賴性。此外，需要也考慮到伴隨蓄電設(shè)備劣化進(jìn)展的內(nèi)部電阻的上升。因此，在上述專利文獻(xiàn)I所記載的那樣的僅使用內(nèi)部電阻和溫度的數(shù)據(jù)表的加溫方法中，難以進(jìn)行有效的加溫。本發(fā)明是鑒于上述而完成的，其目的在于獲得一種能夠使包含二次電池或雙電層電容器等蓄電設(shè)備的蓄電裝置的溫度有效地上升的充放電裝置及充放電控制方法。用于解決課題的方案
為了解決上述課題，達(dá)到目的，本發(fā)明提供一種充放電裝置，控制所述蓄電裝置的充放電，其特征在于，具備:加溫判斷部，在所述蓄電裝置的起動時取得所述蓄電裝置的溫度，基于所述溫度判斷是否對所述蓄電裝置進(jìn)行加溫；以及所述加溫控制部，在所述加溫判斷部判斷為對所述蓄電裝置進(jìn)行加溫的情況下，求取與所述蓄電裝置的溫度和充電水平對應(yīng)的所述蓄電裝置的內(nèi)部電阻的電阻值的頻率特性，進(jìn)行以基于所述頻率特性決定的充放電周期交替地重復(fù)所述蓄電裝置的充電與放電的控制，由此對所述蓄電裝置的加溫進(jìn)行控制。發(fā)明效果
本發(fā)明的充放電裝置及充放電控制方法起到能夠使蓄電裝置的溫度有效地上升的效
果O


圖1是表示充放電裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖2是對示出內(nèi)部電阻的溫度和SOC依賴性的測定結(jié)果的數(shù)據(jù)表的一個例子進(jìn)行表不的圖。圖3是表示對蓄電裝置的通電模式的一個例子的圖。圖4是表示蓄電裝置的內(nèi)部電阻的電阻值與頻率的關(guān)系的一個例子的圖。
圖5是表示加溫所需要的電流值的決定過程的一個例子的圖。
具體實(shí)施例方式以下，基于附圖，對本發(fā)明的充放電裝置以及充放電控制方法的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。再有，本發(fā)明不被該實(shí)施方式所限定。實(shí)施方式.圖1是表示本發(fā)明的充放電裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖1所示，本實(shí)施方式的充放電裝置I包括 端子P1、N1、P2、N2 ;電抗器11 ;濾波電容器12 ;開關(guān)電路13 ;平滑電抗器15 ;控制部16 ;電流檢測器17 ;以及電壓檢測器18。此外，控制部16具備加溫判斷部31和加溫控制部32。充放電裝置I經(jīng)由端子P2、N2與蓄電裝置2連接。蓄電裝置2是具備以鎳氫電池、鋰離子電池為代表的二次電池、大容量的雙電層電容器等蓄電設(shè)備的蓄電單元。來自外部電源的電力被輸入至端子P1、N1。在輸入端子Pl連接有電抗器11，在電抗器11的后級連接有濾波電容器12。由電抗器11和濾波電容器12構(gòu)成的LC濾波電路對由后述的開關(guān)元件的開關(guān)動作產(chǎn)生的噪聲電流向外部電源的流出進(jìn)行抑制，并且，將從外部電源輸入的外部電源電 壓所包含的紋波分量平滑化，并將濾波電容器12的兩端電壓平滑化。在濾波電容器12的兩端連接有開關(guān)電路13。開關(guān)電路13由開關(guān)元件14H和14L構(gòu)成，根據(jù)來自控制部16的接通關(guān)斷信號DGC分別對開關(guān)元件14H、14L進(jìn)行接通關(guān)斷控制(開關(guān)控制)。開關(guān)電路13是所謂的雙向降壓斬波電路，具有根據(jù)開關(guān)元件14H、14L的開關(guān)控制對濾波電容器12的電壓進(jìn)行降壓并輸出的降壓功能以及將輸出電流調(diào)整為任意的值的電流控制功能。關(guān)于其電路結(jié)構(gòu)和工作，由于是公知的，所以省略說明。在開關(guān)電路13的后級連接有對來自開關(guān)電路13的輸出電流IB進(jìn)行檢測并輸出至控制部16的電流檢測器17。在電流檢測器17的后級連接有將電流平滑化的平滑電抗器
15。電壓檢測器18對平滑電抗器15的后級電壓(=蓄電裝置2的電壓)進(jìn)行檢測，并將檢測出的輸出電壓VB輸出至控制部16。此夕卜，從外部向控制部16輸入表不開關(guān)電路13的輸出電流IB的目標(biāo)值的信號IBR和相當(dāng)于蓄電裝置2的內(nèi)部溫度的信號BTMP?？刂撇?6基于這些被輸入的信號，生成對開關(guān)電路13的接通/關(guān)斷進(jìn)行控制的接通關(guān)斷信號DGC。控制部16在通常時生成接通關(guān)斷信號DGC，以使輸出電流IB成為信號IBR所示出的目標(biāo)值。此外，在蓄電裝置2的內(nèi)部溫度為規(guī)定值以下的情況下(低溫時)，控制部16決定蓄電裝置2的加溫所需要的電流值，并生成接通關(guān)斷信號DGC以使輸出電流IB成為所決定的電流值。蓄電裝置2通常在低溫中由于內(nèi)部電阻的增大導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的速度降低而性能降低，因此在低溫環(huán)境下起動蓄電裝置2的情況下，優(yōu)選將蓄電裝置2加溫到獲得充分的活性的溫度。在通過對蓄電裝置2通電而進(jìn)行加溫的情況下，基于用作蓄電裝置2的設(shè)備的熱容量能夠計(jì)算加溫所需要的能量。例如，在該設(shè)備使用鋰離子電池的情況下，在設(shè)備中使用正極、負(fù)極、分離器、電解液、容器等多個材料，但是平均熱容量約為lJ/K/g。對IKg的設(shè)備加溫IOK所需要的能量為10000J，當(dāng)假設(shè)設(shè)備的內(nèi)部電阻固定為ΙΟι Ω時，加溫所需時間在以電流IOOA通電的條件下為100秒，在以電流IOA通電的條件下為10000秒。像這樣，加溫所需要的時間較大地依賴于電流值。另一方面，在低溫環(huán)境下，IR損耗變大，能夠通電的電流值變小。進(jìn)而，當(dāng)僅利用充電方向的電流進(jìn)行加溫時，在充滿電的情況下結(jié)束通電。同樣地，在僅利用放電方向的電流的情況下，如果放完蓄電電量，則不能進(jìn)行更多的加溫。因此，在僅是充電方向的加溫或僅是放電方向的加溫的情況下，有不能進(jìn)行蓄電裝置2的充分的加溫的可能性。在本實(shí)施方式中，通過以交替地重復(fù)充電與放電的模式進(jìn)行通電，從而進(jìn)行有效的加溫。以下，對本實(shí)施方式的加溫方法進(jìn)行說明。蓄電裝置2具備根據(jù)環(huán)境溫度發(fā)生變化的內(nèi)部電阻21。在圖1中，作為內(nèi)部電阻21，用等效電路電阻表示蓄電設(shè)備的內(nèi)部電阻。實(shí)際的蓄電裝置2的內(nèi)部電阻成為包含電容分量的具有時間常數(shù)的等效電路電阻，但是在穩(wěn)定狀態(tài)下能夠簡單地用如圖1那樣相對于溫度而發(fā)生變化的電阻來表示。該內(nèi)部電阻21除溫度以外還對SOC具有依賴性。在將蓄電裝置2組裝到使用蓄電裝置2的系統(tǒng)中之前，測定內(nèi)部電阻21對溫度和SOC的依賴性作為初始數(shù)據(jù)。圖2是對示出內(nèi)部電阻21的溫度和SOC依賴性的測定結(jié)果的數(shù)據(jù)表的一個例子進(jìn)行表示的圖。圖2的例子示出了在作為蓄電裝置2使用了鋰離子電池的情況下的內(nèi)部電阻21的溫度及SOC依賴性的初始測定結(jié)果(電阻值)。測定的溫度范圍為從-25°C到+45°C，SOC的范圍為從0%到100%。圖2中的電阻值的單位是以容量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的電阻值πιΩ/Ah。例如，在-5°C的環(huán)境溫度中充電水平為S0C60%的情況下，電阻值為0.23mΩ/Ah,因此當(dāng)對50Ah的單個單元 施加IOA的電流時，產(chǎn)生115mV的電壓降，同時產(chǎn)生1.15W的熱，當(dāng)對該單個單元施加20A的電流時，產(chǎn)生230mV的電壓降和4.6W的熱。由于該熱是來自蓄電裝置2的內(nèi)部的發(fā)熱，所以能夠高效地對處于低溫環(huán)境下的蓄電裝置2進(jìn)行加溫，但是如上所述當(dāng)僅利用充電方向的電流或僅利用放電方向進(jìn)行加溫時，在加溫時間方面產(chǎn)生制約。因此，在本實(shí)施方式中，充放電裝置I以交替地重復(fù)進(jìn)行充電與放電使得對蓄電裝置2的充電電量和放電電量在固定期間內(nèi)為同等程度的模式進(jìn)行通電。圖3是表示對蓄電裝置2的通電模式的一個例子的圖。電流波形41示出交替地重復(fù)進(jìn)行充電與放電使得充電電量和放電電量為同等程度的通電模式的一個例子。充放電裝置I的控制部16對輸出至開關(guān)電路13的接通關(guān)斷信號進(jìn)行控制，使得例如以圖3所示的通電模式向蓄電裝置2輸出電流。通過在固定時間內(nèi)重復(fù)圖3所示的通電模式，從而能夠一邊將SOC保持為固定一邊進(jìn)行連續(xù)的通電，消除了在將蓄電裝置2加溫到所需要的溫度的時間上的制約。再有，該通電時的電流值在充電和放電中可以不同。例如，在對蓄電裝置2使用鋰離子電池的情況下，由于充電電流對劣化的影響相對大，所以優(yōu)選使充電方向的電流值變小以延長時間并且使放電方向的電流值變大以縮短時間。此外，在蓄電裝置2的電壓比較高并且SOC處于高的水平時，因充電電流施加時的電壓損耗到達(dá)上限電壓而不流過所希望的電流，因此優(yōu)選使充電方向的電流值變小以延長通電時間。此外，在SOC水平低的情況下，由于單元電壓低，所以因放電電流施加時的電壓損耗到達(dá)下限電壓而不流過規(guī)定的電流，因此優(yōu)選將充電方向的電流值設(shè)定得大以將通電時間設(shè)定得短并且將放電方向的電流設(shè)定得小以將通電時間設(shè)定得長。
再有，圖3是一個例子，只要是充電電量和放電電量為同等程度那樣的通電模式，就不限定于圖3所示出的例子。電流波形也可以是三角波、矩形波、正弦波、在紋波電流中所觀察到的脈沖狀的三角波，只要充電和放電的電量相等，波形就不需要是特定的形狀，也可以是不同波形的組合。此外，在充電達(dá)固定時間使SOC上升之后，以充電和放電的電量成為相等的方式施加電流也可，在放電達(dá)固定時間使SOC下降之后，以充電和放電的電量成為相等的方式施加電流也可。蓄電裝置2通常能夠用電阻、電容器的并聯(lián)等效電路進(jìn)行表示，當(dāng)施加交流電流時，輸出與某個時間常數(shù)對應(yīng)的電壓波形，但是在施加圖3所例示的那樣的矩形波的情況下，也同樣地輸出與時間常數(shù)對應(yīng)的電壓波形。當(dāng)將充電和放電的一個周期(一個循環(huán):充放電周期)所需要的時間的倒數(shù)設(shè)為頻率時，內(nèi)部電阻21依賴于頻率。圖4是表示蓄電裝置
2的內(nèi)部電阻21的電阻值與頻率的關(guān)系的一個例子的圖。圖4的頻率依賴性42示出-15°C中的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性，頻率依賴性43示出_5°C中的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性，頻率依賴性44示出5°C中的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性，頻率依賴性45示出25°C中的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性。再有，頻率依賴性42 45表不在同一 SOC的值。如圖4所示，頻率 越高，內(nèi)部電阻21 (內(nèi)部電阻21的電阻值)越小，相反，頻率越低，內(nèi)部電阻21越高。該趨勢不依賴于溫度。在獲得圖2所例示的內(nèi)部電阻21的溫度和SOC依賴性的初始測定結(jié)果時，也取得圖4所例示的內(nèi)部電阻21與頻率的關(guān)系?？刂撇?6將內(nèi)部電阻21的溫度和SOC依賴性的初始測定結(jié)果、以及每個溫度和SOC的內(nèi)部電阻21與頻率的關(guān)系(頻率依賴特性)作為初始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表進(jìn)行保持。再有，關(guān)于頻率依賴特性，可以按溫度與SOC的每個組合進(jìn)行保持，也可以使用按每個溫度保持頻率依賴特性并根據(jù)SOC的值校正頻率依賴特性等的方法。此外，也可以保持為各參數(shù)(溫度、S0C、頻率)的近似式來代替以數(shù)據(jù)表進(jìn)行保持。另一方面，內(nèi)部電阻21與充放電循環(huán)次數(shù)和經(jīng)過時間一起不可逆地增大，此外，內(nèi)部電阻21的電阻值的增大速度也根據(jù)蓄電裝置2的使用溫度環(huán)境、充放電電流、電壓等的使用條件而復(fù)雜地發(fā)生變化。例如，當(dāng)充電電流、環(huán)境溫度大時，內(nèi)部電阻21的電阻值的增大速度大，并且電壓越高，時效劣化速度越上升。此外，通過重復(fù)在低溫中的充放電，內(nèi)部電阻21的電阻值增大。因此，圖2所例示的初始數(shù)據(jù)只能用于蓄電裝置2的使用初始階段。因此，在本實(shí)施方式中，在求取低溫時蓄電裝置2的加溫所需要的電流值時，使用實(shí)時測定出的內(nèi)部電阻21的電阻值。再有，在假定從初始數(shù)據(jù)起的變化少的情況下(從蓄電裝置2的使用開始起的經(jīng)過時間短的情況等)，也可以使用初始數(shù)據(jù)。在本實(shí)施方式中，電流檢測器17測定開關(guān)電路13的輸出電流IB，電壓檢測器18對作為平滑電抗器15的后級電壓(=蓄電裝置2的電壓)的輸出電壓VB進(jìn)行測定?？刂撇?6基于實(shí)時測定出的輸出電流IB和輸出電壓VB測定內(nèi)部電阻21的電阻值。此外，在實(shí)時測定電阻值的情況下，施加任意的電流達(dá)固定時間，之后使電流為零，基于從剛使電流為零之后起的電壓緩和過程來確定內(nèi)部電阻21的頻率依賴性。當(dāng)施加充電電流達(dá)固定時間并且之后使電流為零時，電壓減少。剛使電流為零之后的電壓降低相當(dāng)于由內(nèi)部電阻21的高頻分量導(dǎo)致的電壓變化，經(jīng)過了長時間的電壓變化區(qū)域的電壓變化相當(dāng)于由內(nèi)部電阻21的低頻分量導(dǎo)致的電壓變化。即，能夠基于使電流為零之后的電壓降低特性來求取內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性。圖5是表示本實(shí)施方式的蓄電裝置2的加溫所需要的電流值的決定過程的一個例子的圖?？刂撇?6的加溫判斷部31在蓄電裝置2的起動時取得從外部輸入的蓄電裝置2的單元溫度BTMP。單元溫度BTMP例如由內(nèi)置于蓄電裝置2的熱敏電阻或熱電偶測定，并被輸入至控制部16。在單元溫度BTMP低于閾值(例如，5°C)的情況下，加溫判斷部31判斷為向蓄電裝置2的加溫順序轉(zhuǎn)移，并執(zhí)行圖5所示的過程(蓄電裝置2的加溫所需要的電流值的決定過程)。另一方面，加溫判斷部31在單元溫度BTMP為閾值以上的情況下，實(shí)施生成接通關(guān)斷信號DGC以使輸出電流IB成為信號IBR所示的目標(biāo)值的通?？刂?。再有，在蓄電裝置2由多個單元構(gòu)成并且分別測定多個單元的溫度的情況下，使用各測定值的平均值或測定值的最低值，判斷向加溫順序的轉(zhuǎn)移。當(dāng)開始蓄電裝置2的加溫所需要的電流值的決定過程時，控制部16的加溫控制部32首先取得單元溫度BTMP、使輸出電流IB為零時的測定電壓(電壓檢測器18檢測出的輸出電壓VB)(步驟SI)。再有，在蓄電裝置2由多個單元構(gòu)成的情況下，例如，對多個單元分別設(shè)置電壓檢測器18來測定單元電壓，并將測定出的單元電壓的平均值作為測定電壓來使用。接著，將預(yù)先確定的蓄電裝置2的上限電壓或下限電壓與測定電壓之差的絕對值作為容許電壓振幅來計(jì)算(步驟S2 )。再有，在這里，將充電方向的電流值和放電方向的電流值的絕對值設(shè)為相同。關(guān)于計(jì)算上限電壓與測定電壓之差的絕對值和下限電壓與測定電壓之差的絕對值的哪一個，可以計(jì)算預(yù)先確定的任一方，也可以計(jì)算雙方并將例如絕對值小的一方作為容許電壓振幅。接著，加溫控制部32計(jì)算或測定內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性(步驟S3)。具體而言，基于控制部16所保持的蓄電裝置2的初始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，計(jì)算與SOC和單元溫度BTMP對應(yīng)的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性、或者如上所述基于從剛使電流為零之后起的電壓緩和過程 測定內(nèi)部電阻21的頻率依賴性。再有，控制部16以任何方式求取蓄電裝置2的SOC均可，例如基于測定電壓進(jìn)行計(jì)算。接著，加溫控制部32設(shè)定電流值(步驟S4)，并設(shè)定頻率(步驟S5)。關(guān)于在步驟S4、S5中設(shè)定的電流值和頻率，例如，分別確定初始值，第一次(在實(shí)施根據(jù)后述的步驟S6進(jìn)行的重復(fù)之前)設(shè)定其初始值。關(guān)于初始值，可以使用固定值，也可以按每個SOC設(shè)定不同的值。加溫控制部32基于設(shè)定的頻率、在步驟S3中計(jì)算或測定出的頻率依賴性，求取內(nèi)部電阻21的電阻值，并判斷求取出的電阻值與設(shè)定的電流值之積是否在容許電壓振幅以下(步驟S6)。在判斷為電阻值與設(shè)定的電流值之積在容許電壓振幅以下的情況下(步驟S6“是”)，加溫控制部32將設(shè)定的頻率、設(shè)定的電流值分別決定為加溫順序中使用的頻率、電流值(步驟S7)。在判斷為電阻值與設(shè)定的電流值之積超過容許電壓振幅的情況下(步驟S6“否”)，返回到步驟S4。在經(jīng)由步驟S6返回到步驟S4的情況下，在以后的步驟S4、S5中，從在此之前設(shè)定的值中變更設(shè)定的頻率、電流值中的至少一方。例如，將電流值變更為更小的值、或者將頻率變更為更大的值。再有，由于電阻值與設(shè)定的電流值之積大的一方的加溫效果高，所以為了在不超過容許電壓振幅的范圍內(nèi)盡可能地增大內(nèi)部電阻21的電阻值與設(shè)定的電流值之積，優(yōu)選將電流值的初始值設(shè)為較大的值，將頻率的初始值設(shè)為較小的值。當(dāng)利用以上的過程決定加溫順序中使用的頻率和電流值時，加溫控制部32基于決定的頻率和電流值生成接通關(guān)斷信號DGC，由此控制蓄電裝置2的充放電。具體而言，例如，在采用圖3中所示出的電流波形的情況下，以如下那樣的通電模式施加電流:將使充電和放電為I組的I個周期作為與決定的頻率對應(yīng)的周期，將充電電流的絕對值作為決定的電流值，將放電電流的絕對值作為決定的電流值。但是，優(yōu)選電流的絕對值從零起逐漸增加到以圖5的過程決定的電流值。為了不出現(xiàn)由計(jì)算誤差、單元偏差引起的電壓變動導(dǎo)致到達(dá)上限電壓或下限電壓的單元，假設(shè)施加的電流的增加速度例如從0.1A/秒到IA/秒左右。再有，也可以使用被施加至蓄電裝置2的輸出電流IB的紋波電流來對蓄電裝置2進(jìn)行加溫。例如，由于接通關(guān)斷信號DGC的充放電頻率越低，紋波電流越大，所以控制部16通過使頻率變低，從而能夠使紋波電流增加，并提高蓄電裝置2的加溫效果。再有，在這里，針對將充電方向的電流值和放電方向的電流值的絕對值設(shè)為相同的情況進(jìn)行了說明，但是也可以獨(dú)立地決定充電方向的電流值和放電方向的電流值。例如，對于充電將測定電壓與上限電壓之差作為容許電壓振幅，對于放電將測定電壓與下限電壓之差作為容許電壓振幅，以求取各個電流值即可。在充電和放電中分別使用不同的電流值的情況下，調(diào)整充電與放電 的通電時間，以使充電電量和放電電量成為同等程度。再有，在本實(shí)施方式中，控制部16具有:加溫判斷部31，進(jìn)行是否轉(zhuǎn)移至加溫順序的判斷；以及加溫控制部，決定加溫順序中使用的頻率和電流值，基于決定的頻率和電流值控制充放電，由此對蓄電裝置2進(jìn)行加溫。不限于此，也可以在控制部16之外另設(shè)置加溫判斷部和加溫控制部并且控制部16進(jìn)行加溫時以外的控制。再有，在圖5所示的過程中，決定電流值以使求取出的電阻值與電流值之積在容許電壓振幅以下，但是也可以設(shè)定預(yù)先決定的電流值等、在圖5中所敘述的以外的過程中決定電流值。像這樣，在本實(shí)施方式中，在蓄電裝置2的起動時蓄電裝置2的溫度低于下限溫度的情況下，控制部16求取與蓄電裝置2的溫度和充電水平對應(yīng)的蓄電裝置2的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率特性值，生成對在基于所述頻率特性決定的頻率所對應(yīng)的重復(fù)周期內(nèi)交替地重復(fù)充電與放電的電流進(jìn)行施加的接通關(guān)斷信號，由此控制蓄電裝置2的充放電。因此，能有效地使包含二次電池或雙電層電容器等蓄電設(shè)備的蓄電裝置的溫度上升。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如以上那樣，本發(fā)明的充放電裝置及充放電控制方法對于進(jìn)行蓄電裝置的充放電控制的充放電裝置是有用的，特別適合于可能在低溫環(huán)境下起動蓄電裝置的情況。附圖標(biāo)記的說明:
I充放電裝置；
2蓄電裝置；
11電抗器；
12濾波電容器；
13開關(guān)電路；
14H、14L開關(guān)元件；
15平滑電抗器；16控制部；
17電流檢測器；
18電壓檢測器；
31加溫判斷部；
32加溫控制部；
41電流波形；
42- 15°C中的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性；
43- 5°C中的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性；
445°C中的內(nèi)部電阻21的電阻值的頻率依賴性；
4525°C中的內(nèi)部電阻 21的電阻值的頻率依賴性。
權(quán)利要求
1.一種充放電裝置，控制蓄電裝置的充放電，其特征在于，具備: 加溫判斷部，在所述蓄電裝置的起動時取得所述蓄電裝置的溫度，基于所述溫度判斷是否對所述蓄電裝置進(jìn)行加溫；以及 所述加溫控制部，在所述加溫判斷部判斷為對所述蓄電裝置進(jìn)行加溫的情況下，求取與所述蓄電裝置的溫度和充電水平對應(yīng)的所述蓄電裝置的內(nèi)部電阻的電阻值的頻率特性，進(jìn)行以基于所述頻率特性決定的充放電周期交替地重復(fù)所述蓄電裝置的充電與放電的控制，由此對所述蓄電裝置的加溫進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電裝置，其特征在于，所述加溫判斷部在所述蓄電裝置的溫度不足下限溫度值的情況下，判斷為對所述蓄電裝置進(jìn)行加溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電裝置，其特征在于， 還具備:電壓測定器，測定所述蓄電裝置的電壓， 所述加溫控制部在將任意的電流施加到所述蓄電裝置達(dá)固定時間之后使電流為零，基于電壓降低特性求取所述頻率特性，所述電壓降低特性是基于剛使電流為零之后起的所述電壓測定器的測定電壓的時間變化而得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電裝置，其特征在于，將所述頻率特性作為按所述蓄電裝置的每個溫度和充電水平預(yù)先取得的所述蓄電裝置的內(nèi)部電阻的初始數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電裝置，其特征在于，所述加溫控制部進(jìn)行控制以使充電時的通電電荷量和放電時的通電電荷量同等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電裝置，其特征在于，所述加溫控制部將使施加至所述蓄電裝置的電流為零的 情況下的所述電壓測定器的測定電壓與所述蓄電裝置的上限電壓之差除以所述內(nèi)部電阻后的值作為充電電流的上限值來控制施加至所述蓄電裝置的充電電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電裝置，其特征在于，所述加溫控制部將使施加至所述蓄電裝置的電流為零的情況下的所述電壓測定器的測定電壓與所述蓄電裝置的下限電壓之差除以所述內(nèi)部電阻后的值作為放電電流的上限值來控制施加至所述蓄電裝置的充電電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電裝置，其特征在于，所述加溫控制部控制施加至所述蓄電裝置的電流的紋波分量，由此控制所述蓄電裝置的加溫。
9.一種充放電裝置中的充放電控制方法，所述充放電裝置控制蓄電裝置的充放電，其特征在于，包含: 第一步驟，在所述蓄電裝置的起動時取得所述蓄電裝置的溫度，基于所述溫度判斷是否對所述蓄電裝置進(jìn)行加溫； 第二步驟，在所述第一步驟中判斷為對所述蓄電裝置進(jìn)行加溫的情況下，求取與所述蓄電裝置的溫度和充電水平對應(yīng)的所述蓄電裝置的內(nèi)部電阻的電阻值的頻率特性；以及 第三步驟，進(jìn)行以基于所述頻率特性決定的充放電周期交替地重復(fù)所述蓄電裝置的充電與放電的控制，由此對所述蓄電裝置的加溫進(jìn)行控制。
全文摘要
一種充放電裝置(1)，控制蓄電裝置(2)的充放電，其中，具備加溫判斷部(31)，在蓄電裝置(2)的起動時，基于蓄電裝置(2)的溫度，判斷是否對蓄電裝置(2)進(jìn)行加溫；以及加溫控制部(32)，在判斷為進(jìn)行加溫的情況下，求取與蓄電裝置(2)的溫度和充電水平對應(yīng)的蓄電裝置(2)的內(nèi)部電阻的電阻值的頻率特性，進(jìn)行以基于所述頻率特性決定的充放電周期交替地重復(fù)蓄電裝置(2)的充電與放電的控制。
文檔編號H01G9/28GK103222105SQ201080069899
公開日2013年7月24日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者吉岡省二, 畠中啟太, 北中英俊 申請人:三菱電機(jī)株式會社