2024-157656 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157656

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20241031BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20241031BHJP

   H01M 10/667 20140101ALI20241031BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241031BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 W

H01M10/615

H01M10/667

H05K7/20 M

H02M3/155 H

H02J7/00 302A

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072129

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中野 泰輝

【テーマコード（参考）】

5E322

5G503

5H031

5H730

【Ｆターム（参考）】

5E322AA07

5E322AA10

5E322DA04

5E322DB06

5E322EA10

5E322FA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503CB11

5G503DA02

5G503GB06

5H031AA09

5H031CC09

5H031HH06

5H730AS04

5H730AS13

5H730BB14

5H730BB82

5H730BB88

5H730DD03

5H730FD61

5H730FG12

5H730ZZ07

(57)【要約】

【課題】バッテリの温度を上昇させるための新規な技術を提供すること。
【解決手段】電源システムは、バッテリと、バッテリに対して互いに並列に接続された複数のコンバータを含む電力制御ユニットと、バッテリ及び複数のコンバータを冷却する冷却システムと、複数のコンバータの動作を制御する制御装置と、を備えてもよい。制御装置は、バッテリの温度又はそれに関連する指標に応じて、創熱制御を実行するように構成されており、創熱制御では、複数のコンバータ間で循環電流が流れるように、複数のコンバータの動作が制御されてもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源システムであって、
バッテリと、
前記バッテリに対して互いに並列に接続された複数のコンバータを含む電力制御ユニットと、
前記バッテリ及び前記複数のコンバータを冷却する冷却システムと、
前記複数のコンバータの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記バッテリの温度又はそれに関連する指標に応じて、創熱制御を実行するように構成されており、
前記創熱制御では、前記複数のコンバータ間で循環電流が流れるように、前記複数のコンバータの動作が制御される、
電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、バッテリを有する電源システムに関し、特に、バッテリの温度を上昇させる技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

バッテリの温度が比較的低いと、充放電可能な電力が小さくなる。例えば、特許文献１には、バッテリの温度を上昇させる技術が開示されている。この技術では、低いスイッチング周波数で昇圧回路を制御してリプル電流を大きくする。リプル電流が大きいと、バッテリの内部抵抗の発熱（即ちバッテリ自体の発熱）が増加し、バッテリの温度が上昇する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２５９２１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本明細書では、バッテリの温度を上昇させるための新規な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書は、電源システムを開示する。電源システムは、バッテリと、前記バッテリに対して互いに並列に接続された複数のコンバータを含む電力制御ユニットと、前記バッテリ及び前記複数のコンバータを冷却する冷却システムと、前記複数のコンバータの動作を制御する制御装置と、を備えてもよい。前記制御装置は、前記バッテリの温度又はそれに関連する指標に応じて、創熱制御を実行するように構成されており、前記創熱制御では、前記複数のコンバータ間で循環電流が流れるように、前記複数のコンバータの動作が制御されてもよい。

【0006】

上記の構成によると、制御装置は、バッテリの温度又はそれに関連する指標に応じて、創熱制御を実行する。創熱制御では、複数のコンバータ間で循環電流が流れるように、複数のコンバータの動作が制御される。循環電流が複数のコンバータを流れると、複数のコンバータは発熱する。複数のコンバータが発熱すると、冷却システムを流れる冷媒の温度が上昇する。温度が上昇した冷媒がバッテリを通過すると、バッテリの温度が上昇する。このようにして、バッテリの温度を上昇させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１（Ａ）は、電源システムの概略図を示し、図１（Ｂ）は、電源システムの回路図を示す。

【図2】創熱制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図3】図３（Ａ）は、第１スイッチング素子及び第３スイッチング素子を流れる循環電流を示し、図３（Ｂ）は、第２スイッチング素子及び第４スイッチング素子を流れる循環電流を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１を参照して、実施例の電源システム１００を説明する。実施例の電源システム１００は、モータで走行する電動車両に搭載される。図１（Ａ）に示されるように、電源システム１００は、バッテリ２と、モータ８と、電力制御ユニット１０と、制御装置２０と、冷却システム２００と、を備える。バッテリ２は、例えば二次電池である。モータ８は、例えば三相交流モータである、電力制御ユニット１０は、バッテリ２の直流電力を、モータ８に供給する三相交流電力に変換する。制御装置２０は、電力制御ユニット１０の動作を制御する。冷却システム２００は、バッテリ２、モータ８、及び電力制御ユニット１０を冷却する。

【0009】

冷却システム２００は、冷媒が流れる冷媒流路２０２と、オイルクーラ２０４と、オイルが流れるオイル流路２０６と、を備える。冷媒流路２０２は、バッテリ２と電力制御ユニット１０とオイルクーラ２０４とを通過している。冷媒は、例えば水又はＬＬＣ（Long Life Coolant）である。オイル流路２０６は、オイルクーラ２０４とモータ８とを通過している。冷媒流路２０２を流れる冷媒は、オイルクーラ２０４を通過する際に、オイル流路２０６を流れるオイルを冷却する。冷却されたオイルがモータ８を通過することで、モータ８は冷却される。

【0010】

図１（Ｂ）に示されるように、電力制御ユニット１０は、インバータ６と、２個のコンバータ１２，１４と、を備える。また、バッテリ２と２個のコンバータ１２，１４との間には、平滑コンデンサ４が配置されている。第１コンバータ１２及び第２コンバータ１４は、バッテリ２とインバータ６との間に接続されている。第１コンバータ１２及び第２コンバータ１４は、バッテリ２に対して互いに並列に接続されている。第１コンバータ１２及び第２コンバータ１４は、例えばＤＣ－ＤＣコンバータであり、バッテリ２の直流電力を昇圧して、インバータ６へ昇圧された直流電力を供給する。インバータ６は、モータ８に接続されている。インバータ６は、例えば三相交流インバータであり、第１コンバータ１２及び第２コンバータ１４からの直流電力を三相交流電力に変換して、モータ８に供給する。制御装置２０は、特に、第１コンバータ１２及び第２コンバータ１４のそれぞれの動作を制御する。

【0011】

第１コンバータ１２は、第１スイッチング素子１２ａと、第２スイッチング素子１２ｂと、第１コイル１２ｃと、を有する。第１スイッチング素子１２ａの一端は、コイル１２ｃを介してバッテリ２の正極に接続されている。第１スイッチング素子１２ａの他端は、インバータ６の正極側に接続されている。第２スイッチング素子１２ｂの一端は、バッテリ２の負極及びインバータ６の負極側の間の接続点に接続されている。第２スイッチング素子１２ｂの他端は、第１コイル１２ｃを介してバッテリ２の正極に接続されていると共に、第１スイッチング素子１２ａの一端に接続されている

【0012】

第２コンバータ１４は、第３スイッチング素子１４ａと、第４スイッチング素子１４ｂと、第２コイル１４ｃと、を有する。第３スイッチング素子１４ａの一端は、コイル１４ｃを介してバッテリ２の正極に接続されている。第３スイッチング素子１４ａの他端は、インバータ６の正極側に接続されている。第４スイッチング素子１４ｂの一端は、バッテリ２の負極及びインバータ６の負極側の間の接続点に接続されている。第４スイッチング素子１４ｂの他端は、第２コイル１４ｃを介してバッテリ２の正極に接続されていると共に、第３スイッチング素子１４ａの一端に接続されている。

【0013】

一般的に、バッテリ２の温度が比較的低いと、バッテリ２の充放電可能な電力が小さくなる。そこで、制御装置２０は、バッテリ２の温度が比較的低い状況において、図２の処理によってバッテリ２の温度を上昇させる。図２の処理は、例えば、電動車両の充電時に実行される。即ち、図２の処理は、例えば、電動車両の停車時に実行される。

【0014】

制御装置２０は、Ｓ１２において、バッテリ２の温度が所定の閾値（例えば０℃）以下であるのか否かを判断する。具体的には、電源システム１００は、図示省略の温度センサを備える。温度センサはバッテリ２の温度を測定するように構成されている。また、温度センサは、制御装置２０と通信可能に構成されている。制御装置２０は、温度センサからバッテリ２の温度を取得する。そして、制御装置２０は、温度センサから取得したバッテリ２の温度が閾値以下である場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、即ちバッテリ２の温度が比較的低い場合に、創熱制御を開始して（Ｓ１４）、循環電流モードに制御する（Ｓ１６）。

【0015】

本明細書において、「創熱制御」とは、冷却システム２００を利用して（即ち冷媒流路２０２を流れる冷媒を利用して）、バッテリ２の温度を上昇させる制御のことを意味する。特に、本実施例の制御装置２０は、コンバータ１２，１４を循環電流モードに制御することによって、創熱制御を実行する。具体的には、制御装置２０は、第１コンバータ１２及び第２コンバータ１４の間で循環する循環電流が流れるように、各スイッチング素子１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂを制御する。循環電流モードでは、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）において矢印で示すように、第１コンバータ１２及び第２コンバータ１４の両方に亘って循環電流が流れ続ける。各コンバータ１２，１４に電流が流れると、各コンバータ１２，１４は発熱する。冷媒流路２０２を流れる冷媒が発熱した各コンバータ１２，１４を通過すると、各コンバータ１２，１４は冷却されると共に、冷媒の温度は上昇する。温度が上昇した冷媒がバッテリ２を通過すると、比較的低い温度のバッテリ２が暖められる。このようにして、創熱制御によって、バッテリ２の温度を上昇させることができる。制御装置２０は、バッテリ２の温度が上記の閾値よりも高い温度になると、創熱制御を終了する（Ｓ１２でＮＯ）。

【0016】

また、循環電流モードに制御することなく、創熱制御を実行することも考えられる。具体的には、創熱制御として、電動車両を駆動させることなく、電力制御ユニット１０（即ちインバータ６及びコンバータ１２，１４）、及びモータ８に電流を流す制御が考えられる。この創熱制御でも、電力制御ユニット１０及びモータ８が発熱するので、これらを冷却する際に温度が上昇する冷媒によって、バッテリ２の温度を上昇させることができる。しかしながら、このような創熱制御では、電動車両が駆動することなくモータ８に電流が流れるので、三相交流モータであるモータ８の特定の相に電流が流れ、他の相には電流が流れない。このため、モータ８の当該特定の相に負荷が集中してしまう。これに対して、上記の実施例では、コンバータ１２，１４の間に循環電流を流すことで、上記のモータ８の特定の相に負荷が集中してしまうという事象を抑制することができる。

【0017】

また、バッテリ２の温度を上昇させる手法として、従来技術のようにリプル電流を利用することが考えられる。しかしながら、バッテリ２にリプル電流が流れることでバッテリ２の温度を上昇させると、バッテリ２の負荷が高い。これに対して、上記の実施例では、バッテリ２自身を発熱させないので、バッテリ２の負荷を低減することができる。

【0018】

なお、上記の実施例では、制御装置２０は、バッテリ２の温度が閾値以下であるのか否かを判断する（図２のＳ１２）。これに代えて、変形例では、制御装置２０は、Ｓ１２において、冷媒流路２０２を流れる冷媒の温度が閾値以下であるのか否かを判断してもよい。そして、制御装置２０は、冷媒の温度が閾値以下であると判断する場合に、バッテリ２の温度が比較的低いと判断して、Ｓ１４及びＳ１６の処理を実行して、バッテリ２の温度を上昇させてもよい。本変形例において、冷媒の温度が、本技術の「バッテリの温度に関連する指標」の一例である。

【符号の説明】

【0019】

２：バッテリ、４：平滑コンデンサ、６：インバータ、８：モータ、１０：電力制御ユニット、１２：第１コンバータ、１４：第２コンバータ、１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ：スイッチング素子、１２ｃ，１４ｃ：コイル、２０：制御装置、１００：電源システム、２００：冷却システム、２０２：冷媒流路、２０４：オイルクーラ、２０６：オイル流路

【図1】

【図2】

【図3】