CN100509465C - 车辆电池温度控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于加热车辆电池使用的系统及其方法。该系统和方法包括：当确定切断条件之后，使能量从电池流向加热器，以加热电池。

Description

车辆电池温度控制的方法和系统
技术领域
一般地，本发明涉及对车辆供电的电池，更具体地，涉及用于控制车辆电池温度的方法和系统。
背景技术
典型地，例如混合电动汽车或完全电动汽车的多种车辆包括高压电池，用于提供驱动车辆的功率。极端的温度条件会影响车辆的性能和电池的工作寿命。
例如，当较冷时，电池趋向于提供较小的放电功率并接受较少的充电。问题在于在较冷的气候条件下，能够减小电池的优势并导致性能不一致。
如USPN6,163,135所述，在车辆运行期间电池的充电和放电引起其内部电阻，从而使电池发热。然而，该专利的一个缺点在于当车辆熄火时不能加热电池。当熄火时，电池经历过度寒冷时，该缺点尤其不利。
在车辆熄火期间，可以使用电池加热器加热电池。典型地，电池加热器是车辆安装部件，包括塞绳(cord)或其它电子连接器，以便将加热器与壁装电源插座或其它远距离的电源相连。这种加热器的缺点在于需要用户插入加热器。插入加热器是不便利的。
因此，希望提出一种更便利的电池加热器。
发明内容
本发明涉及用于加热车辆电池的多种结构和特点，包括一种由车辆系统控制器或其它车辆控制器可控的电池加热器。电池加热器可位于电池内部或附近，以向电池提供热量。
本发明的一方面涉及与电池电连接的加热器，以便加热器接收来自电池的能量，从而产生其热量。例如，加热器可以是正温度系数元件，能够响应周围温度的降低来增大对电流的电阻。此外，加热器可以是阻性元件，产生与通过电阻的电流量成比例的热量。
本发明的另一方面涉及一种用于控制电池加热器的方法。该方法包括确定车辆的切断或其它熄火状态，并随后使来自电池的能量流向加热器以加热电池。
该方法还包括响应确定切断并且在加热电池之前，将加热器控制器设置为睡眠或暂停模式。之后，“睡眠的”控制器能够被设为有效模式，以确定电池是否需要被加热。
该方法还包括在切断之后的预定时间周期之后，防止进行加热。可以进行该操作，从而保证当车辆已经在延长的时间周期内停止时，不再加热电池。
本发明还包括只有当电池充电状态(SOC)高于预定阈值时，才加热电池。能够根据电池SOC来确定从电池向加热器提供的电能量。
本发明的一个优点在于可以加热电池，而无需用户/操作员将其插入插座，或执行其它不方便的操作。
本发明的另一个优点在于能够将车辆控制器设置在睡眠模式，以便保存能量，并之后将其设为有效模式，以便确定电池是否需要加热。
本发明的另一个优点在于如果车辆在延长的时间周期内没有被使用，则关闭加热器，以便能够针对以后的使用保存电池能量。
附图说明
图1示出了根据本发明的加热系统；
图2示出了根据本发明的相对于两层电池的加热系统；以及
图3示出了根据本发明的用于控制加热系统的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的加热系统10。加热系统10提供用于加热电池16的热量。
加热系统10允许加热电池16，无需将任意其它车辆组件插入到远离车辆的电源设备中。相反，加热系统10是利用电池16供电的自加热系统10。
此外，加热系统10可以用在由车辆操作的任意电池16中，所述电池包括用于驱动车辆的高压电池16。具体地，加热系统10可以用在车辆的电池16中，其中只依赖于电池16向所述车辆的电车用电动机供电。
此外，加热系统10可以用在混合电动车辆中，该车辆包括用于在驱动车辆中使用的附加电源或充电电池16。例如，加热系统10可以用于串行混合车辆(SHEV)、并行混合电动车辆(PHEV)和功率分配(powersplit)(并行/串行)混合电动车辆(PSHEV)。
加热系统10包括用于产生热量以加热电池16的加热器18。加热器18可以是能够提供热量的任意加热器18。加热器18可以是任意电可操作设备，配置用于根据由电池16提供的能量来产生热量。加热器18可以位于电池16的内部或附近，以便向其提供热量。
优选地，加热器18响应通过其的电流来提供热量。例如，加热器18可以是正温度系数元件，响应周围温度的减小来增大对电流的电阻。
此外，加热器18可以是阻性元件，产生与通过其的电流量成比例的热量。然而，如本领域技术人员所理解的，还可以使用其它设备。
加热系统10还包括：控制器24、DC/DC转换器26和开关28。控制器24控制DC/DC转换器26和开关28，以控制流向加热器18的功率。
在操作中，DC/DC转换器26将来自电池16的高压转换为用于供电加热器18的低压。例如，电池16可以是300V电池，而DC/DC转换器26将电压转换到12V。
在这种情况下，高压电池总线(未示出)将车辆与电池16的线束(wiring harness)(未示出)相连，以便向车辆供电。然而，可以将其它配置和连接用于高压，例如将高压与DC/DC转换器26相连。
开关28是通用单极开关，包括一个关闭位置和一个开启位置。在关闭位置，没有电流流向加热器18，而在开启位置，电流流向加热器18。
可以使用其它开关，包括提供附加电流控制以控制热量产生的可变控制开关。
图2更详细地示出了加热系统10的一种配置，具体地，示出了电池16中加热器18的配置。
如本领域技术人员所理解的，电池16可以包括用于其中使用的各种电池单元的多种配置。图2所示的电池16包括被设置为两层的串联配置的240个电池单元38，顶层是40，底层是42。
每一层包括串联的120个电池单元38。出于演示的目的，只示出了来自每一层40和42的5个电池单元。如图所示，将加热器18设置在顶层40和底层42之间，以在其中提供热量。
在不偏离本发的范围和设想的前提下，对于加热器18来说，可以使用其它配置和设置。具体地，加热器18可以是环绕单个电池单元或电池16的毯式加热器。
图3示出了根据本发明的方法的流程图50，用于控制加热系统10。
方框54涉及确定车辆的切断条件。如本领域技术人员所理解的，当驾驶员将点火钥匙转向关闭位置时，出现切断。
切断与车辆的未使用相对应，因此将包括控制器24在内的车辆中的各种控制器设为暂停或睡眠模式。通过内部定时器或车辆中的其它零件，可以将控制器设为有效模式，而无需确定接通条件。
方框56涉及在方框中确定切断之后唤醒电池16。可以按照多种不同的方式来唤醒电池16。在本发明的一方面，切断之后的预定时间周期之后，控制器24自动唤醒电池，以检查电池16。
典型地，切断之后两个小时出现自动唤醒。两个小时是根据通用车辆使用的任意数值，是电池在正常使用之后冷却通常所需的时间。可以使用或长或短的时间间隔，这些时间间隔与车辆的驾驶环境紧密相关。
唤醒周期的一个目的是给予控制器24检查电池16的机会，并且如果需要，则加热电池16。通过按照这种方式经常检查电池16，控制器24能够确保电池16总是热的，尤其是当需要使用车辆时。
可以使用除了时间延迟之外的其它装置来唤醒控制器24。可以包括例如钥匙FOB启动器的远程启动设备，或车辆上的其它启动开关。其它装置可以包括用户指定的周期，为此用户通过输入工具来编程控制器24。
其它装置包括控制器24或包括智能逻辑的其它车辆控制器，所述智能逻辑用于学习驾驶员的驾驶习惯，并且根据之前的习惯来确定驾驶员在熄火之后何时最可能发动车辆。
方框60涉及在控制器24唤醒之后，确定周围空气温度是否小于预定阈值。通过控制器24接收来自位于车辆的周围空气温度传感器的信号，能够确定周围空气温度。
可选地，控制器24可以根据其它电池传感器来计算周围空气温度。例如，控制器24可以包括用于测量电池温度的电池内的其它传感器，并诊断电池16的可用状况。这些传感器可以用作为计算周围温度的基础。
预定的阈值与低于周围环境电池将冷却的周围环境温度对应。典型地，周围温度阈值与电池16相关。例如，周围温度阈值可以是10℃。
周围温度阈值还可以基于时间，其中根据时间而改变。试验证明在较低温度处冷却电池比在较高温度处需要较少的时间。
方框62涉及在控制器24唤醒之后，确定电池温度是否低于预定阈值。如上所述，通过控制器24接收来自电池温度传感器的信号，能够确定电池温度。
电池温度阈值与电池16的温度低限相对应，该低限接近在该处较低温度会影响电池16的性能的温度。例如，电池温度阈值可以是10℃。
如果方框60和62确定周围温度可能会不希望地冷却电池16(方框60)并且电池温度实际上已经冷却到他不希望的温度(方框62)，方框66涉及确定电池16充电状态(SOC)是否大于预定的电池SOC阈值。
根据控制器24使用的各种传感器，控制器24确定电池SOC以控制电池。确定电池SOC的一个目的是确定来自电池用于供电加热器18的多少功率是可用的。因此，可以使用电池电压而不是计算电池SOC。
电池SOC阈值与电池16的较低SOC数值相对应。优选地，该数值与仍然足以发动车辆的希望最低电池充电电平相对应。
该较低阈值依赖于电池16及其配置和希望的操作参数，但典型是大约30％SOC。
如果方框66确定电池SOC不大于电池SOC阈值，则方框68涉及不加热电池16。如上所述，这样做可以确保电池16具有发动车辆的足够功率。
方框70涉及确定在预定未使用时间周期期满之前是否出现切断。该预定时间周期用于确定在延长的时间周期内，车辆可能是停车，还是没有使用。
未使用时间周期可以是任意长度时间，例如两天。根据驾驶员的使用可以改变该参数，但这意味着如果可能不打算使用该车辆，例如当出于季节原因将其停在车库中，则限制电池16的加热。
如果方框确定在预定未使用时间周期期满之前没有出现切断，则方框68涉及不加热电池16。如上所述，这样做可以确保不加热电池16，除非存在会使用车辆的可能性。
如果方框70确定在预定未使用时间周期期满之前出现切断，则方框74涉及加热电池16。如上所述，该加热包括从电池16提取电流以通过加热器18，从而产生热量。
根据本发明的一方面，用于加热的电池能量与加热电池16所需的热量和/或来自电池16可用于加热的能量成比例。
如果电池温度略微小于电池温度阈值，则加热电池16所需的热量较少。在这种情况下，控制器24会计算比进一步加热更少的、通过加热器18的电流量。
优选地，将使用的电池能量限制为电池SOC放电阈值，以便电池16始终包含用于发动车辆的足够能量，而与充分加热电池16实际需要多少热量无关。
例如，控制器24能够根据在方框中确定的电池SOC或电压，确定加热的量。具体地，电池SOC和电池SOC阈值之间的差值与要用于加热的电池能量相对应。因此，如果电池SOC是35％，电池SOC阈值是30％，则可以将5％的电池SOC用于加热。
尽管已经详细说明了用于执行本发明的最佳模式，如所附的权利要求所限定的，熟悉本发明所涉及领域的相关技术人员会认识到用于实现本发明的各种可选设计和实施例。

Claims (18)

1.一种用于在具有电池加热器的车辆中加热电池的方法，该方法包括：
确定车辆的熄火条件；以及
在确定熄火条件之后，使来自电池的能量流向加热器，以加热所述电池；
在使能量从所述电池流向加热器之前，响应熄火条件的确定，将控制器设置为暂停模式状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括将控制器设为有效模式，以使能量从电池流向加热器，用于之后加热电池。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括：在熄火之后的预定时间周期之后，将控制器从睡眠模式唤醒，以便将其设置在有效模式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括确定周围温度，其中当周围温度低于预定阈值时，执行使能量从电池流向加热器的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括确定电池温度，其中当电池温度低于预定阈值时，执行使能量从电池流向加热器的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括确定电池充电状态SOC，其中当电池SOC大于预定阈值时，执行使能量从电池流向加热器的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括确定电池充电状态SOC，使能量从电池流向加热器的步骤还包括：根据电池SOC，限制从电池流向加热器的能量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括确定熄火条件已经有效的时间周期，其中使能量从电池流向加热器的步骤包括：当熄火时间周期大于预定阈值时，防止能量从电池流向加热器，以便当车辆已经在延长的时间周期内未使用时，限制电池泄漏。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：如果存在以下条件，则使能量从电池流向加热器：
电池温度低于预定阈值；
电池充电状态SOC大于电池SOC；以及
熄火和希望加热之间的时间小于预定的未使用时间阈值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括：响应确定熄火，将控制器设置为睡眠模式，随后唤醒控制器，以便确定是否存在用于加热电池的条件。
11.一种车辆的电池加热系统，包括：
用于加热电池的加热器；以及
控制器，用于确定车辆的熄火条件，在确定熄火条件之后，车辆控制器使能量从电池流向加热器，以便加热所述电池。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：响应确定熄火条件并在加热电池之前，将控制器设置为睡眠模式。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：将控制器设为有效模式，以使能量从电池流向加热器。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于：将控制器设为有效模式包括：在熄火之后，等待预定的时间周期。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：控制器确定周围空气温度，并且当周围温度小于预定阈值时，使能量从电池流向加热器。
16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：控制器确定电池温度，并且当电池温度小于预定阈值时，使能量从电池流向加热器。
17.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：控制器确定电池充电状态SOC，并且当电池SOC大于预定阈值时，使能量从电池流向加热器。
18.根据权利要求11所述的系统，其特征在于还包括确定电池的充电状态SOC：控制器根据电池SOC，限制从电池流向加热器的能量。
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