CN103415957B - 电池温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种为了以最少的电池消耗电力防止不使用时的电池(1)冻结而通过电池驱动加热器(2)自动加温的电池温度控制装置。在电池温度(Tbat)为不会冻结的第一设定温度(Tbat1)以上的期间(步骤S13)，根据电池温度(Tbat)和外部气温(Tatm)的组合来预测电池温度(Tbat)可能变得低于第一设定温度(Tbat1)的时间，将该时间定为下次控制器启动时间(Δt)(步骤S14)，在经过该时间(Δt)时，通过唤醒图的控制程序，来在步骤S13中判定是否温度降低至Tbat<Tbat1，在该电池温度降低时对加热器进行电池驱动来对电池(1)进行加温(步骤S19)。

Description

电池温度控制装置
技术领域
本发明涉及一种防止在寒冷地区使用的电池的温度降低、特别是防止电池的不使用时的温度降低的电池温度控制装置。
背景技术
如安装在电动车辆中的电池那样被假设在寒冷地区使用的电池有时在不使用时电池电解液冻结。
当电池温度降低时，尽管蓄电状态SOC没有降低，但电池的可输入输出电力由于内部电阻的增大而降低，当电池电解液冻结时，电池的可输入输出电力最终成为0，在以电池为行驶能源的电动车辆的情况下，变得无法行驶。
因此，需要一种电池温度控制装置，其在温度降低至电池的可输入输出电力产生所述问题的状态之前，通过加热器对电池进行加温来进行温度调节。
作为这样通过加热器对电池进行加温来进行温度调节的电池温度控制装置，以往例如提出了如专利文献1所记载的那样的装置。
所提出的该技术的电池温度控制装置进行车载电池的温度调节，在点火开关(ignition switch)断开时外部气温低于最低温度时，通过加热器对电池进行加温。
专利文献1：日本特开2003-203679号公报
发明内容
然而，在上述的现有的电池温度控制装置中，仅根据点火开关断开时的外部气温来通过加热器对电池进行加温，因此，在由于点火开关断开时的外部气温高而在点火开关断开时起初未启动加热器、但在之后外部气温降低时，加热器也继续关闭。
在这种情况下，产生以下的问题：即使外部气温降低至电池电解液的凝固点，加热器也不启动，最终由于电池电解液的冻结而电池的可输入输出电力成为0，通过电池电力行驶的电动车辆陷入无法行驶的状态。
本发明的目的在于提出一种电池温度控制装置，该电池温度控制装置根据电池温度和外部气温的组合，预测直到电池温度变为产生如上所述的问题的低温为止的时间，通过基于该时间的时间管理来控制利用加热器进行的电池加温，由此使得不产生上述问题。
为了该目的，本发明的电池温度控制装置如下构成。
首先，说明成为本发明的前提的电池温度控制装置，其在电池温度变得低于规定温度时，通过加热器对电池进行加温来进行温度调节。
本发明的特征在于如下结构：对所述电池温度控制装置，设置有如下的电池温度降低时间预测单元和加温必要性判定单元。
前者的电池温度降低时间预测单元基于上述电池温度和外部气温的组合来预测电池温度可能变得低于上述规定温度的时间，而后者的加温必要性判定单元在经过所预测出的该时间时，判定电池温度是否低于上述规定温度，来判定是否需要通过上述加热器进行加温。
根据所述的本发明的电池温度控制装置，基于电池温度和外部气温的组合来预测电池温度可能变得低于上述规定温度的时间，在经过该预测时间时，判定电池温度是否低于规定温度，来判定是否需要通过上述加热器进行加温，
因此，即使起初外部气温高而加热器没有启动，在经过上述的预测时间时也会重新判定电池温度是否低于规定温度(判定是否需要通过上述加热器进行加温)。
因此，即使起初外部气温高而加热器没有启动，如果之后由于外部气温降低而电池温度低于上述规定温度，则也能够通过上述加热器进行加温来可靠地对电池进行温度调节。
因而，能够避免电池仍处于低于上述规定温度的状态，例如能够防止陷入如电池电解液冻结那样的最差情况。
另外，仅在经过上述预测时间时重新判定为电池温度低于规定温度的情况下通过上述加热器对电池进行加温，由此能够得到上述效果，因此只在确实需要时使电池温度控制装置启动，从而能够以最小限度的消耗电力达到上述效果。
附图说明
图1是表示成为本发明的一个实施例的电池温度控制装置的概要的控制系统图。
图2是表示图1的加热器的设置要领的说明图。
图3是表示图1的温度调节控制器所执行的电池温度控制程序的流程图。
图4是图3中在不使用电池时电池温度处于不会冻结的温度区域时求出的下次控制器启动时间的图表图。
图5是例示了特定地点的外部气温和各种电池温度的某个经时变化的时序图。
图6是例示了相同场所的外部气温和各种电池温度的其它经时的变化的时序图。
具体实施方式
以下，基于图示的实施例详细说明本发明的实施方式。
<实施例的结构>
图1是成为本发明的一个实施例的电池温度控制装置的控制系统图，在本实施例中，设该电池温度控制装置用于对电动汽车、混合动力车辆等电动车辆的强电电池1进行温度调节。另外，例如如图2所示，设强电电池1是将层叠多个电池壳体(battery shell)并进行单元化所得的电池模块1a、1b以多个(在图2中为两个)为一组而进行一体化所得的能够用于马达驱动的大容量的电池。
在图1中，2是用于对电池1进行温度调节的加热器，如图2所示，该加热器2对于电池模块1a、1b以沿着电池壳体的层叠方向的方式配置，紧挨着电池模块1a、1b而设置。
在图1中，3是用于电动车辆的行驶驱动的电动马达，该电动马达3经由逆变器4与电池1电连接。
而且，在逆变器4与电池1之间的电路中插入设置主继电器开关5，该主继电器开关5与电动车辆的点火开关6连动地通过未图示的驱动控制器进行闭合断开，在点火开关6接通时闭合，在点火开关6断开时断开。
在与点火开关6的接通连动地主继电器开关5闭合的期间，来自电池1的直流电力通过逆变器4进行直流→交流变换，并且在该逆变器4的控制下向电动马达3输出，通过该马达3的驱动能够使电动车辆行驶。
在与点火开关6的断开连动地主继电器开关5断开的情况下，来自电池1的直流电力不能流向电动马达3，通过该马达3的停止，能够将电动车辆保持为停车状态。
在逆变器4的直流侧与主继电器开关5之间，连接设置充电器7，在将该充电器7与外部电源连接时，通过未图示的充电控制器而主继电器开关5闭合，从而能够通过外部电源对电池1进行充电。
<电池温度控制>
以下说明上述那样提供的电池1的温度控制装置。
如在图2中上述说明的那样，紧挨着电池模块1a、1b而以沿着电池壳体的层叠方向的方式设置使得能够进行电池1的温度调节的加热器2如图1所示那样电连接在逆变器4的直流侧与主继电器开关5之间，在该连接部与加热器2之间的电路中插入设置加热器开关8。
通过负责电池1的温度控制的温度调节控制器9(内置电池并能够自启动的控制器)来控制加热器开关8的闭合断开。
该温度调节控制器9在主继电器开关5与点火开关6的断开连动地断开的期间，还对该主继电器开关5进行闭合断开，此时，温度调节控制器9在闭合加热器开关8时，与其同步地将主继电器开关5也闭合而使加热器2蓄能(启动)，在断开加热器开关8时，与其同步地将主继电器开关5也断开而使加热器2消能(断开)。
为了通过加热器开关8和主继电器开关5的上述同步闭合断开来进行加热器2的启动、关闭控制，而向温度调节控制器9输入上述点火开关6的接通、断开信号、来自检测电池1的蓄电状态SOC的电池蓄电状态传感器11的信号、来自检测电池1的温度Tbat的电池温度传感器12的信号以及来自检测外部气温Tatm的外部气温传感器13的信号。
温度调节控制器9基于这些输入信息执行图3所示的控制程序，按照以下要领进行电池1的温度控制。
在步骤S11中，检查点火开关6是否处于断开状态。
如果点火开关6未处于断开状态，则与点火开关6的接通连动地主继电器开关5闭合，处于通过电动马达3的驱动而车辆能够行驶的状态。在这种情况下，直接结束控制来从图3的循环退出。
当在步骤S11中判定为点火开关6处于断开状态时，在步骤S12中，检查点火开关6是否初次变为断开状态、即检查是否刚使点火开关6从接通变为断开。
如果是刚使点火开关6为断开，则在相当于本发明的加温必要性判定单元的步骤S13中，检查电池温度Tbat是否低于第一设定温度Tbat1。
该第一设定温度Tbat1是用于判定电池1的电解液是否有可能冻结的设定值，例如如下确定。
电池电解液在电池温度Tbat为比例如-25℃～-30℃左右低的低温时冻结，导致电池1的可输入输出电力成为0。
为了使得绝对不陷入这样的最差情况，理想的是带有余量地从电池温度Tbat例如成为-20℃左右、更优选的是-17℃左右的低温时起通过加热器2对电池1进行加温。
因而，在本实施例中，例如将-17℃左右的温度设定为上述第一设定温度Tbat1。
在步骤S13中，在判别为电池温度Tbat不低于第一设定温度Tbat1(Tbat<Tbat1)时、也就是说当前电池温度Tbat是不会使电池电解液冻结的程度的高温度的情况下，
在步骤S14中，基于图4所例示的图表，根据电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合，预测直到电池温度Tbat降低至第一设定温度Tbat1为止的时间，将该时间设定为直到下次温度调节控制器9启动来执行图3的控制程序为止的睡眠时间(下次控制器启动时间)Δt。
因而，步骤S13和步骤S14相当于本发明的电池温度降低时间预测单元。
在下一个步骤S15中，温度调节控制器9断开加热器开关8和主继电器开关5，由此成为使加热器2关闭的睡眠状态。
以下，基于图5、6来详细叙述在步骤S14中设定的下次控制器启动时间Δt(电池温度Tbat降低至第一设定温度Tbat1为止的时间)。
图5、6分别是改变初始电池温度来绘制出外部气温Tatm的降低急剧的情况下的电池温度Tbat(1～7)的变化所得的两个例子的实测数据。
当电池温度Tbat(1～7)低于电池电解液的凝固点时，电解液冻结而电池变得无法作为电池而发挥功能。
当将外部气温Tatm开始降低的16时作为点火开关6的切断(key off)定时来决定下次控制器启动时间Δt(电池温度Tbat降低至第一设定温度Tbat1为止的时间)时，
将在电池1凝固之前能够从电池1获取到加热器2的动作功率的电池温度设定为第一设定温度Tbat1(-17℃)，能够从图6读取出在外部气温为-20℃、初始电池温度为各温度时在几小时后启动温度调节控制器9较佳。
在外部气温Tatm的降低开始的16时切断点火开关6的情况下，切断后的外部气温Tatm的降低幅度变大，电池1最快冷却。
根据图5、6等，假设电池1最快冷却的情况来读取出下次控制器启动时间的结果即为图4。
因而，在步骤S14中，能够基于该图4所例示的图表，根据电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合，来设定电池温度Tbat降低至第一设定温度Tbat1为止的时间、也就是说到下次温度调节控制器9启动来执行图3的控制程序为止的睡眠时间(下次控制器启动时间)Δt。
当进行了包括步骤S11～步骤S15的循环的上述控制而温度调节控制器9通过加热器开关8和主继电器开关5的“断开”来成为使加热器2关闭的睡眠状态时，
温度调节控制器9通过内置计时器测量从成为该睡眠状态时起的经过时间，在经过步骤S14中设定的下次控制器启动时间Δt之前，维持睡眠状态。
温度调节控制器9在从成为睡眠状态时起经过下次控制器启动时间Δt时，再次执行(唤醒(wake up))图3的控制程序。
在该唤醒时，由于步骤S12判定为并非初次，因此使控制进入步骤S16，在此处接受进行了上述唤醒的判定结果，从而控制进入步骤S13。
在即使通过上述时间Δt的睡眠状态、在步骤S13中仍判定为电池温度Tbat不低于第一设定温度Tbat1的情况下，再次使控制进入步骤S14和步骤S15，在步骤S14中新设定的下次控制器启动时间Δt内维持睡眠状态。
当在该期间内电池温度Tbat变得低于第一设定温度Tbat1时，步骤S13对该电池温度降低进行判定，使控制进入步骤S17，在该步骤S17中，检查电池温度Tbat是否低于第二设定温度Tbat2。
该第二设定温度Tbat2是用于判定是否由于电池1的电解液冻结或者变为即将冻结的状态而可输入输出电力变为0、也就是说无法通过加热器2进行加温的设定值，例如如下确定该第二设定温度Tbat2。
电池电解液在电池温度Tbat为例如-25℃～-30℃左右的低温时冻结，电池1变得无法使加热器2动作，由此无法对电池1进行加温(温度调节)，因此在本实施例中，例如将-25℃左右的温度设定为上述第二设定温度Tbat2。
在步骤S17中判定为Tbat<Tbat2(电池1无法使加热器2动作)的情况下，在步骤S14中，基于与上述的图4的图表不同的另外的图表，根据电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合来预测电池电解液解冻所花费的时间，将该时间设定为到下次温度调节控制器9启动来执行图3的控制程序为止的睡眠时间(下次控制器启动时间)Δt，其中，上述另外的图表是与到电池电解液解冻为止的时间有关的图表，基于图5、6的7时以后随着外部气温Tatm上升而电池温度Tbat(1～7)上升，按与求出图4的图表的要领相同的要领来求出该另外的图表。
因而，步骤S17和步骤S14相当于本发明的电池电解液解冻时间预测单元。
在下一个步骤S15中，通过由温度调节控制器9断开加热器开关8和主继电器开关5，成为使加热器2关闭的睡眠状态。
当进行了包括步骤S11、步骤S12、步骤S16、步骤S13、步骤S17、步骤S14以及步骤S15的循环的上述控制而温度调节控制器9通过加热器开关8和主继电器开关5的“断开”来成为使加热器2关闭的睡眠状态时，
温度调节控制器9通过内置计时器来测量从成为该睡眠状态时起的经过时间，在经过步骤S14中设定的下次控制器启动时间Δt之前，维持睡眠状态。
温度调节控制器9在从成为睡眠状态时起经过下次控制器启动时间Δt时，再次执行(唤醒)图3的控制程序。
在即使通过上述时间Δt的睡眠状态、在步骤S17中仍判定为电池温度Tbat低于第二设定温度Tbat2的情况下，使控制再次进入步骤S14和步骤S15，在步骤S14中新设定的下次控制器启动时间Δt内维持睡眠状态。
当在该期间内电池温度Tbat变为第二设定温度Tbat2以上(电池1由于电解液的解冻而能够使加热器2动作的状态)时，步骤S17对该电池温度的上升进行判定，使控制进入步骤S18，在该步骤S18中，检查电池1的蓄电状态SOC是否为能够使加热器2动作的设定值SOCs以上的水平。
在步骤S18中判定为SOC<SOCs的情况下，由于电池1未处于能够使加热器2动作的蓄电状态，因此温度调节控制器9通过执行步骤S15(加热器开关8和主继电器开关5的“断开”)来成为使加热器2关闭的睡眠状态。
在步骤S18中判定为SOC≥SOCs的情况下，由于电池1处于能够使加热器2动作的蓄电状态，因此温度调节控制器9使控制进入步骤S19，通过加热器开关8和主继电器开关5的“闭合”，使加热器2在来自电池1的电力下动作以对电池1进行加温。
当通过由该加热器2进行加温而电池1的温度上升、从而电池温度Tbat变为第一设定温度Tbat1以上时，步骤S13对所述的电池温度上升进行判定，使控制进入步骤S14和步骤S15，其结果，
温度调节控制器9在步骤S14中设定的下次控制器启动时间Δt内维持睡眠状态，在经过时间Δt时再次执行(唤醒)图3的控制程序，重复上述的电池温度控制。
<实施例的效果>
根据上述的本实施例的电池温度控制，在通过断开点火开关6而不使用电池1时，如下那样进行电池1的温度调节。
在电池温度Tbat为第一设定温度Tbat1以上的期间(步骤S13)、也就是说电池电解液不会冻结的期间，根据电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合，预测电池温度Tbat可能变得低于第一设定温度Tbat1的时间，将该时间定为下次控制器启动时间Δt(步骤S14)，
在经过该下次控制器启动时间Δt时，通过唤醒图3所示的控制程序，在步骤S13中判定电池温度Tbat是否降低至低于第一设定温度Tbat1，在该电池温度降低(Tbat<Tbat1)时对加热器2进行电池驱动来对电池1进行加温(步骤S19)。
因而，即使在开始电池1的温度调节时未使加热器2动作，在经过下次控制器启动时间Δt时也会通过上述唤醒来重新在步骤S13中判定电池温度Tbat是否降低至低于第一设定温度Tbat1(判定是否需要通过上述加热器2进行加温)。
因此，即使起初由于Tbat≥Tbat1(步骤S13)而未使加热器2动作，如果之后由于温度降低而变为Tbat<Tbat1(步骤S13)，则也能够通过由加热器2进行加温(步骤S19)，来可靠地对电池1进行温度调节。
因而，能够避免电池1仍处于低于上述第一设定温度Tbat1的状态，例如能够防止陷入如电池电解液冻结那样的最差情况。
另外，仅在经过上述的下次控制器启动时间Δt时重新通过唤醒图3所示的控制程序来在步骤S13中判定为Tbat<Tbat1的情况下，通过上述加热器2进行电池1的加温，由此能够得到上述效果，因此在通过断开点火开关6而不使用电池1时，只在确实需要时(判定为Tbat<Tbat1时)使加热器2动作，从而能够以最小限度的消耗电力达到上述效果，能够长时间地将电池1的蓄电状态SOC保持为能够使车辆行驶的水平。
在本实施例中，还在电池温度Tbat低于电池电解液的凝固点附近的第二设定温度Tbat2的情况下(步骤S17)，根据电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合来预测到电池电解液解冻为止的时间，将该时间设定为下次控制器启动时间Δt(步骤S14)，
在经过该下次控制器启动时间Δt时，通过唤醒图3所示的控制程序，来在步骤S13中判定电池温度Tbat是否降低至低于第一设定温度Tbat1，在该电池温度降低(Tbat<Tbat1)时对加热器2进行电池驱动来对电池1进行加温(步骤S19)。
因此，在电池1的电解液处于冻结状态的情况下，通过睡眠状态来待机，直到电池电解液自然解冻为止，在电池电解液自然解冻之后与上述同样地通过加热器2进行温度调节，从而能够可靠地防止电池电解液再次冻结。
此外，在步骤S17中判定为Tbat<Tbat2时通过步骤S14设定的下次控制器启动时间Δt(到电池电解液解冻为止的时间)可以是固定值，但是如果如本实施例那样基于上述的预定图表并根据电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合而求出，则能够使用最短的电池电解液解冻温度时间来进行控制，在能够进一步可靠地进行自然解冻后的启动的同时，能够抑制电池1的能量消耗。
另外，也可以进行以下设定：在电池电解液冻结的情况下，如图5、6所示那样，在从外部气温达到最高气温的可能性高的正午到16时的期间启动。

Claims (4)

1.一种电池温度控制装置，在电池温度变得低于规定温度时，通过加热器对电池进行加温来进行温度调节，
该电池温度控制装置具备电池温度降低时间预测单元，该电池温度降低时间预测单元基于上述电池温度和外部气温的组合来预测电池温度可能变得低于上述规定温度的时间，其中，在预测出电池温度可能变得低于上述规定温度的时间之后，上述电池温度控制装置转变为睡眠状态，
并且，该电池温度控制装置还具备加温必要性判定单元，该加温必要性判定单元在经过由上述电池温度降低时间预测单元预测出的时间时，将上述电池温度控制装置从上述睡眠状态启动，判定电池温度是否低于上述规定温度，来判定是否需要通过上述加热器进行加温，以及
在点火开关断开的期间，重复执行以下动作：预测上述电池温度可能变得低于上述规定温度的时间；在预测出上述电池温度可能变得低于上述规定温度的时间之后，将上述电池温度控制装置转变为上述睡眠状态；以及在经过预测出的可能变得低于上述规定温度的时间时，将上述温度控制装置从上述睡眠状态启动，判定上述电池温度是否低于上述规定温度，来判定是否需要通过上述加热器进行加温。
2.根据权利要求1所述的电池温度控制装置，其特征在于，
上述规定温度是高于电池电解液的凝固点的第一设定温度，
上述电池温度降低时间预测单元在电池温度为该第一设定温度以上的情况下，根据上述电池温度和外部气温的组合，来预测电池温度可能变得低于该第一设定温度的时间。
3.根据权利要求1或2所述的电池温度控制装置，其特征在于，
设置有电池电解液解冻时间预测单元，该电池电解液解冻时间预测单元在上述电池温度低于电池电解液的凝固点附近的第二设定温度的情况下，预测直到电池电解液解冻为止的时间，
该电池温度控制装置构成为：在经过由该电池电解液解冻时间预测单元预测出的时间时，使上述加温必要性判定单元进行判定。
4.根据权利要求3所述的电池温度控制装置，其特征在于，
上述电池电解液解冻时间预测单元根据上述电池温度和外部气温的组合来预测直到电池电解液解冻为止的时间。
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