CN103430375B - 电池温度控制装置 - Google Patents

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Abstract

是以下情况下的动作：在t1的定时，电池温度Tbat降低至Tbat_start而产生加温要求，此时的SOC如t2那样为能够自己行使至电池充电设备处来将充电器与充电设备连接的水平。在t1的定时将加温允许判定值设为约0的SOCs_low，因此，与SOC≥SOCs_low≈0的判定相呼应地，从t1起如实线所示那样执行电池的加温，能够使Tbat如实线所示那样从t1起上升，从而缩短电池的充电时间。由此，能够在缩短中途的充电时间的同时，进行通过电池驱动加热器加温的控制以避免不使用时的电池冻结。

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。
此外，在专利文献1中，图示了将电池蓄电状态SOC输入到负责上述电池温度控制的模块的情况，能读出以下的技术：在该电池蓄电状态SOC为设定值以上时允许对上述电池进行加温。
但是在专利文献1中，没有详细提及上述电池蓄电状态的设定值，将该电池蓄电状态的设定值解释为固定值是妥当的。
另外，在电池蓄电状态的设定值为固定值的情况下，产生如下面说明的那样的问题。
也就是说，在点火开关断开时的温度是应该加温的低温、但电池蓄电状态低于上述固定的设定值的期间，不允许通过加热器对电池进行加温。
而且在该期间，电池的温度进一步降低而可输入输出电力进一步降低，其结果产生以下问题：行驶至电池充电设备处来对电池进行充电时的充电电流小，充电需要长时间。
专利文献1：日本特开2003-203679号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池温度控制装置，例如，在处于能够如这样行驶至最近的电池充电设备处的电池状态的情况下，也就是说在处于可以实现能够对电池进行充电的状况的电池状态的情况下，即使通过加热器对电池进行加温，也可以自己行使至该电池充电设备处而实现能够对电池进行充电的状况，因此不会由于通过加热器对电池进行加温而产生不利影响，即使电池蓄电状态低于上述设定值也不需要禁止该电池的加温，基于这种观点，该电池温度控制装置将该构想具体化，解决上述的与长的充电时间有关的问题。
为了该目的，本发明的电池温度控制装置如下构成。
首先说明作为本发明的前提的电池温度控制装置，其在电池的温度变得低于规定温度时，若电池的蓄电状态为设定蓄电状态以上，则通过电池驱动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，设置了如下的电池状态判定单元和设定蓄电状态降低单元。
首先，前者的电池状态判定单元判定电池状态是否为可以实现能够对电池进行充电的状况的电池状态，而后者的设定蓄电状态降低单元在由电池状态判定单元判定为电池状态为可以实现能够充电的状况的电池状态时，使上述设定蓄电状态降低。
根据所述本发明的电池温度控制装置，在处于可以实现能够对电池进行充电的状况的电池状态时，使设定蓄电状态降低，若电池的蓄电状态为该降低后的设定蓄电状态以上，则在电池的温度变得低于规定温度时通过电池驱动加热器对电池进行加温。
因此，在处于可以实现能够对电池进行充电的状况的电池状态时，立即允许在电池的温度变得低于规定温度时的通过电池驱动加热器进行的电池的加温。
因而，在该期间，避免电池的温度进一步降低，而使温度上升，通过该温度上升，可输入输出电力增大，其结果，实现能够对电池进行充电的状况来对电池进行充电时的充电电流大，能够缩短充电时间，从而能够解决充电需要长时间这样的上述问题。
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的温度调节控制器所执行的电池温度控制程序的流程图。
图3是表示与图2的电池温度控制程序中的加温允许标志的设定处理有关的子例程的流程图。
图4是将图2、3的电池温度控制的动作与以往的电池温度控制的动作进行比较而示出的时序图。
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。
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，设强电电池1是将层叠了多个电池壳体(battery shell)并进行单元化所得的电池模块以多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是用于进行电池1的温度调节的加热器，该加热器2对于上述电池模块以沿着电池壳体的层叠方向的方式配置，以紧挨着电池模块而设置，从而能够对电池1进行加温。
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与充电站、位于自家的电池充电设备的外部电源连接时，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。
以下说明上述那样提供的电池1的温度控制装置。
如上所述，紧挨着电池模块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2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，直接结束控制来从图2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，则在步骤S13中检查电池温度Tbat是否低于加温开始温度Tbat_start。
该加温开始温度Tbat_start是用于判定是否需要对电池1进行加温以防止电池1的电解液冻结的设定值，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加温开始温度Tbat_start。
在步骤S13中，在判别为电池温度Tbat不低于加温开始温度Tbat_start(Tbat<Tbat_start)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，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降低至加温开始温度Tbat_start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2的控制程序为止的睡眠时间(下次控制器启动时间)Δt。
此外，例如基于实验数据等，假设电池1最快冷却的情况，按每组电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合来预先求出电池温度Tbat降低至加温开始温度Tbat_start为止的时间并将其图表化，基于该图表，能够根据电池温度Tbat和外部气温Tatm的组合进行搜索来求出该电池温度Tbat降低至加温开始温度Tbat_start为止的时间。
在下一个步骤S15中，温度调节控制器9通过断开加热器开关8和主继电器开关5，来成为使加热器2关闭的睡眠状态。
当在点火开关断开时进行了包括步骤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(wake up))图2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不低于加温开始温度Tbat_start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内进一步持续睡眠状态。
当在该期间内电池温度Tbat变得低于加温开始温度Tbat_start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是否低于冻结判定温度Tbat_low。
该冻结判定温度Tbat_low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约0、也就是说无法通过加热器2进行加温的设定值，例如如下确定该冻结判定温度Tbat_low。
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冻结判定温度Tbat_low。
在步骤S17中判定为Tbat<Tbat_low(电池1无法使加热器2动作)的情况下，在步骤S14中，同样基于不同于关于步骤S14所述的与可能变为Tbat<Tbat_start的预测时间有关的图表的另外的图表，基于与到电池电解液解冻为止的时间有关的图表，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2的控制程序为止的睡眠时间(下次控制器启动时间)Δt。
与到电池电解液解冻为止的时间有关的图表也能够按与变为Tbat<Tbat_start为止的时间有关的图表相同的要领，基于外部气温Tatm上升时的数据来预先求出。
在下一个步骤S15中，温度调节控制器9通过断开加热器开关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2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低于冻结判定温度Tbat_low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内持续睡眠状态。
当在该期间内电池温度Tbat变为冻结判定温度Tbat_low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，根据通过图3的控制程序而设定的加温允许标志FLAG是“1”还是“0”来检查是否允许加热器2的电池驱动(电池1的加温)。
以下说明图3所示的控制程序的加温允许标志FLAG的判定要领。
在步骤S21中，检查在电池温度Tbat低于加温开始温度Tbat_start而存在加温要求时的电池状态是否为可以实现能够对电池1进行充电的状况的电池状态(电池蓄电状态SOC)。
因为，步骤S21相当于本发明的电池状态判定单元。
此外，可以实现能够对电池1进行充电的状况的电池状态(称为电池蓄电状态SOC)当然意味着图1的充电器7与充电设备连接的电池状态，除此以外，例如对电动汽车来说，该电池状态还意味着剩余了能够自己行驶至最近的充电设备处来将充电器7与充电设备连接的程度的电池蓄电状态SOC的电池状态，另外，对混合动力车辆来说，该电池状态还意味着剩余了虽然发动机的燃料余量为0但能够自己行驶至最近的充电设备处来将充电器7与充电设备连接的程度的电池蓄电状态SOC的电池状态。
在处于所述电池状态的情况下，即使通过电池驱动使加热器2对电池1进行加温，由于电池1已处于可充电状态、或者由于例如可以自己行驶至电池充电设备处来实现能够对电池1进行充电的状况，因此也不会由于通过加热器2对电池1进行加温而产生不利影响，从而无需禁止该电池1的加温。
因此，在步骤S21中判定为处于可以实现能够对电池1进行充电的状况的电池状态(电池蓄电状态SOC)的情况下，使控制进入步骤S22，将约0的SOCs_low用作判定是否允许电池1的加温的加温允许判定用的电池蓄电状态设定值(相当于本发明的设定蓄电状态)，检查电池蓄电状态SOC是否为该加温允许判定值SOCs_low≈0以上。
因而，步骤S22相当于本发明的设定蓄电状态降低单元。
在步骤S22中判定为处于SOC≥SOCs_low的电池状态的情况下，也可以允许通过加热器2对电池1进行加温，因此在步骤S23中将加温允许标志FLAG设定为“1”，在步骤S22中判定为处于SOC<SOCs_low的电池状态的情况下，不应该允许通过加热器2对电池1进行加温，因此在步骤S24中将加温允许标志FLAG设定为“0”。
在步骤S21中判定为未处于可以实现能够对电池1进行充电的状况的电池状态(电池蓄电状态SOC)的情况下，使控制进入步骤S25，将如以往那样的大的SOCs_high(例如30%)用作判定是否允许电池1的加温的加温允许判定用的电池蓄电状态设定值(相当于本发明的设定蓄电状态)，检查电池蓄电状态SOC是否为该加温允许判定值SOCs_high以上。
在步骤S25中判定为处于SOC≥SOCs_high的电池状态的情况下，也可以允许通过加热器2对电池1进行加温，因此在步骤S23中将加温允许标志FLAG设定为“1”，在步骤S25中判定为处于SOC<SOCs_high的电池状态的情况下，不应该允许通过加热器2对电池1进行加温，因此在步骤S24中将加温允许标志FLAG设定为“0”。
在图2的步骤S18中，根据通过图3的控制程序如上所述那样设定的加温允许标志FLAG是“1”还是“0”，来检查是否允许加热器2的电池驱动(电池1的加温)。
如果是FLAG=0(不允许通过加热器2的电池驱动来对电池1进行加温的情况)，则温度调节控制器9通过步骤S15的执行(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。
如果是FLAG=1(允许通过加热器2的电池驱动来对电池1进行加温的情况)，则使控制进入步骤S19，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“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变为加温开始温度Tbat_start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2的控制程序，重复上述的电池温度控制。
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为加温开始温度Tbat_start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可能变得低于加温开始温度Tbat_start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2所示的控制程序，在步骤S13中判定电池温度Tbat是否降低至低于加温开始温度Tbat_start，在该电池温度降低(Tbat<Tbat_start)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是否降低至低于加温开始温度Tbat_start(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≥Tbat_start(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<Tbat_start(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仍处于低于上述加温开始温度Tbat_start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2所示的控制程序来在步骤S13中判定为Tbat<Tbat_start的情况下，通过上述加热器2对电池1进行加温，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<Tbat_start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。
另外，在本实施例中，仅在步骤S18中判定为加温允许标志FLAG是“1”时允许步骤S19中的通过加热器2进行的电池1的加温，而且，通过图3的控制程序按上述的要领使该加温允许标志FLAG为“1”或者“0”，因此能够得到基于图4说明的以下效果。
图4是以下情况下的动作时序图：在瞬时t1，电池温度Tbat降低至加温开始温度Tbat_start而产生加温要求，此时的电池蓄电状态SOC如瞬时t2那样为能够自己行驶至电池充电设备处来将充电器7与充电设备连接的(可以实现能够对电池1进行充电的状况的)水平。
以往，在随着Tbat<Tbat_start而产生加温要求的时刻t1，与该t1时的电池蓄电状态SOC无关地，电池蓄电状态SOC的加温允许判定值为例如30%那样的固定值SOCs_hight，因此直到在通过从瞬时t2起的充电而如虚线所示那样变为SOC≥SOCs_hight的图4的瞬时t3时，才如该图中虚线所示那样开始通过加热器2的电池驱动(启动)来对电池1进行加温。
因此，尽管产生加温要求时t1的电池蓄电状态SOC如瞬时t2那样为能够自己行驶至电池充电设备处来将充电器7与充电设备连接的(可以实现能够对电池1进行充电的状况的)水平，即使从产生加温要求时t1起通过加热器2的电池驱动对电池1进行加温也没关系，但是在产生加温要求时t1自不用说，连到充电开始时t2也如图4中虚线所示那样尚未开始加温。
因而，在产生加温要求时t1以后，电池温度Tbat也如图4中虚线所示那样继续降低，由于所述的电池温度Tbat的虚线所示的降低，电池1的内部电阻如图4中虚线所示那样仍然大。
因此，使车辆利用电池行驶至充电设备处来将充电器7与外部电源连接的充电开始时t2以后的充电电流如图4中虚线所示那样少，从瞬时t2以后的电池蓄电状态SOC的虚线所示的上升情况明确可知，无法迅速向电池1充电，导致电池1充电所需的时间变长，不能避免这种问题。
与此相对，在本实施例中，在图4的瞬时t1，图3的步骤S21选择步骤S22，在该步骤S22中，将电池蓄电状态SOC的加温允许判定值设为约0的SOCs_low，因此能够如下那样避免上述问题。
也就是说，将蓄电状态SOC的加温允许判定值设为约0的SOCs_low，因此步骤S22会进行SOC≥SOCs_low≈0的判定。
另外，在下一个步骤S23中，与该判定结果相呼应地将加温允许标志FLAG设定为“1”，允许图2的步骤S19中的通过加热器2进行的电池1的加温。
因此，在本实施例中，从随着Tbat<Tbat_start而产生加温要求时t1起，如图4中实线所示那样对加热器2进行电池驱动(启动)，从而能够使电池温度Tbat如图4中实线所示那样从瞬时t1起上升。
通过所述的电池温度Tbat的实线所示的上升，电池1的内部电阻如图4中实线所示那样从产生加温要求时t1开始降低。
因此，使车辆利用电池行驶至充电设备处来将充电器7与外部电源连接的充电开始时t2以后的充电电流如图4中实线所示那样大，从瞬时t2以后的电池蓄电状态SOC的实线所示的上升情况明确可知，能够迅速向电池1进行充电，从而能够缩短电池1的充电时间。

Claims (4)

1.一种电池温度控制装置，在电池(1)的温度变得低于规定温度(Tbat_start)时，若电池(1)的蓄电状态(SOC)为用于电池加温允许判定的设定蓄电状态以上，则通过电池驱动加热器(2)对电池(1)进行加温来进行温度调节，该电池温度控制装置具备：
电池状态判定单元(S21)，其判定电池状态是否为可以实现能够对上述电池(1)进行充电的状况的电池状态；以及
设定蓄电状态降低单元(S22)，其在由上述电池状态判定单元(S21)判定为电池状态为可以实现能够对上述电池(1)进行充电的状况的电池状态时，使上述设定蓄电状态降低。
2.根据权利要求1所述的电池温度控制装置，其特征在于，
上述设定蓄电状态降低单元(S22)使上述设定蓄电状态降低至约0。
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，
上述电池(1)供给车辆的行驶能量，
上述电池状态判定单元(S21)判定电池状态是否为能够使车辆行驶实现能够对上述电池(1)进行充电的状况所需的行驶距离的电池状态。
4.根据权利要求3所述的电池温度控制装置，其特征在于，
实现能够对上述电池(1)进行充电的状况所需的上述行驶距离是到最近的电池充电设备处为止的行驶距离。
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