CN103779618B - 用于管理电池的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于管理电池的系统和方法。所述系统包括：冷却剂泵，其被配置成使冷却剂循环通过所述系统；包括第一截止阀的第一冷却通道，其被配置成使冷却剂循环通过散热器和多个电气装置，其中当电池被过冷却和过加热时冷却剂加热和冷却电池；与第一冷却通道并联连接的包括第二截止阀的第二冷却通道，其中第二冷却通道被配置成使冷却剂循环通过热电装置；以及控制器，其被配置成：检查电池的温度；打开和关闭第一和第二截止阀；以及当电池被过冷却时，控制冷却剂泵以使冷却剂循环通过所述多个电气装置和所述热电装置，并且当电池被过加热时，控制冷却剂泵以使冷却剂循环通过散热器和热电装置。

Description

用于管理电池的系统和方法

技术领域

本发明涉及通过根据车辆运行期间电池的状态最优地管理电池温度，来在维持车辆性能和电池的耐久性的同时管理电池的系统和方法。背景技术

近来开发的环境型车辆（例如混合动力车、电动车、和燃料电池车）使用高电压电池作为能量供给装置。然而，高电压电池的寿命在高温下会减少、并且可用能量的量值在低温下会迅速下降。通常，本领域已知的是，高电压电池的工作效率温度是大约20℃至30℃。

用于冷却电池的现有方法在高温下执行冷却，并且用于升高电池温度的现有方法是使用内部冷却空气来执行的。然而，当升高电池温度时内部空气冷却负载会增加，由此限制电池的控制。换句话说，当内部冷却器不工作时，难以进行用于电池的空气冷却，并且当内部温度较高时，内部空气在许多情形中无法使用。因此，在使用内部空气冷却或加热电池方面存在着各种问题，并且有必要使用不同类型的热源来冷却和加热电池。

因此，尽管近来的开发实践使用热电装置来冷却和加热电池，但是车辆的燃料效率被降低，这是因为必须向所述装置供应来自电池的比功率（specific power），并且当电池耗尽时难以利用这样的装置来控制电池的温度。

上面作为本发明的相关技术提供的说明只是为了帮助理解本发明的背景，并且不应认为上述说明被包含在本领域技术人员已知的相关技术中。

发明内容

本发明提供了一种用于管理电池的系统（例如，电池管理系统“BMS”），其包括：第一冷却通道，其使冷却剂循环通过散热器和多个电气装置；第二冷却通道，其与第一冷却通道并联连接，并且当电池被过冷却和过加热时使冷却剂循环通过加热和冷却电池的热电装置；截止阀，其在冷却通道上的分叉点处控制冷却通道的打开和关闭；冷却剂泵，其控制冷却剂的循环；以及控制器，其控制截止阀和冷却剂泵，使得当电池被过冷却时冷却剂循环通过电气装置和热电装置，并且使得当电池被过加热时冷却剂循环通过散热器和热电装置。换句话说，使用冷却剂来循环通过系统以便当确定电池的充电状态（“SOC”）时加热或冷却电池。

当电池和电力电子装置被过加热时，控制器使冷却剂循环通过散热器、电力电子装置、和热电装置。

热电装置可以配备有朝向电池布置的风扇，并且当热电装置出现故障时控制器可以控制冷却剂泵和风扇以最大水平操作。

散热器可以配备有冷却风扇，并且当电池被过加热并且热电装置出现故障时，控制器可以控制冷却泵和冷却风扇以最大水平操作。

系统还可以包括与第一冷却通道或第二冷却通道连接并经过电池充电器的第三冷却通道，其中当充电器不工作时，控制器可以控制冷却剂不循环通过充电器。

此外，本发明提供了一种管理电池的方法，其包括：由控制器检查电池的温度；当电池被过冷却时，由控制器控制截止阀以使冷却剂循环通过多个电力电子装置和一热电装置；以及当电池被过加热时，控制截止阀以使冷却剂循环通过散热器和热电装置。另外，当电池和电力电子装置被过加热时，控制截止阀以使冷却剂循环通过电力电子装置和热电装置。

该方法还可以包括：响应于热电装置出现故障，以最大水平控制风扇和冷却剂泵，其中风扇朝向电池布置在热电装置中。当热电装置出现故障时，控制器可以以最大水平控制风扇、冷却剂泵、散热器中的冷却风扇。此外，当热电装置出现故障时，控制器可以以最大水平控制风扇，并且当冷却剂的温度低于电池的温度时，控制器可以以最大水平控制冷却剂泵。

此外，本发明提供了一种管理电池的方法，其包括：由控制器控制连接散热器、多个电力电子装置、以及加热和冷却电池的热电装置的冷却通道，其中当电池被过冷却时，冷却剂由控制器控制以循环通过电力电子装置和热电装置，并且当电池被过加热时冷却剂被控制以循环通过散热器和热电装置。

附图说明

现在将参考通过附图示出的本发明的示例性实施例来详细描述本发明的上述及其它特征、目的和优点，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制，其中：

图1至3是示出根据本发明的示例性实施例的用于管理电池的系统的操作的示例图；

图4和5是示出根据本发明的示例性实施例的用于管理电池的系统的示例图；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的管理电池的方法的示例性流程图。

应理解的是，附图不一定要依比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种示例性特征的稍微简化的表示。本文中公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由期望的特定应用和使用环境来确定。

在附图中，附图标记在附图的几幅图中始终指代本发明的相同或等效部分。

具体实施方式

应理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆（诸如包括运动型多功能车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车）、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车（例如从除石油以外的资源中取得的燃料）。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。

另外，应理解的是，术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储各模块，并且处理器具体地被配置成执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或更多处理。

本文中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且并非旨在对本发明进行限制。如本文中所使用的那样，单数形式的“一”旨在也包括复数形式，除非文中清楚地指出。还应理解的是，术语“包括”在本说明书中被使用时，指的是所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。如本文中使用的那样，术语“和/或”包括一个或多个相关列出条目的任意和全部组合。

在下文中将详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面说明。

在下文中将参考附图描述根据本发明实施例的用于管理电池的系统和方法。

图1至3是示出根据本发明的实施例的用于管理电池的系统的操作的示例图。该系统可以包括：第一冷却通道500，其包括第一截止阀700，并且可以使冷却剂循环通过散热器100和多个电气装置200；第二冷却通道600，其包括第二截止阀720，并且可以与第一冷却通道500并联连接，且当电池300被过冷却和过加热时，可以使冷却剂循环通过加热和冷却电池300的热电装置400；第一截止阀700和第二截止阀720可以在冷却通道500和600上的分叉点控制冷却通道的打开和关闭；冷却剂泵900，其可以控制冷却剂的循环；以及控制器1000，其检查电池的温度。另外，该控制器1000可以控制截止阀700、720和冷却剂泵900，使得当电池300被过冷却时冷却剂可以循环通过电气装置200和热电装置400，并且使得当电池300被过加热时冷却剂可以循环通过散热器100和热电装置400。

在用于管理电池的系统中，冷却回路可以通过并联连接散热器100、电气装置200和热电装置400来形成。诸如冷却水之类的冷却剂可以流过冷却回路。特别地，电气装置200可以包括车辆的所有常见电子部件和电子装置（例如电动机）。

3通截止阀700可以布置在热电装置400中，其中3通截止阀可以是图1所示的实施例中的冷却通道上的分叉点。该截止阀700可以是螺线管，并且可以通过打开和关闭多个管道来实现各种通道。此外，冷却剂泵900可以布置在热电装置400的第二冷却通道600中，并且可以工作使得当需要使冷却剂循环时使冷却剂循环通过通道。

具体地，控制器1000可以控制第一截止阀700、第二截止阀720、和冷却剂泵900以形成冷却通道，其中当电池300被过冷却时，热电装置400可以升高电池300的温度。因此，热电装置400的相反侧可以被冷却以向电池供应热量。

因此，如图1中所示，控制器1000可以通过使冷却剂循环通过电气装置200和热电装置400，来将热量从电气装置200通过热电装置400供应到电池300。因此，当电池300的温度升高时，可以使用来自电气装置的热量而无需过度使用电池电力来操作热电装置400，从而节省能量。

另一方面，当电池300被过加热时，可能有必要冷却电池300，并且控制器1000可以如图2所示那样通过控制截止阀700、720来控制冷却剂的流动，以便回收来自电池300的热量。换句话说，控制器1000可以通过使冷却剂循环通过散热器100和热电装置400，来控制热量通过散热器100排放，而无需增加过度热量到热电装置400中。此外，由于冷却剂可以积累一些热量，所以当电池300的温度较低时可以通过使冷却剂循环来防止过加热，并且当过加热的程度相当高时可以通过操作散热器100的冷却风扇120来更有效地排放热量。

此外，当电池300和电气装置200被过加热时，控制器1000可以如图3所示那样通过控制截止阀700，来使冷却剂循环通过散热器100、电气装置200和热电装置400，并且当过加热的程度相当高时，控制器1000可以类似地通过操作散热器100的冷却风扇120来更有效地排放热量。

此外，热电装置400可以配备有朝向电池300布置的风扇420。换句话说，热电装置400的一侧可以暴露于电池300的内部，并且其另一侧可以暴露于电池300的外部，因此当电池300内部的空气通过热电装置400的一侧得到冷却时可以为了空气冷却效率而布置风扇420。

控制器1000可以以最大值控制冷却剂泵900和风扇420，使得由于热电装置400的热传导而可以执行均匀冷却和加热，由此确保电池300得到适当的维持。

此外，当电池300被过加热并且热电装置400发生故障时，电池300可以通过热传导而得到冷却，因为散热器100配备有冷却风扇120并且控制器1000控制冷却剂泵900、冷却风扇120和风扇420以最大水平操作。

图4和5是示出根据本发明的实施例的用于管理电池的系统的示例图。图4示出的系统还包括第三冷却通道620，其可以与第一冷却通道500或第二冷却通道600并联连接、并经过电池充电器220。该冷却通道可以由电池充电器（例如，车载充电器（OBC））形成，并且可以与车辆的电气装置200分离布置。第三冷却通道620与电气装置200间隔开可以允许热量被更有效地管理，因为充电器220仅在充电时产生热量。

在该实施例中，当充电器220不工作时，控制器1000控制冷却剂不循环通过充电器220，使得来自电气装置200的热量可以用于控制电池300的温度。如图4所示，截止阀可以由两个3通阀700和720组成，并且设置两个冷却剂泵800和900。此外，如图5所示，该回路可以由一个4通阀740构成，而不是由两个3通阀构成，以便通过内部旋转门742有选择地产生各种通道。

图6是示出根据本发明的实施例的管理电池的方法的示例性流程图。该方法可以包括：由控制器检查电池的温度（S200）；当电池被过冷却时，由控制器控制截止阀以使冷却剂循环通过多个电气装置和一热电装置（S300）；以及当电池被过加热时，由控制器控制截止阀以使冷却剂循环通过散热器和热电装置（S400）。换句话说，可以通过由控制器检查电池的温度来确定电池被过加热还是被过冷却。该处理可以使用适当的预定温度范围来执行。此外，当电池被过冷却时，由控制器控制截止阀以使冷却剂循环通过电力电子装置（power electrics）和热电装置（S300）。此外，当电池被过加热时，由控制器控制截止阀以使冷却剂循环通过散热器和热电装置（S400）。

特别地，控制截止阀（S400）可以包括：当控制器确定电池和电气装置被过加热（S430）时，控制截止阀以便使冷却剂循环通过所有电力电子装置和热电装置（S500）。

此外，当热电装置发生故障时，以最大水平控制风扇和冷却剂泵（S600），其中风扇可以朝向电池布置在热电装置中。该处理还可以包括：在各间隔S100、S320和S420确定热电装置故障。当热电装置发生故障时，控制器可以以最大水平控制工作风扇、冷却剂泵、和散热器中的冷却风扇。此外，当检查电池的温度（S700）并且确定电池温度处于正常温度范围内时，管理可以结束。可替换地，当热电装置发生故障时，控制器可以以最大水平控制热电装置的朝向电池布置的风扇（S600），并且当冷却剂的温度比电池的温度低时，控制器可以以最大水平控制冷却剂泵。

根据具有上述配置的用于管理电池的系统和方法，可以通过使用来自多个电气装置的热量来改进电池的加热能力，并且可以通过与冷却水交换热电装置外部的热量来防止电池寿命的恶化。此外，可以在对电池进行充电或者在较冷天气中行驶的同时加热高电压电池并维持最佳温度，并且可以确保电池有充足的可用能量。另外，与使用现有的内部空气冷却系统的情况相比，可以在对电池进行充电或者在较暖的气候中行驶的同时冷却高电压电池并维持最佳温度，可以确保电池寿命的耐久性，并且可以减少能量消耗。

尽管参考附图中所示的特定实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员而言明显的是，可以以各种方式对本发明做出变更和修正，而不脱离所附权利要求中所述的本发明的范围。

已经参考本发明的示例性实施例详细描述了本发明。然而，本领域技术人员应理解的是，可以对这些实施例作出变更、修正和变型，而不脱离本发明的原理和精神，其中本发明的范围由所附权利要求及其等价形式限定。

Claims (11)

1.一种用于管理电池的系统，包括：

冷却剂泵，其被配置成使冷却剂循环通过所述系统；

包括第一截止阀的第一冷却通道，其被配置成使冷却剂循环通过散热器和多个电气装置，其中当所述电池被过冷却和过加热时所述冷却剂加热和冷却所述电池；

与所述第一冷却通道并联连接的包括第二截止阀的第二冷却通道，其中所述第二冷却通道被配置成使冷却剂循环通过热电装置；以及

控制器，其被配置成：

检查所述电池的温度；

打开和关闭所述第一和第二截止阀；以及

当所述电池被过冷却时，控制所述冷却剂泵以使冷却剂循环通过所述多个电气装置和所述热电装置，从而将热量从所述电气装置通过所述热电装置供应到所述电池，并且当所述电池被过加热时，控制所述冷却剂泵以使冷却剂循环通过所述散热器和所述热电装置，从而控制热量通过所述散热器的排放。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成当所述电池和所述多个电气装置被过加热时，使冷却剂循环通过所述散热器、所述多个电气装置、和所述热电装置。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述热电装置包括朝向所述电池布置的风扇。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述控制器还被配置成当所述热电装置发生故障时控制冷却剂泵和所述风扇以最大水平操作。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述散热器包括冷却风扇，当所述电池被过加热并且所述热电装置发生故障时，所述冷却风扇与所述冷却剂泵一起由所述控制器以最大水平操作。

6.如权利要求1所述的系统，还包括与所述第一冷却通道或所述第二冷却通道连接、并经过电池充电器的第三冷却通道，其中当所述充电器不工作时，所述控制器控制冷却剂不循环通过所述充电器。

7.一种管理电池的方法，包括：

由控制器检查电池的温度的检查步骤；

当所述电池被过冷却时，由所述控制器打开和关闭截止阀，以使冷却剂循环通过热电装置和多个电气装置，从而将热量从所述电气装置通过所述热电装置供应到所述电池的加热步骤；以及

当所述电池被过加热时，由所述控制器打开和关闭所述截止阀，以使冷却剂循环通过散热器和所述热电装置，从而控制热量通过所述散热器的排放的冷却步骤。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：当所述电池和所述多个电气装置被过加热时，由所述控制器打开和关闭所述截止阀以使冷却剂循环通过所述多个电气装置和所述热电装置的第二冷却步骤。

9.如权利要求7所述的方法，还包括：当所述热电装置发生故障时，由所述控制器以最大水平控制风扇和冷却剂泵的安全步骤，其中所述风扇朝向所述电池布置在所述热电装置中。

10.如权利要求9所述的方法，其中在所述安全步骤中，当所述热电装置发生故障时，所述控制器以最大水平控制所述风扇、所述冷却剂泵、和所述散热器中的冷却风扇。

11.如权利要求9所述的方法，其中在所述安全步骤中，所述控制器还被配置成：

当所述热电装置发生故障时，以最大水平控制所述热电装置的朝向所述电池布置的所述风扇；和

当冷却剂的温度低于所述电池的温度时，以最大水平控制所述冷却剂泵。