CN104422565A - 电池组泄漏检测总成和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的示例性方面的一种检测电池组内泄漏的方法除其他事项外包括计算在某一位置的热能的预期量、测量在这一位置的热能的实际量以及将预期量和实际量对比以确认电池组是否泄漏。

Description

电池组泄漏检测总成和方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于电动车辆的电池组，特别涉及检测在电池组内的不良的热能泄漏以及不良的流体泄漏。 

背景技术

由于电动车辆选择性的利用一个或多个电池供电的电机进行驱动，因此电动车辆总体上与传统机动车辆不同。相反的，传统机动车辆仅依赖内燃发动机驱动车辆。电动车辆可以利用电机取代内燃发动机，或者电动车辆可以除了内燃发动机以外使用电机。 

示例电动车辆包括混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)以及纯电动车辆(BEV)。电动车辆通常配备有包含电池单元的电池组，其中电池单元用于存储为电机提供动力的电力。电池可以在使用前充电，并在行驶过程中通过再生制动器或发动机再次充电。 

长期暴露于显著的热能水平会缩短电池组的使用寿命。因此，电池组通常与周围环境热隔绝。而且，利用风扇使空气移动通过电池组。移动的空气调节热能水平。风扇通常将来自车辆的舱室的气候控制的空气吸入电池组。该空气流经电池组并排到舱室中、车辆的外部、或者后备箱等，或者排到这些位置中的多个位置中。 

电池组的泄漏允许流体、热量或者二者的不良的水平在电池组的内部和外部之间扩散。在电池组安装、定制车辆工作等过程中的隔绝损坏会引起电池组的泄漏。泄漏导致风扇运行时间增加、车辆舱室温度升高、电池温度升高、车辆性能降低等。技术人员不希望花费大量的时间来诊断和定位泄漏。 

发明内容

根据本发明的示例性方面的用于检测电池组泄漏的方法除其他事项外包括计算在某一位置时热能的预期量、测量在这一位置的热能的实际量以及将预期量和实际量对比以确定电池组是否泄漏。 

在前述检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，此方法包括利用流体移动装置使流体流经电池组。流体从入口进入电池组并且从出口排出。流体移动装置相对于流经电池组的方向从入口顺流而下并且从出口逆流而上。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，泄漏包含通过除了入口以外的区域流入电池组的流体的移动和/或通过除了出口以外的区域流出电池组的流体的移动。在一些示例中，泄漏是通过隔绝层的热泄漏。流体可以通过泄漏移动或者不移动。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，流体移动装置是风扇。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，该方法包含测量通过入口进入的流体的热能以提供入口流体的热能的量，以及将入口流体量与预期量对比以确定泄漏的位置。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括如果入口流体的热能的量高于此位置的热能的实际量则计算在入口与流体移动设备之间的泄漏。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，该位置在电池组电池单元处。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，该位置在电池组内。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括当实际量大于预期量超过至少一已建立的阈值——例如3摄氏度——时确认泄漏。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括当预期量大于实际量超过至少一已建立的阈值——例如3摄氏度——时确认泄漏。 

在前述任一检测电池组泄漏的方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括利用位于电池组的电池单元处或者电池单元相邻处的传感器测量热能的实际量。 

根据本发明的示例性方面的用于电池组的泄漏检测总成除其他事项外包括在某一位置确定热能的实际量的传感器以及用于计算此位置的热能的预期量和用于基于预期量和实际量的对比显示电池组包括泄漏的控制器。 

在前述的泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，该总成包括用于使流体从电池组入口流到电池组出口的流体移动装置。 

在前述任一泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，该流体移动装置包含风扇。 

在前述任一泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，该泄漏包含通过除了入口以外的区域流入电池组的流体的移动和/或通过除了出口以外的区域流出电池组的流体的移动。该泄漏还可以包含通过泄漏来自电池组的热泄漏或热能的移动(并且没有流体)。 

在前述任一泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，该总成包括测量通过入口进入电池组内的流体的热能的量的入口传感器，其中控制器配置为对比入口流体量和预期量以确认泄漏的位置。 

在前述任一泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，当预期量大于实际量超过至少一已建立的阈值——例如3摄氏度——时控制器显示泄漏。 

在前述任一泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，当实际量大于预期量超过至少一已建立的阈值——例如3摄氏度——时控制器显示泄漏。 

在前述任一泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，该位置在电池组内。 

在前述任一泄漏检测总成的进一步非限制性实施例中，该位置在电池组的电池单元处或电池单元相邻处。 

附图说明

所公开示例的各种特征及有利之处从具体实施方式中对本领域的技术人员而言是显而易见的。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下： 

图1是说明示例电动车辆动力总成的示意图； 

图2是说明在图1所述的电动车辆动力总成中使用的示例电池组的示意图； 

图3是说明用于确认图2的电池组内泄漏的示例方法的流程图。 

具体实施方式

图1示意性地说明了用于电动车辆的动力总成10。尽管此处描述为HEV，但应理解为此处所描述的概念不限于HEV，并且可以扩展到其他电动汽车，包括但并不限于插电式混合动力车辆(PHEV)和纯电动车辆(BEV)。 

在一个实施例中，动力总成10是采用了第一传动系统和第二传动系统的功率分流动力总成系统(powersplit powertrain system)。第一传动系统包括发动机14和发电机18(即第一电机)的组合。第二传动系统至少包括电动机22(即第二电机)、发电机18以及电池组24。在这个示例中，第二传动系统被认为是动力总成10的电力传动系统。第一和第二传动系统产生扭矩用于驱动一个或者多个电动车辆的车辆传动轮32组。 

在本示例中是内燃发动机的发动机14以及发电机18可以通过动力传输单元36——例如行星齿轮组——连接。当然，也可以利用包括其它齿轮组和变速器的其它类型的动力传输单元来连接发动机14和发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元36是包括环形齿轮40、太阳齿轮44以及支架总成48的行星齿轮组。 

发电机18可以通过动力传输单元36将动能转化为电能而由发动机14驱动。作为选择，发电机18可以起到电动机的作用将电能转化成动能，从而向与动力传输单元36连接的轴52输出扭矩。由于发电机18可操作地连接于发动机14，发动机14的速度可由发电机18控制。 

动力传输单元36的环形齿轮40可以与轴56相连接，轴56通过第二动力传输单元60与车辆传动轮32相连接。第二动力传输单元60可以包括具有多个齿轮64的齿轮组。其他动力传输单元也适宜。齿轮64将扭矩从发动机14传输到差速器68以最终为车辆传动轮32提供牵引力。差速器68可以包括能够向车辆传动轮32传输扭矩的多个齿轮。第二动力传输单元60通过差速器68与轮轴72机械地耦接以向车辆传动轮32分配扭矩。 

也可以采用电动机22(即第二电机)通过向轴78输出扭矩而驱动车辆传动轮32，轴78也与第二动力传输单元60相连接。在一个实施例中，电动机22以及发电机18相配合作为再生制动系统的一部分，在该系统中，电动机22以及发电机18都可以作为电动机输出扭矩。例如，每一个电动机22以及发电机18都可以通过高压总线82向电池组24输出电力。 

电池组24可以是能够输出电力以使电动机22以及发电机18运行的高压电池。其他类型的能量存储装置与/或输出装置也可与电动车辆一起使用。 

现在参照图2，示例电池组24包括多个单独的电池单元86以及风扇90。电池组外壳94容纳电池单元86以及风扇90。电池组外壳94包括用于使电池组24热隔绝的隔绝层96。电池组外壳94可以包括除了隔绝层96以外的其他层。 

电池组24包括从入口98延伸至出口102的流动路径F。电池单元86位于流动路径F内。风扇90使流体沿流动路径F从入口98移动到出口102。在这个示例中，从车辆的乘客舱室110吸取流体。流体从出口102排回乘客舱室110。 

在另一个示例中，流体例如通过出口102’从出口102移动到乘客舱室110外部的区域。流体可以通过出口102’移动代替通过出口102移动，或者流体可以除了通过出口102移动以外可以通过出口102’移动。 

风扇90是一种类型的流体移动装置。风扇电动机104驱动延伸通过电池组外壳94的轴108以驱动风扇90。风扇90相对于沿流动路径F的总体流动方向从入口98顺流而下并且从出口102逆流而上。 

一些电池单元86u位于相对于流经电池组24的总体流动方向从风扇90逆流而上的位置。其他电池单元86d位于相对于流经电池组24的总体流动方向从风扇90顺流而下的位置。 

沿流动路径移动的流体移动穿过电池单元86，流体调节电池单元86内的热能的量。在一个实施例中，流体移动穿过电池单元86以从电池单元86将热能带走，因此降低了电池单元86的温度。 

多个热能传感器118延伸至电池组24内。传感器118从电池组24收集热能测量值。电池组24内的电池单元86的温度可以例如从-40摄氏度到65摄氏度的范围，因此示例热能传感器118至少在这个范围内能够收集热能测量值。 

在这个示例中，一些传感器118b在电池单元86组内或附近的10个分开的位置测量热能量。五个传感器118b在从风扇90逆流而上的电池单元86u内的位置测量热能。五个传感器118b在从风扇90顺流而下的电池单元86d内的位置测量热能量。 

传感器118b的读数显示出在该位置的热能的实际量。当该位置位于一个或多个电池单元86上(或足够接近)时，传感器118b的读数代表那些电池单元86中的热能的实际量。 

另一个传感器118i测量通过入口98移动的流动中的热能的量。 

传感器118与从传感器118收集热能读数的控制器122可操作地耦接。 

泄漏可以在电池组外壳94内产生。泄漏允许不良流体、热能或者二者在除了入口98和出口102以外的位置移动到电池组外壳94，或从电池组外壳94流出。 

示例电池组24包括相对于风扇90逆流而上的上游泄漏L_u。上游泄漏L_u允许乘客舱室110外面的流体或热能而不是来自乘客舱室110的流体被吸取至电池组24内。 

示例电池组24包括相对于风扇90顺流而下的下游泄漏L_d。下游泄漏L_d允许电池组24内的流体或热能从除了出口102以外的位置流出电池组24。 

上游泄漏L_u与来自乘客舱室110的限制流动相比，提供对流到电池组24中的流体几乎没有的阻力。上游泄漏L_u可以导致电池单元86中的热能根据电池组24的环境温度以及通过上游泄漏L_u进入电池组24的环境中的流体的温度而增加或降低。通过上游泄漏L_u进入电池组24的流体不局限于在乘客舱室110内。 

当天气热的时候，例如，经上游泄漏L_u进入电池组24的流体会非常热，使得上游泄漏L_u附近的电池组24的一些区域将其他区域不均匀的加热。当天气冷时，经上游泄漏L_u进入电池组24的流体会非常冷，使得下游泄漏L_d附近的电池组24的一些区域将其他区域不均匀的冷却。 

在本发明的一示例实施例中，控制器122部分地利用来自传感器118b、传感器118i或者二者的读数确认电池组24泄漏。如果控制器122计算出电池组24包括泄漏，则技术员可以检查并修复电池组24。如果发现泄漏，则可以修复泄漏以确保穿过电池单元86的流动不受泄漏的影响。 

现在在继续参照图2的情况下参照图3，为了检测泄漏，示例方法200在步骤210中计算在电池组24内某一位置的热能的预期量。方法200在步骤220中也测量在上述位置的热能的实际量。方法200可以利用例如来自传感器118b的热能的读数来测量在上述位置的热能的实际量。 

在步骤230中，方法200对比热能的预期量和热能的实际量。基于该对比，方法200检测电池组24的泄漏。 

方法200可以部分地依靠电池组温度估算等式，该等式再现为下面的等式(1)： 

等式(1)： $\frac{d}{\mathrm{dt}}[C_{p,\mathrm{cell}}\·T_{\mathrm{cell}}]+\frac{d}{\mathrm{dt}}\left[E_{\mathrm{cell}}\left(\mathrm{SOC}\right)\right]=h\·(T_{\mathrm{air}}-T_{\mathrm{cell}})+V_{\mathrm{cell}}\·I$

在这个示例中，C_p,cell表示电池单元86和与电池86单元相关联的线束(harness)的热容量。E_cell表示电池单元86内的电能。T_air表示进入电池组24内的空气的温度，T_cell表示电池单元86的温度，以及h表示传热系数。V_cell表示单元86的终端电压。I代表电池组电流。在当前符号规定中，正值代表充电电流。因此，在这个示例中，等式(1)设置电池组24中的热能和电能增加等于传入电池组24的热以及由电池组24产生的电力。 

为了计算在电池组24内某一位置——例如选定的电池单元86——的估算温度，方法200可以利用等式(2)确定离开电池单元86的传热(HT_out)，再现等式(2)如下(其中fan_air_flow_rate为风扇空气流动率)： 

等式(2)：HT_out＝(h₀+fan_air_flow_ratexh_{fan_on})x(T_air–T_cell) 

传热系数h₀以及风扇开启时的传热系数h_{fan_on}是常数，并且可以利用风扇开启和风扇关闭时的电池组温度测试数据获得。具有所属技术领域的技能以及本发明的益处的人员将能够获得这些系数。 

电池单元产生的热本质上是所消耗的电能。电池单元产生的热用BP_HG表示，并且可以利用等式(3)计算，再现等式(3)如下： 

等式(3)：BP_HG＝I²xR_cell

在等式(3)中，I是通过电池组24的电流并且R_cell是电池单元86的总电阻(包括单元和线束) 

电池单元温度T_cell可以利用等式(4)估算，再现等式(4)如下： 

等式(4)：BP_HG-HT_out＝C_p,cellx(d(T_cell)/dt) 

求解上述等式可以得出T_cell，其是与该位置相关联的电池单元86中的热能的估算值。为了补偿传感器测量结果的延迟，可以利用过滤器与/或纯延迟模拟真实的传感器读数。在示例方法中，如果电池单元86的温度(通过一个或多个传感器118b所测量)与电池单元的估算温度T_cell显著不同，则认为电池组24有泄漏。 

在一些示例中，热能的预期量以及热能的实际量表示为以氏摄度测量的温度。如果预期量等于或超过了已建立的阈值，则方法200显示电池组 24正在泄漏。例如，如果已建立的阈值是三摄氏度的绝对值，并且预期量比测量量高三摄氏度或者高更多摄氏度，则方法200显示电池组24正在泄漏。此外，如果预期量比热能的实际量低三摄氏度或者低更多摄氏度，则方法200显示电池组24没有泄漏。在这个示例中，阈值可以校准以及基于具体要求——例如基于电池组24的尺寸——而调整。 

在一个示例中，如果除了预期量与实际量的差异在三度或者三度以上以外，在一段时间段——比方说这个驱动循环——内与传感器118b相关联的故障也没有被检测出，则仅认为电池组24泄漏。示例故障例如是传感器118b停止作用而且不提供读数。 

本发明的进一步示例实施例可以确定电池组24内的泄漏的总体位置以协助技术人员检查电池组24。例如，天气热时，电池组24外面的空气相对热，并且从泄漏逆流而上的电池单元86的热能水平将高于从泄漏顺流而下的电池单元86的热能水平。控制器122计算电池组24内温度从较低向高温转变的位置。然后这个位置被标记为泄漏可能的位置。 

技术人员在标记位置开始寻找泄漏，这有助于降低检查时间。控制器122利用传感器118b、118i或者二者所收集到的信息计算温度转变的位置。 

确认泄漏的总体位置可以包含计算泄漏是否位于例如电池组24的驾驶员或乘客一侧。确认泄漏的总体位置可以更具体，例如最接近泄漏的具体的电池单元86。 

在一个示例中，当从出口102流入乘客舱室110的流体的温度升高时，控制器122可以确认泄漏是上游泄漏L_u。这是由于来自乘客舱室110的、与通过上游泄漏L_u进入流动路径F的较热流体混合的流动。流体从出口移出将导致入口传感器118i测量的温度高于来自上游泄漏L_u上游的传感器118b测量的温度。 

在一个示例中，控制器122可以确认泄漏是下游泄漏L_d。流体可以通过下游泄漏L_d而不是通过出口102移出电池组24。流体通过下游泄漏L_d的路径而不是通过出口102移动，这是由于和与出口102相关联的阻力相比沿下游泄漏L_d的路径的较小的空气阻力。出口102的阻力通常高于泄 漏处的阻力，这是由于管130以及出口102的结构为乘客舱室110提供相对开放的路径。 

控制器122通过识别电池组24的在从泄漏顺流而下的区域将具有和从泄漏逆流而上的电池组24的区域相比升高的温度来计算泄漏的区域。相对升高的温度是由于穿过从泄漏顺流而下的区域的空气移动较少。 

在一些示例中，如果电池组24在风扇90的上游和下游都有泄漏，则流经泄漏路径的流体将被循环出电池组24。电池组24将利用来自电池组周围区域的流动而不是乘客舱室110的流动，并且电池组24将被非常迅速地加热。风扇速度将对风扇90降低电池组24内的电池单元86的温度的能力几乎没有影响。 

尽管不同的非限制性实施例在说明时具有具体的组件或步骤，但本发明公开的实施例不限于那些特定的组合。可以利用任何非限制性实施例中的组件或特征与其他任何非限制性实施例中的特征或组件的组合。而且，除非另有说明，所述步骤可以以任何顺序实施。 

上述说明实质上是示例性的而不是限制。没有必然背离本发明的实质的公开示例的变形及改进对本领域技术人员是显而易见的。因此，法律赋予本发明的保护范围只能通过研究权利要求而确定。 

Claims (9)

1.一种用于电池组的泄漏检测总成，其特征在于，包含：用于确定某一位置的热能的实际量的传感器；以及用于计算这一位置的热能的预期量以及基于预期量与实际量的对比显示出电池组包括泄漏的控制器。

2.如权利要求1所述的泄漏检测总成，其特征在于，包含用于使流体从电池组的入口移动到电池组的出口的流体移动装置。

3.如权利要求2所述的泄漏检测总成，其特征在于，流体移动装置包含风扇。

4.如权利要求2所述的泄漏检测总成，其特征在于，所述泄漏包含通过除了入口以外的区域流入电池组的流体的移动和/或通过除了出口以外的区域流出电池组的流体的移动。

5.如权利要求2所述的泄漏检测总成，其特征在于，包括用于测量通过入口进入电池组的流体中的热能的量的入口传感器，其中控制器配置为对比入口流体量与预期量以确认泄漏的位置。

6.如权利要求1所述的泄漏检测总成，其特征在于，当预期量大于实际量至少一已建立的阈值时，控制器显示泄漏。

7.如权利要求1所述的泄漏检测总成，其特征在于，当实际量大于预期量至少一已建立的阈值时，控制器显示泄漏。

8.如权利要求1所述的泄漏检测总成，其特征在于，这一位置位于电池组内。

9.如权利要求1所述的泄漏检测总成，其特征在于，这一位置位于电池组的电池单元处或与电池单元相邻处。