CN105009354A - 电池预热系统和利用其的电池预热方法 - Google Patents

电池预热系统和利用其的电池预热方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明，用于预热电池的系统包括：打开信号接收单元，其接收用于打开车辆门的开门信号；温度测量单元，其测量连接至车辆起动机的电池组的温度；控制单元，其参照与开门信号被打开信号接收单元接收时通过温度测量单元所测量的温度相关联的信息而输出强制放电开始信号；和强制放电电路单元，其响应强制放电开始信号而使构成电池组的多个电池模块强制放电。根据本发明，利用电池自身产生的热可显著改善车辆的冷起动性，而不会造成现有车辆能量供应系统发生巨大变化，且通过车辆用户确定预热开始时间点，从而可实现有效预热而无不必要的消耗。

Description

电池预热系统和利用其的电池预热方法
技术领域
本发明涉及一种电池预热系统和利用其的电池预热方法，更具体地，涉及一种利用电池在放电期间产生的热而预热该电池的系统以及一种利用其的电池预热方法。
本申请要求于2013年5月8日在韩国提交的第10-2013-0052096号韩国专利申请的优先权，其公开内容以引证的方式纳入本说明书。
背景技术
近来，改善能效和减少CO2排放在汽车行业仍然是一个大目标。对此，汽车行业一直尝试通过使用具有更高输出和更高充电效率的锂离子二次电池替代常规的铅蓄电池以改善能效。
但是，锂离子二次电池具有当温度下降至一定温度以下时其输出特性急剧降低的缺点，并且锂离子二次电池的该缺点是提高车辆冷起动性所需克服的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于解决上述问题，因此，本发明是针对利用电池自身产生的热来改善车辆的冷起动性，但并不使现有车辆能量供应系统发生巨大改变。
然而，本发明的技术课题不限于上述课题，本领域普通技术人员可通过以下详细描述而更好的理解上述没有涉及的其它技术课题。
技术方案
为实现上述目的，根据本发明的一实施方案的电池预热系统包括以下单元：打开信号接收单元(open signal receiving unit)，其接收用于打开车辆门的开门信号；温度测量单元，其测量连接至车辆起动机的电池组的温度；控制单元，其参照与开门信号被打开信号接收单元接收时通过温度测量单元所测温度相关联的信息而输出强制放电开始信号；和强制放电电路单元，其响应强制放电开始信号而使构成电池组的多个电池模块强制放电。
当所述电池组的测量温度低于第一基准温度时，所述控制单元可输出所述放电开始信号。
当通过所述强制放电使所述电池组的温度达到第二基准温度或使放电量达到设定的基准放电量时，所述控制单元可输出强制放电结束信号。
所述强制放电电路单元可包括连接在所述电池模块两端之间的强制放电开关，以响应所述强制放电开始信号和强制放电结束信号而进行开关ON/OFF操作。
所述强制放电电路单元可响应强制放电开始信号而使多个电池模块同时或依设定次序依次强制放电。
此外，为实现上述目的，根据本发明的另一实施方案的电池预热系统包括以下单元：打开信号接收单元，其接收用于打开车辆门的开门信号；温度测量单元，其测量连接至车辆起动机的电池组的温度；电池状态测量单元，其测量构成电池组的多个电池模块的各个的荷电状态(SOC)；控制单元，其参照与开门信号被打开信号接收单元接收时通过温度测量单元所测温度相关联的信息而输出强制放电开始信号，并参照多个电池模块的各个的SOC输出平衡开始信号；强制放电电路单元，其响应强制放电开始信号而使多个电池模块中的一部分电池模块强制放电；和平衡单元，其响应平衡开始信号而使各个电池模块的荷电状态平衡。
当所述电池组的测量温度低于第一基准温度时，所述控制单元可输出放电开始信号。
当通过所述强制放电使所述电池组的温度达到第二基准温度或使放电量达到设定的基准放电量时，所述控制单元可输出强制放电结束信号。
所述强制放电电路单元可包括连接在所述电池模块中的一部分电池模块的两端之间的强制放电开关，以响应强制放电开始信号和强制放电结束信号而进行开关ON/OFF操作。
所述强制放电电路单元可响应所述强制放电开始信号而使多个电池模块中的一部分电池模块同时或依设定次序依次强制放电。
所述电池状态测量单元可包括电压传感器，以测量所述电池模块的电压。
所述电池状态测量单元也可包括SOC计算单元，以利用包括由电压传感器所感应的电压值在内的信息来计算电池模块的SOC。
所述控制单元可利用包括由电压传感器感应的电压值在内的信息来计算电池模块的SOC。
所述平衡单元可通过使被强制放电的所述一部分电池模块之外的剩余电池模块强制放电而平衡荷电状态。
另一方面，为实现上述目的，根据本发明的车辆能量供应系统包括所述电池预热系统和连接至所述电池预热系统的电池组。
此外，为实现上述目的，根据本发明的车辆包括所述车辆能量供应系统和用于接收来自所述电池组的起动所需的能量的起动机。
上述目的也可以通过一种根据本发明的电池预热方法实现。根据本发明的电池预热方法包括：确定用于打开车辆门的开门信号是否被接收的步骤；将电池组的温度与设定的第一基准温度相比较的步骤；和当所述开门信号被接收且电池组温度低于第一基准温度时输出强制放电开始信号的步骤。
所述电池预热方法还可包括如下步骤：当响应强制放电开始信号的输出，所述电池组的温度达到第二基准温度或构成所述电池组的电池模块的放电量达到设定的基准放电量时，输出强制放电结束信号的步骤。
所述电池预热方法还可包括如下步骤：当响应强制放电开始信号的输出，构成所述电池组的多个电池模块中的一部分电池模块实现放电，从而电池模块相互之间的荷电状态变得不均匀时，输出平衡开始信号的步骤。
发明效果
根据本发明的一个方面，利用电池组自身产生的热可显著改善车辆的冷起动性，而不会造成现有车辆能量供应系统发生巨大变化。
根据本发明的另一方面，车辆用户可选择预热电池组的时间点，从而可实现有效预热而没有不必要的消耗。
附图说明
所附附图一并示出了本发明的优选实施方案，与下述发明的详细说明一同发挥着进一步理解本公开的技术主旨的作用，但是，应理解，本公开不限于附图。
图1为框图，其示出了根据本发明的一实施方案的电池预热系统。
图2为示意图，其示出了连接至根据本发明的一实施方案的电池预热系统的电池组。
图3为示意图，其示出了在根据本发明的一实施方案的电池预热系统中使用的强制放电电路单元。
图4为示意图，其示出了在根据本发明的一实施方案的电池预热系统中使用的电池组和强制放电电路单元的组合。
图5为框图，其示出了根据本发明的另一实施方案的电池预热系统。
图6为示意图，其示出了在根据本发明的另一实施方案的电池预热系统中使用的电池组和强制放电电路单元的组合。
图7为流程图，其示出了根据本发明的一实施方案的电池预热方法。
具体实施方式
下文中，将参照所附附图详细描述本发明的优选实施方案。描述以前，应理解不应将在本说明书和所附权利要求书中使用的术语解释为限于一般的和字典中的含义，而是，在允许发明人合适地定义术语以获得最佳解释的原则的基础上，基于符合本发明的技术方面的含义和概念来理解。因此，在本说明书中所作的描述只是仅为说明目的的优选实施例，不意图限制本公开的范围，所以应理解，在不背离本公开的主旨和范围的情况下，可以对其作出其它等同替换和修改。
根据本发明的一实施方案的电池预热系统10将参照图1至图4进行描述。
图1为框图，其示出了根据本发明的一实施方案的电池预热系统；且图2为示意图，其示出了连接至根据本发明的一实施方案的电池预热系统的电池组。此外，图3为示意图，其示出了在根据本发明的一实施方案的电池预热系统中使用的强制放电电路单元，且图4为示意图，其示出了在根据本发明的一实施方案的电池预热系统中使用的电池组和强制放电电路单元的组合。
首先，参照图1，根据本发明的一实施方案的电池预热系统10包括打开信号接收单元11、温度测量单元12、控制单元13、及强制放电电路单元14。
所述打开信号接收单元11相当于接收用于打开车辆门的开门信号的接收模块。
所述开门信号可以通过以下方式发出：例如，按下车辆用户拥有的遥控器上的开门按钮，或按下装配在车辆门把手等处上的开门按钮。但是，明显的是发出开门信号的方式可基于施用于车辆的开门/关门方式而变化。
另一方面，应理解的是所述开门信号不仅表示用于打开车辆门的最终信号，也表示用户进入车辆前实现的与车辆操作有关的各种信号。例如，当用户靠近车辆时，打开车门之前的初步信号(例如用于打开车辆前灯或车辆侧视镜的欢迎功能的起始信号)可包括在本公开的开门信号中。
当发出开门信号时，所述打开信号接收单元11接收开门信号并将其传送至控制单元13，在该情况下，控制单元13通过参照电池组P的温度确定是否预热电池。
所述温度测量单元12测量连接至车辆起动机S的电池组P的温度，并且是连接至电池组P的特定位置，以感应温度。进行该温度感应是为了通过监测由锂离子二次电池构成的电池组P的温度而确定电池组P的预热开始时间点，其中，当温度降低至预定水平(例如，低于0℃)时，所述锂离子二次电池的输出特性下降。
另一方面，所述电池组P可通过如下方式构成，例如，通过依序连接多个电池模块M(参见图2)，其中，各个电池模块包括多个并联连接的锂离子二次电池单元(未示出)。
与通过所述温度测量单元12所感应的温度有关的信息被传送至控制单元13，并可被用作用于计算电池组P的荷电状态(SOC)的资料和用于确定是否操作强制放电电路单元14的资料。
当开门信号通过打开信号接收单元11而被接收时，控制单元13参照与电池组P的温度相关的信息而输出强制放电开始信号，以预热电池组P。
具体地，当通过温度测量单元12所测量的电池组P的温度低于设定的第一基准温度时，所述控制单元13输出强制放电开始信号以预热电池组P。
这种强制放电开始信号通过使各个电池模块M放电而诱导电池组P产生热，以预热电池组P。
此外，所述电池组P被预热预定时间以后，所述控制单元13输出强制放电结束信号以终止电池组P的强制放电，并且输出强制放电结束信号的时间点(即，终止电池预热的时间点)可以以各种方式确定。
例如，在强制放电过程中，当电池组P的温度升高并达到设定的第二基准温度(设定为比第一基准温度更高的值)时，所述控制单元13可输出强制放电结束信号。作为另一实例，当电池模块M的放电量达到设定的基准放电量时，控制单元13可输出强制放电结束信号。
另一方面，所述放电量可以通过各种方式测量，例如，安培计。当通过安培计法计算放电量时，可以在强制放电电路单元14上安装电流传感器(未示出)以感应放电电流。在该情况下，控制单元13可通过收集与通过电流传感器感应的放电电流值相关的信息并将其积分至预定区间而计算放电量。
参照图3和图4，所述强制放电电路单元14与各个电池模块M连接，并且其包括连接在电池模块M两端之间的强制放电开关14a。此外，所述强制放电电路单元14还可包括放电电阻器14b，以防止强制放电期间在放电电路上流过过载电流。
所述强制放电开关14a，通过响应由控制单元13输出的强制放电开始信号，进行开启ON操作而允许电池模块M放电；通过响应强制放电结束信号，进行开启OFF操作而停止强制放电。
另一方面，多个电池模块M的各个可以同时进行强制放电，也可以依预设次序依次进行强制放电。即，如果所有电池模块M以相等的量进行放电，则可以与进行放电所依照的次序无关地对电池组P进行预热。
如前所述，当电池组P的温度降低至预定限度从而无法保证车辆的可起动性时，根据本发明的一实施方案的电池预热系统10对电池组P进行预热。因此，通过利用电池组P自身产生的热所实现的预热，结合了电池预热系统10和电池组P而实现的车辆能量供应系统可向车辆起动机S供应充足的能量，从而可确保车辆优异的冷起动性。
此外，根据本发明的一实施方案的电池预热系统10使得车辆用户能够选择预热时间点，从而实现有效预热。即，当将所述电池组P设定为总在进行预热运行时，可能发生SOC降低的问题，但根据本发明的一实施方案的电池预热系统10的结构，预热可自用户打开门乘坐车辆的那一刻开始，从而可实现有效预热而没有不必要的能量消耗。
接下来，参照图5和图6描述根据本发明的另一示例性实施方案的电池预热系统20。
图5为框图，其示出了根据本发明的另一示例性实施方案的电池预热系统，且图6为示意图，其示出了在根据本发明的另一示例性实施方案的电池预热系统中使用的电池组和强制放电电路单元的组合。
参照图5和图6，根据本发明的另一示例性实施方案的电池预热系统20与根据在先实施方案的电池预热系统10的不同之处在于控制单元13的功能、以及强制放电电路单元14与电池组P之间的连接结构，还在于电池预热系统20还包括电池状态测量单元15和平衡单元16。
因此，在对根据本发明的另一示例性实施方案的电池预热系统20的描述中，此处仅提供了对不同于在先实施方案的方面的描述，而省略了与在先实施方案相重复的描述。
参照图6，在根据本发明的另一示例性实施方案的电池预热系统20中，所述强制放电电路单元14仅与组成电池组P的多个电池模块M中的一部分电池模块M相连。虽然本发明的附图仅示出所述强制放电电路单元14仅连接至一个电池模块M，但是本发明不限于此。
所述连接至强制放电电路单元14的该电池模块M响应控制单元13的强制放电开始信号和强制放电结束信号而放电至预定的量，但其余电池模块M不放电，从而，电池模块M之间产生SOC差。
当SOC差增加且达到设定的第一基准量时，所述控制单元13输出平衡开始信号，且平衡单元16响应该平衡开始信号而进行平衡操作以使SOC均匀。平衡操作可通过使除连接至强制放电电路单元14且已放电至预定量的电池模块M之外的其余的电池模块M放电而实现。即，所述平衡单元16可相当于这样的放电电路，其具有与在先描述的强制放电电路14相类似的结构。
此外，在平衡过程中，当电池模块M之间的SOC差达到设定的第二基准量时，所述控制单元13输出平衡结束信号，且平衡单元16响应该平衡结束信号而停止平衡操作。
电池模块M之间的SOC差可使用通过电池状态测量单元15收集的与SOC相关的信息来计算。即，电池状态测量单元15用于测量各个电池模块M的SOC，并且其可包括电压传感器(未示出)，以测量各个电池模块M的电压。
与通过所述电压传感器测量的各个电池模块M两端的电压值相关的信息被传送至控制单元13，且其可被用作计算电池模块M的SOC的资料。此外，相反地，所述电池状态测量单元15可包括SOC计算单元(未示出)，以使用与通过电压传感器测量的电压值相关的信息来直接计算电池模块M的SOC。此外，为了在计算SOC时得到更为精确的值，可以另外使用与通过温度测量单元12测量的电池组P的温度相关的信息。
如上所述，当满足电池组P的预热条件时，根据本发明的另一示例性实施方案的电池预热系统20优先进行一部分电池模块M的强制放电，随后，进行电池组P的平衡，从而对整个电池组P预热。
接下来，参照图7描述根据本发明的一实施方案的电池预热方法。
图7为流程图，其示出了根据本发明的一实施方案的电池预热方法。
参照图7，根据本发明的一实施方案，电池预热方法包括确定打开信号是否被接收的步骤、比较温度的步骤、和输出强制放电开始信号的步骤。
所述确定打开信号是否被接收的步骤是确定是否已通过打开信号接收单元11接收到用来打开车辆门的开门信号的步骤。
所述比较温度的步骤是将通过温度测量单元12所测量的电池组P的温度与设定的第一基准温度相比较的步骤。
输出强制放电开始信号的步骤是，当开门信号通过打开信号接收单元11被接收并且电池组P的测量温度被判定为低于设定的第一基准温度时，输出信号以诱导电池模块M的强制放电的步骤。
另一方面，根据本发明的一实施方案的电池预热方法还包括输出强制放电结束信号的步骤和输出平衡开始信号的步骤。
所述输出强制放电结束信号的步骤是，当在响应输出的强制放电开始信号，电池组P的温度升高并达到第二基准温度或者电池模块M的放电量达到设定的基准放电量的情况下判定为完成预热时，输出用来停止放电的信号的步骤。
所述输出平衡开始信号的步骤是，因多个电池模块M中的仅一部分电池模块M响应所输出的强制放电开始信号而放电，从而导致该多个电池模块M相互间的SOC差高于或等于预定量时，输出进行平衡的信号的步骤。
根据本发明的一实施方案的用于预热电池的方法，如上所述，通过诱导电池模块M在预定条件下放电而预热电池组P，所以车辆可具有优异的冷起动性。
同时，在本发明的描述中，应理解，在图1中示出的各个构成要素可在逻辑上区分而非物理上。
即，因为本发明的各个构成要素对应于用于实现本发明主旨的逻辑构成要素，所以无论这些元件是集成的还是分开的，只要能够实现根据本发明的逻辑结构的功能，则这些集成的或分开的元件应被理解为落入本发明的范围内，且只要是能够实现与其相同或类似的功能，则应理解为落入本发明的范围内而无论其名称如何。
在本说明书上文中，已通过具体实施方案和附图对本发明进行了描述，但是本发明不限于此，并且应理解，在本发明和所附权利要求以及与它们等同的主旨和范围内，本领域普通技术人员可作出各种改变和调整。

Claims (19)

1.一种电池预热系统，其包括：
打开信号接收单元，其接收用于打开车辆门的开门信号；
温度测量单元，其测量连接至车辆起动机的电池组的温度；
控制单元，其参照与开门信号被打开信号接收单元接收时通过温度测量单元所测温度相关联的信息而输出强制放电开始信号；和
强制放电电路单元，其响应强制放电开始信号而使构成所述电池组的多个电池模块强制放电。
2.根据权利要求1所述的电池预热系统，其特征在于，当所述电池组的测量温度低于第一基准温度时，所述控制单元输出放电开始信号。
3.根据权利要求2所述的电池预热系统，其特征在于，当通过所述强制放电使所述电池组的温度达到第二基准温度或放电量达到设定的基准放电量时，所述控制单元输出强制放电结束信号。
4.根据权利要求3所述的电池预热系统，其特征在于，所述强制放电电路单元包括连接在所述电池模块两端之间的强制放电开关，以响应所述强制放电开始信号和强制放电结束信号而进行开关ON/OFF操作。
5.根据权利要求1所述的电池预热系统，其特征在于，所述强制放电电路单元响应所述强制放电开始信号而使所述多个电池模块同时或依设定次序依次强制放电。
6.一种电池预热系统，其包括：
打开信号接收单元，其接收用于打开车辆门的开门信号；
温度测量单元，其测量连接至车辆起动机的电池组的温度；
电池状态测量单元，其测量构成所述电池组的多个电池模块的各个的荷电状态(SOC)；
控制单元，其参照与开门信号被所述打开信号接收单元接收时通过所述温度测量单元所测温度相关联的信息而输出强制放电开始信号，并参照所述多个电池模块的各个的SOC输出平衡开始信号；
强制放电电路单元，其响应所述强制放电开始信号而使所述多个电池模块中的一部分电池模块强制放电；和
平衡单元，其响应所述平衡开始信号而使各个所述电池模块的荷电状态平衡。
7.根据权利要求6所述的电池预热系统，其特征在于，当所述电池组的测量温度低于第一基准温度时，所述控制单元输出放电开始信号。
8.根据权利要求7所述的电池预热系统，其特征在于，当通过所述强制放电使所述电池组的温度达到第二基准温度或放电量达到设定的基准放电量时，所述控制单元输出强制放电结束信号。
9.根据权利要求8所述的电池预热系统，其特征在于，所述强制放电电路单元包括连接在所述电池模块中的一部分电池模块两端之间的强制放电开关，以响应所述强制放电开始信号和强制放电结束信号而进行开关ON/OFF操作。
10.根据权利要求6所述的电池预热系统，其特征在于，所述强制放电电路单元响应所述强制放电开始信号而使所述多个电池模块中的一部分电池模块同时或依设定次序依次强制放电。
11.根据权利要求6所述的电池预热系统，其特征在于，所述电池状态测量单元包括电压传感器，以测量所述电池模块的电压。
12.根据权利要求11所述的电池预热系统，其特征在于，所述电池状态测量单元也包括SOC计算单元，以利用包括由所述电压传感器所感应的电压值在内的信息来计算所述电池模块的SOC。
13.根据权利要求11所述的电池预热系统，其特征在于，所述控制单元利用包括由所述电压传感器感应的电压值在内的信息来计算所述电池模块的SOC。
14.根据权利要求6所述的电池预热系统，其特征在于，所述平衡单元通过使被强制放电的所述一部分电池模块之外的剩余电池模块强制放电而平衡SOC。
15.一种车辆能量供应系统，其包括：
权利要求1至14任一项所述的电池预热系统；和
连接至所述电池预热系统的电池组。
16.一种车辆，其包括：
权利要求15所述的车辆能量供应系统；和
用于接收来自电池组的起动所需的能量的起动机。
17.一种电池预热方法，所述方法包括：
确定用于打开车辆门的开门信号是否被接收的步骤；
将电池组的温度与设定的第一基准温度相比较的步骤；和
当所述开门信号被接收且所述电池组的温度低于第一基准温度时输出强制放电开始信号的步骤。
18.根据权利要求17所述的电池预热方法，还包括：
当响应输出的所述强制放电开始信号，所述电池组的温度达到第二基准温度或者构成所述电池组的电池模块的放电量达到设定的基准放电量时，输出强制放电结束信号的步骤。
19.根据权利要求17所述的电池预热方法，还包括:
当响应输出的所述强制放电开始信号，构成所述电池组的多个电池模块中的一部分电池模块实现放电，从而电池模块相互之间的SOC变得不均匀时，输出平衡开始信号的步骤。
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