CN105762427B - 用于控制车辆中高压电池的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆中高压电池的装置和方法。该方法包括以下步骤：由控制器监控安装在电池组内的第一温度传感器和第二温度传感器的状态；由控制器检测第一温度传感器和第二温度传感器中有故障的温度传感器；以及由控制器利用电池的每个环境温度下的电池组内的温度偏差，来计算与有故障的温度传感器相对应的代替温度。

Description

用于控制车辆中高压电池的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆中高压电池的装置和方法，当车辆中的高压电池的温度传感器发生故障时，通过基于温度传感器故障的相应控制逻辑，来确保电池控制的稳定性。

背景技术

在环境友好型车辆(例如，电动车辆和混合动力车辆等)的高压电池的控制中，在执行SOC(电量状态)计算、输出限制、诊断功能等时，电流、电压和温度测量比较重要。通过按照能够表示电池温度的条件选择温度传感器的位置，可以使传感器的数量最少，因此可获得降低成本的效果。

然而，随着温度传感器数量的减少，当特定传感器发生故障时，在其特性基于温度条件而不同的电池系统的控制中，基于SOC计算的误差和输出限制的误差会导致对电池系统控制产生显著影响，例如加剧电池劣化等。并且不能限制充电率等。另外，当高压电池发生故障时，由于电池的异常控制，会加剧电池劣化，并存在过充电和过放电的危险；利用多个温度传感器可减少该类危险，但会增加生产成本。

发明内容

本发明提供一种用于控制车辆中高压电池的装置和方法，其可通过在环境友好型车辆中的高压电池的温度传感器位置选择，以及基于温度传感器故障的相应控制逻辑，来确保改善的电池控制的稳定性。

根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆中高压电池的方法，可包括以下步骤：监控安装在电池组内的第一温度传感器和第二温度传感器的状态；检测第一温度传感器和第二温度传感器中有故障的温度传感器(例如，传感器失灵)；以及利用电池的每个环境温度的电池组内的温度偏差，来计算与有故障的温度传感器相对应的代替温度。

可选地，计算代替温度的步骤可包括：在检测到有故障的温度传感器时，由测量电池的环境温度；基于源自查询表的电池的环境温度，来读取电池组内的最高温度偏差；以及利用从查询表读取的最高温度偏差，来计算用来代替有故障的温度传感器的测量温度的代替温度。计算代替温度的步骤还可包括：当有故障的温度传感器是第一温度传感器时，利用所读取的最高温度偏差和通过第二温度传感器测量的温度，来计算用来代替第一温度传感器的测量温度的最低温度。

此外，最低温度可以通过从第二传感器的测量温度减去所读取的最高温度偏差来确定。计算代替温度的步骤还可包括：当有故障的温度传感器是第二温度传感器时，利用所读取的最高温度偏差和通过第一温度传感器测量的温度，计算用于代替第二温度传感器的测量温度的最高温度。

最高温度可以是第一温度传感器的测量温度与所读取的最高温度偏差之和。第一温度传感器可被安装在通过利用冷却模拟的电池组内的温度分布分析而选择的位置上，并且可被配置成测量电池组内的最低温度。第二温度传感器可安装在通过利用冷却模拟的电池组内的温度分布分析而选择的位置上，并且可被配置成测量电池组内的最高温度。通过电池环境测试，基于电池的环境温度，通过在电池组内测量的温度中的最高温度和最低温度之间的偏差，来抽取每个环境温度下电池组内的温度偏差。

此外，一种用于控制车辆中高压电池的装置，可包括：电池组，其被配置成供应电力以驱动车辆；第一温度传感器和第二温度传感器，被配置成安装在电池组内彼此不同的位置上；环境温度传感器，被配置成安装在电池组外部，并且被配置成测量电池的环境温度；以及控制器，其被配置成：监控第一温度传感器和第二温度传感器的状态；当第一温度传感器和第二温度传感器中的任一温度传感器有故障时，从查询表确定电池组内的最高温度偏差，以及利用所确定的最高温度偏差，计算用来代替有故障的温度传感器的测量温度的代替温度。

通过利用冷却模拟的电池组内的温度分布分析，将第一温度传感器和第二温度传感器分别安装在用来测量电池组内的最低温度和最高温度的位置上。通过电池环境测试，基于电池的环境温度，利用在电池组内测量的温度中的最高温度和最低温度之间的偏差，来抽取每个环境温度下电池组内的温度偏差。

控制器可被配置成，当有故障的温度传感器是第一温度传感器时，利用最高温度偏差和由第二温度传感器测量的温度来计算代替温度。控制器可被配置成通过从由第二传感器测量的温度减去最高温度偏差来计算代替温度。此外，该控制器可被配置成，当有故障的温度传感器是第二温度传感器时，利用最高温度偏差和由第一温度传感器测量的温度来计算代替温度。控制器可被配置成通过将最高温度偏差与由第一温度传感器测量的温度相加，来计算代替温度。

本发明可通过在环境友好型车辆中高压电池的温度传感器位置选择和基于温度传感器失灵的相应控制逻辑，来确保改善的电池控制的稳定性。本发明还可通过减少用于高压电池的温度传感器的数量来降低生产成本。

附图说明

通过下面的详细描述，并结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆中高压电池的装置的配置的示例性框图；

图2是根据与本发明示例性实施例有关的冷却模拟的高压电池的示例性温度分布图；

图3是示出根据与本发明的示例性实施例有关的环境温度的电池组内的温度偏差的表现的示例性曲线图；以及

图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆中高压电池的方法的示例性流程图。

附图中部件的附图标记说明：

10：电池组

20：第一温度传感器

30：第二温度传感器

40：环境温度传感器

50：存储器

60：控制器

具体实施方式

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述模块，从而执行一个或多个过程，下面进一步详述。

此外，本发明的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括，但不局限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、闪存盘、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络中，以使计算机可读介质可以以分布式方式，例如，通过电信息通信服务器或控制器区域网(CAN)，被存储和执行。

本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

除非明确指出或可从上下文明显看出，否则如本文中使用的术语“约”被理解为在本领域中的正常公差范围内，例如，在平均数的两个标准偏差内。“约”可以被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文可以明确知道，否则本文所提供的所有数值都可由术语“约”修正。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

当具有用于驱动诸如电动车辆和混合动力车辆等车辆的高压电池的车辆在驾驶之后被疏忽，以及当电池内部温度高于电池环境温度时，在电池组内会发生温度偏差。例如，当电池的内部温度为大约20℃，电池的环境温度为约-35℃时，在电池模块的中部和底部之间可能产生至多14℃左右的温度偏差。本发明可被配置成，计算用于代替有故障的温度传感器的测量值的代替温度，并通过利用电池的代替温度来确保改善的电池控制的稳定性。

图1示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆中高压电池的装置的配置的示例性框图，图2是根据与本发明示例性实施例有关的冷却模拟的高压电池的示例性温度分布图，图3是示出根据与本发明的示例性实施例有关的环境温度的电池组内温度偏差(temperature deviation)的表现的示例曲线图。

如图1所示，用于控制车辆中高压电池的装置可包括电池组10、第一温度传感器20、第二温度传感器30、环境温度传感器40、存储器50和控制器60。电池组10可以是被配置成供应电力以驱动车辆的高压电池。在电池组10内，多个电池模块101可以如图2所示那样层叠，并且每个电池模块可包括多个电池单元1011。

为了对电池进行冷却，用于引入外部空气的进气管11和用于排出从外部进入到电池组10中的空气的排气管12，可形成在电池组10中。在本示例性实施例中，描述将外部空气引入到电池组10的实施例，但不限于此，并且可被实施成使得入口孔连接到车辆的内部或空调器，并且经冷却的空气被引入到电池组10。PRA(功率继电器组件)13可安装在电池组10的一侧，并且PRA 13可布置在电池与电动机之间，并可被配置成将电池与电动机连接或断开。

第一温度传感器20和第二温度传感器30可被配置成测量电池组10的内部温度。第一温度传感器20和第二温度传感器30中的任一温度传感器20或30，可安装在电池组10中形成最低温度的位置，另一个温度传感器30或20安装在电池组10中形成最高温度的位置。

可通过利用冷却模拟器，分析在实际车辆条件下电池组10内的温度分布，来选择第一温度传感器20和第二温度传感器30的安装位置。特别地，为了分析电池组10的内部温度分布，可通过基于车辆的类型来计算负载比，并执行可基于电池组10的形状来模拟冷却流和冷却性能的冷却模拟，获取电池组10中形成最高温度(Tmax)的位置以及形成最低温度(Tmin)的位置，如图2所示。

模拟条件可利用冷却性能最大化时的电池环境温度、最大冷却空气流、实际车辆条件输出特性曲线(例如输入/输出能量)等作为输入，并可将电池组的内部形状和冷却风流道等设定成冷却因数。环境温度传感器40可安装在电池组10的外部，并可被配置成测量电池的环境温度(下文中称为环境温度)。

由第一温度传感器20和第二温度传感器30测量的电池组内的最高温度和最低温度可被存储在存储器50中。最高温度和最低温度可用来控制电池。每个环境温度下的电池组内的最高温度偏差信息可作为查询表类型存储在存储器50中。每个环境温度下的最高温度偏差可通过电池环境测试来抽取(extract)，如下所述。

首先，在电池组10内部的每个电池模块101和电池单元1011的位置上，可分别安装温度传感器，并可使温度传感器置于可产生温度条件测试的测试设备(例如环境舱)中。电池组10的初始温度可保持在室温(25℃)左右，并且测试设备中的温度可被设定到环境温度。尽管保持设定的环境温度持续约12小时，但是可监控安装在电池组10内的温度传感器的温度测量值(参见图3)。在测试完成之后，可抽取(例如计算)为每个环境温度测量的温度测量值的最高温度和最低温度的偏差。通过该过程，可生成每个环境温度的电池组10内的最高温度偏差表(例如查询表)。

控制器60可包括BMS(电池管理系统)，其被配置成管理电池的整个状态，以及当温度传感器发生故障时的控制逻辑。控制器60可被配置成持续监控第一温度传感器20和第二温度传感器30的状态。当第一温度传感器20和第二温度传感器30中的至少一个发生故障时，控制器可被配置成检测该故障。当检测到温度传感器的故障时，控制器60可被配置成确定发生故障的传感器的位置。换言之，控制器60可被配置成确定第一温度传感器20或第二温度传感器30发生故障(例如，可被配置成确定两个传感器中的哪个传感器失灵)。具体地，第一温度传感器20和第二温度传感器30可安装在电池组10中彼此不同的位置上。当第一温度传感器20发生故障时，控制器60可被配置成通过第二温度传感器30测量电池组10中的最高温度，并通过环境温度传感器40测量环境温度。

控制器60可被配置成，基于测量的环境温度，利用先前存储在存储器50中的查询表，来确定或读取最高温度偏差。另外，控制器60可被配置成，利用测量的最高温度和最高温度偏差来计算最低温度。特别地，最低温度可通过从所测量的最高温度减去最高温度偏差来获得。

当第二温度传感器30发生故障时，控制器60可被配置成，利用通过第一温度传感器20测量的最低温度以及基于通过环境温度传感器40测量的环境温度的最高温度偏差，来计算最高温度。特别地，可通过将最低温度偏差与通过第一温度传感器20测量的最低温度相加来获得最高温度。即，控制器60可被配置成计算用来代替有故障的温度传感器的测量温度的代替温度(replacement temperature)。

控制器60还可被配置成，将先前存储在存储器50中的最高温度或最低温度更新成所计算的最高温度或最低温度。控制器60可被配置成然后利用所更新的最高温度和最低温度来操作电池。当控制器60检测到温度传感器20或30或40发生故障时，控制器可被配置成通过视觉上或听觉上向用户输出通知，而使用户能够识别故障。

图4示出根据本发明的示例性实施例的用于控制车辆中高压电池的方法的示例性流程图。控制器60可被配置成监控安装在电池组10中的第一温度传感器20和第二温度传感器30的状态(S11)。特别地，第一温度传感器20和第二温度传感器30可安装在电池组10中的不同位置上。即，第一温度传感器20可布置在测量最低温度的位置上，并且第二温度传感器30可布置在测量最高温度的位置上。在本发明中，为了帮助理解本发明，描述其中第一温度传感器20和第二温度传感器30分别被安装以测量最低温度和最高温度的示例，然而，第一温度传感器20和第二温度传感器30可分别安装在测量最高温度的位置和测量最低温度的位置。

控制器60可被配置成通过监控两个温度传感器20、30来检测温度传感器的故障(S12)。当检测到温度传感器的故障时，控制器60可被配置成，确定两个温度传感器20、30中的某一个传感器发生故障(S13)。当识别出发生故障的传感器时，控制器60可被配置成从查询表读取基于环境温度的电池组内的最高温度偏差，并利用所读取的最高温度偏差计算用于代替有故障的温度传感器的测量温度的代替温度。然后，控制器60可被配置成利用所计算的代替温度来操作电池。

此外，详细描述计算代替温度的步骤。当安装在测量最低温度的位置处的第一传感器20发生故障时，控制器60可被配置成利用所读取的最高温度偏差和通过第二温度传感器30测量的电池组10中的最高温度，来计算最低温度以代替第一温度传感器20的实际最低温度(S14、S15)。特别地，可通过从实际最高温度减去所读取的最高温度偏差来获得最低温度。随后，控制器60可被配置成，将第一温度传感器20的测量温度更新成所计算的最低温度(S16)。

另外，当安装在测量最高温度的位置处的第二传感器30发生故障时，控制器60可被配置成利用所读取的最高温度偏差和通过第一温度传感器20测量的电池组10中的最低温度，来计算最高温度以代替第二温度传感器30的实际最高温度(S17、S18)。具体地，可通过将所读取的最高温度偏差与实际最高温度相加，来获得最高温度。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆中高压电池的方法，包括以下步骤：

由控制器监控安装在电池组内的第一温度传感器和第二温度传感器的状态；

由所述控制器检测所述第一温度传感器和所述第二温度传感器中有故障的温度传感器；以及

由所述控制器利用所述电池的每个环境温度下的所述电池组内的温度偏差，来计算与所述有故障的温度传感器相对应的代替温度，

其中计算所述代替温度的步骤包括：

在检测到所述有故障的温度传感器时，由所述控制器测量所述电池的环境温度；

由所述控制器，基于源自查询表的所述电池的环境温度，来读取所述电池组内的最高温度偏差；以及

由所述控制器，利用从所述查询表读取的所述最高温度偏差，来计算用来代替所述有故障的温度传感器的测量温度的所述代替温度。

2.如权利要求1所述的用于控制车辆中高压电池的方法，其中计算所述代替温度的步骤包括：

当所述有故障的温度传感器是所述第一温度传感器时，由所述控制器利用所读取的最高温度偏差和通过所述第二温度传感器测量的温度，来计算用来代替所述第一温度传感器的测量温度的最低温度。

3.如权利要求2所述的用于控制车辆中高压电池的方法，其中所述最低温度通过从所述第二温度传感器的测量温度减去所读取的最高温度偏差来确定。

4.如权利要求1所述的用于控制车辆中高压电池的方法，其中计算所述代替温度的步骤包括：

当所述有故障的温度传感器是所述第二温度传感器时，利用所读取的最高温度偏差和通过所述第一温度传感器测量的温度，通过所述控制器来计算用于代替所述第二温度传感器的测量温度的最高温度。

5.如权利要求4所述的用于控制车辆中高压电池的方法，其中所述最高温度是所述第一温度传感器的测量温度与所读取的最高温度偏差之和。

6.如权利要求1所述的用于控制车辆中高压电池的方法，其中所述第一温度传感器安装在通过利用冷却模拟的所述电池组内的温度分布分析而选择的位置上，并且被配置成测量所述电池组内的最低温度。

7.如权利要求1所述的用于控制车辆中高压电池的方法，其中所述第二温度传感器安装在通过利用冷却模拟的所述电池组内的温度分布分析而选择的位置上，并且被配置成测量所述电池组内的最高温度。

8.如权利要求1所述的用于控制车辆中高压电池的方法，其中基于所述电池的环境温度，通过在所述电池组内测量的温度中的最高温度和最低温度之间的偏差，来抽取每个环境温度下所述电池组内的温度偏差。

9.一种用于控制车辆中高压电池的装置，包括：

电池组，其被配置成供应电力以驱动车辆；

第一温度传感器和第二温度传感器，安装在所述电池组内彼此不同的位置上；

环境温度传感器，安装在所述电池组外部，并且被配置成测量所述电池的环境温度；以及

控制器，其被配置成：

监控所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的状态；

当所述第一温度传感器和所述第二温度传感器中的任一温度传感器有故障时，从查询表读取所述电池组内的最高温度偏差，以及

利用所读取的最高温度偏差，计算用来代替有故障的温度传感器的测量温度的代替温度。

10.如权利要求9所述的用于控制车辆中高压电池的装置，其中通过利用冷却模拟的所述电池组内的温度分布分析，将所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别安装在用来测量所述电池组内的最低温度和最高温度的位置上。

11.如权利要求9所述的用于控制车辆中高压电池的装置，其中基于所述电池的环境温度，利用在所述电池组内测量的温度中的最高温度和最低温度之间的偏差，来抽取每个环境温度下所述电池组内的温度偏差。

12.如权利要求9所述的用于控制车辆中高压电池的装置，其中当所述有故障的温度传感器是所述第一温度传感器时，所述控制器被配置成利用所述最高温度偏差和由所述第二温度传感器测量的温度来计算所述代替温度。

13.如权利要求12所述的用于控制车辆中高压电池的装置，其中所述控制器被配置成通过从由所述第二温度传感器测量的所述温度减去所述最高温度偏差来计算所述代替温度。

14.如权利要求9所述的用于控制车辆中高压电池的装置，其中当所述有故障的温度传感器是所述第二温度传感器时，所述控制器被配置成利用所述最高温度偏差和由所述第一温度传感器测量的温度来计算所述代替温度。

15.如权利要求14所述的用于控制车辆中高压电池的装置，其中所述控制器被配置成通过将所述最高温度偏差与由所述第一温度传感器测量的所述温度相加，来计算所述代替温度。