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用于加熱車輛蓄電池的方法和系統.pdf

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用于 加熱 車輛 蓄電池 方法 系統
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摘要
申請專利號:

CN201210107789.1

申請日:

2012.04.13

公開號:

CN102738537B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01M 10/50申請日:20120413|||公開
IPC分類號: H01M10/615(2014.01)I; H01M10/625(2014.01)I; B60L3/00 主分類號: H01M10/615
申請人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
發明人: J.R.施瓦茨; G.E.史密斯; D.R.弗里施; I.L.漢娜; B.J.科赫
地址: 美國密執安州
優先權: 2011.04.14 US 13/086831
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 董均華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210107789.1

授權公告號:

102738537B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.12.12|||2012.10.17

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種加熱車輛蓄電池的方法和系統,車輛蓄電池例如在混合動力電動車輛(HEV)中用于車輛推進的類型。取決于涉及的蓄電池化學性質,這種蓄電池在極冷環境中可能表現不好。例如,鋰離子蓄電池在蓄電池極冷時可展現高內部電阻,這繼而可能負面地影響蓄電池的可用功率或其它能力。根據示例性實施例,通過使電流有目的地循環進和/或出蓄電池從而產生熱量,所述方法和系統利用冷車輛蓄電池中的高內部電阻。該熱量加熱車輛蓄電池,從而改進其總體性能和能力。

權利要求書

1.一種加熱用于車輛推進的車輛蓄電池的方法,包括以下步驟:(a)使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度;(b)將所述蓄電池溫度與溫度閾值進行比較;以及(c)當所述蓄電池溫度小于所述溫度閾值時,使用充電操作或放電操作中的至少一種來升高蓄電池溫度。2.根據權利要求1所述的方法,其中,步驟(b)還包括:將蓄電池溫度與靜態溫度閾值進行比較,所述靜態溫度閾值在車輛蓄電池的壽命期間總體上保持相同。3.根據權利要求1所述的方法,其中,步驟(b)還包括:將蓄電池溫度與動態溫度閾值進行比較,所述動態溫度閾值在車輛蓄電池的壽命期間變化以便考慮蓄電池性能變化。4.根據權利要求1所述的方法,其中,步驟(a)還包括:使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度和蓄電池荷電狀態(SOC);步驟(b)還包括:將蓄電池SOC與一個或多個SOC閾值進行比較。5.根據權利要求4所述的方法,其中,如果蓄電池荷電狀態(SOC)大于上限SOC閾值,那么步驟(c)使用放電操作來升高蓄電池溫度和降低蓄電池SOC,且放電操作包括提供比滿足扭矩請求所需更少的電功率。6.根據權利要求4所述的方法,其中,如果蓄電池荷電狀態(SOC)小于下限SOC閾值,那么步驟(c)使用充電操作來升高蓄電池溫度和增加蓄電池SOC,且充電操作包括提供比滿足扭矩請求所需更多的電功率。7.根據權利要求4所述的方法,其中,如果蓄電池荷電狀態(SOC)處于下限SOC閾值和上限SOC閾值之間,那么步驟(c)使用充電操作和放電操作兩者來升高蓄電池溫度和保持蓄電池SOC在期望范圍內。8.根據權利要求1所述的方法,其中,步驟(a)還包括:使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度和變速器狀態;當蓄電池溫度小于溫度閾值且變速器狀態為“駐車”時,步驟(c)還包括使用充電操作和放電操作兩者來升高蓄電池溫度。9.一種加熱用于車輛推進的車輛蓄電池的方法,包括以下步驟:(a)使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度;(b)將所述蓄電池溫度與溫度閾值進行比較;以及(c)當所述蓄電池溫度小于所述溫度閾值時,使電流循環進出車輛蓄電池,從而車輛蓄電池的內部電阻使得電流升高蓄電池溫度。10.一種用于加熱車輛蓄電池的系統,包括:車輛蓄電池,所述車輛蓄電池存儲用于車輛推進的電功率且具有感測蓄電池溫度的一個或多個蓄電池傳感器;發電機,所述發電機電聯接到所述車輛蓄電池且在充電操作期間將電功率提供給車輛蓄電池;馬達,所述馬達電聯接到所述車輛蓄電池且在放電操作期間從車輛蓄電池接收電功率;以及控制模塊,所述控制模塊電子地聯接到所述車輛蓄電池且從所述一個或多個蓄電池傳感器接收蓄電池溫度,其中,如果蓄電池溫度小于溫度閾值,那么控制模塊使得發電機或馬達中的至少一個與車輛蓄電池交換電流,從而車輛蓄電池中的電流和內部電阻升高蓄電池溫度。

說明書

用于加熱車輛蓄電池的方法和系統

技術領域

本發明總體上涉及車輛蓄電池,且更具體地涉及用于車輛推進的車輛蓄電池。

背景技術

在混合動力電動車輛(HEV)、擴展里程電動車輛(EREV)、蓄電池電動車輛(BEV)和使用高電壓蓄電池用于車輛推進的其它類型車輛中,蓄電池的狀態或狀況對車輛性能可能是重要的。存在可能影響蓄電池性能的多種不同蓄電池狀況,包括蓄電池溫度。例如,某些蓄電池類型(例如,基于鋰離子化學性質的蓄電池)可能受到極冷溫度的負面影響,因為這種溫度可以增加蓄電池中的內部電阻。如果蓄電池溫度足夠冷,那么這些類型的蓄電池可能不能充分地接收或提供電功率,這繼而可能影響其性能。

發明內容

根據一個方面,提供一種加熱用于車輛推進的車輛蓄電池的方法。所述方法可包括以下步驟:(a)使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度;(b)將所述蓄電池溫度與溫度閾值進行比較;以及(c)當所述蓄電池溫度小于所述溫度閾值時,使用充電操作或放電操作中的至少一種來升高蓄電池溫度。

根據另一個方面,提供一種加熱用于車輛推進的車輛蓄電池的方法。所述方法可包括以下步驟:(a)使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度;(b)將所述蓄電池溫度與溫度閾值進行比較;以及(c)當所述蓄電池溫度小于所述溫度閾值時,使電流循環進出車輛蓄電池,從而車輛蓄電池的內部電阻使得電流升高蓄電池溫度。

根據另一個方面,提供一種用于加熱車輛蓄電池的系統。所述系統可包括:車輛蓄電池;電聯接到所述車輛蓄電池的發電機;電聯接到所述車輛蓄電池的馬達;以及電子地聯接到所述車輛蓄電池的控制模塊。如果蓄電池溫度小于溫度閾值,那么控制模塊使得發電機或馬達中的至少一個與車輛蓄電池交換電流,從而車輛蓄電池中的電流和內部電阻升高蓄電池溫度。

方案1.?一種加熱用于車輛推進的車輛蓄電池的方法,包括以下步驟:

(a)使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度;

(b)將所述蓄電池溫度與溫度閾值進行比較;以及

(c)當所述蓄電池溫度小于所述溫度閾值時,使用充電操作或放電操作中的至少一種來升高蓄電池溫度。

方案2.?根據方案1所述的方法,其中,步驟(b)還包括:將蓄電池溫度與靜態溫度閾值進行比較,所述靜態溫度閾值在車輛蓄電池的壽命期間總體上保持相同。

方案3.?根據方案1所述的方法,其中,步驟(b)還包括:將蓄電池溫度與動態溫度閾值進行比較,所述動態溫度閾值在車輛蓄電池的壽命期間變化以便考慮蓄電池性能變化。

方案4.?根據方案1所述的方法,其中,步驟(a)還包括:使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度和蓄電池荷電狀態(SOC);步驟(b)還包括:將蓄電池SOC與一個或多個SOC閾值進行比較。

方案5.?根據方案4所述的方法,其中,如果蓄電池荷電狀態(SOC)大于上限SOC閾值,那么步驟(c)使用放電操作來升高蓄電池溫度和降低蓄電池SOC,且放電操作包括提供比滿足扭矩請求所需更少的電功率。

方案6.?根據方案4所述的方法,其中,如果蓄電池荷電狀態(SOC)小于下限SOC閾值,那么步驟(c)使用充電操作來升高蓄電池溫度和增加蓄電池SOC,且充電操作包括提供比滿足扭矩請求所需更多的電功率。

方案7.?根據方案4所述的方法,其中,如果蓄電池荷電狀態(SOC)處于下限SOC閾值和上限SOC閾值之間,那么步驟(c)使用充電操作和放電操作兩者來升高蓄電池溫度和保持蓄電池SOC在期望范圍內。

方案8.?根據方案1所述的方法,其中,步驟(a)還包括:使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度和變速器狀態;當蓄電池溫度小于溫度閾值且變速器狀態為“駐車”時,步驟(c)還包括使用充電操作和放電操作兩者來升高蓄電池溫度。

方案9.?根據方案1所述的方法,還包括以下步驟:

在步驟(c)的至少一次充電或放電操作之后,感測蓄電池溫度;將新感測的蓄電池溫度與大于步驟(b)的溫度閾值的第二溫度閾值進行比較;以及如果新感測的蓄電池溫度小于第二溫度閾值,那么重復步驟(c)。

方案10.?根據方案1所述的方法,還包括以下步驟:

確定表示車輛所請求的扭矩或加速的扭矩請求;以及在充電操作或放電操作中的至少一個期間滿足扭矩請求。

方案11.?一種加熱用于車輛推進的車輛蓄電池的方法,包括以下步驟:

(a)使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度;

(b)將所述蓄電池溫度與溫度閾值進行比較;以及

(c)當所述蓄電池溫度小于所述溫度閾值時,使電流循環進出車輛蓄電池,從而車輛蓄電池的內部電阻使得電流升高蓄電池溫度。

方案12.?根據方案11所述的方法,其中,步驟(b)還包括:將蓄電池溫度與靜態溫度閾值進行比較,所述靜態溫度閾值在車輛蓄電池的壽命期間總體上保持相同。

方案13.?根據方案11所述的方法,其中,步驟(b)還包括:將蓄電池溫度與動態溫度閾值進行比較,所述動態溫度閾值在車輛蓄電池的壽命期間變化以便考慮蓄電池性能變化。

方案14.?根據方案11所述的方法,其中,步驟(a)還包括:使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度和蓄電池荷電狀態(SOC);步驟(b)還包括:將蓄電池SOC與一個或多個SOC閾值進行比較。

方案15.?根據方案14所述的方法,其中,如果蓄電池荷電狀態(SOC)處于下限SOC閾值和上限SOC閾值之間,那么步驟(c)使用充電操作和放電操作兩者來升高蓄電池溫度和保持蓄電池SOC在期望范圍內。

方案16.?根據方案11所述的方法,其中,步驟(a)還包括:使用蓄電池傳感器感測一個或多個蓄電池狀況,所述蓄電池狀況包括蓄電池溫度和變速器狀態;當蓄電池溫度小于溫度閾值且變速器狀態為“駐車”時,步驟(c)還包括使用充電操作和放電操作兩者來升高蓄電池溫度。

方案17.?根據方案11所述的方法,還包括以下步驟:

在步驟(c)的電流循環之后,感測蓄電池溫度;將新感測的蓄電池溫度與大于步驟(b)的溫度閾值的第二溫度閾值進行比較;以及如果新感測的蓄電池溫度小于第二溫度閾值,那么重復步驟(c)。

方案18.?根據方案11所述的方法,還包括以下步驟:

確定表示車輛所請求的扭矩或加速的扭矩請求;以及在使電流循環進出車輛蓄電池期間滿足扭矩請求。

方案19.?一種用于加熱車輛蓄電池的系統,包括:

車輛蓄電池,所述車輛蓄電池存儲用于車輛推進的電功率且具有感測蓄電池溫度的一個或多個蓄電池傳感器;

發電機,所述發電機電聯接到所述車輛蓄電池且在充電操作期間將電功率提供給車輛蓄電池;

馬達,所述馬達電聯接到所述車輛蓄電池且在放電操作期間從車輛蓄電池接收電功率;以及

控制模塊,所述控制模塊電子地聯接到所述車輛蓄電池且從所述一個或多個蓄電池傳感器接收蓄電池溫度,其中,如果蓄電池溫度小于溫度閾值,那么控制模塊使得發電機或馬達中的至少一個與車輛蓄電池交換電流,從而車輛蓄電池中的電流和內部電阻升高蓄電池溫度。

附圖說明

優選示例性實施例將在下文結合附圖描述,其中,相同的附圖標記指代相同的元件,且其中:

圖1是示出了示例性混合動力電動車輛(HEV)的至少一部分的框圖;和

圖2是圖示用于加熱可與圖1所示的示例性HEV一起使用的車輛蓄電池的示例性方法的流程圖。

具體實施方式

本文所述的方法可以用于加熱車輛蓄電池,例如在混合動力電動車輛(HEV)中用于車輛推進的類型。取決于涉及的蓄電池化學性質,這種蓄電池在極冷環境中可能表現不好。例如,鋰離子蓄電池在蓄電池極冷時可展現高內部電阻,這繼而可能負面地影響蓄電池的可用功率或其它能力。減少的蓄電池功率可影響電動模式推進,妨礙再生制動,或者負面地影響車輛的燃料經濟性等等。此外,這些類型的蓄電池提供的功率通常不僅用于推進,而且還用于在換檔期間和其它快速瞬變事件期間操作變速器部件,如離合器和齒輪。如果可用蓄電池功率顯著地減少,那么車輛的駕駛性能也可能受到負面影響。根據示例性實施例,通過使電流有目的地循環進和/或出蓄電池從而產生熱量,本方法利用冷車輛蓄電池中的高內部電阻。該熱量加熱車輛蓄電池,從而改進其總體性能和能力。

應當理解的是,雖然下述實施例在示例性混合動力電動車輛(HEV)的環境中提供,但是本方法可與使用蓄電池用于車輛推進的任何類型車輛一起使用,且不限于任何特定類型。例如,本方法可以與插電式混合動力電動車輛(PHEV)、擴展里程電動車輛(EREV)、串聯混合動力、并聯混合動力、混合式混合動力、強混合動力、雙模式混合動力、純電動蓄電池電動車輛(BEV)和/或具有用于車輛推進的蓄電池的任何車輛等等一起使用。

參考圖1,示出了用于混合動力電動車輛(HEV)的示例性混合動力系統10。根據該示例性實施例,系統10包括一個或多個電動馬達14、內燃發動機16、混合動力變速器18、功率分離裝置20、發電機22、逆變器24、高電壓車輛蓄電池26、功率模塊28、節氣門傳感器30、制動器傳感器32、和混合動力控制模塊40。本領域技術人員將理解,示例性系統10可包括比本文示意性顯示更多、更少或不同組合的部件、裝置和/或模塊,且該系統和方法并不限于該具體實施例。圖1所示的部件、裝置和/或模塊中的一個或多個可以與混合動力電動車輛的其它部分集成或以其它方式組合,因為該附圖中的框圖僅僅意在總體上且示意性地圖示一個可能的混合動力系統設置。

一般來說,混合動力系統10經由示例性混合動力傳動系50使用電動馬達14和/或發動機16來驅動車輪且因而推進車輛。本文所示的混合動力傳動系50總體上包括一個或多個電動馬達14、發動機16、混合動力變速器18、功率分離裝置20、發電機22和逆變器24。由于這些部件中的每個都是本領域公知和理解的,因而提供示例性混合動力傳動系部件的簡要闡述,取代其結構和功能的詳細記載。

電動馬達14可使用在高電壓車輛蓄電池26中存儲的電功率推進混合動力電動車輛,且可以包括本領域已知的任何類型的合適電動馬達。雖然圖1示意性地圖示電動馬達14為分立裝置,但是還可以使用其它實施例,包括將電動馬達與混合動力變速器、發電機等結合或以其它方式組合的其它實施例。發動機16可使用常規燃燒技術推進混合動力電動車輛,且可以包括本領域已知的任何合適類型的發動機。合適的發動機的一些示例包括汽油、柴油、乙醇和靈活燃料發動機、以及內燃發動機的變型(如,旋轉式發動機)。混合動力變速器18和/或功率分離裝置20有助于將機械輸出從電動馬達14和/或發動機16傳輸給車輛車輪,以及從車輛車輪傳輸給發電機22。例如,功率分離裝置20可以在車輛推進期間將功率從發動機16選擇性地引導給混合動力變速器18,且在再生制動期間可以將功率從車輛車輪引導給發電機22。發電機22使用功率分離裝置20提供的機械運動來產生電功率,用于給高電壓車輛蓄電池26充電,用于操作車輛內的電氣附件等。可以使用本領域已知的任何數量的合適發電機。逆變器24將一種形式的能量轉換為另一種形式且將轉換的能量傳輸到目的地,例如高電壓車輛蓄電池26或電動馬達14(例如,來自于發電機的AC功率可轉換為用于高電壓車輛蓄電池的DC功率)。同樣,示例性混合動力傳動系50的前述說明僅旨在說明一種可能的混合動力設置,且概括地說明。可以取而代之使用任何數量的其它混合動力設置,包括與圖1所示顯著不同的設置。

高電壓車輛蓄電池26存儲可用于經由電動馬達14推進車輛的電能,且可以本領域已知的任何合適蓄電池類型。例如,合適蓄電池類型的示例包括所有類型的鋰離子(例如,磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鋰鐵硫和鋰聚合物等)、鉛酸、高級鉛酸、鎳金屬混合物(NiMH)、鎳鎘(NiCd)、溴化鋅、鈉-鎳氯化物(NaNiCl)、鋅空氣、釩氧化還原液等。根據示例性實施例,高電壓車輛蓄電池26包括具有多個獨立蓄電池單元的鋰離子蓄電池組60和傳感器單元62。取決于具體設計和應用,蓄電池組60可以提供大約40-600?V。例如,重型車輛(如,使用雙模式混合動力系統的貨車)可能需要能夠提供大約500?V的高電壓蓄電池組,而較輕型車輛可能僅需要大約200?V。在另一個實施例中,混合動力系統10可以是皮帶式交流發電機起動器(BAS)型系統,因而僅需要提供大約40-110?V的蓄電池組。在任何情況下,蓄電池組60都可以設計成承受重復充電和放電循環,且可以通過逆變器24從發電機22接收電能。例如,蓄電池組60可以通過逆變器24將電能提供給電動馬達14或者其可以將能量直接提供給馬達。

傳感器單元62可以感測、監測、評估、控制、管理等與蓄電池組60有關的某些充電和/或放電功能。在一個示例性實施例中,傳感器單元62是集成在車輛蓄電池26中的蓄電池組控制模塊(BPCM),且包括聯接到蓄電池組60的一個或多個蓄電池傳感器以及處理和存儲器資源。蓄電池傳感器可包括溫度、荷電狀態(SOC)、電壓和/或電流傳感器,以及任何其它合適蓄電池傳感器,且提供讀數,該讀數可以由傳感器單元本身處理和/或傳送給其它裝置、部件、模塊等。例如,各個蓄電池狀況可以由傳感器單元62收集、處理和保存,且然后以一些類型的信號形式傳輸給控制模塊40。雖然蓄電池組60和傳感器單元62在本文示意性地示出為集成為單個部件,但是應當理解的是,例如,其它實施例可包括將傳感器單元安裝在蓄電池組外部且將蓄電池組安裝的傳感器經由一些類型的通信介質連接到傳感器單元。

功率模塊28將車輛的高和低電壓系統聯接在一起,且可以以該容量執行多種不同功能。在示例性實施例中,功率模塊28是附件功率模塊(APM),其電聯接到車輛中的高和低電壓總線兩者,從而電能可以在它們之間交換。功率模塊28可包括處理和存儲器資源以及變壓器和/或用于在混合動力系統10的不同部件、裝置、模塊等之間傳輸或交換電能的其它電氣部件的任何組合。可能的功率模塊功能的一些示例包括逐步降低來自于逆變器24的DC功率且使用它來給低電壓蓄電池單元充電,以及逐步降低來自于高電壓車輛蓄電池26的DC功率且使用它來給低電壓蓄電池單元充電。在一些實施例中,功率模塊28可以被認為取代常規車輛交流發電機,除了其甚至在車輛發動機關閉時也能將能量提供給低電壓蓄電池單元之外。例如,功率模塊28可以與逆變器24組合或以其它方式集成。

節氣門傳感器30提供扭矩請求信號,扭矩請求信號通常表示加速踏板的位置、移動、被施加的力和/或狀態。因而,扭矩請求信號通常表示駕駛員請求的加速或扭矩。本領域技術人員將理解,可以使用多種不同類型的節氣門傳感器;這些包括非接觸式傳感器(例如,光學傳感器、電磁傳感器等)、接觸式傳感器(例如,電位計、接觸開關等)、以及測量駕駛員抵靠加速踏板施加的力的傳感器,等等。在示例性實施例中,節氣門傳感器30包括具有霍爾效應元件的非接觸式傳感器,其操作性地聯接到加速踏板,從而能夠確定加速踏板的當前位置、旋轉速度和/或狀態。在線控驅動(drive-by-wire)應用中,節氣門傳感器30可以與加速踏板模擬器或仿真器集成,其將加速踏板的預期機械感覺傳送給駕駛員,以及提供扭矩請求信號。扭矩請求信號不必來自于聯接到實際加速踏板的節氣門傳感器;在一些情況下,電子模塊(例如,提供巡航控制的電子模塊)可以提供扭矩請求信號。

制動器傳感器32提供制動信號,制動信號通常表示制動踏板的位置、移動、被施加的力和/或狀態。因而,制動信號通常表示駕駛員的制動意圖。可以使用任何數量的不同類型的制動器傳感器;這些包括非接觸式傳感器(例如,光學傳感器、電磁傳感器等)、接觸式傳感器(例如,電位計、接觸開關等)、以及測量駕駛員抵靠制動踏板施加的力的傳感器,等等。在線控制動(brake-by-wire)應用中,制動器傳感器32可以與制動踏板模擬器或仿真器集成,其將制動踏板的預期機械感覺傳送給駕駛員,以及提供制動信號。

混合動力控制模塊40收集來自于所有混合動力系統10的信息,且可以執行一個或多個電子指令以便控制混合動力系統操作的某些方面。控制模塊40可以電子地聯接到車輛蓄電池26用于接收一個或多個蓄電池傳感器信號,聯接到功率模塊28用于接收功率模塊信號,聯接到節氣門和制動器傳感器30、32分別用于接收扭矩請求和制動請求信號,和/或聯接到混合動力系統10中的其它裝置。控制模塊40可以接收讀數、數據、信息、信號等,和/或其可以發送命令、指令、信號等。當然,控制模塊40可以聯接到其它部件、裝置、模塊等和/或從其接收信息,且控制模塊40可以與混合動力電動車輛的其它部分集成或以其它方式組合。在一個示例中,控制模塊包括混合動力控制處理器(HCP)且聯接到發動機控制模塊(未示出)。

控制模塊40可包括任何各種電子處理裝置、存儲器裝置、輸入/輸出(I/O)裝置、和/或其它已知部件,且可以執行各種控制和/或通信相關的功能。在示例性實施例中,控制模塊40包括電子存儲器裝置70,其存儲各種傳感器讀數(例如,蓄電池溫度、SOC、電壓、電流傳感器讀數)、查詢表或其它數據結構、算法等。存儲器裝置70還可以存儲相關特征和背景信息,涉及蓄電池荷電狀態(SOC)極限值、蓄電池電壓極限值、蓄電池電流極限值、蓄電池溫度極限值、溫度曲線等。在圖1所示的示例性實施例中,控制模塊40還包括電子處理裝置72(例如,微處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)等),其執行存儲在存儲器裝置70中的軟件、固件、程序、算法、腳本等的指令,且可以管理本文所述的過程和方法。控制模塊40可以經由合適車輛通信連接電子地連接到其它車輛裝置和模塊,且可以在需要時與它們交互。當然,這些僅僅是控制模塊40的可能設置、功能和能力的一些,因為還可以使用其它實施例。

取決于具體實施例,控制模塊40可以是獨立式車輛電子模塊(例如,混合動力控制模塊(HCM)、車輛控制集成模塊(VCIM)、牽引功率逆變器模塊(TPIM)、蓄電池功率逆變器模塊(BPIM)、儀表盤本身的一部分、發動機控制模塊(ECM)等),其可以結合或包括在另一個車輛電子模塊(例如,動力系控制模塊或混合動力控制模塊)內,或者其可以是較大網絡或系統(例如,蓄電池管理系統(BMS)、車輛能量管理系統、混合動力控制系統等)的一部分,等等。控制模塊40還可以是確定期望混合動力操作模式(例如,加速、制動、怠速、停止等)的系統的一部分或與該系統交互,且可以相應地采用電功率管理動作。

如上所述,圖1所示的示例性混合動力系統10僅僅是一個可能的混合動力系統的總體和示例性圖示。本文所示的方法可以與任何數量的車輛系統一起使用且不限于本文所示的特定系統。

現在轉向圖2,示出了用于加熱車輛蓄電池(例如,高電壓車輛蓄電池26)的方法100的示例性實施例。在該具體實施例中,通過使電流有目的地循環進和/或出蓄電池從而產生熱量,方法100利用車輛蓄電池26在冷的時候的高內部電阻。該熱量加熱車輛蓄電池26,從而改進其性能。使電流循環進出車輛蓄電池26可導致一些能量損失,但是對于一些蓄電池類型(例如,基于鋰離子化學性質的蓄電池),這種能量損失超過由蓄電池的加速加熱抵消,從而總體上導致更好的蓄電池性能。此外,使用方法100加熱車輛蓄電池26可以使得對可能增加車輛的成本和重量的附加蓄電池加熱元件的需要最小化。然而,這并不是說方法100不能與蓄電池加熱元件一起使用,因為這也是一種可能。

在步驟110開始,方法感測一個或多個蓄電池狀況,例如蓄電池溫度、蓄電池荷電狀態(SOC)、蓄電池電壓、蓄電池電流等。步驟110可以感測、收集、或以其它方式確定蓄電池組60內的獨立單元、蓄電池組內的單元群或組、整個蓄電池組的蓄電池狀況,或者根據本領域已知的一些其它方法。步驟110可以基于極端值(例如,使用蓄電池組中最冷或最熱的單元用于溫度,使用最低或最高SOC單元用于荷電等)來確定蓄電池狀況,其可以基于平均值(例如,使用多個單元內的平均單元溫度或單元SOC)來確定蓄電池狀況,或者其可以基于一些其它合適方法來確定蓄電池狀況。根據示例性實施例,蓄電池傳感器62監測蓄電池組60,確定蓄電池溫度和蓄電池SOC,且將蓄電池溫度和蓄電池SOC信號提供給控制模塊40;這些信號可以組合且一起提供或者可以獨立提供。當然,這僅僅是一種可能,因為其它蓄電池狀況可以根據其它技術收集和/或提供。步驟110可以采用用于感測、測量、估計、評估或以其它方式確定蓄電池狀況的任何合適技術或方法;這包括直接和間接確定蓄電池狀況。本領域技術人員將認識到,還可以經由查詢表、計算、經驗表等獲得一些蓄電池狀況。

接下來,步驟120將蓄電池溫度與溫度閾值進行比較,以判斷蓄電池溫度是否低于某一極限值。如上所述,極冷溫度可能負面地影響車輛蓄電池26的性能,尤其是在它是鋰離子蓄電池或蓄電池內部電阻具有與溫度的強反向關系的一些其它類型蓄電池時。車輛蓄電池26通常包括串聯連接的多個單元,因而,每個單元中的增加內部電阻引起每個單元的安培數下降,且可能具有復合影響。步驟120可使用多個不同技術中的一種來將蓄電池溫度與溫度閾值進行比較。在示例性實施例中,控制模塊40將來自于蓄電池傳感器62的最冷單元溫度或平均單元溫度與溫度閾值(例如,-20℃的閾值)進行比較。可采用其它比較技術。溫度閾值可以是靜態閾值(例如,在車輛設計時基于蓄電池尺寸、蓄電池化學性質、車輛需要等確定的)或者其可以是動態閾值(例如,隨著蓄電池老化且經受性能降級,隨著時間變化的)。在動態閾值的情況下,溫度閾值可能需要隨著時間增加,從而方法的加熱步驟在稍微更高溫度下執行。在另一個實施例中,溫度閾值是靜態的,因而保持相同;然而,方法的充電和放電步驟執行更長時間段,以便考慮蓄電池降級。可以取而代之使用其它閾值。如果蓄電池溫度低于溫度閾值,那么方法100前進到步驟130;否則,蓄電池已經足夠熱,且方法簡單地循環回到步驟110以便繼續監測。

方法還可以檢查蓄電池溫度以確保其在某些規定極限值內。這些極限值可以結合溫度閾值使用,或者它們可以構成確保蓄電池溫度在一些總體可接受溫度范圍內的分開和獨立的檢查。如果蓄電池溫度在這些極限值之外,那么可以采取本領域已知的各種補救動作。

步驟130確定扭矩請求,其通常表示車輛所請求的加速或扭矩。知道所請求扭矩可使得該方法了解需要多少電功率來滿足車輛的推進需求,因而了解多少電能將可用于加熱蓄電池。根據示例性實施例,控制模塊40接收和評估來自于節氣門傳感器30的扭矩請求,以便確定駕駛員經由加速踏板請求多少扭矩或加速。然而,扭矩請求不必來自于節氣門傳感器30,因為其可以來自于車輛中的一個或多個電子模塊,例如管理車輛巡航控制特征的模塊。在步驟130,控制模塊40還可以接收附加信號,例如來自于制動器傳感器32的制動請求或者指示車輛是否處于駐車、倒檔、空檔、驅動檔等的變速器狀態信號;這些信號可以組合且一起提供或者可以獨立提供。這種信號可以在方法的隨后步驟中使用,如將所述的那樣。

步驟140評估一個或多個蓄電池狀況,且至少部分基于這些評估來選擇用于加熱車輛蓄電池的最合適方法。在一個示例性實施例中,步驟140將蓄電池荷電狀態(SOC)與一個或多個SOC閾值進行比較以便評估車輛蓄電池26的當前狀態。為了說明該點,考慮下限SOC閾值設定為40%、上限SOC閾值設定為50%且當前蓄電池SOC為43%的示例;下限和上限SOC閾值通常表示期望SOC范圍的邊界。在當前SOC處于下限和上限SOC閾值之間的該示例中,步驟140將方法引導到步驟150,其既考慮來自于駕駛員的扭矩請求又使電流循環進出車輛蓄電池26以便使之加熱。43%SOC示例表示蓄電池SOC處于期望范圍的情況,從而允許該方法循環電流(既,給車輛蓄電池充電和放電兩者)。循環電流通常是步驟150-170中加熱車輛蓄電池26最快的方式,但是其不總是可行的選擇。例如,如果蓄電池SOC是53%,那么步驟140可確定由于這高于上限SOC閾值,方法應當引導到步驟160,其既考慮當前扭矩請求又使車輛蓄電池26放電,使得SOC回到期望范圍內。不是使電流循環進出車輛蓄電池26,步驟160通過放電或將電流抽出蓄電池來加熱蓄電池。相反,如果蓄電池SOC低于下限SOC閾值(例如為37%值),那么方法可引導到步驟170。該步驟既考慮當前扭矩請求又通過充電來加熱車輛蓄電池26。在前述示例中的每一個中,步驟140評估車輛蓄電池的能力或狀況,且至少部分基于該評估來選擇加熱蓄電池同時使之保持在期望荷電狀態(SOC)內的最佳技術。

當然,在評估過程中,取代SOC或者除了SOC之外,步驟140可使用其它因素(例如,蓄電池溫度、請求扭矩、變速器狀態(例如,駐車、倒檔、空檔、驅動檔)、車輛模式選擇(例如,運動模式、經濟模式)等)。例如,如果車輛駐車,那么由于車輛靜止,當前扭矩請求將是零。這可允許該方法更激進地將電流循環進出車輛蓄電池26,因而更快地加熱蓄電池,因為方法不必同時完成或滿足來自于駕駛員的扭矩請求。如同上述溫度閾值那樣,步驟140使用的下限和上限SOC閾值可以是靜態閾值、動態閾值、多因素閾值(例如,考慮SOC和請求扭矩兩者)等。步驟140可以使用其它技術和方法,因為該步驟并不限于本文所述的示例性實施例。

步驟150滿足當前扭矩請求且通過使蓄電池快速充電和放電而使電流循環進出車輛蓄電池。充電和放電操作之間的該快速波動根據關系I2R在車輛蓄電池中產生熱量,其中,(I)通常表示蓄電池電流,(R)通常表示蓄電池的內部電阻。本領域技術人員將理解,當蓄電池溫度升高時,內部電阻(R)減小,當內部電阻(R)減小時,電流(I)增加,這繼而根據指數因子產生更多熱量。因而,在該步驟期間,車輛蓄電池可以非常快速地加熱;一些建議是其可以加熱多達1℃/分鐘。

在當前蓄電池SOC處于下限和上限SOC閾值之間(比如,上述43%示例)且車輛駐車的示例性實施例中,控制模塊40指導系統10快速地充電和放電車輛蓄電池26,從而進出蓄電池的電流產生熱量;這可以在不考慮請求扭矩的情況下進行,因為車輛靜止。例如,完成此的一種方式是發動機驅動發電機,使之給車輛蓄電池充電,且然后蓄電池放電,從而使得SOC波動但保持在期望SOC范圍內。現在考慮相同示例,唯一不同是車輛處于驅動檔。控制模塊可使用本領域已知的任何合適技術滿足車輛車輪處的請求扭矩,且還調整充電和放電操作。調整充電和放電的一種方式是改變發動機的輸出(例如,通過改變發動機扭矩、RPM等),從而其有目的地產生比滿足扭矩請求所需更多或更少的電功率。在該循環的充電部分期間,發電機將電功率提供給馬達,使之滿足扭矩請求,且將附加電功率提供給蓄電池,使之充電;即,發電機有目的地產生比馬達滿足扭矩請求所需更多的電功率。在該循環的放電部分期間,發電機將一些電功率提供給馬達,但是有目的地提供比扭矩請求所需更少的電功率。這使得馬達從蓄電池抽取電功率以便補償不足,使得蓄電池放電。通過控制充電和放電操作兩者,步驟150可能能夠通過電流加熱車輛蓄電池且使其SOC保持在期望窗內。

步驟150可使用多種不同技術來控制或監督充電和放電操作。例如,控制模塊40可使用車輛蓄電池26的SOC作為判定何時啟動步驟150內的充電和放電循環的主要因素。除了SOC之外或者取代SOC可以使用的其它技術包括充電或放電時間(例如,蓄電池充電10秒,然后放電10秒,然后充電10秒,等等)和駕駛員需求(例如,蓄電池在制動時充電,在加速時放電)。本領域技術人員將理解,在方法用于其它類型的車輛或其它類型的車輛結構時,可能需要對上述示例性充電和放電操作作出一些修改。

步驟160滿足扭矩請求且放電蓄電池。如上所述,步驟160可以在當前蓄電池SOC大于上限SOC閾值時使用;因而,需要放電蓄電池。在一個實施例中,控制模塊40根據本領域已知的任何合適手段從節氣門傳感器30接收扭矩請求且滿足扭矩請求。同時,根據上文結合步驟150所述的放電技術中的一種或多種,控制模塊40可通過放電車輛蓄電池26而減小蓄電池SOC。在示例性實施例中,通過控制發動機16的輸出使得其以發電機22產生比馬達14滿足扭矩請求所需更少的電功率來運行發電機22,控制模塊40放電車輛蓄電池26。這使得馬達從車輛蓄電池26抽取附加電功率,從而在該過程中放電。例如,該放電過程可繼續,直到蓄電池SOC小于或等于上限SOC閾值。在相對少的情況下,步驟160可甚至通過切斷至發動機的燃料供應來放電蓄電池。

步驟170實現或滿足扭矩請求且充電蓄電池。該步驟能以與上文所述相同的方式滿足請求扭矩且充電蓄電池。在示例性實施例中,在滿足扭矩請求之后,通過控制發動機16的輸出使得其以發電機22產生比馬達14滿足扭矩請求所需更多的電功率來運行發電機22,控制模塊40可以增加蓄電池SOC。過量的電功率提供給車輛蓄電池26,從而使之充電。例如,該充電過程可繼續,直到蓄電池SOC大于或等于下限SOC閾值。

本領域技術人員應當理解,步驟150-170可以與上述示例性實施例不同。例如,步驟150-170可以運行一定時間段(例如,若干秒、若干分鐘等),它們可以運行直到達到某些極限值(例如,下限SOC閾值、上限SOC閾值等),或者它們可以運行直到車輛操作者提供新請求(例如,更高扭矩請求、更低扭矩請求、制動請求、加速請求等)等等。還可以使用用于充電、放電和/或滿足扭矩請求的其它技術;這在考慮混合動力電動車輛(HEV)、插電式混合動力電動車輛(PHEV)、擴展里程電動車輛(EREV)、蓄電池電動車輛(BEV)和其它車輛可能以不同方式充電和放電時尤其如此。該方法甚至可以適合于與具有燃料電池的車輛一起使用,因為燃料電池可類似于發動機操作且給蓄電池充電和/或放電。此外,該方法可以與具有單個電動馬達或多個電動馬達的車輛一起使用。該方法并不限于任何具體技術。

接下來,步驟180將當前蓄電池溫度與蓄電池閾值進行比較以確定車輛蓄電池是否被充分加熱。本文使用的蓄電池閾值可以是與步驟120使用的相同閾值或者可以是不同閾值。在示例性實施例中,控制模塊40將當前蓄電池溫度與比步驟120使用的溫度閾值更熱的第二溫度閾值(例如,-15℃)進行比較。如果蓄電池溫度低于該閾值,因而仍然極冷,方法可循環回到方法中的先前步驟,例如步驟110。如果蓄電池溫度此時處于或高于該溫度閾值,那么方法可結束。

應當理解,前面的描述不是本發明的定義,而是本發明一個或多個優選示例性實施例的描述。本發明不限于本文公開的特定實施例,而是僅由所附權利要求來限定。另外,前面描述中所含的說明涉及特定實施例,并不被認為是限制本發明范圍或權利要求中所用術語的定義,除了在上面明確定義的術語或措辭的地方。各種其它實施例及對所公開實施例的各種改變和變型對本領域技術人員是顯而易見的。例如,由于本方法可包括具有比本文所示更少、更多或不同步驟的步驟組合,所以步驟的具體組合和次序僅僅是一種可能性。所有這種其它實施例、改變和變型都旨在落入所附權利要求的范圍內。

如本說明書和權利要求書中所使用的,當與一個或多個部件或其它項目列舉結合使用時,術語“例如”、“譬如”、“比如”和動詞“包括”、“包含”、“具有”及其它動詞形式均被認為是開放式的,意味著該列舉并不認為排除其它、另外的部件或項目。其它術語被認為使用它們最廣義的合理含義,除非它們被使用在需要不同解釋的上下文中。

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