專利名稱：用于對車輛的高壓電池進行熱管理的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明各實施例涉及通過加熱和冷卻電池調(diào)節(jié)溫度從而對車輛的高壓牽引電池進行熱管理的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
車輛例如電池電動車輛(BEV)包括用作車輛能源的電池，例如高壓電池。包括容量和循環(huán)壽命的電池性能會根據(jù)電池的運行溫度而改變。在車輛運行或車輛充電時，保持電池在指定的溫度范圍內(nèi)可能是令人期望的。在BEV中，在車輛運行并且未連接到充電器和電源時，電池的能量用于調(diào)節(jié)電池溫度。電池能量還用于運行加熱、通風和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供一種用于對電動車輛進行熱管理的方法。該方法檢測牽引電池是否連接到充電器和電源。當車輛在運行時，電池的溫度被調(diào)節(jié)到運行溫度范圍內(nèi)。當電池連接到充電器和電源并且周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，電池的溫度被調(diào)節(jié)到充電溫度范圍內(nèi)。當周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍并且電池被連接到充電器和電源時，電池被預(yù)先調(diào)節(jié)到電池驅(qū)動溫度。當車輛被連接到充電器并且周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，車輛中的駕駛室被預(yù)先調(diào)節(jié)到駕駛室溫度。在另一個實施例中，該方法進一步包括，當牽引電池連接到充電器和電源并且充電狀態(tài)小于閾值時給牽引電池充電，其中給牽引電池充電和調(diào)節(jié)牽引電池溫度被設(shè)置成優(yōu)先于預(yù)先調(diào)節(jié)牽引電池和預(yù)先調(diào)節(jié)駕駛室。在另一個實施例中，預(yù)先調(diào)節(jié)牽引電池和預(yù)先調(diào)節(jié)駕駛室被設(shè)置成優(yōu)先于給牽引電池充電和調(diào)節(jié)牽引電池溫度。在另一個實施例中，預(yù)先調(diào)節(jié)牽引電池的優(yōu)先級被設(shè)置成先于預(yù)先調(diào)節(jié)駕駛室。在另一個實施例中，該方法進一步包括測量牽引電池中每個電池單元的溫度。在另一個實施例中，牽引電池的溫度是單元電池溫度的平均值。在另一個實施例中，當周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，牽引電池的溫度是受限的電池單元溫度。在另一個實施例中，當牽引電池被連接到充電器和電源時，牽引電池的溫度被調(diào)節(jié)，以便在車輛運行時防止來自牽引電池的有限電力輸出。在另一個實施例中，牽引電池溫度被預(yù)先調(diào)節(jié)，使得牽引電池驅(qū)動溫度高于周圍溫度，從而減少運行時車輛的能量消耗。
在另一個實施例中，牽引電池溫度被預(yù)先調(diào)節(jié)，使得牽引電池驅(qū)動溫度低于周圍溫度，從而保持車輛運行時車輛的牽引電池的電力可用性。在另一個實施例中，駕駛室被預(yù)先調(diào)節(jié)以減少車輛運行時的能量消耗。在另一個實施例中，提供一種對連接到充電器和電源的電動車輛熱管理的方法。當周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，牽引電池的溫度被調(diào)節(jié)到充電范圍內(nèi)。當周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，電池被預(yù)先調(diào)節(jié)到電池驅(qū)動溫度。在車輛運行前，駕駛室在預(yù)定時間被預(yù)先調(diào)節(jié)到駕駛室溫度。在又一實施例中，提供一種具有有牽引電池、電池的溫度傳感器、連接到電池的熱循環(huán)并具有熱源和吸熱裝置和控制器的電動車輛?？刂破鬟B接到電池、傳感器以及熱循環(huán)。控制器被配置成(i )利用傳感器測量電池溫度，(ii )檢測電池是否連接到充電器和電源，以及(iii)當電池連接到充電器和電源并且充電狀態(tài)低于閾值時，給電池充電?？刂破鞅慌渲脼?iv)當電池連接到充電器和電源并且周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，將電池溫度調(diào)節(jié)到充電溫度范圍內(nèi)?？刂破鬟€配置成(V)在周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，將電池預(yù)先調(diào)節(jié)到電池驅(qū)動溫度。在另一個實施例中，電動車輛進一步包括與熱循環(huán)通信的駕駛室氣候控制系統(tǒng)；并且其中控制器配置成當車輛連接到充電器和電源時，將車輛中的駕駛室預(yù)先調(diào)節(jié)到駕駛
室溫度。在另一個實施例中，控制器配置成在車輛運行時將牽引電池的溫度調(diào)節(jié)到運行溫度范圍內(nèi)。在另一個實施例中，控制器配置成當牽引電池溫度超出運行溫度范圍并且車輛在運行時，限制車輛電力輸出。根據(jù)本公開的各種實施例具有相關(guān)聯(lián)的優(yōu)勢。由于電池化學特性的原因，調(diào)節(jié)電池溫度允許充電時大量能量存儲在電池中并允許在運行時電池有更多的可用能量。車輛充電時將電池調(diào)節(jié)到指定溫度會產(chǎn)生車輛后來的更高能量效率，因為可能需要較少的電池能量來熱管理電池，并且更多能量可能被弓I導(dǎo)用于推進，從而擴大車輛行駛范圍。在車輛充電時，將駕駛室調(diào)節(jié)到指定溫度會產(chǎn)生車輛后來更高的能量效率，因為可能需要較少的電池能量來加熱或冷卻駕駛室，并且更多的能量可能被引導(dǎo)用于推進車輛，也增加了車輛行駛范圍。


圖1是根據(jù)實施例的電池電動車輛的示意圖；圖2是根據(jù)實施例的電池熱管理循環(huán)的示意圖；圖3是圖示車輛電池充電階段和電池運行階段各溫度閾值圖表；圖4是圖示用于電池熱管理的整個控制算法的流程圖；以及圖5a和5b是根據(jù)實施例用于進行電池熱管理的控制算法的流程圖。
具體實施例方式正如所要求的，本文公開了本公開的詳細實施例；不過，應(yīng)當理解公開的實施例僅是示范性的，其還可以體現(xiàn)為各種形式和替代形式。附圖未必按比例繪制；某些圖紙可能被放大或最小化以顯示特定組件的細節(jié)。因此，本文公開的具體結(jié)構(gòu)和功能性細節(jié)不應(yīng)解釋為限制性的，對本公開的限制，而僅僅是用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不同情形下使用要求保護的主題的代表性原理。參考圖1，其示出根據(jù)一個或更多實施例的電動車輛20，例如電池電動車輛(BEV)0圖1僅表示一種類型的BEV結(jié)構(gòu)，并非意在對BEV結(jié)構(gòu)進行限制。本公開可適用于任何合適的BEV。車輛20或BEV是通過電力，例如通過電動馬達24，推進的全電動車輛，并且沒有內(nèi)燃機的輔助。馬達24接收電力并提供機械旋轉(zhuǎn)輸出功率。馬達24連接到用于通過預(yù)先確定的齒輪比調(diào)整馬達24的輸出扭矩和速度的變速箱38。變速箱38通過輸出軸42連接到一組驅(qū)動輪40。車輛22的其他實施例包括用于推進車輛22的多個馬達(未示出)。馬達24還可以用作將機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機。高壓總線44通過逆變器48將馬達24電連接到能量存儲系統(tǒng)46。根據(jù)一個或更多實施例，能量存儲系統(tǒng)46包括主電池50和電池能量控制模塊(BECM) 52。主電池50是可以輸出電力以操作馬達24的高壓電池或牽引電池(tractionbattery)。主電池50是由一個或更多電池模塊(未示出)組成的電池組。每個電池模塊可以包括一個電池單元或多個電池單元。電池單元利用流體冷卻劑系統(tǒng)、空氣冷卻劑系統(tǒng)或本領(lǐng)域已知的其他冷卻方法加熱和冷卻。BECM 52用作主電池50的控制器。BECM 52還包括管理每個電池單元的溫度和充電狀態(tài)的電子監(jiān)控系統(tǒng)。電池50具有至少一個溫度傳感器51，例如熱敏電阻或類似物。傳感器51與BECM 52通信以提供關(guān)于電池50的溫度數(shù)據(jù)。馬達24、傳輸控制模塊(TCM) 30、變速箱38以及逆變器48統(tǒng)稱為傳動裝置54。車輛控制器26與傳動裝置54通信，用于協(xié)調(diào)傳動裝置54與其他車輛系統(tǒng)的功能?？刂破?6、BECM 52以及TCM 30圖示為單獨的控制器模塊。用于車輛20的控制系統(tǒng)可以包括任意數(shù)量的控制器，并且可以被整合到單個控制器中，或者具有各種模塊。一些或全部控制器可以利用控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)或其他系統(tǒng)連接?？刂葡到y(tǒng)可以配置為在多種不同條件的任意條件下控制傳動裝置54的各組件和電池50的運行，包括以熱管理電池50和車輛駕駛室或乘客艙中溫度的方式，以及用于電池50的充電和放電操作。TCM 30配置為控制傳動裝置54內(nèi)的具體組件，例如馬達24和/或逆變器48。車輛控制器26監(jiān)控馬達24的溫度并從駕駛員接收節(jié)氣門請求(或期望的馬達扭矩請求)。利用此信息，車輛控制器26向TCM 30提供馬達節(jié)氣門請求。TCM 30和逆變器48將主電池50的直流(DC)電源電壓轉(zhuǎn)換為用于控制馬達24的信號來響應(yīng)馬達扭矩請求。車輛控制器26通過用戶界面60向駕駛員提供信息。用戶界面可以包括允許用戶向控制器輸入要求或期望的車輛運行或充電參數(shù)或其他車輛操作參數(shù)的特征。用戶界面可以包括觸摸屏界面、到例如移動裝置或計算機的遠程站的無線連接以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他輸入界面。車輛控制器26還接收指示車輛系統(tǒng)的當前運行狀況的輸入信號。例如，車輛控制器26可以從BECM 52接收代表電池50狀況的輸入信號，以及從傳動裝置54接收代表馬達24和逆變器48狀況的輸入信號。車輛控制器26向用戶界面60提供輸出，例如馬達狀態(tài)或充電級別狀態(tài)，其可視化地傳送給駕駛員。例如，用戶可以利用用戶界面60輸入出發(fā)時間、出發(fā)時期望的駕駛室溫度或類似內(nèi)容或?qū)⑸鲜鰞?nèi)容輸入到與充電器76通信的界面?？商娲?，控制器26可以包括確定用戶駕駛習慣的概率或其他邏輯模塊，駕駛習慣包括行程長度、出行路徑、出發(fā)時間、駕駛室的氣候偏好等?？刂破?6在各用戶請求之間仲裁，以在充電和運行時對車輛20進行熱管理。車輛22包括用于加熱和冷卻各個車輛組件的氣候控制系統(tǒng)62。根據(jù)一個或更多實施例，氣候控制系統(tǒng)62包括高壓正溫度系數(shù)(PTC)電加熱器64和高壓電動HVAC壓縮器66。PTC 64和HVAC壓縮器66分別用于加熱和冷卻環(huán)繞傳動裝置54和主電池50的流體。PTC 64和HVAC壓縮器66兩者可以從主電池50直接獲取電能。氣候控制系統(tǒng)62可以包括經(jīng)由CAN總線56與車輛控制器26通信或可以集成到控制器26中的控制器(未示出)。氣候控制系統(tǒng)62的打開/關(guān)閉狀態(tài)傳輸?shù)杰囕v控制器26，并且所述打開/關(guān)閉狀態(tài)可以基于例如操作員致動的開關(guān)的狀態(tài)，或基于例如車窗除霜的相關(guān)功能的氣候控制系統(tǒng)的自動控制。氣候控制系統(tǒng)62可以連接到用戶界面60以允許用戶設(shè)置駕駛室的溫度，或者為車輛未來的運行循環(huán)預(yù)編程溫度。根據(jù)一個實施例，車輛22包括第二電池68，例如12伏電池。第二電池68可用于為如前燈及其類似物的各車輛附件供電，各車輛附件在本文統(tǒng)稱為附件70。DC-DC轉(zhuǎn)換器72可以電布置在主電池50與第二電池68之間。DC-DC轉(zhuǎn)換器72調(diào)整或“步降”(st印down)電壓級別以允許主電池50為第二電池68充電。低壓總線74將DC-DC轉(zhuǎn)換器72電連接到第二電池68和附件70。車輛22包括用于給主電池50充電的AC充電器76。電連接器78將AC充電器76連接到用于接收AC電源的外部電源(未示出)。AC充電器76包括用于將外部電源的交流電轉(zhuǎn)換或“整流”成用于為主電池50充電的直流電的電力電子學。AC充電器76被配置成容納外部電源的一個或更多常規(guī)電壓源(例如，110伏、220伏、兩相、三相、級別1、級別2等)。在一個或更多實施例中，外部電源包括利用可再生能源產(chǎn)生電力的裝置，例如光伏(PV)太陽能板或風輪機(未示出)。圖1還不出駕駛員控制系統(tǒng)80、電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)82和導(dǎo)航系統(tǒng)84的簡化不意圖表不。駕駛員控制系統(tǒng)80包括制動、加速和齒輪選擇(變速)系統(tǒng)。制動系統(tǒng)包括制動踏板、位置傳感器、壓力傳感器或其某種組合，以及至例如主驅(qū)動輪40的車輛輪子的機械連接，從而實現(xiàn)摩擦制動。制動系統(tǒng)還可以被配置用于可再生制動，其中制動能量可以被捕獲并存儲為主電池50中的電能。加速系統(tǒng)包括具有一個或更多傳感器的加速踏板，所述傳感器類似制動系統(tǒng)中的傳感器，其向車輛控制器26提供例如節(jié)氣門請求的信息。齒輪選擇系統(tǒng)包括用于手動選擇變速箱38的齒輪設(shè)置的變速裝置。齒輪選擇系統(tǒng)可以包括用于向車輛控制器26提供變速選擇信息(例如，PRNDL)的變速位置傳感器。導(dǎo)航系統(tǒng)84可以包括導(dǎo)航顯示器、全球定位系統(tǒng)(GPS)單元、導(dǎo)航控制器和用于從駕駛員接收目標信息或其他數(shù)據(jù)的輸入裝置(均未示出)。在某些實施例中，導(dǎo)航系統(tǒng)可以與用戶界面60集成在一起。導(dǎo)航系統(tǒng)84還可以傳輸與車輛22關(guān)聯(lián)的距離和/或位置信息、其目標位置或其他相關(guān)的GPS航點(waypoint)。圖2圖示用于圖1所示車輛20的熱循環(huán)或回路。電池熱循環(huán)100可以加熱和冷卻牽引電池102。牽引電池102由一個或更多電池組組成，并且圖2顯示了具有一個電池組的電池102。每個電池組可以具有多個電池單元。雖然本領(lǐng)域已知任何數(shù)量的電池單元可用于電池102，但在圖2中的電池102具有三個電池單元104。
控制器106可以是與電池控制模塊通信或集成的車輛控制器，其監(jiān)視電池104以確定電池102的電荷和容量。每個電池單元104可以具有配置成測量電池單元溫度的關(guān)聯(lián)的溫度傳感器108。溫度傳感器108與控制器106通信，使得控制器106還通過監(jiān)控每個電池單元溫度監(jiān)視電池溫度?？刂破?06通過測量或估算各電池單元的溫度來確定電池104的溫度?？刂破?06還與車輛上周圍的溫度傳感器110通信。周圍的溫度傳感器被配置為測量周圍環(huán)境的溫度。駕駛室溫度傳感器112也與控制器106通信并測量車輛乘客艙的溫度以為HVAC系統(tǒng)提供駕駛室氣候控制的反饋。利用由控制器106控制的熱循環(huán)100，電池102可以主動調(diào)節(jié)其溫度。電池和每個電池單元的溫度確定電池能夠接受的電荷量和電池中存儲的可使用的電荷量。熱循環(huán)100熱管理電池102以調(diào)節(jié)電池單元104溫度，從而維持電池102有效壽命、允許適當?shù)某潆娨约皾M足車輛性能屬性。通過流體熱轉(zhuǎn)移，熱循環(huán)100為電池102提供主動的加熱和主動的冷卻。電池熱循環(huán)100可以集成到具有氣候控制加熱和冷卻元件以及動力傳動系統(tǒng)冷卻元件的車輛熱系統(tǒng)中。熱循環(huán)100包括通過鄰近電池中的電池單元104的冷卻通道循環(huán)的流體，以主要利用對流熱傳遞加熱或冷卻電池102。泵114控制循環(huán)100中流體的流動。加熱元件116用作加熱流體并依次主動加熱電池102的流體熱源。加熱元件可以是與車輛中的另一個熱系統(tǒng)交換熱量以恢復(fù)廢熱的換熱器，或者可以是單獨的加熱器，例如是包括正熱系數(shù)(PTC)加熱器的電動加熱器。電池熱循環(huán)100還具有冷卻流體的冷卻器元件118或吸熱裝置，所述流體依次主動冷卻電池102。冷凝器可以是蒸汽壓縮或吸收循環(huán)的部分，可以是與車輛熱系統(tǒng)中另一個元件交換熱量的換熱器或本領(lǐng)域已知的其他吸熱裝置。該系統(tǒng)中的換熱器可以是同向流換熱器、逆流式換熱器或在循環(huán)100中適當加熱或冷卻流體的本領(lǐng)域已知的其他換熱器。循環(huán)100具有脫氣瓶，其捕獲循環(huán)100中流體中的蒸汽并提高循環(huán)100中的熱效率。脫氣瓶120可以是空氣捕集器、分離器或者本領(lǐng)域已知的其他設(shè)備。在必要的情況下，例如在服務(wù)事件期間，脫氣瓶120還可以用作填充位置以向循環(huán)100添加附加流體。電池熱循環(huán)100還可以流過電池充電器122以主動加熱或冷卻充電器122和充電組件。車輛的HVAC系統(tǒng)或車輛乘客艙的氣候控制系統(tǒng)的空氣調(diào)節(jié)循環(huán)124圖示為具有使用電池循環(huán)100的公共冷凝器。當然，空氣調(diào)節(jié)循環(huán)124可以與電池循環(huán)100分離、與電池循環(huán)100更緊密地集成或具有其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。空氣調(diào)節(jié)循環(huán)124具有一流體循環(huán)，其具有壓縮器126、冷凝器128、節(jié)氣門130以及向HVAC回氣系統(tǒng)132提供冷卻流體以向駕駛室排氣口提供冷卻空氣的冷卻器118。空氣從風扇134流過冷凝器128。還為HVAC系統(tǒng)132提供了加熱系統(tǒng)136。加熱回路136可以與空氣調(diào)節(jié)回路124、電池熱循環(huán)100整合在一起，或者是獨立的系統(tǒng)。加熱循環(huán)136可以是流體循環(huán)或基于空氣的循環(huán)，或者是HVAC系統(tǒng)132的入口。在一個實施例中，熱循環(huán)136是向HVAC系統(tǒng)132提供暖氣體的具有風扇138和PTC加熱器140的基于空氣的系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)可以具有重加熱駕駛室空氣的返回回路，并且還可以具有新鮮空氣入口以向駕駛室添加額外的外部空氣。圖3中圖示與電池運行的各充電和放電階段有關(guān)的各溫度閾值的圖表。各溫度閾值基于電池化學性質(zhì)、規(guī)則或方針以及其他考慮選擇。雖然某些溫度閾值示出為具有相同值，但這不一定是真實的，因為電池系統(tǒng)中的變化等可能不僅改變閾值的值，也可能改變閾值相對于另一個閾值的值。通常，低溫閾值在10攝氏度到-40攝氏度的范圍。高溫閾值在30攝氏度到60攝氏度的范圍。Min_0per_Templ50是電池在不具有熱循環(huán)100提供的主動加熱的情況下或不具有電池本身提供的被動加熱的情況下運行的低溫閾值。Max_0per_Temp 152是電池在沒有熱循環(huán)100提供的冷卻的情況下運行的最高溫度。Min_0per_Templ50與Max_0per_Temp 152共同定義電池的運行溫度范圍。Cold_Amb_Chg_T154是在寒冷的環(huán)境溫度下獲得電池的全部(full)電荷以及向車輛輸送正常運行性能的電池目標溫度。Hot_Amb_Chg_T 156是在熱的環(huán)境溫度下獲得電池的全部電荷并向車輛輸送正常運行性能的電池目標溫度。Cold_Amb_Chg_T154與Hot_Amb_Chg_T156共同定義電池的充電溫度范圍。Reduced_T_Hot 158是暖電池溫度，在該溫度由于在該溫度或該溫度以上時電池化學特性的變化推進系統(tǒng)將開始提供性能降低的車輛運行。RedUced_T_Hot 160是冷電池溫度，在該溫度由于在該溫度或該溫度以下時電池化學特性的變化推進系統(tǒng)將開始提供性能降低的車輛運行。當電池溫度超出這些溫度范圍(即，比Reduced_T_Hotl58更熱或比Reduced_T_Cold 160更冷)時,控制器可減弱(de-rate)用來線性或非線性推進車輛的電機可用的電力，并運行在降低功率設(shè)置下。控制器可以通過用戶界面提供用戶通知以向用戶通知受限的可用電力狀態(tài)。Limited_T_Hot 162是暖電池溫度并且可以是比Reduced_T_Hot 158更高的溫度。在LimitecLTJtot 162下，推進系統(tǒng)可能不具有滿足上述受限性能閾值的足夠電力。Limited_T_Hot 164是冷電池溫度并且可以是比Reduced_T_Cold 160更低的溫度。在Limited_T_Cold 164下，推進系統(tǒng)可能不具有滿足上述受限性能閾值的足夠電力。當電池溫度超出Limited_T_Hotl62和Limited_T_Cold 164時，電池電力可能無法提供足夠電力來推進車輛和運行氣候控制系統(tǒng)?？刂破骺梢赃M一步減弱用于線性或非線性推進車輛的電機的可用電力，并運行在受限的電力限制設(shè)置下?？刂破骺梢酝ㄟ^用戶界面提供用戶通知以通知用戶受限的可用電力狀態(tài)。還可以測量周圍的溫度，以提供環(huán)境溫度范圍，其中在超出環(huán)境溫度范圍的情況下，控制器調(diào)節(jié)電池或駕駛室為車輛運行作好準備，或者在超出環(huán)境溫度范圍的情況下充電時，使用 Cold_Amb_Chg_T/Tcold, amb, chg 154 和 Hot_Amb_Chg_T/Thot, amb, chgl56 閾值來控制電池溫度。電池在170的階段I是車輛連接到電池充電器和外部電源以給電池充電的時候。在一個例子中，車輛最近沒有運行或連接充電。如果電池溫度在規(guī)定閾值之上或之下，例如Cold_Amb_Chg_T和Hot_Amb_Chg_T，如圖3所示的區(qū)域172和174，則控制器在開始充電循環(huán)以保護電池之前，可以在這些限制內(nèi)對加熱或冷卻電池進行優(yōu)先級排序。為初始化充電循環(huán)，熱循環(huán)將根據(jù)需要加熱或冷卻電池。如果車輛未連接到充電器和電源并且電池溫度開始接近區(qū)域172、174，則控制器可以配置成向用戶發(fā)送通知，以提醒用戶熱電池或冷電池狀態(tài)并推薦連接以充電電池和對電池進行熱調(diào)節(jié)。電池在176的階段II是車輛連接到充電器和外部電源并且電池正在充電或電池溫度或駕駛室溫度正被調(diào)節(jié)以準備車輛運行的時候?？刂破骺梢哉{(diào)節(jié)電池溫度在ColcLAmb_Chg_T和Hot_Amb_Chg_T溫度限制內(nèi)，如區(qū)域178所示。電池在180的階段III是車輛運行的時候?？刂破骺梢哉{(diào)節(jié)電池溫度在溫度限制Min_0per_Temp 150和Max_0per_Templ52內(nèi)，如車輛正常運行的區(qū)域182所示。當電池溫度低于Reduced_T_Cold或高于Reduced_T_Hot時，如區(qū)域184所示，由于電池的熱狀態(tài)，車輛的性能可能降低或控制器可能限制性能。當電池溫度低于Limited_T_Cold或高于Limited_T_Hot時,如區(qū)域186所示，由于電池的熱狀態(tài)，車輛的性能可能進一步降低或控制器可能進一步限制性能。用于車輛的熱管理的整體控制算法如圖4所示。控制器在200初始化算法。之后，在202，控制器確定車輛是否連接到充電器和電源。如果電池未連接到充電器和電源，并且車輛在運行，則在204控制器利用熱循環(huán)調(diào)節(jié)電池溫度以將電池溫度保持在電池溫度運行范圍內(nèi)。在206如果熱循環(huán)不能將電池溫度保持在運行范圍內(nèi)，則控制器可能需要基于該溫度可用的受限電池功率限制車輛性能。如果電池連接到充電器和電源，則控制器在多個功能之間仲裁。如果電池充電狀態(tài)低于閾值，則在208控制器可以為電池充電。在210，控制器可以將電池溫度調(diào)節(jié)到充電溫度范圍。在212，控制器可以通過加熱或冷卻電池將電池調(diào)節(jié)到指定的溫度，從而為熱的或冷的溫度環(huán)境下的車輛運行做準備。當車輛連接到充電器和電源時，在210調(diào)節(jié)電池溫度可以用于保護電池和維持電池壽命，允許電池接受全部的可用電荷到最大充電狀態(tài)，并在車輛從充電器和電源斷開后運行時提供高級別的車輛性能。當存在冷的周圍溫度時，可以在212將電池調(diào)節(jié)到暖溫度閾值(或者同樣地，當存在暖的周圍溫度時，將電池調(diào)節(jié)到冷溫度閾值)，以提高車輛性能和范圍。例如，當電池被調(diào)節(jié)到接近其運行范圍的上限的暖溫度時，如果車輛在冷的周圍溫度下停在用戶的目的地，那么將電池冷卻到低運行溫度限制以下將會花費較長時間?？刂破鬟€可以在214通過加熱或冷卻駕駛室到指定溫度來調(diào)節(jié)駕駛室，從而為車輛運行做準備。駕駛室調(diào)節(jié)可以增加車輛行駛范圍，并為用戶提供改善的舒適度。利用充電器提供的外部電力調(diào)節(jié)電池和駕駛室212、214補償車輛運行時且可用能量的數(shù)量受限于包含在電池中的能量時，加熱或冷卻電池或駕駛室所需要的電池功率?？刂破骰诳捎玫妮斎腚姾伞㈦姵貭顟B(tài)、周圍溫度、已知出發(fā)時間和用戶輸入以及其他因素仲裁各項功能。圖5a和5b示出關(guān)于圖4描述的整個算法的實施例。當然，可以預(yù)見控制器可以使用其他組合和優(yōu)先級，并且本公開不限于圖5的實施例。在250，控制器初始化算法。在252，利用各個電池單元內(nèi)的溫度傳感器測量電池的溫度，或者可替代地，可以估計電池的溫度?？刂破饕部梢栽谶@個步驟測量周圍溫度?？刂破骺梢詫λ须姵貑卧臏囟葴y量值求平均以獲得平均電池溫度?？商娲?，當控制器測量的周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，控制器可以使用最受限的單元溫度。例如，如果天氣寒冷并且周圍溫度低于環(huán)境溫度，則控制器可以使用電池中最冷電池單元的溫度作為整個電池溫度。相反，在暖和的天氣，并且周圍溫度在環(huán)境溫度以上，控制器可以使用電池中最熱的電池單元的溫度作為整個電池溫度。
然后，在254，控制器確定電池和車輛是否連接到到外部電源以及是否能夠充電。在這個步驟中，控制器還可以確定充電器連接的輸入電壓類型，例如110V、220V、相位等。在步驟256，如果電池未連接充電，并且車輛在運行，則控制器確定電池溫度是否在其最大運行溫度Max_0per_Temp以上(Tbatt>Tmax, op)。如果是,則在258,控制器將命令電池熱循環(huán)冷卻電池以降低溫度。如果在256電池不在其最大運行溫度Max_0per_Temp以上，則控制器繼續(xù)至步驟260。在260,控制器確定電池溫度是否低于Min_Oper_Temp(Tbatt〈min, op)。如果是,貝丨J在262，控制器可命令電池熱循環(huán)加熱電池以升高溫度?？商娲?，控制器可以允許電池的被動加熱，其中在不使用熱循環(huán)的主動加熱的情況下，化學特性和充電過程產(chǎn)生升高電池溫度的熱量。在264,控制器還相對 Reduced_T_Hot 和 Reduced_T_Cold 限制以及 Limited_T_Hot和Limited_T_Cold限制檢查電池溫度。如果電池溫度超出這些限制，則在266控制器可限制車輛性能、氣候控制系統(tǒng)或兩者，同時電池功率輸出也被降低或受限。如果在254，電池連接到充電器和電源，則在268控制器確定充電時間是否已經(jīng)計劃好。充電時間可以由用戶利用用戶界面計劃、基于低成本每千瓦時的算法選擇或除此之外由控制器輸入或計劃。如果充電時間還沒有計劃，則控制器繼續(xù)到276。如果已經(jīng)在268計劃好充電時間，則在270控制器確定車輛是否處于駛離狀況。駛離狀況是電池連接到外部電力，電池充電狀態(tài)在電池的最小充電級別狀態(tài)以上的狀況。駛離狀態(tài)也可包括處于充電溫度范圍(例如在Cold_Amb_Chg_T/Tcold, amb, chg和Hot_Amb_Chg_T/Thot, amb, chg之間)內(nèi)的電池的溫度(Tbatt)。如果電池不是處于駛離狀態(tài)，則在272控制器通過將電池充電到上述所需要充電級別和/或加熱或冷卻電池狀態(tài)使其處于駛離狀態(tài)，從而電池溫度在所期望的溫度范圍內(nèi)。接著，控制器確定是否到了充電時間，或者在274控制器確定計劃的充電時間正在發(fā)生。如果未到充電的時間，則控制器返回到250。如果基于計劃到了充電時間，則控制器繼續(xù)到276。現(xiàn)參考圖5b以及步驟276，自從電池連接到充電器和電源，控制器開始充電循環(huán)。在278,控制器確定電池溫度是否小于最小充電溫度，例如Cold_Amb_Chg_T/Tcold, amb, chg。如果電池溫度小于最小充電溫度,則控制器基于從充電器輸入的充電電壓以不同的優(yōu)先級排序充電和加熱電池。在280中，在第一電壓，例如IIOV或級別I，充電器使用可用充電能量向電池充電。在280，未用于為電池充電的任何剩余能量被用于通過利用熱循環(huán)加熱電池來調(diào)節(jié)電池溫度。在282中，在第二電壓，例如220V或級別2，充電器使用可用充電能量通過利用熱循環(huán)將電池加熱到最小充電溫度來調(diào)節(jié)電池溫度。在282，未用于向電池加熱的任何剩余能量被用于向電池充電。一旦電池達到最小充電溫度，則來自充電器的能量主要用于向電池充電。在280中，由于第一電壓輸入下可用的能量數(shù)量有限，因此優(yōu)先級被安排為先于電池充電。在282，在較高的電壓輸入下，優(yōu)先級可轉(zhuǎn)移到利用能量加熱電池上，并且也存在足夠的剩余能量向電池充電。如果電池溫度不小于最小充電溫度，則控制器繼續(xù)到步驟284，其中控制器確定電池溫度是否大于最大充電溫度，例如Hot_Amb_Chg_T/Thot, amb, chg。如果電池溫度大于最大充電溫度，則控制器基于從充電器輸入的充電電壓以不同的優(yōu)先級順序排序電池充電和電池加熱。在286中，在第一電壓，例如IIOV或級別I，充電器使用可用充電能量向電池充電。在286，未用于向電池充電的任何剩余能量被用于通過利用熱循環(huán)冷卻電池來調(diào)節(jié)電池溫度。在288中，在第二電壓，例如220V或級別2，充電器使用可用充電能量通過利用熱循環(huán)將電池冷卻到最大充電溫度來調(diào)節(jié)電池溫度。在288，未用于冷卻電池的任何剩余能量被用于向電池充電。一旦電池達到最大充電溫度，則充電的能量主要用于向電池充電。在286中，由于第一電壓輸入下可用的能量數(shù)量有限，因此優(yōu)先級被安排為先于電池充電。在288，在較高的電壓輸入下，優(yōu)先級可轉(zhuǎn)移到利用能量冷卻電池上，并且也存在足夠的剩余能量向電池充電。如果控制器確定電池溫度不小于最小充電溫度或不大于最大充電溫度，那么溫度在充電溫度范圍內(nèi)，并且控制器繼續(xù)到290。在290，控制器確定電池的充電狀態(tài)是否大于閾值，例如最大電池充電級別，或其某一預(yù)定百分比。在290，控制器還確定車輛是否計劃好在預(yù)定的時間段內(nèi)運行，例如下一個小時、半小時內(nèi)等時間段內(nèi)計劃的駕駛或從模式識別確定的駕駛的可能性。如果充電狀態(tài)小于充電閾值或駕駛時間大于時間段閾值，則控制器繼續(xù)到292，其中如果充電狀態(tài)小于充電閾值，則控制器命令充電器向電池充電。接著，控制器返回276。如果充電狀態(tài)大于充電閾值或駕駛時間少于時間段閾值，則控制器繼續(xù)到294。在294，控制器確定是否請求或計劃預(yù)駕駛調(diào)節(jié)或預(yù)先調(diào)節(jié)。用戶可以利用用戶界面請求或輸入調(diào)節(jié)，其中用戶輸入預(yù)先調(diào)節(jié)電池的期望或設(shè)置期望的駕駛室溫度。預(yù)駕駛調(diào)節(jié)還可以根據(jù)包括駕駛習慣和周圍溫度的模式識別來確定。如果未請求調(diào)節(jié)，則控制器返回276。如果在294請求調(diào)節(jié)，則控制器繼續(xù)到296。如果到了開始調(diào)節(jié)的時間，則控制器繼續(xù)到298。開始調(diào)節(jié)的時間可能與計劃的駕駛時間相關(guān)，并且還可能包括例如周圍溫度和將電池調(diào)節(jié)到期望溫度必需的時間，或?qū)τ贖VAC系統(tǒng)將駕駛室從其當前溫度調(diào)節(jié)到期望溫度必需的時間等因素。如果未到開始調(diào)節(jié)的時間，則控制器繼續(xù)到300。在300，如果充電狀態(tài)少于充電閾值，則電池被充電，接著控制器返回276。在298，控制器使用充電電壓輸入的確定，并且如果充電電壓是足夠的，例如級別2或220V，則控制器前往302，以確定電池是否被調(diào)節(jié)。如果電池未調(diào)節(jié)，則控制器前往304并命令熱循環(huán)利用充電器的能量將電池調(diào)節(jié)到指定溫度。當周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，需要基于環(huán)境對電池溫度的附加熱效果加熱或冷卻電池的可能性很高。如果電池未預(yù)先調(diào)節(jié)，則當車輛運行時，電池的能量將用于冷卻或加熱電池。通過預(yù)先調(diào)節(jié)電池，行程開始時加熱或冷卻電池的能量來自充電器和外部電源，并且之后當車輛在駕駛時，需要更少的來自電池的能量來熱調(diào)節(jié)電池溫度。例如，在暖和的天氣，當周圍溫度大于環(huán)境溫度范圍的上端時，控制器將命令熱循環(huán)將電池冷卻到預(yù)定溫度，其可以是大約在或接近電池的低溫運行限制。例如，在寒冷的天氣，當周圍溫度低于環(huán)境溫度范圍的下端時，控制器將命令熱循環(huán)將電池加熱到預(yù)定溫度，其可以是大約在或接近電池的高溫運行限制。該過程在調(diào)節(jié)電池。在某些實施例中，一旦車輛開始運行，在預(yù)期環(huán)境對電池的熱效果的情況下，可能稍微將電池加熱或冷卻到其正常運行溫度范圍外。如果在302確定電池被調(diào)節(jié)，控制器繼續(xù)到306并確定駕駛室是否被調(diào)節(jié)。如果駕駛室未調(diào)節(jié)，則在308控制器命令HVAC系統(tǒng)利用充電器的能量加熱或空氣調(diào)節(jié)駕駛室至期望的駕駛室溫度。在308，如果駕駛室調(diào)節(jié)為或處在期望溫度或接近期望溫度，如果充電狀態(tài)少于閾值，則電池被充電，接著返回276。雖然駕駛室調(diào)節(jié)步驟顯示為在電池調(diào)節(jié)步驟之前，但是可以預(yù)見這些步驟的次序可以顛倒，或者這些步驟的發(fā)生可能是彼此并行的。由于電池化學特性的原因，調(diào)節(jié)電池溫度允許在充電時將大量能量存儲在電池中以及在運行時電池有更多的可用能量。在車輛充電時，將電池調(diào)節(jié)到指定溫度會產(chǎn)生車輛后來的較高能量效率，因為需要較少電池能量來熱管理電池，并且更多能量可被引導(dǎo)用于推進，從而擴大車輛行駛范圍。在車輛充電時，將駕駛室調(diào)節(jié)到指定溫度會產(chǎn)生車輛后來的較高能量效率，因為可能需要較少的電池能量來加熱和冷卻駕駛室，并且更多能量可被引導(dǎo)用于推進車輛，從而增加車輛行駛范圍。雖然以上描述了示范性實施例，但是可以預(yù)見這些實施例描述本發(fā)明的所有可能形式。但是，從說明書中使用的詞語是描述性的詞語，不是對本發(fā)明的限制，并且應(yīng)當理解在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以做出各種改變。此外，可以將各個實施例的特征組合、序列化或按優(yōu)先級排序以形成未明確圖示或說明的進一步的實施例。其中，本文所述一個或更多實施例被描述為提供優(yōu)勢或關(guān)于一個或更多期望的特征優(yōu)于其他實施例和/或現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到可以根據(jù)特定應(yīng)用或?qū)嵤?，在各個特征之中做出折中以實現(xiàn)期望的系統(tǒng)屬性。這些屬性包括但不限于:成本、強度、耐久性、壽命循環(huán)成本、市場性、外觀、包裝、尺寸，適用性、重量、可制造性、裝配難易性等。因此，關(guān)于一個或更多特征，相對于其他實施例被描述成稍不理想的任何實施例均未超出本主題要求保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于對連接到充電器和電源的電動車輛進行熱管理的方法，其包括: 將牽引電池的溫度調(diào)節(jié)到充電范圍內(nèi)； 當周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，預(yù)先調(diào)節(jié)牽引電池到牽引電池驅(qū)動溫度；以及 車輛運行前在預(yù)定時間預(yù)先調(diào)節(jié)駕駛室到駕駛室溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)先調(diào)節(jié)所述牽引電池發(fā)生在所述車輛運行前的預(yù)定時間內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定時間從車輛運行時間計算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)先調(diào)節(jié)所述駕駛室發(fā)生在周圍溫度超出所述環(huán)境溫度范圍時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括當充電狀態(tài)少于閾值時，給所述牽引電池充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中當充電循環(huán)被初始化，所述牽引電池溫度超出所述環(huán)境溫度范圍時，充電在所述牽引電池的溫度調(diào)節(jié)到充電范圍內(nèi)之后開始。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括檢測充電電壓輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中給所述牽引電池充電優(yōu)先于以第一充電電壓輸入調(diào)節(jié)所述溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述溫度優(yōu)先于以第二充電電壓輸入給所述牽引電池充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一充電電壓輸入小于所述第二充電電壓輸入。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于對電動車輛和車輛進行熱管理的方法?？刂破鞅慌渲贸稍谲囕v運行時，將牽引電池的溫度調(diào)節(jié)到運行溫度范圍內(nèi)。當電池連接到充電器和電源并且周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，電池的溫度被調(diào)節(jié)到充電溫度范圍內(nèi)。當周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍并且電池被連接到充電器和電源時，電池被預(yù)先調(diào)節(jié)到電池驅(qū)動溫度。當車輛連接到充電器和電源并且周圍溫度超出環(huán)境溫度范圍時，車輛中的駕駛室被預(yù)先調(diào)節(jié)到駕駛室溫度。
文檔編號B60L11/18GK103171450SQ20121056332
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者A·庫默爾, S·沃葉特柯維科茲, B·吉萊斯皮, J·R·格瑞姆斯, K·金, N·R·巴羅斯 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司