專利名稱：用于電動交通工具電池的冷卻劑循環(huán)加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體上涉及用于將電動交通工具的電池保持在所需溫度操作范圍內(nèi)的系統(tǒng)。提供了冷卻劑加熱器和冷卻劑冷卻器，以在電動交通工具的電池以及冷卻劑之間傳遞熱量。
背景技術(shù)：
裝備有電馬達(dá)以將驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳遞到被驅(qū)動輪的交通工具變得越來越被比以往更大數(shù)目的使用者所需要。電動交通工具的用途的最顯著益處中的一個益處包括消除由內(nèi)燃機(jī)排出的不受歡迎的排放物。此外，電池技術(shù)已經(jīng)充分地發(fā)展，使得合理尺寸的電池組可以輸出足夠的能量以驅(qū)動電馬達(dá)并滿足驅(qū)動器對加速和范圍的需要。為了提供本領(lǐng)域中可用的交通工具，電池組還必須被多次有效地充電和放電。·電動交通工具設(shè)計師面對的一個挑戰(zhàn)包括電動交通工具電池對溫度的靈敏性。更具體地，除了其他因素之外，電池的最大充電電流和最大放電電流基于電池溫度而變化。在操作期間電池溫度可能由于發(fā)生在電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)以及交通工具定位所在的環(huán)境的室溫而改變。例如，電池的最大充電電流可能在電池的溫度低于預(yù)定界限時顯著地降低。電池的充放電效率也可能在電池的溫度高于預(yù)定操作界限時達(dá)不到最佳。此外，用于交通工具發(fā)動機(jī)的現(xiàn)有加熱器可能不適合于使電動交通工具電池組變暖。許多現(xiàn)有發(fā)動機(jī)組加熱器通過12V或24V的電源來供給能量。加熱元件的功率密度被相應(yīng)地限定。雖然這些加熱器執(zhí)行所需功能，但是其可能不能被簡單地安裝在裝備有450Vdc范圍內(nèi)的高電壓電源的電動交通工具內(nèi)。控制與高壓電路相關(guān)的加熱器也變得非常重要，以確保避免過熱狀況。因此，提供溫度控制系統(tǒng)以保持所需的電動交通工具的電池溫度可以是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本章節(jié)提供了本公開的大體概述，且不是其完整范圍或全部的其特征的全面公開。電動交通工具電池加熱器包括具有冷卻劑入口和冷卻劑出口的殼體。加熱元件以與冷卻劑呈熱傳遞的關(guān)系定位在殼體內(nèi)，用于將熱量傳遞到電動交通工具電池。熱敏電阻定位在殼體中以輸出電池冷卻劑的溫度的信號指示。當(dāng)信號表示冷卻劑溫度小于預(yù)定下限時，控制器激勵加熱元件。電動交通工具的電池溫度控制系統(tǒng)改變以與電動交通工具電池呈熱傳遞關(guān)系流動的冷卻劑的溫度。溫度控制系統(tǒng)包括具有冷卻劑入口和冷卻劑出口的加熱器殼體。加熱元件以與冷卻劑呈熱傳遞的關(guān)系定位在殼體內(nèi)。熱敏電阻定位在殼體中以輸出電池冷卻劑的溫度的信號指示。當(dāng)信號表示冷卻劑溫度小于預(yù)定下限時，控制器激勵加熱元件?？刂破鞔_定冷卻劑溫度增加的速率，并且基于溫度變化速率超過預(yù)定臨界值而中斷對加熱元件的電力供應(yīng)。
控制電動交通工具的電池的溫度的方法包括以與電動交通工具電池呈熱傳遞關(guān)系泵送冷卻劑。使冷卻劑流動穿過加熱器。將熱敏電阻定位在加熱器內(nèi)，以輸出冷卻劑溫度的信號指示。確定冷卻劑的溫度。基于確定的冷卻劑溫度小于預(yù)定下限而激勵加熱器以增加冷卻劑的溫度。根據(jù)本文中所提供的描述，具有適用性的另外領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。本概述中的描述和具體實例意在只用于說明性的目的并且不意在限制本公開的范圍。


在本文中描述的附圖只用于對所選擇實施方式而不是對全部可能的實施過程進(jìn)行說明的目的，并且不意在限制本公開的范圍。圖I是描繪了電動交通工具電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的示意
圖2是電池冷卻劑加熱器的透視圖；圖3是圖2中描繪的加熱器的分解透視圖；圖4是圖2中描繪的加熱器的不完全剖視圖；圖5是將覆蓋物移除的加熱器的不完全俯視圖；圖6是加熱元件的透視圖；以及圖7是描繪了裝備有可選擇的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的電動交通工具的示意圖。在整個附圖的幾個視圖中，相應(yīng)的參考數(shù)字指示相應(yīng)的部件。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖更充分地描述示例性實施方式。在圖I中以參考數(shù)字10示意性地描繪了示范性電動交通工具。電動交通工具10包括驅(qū)動地耦合到變速器14的電馬達(dá)12。變速器14將輸出轉(zhuǎn)矩提供到輪16中的至少一個。電池組20將電能提供到馬達(dá)12。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)24安裝在交通工具10上，以使電池組20保持在預(yù)定操作溫度范圍內(nèi)。例如，將電池組20保持在大體50-100° F的操作范圍內(nèi)可能是合意的。電池組20內(nèi)的電池的充放電特性在該溫度范圍內(nèi)最有效。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)24通過使冷卻劑循環(huán)穿過電池組20以將熱量在冷卻劑和電池組之間傳遞來達(dá)到此目標(biāo)。當(dāng)電池溫度低于預(yù)定下限時，可以激勵電加熱器28，以加熱與單個電池或電池組20的部分呈熱傳遞關(guān)系流動的冷卻劑。如果電池組20的操作溫度高于預(yù)定上限，則冷卻器30就降低圍繞或穿過電池組20流動的冷卻劑的溫度。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)24還包括容納有冷卻劑36的貯液器34。供給線38是鉛垂的，與第一泵42的入口 40相連通。增壓流體從第一泵42的出口 44經(jīng)由線50提供到冷卻劑加熱器28的入口 52。冷卻劑加熱器28包括出口 46，冷卻劑穿過出口 46經(jīng)由線54流動到達(dá)第二泵58的入口 56。第二泵58的出口 60將增壓流體經(jīng)由冷卻劑線64提供到冷卻器30的入口 62。冷卻器30的出口 66是鉛垂的，與第三泵70的入口 68流體連通。線72使出口 66和入口 68互連。泵70包括將增壓流體經(jīng)由冷卻劑線80提供到電池組20的入口78的出口 76。電池組20的出口 84將流體供應(yīng)到返回線80和貯液器34。在電池組20內(nèi)，多個平行的路徑可以存在于入口 78和出口 84之間。另一方面，單一的蜿蜒通路可以被定位成與電池的部分、電池群或?qū)㈦姵匕惭b在電池組20內(nèi)的殼體熱傳導(dǎo)，以便有效地傳遞熱量。此外，包括少于三個泵的其它系統(tǒng)涵蓋在本公開的范圍內(nèi)。如圖2-5所示，冷卻劑加熱器28包括殼體86、電阻式加熱元件88和熱敏電阻90。分離器板92將殼體86分隔成包含冷卻劑的第一室94和保持干燥的第二室96。加熱元件88固定到分離器板92，并且以與流動穿過殼體86的冷卻劑36呈熱傳遞的關(guān)系定位在第一室94中。加熱元件88的端子插頭(terminal pin)98突出穿過分離器板92并與線束99電連通，用于將電能供應(yīng)到加熱器28。熱敏電阻90包括電連接器100，以允許第一室94內(nèi)的冷卻劑的溫度的信號指示傳送到控制器101。接地端子103固定到分離器板92。端子插頭98、接地端子103以及連接器100定位在第二室96內(nèi)。支架102將熱敏電阻90固定成與分離器板92熱連通，使得熱敏電阻90可操作成感測與分離器板92的相對側(cè)接觸的流體的溫度。支架102包括接納從分離器板92突出的·按鈕106的孔隙104。多個螺釘108將夾板110、墊圈112、分離器板92以及支架102固定到殼體86。槽口 114形成在夾板110中，以使按鈕106通過并允許夾板110的相鄰部分接合支架102。殼體86包括固定到主體122的蓋120。主體122可以是澆鑄金屬部件。蓋120優(yōu)選是塑料模制構(gòu)件。蓋120包括凸緣124，凸緣124裝備有圍繞其周界延伸的凹槽125。凸出部(boss) 126定位在蓋120的一端處，以形成電線出口 128的一部分。唇狀部130與主體122整體地形成并圍繞主體122的開口 132延伸。唇狀部130在凹槽125內(nèi)延伸，以密封地包圍第二室96并保護(hù)電連接免于暴露于環(huán)境中。主體122包括突出物134，其與凸出部126相配合，以將應(yīng)變消除配件138密封地安裝到主體122和蓋120的組件。柔性腿140與凸出部126整體地形成。擋件142從每一個腿140的遠(yuǎn)端向外延伸。每一個擋件142與形成在突出物134中的袋狀物144中的一個相配合，以將蓋120耦合到主體122。螺紋緊固件146也將蓋120固定到主體122。線束99延伸穿過應(yīng)變消除配件138，以允許線束99中的線之間的電連接到端子插頭98、接地端子103和電連接器100。更具體地，線束99包括終止在連接器152、154處的加熱元件電源線148、150。連接器152、154電地且機(jī)械地固定到端子98。接地線156、158固定到共同的連接器160，連接器160電地且機(jī)械地耦合于接地端子103。信號線164、166電耦合到熱敏電阻連接器100。為了滿足加熱器性能規(guī)格的目標(biāo)，電阻式加熱元件88包括特殊的幾何形狀以提供所需功率密度。特別地，提供大約200瓦特每平方英寸的功率密度可能是合意的。這可以通過提供具有25平方英寸的外表面面積的5000瓦特加熱元件來實現(xiàn)。加熱元件88包括金屬電阻式線170，金屬電阻式線170其大部分長度被護(hù)套172包覆。端子插頭98在線170的每一端處被定形成細(xì)長的圓柱體。熱敏電阻90通過基于溫度變化而改變其電阻來起作用。相應(yīng)地，熱敏電阻90充當(dāng)具有根據(jù)其環(huán)境的溫度而變化的電阻的電阻器。可以構(gòu)造相對簡單的電路，允許熱敏電阻90和控制器101之間的通信，使得控制器101可以基于來自于熱敏電阻90的輸出而確定位于加熱器28內(nèi)的冷卻劑的溫度。如前所述，熱敏電阻90固定到分離器板92，從而消除了在入口 52的下游獲得和安裝獨立的溫度傳感器的需要。由于熱敏電阻90非常接近于電阻式元件88，因此控制器101可以精確地估計緊鄰加熱元件88的冷卻劑的溫度。在操作期間，當(dāng)控制器101基于熱敏電阻的信號確定與分離器板92相接觸的冷卻劑的溫度小于預(yù)定下限時，控制器101啟動對加熱元件88的電流供應(yīng)。當(dāng)與分離器板92相接觸的冷卻劑36超過預(yù)定最大值時，控制器101中斷對加熱元件88的電能供應(yīng)。被設(shè)想到的是，交通工具10的電池組20配置成相對高電壓(450Vdc)的電源?？刂破?01使用電池組20對加熱元件88提供電力?？刂破?01作用成保護(hù)加熱元件88免于過熱。例如，控制器101還可以確定第二室96內(nèi)的冷卻劑的溫度增加的速率。當(dāng)溫度增加的速率超過預(yù)定最大速率時，控制器101中斷對加熱元件88的電流供應(yīng)。相應(yīng)地，控制器101防止加熱元件88過熱。如果第一泵42、第二泵58或第三泵70中的一個或多個停止工作，則提供保護(hù)?？刂破?01可以使用脈沖寬度調(diào)制有選擇地供應(yīng)和中斷對加熱元件88的電流供·應(yīng)。這樣的控制策略可以降低在延長的操作期內(nèi)被提供到加熱元件88的能量總量。此外，控制器101可以基于由熱敏電阻90提供的信號來對加熱器功能提供閉環(huán)控制。還被設(shè)想到的是，冷卻器30可以以相似的方式被控制。例如，如果冷卻劑超過預(yù)定臨界值溫度，則冷卻器30可以被分配任務(wù)以降低冷卻劑36的溫度。冷卻器臨界值溫度不需要與電能不再提供到加熱器28的預(yù)定上限相同。冷卻器30可以使用來自于熱敏電阻90的輸出信號來控制，或者可選擇地控制器101可以接收另一種來自于溫度傳感器的信號，該溫度傳感器定位成與冷卻器30較緊密地通信。圖7表示可選擇的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)200。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)200與管理系統(tǒng)24大體上相似。相應(yīng)地，相似的元件將保持其先前介紹的參考數(shù)字。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)200包括多個溫度傳感器以及流量指示器，以為控制器101提供關(guān)于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)200的操作狀態(tài)的附加信息。不是全部的傳感器或指示器都需要在單一系統(tǒng)內(nèi)，而是被描繪為是可選擇的。例如，第一溫度傳感器202輸出忙液器34內(nèi)的冷卻劑36的溫度的信號指不。第二溫度傳感器204被設(shè)置在冷卻劑加熱器28的出口 46的下游，以輸出代表在該位置處的冷卻劑溫度的信號。第三溫度傳感器206定位在冷卻器30的下游。第四溫度傳感器208定位成與流動穿過電池組20的冷卻劑連通。以相似的方式，第一、第二和第三流量指示器212、214和216分別定位在第一泵42、第二泵58和第三泵70的下游。流量指示器中的每一個將信號輸出到控制器101，控制器101指示直接地位于指示器的上游的泵是否適當(dāng)?shù)仄鹱饔?。如果控制?01確定泵中的任何一個泵未提供所需的輸出流量，則可以中斷對加熱器28的電能供應(yīng)。為了說明和描述的目的，已經(jīng)提供了實施方式的前述描述。不意在是無遺漏的或者用于限制本公開。特定實施方式的個體元件或特征一般不局限于所述特定實施方式，但是在適用的情況下即使未明確地示出或描述也是可互換的并且可以用在所選擇的實施方式中。同樣的內(nèi)容也可以以多種方式來改變。這樣的變化形式不應(yīng)被認(rèn)為是偏離本公開，且所有這樣的修改意在被包括于本公開的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動交通工具電池加熱器，用來加熱以與電動交通工具電池呈熱傳遞關(guān)系流動的冷卻劑，所述加熱器包括 殼體，其具有冷卻劑入口和冷卻劑出口； 加熱元件，其以與所述冷卻劑呈熱傳遞的關(guān)系定位在所述殼體內(nèi)； 熱敏電阻，其定位在所述殼體中以輸出指示所述電池冷卻劑的溫度的信號；以及 控制器，其在所述信號表示所述冷卻劑的溫度小于預(yù)定下限時激勵所述加熱元件。
2.如權(quán)利要求I所述的電池加熱器，其中所述殼體包括主體、分離器板以及可移除蓋，所述加熱元件和所述熱敏電阻固定到所述分離器板。
3.如權(quán)利要求2所述的電池加熱器，其中所述分離器板在所述殼體內(nèi)密封地隔開第一室和第二室，所述加熱元件的熱傳遞部分定位在所述第一室內(nèi)，所述加熱元件的電端子穿過所述分離器板延伸到所述第二室中，所述熱敏電阻定位在所述第二室內(nèi)并以熱傳遞的關(guān)系安裝到所述分離器，所述加熱器還包括線束，所述線束延伸穿過所述第二室并具有以端部電耦合到所述端子的線。
4.如權(quán)利要求I所述的電池加熱器，其中所述可移除蓋包括塑料材料。
5.如權(quán)利要求I所述的電池加熱器，其中所述冷卻劑入口和所述冷卻劑出口相互成大體九十度延伸。
6.如權(quán)利要求I所述的電池加熱器，其中對所述加熱元件的電力供應(yīng)基于脈沖寬度調(diào)制。
7.如權(quán)利要求I所述的電池加熱器，其中所述加熱元件包括單一的不間斷環(huán)。
8.如權(quán)利要求I所述的電池加熱器，還包括定位在所述第二室內(nèi)并固定到所述分離器板的夾板，所述熱敏電阻通過所述夾板固定到所述分離器板。
9.一種電動交通工具的電池溫度控制系統(tǒng)，用于改變以與電動交通工具電池呈熱傳遞關(guān)系流動的冷卻劑的溫度，所述溫度控制系統(tǒng)包括 加熱器殼體，其具有冷卻劑入口和冷卻劑出口 ； 加熱元件，其以與所述冷卻劑呈熱傳遞的關(guān)系定位在所述殼體內(nèi)； 熱敏電阻，其定位在所述殼體中，以輸出指示所述電池冷卻劑的溫度的信號；以及控制器，其在所述信號表示所述冷卻劑的溫度小于預(yù)定下限時激勵所述加熱元件，其中所述控制器確定冷卻劑的溫度增加的速率，并且基于溫度變化速率超過預(yù)定臨界值而中斷對所述加熱元件的電力供應(yīng)。
10.如權(quán)利要求9所述的電池溫度控制系統(tǒng)，還包括冷卻器，所述冷卻器與所述加熱器殼體分隔開，以便在所述冷卻劑的溫度超過預(yù)定上限時降低所述冷卻劑的溫度，以保持所述電池冷卻劑處于由所述預(yù)定上限和所述預(yù)定下限所界定的溫度范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的電池溫度控制系統(tǒng)，還包括泵，所述泵提供與所述電池?zé)徇B通的增壓冷卻劑。
12.如權(quán)利要求11所述的電池溫度控制系統(tǒng)，還包括提供所述泵的流量輸出的信號指示的流量傳感器，所述控制器基于流量低于預(yù)定臨界值而中斷對所述加熱元件的電力供應(yīng)。
13.如權(quán)利要求9所述的電池溫度控制系統(tǒng)，還包括定位在所述電池的下游以輸出所述冷卻劑的溫度的信號指示的溫度傳感器，所述控制器基于所述溫度傳感器的信號而確定是否激勵所述加熱器和所述冷卻器。
14.如權(quán)利要求9所述的電池溫度控制系統(tǒng)，其中所述殼體包括主體、分離器板以及可移除蓋，所述加熱元件和所述熱敏電阻固定到所述分離器板。
15.如權(quán)利要求14所述的電池溫度控制系統(tǒng)，其中所述分離器板在所述殼體內(nèi)密封地隔開第一室和第二室，所述加熱元件的熱傳遞部分定位在所述第一室內(nèi)，所述加熱元件的電端子穿過所述分離器板延伸到所述第二室中，所述熱敏電阻定位在所述第二室內(nèi)并以熱傳遞的關(guān)系安裝到所述分離器，所述加熱器還包括線束，所述線束延伸穿過所述第二室并具有以端部電耦合到所述端子的線。
16.如權(quán)利要求15所述的電池溫度控制系統(tǒng)，其中所述冷卻劑入口和所述冷卻劑出口相互成大體九十度延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的電池溫度控制系統(tǒng)，還包括定位在所述第二室內(nèi)并固定到所述分離器板的夾板，所述熱敏電阻通過所述夾板固定到所述分離器板。
18.—種控制電動交通工具的電池的溫度的方法，所述方法包括 以與所述電動交通工具的電池呈熱傳遞的關(guān)系泵送冷卻劑； 使所述冷卻劑流動穿過加熱器； 將熱敏電阻定位在所述加熱器內(nèi)，以輸出所述冷卻劑的溫度的信號指示； 確定所述冷卻劑的溫度；以及 基于確定的冷卻劑的溫度小于預(yù)定下限來激勵所述加熱器以增加所述冷卻劑的溫度。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括使所述冷卻劑流動穿過冷卻器，并基于所確定的冷卻劑的溫度大于預(yù)定上限來激勵所述冷卻器以降低所述冷卻劑的溫度。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括確定冷卻劑的溫度的變化速率，并且基于所述溫度的變化速率超過預(yù)定臨界值而中斷對所述加熱器的電力供應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電動交通工具電池的冷卻劑循環(huán)加熱器。一種電動交通工具電池加熱器包括具有冷卻劑入口和冷卻劑出口的殼體。加熱元件以與冷卻劑呈熱傳遞的關(guān)系定位在殼體內(nèi)，用于將熱量傳遞到電動交通工具電池。熱敏電阻定位在殼體中以輸出電池冷卻劑的溫度的信號指示。當(dāng)信號表示冷卻劑的溫度小于預(yù)定下限時，控制器激勵加熱元件。
文檔編號H01M10/42GK102790244SQ20121014701
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者羅伯特·J·艾倫 申請人:菲利普斯&坦洛工業(yè)有限公司