用于管理電池的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于管理電池的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括：冷卻劑泵，其被配置成使冷卻劑循環(huán)通過所述系統(tǒng)；包括第一截止閥的第一冷卻通道，其被配置成使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和多個電氣裝置，其中當(dāng)電池被過冷卻和過加熱時冷卻劑加熱和冷卻電池；與第一冷卻通道并聯(lián)連接的包括第二截止閥的第二冷卻通道，其中第二冷卻通道被配置成使冷卻劑循環(huán)通過熱電裝置；以及控制器，其被配置成：檢查電池的溫度；打開和關(guān)閉第一和第二截止閥；以及當(dāng)電池被過冷卻時，控制冷卻劑泵以使冷卻劑循環(huán)通過所述多個電氣裝置和所述熱電裝置，并且當(dāng)電池被過加熱時，控制冷卻劑泵以使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和熱電裝置。
【專利說明】用于管理電池的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過根據(jù)車輛運行期間電池的狀態(tài)最優(yōu)地管理電池溫度，來在維持車輛性能和電池的耐久性的同時管理電池的系統(tǒng)和方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近來開發(fā)的環(huán)境型車輛(例如混合動力車、電動車、和燃料電池車)使用高電壓電池作為能量供給裝置。然而，高電壓電池的壽命在高溫下會減少、并且可用能量的量值在低溫下會迅速下降。通常，本領(lǐng)域已知的是，高電壓電池的工作效率溫度是大約20°C至30°C。
[0003]用于冷卻電池的現(xiàn)有方法在高溫下執(zhí)行冷卻，并且用于升高電池溫度的現(xiàn)有方法是使用內(nèi)部冷卻空氣來執(zhí)行的。然而，當(dāng)升高電池溫度時內(nèi)部空氣冷卻負(fù)載會增加，由此限制電池的控制。換句話說，當(dāng)內(nèi)部冷卻器不工作時，難以進(jìn)行用于電池的空氣冷卻，并且當(dāng)內(nèi)部溫度較高時，內(nèi)部空氣在許多情形中無法使用。因此，在使用內(nèi)部空氣冷卻或加熱電池方面存在著各種問題，并且有必要使用不同類型的熱源來冷卻和加熱電池。
[0004]因此，盡管近來的開發(fā)實踐使用熱電裝置來冷卻和加熱電池，但是車輛的燃料效率被降低，這是因為必須向所述裝置供應(yīng)來自電池的比功率(specific power)，并且當(dāng)電池耗盡時難以利用這樣的裝置來控制電池的溫度。
[0005]上面作為本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)提供的說明只是為了幫助理解本發(fā)明的背景，并且不應(yīng)認(rèn)為上述說明被包含在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種用于管理電池的系統(tǒng)(例如，電池管理系統(tǒng)“BMS”)，其包括--第一冷卻通道，其使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和多個電氣裝置；第二冷卻通道，其與第一冷卻通道并聯(lián)連接，并且當(dāng)電池被過冷卻和過加熱時使冷卻劑循環(huán)通過加熱和冷卻電池的熱電裝置；截止閥，其在冷卻通道上的分叉點處控制冷卻通道的打開和關(guān)閉；冷卻劑泵，其控制冷卻劑的循環(huán)；以及控制器，其控制截止閥和冷卻劑泵，使得當(dāng)電池被過冷卻時冷卻劑循環(huán)通過電氣裝置和熱電裝置，并且使得當(dāng)電池被過加熱時冷卻劑循環(huán)通過散熱器和熱電裝置。換句話說，使用冷卻劑來循環(huán)通過系統(tǒng)以便當(dāng)確定電池的充電狀態(tài)(“S0C”)時加熱或冷卻電池。
[0007]當(dāng)電池和電力電子裝置被過加熱時，控制器使冷卻劑循環(huán)通過散熱器、電力電子裝置、和熱電裝置。
[0008]熱電裝置可以配備有朝向電池布置的風(fēng)扇，并且當(dāng)熱電裝置出現(xiàn)故障時控制器可以控制冷卻劑泵和風(fēng)扇以最大水平操作。
[0009]散熱器可以配備有冷卻風(fēng)扇，并且當(dāng)電池被過加熱并且熱電裝置出現(xiàn)故障時，控制器可以控制冷卻泵和冷卻風(fēng)扇以最大水平操作。
[0010] 系統(tǒng)還可以包括與第一冷卻通道或第二冷卻通道連接并經(jīng)過電池充電器的第三冷卻通道，其中當(dāng)充電器不工作時，控制器可以控制冷卻劑不循環(huán)通過充電器。
[0011]此外，本發(fā)明提供了一種管理電池的方法，其包括:由控制器檢查電池的溫度；當(dāng)電池被過冷卻時，由控制器控制截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過多個電力電子裝置和一熱電裝置；以及當(dāng)電池被過加熱時，控制截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和熱電裝置。另外，當(dāng)電池和電力電子裝置被過加熱時，控制截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過電力電子裝置和熱電裝置。
[0012]該方法還可以包括:響應(yīng)于熱電裝置出現(xiàn)故障，以最大水平控制風(fēng)扇和冷卻劑泵，其中風(fēng)扇朝向電池布置在熱電裝置中。當(dāng)熱電裝置出現(xiàn)故障時，控制器可以以最大水平控制風(fēng)扇、冷卻劑泵、散熱器中的冷卻風(fēng)扇。此夕卜，當(dāng)熱電裝置出現(xiàn)故障時，控制器可以以最大水平控制風(fēng)扇，并且當(dāng)冷卻劑的溫度低于電池的溫度時，控制器可以以最大水平控制冷卻劑泵。
[0013]此外，本發(fā)明提供了一種管理電池的方法，其包括:由控制器控制連接散熱器、多個電力電子裝置、以及加熱和冷卻電池的熱電裝置的冷卻通道，其中當(dāng)電池被過冷卻時，冷卻劑由控制器控制以循環(huán)通過電力電子裝置和熱電裝置，并且當(dāng)電池被過加熱時冷卻劑被控制以循環(huán)通過散熱器和熱電裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]現(xiàn)在將參考通過附圖示出的本發(fā)明的示例性實施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的上述及其它特征、目的和優(yōu)點，其中附圖將在下文中僅通過例證的方式給出，并且因此并非對本發(fā)明進(jìn)行限制，其中:
[0015]圖1至3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于管理電池的系統(tǒng)的操作的示例圖；
[0016]圖4和5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于管理電池的系統(tǒng)的示例圖；
[0017]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的管理電池的方法的示例性流程圖。
[0018]應(yīng)理解的是，附圖不一定要依比例，而是呈現(xiàn)出說明本發(fā)明的基本原理的各種示例性特征的稍微簡化的表示。本文中公開的本發(fā)明的特定設(shè)計特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形狀，將部分地由期望的特定應(yīng)用和使用環(huán)境來確定。
[0019]在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾幅圖中始終指代本發(fā)明的相同或等效部分。
【具體實施方式】
[0020]應(yīng)理解的是，本文中使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語包括一般的機動車輛(諸如包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內(nèi)的客車)、包括各種艇和船在內(nèi)的水運工具、飛行器等，并且包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車以及其它代用燃料車(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。如本文中所述，混合動力車是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如既有汽油動力又有電動力的車輛。
[0021]另外，應(yīng)理解的是，術(shù)語控制器是指包括存儲器和處理器的硬件裝置。存儲器被配置成存儲各模塊，并且處理器具體地被配置成執(zhí)行所述模塊以執(zhí)行下面進(jìn)一步描述的一個或更多處理。
[0022]本文中所用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的，并且并非旨在對本發(fā)明進(jìn)行限制。如本文中所使用的那樣，單數(shù)形式的“一”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非文中清楚地指出。還應(yīng)理解的是，術(shù)語“包括”在本說明書中被使用時，指的是所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，而并不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或附加。如本文中使用的那樣，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出條目的任意和全部組合。
[0023]在下文中將詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實施例，其實例在附圖中示出并在下面說明。
[0024]在下文中將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于管理電池的系統(tǒng)和方法。
[0025]圖1至3是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于管理電池的系統(tǒng)的操作的示例圖。該系統(tǒng)可以包括:第一冷卻通道500，其包括第一截止閥700，并且可以使冷卻劑循環(huán)通過散熱器100和多個電氣裝置200 ;第二冷卻通道600，其包括第二截止閥720，并且可以與第一冷卻通道500并聯(lián)連接，且當(dāng)電池300被過冷卻和過加熱時，可以使冷卻劑循環(huán)通過加熱和冷卻電池300的熱電裝置400 ;第一截止閥700和第二截止閥720可以在冷卻通道500和600上的分叉點控制冷卻通道的打開和關(guān)閉；冷卻劑泵900，其可以控制冷卻劑的循環(huán)；以及控制器1000，其檢查電池的溫度。另外，該控制器1000可以控制截止閥700、720和冷卻劑泵900，使得當(dāng)電池300被過冷卻時冷卻劑可以循環(huán)通過電氣裝置200和熱電裝置400，并且使得當(dāng)電池300被過加熱時冷卻劑可以循環(huán)通過散熱器100和熱電裝置400。
[0026]在用于管理電池的系統(tǒng)中，冷卻回路可以通過并聯(lián)連接散熱器100、電氣裝置200和熱電裝置400來形成。諸如冷卻水之類的冷卻劑可以流過冷卻回路。特別地，電氣裝置200可以包括車輛的所有常見電子部件和電子裝置(例如電動機)。
[0027]3通截止閥700可以布置在熱電裝置400中，其中3通截止閥可以是圖1所示的實施例中的冷卻通道上的分叉點。該截止閥700可以是螺線管，并且可以通過打開和關(guān)閉多個管道來實現(xiàn)各種通道。此外，冷卻劑泵900可以布置在熱電裝置400的第二冷卻通道600中，并且可以工作使得當(dāng)需要使冷卻劑循環(huán)時使冷卻劑循環(huán)通過通道。
[0028]具體地，控制器1000可以控制第一截止閥700、第二截止閥720、和冷卻劑泵900以形成冷卻通道，其中當(dāng)電池300被過冷卻時，熱電裝置400可以升高電池300的溫度。因此，熱電裝置400的相反側(cè)可以被冷卻以向電池供應(yīng)熱量。
[0029]因此，如圖1中所示，控制器1000可以通過使冷卻劑循環(huán)通過電氣裝置200和熱電裝置400，來將熱量從電氣裝置200通過熱電裝置400供應(yīng)到電池300。因此，當(dāng)電池300的溫度升高時，可以使用來自電氣裝置的熱量而無需過度使用電池電力來操作熱電裝置400，從而節(jié)省能量。
[0030]另一方面，當(dāng)電池300被過加熱時，可能有必要冷卻電池300，并且控制器1000可以如圖2所示那樣通過控制截止閥700、720來控制冷卻劑的流動，以便回收來自電池300的熱量。換句話說，控制器1000可以通過使冷卻劑循環(huán)通過散熱器100和熱電裝置400，來控制熱量通過散熱器100排放，而無需增加過度熱量到熱電裝置400中。此外，由于冷卻劑可以積累一些熱量，所以當(dāng)電池300的溫度較低時可以通過使冷卻劑循環(huán)來防止過加熱，并且當(dāng)過加熱的程度相當(dāng)高時可以通過操作散熱器100的冷卻風(fēng)扇120來更有效地排放熱量。
[0031]此外，當(dāng)電池300和電氣裝置200被過加熱時，控制器1000可以如圖3所示那樣通過控制截止閥700，來使冷卻劑循環(huán)通過散熱器100、電氣裝置200和熱電裝置400，并且當(dāng)過加熱的程度相當(dāng)高時，控制器1000可以類似地通過操作散熱器100的冷卻風(fēng)扇120來更有效地排放熱量。
[0032]此外，熱電裝置400可以配備有朝向電池300布置的風(fēng)扇420。換句話說，熱電裝置400的一側(cè)可以暴露于電池300的內(nèi)部，并且其另一側(cè)可以暴露于電池300的外部，因此當(dāng)電池300內(nèi)部的空氣通過熱電裝置400的一側(cè)得到冷卻時可以為了空氣冷卻效率而布置風(fēng)扇420。
[0033]控制器1000可以以最大值控制冷卻劑泵900和風(fēng)扇420，使得由于熱電裝置400的熱傳導(dǎo)而可以執(zhí)行均勻冷卻和加熱，由此確保電池300得到適當(dāng)?shù)木S持。
[0034]此外，當(dāng)電池300被過加熱并且熱電裝置400發(fā)生故障時，電池300可以通過熱傳導(dǎo)而得到冷卻，因為散熱器100配備有冷卻風(fēng)扇120并且控制器1000控制冷卻劑泵900、冷卻風(fēng)扇120和風(fēng)扇420以最大水平操作。
[0035]圖4和5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于管理電池的系統(tǒng)的示例圖。圖4示出的系統(tǒng)還包括第三冷卻通道620，其可以與第一冷卻通道500或第二冷卻通道600并聯(lián)連接、并經(jīng)過電池充電器220。該冷卻通道可以由電池充電器(例如，車載充電器(0BC))形成，并且可以與車輛的電氣裝置200分離布置。第三冷卻通道620與電氣裝置200間隔開可以允許熱量被更有效地管理，因為充電器220僅在充電時產(chǎn)生熱量。
[0036]在該實施例中，當(dāng)充電器220不工作時，控制器1000控制冷卻劑不循環(huán)通過充電器220，使得來自電氣裝置200的熱量可以用于控制電池300的溫度。如圖4所示，截止閥可以由兩個3通閥700和720組成，并且設(shè)置兩個冷卻劑泵800和900。此外，如圖5所示，該回路可以由一個4通閥740構(gòu)成，而不是由兩個3通閥構(gòu)成，以便通過內(nèi)部旋轉(zhuǎn)門742有選擇地產(chǎn)生各種通道。
[0037]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的管理電池的方法的示例性流程圖。該方法可以包括:由控制器檢查電池的溫度(S200);當(dāng)電池被過冷卻時，由控制器控制截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過多個電氣裝置和一熱電裝置(S300);以及當(dāng)電池被過加熱時，由控制器控制截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和熱電裝置(S400)。換句話說，可以通過由控制器檢查電池的溫度來確定電池被過加熱還是被過冷卻。該處理可以使用適當(dāng)?shù)念A(yù)定溫度范圍來執(zhí)行。此外，當(dāng)電池被過冷卻時，由控制器控制截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過電力電子裝置(power electrics)和熱電裝置(S300)。此外，當(dāng)電池被過加熱時，由控制器控制截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和熱電裝置(S400 )。
[0038]特別地，控制截止閥(S400)可以包括:當(dāng)控制器確定電池和電氣裝置被過加熱(S430 )時，控制截止閥以便使冷卻劑循環(huán)通過所有電力電子裝置和熱電裝置(S500 )。
[0039]此外，當(dāng)熱電裝置發(fā)生故障時，以最大水平控制風(fēng)扇和冷卻劑泵(S600),其中風(fēng)扇可以朝向電池布置在熱電裝置中。該處理還可以包括:在各間隔S100、S320和S420確定熱電裝置故障。當(dāng)熱電裝置發(fā)生故障時，控制器可以以最大水平控制工作風(fēng)扇、冷卻劑泵、和散熱器中的冷卻風(fēng)扇。此外，當(dāng)檢查電池的溫度(S700)并且確定電池溫度處于正常溫度范圍內(nèi)時，管理可以結(jié)束。可替換地，當(dāng)熱電裝置發(fā)生故障時，控制器可以以最大水平控制熱電裝置的朝向電池布置的風(fēng)扇(S600)，并且當(dāng)冷卻劑的溫度比電池的溫度低時，控制器可以以最大水平控制冷卻劑泵。
[0040]根據(jù)具有上述配置的用于管理電池的系統(tǒng)和方法，可以通過使用來自多個電氣裝置的熱量來改進(jìn)電池的加熱能力，并且可以通過與冷卻水交換熱電裝置外部的熱量來防止電池壽命的惡化。此外，可以在對電池進(jìn)行充電或者在較冷天氣中行駛的同時加熱高電壓電池并維持最佳溫度，并且可以確保電池有充足的可用能量。另外，與使用現(xiàn)有的內(nèi)部空氣冷卻系統(tǒng)的情況相比，可以在對電池進(jìn)行充電或者在較暖的氣候中行駛的同時冷卻高電壓電池并維持最佳溫度，可以確保電池壽命的耐久性，并且可以減少能量消耗。
[0041]盡管參考附圖中所示的特定實施例描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，可以以各種方式對本發(fā)明做出變更和修正，而不脫離所附權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的范圍。
[0042]已經(jīng)參考本發(fā)明的示例性實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以對這些實施例作出變更、修正和變型，而不脫離本發(fā)明的原理和精神，其中本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價形式限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于管理電池的系統(tǒng)，包括: 冷卻劑泵，其被配置成使冷卻劑循環(huán)通過所述系統(tǒng)； 包括第一截止閥的第一冷卻通道，其被配置成使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和多個電氣裝置，其中當(dāng)所述電池被過冷卻和過加熱時所述冷卻劑加熱和冷卻所述電池； 與所述第一冷卻通道并聯(lián)連接的包括第二截止閥的第二冷卻通道，其中所述第二冷卻通道被配置成使冷卻劑循環(huán)通過熱電裝置；以及 控制器，其被配置成: 檢查所述電池的溫度； 打開和關(guān)閉所述第一和第二截止閥；以及 當(dāng)所述電池被過冷卻時，控制所述冷卻劑泵以使冷卻劑循環(huán)通過所述多個電氣裝置和所述熱電裝置，并且當(dāng)所述電池被過加熱時，控制所述冷卻劑泵以使冷卻劑循環(huán)通過所述散熱器和所述熱電裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成當(dāng)所述電池和所述多個電氣裝置被過加熱時，使冷卻劑循環(huán)通過所述散熱器、所述多個電氣裝置、和所述熱電裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱電裝置包括朝向所述電池布置的風(fēng)扇。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置成當(dāng)所述熱電裝置發(fā)生故障時控制冷卻劑泵和所述風(fēng)扇以最大水平操作。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器包括冷卻風(fēng)扇，當(dāng)所述電池被過加熱并且所述熱電裝置發(fā)生故障時，所述冷卻風(fēng)扇與所述冷卻劑泵一起由所述控制器以最大水平操作。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括與所述第一冷卻通道或所述第二冷卻通道連接、并經(jīng)過電池充電器的第三冷卻通道，其中當(dāng)所述充電器不工作時，所述控制器控制冷卻劑不循環(huán)通過所述充電器。
7.一種管理電池的方法，包括: 由控制器檢查電池的溫度； 當(dāng)所述電池被過冷卻時，由所述控制器打開和關(guān)閉截止閥，以使冷卻劑循環(huán)通過熱電裝置和多個電氣裝置；以及 當(dāng)所述電池被過加熱時，由所述控制器打開和關(guān)閉所述截止閥，以使冷卻劑循環(huán)通過散熱器和所述熱電裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括:當(dāng)所述電池和所述多個電氣裝置被過加熱時，由所述控制器打開和關(guān)閉所述截止閥以使冷卻劑循環(huán)通過所述多個電氣裝置和所述熱電裝置。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括:當(dāng)所述熱電裝置發(fā)生故障時，由所述控制器以最大水平控制風(fēng)扇和冷卻劑泵，其中所述風(fēng)扇朝向所述電池布置在所述熱電裝置中。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中當(dāng)所述熱電裝置發(fā)生故障時，所述控制器以最大水平控制所述風(fēng)扇、所述冷卻劑泵、和所述散熱器中的冷卻風(fēng)扇。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述控制器還被配置成: 當(dāng)所述熱電裝置發(fā)生故障時，以最大水平控制所述熱電裝置的朝向所述電池布置的所述風(fēng)扇；和當(dāng)冷卻劑的溫度低于所述電池的溫`度時，以最大水平控制所述冷卻劑泵。
【文檔編號】H01M10/42GK103779618SQ201210564361
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】金才熊, 吳萬周, 樸宰佑 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社