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CN103715476A - 用于管理电池的系统和方法 - Google Patents

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CN103715476A
CN103715476A CN201210599157.1A CN201210599157A CN103715476A CN 103715476 A CN103715476 A CN 103715476A CN 201210599157 A CN201210599157 A CN 201210599157A CN 103715476 A CN103715476 A CN 103715476A
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cooling
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金才熊
吴万周
朴宰佑
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Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

本发明公开了一种用于管理电池的系统和方法，该系统包括：冷却剂泵，用于使冷却剂循环经过该系统；第一冷却通道，包括第一截止阀，并配置成使冷却剂循环经过散热器和热电装置，其中当电池过冷和过热时，冷却剂加热和冷却电池；第二冷却通道，包括第二截止阀，并且与第一冷却通道并联连接，其中第二冷却通道配置成使冷却剂循环经过电池充电器；控制器，配置成确定何时车辆停泊或在充电，检查电池的温度，打开和关闭第一和第二截止阀，以及当电池过冷和过热时，控制冷却剂泵使冷却剂循环经过热电装置、第一冷却通道和第二冷却通道。

Description

用于管理电池的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在车辆运行期间通过根据电池的状态最优地管理电池温度，在保持车辆性能和电池耐久性的同时管理电池的系统和方法。
背景技术
近来开发的例如混合动力车辆、电动车辆和燃料电池车辆等环保车辆，使用高压电池作为能量供应源。然而，高压电池的寿命在高温下缩短，并且可用能量的量在低温下迅速减少。一般而言，本领域公知的高压电池的运行效率温度是大约20℃至30℃。
用于冷却电池的现有方法在高温下执行冷却，并且用于升高电池温度的现有方法是使用内部冷却空气执行的。然而，当升高电池温度时内部空气冷却负荷增加，从而限制了电池的控制。换言之，当内部冷却器未运行时，对于电池的空气冷却是困难的，并且当内部温度较高时，内部空气在很多情况下不能使用。因此，使用内部空气冷却或加热电池存在多种问题，并且有必要使用不同类型的热源冷却和加热电池。
相应地，尽管最近的开发使用热电装置冷却和加热电池，然而由于该装置必须被供应特定的电池电力，因此车辆的燃料效率降低，并且当电池耗尽时难以使用这样的装置控制电池的温度。
以上作为本发明的现有技术给出的说明仅仅为了帮助理解本发明的背景，并且不应被解释为包括在本领域技术人员公知的现有技术中。
发明内容
本发明提供了一种用于管理电池的系统和方法，其可使用车辆中的充电器的热量同时使用车辆的冷却剂回路来保持和管理电池的运行效率温度。
本发明还提供了一种用于管理电池的系统(例如，电池管理系统“BMS”)，其包括：使冷却剂循环经过散热器以及在电池过冷或过热时加热和冷却电池的热电装置的第一冷却通道；与第一冷却通道并联连接并且使冷却剂循环经过电池充电器的第二冷却通道；在冷却通道的分支点控制通道的打开和关闭的截止阀；控制冷却剂的循环的冷却剂泵；以及控制器，当车辆停泊或充电时控制截止阀和冷却剂泵，使得当电池过冷或过热时冷却剂循环经过热电装置和第一冷却通道或第二冷却通道。
当电池过冷时，控制器使冷却剂循环经过具有最高温度的冷却通道，其中冷却通道可以是第一冷却通道、第二冷却通道和热电装置。另外，当电池过热时，控制器使冷却剂循环经过第一冷却通道、第二冷却通道和热电装置当中具有最低温度的冷却通道。此外，当电池过热并且车辆充电时，控制器使冷却剂循环经过散热器、充电器和热电装置。
热电装置配备有吹向电池的风扇。当热电装置发生故障时，控制器控制冷却剂泵和风扇以最大程度运行。当电池过热并且热电装置发生故障时，控制器还以最大程度控制包括冷却风扇的散热器。
此外，根据本发明的管理电池的方法包括：通过控制器确定车辆是否停泊或充电；通过控制器检查电池的温度；以及当车辆停泊或充电时，控制截止阀和冷却剂泵，以便当电池过冷或过热时使冷却剂循环经过热电装置、第一冷却通道或第二冷却通道。
在控制截止阀和冷却剂泵的步骤中，当电池过冷时，冷却剂循环经过第一冷却通道、第二冷却通道和热电装置当中具有较高温度的冷却通道。类似地，当电池过热时，冷却剂循环经过第一冷却通道、第二冷却通道和热电装置当中具有较低温度的冷却通道。
控制截止阀和冷却剂泵的步骤还包括：当电池过冷并且充电时，控制截止阀以使冷却剂循环经过充电器和热电装置；以及当电池过热时，控制截止阀以使冷却剂循环经过散热器和热电装置。此外，当电池过热并且车辆充电时，可控制截止阀和冷却剂泵，使得冷却剂循环经过充电器和热电装置。
管理电池的方法还包括安全步骤，其中当热电装置发生故障时，控制器以最大程度控制在热电装置中朝向电池布置的风扇和冷却剂泵。类似地，当热电装置发生故障时，控制器以最大程度控制运行风扇、冷却剂泵和散热器中的冷却风扇。
此外，管理电池的方法包括控制并联连接散热器、充电器以及加热和冷却电池的热电装置的冷却通道，其中当车辆停泊或充电时，通过控制截止阀和冷却剂泵，当电池过冷或过热时控制冷却剂循环经过第一冷却通道或第二冷却通道和热电装置。
附图说明
现在将参照附图中示出的示例性实施方式，详细说明本发明的上述和其他特征、目的及优点，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此不限制本发明。并且其中：
图1和2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于管理电池的系统的运行的示例性视图；
图3是示出根据本发明的另一示例性实施方式的用于管理电池的系统的运行的示例性视图；并且
图4是示出根据本发明的示例性实施方式的管理电池的方法的示例性流程图。
应该理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种示例性特征的有所简化的表现形式。本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征将部分地由特定目的的应用和使用环境来确定。
在图中，贯穿附图的多幅图中相同的附图标记表示本发明的相同或等效的部件。
具体实施方式
需要理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
另外，需要理解的是术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储模块/单元，并且处理器具体配置成执行所述模块，以便执行以下进一步描述的一个或多个处理。
本文所使用的术语仅用于说明特定的实施方式，而不意在限制本发明。如文中所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”意在同样包括复数形式，除非上下文另外明示。还将理解的是，词语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时，是指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。如文中所使用的，词语“和/或”包括一种或多种相关列出项目的任意和全部组合。
以下将详细参考本发明的不同实施方式，其实例在附图中示出并在以下说明。
以下参照附图说明根据本发明的实施方式的用于管理电池的系统和方法。
图1和图2是示出根据本发明的实施方式的用于管理电池的系统的运行的示例性视图。该系统可包括：配置成使冷却剂循环经过系统的冷却剂泵900；第一冷却通道600，其包括第一截止阀700，可使冷却剂循环经过当电池300过冷或过热时可加热和冷却电池300的热电装置400和散热器100；第二冷却通道620，其包括第二截止阀720，可与第一冷却通道600并联连接并可使冷却剂循环经过配置成对电池充电的充电器220；控制器1000，其配置成确定何时车辆停泊或充电，检查电池的温度，打开和关闭第一和第二截止阀700、720，并且在车辆停泊或充电时控制冷却剂泵900，以便当电池300过冷或过热时使冷却剂循环经过热电装置400和第一冷却通道600或第二冷却通道620。
具体地，当电池300过冷时，控制器1000可使冷却剂循环经过具有最高温度的冷却通道，其中冷却通道根据最高温度选自第一冷却通道600、第二冷却通道620和热电装置400。另外，当电池300过热时，控制器1000可使冷却剂循环经过具有最低温度的冷却通道，其中冷却通道选自第一冷却通道600、第二冷却通道620和热电装置400。
在用于管理电池的系统中，可通过并联连接散热器100、充电器220(例如，车载充电器“OBC”)和热电装置400而形成冷却回路。例如冷却水的冷却剂可流经冷却回路。具体地，充电器220是指用于为电动车辆的电池充电的系统。此外，如果有必要，冷却剂可循环经过可与附加冷却通道500并联连接的电力装置200。当车辆行驶时电力装置200可产生热量，因此可控制第一和第二截止阀700、720以及泵800使冷却剂循环至电力装置200并将热量传递至电池300。
此外，在图1中所示的实施方式中，截止阀可以是布置于热电装置400中的三通截止阀700、720。第一和第二截止阀700、720可以是电磁阀并可通过打开和关闭多个管道而实现多种通道。此外，冷却剂泵900可布置于热电装置400的第一冷却通道600中并可进行操作使得冷却剂可循环经过第一冷却通道600。
具体地，控制器1000可控制截止阀700、720和冷却剂泵900，以在电池过冷时形成热电装置400加热电池300的通道。因此，热电装置400的相反侧可被冷却以对电池300施加热量。
因此，如图1中所示，控制器1000可通过使冷却剂循环经过充电器220和热电装置400，将车辆充电时从充电器220产生的热量经热电装置400供应给电池300。因此，当电池300温度升高时，可使用源于充电器的热量而不过多使用电池电力运行热电装置400，从而节省了能量。结果，在车辆停泊期间可防止电池300过冷。
另一方面，当电池300过热时，可能必须冷却电池300，并且控制器1000可如图2中所示，通过控制第一截止阀700来控制冷却剂的流动，以便从电池300回收热量。换言之，控制器1000可通过使冷却剂循环经过散热器100和热电装置400，控制经散热器100的放热而不将过多能量加入热电装置400中。此外，由于冷却剂可积蓄一些热量，因此当电池300的温度相当低时可通过冷却剂的循环防止过热，并且当过热程度相当高时可通过运行散热器100的冷却风扇120更有效地释放热量。通过这种配置，可在较高外部温度下在长时间车辆运行期间执行电池的冷却，以确保电池的耐久性。
此外，当电池300和充电器220过热时，控制器1000可如图3中所示控制第二截止阀720，以使冷却剂循环经过散热器100、充电器220和热电装置400。换言之，当电池充电同时被外部空气加热时，当过热程度相当高时，可运行散热器100的冷却风扇120。通过这种配置，充电器220可在充电时同时被冷却，以便提高充电效率并确保系统安全。
此外，热电装置400可配备有朝向电池300布置的风扇420。换言之，热电装置400的一侧可暴露于电池300的内部而另一侧可暴露于电池300的外部，因此当通过热电装置400的一侧冷却电池300内部的空气时，可为了空气冷却效率而布置风扇420。
控制器1000可以最大程度控制冷却剂泵900和风扇420，使得可执行由于热电装置400的热传导进行的均匀冷却和加热，从而确保电池300得以适当维护。
此外，由于散热器100可配备冷却风扇120并且控制器1000可控制冷却剂泵900、冷却风扇120和风扇420以最大程度运行，因此当电池过热并且热电装置失效时，电池300可通过热传导得以冷却。
图3是示出根据本发明的实施方式的用于管理电池的系统的示例性视图。如图3中所示，围绕电力电子装置200的冷却回路可配置使用一个四通阀740取代两个三通阀，因为当使用四通阀740时，可通过内部旋转门742建立各种通道。
图4是示出根据本发明的实施方式的管理电池的方法的示例性流程图。该方法可包括：确定车辆是否停泊或充电(S10)；检查电池的温度(S200)；以及当车辆停泊或充电时，控制截止阀和冷却剂泵，以便当电池过冷或过热时，使冷却剂循环经过热电装置、第一冷却通道或第二冷却通道(S1000)。
此外，在控制截止阀和冷却剂泵的步骤(S1000)中，当电池过冷时，冷却剂可循环经过具有显著较高温度的冷却通道，其中冷却通道选自第一冷却通道、第二冷却通道和热电装置。另外，当电池过热时，冷却剂可循环经过具有显著较低温度的冷却通道，其中冷却通道选自第一冷却通道、第二冷却通道和热电装置。
另外，控制截止阀和冷却剂泵的步骤(S1000)还可包括：当电池过冷并且充电时，控制截止阀使冷却剂循环经过充电器和热电装置(S300)；以及当电池过热时，控制截止阀使冷却剂循环经过散热器和热电装置(S400)。
换言之，响应于确定车辆是否停泊或充电，控制器可通过检查电池的温度，确定电池是否过热或过冷。此外，可通过比较温度与预定温度范围来确定电池的状态。另外，当电池过冷并且充电时，可控制截止阀使冷却剂循环经过充电器和热电装置(S300)。此外，当电池过热时，可控制截止阀使冷却剂循环经过散热器和热电装置(S400)。
另外，通过确定电力电子装置是否同样过热(S430)，当电池和电力电子装置过热时，可控制截止阀使得冷却剂循环经过所有电力电子装置和热电装置(S500)。
该方法还包括，当热电装置发生故障时，以最大程度控制在热电装置中朝向电池布置的风扇和冷却剂泵(S600)。此过程还可包括在各个点S100、S320和S420调节是否以最大程度控制风扇(S600)。当热电装置失效时，控制器可以最大程度控制运行风扇、冷却剂泵和散热器中的冷却风扇。此外，当检查电池的温度并且其处在基本正常的温度范围内时(S700)，管理结束。
根据具有上述配置的用于管理电池的系统和方法，可在车辆停泊或充电时根据外部温度(例如，大约-30℃至50℃)管理电池的温度。此外，当外部空气为相当低的温度时，可将电池预热以增加可用电量，从而增加潜在的行驶距离(例如，大约10％或更多)。另外，当外部空气为相当高的温度时，可将电池预冷以防止电池耐用寿命的退化。
已参照示例性实施方式详细说明了本发明。然而，本领域技术人员将会理解的是，可在这些实施方式中做出改变、修改和变化而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围限定在所附权利要求及其等效形式中。

Claims (14)

1.一种用于管理电池的系统，包括：
冷却剂泵，配置成使冷却剂在整个所述系统内循环；
第一冷却通道，包括第一截止阀，并配置成使冷却剂循环经过散热器和热电装置，其中当所述电池过冷和过热时，冷却剂加热和冷却所述电池；
第二冷却通道，包括第二截止阀，并且与所述第一冷却通道并联连接，其中所述第二冷却通道配置成使冷却剂循环经过电池充电器；以及
控制器，配置成：
确定何时车辆停泊或在充电；
检查所述电池的温度；
打开和关闭所述第一和第二截止阀；以及
当车辆停泊或在充电并且所述电池过冷或过热时，控制所述冷却剂泵。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成当所述电池过冷时，使冷却剂循环经过具有最高温度的冷却通道，其中所述冷却通道选自所述第一冷却通道、所述第二冷却通道和所述热电装置。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成当所述电池过热时，使冷却剂循环经过具有最低温度的冷却通道，其中所述冷却通道选自所述第一冷却通道、所述第二冷却通道和所述热电装置。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成当所述电池过热并且所述车辆在充电时，使冷却剂循环经过所述散热器、所述充电器和所述热电装置。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述热电装置包括朝向所述电池布置的风扇。
6.如权利要求5所述的系统，其中当所述热电装置失效时，通过所述控制器控制所述风扇与所述冷却剂泵一起以最大程度运行。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述散热器包括冷却风扇，当所述电池过热并且所述热电装置失效时，通过所述控制器使所述冷却风扇与所述冷却剂泵一起以最大程度运行。
8.一种管理电池的方法，包括：
通过控制器确定何时车辆停泊或在充电；
通过所述控制器检查所述电池的温度；
通过所述控制器在第一和第二冷却通道的多个分支点，打开和关闭所述第一和第二冷却通道的截止阀；以及
当所述车辆停泊或在充电并且所述电池过冷和过热时，通过所述控制器控制冷却剂泵使冷却剂循环经过所述第一冷却通道、所述第二冷却通道和热电装置。
9.如权利要求8所述的方法，还包括当所述电池过冷时，通过所述控制器使冷却剂循环经过具有最高温度的冷却通道，其中所述冷却通道选自所述第一冷却通道、所述第二冷却通道和所述热电装置。
10.如权利要求8所述的方法，还包括当所述电池过热时，通过所述控制器使冷却剂循环经过具有最低温度的冷却通道，其中所述冷却通道选自所述第一冷却通道、所述第二冷却通道和所述热电装置。
11.如权利要求8所述的方法，其中使冷却剂循环的处理还包括：
当所述电池过冷并且充电时，通过所述控制器控制所述截止阀使冷却剂循环经过充电器和所述热电装置；以及
当所述电池过热时，通过所述控制器控制所述截止阀使冷却剂循环经过散热器和所述热电装置。
12.如权利要求11所述的方法，其中通过所述控制器使冷却剂循环的处理还包括，当所述电池过热并且所述车辆充电时，控制所述截止阀使冷却剂循环经过所述充电器和所述热电装置。
13.如权利要求11所述的方法，还包括响应于所述热电装置失效，通过所述控制器以最大程度控制在所述热电装置中朝向所述电池布置的风扇以及所述冷却剂泵。
14.如权利要求13所述的方法，其中响应于所述热电装置失效，所述控制器以最大程度控制所述风扇、所述冷却剂泵和所述散热器中的冷却风扇。
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C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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