用于调节电化学电池温度的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及与电化学电池或固定电池组相连接的系统领域，例如飞行器、陆地交通工具(卡车、公共汽车、两轮车辆等)或海上交通工具。具体地，本发明涉及具有混合动力或电动动力传动系的车辆领域。混合动力车辆包括至少两个电机(或类似的机器)，其中至少一个是电动的。具体地，本发明涉及用于这类车辆的电化学电池领域。
[0002]更具体地，本发明涉及能够对电动机供应电流的电化学电池的温度进行调节的系统。
【背景技术】
[0003]在现有的传统系统中，具有混合动力或电动动力传动系的车辆的电动机与电化学电池形式的电能储存装置(例如氧化铅-硫酸、镍氢或锂离子电池)相联接。
[0004]具有混合动力或电动动力传动系的车辆的电动机的电化学电池通常是由一组电能积累元件串联连接组成的，各电能积累元件包括至少一个电化学电池单元。尽管电化学电池单元端子上的电压相对较低(对于锂离子电池单元，在4V的范围内)，但电池端子上的电压通常为几百伏。这种电池因而被称为高电压电池，但是它的缺点是具有内电阻，该内电阻相对较高，但最重要的是对蓄电池的温度高度敏感。
[0005]已知的是，这种类型的电池的有效容量和功率对于一定温度范围(对于锂离子电池单元，典型地是15°C到45°C)是最高的。在此范围之外，尤其是当蓄电池的温度在0°C以下时，电池的容量和功率可能不足以保证在电动模式下的车辆的正常操作。此外，在低温下难以对电池完全放电或充电。在45°C以上，通常有意地限制电池的使用，以避免其损坏。
[0006]实际上，一些类型的电池组，如包括锂离子电化学电池单元的电池组，尤其是受到非常寒冷的气温的不利影响，在其内电阻随着温度的降低而升高的情况下，它们可能不再能够保证在温度为o°c以下时对电动机供电或再充电。
[0007]为避免这类电池单元的电化学核心应力超限或避免加重电解质降解以及增加寄生反应，当温度低于0°c或高于45°C时，需要限制流经它们的电流的强度值。
[0008]有时候有可能使电池单元超尺寸来用以避免这些缺点，但这样导致了成本和大小的显著增加。
[0009]因此，在装备有这类电池的车辆中，通常需要提供一种系统以用于在低的外部温度情况下对组成所述电池的这些电化学电池单元重新加热或用于在这些能量积累元件过热的情况下进行冷却。
[0010]此外，这些能量积累元件是串联连接的，以便使电池输出电压最大化、并减小电流强度值和布线尺寸，当一个单一元件的温度与其他元件的温度不同时，这组能量积累元件将受到功率限制，因为同样的电流强度流经各个能量积累元件。因而，在电池中具有不同温度的一个单一元件对作为整体的电池具有其局限性。
[0011]此外，当电池不再是能量积累元件的均质块、但具有复杂形状(例如“T”形)时或者当电池是由分布在车辆中的不同部位的一组能量积累元件组成时，加重了这些异质特性。
[0012]用于加热和冷却电池组的系统是已知的，这些系统包括位于这些积累元件周围、在电池外部或内部的一个加热装置，包括允许对电池组进行冷却或加热的空气或水冷却回路，特别是使用一个用于对在冷却回路中流动的冷却剂进行加热的装置，如正温度系数(“PTC”)电阻器。这些电阻器可以直接整合在旨在被吹到电池上方的空气的回路中。
[0013]然而，这种类型的解决方案不能在成本和尺寸方面进行优化，并且可能侵入车辆的整个冷却系统。
[0014]此外，这种类型的解决方案用于作为一个整体的电池的热调节，而冷却剂的分布及其特性(尤其是温度)的变化可导致电池单元之间的温度差异。实际上，在电池的不同区域之间存在实质性的温差，例如在20°C的范围内。与冷却回路接触的第一电池单元是以充分的方式被冷却或加热的。位于冷却回路末端的这些第一电池接收已经被前面遇到的电池单元加热或冷却的空气，这样使得这些电池单元随后更少地被冷却或加热。这样导致了性能上的限制，即最少被加热或冷却的电池单元的过早老化或退化，并且导致了电池的非均匀性。这种非均匀性减小了可用能量，因为具有最低充电电压的电池单元将其充电量施加在其他电池单元上，并且因而降低了作为一个整体的电池的能量电势。
[0015]还可以参考文件US 2012021397，该文件描述了一种系统，该系统通过使电流在电池中流动以通过电池单元内部电阻器对这些电池单元进行加热。
[0016]然而，这种类型的系统可使该电池的所有电池单元以均匀的方式被加热，其方式是，当这些元件之间存在温差时，相同的电池组的不同电池单元之间的温度差异持续存在。
【发明内容】
[0017]本发明的目的因此是克服这些缺点。
[0018]更具体地，本发明旨在对电池的积累元件内部温度提供调节，以在各电化学电池单元中达到相似的温度。
[0019]本发明的另一目的是直接经由电池的内部对电池的电化学电池单元进行加热。
[0020]本发明的目的是还使组成电池组的元件的老化变均匀，以便得到持续时间更长的电池组，并因而减少电池在‘寿命终止’时的更换。
[0021]本发明的主题是一种用于电化学电池(尤其是混合动力或电动车辆的电化学电池)的温度进行调节的系统，该电化学电池包括至少两个电能积累元件，各电能积累元件包括至少一个电化学电池单元。
[0022]该温度调节系统包括用于使流经电池的电流的强度值上升至第一阈值的装置。因此对该电池的一个确定部分进行加热。还可能对电池的温度进行调节，以便使电池单元之间的温度差异最小化。
[0023]用于增加电流强度值的装置包括用于断开和连接电能积累元件的一个模块。这允许保持连接的积累元件能更快地加热，并且使断开的积累元件更快地冷却或比其他能量积累元件加热较少。
[0024]该调节系统有利地包括用于根据由测量装置所测的各积累元件的温度而确定这个或这些电能积累元件断开或连接的一个模块。
[0025]在一个实施例中，该断开和连接模块包括用于在不同的电能积累元件中切换电流的装置。电池内的温度因而变均匀，并且各能量调节元件之间的温度差异消失。
[0026]这些电化学电池单元例如是锂离子电池单元。
[0027]在一个实施例中，该电池组包括N个电能积累元件，并且该断开和连接模块能够断开或连接N-1个能量积累元件。
[0028]根据第二方面，本发明涉及一种用于对具有混合动力或电动动力传动系的机动车辆的电池组的温度进行调节的方法，该电池组包括至少两个电能积累元件，各电能积累元件包括至少一个电化学电池单元，其中，通过断开或连接这些电能积累元件中的至少一个而使流经该电池组的电流强度的数值上升至第一阈值。
[0029]根据其温度和/或其在该电池组中的位置和/或其健康状态(“S0H”)，有利地确定将要断开的电能积累元件。
[0030]对温度进行调节的一个优点是，在某些情况下，能够使与老化有关的交换功率(=性能标准)增加。
[0031]在一个实施例中，根据使用者需要的功率来确定要断开的电能积累元件。因而，在低温下，当所需功率较低时，对最冷的积累元件进行连接以将其加热，并且当所需功率较高时，对最热的积累元件进行连接以避免限制电流。热积累元件会更快受热，因而加重了失衡，但允许使用者驾驶。
[0032]根据一个实施例，通过不同电能积累元件中的电流的切换而使这些电能积累元件的温度均匀。由此对电池的所有元件依次加热。
[0033]最后，根据一个不同的实施例，为了使电池的温度变均匀，可以通过断开其他元件而使最冷的元件受热(则在最冷的元件中以恒定功率增加电流，由此使其加热)，和/或可以通过断开它们而使最热的元件受热较少(则流经断开的元件的电化学电池单元的电流为零，因为它们受热较少或甚至冷却下来)。
【附图说明】
[0034]通过阅读仅作为非限制性实例并且通过参见附图而给出的以下说明，本发明的其他目标、特征和优点将变得明显，在附图中:
[0035]-图1示意性地示出了根据本发明的电池调节系统；
[0036]-图2示出了根据本发明的方法的一个实施例。
【具体实施方式】
[0037]参见图1，电化学电池1形式的电力储存装置包括多个电能积累元件By i是积累元件的数目、在1与N之间，使得能够产生用于具有电动或混合动力牵引或推进的车辆的动力化的电能(未示出)。
[0038]各电能积累元件81包括至少一个电化学电池单元，例如锂离子电池单元。
[0039]在此，电池1包括八个电能积累元件By i是在1与8之间。应注意，电池1可以包括数量大于或等于二的电能积累元件能量积累元件匕至88是串联布置的。电流Ibat是流经这些积累元件的电流。
[0040]用于调节电池温度的系统，其整体表示为2，包括一个测量模块3，该测量模块接收:
[0041]-电池1和源于测量装置(如各元件Ti的温度传感器(未示出))或各