车辆牵引电池的热调节的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及使用电池组内的组件来进行车辆电池调节，从而改善在低环境温度下电池电流的输送。
【背景技术】
[0002]例如，极低环境温度(诸如-30°C (-22 °F )及以下)削弱车辆牵引电池将电流输送到电动车辆或混合动力车辆的马达的能力。电池的热调节提高在低环境温度下的性能。
[0003]各种策略已经被用于提供电池的热调节，其中的许多策略需要外部接口(电气、流体或空气)来加热电池组。一种这样的方法使用被设置在靠近电池外侧的位置的正热系数(PTC)电阻元件来加热电池。该方法需要被布置以加热电池的单独的加热器以及用于每个电池单元的PTC电阻元件。另一种用于加热车辆电池的策略使用具有外壳的二次电池模块，所述外壳围绕电池以允许传热介质流进和流出外壳。该方法需要大的电池模块并使用传热介质。另一种策略包括具有附着在电池的一侧的正温度系数装置的电池加热器。又一种方法包括控制用于加热元件的电流流动的内部电池温度传感器，所述加热元件固定到电池内部的冷却板上。
【发明内容】
[0004]—种车辆牵引电池包括多个电池单元和用于控制牵引电池的各种功能的电池能量控制模块(BECM)。BECM被设置在车辆牵引电池内，并且包括具有至少一个正温度系数组件(诸如，热敏电阻器或半导体可变电阻器)的电路，所述电路连接到所述多个电池单元中的至少一个，以用于所述多个电池单元的热调节。
[0005]在一个实施例中，一种车辆(诸如，电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力电动车辆)包括由车辆牵引电池供电的电动马达。车辆牵引电池包括连接到设置在牵引电池内的控制模块的多个电池单元。控制模块包括与所述多个电池单元相关联的电池单元充电平衡电路。所述充电平衡电路包括正温度系数装置，以响应于施加到充电平衡电路的电流为所述多个电池单元提供热调节。例如，所述正温度系数装置可以通过适当地选择的热敏电阻器或半导体可变电阻器来实现。电池控制模块可以被配置为:响应于环境温度或电池单元温度在关联的阈值之下，启动充电平衡电路，以提供电池热调节。
[0006]实施例还可以包括一种具有与牵引电池进行通信的电动马达/发电机的车辆。所述牵引电池包括多个电池单元、与牵引电池设置在一起的多个热敏电阻器、以及设置在牵引电池内并且与所述多个电池单元和所述多个热敏电阻器进行通信的电池控制模块。所述电池控制模块被配置为:将电流从所述多个电池单元供应到所述多个热敏电阻器，以提供电池热调节。在各种实施例中，热敏电阻器通过开关型热敏电阻器来实现。所述热敏电阻器可以在相应的充电平衡电路内被连接，每个充电平衡电路与所述多个电池单元中的相应的电池单元相关联。所述多个热敏电阻器中的每个被设置在相应的充电平衡电路内，所述充电平衡电路与所述多个电池单元中的相应的电池单元相关联。所述电池控制模块在所述多个电池单元的充电平衡期间将电流供应给所述多个热敏电阻器。所述热敏电阻器包括开关型热敏电阻器。所述热敏电阻器包括半导体可变电阻器。所述电池控制模块基于电池单元温度和所述多个热敏电阻器的电阻-温度特性来补偿电池单元充电平衡。所述多个热敏电阻器中的每个跨接于所述多个电池单元中的相应一个电池单元。
[0007]—种车辆牵引电池包括多个电池单元和用于对所述多个电池单元进行充电平衡的电池能量控制模块(BECM)。所述BECM被设置在车辆牵引电池内，并且具有电路，所述电路包括至少一个连接到所述电池单元中的至少一个的正温度系数组件，以用于所述多个电池单元的热调节。所述电路包括跨接于所述多个电池单元中的关联的电池单元的充电平衡电路。所述正温度系数组件包括热敏电阻器。所述正温度系数组件包括半导体可变电阻器。所述电路包括用于所述多个电池单元中的每个的正温度系数热敏电阻器。
[0008]各种优点与本公开的各种实施例相关联。例如，本公开的实施例利用与电池组内的正温度系数(PTC)装置相结合的现有充电平衡电路，来实现牵引电池的温度依赖性热调节。用PTC装置(诸如，PTC热敏电阻器或硅电阻器(半导体可变电阻器))替换在电池能量控制模块(BECM)中被用于充电平衡的电阻器中的一些或所有，允许更多充电平衡电流在极低温度下流动，因此通过在BECM中1?功率损失产生更多热。各种实施例可以包括并联布置的PTC装置或与其他的电阻装置和/或二极管并联和串联的电阻电路，以实现用于充电平衡和热调节的电阻和电流的期望的范围。为了在极低温度下调节电池组，BECM可以启动充电平衡电路中的一个或更多个。PTC装置的使用与由BECM提供的温度控制相结合提供温度的自调节。
【附图说明】
[0009]图1是根据本公开的用于具有用于电池热调节的PTC装置的牵引电池组的实施例的代表性车辆应用的方框图；
[0010]图2是根据本公开的实施例的具有BECM的牵引电池组的方框图，BECM具有用于电池热调节的PTC装置；
[0011]图3是示出了热敏电阻器和半导体可变电阻器的代表性特性的曲线图；以及
[0012]图4是根据本公开的各种实施例的示出与电池组的每个电池单元相关联以提供电池热调节的PTC装置的使用的BECM的方框图。
【具体实施方式】
[0013]根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应当理解的是，虽然所公开的实施例可能没有被明确地描述或示出，但是所公开的实施例仅为在本公开范围内的示例性实施例和其他实施例。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定组件的细节。因此，具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员在公开的范围内以多种形式应用实施例的代表性基础。
[0014]图1描绘了在插电式混合动力电动车辆(HEV)中包含使用PTC装置的牵引电池热调节的代表性应用。本领域的普通技术人员将认识到，使用电池组内的PTC装置的电池热调节可以被用在可能在低环境温度环境中被操作的各种电动车辆、混合动力车辆和插电式混合动力车辆中。插电式混合动力电动车辆12可以包括一个或更多个机械连接到混合动力变速器16的电机14。电机14可以具有作为马达或发电机运行的能力。对于混合动力车辆，变速器16机械连接到内燃发动机18。变速器16还机械连接到驱动轴20，驱动轴20机械连接到车轮22。当发动机18被开启或关闭时，电机14能提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且能通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热量损失掉的能量而提供燃料经济性效益。电机14还可以通过允许发动机18在更有效率的速度下运行并允许混合动力电动车辆12在特定条件下关闭发动机18以电动模式运行，来减少车辆排放。不包括内燃发动机18的电动车辆也可以获得相似的优点。
[0015]牵引电池或电池组24存储能被电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块。当一个或更多个接触器被打开时，所述一个或更多个接触器(未示出)可以将牵引电池24与其他组件隔离，而当所述一个或更多个接触器被关闭时可以将牵引电池24与其他组件连接。电力电子模块26还电连接到电机14，并且在牵引电池24和电机14之间提供双向传递能量的能力。例如，示例性的牵引电池24可以提供DC电压，而电机14可能需要三相AC电流。电力电子模块26可以如电机14所需求的将DC电压转换为三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转换为牵引电池24所需的DC电压。在此描述的方法，同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力变速器16可以是连接到电机14的齿轮箱，并且如前所述发动机18可以被省略。
[0016]牵引电池24除了为推进力提供能量以外，还可以为其他车辆电气系统提供能量。示例性的系统可以包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其他车辆负载兼容的低电压DC供电。其他高电压负载(诸如压缩机和电车厢或组件加热器)可以不使用DC/DC转换器模块28而直接连接到高电压。低电压系统可以电连接到辅助电池30 (例如，12V或24V电池)。
[0017]本公开的实施例可以包括车辆(诸如，车辆12)，所述车辆可以是在其中牵引电池24可以通过外部电源36进行再充电的混合动力车辆或增程式混合动力车辆、或电动车辆或插电式混合动力车辆。外部电源36可以是到电插座的连接。外部电源36可以电连接到电动车辆供电设备(EVSE)38。EVSE 38可以提供电路和控制，以调节和管理在电源36和车辆12之间的能量的传递。外部电源36可以将DC或AC电力提供到EVSE 38。EVSE 38可以具有用于插入车辆12的充电端口 34的充电连接器40。充电端口 34可以是被配置为将电力从EVSE 38传递到车辆12的任何类型的端口。充电端口 34可以电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可以调节从EVSE38供应的电力，以将适当的电压和电流水平提供给牵引电池24。电力转换模块32可以与EVSE 38进行接口连接，以协调对于车辆12的功率的输送。EVSE连接器40可以具有与充电端口 34的对应的凹处紧密配合的插脚。可选择地，被描述为电连接的各种组件可以使用无线感应耦合来传递电力。
[0018]在图1中示出的各种组件可以具有一个或更多个关联的控制器，以控制和监测组件的运行。所述控制器可以经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由分立的导体进行通信。一个或更多个控制器还可以按照独立的方式运行，而不与一个或更多个其他控制器进行通信。例如，如参照图2和3更详细地描述的，控制器中的一个可以通过电池能量控制模块(BECM)46来实现，以控制各种充电和放电功能以及电池单元电荷均衡。BECM可以被布置在牵引电池24内，并且包括位于充电平衡电路内的一个或更多个PTC组件，以在充电平衡期间提供电池热调节。例如，PTC组件可以包括PTC热敏电阻器(有时被称为正温度系数热敏电阻器)和/或半导体可变电阻器(silistor)。PTC组件或装置具有作为增加的温度的函数的增加的电阻。当电流流过PTC装置时，电阻损耗产生可以提高装置和邻接组件的温度的热，所述热会引起增加的电阻和关联的减弱的电流流动，使得PTC装置具有自调节的特性。大多数PTC热敏电阻器是“开关”类型，这意味着它们的电阻在特定临界温度突然上升。半