专利名称：用于对车辆的高压电池进行热管理的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明各实施例涉及通过加热和冷却电池调节温度从而对车辆的高压牵引电池进行热管理的方法和系统。
背景技术：
车辆例如电池电动车辆(BEV)包括用作车辆能源的电池，例如高压电池。包括容量和循环寿命的电池性能会根据电池的运行温度而改变。在车辆运行或车辆充电时，保持电池在指定的温度范围内可能是令人期望的。在BEV中，在车辆运行并且未连接到充电器和电源时，电池的能量用于调节电池温度。电池能量还用于运行加热、通风和空气调节(HVAC)系统。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于对电动车辆进行热管理的方法。该方法检测牵引电池是否连接到充电器和电源。当车辆在运行时，电池的温度被调节到运行温度范围内。当电池连接到充电器和电源并且周围温度超出环境温度范围时，电池的温度被调节到充电温度范围内。当周围温度超出环境温度范围并且电池被连接到充电器和电源时，电池被预先调节到电池驱动温度。当车辆被连接到充电器并且周围温度超出环境温度范围时，车辆中的驾驶室被预先调节到驾驶室温度。在另一个实施例中，该方法进一步包括，当牵引电池连接到充电器和电源并且充电状态小于阈值时给牵引电池充电，其中给牵引电池充电和调节牵引电池温度被设置成优先于预先调节牵引电池和预先调节驾驶室。在另一个实施例中，预先调节牵引电池和预先调节驾驶室被设置成优先于给牵引电池充电和调节牵引电池温度。在另一个实施例中，预先调节牵引电池的优先级被设置成先于预先调节驾驶室。在另一个实施例中，该方法进一步包括测量牵引电池中每个电池单元的温度。在另一个实施例中，牵引电池的温度是单元电池温度的平均值。在另一个实施例中，当周围温度超出环境温度范围时，牵引电池的温度是受限的电池单元温度。在另一个实施例中，当牵引电池被连接到充电器和电源时，牵引电池的温度被调节，以便在车辆运行时防止来自牵引电池的有限电力输出。在另一个实施例中，牵引电池温度被预先调节，使得牵引电池驱动温度高于周围温度，从而减少运行时车辆的能量消耗。
在另一个实施例中，牵引电池温度被预先调节，使得牵引电池驱动温度低于周围温度，从而保持车辆运行时车辆的牵引电池的电力可用性。在另一个实施例中，驾驶室被预先调节以减少车辆运行时的能量消耗。在另一个实施例中，提供一种对连接到充电器和电源的电动车辆热管理的方法。当周围温度超出环境温度范围时，牵引电池的温度被调节到充电范围内。当周围温度超出环境温度范围时，电池被预先调节到电池驱动温度。在车辆运行前，驾驶室在预定时间被预先调节到驾驶室温度。在又一实施例中，提供一种具有有牵引电池、电池的温度传感器、连接到电池的热循环并具有热源和吸热装置和控制器的电动车辆。控制器连接到电池、传感器以及热循环。控制器被配置成(i )利用传感器测量电池温度，(ii )检测电池是否连接到充电器和电源，以及(iii)当电池连接到充电器和电源并且充电状态低于阈值时，给电池充电。控制器被配置为(iv)当电池连接到充电器和电源并且周围温度超出环境温度范围时，将电池温度调节到充电温度范围内。控制器还配置成(V)在周围温度超出环境温度范围时，将电池预先调节到电池驱动温度。在另一个实施例中，电动车辆进一步包括与热循环通信的驾驶室气候控制系统；并且其中控制器配置成当车辆连接到充电器和电源时，将车辆中的驾驶室预先调节到驾驶
室温度。在另一个实施例中，控制器配置成在车辆运行时将牵引电池的温度调节到运行温度范围内。在另一个实施例中，控制器配置成当牵引电池温度超出运行温度范围并且车辆在运行时，限制车辆电力输出。根据本公开的各种实施例具有相关联的优势。由于电池化学特性的原因，调节电池温度允许充电时大量能量存储在电池中并允许在运行时电池有更多的可用能量。车辆充电时将电池调节到指定温度会产生车辆后来的更高能量效率，因为可能需要较少的电池能量来热管理电池，并且更多能量可能被弓I导用于推进，从而扩大车辆行驶范围。在车辆充电时，将驾驶室调节到指定温度会产生车辆后来更高的能量效率，因为可能需要较少的电池能量来加热或冷却驾驶室，并且更多的能量可能被引导用于推进车辆，也增加了车辆行驶范围。
图1是根据实施例的电池电动车辆的示意图；图2是根据实施例的电池热管理循环的示意图；图3是图示车辆电池充电阶段和电池运行阶段各温度阈值图表；图4是图示用于电池热管理的整个控制算法的流程图；以及图5a和5b是根据实施例用于进行电池热管理的控制算法的流程图。
具体实施例方式正如所要求的，本文公开了本公开的详细实施例；不过，应当理解公开的实施例仅是示范性的，其还可以体现为各种形式和替代形式。附图未必按比例绘制；某些图纸可能被放大或最小化以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制性的，对本公开的限制，而仅仅是用于教导本领域的技术人员在不同情形下使用要求保护的主题的代表性原理。参考图1，其示出根据一个或更多实施例的电动车辆20，例如电池电动车辆(BEV)0图1仅表示一种类型的BEV结构，并非意在对BEV结构进行限制。本公开可适用于任何合适的BEV。车辆20或BEV是通过电力，例如通过电动马达24，推进的全电动车辆，并且没有内燃机的辅助。马达24接收电力并提供机械旋转输出功率。马达24连接到用于通过预先确定的齿轮比调整马达24的输出扭矩和速度的变速箱38。变速箱38通过输出轴42连接到一组驱动轮40。车辆22的其他实施例包括用于推进车辆22的多个马达(未示出)。马达24还可以用作将机械能转换为电能的发电机。高压总线44通过逆变器48将马达24电连接到能量存储系统46。根据一个或更多实施例，能量存储系统46包括主电池50和电池能量控制模块(BECM) 52。主电池50是可以输出电力以操作马达24的高压电池或牵引电池(tractionbattery)。主电池50是由一个或更多电池模块(未示出)组成的电池组。每个电池模块可以包括一个电池单元或多个电池单元。电池单元利用流体冷却剂系统、空气冷却剂系统或本领域已知的其他冷却方法加热和冷却。BECM 52用作主电池50的控制器。BECM 52还包括管理每个电池单元的温度和充电状态的电子监控系统。电池50具有至少一个温度传感器51，例如热敏电阻或类似物。传感器51与BECM 52通信以提供关于电池50的温度数据。马达24、传输控制模块(TCM) 30、变速箱38以及逆变器48统称为传动装置54。车辆控制器26与传动装置54通信，用于协调传动装置54与其他车辆系统的功能。控制器26、BECM 52以及TCM 30图示为单独的控制器模块。用于车辆20的控制系统可以包括任意数量的控制器，并且可以被整合到单个控制器中，或者具有各种模块。一些或全部控制器可以利用控制器区域网络(CAN)或其他系统连接。控制系统可以配置为在多种不同条件的任意条件下控制传动装置54的各组件和电池50的运行，包括以热管理电池50和车辆驾驶室或乘客舱中温度的方式，以及用于电池50的充电和放电操作。TCM 30配置为控制传动装置54内的具体组件，例如马达24和/或逆变器48。车辆控制器26监控马达24的温度并从驾驶员接收节气门请求(或期望的马达扭矩请求)。利用此信息，车辆控制器26向TCM 30提供马达节气门请求。TCM 30和逆变器48将主电池50的直流(DC)电源电压转换为用于控制马达24的信号来响应马达扭矩请求。车辆控制器26通过用户界面60向驾驶员提供信息。用户界面可以包括允许用户向控制器输入要求或期望的车辆运行或充电参数或其他车辆操作参数的特征。用户界面可以包括触摸屏界面、到例如移动装置或计算机的远程站的无线连接以及本领域技术人员已知的其他输入界面。车辆控制器26还接收指示车辆系统的当前运行状况的输入信号。例如，车辆控制器26可以从BECM 52接收代表电池50状况的输入信号，以及从传动装置54接收代表马达24和逆变器48状况的输入信号。车辆控制器26向用户界面60提供输出，例如马达状态或充电级别状态，其可视化地传送给驾驶员。例如，用户可以利用用户界面60输入出发时间、出发时期望的驾驶室温度或类似内容或将上述内容输入到与充电器76通信的界面。可替代地，控制器26可以包括确定用户驾驶习惯的概率或其他逻辑模块，驾驶习惯包括行程长度、出行路径、出发时间、驾驶室的气候偏好等。控制器26在各用户请求之间仲裁，以在充电和运行时对车辆20进行热管理。车辆22包括用于加热和冷却各个车辆组件的气候控制系统62。根据一个或更多实施例，气候控制系统62包括高压正温度系数(PTC)电加热器64和高压电动HVAC压缩器66。PTC 64和HVAC压缩器66分别用于加热和冷却环绕传动装置54和主电池50的流体。PTC 64和HVAC压缩器66两者可以从主电池50直接获取电能。气候控制系统62可以包括经由CAN总线56与车辆控制器26通信或可以集成到控制器26中的控制器(未示出)。气候控制系统62的打开/关闭状态传输到车辆控制器26，并且所述打开/关闭状态可以基于例如操作员致动的开关的状态，或基于例如车窗除霜的相关功能的气候控制系统的自动控制。气候控制系统62可以连接到用户界面60以允许用户设置驾驶室的温度，或者为车辆未来的运行循环预编程温度。根据一个实施例，车辆22包括第二电池68，例如12伏电池。第二电池68可用于为如前灯及其类似物的各车辆附件供电，各车辆附件在本文统称为附件70。DC-DC转换器72可以电布置在主电池50与第二电池68之间。DC-DC转换器72调整或“步降”(st印down)电压级别以允许主电池50为第二电池68充电。低压总线74将DC-DC转换器72电连接到第二电池68和附件70。车辆22包括用于给主电池50充电的AC充电器76。电连接器78将AC充电器76连接到用于接收AC电源的外部电源(未示出)。AC充电器76包括用于将外部电源的交流电转换或“整流”成用于为主电池50充电的直流电的电力电子学。AC充电器76被配置成容纳外部电源的一个或更多常规电压源(例如，110伏、220伏、两相、三相、级别1、级别2等)。在一个或更多实施例中，外部电源包括利用可再生能源产生电力的装置，例如光伏(PV)太阳能板或风轮机(未示出)。图1还不出驾驶员控制系统80、电力转向系统82和导航系统84的简化不意图表不。驾驶员控制系统80包括制动、加速和齿轮选择(变速)系统。制动系统包括制动踏板、位置传感器、压力传感器或其某种组合，以及至例如主驱动轮40的车辆轮子的机械连接，从而实现摩擦制动。制动系统还可以被配置用于可再生制动，其中制动能量可以被捕获并存储为主电池50中的电能。加速系统包括具有一个或更多传感器的加速踏板，所述传感器类似制动系统中的传感器，其向车辆控制器26提供例如节气门请求的信息。齿轮选择系统包括用于手动选择变速箱38的齿轮设置的变速装置。齿轮选择系统可以包括用于向车辆控制器26提供变速选择信息(例如，PRNDL)的变速位置传感器。导航系统84可以包括导航显示器、全球定位系统(GPS)单元、导航控制器和用于从驾驶员接收目标信息或其他数据的输入装置(均未示出)。在某些实施例中，导航系统可以与用户界面60集成在一起。导航系统84还可以传输与车辆22关联的距离和/或位置信息、其目标位置或其他相关的GPS航点(waypoint)。图2图示用于图1所示车辆20的热循环或回路。电池热循环100可以加热和冷却牵引电池102。牵引电池102由一个或更多电池组组成，并且图2显示了具有一个电池组的电池102。每个电池组可以具有多个电池单元。虽然本领域已知任何数量的电池单元可用于电池102，但在图2中的电池102具有三个电池单元104。
控制器106可以是与电池控制模块通信或集成的车辆控制器，其监视电池104以确定电池102的电荷和容量。每个电池单元104可以具有配置成测量电池单元温度的关联的温度传感器108。温度传感器108与控制器106通信，使得控制器106还通过监控每个电池单元温度监视电池温度。控制器106通过测量或估算各电池单元的温度来确定电池104的温度。控制器106还与车辆上周围的温度传感器110通信。周围的温度传感器被配置为测量周围环境的温度。驾驶室温度传感器112也与控制器106通信并测量车辆乘客舱的温度以为HVAC系统提供驾驶室气候控制的反馈。利用由控制器106控制的热循环100，电池102可以主动调节其温度。电池和每个电池单元的温度确定电池能够接受的电荷量和电池中存储的可使用的电荷量。热循环100热管理电池102以调节电池单元104温度，从而维持电池102有效寿命、允许适当的充电以及满足车辆性能属性。通过流体热转移，热循环100为电池102提供主动的加热和主动的冷却。电池热循环100可以集成到具有气候控制加热和冷却元件以及动力传动系统冷却元件的车辆热系统中。热循环100包括通过邻近电池中的电池单元104的冷却通道循环的流体，以主要利用对流热传递加热或冷却电池102。泵114控制循环100中流体的流动。加热元件116用作加热流体并依次主动加热电池102的流体热源。加热元件可以是与车辆中的另一个热系统交换热量以恢复废热的换热器，或者可以是单独的加热器，例如是包括正热系数(PTC)加热器的电动加热器。电池热循环100还具有冷却流体的冷却器元件118或吸热装置，所述流体依次主动冷却电池102。冷凝器可以是蒸汽压缩或吸收循环的部分，可以是与车辆热系统中另一个元件交换热量的换热器或本领域已知的其他吸热装置。该系统中的换热器可以是同向流换热器、逆流式换热器或在循环100中适当加热或冷却流体的本领域已知的其他换热器。循环100具有脱气瓶，其捕获循环100中流体中的蒸汽并提高循环100中的热效率。脱气瓶120可以是空气捕集器、分离器或者本领域已知的其他设备。在必要的情况下，例如在服务事件期间，脱气瓶120还可以用作填充位置以向循环100添加附加流体。电池热循环100还可以流过电池充电器122以主动加热或冷却充电器122和充电组件。车辆的HVAC系统或车辆乘客舱的气候控制系统的空气调节循环124图示为具有使用电池循环100的公共冷凝器。当然，空气调节循环124可以与电池循环100分离、与电池循环100更紧密地集成或具有其他系统结构。空气调节循环124具有一流体循环，其具有压缩器126、冷凝器128、节气门130以及向HVAC回气系统132提供冷却流体以向驾驶室排气口提供冷却空气的冷却器118。空气从风扇134流过冷凝器128。还为HVAC系统132提供了加热系统136。加热回路136可以与空气调节回路124、电池热循环100整合在一起，或者是独立的系统。加热循环136可以是流体循环或基于空气的循环，或者是HVAC系统132的入口。在一个实施例中，热循环136是向HVAC系统132提供暖气体的具有风扇138和PTC加热器140的基于空气的系统。加热系统可以具有重加热驾驶室空气的返回回路，并且还可以具有新鲜空气入口以向驾驶室添加额外的外部空气。图3中图示与电池运行的各充电和放电阶段有关的各温度阈值的图表。各温度阈值基于电池化学性质、规则或方针以及其他考虑选择。虽然某些温度阈值示出为具有相同值，但这不一定是真实的，因为电池系统中的变化等可能不仅改变阈值的值，也可能改变阈值相对于另一个阈值的值。通常，低温阈值在10摄氏度到-40摄氏度的范围。高温阈值在30摄氏度到60摄氏度的范围。Min_0per_Templ50是电池在不具有热循环100提供的主动加热的情况下或不具有电池本身提供的被动加热的情况下运行的低温阈值。Max_0per_Temp 152是电池在没有热循环100提供的冷却的情况下运行的最高温度。Min_0per_Templ50与Max_0per_Temp 152共同定义电池的运行温度范围。Cold_Amb_Chg_T154是在寒冷的环境温度下获得电池的全部(full)电荷以及向车辆输送正常运行性能的电池目标温度。Hot_Amb_Chg_T 156是在热的环境温度下获得电池的全部电荷并向车辆输送正常运行性能的电池目标温度。Cold_Amb_Chg_T154与Hot_Amb_Chg_T156共同定义电池的充电温度范围。Reduced_T_Hot 158是暖电池温度，在该温度由于在该温度或该温度以上时电池化学特性的变化推进系统将开始提供性能降低的车辆运行。RedUced_T_Hot 160是冷电池温度，在该温度由于在该温度或该温度以下时电池化学特性的变化推进系统将开始提供性能降低的车辆运行。当电池温度超出这些温度范围(即，比Reduced_T_Hotl58更热或比Reduced_T_Cold 160更冷)时,控制器可减弱(de-rate)用来线性或非线性推进车辆的电机可用的电力，并运行在降低功率设置下。控制器可以通过用户界面提供用户通知以向用户通知受限的可用电力状态。Limited_T_Hot 162是暖电池温度并且可以是比Reduced_T_Hot 158更高的温度。在LimitecLTJtot 162下，推进系统可能不具有满足上述受限性能阈值的足够电力。Limited_T_Hot 164是冷电池温度并且可以是比Reduced_T_Cold 160更低的温度。在Limited_T_Cold 164下，推进系统可能不具有满足上述受限性能阈值的足够电力。当电池温度超出Limited_T_Hotl62和Limited_T_Cold 164时，电池电力可能无法提供足够电力来推进车辆和运行气候控制系统。控制器可以进一步减弱用于线性或非线性推进车辆的电机的可用电力，并运行在受限的电力限制设置下。控制器可以通过用户界面提供用户通知以通知用户受限的可用电力状态。还可以测量周围的温度，以提供环境温度范围，其中在超出环境温度范围的情况下，控制器调节电池或驾驶室为车辆运行作好准备，或者在超出环境温度范围的情况下充电时，使用 Cold_Amb_Chg_T/Tcold, amb, chg 154 和 Hot_Amb_Chg_T/Thot, amb, chgl56 阈值来控制电池温度。电池在170的阶段I是车辆连接到电池充电器和外部电源以给电池充电的时候。在一个例子中，车辆最近没有运行或连接充电。如果电池温度在规定阈值之上或之下，例如Cold_Amb_Chg_T和Hot_Amb_Chg_T，如图3所示的区域172和174，则控制器在开始充电循环以保护电池之前，可以在这些限制内对加热或冷却电池进行优先级排序。为初始化充电循环，热循环将根据需要加热或冷却电池。如果车辆未连接到充电器和电源并且电池温度开始接近区域172、174，则控制器可以配置成向用户发送通知，以提醒用户热电池或冷电池状态并推荐连接以充电电池和对电池进行热调节。电池在176的阶段II是车辆连接到充电器和外部电源并且电池正在充电或电池温度或驾驶室温度正被调节以准备车辆运行的时候。控制器可以调节电池温度在ColcLAmb_Chg_T和Hot_Amb_Chg_T温度限制内，如区域178所示。电池在180的阶段III是车辆运行的时候。控制器可以调节电池温度在温度限制Min_0per_Temp 150和Max_0per_Templ52内，如车辆正常运行的区域182所示。当电池温度低于Reduced_T_Cold或高于Reduced_T_Hot时，如区域184所示，由于电池的热状态，车辆的性能可能降低或控制器可能限制性能。当电池温度低于Limited_T_Cold或高于Limited_T_Hot时,如区域186所示，由于电池的热状态，车辆的性能可能进一步降低或控制器可能进一步限制性能。用于车辆的热管理的整体控制算法如图4所示。控制器在200初始化算法。之后，在202，控制器确定车辆是否连接到充电器和电源。如果电池未连接到充电器和电源，并且车辆在运行，则在204控制器利用热循环调节电池温度以将电池温度保持在电池温度运行范围内。在206如果热循环不能将电池温度保持在运行范围内，则控制器可能需要基于该温度可用的受限电池功率限制车辆性能。如果电池连接到充电器和电源，则控制器在多个功能之间仲裁。如果电池充电状态低于阈值，则在208控制器可以为电池充电。在210，控制器可以将电池温度调节到充电温度范围。在212，控制器可以通过加热或冷却电池将电池调节到指定的温度，从而为热的或冷的温度环境下的车辆运行做准备。当车辆连接到充电器和电源时，在210调节电池温度可以用于保护电池和维持电池寿命，允许电池接受全部的可用电荷到最大充电状态，并在车辆从充电器和电源断开后运行时提供高级别的车辆性能。当存在冷的周围温度时，可以在212将电池调节到暖温度阈值(或者同样地，当存在暖的周围温度时，将电池调节到冷温度阈值)，以提高车辆性能和范围。例如，当电池被调节到接近其运行范围的上限的暖温度时，如果车辆在冷的周围温度下停在用户的目的地，那么将电池冷却到低运行温度限制以下将会花费较长时间。控制器还可以在214通过加热或冷却驾驶室到指定温度来调节驾驶室，从而为车辆运行做准备。驾驶室调节可以增加车辆行驶范围，并为用户提供改善的舒适度。利用充电器提供的外部电力调节电池和驾驶室212、214补偿车辆运行时且可用能量的数量受限于包含在电池中的能量时，加热或冷却电池或驾驶室所需要的电池功率。控制器基于可用的输入电荷、电池状态、周围温度、已知出发时间和用户输入以及其他因素仲裁各项功能。图5a和5b示出关于图4描述的整个算法的实施例。当然，可以预见控制器可以使用其他组合和优先级，并且本公开不限于图5的实施例。在250，控制器初始化算法。在252，利用各个电池单元内的温度传感器测量电池的温度，或者可替代地，可以估计电池的温度。控制器也可以在这个步骤测量周围温度。控制器可以对所有电池单元的温度测量值求平均以获得平均电池温度。可替代地，当控制器测量的周围温度超出环境温度范围时，控制器可以使用最受限的单元温度。例如，如果天气寒冷并且周围温度低于环境温度，则控制器可以使用电池中最冷电池单元的温度作为整个电池温度。相反，在暖和的天气，并且周围温度在环境温度以上，控制器可以使用电池中最热的电池单元的温度作为整个电池温度。
然后，在254，控制器确定电池和车辆是否连接到到外部电源以及是否能够充电。在这个步骤中，控制器还可以确定充电器连接的输入电压类型，例如110V、220V、相位等。在步骤256，如果电池未连接充电，并且车辆在运行，则控制器确定电池温度是否在其最大运行温度Max_0per_Temp以上(Tbatt>Tmax, op)。如果是,则在258,控制器将命令电池热循环冷却电池以降低温度。如果在256电池不在其最大运行温度Max_0per_Temp以上，则控制器继续至步骤260。在260,控制器确定电池温度是否低于Min_Oper_Temp(Tbatt〈min, op)。如果是,贝丨J在262，控制器可命令电池热循环加热电池以升高温度。可替代地，控制器可以允许电池的被动加热，其中在不使用热循环的主动加热的情况下，化学特性和充电过程产生升高电池温度的热量。在264,控制器还相对 Reduced_T_Hot 和 Reduced_T_Cold 限制以及 Limited_T_Hot和Limited_T_Cold限制检查电池温度。如果电池温度超出这些限制，则在266控制器可限制车辆性能、气候控制系统或两者，同时电池功率输出也被降低或受限。如果在254，电池连接到充电器和电源，则在268控制器确定充电时间是否已经计划好。充电时间可以由用户利用用户界面计划、基于低成本每千瓦时的算法选择或除此之外由控制器输入或计划。如果充电时间还没有计划，则控制器继续到276。如果已经在268计划好充电时间，则在270控制器确定车辆是否处于驶离状况。驶离状况是电池连接到外部电力，电池充电状态在电池的最小充电级别状态以上的状况。驶离状态也可包括处于充电温度范围(例如在Cold_Amb_Chg_T/Tcold, amb, chg和Hot_Amb_Chg_T/Thot, amb, chg之间)内的电池的温度(Tbatt)。如果电池不是处于驶离状态，则在272控制器通过将电池充电到上述所需要充电级别和/或加热或冷却电池状态使其处于驶离状态，从而电池温度在所期望的温度范围内。接着，控制器确定是否到了充电时间，或者在274控制器确定计划的充电时间正在发生。如果未到充电的时间，则控制器返回到250。如果基于计划到了充电时间，则控制器继续到276。现参考图5b以及步骤276，自从电池连接到充电器和电源，控制器开始充电循环。在278,控制器确定电池温度是否小于最小充电温度，例如Cold_Amb_Chg_T/Tcold, amb, chg。如果电池温度小于最小充电温度,则控制器基于从充电器输入的充电电压以不同的优先级排序充电和加热电池。在280中，在第一电压，例如IIOV或级别I，充电器使用可用充电能量向电池充电。在280，未用于为电池充电的任何剩余能量被用于通过利用热循环加热电池来调节电池温度。在282中，在第二电压，例如220V或级别2，充电器使用可用充电能量通过利用热循环将电池加热到最小充电温度来调节电池温度。在282，未用于向电池加热的任何剩余能量被用于向电池充电。一旦电池达到最小充电温度，则来自充电器的能量主要用于向电池充电。在280中，由于第一电压输入下可用的能量数量有限，因此优先级被安排为先于电池充电。在282，在较高的电压输入下，优先级可转移到利用能量加热电池上，并且也存在足够的剩余能量向电池充电。如果电池温度不小于最小充电温度，则控制器继续到步骤284，其中控制器确定电池温度是否大于最大充电温度，例如Hot_Amb_Chg_T/Thot, amb, chg。如果电池温度大于最大充电温度，则控制器基于从充电器输入的充电电压以不同的优先级顺序排序电池充电和电池加热。在286中，在第一电压，例如IIOV或级别I，充电器使用可用充电能量向电池充电。在286，未用于向电池充电的任何剩余能量被用于通过利用热循环冷却电池来调节电池温度。在288中，在第二电压，例如220V或级别2，充电器使用可用充电能量通过利用热循环将电池冷却到最大充电温度来调节电池温度。在288，未用于冷却电池的任何剩余能量被用于向电池充电。一旦电池达到最大充电温度，则充电的能量主要用于向电池充电。在286中，由于第一电压输入下可用的能量数量有限，因此优先级被安排为先于电池充电。在288，在较高的电压输入下，优先级可转移到利用能量冷却电池上，并且也存在足够的剩余能量向电池充电。如果控制器确定电池温度不小于最小充电温度或不大于最大充电温度，那么温度在充电温度范围内，并且控制器继续到290。在290，控制器确定电池的充电状态是否大于阈值，例如最大电池充电级别，或其某一预定百分比。在290，控制器还确定车辆是否计划好在预定的时间段内运行，例如下一个小时、半小时内等时间段内计划的驾驶或从模式识别确定的驾驶的可能性。如果充电状态小于充电阈值或驾驶时间大于时间段阈值，则控制器继续到292，其中如果充电状态小于充电阈值，则控制器命令充电器向电池充电。接着，控制器返回276。如果充电状态大于充电阈值或驾驶时间少于时间段阈值，则控制器继续到294。在294，控制器确定是否请求或计划预驾驶调节或预先调节。用户可以利用用户界面请求或输入调节，其中用户输入预先调节电池的期望或设置期望的驾驶室温度。预驾驶调节还可以根据包括驾驶习惯和周围温度的模式识别来确定。如果未请求调节，则控制器返回276。如果在294请求调节，则控制器继续到296。如果到了开始调节的时间，则控制器继续到298。开始调节的时间可能与计划的驾驶时间相关，并且还可能包括例如周围温度和将电池调节到期望温度必需的时间，或对于HVAC系统将驾驶室从其当前温度调节到期望温度必需的时间等因素。如果未到开始调节的时间，则控制器继续到300。在300，如果充电状态少于充电阈值，则电池被充电，接着控制器返回276。在298，控制器使用充电电压输入的确定，并且如果充电电压是足够的，例如级别2或220V，则控制器前往302，以确定电池是否被调节。如果电池未调节，则控制器前往304并命令热循环利用充电器的能量将电池调节到指定温度。当周围温度超出环境温度范围时，需要基于环境对电池温度的附加热效果加热或冷却电池的可能性很高。如果电池未预先调节，则当车辆运行时，电池的能量将用于冷却或加热电池。通过预先调节电池，行程开始时加热或冷却电池的能量来自充电器和外部电源，并且之后当车辆在驾驶时，需要更少的来自电池的能量来热调节电池温度。例如，在暖和的天气，当周围温度大于环境温度范围的上端时，控制器将命令热循环将电池冷却到预定温度，其可以是大约在或接近电池的低温运行限制。例如，在寒冷的天气，当周围温度低于环境温度范围的下端时，控制器将命令热循环将电池加热到预定温度，其可以是大约在或接近电池的高温运行限制。该过程在调节电池。在某些实施例中，一旦车辆开始运行，在预期环境对电池的热效果的情况下，可能稍微将电池加热或冷却到其正常运行温度范围外。如果在302确定电池被调节，控制器继续到306并确定驾驶室是否被调节。如果驾驶室未调节，则在308控制器命令HVAC系统利用充电器的能量加热或空气调节驾驶室至期望的驾驶室温度。在308，如果驾驶室调节为或处在期望温度或接近期望温度，如果充电状态少于阈值，则电池被充电，接着返回276。虽然驾驶室调节步骤显示为在电池调节步骤之前，但是可以预见这些步骤的次序可以颠倒，或者这些步骤的发生可能是彼此并行的。由于电池化学特性的原因，调节电池温度允许在充电时将大量能量存储在电池中以及在运行时电池有更多的可用能量。在车辆充电时，将电池调节到指定温度会产生车辆后来的较高能量效率，因为需要较少电池能量来热管理电池，并且更多能量可被引导用于推进，从而扩大车辆行驶范围。在车辆充电时，将驾驶室调节到指定温度会产生车辆后来的较高能量效率，因为可能需要较少的电池能量来加热和冷却驾驶室，并且更多能量可被引导用于推进车辆，从而增加车辆行驶范围。虽然以上描述了示范性实施例，但是可以预见这些实施例描述本发明的所有可能形式。但是，从说明书中使用的词语是描述性的词语，不是对本发明的限制，并且应当理解在不偏离本发明精神和范围的前提下，可以做出各种改变。此外，可以将各个实施例的特征组合、序列化或按优先级排序以形成未明确图示或说明的进一步的实施例。其中，本文所述一个或更多实施例被描述为提供优势或关于一个或更多期望的特征优于其他实施例和/或现有技术，本领域的普通技术人员将认识到可以根据特定应用或实施，在各个特征之中做出折中以实现期望的系统属性。这些属性包括但不限于:成本、强度、耐久性、寿命循环成本、市场性、外观、包装、尺寸，适用性、重量、可制造性、装配难易性等。因此，关于一个或更多特征，相对于其他实施例被描述成稍不理想的任何实施例均未超出本主题要求保护的范围。
权利要求
1.一种用于对连接到充电器和电源的电动车辆进行热管理的方法，其包括: 将牵引电池的温度调节到充电范围内； 当周围温度超出环境温度范围时，预先调节牵引电池到牵引电池驱动温度；以及 车辆运行前在预定时间预先调节驾驶室到驾驶室温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中预先调节所述牵引电池发生在所述车辆运行前的预定时间内。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定时间从车辆运行时间计算。
4.根据权利要求1所述的方法，其中预先调节所述驾驶室发生在周围温度超出所述环境温度范围时。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括当充电状态少于阈值时，给所述牵引电池充电。
6.根据权利要求5所述的方法，其中当充电循环被初始化，所述牵引电池温度超出所述环境温度范围时，充电在所述牵引电池的温度调节到充电范围内之后开始。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括检测充电电压输入。
8.根据权利要求7所述的方法,其中给所述牵引电池充电优先于以第一充电电压输入调节所述温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中调节所述温度优先于以第二充电电压输入给所述牵引电池充电。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一充电电压输入小于所述第二充电电压输入。
全文摘要
本发明提供一种用于对电动车辆和车辆进行热管理的方法。控制器被配置成在车辆运行时，将牵引电池的温度调节到运行温度范围内。当电池连接到充电器和电源并且周围温度超出环境温度范围时，电池的温度被调节到充电温度范围内。当周围温度超出环境温度范围并且电池被连接到充电器和电源时，电池被预先调节到电池驱动温度。当车辆连接到充电器和电源并且周围温度超出环境温度范围时，车辆中的驾驶室被预先调节到驾驶室温度。
文档编号B60L11/18GK103171450SQ20121056332
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者A·库默尔, S·沃叶特柯维科兹, B·吉莱斯皮, J·R·格瑞姆斯, K·金, N·R·巴罗斯 申请人:福特环球技术公司