专利名称：用于电池组的冷却控制设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于诊断和控制电池组的冷却系统的设备和方法，并且更具体地涉及一种用于用作电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)等的二次电池组的冷却控制设备和方法，其能够取决于二次电池组的温度条件而应用不同的冷却方法，并且能够最小化冷却系统出故障的风险。本申请要求2010年8月30日提交的韩国专利申请N0.10-2010-0084145的优先权，其在说明书和附图中公开的全部内容通过引用而并入本文。
背景技术：
二次电池具有取决于产品种类的高适用性和优良的电气特性，诸如高能量密度，并且因而通常用作电动车辆(EV)或混合动力车辆(HV)以及移动装置的电源。这样的二次电池明显降低了化石燃料的使用，并且不产生伴随能量消耗发生的副产品，并且因此能够提高能量效率。由于这些原因，二次电池作为可替换能量源正在获得关注。传统上，用于电动车辆的电池组包括多个由多个单元电池组成的组件。单元电池包括正极集电器、隔板、活性材料、液体电解质、铝薄膜层等，使得该结构能够通过部件之间的电化学反应来充电/放电。除了用于充电/放电的基本结构，电池组还包括用于物理保护单元电池组件以成为电池的装置、各种传感器和其中应用精确算法来估算荷电态(SOC)的固件等。由于电化学反应的基本特性，不可能永久地使用由各种化学元件和电物理元件组装而成的电池。此外，需要解决关于电化学反应产生的电池气胀和产生的负面影响电池安全性和稳定性的漏电流的问题。诸如电化学和电物理特性的电池的基本特性受电池在其中使用的环境条件影响。根据电池的外部暴露环境，电池固有的电化学特性可能快速变化，从而极大影响电池的寿命、稳定性和操作性能。具体地，如上所提及，由于二次电池的充电和放电进程通过电化学反应执行的，所以电池受周围环境温度条件影响。例如，如果电池在其中最佳温度未被保持的极端温度条件下，诸如极热或极冷的温度下充电或放电，电池的充电/放电效率就降低，这使得其难以确保正常操作性能。电池具有这样的固有属性，即随着时间过去，其电物理特性退化并且易受极端环境条件影响，诸如温度、高电流环境、物理冲击、过冲、过放、浸水、高湿等。如果电池长期暴露在这样的环境中，其寿命将快速缩短，不能确保在最佳时期其在正常范围内操作，并且可能发生爆炸，从而对配备电池的车辆安全性有致命影响。因此，为了最大化电池的稳定和正常操作并且最优化其经济效率，需要提高用户界面环境，使得诸如电池的温度的环境因素反映电池的操作控制，并且当电池暴露在危险条件下时采取立即和预备动作。
发明内容
抟术问是页本发明被设计以解决现有技术的问题，并且因此，本发明的一方面提供一种用于电池组的冷却控制设备和方法，其能够应用冷却控制机制来最小化环境条件尤其是极端温度条件对电池的影响，并且能够改进用户界面环境，以最优化电池的稳定性和正常操作。通过本发明的实施例，另外的方面和优势将显而易见。本发明的各方面和优点可借助于在附加权利要求中特别指出的手段和组合实现。技术解决方案为了实现上述目标，本发明提供一种用于电池组的冷却控制设备，该设备包括:温度传感器，用于测量电池组的温度；吹风机模块，用于通过风扇操作将冷却介质引入到电池组中；以及控制器，用于根据由温度传感器输入的温度信息来控制吹风机模块的操作，从而以不同的流量将冷却介质引入到电池组中。此外，在本发明中，可提供多个吹风机模块，并且控制器可根据温度信息而调节运行的吹风机模块的数目。此外，本发明还提供用于调节冷却介质的引入方向的导向模块。可在电池组的不同位置处提供多个温度传感器，并且控制器可控制导向模块，使得在温度传感器中的指示相对较高温度的温度传感器的方向上引入相对更大量的冷却介质。为了实现本发明的优选实施例，本发明还可包括:数据库(DB)单元，用于存储对应于电池组的温度的冷却介质的基准流量信息；流量传感器，用于测量被引入到电池组中的冷却介质的流量；以及操作控制器，用于:基于由温度传感器输入的电池组的温度信息和由流量传感器输入的冷却介质的流量信息，当在电池组的当前温度下冷却介质的流量信息偏离基准流量信息时，进行控制以限制电池组的使用。在此，本发明的操作控制器可以仅在由温度传感器输入的温度信息在基准时间之后不在基准温度的范围内的情况下，才控制以限制电池组的使用。此外，优选的是，本发明还包括存储单元，其用于存储温度信息、流量信息、测量时间信息和电池组的使用被限制的限制时间信息中的至少一种信息。此外，操作控制器可以在电池组的当前温度下冷却介质的流量信息偏离基准流量信息时，通过界面模块输出风险信息，并且为了实现本发明的更优选实施例，操作控制器可取决于在电池组的当前温度下冷却介质流量信息偏离基准流量信息的程度，通过界面模块输出不同的风险信息。同时，为了实现根据本发明其他方面的目的，提供一种用于本发明的电池组的冷却控制的方法，该方法包括:通过温度传感器测量电池组的温度；以及根据由温度传感器输入的温度信息来控制吹风机模块的运行，从而以不同的流量将冷却介质引入到电池组中，所述吹风机模块借助于风扇操作将冷却介质引入到电池组中。有利效果根据本发明的用于电池组的冷却控制设备和方法能够取决于电池组被暴露在其中的温度条件环境，以及取决于电池组的部分或非均匀过热而控制以差别化地冷却电池组，从而实现电池组的更有效冷却操作，并且基于这些条件，改进电池在适当应用中的效率、寿命延长、管理、维护等。另外，可以改进用户界面环境，从而导致采取直接动作，诸如替换和维修电池以及预防或保护动作，以实现面向用户的电池控制设备和方法。通过本发明的有利效果，可以增强电池的寿命并且降低不必要的成本，从而提供更经济和环境友好的电池。此外，能够提供用于电动车辆自动控制的基础结构，以实现电动车辆的更大发展。
例证本公开的优选实施例的附图和上述公开一起用于提供本公开的技术精神的进一步理解。然而，不应将本公开理解为限于附图。图1是示出根据本发明的优选实施例的用于电池组的冷却控制设备的构造的框图。图2是示出根据本发明的优选实施例的用于电池组的冷却控制设备的构造的透视图。图3表示在本发明的优选实施例中使用的各种温度条件和与其对应的控制因素。图4表示在本发明的优选实施例中使用的用于调节冷却介质的引入方向的数据。图5是示出根据本发明的优选实施例的用于电池组的冷却控制方法的步骤的流程图。图6表示取决于根据本发明的优选实施例的用于冷却电池组的设备的状态输出的不同控制和不同信息消息。
具体实施例方式下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在描述之前，应理解，不应将说明书和和所附权利要求中使用的术语理解为限于通常和字典意义，而是应在允许发明人限定适合最佳解释的术语的原理基础上，基于对应于本发明的技术方面的意义和概念来理解。因此，本文提出的描述仅作为例证的优选实例，不旨在限制本发明的范围，所以应理解的是，能够在不偏离本发明的精神和范围的情况下对其做出其他等效体和变型。图1是示出根据本发明的优选实施例的用于电池组的冷却控制设备(下文中称其为‘控制设备’)100的构造的框图，并且图5是示出根据本发明优选实施例的电池组冷却控制的方法步骤的流程图。将参考图1和5详细描述根据本发明的优选实施例的控制设备和方法。如图1中所示，本发明的控制设备100可包括温度传感器110、吹风机模块120、导向模块130、控制器140、DB单元150、流量传感器160、操作控制器170、存储单元180和界面模块190。温度传感器110执行检测电池的当前状态的温度的功能，并且检测到的温度信息被输入到本发明的控制器140中。如上所述，为了实现电池组的最佳性能，优选的是，通过冷却空气调节系统将安装在电动车辆中的电池组维持在其正确的运行温度。作为冷却空气调节系统的一部分的本发明的吹风机模块120是借助于风扇运行而将冷却介质(诸如空气)引入到电池组中，以将电池组的温度维持在恒定的最佳水平的部件。因此，如果通过温度传感器110测量电池的当前状态的温度信息(S300)，则本发明的控制器140控制吹风机模块120以将冷却介质引入到电池组中，并且更具体地，控制器140根据该温度信息来控制吹风机模块120的运行，从而以不同的流量将冷却介质引入到电池组中(S310)。如示出本发明的一个优选实施例的图2中所示，本发明的控制器140操作被设置在电池组前端的吹风机模块120以将冷却介质引入到电池组10中并且冷却由包括充电和放电过程的各种原因产生的热，从而确保电池的正常运行。如图2中所示，为了提高暖空气的排放以获得更有效的空气调节系统，更优选的是进一步包括排气吹风机模块135。将在下文中参考图3详细描述根据本发明的一个实施例的控制器140的差别化的操作。将对电池组正常运行设定的基准温度(Tr)假定为20°C。当然，取决于电池组的尺寸和规格、所构造的二次电池的数目、安装在电动车辆中的仪器环境等，基准温度具有不同数值。图3示出了查找表，该查找表被存储在预定的存储媒介中，以由本发明的控制器140自动参考,从而允许取决于温度条件的操作控制。如果由温度传感器110测量的温度信息(Tm)表示25°C，则Tm与设定为最佳基准温度的20°C之间的差为5°C，并且为了以对应于该温度差的流量(20cm3/秒)将冷却介质引入，本发明的控制器140控制吹风机模块120的运行电压，使得吹风机模块120的运行速度为 200rpm。作为另一实例，如果电池组的当前温度为35°C ( AT=15)，则应以相对较高的流量引入冷却介质，这是因为与上述实例相比，当前温度更高。因此，本发明的控制器140控制吹风机模块120的运行电压升高，使得吹风机模块120的运行速度为1500rpm。此外，如果当前温度为20°C，则控制关闭吹风机模块120的运行，这是因为与基准
温度无差异。因此，为了维持电池组的最佳温度，差别化控制并且按需要选择性地运行吹风机模块120，使得电池组的较高当前温度允许以更高的流量将冷却介质引入到电池组10中，从而提供更经济和最优化的冷却控制设备。可通过考虑诸如电池组的规格的外部环境的试验来预先确定引入的冷却介质的最佳流量、吹风机模块的运行速度、吹风机模块的运行电压的相对范围等数据。另外，数值数据仅用于例证，并且不应将其理解为绝对标准，其也可应用于图3所示的用于将基准确定为数值或特定范围的方法中。为了同时提高电池组的能量效率和冷却效率，可提供多个本发明的吹风机模块120，并且本发明的控制器140可操作多个吹风机模块120，使得取决于当前温度信息而差别化地控制运行的吹风机模块120的数目。如果当前温度与最佳基准温度差别不明显，则在多个吹风机模块120中，仅运行一个吹风机模块。在当前温度相对较高时，增加运行的吹风机模块120的数目，以将冷却介质以更高流量引入到电池组中。
与仅使用一个吹风机模块120来控制其速度的情况相比，这样的构造能够降低由于吹风机模块120过热而导致的任何风险，以及能够降低由于高速旋转而导致的噪声或震动。同时，电池组是集合由多个二次单元电池构成的特定组件的形式，并且可包括诸如电池管理系统(BMS)的模块以及用于在电极之间电连接的部件，所述电池管理系统(BMS)由用于控制电池组的电子装置构成。由于诸如多个二次电池之间的不均匀SOC (荷电态)、BMS控制状态、电极之间的绝缘电阻的差异、部分气胀产生的各种原因，包括该内部构造的电池组可能不具有均匀的温度分布。也就是说，这些原因可以使电池组10的特定部分比该电池组的其他部分相对过热，形成较高的温度分布。基于这种现象，优选的是，正常地保持电池组10的整体运行性能，并且引入更高效的能量应用。为此，本发明在彼此不同的位置处提供多个温度传感器110，以便检测彼此不同的区域的温度信息。如上所述，当检测到多个区域的温度信息时，将检测到的温度信息输入到本发明的控制器140中。本发明的控制器140比较多个温度信息，并且控制冷却介质的引入方向，从而在设有指示相对较高温度的温度传感器的方向上引入相对更大量的冷却介质(S320)。为了有效地实现该步骤，如图2中所示，提供能够调节冷却介质的方向的导向模块130，并且控制器140控制导向模块130的方向，使得冷却介质可以相对地集中在电池组10的特定位置处。导向模块130可在上下或左右方向上独立地运行，并且为了提高与多个吹风机模块120的相关关系，更优选的是，在每个吹风机模块120中独立地设置导向模块130。根据该构造，可以通过调节以将甚至更大量的冷却介质引入到电池组中具有相对较高温度的区域中的方式而将冷却介质引入到电池组10中以保持最佳温度，从而提供更高效的冷却控制设备。因此，本领域普通技术人员已知，用于将冷却介质差别化地引入到其中分别设有温度传感器的每个特定区域中的方法能够以多种方式应用，包括调节方向和流量。在示意该方法的实施例中，如图4中所示，温度传感器的位置信息结合相关温度传感器的识别信息被预先存储，并且在其温度信息传输时，将位置信息和相关温度传感器的识别信息一起传输。本发明的控制器140可在识别和分析温度信息期间识别温度传感器的识别信息，并且调节导向模块的方向，使得冷却介质的引入方向被调节到温度传感器的识别位置。优选通过使用步进马达执行导向模块的方向调节，以提高方向调节的准确性。下文中，作为本发明的另一优选实施例，将详细描述电池的运行控制和用户界面的实施例。本发明的DB单元150存储对应于电池组温度的冷却介质的基准流量信息。基准流量信息可确定应在电池组的当前温度下引入的冷却介质的流量，以便维持电池组的最佳温度。也就是说，如图3中所示，如果当前温度信息表示22°C，则应以20cm3/秒的流量引入冷却介质，以维持20°C的最佳温度，并且如果当前温度信息表示35°C，则应以150cm3/秒的流量引入冷却介质，以维持20°C的最佳温度。因此，基准流量信息是维持电池组的最佳温度所需的冷却介质的流量信息。基准流量信息还可根据规格、安装或装配环境、稳定运行标准等在本领域普通技术人员已知的程度中变化。如上所提及，与测量温度对应地差别化控制吹风机模块120的旋转运行，并且为此，差别化地控制在吹风机模块120中提供的运行电压。可基于维持最佳温度所需的基准流量信息(最佳流量)来确定吹风机模块120的旋转速度。基于该信息，从控制器140将信号输入到吹风机模块120中。然而，由于各种原因，可能没有引入期望流量的冷却介质或者可能没有引入冷却流体本身，所述各种原因诸如吹风机模块本身故障、风扇受损、周围灰尘和外来物质导致的旋转障碍。因此，为了在电池组的操作控制和用户界面中有效反映在冷却系统诸如吹风机模块120中产生的问题，在本发明中，在电池组中设置流量传感器160，以测量实际引入到电池组中的冷却介质的流量(S330)。流量传感器160可以是风扇形式的，并且在功能上转换由引入的冷却介质每单位时间旋转的转数。或者，流量传感器160可以是能够测量冷却介质的流量的其他不同形式的。由流量传感器160测量的流量信息被输入在本发明的操作控制器170中，并且操作控制器170在该信息的基础上测量和检查冷却介质是否被以实际期望流量引入到电池组中。为此，操作控制器170对从DB单元150读取的对应于当前温度的基准流量信息和从流量传感器160输入的测量流量信息进行比较(S340)，并且如果电池组当前温度下的冷却介质的流量信息偏离基准流量信息，则由于其与在冷却系统中产生的故障有关，操作控制器170就控制电池组的使用(S360)。如果根据本发明的吹风机模块120以对应于当前温度的旋转速度旋转以在最佳流量下将冷却介质引入到电池组10中，则可以预期从温度传感器110输入的温度信息随着时间的流逝而下降至最佳温度水平。在广泛地应用该方法的情况下，可能通过试验和其统计处理而对降低至最佳温度水平所需的时间信息所需的时间进行数据处理。在此，如上所提及，基准时间意味着降低至最佳温度水平的时间彳目息所需的时间彳目息。为了有效地使用基准时间来准确检查实际故障和反映电池组的运行控制，即使基准时间已经逝去，当从温度传感器110输入的温度信息偏离基准温度的范围时，即其未降低至基准温度时，本发明的操作控制器170也可控制以限制电池组的使用(S350)。也就是说，即使预定的基准时间已经逝去，如果电池组的温度未下降至最佳范围，偏离基准温度的范围，其就关系到冷却系统中存在实际故障和存在电池组稳定操作的风险。在该情况下，如上所提及，本发明的操作控制器170执行限制电池组的使用的程序。可以本领域普通技术人员已知的各种方式提供用于限制电池组使用的实施例，例如，关闭电源继电器使得电池组不被使用的方法，部分限制充电或放电或限制电池组的作为功率源的功能使得电池组仅在基于SOC (荷电态)、输出电压等的特定基准值内运行的方法，在由多个电池组组成电动车辆的情况下选择性地仅失活特定电池组的方法，在混合动力车辆的情况下仅运行作为功率源的汽油发动机的方法等。此外，为了执行诸如黑盒子的功能来使用历史数据，更优选的是在存储器单元180中存储测量温度信息、流量信息、测量时间信息和电池组的使用被限制的时间信息中的至少一种信息(S370)。另外，如果在基准时间期间，对应于电池组的当前温度的流量信息偏离基准流量信息或基准温度范围，更优选的是，本发明的操作控制器170将在其上的风险信息输出到预定的界面模块190中(S380)，以提供给驾驶员或用户。界面模块190可以是视觉媒体形式(诸如IXD的显示装置)或听觉媒体形式(诸如扬声器的音频单兀)的。为了实现更优选的实施例，更优选的是，取决于对应于电池组的当前温度的流量信息偏离基准流量信息的程度，本发明的操作控制器170将不同的风险信息输出到界面模块中。如图6中所示，该不同的风险信息例如可以是指示电池的实际运行预期被立即中断的紧急情形的信息，或可向用户提供不同警告风险水平的信息。根据这样的界面程序，用户能够认识到冷却系统是否存在问题、冷却系统的风险水平或问题的程度，并且采取预备或直接动作，所以提供了用户便利和保护了电池的安全性事故。工业实用性已详细描述了本发明。然而，应理解，仅作为例证给出详细说明、特定实例和附图，同时示意了本公开的优选实施例，这是因为通过该详细说明，本公开的精神和范围内的各种变化和变型对本领域技术人员将是显而易见的。同时，应将图1中所示的本发明的冷却设备100的每个部件理解为逻辑部件，而非物理可辨别部件。换句话说，每个部件均对应于为了实现本发明的精神而逻辑区分的元件，所以即使每个部件分开地实现或与其他部件集成，但是只要其可实现其逻辑功能，就应将该部件理解为被包括在本发明的范围内，并且即使它们的名称不同，但是实现它们相同或类似功能的部件也应理解为被包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于电池组的冷却控制设备，所述设备包括: 温度传感器，所述温度传感器用于测量所述电池组的温度； 吹风机模块，所述吹风机模块用于借助于风扇操作将冷却介质引入到所述电池组中；以及 控制器，所述控制器用于根据由所述温度传感器输入的温度信息来控制所述吹风机模块的操作，从而以不同的流量将所述冷却介质引入到所述电池组中。
2.根据权利要求1所述的用于电池组的冷却控制设备，其中，所述控制器根据所述温度信息进行控制以调节所述吹风机模块的旋转速度。
3.根据权利要求1所述的用于电池组的冷却控制设备，其中，设置多个所述吹风机模块，并且所述控制器根据所述温度信息来调节运行的吹风机模块的数目。
4.根据权利要求1所述的用于电池组的冷却控制设备，还包括用于调节所述冷却介质的引入方向的导向模块， 其中，在所述电池组的不同位置处设置多个所述温度传感器，并且其中，所述控制器控制所述导向模块，使得沿着在所述温度传感器中的指示相对较高温度的温度传感器的方向弓I入相对更大量的冷却介质。
5.根据权利要求1所述的用于电池组的冷却控制设备，还包括: 数据库(DB)单元，所述数据库(DB)单元用于存储与所述电池组的温度对应的冷却介质的基准流量信息； 流量传感器，所述流量传感器用于测量被引入到所述电池组中的所述冷却介质的流量；以及 操作控制器，所述操作控制器用于:基于由所述温度传感器输入的所述电池组的温度信息和由所述流量传感器输入的所述冷却介质的流量信息，当在所述电池组的当前温度下所述冷却介质的所述流量信息偏离所述基准流量信息时，进行控制以限制所述电池组的使用。
6.根据权利要求5所述的用于电池组的冷却控制设备，其中，仅在由所述温度传感器输入的所述温度信息在基准时间之后不处于基准温度的范围内的情况下，所述操作控制器才控制以限制所述电池组的使用。
7.根据权利要求6所述的用于电池组的冷却控制设备，还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述温度信息、所述流量信息、测量时间信息和所述电池组的使用被限制的限制时间信息中的至少一种信息。
8.根据权利要求5所述的用于电池组的冷却控制设备，其中，当在所述电池组的当前温度下所述冷却介质的流量信息偏离所述基准流量信息时，所述操作控制器通过界面模块输出风险信息。
9.根据权利要求8所述的用于电池组的冷却控制设备，其中，根据在所述电池组的当前温度下的所述冷却介质的所述流量信息偏离所述基准流量信息的程度，所述操作控制器通过所述界面模块输出不同的风险信息。
10.一种用于电池组的冷却控制方法，所述方法包括: 通过温度传感器测量所述电池组的温度；以及 根据由所述温度传感器输入的温度信息来控制吹风机模块的运行，从而以不同的流量将所述冷却介质引入到所述电池组中，所述吹风机模块借助于风扇操作来将所述冷却介质引入到所述电池组中。
11.根据权利要求10所述的用于电池组的冷却控制方法，其中，在所述控制步骤中，根据所述温度信息来调节所述吹风机模块的旋转速度。
12.根据权利要求10所述的用于电池组的冷却控制方法，其中，设置多个所述吹风机模块，并且在所述控制步骤中，根据所述温度信息来调节运行的吹风机模块的数目。
13.根据权利要求10所述的用于电池组的冷却控制方法，还包括通过导向模块来调节所述冷却介质的引入方向， 其中，在所述电池组的不同位置处设置多个所述温度传感器，并且 其中，在所述控制步骤中，控制所述导向模块，使得沿着在所述温度传感器中的指示相对较高温度的温度传感器的方向弓I入相对更大量的冷却介质。
14.根据权利要求10所述的用于电池组的冷却控制方法，还包括: 通过流量传感器来测量被引入到所述电池组中的所述冷却介质的流量；以及 基于由所述温度传感器输入的所述电池组的温度信息和由所述流量传感器输入的所述冷却介质的流量信息，当在所述电池组的当前温度下所述冷却介质的所述流量信息偏离基准流量信息时，进行操作控制以限制所述电池组的使用。
15.根据权利要求14所述的用于电池组的冷却控制方法，其中，在所述操作控制步骤中，仅在由所述温度传感器输入的所述温度信息在基准时间之后不处于基准温度的范围内的情况下，才限制所述电池组的使用。
16.根据权利要求15所述的用于电池组的冷却控制方法，还包括:存储所述温度信息、所述流量信息、测量时间信息和电池组的使用被限制的限制时间信息中的至少一种信息。
17.根据权利要求14所述的用于电池组的冷却控制方法，其中，所述操作控制步骤还包括:当在所述电池组的当前温度下所述冷却介质的流量信息偏离所述基准流量信息时，通过界面模块输出风险信息。
18.根据权利要求17所述的用于电池组的冷却控制方法，其中，在所述信息输出步骤中，根据在所述电池组的当前温度下所述冷却介质的所述流量信息偏离所述基准流量信息的程度，通过所述界面模块输出不同的风险信息。
全文摘要
根据本发明的一种用于电池组的冷却控制设备，包括温度传感器，其测量电池组的温度；吹风机模块，其通过驱动风扇使冷却介质流入到所述电池组中；以及控制单元，其控制以驱动所述吹风机模块，从而允许取决于由所述温度传感器输入的温度信息，使所述冷却介质以不同的流量流入到所述电池组中。本发明根据温度分布和所述电池组的情况驱动不同的冷却机构，使得可以稳定电池组的运行和最优化更大效率的最佳能量利用，并且还可以更有效地解决所述电池组的冷却系统的错误状态，并且该方法能够应用于电池控制和用户界面，因此使得可以提供一种更稳定和增强用户便利的冷却控制设备。
文档编号G07D7/00GK103081216SQ201180041932
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月19日 优先权日2010年8月30日
发明者陈昌彦 申请人:株式会社Lg化学