电池升温系统及其控制方法与流程

本发明涉及电池升温系统极其控制方法，并且更具体地，涉及这样一种电池升温系统极其控制方法，其更有效地执行加热控制以缩短电池升温时间同时缩短低温条件中电池升温时间。
背景技术：
：作为新一代二次电池的锂聚合物电池(lipb)已被用作诸如电动车辆和混合动力车辆的环保型车辆中的电池。锂聚合物电池(lipb)是使用具有优异的离子导电性的固体电解质的二次电池。在液体电解质电池中，电解液很可能会泄露并且电解液中使用的有机溶剂是可燃材料，而诸如锂聚合物电池的固体电解质电池的优势在于该电池不具有(例如，最小)泄露电解液以及爆炸风险的可能性、具有低内阻以及高能量密度，并不会使电池的使用期限减小而不需充足电和完全放电,因为该电池不具有记忆作用。然而，在基本低温区域中，由于充电状态(soc)降低，电池的内阻迅速增大，使得放电输出降低。因为车辆的行驶条件是通过基于电池温度和soc的输出而不是通过基于车辆行驶状态中电池的soc限制输出来确定，因此需要将基本低温状态中的电池增大至适当温度(例如，行驶状态的预定温度)以确保基本低温时车辆的电源性能。当电池在基本低温状态下充电时，正极和负极的过电压的升高不是对称增大的，从而与室温下充电相比，充电容量可能降低并且负极电压可能降低至基本低电压。具体地，电池中类金属的锂减少，并且当该情况在基本时间段内重复时，电池的性能可能会恶化并且可能出现内部短路。为了有效地使用锂聚合物电池(lipb)，并且确保lipb的安全性以及耐用期限，需要适当地管理电池的使用温度。然而，当加热器快速地施加热以增大电池温度时，可能会存在起火、爆炸等的风险，并且因此，存在这样的一种需求，系统需基于电池的温度和外部条件有效地控制加热器的温度。作为当前电池升温系统，之前已经开发了通过用正温度系数(ptc)加热器来加热流通于电池组的流体来增大电池温度的方法，通过使用围绕电池模块的毯状加热器加热电池周围的空气的方法等等。电池升温系统的主要性能取决于短升温时间以快速地改善低温时电池的输出以及安全保证以防止风险，诸如，防止在任何情况下发生火灾。为了缩短电池升温时间，需要减少电源的阻抗以增大加热器的加热值，并且确保电池的安全性，需要增大电源的阻抗以减少加热器的加热值。然而，根据相关技术，当加热器的加热值无条件地增大时，在非正常情况下电池中可能会发生火，并且具体地，由于加热器的热变形可能会出现火星并且由于可燃气体的泄露可能会出现电池的着火等等由于过度的电池升温引起的问题，这可能会导致整个车辆的风险。当仅考虑到电池升温时间的缩短而增大加热器的加热值时，由于升温系统的故障期间的连续加热难以确保电池的安全性。技术实现要素：本发明提供这样一种电池升温系统及其控制方法，其可更有效地执行加热控制以缩短电池升温时间同时减少低温条件下的电池升温时间。此外，本发明提供这样一种电池升温系统及其控制方法，其通过防止电池温度过度升高并防止加热器过热确保电池的耐用性以及加热器的热变形。此外，本发明提供这样一种电池升温系统及其控制方法，其在解决了当仅考虑电池升温时间的缩短时出现的问题的同时缩短电池升温时间并确保电池安全性。本发明也提供这样一种电池升温系统及其控制方法，其在电池升温过程期间防止不必要能量浪费并通过缩短充电时间节约充电成本以实现快速充电。本发明的示例性实施方式提供这样一种电池升温系统，其包括：电源，配置为操作加热器；加热器，附接至电池模块并配置为通过加热操作增大电池温度；可变电阻器，安装在加热器与电源之间的电路上并配置为基于电阻值的调整状态调整加热器的加热值；加热器继电器，安装在加热器与电源之间的电路上并配置为打开和关闭电路以选择性地打开和关闭加热器；第一传感器，配置为传感电池温度；第二传感器，配置为传感加热器温度；以及控制器，配置为基于第一和第二传感器传感的温度信息输出控制信号以操作加热器继电器来选择性地打开和关闭加热器，并输出控制信号以调整可变电阻器的电阻值。当电池温度小于预定第一参考温度t1时，控制器可被配置为打开加热器继电器并在电池温度为小于第二参考温度t2(t2<t1)的低温状态时降低可变电阻器的电阻值以执行电阻值调整过程来增大加热器的加热值。响应于在电阻值调整过程期间通过将加热器温度和电池温度之间的偏差与预定温度偏差之间进行比较确定加热器温度与电池温度之间的偏差等于或小于预定温度偏差，可将控制器设置为降低可变电阻器的电阻值。在电阻值调整过程期间，当加热器温度与电池温度之间的偏差大于预定温度偏差时通过增大可变电阻器的电阻值可将控制器设置为减少加热器的加热值。响应于在电阻值调整过程之后通过将电池温度与预定第三参考温度t3(t1>t3>t2)进行比较确定电池温度升高至大于第三参考温度的温度，控制器可被配置为增大可变电阻器的电阻值以执行减少加热器的加热值的额外电阻值调整过程。此外，响应于在额外电阻值调整过程期间通过将加热器温度和电池温度之间的偏差与预定温度偏差之间进行比较确定加热器温度与电池温度之间的偏差等于或小于预定温度偏差，可将控制器设置为增大可变电阻器的电阻值。当在额外电阻值调整过程期间加热器温度与电池温度之间的偏差大于预定温度偏差时，控制器可被配置为增大可变电阻器的电阻值以减小加热器的加热值，并且然后，当加热器温度与电池温度之间的偏差小于预定温度偏差时，额外增大可变电阻器的电阻值。本发明的另一示例性实施方式提供一种电池升温系统的控制方法，其可包括：由传感器传感电池温度和加热器温度；当电池温度小于预定第一参考温度t1时由控制器操作加热器以通过打开加热器继电器来增大电池温度；当电池温度处于小于第二参考温度t2(t2<t1)的低温状态中时由控制器调整电阻值以通过降低可变电阻器的电阻值来增大加热器的加热值；以及在调整电阻值会后通过比较电池温度与第三参考温度t3(t1>t3>t2)在电池温度升高至大于预定第三参考温度的温度时由控制器另外调整电阻值以通过增大可变电阻器的电阻值来减小加热器的加热值。根据本发明示例性实施方式的电池升温系统及其控制方法，可以更有效地执行加热控制以缩短升温时间同时缩短低温条件中的电池升温时间。此外，通过防止电池温度过度升高并防止加热器过热可以确保电池的耐用性并防止加热器的热变形以及降低电池升温时间并确保安全性。另外，在电池升温过程期间可以防止不必要的能量浪费并通过缩短充电时间节约充电成本以实现快速充电。附图说明图1是示意性地示出安装在根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的电池模块内的加热器的示例性示图；图2是示意性地示出根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的配置的示例性示图；图3是示出根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的控制方法的示例性图表；以及图4是示出在根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的控制过程期间的加热器温度和电池温度(例如，电池温度)的示例性示图。具体实施方式应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种小船(boat)和船舶(ship)的水运工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力汽车、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆、及其他代用燃料车辆(例如从除石油以外的资源获得的燃料)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。虽然示例性实施例被描述为使用多个单元执行该示例性过程，但是应该理解该示例性过程也可由一个模块或多个模块执行。此外，应该理解术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器被配置存储模块，且该处理器被特别配置执行所述模块，以执行下面进一步描述的一个或多个过程。此外，本发明的控制逻辑可被体现为计算机可读介质上的非临时性计算机可读介质，其包括由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于/控制单元、rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。该计算机可读记录介质也可以被分布在网络联接的计算机系统，使得该计算机可读介质以分布的方式被存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)。本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时指定所述特征、整数、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、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所用的，术语“和/或”包括所关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。在下文中，将参考附图详细地描述本发明示例性实施方式以便示例性实施方式可由本发明所属领域的技术人员容易地执行。图1是示意性地示出安装在根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的电池模块内的加热器的示例性示图。如图1所示，可将表面型加热器20用作根据本发明示例性实施方式的电池升温系统中的加热器，该表面型加热器比使用ptc加热器和循环流体的热管理系统更简单更安全，并且比毯状加热器的尺寸更小重量更轻。根据本发明示例性实施方式，使用表面型加热器的方法，即，可采用通过将可由电池的电力操作的表面型加热器20附接至电池模块10来使用表面型加热器20的加热操作增大电池温度的热传导升温方法。图2是示意性地示出根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的配置的示例性示图。如图2所示，电池升温系统可包括：电源11，配置为操作加热器；加热器20，附接至电池模块10并配置为通过加热操作增大电池温度；可变电阻器31，安装在加热器20与电源11之间的电路上并配置为基于电阻值的调整状态调整加热器20的加热值；加热器继电器32，安装在加热器20与电源11之间的电路上并配置为打开和关闭电路以选择性地打开和关闭加热器20；第一传感器12，配置为传感电池温度；第二传感器21，配置为传感加热器温度；以及控制器40，配置为基于第一传感器12和第二传感器传感21的温度信息输出控制信号以操作加热器继电器32来选择性地打开和关闭加热器20并输出控制信号以调整可变电阻器31的电阻值。图2示出了通过从电池供应电力而操作的表面型加热器20，其中，表面型加热器20可以是增大电池温度的加热器(例如，升温加热器)，其可以如图1所示被附接至电池模块10。电源11可被配置为操作表面型加热器20并可以是电池，并且可切换为选择性地向车辆供应来自电池的电源的电源继电器总成(powerrelayassembly，pra)被安装在电池的直流(dc)链端(directcurrentlinkend)。电源继电器组件(pra)可安装成选择性地打开和关闭在电池(可以是电源11)与加热器20之间连接的dc电路上的电源11(其可以是电池)，并可包括多个高电压继电器和保险丝。具体地，电源继电器组件(pra)可包括两个高电压主继电器33和34(其可以是主要的电源接触)、保险丝35、以及配置为选择性地操作加热器20的加热器继电器(例如，升温继电器)32。可基于控制器40输出的继电器控制信号打开和关闭电源继电器组件(pra)的每个继电器32、33或34，其中，控制器40可以是配置为收集电池状态信息的电池管理系统(bms)。根据本发明示例性实施方式，控制器40可被配置为接收由第一传感器12和第二传感器21传感的电池温度(例如，电池单元温度)以及加热器温度并可配置为基于温度信息(尤其是第一传感器12和第二传感器21传感的电池温度)输出控制信号以操作加热器继电器32打开和关闭。此外，控制器40可被配置为输出控制信号以调整安装在可以是电源11的电池与可以是升温单元的加热器20之间的电路(例如。电源电路)上的可变电阻器31的电阻值。具体地，可变电阻器31可被设置成基于控制器40的控制信号调整电阻值。根据本发明示例性实施方式，控制器40可被配置成基于第一传感器12和第二传感器21传感的电池温度和加热器温度输出控制信号以调整可变电阻器31的电阻值。从图2可知保险丝35、加热器继电器32、加热器、以及可变电阻器31可串联连接。表1示出了基于可变电阻器31的电阻值的加热器20的加热状态，其中，当可变电阻器的电阻值减小时，增大电池温度的加热器的加热值可增大，并且当可变电阻器的电阻值增大时，增大电池温度的加热器的加热值可以减小。表1可变电阻器的电阻值加热器的加热值(q＝i2r)减小增大增大减小在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明示例性实施方式的升温系统的控制过程。图3是示出根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的控制方法的示例性流程图以及图4是示出在根据本发明示例性实施方式的电池升温系统的控制过程期间的加热器温度和电池温度(例如，电池单元温度)的示例性示图。在确保行驶车辆时所需的输出时可增大电池温度以更顺利地为电池充电。当电池被用以行驶车辆和充电车辆等时需要增大电池温度并且控制器可被配置为执行电池升温过程同时基于电池温度和加热器温度调整可变电阻器的电阻值。首先，在行驶车辆或为电池充电时，当打开主继电器时，第一和第二传感器可传感电池温度tbatt和加热器温度thtr，并且控制器可被配置为接收第一和第二传感器的传感值(s11和s12)。控制器可配置为将电池温度tbatt与预定第一参考温度t1进行比较(s13)，并且当电池温度tbatt小于第一参考温度1(即，tbatt<t1)时，控制器可被配置为确定需要电池升温并打开加热器继电器(s14)。此外，当打开加热器继电器时,控制器可配置为将电池温度tbatt与预定第二参考温度t2(这里，t2<t1)进行比较(s15)，并且当电池温度tbatt处于小于第二参考温度t2(即，tbatt<t2)的低温状态中时，控制器可配置为将加热器温度thtr和电池温度tbatt之间的偏差与预定的适当温度偏差δt进行比较(s16)。这里，当温度之间的偏差(thtr–tbatt)大于适当温度偏差δt(即，thtr–tbatt>δt的情况)时，控制器可被配置为以设定值增大可变电阻器的电阻值并且降低加热器的加热值(s17)。当电池温度tbatt升高并且因而加热器温度thtr与电池温度tbatt之间的偏差thtr–tbat等于或小于适当温度偏差δt(即，当thtr–tbatt＝δt)时，控制器可被配置为以设定值减少可变电阻器的电阻值并且因而再次增大加热器的加热值(s18和s19)。控制器可配置为将电池温度tbatt与预定第三参考温度t3(这里，t1>t3>t2)进行比较(s120)，并且当电池温度tbatt大于第三参考温度t3(即，tbatt>t3)时，控制器可配置为再次将加热器温度thtr和电池温度tbatt之间的偏差thtr–tbat与预定的适当的温度偏差δt进行比较(s21)。此外，当温度之间的偏差(thtr–tbatt)大于适当的温度偏差δt(即，thtr–tbatt>δt的情况)时，控制器可被配置为以设定值增大可变电阻器的电阻值并且因而降低加热器的加热值(s22)。当加热器温度thtr与电池温度tbatt之间的偏差thtr–tbat小于适当的温度偏差δt(即，当thtr–tbatt＝δt)时，控制器可被配置为以设定值增大可变电阻器的电阻值并且因而额外减小加热器的加热值(s23和s24)。因此，当电池温度tbatt大于步骤s20中的第三参考温度t3时，可以执行基于加热器温度thtr和电池温度tbatt之间的偏差thtr–tbatt额外地逐步调整可变电阻器的电阻值和加热器的加热值的过程(s21至s24)。此外，控制器可被配置为比较电池温度tbatt与第一参考温度t1(s25)，并且当电池温度tbatt等于或大于第一参考温度t1(即，当tbatt＝t1时)时确定不需要更大的电池升温以关闭加热器继电器并终止电池升温(s26)。在步骤s15中,当电池温度tbatt等于或大于第二参考温度t2(即，当tbatt＝t2时)，过程可进行至步骤s20并且控制器可被配置为比较电池温度tbatt与第三参考温度t3，并且在步骤s21中，当加热器温度thtr与电池温度tbatt之间的偏差thtr–tbatt等于或小于适当的温度偏差δt(即，当thtr–tbatt＝δt)时，在步骤s24的，控制器可被配置为仅仅以一步增大可变电阻器的电阻值(减小加热器的加热值)。在如上所述的示例性实施方式的控制过程中，可通过在电池升温过程中基于加热器温度与电池温度之间的偏差适当地改变可变电阻器的电阻值来调整加热器的加热值。当电池温度处于小于第二参考温度的低温状态中时，在将加热器温度与电池温度之间的偏差维持在适当的温度偏差内的情况下可变电阻器的电阻值可减小以迅速增大电池温度并且因而增大加热器的加热值。此外，当电池温度为其温度可稍微大于低温状态中的温度的基本低温状态(例如，预定低温状态)时，在加热器继电器打开和加热器打开状态中电池温度上升。当电池温度等于或大于第二参考温度但等于或小于第三参考温度时，并且然后当电池温度上升至第三参考温度或更大时，可确认加热器温度与电池温度之间的偏差并且可变电阻器的电阻值可适当增大以减小加热器的加热值。换言之，当电池温度升至预定温度时，可增大电池的输出值以使电池温度由于电池的加热而上升。具体地，可通过调整可变电阻器的可变值降低加热器的加热值以减少需要增大电池温度的能量。当电池产生期望输出并且不需要升温，即，电池温度等于或大于第一参考温度时，可关闭加热器继电器和加热器并且因而电池升温可终止。当加热器和电池之间的温度偏差偏离预定值时，可变电阻器的电阻值可增大并且因而加热器的加热值可降低(s17和s22)以防止加热器的热变形并且可防止由于加热器与电池之间的基本温度差造成的电池使用期限的减小。通过在电池升温过程结束之前增大可变电阻器的电阻值可减小加热器的加热值，因而，确保甚至在由于系统故障等引发的电池碰巧被连续加热时电池的安全性。尽管上面详细地描述了本发明的示例性实施方式，本发明的保护范围不限于此，并且本领域技术人员使用在权利要求书中限定的本发明的基本概念的各种修改和改善的形式都属于本发明的保护范围。当前第1页12