電池溫度估計系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及牽引電池溫度估計。
【背景技術】
[0002] 諸如電池電動車輛（BEV)、插電式混合動力電動車輛（PHEV)、輕度混合動力電動 車輛（MHEV)或全混合動力電動車輛（FHEV)的車輛包括牽引電池（諸如，高電壓（HV)電 池），以用作車輛的推進源。HV電池可包括用于輔助管理車輛性能和操作的組件和系統。 HV電池可包括在電池單元端子之間相互電連接的一個或更多個電池單元陣列以及互連器 匯流條。HV電池和周圍環境可包括用于輔助管理HV電池組件、系統和各個電池單元的溫度 的熱管理系統。
[0003] 由于電池的壽命可受電池單元的溫度影響，所以電池的熱管理系統和冷卻系統可 有助于防止電池過熱并減輕高溫的影響。這樣的冷卻系統可通過在安裝在電池表面上的電 池傳感器處所檢測到的溫度而被觸發。
【發明內容】
[0004] -種車輛電池冷卻系統，所述系統可包括：冷卻裝置，用于冷卻電池；控制器，被 配置為根據一系列估計的電池溫度操作所述裝置，所述一系列估計的電池溫度中的每個溫 度基于與電池關聯的熱產生速率、儲存熱能速率和熱傳遞速率，使得所述一系列估計的電 池溫度形成估計的溫度波形，所述估計的溫度波形在時間上領先感測的電池溫度波形。
[0005] -種用于管理車輛電池的溫度的方法（電池溫度管理方法）可包括：響應于一系 列估計的電池溫度通過控制器操作冷卻系統冷卻電池，所述一系列估計的電池溫度中的每 個溫度基于與電池關聯的熱產生速率、儲存熱能速率和熱傳遞速率，并在傳感器反映出電 池的內部溫度變化之前反映出電池的內部溫度變化，以防止電池溫度超過內部溫度閾值。
[0006] 根據本發明的一個實施例，熱產生速率可基于電池的功率和開路電壓，開路電壓 是電池的荷電狀態的函數。
[0007] 根據本發明的一個實施例，熱產生速率可基于電池的電壓與電池的開路電壓之間 的差和電池的電流的乘積。
[0008] 根據本發明的一個實施例，儲存熱能速率可基于所述一系列估計的電池溫度與電 池的熱容量的變化速率。
[0009] 根據本發明的一個實施例，與電池關聯的熱傳遞速率可基于電池入口空氣的溫度 與估計的電池溫度之間的差。
[0010] 根據本發明的一個實施例，操作冷卻系統可包括啟動冷卻系統。
[0011] -種車輛可包括：牽引電池；冷卻系統，被構造為冷卻牽引電池；控制器，被配置 為響應于一系列估計的電池溫度操作冷卻系統，所述一系列估計的電池溫度中的每個溫度 基于與電池關聯的熱產生速率、儲存熱能速率和熱傳遞速率，并在傳感器反映出電池的內 部溫度變化之前反映出電池的內部溫度變化，以防止電池溫度超過內部溫度閾值。
[0012] 根據本發明的一個實施例，熱產生速率可基于電池的功率和開路電壓，開路電壓 是電池的荷電狀態的函數。
[0013] 根據本發明的一個實施例，熱產生速率可基于電池的電壓與電池的開路電壓之間 的差和電池的電流的乘積。
[0014] 根據本發明的一個實施例，儲存熱能速率可基于估計的電池溫度和電池的熱容量 的變化速率。
[0015] 根據本發明的一個實施例，熱傳遞速率可基于電池入口空氣的溫度與估計的電池 溫度之間的差。
[0016] 根據本發明的一個實施例，操作所述冷卻系統可包括啟動所述冷卻系統。
【附圖說明】
[0017] 圖1示出了具有電池組的示例性混合動力電動車輛；
[0018] 圖2是電池組能量交換組件的框圖；
[0019] 圖3是示出估計的電池溫度和測量的電池溫度的示例性曲線圖；
[0020] 圖4是用于估計電池溫度的示例性算法。
【具體實施方式】
[0021] 根據需要，在此公開本發明的詳細的實施例；然而，應該理解，公開的實施例僅僅 是本發明的可以以各種形式和可選的形式實施的示例。附圖不一定按照比例繪制；可能會 夸大或最小化一些特征，以示出特定組件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能性細節 不被解釋為限制，而僅僅作為用于教導本領域的技術人員以各種方式使用本發明的代表性 基礎。
[0022] 在此公開了一種溫度預測系統，所述溫度預測系統被構造為預測電池組內儲存的 熱能和電能的變化。通過預測該能量，可預測電池的內部單元溫度，而不需使用溫度傳感 器。與使用溫度傳感器的一般系統相比，通過使用存在的數據點和電池測量值與特性，預測 電池單元溫度可早20秒。因為可更早地預測溫度，所以電池周圍的溫度控制可更有效，因 此，延長了電池壽命，減小了冷卻系統尺寸并降低噪音等級和成本。此外，由于電池溫度傳 感器對于該估計來說不是必要的，所以可減小冷卻系統的尺寸并降低冷卻系統的成本。
[0023] 圖1描繪了典型的車輛系統100的示例。插電式混合動力電動車輛102可以包含 機械連接至混合動力傳動裝置106的一個或更多個電動馬達104。此外，混合動力傳動裝 置106機械連接至發動機108。混合動力傳動裝置106還可以機械連接至驅動軸110,驅 動軸110機械連接至車輪112。當發動機108關閉時電動馬達104能提供推進。當發動機 108基于車輛控制器命令開啟時電動馬達104能提供減速能力，其中，所述車輛控制器命令 可通過允許發動機或馬達實現最高效率而優化車輛燃料經濟性或使電池組實現期望的SOC 水平。電動馬達104可以被構造為發電機，并且能通過回收在摩擦制動系統中通常將作為 熱損失掉的能量而提供燃料經濟效益。由于混合動力電動車輛102在特定狀況下可以按照 電動模式運轉，并且通過優化處理發動機和電動驅動系統可在最高可用狀態下工作，所以 電動馬達104還可以減少污染物排放。
[0024] 電池組114儲存電動馬達104可以使用的能量。車輛電池組114通常提供高電壓 直流（DC)輸出。電池組114電連接至電力電子模塊116。電力電子模塊116還電連接至 電動馬達104,并且提供在電池組114和電動馬達104之間雙向傳輸能量的能力。例如，典 型的電池組114可以提供DC電壓，而電動馬達104可能需要三相交流（AC)電以進行運轉。 電力電子模塊116可以將DC電壓轉換為電動馬達104需要的三相AC電。在再生模式中， 電力電子模塊116將來自作為發電機的電動馬達104的三相AC電轉換為電池組114需要 的DC電壓。在此描述的方法同樣適用于純電動車輛或者使用電池組的任何其它裝置。
[0025] 電池組114除了提供用于推進的能量之外，還可以提供用于其它車輛電氣系統的 能量。典型的系統可以包括將電池組114的高電壓DC輸出轉換為與其它車輛負載兼容的 低電壓DC供電的DC/DC轉換器模塊118。其它高電壓負載（比如壓縮機和電加熱器）可以 直接連接至從電池組114引出的高電壓總線。在典型的車輛中，低電壓系統電連接至12V 電池120。純電動車輛可以具有類似的配置，只是沒有發動機108。
[0026] 可以通過外部電源126向電池組114再充電。外部電源126可以經由充電端口 124 通過電連接向車輛102提供AC或DC電力。充電端口 124可以是被配置為從外部電源126 向車輛102傳輸功率的任何類型的端口。充電端口 124可以電連接至電力轉換模塊122。 電力轉換模塊122可以調節來自外部電源126的電力以向電池組114提供適合的電壓和電 流水平。在一些應用中，外部電源126可以被配置為向電池組114提供適合的電壓和電流 水平，并且電力轉換模塊122可能不是必需的。在一些應用中，電力轉換模塊122的功能可 以設置在外部電源126中。車輛發動機、傳動裝置、電動馬達以及電力電子器件可由動力傳 動系統控制模塊（PCM) 128控制。
[0027] 電池組114還可包括電池組控制器130 (也被稱作電池電控制模塊（BECM))。電池 組控制器130可控制并監測電池組114的性能。控制器130可包括管理電池單元中的每個 的溫度和荷電狀態的電子監測系統。控制器130可包括被構造為便于進行下面針對圖4所 描述的處理400的存儲器和處理器。盡管未詳細示出，但是電池組114的線束用于將每個 電池單元、傳感器和其它電力組件電連接在一起。當線束上存在電流時，線束可具有會影響 電池組114產生的熱的電阻R halTOSS。
[0028] 除了示出插電式混合動力車輛，圖1還可示出電池電動車輛（BEV)、混合動力電動 車輛（HEV)和插電式混合動力電動車輛（PHEV)。所討論的各個組件可具有控制并監測組件 的運轉的一個或更多個相關聯的控制器（包括電池組控制器130)。控制器可經由串行總線 (例如，控制器局域