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車輛用的蓄電池加熱器系統及其控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410614455.2

申請日:

2005.06.15

公開號:

CN104890524A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):B60L 11/18申請日:20050615|||公開
IPC分類號: B60L11/18; F02N11/08; F02N19/02(2010.01)I 主分類號: B60L11/18
申請人: 福特全球技術公司
發明人: 道格拉斯·X·朱; 雅各布·馬修斯; 帕克斯·丹尼爾·馬圭爾; 帕特里克·L·帕吉特
地址: 美國密歇根州迪爾伯恩市
優先權: 10/897,695 2004.07.23 US
專利代理機構: 北京銘碩知識產權代理有限公司11286 代理人: 郭鴻禧
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410614455.2

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及車輛用的蓄電池加熱器系統及其控制方法。一種用于加熱車輛內的電儲存設備的系統,其中,所述系統與外部電源相連,所述系統包括:加熱器,其與所述電儲存設備耦合,用于加熱所述電儲存設備;開關,其將所述外部電源選擇性地耦合到所述加熱器上;以及控制器,其接收與所述電儲存設備的溫度相應的輸入,并且至少根據所述電儲存設備的溫度操作所述開關,其中所述控制器由與所述外部電源不同的第二電源供電。

權利要求書

權利要求書
1.  一種車輛用的蓄電池加熱器系統,包括:
外部電源;
蓄電池系統,其由所述外部電源供電,其中所述蓄電池系統包括:蓄電池組;選擇性地加熱所述蓄電池組的加熱器;以及選擇性地將所述加熱器耦合至所述外部電源的開關;以及
控制器,其通過選擇性地操作所述開關以將所述加熱器耦合至所述外部電源來控制所述加熱器的操作,其中,所述控制器由與所述外部電源分離的第二電源供電。

2.  如權利要求1所述的系統,其中,所述控制器設置在所述蓄電池系統的外部。

3.  如權利要求1所述的系統,包括連接在所述外部電源與所述蓄電池系統之間的交流/直流轉換器。

4.  如權利要求3所述的系統,其中,所述交流/直流轉換器設置在所述蓄電池系統的外部。

5.  如權利要求1所述的系統,其中,所述外部電源包括位于所述車輛上的蓄電池。

6.  如權利要求1所述的系統,其中,即使在未將所述蓄電池系統連接到所述外部電源時,所述控制器也監視所述蓄電池系統。

7.  如權利要求1所述的系統,其中,所述蓄電池組包括鎳金屬氫化物蓄電池組和鉛酸蓄電池組之一。

8.  如權利要求1所述的系統,其中,所述第二電源包括標稱電壓輸出約為10-15伏的低壓蓄電池。

9.  如權利要求1所述的系統,其中,所述外部電源是120伏交流電源,并且所述第二電源包括標稱電壓輸出約為10-15伏的低壓蓄電池。

10.  如權利要求1所述的系統,其中,如果所述蓄電池系統的溫度低于溫度閾值,則閉合所述開關以加熱所述蓄電池組,如果所述蓄電池系統的溫度高于所述溫度閾值,則斷開所述開關以停止加熱所述蓄電池組。

11.  一種車輛用的蓄電池加熱器系統,包括:
外部電源;
蓄電池系統,其由所述外部電源供電,其中,所述蓄電池系統包括:蓄電池組;選擇性地加熱所述蓄電池組的加熱器;以及選擇性地將所述加熱器耦合至所述外部電源的開關;
控制器,其通過選擇性地操作所述開關以將所述加熱器耦合至所述外部電源來控制所述加熱器的操作,其中,所述控制器由與所述外部電源分離的第二電源供電;以及
發動機缸體加熱器,其耦合至所述蓄電池系統,并由所述外部電源供電,其中,所述發動機缸體加熱器和所述蓄電池系統通過單個連接器連接至所述蓄電池系統。

12.  如權利要求11所述的系統,包括連接在所述外部電源與所述蓄電池系統之間的交流/直流轉換器。

13.  如權利要求12所述的系統,其中,所述交流/直流轉換器設置在所述蓄電池系統的外部。

14.  一種控制車輛用的蓄電池加熱器系統的方法,包括以下步驟:
檢查鑰匙是否在所述車輛的車輛點火裝置中;
檢查所述蓄電池加熱器系統的溫度;
檢查所述蓄電池加熱器系統是否正在接收交流/直流有效信號;
如果所述蓄電池加熱器系統的溫度低于溫度閾值,則閉合開關以加熱所述蓄電池加熱器系統的蓄電池組;
如果所述蓄電池加熱器系統的溫度高于所述溫度閾值,則斷開所述開關以停止加熱所述蓄電池加熱器系統的蓄電池組;以及
周期性地從睡眠模式蘇醒,以重新檢查所述蓄電池加熱器系統的溫度。

15.  如權利要求14所述的方法,包括以下步驟:
在選定的時間段保持在所述睡眠模式;
在所述選定的時間段之后從所述睡眠模式蘇醒;以及
在從所述睡眠模式蘇醒的步驟之后,重新檢查所述蓄電池加熱器系統是否正在接收所述交流/直流有效信號。

16.  如權利要求15所述的方法,包括以下步驟:
如果接收了所述交流/直流有效信號,則重新檢查所述蓄電池加熱器系統的溫度;以及
如果所述溫度低于所述溫度閾值,則重新進入所述睡眠模式。

說明書

說明書車輛用的蓄電池加熱器系統及其控制方法
本申請是申請人為“福特環球技術公司”、申請日為2005年6月15日、申請號為“200510076447.8”、發明名稱為“車輛用的電儲存設備加熱器”的原案申請的分案申請。
技術領域
一般地說,本發明涉及車內電儲存設備的熱控制。具體地說,本發明涉及一種用于加熱電儲存設備的系統和方法。
背景技術
電動車和混合型電動車已經變得越來越受歡迎,可以滿足燃料效率、環保運輸的要求。這種車輛通常包含電儲存設備,如高壓牽引蓄電池,用于給電機供電,以便單獨或與內燃機、燃料蓄電池發動機或其它主發動機一起驅動車輛。
當前可得到的電動車或混合型電動車趨于在中等溫暖氣候條件下更加有效地運行,而在極冷的氣候條件下的效率較低。這是因為當蓄電池組地溫度下降時(比如低于20℃左右),高壓牽引蓄電池損失了能量。能量下降導致車輛性能、燃料經濟效益以及可驅動性的下降。在極低溫度下,高壓牽引蓄電池的能量不足,即使連啟動車輛也是不夠的。
期望保持適宜的蓄電池溫度,以保證在多種不同氣候條件下運行的車輛的性能。因為蓄電池溫度可能受到許多因素的影響,例如,蓄電池狀況、蓄電池單元的溫度、車輛停止時蓄電池的充電條件、環境溫度,所以要將蓄電池溫度保持在所期望的水平可能會是一種挑戰。自供電蓄電池加熱器只能夠在較短的時間周期保持蓄電池的最低溫度水平,因為可用來加熱的功率值要受到蓄電池自身存儲容量的限制。這樣,當蓄電池需要在延長的時間周期加熱時,或者當蓄電池需要加熱到較高的溫度以保證最優的車輛性能時,自供電蓄電池加熱器 是不適用的。
據此,需要一種系統,它可以將蓄電池溫度保持在能夠保證電動車或混合型電動車可靠啟動的水平。還需要一種系統,它能夠按照可控的方式保持合適的蓄電池溫度,以保證最化的車輛性能。
發明內容
一般而言,本發明涉及一種蓄電池加熱器系統,它能連接到高壓牽引蓄電池外部的一個外部電源上,只要這個系統保持連接到這個外部電源上,所述蓄電池加熱器系統就能夠保持高壓車輛蓄電池的適宜溫度。所述外部電源比如可為單獨的低壓蓄電池,或者是車輛自身外部的電源。蓄電池溫度可以保持在能夠保證使蓄電池性能最優的水平,并且可以保持在可在任何氣候條件下啟動車輛的最低水平。高壓蓄電池自身可為任何適宜的車輛蓄電池,如高壓牽引蓄電池。
在一種實施例中,所述系統包括蓄電池加熱器,比如包含熱電加熱器元件的加熱器,將所述蓄電池加熱器設在蓄電池系統自身內。另外的加熱器部件,如變換器和控制器,可以連接到位于蓄電池系統的內部或外部的加熱器上。保持其它系統部件在蓄電池系統的外部,使蓄電池加熱器系統能夠用作調制器部件,這個調制器部件能夠很容易作為蓄電池自身的一部分,或者作為運行中車輛加熱組件的一部分包括在所述系統內。另外,將變換器和/或控制器設在蓄電池外部,使得能夠易于從不要求蓄電池加熱的氣候條件下運行的車輛上省略掉蓄電池加熱器系統。
從下述說明書和附圖能夠最好地理解本發明的這些和其它的特征,下面是簡要的描述。
附圖說明
圖1是表示本發明一種實施例蓄電池加熱器系統的方塊圖。
圖2是表示本發明另一實施例蓄電池加熱器系統的方塊圖。
圖3是表示一種與發動機氣缸體加熱器一起使用的蓄電池加熱器系統實例的方塊圖。
圖4是表示本發明一種實施例控制蓄電池加熱器用的方法流程圖。
具體實施方式
圖1是表示本發明一種實施例蓄電池加熱器系統100各部件的方塊圖。一般地說,本發明針對由外部電源供電的車輛蓄電池加熱器系統100,所述外部電源比如是車輛外部的120伏交流電源、在高壓蓄電池系統102外部的車輛上的輔助低壓蓄電池或附屬蓄電池,或其它的電儲存設備。所述蓄電池系統102包括一個或多個蓄電池組。通過使用與高壓蓄電池系統102分開的外部電源操作加熱器系統100,本發明可保持蓄電池系統102是溫暖的,當車輛裸露于寒冷環境時,可以調節蓄電池系統102的溫度。
如圖1所示,所述蓄電池加熱器系統100包括加熱器104,用于加熱蓄電池組103。加熱器104本身可以具有本領域公知且適宜的任何結構形式,適于調節蓄電池組103的溫度。按照一種實施例,設置在蓄電池系統102中的多個電阻器或其它熱電加熱器元件用作加熱器104。所述加熱器104與蓄電池組103耦合。蓄電池組103本身比如可以是鎳金屬氫化物蓄電池、鉛酸蓄電池或任何等效的電能存儲設備。雖然以下的描述集中在蓄電池組上,但這種加熱器系統可以應用到其它電儲存設備,如超電容器上,而不偏離本發明的范圍。
加熱器系統100還包括變換器108。在圖1所示的例子中,變換器108是交流/直流變換器,用于將從外部交流電源110輸出的交流電壓變換成較低電平的直流電壓輸出。交流電源110比如可以是來自車庫內墻壁輸出端口的電源。連接器112,比如一種常規的3股插頭,使蓄電池加熱器系統100與交流電源110相連。也可以將交流/直流變換器108的輸出或者適宜的控制信號發送到控制器114,控制器114經一個或多個開關116,如繼電器、機械開關、場效應晶體管等,控制加熱器104的動作。按照一種實施例,控制器114還接收表示蓄電池溫度、鑰匙接通/斷開條件(如鑰匙是否在車輛點火中),以及交流/直流有效 信號作為輸入,并根據這些輸入控制開關116的動作。
按照另一種方式,比如還可以用單獨的低壓蓄電池120或其它交流電源給控制器114供電。低壓蓄電池120比如可以是常規的附屬蓄電池,標稱電壓輸出約為10-15伏。如果由低壓蓄電池120給控制器114供電,即使在未將蓄電池加熱器系統100連接到交流電源110時,控制器114也能監視蓄電池系統102的溫度。工作期間,控制器114最好抽取極小的電流(比如1mA量級以下)。另外,通過把控制器114設置成間歇地抽取最小電流的睡眠模式,則有如以下詳細描述的,控制器114可避免低壓蓄電池120漏電。可以利用任何連接結構,如電氣配線,把加熱器系統100的各個部件連接在一起。
在圖1所示的舉例中,把控制器114和開關116設置在蓄電池系統102內,而可將交流/直流變換器108設置在車輛內蓄電池系統102外部的任何位置。交流/直流變換器108為較昂貴的部件;通過把交流/直流變換器108設在蓄電池系統102外部,就可以作為一個單獨的部件,即車輛加熱組件的一部分購買蓄電池加熱器系統100,并且在寒冷天氣不需要協助的車輛中,可以省掉這一部分。應予說明的是,如果期望,也可以系統中的其它部件(如控制器114和/或開關116)設在蓄電池系統102的外部,以便通過只在需要它的車輛內設置這些部件,進一步提高車輛的可調節性。圖2表示蓄電池加熱器系統100的另一實施例,其中把交流/直流變換器108和變換器114都設置在蓄電池系統102的外部。
此外,通過將交流/直流變換器108設在蓄電池系統102外部(如車輛發動機附近),與高壓交流線路不同,只有低壓直流電氣線路需要穿過車輛的乘客車廂,這樣就消除了可能的安全隱患。使交流/直流變換器108與蓄電池系統102分開,可使UL認證比較簡單,因為只需要針對交流/直流變換器108進行這種認證,這與交流/直流變換器108包括在蓄電池系統102內的整體式蓄電池系統102的情況相反。
將蓄電池加熱器系統100連接到交流電源110,只要保持這種連接,就可使蓄電池系統102加熱的時間周期不受限制。與自供電蓄電池加熱器相比,這是具有明顯優點的,自供電蓄電池加熱器加熱蓄電池的時間周期是有限的。還有, 因為交流電源110不受限制的性質,使蓄電池系統102能加熱到較高的溫度,而不會有電源耗盡的危險,從而能使蓄電池溫度保持在可以啟動車輛的水平。
應予說明的是,如果把輔助蓄電池用作外部電源,則變換器108可以是一個直流/直流變換器。當然,也可以省掉變換器108。
圖3表示的蓄電池加熱器系統100與一個發動機氣缸體加熱器200耦合。在極冷的地區,車輛通常要配備發動機氣缸體加熱器200,以在寒冷氣候保持發動機能處與良好的工作條件下。與本發明的蓄電池加熱器系統100類似,將發動機氣缸體加熱器200設計成能夠與交流電源110相連。本發明的蓄電池加熱器系統100的插件式設計,使她能夠很容易地與發動機氣缸體加熱器200耦合到一起。
如圖3所示,蓄電池加熱器系統100和發動機氣缸體加熱器200兩者都可以利用單獨一個連接器112(如單個插頭)連接到同一個交流電源110,這與使用兩個分立連接器的情況不同。單個連接器112是適用的,因為蓄電池加熱器系統100和發動機氣缸體加熱器200兩者通常都要同時處在極冷的氣候中。這將使車輛加熱組件202形成一個整體,并且簡化蓄電池加熱器系統100和發動機氣缸體加熱器200與交流電源110的連接。可以作為一個插件式的車輛加熱組件202一起提供蓄電池加熱器系統100和發動機氣缸體加熱器200。
圖4是表示本發明一種實施例的控制器114采用的控制蓄電池溫度的控制過程250的流程圖。如以上所述,控制器114可以接收與蓄電池溫度和鑰匙接通/斷開條件對應的輸入。控制器114還要檢查是否正在接收交流/直流有效信號,以確定蓄電池加熱器系統100是否連接到交流電源110。
在圖示的控制過程250中,控制器114假定車鑰匙沒有處在車輛點火的狀態中;即車輛處在鑰匙斷開條件(框252)。控制器114隨后檢查是否正在接收交流/直流有效信號(框254)。如果沒有,控制器114假定蓄電池加熱器系統100沒有連接到交流電源110(框256)。例如,睡眠模式可以減小控制器114的電流抽取(框258)。在這種睡眠模式期間,控制器114等待所選時間周期(如2小時)(框260),然后蘇醒(框262)。應予說明的是,如果期望的話,當車輛處在鑰匙接通 條件時,也可以使加熱器工作,只需把蓄電池加熱器系統100連接到交流電源110上即可。
如果控制器114正在接收交流/直流有效信號(框254),控制器114就會知道蓄電池加熱器系統100被連接到交流電源110(框263)。然后,控制器114檢查蓄電池溫度(框264),以確定蓄電池溫度是否小于所選的溫度閾值(框265)。如上所述,選擇所述溫度閾值,以保證車輛將要啟動和/或保證優化車輛性能。
如果蓄電池溫度等于或大于該溫度閾值,控制器114將要切換加熱器104的狀態,如果加熱器104處在接通狀態,則加熱器104切換到斷開狀態;如果加熱器104已經處于斷開狀態,則使加熱器104仍處在斷開狀態(框256)。然后,控制器114進入睡眠模式(框258),如上所述,當控制器114在所選的時間周期以后蘇醒時,再次地檢查蓄電池溫度。
如果蓄電池溫度低于所述溫度閾值(框265),表示蓄電池系統102需要加熱,以達到它的期望溫度。控制器114接通開關116,以講加熱器104連接到交流電源110(框268)。這時,加熱器104處于接通條件(框270)。
隨后,控制器114進入睡眠模式(框272)。本例中傳送給加熱器102的電量足夠低,以使加熱器104在睡眠模式期間仍舊保持接通狀態,而不會有任何過熱的危險。按照另一種方式,只在開關116再次斷開前的一段預定的時間周期內,控制器114使開關116接通,而不必等待控制器114蘇醒,離開睡眠模式。應予說明的是,如果由交流電源110給控制器114供電,而不由低壓蓄電池120供電,控制器114就可以連續地監視蓄電池溫度,而不是只在周期性的蘇醒期間進行監視,這樣就進一步優化了蓄電池系統102的供電,而沒有過熱的風險。
在圖3所示的舉例中,控制器114在所選的時間周期內(如2小時)一直保持在睡眠模式(框274)。然后,控制器114蘇醒(框276),并檢查是否正在接收交流/直流有效信號(框277)。如果沒有,控制器114再次進入睡眠模式(框272)。如果控制器114正在接收交流/直流有效信號,表示蓄電池加熱器系統100連接到交流電源110,則控制器114測量蓄電池溫度(框278)。如果蓄電池溫度等于或 低于期望的溫度閾值(框280),控制器114再次進入睡眠模式(框272),同時開關116閉合,借此,使電流繼續流過加熱器104,并且保持加熱器104處于接通條件下。當然,如果在這一階段蓄電池并非較長地接收交流/直流信號,控制器114打開開關116,使加熱器104切換到斷開條件。
如果蓄電池溫度高于所述溫度閾值(框278),表明蓄電池系統102處在等于或高于所期望的優化溫度,因此不必使加熱器114繼續工作。因此,控制器114打開開關116,從交流電源110斷開加熱器104(框282),并將加熱器104設置于斷開條件(框256)。然后,有如上述那樣,控制器114進入睡眠模式(框258),并蘇醒之前延遲一段所選擇的時間周期,以便再次檢查蓄電池溫度。
因此,本發明的蓄電池加熱器系統通過連接蓄電池加熱器到交流電源,可以獨立地保持期望的蓄電池溫度,而不用依靠它自己的內部電源。使用交流電源還使蓄電池加熱器系統能與發動機氣缸體加熱器一起工作,并且,可以通過發動機氣缸體加熱器與電源的連接進行供電,因此不再需要單獨的電源連接。本發明的蓄電池加熱器系統的可調節性還使得它能夠很容易地包含在指定的車輛內,或者從指定的車輛上拆開省略掉。
應能理解,在實施本發明過程中,可以使用本文所描述本發明各實施例的各種改型。下面的權利要求書意在限定本發明的范圍,并且期望借此覆蓋在這些權利要求及其等效范圍內的方法和設備。

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車輛 蓄電池 加熱器 系統 及其 控制 方法
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