用于防止过热电池操作的方法、设备和系统

摘要

本发明提供用于防止过热电池操作的方法、设备和系统。用于防止车辆电池组中的过热状况的方法和系统。在一些实施方式中，这样的方法可以包括测量电动车的接触器内的电阻、使用测量电阻估计接触器的温度以及将接触器的估计温度与阈值温度比较。在一些实施方式中，在确定估计温度已经超过阈值温度时，可以限制输送通过接触器的电流。

说明书

技术领域

本发明涉及防止用于车辆的电池组的过热状况。例如，在一些实施例和实施方式中，本发明涉及用于估计电池系统的一部分例如电池系统的接触器的温度并且使用温度估计值来根据需要限制电流分配的方法、设备和系统。

背景技术

在电动、燃料电池（“FC”）和/或混合动力车辆中，可以使用高压（“HV”）电池系统来给车辆的电动传动系部件（例如电驱马达等等）供电。例如，可以使用车辆中包括的HV可再充电能量存储系统（“ESS”）来给车辆的电动传动系部件供电。

监测这种电池系统的一个或更多个部件或部分的温度可以允许基于这样的信息进行更精确的电池系统控制和/或管理决策，从而提高整体电池性能。精确获知电池系统的温度可以进一步允许实现用于识别潜在的电池系统问题的改进诊断和/或预测方法。用于估计电池系统的温度的常规方法可以利用电池系统内的构造为提供温度指示的多个温度传感器（例如热敏电阻）。然而，这样的方法可能不能提供对车辆电池系统内的平均温度的非常精确的估计，从而导致差的车辆驾驶性能和/或增加的车辆能量使用和/或更快速的电池容量退化。而且，利用多个温度传感器来估计车辆电池系统内的温度也可能产生增加的初始生产成本和持续的修理和/或保修成本。

尤其已知大电流应用中所使用的接触器（例如高性能电池）在大负荷下过热。在大约150摄氏度时，用于涂覆构成接触器电磁体的电线的清漆通常损坏。这可能导致接触器故障并且可能使得电池组电路断开，从而导致车辆推进力的损耗。目前不存在适当的软件控制来防止驱动器意外过热和损坏部件。

因此,本发明人已经确定提供克服现有技术的前述限制和/或其他限制中的一个或更多个的用于监测电池温度和/或调节电流分配的方法、设备和系统将会是期望的。

发明内容

本文公开的方法、设备和系统用于防止用于车辆的电池组的过热状况，该车辆例如是包括接触器的电动车。

一些实施例可以用于主动地防止过热以便提高接触器寿命并且防止电池系统故障。一些实施例也可以允许在牺牲车辆性能之前使用接触器的整个温度操作范围。这可以减少与接触器的超安全标准设计相关联的附加成本，否则需要附加成本来防止电池系统故障。

在一些实施例中，接触器的供电线圈的电阻测量值可以结合软件查找表使用，从而基于线圈电阻的值推断线圈温度。这可以使得能够实现可以用于减少穿过接触器的电流以便防止系统和部件故障的可能性的软件控制。

在一些实施例和实施方式中，可以对现有或未来车辆应用软件补丁，以便在没有任何硬件改变的情况下实现实施。一些实施例和实施方式可以允许将需要在其温度上限附近使用接触器的电动车或电动系统的供应商的性能操作范围最大化。也可以将各种实施例用作在可能导致电池组/系统故障或耐久性问题的接触器处或附近的任意热源的早期检测系统。

在用于限制包括电池系统的电动车内的接触器的操作温度的方法的更具体示例中，其中该电池系统包括接触器，该方法可以包括测量接触器内的电阻、使用测量电阻估计接触器的温度、将接触器的估计温度与阈值温度比较以及在确定估计温度已经超过阈值温度时限制通过接触器的电流。

在一些实施方式中，测量接触器内的电阻的步骤可以包括测量接触器的线圈内的电阻，该线圈例如是接触器的供电线圈。

在一些实施方式中，测量接触器内的电阻的步骤可以包括测量接触器内的电压和/或电流并且使用测量电压和/或电流来确定接触器内的电阻。

在一些实施方式中，阈值温度可以是在大约130摄氏度至大约180摄氏度之间。在一些这样的实施方式中，阈值温度可以是在大约140摄氏度至大约180摄氏度之间。在一些这样的实施方式中，阈值温度可以是大约150摄氏度。

一些实施方式可以还包括取得电动车的接触器的多个温度测量值，取得接触器内的与多个温度测量值相关联的多个电阻测量值，以及使电阻测量值与温度测量值相关。在一些这样的实施方式中，使电阻测量值与温度测量值相关的步骤可以包括由温度测量值和电阻测量值生成查找表。在一些这样的实施方式中，使用测量电阻估计接触器的温度的步骤可以包括使用查找表来估计接触器的温度。

在根据一些实施例的用于限制车辆电池系统的接触器的操作温度的系统的具体示例中，该系统可以包括车辆电池系统；至少一个传感器，构造为测量车辆电池系统的至少一部分的电流和电阻中的至少一个；以及用于估计车辆电池系统的至少一部分的温度的温度估计模块。温度估计模块可以构造为从至少一个传感器接收电池数据，例如接触器内的电阻、电压和/或电流，并且使用电池数据来估计车辆电池系统的至少一部分的温度。

一些实施例可以还包括电流控制模块，用于基于从温度估计模块接收的估计温度来限制通过车辆电池系统的电流。

在一些实施例中，车辆电池系统可以包括接触器，并且车辆电池系统的至少一部分可以包括接触器的至少一部分，例如接触器的供电电路。

在一些实施例中，电流控制模块可以构造为将从温度估计模块接收的估计温度与阈值温度比较，并且在确定估计温度已经超过阈值温度时，减少通过接触器的电流。

在一些实施例中，车辆电池系统可以包括高压电池系统，并且车辆可以包括电动车。

在一些实施例中，电流控制模块可以构造为将估计温度与阈值温度比较，并且在确定估计温度已经超过阈值温度时，减少通过车辆电池系统的至少一部分的电流，例如通过车辆电池系统的接触器的电流。

在一些实施例中，温度估计模块可以构造为使用查找表来估计车辆电池系统的至少一部分的温度。在一些这样的实施例中，查找表可以构造为针对车辆电池系统使温度与电阻相关。在车辆电池系统包括接触器的实施例中，查找表可以构造为使接触器内的温度与接触器内的电阻相关。

在一些实施例中，电流控制模块可以构造为将从温度估计模块接收的估计温度与至少一个阈值温度比较，并且在确定估计温度已经超过至少一个阈值温度时，减少通过车辆电池系统的电流。

在一些实施例中，至少一个阈值温度可以包括多个阈值温度。在一些这样的实施例中，电流控制模块可以构造为将从温度估计模块接收的估计温度与多个阈值温度中的第一阈值温度比较，并且在确定估计温度已经超过第一阈值温度时，使通过车辆电池系统的电流减小第一量。类似地，电流控制模块可以构造为将从温度估计模块接收的估计温度与多个阈值温度中的第二阈值温度比较，并且在确定估计温度已经超过第二阈值温度时，使通过车辆电池系统的电流减小大于第一量的第二量。

在根据另一实施例的用于限制电动车的高压电池系统内的接触器的操作温度的系统的示例中，该系统可以包括高压车辆电池系统，该高压车辆电池系统包括接触器。该系统可以还包括构造为测量高压车辆电池系统的接触器的电阻的至少一个传感器。在一些实施例中，传感器可以构造为从接触器处的电流和电压测量值推导出电阻测量值。

一些实施例可以还包括用于估计接触器的温度的温度估计模块，其中温度估计模块构造为从至少一个传感器接收电阻数据，并且通过使用将接触器内的温度与接触器内的电阻相关的查找表，使用电阻数据来估计接触器的温度。电流控制模块可以与温度估计模块联接，其中电流控制模块构造为将从温度估计模块接收的估计温度与至少一个阈值温度比较，并且在确定估计温度已经超过至少一个阈值温度时，减少通过接触器的电流。

1.一种用于限制电动车内的接触器的操作温度的方法，所述方法包括步骤：

测量电动车的接触器内的电阻；

使用测量电阻估计所述接触器的温度；

将所述接触器的估计温度与阈值温度比较；以及

在确定所述估计温度已经超过所述阈值温度时，限制通过所述接触器的电流。

2.根据方案1所述的方法，其中测量电动车的接触器内的电阻的步骤包括测量所述接触器的线圈内的电阻。

3.根据方案1所述的方法，其中测量电动车的接触器内的电阻的步骤包括测量所述接触器内的电压以及使用测量电压来确定所述接触器内的电阻。

4.根据方案1所述的方法，其中所述阈值温度在大约130摄氏度至大约180摄氏度之间。

5.根据方案1所述的方法，还包括：

取得电动车的接触器的多个温度测量值；

取得与所述多个温度测量值相关联的所述接触器内的多个电阻测量值；以及

使所述电阻测量值与所述温度测量值相关。

6.根据方案5所述的方法，其中使所述电阻测量值与所述温度测量值相关的步骤包括由所述温度测量值和所述电阻测量值生成查找表。

7.根据方案6所述的方法，其中使用测量电阻估计所述接触器的温度的步骤包括使用所述查找表来估计所述接触器的温度。

8.根据方案1所述的方法，其中所述电动车包括混合动力电动车。

9.一种用于限制车辆电池系统的接触器的操作温度的系统，包括：

车辆电池系统；

至少一个传感器，构造为测量所述车辆电池系统的至少一部分的电流和电阻中的至少一个；

温度估计模块,用于估计所述车辆电池系统的至少一部分的温度，其中所述温度估计模块构造为从所述至少一个传感器接收电池数据并且使用所述电池数据估计所述车辆电池系统的至少一部分的温度；以及

电流控制模块，用于基于从所述温度估计模块接收的估计温度限制通过所述车辆电池系统的电流。

10.根据方案9所述的系统，其中所述车辆电池系统包括接触器，并且其中所述车辆电池系统的至少一部分包括所述接触器的至少一部分。

11.根据方案10所述的系统，其中所述电池数据包括所述接触器内的电阻、电压和电流中的至少一个。

12.根据方案11所述的系统，其中所述电流控制模块构造为将从所述温度估计模块接收的估计温度与阈值温度比较，并且在确定所述估计温度已经超过所述阈值温度时，减少通过所述接触器的电流。

13.根据方案9所述的系统，其中所述车辆电池系统包括高压电池系统,并且其中所述车辆包括电动车。

14.根据方案9所述的系统，其中所述电流控制模块构造为将估计温度与阈值温度比较，并且在确定所述估计温度已经超过所述阈值温度时，减少通过所述车辆电池系统的至少一部分的电流。

15.根据方案9所述的系统，其中所述温度估计模块构造为使用查找表来估计所述车辆电池系统的至少一部分的温度。

16.根据方案15所述的系统，其中所述查找表针对所述车辆电池系统使温度与电阻相关。

17.根据方案16所述的系统，其中所述车辆电池系统包括接触器，并且其中所述查找表使所述接触器内的温度与所述接触器内的电阻相关。

18.根据方案9所述的系统，其中所述电流控制模块构造为将从所述温度估计模块接收的估计温度与至少一个阈值温度比较，并且在确定所述估计温度已经超过所述至少一个阈值温度时，减少通过所述车辆电池系统的电流。

19.根据方案18所述的系统，其中所述至少一个阈值温度包括多个阈值温度，其中所述电流控制模块构造为将从所述温度估计模块接收的估计温度与所述多个阈值温度中的第一阈值温度比较，并且在确定所述估计温度已经超过所述第一阈值温度时，使通过所述车辆电池系统的电流减小第一量，并且其中所述电流控制模块构造为将从所述温度估计模块接收的估计温度与所述多个阈值温度中的第二阈值温度比较，并且在确定所述估计温度已经超过所述第二阈值温度时，使通过所述车辆电池系统的电流减小大于所述第一量的第二量。

20.一种用于限制电动车的高压电池系统内的接触器的操作温度的系统，包括：

包括接触器的高压车辆电池系统；

构造为测量所述高压车辆电池系统的接触器的电阻的至少一个传感器；

用于估计所述接触器的温度的温度估计模块，其中所述温度估计模块构造为从所述至少一个传感器接收电阻数据，并且通过使用将所述接触器内的温度与所述接触器内的电阻相关的查找表使用所述电阻数据来估计所述接触器的温度；以及

与所述温度估计模块联接的电流控制模块，其中所述电流控制模块构造为将从所述温度估计模块接收的估计温度与至少一个阈值温度比较，并且在确定所述估计温度已经超过所述至少一个阈值温度时，减少通过所述接触器的电流。

本文结合一个实施例公开的特征、结构、步骤或特性可以在一个或更多个替代性实施例中以任意适当的方式组合。

附图说明

描述了本发明的非限制性且非排他性实施例，包括参考附图描述的本发明的各种实施例，在附图中：

图1是示出电动车的某些部件内的电池组电流和温度之间的示例性关系随时间经过的图表。

图2是示出电动车的接触器线圈的电阻和线圈的温度之间的示例性关系的图表。

图3描绘了用于限制电动车的车辆电池系统的接触器的操作温度的系统的实施例。

具体实施方式

下文提供了符合本发明的各种实施例的设备、系统和方法的详细描述。虽然描述了若干个实施例，但是应该理解的是公开内容不限于所公开的任意特定实施例，而是涵盖大量替代物、修改和等同物。此外，虽然在下文的描述中提出了大量特定细节以便提供对这里公开的实施例的全面理解，但是在没有这些细节中的一些或全部的情况下也能够实践一些实施例。而且，为了清楚的目的，而没有详细地描述相关领域中已知的某些技术材料以避免不必要地模糊本发明。

通过参考附图将最佳地理解本发明的实施例，其中相同的部件可以由相同的附图标记指代。将容易地理解的是，如本文中大体描述和在附图中示出的那样，所公开实施例的部件可以设置且设计成各种各样的不同构造。因此，本发明的系统和方法的实施例的以下详细描述不试图限制如权利要求保护的本发明的范围，而仅是本发明的可能实施例的代表。此外，除非另外明确说明，否则不一定需要以任意特定次序或者甚至顺序地执行方法的步骤，也不需要仅执行一次步骤。

这里公开的系统、设备和方法的实施例可以用于从接触器线圈电阻、电压和/或电流的测量值推断电动车的电池系统的一部分（例如电池系统的接触器）的温度，以便根据需要调节电流分配,从而提高部件耐久性并且减少电池系统故障和/或其他不良结果。

现在将结合附图更详细地讨论某些实施例和实施方式的额外细节。图1描绘了示出电动车的各个部件内的电池组电流和温度之间的示例性关系随时间经过的图表。更具体地，图表的轴线102代表以秒为单位的时间，轴线104代表以摄氏度为单位的温度，并且轴线106代表以安培为单位的电池组电流。曲线110代表随时间经过的负接触器端子温度，曲线120代表随时间经过的牵引功率逆变器模块（TPIM）连接器负端子温度，并且曲线130代表随时间经过的电池组电流。

如图1的图表所示，负接触器端子温度的属性是可以基于TPIM连接头负端子温度的读数相对预测的，并且反之亦然。而且，每小时50-80英里的相对少量的循环（十）可能导致不期望高的接触器温度。在大约150摄氏度时，用于涂覆构成接触器电磁体的电线的清漆可能损坏。这可能导致接触器故障并且可能使电池组电路断开，这可能导致车辆推进力的损耗。

为了防止这样的过热状况和/或提供其他益处，例如检测接触器处或附近的热源（这也会导致电池组/系统故障）、性能问题、耐久性问题或其他问题，本发明人已经确定在接触器的供电线圈中的参数（例如电阻和/或电压）与接触器线圈和/或接触器的其他部件或部分的温度之间存在关系。

图2描绘了示出接触器线圈电阻和线圈的温度之间的示例性关系的图表。该图表的轴线202代表以摄氏度为单位的腔室保温温度，并且轴线204代表以欧姆为单位的线圈电阻。数据点206和208分别代表来自接触器线圈供电电路的正端子和负端子的具体电阻测量值。根据使用数据点206和208应用的线性回归技术生成曲线210和220。对于这些具体数据点，相关系数平方（“R²”）是大约0.99，这意味着数据强烈地呈现线性关系。

因为这种类型的电气部件通常不构成为自温度监测以防止过热，因此可以将这种粗略线性关系用于识别未监测部件的温度。因此，一些实施例和实施方式可以使用接触器的一个或更多个部件的参数，例如接触器的供电线圈的电压和/或电阻的测量值，来推断或者估计接触器的温度。在一些这样的实施例中，可以使用软件查找表来基于线圈电阻的值推断线圈的温度。这可以使得能够实现能够用于减少穿过接触器的电流从而防止或至少降低系统和/或部件故障的可能的软件控制。

通常，不存在适当的软件控制来防止驱动器意外过热和损坏部件。因此，这里公开的各种实施例和实施方式可以用于主动地防止过热以便提高接触器寿命并且防止电池系统故障。这样的实施例还可以提高电动车在牺牲车辆性能之前最大地使用接触器的整个温度操作范围的能力，这会降低与接触器的超安全标准设计相关联的附加成本。由于能够更精确地感测温度并应用对策来避免电池损坏和/或如本文其他地方所公开的其他不良结果，所以一些实施例也可以或者替代地允许在可能更接近其温度上限的较高温度下使用接触器。

一些实施例可以允许使用软件补丁更新当前车辆。因此，这样的实施例可以使得本文公开的一个或更多个创造性原理能够以对车辆集成控制模块（VICM）中的测量硬件的仅微小变化来实施。

此外，本文公开的原理可以允许早期检测接触器处或附近的问题热源。例如，本文公开的各种实施例可以用于检测和/或防止车辆内的电池系统的电池隔板断开单元（BBDU）内的过热高压连接。

图3示出了根据本文公开的实施例的用于限制车辆300中的车辆电池系统302的接触器316的操作温度的示例性系统。车辆300可以是机动车、航海交通工具、飞机和/或任意其他类型的交通工具，并且可以包括内燃发动机（“ICE”）传动系、电动马达传动系、混合动力发动机传动系、FC传动系和/或适于结合本文公开的系统和方法的任意其他类型的传动系。车辆300可以包括电池系统302，在某些实施例中其可以是HV电池系统。HV电池系统可以用于给电动传动系部件（例如，如在电动、混合动力或FC动力系统中）供电。

电池系统302可以包括电池控制系统304。电池控制系统304可以构造为监测和控制电池系统302的某些操作。例如，电池控制系统304可以构造为监测和控制电池系统302的充电和放电操作。在某些实施例中，电池控制系统304可以结合本文公开的方法使用来估计电池系统302的接触器316的一个或更多个部分的温度。

在某些实施例中，电池控制系统304可以与一个或更多个传感器306（例如，电压传感器、电流传感器、温度传感器等等）和/或构造为使电池控制系统304能够监测和控制电池系统302的操作的其他系统通信地联接。例如，传感器306可以给电池控制系统304提供用于估计温度、容量、充电状态（“SOC”）和/或完好状态（“SOH”）、估计电阻、测量电流和/或测量电池系统302和/或其构成部件的电压的信息。

可以使用一个或更多个附加的传感器318来监测/测量接触器316的参数。因此，例如可以使用传感器318来测量接触器316的供电电路/线圈的电压，其如上文讨论的那样可以与接触器316的温度相关并且因此可以用于估计该温度。

电池控制系统304可以进一步构造为提供信息至车辆300中包括的其他系统和/或从其他系统接收信息。例如，电池控制系统304可以与车辆计算机系统308通信地联接。

车辆计算机系统308也可以与马达310联接，使得可以将来自电池控制系统304的信息用于通过例如调节输送到马达310的电流来直接地或间接地调节车辆的操作。在一些实施例中，因此车辆计算机系统可以包括电流控制模块和温度估计模块。电流控制模块可以用于基于从温度估计模块接收的估计温度来限制通过车辆电池系统302的电流。

在一些实施例中，车辆计算机系统可以构造为从温度估计模块接收接触器的估计温度，并且可以构造为将估计温度与阈值温度比较。在确定估计温度已经超过阈值温度时，车辆计算机系统可以构造为限制通过接触器的电流。在一些实施例中，阈值温度可以是在大约130摄氏度至大约180摄氏度之间。在一些这样的实施例中，阈值温度可以是在大约140摄氏度至大约180摄氏度之间。在一些这样的实施例中，阈值温度可以是大约150摄氏度。

在某些实施例中，电池控制系统304可以至少部分地构造为向车辆计算机系统308和/或车辆300的使用者提供关于电池系统302的信息（例如，由传感器306、318测量的和/或由控制系统304确定的信息）。在一些实施例中，电池控制系统304可以构造为向车辆计算机系统308提供关于接触器316的信息。例如，在一些实施例中，可以在接触器316的供电线圈/电路处测量电压，由此可以测量该电路的电阻。可以将该电阻值发送至车辆计算机系统308，车辆计算机系统308可以使用这个值来计算接触器316的温度的估计值。在一些实施例中，这可以使用软件查找表来完成。

在一些实施例中，车辆计算机系统308可以使用估计温度来限制/调节输送到接触器316和/或马达310的电流。在一些实施例中，车辆计算机系统308可以将接触器316的估计温度与一个或更多个阈值温度比较，并且在确定估计温度已经超过所述阈值温度中的一个或更多个时，相应地限制或调节电流。因此，在一些实施例中，用于限制电流的量可以与阈值温度对应。

电池系统302可以包括一个或更多个电池组312，电池组312的尺寸适当地确定为向车辆300提供电力。每个电池组312可以包括一个或更多个子部314（例如电池单元）。子部314可以包括子组，每个子组均可以包括利用任意适当的电池技术或其组合的一个或更多个电池单元。适当的电池技术可以包括例如铅-酸、镍-金属氢化物（“NiMH”）、锂-离子（“Li-Ion”）、锂-离子聚合体、锂-空气、镍-镉（“NiCad”）、包括超细玻璃纤维（“AGM”）的阀控式铅-酸（“VRLA”）、镍-锌（“NiZn”）、熔盐（例如，ZEBRA电池）、镍锰钴（“NMC”）、锂离子磷酸盐（“LFP”）、锂锰氧化物（“LMO”）和/或其他适当的电池技术和/或其组合。

每个子部314可以关联于构造为测量与每个电池子部314相关联的一个或更多个参数（例如，温度、电压、电流、阻抗、SOC等等）的传感器306。虽然图3示出了与每个电池子部314相关联的单独的传感器306，但是在一些实施例中也可以利用构造为测量与多个子部314相关联的各种电参数的传感器。

已经参考各种实施例和实施方式描述了前述说明。然而，本领域的一个普通技术人员将意识到在不脱离本发明的范围的情况下能够做出各种修改和变化。例如，取决于具体应用或考虑到与系统操作相关联的许多成本因素，可以以替代方式实施各个操作性步骤以及用于执行操作性步骤的部件。因此，可以将任何一个或更多个步骤删除、修改或与其他步骤结合。进而，本发明被看作是例示性的而不是限制性含义，并且所有这样的修改都预期包括在其范围内。同样，在上文已经关于各种实施例描述了益处、其他优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能产生会出现或更加明显的任何益处、优点或解决方案的任意元素不被解释为关键的、必需的或必要性特征或元素。

本领域的技术人员将意识到在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节做出各种改变。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求确定。