用于液冷式混合动力车电池组的增强型混合动力车预充电加热器诊断检测系统

摘要

本发明涉及用于液冷式混合动力车电池组的增强型混合动力车预充电加热器诊断检测系统。一种用于确定电动车上电池电路中的电阻器是否不能用作用来加热用于冷却车辆电池的冷却流体的电阻加热器、但是可用作用来起动车辆的预充电电阻器的系统和方法。温度传感器设置在冷却流体中最靠近电阻器处。该方法在打开冷却剂泵之前打开电阻器，并在预定时间周期上以取样间隔对温度取样。然后该方法计算取样温度的积分或微分值，并将该值与标定阈值作比较。如果该温度值不大于阈值，意味着该温度指示不存在冷却流体，则算法禁止电阻器用于加热目的，但是保持电阻器用于预充电目的的操作。

说明书

技术领域

本发明总的涉及用于检测用来加热车辆电池的加热器的可能故障的检测系统，更特别地，涉及用于确定车辆上电池电路中的加热器是否无法用来加热液冷式电池的冷却流体、但是可用作车辆软起动的预充电电阻器的检测系统。

背景技术

电动车正变得越来越流行。这些车辆包括混合动力车（例如组合了电池和主动力源（如内燃机、燃料电池系统等）的增程电动车（EREV））和纯电动车（例如电池电动车（BEV））。所有这些类型的电动车都利用包括多个电池单元的高电压电池。这些电池可为不同的电池类型，例如锂离子电池、镍金属氢化物电池、铅酸电池等。用于电动车的典型高电压电池可包括提供约400伏功率的196个电池单元。该电池可包括单独的电池模块，其中每个电池模块都可包括一定数量的电池单元，例如12个单元。各电池单元可电串联连接，或者一系列单元电并联连接，其中模块中的多个单元串联连接，并且每个模块都并行电连接至其它模块。不同的车辆设计包括不同的电池设计，其利用用于特定应用的各种权衡和优点。

电动车中的高电压电池通过电池接触器有选择地电连接至车辆高电压总线。当车辆停止时，接触器断开，电池从高电压总线断开。当车辆开启时，接触器闭合，电池电压被联接至高电压总线。

几个其它高电压部件电连接至高电压总线，包括牵引电机逆变器模块（TPIM），该模块将DC高电压总线信号变换为适于用于车辆中AC驱进电机的AC信号。联接至高电压总线的TPIM及其它模块和电路通常包括跨接高电压总线的正线和负线的较大电容器，其过滤掉总线电压噪声，否则可能对模块的性能具有不利的影响。然而，由于电池接触器闭合并且电池电压联接至高电压总线线路，所以这些电容器作为总线线路之间的短路，直到电容器有充电机会为止，这通常只有几毫秒。由于高电压，这有限时间的短路对系统中的许多电气部件有不利影响，包括电容器本身及接触器，这限制了它们的寿命。

为了消除或减小系统起动时由短路引起的电流峰值，已知在电池电路中提供预充电电阻器作为当几个电容器充电时限制电流的负载。换句话说，在车辆起动期间闭合主总线接触器之前，预充电电阻器给车辆高电压总线预充电，以避免高浪涌电流峰值，否则高浪涌电流峰值会损坏高电压电容器。在一个特定设计中，负电池接触器在起动时闭合，预充电电阻器跨接在正的总线接触器两端，该总线接触器保持打开直到完成预充电功能为止。

行业内熟知，高温不利于车辆电池，并且车辆行驶操作期间放电时，大部分类型的电池组产生热量。还已知，锂离子电池组的寿命是由电池组的温度和电量状态决定的，其中如果电池组处于高电量状态时出现高温，那么高温不利于电池组的寿命。因此，电动车可利用热管理系统将电池组温度保持在已知可延长电池组寿命的特定温度。电池热管理系统通常包括冷却系统，冷却流体通过该冷却系统流动，以从电池汲取热量的某种方式环绕电池被引导。在冷却流体内的某处通常设置加热冷却流体的电加热器，以便在冷操作情形期间将电池的温度升高到最佳温度，以拥有更好的性能。

于2010年8月10日提交的、题为“Combined Heating and Pre-charging Function and Hardware for Propulsion Batteries”的、转让给本申请的受让人的美国专利申请序列No. 12/853,695公开了一种利用电阻元件加热车辆上液冷式电池的冷却流体的电池电路，其中电阻器也用作起动车辆的预充电电阻器，其通过参考包含于本文。

使用单个电阻器用于电池加热功能和预充电功能存在着缺陷，如果电阻器损坏或以其它方式故障，那么因为其无法执行预充电功能，所以车辆无法起动。例如，如果车辆上的液体冷却系统破裂或以其它方式泄漏，那么冷却流体排出，随后加热电阻器被接通，由于电阻器未在冷却流体中，其温度会上升至损坏的水平，电阻器很可能会故障。在这种情形下，电池可能以其他方式操作，但是在较低的性能。但是，由于预充电功能不能运行，所以车辆无法起动，可能导致走路回家的情况。

发明内容

根据本发明的教导，公开了用于确定电动车上电池电路中的电阻器是否不能用作用来加热冷却车辆电池的冷却流体的电阻加热器、但是可用作用来起动车辆的预充电电阻器的系统和方法。温度传感器设置在冷却流体中最靠近电阻器处。该方法在打开冷却剂泵之前打开电阻器，并在预定时间周期上以取样间隔对温度取样。然后该方法计算取样温度的积分或微分值，并将该值与第一标定阈值作比较。如果该温度值不大于该阈值，意味着该温度指示不存在冷却流体，则算法禁止电阻器用于加热目的，但是保持电阻器用于预充电目的的操作。然后该算法打开所述冷却剂泵，并在预定时间周期上记录温度测量值。然后该算法将新的温度测量值与另一标定阈值作比较，如果新温度值低于该阈值，那么算法就指示没有冷却流体流动且泵故障。

本发明提供以下技术方案：

1. 一种用于确定电阻元件是否可用作车辆电池电路中的预充电电阻器、但是不能用来加热用来冷却与该电池电路相关的电池的冷却流体的方法，所述方法包括：

打开所述电阻元件预定时间周期；

在所述预定时间周期期间，从测量所述电阻元件最接近处的冷却流体的温度的温度传感器以取样间隔提供温度测量信号；

基于所述温度测量信号确定第一温度值；

将所述第一温度值与第一阈值作比较；

如果所述第一温度值不大于所述第一阈值，则指示所述电阻元件故障或没有冷却流体存在；

打开泵送所述冷却流体通过管路并环绕所述电阻元件的冷却流体泵；

在所述预定时间周期期间，再次从所述温度传感器以取样间隔提供温度测量信号；

基于所述温度测量信号确定第二温度值；

将所述第二温度值与第二阈值作比较；和

如果所述第二温度值大于所述第二阈值，则确定所述泵未恰当地操作。

2. 根据方案1的方法，其中所述第一阈值在指示所述管路中没有冷却流体的值与指示所述管路中有冷却流体但是其未流动的值之间。

3. 根据方案1的方法，其中所述第二温度阈值在指示所述管路中没有冷却流体流动的值与所述管路中有冷却流体流动的值之间。

4. 根据方案1的方法，其中所述预定时间周期在1-5秒的范围内。

5. 根据方案1的方法，其中确定第一温度值和第二温度值包括计算温度测量信号的积分值或计算温度测量信号的微分值。

6. 根据方案1的方法，其中所述电池为锂离子电池。

7. 一种用于确定电阻元件是否可用作车辆电池电路中的预充电电阻器、但是不能用来加热用来冷却与该电池电路相关的电池的冷却流体的方法，所述方法包括：

打开所述电阻元件预定时间周期；

在所述预定时间周期期间，从测量所述电阻元件最接近处冷却流体的温度的温度传感器以取样间隔提供温度测量信号；

基于温度输出信号确定第一温度值；

将所述第一温度值与第一阈值作比较；和

基于所述第一温度值是小于还是大于所述第一阈值指示所述电阻元件已故障或者所述管路中没有冷却流体存在。

8. 根据方案7的方法，其中所述第一阈值在指示所述管路中没有冷却流体的值与指示所述管路中有冷却流体但是其未流动的值之间。

9. 根据方案7的方法，还包括打开泵送所述冷却流体通过管路并环绕所述电阻元件的冷却流体泵、在所述预定时间周期期间从所述温度传感器读取温度测量信号、基于所述温度测量信号确定第二温度值、将所述第二温度值与第二阈值作比较、如果所述第二温度值大于所述第二阈值则确定所述泵未恰当地操作。

10. 根据方案9的方法，其中所述第二温度阈值在指示所述管路中没有冷却流体流动的值与所述管路中有冷却流体流动的值之间。

11. 根据方案7的方法，其中所述预定时间周期在1-5秒的范围内。

12. 根据方案7的方法，其中确定第一温度值包括计算温度测量信号的积分值或计算温度测量信号的微分值。

13. 根据方案7的方法，其中所述电池为锂离子电池。

14. 一种用于确定电阻元件是否可用作车辆电池电路中的预充电电阻器、但是不能用来加热用来冷却与该电池电路相关的电池的冷却流体的系统，所述系统包括：

用于打开所述电阻元件预定时间周期的装置；

用于在所述预定时间周期期间从测量所述电阻元件最近处冷却流体的温度的温度传感器以取样间隔提供温度测量信号的装置；

用于基于所述温度输出信号确定第一温度值的装置；

用于将所述第一温度值与第一阈值作比较的装置；和

用于如果所述第一温度值小于或大于所述第一阈值则指示所述电阻元件故障或没有冷却流体存在的装置。

15. 根据方案14的系统，其中所述第一阈值在指示所述管路中没有冷却流体的值与指示所述管路中有冷却流体但是其未流动的值之间。

16. 根据方案14的系统，还包括用于打开泵送所述冷却流体通过管路并环绕所述电阻元件的冷却流体泵的装置、用于在所述预定时间周期期间从所述温度传感器读取温度测量信号的装置、用于基于所述温度测量信号确定第二温度值的装置、用于将所述第二温度值与第二阈值作比较的装置、用于如果所述第二温度值大于所述第二阈值则确定所述泵未恰当地操作的装置、以及用于如果所述第二温度值小于所述第二阈值则确定所述泵恰当地操作的装置。

17. 根据方案16的系统，其中所述第二温度阈值在指示所述管路中没有冷却流体流动的值与所述管路中有冷却流体流动的值之间。

18. 根据方案14的系统，其中所述预定时间周期在1-5秒的范围内。

19. 根据方案14的系统，其中所述用于确定第一温度值的装置计算所述温度测量信号的积分值或计算所述温度测量信号的微分值。

20. 根据方案14的系统，其中所述电池为锂离子电池。

结合附图，从下面的描述和所附权利要求可清楚本发明的其它特征。

附图说明

图1为利用单个电阻器提供预充电功能和加热功能两者的电动车的电池电路的示意图；

图2是横轴为时间且纵轴为温度测量的曲线图，示出了冷却流体流动处、没有冷却流体处、和冷却流体未流动处的冷却流体温度之间的关系；和

图3为示出用于确定提供电池加热和系统预充电两者的电阻元件是否无法用作加热器、但是可用作预充电电阻器的方法的流程图。

具体实施方式

下面涉及用来确定提供对液冷式电池的加热及系统预充电的电阻元件的系统和方法的本发明实施例的描述实质上仅仅是示例性的，绝不是意欲限制本发明或者其应用或使用。

图1为包括电池12和电池断开单元（BDU）14的已知电池电路10的简化示意图。电池12可为适于本文所述目的的任意液冷式电池，例如镍金属氢化物电池、锂离子电池、铅酸电池等。电池12包括串联和/或并联电连接的多个电池单元，以为该特定应用提供期望的高电压。电池12电连接至高电压总线，这里所示为组合的正极总线线路16和负极总线线路18。多个高电压部件电连接至总线线路16和18，用于特定应用。在电路10中，这些部件之一为将总线线路16和18上的高电压连接至AC牵引电机（未示出）的TPIM 20。虽然未具体示出，但是其它高电压电气部件也可连接至总线线路16和18。如上所述，联接至高电压总线线路16和18的电气部件通常包括过滤总线噪声的电容器，其中电容器22设在TPIM 20中，作为这一点的示意。

正极总线线路16包括正极电池接触器或开关24，例如继电器，负极总线线路18包括负极接触器或开关26，其中开关24和26以本领域技术人员熟知的方式有选择地将电池12连接至车辆上的高电压总线或将其断开。

如上所述，一些电池热管理系统利用加热器将电池12的温度升高至期望操作温度。电路10包括电阻电加热器40，其具有用于该目的跨接总线线路16和18电连接的电阻器42。热管理系统的一部分在图1中示出，包括冷却流体管路44，适当的冷却流体受泵48引动流过该管路，其中电加热器40位于管路44内，使得冷却流体围绕电阻器42流动，能够在期望时加热冷却流体。当FET开关30通过适当的高电压隔离电路（未示出）在其门极端子接收到闭合开关30的信号时，FET开关30有选择地打开加热器40，本领域技术人员所熟知的。温度传感器46测量管路44中最靠近加热器40的冷却流体的温度。

电阻器42还工作为预充电电阻器，例如上述申请’695中所公开的。当用作预充电电阻器时，电阻器42可通过FET开关36有选择地连接至正极总线线路16，该开关36通过合适的高电压隔离电子设备（未示出）在其门极端子接收逻辑信号以闭合开关36。当在系统操作期间开关24闭合时，高电压阻塞二极管38阻止电流从正极总线线路16流到电阻器42。如上所述，当电阻器42用作预充电电阻器时，它提供当电容器22及其它电容器提供跨接总线线路16和18的短路时系统起动时的负载，以防止对电容器22、开关24和26、以及其它电气部件的损坏。

开关36和30不能同时闭合。如果同时期望加热和预充电，那么预充电功能会在开关30断开的情况下优先。这是因为预充电操作非常快，通常大约小于300毫秒。如果需要，一旦预充电操作完成，开关36就会断开，并且开关30闭合以提供加热功能。

电阻器42的电阻根据需要和恰当的加热来选择，其通常为比预充电功能所必需的更高的电阻。可增大提供预充电功能的时间范围，以为期望的加热电阻提供恰当的预充电。作为另一种选择，如果期望保持预充电时间相同，那么可减小电阻器42的电阻，这会降低其加热能力。此外，开关30提供加热的控制通常由具有一定工作循环的脉宽调制（PWM）信号提供。对于更小的电阻，该工作循环脉冲可减小，以提供相同的加热量。

图2是横轴为时间且纵轴为温度的曲线图，示出了曲线50处当加热器40打开且冷却流体在流动时、曲线52处当管路44中没有冷却流体但泵48中有时、以及曲线54处当管路44中有冷却流体但因为泵48有故障而冷却流体未流动时的由温度传感器46提供的冷却流体温度之间的关系。显而易见，当管路44中没有冷却流体时和当管路44中没有冷却流体流动时由温度传感器46检测的温度之间存在巨大的差别。

图3为示出用来确定电阻器42是否可用作预充电电阻器、但是无法用作冷却流体加热器的算法的操作的流程图60。该算法是在适当时间（例如车辆起动时）运行的诊断工具。在诊断开始时，泵48关闭，使得没有冷却流体流过管路44，但是仍不知管路44中是否有冷却流体。该算法在框62处读取温度传感器46的输出，然后在框64处以高功率加热模式打开电阻器42预先设定的短持续时间，例如1至5秒。在电阻器42打开的时间期间，算法在框66以预定的取样间隔记录来自传感器46的温度测量，其中算法记录温度测量的时间短于电阻器42打开的时间。

然后算法在框68计算记录的温度测量的有代表性温度值，例如积分值或微分值。然后在框70将计算的温度值与查寻表中存储的标定阈值作比较，其中该阈值可被定义在曲线52与54之间恰当的位置。在判定菱形框72，如果计算的温度值不大于阈值，意味着计算的值落在无流动冷却流体的温度的曲线54以下，则算法就知道存在问题，可能加热器故障或者管路44中存在的冷却流体很少或没有。特别地，该算法会知道，对于因为泵48没打开而没有冷却流体，记录的温度在曲线52上，否则会指示温度在曲线50上。然后该算法在框74会禁止电阻器42用作加热器，但是保持电阻器42用作预充电电阻器使用。

一旦该算法确定电阻器42是既可用作冷却流体加热器又可用作预充电电阻器，还是电阻器42仅可用作预充电电阻器，那么算法就可确定泵48是否正恰当地操作。对于判定菱形框72处计算温度值大于阈值和框74处电阻器42已被禁止作为加热器的两种情形，算法可执行该第二诊断。随着电阻器42仍打开，该算法在框76打开泵48，然后在框78对特定时间周期以取样间隔再次记录温度测量。该算法还可计算对于该时间周期记录的温度测量值的积分或微分值，如上面在框68所做的，以获得第二计算温度值。然后算法将第二计算温度值与可定义在曲线50与52之间或曲线50与54之间适当位置的第二阈值作比较。在判定菱形框82，算法确定温度值是否小于第二阈值，如果否，那么因为该算法会知道记录的温度测量在曲线54上，所以算法会在框86指示泵故障。如果在判定菱形框82温度值小于第二阈值，那么因为该算法会知道记录的温度测量在曲线50上，那么算法通过对于操作的加热器和泵的诊断。

如本领域技术人员所熟知的，本文描述本发明所述的几个和多个步骤及过程可涉及由计算机、处理器或使用电现象操纵和/或传输数据的其它电子计算装置执行的操作。那些计算机和电子装置会利用具有存储在其上的可执行程序（包括能够由计算机或处理器执行的各种代码或可执行指令）的各种易失性和/或非易失性存储器，包括非临时性计算机可读介质，其中存储器和/或计算机可读介质可包括所有形式和类型的存储器和其它计算机可读介质。

前面的说明仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域的技术人员从该说明和附图及权利要求可容易地认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明实质和范围的情形下可在其中进行多种改变、修改和变形。