По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании китайской патентной заявки 201210160396.7, поданной 22 мая 2012 г. в Государственное ведомство по интеллектуальной собственности КНР. Все содержание указанной заявки включается в материалы настоящей заявки путем отсылки.
Область техники
Объектами настоящего изобретения являются силовая установка, в частности силовая установка электромобиля, электромобиль с такой силовой установкой и способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля.
Предшествующий уровень техники
С развитием технологий в число видов транспорта входят транспортные средства, использующие новые виды энергии, в частности электромобили. Эксплуатационные требования, особенно требования удобства для пользователя транспортным средством, все возрастают, и, соответственно, транспортное средство должно отвечать различным условиям работы. Но в настоящее время большинство электромобилей не может удовлетворять этим требованиям. Особенно зимой, когда температура довольно низка, характеристики батареи, в частности ее емкость или способность разряжаться, могут падать вплоть до невозможности использования аккумулятора. Рабочая температура аккумулятора, особенно литий-ионного аккумулятора, обычно лежит в пределах от -20°С до 55°С, и аккумулятор не может заряжаться при низкой температуре. В условиях низких температур у аккумулятора в электромобиле могут возникнуть следующие проблемы:
(1) Ионы лития могут легко осаждаться на катоде и терять активность при низких температурах. Поэтому, если аккумулятор электромобиля обычно используют при низких температурах, срок службы аккумулятора может уменьшиться, что, соответственно, снижает безопасность эксплуатации.
(2) Когда литий-ионный аккумулятор заряжают при низкой температуре, ионы лития могут легко осаждаться и разряжаться на катоде, понижая, таким образом, емкость аккумулятора. Более того, при длительном использовании отложения лития нарастают, что приводит к возможной опасности возникновения внутреннего короткого замыкания.
(3) Способность разряжаться у аккумулятора при низкой температуре ограничивается.
Все перечисленные выше проблемы неблагоприятны для эксплуатации электромобиля, который использует энергию, не загрязняющую окружающую среду.
Способ обогрева аккумуляторной батареи является очень важной технологической операцией для обслуживания электромобиля. Способ обогрева аккумуляторной батареи и рабочие характеристики обогревателя аккумулятора непосредственно влияют на удобство, стабильность работы и безопасность транспортного средства. Для обогрева аккумуляторов предложено много способов, но из-за недостаточной управляемости эти способы не нашли широкого применения на транспорте. Например, батарею аккумуляторов снабжают рукавом из теплоизолирующего материала, или для обогрева применяют инфракрасную пленку, а для сохранения тепла используют теплоизолирующую манжету, или согревающую обертку на поверхности аккумулятора. Такие способы применяют только для неподвижных аккумуляторов. Более того, использование внешнего источника энергии для обогрева аккумулятора не подходит для находящегося в движении транспортного средства. Поэтому упомянутые способы не нашли широкого применения для электромобилей.
Краткое описание изобретения
Первым объектом предлагаемого изобретения является силовая установка электромобиля. Силовая установка содержит аккумуляторную батарею и соединенный с ней обогреватель аккумуляторов, выполняющий функцию обогрева аккумуляторной батареи при ее зарядке и разрядке; устройство управления аккумуляторами, соединенное с аккумуляторной батареей и обогревателем аккумуляторов соответственно, и управляющее обогревателем аккумуляторов для прерывистого обогрева, когда температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи больше, чем пороговая величина заряда; электрическую распределительную коробку, выполняющую функцию распределения выходного напряжения аккумуляторной батареи; двигатель; контроллер двигателя, соединенный, соответственно, с двигателем и электрической распределительной коробкой, содержащий первый входной терминал, второй входной терминал и пускозарядный конденсатор, подсоединенный между первым и вторым входными терминалами, выполняющий функцию подачи энергии двигателю согласно управляющей команде и напряжению, распределяемому электрической распределительной коробкой; а также разграничительный индуктор, подсоединенный между аккумуляторной батареей и электрической распределительной коробкой, в котором индуктивность разграничительного индуктора соответствует емкости пускозарядного конденсатора.
С силовой установкой электромобиля согласно предлагаемому изобретению, при использовании в электромобиле больших токов разрядки аккумуляторной батареи, внутренний резистор батареи может нагреваться сам по себе и обогревать посредством этого аккумуляторную батарею. В отсутствие внешнего источника энергии электричество для обогрева полностью поставляется аккумуляторной батареей. Режим обогрева для аккумуляторной батареи может регулироваться с помощью устройства управления аккумуляторами и обогревателя аккумуляторов, что может серьезно уменьшить ограничения на использование электромобиля при низких температурах, удовлетворяя, таким образом, требованиям к движению и зарядке при низких температурах. Более того, силовая установка обогревает аккумуляторную батарею непосредственно, и в связи с этим могут быть достигнуты более высокий тепловой кпд, более низкие затраты и удобство эксплуатации. Кроме того, силовая установка согласно предлагаемому изобретению способна обогревать аккумуляторную батарею прерывисто, то есть, какое-то время обогревать аккумуляторную батарею, затем на какое-то время прерывать обогрев и повторять эти циклы попеременно. Таким образом аккумуляторная батарея может обогреваться периодически, что позволяет снизить негативное влияние больших токов на аккумуляторную батарею и продлить срок ее службы.
Другим объектом предлагаемого изобретения является электромобиль, содержащий упомянутую выше силовую установку. Электромобиль может нормально работать в холодных регионах, и аккумуляторная батарея может обогреваться при движении электромобиля, обеспечивая, таким образом, безопасное и ровное движение.
Третьим объектом предлагаемого изобретения является способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля. Способ предусматривает определение температуры и остаточного заряда аккумуляторной батареи. Если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи больше чем пороговая величина заряда, обогреватель аккумуляторов переводят на прерывистый обогрев аккумуляторной батареи; а, если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи ниже, чем пороговая величина заряда, - это показывает, что обогрев или подача энергии аккумуляторной батарее и движение электромобиля недопустимы.
В способе обогрева батареи аккумуляторов электромобиля согласно предлагаемому изобретению, аккумуляторная батарея может обогреваться без потребления энергии от какого-либо внешнего источника. Температура аккумуляторной батареи может быть повышена до необходимой величины, после чего аккумуляторная батарея может нормально заряжаться и разряжаться. Это может серьезно уменьшить ограничения на использование электромобиля при низких температурах, поскольку удовлетворяются требования к движению и зарядке при низких температурах. Кроме того, предлагаемый согласно изобретению способ делает возможным обогревать аккумуляторную батарею прерывисто, то есть, какое-то время обогревать аккумуляторную батарею, затем на какое-то время прерывать обогрев и повторять эти циклы попеременно. Таким образом аккумуляторная батарея может обогреваться периодически, что позволяет снизить негативное влияние больших токов на аккумуляторную батарею и продлить срок ее службы. Более того, способ согласно предлагаемому изобретению позволяет обогревать аккумуляторную батарею с разными уровнями мощности соответственно фактической температуре аккумуляторов, осуществляя более тонкое управление силовой установкой, оптимизируя работу аккумуляторной батареи, и повышая ее безопасность.
Краткое описание чертежей
Описание возможных вариантов предлагаемого изобретения дается в обобщенных терминах со ссылками на сопровождающие чертежи, выполненные без соблюдения масштаба.
На Фиг. 1 показана схема силовой установки электромобиля согласно одному из вариантов изобретения;
Фиг. 2 показывает схему силовой установки электромобиля согласно другому варианту изобретения;
Фиг. 3 показывает вариант принципиальной электрической схемы силовой установки электромобиля согласно изобретению;
Фиг. 4 и 5 показывают возможные схемы электрических соединений силовой установки электромобиля согласно изобретению;
Фиг. 6 показывает схему электрической распределительной коробки в силовой установке электромобиля согласно изобретению;
Фиг. 7 показывает последовательность этапов способа обогрева аккумуляторной батареи электромобиля согласно изобретению;
Фиг. 8 показывает схему выполнения этапов способа обогрева аккумуляторной батареи электромобиля согласно одному из вариантов изобретения;
Фиг. 9 показывает подробную схему выполнения этапов способа обогрева аккумуляторной батареи электромобиля согласно одному из вариантов изобретения; и
Фиг. 10 показывает подробную схему выполнения этапов способа обогрева аккумуляторной батареи электромобиля согласно другому варианту изобретения.
Подробное описание изобретения
Детали изобретения будут раскрыты при описании конструктивных вариантов, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах. Специалистам понятно, что заявленное изобретение может быть воплощено во многих разных формах, которые не должны рассматриваться как ограничивающие данное изобретение.
В описании соотносительные термины «продольный», «боковой», «нижний», «верхний», «передний», «задний», «правый», «левый», «горизонтальный», «вертикальный», «над», «под», «верх», «низ», «внутренний», «наружный», а также производные от них (например, «горизонтально», «вниз», «вверх» и т.д.) следует понимать как относящиеся к ориентации только при демонстрации на чертежах и пояснениях к ним. Соотносительные термины даются для удобства описания и не требуют, чтобы предлагаемое устройство было бы сконструировано или работало именно в такой ориентации.
В описании термины, относящиеся к прикреплению, сцеплению и т.п., такие как "соединенный" и "взаимосвязанный", относятся к связям, которые скрепляют или соединяют элементы между собой механическим или электрическим соединением, как напрямую, так и через промежуточные элементы, если иное не оговорено специально. Тот или иной смысл приведенных выше фраз и терминов будет понятен специалистам в каждом конкретном случае.
Силовая установка электромобиля согласно вариантам предлагаемого изобретения далее будет описана со ссылками на Фиг. 1-6 чертежей.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 согласно предлагаемому изобретению силовая установка электромобиля включает: аккумуляторную батарею 101, обогреватель 102 аккумуляторов, устройство 103 управления аккумуляторами, электрическую распределительную коробку 104, двигатель 105, контроллер 106 двигателя и разграничительный индуктор L2. Обогреватель 102 аккумуляторов соединен с аккумуляторной батареей 101 и выполняет функцию обогрева аккумуляторной батареи 101 при ее зарядке и разрядке. Устройство 103 управления аккумуляторами соединено с обогревателем 102 аккумуляторов и аккумуляторной батареей 101 соответственно, и переводит обогреватель 102 аккумуляторов на прерывистый обогрев аккумуляторной батареи, когда температура аккумуляторной батареи 101 ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи 101 больше, чем пороговая величина заряда. Электрическая распределительная коробка 104 выполняет функцию распределения выходного напряжения аккумуляторной батареи 101. Контроллер 106 двигателя соединен с двигателем 105 и электрической распределительной коробкой 104 соответственно, и содержит первый входной терминал, второй входной терминал и пускозарядный конденсатор С2 подсоединенный между первым и вторым входными терминалами. Контроллер 106 двигателя выполняет функцию подачи энергии двигателю 105 согласно управляющей команде и напряжению, распределяемому к контроллеру 106 двигателя электрической распределительной коробкой 104. Разграничительный индуктор L2 подсоединен между аккумуляторной батареей 101 и электрической распределительной коробкой 104, и индуктивность разграничительного индуктора L2 соответствует емкости пускозарядного конденсатора С2.
Устройство 103 управления аккумуляторами может быть соединено с обогревателем 102 аккумуляторов посредством CAN шины 107 и соединено с аккумуляторной батареей 101 посредством проверочного кабеля 108 для замера температуры и напряжения каждого аккумулятора и выходного тока аккумуляторной батареи 101. Кроме того, устройство 103 управления аккумуляторами выполняет функцию оценки текущего состояния электромобиля, для расчета температуры и остаточного заряда аккумуляторной батареи 101, и посылает по CAN шине 107 управляющие сигналы соответствующим электрическим устройствам, приводя их в действие. Электрическая распределительная коробка 104 является высоковольтным устройством для включения и выключения больших токов. Выходное напряжение аккумуляторной батареи 101, распределяется устройством 103 управления аккумуляторами путем отправки управляющего сигнала на электрическую распределительную коробку 104. Контроллер 106 двигателя преобразует постоянный ток из аккумуляторной батареи 101 в трехфазный переменный ток, потребляемый двигателем 105, для подачи энергии двигателю 105 по внутреннему рабочему контуру контроллера 106 двигателя, и управляет двигателем 105 в соответствии с сигналами, посылаемыми устройством 103 управления аккумуляторами.
С силовой установкой электромобиля согласно предлагаемому изобретению, при использовании в электромобиле больших токов разрядки аккумуляторной батареи 101, внутренний резистор аккумуляторного комплекса Ε (т.е. аккумуляторной батареи 101) может нагреваться сам по себе и обогревать посредством этого аккумуляторную батарею 101. В отсутствие внешнего источника энергии электричество для обогрева полностью поставляется аккумуляторной батареей 101. Режим обогрева для аккумуляторной батареи 101 может регулироваться с помощью устройства 103 управления аккумуляторами и обогревателя 102 аккумуляторов, которые могут серьезно уменьшить ограничения на использование электромобиля при низких температурах, удовлетворяя, таким образом, требованиям к движению и зарядке при низких температурах. Более того, силовая установка обогревает аккумуляторную батарею 101 непосредственно, и в связи с этим могут быть достигнуты более высокий тепловой к.п.д., более низкие затраты и удобство эксплуатации. Также, силовая установка согласно предлагаемому изобретению делает возможным обогревать аккумуляторную батарею 101 прерывисто, то есть, какое-то время обогревать аккумуляторную батарею 101, затем на какое-то время прерывать обогрев и повторять эти циклы попеременно. Таким образом аккумуляторная батарея 101 может обогреваться периодически, что позволяет снизить влияние больших токов на аккумуляторную батарею 101 и продлить срок ее службы. Более того, способ согласно предлагаемому изобретению позволяет обогревать аккумуляторную батарею с разными уровнями мощности соответственно фактической температуре аккумуляторной батареи 101, что способствует экономии энергии и в то же время продляет срок службы аккумуляторной батареи 101.
В одном из вариантов изобретения, устройство 103 управления аккумуляторами может выбирать соответствующую тепловую мощность по температуре аккумуляторной батареи 101, и переводить обогреватель 102 аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи 101 с выбранной тепловой мощностью. Например, когда температура аккумуляторной батареи 101 находится в пределах от -30°С до -25°С, аккумуляторную батарею 101 можно обогревать с одной заданной тепловой мощностью; а когда температура аккумуляторной батареи 101 находится в пределах от -25°С до -20°С, аккумуляторную батарею 101 можно обогревать с другой заданной тепловой мощностью. Таким образом можно избежать обогрева аккумуляторной батареи 101 с неподходящей тепловой мощностью, когда температура аккумуляторной батареи 101 очень низка. Специалистам известно, что когда температура аккумуляторной батареи 101 довольно низка, нагрев аккумуляторной батареи 101 с относительно большой мощностью может повредить аккумуляторной батарее 101 и сделать низкой эффективность обогрева. Так, с устройством 103 управления аккумуляторами, при оценке температуры аккумуляторной батареи 101, аккумуляторную батарею 101 можно обогревать с подходящей тепловой мощностью, и за счет этого повысить эффективность обогрева. При этом энергопотребление может быть снижено, и, в то же время, срок службы аккумуляторной батареи 101 может быть увеличен.
Согласно изобретению устройство 103 управления аккумуляторами может выполнять функцию оценки, достигла ли текущая скорость изменения силы тяги электромобиля заданного порога скорости изменения силы тяги, и заставляет обогреватель аккумуляторов остановить обогрев аккумуляторной батареи, когда текущая скорость изменения силы тяги достигла заданного порога скорости изменения силы тяги. Понятно, что скорость изменения силы тяги определяется в соответствии с изменением силы тяги в некоторый период времени, т.е. водитель может управлять обогревом аккумуляторной батареи 101 в соответствии с изменением силы тяги в определенный период времени. В частности, когда электромобиль резко ускоряется или преодолевает подъем, может потребоваться больше энергии, и, таким образом, текущая скорость изменения силы тяги электромобиля будет возрастать (возрастает выходная мощность). Поскольку максимальный текущий заряд и выходная мощность электромобиля имеют предел, заданным порогом скорости изменения силы тяги служит текущая скорость изменения силы тяги электромобиля, когда аккумуляторная батарея 101 снабжает электромобиль максимальной энергией. Так, если скорость изменения силы тяги электромобиля заданного порога скорости изменения силы тяги, то выходная мощность аккумуляторной батареи 101 максимальна, но батарея не может поставлять какую-либо энергию обогревателю 102 аккумуляторов. Поэтому надежность аккумуляторной батареи 101 повышается, поскольку предотвращается разряжение аккумуляторной батареи 101 и увеличивается срок ее службы.
В одном из вариантов предлагаемого изобретения, устройство 103 управления аккумуляторами выполняет функцию оценки, достигает ли продолжительность нагрева первого заданного времени и заставляет обогреватель 102 аккумуляторов приостановить обогрев аккумуляторной батареи 101, когда продолжительность нагрева достигает первого заданного времени. В этом варианте, после приостановки нагрева аккумуляторной батареи 101 обогревателем 102 аккумуляторов устройство 103 управления аккумуляторами далее может рассчитывать время без обогрева и переводить обогреватель 102 аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи 101, когда продолжительность приостановки обогрева достигает второго заданного времени. Например, принимая продолжительность одного цикла равной 1 минуте, в одном цикле аккумуляторная батарея 101 обогревается непрерывно в течение 45 секунд, затем обогрев приостанавливается на 15 секунд (т.е., время приостановки обогрева равняется 15 секундам), после чего упомянутый процесс повторяется, так что обогрев аккумуляторной батареи 101 происходит прерывисто. Таким путем можно избежать непрерывной ударной нагрузки больших токов на аккумуляторную батарею 101, что снижает потери аккумуляторной батареи 101 и продляет срок ее службы.
Следует отметить, что время обогрева (обозначаемое Т1) и время приостановки обогрева (обозначаемое Т2) связано с характеристиками аккумуляторной батареи 101. Для аккумуляторной батареи 101 с улучшенными характеристиками величина Т1/Т2 меньше, в других случаях величина Т1/Т2 больше. Кроме того, прерывистый обогрев аккумуляторной батареи может уменьшить воздействие вихревых токов на силовой коннектор. Поэтому необходимо подбирать разные величины Т1/Т2 в соответствии с фактическими характеристиками аккумуляторной батареи 101.
Силовая установка также может быть снабжена кнопкой обогрева, соединенной с устройством 103 управления аккумуляторами. Когда кнопка обогрева нажата, устройство 103 управления аккумуляторами посылает сигнал обогревателю 102 аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи 101. Устройство 103 управления аккумуляторами далее выполняет следующие действия: после перевода обогревателя 102 аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи 101, если кнопку обогрева нажимают опять, оценивает, удовлетворяет ли нажатие кнопки заданному условию (т.е., оценивают, остается ли кнопка обогрева нажатой в течение заданного времени), если да, то указываем, что аккумуляторная батарея 101 обогреваться или потреблять энергию, а электромобиль не может двигаться. Другими словами, если в процессе обогрева аккумуляторной батареи 101 кнопка обогрева нажата повторно и удерживается в таком положении заданное время, устройство 103 управления аккумуляторами указывает, что электромобиль не может обогреваться, двигаться или питаться энергией. В это время, даже если температура аккумуляторной батареи 101 не превышает первого порогового значения температуры, обогрев аккумуляторной батареи 101 останавливается. Например, но необязательно, в этом варианте первое пороговое значение температуры может составлять около -10°С.
Еще в одном варианте изобретения обогреватель 102 аккумуляторов выполнен с возможностью проведения самотестирования на отказ (например, внутренние элементы обогревателя 102 аккумуляторов выполняют самотестирование на отказы) и отправки результатов тестирования на устройство 103 управления аккумуляторами. Таким путем отказ внутренних элементов обогревателя 102 аккумуляторов во время работы может быть обнаружен и вовремя устранен, избегая повреждения обогревателя 102 аккумуляторов, вызванного отказом внутренних элементов, и, следовательно, избегая проблем с надежностью, вызванных повреждением обогревателя 102 аккумуляторов.
Как показано на Фиг. 3 обогреватель 102 аккумуляторов включает: первый блок 301 переключения, основной конденсатор C1, основной индуктор L1 и второй блок 302 переключения. Первый вывод первого блока 301 переключения соединен с одной клеммой аккумуляторной батареи 101 и разграничительным индуктором L2 соответственно. Первый вывод основного конденсатора C1 соединен со вторым выводом первого блока 301 переключения, а второй вывод основного конденсатора C1 соединен со второй клеммой аккумуляторной батареи 101. Первый вывод основного индуктора L1 соединен с узлом между первым блоком 301 переключения и основным конденсатором C1. Первый вывод второго блока 302 переключения соединен со вторым выводом основного индуктора L1, а второй вывод второго блока 302 переключения соединен со второй клеммой аккумуляторной батареи 101. Управляющий вывод первого блока 301 переключения и управляющий вывод второго блока 302 переключения соединены с устройством 103 управления аккумуляторами. Устройство 103 управления аккумуляторами посылает сигнал на обогрев управляющему выводу первого блока 301 переключения и управляющему выводу второго блока 302 переключения, чтобы, в свою очередь, переключить эти блоки на выработку тока зарядки и тока разрядки. Когда первый блок 301 переключения включен, то второй блок 302 переключения выключен, а когда второй блок 302 переключения включен, то выключен первый блок 301 переключения.
На Фиг. 3 буквами ESR обозначен эквивалентный резистор аккумуляторной батареи 101, буквами ESL - эквивалентный индуктор аккумуляторной батареи 101, и Ε - комплекс аккумуляторов. L2 - разграничительный индуктор, выполняющий функцию разграничения контура (Part 2) и контура (Part 5) эквивалентной нагрузки двигателя. Поэтому обратное напряжение аккумуляторной батареи 101 поглощается разграничительным индуктором L2 и не может использоваться для дополнительной нагрузки. С2 - пускозарядный конденсатор; a R - эквивалентная нагрузка двигателя. Когда обогреватель аккумуляторов работает, его внутренний блок переключения включается или выключается с определенной последовательностью.
На Фиг. 3 согласно одному из вариантов изобретения, блок переключения (например, первый блок 301 переключения или второй блок 302 переключения) может представлять собой биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Когда обогреватель аккумуляторов начинает работу, внутренние элементы обогревателя аккумуляторов, такие как индуктор, конденсатор, находятся в исходном состоянии и не несут какой-либо энергии. Обогреватель аккумуляторов работает следующим образом. Когда IGBT1 включен, а IGBT2 выключен, комплекс аккумуляторов Ε заряжает основной конденсатор C1 по замкнутой цепи зарядки "E-ESR-ESL-D1-C1-E". После того, как комплекс аккумуляторов Ε заряжает основной конденсатор C1 в течение некоторого времени, напряжение основного конденсатора C1 становится равным напряжению комплекса аккумуляторов Е. Но из-за того, что в цепи есть индуктивный элемент, основной конденсатор C1 продолжает заряжаться так, что напряжение основного конденсатора C1 становится выше, чем напряжение комплекса аккумуляторов. Когда ток зарядки равен нулю, основной конденсатор C1 начинает разряжаться через замкнутую цепь "C1-D1-ESL-ESR-E-C1" до тех пор, пока ток разрядки не станет равным нулю. Когда IGBT1 выключен, a IGBT2 включен, основной конденсатор C1 продолжает разряжаться по замкнутой цепи "C1-D2-L1-IGBT2-C1". Из-за наличия основного индуктора L1, основной конденсатор C1 продолжает разряжаться, так что напряжение основного конденсатора C1 становится меньше, чем напряжение комплекса аккумуляторов Е. Вышеописанный процесс, таким образом, повторяется.
В одном из вариантов предлагаемого изобретения разграничительный индуктор L2 может предотвращать зарядку основного конденсатора C1 от пускозарядного конденсатора С2 через первый блок 301 переключения, так что форма сигнала от основного конденсатора C1 может регулироваться и таким образом можно управлять характеристиками контура обогрева. Следовательно, контур может работать нормально. В результате разграничительный индуктор L2 может потребоваться, когда двигатель 105 и обогреватель 102 аккумуляторов работают одновременно.
Индуктивность L разграничительного индуктора L2 может быть определена по формуле 
, где Т - эквивалентная нагрузка рабочего цикла двигателя 105 и С - емкость пускозарядного конденсатора С2. Обогревателю 102 аккумуляторов необходимо управлять IGBT модулем и включать/выключать первый блок 301 переключения или второй блок 302 переключения. Принимая рабочую частоту первого блока 301 переключения или второго блока 302 переключения равной t, для того, чтобы уменьшить воздействие обогревателя 102 аккумуляторов на контроллер 106 двигателя, можно считать, что цикл контура, состоящего из разграничительного индуктора L2 и пускозарядного конденсатора С2, равен Т. В одном из вариантов, Т>10t, что соответствует проектным требованиям. Поэтому используемое здесь выражение "Т - цикл эквивалентной рабочей нагрузки двигателя 105" означает, что Т - это цикл контура, содержащего разграничительный индуктор L2 и пускозарядный конденсатор С2.
В одном из вариантов обогреватель 102 аккумуляторов содержит силовой коннектор, соединяющий и прикрепляющий силовой кабель 109. Силовой коннектор должен быть защищен от вихревых токов. Когда обогреватель 102 аккумуляторов работает, частота тока меняется очень быстро, что приводит к очень быстрому повышению температуры магнитного материала в силовом коннекторе, в связи с чем магнитная проницаемость силового коннектора должна быть низкой. В одном из вариантов предлагаемого изобретения, обогреватель 102 аккумуляторов содержит низковольтный коннектор, который соединен и сообщается с внешними системами. Низковольтный коннектор включает CAN шину 107, соединенную с устройством 103 управления аккумуляторами, кабелем самопроверки и кабелем сигнала отказа.
На Фиг. 2 и Фиг. 4 в одном из вариантов предлагаемого изобретения, разграничительный индуктор L2 помещен в обогреватель 102 аккумуляторов. Плавкий предохранитель 401 также помещен в обогреватель 102 аккумуляторов. Как показано на Фиг. 4, обогреватель 102 аккумуляторов включает разграничительный индуктор L2, плавкий предохранитель 401 и источник энергии для обогревателя 102 аккумуляторов. Обогреватель 102 аккумуляторов включает четыре силовых разъема, два из которых соединены с аккумуляторной батареей 101 посредством силового кабеля 109, а два других соединены силовым кабелем 109 с электрической распределительной коробкой 104. В одном из вариантов предлагаемого изобретения, силовые коннекторы используются на обоих концах высоковольтного кабеля.
В одном из вариантов разграничительный индуктор L2 помещен в обогреватель 102 аккумуляторов, и когда аккумуляторную батарею 101 не требуется обогревать, обогреватель 102 аккумуляторов может быть удален, так что электрическая распределительная коробка 104 может соединяться непосредственно с аккумуляторной батареей 101. Электромобилю в жарких районах не нужны какие-либо обогреватели аккумуляторов, но они необходимы в зонах с холодным климатом. Поэтому, если электромобиль должен быть адаптирован к разным зонам, доработка может быть небольшой, что значительно снижает затраты.
На Фиг. 1 и Фиг. 5 в одном из вариантов предлагаемого изобретения разграничительный индуктор L2 может быть помещен в электрическую распределительную коробку 104. Независимо от того, помещен ли разграничительный индуктор L2 в обогреватель 102 аккумуляторов или в электрическую распределительную коробку 104, разграничительный индуктор L2 расположен между аккумуляторной батареей 101 и электрической распределительной коробкой 104. На Фиг. 1, электрическая распределительная коробка 104 не соединена с обогревателем 102 аккумуляторов напрямую. Аккумуляторная батарея 101 включает четыре силовых разъема, два из которых соединены с обогревателем 102 аккумуляторов посредством двух силовых кабелей 109, а два других соединены с электрической распределительной коробкой 104 двумя другими силовыми кабелями 109. В этом варианте силовая установка электромобиля содержит реле 501 с функцией выбора соединения или разъединения разграничительного индуктора L2 с контуром, как показано на Фиг. 5. Обогреватель 102 аккумуляторов соединен параллельно с электрической распределительной коробкой 104. Плавкий предохранитель 401 вмонтирован в аккумуляторную батарею 101.
Разграничительный индуктор L2 помещен в электрическую распределительную коробку 104 так, что влияние на электрическую распределительную коробку 104 со стороны обогревателя 102 аккумуляторов может быть заметно снижено. Более того, когда обогреватель 102 аккумуляторов работает, разграничительный индуктор L2 может быть соединен с контуром с помощью реле 501, и когда обогреватель 102 аккумуляторов прекращает работу, разграничительный индуктор L2 может быть отсоединен от контура с помощью реле 501.
Как показано на Фиг. 1-3, силовая установка электромобиля может включать охлаждающий агрегат 110, выполняющий функцию охлаждения первого блока 301 переключения и второго блока 302 переключения.
Охлаждающий агрегат 110 может включать канал продувки, встроенный в обогреватель 102 аккумуляторов, и вентилятор, установленный на одном конце канала продувки. Вентилятор применяют для рассеивания тепла для обогревателя 102 аккумуляторов.
В другом варианте охлаждающий агрегат 110 может содержать канал охладителя, встроенный в обогреватель 102 аккумуляторов, причем вход и выход охладителя соответственно расположены в обогревателе 102 аккумуляторов. Эффективность рассеивания тепла и выполнение уплотнения обогревателя аккумуляторов можно улучшить, используя охлаждение обогревателя аккумуляторов.
На Фиг. 6, электрическая распределительная коробка 104 включает: первичный контактор 601 и пускозарядный контактор 602. Первичный контактор 601 распределяет выходное напряжение аккумуляторной батареи 101 по энергопотребляющим устройствам, в частности к двигателю 105 электромобиля. Пускозарядный контактор 602 соединен с первым входным терминалом 603 или со вторым входным терминалом 604 контроллера 106 двигателя, и выполняет функцию зарядки пускозарядного конденсатора С2 под контролем устройства 103 управления аккумуляторами перед тем, как контроллер 106 двигателя запустит двигатель 105.
С силовой установкой электромобиля согласно предлагаемому изобретению аккумуляторная батарея 101 может обогреваться с использованием аккумуляторной батареи 101 для разрядки с большим током и путем нагревания внешнего резистора аккумуляторной батареи 101, Без какого-либо внешнего источника энергии электричество для обогрева полностью поставляется аккумуляторной батареей 101. Управление обогревом может проводиться для аккумуляторной батареи 101 устройством 103 управления аккумуляторами и обогревателем 102 аккумуляторов. Это может значительно уменьшать ограничения на использование электромобиля при низких температурах и удовлетворять требованиям для движения и зарядки при низких температурах, то есть, аккумуляторную батарею можно обогревать при движении электромобиля с ограниченной мощностью. Более того, силовая установка электромобиля обогревает аккумуляторную батарею непосредственно, и, следовательно могут достигаться более высокая эффективность обогрева, уменьшаться затраты и повышаться удобство использования.
Одним из объектов предлагаемого изобретения является устройство электромобиля. Электромобиль включает упомянутую выше силовую установку. Электромобиль может двигаться при низких окружающих температурах, если при этом обогревается аккумуляторная батарея, что обеспечивает надежное и устойчивое движение.
Далее со ссылками на Фиг. 7-10 подробно описывается способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля. На Фиг. 7-10, конкретные величины (такие как, например, -10°С) являются только иллюстративными для объяснения различных пороговых значений (таких как первое пороговое значение температуры), но не ограничивают объем предлагаемого изобретения. Величины различных пороговых значений могут меняться в зависимости от конкретных условий, что очевидно специалистам. Более того, исполнительные команды на этапах, представленных на Фиг. 7-10, являются только примерными и иллюстративными, но не ограничивают объем предлагаемого изобретения. Исполнительная команда на выполнение этапов может меняться в зависимости от конкретных условий, что также очевидно специалистам.
На Фиг. 7-10 представлен способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля. Способ включает следующие этапы.
На этапе S701, определяют температуру и остаточный заряд аккумуляторной батареи.
На этапе S702, если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры, а остаточный заряд аккумуляторной батареи выше, чем пороговая величина заряда, обогреватель аккумуляторов переводят на прерывистый нагрев аккумуляторной батареи.
На этапе S703, если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи ниже, чем пороговая величина заряда, аккумуляторная батарея не может обогреваться или потреблять энергию, а электромобиль не может двигаться.
В варианте первое пороговое значение температуры может составлять около -10°С, а пороговая величина заряда может составлять около 30% от полной емкости аккумуляторной батареи, без точных пороговых значений. В частности, первое пороговое значение температуры может находиться в диапазоне около -10°С, например, от -12°С до -8°С. Пороговая величина заряда связана с техническими характеристиками и временем работы аккумуляторной батареи. В случае, когда аккумуляторная батарея обладает достаточно высокими техническими характеристиками, пороговая величина заряда может быть ниже.
Вариант 1
Согласно варианту предлагаемого изобретения, представленному на Фиг. 8, способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля может включать следующие этапы.
На этапе S801 включают питание электромобиля.
На этапе S802, определяют температуру аккумуляторной батареи.
На этапе S803 оценивают, не опустилась ли температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение для обогрева (например, -10°С), если да, то переходят к этапу S804, а если нет, то переходят к этапу S802.
На этапе S804 устройство управления аккумуляторами рассчитывает, превышает ли остаточный заряд SOC (уровень заряда) аккумуляторной батареи пороговую величину заряда (например, 30% от полной емкости аккумуляторной батареи), если да, то переходят к этапу S806, а если нет, то переходят к этапу S805.
На этапе S805 устройство управления аккумуляторами посылает на табло приборной панели информацию о том, что остаточный заряд аккумуляторной батареи слишком низок для того, чтобы электромобиль мог обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S806 обогреватель аккумуляторов выполняет самотестирование на наличие отказа в работе. Если отказ есть, то переходят к этапу S807, а если нет, то переходят к этапу S808.
На этапе S807, устройство управления аккумуляторами отправляет сообщение на табло о наличии отказа в обогревателе аккумуляторов, так что невозможен обогрев аккумуляторной батареи и невозможно движение электромобиля.
На этапе S808 обогреватель аккумуляторов греет аккумуляторную батарею.
На этапе S809, обогреватель аккумуляторов проводит непрерывное самотестирование на наличие отказа в работе, если отказ есть, то переходят к этапу S810, а если нет, то переходят к этапу S 811.
На этапе S810, устройство управления аккумуляторами отправляет сообщение на табло о наличии отказа в обогревателе аккумуляторов, так что невозможен обогрев и питание энергией аккумуляторной батареи и невозможно движение электромобиля.
На этапе S811 определяют, достигает ли время непрерывного нагрева (t1) первого заданного времени Т1, если да, то переходят к этапу S812, а если нет, то переходят к этапу S815.
На этапе S812 обогреватель аккумуляторов приостанавливает обогрев аккумуляторной батареи.
На этапе S813, устройство управления аккумуляторами оценивает, достигло ли время приостановки обогрева (t2) второго заданного времени (Т2), если да, то переходят к этапу S814, а если нет, то переходят к этапу S812.
На этапе S814 сбрасывают время обогрева (t1) и время приостановки обогрева (t2) для того, чтобы подготовить расчет времени обогрева и времени приостановки обогрева в следующем цикле.
На этапе S815 оценивают, окончен ли обогрев, если да, то переходят к этапу S816, а если нет, то переходят к этапу S808.
На этапе S816 обогрев заканчивают.
В варианте изобретения, представленном на Фиг. 9, способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля может включать следующие этапы. На этапе S901 включают питание электромобиля.
На этапе S902, определяют температуру и остаточный заряд аккумуляторной батареи.
На этапе S903 оценивают, остается ли температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры, если да, то переходят к этапу S905, а если нет, то переходят к этапу S904. В этом варианте, как показано на Фиг. 8, первое пороговое значение температуры может составлять около -10°С.
На этапе S904 устройство управления аккумуляторами включает пускозарядный контактор, и после окончания предварительной зарядки включает первичный контактор. Электромобиль движется нормально.
На этапе S905 оценивают, превышает ли остаточный заряд аккумуляторной батареи пороговую величину заряда, если да, то переходят к этапу S907, а если нет, то переходят к этапу S906.
На этапе S906, устройство управления аккумуляторами посылает на табло приборной панели информацию о том, остаточный заряд аккумуляторной батареи слишком низок для того, чтобы электромобиль мог обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S907, пользователь подтверждает необходимость обогрева аккумуляторной батареи. Если да, то переходят к этапу S909, а если нет, то переходят к этапу S908. Кнопка обогрева может быть вынесена на приборную панель электромобиля. Если кнопка обогрева нажата и удерживается в таком положении заданное время (например, 2 секунды), пользователь подтверждает обогрев. Специалистам понятно, что для подтверждения обогрева может быть выбран любой из уже известных способов, не ограничиваясь каким-то одним конкретным.
На этапе S908, устройство управления аккумуляторами посылает команду на табло информацию, что электромобиль не может обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S909 обогреватель аккумуляторов проводит самотестирование на наличие отказа в работе, если отказ есть, то переходят к этапу S910, а если нет, то переходят к этапу S911.
На этапе S910, устройство управления аккумуляторами останавливает подачу энергии и передачу обогревателю аккумуляторов команды на обогрев, а также посылает сообщение на табло приборной панели о наличии отказа в обогревателе аккумуляторов так, что электромобилю не разрешается обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S911 устройство управления аккумуляторами посылает команду обогревателю аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи.
На этапе S912, устройство управления аккумуляторами включает пускозарядный контактор, и, после окончания предварительной зарядки, включает первичный контактор после чего электромобиль обогревается, и устройство управления аккумуляторами подает максимальную выходную мощность аккумуляторную батарею, при этом обогреватель аккумуляторов продолжает выполнять самотестирование.
На этапе S913 определяют, достигло ли время нагрева (t1) первого заданного времени (Т1), если да, то переходят к этапу S914, а если нет, то переходят к этапу S917.
На этапе S914, обогреватель аккумуляторов приостанавливает обогрев аккумуляторной батареи, и следует этап S915.
На этапе S915 рассчитывают время приостановки обогрева (t2) и оценивают, достигает ли оно второго заданного времени (Т2), если да, то переходят к этапу S916, а если нет, то переходят к этапу S914.
На этапе S916 время обогрева t1 и время приостановки обогрева t2 сбрасываются для того, чтобы подготовиться к расчету времени обогрева и времени приостановки обогрева в следующем цикле, и обогреватель аккумуляторов снова начинает обогревать аккумуляторную батарею, т.е. следует этап S912.
Этапы S913-S916 используются для пояснения, как устройство управления аккумуляторами управляет обогревателем аккумуляторов для периодического обогрева аккумуляторной батареи. Например, при продолжительности одного цикла обогрева равном 1 минуте, сначала аккумуляторная батарея непрерывно греется в течение 45 секунд, а затем обогрев приостанавливается на 15 секунд. Вышеупомянутый процесс повторяется для реализации прерывистого режима обогрева аккумуляторной батареи. Таким образом избегают постоянного воздействия больших токов аккумуляторную батарею, снижаются потери аккумуляторной батареи и увеличивается срок ее службы.
Следует отметить, что время обогрева (обозначаемое Т1) и время приостановки обогрева (обозначаемое Т2) зависят от характеристик аккумуляторной батареи. Для аккумуляторной батареи с улучшенными характеристиками, величина Т1/Т2 меньше, в других случаях величина Т1/Т2 увеличивается. Кроме того, прерывистый обогрев аккумуляторной батареи может уменьшить влияние вихревых токов на силовой коннектор. Поэтому необходимо подбирать различные величины Т1/Т2 соответственно фактическим характеристикам аккумуляторной батареи.
На этапе S917 оценивают, соответствует нажатие кнопки обогрева заданному условию (то есть подтверждают, что кнопка обогрева нажата и удерживается в течение 2 секунд), если да, то переходят к этапу S918, а если нет, то переходят к этапу S919.
На этапе S918, устройство управления аккумуляторами посылает сообщение на табло о том, что пользователь остановил обогрев и электромобилю не разрешается обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S919, обогреватель аккумуляторов выполняет непрерывное самотестирование в процессе обогрева, чтобы отслеживать, не возникает ли отказ в работе обогревателя аккумуляторов в процессе обогрева, если отказ есть, то переходят к этапу S920, а если нет, то переходят к этапу S921.
На этапе S920, устройство управления аккумуляторами посылает сообщение на табло о том, что аккумуляторной батарее не разрешается обогреваться или питаться энергией, а электромобилю не разрешается движение.
На этапе S921 оценивают, превышает температура аккумуляторной батареи первое пороговое значение температуры (например, -10°С), если да, то переходят к этапу S923, а если нет, то переходят к этапу S922.
На этапе S922 определяют, превышает ли температура любого отдельного аккумулятора в составе аккумуляторной батареи второе пороговое значение температуры (например, 20°С), если да, то переходят к этапу S923, а если нет, то переходят к этапу S924.
На этапе S923, обогрев (в этом варианте, когда электромобиль движется, обогрев аккумуляторной батареи также называют обогревом в режиме движения) заканчивается, и обогреватель аккумуляторов останавливает свою работу.
На этапе S924 оценивают, превышает ли общее время нагрева второе заданное время (например, 20 минут), если да, то переходят к этапу S923, а если нет, то переходят к этапу S912.
В одном из вариантов изобретения, когда аккумуляторную батарею обогревают в режиме обогрева при движении, устройство управления аккумуляторами выполняет функцию оценки, достигла ли текущая скорость изменения силы тяги электромобиля заданного порога скорости изменения силы тяги, и заставляет обогреватель аккумуляторов остановить обогрев аккумуляторной батареи, когда текущая скорость изменения силы тяги достигла заданного порога скорости изменения силы тяги. В общем, когда электромобиль внезапно ускоряется или преодолевает подъем, скорость изменения силы тяги может достичь заданного порога скорости изменения силы тяги, и во время такого подъема и ускорения аккумуляторная батарея не может выдавать больше энергии для отвода тепла от обогревателя аккумуляторов. Таким образом, когда электромобиль преодолевает подъем или ускоряется, обогреватель аккумуляторов останавливает обогрев аккумуляторной батареи, а когда подъем или ускорение заканчиваются, обогреватель аккумуляторов снова начинает обогрев аккумуляторной батареи.
Вариант 3
Согласно варианту предлагаемого изобретения, представленному на Фиг. 10, способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля может включать следующие этапы.
На этапе S1001 включают питание электромобиля.
На этапе S1002 определяют температуру и остаточный заряд аккумуляторной батареи.
На этапе S1003, оценивают, остается ли температура аккумуляторной батареи ниже первого порога обогрева, если да, то переходят к этапу S1005, а если нет, то переходят к этапу S1004. В варианте, показанном на Фиг. 10, первое пороговое значение температуры для движения может составлять около -10°С.
На этапе S1004 устройство управления аккумуляторами включает пускозарядный контактор, и, после окончания предварительной зарядки, включает первичный контактор. Электромобиль движется нормально.
На этапе S1005 определяют, превышает ли фактический остаточный заряд пороговую величину заряда для движения, если да, то переходят к этапу S1008, а если нет, то переходят к этапу S1006.
На этапе S1006, устройство управления аккумуляторами рассчитывает, превышает ли остаточный заряд аккумуляторной батареи первую пороговую величину заряда, достаточную для обогрева электромобиля в условиях стоянки (здесь и далее называемую первой пороговой величиной заряда при стоянке; в этом варианте, первая пороговая величина заряда при стоянке может составлять около 30% от полной емкости аккумуляторной батареи), если да, то переходят к этапу S1008, а если нет, то переходят к этапу S1007. Специалистам в данной области понятно, что первая пороговая величина заряда при стоянке может быть выше, чем пороговая величина заряда при движении.
На этапе S1007, устройство управления аккумуляторами посылает сообщение на табло приборной панели, что остаточный заряд аккумуляторной батареи слишком низок и электромобиль не может обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S1008 пользователь подтверждает, нужен ли обогрев аккумуляторной батарее, если да, то переходят к этапу S1010, а если нет, то переходят к этапу S1009. Кнопка обогрева может располагаться на приборной панели электромобиля. Если кнопка обогрева нажата и удерживается в течение заданного времени (например, 2 секунды), пользователь подтверждает обогрев аккумуляторной батареи. Специалистам понятно, что для подтверждения обогрева может быть выбран любой из уже известных способов, какой-то один конкретный не является обязательным.
На этапе S1009, устройство управления аккумуляторами посылает на приборную панель информацию, что электромобиль не может обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S1010 обогреватель аккумуляторов выполняет самотестирование на наличие отказа в работе. Если отказ есть, то переходят к этапу S1011, а если нет, то переходят к этапу S1012.
На этапе S1011 устройство управления аккумуляторами останавливает подачу энергии и отправку обогревателю аккумуляторов сигнала на обогрев и посылает на табло приборной панели информацию о том, что выявлен отказ в обогревателе аккумуляторов, и электромобиль не может обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S1012, устройство управления аккумуляторами посылает обогревателю аккумуляторов команду на обогрев аккумуляторной батареи.
На этапе S1013, устройство управления аккумуляторами включает пускозарядный контактор, и, после окончания предварительной зарядки, включает первичный контактор после чего электромобиль обогревается, и устройство управления аккумуляторами подает максимальную выходную мощность аккумуляторную батарею, при этом обогреватель аккумуляторов продолжает выполнять самотестирование.
На этапе S1014, обогреватель аккумуляторов обогревает аккумуляторную батарею с разными параметрами обогрева в зависимости от температуры аккумуляторной батареи (например, обогреватель аккумуляторов обогревает аккумуляторную батарею с разными мощностями в зависимости от температуры аккумуляторной батареи), как описано на этапе S1015.
На этапе S1015 обогреватель аккумуляторов обогревает аккумуляторную батарею с разными мощностями в зависимости от ее температуры.
На этапе S1016, устройство управления аккумуляторами оценивает, достигла ли предела скорость изменения силы тяги электромобиля, то есть, достигла ли текущая скорость изменения силы тяги электромобиля заданного порога скорости изменения силы тяги, если да, то переходят к этапу S1017, а если нет, то переходят к этапу S1019.
На этапе S1017, обогреватель аккумуляторов останавливает обогрев аккумуляторной батареи, и аккумуляторная батарея подает энергию только для движения электромобиля и для питания его энергопотребляющего оборудования. Например, но не только, если требуется оценить, закончилось ли при движении ускорение или подъем для того, чтобы вернуться к обогреву аккумуляторной батареи, переходят к этапу S1018.
На этапе S1018 оценивают, закончен ли процесс подъема или ускорения, если да, то переходят к этапу S1013, а если нет, то переходят к этапу S1017.
На этапе S1019 определяют, соответствует нажатие кнопки обогрева заданному условию (т.е. кнопка обогрева нажата и удерживается в течение 2 секунд), если да, то переходят к этапу S1020, а если нет, то переходят к этапу S1025.
На этапе S1020 определяют, превышает ли температура аккумуляторной батареи второе пороговое значение температуры (например, -20°С), если да, то переходят к этапу S1022, a если нет, то переходят к этапу S1021.
На этапе S1021 электромобиль не может обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S1022 определяют, превышает ли остаточный заряд аккумуляторной батареи вторую заданную пороговую величину заряда, если да, то переходят к этапу S1023, а если нет, то переходят к этапу S1024. В данном примере, представленном на Фиг. 10, вторая заданная пороговая величина заряда может составлять около 25% от общей емкости аккумуляторной батареи.
На этапе S1023 электромобиль может двигаться с ограниченной мощностью.
На этапе S1024 устройство управления аккумуляторами посылает сообщение на табло приборной панели, что пользователь остановил обогрев, так что электромобиль не может обогреваться, двигаться или питаться энергией.
На этапе S1025 проверяют, нет ли отказа в работе обогревателя аккумуляторов. Если отказ есть, то переходят к этапу S1026, а если нет, то переходят к этапу S1027.
На этапе S1026, обогреватель аккумуляторов прекращает работу и на приборной панели появляется предупреждение об опасности.
На этапе S1027 оценивают, превышает ли температура аккумуляторной батареи первое пороговое значение температуры (например, -10°С), если да, то переходят к этапу S1028, а если нет, то переходят к этапу S1029.
На этапе S1028 нагревание заканчивается, и обогреватель аккумуляторов прекращает обогрев аккумуляторной батареи.
На этапе S1029 оценивают, превышает ли температура какого-либо отдельного аккумулятора второе пороговое значение температуры (например, 20°С), если да, то переходят к этапу S1028, а если нет, то переходят к этапу S1030.
На этапе S1030 оценивают, превышает ли непрерывное время нагрева заданное время (например, 20 минут), если да, то переходят к этапу S1028, а если нет, то переходят к этапу S1013.
В варианте изобретения, представленном на Фиг. 10, этап S1015 может включать следующие подэтапы.
На под этапе S10151 определяют, попадает ли температура аккумуляторной батареи в интервал от -30°С до -25°С, если да, то обогреватель аккумуляторов обогревает батарею с первой заданной мощностью (мощность 1).
На подэтапе S10152 определяют, попадает ли температура аккумуляторной батареи в интервал от -25°С до -20°С, если да, то обогреватель аккумуляторов обогревает батарею со второй заданной мощностью (мощность 2).
На под этапе S10153 определяют, попадает ли температура аккумуляторной батареи в интервал от -20°С до -15°С, если да, то обогреватель аккумуляторов обогревает батарею с третьей заданной мощностью (мощность 3).
На подэтапе S10154 определяют, попадает ли температура аккумуляторной батареи в интервал от -15°С до -10°С, если да, то обогреватель аккумуляторов обогревает батарею с четвертой заданной мощностью (мощность 4).
В некоторых вариантах, когда электромобиль подключен к энергопитанию, устройство управления аккумуляторами определяет температуру аккумуляторной батареи и состояние первичного контактора. Температура аккумуляторной батареи - это средняя температура для всех отдельных аккумуляторов в батарее. Устройство управления аккумуляторами замеряет температуру каждого отдельного аккумулятора в аккумуляторной батарее через коллектор информации и рассчитывает температуру аккумуляторной батареи. Если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи больше, чем пороговая величина заряда, пользователь нажимает и удерживает кнопку обогрева в течение 2 секунд, после чего устройство управления аккумуляторами посылает сообщение на обогреватель аккумуляторов через CAN шину, разрешая обогрев и движение электромобиля.
Как вариант первое пороговое значение температуры может составлять около -10°С, а пороговая величина заряда может составлять около 30% от полной емкости аккумуляторной батареи. Перед обогревом аккумуляторной батареи в режиме обогрева при движении, то есть, до запуска двигателя, устройство управления аккумуляторами посылает управляющий сигнал на электрическую распределительную коробку для включения пускозарядного контактора, и аккумуляторная батарея заряжает пускозарядный конденсатор С2. Когда напряжение пускозарядного конденсатора С2 становится равным с напряжением аккумуляторной батареи, двигатель можно запускать.
В одном из вариантов изобретения кнопка обогрева находится на приборной панели. При условии, что температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи больше, чем пороговая величина заряда, когда кнопка обогрева нажата, обогреватель аккумуляторов может работать. Если кнопка обогрева нажата повторно и удерживается 2 секунды, обогреватель аккумуляторов принудительно останавливает работу.
Первичный контактор размещен в электрической распределительной коробке и выполняет функцию соединения или разъединения контроллера двигателя с источником энергии. Когда остаточный заряд аккумуляторной батареи больше, чем пороговая величина заряда, устройство управления аккумуляторами посылает управляющий сигнал на электрическую распределительную коробку для включения первичного контактора, и двигатель можно запускать. Контроллер двигателя для подачи энергии двигателю через управляющую схему преобразует постоянный ток в потребляемый двигателем трехфазный переменный, позволяя электромобилю двигаться с ограниченной мощностью.
Пускозарядный контактор также размещен в электрической распределительной коробке и соединен с пускозарядным конденсатором С2 последовательно. В частности, пускозарядный конденсатор С2 заряжают перед запуском двигателя. Причины могут быть следующими. С одной стороны предварительная зарядка дает возможность избежать скачка тока, а также избежать залипания контактов, вызванного включением первичного контактора. Ограничивающий ток резистор подсоединен последовательно между пускозарядным конденсатором и пускозарядным контактором. Когда предварительная зарядка окончена, устройство управления аккумуляторами включает первичный контактор, а затем выключает пускозарядный контактор. С другой стороны, поскольку ток больше в момент пуска двигателя, напряжение аккумуляторной батареи снижается. Поэтому сначала заряжается пускозарядный конденсатор С2 до тех пор, пока его напряжение не сравняется с напряжением аккумуляторной батареи, а затем запускается двигатель. Так как напряжение пускозарядного конденсатора не может измениться внезапно, путем соединения пускозарядного конденсатора и двигателя параллельно, влияние запуска двигателя на напряжение аккумуляторной батареи может быть уменьшено.
Когда обогреватель аккумуляторов получает сигнал на обогрев, отправленный устройством управления аккумуляторами, обогреватель выполняет самотестирование на наличие отказа в работе обогревателя аккумуляторов. В одном варианте предлагаемого изобретения обогреватель аккумуляторов посылает одиночный импульс 0,5 мс для проверки наличия отказа в работе обогревателя аккумуляторов. Если никакого отказа нет, обогреватель аккумуляторов посылает управляющий импульс (например, с периодом 20 мс и коэффициентом заполнения 20%) на внутренний модуль переключения чтобы коротко замкнуть аккумуляторную батарею на короткое время. Так достигается цель обогрева. В то же время обогреватель аккумуляторов посылает CAN сигнал на приборную панель, которая после получения CAN сигнала выводит на табло информацию "аккумуляторная батарея обогревается".
Если температура аккумуляторной батареи выше, чем первое пороговое значение температуры, или время непрерывного нагрева больше, чем пороговое время обогрева, или максимальная температура отдельного аккумулятора в аккумуляторной батареи выше, чем второе пороговое значение температуры, обогреватель аккумуляторов прекращает посылать управляющий импульс на внутренний модуль переключения для того, чтобы остановить обогрев аккумуляторной батареи. Обогреватель аккумуляторов посылает CAN сигнал на приборную панель, которая после получения CAN сигнала выводит на табло информацию "обогрев закончен". Процесс обогрева закончен. В одном из вариантов изобретения второе пороговое значение температуры может составлять 20°С, и пороговое время обогрева может составлять 20 минут. Предпочтительно, для того, чтобы в процессе обогрева избежать повторного запуска процедуры обогрева, если измеренная температура аккумуляторной батареи выше, чем первое пороговое значение температуры на 5°С, обогрев аккумуляторной батареи прекращается.
Если температура аккумуляторной батареи выше, чем первый порог обогрева, устройство управления аккумуляторами работает нормально. Если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первый порог обогрева и остаточный заряд аккумуляторной батареи меньше, чем пороговая величина заряда при стоянке, первичный контактор не включается и устройство управления аккумуляторами посылает CAN сигнал на обогреватель аккумуляторов и приборную панель, что аккумуляторная батарея не может обогреваться. Когда приборная панель получает CAN сигнал, она выводит на табло информацию "остаточный заряд аккумуляторной батареи недостаточен" для обогрева, движения или питания энергией электромобиля.
Если отказ обогревателя аккумуляторов, включая защиту от недостаточного напряжения, защиту от избыточного напряжения, защиту от перегрева, защиту интервала ширины импульса или защиту максимального времени включения, происходит при самотестировании, обогрев аккумуляторной батареи не разрешен. Обогреватель аккумуляторов посылает сигнал об отказе. Приборная панель, получив сигнал об отказе, выводит на табло информацию "отказ обогревателя аккумуляторов". Обогрев не разрешается.
Если отказ обогревателя аккумуляторов, включая защиту от недостаточного напряжения, защиту от избыточного напряжения, защиту от перегрева, защиту интервала ширины импульса или защиту максимального времени включения, происходит в процессе обогрева, обогреватель аккумуляторов прекращает обогрев аккумуляторной батареи и посылает сигнал об отказе. Приборная панель, получив сигнал об отказе, выводит на табло информацию "отказ обогревателя аккумуляторов". Обогрев прерывается.
В некоторых вариантах предлагаемого изобретения обогреватель аккумуляторов содержит защитный контур для предотвращения вышеупомянутых отказов. Защитный контур подробно описывается ниже.
(1) Когда поступает сигнал отказа, IGBT в обогревателе аккумуляторов выключается. ERROR вывод (отказа) защитного контура находится на низком уровне, сигнал отказа выходит через оптрон, и таким образом ERROUT вывод (выходного сигнала отказа) находится на низком уровне. Для разблокировки состояния защиты, PWM (модуляция ширины импульса) волна должна поддерживаться на высоком уровне в течение 2 секунд, после чего сигнал отказа сбрасывается, и защитный контур возвращается к нормальному состоянию. Если сигнал отказа не может быть сброшен с помощью PWM волны в течение 2 секунд, в защитном контуре проявляется постоянная ошибка, так что защитный контур не может работать нормально.
(2) Для гарантии нормальной работы модуля разрядки IGBT, частота импульса, посылаемого DSP (процессором цифрового сигнала) может быть не слишком высокой, и продолжительность импульса может быть недостаточной. Например, максимальное время импульса может составлять 5 мс, а минимальный интервал может составлять 7-10 мс, или, в противном случае, будет выдаваться сигнал отказа.
(3) В одном варианте предлагаемого изобретения для приведения в действие IGBT используют подвод питания с DC-DC развязкой. Положительное напряжение смещения для электрода затвора IGBT может составлять +15В, и отрицательное напряжение смещения для электрода затвора IGBT может составлять -7 В. Отрицательное напряжение смещения для электрода затвора IGBT может быстро выключать IGBT, избегая несрабатывания при включении IGBT из-за слишком большого тока перегрузки.
(4) В одном варианте предлагаемого изобретения, защитный контур включает контур защиты от недостаточного напряжения, который может предотвращать повышение энергопотребления IGBT, вызываемое недостаточным для движения напряжением. Когда напряжение для движения снижается до первого порога напряжения, начинает работать контур защиты от недостаточного напряжения. В одном из вариантов изобретения первый порог напряжения может составлять 9 В.
(5) Контур защиты от перегрева помогает избежать повреждения IGBT, вызываемого высокой температурой. Защитный контур отслеживает температуру помощью термистора. Когда температура IGBT выше, чем порог безопасной температуры, начинает работать контур защиты от перегрева. Защитный контур также может устанавливать наличие разрыва в цепи термистора. Когда цепь термистора не замкнута, эквивалентное полное сопротивление равно бесконечности, и выдается сигнал защиты. В одном из вариантов изобретения порог безопасной температуры может составлять 85°С.
(6) Поскольку в замкнутой цепи разрядки имеется большая индуктивность, то, когда IGBT выключен, на терминале коллектора IGBT может возбуждаться избыточное напряжение. Поэтому между терминалом коллектора и терминалом эмиттера IGBT подсоединен параллельно высоковольтный конденсатор. Контур защиты от избыточного напряжения помогает избежать повреждения IGBT, вызываемого избыточным напряжением на терминале коллектора в момент выключения IGBT. Когда напряжение на терминале коллектора превышает второй порог напряжения, будет выдаваться сигнал отказа. В одном из вариантов изобретения второй порог напряжения может составлять 800 вольт.
Во время процесса обогрева аккумуляторной батареи, если пользователь неожиданно нажимает и удерживает кнопку обогрева в течение 2 секунд, обогреватель аккумуляторов прекращает обогрев аккумуляторной батареи, так что аккумуляторной батарее не подвод энергии, а электромобилю не разрешается движение.
Используя способ обогрева аккумуляторной батареи в силовой установке электромобиля согласно вариантам предлагаемого изобретения, аккумуляторную батарею электромобиля можно обогревать без использования энергии от внешних источников. Аккумуляторная батарея подогревается до необходимой температуры, после чего может нормально заряжаться или разряжаться. Так ограничения на пользование электромобилем при низких температурах могут быть серьезно уменьшены, и требования к движению и зарядке при низких температурах могут удовлетворяться. Кроме того, предлагаемый согласно изобретению способ делает возможным обогревать аккумуляторную батарею прерывисто, то есть, какое-то время обогревать аккумуляторную батарею, затем на некоторое время прерывать обогрев и повторять эти циклы попеременно. Таким образом аккумуляторная батарея может обогреваться периодически, что позволяет снизить негативное влияние больших токов на аккумуляторную батарею и продлить срок ее службы. Также, способ согласно предлагаемому изобретению позволяет обогревать аккумуляторную батарею с разными уровнями мощности соответственно фактической температуре аккумуляторов, осуществляя более тонкое управление силовой установкой, оптимизируя работу аккумуляторной батареи, и повышая ее безопасность.
В представленном описании сущность изобретения изложена в виде поясняющих примеров. Однако специалисту будет очевидно, что в конструктивных вариантах, не отклоняясь от духа и смысла изобретения, могут присутствовать и другие варианты, определяемые формулой изобретения. Описание и чертежи являются только иллюстративными, но не ограничивающими.
Изобретение относится к электромобилям. Силовая установка электромобиля содержит аккумуляторную батарею; обогреватель аккумуляторов; устройство управления аккумуляторами для прерывистого обогрева, когда температура батареи ниже порогового значения и остаточный заряд больше пороговой величины заряда. Электрическая распределительная коробка распределяет выходное напряжение батареи. Также имеется контроллер двигателя и пускозарядный конденсатор, подающий энергию двигателю согласно управляющей команде и напряжению, распределяемому распределительной коробкой. Индуктивность распределительного индуктора соответствует емкости пускозарядного конденсатора. Способ обогрева батареи электромобиля включает определение температуры и остаточного заряда батареи. Если температура батареи ниже порогового значения и остаточный заряд больше пороговой величины заряда, обогреватель переводят на прерывистый обогрев. Если температура батареи ниже порогового значения и остаточный заряд ниже пороговой величины заряда, не допускают обогрев или подачу энергии аккумуляторной батарее и движение электромобиля. Улучшается работа аккумулятора. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 10 ил.
1. Силовая установка электромобиля, содержащая:
аккумуляторную батарею;
обогреватель аккумуляторов, соединенный с аккумуляторной батареей и выполняющий функцию обогрева аккумуляторной батареи при ее зарядке и разрядке;
устройство управления аккумуляторами, соединенное с аккумуляторной батареей и обогревателем аккумуляторов соответственно и управляющее обогревателем аккумуляторов для прерывистого обогрева, когда температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи больше, чем пороговая величина заряда;
электрическую распределительную коробку, выполняющую функцию распределения выходного напряжения аккумуляторной батареи;
двигатель;
контроллер двигателя, соединенный, соответственно, с двигателем и электрической распределительной коробкой, содержащий первый входной терминал, второй входной терминал и пускозарядный конденсатор, подсоединенный между первым и вторым входными терминалами, выполняющий функцию подачи энергии двигателю согласно управляющей команде и напряжению, распределяемому электрической распределительной коробкой; и
разграничительный индуктор, подсоединенный между аккумуляторной батареей и электрической распределительной коробкой, причем индуктивность разграничительного индуктора соответствует емкости пускозарядного конденсатора.
2. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство управления аккумуляторами выполняет функцию определения, достигает ли время нагрева первого заданного времени, и заставляет обогреватель аккумуляторов приостанавливать обогрев аккумуляторной батареи, когда время нагрева достигло первого заданного времени.
3. Силовая установка по п. 2, отличающаяся тем, что после приостановки обогревателем аккумуляторов обогрева аккумуляторной батареи устройство управления аккумуляторами выполняет функцию расчета времени приостановки обогрева и перевода обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи, когда время приостановки обогрева достигает второго заданного времени.
4. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит:
кнопку обогрева, соединенную с устройством управления аккумуляторами, причем устройство управления аккумуляторами посылает сигнал обогревателю аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи, когда кнопка обогрева нажата.
5. Силовая установка по п. 4, отличающаяся тем, что устройство управления аккумуляторами выполнено с возможностью: после перевода обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи, если кнопка обогрева нажата повторно, оценивать, соответствует ли нажатие кнопки обогрева заданному условию, и, если да, то показывать, что аккумуляторной батарее не разрешается обогреваться или питаться энергией, а электромобилю не разрешается движение.
6. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство управления аккумуляторами выполняет функцию выбора тепловой мощности в зависимости от температуры аккумуляторной батареи и перевода обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи с выбранной тепловой мощностью.
7. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что индуктивность L разграничительного индуктора L2 определяют по формуле 
, где Т - эквивалентная нагрузка рабочего цикла двигателя и С - емкость пускозарядного конденсатора С2.
8. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что обогреватель аккумуляторов выполнен с возможностью проведения самотестирования на отказ и отправки результатов тестирования на устройство управления аккумуляторами.
9. Силовая установка по п. 1 или 4, отличающаяся тем, что обогреватель аккумуляторов содержит:
первый блок переключения, первый вывод которого соединен с одной клеммой аккумуляторной батареи и разграничительным индуктором L2 соответственно;
основной конденсатор, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого блока переключения, а второй вывод соединен со второй клеммой аккумуляторной батареи;
основной индуктор, первый вывод которого соединен с узлом между первым блоком переключения и основным конденсатором; и
второй блок переключения, первый вывод которого соединен со вторым выводом основного индуктора, а второй вывод соединен со второй клеммой аккумуляторной батареи, причем управляющий вывод первого блока переключения и управляющий вывод второго блока переключения соединены с устройством управления аккумуляторами, и устройство управления аккумуляторами посылает сигнал на обогрев управляющему выводу первого блока переключения и управляющему выводу второго блока переключения, чтобы, в свою очередь, переключить эти блоки на выработку тока зарядки и тока разрядки, при этом, когда первый блок переключения включен, то второй блок переключения выключен, а когда второй блок переключения включен, то выключен первый блок 301 переключения.
10. Силовая установка по п. 9, отличающаяся тем, что обогреватель аккумуляторов содержит: охлаждающий агрегат, выполняющий функцию охлаждения первого блока переключения и второго блока переключения.
11. Силовая установка по п. 10, отличающаяся тем, что охлаждающий агрегат содержит:
канал продувки, встроенный в обогреватель аккумуляторов; и
вентилятор, установленный на одном конце канала продувки.
12. Силовая установка по п. 10, отличающаяся тем, что охлаждающий агрегат содержит:
канал охладителя, встроенный в обогреватель аккумуляторов; и
вход и выход охладителя, соответственно расположенные в обогревателе аккумуляторов.
13. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что обогреватель аккумуляторов содержит силовой коннектор, соединяющий и прикрепляющий силовой кабель к аккумуляторной батарее.
14. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что электрическая распределительная коробка содержит:
первичный контактор, выполняющий функцию распределения выходного напряжения аккумуляторной батареи по энергопотребляющим устройствам электромобиля; и
пускозарядный контактор, соединенный с первым входным терминалом или со вторым входным терминалом контроллера двигателя и выполняющий функцию зарядки пускозарядного конденсатора под контролем устройства управления аккумуляторами перед тем, как контроллер двигателя запустит двигатель.
15. Электромобиль, содержащий силовую установку согласно любому из пп. 1-14.
16. Способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля, включающий:
определение температуры и остаточного заряда аккумуляторной батареи;
если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи больше чем пороговая величина заряда, обогреватель аккумуляторов переводят на прерывистый обогрев аккумуляторной батареи; и
если температура аккумуляторной батареи ниже, чем первое пороговое значение температуры и остаточный заряд аккумуляторной батареи ниже, чем пороговая величина заряда, не допускают обогрев или подачу энергии аккумуляторной батарее и движение электромобиля.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает:
определение, достигает ли время нагрева первого заданного времени и
перевод обогревателя аккумуляторов на приостановку обогрева аккумуляторной батареи, когда время нагрева достигло первого заданного времени.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что включает:
расчет времени приостановки обогрева;
оценку, достигает ли времени приостановки обогрева второго заданного времени; и
перевод обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи, когда время приостановки обогрева достигает второго заданного времени.
19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает:
оценку, нажата ли кнопка обогрева;
если да, то перевод обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи; и
если нет, то указание на то, что недопустимы обогрев или подача энергии аккумуляторной батарее и движение электромобиля.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что включает:
если кнопка обогрева нажата повторно, оценку, соответствует ли нажатие кнопки обогрева заданному условию, и, если да, то предупреждение, что аккумуляторной батарее не разрешается обогреваться или питаться энергией, а электромобилю не разрешается движение.
21. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает:
выбор тепловой мощности в зависимости от температуры аккумуляторной батареи; и
перевод обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи с выбранной тепловой мощностью.
22. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает: до перевода обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи, включение пускозарядного контактора в электрической распределительной коробке на зарядку пускозарядного конденсатора и выключение пускозарядного контактора после того, как пускозарядный конденсатор заряжен.
23. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает:
выполнение самотестирования на отказ и отправку результатов тестирования на устройство управления аккумуляторами; и
указание, что аккумуляторной батарее не разрешается обогреваться или питаться энергией, а электромобилю не разрешается движение, если в результате тестирования выявлен отказ.
24. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает:
до перевода обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи, проверку, поступила ли команда на обогрев, если да, то перевод обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи; а если нет, указание, что аккумуляторной батарее не разрешается обогреваться или питаться энергией, а электромобилю не разрешается движение.
25. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает:
расчет текущей температуры и текущего остаточного заряда аккумуляторной батареи;
расчет максимальной выходной мощности аккумуляторной батареи соответственно текущей температуре и текущему остаточному заряду аккумуляторной батареи; и
управление движением электромобиля с ограниченной мощностью соответственно максимальной выходной мощности аккумуляторной батареи.
26. Способ по п. 16, отличающийся тем, что предусматривает остановку работы обогревателя аккумуляторов на обогрев аккумуляторной батареи, когда наступает любое из следующих условий:
температура аккумуляторной батареи выше первого порогового значения температуры;
температура любого отдельного аккумулятора в аккумуляторной батарее выше второго порогового значения температуры, когда второе пороговое значение температуры больше, чем первое порогового значение; и
время непрерывной работы обогревателя аккумуляторов на обогрев больше, чем пороговое время нагрева.
| US 2011298427 A1, 08.12.2011 | |||
| US 2010085019 A1, 08.04.2010 | |||
| CN 102055042 A, 11.05.2011 | |||
| WO 2011070848 A1, 16.06.2011. |
