一种新能源船舶电池智能启停热管理的方法与流程

本发明属于电池热管理，具体地说，本发明涉及一种新能源船舶电池智能启停热管理的方法。

背景技术：

1、随着全球航运绿色化转型提速，纯电动、混动新能源船舶成为内河航运、近海运输及港口作业船舶的主流发展方向。动力电池作为新能源船舶的核心动力源，其工作稳定性直接决定船舶航行安全与运营经济性。船舶动力电池长期处于特殊海洋工况环境，面临环境温度跨度大、航行载荷波动剧烈、船体颠簸振动、高湿高盐雾等复杂工况，电池生热速率、散热条件时刻处于动态变化状态。

2、中国专利120453572a提供了一种船舶用电池箱及船舶，包括电池系统、高压控制盒、热管理系统和消防系统。电池系统由多个电池包组成，每个电池包内均设有bmu和消防探测器。高压控制盒包括bcu、设有放电开关的放电回路、设有充电开关的充电回路以及设有热管理开关的热管理回路。放电回路、充电回路和热管理回路的一端均与电池系统连接，另一端分别与放电接口、充电接口和热管理系统连接。bcu根据船舶能量管理系统发送的充/放电指令控制充电开关或放电开关闭合，以满足船舶用电需求。当bmu检测到电池包温度异常时，bcu控制热管理开关闭合；当消防探测器检测到电池包热失控时，消防系统对电池包进行灭火处理。

3、现有技术对船舶的热管理控制采用固定阈值调控，对船舶工况和海上环境的适应性较低，影响热管理的效果。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种新能源船舶电池智能启停热管理的方法，以达到提高船舶电池热管理方法对船舶工况和海上环境的适应性，提高热管理的效果的技术目的。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明提供一种新能源船舶电池智能启停热管理的方法，包括以下步骤：

4、步骤一：同步采集电池状态参数、船舶工况参数、海洋环境参数三类运行数据，并通过船舶can总线传输至主控单元；

5、步骤二：识别船舶当前所处的运行工况，以电池基准温度为基础，结合采集的数据进行耦合计算，实时生成冷却与加热的动态启停阈值；

6、步骤三：匹配当前运行工况对应的差异化温控策略，结合动态启停阈值生成热管理系统的启停控制指令与无级功率调节指令；

7、步骤四：采用液冷与相变材料复合的热管理方式，驱动执行器件；

8、步骤五：采集温控执行后的电池温度、单体温差与系统能耗数据，对比预设最优温控目标区间，迭代修正动态启停阈值的计算参数；同时记录不同海况与工况下的温控效果，构建船舶电池热管理工况数据库。

9、步骤一中，电池状态参数包括电池单体最高温度、最低温度、平均温度、温升速率、电量、充放电倍率、内阻、单体温差；船舶工况参数包括航行状态、动力载荷、航行速度、电池舱密闭温度；海洋环境参数包括环境温度、空气湿度、海域风速、海水温度。

10、步骤二中，所述船舶动力载荷系数为推进电机实时输出功率与额定功率的比值。

11、步骤二中，动态冷却开启阈值的计算公式为：

12、；

13、动态冷却关闭阈值的计算公式为：

14、；

15、其中为电池标准冷却开启基准温度，为电池标准冷却关闭基准温度，为电池实时温升速率，为船舶动力载荷系数，为海洋环境温度，k1、k2、k3分别为温升修正系数、载荷修正系数、环境修正系数。

16、步骤二中，动态加热开启阈值的计算公式为：

17、；

18、动态加热关闭阈值的计算公式为：

19、；

20、其中为电池标准加热开启基准温度，为电池标准加热关闭基准温度，为电池实时温升速率，为电池电量，为海洋环境温度，k1、k2、k3分别为温升修正系数、电池电量修正系数、环境修正系数。

21、步骤二中，划分的运行工况包括停泊待机工况、低速巡航工况、重载作业工况、极端温域工况四类；对应步骤三中匹配的差异化温控策略为：

22、停泊待机工况下，抬高冷却开启阈值、降低加热触发灵敏度，仅在电池温度异常波动或单体温差超标时启动低功率液冷循环进行均温调控；

23、低速巡航工况下，动态微调液冷流量与风机转速，控制热管理系统以预设额定功率区间运行，维持电池温度稳定；

24、重载作业工况下，降低冷却开启阈值，提升液冷循环功率至额定功率的预设值，配合相变材料吸收电池累积热量，控制电池最高温度与单体温差；

25、极端温域工况下，高温海域环境中提前启动冷却系统抑制热量堆积，低温海域环境中采用低热耗加热模式，根据电池电量动态调整加热时长与功率。

26、步骤三中采用模糊pid自适应控制算法生成无级功率调节指令，以电池平均温度、单体最大温差、温升速率为输入量，通过预设模糊规则实时修正pid控制器的比例、积分、微分参数，调控热管理系统的启停时机与运行功率。

27、步骤三中还包括智能防启停震荡处理：设置动态启停滞回区间与工况延时判定逻辑；所述动态启停滞回区间根据当前工况实时调整宽度，高动态工况下加宽滞回区间，稳态工况下缩小滞回区间；所述工况延时判定逻辑为，仅当电池温度达到对应启停阈值且持续时长满足预设条件时，才触发启停指令。

28、步骤四中，执行器件包括液冷循环泵、变频冷却风机、ptc加热模块、流量调节阀；相变材料铺设于电池模组间隙与模组底部。

29、步骤五中，采用机器学习算法迭代修正动态启停阈值的计算参数，基于船舶电池热管理工况数据库持续更新不同海况、不同工况下的温控策略。

30、本发明的技术效果为：

31、（1）本发明具有多参数耦合动态阈值调控，温控精准度高的优点，与传统船舶电池热管理固定启停阈值的粗放控制模式不同，本发明基于电池状态参数、船舶工况参数、海洋环境参数三类实时运行数据，通过温升速率、动力载荷、环境温度、电池soc等多维度参数耦合计算，构建专属的动态冷却、加热启停阈值模型，可根据船舶运行状态与海域环境实时更新阈值参数。有效解决了传统固定阈值控制无法适配海洋复杂工况、温度调控滞后、单体一致性差的问题，大幅提升船舶电池全场景温控精准度。

32、（2）本发明提高船舶电池对工况差异的适配性强，场景覆盖全面。精准划分停泊待机、低速巡航、重载作业、极端温域四大船舶核心运行工况，并针对不同工况的电池热负荷特性、航行需求匹配专属差异化温控策略。全面覆盖船舶常态航行、作业、停泊及极端海域环境场景，解决传统热管理系统控制逻辑单一、无法适配船舶工况动态切换、极端海况温控失效的问题，适配性远超传统通用式温控方案。

33、（3）本发明的温控与能耗平衡效果好，采用主动液冷温控与被动相变均温相结合的复合热管理架构，主动侧通过变频液冷泵、可调速风机、无级功率ptc加热模块，实现精准、快速的主动温控干预，可针对性调节各电池模组支路流量，对高温模组精准控温；被动侧通过铺设于电池模组间隙与底部的石蜡基相变材料，利用熔化吸热、凝固放热的特性，平抑电池温度尖峰、弱化温度波动、优化模组均温效果。大幅降低热管理系统整体运行能耗，实现高精度温控与低能耗运行的双向平衡，适配船舶节能航行的核心需求。

34、（4）本发明具有智能防震荡机制，系统运行稳定性高。针对海洋环境复杂、海风海浪干扰、传感器数据噪声、工况频繁波动易导致热管理系统频繁启停、温控震荡、器件损耗加剧的问题，本发明设置动态滞回区间与工况延时判定双重防震荡逻辑。可根据船舶运行工况动态调整滞回区间宽度，高动态的重载作业工况加宽滞回区间，杜绝小幅温度波动引发的误启停，稳态的停泊、巡航工况缩小滞回区间，保障温控精度。

35、（5）本发明通过机器学习迭代优化，系统智能性与自适应性持续提升。具备闭环自优化升级能力，通过实时采集温控后的电池温度、单体温差、系统能耗等核心数据，以高精度温控、低能耗为优化目标，采用梯度下降机器学习算法，定时迭代修正动态阈值模型修正系数、模糊pid控制参数，持续优化控制逻辑。同时搭建船舶电池热管理专属工况数据库，结构化存储不同海况、不同工况的运行参数与温控效果数据，随着运行时长积累，数据库样本持续丰富，系统可依托历史最优数据快速匹配适配的温控策略。