一种电池系统自适应加热控制方法、装置和设备与流程

本发明涉及动力电池热管理，具体来说涉及一种电池系统自适应加热控制方法、装置和设备。

背景技术：

1、动力电池是新能源车辆的重要动力来源，其性能对温度高度敏感，尤其在低温环境下，电池可用容量和功率输出能力显著下降，严重制约车辆的正常使用。因此，对动力电池进行有效的低温加热控制，是保障新能源车辆在寒冷条件下安全、高效运行的关键技术之一。

2、目前，主流的电池加热控制方案主要分为两类。一类是基于固定温度阈值的控制方法，即当电池温度低于某一预设阈值时开启加热，达到另一预设阈值时停止加热；另一类是基于标定的控制方法，通过对不同温度下电池可用能量进行标定，或对特定低温下加热至目标温度的耗电量进行标定，从而确定加热策略。此外，部分方案还会根据特定能耗需求参考设定阈值。上述现有技术方案在实际应用中均存在不足。固定温度阈值方案具有普遍适用性，但无法适配车辆实际运行工况的动态变化，车辆在实际使用中工况复杂多变，固定阈值容易造成无效加热或过度加热，在诸多实际不需要加热的情况下造成能量空耗，经济性差。标定方案需要进行大量测试，工作繁琐，由于车辆实际使用工况复杂而多变，实施大量的标定也难以覆盖所有工况使用需求，开发工作量大、效率低。此外，现有方案在制定加热策略时，未能充分考虑车辆行驶工况对动力需求的实时变化，也未能有效利用电池自身在运行过程中产生的热量。加热策略的制定应以保障车辆动力性为第一原则，同时兼顾能耗经济性，但现有技术缺少将两者有机统一的解决方案。

3、例如，公告号为cn121246630a的中国专利申请公开了一种动力电池热管理控制方法，其根据实时电流估算剩余电量，以电池最低温度和估算差值确定加热需求。该方案仅参考估算差值确定需求，未考虑实际车辆动力需求和车辆运行过程中能量回收效率因素，缺乏广泛适用性和经济性。公告号为cn120573009a的中国专利申请公开了一种动力电池加热温度的控制方法，其以车辆能耗、目标距离计算保底电量，参考当前温度设定各待选温度，并计算不同能耗及保温时长来控制加热温度。该方案未充分考虑电池系统在不同对应温度下的性能是否足够支持车辆行车动力需求，加热温度的设定考虑了经济性而适应性不足，同时未考虑车辆行车中产生的热量。

4、综上，现有技术中缺少一种能够根据车辆实时运行工况动态调整加热策略、在保障动力性的前提下实现低能耗加热的自适应控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电池系统自适应加热控制方法、装置和设备，通过实时采集电池系统运行状态参数并构建动态加热状态量，在此基础上建立包含状态转移方程和多目标优化函数的动态算法模型，并在安全约束条件下迭代求解最优加热功率，实现了加热控制策略对车辆实时工况的自适应匹配。相较于现有技术中依赖固定阈值或离线标定的方案，本发明不再需要针对不同工况进行大量标定工作，有效降低了开发工作量；同时，由于最优加热功率是根据电池当前实时状态和车辆动力需求在线求解的，能够避免固定策略下的无效加热和过度加热，降低加热能耗，提升车辆续航；此外，多目标优化函数同时兼顾了升温速度、加热能耗和单体温度一致性，配合多重安全约束，在保障车辆动力性的前提下实现了安全、快速、均匀的低温加热控制，具有广泛的适用性。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种电池系统自适应加热控制方法，该方法包括：

4、实时采集电池系统的运行状态参数，运行状态参数包括电池最低温度、电池最高温度、电池温差、荷电状态、环境温度、电压、电流、最大允许电流及历史最大电流，初始状态为加热关闭；

5、根据运行状态参数构建包含电池最低温度、电池最高温度、电池温差、荷电状态、环境温度、电压、电流、最大允许电流和历史最大电流的动态加热状态量，其中动态加热状态量为当前控制周期的状态向量；

6、根据动态加热状态量、预设目标温度、权重系数与安全约束条件建立动态算法模型，动态算法模型包括状态转移方程、多目标优化函数和约束条件；

7、状态转移方程为以预设递推计算函数表示的状态转移关系，状态转移关系用于根据当前控制周期的动态加热状态量、当前控制周期的加热功率以及电池系统固定参数确定下一控制周期的动态加热状态量，电池系统固定参数包括热交换效率、电池比热容和电池内阻；

8、多目标优化函数为以第一权重系数与目标温度和电池平均温度之差的平方的乘积、第二权重系数与加热功率的平方的乘积、第三权重系数与单体最大温差的平方的乘积之和最小化为优化目标；

9、安全约束条件包括电池温度约束、电流约束和单体最大温差约束；

10、在安全约束条件下，根据状态转移方程递推预测下一时刻电池温度，并通过迭代求解使多目标优化函数最小的加热功率，得到当前控制周期的最优加热功率；

11、根据电池系统的历史最大电流需求，将当前控制周期的最优加热功率输出至加热执行机构，开启电池加热；

12、在控制周期内重复执行上述构建、建立、求解和输出过程进行迭代更新，直至满足加热终止条件时结束加热。

13、第二方面，本发明还提供了一种电池系统自适应加热控制装置，该装置包括：

14、参数采集模块，用于实时采集电池系统的运行状态参数，运行状态参数包括电池最低温度、电池最高温度、电池温差、荷电状态、环境温度、电压、电流、最大允许电流及历史最大电流，初始状态为加热关闭；

15、状态构建模块，用于根据运行状态参数构建包含电池最低温度、电池最高温度、电池温差、荷电状态、环境温度、电压、电流、最大允许电流和历史最大电流的动态加热状态量，其中动态加热状态量为当前控制周期的状态向量；

16、模型建立模块，用于根据动态加热状态量、预设目标温度、权重系数与安全约束条件建立动态算法模型，动态算法模型包括状态转移方程、多目标优化函数和约束条件；

17、状态转移方程为以预设递推计算函数表示的状态转移关系，状态转移关系用于根据当前控制周期的动态加热状态量、当前控制周期的加热功率以及电池系统固定参数确定下一控制周期的动态加热状态量，电池系统固定参数包括热交换效率、电池比热容和电池内阻；

18、多目标优化函数为以第一权重系数与目标温度和电池平均温度之差的平方的乘积、第二权重系数与加热功率的平方的乘积、第三权重系数与单体最大温差的平方的乘积之和最小化为优化目标；

19、安全约束条件包括电池温度约束、电流约束和单体最大温差约束；

20、迭代求解模块，用于在安全约束条件下，根据状态转移方程递推预测下一时刻电池温度，并通过迭代求解使多目标优化函数最小的加热功率，得到当前控制周期的最优加热功率；

21、加热开启模块，用于根据电池系统的历史最大电流需求，将当前控制周期的最优加热功率输出至加热执行机构，开启电池加热；

22、迭代更新模块，用于在控制周期内重复执行上述构建、建立、求解和输出过程进行迭代更新，直至满足加热终止条件时结束加热。

23、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面提供的电池系统自适应加热控制方法。

24、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现第一方面提供的电池系统自适应加热控制方法。

25、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面提供的电池系统自适应加热控制方法。

26、本发明的有益效果在于：本发明中的方法，通过实时采集电池系统运行状态参数并构建动态加热状态量，在此基础上建立包含状态转移方程和多目标优化函数的动态算法模型，并在安全约束条件下迭代求解最优加热功率，实现了加热控制策略对车辆实时工况的自适应匹配。相较于现有技术中依赖固定阈值或离线标定的方案，本发明不再需要针对不同工况进行大量标定工作，有效降低了开发工作量；同时，由于最优加热功率是根据电池当前实时状态和车辆动力需求在线求解的，能够避免固定策略下的无效加热和过度加热，降低加热能耗，提升车辆续航；此外，多目标优化函数同时兼顾了升温速度、加热能耗和单体温度一致性，配合多重安全约束，在保障车辆动力性的前提下实现了安全、快速、均匀的低温加热控制，具有广泛的适用性。

27、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。