一种恒温化成分容设备的控制方法与流程

本发明涉及电池温度控制，尤其是一种恒温化成分容设备的控制方法。

背景技术：

1、在新能源应用和电力系统中，锂电池等电池类型的电容大小直接影响其储能能力和能量释放速率，这是电池核心性能之一，然而，电池在放电过程中，特别是在高负载或者快速放电时，会伴随温度的急剧上升。

2、恒温化成分容设备旨在控制电池工作环境的温度，保证电池在安全、稳定的温度范围内运作，因此，如何更加精准地调节温控措施以适应电池电容在不同负载状态下的变化成为了一个技术问题。

3、具体的技术问题在于：恒温化成分容设备如何实时监测电池电容的变化情况，并根据这些变化动态调整散热机制，既要满足不同电容状态下的冷却需求，又要避免过冷和过热，保持电池在最佳的温度区间工作，这要求恒温设备不但能感知电池本身的温度，还要能预测电池放电过程中的温度变化和电容变化趋势，进而实施相应的冷却或加热措施。

4、一个紧挨着的技术难点是散热机制的设计，它必须能够迅速响应，并具有足够的散热能力来应对大电容放电时电池可能出现的高温状况，同时，这种散热机制还不能对电池的正常工作和效率造成干扰，应当尽可能地优化以减少额外的能量消耗。

5、综上，我们面临的技术问题是：如何实现一个能够感知并预测电池电容变化的智能恒温控制系统，并配合高效、响应迅速且能量消耗最小化的散热方案，以确保电池在各种工作条件下均能维持在理想的温度范围内。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述存在的技术问题，提供一种恒温化成分容设备的控制方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种恒温化成分容设备的控制方法，所述方法包括：

3、s1、采用温度传感器和电池工作状态传感器实时采集电池组的温度数据和放电特性，以此作为后续数据处理和分析的基础输入；

4、将采集到的电池温度数据和放电特性数据传输至数据处理单元，分析技术分析电池当前状态，并探究历史操作行为与温度变化的关联性；

5、s2、根据处理单元分析结果，应用预测算法，如时间序列分析法，预测接下来的放电周期内电池温度和电容变化趋势，作为散热系统调整的依据；

6、s3、根据预测的电池温度趋势和放电特性，调整散热系统，采用变频控制的冷却装置，动态调整冷却风扇转速和散热片的工作频率，确保散热效率与能量消耗之间得到最优平衡；

7、s4、实施散热系统调整后，再次通过温度传感器和电池状态传感器实时监控电池温度变化情况，对散热系统的实际冷却效果进行评估；

8、s5、若监控数据显示电池温度未能达到预定的降温效果，采用温度控制稳定性参数优化冷却措施，提升散热系统的反应精度；

9、s6、对散热系统调整后电池的温度数据进行收集，用于评估恒温化成分容设备的控制效果，并据此决定是否进一步调整冷却系统的工作参数，确保电池温度始终维持在理想状态。

10、进一步地，所述采用温度传感器和电池工作状态传感器实时采集电池组的温度数据和放电特性，以此作为后续数据处理和分析的基础输入，包括：

11、采用温度传感器实时采集电池单体温度，通过数据采集系统获取各电池单元的温度信息；

12、若电池单体温度数据显示异常波动，判断条件：若电池单体温度异常波动，即温度变化超过预设范围(如±2℃)，则进行下一步操作；

13、则根据温度控制算法调节冷却系统的工作，维持电池单元在安全工作温度范围内：

14、预设最小转速为1000rpm，最大转速为2000rpm，最小放电电流为35a，最大放电电流为50a；

15、根据预设的计算公式进行转速设定值的计算：转速设定值＝最小转速+(放电电流-最小放电电流)*(最大转速-最小转速)/(最大放电电流-最小放电电流)；

16、预设当前放电电流为40a，则转速设定值为：转速设定值＝1000+(40-35)*(2000-1000)/(50-35)＝1286rpm；

17、判断条件：根据预设阈值判断数值范围进行判断，若电池单体温度超过安全工作温度上限或低于安全工作温度下限(如25℃-30℃)，则进行冷却系统调节；

18、通过电池工作状态传感器实时监测电池组的放电电压和电流，从而得到实时的放电特性数据：

19、根据实时的放电电压和电流数据，计算得到电池的荷电状态(soc)和深度放电(dod)，为电池剩余容量的估算提供数据支持；

20、预设最大放电容量为100ah，当前放电电流为40a，则可根据公式计算荷电状态：soc＝(已放电容量/总容量)*100％已放电容量＝放电电流*放电时间

21、预设已放电时间为1小时，则已放电容量为40a*1h＝40ah

22、则荷电状态为：soc＝(40ah/100ah)*100％＝40％；

23、判断电池组内电池单元的内阻，若检测到内阻异常升高，通过数据分析判断原因，诸如电池老化或电池损伤，预设当前电池内阻为0.01ω，预设阈值为0.008ω，若内阻异常升高超出预设范围，则进行故障判断和处理；

24、若温度传感器监测到电池组有过热或过冷现象，通过温度梯度的监测数据，分析是否存在电池单体不均匀放热，进而调整电池组的空间布局或冷却方式，预设温度梯度超过预设阈值(如2℃/m)，则进行分析和调整操作；

25、获取传感器标定数据，确保所有传感器均经过校准，保持数据采集的准确性，预设标定偏差的预设阈值为±0.5℃，若标定偏差超出预设范围，则进行故障判断和处理，对于标定偏差超出预定范围的传感器，进行故障判断和处理；

26、通过安全监测系统，记录短路、过充、过放保护状态的触发记录，

27、若系统检测到这些安全事件，分析导致这些事件的电池工作参数，调整电池管理系统(bms)的控制策略，防止类似事件的再次发生。

28、进一步地，所述将采集到的电池温度数据和放电特性数据传输至数据处理单元，分析技术分析电池当前状态，并探究历史操作行为与温度变化的关联性，包括：

29、通过传感器连续监测电池温度，并将各时间点的温度数据实时发送至数据收集器，数据收集器记录包括温度读值、变化速率和峰值信息；同时，放电特性数据传感器监测放电相关参数，如放电率、放电深度、放电时间等，并将这些数据同步传输至数据收集器进行记录和整合；数据收集器将收集到的电池温度数据和放电特性数据打包，通过网络传输至数据处理单元，数据处理单元接收并存储这些原始数据；在数据处理单元中，采用时间序列分析方法，建立电池温度与放电参数间的时间对应关系；

30、根据历史充电数据，数据处理单元执行回归分析，识别充电行为对电池温度的具体影响，并将分析结果与放电特性数据的分析结果进行比较；预设充电行为对电池温度的影响使用线性回归模型来描述，公式为：

31、温度变化＝β0+β1*充电率

32、其中，β0和β1是回归系数，充电率是指充电的速率

33、数据处理单元获取环境温度数据，并通过统计分析方法，评估环境温度对电池温度及放电特性的影响；

34、预设环境温度对电池温度的影响用线性关系来描述，公式为：

35、电池温度＝α0+α1*环境温度

36、其中，α0和α1是统计分析得到的回归系数

37、在数据处理单元中分析电池循环次数、历史维护和操作记录与电池温度及放电特性间的复杂关系，以得到更准确的行为与温度变化的关联性模型；

38、预设使用决策树算法进行机器学习建模，模型表示为：

39、电池温度＝f(循环次数,历史维护,操作记录)

40、其中，f()是决策树模型

41、数据处理单元利用故障和异常记录对模型进行训练，优化算法的准确性，以便更准确地预测电池在特定操作行为下的温度响应。

42、进一步地，所述根据处理单元分析结果，应用预测算法，如时间序列分析法，预测接下来的放电周期内电池温度和电容变化趋势，作为散热系统调整的依据，包括：

43、根据历史温度数据，采用时间序列分析方法，得到电池温度变化的基本模式和趋势，为后续预测提供参考基准；

44、获取历史电容/电量数据，分析电池容量的衰减规律和周期性特征，确定电池放电周期内的电容变化趋势；

45、通过电池管理系统(bms)记录的放电率信息，预测在接下来的放电周期内，电池温度和电容的变化速率，预设放电率增加会导致温度和电容减少的速率加快；

46、采集环境温度数据，分析其对电池温度变化的影响，若环境温度升高，判断电池温度会受到额外的升温压力，预设当环境温度超过30℃时，将会影响电池的温度变化；

47、获取电池的化学类型和健康状况信息，通过对比不同类型电池和健康状态的放电特性，调整预测模型中的参数以反映这些差异；

48、从bms中提取充放电循环次数数据，若循环次数较多，则预测电池容量的衰减将加速，预设当充放电循环次数超过1000次时，电池容量的衰减速度会加快；

49、通过分析bms中记录的电流、电压和内阻参数，预测电池在即将到来的放电周期内的工作状态，若内阻增大，判断电池的热生成将增加，需要加强散热；

50、获取散热系统性能数据，结合预测的电池温度趋势，若预测温度上升，判断需要提高散热系统的工作效率，预设当预测的电池温度超过35℃时，需要加强散热系统的工作效率。

51、进一步地，所述根据预测的电池温度趋势和放电特性，调整散热系统，采用变频控制的冷却装置，动态调整冷却风扇转速和散热片的工作频率，确保散热效率与能量消耗之间得到最优平衡，包括：

52、获取电池温度预测数据：通过使用机器学习算法，根据历史温度数据和实时监测数据，模型会预测电池的未来温度趋势；

53、采用传感器监测电池放电特性：传感器会实时监测电池的放电率、深度、电流和电压，并将这些数据发送至电池管理系统(bms)；

54、根据电池的放电特性和预测的温度趋势调整变频控制系统：bms会分析这些数据，并根据这些信息计算出最佳的冷却装置工作参数，如冷却风扇的转速和散热片的工作频率；

55、获取环境因素数据：环境传感器会监测周围环境的温度、湿度和空气流动性，这些数据会被用来细化散热系统的控制策略；

56、通过散热效率数据判断冷却装置的性能：若散热系统的换热效率低于预期，那么bms会调整冷却装置的工作参数，如增加冷却风扇的转速或调节冷却液的流量；

57、通过对比能量消耗数据确定最优工作状态：分析冷却系统在不同工作参数下的耗电量，以及这些参数对散热效率的影响，从而找到能量消耗和散热效率之间的最优平衡点；

58、调整冷却系统响应策略以提高系统效率：如果系统响应时间过长，则通过算法优化减少散热系统从检测到温度变化到调整工作状态的时间；

59、通过bms调整用户需求与设备安全性之间的平衡：bms会监控散热系统的工作状态，同时考虑用户的使用要求和设备的安全运行温度范围，动态调整散热系统的工作参数。

60、进一步地，所述实施散热系统调整后，再次通过温度和电池状态传感器实时监控电池温度变化情况，对散热系统的实际冷却效果进行评估，包括：

61、步骤1：通过温度传感器获取电池的初始温度数据，记录散热系统启动前的电池温度基线；

62、初始温度＝温度传感器测量值

63、步骤2：启动散热系统后，采用温度传感器连续监测电池温度，得到温度变化率；

64、

65、δt：时间间隔，表示观察或测量两个温度值之间经过的时间差，单位为秒(s)、分钟(min)；

66、δt：温度变化量，表示两个温度值之间的差异，用绝对值表示，并且温度变化量的正负取决于温度的增加或减少；

67、步骤3：若温度变化率低于设定的阈值，则调整散热系统参数，如增加冷却介质流量或提高风扇转速，从而提高冷却速率；

68、步骤4：在散热系统调整后一定时长内，持续监测电池温度，判断温度是否达到预定的稳态温度范围内；

69、步骤5：采用热成像摄像头或多点温度传感器，获取电池内部和表面的温度分布数据，计算温度梯度；

70、步骤6：连接电池状态传感器，获取电池充放电状态信息，分析充放电行为对温度变化的影响；

71、步骤7：同步监测电池容量和电压数据，与温度变化数据进行关联分析，判断散热系统调整对电池性能的潜在影响；

72、步骤8：通过流量传感器监测液体冷却系统的冷却介质流速，确保充足的冷却介质通过电池；

73、

74、步骤9：分析散热器效率，如通过传感器监测冷却介质的出入口温度差，从而评估热交换效率；

75、

76、进一步地，所述如果监控数据显示电池温度未能达到预定的降温效果，采用温度控制稳定性参数优化冷却措施，提升散热系统的反应精度，包括：

77、步骤1：采用温度传感器，获取电池组的实时温度数据；

78、实时温度＝温度传感器测量值

79、步骤2：通过温度数据分析，判断电池组中是否存在局部高温区域，并识别出热点位置；

80、热点位置＝分析高温区域的位置

81、步骤3：根据热点位置信息，调整冷却介质流量和流向；

82、冷却介质流量和流向＝f(热点位置)

83、步骤4：采用pid控制策略，根据实时温度反馈调节冷却系统的工作参数；

84、误差＝设定温度-实时温度

85、

86、kp：比例增益，用于调整比例项的权重，ki：积分增益，用于调整积分项的权重，kd：微分增益，用于调整微分项的权重，dt：采样时间间隔，表示两次连续测量之间的时间差；

87、步骤5：若pid控制策略未能实现预期的温控效果，采用模型预测控制(mpc)策略进行温度管理；

88、mpc输出＝f(实时温度，设定温度)

89、步骤6：通过软件算法预测电池在不同工作负载下的热行为，实施动态冷却策略调整；

90、动态冷却策略调整＝f(电池工作负载)

91、步骤7：获取外部环境温度、湿度数据，调整冷却系统参数以适应外部环境变化；

92、外部环境数据＝环境传感器测量值

93、步骤8：监测冷却系统组件如泵、风扇、阀门的工作状态，根据设备性能数据调整维护计划；

94、设备状态监测＝监测冷却系统组件工作状态

95、步骤9：建立冷却系统的安全保护逻辑，当监测到异常温度时，立即启动应急降温措施。

96、进一步地，所述对散热系统调整后电池的温度数据进行收集，用于评估恒温化成分容设备的控制效果，并据此决定是否进一步调整冷却系统的工作参数，确保电池温度始终维持在理想状态，包括：

97、步骤1：采用传感器网络实时监测电池单体温度、模组/包温度、表面温度、内部温度，并记录温度梯度，得到电池热状态的详细数据；

98、单体温度＝传感器测量值

99、步骤2：通过温度监测系统获取采样时间点，计算得到温度变化率，判断电池的热动态特性；

100、

101、δt：时间间隔，表示观察或测量两个温度值之间经过的时间差，单位为秒(s)、分钟(min)；

102、δt：温度变化量，表示两个温度值之间的差异，用绝对值表示，并且温度变化量的正负取决于温度的增加或减少；

103、步骤3：通过环境监测设备收集环境温度数据，并结合热源信息，分析外部环境对电池温度的影响程度；

104、外部环境温度＝环境监测设备测量值

105、步骤4：调整散热系统参数，如冷却介质流速和温度，并监测散热器工作状态与散热系统能耗；

106、冷却介质流速＝调整后的值

107、步骤5：结合电池管理系统(bms)，收集电池充放电电流、电压、soc和soh运行状态数据；

108、电池运行状态数据＝{充放电电流,电压,soc,soh}

109、步骤6：记录散热系统调整措施，包括具体调整参数以及调整的幅度，用于追踪散热系统的控制效果；

110、步骤7：分析散热系统反应时间，从调整参数到电池温度响应的时间延迟，判断散热系统的响应速度是否满足需求；

111、步骤8：设定电池温度安全阈值，并结合保护措施，如电源断开或增强冷却，以自动处理超出安全范围的温度情况；

112、步骤9：根据以上数据和分析结果，决定是否需要进一步调整冷却系统的工作参数，以持续优化电池温控效果。

113、有益效果

114、本发明能够实时采集电池组的温度数据和放电特性，并将这些数据传输至数据处理单元，在数据处理单元中，分析技术分析电池当前状态，并探究历史操作行为与温度变化的关联性，这些分析结果能够帮助系统更好地理解电池的工作状态和热管理需求；

115、通过应用时间序列分析法预测算法，能够预测接下来的放电周期内电池温度和电容变化趋势，这些预测结果作为散热系统调整的依据，根据预测的电池温度趋势和放电特性，自动调整散热系统，采用变频控制的冷却装置，动态调整冷却风扇转速和散热片的工作频率，以确保散热效率与能量消耗之间得到最优平衡；

116、实施散热系统调整后，系统继续通过温度和电池状态传感器实时监控电池温度变化情况，并对散热系统的实际冷却效果进行评估，如果监控数据显示电池温度未能达到预定的降温效果，系统会采用温度控制稳定性参数优化冷却措施，提升散热系统的反应精度和控制效能；

117、对散热系统调整后电池的温度数据进行收集，这些数据用于评估恒温化成分容设备的控制效果，并据此决定是否进一步调整冷却系统的工作参数，以确保电池温度始终维持在理想状态，极大地提升了电池的热稳定性和使用寿命，同时优化能源利用效率。