一种电动汽车电池温度控制方法和装置与流程

1.本发明涉及电动汽车温度控制技术领域，具体涉及一种电动汽车电池温度控制方法和装置。


背景技术：

2.随着电动汽车大量的普及和推广，如何解决电动汽车在低温环境下的电池保温问题迫在眉睫，尤其是在寒冷地区，受制于锂离子电池的低温充放电特性，当车辆在低温下放置一段时间后，由于电池温度的降低，导致可用容量以及电池的充放电性能都会有比较大的衰减。另外，过低的温度还可能造成充电析锂，循环寿命下降，甚至产生安全问题。保温问题可以从两方面来解决：一是通过保温结构设计优化和保温材料的选用上来达到一个较好的隔热保温效果；二是为电动车建造独立的保温车库，然而这两种方法局限性较大，同时也需要电池保温策略的支持。
3.传统的保温策略一般是当电池内部温度低于某一目标温度后，自动启动加热装置将电池加热到目标温度后停止加热，当电池又低于预设温度阈值后，再次启动加热。由于缺乏精确的优化计算，没有充分考虑用户的存放时间，且温度阈值的设定不一定合理，从而使得电池频繁放电用于加热电池，最终导致耗电量较大，当用户再次启动车辆后发现车辆续航损失较多，如用户需要停放五天，如果提前获取用户需求，则可以前三天不加热，在后两天进行加热保温即可，而并不需要5天均进行加热保温，可以减少不必要的能量损耗。再者，传统的保温策略没有基于用户下一次启动车辆用途设置合理的目标温度，导致车辆保温没有达到最佳的性能状态，例如用户下一次启动想进行快充，而快充要求电芯温度高于10℃，但电池保温目标是按照电芯放电用途0℃设定，电池保温没有起到电池可以即插即充的快速充电目的。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种电动汽车电池温度控制方法和装置。
5.根据本发明的一个方面，提供了一种电动汽车电池温度控制方法，包括：
6.获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据所述下次启动需求确定电池保温目标温度；
7.应用电池温度模型对所述预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵；
8.依据所述温度时间矩阵和所述电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线；
9.依据所述电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。
10.根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车电池温度控制装置，包括：
11.启动需求获取模块，用于获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据所述下次启动需求确定电池保温目标温度；
12.矩阵生成模块，用于应用电池温度模型对所述预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵；
13.曲线规划模块，用于依据所述温度时间矩阵和所述电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线；
14.控制模块，用于依据所述电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。
15.根据本发明的又一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
16.所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述一种电动汽车电池温度控制方法对应的操作。
17.根据本发明的再一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如上述一种电动汽车电池温度控制方法对应的操作。
18.根据本发明的一种电动汽车电池温度控制方法和装置，通过获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据下次启动需求确定电池保温目标温度；应用电池温度模型对预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵；依据温度时间矩阵和电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线；依据电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。本发明基于电动汽车下次启动需求和预计停放时间，在保证电池温度波动在系统允许范围的前提下，规划出精确的电池温度控制曲线，并可根据外界环境温度进行实时调整，确保电池耗电量最小化。
19.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，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
20.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
21.图1示出了本发明实施例提供的一种电动汽车电池温度控制方法流程图；
22.图2示出了本发明实施例提供的电池温度模型的示意图；
23.图3示出了本发明实施例提供的温度时间矩阵的示意图；
24.图4示出了本发明实施例提供的电池温度控制曲线的示意图；
25.图5示出了本发明实施例提供的一种电动汽车电池温度控制装置的结构示意图；
26.图6示出了本发明实施例提供的计算设备的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
28.图1示出了本发明一种电动汽车电池温度控制方法实施例的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
29.步骤s110：获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据下次启动需求确定电池保温目标温度。
30.其中，下次启动需求和预计停放时间可为用户在电动汽车的用户界面中或者在手机等设备中所安装的与电动汽车对应的app中输入的。在一种可选的方式中，电动汽车下次启动需求至少包括：快充需求、慢充需求或行驶需求。
31.具体地说，针对不同启动需求，系统可设置对应电池保温目标温度，以便电池电量充分利用，车辆保温达到最佳的性能状态；例如，快充需求对应的电池保温目标温度可设置为10℃等，行驶需求对应的电池保温目标温度可设置为5℃等，慢充需求对应的电池保温目标温度可设置为0℃等。
32.步骤s120：应用电池温度模型对预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵。
33.在一种可选的方式中，步骤s120进一步包括：采集电动汽车外界环境温度信息，获取电动汽车的电池相关信息；对外界环境温度信息、电池相关信息和预计停放时间应用电池温度模型得出温度时间矩阵。
34.在一种可选的方式中，电池相关信息至少包括：电芯温度信息、电芯电流电压信息、电池剩余电量(state of charge，soc)、电池最低极限温度信息、电池最高极限温度信息、电池加热装置的功率特性参数信息。
35.具体地说，可从电动汽车电池供应商处获取电池最低极限温度信息、电池最高极限温度信息、电池加热装置的功率特性参数信息等信息；通过传感器信号采集或控制器局域网络(controller area network，can)收集外界环境温度信息、电芯温度信息、电芯电流电压信息、soc等信息。
36.在一种可选的方式中，步骤s120进一步包括：按照预设时间单元将预计停放时间划分成多个时间段；将外界环境温度信息、电池相关信息作为系统边界条件输入电池温度模型，以时间段为自变量，温度为因变量，进行正向遍历计算，得到温度时间矩阵。
37.具体地说，可将外界环境温度信息、电池最低极限温度信息、电池最高极限温度信息、电池加热装置的功率特性参数等信息作为系统边界条件输入电池温度模型，以时间段为自变量，温度为因变量，进行正向遍历计算，得到温度时间矩阵；其中，温度时间矩阵应包含从起始时间点到目标终点的所有可能温度变化曲线，且温度不应超过电池极限温度边界。
38.具体地，电池温度的变化遵循系统的约束，最大温度变化量取决于最大加热功率与热损失功率之间的差别，图2为电池温度模型的示意图，如图2所示，图中i_batt为电池输出电流(电池内阻自加热用)；t_amb为环境温度；c_batt为电池容量；v_batt为电池输出电压；t_batt为电池温度；电池温度模型包括：包含有电函数的电模型、包含有温度函数的温度模型以及包含有老化函数的老化模型，在本步骤中，可依据系统边界条件应用电池温度模型，从预计停放时间的第一个时间段开始进行正向遍历计算，直至最后一个时间段被遍历，得到每个时间段的温度可达状态矩阵；依据多个时间段的温度可达状态矩阵得到温度时间矩阵。
39.需要说明的是，首先，系统边界条件基于电池相关信息的变化在不断变化中，因此
依据本实施例的方法获取的温度时间矩阵也在不断更新中，从而可以规划更准确的电池温度控制曲线；其次，一般来说，预设时间单元越小，计算精度越高，但计算量也越大，因此，预设时间单元可依据用户实际需求进行设定，本实施例中不对其加以限定。
40.进一步地，将外界环境温度信息、电池相关极限温度信息和电池加热装置的功率等作为系统边界条件输入电池温度模型，依据系统边界条件，将外界环境温度信息和电池相关信息应用电池温度模型，通过计算机遍历，从预计停放时间的第一个时间段开始进行正向遍历计算，直至最后一个时间段被遍历，得到每个时间段的温度可达状态矩阵；依据多个时间段的温度可达状态矩阵得到温度时间矩阵，温度时间矩阵应包含从起始时间点到目标终点的所有可能温度变化曲线，且温度不应超过电池极限温度边界。图3为温度时间矩阵示意图，如图3所示，其中，t为时间，n(tn)为时间单元步骤数，t_batt为电池温度；图中圆点为每一个时间段温度时间矩阵的点分布。
41.步骤s130：依据温度时间矩阵和电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线。
42.在一种可选的方式中，步骤s130进一步包括：依据温度时间矩阵和电池保温目标温度从预计停放时间的最后一个时间段开始依次向前计算每个状态到达终止状态的累积可用电量最大值，直至预计停放时间的第一个时间段被计算，得到使电池电量最大化的电池温度控制曲线，并确定对应的坐标值。
43.在本步骤中，依据温度时间矩阵和电池保温目标温度从预计停放时间的最后一个时间段开始逆方向依次向前计算每个状态到达终止状态的累积可用电量最大值，直至预计停放时间的第一个时间段被计算，得到使电池电量最大化的电池温度控制曲线，并确定对应的坐标值。具体地说，图4为规划的电池温度控制曲线示意图，如图4所示，电池温度控制曲线的目的是使得电池可用能量最大化以及电池耗电量最小，目标函数如下式(1)：
[0044][0045]
其中，e表示电池可用电量函数；t_batt表示电池温度；i_batt为电池输出电流；soc(k)表示第k个时间段电池剩余电量；t_batt(n)是终点时的计算电池温度；t_battf是终点的期望目标温度。
[0046]
上式是将终点的期望目标温度和终点的计算电池温度之间的差别作为惩罚项，用以保证优化的目标不会偏离最终的温度区间。需要说明的是，若要考虑温度波动对目标函数的影响，也可将温度波动量作为目标函数的一部分引入上述公式中。
[0047]
步骤s140：依据电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。
[0048]
需要说明的是，由于外界环境温度和电池相关信息，依据本实施例的方法根据外界环境温度和电池相关信息可对系统边界条件和温度时间矩阵进行实时调整，从而实时优化电池温度控制曲线，确保电池耗电量最小化。
[0049]
可选地，每隔一段时间，重新监测系统边界条件，如此时系统边界条件改变(包括外界环境温度信息、下次启动需求及预计停放时间改变等)，重新进行全局优化计算并规划电池温度控制曲线，直至结束。
[0050]
采用本实施例的方法，通过获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据下次启动需求确定电池保温目标温度；应用电池温度模型对预计停放时间进行处理，生成温
度时间矩阵；依据温度时间矩阵和电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线；依据电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。本方法基于电动汽车下次启动需求和预计停放时间，在保证电池温度波动在系统允许范围的前提下，规划出精确的电池温度控制曲线，并可根据外界环境温度变化、下次启动需求及预计停放时间改变等对系统边界条件进行实时调整，从而实时优化电池温度控制曲线，确保电池耗电量最小化。
[0051]
图5示出了本发明一种电动汽车电池温度控制装置实施例的结构示意图。如图5所示，该装置包括：启动需求获取模块510、矩阵生成模块520、曲线规划模块530和控制模块540。
[0052]
启动需求获取模块510，用于获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据下次启动需求确定电池保温目标温度。
[0053]
在一种可选的方式中，电动汽车下次启动需求至少包括：快充需求、慢充需求或行驶需求。
[0054]
矩阵生成模块520，用于应用电池温度模型对预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵。
[0055]
在一种可选的方式中，矩阵生成模块520进一步用于：采集电动汽车外界环境温度信息，获取电动汽车的电池相关信息；对外界环境温度信息、电池相关信息和预计停放时间应用电池温度模型得出温度时间矩阵。
[0056]
在一种可选的方式中，电池相关信息至少包括：电芯温度信息、电芯电流电压信息、电池剩余电量、电池最低极限温度信息、电池最高极限温度信息、电池加热装置的功率特性参数信息。
[0057]
在一种可选的方式中，矩阵生成模块520进一步用于：按照预设时间单元将预计停放时间划分成多个时间段；根据所述外界环境温度信息和所述电池相关信息确定系统边界条件；将所述系统边界条件输入电池温度模型，以时间段为自变量，温度为因变量，对各个时间段进行正向遍历计算，得到温度时间矩阵。
[0058]
在一种可选的方式中，矩阵生成模块520进一步用于：将所述系统边界条件输入电池温度模型；从所述预计停放时间的第一个时间段开始进行正向遍历计算，直至最后一个时间段被遍历，得到每个时间段的温度可达状态矩阵；依据多个时间段的温度可达状态矩阵得到温度时间矩阵。
[0059]
曲线规划模块530，用于依据温度时间矩阵和电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线。
[0060]
在一种可选的方式中，曲线规划模块530进一步用于：依据所述温度时间矩阵和所述电池保温目标温度从预计停放时间的最后一个时间段开始依次向前计算每个状态到达终止状态的累积可用电量最大值，直至预计停放时间的第一个时间段被计算，得到使电池电量最大化的电池温度控制曲线，并确定对应的坐标值。
[0061]
控制模块540，用于依据电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。
[0062]
采用本实施例的装置，通过获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据下次启动需求确定电池保温目标温度；应用电池温度模型对预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵；依据温度时间矩阵和电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池
耗电量最小的电池温度控制曲线；依据电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。本装置基于电动汽车下次启动需求和预计停放时间，在保证电池温度波动在系统允许范围的前提下，规划出精确的电池温度控制曲线，并可根据外界环境温度变化、下次启动需求及预计停放时间改变等对系统边界条件进行实时调整，从而实时优化电池温度控制曲线，确保电池耗电量最小化。
[0063]
本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的一种电动汽车电池温度控制方法。
[0064]
可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
[0065]
获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据下次启动需求确定电池保温目标温度；
[0066]
应用电池温度模型对预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵；
[0067]
依据温度时间矩阵和电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线；
[0068]
依据电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。
[0069]
图6示出了本发明计算设备实施例的结构示意图，本发明具体实施例并不对计算设备的具体实现做限定。
[0070]
如图6所示，该计算设备可以包括：
[0071]
处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)、以及通信总线。
[0072]
其中：处理器、通信接口、以及存储器通过通信总线完成相互间的通信。通信接口，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器，用于执行程序，具体可以执行上述一种电动汽车电池温度控制方法实施例中的相关步骤。
[0073]
具体地，程序可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
[0074]
处理器可能是中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic(application specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。服务器包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个cpu；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个cpu以及一个或多个asic。
[0075]
存储器，用于存放程序。存储器可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0076]
程序具体可以用于使得处理器执行以下操作：
[0077]
获取电动汽车下次启动需求和预计停放时间，依据下次启动需求确定电池保温目标温度；
[0078]
应用电池温度模型对预计停放时间进行处理，生成温度时间矩阵；
[0079]
依据温度时间矩阵和电池保温目标温度，以电池耗电量为目标函数，规划电池耗电量最小的电池温度控制曲线；
[0080]
依据电池温度控制曲线对电动汽车的电池进行温度控制。
[0081]
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求
的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
[0082]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0083]
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0084]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0085]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0086]
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0087]
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名
称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。