一种用于二次电池的温度调节方法及系统与流程

本发明涉及电池管理，具体为一种用于二次电池的温度调节方法及系统。

背景技术：

1、二次电池，也被称为可充电电池或蓄电池，是一种可以在放电后通过充电的方式使活性物质再生，从而重复使用的电池类型。它们基于化学反应的可逆性工作，也就是说，电池在放电过程中消耗化学能产生电能，而在充电过程中，电能又被转换回化学能存储在电池内，以便于后续的放电使用。用于二次电池的温度调节方法主要目的是确保电池在最佳温度范围内工作，因为电池的性能、寿命和安全性都受温度的影响。过高或过低的温度都会导致电池性能下降，缩短使用寿命，并可能引起安全问题。

2、中国专利申请号为201710945869.7的车载电池的温度调节方法和温度调节系统，其中，车载电池的温度调节系统包括多个压缩机及与多个压缩机对应的多个电池冷却回路、多个电池和连接在多个电池和多个电池冷却回路之间的多个电池温度调节模块，车载电池的温度调节方法包括以下步骤：分别获取多个电池的温度调节需求功率；分别获取多个电池的温度调节实际功率；根据温度调节需求功率和温度调节实际功率对每个电池的对应的电池温度调节模块进行控制以对电池的温度进行调节。可以根据每个电池的实际状态精确控制每个的电池的加热功率和冷却功率，在电池温度过高时或者过低时对温度进行调节，使电池的温度维持在预设范围，并且可以保证各个电池之间温度的均衡。

3、现有的二次电池在进行温度调节时，不便于高效的把电池温度维持在最佳工作温度范围内，影响电池后续的充放电效率，而且容易导致电池老化损坏。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于二次电池的温度调节方法及系统，具备高效的优点，解决了现有的二次电池在进行温度调节时，不便于高效的把电池温度维持在最佳工作温度范围内，影响电池后续的充放电效率，而且容易导致电池老化损坏的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于二次电池的温度调节方法，包括以下步骤：

3、s1、实时温度监控，使用高精度的温度传感器网络，持续监测电池的温度，确保数据的实时性和准确性；

4、s2、温度数据分析，使用电池管理系统分析检测到的温度数据，并根据温度数据识别电池温度趋势，预测电池出现的过热或过冷情况；

5、s3、最优工作温度设定，根据电池的类型，使用电池管理系统设定最优工作温度范围，工作温度范围为0-45℃；

6、s4、设定温度阈值，根据设定的最优工作温度，来设定电池的最高和最低温度阀值，当温度达到最高和最低温度阀值时，电池管理系统触发冷却或加热机制；

7、s5、温度调节，当温度达到最低温度阀值时，启动加热机制，当温度达到最高温度阀值时，启动冷却机制；

8、s6、动态电能输出与充电控制，电池管理系统根据电池温度动态调整电能输出量，高温时降低输出，低温时增加输出，利用电池自身工作产生的热量进行自我加热；

9、s7、检测电池性能，电池管理系统检测电池的电压、阻抗和放电能力，然后进行数据分析，根据分析的数据结果调整电能输出和充电策略，识别电池老化或性能下降，调整最大输出功率，延长电池寿命；

10、s8、预警保证，电池管理系统实时监控电池状态，电池状态包括温度、电压和电能输出量，当电池状态接近临界温度时，触发预警，自动调整工作模式；

11、s9、数据记录与智能学习，电池管理系统记录温度数据、电流、电压和充放电功率参数，来辅助电池的分析和维护。

12、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述s1中的温度传感器网络包括若干个温度传感器，若干个温度传感器安装在电池的不同位置，来实现监控单个电池或电池组的温度。

13、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述电池管理系统对电池进行动态温度控制时，使用反馈控制算法和模糊控制算法，反馈控制算法公式如下，

14、

15、μ(t)是控制器的输出，用于调整冷却或加热机制的工作强度；

16、e(t)是误差；

17、kp是比例增益；

18、ki是积分增益；

19、kd是微分增益；

20、模糊控制算法的流程如下，

21、模糊化，将输入变量转换成模糊集合的语言值；

22、模糊推理，使用模糊逻辑规则对模糊化的输入进行推理；

23、模糊规则的合成，所有规则的输出被合并在一起，形成一个模糊输出集合；

24、去模糊化，将模糊输出转换回一个清晰的数值；

25、模糊控制算法的公式如下，

26、

27、μ是清晰的输出值；

28、μi(xi)是模糊输出集合中每个元素xi的隶属度函数值。

29、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述s2中对检测到的温度数据进行分析时，包括以下步骤，

30、清洗数据，去除无效或错误的温度读数；

31、时间序列格式化，把温度数据按时间顺序排列，且采样间隔一致；

32、数据标准化，将检测到的温度数据缩放到相同的尺度，避免某些特征因数值大小而主导模型；

33、趋势识别，计算移动平均或指数平滑，识别温度随时间的变化趋势；

34、异常检测，使用z-score、iqr或基于机器学习的异常检测方法来识别异常温度读数。

35、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述s3中设置最优工作温度范围前，对不同类型电池的工作温度范围进行测试，测试方法包括以下步骤，

36、根据电池的化学特性，确定要测试的温度范围，在每个温度点进行放电性能、充电效率、循环寿命和安全性能测试；

37、测试前，将电池放置在恒定的温度条件下进行预处理，放置时间为6-24h，以便电池达到热平衡；

38、在进行放电测试，在恒定电流或功率下放电，记录放电时间和容量，在充电测试，在不同充电速率下测试电池的充电时间和效率，在循环寿命测试时，进行多次充放电循环，直到电池容量衰减到某个预定阈值，在安全性能测试时，进行过充、过放、短路、针刺和挤压实验，确保电池在极端条件下不会发生；

39、测试的过程中，记录每个测试条件下电池的电压、电流、温度和容量参数，分析数据，比较不同温度下电池的性能差异，确定电池性能随温度变化的趋势。

40、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述s4中电池管理系统触发冷却或加热机制时，电池管理系统的微控制器会接收到一个中断信号，中断信号触发电池管理系统执行相应的动作，来对电热元件和主动液冷系统进行控制，在触发动作后，电池管理系统继续监控温度，直到温度回到安全范围内。

41、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述s5中的加热机制包括电热元件，启动加热机制后，电热元件对电池进行加热，冷却机制包括主动液冷系统，主动液冷系统包括循环泵、冷却液、热交换器、散热风扇，启动冷却机制后，循环泵、冷却液、热交换器和散热风扇对电池进行快速散热。

42、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述s7中进行数据分析时，进行荷电状态估计、健康状态估计和温度影响分析，在进行荷电状态估计时，使用卡尔曼滤波器来估算电池的荷电状态，在进行健康状态估计时，基于电压、阻抗和放电能力参数的变化，评估电池的健康状态，在调整电能输出和充电策略时，首先根据电池的soh和温度，动态调整最大允许的输出功率，以避免过度放电，然后调整充电电压和电流，采用cc-cv充电，以减少充电应力。

43、作为本发明的一种用于二次电池的温度调节方法优选的，所述s8中的工作模式包括以下模式，

44、正常工作模式，正常工作模式时，电池在安全的操作范围内进行正常的充放电活动，监控电池的温度、电压和电流；

45、温度控制模式；当电池温度偏离最佳工作范围时，电池管理系统启动冷却机制或加热机制，以调节电池温度至适宜水平；

46、充电限制模式，电池接近满充状态或在高温环境下，电池管理系统降低充电速率或限制最大充电电流，以避免过充和热失控；

47、放电限制模式，在低温条件下，电池管理系统限制放电功率，以防止电池性能下降或内部损伤；

48、均衡模式，电池管理系统在电池组中的各个电池单元之间进行电量均衡，确保所有电池单元都处于相似的充电状态，从而提高整体电池性能和寿命；

49、保护模式，当检测到电池温度过高或过低、电压过高或过低和电流过大时，进入保护模式，降低充放电功率或完全停止充放电，以防止进一步的损坏。

50、休眠模式，在长时间不使用的情况下，电池进入低功耗的休眠模式，减少不必要的电力消耗；

51、紧急关断模式，当电池发生故障时，采取紧急关断模式，降低充放电功率或完全停止充放电。

52、一种用于二次电池的温度调节系统，包括温度传感模块、数据采集与处理模块、电池管理系统核心模块、温度控制模块、电能输出与充电控制模块、性能检测与分析模块、预警与保护模块、数据记录与智能学习模块和用户界面与通信模块；

53、所述温度传感器模块输出端与数据采集与处理模块输入端电性连接，所述数据采集与处理模块输出端与电池管理系统核心模块输入端电性连接，所述电池管理系统核心模块输出端分别与温度控模块、电能输出与充电控制模块、性能检测与分析模块、预警与保护模块、数据记录与智能学习模块和用户界面与通信模块输入端电性连接。

54、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

55、1、本发明通过实时温度监控和数据分析，有助于维持电池在最佳工作温度范围内，从而提升充放电效率和能量密度，动态调整电能输出和充电策略，使电池在不同温度下都能保持高效工作，通过温度控制避免电池在极端温度下工作，减少热应力，防止电池老化加速。

56、2、本发明通过设置电池管理系统能够识别电池老化或性能下降，适时调整最大输出功率，避免过度充放电造成的损伤，温度阈值设定和预警保证机制能在电池温度接近临界点时迅速响应，采取冷却或加热措施，有效防止热失控和安全事故。

57、3、本发明通过设置保护模式可自动降低充放电功率或完全停止充放电，避免过充、过放和过热，使用卡尔曼滤波器进行荷电状态估计和机器学习技术进行数据分析，使得系统能够根据电池特性和环境条件进行自适应调整。

58、4、本发明通过模糊控制算法和反馈控制算法的应用，使温度控制更加精确和稳定，减少维护和调整的需求，通过优化电池充放电过程，减少能源浪费，提高能源利用率，符合可持续发展的要求。