一种小型家用电器高效温控电池管理方法及系统与流程

本发明涉及温控电池管理，尤其涉及一种小型家用电器高效温控电池管理方法及系统。

背景技术：

1、随着智能家居和便携式电子设备的普及，小型家用电器的性能与功能不断增强，对电池管理和散热技术的要求也随之提高。在这些设备中，电池不仅需要提供长时间的电力支持，还需在有限的空间内保持良好的工作温度，以确保设备的稳定运行和电池寿命。然而，现有的电池管理和散热技术面临诸多挑战，尤其是在小型设备中实现有效散热的难度较大，这主要是由于以下几个方面的缺陷：

2、有限的散热空间：小型家用电器的体积和设计限制了散热系统的大小和形式，传统的散热方案如大型散热片、风扇等难以适用，这导致散热效率低下，无法满足高性能电器的散热需求。

3、散热效率不足：现有技术中的散热材料和设计往往无法在紧凑的空间内实现高效的热传导和对流，这限制了热量的快速分散，增加了电池过热的风险，从而影响设备性能和电池安全。

4、缺乏智能温控：传统的温控解决方案多依赖于简单的热感应器件和机械式调节机制，缺乏智能化控制，无法根据电池的实时工作状态和外部环境动态调整散热策略，导致散热响应不够灵敏和精确。

5、能源管理不佳：在现有技术中，电池管理系统往往未能有效结合能源消耗和散热需求，导致在不需要高性能输出时仍维持高能耗状态，增加了不必要的能源浪费和热产生。

6、维护和可靠性问题：现有散热系统的维护较为困难，尤其是在紧凑的设备内部，一旦散热系统出现问题，可能导致设备过热、性能下降甚至损坏，而系统的自我检测和故障预警机制不足，难以及时发现和解决问题。

7、因此，如何提供一种小型家用电器高效温控电池管理方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种小型家用电器的高效温控电池管理方法及系统，本发明通过结合高导热材料的散热结构设计、紧凑型散热机械构造、智能温度控制策略、动态可调节的散热系统、计算机模拟与优化技术、自适应能源管理以及集成式设计方法，提供了一套高效、智能的温控和电池管理解决方案。这一方案特别适用于空间有限且散热难度大的小型家用电器，能够在确保设备高性能运行的同时，优化能源利用效率，延长电池寿命，并减少对环境的影响。

2、根据本发明实施例的一种小型家用电器的高效温控电池管理方法，包括以下步骤：

3、s1、采集电池的实时工作参数，根据电池实时工作参数计算电池的实时热负荷；

4、s2、根据电池实时热负荷，通过预设的温控策略数据库，确定相应的散热需求；

5、s3、根据散热需求，激活相应的散热模块；

6、s4、实时监控散热过程的效率，通过反馈调整散热模块的工作状态，将电池温度维持在最佳工作范围内；

7、s5、利用智能算法根据电池使用状态和外部环境自动调整温控策略，进行散热效率和能源管理；

8、s6、在电池工作状态低负荷时，自动降低散热模块的工作强度减少能耗；

9、s7、定期对散热系统进行自我检测及时发现并处理故障，保持散热模块系统的长期稳定性。

10、可选的，所述s1具体包括：

11、s11、采集电池的电压v、电流i、表面温度t，以及环境温度tenv和湿度henv作为实时工作参数；

12、s12、计算电池的实时功率消耗p：

13、

14、其中，v(t′)和i(t′)分别代表在时间t′的瞬时电压和电流，积分从某一初始时刻t0至当前时刻t；

15、s13、估算电池的实时热负荷q，基于功率消耗和电池效率η：

16、q＝p×(1-η)；

17、其中，η表示电池的能量转换效率。

18、可选的，所述s2具体包括：

19、s21、建立温控策略数据库，该数据库根据不同的电池工作状态和环境条件预设一系列的散热需求参数，包括散热模式m和散热强度阈值ithreshold；

20、s22、根据采集到的电池实时热负荷q、环境温度tenv和湿度henv，利用数据库中的映射关系确定散热需求：

21、m＝f(q,tenv,henv)＝a·q+b·tenv+c·henv+d；

22、其中，m是所推荐的散热模式的数值表示，可以根据该值选择具体的散热策略，q是电池的实时热负荷，tenv是环境温度，henv是环境湿度，a、b、c和d是根据实际散热需求和系统预先确定的系数，进行调整各因素对散热模式选择的影响程度；

23、s23、针对已确定散热模式m使用所需的散热强度irequired：

24、irequired＝g(q，ithreshold，tenv)＝k·(q-qbase)+m·(tenv-tbase)+ithreshold；

25、其中，irequired是所需的散热强度，q是电池的实时热负荷，ithreshold是散热强度的阈值，即在特定条件下开始增加散热强度的最小热负荷，tenv是当前的环境温度，qbase是基准热负荷，当热负荷低于此值时，散热系统可能工作在基本或最低强度水平，tbase是基准环境温度，用于调整环境温度对散热需求的影响，k和m是根据实际散热需求和系统设计的系数，进行调整电池热负荷和环境温度对所需散热强度的影响程度；

26、s24、确定散热模式m和散热强度irequired后，系统自动调整散热模块的工作状态。

27、可选的，所述s3具体包括：

28、s31、根据所确定的散热需求，选择对应的散热模式m，包括但不限于自然散热、强制风冷、液体冷却；

29、s32、对于自然散热模式，不采取主动散热措施，依赖电器设计的自然散热能力维持温度控制；

30、s33、对于强制风冷模式，激活内置微型风扇，根据所需散热强度irequired调整风扇转速sfan：

31、sfan＝ffan(irequired,tenv)＝v·irequired+w·(tenv-tambient)+x；

32、其中，sfan表示风扇转速，irequired为所需散热强度，tenv为环境温度，tambient为预设的基线环境温度，v、w和x是根据风扇性能和散热需求调整的系数；

33、s34、对于液体冷却模式，启动液体冷却泵，根据所需散热强度irequired和环境温度tenv调整泵的流量fpump：

34、fpump＝fpump(irequired，tenv)＝y·irequired+z·(tenv-tcoolant)+a1；

35、其中，fpump表示泵的流量，irequired为所需散热强度，tenv为环境温度，tcoolant为冷却液的基线温度，y、z和a1是根据冷却系统性能和散热需求调整的系数；

36、s35、根据散热模块的实际工作状态，动态调整散热策略。

37、可选的，所述s4具体包括：

38、s41、实时监控电池温度tbattery和散热模块的工作状态，包括散热模块的工作模式m、风扇转速sfan或泵的流量fpump；

39、s42、计算电池温度变化率δt/δt，其中δt表示电池温度的变化量，δt表示时间的变化量；

40、s43、根据电池温度变化率δt/δt和预设的温度控制目标，调整散热模块的工作状态对于风扇转速sfan：

41、sfan_new≤sfan+α·(δt/δt)；

42、其中，sfan_new为调整后的风扇转速，α为根据散热需求调整的系数，用于调整温度变化率对风扇转速的影响程度；

43、对于泵的流量fpump：

44、fpump_new＝fpump+β·(δt/δt)；

45、其中，fpump_new为调整后的泵流量，β为根据散热需求调整的系数，用于调整温度变化率对泵流量的影响程度；

46、s44、根据调整后的散热模块工作状态sfan_new或fpump_new，重新评估散热效率和能耗，确保电池温度维持在最佳工作范围内，同时优化系统的整体能效。

47、可选的，所述s5具体包括：

48、s51、利用支持向量机(svm)算法，基于电池使用状态和外部环境数据构建温控策略模型：

49、datatrain＝{(x1,y1),(x2,y2),...,(xn,yn)}；

50、其中，每个样本(xi,yi)由特征向量xi和标签yi组成，特征向量xi由电池电流ii、电压vi、温度环境温度和环境湿度构成；

51、s52、svm算法通过训练数据集学习电池的运行状态与散热需求之间的关系，构建一个决策边界：

52、svmmodel＝train(svm,datatrain)；

53、其中，svmmodel代表训练完成的svm模型，datatrain代表用于训练的数据集，包括电池和环境状态的特征及对应的散热需求标签；

54、s53、使用svmmodel根据实时采集的电池和环境状态数据预测散热需求：

55、mnew，irequired_new＝predict(svmmodel，i,v,ttbattery,tenv,henv)；

56、其中，mnew和irequired_new分别代表预测得到的散热模式和散热强度，predict代表svm模型的预测函数；

57、s54、根据支持向量机预测结果自动调整散热模块的工作状态。

58、可选的，所述s6具体包括：

59、s61、实时监测电池的工作状态，根据电池的工作状态确定电池的负荷等级l，当负荷等级l低于预设的低负荷阈值lthreshold，则判断电池处于低负荷工作状态：

60、l＝λ·i+μ·v+v·tbattery；

61、其中，λ、μ和v为权重系数，调整电流、电压和温度对负荷等级的贡献程度；

62、s62、在电池处于低负荷工作状态时，自动降低散热模块的工作强度irequired：

63、irequired_new＝max(irequired-δ·(lthreshold-l),imin)；

64、其中，irequired_new为调整后的散热强度，imin为散热模块的最小工作强度，δ为调整系数，用于调整负荷等级差距对散热强度降低的影响程度。

65、可选的，所述s7具体包括：

66、s71、定期对散热系统进行自我检测，采集散热模块的关键性能参数

67、s72、对采集的数据进行分析，评估散热系统的当前工作状况：

68、

69、其中，qremoved表示实际移除的热量，qgenerated表示电池产生的热量，ηcooling表示散热效率；

70、s73、若检测到散热效率低于预设的最小效率阈值ηmin，则自动触发故障诊断程序，诊断程序检查散热模块的物理损坏、堵塞或电子控制单元的故障；

71、s74、根据故障诊断结果，系统提出维护或更换建议，并向用户或维护人员发出警告，以确保散热系统的长期稳定性和电池的安全运行。

72、一种小型家用电器的高效温控电池管理系统，包括：

73、传感器模块，实时采集电池的电压v、电流i、温度tbattery以及环境温度tenv和湿度henv；

74、控制单元，与传感器模块相连，接收和处理传感器模块采集的数据，该控制单元包含一个微处理器和内置的存储设备，存储设备中预存有温控策略数据库和人工智能算法；

75、散热模块，由控制单元控制，包括微型风扇、热管和液体冷却系统，用于根据控制单元的指令调整散热强度和模式；

76、通信接口，进行系统与外部设备的数据交换，支持故障诊断信息和系统状态的远程监控；

77、电源管理模块，管理电池充放电过程，减少热产生，延长电池寿命，同时保持设备的高性能运行；

78、人工智能模块，实现在控制单元内部，来分析电池使用状态和环境数据，动态调整温控策略和散热模块的工作状态。

79、本发明的有益效果是：

80、(1)本发明通过高效热传递设计和紧凑的散热系统实现了在小型家用电器中的高效散热，特别针对有限空间内散热难度大的问题，采用高导热材料和独特散热路径设计，以及微型风扇和微通道液体冷却系统的创新应用，显著提高了散热效率，有效降低了电池和设备的工作温度，确保了设备的稳定性和电池的安全性。

81、(2)本发明通过智能温度控制策略和动态热管理系统，实现了根据电池使用状态和外部环境自动调整散热策略，达到最优的能效比和电池保护，利用电子工程和人工智能技术开发的智能算法，能够实时监控和动态调整散热强度，提升了散热系统的响应速度和精确度。

82、(3)本发明通过高级模拟和优化技术，以及自适应能源管理策略，提高了系统的整体能效和电池使用寿命，使用计算机科学技术进行的高级热模拟和流体动力学分析，优化了散热设计，减少了能源浪费，同时，智能算法优化的充放电过程减少了热产生，延长了电池寿命。