一种考虑节能和电池寿命的电动汽车热管理控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑节能和电池寿命的电动汽车热管理控制系统及方法，该电动汽车热管理控制系统包括工况预测模块、能效比预测模块、热管理控制器、状态监测模块和执行模块；工况预测模块根据当前行驶场景获取未来行驶工况；状态监测模块对整车状态进行获取和存储；能效比预测模块根据未来行驶工况，得到能效比预测序列；热管理控制器将热管理能耗、电池寿命和乘员舱温度作为目标函数对热管理系统控制量进行决策，输出控制指令至执行模块以实现控制闭环。本发明专利技术实现了热管理系统复杂系统的线性化，提高计算效率。提高计算效率。提高计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑节能和电池寿命的电动汽车热管理控制系统及方法


[0001]本专利技术属于新能源汽车领域，具体涉及一种考虑节能和电池寿命的电动汽车热管理控制系统及方法。

技术介绍

[0002]动力电池的工作电流是造成电池升温的主要因素，其大小主要受到电机输出功率、再生制动功率、空调负载的影响，不合理的电流分配会造成能量浪费和电池寿命衰退。随着智能网联技术的发展，一系列新的高价值信息可以被获取并整合到优化过程中，从而实现电动汽车更多的节能，如何设计控制器以实现高效的多目标优化成为研究难点。
[0003]近年来，基于优化的控制策略由于其较好的动态性能成为研究热点，例如：动态规划、庞特里亚金最小原理、模型预测控制等，其中模型预测控制由于其滚动优化的特点非常适合在线优化，但是热管理系统的复杂性和强耦合性使得模型难以线性表示，多数研究采用非线性模型对热管理系统进行建模，导致计算量较大，无法增加预测时域。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种考虑节能和电池寿命的电动汽车热管理控制系统及方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种考虑节能和电池寿命的电动汽车热管理控制方法：
[0007]S1，根据本车的未来行驶工况V
pre
，利用预测方程预测冷却液入口温度T
f
、冷却液出口温度T
r
、1号单体电池温度T
b，1
、n号单体电池温度T
b，n<br/>和乘客舱温度T
cab
；
[0008]S2，基于电池组平均温度T
mean
、电池组温差ΔT
pre
和T
cab
，构造待优化问题的目标函数及其约束条件，并求解得到电池冷却器及蒸发器的最优输出功率序列U(t)；所述T
mean
由T
b，1
和T
b，n
求平均获得，所述ΔT
pre
由T
b，1
和T
b，n
作差获得；
[0009]S3，根据电池组的温差ΔT
pre
和最优输出功率序列U(t)决策出下一时刻的冷却液流速u(t+1)，根据历史冷却液流速，判断是否需要更新预测方程中的冷却液流速，若需要更新，则返回S1，否则输出最优输出功率序列U(t)。
[0010]进一步地，所述预测方程为：
[0011][0012]其中：为冷却液与电池的换热系数，P
r
为普朗特数，λ为冷却液的导热系数，v
f
为冷却液的运动粘度，d为热交换面的特征长度；A为换热面积，u为冷却液流速，c
b
和c
f
分别为电池组和冷却液的比热容，m
b
为电池组质量，M为液冷板内冷却液的质量，s为冷却管路截面积，ρ
f
为冷却液密度，T
s
为采样时间，n为单体电池总数，c
air
为空气比热容，m
air
为空气质量，T
b，1
(t)为1号单体电池当前时刻温度，T
b，n
(t)为n号单体电池当前时刻温度，T
r
(t)为冷却液出口当前时刻温度，T
f
(t)为冷却液入口当前时刻温度，T
cab
(t)为乘客舱当前时刻温度，为电池组预测时域内的热负荷向量，为乘客舱预测时域内的热负荷向量，P
chil
为电池冷却器的最优输出功率，P
eva
为蒸发器的最优输出功率。
[0013]进一步地，所述待优化问题的目标函数及其约束条件为：
[0014][0015]s.t.T
b_min
＜T
mean
(i|t)＜T
b_max
+ξ(i|t)，i＝0：p
[0016]0＜ΔT
pre
(i|t)＜ΔT
max
，i＝0：p
[0017]0＜P
chil
(i|t)＜P
chil_max
，i＝0：m
‑1[0018]0＜P
eva
(i|t)＜P
eva_max
，i＝0：m
‑1[0019]Y(0|t)＝Y(t)；U(0|t)＝U(t)
[0020]其中：w1为能耗评价指标的权重参数，w2为电池寿命评价指标的权重参数，w3为舒适性评价指标的权重参数，w4为约束条件中松弛因子的权重参数，P
consumption
为能耗评价指标，P
life
为电池寿命评价指标，P
comfort
为乘员舱舒适性评价指标，ξ为松弛因子，T
b_min
为电池组平均温度下限值，T
b_max
为电池组平均温度上限值，ξ为松弛因子，ΔT
max
为电池组温差上限
值，P
chil_max
为电池冷却器输出功率的上限值，P
eva_max
为蒸发器输出功率的上限值，p为预测时域，t表示当前时刻，m为控制时域，Y(t)为预测时域内的系统当前时刻输出量。
[0021]更进一步地，所述w1和w3的比值根据电池SOC和乘客舱温差自适应调整：当电池SOC越小而乘客舱温差越小时，w1/w3越大，当电池SOC越大而乘客舱温差越大时，w1/w3越小。
[0022]进一步地，所述决策出下一时刻的冷却液流速u(t+1)具体为：
[0023]将电池组温差的向量元素的最大值ΔT
pre_max
与控制参数向量中的各元素相减得到T＝ΔT
pre_max
‑
T
control
＝[T1，T2，...，T
i
，...，T
j
]，其中T
control
＝[T
c1
，T
c2
，...，T
cj
]为离线获取的控制参数，j为控制参数组成的向量中元素的个数，T
i
为向量T中的第i个元素；
[0024]判断T中各元素的大小，当T
i
与T
i+1
符合T
i+1
＜0＜T
i
，则下一时刻流速u(t+1)＝U
coo
(i)，其中U
coo
＝[u1，u2，...，u
j
‑1]为已确定的各阶段流速组成的向量。
[0025]更进一步地，所述离线获取的控制参数T
control
，具体包括：
[0026](1)，搭建包含电池组、冷却通道、水泵在内的电池冷却仿真平台；
[0027](2)，设计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑节能和电池寿命的电动汽车热管理控制方法，其特征在于：S1，根据本车的未来行驶工况V
pre
，利用预测方程预测冷却液入口温度T
f
、冷却液出口温度T
r
、1号单体电池温度T
b,1
、n号单体电池温度T
b,n
和乘客舱温度T
cab
；S2，基于电池组平均温度T
mean
、电池组温差
△
T
pre
和T
cab
，构造待优化问题的目标函数及其约束条件，并求解得到电池冷却器及蒸发器的最优输出功率序列U(t)；所述T
mean
由T
b,1
和T
b,n
求平均获得，所述
△
T
pre
由T
b,1
和T
b,n
作差获得；S3，根据电池组的温差
△
T
pre
和最优输出功率序列U(t)决策出下一时刻的冷却液流速u(t+1)，根据历史冷却液流速，判断是否需要更新预测方程中的冷却液流速，若需要更新，则返回S1，否则输出最优输出功率序列U(t)。2.根据权利要求1所述的电动汽车热管理控制方法，其特征在于，所述预测方程为：其中：为冷却液与电池的换热系数，P
r
为普朗特数，λ为冷却液的导热系数，υ
f
为冷却液的运动粘度，d为热交换面的特征长度；A为换热面积，u为冷却液流速，c
b
和c
f
分别为电池组和冷却液的比热容，m
b
为电池组质量，M为液冷板内冷却液的质量，s为冷却管路截面积，ρ
f
为冷却液密度，T
s
为采样时间，n为单体电池总数，c
air
为空气比热容，m
air
为空气质量，T
b,1
(t)为1号单体电池当前时刻温度，T
b,n
(t)为n号单体电池当前时刻温度，T
r
(t)为冷却液出口当前时刻温度，T
f
(t)为冷却液入口当前时刻温度，T
cab
(t)为乘客舱当前时刻温度，为电池组预测时域内的热负荷向量，为乘客舱预测时域内的热负荷向量，P
chil
为电池冷却器的最优输出功率，P
eva
为蒸发器的最优输出功率。3.根据权利要求1所述的电动汽车热管理控制方法，其特征在于，所述待优化问题的目标函数及其约束条件为：
s.t.T
b_min
&lt;T
mean
(u|t)&lt;T
b_max
+ξ(i|t),i＝0:p0&lt;ΔT
pre
(i|t)&lt;ΔT
max
,i＝0:p0&lt;P
chil
(i|t)&lt;P
chil_max
,i＝0:m
‑
10&lt;P
eva
(i|t)&lt;P
eva_max
,i＝0:m
‑
1Y(0|t)＝Y(t)；U(0|t)＝U(t)其中：ω1为能耗评价指标的权重参数，ω2为电池寿命评价指标的权重参数，ω3为舒适性评价指标的权重参数，ω4为约束条件中松弛因子的权重参数，P
consumption
为能耗评价指标，P
life
为电池寿命评价指标，P
comfort
为乘员舱舒适性评价指标，ξ为松弛因子，T
b_min
为电池组平均温度下限值，T
b_max
为电池组平均温度上限值，ξ为松弛因子，ΔT
max
为电池组温差上限值，P
chil_max
为电池冷却器输出功率的上限值，P
eva_max
为蒸发器输出功率的上限值，p为预测时域，t表示当前时刻，m为控制时域，Y(t)为预测时域内的系统当前时刻输出量。4.根据权利要求3所述的电动汽车热管理控制方法，其特征在于，所述ω1和ω3的比值根据电池SOC和乘客舱温差自适应调整：当电池SOC越小而乘客舱温差越小时，ω1/ω3越大，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：盘朝奉，贾子皓，何志刚，王丽梅，刘良，梁军，吕晓欣，杨驹丰，裴磊，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：