基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种电池包冷却技术，尤其涉及一种基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制系统及控制方法。

背景技术：

电池包是电动汽车的心脏，电池包的性能对于电动汽车至关重要；现有技术中，电池包中的电池单体通常采用锂离子电池，而锂离子电池的性能对温度比较敏感：温度过低时，电池性能会明显下降，长时间处于低温环境下会导致电池不可逆的容量损失；温度过高时，电池会出现循环寿命降低问题，而且还可能导致电池自燃，危害行车安全；另外，电池单体间的温差过大，还会导致电池单体间的内耗增加，使电池包的总体性能下降，因此，通过有效手段对电池包的温度进行控制十分必要。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制系统，其创新在于：所述电池包冷却液流量控制系统包括冷却液存储箱、初始温度控制装置、冷却液泵、多个电池模组、多个流量控制阀、多个温度传感器、主控单元、多个双模糊控制器、环境温度传感器和采样电路；其中，单个电池模组包括蛇形冷却管和多个电池单体；

所述冷却液存储箱的输出口与初始温度控制装置的输入口管路连接，初始温度控制装置的输出口与冷却液泵的输入端管路连接，冷却液泵的输出端与一输出管连接，单个蛇形冷却管的输入端通过流量控制阀与输出管连通，多个蛇形冷却管与多个流量控制阀一一对应，多个蛇形冷却管的输出端均连接至一回流管，回流管与冷却液存储箱的输入口连通；单个电池模组所辖的多个电池单体按阵列形式分布，蛇形冷却管布置在相应阵列中；所述温度传感器设置在电池单体的壳体上，多个温度传感器与多个电池单体一一对应；单个电池模组中的多个电池单体所对应的多个温度传感器记为一个传感器组，单个传感器组所辖的多个温度传感器与同一双模糊控制器电气连接，多个传感器组与多个双模糊控制器一一对应；双模糊控制器与主控单元电气连接；初始温度控制装置的控制部与主控单元电气连接；冷却液泵的控制部与主控单元电气连接；流量控制阀的控制部与主控单元电气连接；

所述环境温度传感器用于检测电池包周围的环境温度，环境温度传感器与主控单元电气连接；

所述采样电路用于检测电池包的输出电压和输出电流，采样电路与主控单元电气连接；所述冷却液泵由电池包供电。

优选地，所述初始温度控制装置包括由翅片换热管构成的翅片换热器、散热风扇、加热器、出液温度传感器和温控单元；所述翅片换热管的进液口形成初始温度控制装置的输入口，所述翅片换热管的出液口形成初始温度控制装置的输出口；所述散热风扇与翅片换热器的大端面相对；所述加热器的加热电阻丝缠绕在翅片换热管中部的管壁上；所述出液温度传感器设置在翅片换热管管壁上与出液口对应的位置处；散热风扇的控制部与温控单元电气连接；加热器的控制部与温控单元电气连接；出液温度传感器与温控单元电气连接；温控单元与主控单元电气连接。

基于前述方案，本发明还提出了一种基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制方法，所涉及的硬件如前所述，具体的控制方法包括：

所述双模糊控制器包括预处理模块、温度处理模块、温差处理模块和综合处理模块；对单个电池模组而言，预处理模块周期性地通过温度传感器对相应电池单体的温度进行采样，每次采样得到的多个温度数据记为一个数据组；数据组中对应最高温度的温度数据记为1#数据，数据组中对应最低温度的温度数据记为2#数据；对单个电池模组而言，预处理模块获取到当前数据组后，预处理模块从多个温度数据中识别出1#数据和2#数据，然后对1#数据和2#数据求差，得到当前温度差，然后预处理模块将当前温度差输出至温差处理模块，输出当前温度差的同时，预处理模块将1#数据输出至温度处理模块；收到当前温度差后，温差处理模块根据当前温度差和最大温差设定值进行模糊处理，并将得到的第一流量调节量q1输出至综合处理模块；最大温差设定值为5℃；收到1#数据后，温度处理模块根据1#数据和最大温度设定值进行模糊处理，并将得到的第二流量调节量q2输出至综合处理模块；最大温度设定值为35℃；第一流量调节量q1和第二流量调节量q2中的数值较大者记为输出调节量；收到第一流量调节量q1和第二流量调节量q2后，综合处理模块从第一流量调节量q1和第二流量调节量q2中识别出输出调节量，并将输出调节量输出至主控单元；

所述多个双模糊控制器记为控制器组；所述主控单元分别对初始温度控制装置和控制器组进行独立控制；

进入冷却液泵的冷却液的温度记为初始温度；主控单元对初始温度控制装置的控制包括：

1)主控单元通过初始温度控制装置对初始温度进行采样；

2)主控单元将当前的初始温度与温度控制区间值进行比较：若当前的初始温度在温度控制区间值范围内，则返回步骤1)；若当前的初始温度超越温度控制区间值的下限值，则主控单元控制初始温度控制装置对冷却液进行加热处理，然后返回步骤1)；若当前的初始温度超越温度控制区间值的上限值，则主控单元控制初始温度控制装置对冷却液进行降温处理，然后返回步骤1)；

所述下限值为20℃，所述上限值为30℃；

主控单元对控制器组的控制包括：

主控单元通过采样电路周期性地对电池包的输出电压和输出电流进行采样，并实时计算出电池包的当前输出功率，同时，主控单元通过环境温度传感器周期性地对电池包周围的环境温度进行采样，获得当前环境温度数据；

单个控制周期中：主控单元根据当前输出功率和当前环境温度数据，按方法一实时计算出冷却液泵的当前基准流量；主控单元对多个双模糊控制器输出的多个输出调节量求和，得到当前总调节量，然后主控单元对当前基准流量和当前总调节量求和，得到冷却液泵的当前目标流量，然后主控单元根据冷却液泵的流量计算公式(泵机流量计算公式为现有公式，只是不同泵机的具体参数存在差异，具体参数可根据生产厂家提供的标定参数确定)，计算出与当前目标流量适配的当前液泵工作功率；主控单元根据当前液泵工作功率对冷却液泵的动作进行控制，主控单元对冷却液泵进行控制的同时，主控单元根据多个输出调节量，对相应流量控制阀的开度进行调节；多个流量控制阀的初始开度相同，且初始开度位于流量控制阀调节范围的中值；

所述方法一包括：

预先进行仿真试验，以每个电池单体均满足最大温度差限制和最高温度限制为前提，在某一环境温度条件下，使电池包工作于多种输出功率情况；以冷却液泵最省电为目标，测试出冷却液泵在不同输出功率情况下的优选工作功率；按前述试验方式，在多种环境温度条件下重复进行试验，测试出多种环境温度、多种输出功率条件下，冷却液泵的多种优选工作功率；根据试验得到的环境温度、输出功率和优选工作功率的匹配关系进行拟合，并根据拟合结果建立能够体现环境温度、输出功率和工作功率三者关系的三维函数，并将三维函数预存在主控单元中；计算当前基准流量时，主控单元将当前输出功率和当前环境温度数据代入三维函数中，得到相应的优选工作功率，然后根据冷却液泵的流量计算公式计算出当前基准流量；

所述温度处理模块和温差处理模块均采用双输入单输出模式；

温度处理模块采用三角形隶属度函数；

温度处理模块的模糊控制规则为：

温度处理模块的输入、输出模糊化参数为

其中，e2为当前的1#数据与最高温度设定值的实际偏差；ec2为e2的变化率；e2为e2的量化论域；ec2为ec2的量化论域；

所述温差处理模块采用三角形隶属度函数；

温差处理模块的模糊控制规则表为：

温差处理模块的输入、输出模糊化参数为：

其中，e1为当前温度差与最大温差设定值的实际偏差；ec1为e1的变化率；e1为e1的量化论域；ec1为ec1的量化论域。

本发明的技术意义主要有三方面：其一，主控单元能通过初始温度控制装置对冷却液的初始温度进行调节，使电池单体处于合适的温度中，其二，双模糊控制器能根据电池单体的温差情况和最高温度情况，自动计算出各个蛇形冷却管所需的流量调节量，从而使各个电池单体保持在合适的温度，其三，本发明的基准流量是以冷却液泵最省电为目标得到的，在基准流量基础上再对单个蛇形冷却管的流量进行调节，可以有效降低冷却液泵的能耗，使电池包的续航能力得到提高。

本发明的有益技术效果是：提出了一种基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制系统及控制方法，该方案可以使电池包的冷却方式更加省电、合理，能够有效改善电池包的工作环境。

附图说明

图1、本发明的冷却管路结构示意图(图中蛇形冷却管和电池单体的布置方式仅是简单示意，具体结构可参考现有技术中的优选结构)；

图2、本发明的电气原理示意图；

图3、温度处理模块的隶属度函数；

图4、温差处理模块的隶属度函数；

图中各个标记所对应的名称分别为：冷却液存储箱1、初始温度控制装置2、冷却液泵3、蛇形冷却管4、电池单体5、流量控制阀6、温度传感器7、主控单元8、双模糊控制器9、环境温度传感器10、采样电路11。

具体实施方式

一种基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制系统，其创新在于：所述电池包冷却液流量控制系统包括冷却液存储箱1、初始温度控制装置2、冷却液泵3、多个电池模组、多个流量控制阀6、多个温度传感器7、主控单元8、多个双模糊控制器9、环境温度传感器10和采样电路11；其中，单个电池模组包括蛇形冷却管4和多个电池单体5；

所述冷却液存储箱1的输出口与初始温度控制装置2的输入口管路连接，初始温度控制装置2的输出口与冷却液泵3的输入端管路连接，冷却液泵3的输出端与一输出管a连接，单个蛇形冷却管4的输入端通过流量控制阀6与输出管a连通，多个蛇形冷却管4与多个流量控制阀6一一对应，多个蛇形冷却管4的输出端均连接至一回流管b，回流管b与冷却液存储箱1的输入口连通；单个电池模组所辖的多个电池单体5按阵列形式分布，蛇形冷却管4布置在相应阵列中；所述温度传感器7设置在电池单体5的壳体上，多个温度传感器7与多个电池单体5一一对应；单个电池模组中的多个电池单体5所对应的多个温度传感器7记为一个传感器组，单个传感器组所辖的多个温度传感器7与同一双模糊控制器9电气连接，多个传感器组与多个双模糊控制器9一一对应；双模糊控制器9与主控单元8电气连接；初始温度控制装置2的控制部与主控单元8电气连接；冷却液泵3的控制部与主控单元8电气连接；流量控制阀6的控制部与主控单元8电气连接；

所述环境温度传感器10用于检测电池包周围的环境温度，环境温度传感器10与主控单元8电气连接；

所述采样电路11用于检测电池包的输出电压和输出电流，采样电路11与主控单元8电气连接；所述冷却液泵3由电池包供电。

进一步地，所述初始温度控制装置2包括由翅片换热管构成的翅片换热器、散热风扇、加热器、出液温度传感器和温控单元；所述翅片换热管的进液口形成初始温度控制装置2的输入口，所述翅片换热管的出液口形成初始温度控制装置2的输出口；所述散热风扇与翅片换热器的大端面相对；所述加热器的加热电阻丝缠绕在翅片换热管中部的管壁上；所述出液温度传感器设置在翅片换热管管壁上与出液口对应的位置处；散热风扇的控制部与温控单元电气连接；加热器的控制部与温控单元电气连接；出液温度传感器与温控单元电气连接；温控单元与主控单元8电气连接。

一种基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制方法，所涉及的硬件包括：冷却液存储箱1、初始温度控制装置2、冷却液泵3、多个电池模组、多个流量控制阀6、多个温度传感器7、主控单元8、多个双模糊控制器9、环境温度传感器10和采样电路11；其中，单个电池模组包括蛇形冷却管4和多个电池单体5；

所述冷却液存储箱1的输出口与初始温度控制装置2的输入口管路连接，初始温度控制装置2的输出口与冷却液泵3的输入端管路连接，冷却液泵3的输出端与一输出管a连接，单个蛇形冷却管4的输入端通过流量控制阀6与输出管a连通，多个蛇形冷却管4与多个流量控制阀6一一对应，多个蛇形冷却管4的输出端均连接至一回流管b，回流管b与冷却液存储箱1的输入口连通；单个电池模组所辖的多个电池单体5按阵列形式分布，蛇形冷却管4布置在相应阵列中；所述温度传感器7设置在电池单体5的壳体上，多个温度传感器7与多个电池单体5一一对应；单个电池模组中的多个电池单体5所对应的多个温度传感器7记为一个传感器组，单个传感器组所辖的多个温度传感器7与同一双模糊控制器9电气连接，多个传感器组与多个双模糊控制器9一一对应；双模糊控制器9与主控单元8电气连接；初始温度控制装置2的控制部与主控单元8电气连接；冷却液泵3的控制部与主控单元8电气连接；流量控制阀6的控制部与主控单元8电气连接；

所述环境温度传感器10用于检测电池包周围的环境温度，环境温度传感器10与主控单元8电气连接；

所述采样电路11用于检测电池包的输出电压和输出电流，采样电路11与主控单元8电气连接；所述冷却液泵3由电池包供电；

其创新在于：所述电池包冷却液流量控制方法包括：

所述双模糊控制器9包括预处理模块、温度处理模块、温差处理模块和综合处理模块；对单个电池模组而言，预处理模块周期性地通过温度传感器7对相应电池单体5的温度进行采样，每次采样得到的多个温度数据记为一个数据组；数据组中对应最高温度的温度数据记为1#数据，数据组中对应最低温度的温度数据记为2#数据；对单个电池模组而言，预处理模块获取到当前数据组后，预处理模块从多个温度数据中识别出1#数据和2#数据，然后对1#数据和2#数据求差，得到当前温度差，然后预处理模块将当前温度差输出至温差处理模块，输出当前温度差的同时，预处理模块将1#数据输出至温度处理模块；收到当前温度差后，温差处理模块根据当前温度差和最大温差设定值进行模糊处理，并将得到的第一流量调节量q1输出至综合处理模块；最大温差设定值为5℃；收到1#数据后，温度处理模块根据1#数据和最大温度设定值进行模糊处理，并将得到的第二流量调节量q2输出至综合处理模块；最大温度设定值为35℃；第一流量调节量q1和第二流量调节量q2中的数值较大者记为输出调节量；收到第一流量调节量q1和第二流量调节量q2后，综合处理模块从第一流量调节量q1和第二流量调节量q2中识别出输出调节量，并将输出调节量输出至主控单元8；

所述多个双模糊控制器9记为控制器组；所述主控单元8分别对初始温度控制装置2和控制器组进行独立控制；

进入冷却液泵3的冷却液的温度记为初始温度；主控单元8对初始温度控制装置2的控制包括：

1)主控单元8通过初始温度控制装置2对初始温度进行采样；

2)主控单元8将当前的初始温度与温度控制区间值进行比较：若当前的初始温度在温度控制区间值范围内，则返回步骤1)；若当前的初始温度超越温度控制区间值的下限值，则主控单元8控制初始温度控制装置2对冷却液进行加热处理，然后返回步骤1)；若当前的初始温度超越温度控制区间值的上限值，则主控单元8控制初始温度控制装置2对冷却液进行降温处理，然后返回步骤1)；

所述下限值为20℃，所述上限值为30℃；

主控单元8对控制器组的控制包括：

主控单元8通过采样电路11周期性地对电池包的输出电压和输出电流进行采样，并实时计算出电池包的当前输出功率，同时，主控单元8通过环境温度传感器10周期性地对电池包周围的环境温度进行采样，获得当前环境温度数据；

单个控制周期中：主控单元8根据当前输出功率和当前环境温度数据，按方法一实时计算出冷却液泵3的当前基准流量；主控单元8对多个双模糊控制器9输出的多个输出调节量求和，得到当前总调节量，然后主控单元8对当前基准流量和当前总调节量求和，得到冷却液泵3的当前目标流量，然后主控单元8根据冷却液泵3的流量计算公式，计算出与当前目标流量适配的当前液泵工作功率；主控单元8根据当前液泵工作功率对冷却液泵3的动作进行控制，主控单元8对冷却液泵3进行控制的同时，主控单元8根据多个输出调节量，对相应流量控制阀6的开度进行调节；多个流量控制阀6的初始开度相同，且初始开度位于流量控制阀6调节范围的中值；

所述方法一包括：

预先进行仿真试验，以每个电池单体5均满足最大温度差限制和最高温度限制为前提，在某一环境温度条件下，使电池包工作于多种输出功率情况；以冷却液泵3最省电为目标，测试出冷却液泵3在不同输出功率情况下的优选工作功率；按前述试验方式，在多种环境温度条件下重复进行试验，测试出多种环境温度、多种输出功率条件下，冷却液泵3的多种优选工作功率；根据试验得到的环境温度、输出功率和优选工作功率的匹配关系进行拟合，并根据拟合结果建立能够体现环境温度、输出功率和工作功率三者关系的三维函数，并将三维函数预存在主控单元8中；计算当前基准流量时，主控单元8将当前输出功率和当前环境温度数据代入三维函数中，得到相应的优选工作功率，然后根据冷却液泵3的流量计算公式计算出当前基准流量；

所述温度处理模块和温差处理模块均采用双输入单输出模式；

温度处理模块采用三角形隶属度函数；

温度处理模块的模糊控制规则为：

温度处理模块的输入、输出模糊化参数为

其中，e2为当前的1#数据与最高温度设定值的实际偏差；ec2为e2的变化率；e2为e2的量化论域；ec2为ec2的量化论域；ke2为e2的量化因子，kec2为ec2的量化因子，kq2为q2的量化因子；

所述温差处理模块采用三角形隶属度函数；

温差处理模块的模糊控制规则表为：

温差处理模块的输入、输出模糊化参数为：

其中，e1为当前温度差与最大温差设定值的实际偏差；ec1为e1的变化率；e1为e1的量化论域；ec1为ec1的量化论域；ke1为e1的量化因子，kec1为ec1的量化因子，kq1为q1的量化因子。