DE102023111210A1 - Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Steuerung einer Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage - Google Patents

Abstract

Die Offenbarung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Steuerung einer Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage. In dem Verfahren oder der Vorrichtung wird eine vorhergesagte Lufttemperatur eines lokalen Bereichs über ein Netzwerk erfasst, eine Gegenüberstellung und ein Vergleich gemäß der vorhergesagten Lufttemperatur und einer aktuellen Batterietemperatur durchgeführt, und die Batterie wird periodisch so gesteuert, dass sie in Kombination mit der natürlichen Wärmeableitung eines Batteriepacks erwärmt oder gekühlt wird, sodass die Batterie nach dem Aufladen in einem angemessenen Temperaturbereich gehalten werden kann, und dann kann ein Benutzer ein Fahrzeug jederzeit benutzen, wobei in der Zwischenzeit die zum Erwärmen oder Kühlen der Batterie verbrauchte elektrische Energie reduziert wird.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die Ausführungsformen der Offenbarung beziehen sich auf das Wärmemanagement von Batterien für Elektrofahrzeuge.
• STAND DER TECHNIK
• Die Energieversorgung der bestehenden Elektrofahrzeuge erfolgt in der Regel über Lithium-Ionen-Batterien. Die Lithium-Ionen-Batterie ist relativ temperaturempfindlich. Zu niedrige und zu hohe Temperaturen beeinträchtigen die Lithium-Ionen-Batterie und können sogar zu einer Explosion führen, was zu ernsthaften Problemen bei der Fahrsicherheit führt. Daher muss die Lithium-Ionen-Batterie innerhalb eines relativ vernünftigen Arbeitsbereichs geladen oder entladen werden. Die Temperatur der Umgebungsluft ändert sich mit den klimatischen Zuständen, sodass es schwierig ist, den Arbeitstemperaturbereich der Lithium-Ionen-Batterie einzuhalten. Zu diesem Zweck sind viele Elektrofahrzeuge mit Flüssigkeitskühlsystemen und Heizsystemen für Batteriepacks bereitgestellt. Wenn die Temperatur der Batterie zu niedrig ist, wird die Temperatur der Batterie erhöht, indem die Batterie über das Heizsystem erwärmt wird. Wenn die Temperatur der Batterie zu hoch ist, wird die Temperatur der Batterie durch Kühlung der Batterie über das Flüssigkeitskühlsystem gesenkt, sodass die Lithium-Ionen-Batterie so weit wie möglich in einem optimalen Betriebstemperaturbereich gehalten werden kann.
• Es dauert in der Regel relativ lange, die Batterie des Elektrofahrzeugs zu laden. Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen ist, ist es fast an der Zeit, das Fahrzeug zu benutzen. Es gibt auch viele Fälle, in denen zwischen dem Abschluss des Ladevorgangs und der Nutzung des Fahrzeugs eine gewisse Zeit liegt. Derzeit stellt ein Batteriemanagementsystem in der Regel zwei Modi für das Wärmemanagement bereit:
• Der erste Modus richtet sich direkt an die Wärmesteuerung der Batterie, der zweite Modus schaltet die kontinuierliche Wärmesteuerung der Batterie ein. Der Benutzer kann den Modus nach seinen Bedürfnissen in Echtzeit einstellen. Im ersten Modus kehrt die Temperatur der Batterie auf die Umgebungstemperatur zurück, abhängig von der natürlichen Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme. Wenn die Umgebungstemperatur innerhalb des angemessenen Arbeitsbereichs der Batterie liegt, kann der Benutzer das Fahrzeug jederzeit benutzen. Wenn die Umgebungstemperatur zu niedrig ist, wenn der Benutzer das Fahrzeug benutzt und die Temperatur der Batterie wieder auf die Umgebungstemperatur zurückgeht, muss der Benutzer mit dem Aufheizen der Batterie warten, bis die Temperatur der Batterie wieder im normalen Arbeitsbereich liegt. Das heißt, in diesem Modus kann der Benutzer das Fahrzeug unter Umständen nicht mehr benutzen. Im zweiten Modus sorgt die thermische Steuerung der Batterie dafür, dass die Batterie in einem geeigneten Arbeitstemperaturbereich bleibt, sodass der Benutzer das Fahrzeug jederzeit benutzen kann. Für das Heizen und Kühlen der Batterie muss jedoch eine große Menge an elektrischer Energie verbraucht werden.
• KURZDARSTELLUNG
• Die Probleme, die durch die Offenbarung gelöst werden sollen, sind die Gewährleistung, dass ein Benutzer ein Fahrzeug jederzeit benutzen kann, und die Reduzierung des Energieverbrauchs für das Heizen und Kühlen einer Batterie.
• Um die oben genannten Probleme zu lösen, wird in der Offenbarung die folgende Lösung verwendet:
• Ein Verfahren zur thermischen Steuerung einer Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die folgenden Schritte ein:
  • Schritt S 1: Erfassen der aktuellen Batterietemperatur;
  • Schritt S2: Beurteilen, ob die aktuelle Batterietemperatur innerhalb eines optimalen Arbeitstemperaturbereichs liegt; als Antwort darauf, dass die aktuelle Batterietemperatur nicht im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt, Steuern eines Heizsystems, um die Batterie zu erwärmen, oder Steuern eines Kühlsystems, um die Batterie zu kühlen, und ansonsten Ausführen von Schritt S3;
  • Schritt S3: Erfassen einer vorhergesagten Lufttemperatur eines lokalen Bereichs über ein Netzwerk;
  • Schritt S4: als Antwort darauf, dass die vorhergesagte Lufttemperatur innerhalb eines normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt, das Beenden des Heizens oder Kühlens der Batterie und andernfalls das Berechnen einer Dauer t, die erforderlich ist, damit die Batterietemperatur eine Zielbatterietemperatur von der aktuellen Batterietemperatur in einem natürlichen Wärmeabgabe- oder Wärmeaufnahmezustand erreicht, zu erfüllen, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen der Zielbatterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur kleiner als Th ist, Th einen voreingestellten Temperaturschwellenwert darstellt, eine Obergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs größer als eine Obergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist und eine Untergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs kleiner als eine Untergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist;
  • Schritt S5: als Antwort darauf, dass t<t0, das Heizen oder Kühlen der Batterie stoppt, und ansonsten das Heizen oder Kühlen der Batterie; wobei t0 einen voreingestellten Zeitschwellenwert darstellt; und
  • Schritt S6: wiederholtes Ausführen der Schritte S 1 bis S5.
• Alternativ dazu werden bei dem Verfahren zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf der Lufttemperaturvorhersage gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung im Schritt S6 die Schritte S 1 bis S5 nach dem Abwarten eines bestimmten Zeitintervalls wiederholt ausgeführt.
• Alternativ kann in dem Verfahren zur thermischen Kontrolle der Batterie nach dem Laden basierend auf der Lufttemperaturvorhersage gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung im Schritt S6 das Wartezeitintervall t0 sein.
• Alternativ dazu wird in dem Verfahren zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf der Lufttemperaturvorhersage gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung im Schritt S4 die Zeit t unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: $$\text{t}=\text{a}\times \text{ln}\left(\text{dT}\right)+\text{b};$$

  

  wobei t die Zeit darstellt, die die Batterietemperatur im Zustand der natürlichen Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme benötigt, um die Temperaturdifferenz zwischen der aktuellen Batterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur zu erfüllen, die kleiner als Th ist; $$\text{dT}=\text{abs}\left(\text{Te}-\text{Tc}\right);$$

  

  
  a und b vorab gemessene Koeffizienten darstellen;
  Tc die aktuelle Temperatur der Batterie darstellt; und
  Te die vorhergesagte Lufttemperatur darstellt.
• Alternativ werden in dem Verfahren zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf der Vorhersage der Lufttemperatur gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung im Schritt S3 die Lufttemperaturvorhersagedaten des lokalen Bereichs in den zukünftigen N Stunden über das Netzwerk erfasst, und dann wird die vorhergesagte Lufttemperatur durch Berechnung eines Durchschnittswerts der Lufttemperaturvorhersagedaten erhalten.
• Eine Vorrichtung zur thermischen Steuerung einer Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die folgenden Komponenten ein:
• eine Komponente M1, die so konfiguriert ist, dass sie eine aktuelle Temperatur der Batterie erfasst;
• eine Komponente M2, die so konfiguriert ist, dass sie beurteilt, ob die aktuelle Batterietemperatur innerhalb eines optimalen Arbeitstemperaturbereichs liegt; als Antwort darauf, dass die aktuelle Batterietemperatur nicht im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt, ein Heizsystem steuern, um die Batterie zu erwärmen, oder ein Kühlsystem steuern, um die Batterie zu kühlen, und ansonsten eine Komponente M3 ausführen;
• die Komponente M3, die so konfiguriert ist, dass sie über ein Netzwerk eine vorhergesagte Lufttemperatur für einen lokalen Bereich erfasst;
• eine Komponente M4, die so konfiguriert ist, dass sie als Antwort darauf, dass die vorhergesagte Lufttemperatur innerhalb eines normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt, das Heizen oder Kühlen der Batterie beendet und andernfalls eine Dauer t berechnet, die erforderlich ist, damit die Batterietemperatur von der aktuellen Batterietemperatur in einem natürlichen Wärmeabgabe- oder Wärmeaufnahmezustand eine Zielbatterietemperatur erreicht, die zu erfüllen ist, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen der Zielbatterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur kleiner als Th ist, Th einen voreingestellten Temperaturschwellenwert darstellt, eine Obergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs größer als eine Obergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist und eine Untergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs kleiner als eine Untergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist;
• eine Komponente M5, die so konfiguriert ist, dass sie als Antwort auf t<t0 das Heizen oder Kühlen der Batterie stoppt und ansonsten die Batterie heizt oder kühlt;
• wobei t0 einen voreingestellten Zeitschwellenwert darstellt; und
• eine Komponente M6, die so konfiguriert ist, dass sie die Komponenten M1 bis M5 wiederholt ausführt.
• Alternativ werden in der Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf der Lufttemperaturvorhersage nach den Ausführungsformen der Offenbarung in der Komponente M6 die Komponenten M1 bis M5 nach dem Abwarten eines bestimmten Zeitintervalls wiederholt ausgeführt.
• Alternativ kann in der Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf der Lufttemperaturvorhersage gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung in der Komponente M6 das Wartezeitintervall t0 sein.
• Alternativ wird in der Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf der Lufttemperaturvorhersage gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung in der Komponente M4 die Zeit t unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: $$\text{t}=\text{a}\times \text{ln}\left(\text{dT}\right)+\text{b};$$

  

  wobei t die Zeit darstellt, die die Batterietemperatur im Zustand der natürlichen Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme benötigt, um die Temperaturdifferenz zwischen der aktuellen Batterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur zu erfüllen, die kleiner als Th ist; $$\text{dT}=\text{abs}\left(\text{Te}-\text{Tc}\right);$$

  

  
  a und b vorab gemessene Koeffizienten darstellen;
  Tc die aktuelle Temperatur der Batterie darstellt; und
  Te die vorhergesagte Lufttemperatur darstellt.
• Alternativ werden in der Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf der Lufttemperaturvorhersage gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung in der Komponente M3 die Lufttemperaturvorhersagedaten des lokalen Bereichs in den zukünftigen N Stunden über das Netzwerk erfasst, und dann wird die vorhergesagte Lufttemperatur durch Berechnung eines Durchschnittswertes erhalten.
• Die technischen Auswirkungen der Offenbarung sind folgende: In der Offenbarung wird durch die Lufttemperaturvorhersage, die Berechnung der natürlichen Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmezeiten, die Anpassung des Heiz- oder Kühlrhythmus der Batterie und die Verringerung der Ein- und Ausschalthäufigkeit des Heizsystems und des Kühlsystems der Energieverbrauch für das Heizen oder Kühlen der Batterie reduziert und gleichzeitig sichergestellt, dass der Benutzer das Fahrzeug jederzeit nutzen kann.
• KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist ein allgemeines Flussdiagramm einer Ausführungsform der Offenbarung.
• 2 ist ein schematisches Diagramm einer Verbindungsstruktur eines Batteriemanagementsystems in einer Ausführungsform der Offenbarung.
• 3 zeigt experimentelle Daten einer natürlichen Abkühlzeit und einer Temperaturdifferenz eines bestimmten Batteriepacks.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die Ausführungsformen der Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
• 2 veranschaulicht ein Batteriemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug. Das Batteriemanagementsystem schließt einen Prozessor 100, ein Batterie-Array 200, ein Kühlsystem 300, ein Heizsystem 400 und ein mobiles Kommunikationsmodul 500 ein. Der Prozessor 100 ist mit dem Batterie-Array 200, dem Kühlsystem 300, dem Heizsystem 400 und dem mobilen Kommunikationsmodul 500 verbunden. Das Batterie-Array 200 wird durch die Verbindung mehrerer Batterien in einer Batteriebox gebildet. Das Kühlsystem 300 verwendet im Allgemeinen einen Flüssigkeitskühlmodus zur Kühlung der Batterien im Batterie-Array 200. Das Heizsystem 400 verwendet im Allgemeinen einen PTC-Heizwiderstand zum Heizen der Batterien im Batterie-Array 200. Das mobile Kommunikationsmodul 500 greift in einem 2G/3G 4G 5G-Mobilkommunikationsmodus auf ein Mobilfunknetz zu und verbindet sich so mit dem Internet, um auf eine Website im Internet zuzugreifen. Der Prozessor 100 ist im Allgemeinen ein Prozessor in einer Batteriemanagementeinheit in der Batteriebox und implementiert das Batteriemanagement durch Ausführen eines Computerprogrammanweisungssatzes, der in einem Speicher gespeichert ist. Ein Verfahren zur thermischen Steuerung einer Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Verfahren, das vom Prozessor 100 durch Ausführung des Computerprogrammanweisungssatzes implementiert wird. Das Verfahren ist ein Prozess, wenn ein Elektrofahrzeug nach dem Laden der Batterie nicht benutzt wird. Die Funktion des Verfahrens besteht darin, die Batterie auf einer geeigneten Temperatur zu halten, sodass der Benutzer das Fahrzeug jederzeit benutzen kann. Bezugnehmend auf 1 handelt es sich bei dem Verfahren um einen kontinuierlichen zyklischen Prozess, bis das Elektrofahrzeug eingesetzt wird. Wenn das Elektrofahrzeug benutzt wird, geht die Batterie in einen normalen Betriebszustand über, und zu diesem Zeitpunkt wird die thermische Steuerung der Batterie durch einen anderen Prozess verarbeitet, der nicht zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehört. Bezugnehmend auf 1 schließt das Verfahren insbesondere die folgenden Schritte ein:
• Schritt S 1: Erfassen der aktuellen Batterietemperatur;
• Schritt S2: Beurteilen, ob die aktuelle Batterietemperatur eine optimale Arbeitstemperatur ist;
• Schritt S3: Erfassen einer vorhergesagten Lufttemperatur;
• Schritt S4: Beurteilen, ob die vorhergesagte Lufttemperatur eine normale Arbeitstemperatur ist, und Berechnen einer natürlichen Anpassungszeit;
• Schritt S5: Beurteilen, ob die natürliche Anpassungszeit kleiner als t0 ist; und
• Schritt S6: Wiederholtes Ausführen der Schritte S 1 bis S5 nach Abwarten der Zeit t0.
• In Schritt S 1 wird, nachdem die Batterietemperaturen der einzelnen Batterien in Echtzeit mittels einer Sammelschaltung, die auf dem Batterie-Array 200 angeordnet ist, gesammelt wurden, ein durchschnittlicher Wert der gesammelten Batterietemperaturen als die aktuelle Batterietemperatur verwendet.
• In Schritt S2 kann die optimale Arbeitstemperatur im Allgemeinen als ein Bereich, d. h. ein optimaler Arbeitstemperaturbereich, ausgedrückt werden. Daher kann der Schritt S2 so ausgedrückt werden, dass beurteilt wird, ob die aktuelle Temperatur der Batterie im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt. Als Antwort darauf, dass die aktuelle Temperatur der Batterie nicht im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt, wird ein Heizsystem gesteuert, um die Batterie zu heizen, oder ein Kühlsystem gesteuert, um die Batterie zu kühlen, und andernfalls wird Schritt S3 ausgeführt.
• In Schritt S3 wird die vorhergesagte Lufttemperatur über ein Netzwerk erfasst, d. h. der Prozessor 100 ist über das mobile Kommunikationsmodul 500 mit einer Website im Internet verbunden und erfasst die Lufttemperaturvorhersagedaten auf der Website. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei den auf der Website erfassten Lufttemperaturvorhersagedaten um die Lufttemperaturvorhersagedaten eines lokalen Bereichs in den zukünftigen N Stunden. Die Lufttemperaturvorhersagedaten innerhalb der N Stunden sind Lufttemperaturvorhersagedaten von N pro Stunde. Die vorhergesagte Lufttemperatur der vorliegenden Ausführungsform wird nach Berechnung eines Durchschnittswertes ermittelt. Der Wert von N beträgt 3-12.
• In Schritt S4 kann die normale Arbeitstemperatur im Allgemeinen als Bereich ausgedrückt werden, d. h. als normaler Arbeitstemperaturbereich. Auf diese Art und Weise kann der Schritt S4 der Beurteilung, ob die vorhergesagte Lufttemperatur eine normale Arbeitstemperatur ist, als Beurteilung ausgedrückt werden, ob die vorhergesagte Lufttemperatur innerhalb des normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt. Als Antwort darauf, dass die vorhergesagte Lufttemperatur innerhalb des normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt, wird das Heizen oder Kühlen gestoppt, andernfalls wird die natürliche Anpassungszeit berechnet. Die natürliche Anpassungszeit bezieht sich auf die Zeit, die erforderlich ist, damit die Batterietemperatur in einem natürlichen Wärmeabgabe- oder Wärmeaufnahmezustand eine Temperaturdifferenz zwischen der aktuellen Batterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur erfüllt, die kleiner als Th ist, und die Zeit wird als t ausgedrückt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Zeit t, d. h. die natürliche Anpassungszeit, anhand der folgenden Formel berechnet: $$\text{t}=\text{a}\times \text{ln}\left(\text{dT}\right)+\text{b};$$

  

  wobei dT=abs (Te-Tc); a und b vorab gemessene Koeffizienten darstellen; Tc die aktuelle Temperatur der Batterie darstellt; Te die vorhergesagte Lufttemperatur darstellt; 1n eine logarithmische Funktion mit einer natürlichen Konstante E als Basis darstellt und abs einen absoluten Wert darstellt.
• Nach allgemeinem Wissen ist die Menge an Wärme, die ein Objekt unter natürlichen Kühlbedingungen innerhalb einer Zeiteinheit abgibt, direkt proportional zur Temperaturdifferenz, die als Differentialgleichung ausgedrückt wird: $$\frac{dQ}{dt}=k\left(T-T_0\right);$$

  

  wobei dQ und dt jeweils Differentialformen von abgeführter Wärme und Zeit darstellen, k einen Leitfähigkeitskoeffizienten darstellt, T die aktuelle Temperatur und T₀ eine Umgebungstemperatur darstellt.
• Da die Temperaturänderung des Objekts in direktem Verhältnis zur abgeleiteten Wärme steht: $$\text{dT}=-\text{c*dQ};$$

  

  wobei c als spezifischer Wärmekapazitätskoeffizient ausgedrückt werden kann und dT eine Ableitungsform der Temperatur des Objekts ist.
• Die beiden Formeln werden kombiniert und ergeben: $$dt=\frac{dt}{-ck\left(T-T_0\right)}.$$

  
• Als Antwort darauf, dass T_c>T_e ist, wird Tc als anfängliche Temperatur verwendet, T_e+T_h wird als Endtemperatur verwendet, T₀ wird zur Substitution durch T_e ersetzt und die Integration wird auf beiden Seiten durchgeführt, um Folgendes zu erhalten: $$t={\displaystyle \int dt={\displaystyle {\int }_{T_c}^{T_e+Th}\frac{1}{-c\left(T-T_0\right)}dT=\frac{1}{-c}\left(ln\left(Th\right)-ln\left(T_C-T_e\right)\right)};}$$

  

  dann: $$\text{t}=\text{a}\times \text{ln}\left(\text{Tc}-\text{Te}\right)+\text{b},\text{ wobei }a=\frac{1}{ck},b=-\frac{ln\left(Th\right)}{ck}.$$

  
• Als Antwort darauf, dass Tc<Te ist, wird Tc als anfängliche Temperatur verwendet, Te-Th wird als Endtemperatur verwendet, T₀ wird zur Substitution durch Te ersetzt und die Integration wird auf beiden Seiten durchgeführt, um Folgendes zu erhalten: $$t={\displaystyle \int dt={\displaystyle {\int }_{T_c}^{T_e-T}\frac{1}{-ck\left(T-T_0\right)}dT=\frac{1}{-ck}\left(ln\left(Th\right)-ln\left(T_e-T_c\right)\right)}}$$

  

  dann: $$\text{t}=\text{a}\times \text{ln}\left(\text{Te}-\text{Tc}\right)+\text{b},\text{ wobei }a=\frac{1}{ck},b=-\frac{ln\left(Th\right)}{ck}.$$

  
• Es zeigt sich also, dass es unabhängig von Tc>Te oder Tc<Te Formen gibt: t= a×ln(dT)+b, dT =abs(Te-Tc), und die Koeffizienten a und b der beiden Formeln sind die gleichen. Es ist daher auch ersichtlich, dass die Berechnungsformel für die natürliche Anpassungszeit der Ausführungsformen der Offenbarung aus der Formelableitung abgeleitet ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Koeffizienten a und b durch tatsächliche Messung ermittelt und dann in einem Speicher gespeichert. Der Fachmann wird verstehen, dass die Größe, die Struktur des Produkts und die thermische Isolierung jedes Batteriepacks die natürliche Wärmeableitung und Wärmeaufnahme der Batterie beeinflussen und damit auch die numerischen Werte der Koeffizienten a und b. Die Größe, die Struktur und die thermische Isolierung der verschiedenen Vorrichtungen sind jedoch möglicherweise nicht identisch, sodass die Koeffizienten a und b nur durch Messung ermittelt werden können.
• Nach der obigen Formel ist b/a= -ln(Th), aber das tatsächliche Messergebnis kann eine relativ große Abweichung vom theoretischen Wert aufweisen. Die Beziehung zwischen einer natürlichen Abkühlungszeit und der für ein bestimmtes Batteriepack gemessenen Temperaturdifferenz ist beispielsweise in 3 dargestellt. Nach den in 3 gezeigten experimentellen Daten werden die natürliche Abkühlungszeit und die Temperaturdifferenz als logarithmische Kurve dargestellt, wenn der Wert von Th 10 ist, und die logarithmische Kurve wird angepasst, um a=17097 und b=-18662 zu erhalten.
• Darüber hinaus ist der normale Arbeitstemperaturbereich hierin ein Bereich, der größer ist als der optimale Arbeitstemperaturbereich in Schritt S2. Insbesondere ist eine Obergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs größer als eine Obergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs, und eine Untergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs ist kleiner als eine Untergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs. In der vorliegenden Ausführungsform ist der optimale Arbeitstemperaturbereich [Ta, Tb], und dann ist der normale Arbeitstemperaturbereich [Ta-Th, Tb+Th], oder der normale Arbeitstemperaturbereich ist [Ta, Tb], und der optimale Arbeitstemperaturbereich ist [Ta +Th, Tb-Th]. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist die Obergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs Th größer als die Obergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs und die Untergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs ist Th kleiner als die Untergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs. Th ist hierin der in der natürlichen Anpassungszeit definierte Schwellenwert Th, der im Idealfall 10 beträgt.
• Der Schritt S5 schließt insbesondere Folgendes ein: als Antwort darauf, dass t<t0 ist, das Beenden des Heizens oder Kühlens der Batterie und ansonsten das Heizen oder Kühlen der Batterie.
• Schritt S6 zeigt an, dass die Schritte S 1 bis S5 ein Schleifenkörper sind. Aus den obigen Schritten S 1 bis S5 ist ersichtlich, dass bei jedem Umlauf des Verfahrens einmal ein Steuerbefehl an das Kühlsystem 300 und das Heizsystem 400 ausgegeben werden kann, wobei die Steueranweisung eine Ausschaltanweisung oder eine Einschaltanweisung sein kann. Um häufige Start- und Stoppvorgänge des Kühlsystems 300 und des Heizsystems 400 zu vermeiden, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein bestimmtes Zeitintervall zwischen den einzelnen Umwälzvorgängen festgelegt. Das Zeitintervall ist die Wartezeit bis in Schritt S6. Hier ist das Zeitintervall dasselbe wie im Zustand von t<t0 in Schritt S5.
• Das Funktionsprinzip der Ausführungsformen der Offenbarung ist wie folgt:
• Nach der vorstehenden Formel: $dt=\frac{dt}{-c\left(T-T_0\right)};$

  

  für die beiden Fälle T>T₀ und T<T₀ wird auf beiden Seiten ein unbestimmtes Integral durchgeführt, um jeweils Folgendes zu erhalten: $$t={\displaystyle \int \frac{1}{-ck\left(T-T_0\right)}}dT=\frac{1}{-ck}\left(T-T_0\right)+C\text{ und }t={\displaystyle \int \frac{1}{-c\left(T-T_0\right)}}dT=\frac{1}{-ck}ln\left(T_0-T\right)+C$$

  
• Die obigen Formeln werden umgewandelt, um jeweils Folgendes zu erhalten: $$\text{T}={\text{e}}^{-\text{ck}\left(\text{t}-\text{C}\right)}+{\text{T}}_0\text{ und T}={\text{T}}_0-{\text{e}}^{-\text{ck}\left(\text{t}-\text{C}\right)}$$

  
• Die obigen Formeln können vereinfacht werden zu: $$\text{T}={\text{me}}^{-\text{ut}}+{\text{T}}_0\text{ und T}={\text{T}}_0-{\text{ne}}^{-\text{ut}}\mathrm{.,}\text{ u}=\text{ck}.$$

  
• T₀ wird zur Substitution durch Te ersetzt, und wenn t=0 ist, wird T=Tc substituiert, um m=Tc-Te und n=Te-Tc zu erhalten, und dann können die beiden Formeln vereinheitlicht werden: $$\text{T}=\left({\text{T}}_{\text{c}}-{\text{T}}_{\text{e}}\right){\text{e}}^{-\text{ut}}+{\text{T}}_{\text{e}}$$

  
• Im Zustand der natürlichen Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme erreicht die Batterietemperatur also nach der Zeit t0 die Temperatur T₀=(Tc-Te)e^-uto+Te von der aktuellen Batterietemperatur.
• In Schritt S5 stellt t<t0 dar, dass als Antwort auf Tc>Te, dann T₀<Te+Th, das heißt, (Tc-Te) e^-uto<Th; als Antwort darauf, dass Tc<Te, T₀>Te-Th, das heißt, (Te-Tc)e^-uto<Th.
• Die beiden Formeln werden zusammengeführt und ergeben: dT<Th*e^uto, dT=abs(Te-Tc). Das heißt, theoretisch ist Schritt S5 gleichbedeutend mit der Beurteilung, ob die Temperaturdifferenz zwischen der vorhergesagten Lufttemperatur Te und der aktuellen Batterietemperatur Tc geringer ist als ein Schwellenwert Th*e^uto, und das Heizen oder Kühlen wird beendet, wenn die Temperaturdifferenz geringer ist als Th*e^uto. Wie bei den vorherigen experimentellen Daten gibt es jedoch einen relativ großen Unterschied zwischen der theoretischen Situation und der tatsächlichen Situation.
• Außerdem handelt es sich bei der Vorrichtung in den Ausführungsformen der Offenbarung um eine virtuelle Vorrichtung, die dem vorgenannten Verfahren entspricht, und eine darin eingeschlossene Komponente ist ein Schritt, der dem Verfahren entspricht, sodass Details nicht nochmals beschrieben werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur thermischen Steuerung einer Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage, das die folgenden Schritte umfasst: Schritt S1: Erfassen der aktuellen Batterietemperatur; Schritt S2: Beurteilen, ob die aktuelle Batterietemperatur innerhalb eines optimalen Arbeitstemperaturbereichs liegt; als Antwort darauf, dass die aktuelle Batterietemperatur nicht im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt, Steuern eines Heizsystems zum Heizen der Batterie oder Steuern eines Kühlsystems zum Kühlen der Batterie, und als Antwort darauf, dass die aktuelle Batterietemperatur im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt, Ausführen von Schritt S3; Schritt S3: Erfassen einer vorhergesagten Lufttemperatur eines lokalen Bereichs über ein Netzwerk; Schritt S4: als Antwort darauf, dass die vorhergesagte Lufttemperatur innerhalb eines normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt, Beenden des Heizens oder Kühlens der Batterie, und als Antwort darauf, dass die vorhergesagte Lufttemperatur nicht innerhalb des normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt, Berechnen einer Dauer t, die erforderlich ist, damit die Batterietemperatur eine Zielbatterietemperatur von der aktuellen Batterietemperatur in einem natürlichen Wärmeabgabe- oder Wärmeaufnahmezustand erreicht, um die Anforderungen zu erfüllen, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen der Zielbatterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur kleiner als Th ist, Th einen voreingestellten Temperaturschwellenwert darstellt, eine Obergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs größer als eine Obergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist und eine Untergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs kleiner als eine Untergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist; Schritt S5: als Antwort darauf, dass t<t0, Beenden des Heizens oder Kühlens der Batterie, und als Antwort darauf, dass t≥t0. Heizen oder Kühlen der Batterie; wobei t0 einen voreingestellten Zeitschwellenwert darstellt; und Schritt S6: wiederholtes Ausführen der Schritte S1 bis S5.
2. Verfahren zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage nach Anspruch 1, wobei im Schritt S6 die Schritte S 1 bis S5 nach dem Abwarten eines bestimmten Zeitintervalls wiederholt ausgeführt werden.
3. Verfahren zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage nach Anspruch 2, wobei im Schritt S6 das Wartezeitintervall t0 ist.
4. Verfahren zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage nach Anspruch 1, wobei im Schritt S4 die Zeit t unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird: $$\text{t}=\text{a}\times \text{ln}\left(\text{dT}\right)+\text{b};$$

   

   wobei t die Zeit darstellt, die die Batterietemperatur im Zustand der natürlichen Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme benötigt, um die Temperaturdifferenz zwischen der aktuellen Batterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur zu erfüllen, die kleiner als Th ist; $$\text{dT}=\text{abs}\left(\text{Te}-\text{Tc}\right);$$

   

   a und b vorab gemessene Koeffizienten darstellen; Tc die aktuelle Temperatur der Batterie darstellt; und Te die vorhergesagte Lufttemperatur darstellt.
5. Verfahren zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf Lufttemperaturvorhersagedaten nach Anspruch 1, wobei im Schritt S3 die Lufttemperaturvorhersagedaten des lokalen Bereichs in den zukünftigen N Stunden über das Netzwerk erfasst werden und dann die vorhergesagte Lufttemperatur durch Berechnung eines Durchschnittswerts der Lufttemperaturvorhersagedaten erhalten wird.
6. Vorrichtung zur thermischen Steuerung einer Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage, die die folgenden Komponenten umfasst: eine Komponente M1, die so konfiguriert ist, dass sie eine aktuelle Temperatur der Batterie erfasst; eine Komponente M2, die so konfiguriert ist, dass sie beurteilt, ob die aktuelle Batterietemperatur innerhalb eines optimalen Arbeitstemperaturbereichs liegt; als Antwort darauf, dass die aktuelle Batterietemperatur nicht im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt, Steuern eines Heizsystems zum Heizen der Batterie oder Steuern eines Kühlsystems zum Kühlen der Batterie, und als Antwort darauf, dass die aktuelle Batterietemperatur im optimalen Arbeitstemperaturbereich liegt, Ausführen einer Komponente S3; die Komponente M3, die so konfiguriert ist, dass sie über ein Netzwerk eine vorhergesagte Lufttemperatur für einen lokalen Bereich erfasst; eine Komponente M4, die so konfiguriert ist, dass sie als Antwort darauf, dass die vorhergesagte Lufttemperatur innerhalb eines normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt, das Heizen oder Kühlen der Batterie beendet, und als Antwort darauf, dass die vorhergesagte Lufttemperatur nicht innerhalb des normalen Arbeitstemperaturbereichs liegt, eine Dauer t berechnet, die erforderlich ist, damit die Batterietemperatur eine Zielbatterietemperatur von der aktuellen Batterietemperatur in einem natürlichen Wärmeabgabe- oder Wärmeaufnahmezustand erreicht, um die Anforderungen zu erfüllen, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen der Zielbatterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur kleiner als Th ist, Th einen voreingestellten Temperaturschwellenwert darstellt, eine Obergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs größer als eine Obergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist und eine Untergrenze des normalen Arbeitstemperaturbereichs kleiner als eine Untergrenze des optimalen Arbeitstemperaturbereichs ist; eine Komponente M5, die konfiguriert ist, um als Antwort auf t<t0 das Heizen oder Kühlen der Batterie zu beenden und als Antwort auf t≥t0 die Batterie zu heizen oder zu kühlen; wobei t0 einen voreingestellten Zeitschwellenwert darstellt; und eine Komponente M6, die so konfiguriert ist, dass sie die Komponenten M1 bis M5 wiederholt ausführt.
7. Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage nach Anspruch 6, wobei in der Komponente M6 die Komponenten M1 bis M5 nach dem Abwarten eines bestimmten Zeitintervalls wiederholt ausgeführt werden.
8. Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage nach Anspruch 7, wobei in der Komponente M6 das Wartezeitintervall t0 ist.
9. Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf einer Lufttemperaturvorhersage nach Anspruch 6, wobei in der Komponente M4 die Zeit t unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird: $$\text{t}=\text{a}\times \text{ln}\left(\text{dT}\right)+\text{b};$$

   

   wobei t die Zeit darstellt, die die Batterietemperatur im Zustand der natürlichen Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme benötigt, um die Temperaturdifferenz zwischen der aktuellen Batterietemperatur und der vorhergesagten Lufttemperatur zu erfüllen, die kleiner als Th ist; $$\text{dT}=\text{abs}\left(\text{Te}-\text{Tc}\right)$$

   

   a und b vorab gemessene Koeffizienten darstellen; Tc die aktuelle Temperatur der Batterie darstellt; und Te die vorhergesagte Lufttemperatur darstellt.
10. Vorrichtung zur thermischen Steuerung der Batterie nach dem Laden basierend auf Lufttemperaturvorhersagedaten nach Anspruch 6, wobei in der Komponente M3 die Lufttemperaturvorhersagedaten des lokalen Bereichs in den zukünftigen N Stunden über das Netzwerk erfasst werden und dann die vorhergesagte Lufttemperatur durch Berechnung eines Durchschnittswerts der Lufttemperaturvorhersagedaten erhalten wird.

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