[发明专利]自动驾驶电动汽车动力电池热管理系统优化方法

说明书

一种自动驾驶电动汽车动力电池热管理系统优化方法，属于新能源汽车电池技术领域。本发明的目的是通过信息物理系统获取交通状态信息，并采用粒子群算法优化自动驾驶电动汽车的未来车速，以节约电动汽车能耗，减小电池组生热的自动驾驶电动汽车动力电池热管理系统优化方法。本发明的步骤是：自动驾驶电动汽车未来车速优化；建立电动汽车动力电池热管理系统面向控制的模型；基于驾驶习惯和环境温度的电池期望温度优化；基于多目标蚁群算法的动力电池组温度滚动时域优化。本发明基于外界环境温度以及用户行驶特征等信息，以节约热管理系统能耗为目标优化电池组期望温度。采用多目标蚁群算法在预测时域内滚动优化水泵、压缩机和风扇的转速，以调节电池组的温度，并提高电池热管理系统冷却过程的能耗经济性。

技术领域

本发明属于新能源汽车电池技术领域。

背景技术

为缓解日益严重的能源危机和环境污染问题，在政策支持和技术进步的推动下，电动汽车的销量迅速上升。同时，随着人口和出行需求的增加，为减缓交通拥堵、提高出行效率，自动驾驶电动汽车的研究迅速发展起来。自动驾驶电动汽车搭载先进的传感系统，可以获取周边车辆的信息和车辆自身运动状态信息，并且可以识别信号灯、限速牌、停车标志等交通设施。基于交通状态信息，自动驾驶电动汽车可以对自身行驶状态进行调整，提高汽车运行的安全性和能源利用率。

然而，城市道路中的驾驶工况极为复杂，传统的自动驾驶电动汽车为了遵守交通规则并保持与前车的距离，需要产生激进的加减速行为从而加剧其单位时间内的能耗，使动力电池组的生热率增大。作为电动汽车的核心部件，动力电池组对温度极为敏感。电池产生的热量如果不能及时排出，将导致电池的性能衰减、加速老化，甚至出现热失控或爆炸。此外，当夏季外界温度较高时，电动汽车电池热管理系统的制冷过程由动力电池本身提供能量，其能耗占整个电动汽车总能耗的20％到40％，严重影响了车辆的续航里程和电池性能。因此，针对自动驾驶电动汽车，基于交通状态信息规划其未来的运动状态以减小电池组的热负荷，采取有效的热管理措施使动力电池在适宜的温度范围内，并减小电池热管理系统的能耗，对于保证汽车的安全性以及提升动力电池的整体能效至关重要。

专利CN113928182A公开了一种基于全局交通信息的混合动力汽车电池热管理优化系统，该发明利用已知的全局车速信息，得到全局的电池需求功率，并基于动态规划算法调节气体冷却和液体冷却的作用效果，然而全局交通信息难以准确获得，并且该发明无法针对不同的用户行驶特征设计相应的热管理策略，当路况突然变化时难以保证热管理系统的有效性。专利CN114435190A公开了一种电池热管理控制方法、系统、车辆及存储介质，该发明基于车主驾驶习惯数据，结合使用场景、交通情况和环境因素，制定相应的热管理策略，但是该发明不能基于交通状态信息自主规划汽车的运动状态以减小电动汽车和热管理系统的能耗，在复杂工况下电动汽车的能效相对较低。专利CN113581019A公开了一种混合驱动无人驾驶矿用卡车的能量管理方法，该发明基于车辆行驶路径，以最小能耗为目标对混动无人驾驶卡车进行车速规划，从而延长燃料电池和动力电池组的使用寿命，但是该发明没有对电池组设计有效的热管理策略，当电池温度过高时无法保证无人驾驶车辆的安全性。

目前已公开的专利针对电动汽车动力电池的热管理系统优化的研究大多基于车辆行驶工况已经确定或用户行驶特征不发生变化的条件，虽然车辆行驶工况可以提前预测，但是无法保证全局车速预测的准确性。并且随着自动驾驶技术的应用，电动汽车的车速可以实时规划，从而减小整体能耗和电池组的热负荷，但是目前对于自动驾驶电动汽车缺乏有效的热管理策略。此外，目前热管理系统优化方法的研究大多基于传统的优化策略，在复杂工况下难以使电池维持在适宜的温度范围，无法充分保证安全性，并且浪费了许多不必要的能量。

综上所述，基于自动驾驶电动汽车，如何进一步分析交通信息并规划自身车辆未来行驶车速，以减小电动汽车的能耗和电池生热，保证电动汽车的安全性和续航里程；如何基于外界环境温度以及用户行驶特征等信息规划动力电池组的目标温度，以提高动力电池热管理系统的效率；以及如何处理减小电池组温度偏差和减小电池热管理系统能耗的多目标优化问题，是目前亟待解决的问题。

发明内容