本發(fā)明涉及溫控電池管理，尤其涉及一種小型家用電器高效溫控電池管理方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著智能家居和便攜式電子設備的普及，小型家用電器的性能與功能不斷增強，對電池管理和散熱技術的要求也隨之提高。在這些設備中，電池不僅需要提供長時間的電力支持，還需在有限的空間內(nèi)保持良好的工作溫度，以確保設備的穩(wěn)定運行和電池壽命。然而，現(xiàn)有的電池管理和散熱技術面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是在小型設備中實現(xiàn)有效散熱的難度較大，這主要是由于以下幾個方面的缺陷：

2、有限的散熱空間：小型家用電器的體積和設計限制了散熱系統(tǒng)的大小和形式，傳統(tǒng)的散熱方案如大型散熱片、風扇等難以適用，這導致散熱效率低下，無法滿足高性能電器的散熱需求。

3、散熱效率不足：現(xiàn)有技術中的散熱材料和設計往往無法在緊湊的空間內(nèi)實現(xiàn)高效的熱傳導和對流，這限制了熱量的快速分散，增加了電池過熱的風險，從而影響設備性能和電池安全。

4、缺乏智能溫控：傳統(tǒng)的溫控解決方案多依賴于簡單的熱感應器件和機械式調(diào)節(jié)機制，缺乏智能化控制，無法根據(jù)電池的實時工作狀態(tài)和外部環(huán)境動態(tài)調(diào)整散熱策略，導致散熱響應不夠靈敏和精確。

5、能源管理不佳：在現(xiàn)有技術中，電池管理系統(tǒng)往往未能有效結(jié)合能源消耗和散熱需求，導致在不需要高性能輸出時仍維持高能耗狀態(tài)，增加了不必要的能源浪費和熱產(chǎn)生。

6、維護和可靠性問題：現(xiàn)有散熱系統(tǒng)的維護較為困難，尤其是在緊湊的設備內(nèi)部，一旦散熱系統(tǒng)出現(xiàn)問題，可能導致設備過熱、性能下降甚至損壞，而系統(tǒng)的自我檢測和故障預警機制不足，難以及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。

7、因此，如何提供一種小型家用電器高效溫控電池管理方法及系統(tǒng)是本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的在于提出一種小型家用電器的高效溫控電池管理方法及系統(tǒng)，本發(fā)明通過結(jié)合高導熱材料的散熱結(jié)構設計、緊湊型散熱機械構造、智能溫度控制策略、動態(tài)可調(diào)節(jié)的散熱系統(tǒng)、計算機模擬與優(yōu)化技術、自適應能源管理以及集成式設計方法，提供了一套高效、智能的溫控和電池管理解決方案。這一方案特別適用于空間有限且散熱難度大的小型家用電器，能夠在確保設備高性能運行的同時，優(yōu)化能源利用效率，延長電池壽命，并減少對環(huán)境的影響。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的一種小型家用電器的高效溫控電池管理方法，包括以下步驟：

3、s1、采集電池的實時工作參數(shù)，根據(jù)電池實時工作參數(shù)計算電池的實時熱負荷；

4、s2、根據(jù)電池實時熱負荷，通過預設的溫控策略數(shù)據(jù)庫，確定相應的散熱需求；

5、s3、根據(jù)散熱需求，激活相應的散熱模塊；

6、s4、實時監(jiān)控散熱過程的效率，通過反饋調(diào)整散熱模塊的工作狀態(tài)，將電池溫度維持在最佳工作范圍內(nèi)；

7、s5、利用智能算法根據(jù)電池使用狀態(tài)和外部環(huán)境自動調(diào)整溫控策略，進行散熱效率和能源管理；

8、s6、在電池工作狀態(tài)低負荷時，自動降低散熱模塊的工作強度減少能耗；

9、s7、定期對散熱系統(tǒng)進行自我檢測及時發(fā)現(xiàn)并處理故障，保持散熱模塊系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。

10、可選的，所述s1具體包括：

11、s11、采集電池的電壓v、電流i、表面溫度t，以及環(huán)境溫度tenv和濕度henv作為實時工作參數(shù)；

12、s12、計算電池的實時功率消耗p：

13、

14、其中，v(t′)和i(t′)分別代表在時間t′的瞬時電壓和電流，積分從某一初始時刻t0至當前時刻t；

15、s13、估算電池的實時熱負荷q，基于功率消耗和電池效率η：

16、q＝p×(1-η)；

17、其中，η表示電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

18、可選的，所述s2具體包括：

19、s21、建立溫控策略數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫根據(jù)不同的電池工作狀態(tài)和環(huán)境條件預設一系列的散熱需求參數(shù)，包括散熱模式m和散熱強度閾值ithreshold；

20、s22、根據(jù)采集到的電池實時熱負荷q、環(huán)境溫度tenv和濕度henv，利用數(shù)據(jù)庫中的映射關系確定散熱需求：

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

22、其中，m是所推薦的散熱模式的數(shù)值表示，可以根據(jù)該值選擇具體的散熱策略，q是電池的實時熱負荷，tenv是環(huán)境溫度，henv是環(huán)境濕度，a、b、c和d是根據(jù)實際散熱需求和系統(tǒng)預先確定的系數(shù)，進行調(diào)整各因素對散熱模式選擇的影響程度；

23、s23、針對已確定散熱模式m使用所需的散熱強度irequired：

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

25、其中，irequired是所需的散熱強度，q是電池的實時熱負荷，ithreshold是散熱強度的閾值，即在特定條件下開始增加散熱強度的最小熱負荷，tenv是當前的環(huán)境溫度，qbase是基準熱負荷，當熱負荷低于此值時，散熱系統(tǒng)可能工作在基本或最低強度水平，tbase是基準環(huán)境溫度，用于調(diào)整環(huán)境溫度對散熱需求的影響，k和m是根據(jù)實際散熱需求和系統(tǒng)設計的系數(shù)，進行調(diào)整電池熱負荷和環(huán)境溫度對所需散熱強度的影響程度；

26、s24、確定散熱模式m和散熱強度irequired后，系統(tǒng)自動調(diào)整散熱模塊的工作狀態(tài)。

27、可選的，所述s3具體包括：

28、s31、根據(jù)所確定的散熱需求，選擇對應的散熱模式m，包括但不限于自然散熱、強制風冷、液體冷卻；

29、s32、對于自然散熱模式，不采取主動散熱措施，依賴電器設計的自然散熱能力維持溫度控制；

30、s33、對于強制風冷模式，激活內(nèi)置微型風扇，根據(jù)所需散熱強度irequired調(diào)整風扇轉(zhuǎn)速sfan：

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

32、其中，sfan表示風扇轉(zhuǎn)速，irequired為所需散熱強度，tenv為環(huán)境溫度，tambient為預設的基線環(huán)境溫度，v、w和x是根據(jù)風扇性能和散熱需求調(diào)整的系數(shù)；

33、s34、對于液體冷卻模式，啟動液體冷卻泵，根據(jù)所需散熱強度irequired和環(huán)境溫度tenv調(diào)整泵的流量fpump：

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

35、其中，fpump表示泵的流量，irequired為所需散熱強度，tenv為環(huán)境溫度，tcoolant為冷卻液的基線溫度，y、z和a1是根據(jù)冷卻系統(tǒng)性能和散熱需求調(diào)整的系數(shù)；

36、s35、根據(jù)散熱模塊的實際工作狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整散熱策略。

37、可選的，所述s4具體包括：

38、s41、實時監(jiān)控電池溫度tbattery和散熱模塊的工作狀態(tài)，包括散熱模塊的工作模式m、風扇轉(zhuǎn)速sfan或泵的流量fpump；

39、s42、計算電池溫度變化率δt/δt，其中δt表示電池溫度的變化量，δt表示時間的變化量；

40、s43、根據(jù)電池溫度變化率δt/δt和預設的溫度控制目標，調(diào)整散熱模塊的工作狀態(tài)對于風扇轉(zhuǎn)速sfan：

41、sfan_new≤sfan+α·(δt/δt)；

42、其中，sfan_new為調(diào)整后的風扇轉(zhuǎn)速，α為根據(jù)散熱需求調(diào)整的系數(shù)，用于調(diào)整溫度變化率對風扇轉(zhuǎn)速的影響程度；

43、對于泵的流量fpump：

44、fpump_new＝fpump+β·(δt/δt)；

45、其中，fpump_new為調(diào)整后的泵流量，β為根據(jù)散熱需求調(diào)整的系數(shù)，用于調(diào)整溫度變化率對泵流量的影響程度；

46、s44、根據(jù)調(diào)整后的散熱模塊工作狀態(tài)sfan_new或fpump_new，重新評估散熱效率和能耗，確保電池溫度維持在最佳工作范圍內(nèi)，同時優(yōu)化系統(tǒng)的整體能效。

47、可選的，所述s5具體包括：

48、s51、利用支持向量機(svm)算法，基于電池使用狀態(tài)和外部環(huán)境數(shù)據(jù)構建溫控策略模型：

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

50、其中，每個樣本(xi,yi)由特征向量xi和標簽yi組成，特征向量xi由電池電流ii、電壓vi、溫度環(huán)境溫度和環(huán)境濕度構成；

51、s52、svm算法通過訓練數(shù)據(jù)集學習電池的運行狀態(tài)與散熱需求之間的關系，構建一個決策邊界：

52、svmmodel＝train(svm,datatrain)；

53、其中，svmmodel代表訓練完成的svm模型，datatrain代表用于訓練的數(shù)據(jù)集，包括電池和環(huán)境狀態(tài)的特征及對應的散熱需求標簽；

54、s53、使用svmmodel根據(jù)實時采集的電池和環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)預測散熱需求：

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

56、其中，mnew和irequired_new分別代表預測得到的散熱模式和散熱強度，predict代表svm模型的預測函數(shù)；

57、s54、根據(jù)支持向量機預測結(jié)果自動調(diào)整散熱模塊的工作狀態(tài)。

58、可選的，所述s6具體包括：

59、s61、實時監(jiān)測電池的工作狀態(tài)，根據(jù)電池的工作狀態(tài)確定電池的負荷等級l，當負荷等級l低于預設的低負荷閾值lthreshold，則判斷電池處于低負荷工作狀態(tài)：

60、l＝λ·i+μ·v+v·tbattery；

61、其中，λ、μ和v為權重系數(shù)，調(diào)整電流、電壓和溫度對負荷等級的貢獻程度；

62、s62、在電池處于低負荷工作狀態(tài)時，自動降低散熱模塊的工作強度irequired：

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

64、其中，irequired_new為調(diào)整后的散熱強度，imin為散熱模塊的最小工作強度，δ為調(diào)整系數(shù)，用于調(diào)整負荷等級差距對散熱強度降低的影響程度。

65、可選的，所述s7具體包括：

66、s71、定期對散熱系統(tǒng)進行自我檢測，采集散熱模塊的關鍵性能參數(shù)

67、s72、對采集的數(shù)據(jù)進行分析，評估散熱系統(tǒng)的當前工作狀況：

68、

69、其中，qremoved表示實際移除的熱量，qgenerated表示電池產(chǎn)生的熱量，ηcooling表示散熱效率；

70、s73、若檢測到散熱效率低于預設的最小效率閾值ηmin，則自動觸發(fā)故障診斷程序，診斷程序檢查散熱模塊的物理損壞、堵塞或電子控制單元的故障；

71、s74、根據(jù)故障診斷結(jié)果，系統(tǒng)提出維護或更換建議，并向用戶或維護人員發(fā)出警告，以確保散熱系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和電池的安全運行。

72、一種小型家用電器的高效溫控電池管理系統(tǒng)，包括：

73、傳感器模塊，實時采集電池的電壓v、電流i、溫度tbattery以及環(huán)境溫度tenv和濕度henv；

74、控制單元，與傳感器模塊相連，接收和處理傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)，該控制單元包含一個微處理器和內(nèi)置的存儲設備，存儲設備中預存有溫控策略數(shù)據(jù)庫和人工智能算法；

75、散熱模塊，由控制單元控制，包括微型風扇、熱管和液體冷卻系統(tǒng)，用于根據(jù)控制單元的指令調(diào)整散熱強度和模式；

76、通信接口，進行系統(tǒng)與外部設備的數(shù)據(jù)交換，支持故障診斷信息和系統(tǒng)狀態(tài)的遠程監(jiān)控；

77、電源管理模塊，管理電池充放電過程，減少熱產(chǎn)生，延長電池壽命，同時保持設備的高性能運行；

78、人工智能模塊，實現(xiàn)在控制單元內(nèi)部，來分析電池使用狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整溫控策略和散熱模塊的工作狀態(tài)。

79、本發(fā)明的有益效果是：

80、(1)本發(fā)明通過高效熱傳遞設計和緊湊的散熱系統(tǒng)實現(xiàn)了在小型家用電器中的高效散熱，特別針對有限空間內(nèi)散熱難度大的問題，采用高導熱材料和獨特散熱路徑設計，以及微型風扇和微通道液體冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新應用，顯著提高了散熱效率，有效降低了電池和設備的工作溫度，確保了設備的穩(wěn)定性和電池的安全性。

81、(2)本發(fā)明通過智能溫度控制策略和動態(tài)熱管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了根據(jù)電池使用狀態(tài)和外部環(huán)境自動調(diào)整散熱策略，達到最優(yōu)的能效比和電池保護，利用電子工程和人工智能技術開發(fā)的智能算法，能夠?qū)崟r監(jiān)控和動態(tài)調(diào)整散熱強度，提升了散熱系統(tǒng)的響應速度和精確度。

82、(3)本發(fā)明通過高級模擬和優(yōu)化技術，以及自適應能源管理策略，提高了系統(tǒng)的整體能效和電池使用壽命，使用計算機科學技術進行的高級熱模擬和流體動力學分析，優(yōu)化了散熱設計，減少了能源浪費，同時，智能算法優(yōu)化的充放電過程減少了熱產(chǎn)生，延長了電池壽命。