本技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)，尤其涉及一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在嚴(yán)寒救援或極地勘探中，精密探測設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行高度依賴可靠的電力供應(yīng)。然而嚴(yán)寒救援或極地勘探環(huán)境的極端嚴(yán)寒特性，對供電設(shè)備構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。移動(dòng)電源因其便攜性，在嚴(yán)寒救援或極地勘探的野外作業(yè)和設(shè)備移動(dòng)場景中不可或缺。然而，現(xiàn)有移動(dòng)電源技術(shù)在嚴(yán)寒條件下暴露出諸多局限性。

2、首先，極低溫環(huán)境顯著降低了電池性能。在嚴(yán)寒條件下，電池內(nèi)部電解液的粘度增加，離子遷移速率減緩，導(dǎo)致電池充放電效率和容量大幅下降。尤其是在充電過程中，低溫會(huì)嚴(yán)重阻礙電化學(xué)反應(yīng)，延長充電時(shí)間，甚至導(dǎo)致充電失敗。同時(shí)，充電過程中產(chǎn)生的熱量在極地環(huán)境中極易散失，進(jìn)一步加劇電池溫度降低，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響能源利用效率。

3、其次，用于探測的精密探測設(shè)備，如氣象觀測、冰芯分析、地質(zhì)勘探等儀器，其功耗需求呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。不同設(shè)備功耗水平差異顯著，且同一設(shè)備在不同工作階段的功耗也會(huì)隨任務(wù)需求波動(dòng)。這種負(fù)載功耗的動(dòng)態(tài)性，要求移動(dòng)電源必須具備快速、精確的功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，以保障各類設(shè)備在不同工況下的穩(wěn)定運(yùn)行和探測數(shù)據(jù)的連續(xù)采集。

4、再者，在野外救援或探測環(huán)境中，資源極其匱乏。惡劣的自然環(huán)境和后勤保障的限制，使得精密探測設(shè)備維護(hù)成本極高，難度極大。因此，移動(dòng)電源的可靠性至關(guān)重要。任何供電系統(tǒng)的故障都可能導(dǎo)致救援任務(wù)或勘探任務(wù)中斷，甚至造成難以估量的損失。因此，移動(dòng)電源必須具備極高的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性，能夠在極端嚴(yán)寒、無人值守或少人值守的條件下長期穩(wěn)定運(yùn)行。

5、綜上所述，現(xiàn)有移動(dòng)電源技術(shù)難以有效應(yīng)對低溫環(huán)境中的特殊應(yīng)用需求。在極低溫、變負(fù)載、高可靠性的嚴(yán)苛條件下，亟需一種能夠高效穩(wěn)定工作的移動(dòng)電源供電技術(shù)，以解決低溫充電效率低下、充電熱量易散失、負(fù)載動(dòng)態(tài)適應(yīng)性不足等問題，保障精密探測設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行和能源高效利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本技術(shù)提供了一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法及裝置，應(yīng)用于移動(dòng)電源技術(shù)領(lǐng)域，具有通過自適應(yīng)供電保障精密探測設(shè)備在極端環(huán)境下的長期穩(wěn)定運(yùn)行和能源的高效利用的優(yōu)點(diǎn)。

2、第一方面，一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法，移動(dòng)電源至少包括電池組以及與電池組連接的熱回收模塊，所述熱回收模塊為熱傳導(dǎo)元件，用于將充電或放電過程中負(fù)載產(chǎn)生的熱量傳遞至所述電池組，以進(jìn)行熱補(bǔ)償，所述控制方法包括步驟：

3、s1：獲取電池組的溫度數(shù)據(jù)與負(fù)載的功率需求數(shù)據(jù)；

4、s2：根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)計(jì)算所述電池組的溫度偏差，根據(jù)所述功率需求數(shù)據(jù)計(jì)算負(fù)載功率需求變化率；

5、s3：將所述溫度偏差與所述負(fù)載功率需求變化率作為模糊控制器的輸入，通過預(yù)設(shè)模糊控制規(guī)則，計(jì)算熱回收強(qiáng)度與輸出電壓調(diào)整量；

6、s4：根據(jù)熱回收強(qiáng)度調(diào)節(jié)所述熱回收模塊的工作強(qiáng)度，以使電池組維持適宜的工作溫度；根據(jù)所述輸出電壓調(diào)整量調(diào)整所述電池組的輸出電壓，以實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的自適應(yīng)供電。

7、本技術(shù)提供的一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法，通過熱回收模塊實(shí)現(xiàn)了對電池組溫度的有效管理，利用模糊控制實(shí)現(xiàn)了對熱回收強(qiáng)度和輸出電壓的精確、自適應(yīng)調(diào)節(jié)。溫度偏差體現(xiàn)了電池組當(dāng)前溫度與理想溫度的差距，功率需求變化率預(yù)示了負(fù)載功率的變化趨勢，二者結(jié)合作為模糊控制器的輸入，使得控制系統(tǒng)能夠綜合考慮電池組的溫度狀態(tài)和負(fù)載需求，從而更合理地調(diào)節(jié)熱回收強(qiáng)度和輸出電壓，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電源在不同工況下的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。熱回收模塊的應(yīng)用減少了能量浪費(fèi)，提高了能源利用效率，模糊控制的應(yīng)用提升了系統(tǒng)的智能化和自適應(yīng)性，使得移動(dòng)電源能夠更好地滿足復(fù)雜環(huán)境和動(dòng)態(tài)負(fù)載的需求。

8、進(jìn)一步的，步驟s3包括：

9、s31：根據(jù)歷史參數(shù)分別獲取所述溫度偏差、所述負(fù)載功率需求變化率、所述輸出電壓調(diào)整量以及所述熱回收強(qiáng)度的隸屬度函數(shù)，并根據(jù)所述隸屬度函數(shù)配置模糊控制器；

10、s32：采用z-score標(biāo)準(zhǔn)化方法，將所述溫度偏差與所述負(fù)載功率需求變化率映射至[-1,1]區(qū)間；

11、s33：將映射后的所述溫度偏差與所述負(fù)載功率需求變化率輸入至所述模糊控制器中，并根據(jù)預(yù)設(shè)模糊控制規(guī)則得到熱回收強(qiáng)度模糊量與輸出電壓調(diào)整量模糊量；

12、s34：對所述熱回收強(qiáng)度模糊量與所述輸出電壓調(diào)整量模糊量進(jìn)行解模糊處理，并采用重心法計(jì)算輸出電壓調(diào)整量與熱回收強(qiáng)度。

13、本技術(shù)提供的一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法，通過具體化模糊控制器的配置、輸入變量的處理以及輸出變量的解模糊方法，使得模糊控制器的實(shí)現(xiàn)方式更加清晰和完整，提高了移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法的有效性和可靠性。

14、進(jìn)一步的，步驟s31包括：

15、s311：獲取歷史參數(shù)，對所述歷史參數(shù)進(jìn)行剔除異常值、補(bǔ)充缺失值以及平滑數(shù)據(jù)操作的數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)集；

16、s312：基于所述歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)集，采用自適應(yīng)差分進(jìn)化算法優(yōu)化所述隸屬度函數(shù)；

17、s313：計(jì)算優(yōu)化后的隸屬度函數(shù)的各項(xiàng)參數(shù)的均值與方差，將所述均值與方差寫入初始模糊度控制器的隸屬度函數(shù)定義文件中，并重新加載所述初始模糊控制器，得到所述模糊度控制器；其中，各項(xiàng)參數(shù)包括所述溫度偏差、所述負(fù)載功率需求變化率、所述輸出電壓調(diào)整量以及所述熱回收強(qiáng)度。

18、本技術(shù)提供的一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法，通過對歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，保證了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為后續(xù)隸屬度函數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)；采用自適應(yīng)差分進(jìn)化算法，利用歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)優(yōu)化隸屬度函數(shù)，使得隸屬度函數(shù)能夠更好地適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，提高模糊控制器的控制精度；通過計(jì)算優(yōu)化后隸屬度函數(shù)參數(shù)的均值與方差，并將這些統(tǒng)計(jì)量寫入模糊控制器，實(shí)現(xiàn)了隸屬度函數(shù)的確定，完成模糊控制器的配置。通過本方案，解決了模糊控制器中隸屬度函數(shù)難以合理配置的問題，提高了模糊控制系統(tǒng)的性能和自適應(yīng)能力。

19、進(jìn)一步的，步驟s312包括：

20、s3121：基于所述歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)集，初始化自適應(yīng)差分進(jìn)化算法的種群，所述種群中的每個(gè)個(gè)體表示一組所述隸屬度函數(shù)；

21、s3122：計(jì)算所述種群中的個(gè)體與當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)之間的輸出誤差；

22、s3123：根據(jù)所述輸出誤差，采用變異、交叉與選擇操作對所述種群進(jìn)行更新，得到更新后的下一代種群；

23、s3124：基于所述下一代種群迭代執(zhí)行步驟s3122至步驟s3123的操作，以逐步優(yōu)化所述種群中的個(gè)體，直到迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)最大值或所述輸出誤差小于等于預(yù)設(shè)誤差閾值時(shí)，輸出優(yōu)化后的所述隸屬度函數(shù)。

24、本技術(shù)提供的一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法，通過明確隸屬度函數(shù)的具體優(yōu)化過程，確保了優(yōu)化過程的可操作性和有效性，解決了優(yōu)化方法不具體的問題，使得隸屬度函數(shù)的優(yōu)化能夠更有效、更準(zhǔn)確地進(jìn)行，從而提升模糊控制器的控制精度和自適應(yīng)能力。

25、進(jìn)一步的，步驟s33包括：

26、s331：建立預(yù)設(shè)模糊控制規(guī)則，所述預(yù)設(shè)的模糊控制規(guī)則包含多條模糊控制規(guī)則，每條所述模糊控制規(guī)則由條件部與結(jié)論部組成，所述條件部包括溫度偏差模糊集與負(fù)載功率需求變化率集，所述結(jié)論部包括熱回收強(qiáng)度模糊集與輸出電壓調(diào)整量模糊集；

27、s332：將映射后的所述溫度偏差與所述負(fù)載功率需求變化率輸入至每條所述模糊控制規(guī)則的條件部，計(jì)算每條所述模糊控制規(guī)則的激活強(qiáng)度，所述激活強(qiáng)度為溫度偏差隸屬度值與負(fù)載功率需求變化隸屬度值的乘積；

28、s333：根據(jù)所述激活強(qiáng)度，采用取小運(yùn)算確定每條所述模糊控制度規(guī)則的熱回收強(qiáng)度模糊度集與輸出電壓調(diào)整量模糊度集的隸屬度函數(shù)；

29、s334：將全部所述模糊控制度規(guī)則的熱回收強(qiáng)度模糊度集與輸出電壓調(diào)整量模糊度集的隸屬度函數(shù)進(jìn)行最大值運(yùn)算，得到聚合后的所述熱回收強(qiáng)度模糊量與所述輸出電壓調(diào)整量模糊量。

30、進(jìn)一步的，步驟s34包括：

31、s341：對所述熱回收強(qiáng)度模糊量與所述輸出電壓調(diào)整量模糊量進(jìn)行解模糊處理，采用重心法計(jì)算得到熱回收強(qiáng)度初始值與輸出電壓調(diào)整量初始值；

32、s342：構(gòu)建一階低通濾波器對所述熱回收強(qiáng)度初始值與所述輸出電壓調(diào)整量初始值進(jìn)行濾波處理；

33、s343：對濾波后的所述熱回收強(qiáng)度初始值與所述輸出電壓調(diào)整量初始值進(jìn)行限幅處理，得到所述熱回收強(qiáng)度與所述輸出電壓調(diào)整量。

34、進(jìn)一步的，步驟s4包括：

35、s41：采集熱回收模塊根據(jù)所述熱回收強(qiáng)度工作時(shí)傳導(dǎo)至所述電池組的實(shí)際溫度，與所述電池組根據(jù)所述輸出電壓調(diào)整量輸出的輸出電壓實(shí)際值，計(jì)算實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度之間的溫度差值，以及輸出電壓的實(shí)際值與目標(biāo)調(diào)整量之間的電壓偏差；

36、s42：根據(jù)溫度差值，計(jì)算得到熱回收強(qiáng)度補(bǔ)償量，根據(jù)電壓偏差，計(jì)算得到電壓補(bǔ)償量；

37、s43：將熱回收強(qiáng)度補(bǔ)償量疊加至所述熱回收模塊的所述熱回收強(qiáng)度中，以控制所述熱回收模塊工作，使得所述電池組維持適宜的溫度工作；將電壓補(bǔ)償量疊加至移動(dòng)電源的輸出電壓實(shí)際值中，得到最終的輸出電壓，以對電池組的輸出電壓的精確控制，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的自適應(yīng)供電。

38、進(jìn)一步的，步驟s42包括：

39、s421：根據(jù)所述溫度差值，通過比例積分微分pid控制算法計(jì)算得到所述熱回收強(qiáng)度補(bǔ)償量，計(jì)算公式為：，其中，為時(shí)刻的熱回收強(qiáng)度補(bǔ)償量，為時(shí)刻的溫度差值，為比例增益，為積分增益，為微分增益，表示從時(shí)間到當(dāng)前時(shí)間的溫度差值的積分；

40、s422：根據(jù)所述電壓偏差，通過比例積分微分pid控制算法計(jì)算得到所述電壓補(bǔ)償量，計(jì)算公式為：，其中，為時(shí)刻的電壓補(bǔ)償量，為時(shí)刻的電壓偏差，為比例增益，為積分增益，為微分增益，表示從時(shí)間到當(dāng)前時(shí)間?的電壓偏差的積分。

41、進(jìn)一步的，步驟s2包括：

42、s21：對所述溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波處理，得到濾波后的溫度數(shù)據(jù)；

43、s22：將所述濾波后的溫度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的電池組最佳工作溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到溫度偏差；

44、s23：對所述功率需求數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)平均濾波處理，得到濾波后的負(fù)載功率需求數(shù)據(jù)；

45、s24：根據(jù)所述濾波后的負(fù)載功率需求數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻與前一時(shí)刻的濾波后的負(fù)載功率需求數(shù)據(jù)之差，再除以時(shí)間間隔，得到所述負(fù)載功率需求變化率。

46、第二方面，一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制裝置，應(yīng)用于上述任一項(xiàng)所述的一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法的步驟中，其特征在于，所述裝置包括：

47、數(shù)據(jù)獲取模塊：用于獲取電池組的溫度數(shù)據(jù)與負(fù)載的功率需求數(shù)據(jù)；

48、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊：用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)計(jì)算所述電池組的溫度偏差，根據(jù)所述功率需求數(shù)據(jù)計(jì)算負(fù)載功率需求變化率；

49、模糊控制模塊：用于將所述溫度偏差與所述負(fù)載功率需求變化率作為模糊控制器的輸入，通過預(yù)設(shè)模糊控制規(guī)則，計(jì)算熱回收強(qiáng)度與輸出電壓調(diào)整量；

50、供電控制模塊：用于根據(jù)熱回收強(qiáng)度調(diào)節(jié)所述熱回收模塊的工作強(qiáng)度，以使電池組維持適宜的工作溫度；根據(jù)所述輸出電壓調(diào)整量調(diào)整所述電池組的輸出電壓，以實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的自適應(yīng)供電。

51、有益效果：本技術(shù)提出的一種移動(dòng)電源負(fù)載自適應(yīng)供電控制方法及裝置，通過熱回收模塊實(shí)現(xiàn)了對電池組溫度的有效管理，利用模糊控制實(shí)現(xiàn)了對熱回收強(qiáng)度和輸出電壓的精確、自適應(yīng)調(diào)節(jié)。溫度偏差體現(xiàn)了電池組當(dāng)前溫度與理想溫度的差距，功率需求變化率預(yù)示了負(fù)載功率的變化趨勢，二者結(jié)合作為模糊控制器的輸入，使得控制系統(tǒng)能夠綜合考慮電池組的溫度狀態(tài)和負(fù)載需求，從而更合理地調(diào)節(jié)熱回收強(qiáng)度和輸出電壓，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電源在不同工況下的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。熱回收模塊的應(yīng)用減少了能量浪費(fèi)，提高了能源利用效率，模糊控制的應(yīng)用提升了系統(tǒng)的智能化和自適應(yīng)性，使得移動(dòng)電源能夠更好地滿足復(fù)雜環(huán)境和動(dòng)態(tài)負(fù)載的需求。因此，本技術(shù)能夠有效解決低溫充電效率低下、充電熱量易散失、負(fù)載動(dòng)態(tài)適應(yīng)性不足等供電問題，從而具有通過自適應(yīng)供電保障精密探測設(shè)備在極端環(huán)境下的長期穩(wěn)定運(yùn)行和能源的高效利用的優(yōu)點(diǎn)。