本發(fā)明屬于新能源汽車領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種基于串級pid控制的車輛雙電池調(diào)壓系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：：1、隨著智能汽車快速發(fā)展，越來越多的用電器集成在車輛中，提高了用戶體驗(yàn)，但隨著負(fù)載增多造成了車輛功能安全所需的低壓電池供電穩(wěn)定性不足甚至饋電，如自動(dòng)駕駛就需要低壓電池穩(wěn)定供電，電池電量低會造成自動(dòng)駕駛功能異常，l3高階智能駕駛安全等級高，相關(guān)傳感器雷達(dá)數(shù)量增加，低壓電池放電功率急需提升；另外功能復(fù)雜度增加，網(wǎng)段負(fù)載率過高，難免出現(xiàn)通訊丟失，如上下高壓電瞬間，低壓電池一旦失效，相關(guān)傳感器供電不及時(shí)，也會影響自動(dòng)駕駛相關(guān)功能造成安全隱患。2、現(xiàn)有技術(shù)解決低壓電池饋電多采取增加電池容量，一定程度上降低了饋電風(fēng)險(xiǎn)，但不能避免電池失效問題；針對低壓電池失效當(dāng)前方案多是通過dcdc備用給智駕低壓部件供電，但這里是間接通過軟件控制供電，遠(yuǎn)不如電池物理供電穩(wěn)定，且會影響智駕相關(guān)功能瞬時(shí)響應(yīng)速度；為滿足高階智能駕駛等應(yīng)用場景低壓供電，也推出了雙電池供電方案，但由于供電電路變得復(fù)雜，雙電池電壓失衡問題頻發(fā)，導(dǎo)致供電更難穩(wěn)定；因此，如何根據(jù)整車工況及雙電池狀態(tài)來精細(xì)化調(diào)節(jié)二者電壓平衡，具有重要的研究意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于串級pid控制的車輛雙電池調(diào)壓系統(tǒng)及方法，以達(dá)到以下目的：通過本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車雙電池的電壓平衡，從而提高系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，提高自動(dòng)駕駛等功能的可靠性。2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種基于串級pid控制的車輛雙電池調(diào)壓系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主低壓鋰電池、輔低壓鋰電池、高壓鋰電池、高壓鋰電池管理系統(tǒng)、主低壓鋰電池管理系統(tǒng)、輔低壓鋰電池管理系統(tǒng)、左域控制器、右域控制器、整車計(jì)算中心、整車控制器、充放電配電單元、驅(qū)動(dòng)控制器、電池隔離模塊，其中：3、所述主低壓鋰電池和輔低壓鋰電池均用于給低壓負(fù)載供電；4、所述高壓鋰電池用于給所述充放電配電單元供電，同時(shí)通過所述驅(qū)動(dòng)控制器的控制給高壓負(fù)載供電；5、所述主低壓鋰電池管理系統(tǒng)用于監(jiān)測所述主低壓鋰電池的狀態(tài)；6、所述輔低壓鋰電池管理系統(tǒng)用于監(jiān)測所述輔低壓鋰電池的狀態(tài)；7、所述高壓鋰電池管理系統(tǒng)用于監(jiān)測所述高壓鋰電池的狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)整車的高壓上電狀態(tài)控制所述高壓鋰電池對所述充放電配電單元的供電輸出；8、所述左域控制器用于將車輛電源狀態(tài)以及所述輔低壓鋰電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到的輔低壓鋰電池狀態(tài)發(fā)送給所述整車計(jì)算中心；9、所述右域控制器用于將所述主低壓鋰電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到的主低壓鋰電池狀態(tài)發(fā)送給所述整車計(jì)算中心；10、所述整車計(jì)算中心用于根據(jù)所述主低壓鋰電池狀態(tài)、輔低壓鋰電池狀態(tài)、電池隔離模塊狀態(tài)通過雙閉環(huán)串級pid控制動(dòng)態(tài)調(diào)整所述充放電配電單元的目標(biāo)充放電電壓并發(fā)送給所述整車控制器；11、所述整車控制器用于在收到所述目標(biāo)充放電電壓且檢測到整車滿足上高壓條件時(shí)通過對所述高壓鋰電池管理系統(tǒng)和充放電配電單元的控制實(shí)現(xiàn)高壓上電，其中，所述充放電配電單元按照所述目標(biāo)充放電電壓工作；12、所述充放電配電單元用于采集整車的高壓上電狀態(tài)，并結(jié)合所述整車控制器的控制命令，從而按照所述目標(biāo)充放電電壓對所述主低壓鋰電池、輔低壓鋰電池和低壓負(fù)載進(jìn)行供電輸出；13、所述電池隔離模塊用于控制所述充放電配電單元與所述輔低壓鋰電池之間的通斷。14、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)設(shè)置有高壓預(yù)充回路，所述高壓預(yù)充回路包括包括主正繼電器、主負(fù)繼電器、預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻、預(yù)充電容，其中，所述預(yù)充繼電器與所述預(yù)充電阻串聯(lián)后再與所述主正繼電器并聯(lián)，并聯(lián)后的整體串聯(lián)在所述高壓鋰電池的正極輸出端與所述預(yù)充電容的一端之間；所述預(yù)充電容的另一端與所述高壓鋰電池的負(fù)極輸出端之間串聯(lián)有所述主負(fù)繼電器；所述預(yù)充電容內(nèi)置在所述驅(qū)動(dòng)控制器中；所述主正繼電器、主負(fù)繼電器、預(yù)充繼電器的通斷由所述高壓鋰電池管理系統(tǒng)控制。15、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)在高壓上電時(shí)設(shè)置有預(yù)充管理機(jī)制：在整車高壓上電時(shí)，整車控制器下發(fā)上高壓指令給所述高壓鋰電池管理系統(tǒng)，所述高壓鋰電池管理系統(tǒng)控制所述主正繼電器斷開、所述預(yù)充繼電器閉合，此時(shí)所述充放電配電單元將主低壓電池和輔低壓電池的輸出電壓進(jìn)行升壓后向所述驅(qū)動(dòng)控制器所在回路供電，進(jìn)而為所述預(yù)充電容充電，預(yù)充結(jié)束后，所述高壓鋰電池管理系統(tǒng)控制所述主正繼電器閉合、所述預(yù)充繼電器斷開，完成高壓上電。16、優(yōu)選的，所述充放電配電單元包括控制單元和dcdc變換器，所述控制單元用于采集整車的高壓上電狀態(tài)，并結(jié)合所述整車控制器的控制命令對所述dcdc變換器進(jìn)行控制，所述控制單元與與所述dcdc變換器、整車控制器連接；所述dcdc變換器與所述高壓鋰電池、主低壓鋰電池、輔低壓鋰電池、低壓負(fù)載連接，用于實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。17、同時(shí)，本發(fā)明還提出了一種基于串級pid控制的車輛雙電池調(diào)壓方法，所述方法應(yīng)用于上述一種基于串級pid控制的車輛雙電池調(diào)壓系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：18、s1、將所述主低壓鋰電池管理系統(tǒng)和輔低壓鋰電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到的電池狀態(tài)信息通過rc濾波器進(jìn)行處理；19、s2、根據(jù)車輛電源狀態(tài)設(shè)定電池目標(biāo)soc，若車輛電源狀態(tài)為off或comfortable，采用靜態(tài)目標(biāo)soc，否則采用動(dòng)態(tài)目標(biāo)soc；20、s3、根據(jù)所述主低壓鋰電池狀態(tài)、輔低壓鋰電池狀態(tài)、電池隔離模塊狀態(tài)，通過雙閉環(huán)串級pid控制調(diào)節(jié)所述充放電配電單元的目標(biāo)充放電電壓以實(shí)現(xiàn)主輔低壓鋰電池充放電電壓平衡；所述雙閉環(huán)串級pid控制包括串聯(lián)的兩個(gè)pid控制器，即前級pi環(huán)和次級pi環(huán)，同時(shí)，引入目標(biāo)充放電電流作為中間控制變量；其中，以當(dāng)前電池的實(shí)際soc與目標(biāo)soc的差值作為前級pi環(huán)的輸入，即通過前級pi環(huán)作為soc閉環(huán)補(bǔ)償器計(jì)算目標(biāo)充放電電流；以當(dāng)前電池的實(shí)際電流與所述目標(biāo)充放電電流的差值作為次級pi環(huán)的輸入，即通過前級pi環(huán)作為電流閉環(huán)補(bǔ)償器計(jì)算目標(biāo)充放電電壓；21、s4、在高壓上電時(shí)，所述充放電配電單元按照所述目標(biāo)充放電電壓工作，其中，所述目標(biāo)充放電電壓小于低壓鋰電池自身電壓時(shí)，低壓鋰電池對外放電；所述目標(biāo)充放電電壓大于等于低壓鋰電池自身電壓時(shí)，低壓鋰電池充電。22、優(yōu)選的，在所述步驟s1中，所述rc濾波器采用一階濾波算法，其公式如下：23、y(n)＝α*x(n)+(1-α)y(n-1)；24、其中，α為濾波系數(shù)，x(n)為本次采樣值，y(n-1)為上次濾波輸出值，y(n)為本次濾波輸出值，n用于標(biāo)識輸入輸出序列中的項(xiàng)；25、所述濾波系數(shù)α的整定如下：首先由u＝ir，q＝it，對c＝q/u求導(dǎo)，得差分方程：26、27、從而得到濾波系數(shù)其中u為電壓，i為電流，t表示流過電荷量q所用的時(shí)間，r為阻抗，t為濾波計(jì)算周期，c為電容，q為電荷量。28、優(yōu)選的，所述步驟s3具體包括以下子步驟：29、s31、根據(jù)當(dāng)前主低壓鋰電池soc與目標(biāo)soc的差值，或者輔低壓鋰電池soc與目標(biāo)soc的差值，進(jìn)行pi閉環(huán)控制即soc補(bǔ)償器，得到目標(biāo)充放電電流，并對所述目標(biāo)充放電電流進(jìn)行限值處理；30、s32、根據(jù)當(dāng)前主低壓鋰電池電流與所述目標(biāo)充放電電流的差值，或者輔低壓鋰電池電流與所述目標(biāo)充放電電流的差值，進(jìn)行pid閉環(huán)控制即電流補(bǔ)償器，得到目標(biāo)充放電電壓，并對所述目標(biāo)充放電電壓進(jìn)行限值處理。31、優(yōu)選的，對所述目標(biāo)充放電電流和電壓的限值處理，即保證目標(biāo)充放電電流和電壓在內(nèi)部電流電壓限值以內(nèi)，所述內(nèi)部電流電壓限值通過預(yù)先標(biāo)定的二維map表實(shí)現(xiàn)，其中，所述二維map表的自變量分別為低壓鋰電池的溫度和soc，并根據(jù)溫度和soc計(jì)算當(dāng)前電池充放電時(shí)的內(nèi)部電流限值和內(nèi)部電壓限值；同時(shí)在計(jì)算內(nèi)部電流限值和電壓限值時(shí)，還要參考低壓鋰電池管理系統(tǒng)設(shè)置的電流上下限和電壓上下限；在電池隔離模塊閉合時(shí)，最終內(nèi)部電壓限值應(yīng)當(dāng)取主低壓鋰電池和輔低壓鋰電池內(nèi)部電壓限值中的最小值，在電池隔離模塊斷開時(shí)，最終內(nèi)部電壓限值等于主低壓鋰電池的內(nèi)部電壓限值。32、優(yōu)選的，根據(jù)所述主低壓鋰電池狀態(tài)、輔低壓鋰電池狀態(tài)、電池隔離模塊狀態(tài)，所述步驟s3包括以下應(yīng)用情況：33、情況1：當(dāng)電池隔離模塊斷開且有電壓平衡請求且主低壓鋰電池電壓高于輔低壓鋰電池時(shí)，通過主低壓鋰電池放電至二者電壓平衡，其中，當(dāng)主低壓鋰電池狀態(tài)和輔低壓鋰電池之間的電壓差超過預(yù)設(shè)值時(shí)視為發(fā)出電壓平衡請求；34、情況2：當(dāng)電池隔離模塊斷開且有電壓平衡請求且主低壓鋰電池電壓低于輔低壓鋰電池時(shí)，通過主低壓鋰電池充電至二者電壓平衡；35、情況3：當(dāng)電池隔離模塊斷開且無電壓平衡請求時(shí)，則忽略輔低壓鋰電池，通過soc補(bǔ)償器和電流補(bǔ)償器計(jì)算得出主低壓鋰電池的目標(biāo)充放電電壓作為最終充電配電單元的目標(biāo)充放電電壓；36、情況4：當(dāng)電池隔離模塊閉合時(shí)，分別通過soc補(bǔ)償器和電流補(bǔ)償器計(jì)算得出主低壓鋰電池和輔低壓鋰電池的目標(biāo)充放電電壓，取兩個(gè)電壓中的最小值作為最終充電配電單元的目標(biāo)充放電電壓。37、優(yōu)選的，在所述步驟s3中，所述閉環(huán)補(bǔ)償采用pid控制算法，其公式如下：38、39、式中，kp為比例系數(shù)，為積分系數(shù)，為微分系數(shù)，u(k)指第k個(gè)采樣時(shí)刻的控制，e(k)指第k個(gè)采樣時(shí)刻的偏差，t是采樣周期，ti是積分時(shí)間，td是微分時(shí)間；40、采用衰減曲線法對參數(shù)kp、ki和kd進(jìn)行整定整定，步驟如下：41、a)先把積分時(shí)間放至最大，微分時(shí)間放至零，使控制系統(tǒng)運(yùn)行；將衰減比例度kpr放大，再逐漸減少衰減比例度kpr，觀察調(diào)節(jié)器的輸出及控制過程的波動(dòng)情況，直到找出衰減比例度kpr為4:1的衰減過程為止；42、b)測量衰減周期，測量第一個(gè)波峰的上升時(shí)間tr，其操作步驟同所述步驟a)；43、c)根據(jù)衰減比例度kpr和衰減周期tr，再根據(jù)控制器類型選擇pid參數(shù)，其中pi控制對應(yīng)kp＝1.2kpr；ti＝0.5tr，pid控制對應(yīng)kp＝0.8kpr；ti＝0.3tpr，td＝0.1tpr，再通過公式計(jì)算得到ki積分系數(shù)和kd微分系數(shù)。44、本發(fā)明的技術(shù)效果為：45、1、通過雙電池回路低壓供電，為高階自動(dòng)駕駛等場景提供電源冗余保證，避免電池失效問題；46、2、根據(jù)電池隔離模塊及雙電池狀態(tài)來精細(xì)化調(diào)節(jié)雙電池電壓平衡，使得供電更加穩(wěn)定，基于雙閉環(huán)串級pid控制，目標(biāo)充電電壓能隨電池soc、電流動(dòng)態(tài)變化，提高充電效率；47、3、低壓電池通過充放電配電單元反向升壓向高壓回路電容放電替代傳統(tǒng)的高壓預(yù)充回路，降低成本。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12