CN114056096A - 维持电动汽车总线电压稳定的方法、系统、介质及设备 - Google Patents

Abstract

本发明的一种维持电动汽车总线电压稳定的方法、系统、介质及设备，其中，方法包括以下步骤：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数；选用NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。本发明通过利用PID控制方法实现对电动汽车总线电压的稳定控制，从而保证电动汽车在行驶过程中的安全性。

Description

维持电动汽车总线电压稳定的方法、系统、介质及设备

技术领域

本发明涉及电动汽车能源管理技术领域，具体涉及一种维持电动汽车总线电压稳定的方法、系统、介质及设备。

背景技术

近年来，随着社会和经济的发展，世界人均汽车持有量逐年上升，环境污染和能源短缺问题随之而来。新能源汽车相比于传统汽车，可以极大的缓解化石能源的短缺情况，避免环节污染和噪声污染的发生，得到了世界各国的关注和推广。电动汽车在行驶过程中会存在总线电压不稳定的情况，总线电压随行驶工况的变化而变化，总线电压过度的不稳定会导致电池输出电压电流不稳定，出现无法满足负载要求的情况，严重情况下甚至会危及驾驶人的行车安全。本发明重点解决汽车行驶过程中的总线电压不稳定的问题。

发明内容

本发明提出的一种维持电动汽车总线电压稳定的方法，可解决电动汽车在行驶过程中由于总线电压不稳定造成的安全问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种维持电动汽车总线电压稳定的方法，包括以下步骤：

S1：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数；

S2：选用NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

S3：在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。

进一步的，所述S1：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数，具体包括：

具体包括如下细分步骤S11至S13：

S11：建立电动汽车负载模型；

根据牛顿第二运动定律以及电动汽车功率计算公式，建立模型，配置环境参数，得出汽车负载功率和其行驶速度的关系式；

汽车功率的计算公式如下：

P_vehicle＝F_traction×V_vehicle

P＝P_vehicle×η^k

当P_vehicle<0时，k取1；反之，k取-1。F_traction是汽车的牵引力，V_vehicle是汽车的速度；

根据牛顿第二运动定律，得到：

其中，F_res代表汽车受到的阻力，它是一个关于车速的二次函数：

在这个式子中，F₀是路面的坡度和滚动抗力，F_a是空气动力阻力，这两个参数的计算公式如下：

F₀＝m×g×f_r

F_a＝0.5×ρ×C_x×S

其中，ρ是空气密度，C_x是空气动力阻力系数，S是汽车迎风面积；

S12：建立电动汽车电池模型；该电动汽车车载电池模型如下：

V_bat(t)＝E₀(SoC(t))-v₁(t)-R₀i_bat(t)

在该模型中，电池内阻包括欧姆电阻R0和极化电阻R1；等效电容C1描述了电池在充放电过程中的瞬态响应；E0是依赖于荷电状态(SoC)的开路电压，由一个四阶多项式函数描述：

系数b_i(i∈[0,4])是根据实验电池锂电池在25℃下的真实电流/电压测量确定的；

实验中测得系数如下：

b₄＝4.178；b₃＝-10.62；b₂＝10.4；

b₁＝-3.871；b₀＝4.101；

S13：建立总线动态模型；

总线的电压是出于动态变换状态的，其动态模型如下所示：

其中，V_bus为总线电压，V_bat和i_bat分别代表电池的电压和电流，i_load为负载需要的电流；C为电池容量的计量单位，单位是毫安时。

进一步的，所述上述步骤S3：在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围；具体包括如下细分步骤S31至S32：

S31:建立PID控制器；

根据PID控制原理和总线动态电压公式建立出PID控制器模型；

首先，先根据公式：

令

i'_bat＝I+i_load，这里，i_load被看为系统的扰动，可用积分环节进行补偿,有I＝i'_bat；

达到线性化的目的，由此，该式子改写为：

因此，得到了PID控制信号：

其中，e_vb＝v_{b_REF}-v_b,电池的参考电流则为：

S32:通过实验，调整PID控制器中三个参数，使电动汽车总线电压维持在设定区间内。

另一方面，本发明还公开一种维持电动汽车总线电压稳定的系统，包括以下单元，

电动汽车模型建立单元，用于对负载模型、电池模型、总线电压动态模型的建立，并配置相应的环境参数；

行驶工况接入单元，用于根据选用的NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

调节单元，用于在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。

再一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

又一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

由上述技术方案可知，考虑到过度不稳定的总线电压会使车辆处于无法正常工作甚至危险的状态下，本发明利用PID控制原理，在建立好的电动汽车模型上接入NEDC(NewEuropean Driving Cycle)工况，在总线上使用PID控制器并调整参数，最终实现了将电动汽车总线电压的波动约束在5％范围内，保证电动汽车能够正常工作。本发明通过利用PID控制方法实现对电动汽车总线电压的稳定控制，从而保证电动汽车在行驶过程中的安全性。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2为本发明方法模型示意图；

图3为汽车总线电压随时间变化曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的维持电动汽车总线电压稳定的方法，包括以下步骤：

S1：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数；

S2：选用NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

S3：在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。

具体实施步骤如下：

上述步骤S1：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数；具体包括如下细分步骤S11至S13：

S11：建立电动汽车负载模型。根据牛顿第二运动定律以及电动汽车功率计算公式，建立模型，配置环境参数，得出汽车负载功率和其行驶速度的关系式。

汽车功率的计算公式如下：

P_vehicle＝F_traction×V_vehicle

P＝P_vehicle×η^k

当P_vehicle<0时，k取1；反之，k取-1。F_traction是汽车的牵引力，V_vehicle是汽车的速度。

根据牛顿第二运动定律，本发明可以得到：

其中，F_res代表汽车受到的阻力，它是一个关于车速的二次函数：

在这个式子中，F₀是路面的坡度和滚动抗力，F_a是空气动力阻力，这两个参数的计算公式如下：

F₀＝m×g×f_t

F_a＝0.5×ρ×C_x×S

其中，ρ是空气密度，C_x是空气动力阻力系数，S是汽车迎风面积。

S12：建立电动汽车电池模型。戴维南等效电路具有参数少且易于确定、在长时间仿真下精度保持稳定等特点。因此在电动汽车车载电池的等效模型的选择中，本发明选择了戴维南等效电路模型。数学上，该电动汽车车载电池模型如下：

V_bat(t)＝E₀(SoC(t))-v₁(t)-R₀i_bat(t)

在该模型中，电池内阻包括欧姆电阻R0和极化电阻R1。等效电容C1描述了电池在充放电过程中的瞬态响应。E0是依赖于荷电状态(SoC)的开路电压，由一个四阶多项式函数描述：

系数b_i(i∈[0,4])是根据实验电池锂电池在25℃下的真实电流/电压测量确定的。实验中测得系数如下：

b₄＝4.178；b₃＝-10.62；b₂＝10.4；

b₁＝-3.871；b₀＝4.101；

S13：建立总线动态模型。总线的电压是出于动态变换状态的，其动态模型如下所示：

其中，V_bus为总线电压，V_bat和i_bat分别代表电池的电压和电流，i_load为负载需要的电流。C为电池容量的计量单位，单位是毫安时。模型结构如图2所示；

上述步骤S2：选用NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

上述步骤S3：在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围；具体包括如下细分步骤S31至S32：

S31:建立PID控制器。根据PID控制原理和总线动态电压公式建立出PID控制器模型。

首先，本发明先根据公式：

令

i'_bat＝I+i_load，这里，i_load被看为系统的扰动，可用积分环节进行补偿,所以有I＝i′_bat。

达到线性化的目的，由此，该式子可改写为：

因此，本发明得到了PID控制信号：

其中，e_vb＝v_{b_REF}-v_b,电池的参考电流则为：

S32:通过实验，调整PID控制器中三个参数，使电动汽车总线电压维持在合理区间内。

图3是展示了利用PID控制将总线电压维持在了合理区间内。在实验末尾出现的较大幅度的波动是由于NEDC工况后期电动汽车的急剧变化引起的。可以看出即使是速度高速变化的时候，本发明的方法仍具有较好的控制效果。

另一方面，本发明还公开一种维持电动汽车总线电压稳定的系统，包括以下单元，

电动汽车模型建立单元，用于对负载模型、电池模型、总线电压动态模型的建立，并配置相应的环境参数；

行驶工况接入单元，用于根据选用的NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

调节单元，用于在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。

可理解的是，本发明实施例提供的系统与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。

本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述维持电动汽车总线电压稳定的方法，所述方法包括：

S1：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数；

S2：选用NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

S3：在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(英文：PeripheralComponent Interconnect，简称：PCI)总线或扩展工业标准结构(英文：Extended IndustryStandard Architecture，简称：EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)，也可以包括非易失性存储器(英文：Non-Volatile Memory，简称：NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(英文：Central ProcessingUnit，简称：CPU)、网络处理器(英文：Network Processor，简称：NP)等；还可以是数字信号处理器(英文：Digital Signal Processing，简称：DSP)、专用集成电路(英文：ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(英文：Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一维持电动汽车总线电压稳定的方法的步骤。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一维持电动汽车总线电压稳定的方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种维持电动汽车总线电压稳定的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数；

S2：选用NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

S3：在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。

2.根据权利要求1所述的维持电动汽车总线电压稳定的方法，其特征在于：所述S1：建立电动汽车模型，其中包括负载模型、电池模型、总线电压动态模型，并配置相应的环境参数，具体包括：

具体包括如下细分步骤S11至S13：

S11：建立电动汽车负载模型；

根据牛顿第二运动定律以及电动汽车功率计算公式，建立模型，配置环境参数，得出汽车负载功率和其行驶速度的关系式；

汽车功率的计算公式如下：

P_vehicle＝F_traction×V_vehicle

P＝P_vehicle×η^k

当P_vehicle＜0时，k取1；反之，k取-1。F_traction是汽车的牵引力，V_vehicle是汽车的速度；

根据牛顿第二运动定律，得到：

其中，F_res代表汽车受到的阻力，它是一个关于车速的二次函数：

在这个式子中，F₀是路面的坡度和滚动抗力，F_a是空气动力阻力，这两个参数的计算公式如下：

F₀＝m×g×f_r

F_a＝0.5×ρ×C_x×S

其中，ρ是空气密度，C_x是空气动力阻力系数，S是汽车迎风面积；

S12：建立电动汽车电池模型；该电动汽车车载电池模型如下：

V_bat(t)＝E₀(SoC(t))-v₁(t)-R₀i_bat(t)

在该模型中，电池内阻包括欧姆电阻R0和极化电阻R1；等效电容C1描述了电池在充放电过程中的瞬态响应；E0是依赖于荷电状态(SoC)的开路电压，由一个四阶多项式函数描述：

系数b_i(i∈[0，4])是根据实验电池锂电池在25℃下的真实电流/电压测量确定的；

实验中测得系数如下：

b₄＝4.178；b₃＝-10.62；b₂＝10.4；

b₁＝-3.871；b₀＝4.101；

S13：建立总线动态模型；

总线的电压是出于动态变换状态的，其动态模型如下所示：

其中，V_bus为总线电压，V_bat和i_bat分别代表电池的电压和电流，i_load为负载需要的电流；C为电池容量的计量单位，单位是毫安时。

3.根据权利要求2所述的维持电动汽车总线电压稳定的方法，其特征在于：所述上述步骤S3：在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围；具体包括如下细分步骤S31至S32：

S31：建立PID控制器；

根据PID控制原理和总线动态电压公式建立出PID控制器模型；

首先，先根据公式：

令

i′_bat＝I+i_load，这里，i_load被看为系统的扰动，可用积分环节进行补偿，有I＝i′_bat；

达到线性化的目的，由此，该式子改写为：

因此，得到了PID控制信号：

其中，e_vb＝v_{b_REF}-v_b，电池的参考电流则为：

S32：通过实验，调整PID控制器中三个参数，使电动汽车总线电压维持在设定区间内。

4.一种维持电动汽车总线电压稳定的系统，其特征在于：包括以下单元，

电动汽车模型建立单元，用于对负载模型、电池模型、总线电压动态模型的建立，并配置相应的环境参数；

行驶工况接入单元，用于根据选用的NEDC行驶工况，将建立好的负载模型接入NEDC行驶工况；

调节单元，用于在总线电压动态模型上接入PID控制器，调整PID参数使电动汽车总线电压维持在设定范围。

5.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。

6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。

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