调节DC-DC电压变换器的输入功率界限的功率控制系统和方法

摘要

公开的是控制DC?DC电压变换器的输入功率界限的功率控制系统。所述系统包含微处理器，所述微处理器用于确定由电池组输出的输出功率的量，电池组中的可用功率的量，和输入至DC?DC电压变换器的输入功率的量。微处理器基于电池组输出的输出功率的量和输入至DC?DC电压变换器的输入功率的量确定被提供至DC?AC换流器的功率的量。如果被提供至DC?AC换流器的功率的量和输入至DC?DC电压变换器的输入功率的量的总和大于电池组中的可用功率的量，则所述微处理器降低所述DC?DC电压变换器的输入功率界限。

说明书

技术领域

本申请要求2014年8月29日在美国提交的美国专利申请No. 14/472,405的优先权，通过引用将其公开内容并入本文中。

本公开涉及调节安装在具有不同输出电压的电池之间的DC-DC 电压变换器的输入功率界限的技术。

背景技术

包含电动机的车辆诸如混合动力车辆包含用于向电动机供给高水 平电压的大容量电池组和用于向装载在车辆中的电子部件供给低水平 电压的小容量电池。

在包含在车辆中的功率系统中，存在具有安装在大容量电池组和 小容量电池之间的DC-DC电压变换器的功率系统。

DC-DC电压变换器使电池组的电压降低且将该电压供给至电池以 对电池充电。

在以上功率系统中，电池组的主要目的是向电动机稳定地供电。 如果DC-DC电压变换器过度地消耗电池组的功率，则可能不能向电动 机稳定地供电。另外，如果在电池组的荷电状态(SOC)低的状态下， DC-DC电压变换器过度地消耗电池组的电力，则电池组可能会被过放 电且因此被不可逆地损坏。

在此发明人已经认识到需要调节DC-DC电压变换器的输入功率 界限的改善的系统和方法。

发明内容

技术问题

本公开针对背景技术而设计，因此本公开旨在提供功率控制系统 和方法，其可以防止电池组由于因DC-DC电压变换器的过度功耗而导 致损坏且改善向电动机供电的稳定性。

技术方案

提供根据示例性实施方式的调节DC-DC电压变换器的输入功率 界限的功率控制系统。所述功率控制系统包含具有正极和负极的电池 组。电池组适于在正极和负极之间生成由DC-DC电压变换器和DC-AC 换流器接收的第一电压水平(firstvoltagelevel)。所述功率控制系统还包 含适于生成指示在电池组的正极和负极之间的第一电压水平的第一电 压信号的第一电压传感器。所述功率控制系统还包含适于生成指示从 电池组流出的总电流水平(totalcurrentlevel)的第一电流信号的第一电 流传感器。所述功率控制系统还包含适于生成指示从电池组流到 DC-DC电压变换器的电流水平的第二电流信号的第二电流传感器。所 述功率控制系统还包含适于生成指示电池组的温度的温度信号的温度 传感器。所述功率控制系统还包含操作中连接至第一电压传感器、第 一电流传感器、第二电流传感器和温度传感器的微处理器。微处理器 被编程为基于第一电压信号和第一电流信号确定由电池组输出的输出 功率的量。微处理器还被编程为基于第一电流信号和温度信号确定电 池组中的可用功率的量。微处理器还被编程为基于第二电流信号和第 一电压信号确定从电池组输入至DC-DC电压变换器的输入功率的量。 微处理器还被编程为基于由电池组输出的输出功率的量和输入至 DC-DC电压变换器的输入功率的量确定被提供至DC-AC换流器的功 率的量。微处理器还被编程为在被提供至DC-AC换流器的功率的量和 输入至DC-DC电压变换器的输入功率的量的总和大于电池组中的可用 功率的量时降低DC-DC电压变换器的输入功率界限。

提供根据另一个示例性实施方式的调节DC-DC电压变换器的输 入功率界限的方法。所述方法包括：提供具有电池组、DC-DC电压变 换器、DC-AC换流器、第一电压传感器、第一电流传感器、第二电流 传感器、温度传感器和微处理器的功率控制系统。电池组具有正极和 负极。微处理器操作中连接至第一电压传感器、第一电流传感器、第 二电流传感器和温度传感器。所述方法还包括在电池组的正极和负极 之间生成由DC-DC电压变换器和DC-AC换流器接收的第一电压水平。 所述方法还包括利用第一电压传感器生成指示在电池组的正极和负极 之间的第一电压水平的第一电压信号。所述方法还包括利用第一电流 传感器生成指示从电池组流出的总电流水平的第一电流信号。所述方 法还包括利用第二电流传感器生成指示从电池组流到DC-DC电压变换 器的电流水平的第二电流信号。所述方法还包括利用温度传感器生成 指示电池组的温度的温度信号。所述方法还包括基于第一电压信号和 第一电流信号，利用微处理器确定由电池组输出的输出功率的量。所 述方法还包括基于第一电流信号和温度信号，利用微处理器确定电池 组中的可用功率的量。所述方法还包括基于第二电流信号和第一电压 信号，利用微处理器确定从电池组输入至DC-DC电压变换器的输入功 率的量。所述方法还包括基于由电池组输出的输出功率的量和输入至 DC-DC电压变换器的输入功率的量，利用微处理器确定被提供至 DC-AC换流器的功率的量。所述方法还包括在被提供至DC-AC换流器 的功率的量和输入至DC-DC电压变换器的输入功率的量的总和大于电 池组中的可用功率的量时，利用微处理器降低DC-DC电压变换器的输 入功率界限。

有益效果

根据本公开，由于基于电池组的可用功率和被提供至DC-AC换流 器的功率量调节DC-DC电压变换器的输入功率界限，所以可以防止电 池组由于因DC-DC电压变换器的过度功耗而导致损坏，且可以将电力 稳定地供给至车辆动力系统。

附图说明

附图说明本公开的优选实施方式，且与前述公开一起用以提供对 本公开的技术主旨的进一步理解。然而，本公开不被解释为限于附图。

图1为具有功率控制系统和车辆动力系统的电动车辆的原理图； 且

图2-4为根据另一个示例性实施方式的调节图1的功率控制系统 的DC-DC电压变换器的输入功率界限的方法的流程图。

具体实施方式

下文中，将参照附图对本公开的优选实施方式进行详细说明。说 明之前，应该理解的是，在说明书和附属权利要求书中使用的术语不 应被解释为限于普通的和字典的意思，而应在允许发明人为了最佳解 释适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开内容的技术方 面的意思和概念进行解释。因此，在此提出的说明只是仅用于说明目 的的优选实例，不是为了限制公开的范围，因此应该理解在不背离本 公开的范围的情况下可以对其完成其它等价和修改。

参照图1，说明具有根据示例性实施方式的功率控制系统30的电 动车辆10和车辆动力系统50。功率控制系统30的优点在于，系统30 基于电池组60中的可用功率和被提供至DC-AC换流器132的功率的 量调节DC-DC电压变换器120的功率界限，这防止电池组60由于因 DC-DC电压变换器120的过度功耗而导致损坏。

功率控制系统30包含电池组60、电压传感器70、电压传感器72、 电压传感器74、接触器80、接触器驱动器90、电节点100、电流传感 器105、电压传感器110、温度传感器112、DC-DC电压变换器120和 电池130。

电池组60具有在正极140和负极142之间相互串联电连接的第一 电池单体134和第二电池单体136。电池组60适于在正极140和负极 142之间生成第一电压水平。第一电池单体134在其正极和负极之间生 成第二电压水平。此外，第二电池单体136在其正极和负极之间生成 第三电压水平。在示例性实施方式中，第一和第二电池单体134、136 为锂离子电池单体。当然，在替代性实施方式中第一和第二电池单体 134、136可以包含另外类型的电池单体诸如镍-镉电池单体、镍-金属- 氢化物电池单体或铅酸电池单体。此外，在示例性实施方式中，电池 组60输出大体48伏特DC(VDC)。当然，在替代性实施方式中，电池 组60可以输出另外的电压水平。例如，电池组60可以输出在300～400 VDC的范围内或在大于400VDC的范围内的电压。在替代性实施方式 中，电池组60可以具有多个另外的电池单体，与第一电池单体134和 第二电池单体136相互串联电连接。

电压传感器70与电池组60并联电连接，且还电连接至电池组60 的正极140和负极142。电压传感器70适于生成指示由电池组60输出 的电压水平的电压信号(V_P)。微处理器135接收来自电压传感器70的 电压信号(V_P)并基于电压信号(V_P)确定第一电压值。

电压传感器72与第一电池单体134并联电连接。电压传感器72 适于生成指示由第一电池单体134输出的电压水平的电压信号(V_C1)。 微处理器135接收来自电压传感器72的电压信号(V_C1)并基于电压信号 (V_C1)确定第二电压值。

电压传感器74与第二电池单体136并联电连接。电压传感器74 适于生成指示由第二电池单体136输出的电压水平的电压信号(V_C2)。 微处理器135接收来自电压传感器74的电压信号(V_C2)并基于电压信号 (V_C2)确定第三电压值。

电流传感器76在电池组60和接触器80之间串联电连接。电流传 感器76适于生成指示由电池组60输出的总电流水平的电流信号(I₁)。 微处理器135接收来自电流传感器76的电流信号(I₁)并基于电流信号(I₁) 确定第一电流值。

接触器80在第一正极140和电节点100之间并与它们串联电连 接。接触器80包含接触器线圈82和触头(contact)83。当微处理器135 生成由接触器驱动器90接收的控制信号时，接触器驱动器90供给接 触器线圈82能量，移动触头83至闭合的操作位置。或者，当微处理 器135停止生成控制信号时，接触器驱动器90切断接触器线圈82的 能量供给，移动触头83至断开的操作位置。

电流传感器105在接触器80和DC-DC电压变换器120之间串联 电连接。电流传感器105适于生成指示输入至DC-DC电压变换器120 的电流水平的电流信号(I₂)。微处理器135接收来自电流传感器105的 电流信号(I₂)并基于电流信号(I₂)确定第二电流值。

电压传感器110电连接在电节点100和负极142之间并与它们电 连接。电压传感器110适于生成指示在电节点100和负极142之间的 电压水平的电压信号(V_L)。微处理器135接收来自电压传感器110的电 压信号(V_L)并基于电压信号(V_L)确定电压值。如果电压信号(V_L)与电压 信号(V_P)大体相等，则触头83按照期望地进行工作。

将温度传感器112配置为接近电池组60。温度传感器112适于生 成指示电池组60的温度水平的温度信号(T)。微处理器135接收来自温 度传感器112的温度信号(T)并基于电压信号(T)确定温度值。

DC-DC电压变换器120电连接在电节点100和负极142之间并与 它们电连接。DC-DC电压变换器120还电连接至电池130的正极240。 提供DC-DC电压变换器120以利用由电池130输出的电压水平输出在 电节点100和负极142之间的大于由电池130输出的电压水平的电压 水平。

电池130具有正极240和负极242并且被用来向辅助车辆设备提 供电力。正极240电连接至DC-DC电压变换器120。在示例性实施方 式中，负极242电连接至负极142使得负极242和负极142具有共同 的电接地。在替代性实施方式中，负极242不电连接至负极142使得 负极242和负极142不具有共同的电接地。电池130适于生成在正极 240和负极242之间的电压水平，所述电压水平小于由电池组60输出 的电压水平。在示例性实施方式中，电池130为铅酸电池。当然，在 替代性实施方式中，电池130可以包含另外类型的电池诸如镍-镉电池、 镍-金属-氢化物电池或锂离子电池。此外，在示例性实施方式中，电池 130输出大体12VDC。当然，在替代性实施方式中，电池130可以输 出另外的电压水平。

DC-AC换流器132电连接在电节点100和负极142之间并与它们 电连接且向车辆动力系统50提供AC电力。此外，DC-AC换流器132 通过电线270、272、274电连接至车辆动力系统50。进一步地，DC-AC 换流器132操作中与微处理器135通讯。当触头83具有闭合的操作位 置时，DC-AC换流器132接收来自电池组60的电压水平。此外，微处 理器135生成控制信号以引起DC-AC换流器在电线270、272、274上 输出AC电压从而引起车辆动力系统50输出期望的转矩量。

微处理器135操作中连接至电压传感器70、电压传感器72、

电压传感器74、电流传感器76、电流传感器105、电压传感器110、 温度传感器112、DC-DC电压变换器120和DC-AC换流器132。微处 理器135操作中与存储设备136通讯且在存储设备136中存储数据和 操作指令。微处理器135被编程为执行下面将会更详细说明的操作步 骤。

参照图1-4，下面将对根据另一个示例性实施方式的调节DC-DC 电压变换器120的输入功率界限的方法的流程图进行说明。对于以下 方法，假定触头83具有响应来自微处理器135的控制信号的闭合的操 作位置。

在步骤400处，操作员提供功率控制系统30，所述功率控制系统 30具有电池组60，DC-DC电压变换器120，DC-AC换流器132，电压 传感器70、72、74，电流传感器76、105，温度传感器112和微处理 器135。电池组60具有正极140和负极142。电池组60还包含在正极 140和负极142之间相互串联电连接的第一电池单体134和第二电池单 体136。微处理器135操作中连接至电压传感器70、72、74，电流传 感器76、105和温度传感器112。

在步骤402处，电池组60在正极140和负极142之间生成由DC-DC 电压变换器120和DC-AC换流器132接收的第一电压水平。

在步骤404处，微处理器135利用以下等式初始化DC-DC电压变 换器120的输入功率界限P_{DC-DC_界限}：

P_{DC-DC_界限}＝初始值。

在步骤406处，微处理器135生成控制信号以引起DC-DC电压变 换器120将输入至DC-DC电压变换器120的输入功率的量设定为大体 等于输入功率界限P_{DC-DC_界限}。生成的控制信号被传输至DC-DC电压 变换器120。

在步骤408处，电压传感器70生成指示在电池组60的正极140 和负极142之间的第一电压水平的第一电压信号(V_P)。生成的第一电压 信号(V_P)被输入至微处理器135。

在步骤410处，电压传感器72生成指示由第一电池单体134输出 的电压水平的第二电压信号(V_C1)。生成的第二电压信号(V_C1)被输入至 微处理器135。

在步骤416处，电压传感器74生成指示由第二电池单体136输出 的电压水平的第三电压信号(V_C2)。生成的第三电压信号(V_C2)被输入至 微处理器135。

在步骤418处，微处理器135分别基于第一、第二和第三电压信 号(V_P，V_C1，V_C2)确定第一、第二和第三电压值。

在步骤420处，电流传感器76生成指示由电池组60流出的总电 流水平的第一电流信号(I₁)。生成的第一电流信号(I₁)被输入至微处理器 135。

在步骤422处，电流传感器105生成指示从电池组60流到DC-DC 电压变换器120的电流水平的第二电流信号(I₂)。生成的第二电流信号 (I₂)被输入至微处理器135。

在步骤424处，微处理器135分别基于第一和第二电流信号(I₁， I₂)确定第一和第二电流值。

在步骤426处，温度传感器112生成指示电池组60的温度的温度 信号(T)。

在步骤428处，微处理器135基于温度信号(T)确定温度值。

在步骤432处，微处理器135利用以下等式确定由电池组60输出 的输出功率量P_输出：

P_输出＝第一电压值×第一电流值。

在步骤434处，微处理器135利用以下等式确定电池组60中的可 用功率量P_可用：

P_可用＝f(第一电流值，温度值，第二电压值，第三电压值)，其中f 对应于预定的函数。在替代性实施方式中，f对应于存储在存储设备136 中的查找表，所述查找表利用第一电流值、温度值、第二电压值和第 三电压值查找相关的值P_可用。

在步骤436处，微处理器135利用以下等式确定从电池组60输入 至DC-DC电压变换器120的输入功率量P_{DC-DC_输入}：

P_{DC-DC_输入}＝第二电流值×第一电压值。

在步骤438处，微处理器135利用以下等式确定提供至DC-AC换 流器132的功率量P_{DC-AC_输入}：

P_{DC-AC_输}入＝P_输出-P_{DC-DC_输}入。

在步骤440处，微处理器135判定P_{DC-AC_输入}+P_{DC-DC_输入}是否大于 P_可用。如果步骤440的值等于“是”，则该方法进行至步骤442。否 则的话，该方法回到步骤408。

在步骤442处，微处理器135利用以下等式降低DC-DC电压变换 器120的输入功率界限P_{DC-DC_界限}：

P_{DC-DC_界限}＝P_可用-P_{DC-AC_输入}。

根据以上等式，电池组60的可用功率量可以优先分配至DC-AC 换流器132。因此，即使当电池组60具有低的荷电状态(SOC)时，也可 以向车辆动力系统50稳定地供给功率。另外，可以防止电池组60因 电池组60的功率被DC-DC电压变换器120过度消耗而导致损害。

在步骤444处，微处理器35生成控制信号以引起DC-DC电压变 换器120将输入至DC-DC电压变换器120的输入功率的量设定为大体 等于输入功率界限P_{DC-DC_界限}。生成的控制信号被输入至DC-DC电压 变换器120。在步骤444之后，该方法回到步骤408。

上述方法可以至少部分地以具有用于实施该方法的计算机可执行 的指令的一种或多种存储设备或计算机可读的介质的形式实现。存储 设备可以包含以下的一种或多种：硬盘驱动器、RAM存储器、闪存和 本领域的普通技术人员已知的其它计算机可读的介质；其中，当计算 机可执行的指令被装载在一个或多个计算机或微处理器中并由其执行 时，所述一个或多个计算机或微处理器变成被编程为实施该方法的相 关步骤的装置。

本文中说明的功率控制系统和方法提供相较于其它系统和方法的 巨大优势。特别地，所述功率控制系统和方法提供如下的技术效果： 基于电池组60中的可用功率和被提供至DC-AC换流器132的功率的 量调节DC-DC电压变换器120的功率界限，所述DC-AC换流器132 防止电池组60由于因DC-DC电压变换器120的过度功耗而导致损坏。

尽管已经关于仅少量的实施方式对申请的发明进行了详细说明， 但应该容易理解，发明不限于这种公开的实施方式。相反地，申请的 发明可以被修改以包含迄今为止未说明的但与发明的主旨和范围相称 的很多变体、改变、替代或等价布置。另外，尽管已经对申请的发明 的各种实施方式进行了说明，但要理解，发明的方面可以仅包含某些 说明的实施方式。因此，申请的发明不应被视为由前述说明所限制。

工业实用性

根据本公开，通过基于电池组的可用功率和被提供至DC-AC换流 器的功率量调节DC-DC电压变换器的输入功率界限，可以防止电池组 由于因DC-DC电压变换器的过度功耗而导致损坏，且可以将电力稳定 地供给至车辆动力系统。