用于控制DC/DC功率转换器的方法和设备与流程

本公开涉及采用高压电力系统的动力系统和与其相关的控制例程。

背景技术：

车辆可采用结合非燃烧电机(例如，一个或多个高压电动机/发电机)从内燃机(发动机)产生推进动力的动力系统。高压电动机/发电机经由高压电力电路从车载高压电能存储装置(例如，高压蓄电池)获取电力。高压蓄电池可在车辆运行期间进行充电，并且/或者可利用来自车辆外电源的电力进行充电。

高压蓄电池可支持临界车辆运行。在高压蓄电池的单元发生故障的情况下，可能需要将电力供应给临界车辆运行，包含将电力供应给不采用次级低压蓄电池备用系统的车辆中的临界车辆运行。

技术实现要素：

本发明描述了包含高压蓄电池组件的车辆，所述高压蓄电池组件包含第一蓄电池单元模块和第二蓄电池单元模块，其中所述第一蓄电池单元模块和第二蓄电池单元模块均包含多个电连接单元。DC/DC电力转换器组件包含第一端和第二端，其中第一端接收来自高压蓄电池组件的电力，第二端以稳定的电压电平递送低压电力。将DC/DC电力转换器组件配置成选择性地转换来自第一蓄电池单元模块的电力，以及选择性地转换来自第二蓄电池单元模块的电力。DC/DC电力转换器的第二端电连接至低压系统。低压系统包含配置成提供临界车辆运行的第一子系统。控制器与高压蓄电池组件、DC/DC转换器和第一子系统进行通信。控制器包含的算法代码可用于执行监测高压蓄电池组件。在检测到高压蓄电池组件的第一蓄电池单元模块中发生故障后，控制器控制DC/DC电力转换器组件将来自第二蓄电池单元模块的电力电转换成传送至第一子系统的低压电力。

结合附图，从对实施如所附权利要求书所限定的本发明的一些最佳方式和其他实施例进行的如下细节描述中，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点显而易见。

附图说明

现将通过示例的方式参照附图对一个或多个实施例进行描述，其中：

图1示意性地示出了根据本公开的包含动力系统和高压电力系统的车辆的实施例；

图2示意性地示出了根据本公开的临界车辆运行维持例程的实施例，在高压蓄电池发生故障时可执行该例程来控制参照图1进行描述的车辆的操作，以将来自高压蓄电池的电力供应给包含一个或多个与临界车辆运行相关联的低压系统的子系统；

图3示意性地示出了根据本公开的包含动力系统和高压电力系统的车辆的另一个实施例；

图4示意性地示出了根据本公开的临界车辆运行维持例程的实施例，在高压蓄电池发生故障时可执行该例程来控制参照图3进行描述的车辆的操作，以将来自高压蓄电池的电力供应给包含一个或多个与临界车辆运行相关联的低压系统的子系统；

图5示意性地示出了根据本公开的包含动力系统和高压电力系统的车辆的另一个实施例；以及

图6示意性地示出了根据本公开的临界车辆运行维持例程的实施例，在高压蓄电池发生故障时可执行该例程来控制参照图5进行描述的车辆的操作，以将来自高压蓄电池的电力供应给包含一个或多个与临界车辆运行相关联的低压系统的子系统。

具体实施方式

现参照附图，其中描述仅仅是为了示出某些示例性实施例，而不是为了限制这些示例性实施例。图1示意性地示出了包含动力系统20和由控制器90进行控制的高压电力系统30的车辆100的实施例。动力系统20可包含机械地联接至齿轮系24的内燃机(发动机)22和电机26，其中齿轮系24机械地联接至车辆动力传动系统60，以将推进动力提供给一个或多个车轮。在若干个附图中，相同的数字和术语表示相同或对应的元件。车辆100根据操作员命令和指示进行操作，包含根据通过用户界面装置传递的操作员命令控制车辆和动力系统的操作，其中用户界面装置可包含加速器踏板、制动器踏板、变速器档位范围选择器、点火开关和/或其他合适的装置。

高压电力系统30包含高压电能存储装置(高压蓄电池)35和低压电力系统40。高压蓄电池35经由高压总线50将高压电力供应给电力部件。低压电力系统40电连接至高压蓄电池35，并包含经由可控开关电路46将电力选择性地提供给第一低压电力导体48和第二低压电力导体47的第一子系统42和第二子系统44。将第一子系统42和第二子系统44配置成提供低压电力，可经由可控开关电路46将该低压电力供应给第一低压电力导体48和/或第二低压电力导体47，其中可控开关电路46优选地包含功率晶体管或其他可由控制器90进行控制的装置。第一子系统42和第二子系统44可经由第一低压电力导体48电连接至一个或多个与临界车辆运行相关联的低压系统82、84和86。通过非限制性实例，与临界车辆运行相关联的低压系统82、84和86可包含电动制动系统82、电动转向系统84和辅助约束系统86。第一子系统42和第二子系统44可经由第二低压电力导体47连接至一个或多个与非临界车辆运行相关联的低压系统88，其包含各种装置，例如电动车窗、HVAC风机、座椅和其他附属装置。第一子系统42和第二子系统44均包含DC/DC转换器，该DC/DC转换器优选地为将直流电(DC)电力从较高的电压电平转换至较低的稳定电压电平的电子电路。第一子系统42和第二子系统44优选地配置成双重连用式DC/DC转换器，其中提供至第一子系统42的电力和提供至第二子系统44的电力具有相同的电势。在一个实施例中，第一子系统42和第二子系统44两者所输出的稳定电压电平为14.4V-DC，其在此通常被称为低压系统。高压总线50包含标称正母线(HV+)和标称负母线(HV-)。

高压蓄电池35可为任何合适的多单元高压电能存储装置，例如，多单元锂离子装置。高压蓄电池35使用多个蓄电池单元31制造而成，且其包含由高压电中断熔丝33电间隔开的第一单元模块32和第二单元模块34。在一个实施例中，包含第一单元模块32和第二单元模块34的多个蓄电池单元31串联设置。可选地，第一单元模块32和第二单元模块34可并联设置。可选地，多个蓄电池单元、第一单元模块32和第二单元模块34可以以任何合适的包含并联和/或串联连接的组合的电设置方式进行设置。在一个实施例中，第一蓄电池单元模块32包含一定数量的蓄电池单元31，该数量等于第二蓄电池单元模块34中的单元31的数量，且高压蓄电池35中的单元的总数量可等于第一蓄电池单元模块32和第二蓄电池单元模块34中的单元31的总和。因此，第一蓄电池单元模块32上的电压电势等于第二蓄电池单元模块34上的电压电势。第一蓄电池单元模块32电连接至第一子系统42以向其提供电力，第二蓄电池单元模块34电连接至第二子系统44以向其提供电力。来自高压蓄电池35的电力可由电流传感器52和电压传感器54进行监测。可选地，输入至第一子系统42和第二子系统44两者的电力输入可采用合适的电流传感器和电压传感器来进行监测。

发动机22可为任何合适的内燃机，其通过燃烧过程将烃基燃料或其他燃料转换成机械能。发动机22可通过机械的方式旋转地联接至齿轮系24或另一合适的机械联轴器。发动机22至电机26的机械联接如下：电机26可使发动机22旋转来作为发动机启动过程的一部分。如此，在一个实施例中，在此描述的发动机22可不配置低压电起动器系统。

电机26可为任何包含转子和定子的电机，其将高压电力转换成机械能，并优选地将机械能转换成可存储在高压蓄电池35中的电能，且在一个实施例中，电机26为电连接至牵引功率逆变器模块(TPIM)28的高压多相电机/发电机装置。TPIM28电连接至HV+与HV-之间的HV总线50。TPIM28配置有合适的控制电路，包含功率晶体管(例如IGBT)，其将高压DC电力转换成高压AC电力，并将高压AC电力转换成高压DC电力。在一个实施例中，TPIM28采用脉宽调制(PWM)控制将来自高压蓄电池35的存储DC电力转换成AC电力，以驱动电机26产生扭矩。同样地，TPIM28将传递至电机26的机械能转换成DC电力，以产生可存储在高压蓄电池35中的电能，进而作为再生动力控制策略的一部分。将TPIM28配置成接收电机控制命令并控制逆变器状态，以提供电机的驱动和再生致动操作。

动力系统20可采用第二或更多的用于车辆推进和其他功能的电机。齿轮系24可无限制地包含任何合适的机械动力传递机构(例如，行星齿轮、斜齿轮和其他齿轮组)、转轴、离合器、制动器和其他装置。已知有关发动机22、电机26和齿轮系24之间的机械互连的细节，因此不在此对其进行详细描述。

控制器90优选地包含多个分立装置，其与动力系统20的独立元件处于同一位置上，以根据操作员命令和动力系统的要求实现对动力系统20的独立元件的运行控制。用户界面包含通过信号连接至多个人/机界面装置的控制器或相关装置，操作员可通过该人/机界面装置命令车辆100运行，且用户界面可包含用于启动和终止车辆和动力系统运行的点火钥匙或车辆启动按钮、加速器踏板、制动器踏板、变速器档位范围选择器(PRNDL)和使得操作员能够使曲柄转动并启动发动机22的点火开关。控制器90还可包含提供其他控制装置的分级控制的控制装置。控制器90直接或经由通信总线16与高压蓄电池35、低压电力系统40和TPIM28中的每一个进行通信，以监测和控制其运行。控制器90命令动力系统20运行，包含选择并命令在多个操作模式中的其中一个模式下运行，以在扭矩产生装置(例如，发动机22、电机26和动力传动系统60)之间产生并传递扭矩。

术语“控制器”、“控制模块”、“模块”、“控制件”、“控制单元”、“处理器”和类似的术语指的是特定应用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)和相关联的以存储器和存储装置(只读存储器、可编程只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器等)的形式存在的非瞬变存储器部件中的任意一个或各种组合。非瞬变存储器部件能够存储以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调制和缓冲电路及其他部件的形式存在的机器可读指令，所述其他部件可由一个或多个处理器储存以提供所述功能。输入/输出电路和装置包含模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入的相关装置，其中以预设的采样频率或根据触发事件对此类输入进行监测。“软件”、“固件”、“程序”、“指令”、“控制例程”、“代码”、“算法”和类似的术语指的是任何包含刻度和查找表的控制器可执行指令集。各控制器执行控制例程以提供所需功能，包含监测来自传感装置和其他联网控制器的输入，以及执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。在持续运行期间，可在固定的时间间隔下周期性地执行例程。可选地，可响应于触发事件的发生而执行例程。通信包含以任何合适的形式交换数据信号，包含，例如，经由传导介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光波导管交换光信号等。数据信号可包含表示来自传感器的输入的信号、表示致动器命令的信号和控制器之间的通信信号。如在本文使用的术语“动态的”和“动态地”描述实时执行的步骤或过程，所述步骤或过程的特征在于在例程的执行期间或在例程的执行迭代之间，监测或以其他方式确定参数的状态，以及定期或周期性地更新参数的状态。

图2示意性地示出了临界车辆运行维持例程(例程)200的第一实施例，可在高压蓄电池35发生故障时由控制器90执行例程200来控制参照图1进行描述的包含动力系统20的车辆100的运行，以将来自高压蓄电池35的电力供应给一个或多个与临界车辆运行相关联的低压系统。与临界车辆运行相关联的低压系统包含，例如，低压系统82、84和86。该例程200可有利地应用在采用高压电气系统的车辆系统上，其中该车辆系统不具有备用低压蓄电池。与例程200相对应，提供表1来作为图例，其中标记有数字的方框和对应的功能陈述如下。

表1

在进行中的车辆运行期间，优选周期性执行例程200。这包含监测来自高压蓄电池30的第一蓄电池单元模块32和第二蓄电池单元模块34的电流(202)，以及通过第一DC/DC转换器子系统42和第二DC/DC转换器子系统44平衡蓄电池输出功率，以确保高压蓄电池30的单元31全部都以公共速率进行放电(204)。用于平衡蓄电池输出功率的过程是本领域技术人员所熟知的，因此不在此对其进行详细的描述。监测高压蓄电池30(206)，其中监测包含监测与温度、电流、电压和/或其他可指示第一蓄电池单元模块32或第二蓄电池单元模块34任一者中发生故障的参数相关的参数状态。此类故障可包含开路、短路或另一种故障。用于检测蓄电池的故障的方法和系统是本领域技术人员所熟知的，因此在此不对其进行描述。当在高压蓄电池中未检测到故障时(208)(0)，例程200的此次迭代结束(230)。

当在高压蓄电池中检测到故障时(208)(1)，例程200确定该故障是发生在第一蓄电池单元模块32中还是发生在第二蓄电池单元模块34中，并禁用第一DC/DC转换器子系统42和第二DC/DC转换器子系统44中的相应的一个，其中被禁用的相应DC/DC转换器子系统与发生故障的蓄电池单元模块相连接(210)。断开或禁用与非临界车辆运行相关联的低压电力负载，或以其他方式使其不起作用，从而使得其不再消耗电力负载(212)。低压系统88包含各种装置，例如，电动车窗、HVAC风机、座椅和其他产生低压电力负载的附属装置。通过第一DC/DC转换器子系统42和第二DC/DC转换器子系统44中正常运行的一个为与临界车辆运行相关联的低压电力负载提供电力(214)。车辆继续运行，并经由仪表板灯或其他故障发生警报系统通知车辆操作员(216)。不断监测高压蓄电池30，包含监测其荷电状态(SOC)(218)，并且，当高压蓄电池30放电至最小SOC阈值时(220)(1)，关闭高压蓄电池30(222)，如车辆100一样。因此，当车辆100甚至在不采用低压蓄电池的系统上的高压蓄电池30发生故障的情况下运行时，临界车辆运行是连续的，并持续不变。

图3示意性地示出了包含动力系统20和由控制器390控制的高压电力系统330的车辆300的实施例。已参照图1对包含发动机22、TPIM28、电机26、齿轮系24和动力传动系统60的动力系统20进行了描述。高压电力系统330包含高压蓄电池335和低压电力系统340。高压蓄电池335经由高压总线50将高压电力供应给电力部件(例如，TPIM28)。低压电力系统340电连接至高压蓄电池335，并包含将高压电力供应给DC/DC转换器344的电力选择器子系统，DC/DC转换器344优选地包含将DC电力从较高的电压电平转换至较低的稳定电压电平的电子电路，其中电力选择器子系统的操作由逻辑控制器343控制。DC/DC转换器344将电力供应给第一低压电力导体48。与非临界车辆运行相关联的一个或多个低压系统88(包含各种装置，例如，电动车窗、HVAC风机、座椅和其他附属装置)经由第二低压电力导体47电连接至另一低压电源，例如，电连接至HV总线50并产生第二低压电力导体47的DC/DC电力转换器45。

电力选择器子系统342包含控制开关341，其可由逻辑控制器343选择性控制，以将电力通过连接至导体342的第一电路345输送至DC/DC转换器344，导体342电连接至DC/DC转换器344，其中第一电路345包含高压蓄电池335的第一蓄电池单元模块32。可选地，控制开关341可由逻辑控制器343选择性地控制，以使电力通过第二电路346输送至电连接至DC/DC转换器344的导体342，其中第二电路346包含高压蓄电池335的第二蓄电池单元模块34。如图所示和如所设置的，第一蓄电池单元模块32上的电压电势等于第二蓄电池单元模块34上的电压电势。逻辑控制器343采用来自监测高压蓄电池335的电流流量和电压的信息来平衡来自第一蓄电池单元模块32和第二蓄电池单元模块34的蓄电池输出功率。从DC/DC转换器344输出的稳定电压电平为14.4V-DC，其标称为低压系统。控制器390命令动力系统20进行操作，包含选择并命令在多个操作模式中的一个模式下进行操作，以在扭矩产生装置(例如，发动机22、电机26和动力传动系统60)之间产生并传递扭矩。

图4示意性地示出了临界车辆运行维持例程(例程)400的另一个实施例，可在高压蓄电池335发生故障时由控制器390执行例程400来控制参照图3描述的包含动力系统20的车辆300的运行，以将来自高压蓄电池335的电力供应给第一低压电力导体48(例如，低压系统82、84和86)。该例程400可有利地应用在采用高压电气系统的车辆系统上，其中该车辆系统不具有备用低压蓄电池。与例程400相对应，提供表2作为图例，其中标记有数字的方框和对应的功能陈述如下。

表2

在进行中的车辆运行期间，优选周期性地执行例程400。这包含监测来自高压蓄电池335的第一蓄电池单元模块32和第二蓄电池单元模块34的电流(402)，以及在第一蓄电池单元模块32与第二蓄电池单元模块34之间循环蓄电池输出功率，以确保其以公共速率进行放电(404)。在第一蓄电池单元模块32与第二蓄电池单元模块34之间循环蓄电池输出功率以确保其以公共速率进行放电的过程是本领域技术人员所熟知的。监测高压蓄电池335(406)，其中监测包含监测与温度、电流、电压和/或其他可指示第一蓄电池单元模块32或第二蓄电池单元模块34中故障发生的参数相关的参数状态。此类故障可包含开路、短路或另一种故障。蓄电池的故障检测是本领域技术人员所熟知的，因此不在此对其进行描述。当在高压蓄电池335中未检测到故障时(408)(0)，例程400的此次迭代结束(430)。

当在高压蓄电池中检测到故障时(408)(1)，例程400确定该故障是发生在第一蓄电池单元模块32还是第二蓄电池单元模块34中，并禁止循环至该蓄电池单元模块(410)。断开或禁用与非临界车辆运行相关联的低压电力负载，或以其他方式使其不起作用，从而使得其不再消耗电力负载。低压电力负载包含低压系统88，其包含各种装置，例如，电动车窗、HVAC风机、座椅和其他附属装置。通过第一蓄电池单元模块32和第二蓄电池单元模块34中正常运行的一个为与临界车辆运行相关联的低压电力负载提供电力(412)。车辆继续运行，并经由仪表板灯或其他故障发生警报系统通知车辆操作员(414)。不断监测高压蓄电池335，包含监测荷电状态(SOC)(416)，并且，当高压蓄电池335放电至最小的SOC阈值时(418)(1)，关闭高压蓄电池335(420)，如车辆100一样。否则(418)(0)，车辆继续运行。因此，当车辆100甚至在不采用低压蓄电池的系统上的高压蓄电池335发生故障的情况下进行操作时，临界车辆运行是连续的，并持续不变。

图5示意性地示出了包含动力系统20和由控制器590控制的高压电力系统530的车辆500的实施例。已参照图1对包含发动机22、电机26、TPIM28、齿轮系24和动力传动系统60的动力系统20进行了描述。高压电力系统530包含高压蓄电池535和低压电力系统540。低压电力系统540可充当备用电源，以将电力供应给临界车辆运行，例如，将电力供应给电连接至低压系统82、84和86的第一低压电力导体48。高压蓄电池535经由高压总线50将高压电力供应给电力部件(例如，TPIM28)。

高压蓄电池535可为任何合适的多单元高压电能存储装置(例如，多单元锂离子装置)。高压蓄电池535使用多个串联设置的蓄电池单元531制造而成，且其包含多个由高压电中断熔丝533电间隔开的单元模块536、532、534和537。图中示出了四个单元模块536、532、534和537，但可选择任何合适数量的单元模块。将电力供应给输送至DC/DC转换器544的高压电力的单元模块536、532、534和537中的每一个都优选地包含数量相等的蓄电池单元531。因此，单元模块536、532、534和537中的每一个上的电压电势都是相等的。

低压电力系统540电连接至四个单元模块536、532、534和537，这些单元模块被布置成将电力供应至电力选择器子系统542，该电力选择器子系统将高压电力供应至DC/DC转换器544，该DC/DC转换器优选地包含一些电子电路，这些电子电路在由逻辑控制器543所控制的电力选择器子系统542的操作下，将DC电力从更高的电压水平转换成更低的经调节的电压水平。如图所示，这四个单元模块536、532、534和537串联地连接在高压蓄电池535中且每次只有一个连接至DC/DC转换器544。在这个实施例中，将电力选择器子系统542配置成禁止并联地连接这些模块536、532、534和537。DC/DC转换器544将电力供应至第一低压电力导体48。与非临界车辆运行相关联的一个或多个低压系统88(包含一些设备，比如电动车窗、HVAC风扇、座椅、以及其它附属设备)经由第二低压电力导体47电连接至另一个低压电源，例如，电连接至HV总线50并产生第二低压电力导体47的DC/DC电力转换器45。电力选择器子系统542电连接至多个控制开关541，可以控制这些控制开关以选择电力从高压蓄电池535的四个单元模块536、532、534和537的被选中的模块流向DC/DC转换器544，例如，如图所示的单元模块536和537。从DC/DC转换器544输出的经调节的电压电平是14.4V-DC，其标称为低压系统。

图6示意性地示出了临界车辆运行持续例程(例程)600的另一个实施例，可在高压蓄电池535发生故障时由控制器90执行该例程来控制参照图5进行描述的包含动力系统20的车辆500的运行，以将高压蓄电池535产生的电力供应至第一低压电力导体48(例如，低压系统82、84和86)。此例程600可有利地应用在采用高压电气系统的车辆系统上，其中该车辆系统不具有备用低压蓄电池。与例程600相对应，提供表3来作为图例，其中标记有数字的方框和对应的功能陈述如下。

表3

在进行中的车辆运行期间，优选周期性执行例程600。这包含采用任何合适的监控例程监控来自高压蓄电池535(602)的四个单元模块536、532、534和537的电流。该监控优选地包含监控与温度、电流、电压和/或其它可以指示四个单元模块536、532、534和537中故障的发生的参数相关的参数状态。这种故障可以包含开路故障、短路故障、或者另一种故障。蓄电池中的故障检测是熟知的，因此不在此进行描述。当在高压蓄电池535中未检测到故障时(604)(0)，例程600的此次迭代结束(630)。

当在高压蓄电池535中检测到故障(604)(1)时，例程600确定故障发生在哪里(即在高压蓄电池535的四个单元模块536、532、534和537的哪一个中)，并且将已知运行的蓄电池单元模块电连接至DC/DC转换器544以将电力供应至临界电力负载(606)。断开或禁用与非临界车辆运行相关联的低压电力负载，或以其他方式使其不起作用，从而使得其不再消耗电力负载(608)。车辆继续运行，并经由仪表板灯或其他故障发生警报系统通知车辆操作员(612)。不断监测高压蓄电池535，包含监测荷电状态(SOC)(614)，并且，当高压蓄电池535放电至最小的SOC阈值时(614)(1)，关闭高压蓄电池535，如车辆500一样(616)。因此，当车辆500甚至在不采用低压蓄电池的系统上的高压蓄电池535发生故障的情况下运行时，临界车辆运行仍是非间断的且持续不变的。

将高压蓄电池535分离成多个组件消除来自禁用临界车辆运行的高压蓄电池内任何单独的组件故障，并且消除或降低对备用蓄电池设备的需要(具有随其产生的添加到车辆的复杂性)，可以单独监控这些组件并用于独立地向临界车辆运行提供电力。

依照本公开的实施例可体现为装置、方法或计算机程序产品。于是，本公开可采取完全硬件实施例的形式，完全软件实施例(包含固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施例(在此一般均可以被称为“模块”或者“系统”)。而且，本公开可以采取体现为表达的任何有形介质的计算机程序产品的形式，该表达具有体现为介质的计算机可用程序代码。

根据本公开的各种实施例，流程示意图中的流程图和框图示出了系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的结构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个方框可以表示模块、代码段、或者代码部分，该代码包含用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行的指令。还将要注意的是，方框图和/或流程图说明的每个方框以及方框图和/或流程图说明的方框组合，可以由执行指定的功能或动作的基于硬件的专用系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读取的介质中，该计算机可读取的介质能够指导计算机或其它可编程数据处理装置以特殊的方式运行，以使得存储在计算机可读取介质中的指令产生包含指令装置的制造产品，该指令装置实现了流程图和/或方框图的一个或多个方框中指定的功能/动作。

详细描述和附图或图是对本发明原理的支持和描述，但本发明的范围仅由下面的权利要求限定。虽然已经详细描述了一些用于实现本发明的最佳模式和其它实施例，仍存在用于实践所附权利要求书中限定的本发明的各种备选的设计和实施例。