直流高低压转换器的使能控制方法及输出电压控制方法
【专利摘要】本发明提供一种直流高低压转换器（DC-DCConverter）的使能控制方法及输出电压控制方法，属于混合动力汽车【技术领域】。该使能控制方法中，通过判断是否满足某些条件而决定是否是使直流高低压转换器打开或闭合，以实现对高压动力电池的保护。该电压输出控制方法中，通过判断所述直流高低压转换器所处的工作模式来设定输出电压，具有智能化、低能耗的特点，并且能对低压电池、直流高低压转换器进行保护。
【专利说明】直流高低压转换器的使能控制方法及输出电压控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于混合动力汽车【技术领域】，涉及一种直流高低压转换器，尤其涉及直流 高低压转换器的使能控制方法以及输出电压控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球环境的不断恶化和能源的紧缺，减少大气污染和对石油能源依赖成为各 国越来越关注的问题。为了减少环境污染，缓解能源压力，研究节能、环保的汽车成为各国 发展汽车工业一种必然的趋势。目前，研究和生产混合动力汽车已经成为各国汽车行业的 首选。混合动力汽车是将电机和发动机结合在一起，可以实现电机启动、再生制动、怠速停 机、智能充电、电机助力、电动爬行等混合功能，其具有降低油耗、增加续驶里程、技术成熟 度比较高等优点。
[0003] 通常地，混合动力车包括两个电能存储包：高压动力电池和低压电池。高压动力 电池通常是在混动车再生制动时，将车辆动能转化成的电能储存起来；低压电池则用来给 车载低压负载供电。为了提高高压动力电池的能量利用率，降低汽车燃油的消耗，混合动 力车一般会在高压动力电池网络和低压电池网络之间采用一种直流高低压转换器（DC-DC Converter)。
[0004] 图1所示为现有技术的混合动力汽车中与直流高低压转换器相关的电源系统结 构示意图。如图1所示，BSG (Belt-driven Startar Generator,带驱动启动发电机）电机 可以将多余的动能转换为电能，该电能经过逆变器转换后，以直流高压的形式储存于高压 动力电池中，直流高低压转换器从高压动力电池或逆变器中输入高压直流，然后以相对低 压的形式输出给低压电池或负载，该输出的电压要求与低压电池相匹配、以给低压电池供 电。同时，HCU (整车控制器)通过CAN总线与直流高低压转换器连接，并能控制直流高低压 转换器，例如，控制直流高低压转换器的打开或者闭合状态，调控直流高低压转换器的输出 电压（Set Point)等。
[0005] 然而，传统的直流高低压转换器的控制方法中，直流高低压转换器的使能控制(也 即打开或者闭合状态的控制）未考虑相关输入参数、高压动力电池自身的条件状态等因素， 因此有可能会对高压动力电池造成损坏(例如过放电）；直流高低压转换器的输出电压控制 中，未考虑检测信号、直流高低电压转换器的工作模式、低压电池自身的条件状态等因素， 因此有可能会对直流高低压转换器和低压电池造成损坏(例如过充)。
[0006] 有鉴于此，有必要提出一种相对智能化的直流高低压转换器的使能控制方法以及 输出电压控制方法。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是，在满足低压负载的用电需求情况下，控制直流高低 电压转换器以保护高压动力电池和低压电池。
[0008] 为解决以上技术问题，按照本发明的一方面，提供一种直流高低压转换器的使能 控制方法。包括： (1) 判断是否满足第一条件，如果满足，使所述直流高低电压转换器置于使能状态，如 果不满足，使所述直流高低电压转换器置于使能禁止状态；以及 (2) 在所述直流高低电压转换器置于使能状态的情况下，继续判断是否满足第二条件、 第三条件和第四条件，如果第二条件、第三条件和第四条件中的任意一个不满足，使所述直 流高低电压转换器置于使能禁止状态，如果第二条件、第三条件和第四条件中的所有条件 都能满足，使所述直流高低电压转换器继续置于使能状态； 其中，所述第一条件为车辆上电信号置位、车辆起动完成信号置位，混动系统使能信号 置位、整车混动状态信号置位和高压动力电池连接信号置位； 所述第二条件为所述高压动力电池的实际放电功率小于或等于其可放电功率； 所述第三条件为所述高压动力电池为非放电状态或者其荷电状态大于最低阈值； 所述第四条件为所述高压动力电池的可放电功率和荷电状态分别大于其第一阈值。
[0009] 按照本发明提供的使能控制方法的一个实施例，所述最低阈值的范围基本为1%。
[0010] 按照本发明提供的使能控制方法的一个实施例，所述高压动力电池的可放电功率 的第一阈值基本为2%到4%，所述高压动力电池的荷电状态的第一阈值基本为2%到4%。 [0011] 按照本发明提供的使能控制方法的一个实施例，所述第一条件由整车控制器接 收。
[0012] 较佳地，通过整车控制器控制，以使所述直流高低电压转换器置于使能状态或者 使能禁止状态。
[0013] 按照本发明的又一方面，提供一种直流高低压转换器的输出电压控制方法，所述 输出电压用于对低压电池充电，该方法包括： 在所述直流高低压转换器处于使能状态时，判断所述直流高低压转换器所处的工作模 式； 如果所述直流高低压转换器处于起动前模式，设定所述输出电压为0 ; 如果所述直流高低压转换器处于起动后模式，设定所述输出电压大于所述低压电池的 额定电压； 如果所述直流高低压转换器处于故障模式，强制使所述输出电压为恒定电压值以保护 所述低压电池安全； 如果所述直流高低压转换器处于正常工作模式，进一步判断所述直流高低压转换器是 否处于热模式、正常温度模式或冷模式， 如果所述直流高低压转换器处于所述热模式，设定所述输出电压小于第一电压值以保 护所述直流高低压转换器， 如果所述直流高低压转换器处于所述正常温度模式，基于所述低压电池的荷电状态、 设置所述输出电压， 如果所述直流高低压转换器处于所述冷模式，设定所述输出电压大于所述低压电池的 额定电压。
[0014] 按照本发明提供的输出电压控制方法的较佳实施例，其中，所述输出电压大于所 述低压电池的额定电压时，所述输出电压基本为所述低压电池的额定电压的116%至125%。
[0015] 具体地，所述低压电池的额定电压为12伏，所述输出电压大于所述低压电池的额 定电压时，所述输出电压约为14伏至15伏。
[0016] 按照本发明提供的输出电压控制方法的较佳实施例，其中，所述第一电压值基本 为所述低压电池的额定电压的116%。
[0017] 具体地，所述低压电池的额定电压为12伏，所述第一电压值为14伏。
[0018] 按照本发明提供的输出电压控制方法的又一较佳实施例，其中，所述直流高低压 转换器处于所述正常温度模式时，在所述荷电状态小于或等于第一阈值点时，所述输出电 压随着所述荷电状态的升高而抬高；在所述荷电状态大于或等于第二阈值点时，所述输出 电压随着所述荷电状态的升高而降低；在所述荷电状态大于第一阈值点并小于第二阈值点 时，所述输出电压基本恒定。
[0019] 优选地，所述第一阈值点在30%_40%的范围内选择，所述第二阈值点在60%_70%的 范围内选择。
[0020] 其中，在所述荷电状态小于或等于所述第一阈值点时，所述输出电压随着所述荷 电状态的升高以抛物线、直线或阶梯形式抬高；在所述荷电状态大于或等于所述第二阈值 点时，所述输出电压随着所述荷电状态的升高以抛物线、直线或阶梯形式降低。
[0021 ] 按照本发明提供的输出电压控制方法，其中，通过整车控制器控制并判断所述直 流高低压转换器所处的工作模式。
[0022] 所述整车控制器接收检测信号以进行所述工作模式的判断，所述检测信号包括直 流高低电压转换器的输出电流信号、直流高低电压转换器的输出电压信号、直流高低电压 转换器的温度信号、低压电池的电流信号、发动机的水温信号、环境温度信号、整车混动状 态信号、电机起动辅助信号、高压动力电池荷电状态信号、高压动力电池的可放电功率信 号、直流高低电压转换器的功率信号、车辆上电信号以及车辆起动完成信号。
[0023] 本发明的技术效果是，直流高低电压转换器应用以上所述使能控制方法和输出电 压控制方法时，能对高压动力电池形成良好的过放电保护，并能对低压电池形成良好的过 充保护，同时结合自身条件选择不同输出电压，实现对低压电池智能充电同时节约能耗，并 对直流高低电压转换器形成良好保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是现有技术的混合动力汽车中与直流高低压转换器相关的电源系统结构示 意图； 图2是按照本发明实施例所提供的直流高低电压转换器的使能控制方法流程示意图； 图3是按照本发明实施例所提供的直流高低电压转换器的输出电压控制方法流程示 意图； 图4是处于正常温度模式时荷电状态与输出电压的曲线示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了 解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据 本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相 互替换的其它实现方式。因此，以下【具体实施方式】以及附图仅是对本发明的技术方案的示 例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
[0026] 在该发明提供的控制方法用于直流高低压转换器中（例如图1所示的直流高低压 转换器中），直流高低压转换器可以将高压动力电池的高压直流转换为低压直流、以满足低 压电池和低压负载(例如低压用电器)的供电要求。本发明的方法可以用来判断直流高低压 转换器是否处于使能状态并进一步设定直流高低压转换器的输出电压(或者又称为电压输 出电压（Set Point))。需要说明的是，这里所说的输出电压设定在某个点（或某个值）并不 是绝对固定于某一个点（或某个值)，本领域技术人员可以理解，输出电压可以在低压电池 匹配所允许的公差范围内（例如〇. 5%的公差范围内）、在某个点(或值）附近振荡输出。
[0027] 图2所示为按照本发明实施例所提供的直流高低电压转换器的使能控制方法流 程示意图。在该实施例中，仅对直流高低电压转换器的使能控制方法作具体说明，关于直流 高低电压转换器的其它控制过程在此不一一作描述，但是，图2所示实施例的使能控制方 法可结合应用于其它控制方法中。具体地，使能控制方法包括以下方法过程。
[0028] 步骤S10,判断是否满足条件1，条件1是指车辆上电信号置位、车辆起动完成信号 置位，混动系统使能信号置位、整车混动状态信号置位和高压动力电池连接信号置位。在该 步骤中，HCU首先接收条件1所包括的相关信号，这些信号(车辆上电信号、车辆起动完成信 号、混动系统使能信号、整车混动状态信号、高压动力电池连接信号等）可以通过信号采集 装置采集然后传输。HCU然后判断条件1是否满足，也即指车辆上电信号、车辆起动完成信 号，混动系统使能信号、整车混动状态信号和高压动力电池连接信号是否都已经置位，如果 判断为"是"，则进入步骤S20,如果判断为"否"，则进入步骤S42,直流高低电压转换器处于 使能禁止状态，也即打开状态，直流高低电压转换器不工作。
[0029] 进一步，步骤S20,直流高低电压转换器处于使能状态。此时，直流高低电压转换器 闭合状态，直流高低电压转换器可正常工作。
[0030] 进一步，在直流高低电压转换器正常工作过程中，步骤S31，判断是否满足条件2， 在该实施例中，条件2是指高压动力电池的实际放电功率小于或等于其可放电功率。实际 放电功率可以通过高压电池高压母线电流和电压信号得出。如果高压动力电池的实际放电 功率大于高压动力电池的可放电功率，直流高低电压转换器继续工作时将会导致高压动力 电池损坏，此时条件2不满足，则进入步骤S42,通过HCU控制，使直流高低电压转换器处于 使能禁止状态；否则，进入步骤S32,进一步进行判断。
[0031] 进一步，步骤S32,判断是否满足条件3,在该实施例中，条件3是指高压动力电池 为非放电状态并且其荷电状态低于最低阈值。这里的最低阈值是约为1%，也即当高压动力 电池的荷电状态过低时（小于最低阈值)，为防止高压动力电池由于过放电而严重损坏，控 制直流高低电压转换器处于使能禁止状态，也即进入步骤S42。否则，进入步骤S33，进一 步进行判断。
[0032] 进一步，步骤S33,判断是否满足条件4,在该实施例中，条件4是指高压动力电池 的可放电功率和荷电状态分别大于其第一阈值。通常地，高压动力电池具有第一阈值的可 放电功率以及荷电状态的第一阈值，这是高压动力电池工作的极值保护条件，必须同时满 足，如果当前高压动力电池的可放电功率以及荷电状态不能同时大于该极值条件，将会对 高压动力电池造成损坏，因此，这也是在直流高低电压转换器的工作过程中所应该避免的。 在实施例中，当前高压动力电池的可放电功率和荷电状态同样可以通过信号采集装置采 集，然后在HCU中进行判断。通常地，高压动力电池的可放电功率的第一阈值基本为2%到 4%，高压动力电池的荷电状态的第一阈值基本为2%到4%。如果不满足条件4,意味者当前 高压动力电池的可放电功率以及荷电状态太低，控制直流高低电压转换器处于使能禁止状 态，也即进入步骤S42。
[0033] 进一步，如果满足条件4满足，则进入步骤S41，也即直流高低电压转换器继续处 于使能状态。
[0034] 至此，高压动力电池的使能控制方法过程结束，以上方法过程可以循环进行，从而 可以根据对高压动力电池的相关条件状况(例如车辆上电信号、车辆起动完成信号、混动系 统使能信号、整车混动状态信号、高压动力电池连接信号、高压动力电池功率信号、高压动 力电池荷电状态信号等）的动态监控，动态地控制直流高低电压转换器的使能状态。
[0035] 需要说明的是，以上步骤S31、S32、S33是按顺序依次判断实现，但是，在其它实施 例中，步骤S31、S32、S33的执行顺序不是限制性的，例如，还可以以步骤S33、S32、S31的顺 序来实现；只有在条件2、条件3、条件4同时满足时，才会使直流高低电压转换器置于使能 状态；如果任意一条件不满足，直流高低电压转换器将置于使能禁止状态。另外，以上使能 控制过程可以由HCU发出控制信号至直流高低电压转换器来实现。具体地，低压电池一般 为额定电压为12伏左右的低压电池。
[0036] 如果直流高低电压转换器处于使能状态，进一步需要控制其输出电压。本发明进 一步提供直流高低压转换器的输出电压控制方法，在该发明中，根据直流高低压转换器所 处的工作模式，设定输出电压。
[0037] 图3所示为按照本发明实施例所提供的直流高低电压转换器的输出电压控制方 法流程示意图。在该实施例中，仅对直流高低电压转换器的输出电压控制方法作具体说明， 关于直流高低电压转换器的其它控制过程在此不作一一描述，但是，图3所示实施例的使 能控制方法可结合应用于其它控制方法中。具体地，输出电压控制方法包括以下方法过程。
[0038] 步骤S310,判断直流高低电压转换器是否处于起动前模式；如果判断为"是"，低 压电池不需要充电，因此进入步骤S311，设定直流高低电压转换器的输出电压为0,此时等 效于直流高低电压转换器处于使能禁止状态。
[0039] 进一步，步骤S320,进一步判断直流高低压转换器是否处于起动后模式；如果判 断为"是"，因为起动过程中对低压电池的损耗比较大，需要尽快对低压电池进行充电以补 充低压电池的能量；为此，设定输出电压大于低压电池的额定电压，也即进入步骤S321，从 而可以加快对低压电池的充电速度。在该实施例中，输出电压较佳地在低压电池的额定电 压的116%至125%的范围内选择，例如，通常低压电池的额定电压为12伏，可以设定输出电 压为约14至15伏对低压电池进行充电。在此过程中，也不可以选择过高的输出电压，以免 对低压电池造成过充。
[0040] 进一步，步骤S330,判断直流高低压转换器是否处于故障模式；在该步骤中，故障 模式主要是指图1所示的结构出现故障时，例如系统通信出现问题时。通常地，其也称为默 认模式。也即在出现故障时，直流高低压转换器以默认模式来控制输出电压。如果判断为 "是"，则进入步骤S331，强制使输出电压为恒定电压值，恒定电压值的选取以能够保护低压 电池安全为准则，例如，低压电池的额定电压为12伏时，恒定电压值在约为13-15伏范围内 选择，例如14伏。如果判断为"否"，则表示直流高低压转换器处于正常工作模式。进一步 进入步骤S341、S342或S343。
[0041] 进一步，选择地执行步骤S341、S342或S343,以判断直流高低压转换器是否处于 热模式、冷模式和正常温度模式中的某一个中。在此根据所采集的直流高低压转换器的温 度信号判断直流高低压转换器所处的模式，在该实施例中，如果直流高低压转换器的温度 过高(例如大于90°C)，则表示处于热模式中；如果直流高低压转换器的温度低于某一温度 (例如小于80°C )并且发动机水温相对较低(例如低于60°C )、环境温度相对较低(例如低于 15°C)时，贝U表不处于冷模式中；否则，处于除热模式和冷模式之外的正常温度模式中。热 模式、冷模式和正常温度模式分别对应具体定义的温度参数不受本发明实施例限制。
[0042] 当步骤S341判断为"是"时，进入步骤S351，设定输出电压在某一电压值以下，该 电压值的选取以保护直流高低压转换器为目的，较佳地，该电压值可以约为低压电池的额 定电压的116%。例如，低压电池的额定电压为12V时，设定输出电压在14V以下。这样可以 防止直流高低压转换器温度过高，有利于保护直流高低压转换器，并有利于保护低压电池。
[0043] 当步骤S342判断为"是"时，进入步骤S352,基于所述低压电池的荷电状态、设置 所述输出电压。结合荷电状态来设置输出电压可以在满足负载用电需求的情况下，尽可能 地降低输出电压（也即低压电池的充电电压)，有利于节省能耗，并且输出电压能与低压电 池良好匹配。较佳地，可以以图4所示实施例的荷电状态-输出电压关系曲线来调节输出 电压，后面将结合图4进行详细说明。
[0044] 当步骤S343判断为"是"时，进入步骤S353,设定所述输出电压大于所述低压电池 的额定电压。因此，可以提供充电电压，加速对低压电池的充电，并增加发热量。在该实施 例中，输出电压较佳地在低压电池的额定电压的116%至125%的范围内选择，例如，通常低 压电池的额定电压为12伏，可以设定输出电压为约14至15伏对低压电池进行充电。在此 过程中，也不可以选择过高的输出电压，以免对低压电池造成过充。
[0045] 至此，输出电压控制方法过程结束，以上方法过程可以循环进行，从而可以根据对 低压电池和直流高低电压转换器的相关条件状况的动态监控，动态地控制直流高低电压转 换器的输出电压。
[0046] 需要说明的是，以上的模式判断过程中，主要是通过HCU实现，HCU接收一些检测 信号，该检测信号主要包括：直流高低电压转换器的输出电流信号、直流高低电压转换器 的输出电压信号、直流高低电压转换器的温度信号、低压电池的电流信号、发动机的水温信 号、环境温度信号、整车混动状态信号、电机起动辅助信号、高压动力电池荷电状态信号、高 压动力电池的可放电功率信号、直流高低电压转换器的功率信号、车辆上电信号、车辆起动 完成信号等。本领域技术人员可以根据以上检测信号来制定模式判断规则并实现模式判 断。
[0047] 通过以上输出电压控制方法过程，可以明显看出，低压电池可以避免过充，低压电 池和直流高低电压转换器的损坏可能性相对降低，并且能耗也可以大大降低。
[0048] 图4所示为处于正常温度模式时荷电状态与输出电压的曲线示意图。在该实施 例中，按照图中所述曲线进行输出电压控制。其中，横坐标表示低压电池的荷电状态，纵坐 标表示直流高低压电压转换器的输出电压，输出电压以伏为单元。在该实施例中，曲线50 表示输出电压和荷电状的关系示意图，如图4所示，基于低压电池的荷电状态的变化，在荷 电状态小于或等于第一阈值点时，随着荷电状态的升高，高低压转换器的输出电压不断抬 商（如曲线50a所不）；在荷电状态大于或等于第_阈值点时，随着荷电状态的升_，1?低压 转换器的输出电压不断降低（如曲线50c所不）；在荷电状态大于第一阈值点并小于第二阈 值点时，随着荷电状态的变化，高低压转换器的输出电压基本恒定在某一值(如曲线50b所 示)。在该实施例中，在荷电状态小于或等于第一阈值点时，表示荷电状态相对较低，为加强 对低压电池的保护，因此不断抬高输出电压，具体地，第一阈值点可以在30%-40%的范围内 选择。在荷电状态大于或等于第二阈值点时，表示荷电状态相对较高，为防止过充现象发 生，因此不断降低输出电压，具体地，第二阈值点可以在60%-70%的范围内选择。在输出电 压的控制过程中，具体地，以12伏低压电池为例，结合图1所示，12伏低压电池的相关信息 (电流、电压、荷电状态等）可被采集传递至HCU，HCU根据所传递的荷电状态信号、基于图4 所示的曲线关系来计算直流高低压转换器的输出电压，该输出电压信号通过CAN总线传输 至直流高低压转换器，从而在第一阈值点之前，实现随着低压电池的荷电状态的不断升高 (或降低)而抬高(或降低)直流高低压转换器的输出电压，在第二阈值点之后，实现随着低压 电池的荷电状态的不断升高(或降低）而降低(或抬高）直流高低压转换器的输出电压。
[0049] 需要说明的是，图4所示实施例中，曲线50a和50c仅以抛物线或近似抛物线的形 式示出了变化关系，但是曲线50a和50c的具体形式这不是限制性的。例如，30a和30b分 别可以为直线形式、阶梯形式等等来实现曲线50a和50c所表示的变化关系。在此不再一一 列举，本领域技术人员可以根据输出电压和荷电状态的具体关系要求来具体设置曲线变化 形式。
[0050] 以上例子主要说明了直流高低压转换器的使能控制方法及输出电压控制方法，尽 管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发 明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式 被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的 情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
【权利要求】
1. 一种直流高低压转换器的使能控制方法，其特征在于， (1) 判断是否满足第一条件，如果满足，使所述直流高低电压转换器置于使能状态，如 果不满足，使所述直流高低电压转换器置于使能禁止状态；以及 (2) 在所述直流高低电压转换器置于使能状态的情况下，继续判断是否满足第二条件、 第三条件和第四条件，如果第二条件、第三条件和第四条件中的任意一个不满足，使所述直 流高低电压转换器置于使能禁止状态，如果第二条件、第三条件和第四条件中的所有条件 都能满足，使所述直流高低电压转换器继续置于使能状态； 其中，所述第一条件为车辆上电信号置位、车辆起动完成信号置位，混动系统使能信号 置位、整车混动状态信号置位和高压动力电池连接信号置位； 所述第二条件为所述高压动力电池的实际放电功率小于或等于其可放电功率； 所述第三条件为所述高压动力电池为非放电状态或者其荷电状态大于最低阈值； 所述第四条件为所述高压动力电池的可放电功率和荷电状态分别大于其第一阈值。
2. 如权利要求1所述的使能控制方法，其特征在于，所述最低阈值的范围基本为1%。
3. 如权利要求1所述的使能控制方法，其特征在于，所述高压动力电池的可放电功率 的第一阈值基本为2%到4%，所述高压动力电池的荷电状态的第一阈值基本为2%到4%。
4. 如权利要求1所述的使能控制方法，其特征在于，所述第一条件由整车控制器接收。
5. 如权利要求1所述的使能控制方法，其特征在于，通过整车控制器控制，以使所述直 流高低电压转换器置于使能状态或者使能禁止状态。
【文档编号】H02M3/00GK104092365SQ201410285058
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2010年12月29日 优先权日:2010年12月29日
【发明者】张君鸿, 孟涛, 孔令安, 赵沂, 冯旭云, 方地委 申请人:上海汽车集团股份有限公司