CN104859466A - 一种dc/dc变换器输出电压的控制方法及装置 - Google Patents

一种dc/dc变换器输出电压的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种DC/DC变换器输出电压的控制方法及装置，其中控制方法包括：分别根据获取的低压蓄电池的实时温度值和高压动力电池的实时荷电状态SOC值，获得对应的输出电压第一判断值和输出电压第二判断值；判断高压动力电池的实时SOC值是否大于设定阀值，是则将输出电压第一判断值作为输出电压设定指令值，否则将输出电压第一判断值和输出电压第二判断值中较小的一个作为输出电压设定指令值；判断输出电压设定指令值是否处于DC/DC变换器的调压范围内，如果是则以输出电压设定指令值作为DC/DC变换器的输出电压，否则以DC/DC变换器的调压范围的上限值或下限值作为DC/DC变换器的输出电压。本发明基于高压动力电池和低压蓄电池的特性能够智能调节DC/DC变换器的输出电压。

Description

一种DC/DC变换器输出电压的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种DC/DC变换器输出电压的控制方法及装置。
背景技术
DC/DC变换器是新能源汽车领域应用的核心零部件，用于代替传统发电机提供12V低压系统电源。DC/DC变换器是连接高压动力电池和低压蓄电池的纽带，对DC/DC变换器的控制，需要综合考虑高压动力电池和低压蓄电池的特性。
目前DC/DC变换器的控制方式较为简单，常见的一种控制方法为设定恒定电压输出。由于低压蓄电池，例如铅酸蓄电池，其化学特性受环境温度影响明显，充电特性在不同的环境温度条件下要求不同，DC/DC变换器的恒定输出电压对低压蓄电池充电，没有环境温度的考虑，容易对蓄电池的使用寿命造成很大影响。同样，在高压动力电池SOC（State of Charge，荷电状态）不足时，其化学特性变差，整车动力性能受影响，而DC/DC变换器一直工作，在恒定电压输出情况下无法实现降功率模式，会进一步加速高压动力电池SOC的下降，对高压动力电池使用寿命造成影响。
目前缺少兼顾高压动力电池和低压蓄电池，综合考虑其使用特性而优化的控制策略。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种DC/DC变换器输出电压的控制方法及装置，基于高压动力电池和低压蓄电池的特性智能调节DC/DC变换器的输出电压，优化低压蓄电池的充电性能，提升整车动力性能，延长高压动力电池和低压蓄电池的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种DC/DC变换器输出电压的控制方法，包括：
步骤S1，分别获取低压蓄电池的实时温度值和高压动力电池的实时荷电状态SOC值；
步骤S2根据所述低压蓄电池的实时温度值获得对应的输出电压第一判断值Vbatt；
步骤S3，根据所述高压动力电池的实时SOC值获得对应的输出电压第二判断值Vout；
步骤S4，判断所述高压动力电池的实时SOC值是否大于设定阀值，是则将所述输出电压第一判断值Vbatt作为输出电压设定指令值VsetP，否则将所述输出电压第一判断值Vbatt和所述输出电压第二判断值Vout中较小的一个作为输出电压设定指令值VsetP；
步骤S5，判断所述输出电压设定指令值VsetP是否处于DC/DC变换器的调压范围内，如果是则以所述输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器的输出电压，否则以DC/DC变换器的调压范围的上限值或下限值作为DC/DC变换器的输出电压。
其中，所述步骤S1具体包括：
步骤S11，接收DC/DC变换器检测并上报的低压蓄电池的实时温度值；
步骤S12，接收高压动力电池通过内部控制器局域网络ICAN上报的实时SOC值。
其中，所述步骤S2具体包括：通过查询第一数据表，获得所述实时温度值对应的输出电压第一判断值Vbatt。
其中，所述第一数据表按下述步骤形成：
设定在温度为25℃时低压蓄电池的电压为13.5V，温度每升高1℃，低压蓄电池的电压线性下降24mV；
做线性插值形成所述第一数据表。
其中，所述步骤S3具体包括：判断所述实时SOC值是否小于或等于设定阀值，是则根据所述实时SOC值查询第二数据表，获得所述实时SOC值对应的输出电压第二判断值Vout。
其中，所述设定阀值为20%。
其中，所述第二数据表按下述步骤形成：
设定在SOC值为0时DC/DC变换器的输出电压为12V，在SOC值为20%时DC/DC变换器的输出电压为13.5V，DC/DC变换器的输出电压随SOC值增大而线性增加；
做线性插值形成所述第二数据表。
其中，所述步骤S5具体包括：
如果所述输出电压设定指令值VsetP小于DC/DC变换器的调压范围的下限值，则以所述下限值作为DC/DC变换器1的输出电压；
如果所述输出电压设定指令值VsetP大于DC/DC变换器的调压范围的上限值，则以所述上限值作为DC/DC变换器的输出电压。
其中，所述DC/DC变换器的调压范围为12V~15V连续可调，其中12V为所述调压范围的下限值，15V为所述调压范围的上限值。
其中，在所述步骤S1之前，还包括步骤：整车控制器VCU通过使能信号启动DC/DC变换器的微处理器MCU工作。
其中，在所述步骤S5之后，还包括步骤：
整车控制器VCU通过整车混动HCAN网络向DC/DC变换器发送输出电压设定报文指令和开启报文指令，开启DC/DC变换器工作；
DC/DC变换器以所述步骤S5确定的输出电压向低压蓄电池输出电压。
其中，所述低压蓄电池为铅酸蓄电池。
本发明还提供一种DC/DC变换器输出电压的控制装置，包括：
接收单元，用于分别获取低压蓄电池的实时温度值和高压动力电池的实时荷电状态SOC值；
第一获取单元，用于根据所述低压蓄电池的实时温度值获得对应的输出电压第一判断值Vbatt；
第二获取单元，用于根据所述高压动力电池的实时SOC值获得对应的输出电压第二判断值Vout；
第一控制单元，用于判断所述高压动力电池的实时SOC值是否大于设定阀值，是则将所述输出电压第一判断值Vbatt作为输出电压设定指令值VsetP，否则将所述输出电压第一判断值Vbatt和所述输出电压第二判断值Vout中较小的一个作为输出电压设定指令值VsetP；
第二控制单元，用于判断所述输出电压设定指令值VsetP是否处于DC/DC变换器的调压范围内，如果是则以所述输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器的输出电压，否则以DC/DC变换器的调压范围的上限值或下限值作为DC/DC变换器的输出电压。
第一，本发明根据低压蓄电池的环境温度，智能调节DC/DC变换器的输出电压，可以优化低压蓄电池的充电特性，延长低压蓄电池的使用寿命。
第二，本发明根据高压动力电池SOC，智能调节DC/DC变换器的输出电压，在高压动力电池SOC较低时，逐步降低DC/DC变换器的输出电压，线性降低输出功率，可以配合整车策略，提升整车动力性能；同样也可以延长高压动力电池的使用寿命。
第三，控制策略比较灵活，可实时调节DC/DC变换器的输出电压。在高压动力电池SOC较高时，调节策略以低压蓄电池为主；在高压动力电池SOC较低时，综合考虑动力电池SOC和低压蓄电池的环境温度，优化输出设定值，提升高压电池和低压蓄电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施本发明实施例一一种DC/DC变换器输出电压的控制方法的硬件组成示意图。
图2是本发明实施例一一种DC/DC变换器输出电压的控制方法的流程示意图。
图3是本发明实施例一一种DC/DC变换器输出电压的控制方法的又一流程示意图。
图4是本发明实施例一中低压蓄电池电压随温度变化示意图。
图5是本发明实施例一中DC/DC变换器输出电压随高压动力电池的SOC值变化示意图。
图6是本发明实施例二一种DC/DC变换器输出电压的控制装置的原理框图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。
请参照图1所示，为实施本发明实施例一所提供的DC/DC变换器输出电压的控制方法的硬件组成示意图，包括：
DC/DC变换器1；
分别与DC/DC变换器1电连接的高压动力电池2和低压蓄电池3；
通过控制器局域网络CAN（Controller Area Network）分别与DC/DC变换器1和高压动力电池2电连接的整车控制器VCU（Vehicle Control Unit）4；
DC/DC变换器1从高压动力电池2输入高压直流，以低压的形式输出给低压蓄电池3或整车电子负载5。
请再参照图2所示，本发明实施例一提供一种DC/DC变换器输出电压的控制方法，包括：
步骤S1，分别获取低压蓄电池的实时温度值和高压动力电池的实时SOC值；
步骤S2，根据低压蓄电池的实时温度值获得对应的输出电压第一判断值Vbatt；
步骤S3，根据高压动力电池的实时SOC值获得对应的输出电压第二判断值Vout；
步骤S4，判断高压动力电池的实时SOC值是否大于设定阀值，是则将输出电压第一判断值Vbatt作为输出电压设定指令值VsetP，否则将输出电压第一判断值Vbatt和输出电压第二判断值Vout中较小的一个作为输出电压设定指令值VsetP；
步骤S5，判断输出电压设定指令值VsetP是否处于DC/DC变换器的调压范围内，如果是则以该输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器的输出电压，否则以DC/DC变换器的调压范围的上限值或下限值作为DC/DC变换器的输出电压。
请同时参照图3所示，具体来说：
在步骤S1之前，还包括步骤：整车控制器VCU 4通过使能信号启动DC/DC变换器1的微处理器MCU工作。
步骤S1具体包括：
步骤S11，接收DC/DC变换器1检测并上报的低压蓄电池3的实时温度值；
步骤S12，接收高压动力电池2通过内部ICAN（Inner CAN）网络上报的实时SOC值。
通常来说，在不同的温度下，低压蓄电池，尤其是铅酸蓄电池的电化学特性不一样，其浮充电压根据温度的变化要求随之变化，呈负温度特性，温度补偿系数一般根据电池生产厂家的要求来设定，由厂家提供。蓄电池进行温度补偿，目的是优化其使用性能，延长其使用寿命，温度补偿数据一般由厂家依据经验和试验数据得到，综合了使用寿命需求，确定后不会变化。本实施例中按基准温度25℃来进行设定，在温度为25℃时低压蓄电池3的电压为13.5V，温度每升高1℃，低压蓄电池3内单体电芯电压下降4mV，低压蓄电池3电压设定下降24mV，满足此线性条件得到如图4所示的低压蓄电池电压随温度变化示意图，并形成第一数据表，存储于整车控制器VCU 4内。
如此，步骤S2中，在接收到DC/DC变换器1检测并上报的低压蓄电池3的实时温度值后，整车控制器VCU 4通过查询第一数据表，获得实时温度值对应的输出电压第一判断值Vbatt。
本实施例中，低压蓄电池为铅酸蓄电池。
为有效保护高压动力电池2，本实施例中基于高压动力电池2的正常使用范围设定有一个阀值，当高压动力电池2的SOC值小于或等于该设定阀值时，表明高压动力电池2的剩余容量较低，将降低DC/DC变换器1的输出电压，限制其功率输出。并且，这种情况下，DC/DC变换器1的输出电压随SOC值的减小而呈线性降低，如图5所示，也可同样做线性插值形成第二数据表，并存储在整车控制器VCU 4内。反之，当高压动力电池2的SOC值大于该设定阀值时，表明高压动力电池2的剩余容量还维持在相对较高的水平，不会限制DC/DC变换器1的功率输出。
由此，在接收高压动力电池2通过CAN网络上报的实时SOC值（即步骤S12）后，步骤S3具体包括：判断实时SOC值是否小于或等于设定阀值，是则根据高压动力电池的实时SOC值查询第二数据表，获得实时SOC值对应的输出电压第二判断值Vout。反之，如果实时SOC值大于设定阀值，则不对输出电压第二判断值Vout做任何限制，输出电压第二判断值Vout可为任意值。本实施例中，可以将这种情况下的输出电压第二判断值Vout设定为DC/DC变换器1调压范围内的一个恒定值，以便于后续步骤与输出电压第一判断值Vbatt的比较。
值得说明的是，以将本发明应用在新能源汽车中的混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）领域为例，整车对高压动力电池2的SOC正常使用范围是30%~70%，其中SOC在20%~30%时会限制电机驱动功率，但考虑到DC/DC变换器1的输出稳定性，此时不会限制DC/DC变换器1的功率输出；如果SOC低于20%，才初步降低DCDC变换器的输出电压，限制其功率输出，有效保护动力电池。也就是说，本实施例的SOC设定阀值为20%。图5所示即为在SOC低于20%时，DC/DC变换器1的输出电压随SOC减小而呈线性下降，其中DC/DC变换器1的输出电压设定在12V~13.5V，对应于SOC值在0~20%的变化。
在获得输出电压第一判断值Vbatt和输出电压第二判断值Vout后，需要由整车控制器VCU 4对二者进行逻辑判断，以确定输出电压设定值VsetP。具体来说：
如果实时SOC值大于设定阀值（例如20%），如前所述，表明高压动力电池2的剩余容量还维持在相对较高的水平，不对输出电压第二判断值Vout做任何限制，输出电压第二判断值Vout可为任意值，满足低压蓄电池3所需输出电压即可。而在步骤S2中，根据检测到的实时温度，通过查询第一数据表已获得低压蓄电池3的输出电压第一判断值Vbatt，因此，将输出电压第一判断值Vbatt作为输出电压设定指令值VsetP，即VsetP=Vbatt。
如果实时SOC值小于或等于设定阀值（例如20%），如前所述，表明高压动力电池2的剩余容量较低，将降低DC/DC变换器1的输出电压，限制其功率输出。因此需要同时满足高压动力电池2和低压蓄电池3所需输出电压。也就是说，需要对输出电压第一判断值Vbatt和输出电压第二判断值Vout进行比较。如果输出电压第二判断值Vout大于或等于输出电压第一判断值Vbatt（Vout≥Vbatt），此时输出电压设定指令值VsetP则取Vout与Vbatt中较小的一个，即VsetP=Vbatt。如果输出电压第二判断值Vout小于输出电压第一判断值Vbatt（Vout<Vbatt），同样地，此时输出电压设定指令值VsetP则取Vout与Vbatt中较小的一个，即输出电压设定指令值VsetP=Vout。结合前述两种情况可知，VsetP=[Vout，Vbatt]min。
经过步骤S4得出输出电压设定指令值VsetP后，由于DC/DC变换器1本身的输出电压还有调压范围要求，因此还需要通过步骤S5进一步判断前述得出的输出电压设定指令值VsetP是否在这个调压范围内。具体地：
如果输出电压设定指令值VsetP处于DC/DC变换器1的调压范围内，则以该输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器1的输出电压；
如果输出电压设定指令值VsetP小于DC/DC变换器1的调压范围的下限值，则以该下限值作为DC/DC变换器1的输出电压；
如果输出电压设定指令值VsetP大于DC/DC变换器1的调压范围的上限值，则以该上限值作为DC/DC变换器1的输出电压。
本实施例中，设定DC/DC变换器1的调压范围为12V~15V连续可调，即[12V，15V]，其中12V为该调压范围的下限值，15V为该调压范围的上限值。具体地：
如果输出电压设定指令值VsetP处于该调压范围内，即12V≤VsetP≤15V，则以输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器1的输出电压；
如果输出电压设定指令值VsetP不处于该调压范围内，则当VsetP＜12V时，以下限值12V作为DC/DC变换器1的输出电压；当VsetP>15V时，以上限值15V作为DC/DC变换器1的输出电压。
在步骤S5确定了DC/DC变换器1的输出电压后，本实施例还包括：
整车控制器VCU 4通过整车混动HCAN（Hybrid CAN）网络向DC/DC变换器1发送输出电压设定报文指令和开启报文指令，开启DC/DC变换器1工作；
DC/DC变换器1以步骤S5确定的输出电压向低压蓄电池3输出电压。
实施本发明实施例将带来如下有益效果：
第一，本发明根据低压蓄电池的环境温度，智能调节DC/DC变换器的输出电压，可以优化低压蓄电池的充电特性，延长低压蓄电池的使用寿命。
第二，本发明根据高压动力电池SOC，智能调节DC/DC变换器的输出电压，在高压动力电池SOC较低时，逐步降低DC/DC变换器的输出电压，线性降低输出功率，可以配合整车策略，提升整车动力性能；同样也可以延长高压动力电池的使用寿命。
第三，控制策略比较灵活，可实时调节DC/DC变换器的输出电压。在高压动力电池SOC较高时，调节策略以低压蓄电池为主；在高压动力电池SOC较低时，综合考虑动力电池SOC和低压蓄电池的环境温度，优化输出设定值，提升高压电池和低压蓄电池的使用寿命。
第四，平台通用性较好，对混合动力汽车和纯电动汽车均适用。
再请参照图6所示，基于本发明实施例一一种DC/DC变换器输出电压的控制方法，本发明实施例二提供一种DC/DC变换器输出电压的控制装置，包括：
接收单元，用于分别获取低压蓄电池的实时温度值和高压动力电池的实时荷电状态SOC值；
第一获取单元，用于根据低压蓄电池的实时温度值获得对应的输出电压第一判断值Vbatt；
第二获取单元，用于根据高压动力电池的实时SOC值获得对应的输出电压第二判断值Vout；
第一控制单元，用于判断高压动力电池的实时SOC值是否大于设定阀值，是则将输出电压第一判断值Vbatt作为输出电压设定指令值VsetP，否则将输出电压第一判断值Vbatt和输出电压第二判断值Vout中较小的一个作为输出电压设定指令值VsetP；
第二控制单元，用于判断输出电压设定指令值VsetP是否处于DC/DC变换器的调压范围内，如果是则以该输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器的输出电压，否则以DC/DC变换器的调压范围的上限值或下限值作为DC/DC变换器的输出电压。
有关本实施例一种DC/DC变换器输出电压的控制装置的控制原理及有益效果，请参见本发明实施例一的说明及图1-5所示，此处不再赘述。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (13)

1.一种DC/DC变换器输出电压的控制方法，包括：
步骤S1，分别获取低压蓄电池的实时温度值和高压动力电池的实时荷电状态SOC值；
步骤S2，根据所述低压蓄电池的实时温度值获得对应的输出电压第一判断值Vbatt；
步骤S3，根据所述高压动力电池的实时SOC值获得对应的输出电压第二判断值Vout；
步骤S4，判断所述高压动力电池的实时SOC值是否大于设定阀值，是则将所述输出电压第一判断值Vbatt作为输出电压设定指令值VsetP，否则将所述输出电压第一判断值Vbatt和所述输出电压第二判断值Vout中较小的一个作为输出电压设定指令值VsetP；
步骤S5，判断所述输出电压设定指令值VsetP是否处于DC/DC变换器的调压范围内，如果是则以所述输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器的输出电压，否则以DC/DC变换器的调压范围的上限值或下限值作为DC/DC变换器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
步骤S11，接收DC/DC变换器检测并上报的低压蓄电池的实时温度值；
步骤S12，接收高压动力电池通过内部控制器局域网络ICAN上报的实时SOC值。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：通过查询第一数据表，获得所述实时温度值对应的输出电压第一判断值Vbatt。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述第一数据表按下述步骤形成：
设定在温度为25℃时低压蓄电池的电压为13.5V，温度每升高1℃，低压蓄电池的电压线性下降24mV；
做线性插值形成所述第一数据表。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：判断所述实时SOC值是否小于或等于设定阀值，是则根据所述实时SOC值查询第二数据表，获得所述实时SOC值对应的输出电压第二判断值Vout。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述设定阀值为20%。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第二数据表按下述步骤形成：
设定在SOC值为0时DC/DC变换器的输出电压为12V，在SOC值为20%时DC/DC变换器的输出电压为13.5V，DC/DC变换器的输出电压随SOC值增大而线性增加；
做线性插值形成所述第二数据表。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
如果所述输出电压设定指令值VsetP小于DC/DC变换器的调压范围的下限值，则以所述下限值作为DC/DC变换器的输出电压；
如果所述输出电压设定指令值VsetP大于DC/DC变换器的调压范围的上限值，则以所述上限值作为DC/DC变换器的输出电压。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器的调压范围为12V~15V连续可调，其中12V为所述调压范围的下限值，15V为所述调压范围的上限值。
10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，还包括步骤：整车控制器VCU通过使能信号启动DC/DC变换器的微处理器MCU工作。
11.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S5之后，还包括步骤：
整车控制器VCU通过整车混动HCAN网络向DC/DC变换器发送输出电压设定报文指令和开启报文指令，开启DC/DC变换器工作；
DC/DC变换器以所述步骤S5确定的输出电压向低压蓄电池输出电压。
12.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述低压蓄电池为铅酸蓄电池。
13.一种DC/DC变换器输出电压的控制装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于分别获取低压蓄电池的实时温度值和高压动力电池的实时荷电状态SOC值；
第一获取单元，用于根据所述低压蓄电池的实时温度值获得对应的输出电压第一判断值Vbatt；
第二获取单元，用于根据所述高压动力电池的实时SOC值获得对应的输出电压第二判断值Vout；
第一控制单元，用于判断所述高压动力电池的实时SOC值是否大于设定阀值，是则将所述输出电压第一判断值Vbatt作为输出电压设定指令值VsetP，否则将所述输出电压第一判断值Vbatt和所述输出电压第二判断值Vout中较小的一个作为输出电压设定指令值VsetP；
第二控制单元，用于判断所述输出电压设定指令值VsetP是否处于DC/DC变换器的调压范围内，如果是则以所述输出电压设定指令值VsetP作为DC/DC变换器的输出电压，否则以DC/DC变换器的调压范围的上限值或下限值作为DC/DC变换器的输出电压。
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