CN105270197A - 带有电池升压以及旁路控制的车辆系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的示例性方面的一种车辆系统，除其他以外，包括适于在第一电压固定点操作的DC/DC转换器总线以及适于在不同于第一电压设定点的第二电压设定点操作的低压电池总线。

Description

带有电池升压以及旁路控制的车辆系统
技术领域
本发明涉及一种车辆系统，该系统包括在特定状况期间为电池充电以及为电池提供路径从而支持DC/DC(直流/直流)转换器总线的模块负载的升压转换器。
背景技术
通常，由于电气化车辆由一个或多个利用电池供电的电机选择性地进行驱动，因此电气化车辆与传统机动车辆不同。相比之下，传统机动车辆仅依靠内燃发动机驱动车辆。电气化车辆可以利用电机代替内燃发动机或除了内燃发动机以外还是用电机。电机典型地由高压电池供电。
在一些示例中，电气化车辆的供电组件并非位于与它们的在传统车辆中的对应物相同的位置。例如，由于包装约束，低压电池可以包装为距离为电池充电的DC/DC转换器相对远的距离。该远距离的包装会使为低压电池充电复杂化。
发明内容
根据本发明示例性方面的一种车辆系统，除其他以外，包括适于在第一电压设定点操作的DC/DC转换器总线以及适于在不同于第一电压设定点的第二电压设定点操作的低压电池总线。
在上述车辆系统的进一步非限制性实施例中，升压转换器设置在DC/DC转换器总线和低压电池总线之间并且配置为控制DC/DC转换器总线和低压电池总线之间的电流。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，升压转换器包括至少一个可操作地使DC/DC转换器总线与低压电池总线分离的开关。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，升压转换器包括旁路开关、能量储存装置、升压开关以及二极管。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，DC/DC转换器总线包括DC/DC转换器以及至少一个模块负载。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，低压电池总线包括电池。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，第一电压设定点包括固定电压以及第二电压设定点包括可变电压。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，控制单元与DC/DC转换器总线以及低压电池总线电力通信。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，控制单元配置为在充电模式以及支持模式操作，在充电模式中DC/DC转换器总线为低压电池总线的电池充电，在支持模式中低压电池总线支持DC/DC转换器总线的模块负载。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，车辆系统是电气化车辆低压总线的一部分。
根据本发明的另一示例性方面的一种车辆系统，除其他以外，包括电池、配置为电池充电的DC/DC转换器、配置为升高来自DC/DC转换器电压的升压转换器以及控制单元，控制单元配置为在充电模式和支持模式操作，在充电模式中电流沿第一方向流动从而为所述电池充电，在支持模式中电流沿相反的第二方向流动从而支持模块负载。
在上述车辆系统的进一步非限制性实施例中，电池是低压电池总线的一部分的低压电池以及DC/DC转换器是DC/DC转换器总线的一部分。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，模块负载是DC/DC转换器总线的一部分。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，升压转换器包括选择性地闭合从而在支持模式下限定电流的路径的旁路开关。
在上述任一车辆系统的进一步非限制性实施例中，升压转换器包括在充电模式期间选择性地断开以及闭合从而在能量存储装置中存储能量的升压开关。
根据本发明另一示例性方面的一种方法，除其他以外，包括在电气化车辆的车辆系统中组合升压转换器、响应第一状况而在DC/DC转换器为电池充电的充电模式中操作车辆系统以及响应第二状况而在电池支持至少一个模块负载的支持模式中操作车辆系统。
在上述方法的进一步非限制性实施例中，DC/DC转换器是DC/DC转换器总线的一部分，并且电池是低压电池总线的一部分。
在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括在固定的电压设定点操作DC/DC转换器总线以及在可变的电压设定点操作低压电池总线。
在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括响应第三状况而使DC/DC转换器与电池分离。
在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，第一状况包括电池低的荷电状态状况以及第二状况包括DC/DC转换器超负载状况。
上述段落的实施例、示例以及可选方案以及权利要求或下述说明书和附图，包括它们的各方面或各自单独特征中的任何的都可以单独地或任意的组合地利用。关于一个实施例描述的特征适用于所有的实施例，除非这样的特征是不兼容的。
本发明的各种特征及有利之处从下述具体实施方式中对本领域的技术人员而言是显而易见的。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下。
附图说明
图1示意性地示出电气化车辆的动力传动系统；
图2示出了电气化车了的车辆系统；
图3示出了车辆系统的升压转换器。
具体实施方式
本发明涉及一种车辆系统，其可以在DC/DC转换器为电池充电的充电模式操作，或者在电池支持DC/DC转换器总线的至少一个模块负载的支持模式操作。车辆系统的电池可以通过局部升压转换器利用可变电压充电，同时车辆系统的剩余部分可以在固定的电压设定点操作。在DC/DC转换器超负载和/或将电池与DC/DC转换器总线完全分离的情况下，升压转换器也可以容许电流沿相反的方向流动。在本发明中会更加详细地说明这些以及其他特征。
图1示意性地说明了电气化车辆12的动力传动系统10。尽管以混合动力电动车辆(HEV)示出，但应理解的是，此处所描述的概念不限于HEV，并且可以扩展到其他电气化车辆，包括但并不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)以及燃料电池车辆。
在一个实施例中，动力传动系统10是采用了第一传动系统和第二传动系统的动力分配系统(powersplitsystem)，第一传动系统包括发动机14和发电机16(即第一电机)的组合，第二传动系统至少包括马达36(即第二电机)、发电机16以及电池50。例如，马达36、发电机16以及电池50可以构成动力传动系统10的电力传动系统25。第一和第二传动系统产生扭矩从而驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮30。
例如内燃发动机的发动机14以及发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限制性实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，也可以利用包括其它齿轮组和变速器的其它类型的动力传输单元来连接发动机14和发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20、中心齿轮22以及支架总成24。发电机16作为发电机时可以通过动力传输单元18驱动从而将动能转化为电能。可选地，发电机16可以作为马达从而将电能转化为动能，由此向连接到动力传输单元18的支架总成24的轴26输出扭矩。由于发电机16可操作地连接到发动机14，因此发动机14的速度可以由发电机16控制。
动力传输单元18的环形齿轮20可以与轴28连接，轴28通过第二动力传输单元32与车辆驱动轮30连接。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E以及34F的齿轮组。其他动力传输单元也适宜。齿轮34A-34F将扭矩从发动机14传递到差速器38从而为车辆驱动轮30提供牵引力。差速器38可以包括能够向车辆驱动轮30传递扭矩的多个齿轮。第二动力传输单元32通过差速器38与轮轴40机械地耦接从而向车辆驱动轮30分配扭矩。
也可以采用马达36通过向轴46输出扭矩而驱动车辆驱动轮30，轴46也与第二动力传输单元32连接。在一个实施例中，马达36以及发电机16是再生制动系统的一部分，在该系统中，马达36以及发电机16都可以作为马达输出扭矩。马达36、发电机16、动力传输单元18以及动力传输单元32一般称作电气化车辆12的驱动桥42或变速器。因此，当驾驶员选择特定的变速位置时，通过向车辆驱动轮30提供牵引力适当地控制驱动桥42从而提供使电气化车辆12前进的对应的挡位。
马达36以及发电机16的每一个都可以向高压总线48并且随后向电池50输出电力。换言之，高压总线48将马达36以及发电机16耦接到电池50。电池50可以是能够输出电力操作马达36和发电机16的高压电池。电气化车辆12也可以采用其他类型的能量存储装置和/或输出装置。
各种附件模块负载54可以通过在低压总线56上的能量传递以及分配来供电。模块负载的非限制性示例包括收音机、CD播放器、GPS系统、照明设备、电动窗、电动座椅、冷却风扇、雨刷、加热座椅、加热车窗和/或仪表组。为模块负载54供电所需的能量可以由低压电池58、电池50(通过高压总线48)、马达36和/或发电机16提供。
提供例如DC/DC转换器59的电源转换器从而控制高压总线48和低压总线56之间的电能传递。来自高压总线48的能量或在再生制动过程中所产生的以及传递到高压总线48的能量以这种方式通过DC/DC转换器59传递到低压总线56。
另外地，动力传动系统10可以包括用于监测和/或控制电气化车辆12的各方面的控制系统44。例如控制系统44可以与电力传动系统25、动力传输单元18和32、DC/DC转换器59或其他组件通信从而监测和/或控制电气化车辆12。控制单元44包括执行用于操作电气化车辆12的必要的控制功能的电子器件和/或软件。在一个实施例中，控制系统44是车辆系统控制器和动力传动系统控制模块的组合(VSC/PCM)。虽然以单独的硬件装置示出，但是控制系统44可以包括以多种硬件装置或在一个或多个硬件装置内的多种软件控制器的形式的多个控制器。
控制局域网络(CAN)52容许控制系统44与驱动桥42通信。例如，控制系统44可以从驱动桥42接收信号从而表明是否发生了变速位置之间的转变。控制系统44也可以与电池50的电池控制模块或其他控制装置通信。
在一个非限制性实施例中，电气化车辆12具有两种基本操作模式。电气化车辆12在利用马达36(一般没有来自发动机14的辅助)用于车辆推进的情况下，可以在电动车辆(EV)模式操作，由此在特定的驾驶模式/循环下消耗电池50荷电状态直至达到其最大的允许放电率。EV模式是电气化车辆12操作的电荷消耗模式的示例。在EV模式中，电池50的荷电状态在一些状况下可以升高，例如由于再生制动阶段。在默认的EV模式下，总体上不容许操作发动机14，但可以基于车辆系统状态或操作者的允许而在需要时操作发动机14。
电气化车辆12可以另外地以混合动力(HEV)模式操作，在该模式下发动机14和马达36都用于车辆推进。HEV模式是用于电气化车辆12的操作的电荷维持模式的示例。在HEV模式期间，电气化车辆12可以降低马达36推进使用，以便通过增加发动机14推进使用将电池50的荷电状态保持在恒定或大约恒定的水平。虽然此处未具体说明，但是可以在除EV和HEV模式以外的其他操作模式操作电气化车辆12。
图2示意性示出了车辆系统60，车辆系统60可以组合到电气化车辆内，例如图1的电气化车辆12中。在一个实施例中，车辆系统60是电气化车辆的低压总线的一部分(例如见图1所示的低压总线56)。
在一个实施例中，车辆系统60包括DC/DC转换器总线62以及低压电池总线64。升压转换器66设置在DC/DC转换器总线62和低压电池总线64之间。如下面进一步说明的，升压转换器66的组合容许DC/DC转换器总线62在第一电压设定点操作以及低压电池总线64在不同于第一电压设定点的第二电压设定点操作。
DC/DC转换器总线62可以包括DC/DC转换器70以及一个或多个模块负载72。DC/DC转换器70可以从例如在电气化车辆的高压总线上操作的电池的电源65接收具有相应输入DC电流的输入DC电压99。在一个实施例中，DC/DC转换器70将输入DC电压99转换为具有适合为模块负载72供电的相应输入DC电流的较低压输出DC电压101。换言之，DC/DC转换器70将低压总线的一部分的DC/DC转换器总线62电力地耦接到高压总线。在一个实施例中，DC/DC转换器70适于将输入DC电压99“降压”到较低的输出DC电压101。
输出DC电压101通过例如电线75的连接与模块负载72连通。各种类型的模块负载72可以通过与DC/DC转换器70连通的输出DC电压101供电。模块负载72可以包括一种或多种下述附件：照明设备、电动车窗、电动座椅、冷却风扇、雨刷、加热座椅、加热车窗、仪表组、收音机等。当然，所提供的这些负载仅作为非限制性示例。
在另一非限制性实施例中，DC/DC转换器总线62在约为12V(伏特)的固定电压设定点操作。换言之，来自DC/DC转换器70的输出DC电压101是有效地为模块负载72供电的合适的固定电压。
低压电池总线64可以包括电池74。在一个实施例中，电池74是低压电池，例如12V的电池。电池74可用于启动发动机或者用于各种其他的目的。传感器76可以电力地连接到电池74的接线柱从而监测电池74的各种状况，包括但不限于它的电流、电压、温度和/或荷电状态(SOC)。
升压转换器66可以设置在DC/DC转换器70和电池74之间。连接或电线77可以在DC/DC转换器70和升压转换器66之间延伸。通过连接或电线79连通电压为电池74充电之前，升压转换器66可操作地升压或“设置”接收自DC/DC转换器70的电压。通过升压转换器66从DC/DC转换器70接收的电压可以等于输出DC电压101。
通过将升压转换器66组合到车辆系统60内，低压电池总线64可以在不同于DC/DC转换器总线62的第一电压设定点的第二电压设定点(即与用于为模块负载72供电的电压设定点不同的电压设定点)操作。在一个非限制性实施例中，低压电池总线64的电压设定点包括可变电压。例如，电压设定点可以在13V和15V或者适合为电池74充电的一些其他电压范围之间变化。
车辆系统60可以另外地包括控制单元68。虽然以独立的组件示出，但是控制单元68可以是整个车辆系统控制(例如见图1中的控制系统44)的一部分。控制单元68可以包括用于执行控制车辆系统60的多个相关算法所需的硬件和/或软件。
例如，在一个非限制性实施例中，控制单元68设定程序用于要求车辆系统60在充电模式或支持模式操作。在充电模式，响应第一状况而使DC/DC转换器70为电池74充电。第一状况可以是由传感器76感测的电池74的低的SOC状况。传感器76可以向控制单元68通信代表低的SOC状况的信号从而要求充电模式。升压转换器66在向电池74连通充电电压之前将接收自DC/DC转换器70的电压升高。在图2中通过标有“CM”的箭头示意性地示出了充电模式的路径。
在支持模式中，响应第二状况而操作电池74沿相反的方向提供电流从而支持DC/DC转换器总线62的一个或多个模块负载72。在一个实施例中，第二状况是DC/DC转换器70的超负载的状况。DC/DC转换器70可以通过控制单元68监测从而确定是否发生了超负载的状况。升压转换器66为电池74提供了路径从而支持模块负载72。支持模式的路径通过图2中标有“SM”的箭头示意性地示出。在一个实施例中，充电模式以及支持模式的路径都延伸通过升压转换器66。
图3示出了图2中的升压转换器66的另外的细节。在一个实施例中，升压转换器66包括第一开关78(即旁路开关)、能量存储装置80、第二开关82(即升压开关)以及与能量存储装置80串联连接设置的二极管84。第一开关78、第二开关82以及二极管84可以配置作为半导体开关。在一个实施例中，能量存储装置80以电感器实施。但是，另外地或可选地可以采用例如电容器的其他装置。
在一个实施例中，例如在上述支持模式期间，第一开关78可以闭合从而通过提供从低压电池总线64到DC/DC转换器总线62的电流来支持模块负载。控制器单元68可以要求第一开关78响应例如DC/DC转换器超负载的状况而闭合。在图3中，第一开关78的断开位置以实线示出并且闭合位置以虚线示出。在支持模式期间，二极管84阻止电流从低压电池总线64流通到能量存储装置80(从图3的右侧到左侧)。在支持模式期间，第二开关82典型地位于断开位置(以实线示出)。
在另一实施例中，例如上述的充电模式期间，第一开关78断开并且第二开关82选择性地断开和闭合从而在能量存储装置80中存储能量。换言之，第二开关82可以选择性地启动从而升高接收自DC/DC转换器总线62的电压。当第二开关82闭合时(如图3中虚线所示)，电流可以流过能量存储装置80并且能量可以通过产生磁场而存储在能量存储装置80中。反之，当第二开关断开时(实线所示)，电流降低并且之前产生的磁场将会消失从而保持电流向低压电池总线64流动，为例如低压电池的低压电池总线64的组件充电。
仍然在另一实施例中，例如车辆系统60的另一状况期间，升压转换器66可用于使DC/DC转换器总线62与低压电池总线64完全分离，以便节约能量。例如，在分离模式，控制单元68可以要求第一开关78断开以及第二开关82闭合，从而使DC/DC转换器总线62与低压电池总线64分离。当第二开关82闭合时，为来自能量存储装置80的电流提供至接地86的路径而不是至低压电池总线64的路径。在一个非限制性实施例中，在点火开关关断的状况期间执行分离模式。
虽然不同的非限制性实施例示出为具有特定的组件或步骤，但是本发明的实施例并不限于那些特定的组合。也可能的是，利用非限制性实施例中任何的一些组件或特征中与其他非限制性实施例中的任何的特征或组件的组合。
应该理解的是，在全部的几幅附图中，相同的附图标记表示相应的或相似的元件。应该理解的是，虽然在这些示例性实施例中公开以及说明了特定组件装置，但是从本发明的教导中也可以有利地得到其他布置。
上述说明应该解释为说明性的而并非任何限制的意思。本领域的普通技术人员可以理解在本发明的范围内可以想到一些变化。出于这些原因，应该研究下述权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (10)

1.一种车辆系统，包括：
适于在第一电压设定点操作的DC/DC转换器总线；以及
适于在不同于所述第一电压设定点的第二电压设定点操作的低压电池总线。
2.根据权利要求1所述的车辆系统，包括升压转换器，其设置在所述DC/DC转换器总线和所述低压电池总线之间并且配置为控制所述DC/DC转换器总线和所述低压电池总线之间的电流。
3.根据权利要求2所述的车辆系统，其中所述升压转换器包括至少一个可操作地使所述DC/DC转换器总线与所述低压电池总线分离的开关。
4.根据权利要求2所述的车辆系统，其中所述升压转换器包括旁路开关、能量存储装置、升压开关以及二极管。
5.根据权利要求1所述的车辆系统，其中所述DC/DC转换器总线包括DC/DC转换器以及至少一个模块负载。
6.根据权利要求1所述的车辆系统，其中所述低压电池总线包括电池。
7.根据权利要求1所述的车辆系统，其中所述第一电压设定点包括固定电压以及所述第二电压设定点包括可变电压。
8.根据权利要求1所述的车辆系统，其中包括与所述DC/DC转换器总线以及所述低压电池总线电力通信的控制单元。
9.根据权利要求8所述的车辆系统，其中所述控制单元配置为以充电模式以及支持模式操作，在充电模式中所述DC/DC转换器总线为所述低压电池总线的电池充电，在支持模式中所述低压电池总线支持所述DC/DC转换器总线的模块负载。
10.根据权利要求1所述的车辆系统，其中所述车辆系统是电气化车辆低压总线的一部分。
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