CN107465218B - 用于控制电动车辆中的ldc的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于控制电动车辆中的LDC的装置和方法。一种用于通过如下手段来控制电动车辆中的低压DC‑DC转换器(LDC)的装置和方法：通过对各个控制器指定优先级，根据优先级以升序串联连接控制器，并且基于各个控制器的输出电压来确定LDC的指令电压。因此，即使当具有最高优先级的控制器操作时，较低优先级的控制器也继续操作。因而，防止由状态转换时产生的瞬间过流引起的电力负载性能降低。

Description

用于控制电动车辆中的LDC的装置和方法
与相关申请的交叉引用
本申请基于并且要求于2016年6月3日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0069670的韩国专利申请的优先权的权益，其公开的全部内容通过引用合并于本文中。
技术领域
本申请涉及一种用于控制电动车辆中的低压直流-直流(DC-DC)转换器(LDC)的装置和方法，并且更具体地，涉及一种在根据优先级以升序串联连接可变电压控制器、用于补偿在LDC的输出端子处的压降的控制器、用于限制辅助电池的充电电流的控制器、以及用于限制LDC的输出电流的控制器之后，用于控制电动车辆中的LDC的技术。
背景技术
用于控制低压DC-DC转换器(LDC)的常规装置操作可变电压控制器，以根据燃料效率、负载性能以及辅助电池保护的目的来确定指令电压，并且操作用于补偿在LDC的输出端子处的压降的控制器，以调节由可变电压控制器确定的指令电压来对应辅助电池的端电压。
可变电压控制器和用于补偿在LDC的输出端子处的压降的控制器可以在LDC的正常工作状态下始终操作。然而，当限制用于防止辅助电池的过充电的充电电流时，控制器可以停止，并且可以仅操作用于限制辅助电池的充电电流的控制器以便确定LDC的指令电压并且限制充电电流。
当限制LDC的输出电流时，可变电压控制器、用于补偿在LDC的输出端子处的压降的控制器、以及用于限制辅助电池的充电电流的控制器可以停止操作，并且可以仅操作用于限制LDC的输出电流的控制器以便确定LDC的指令电压。当控制器(逻辑单元)的操作停止在如上所述的特定状态时，LDC电压在状态转换时瞬间改变，这会由于瞬间过流或者电力负载性能的变化而增加用户的不便或者不舒服。
因此，在用于控制LDC的常规装置中，可变电压控制器和用于补偿在LDC的输出端子处的压降的控制器可以在LDC的正常工作状态下始终操作，而当用于限制辅助电池的充电电流的控制器操作时停止操作。当用于限制LDC的输出电流的控制器操作时，用于限制辅助电池充电电流的控制器以及可变电压控制器和用于补偿在LDC的输出端子处的压降的控制器停止操作。因而，LDC电压在各个控制器的状态转换时瞬间改变，导致瞬间过流和电力负载性能降低。
发明内容
本发明提供了一种用于通过如下手段来控制电动车辆中的低压DC-DC转换器(LDC)的装置和方法：通过对各个的控制器指定优先级，根据优先级以升序串联连接控制器，并且基于各个控制器的输出电压来确定LDC的指令电压。因此，即使当具有高优先级的控制器操作时，较低优先级的控制器也可以继续操作。因而，可以防止由状态转换时产生的瞬间过流引起的电力负载性能降低。根据本发明的示例性实施方案的电动车辆包括：混合动力电动车辆(HEV)、电动车辆(EV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)以及燃料电池电动车辆(FCEV)。
本发明的目标不限于前述目标，并且从以下描述中将清楚地理解在本文中未提及的任何其它目标和优点。从本发明的示例性实施方案中将更清楚地理解本发明的构思。另外，显然的是，本发明的目标和优点可以通过权利要求及其组合所要求保护的元件和特征来实现。
根据本发明的一个方面，一种用于控制电动车辆中的LDC的装置可以包括：第一控制器，其配置成确定LDC的初始指令电压；第二控制器，其配置成确定补偿电压，所述补偿电压使得初始指令电压匹配或者对应于辅助电池的端电压；第三控制器，其配置成输出对应于辅助电池的充电电流限制的电压；以及指令电压确定器，其配置成基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压和第三控制器的输出电压来确定LDC的最终指令电压。
根据本发明的另一个方面，一种用于控制电动车辆中的LDC的方法可以包括：通过第一控制器来确定LDC的初始指令电压；通过第二控制器来确定补偿电压，所述补偿电压使得初始指令电压匹配辅助电池的端电压；通过第三控制器来输出对应于辅助电池的充电电流限制的电压；以及基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压和第三控制器的输出电压，通过指令电压确定器来确定LDC的最终指令电压。
附图说明
从结合附图进行的以下具体描述中，本发明的以上和其它的目的、特征和优点将更加显然：
图1图示了根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的低压DC-DC转换器(LDC)的装置的配置；
图2图示了根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的LDC的装置的电路图；
图3图示了根据本发明的一个示例性实施方案的由用于控制电动车辆中的LDC的装置来控制LDC的结果；
图4图示了根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的LDC的方法的流程图；
图5图示了根据本发明的另一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的LDC的方法的流程图。
附图标记：
100：第一控制器
200：第二控制器
300：第三控制器
400：第四控制器
500：指令电压确定器
401：确定LDC的初始指令电压
402：确定使得初始指令电压匹配辅助电池的端电压的补偿电压
403：确定对应于辅助电池的充电电流限制的输出电压
404：基于初始指令电压、补偿电压和输出电压来确定LDC的最终指令电压
501：确定LDC的初始指令电压
502：确定使得初始指令电压匹配辅助电池的端电压的补偿电压
503：确定对应于辅助电池的充电电流限制的第一输出电压
504：确定对应于LDC的输出电流限制的第二输出电压
505：基于初始指令电压、补偿电压、第一输出电压和第二输出电压来确定LDC的最终指令电压。
具体实施方式
应当理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非石油能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布方式存储和执行。
本文所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项的任何和所有组合。
除非特别声明或者从上下文显而易见的，本文所使用的术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在2个平均标准差内。“约”可被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文是清楚的，本文提供的所有数值通过术语“约”来修改。
从结合附图进行的以下具体描述将更清楚地理解本发明的以上和其它的目标、特征和优点，使得本发明所属领域的技术人员能够容易地执行本文所述的技术理念。另外，将取消与本发明相关的已知技术的具体描述，以不必要地模糊本发明的主旨。下文将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。
图1图示了根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的低压DC-DC转换器(LDC)的装置。如图1所示，根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的LDC的装置可以包括：第一控制器100、第二控制器200、第三控制器300、第四控制器400和指令电压确定器500。
对于前述元件中的每一个，第一控制器100可以为可变电压控制器，并且可以配置成根据燃料效率、负载性能以及辅助电池(例如，锂电池)的保护的目的，来确定LDC 600的初始指令电压。第二控制器200可以为配置成补偿在LDC的输出端子处的压降的控制器，并且可以配置成确定使得由第一控制器100确定的初始指令电压对应于辅助电池的端电压的补偿电压。第一控制器100和第二控制器200可以在LDC操作时始终操作。
第三控制器300可以配置成限制辅助电池的充电电流。例如，当温度大于或等于约44℃并且小于约49℃时，辅助电池的充电电流可以限制至约60A；当温度大于或等于约49℃，并且小于约54℃时，辅助电池的充电电流可以限制至约20A；当温度大于或等于约54℃并且小于约55℃时，辅助电池的充电电流可以限制至约10A；并且当温度大于或等于约55℃时，辅助电池的充电电流可以限制至约60A。通过考虑温度来限制辅助电池的充电电流仅是示例性的，并且通常地，辅助电池的充电电流可以通过各种已知的方法来限制。
另外，第三控制器300可以配置成输出对应于辅助电池的充电电流限制的电压。第四控制器400可以配置成基于以下示为示例的表1来限制LDC的输出电流。
表1
180 190 200 220
13.8 × × × 140
13.6 × × 129 135
13.2 × 70 120 134
13.0 × 50 110 133
12.8 30 46 95 130
在表1中，水平轴表示从高压电池(未示出)输入至LDC的电压，而竖直轴表示LDC的输出电压。例如，当LDC的输入电压为200V，并且LDC的输出电压为13V时，LDC的输出电流可以限制至110A。
第四控制器400可以配置成输出对应于LDC的输出电流限制的电压。指令电压确定器500可以为加法器-减法器(例如，处理器)，并且可以配置成通过增加或者减去第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压、第三控制器的输出电压和第四控制器的输出电压来确定LDC的最终指令电压。具体地，将参照图2来具体地描述通过指令电压确定器500确定最终指令电压的过程。
图2图示了根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的LDC的装置的电路图。如图2中所示，第一控制器100可以包括速率限制器110，所述速率限制器110配置成限制变化的速率，以防止初始指令电压VREF*的突变。速率限制器110可以使得初始指令电压限制在不超过每秒参考值的范围内。
第二控制器200可以包括：减法器210，其配置成将LDC的输出电压VO_LDC减去辅助电池的电压VBAT；以及比例积分(PI)逻辑单元220，其用于对减法器210的相减结果进行PI控制。第三控制器300可以包括：速率限制器310，其配置成限制辅助电池的充电电流限制IBAT_LIMIT变化的速率；减法器320，其配置成将速率限制器310的输出电流减去辅助电池的电流IBAT；以及PI逻辑单元330，其用于对减法器320的相减结果进行PI控制。
另外，第四控制器400可以包括：速率限制器410，其配置成限制LDC的输出电流限制IO_LIMIT变化的速率；减法器420，其配置成将速率限制器410的输出电流减去LDC的输出电流IO_LDC_LPF；以及PI逻辑单元430，其用于对减法器420的相减结果进行PI控制。另外，作为内部变量的“抗饱和限制”可以设定成通过将LDC的输出电流限制减去LDC的输出电流(感测值)而获得的结果。具体地，第三控制器300的工作周期可以比第二控制器200的工作周期更快，并且第四控制器的工作周期可以比第三控制器300的工作周期更快。指令电压确定器500可以包括：加法器510、第一减法器520和第二减法器530。加法器510可以配置成将来自第一控制器100的初始指令电压与来自第二控制器200的补偿电压相加，并且相加的结果可以为通过压降补偿逻辑应用至初始指令电压所获得的电压VBAT_COMP*。
第一减法器520可以配置成将加法器510的相加结果VBAT_COMP减去对应于辅助电池的充电电流限制的电压，并且相减的结果可以为应用了辅助电池的充电电流限制逻辑的电压VBAT_LIMITED*。第二减法器530可以配置成从第一减法器520的相减结果VBAT_LIMITED*减去对应于LDC的输出电流限制的电压，并且相减结果可以为应用了LDC的输出电流限制逻辑的电压VCMD_LDC*(最终指令电压)。然而，当第二减法器530未接收到对应于LDC的输出电流限制的电压时，第一减法器520的输出电压VBAT_LIMITED*可以为最终指令电压。
同时，当第一减法器520未接收到对应于辅助电池的充电电流限制的电压，并且第二减法器530未接收到应用了LDC的输出电流限制逻辑的电压时，加法器510的输出电压VBAT_COMP*可以为最终指令电压。换言之，在正常工作状态下，加法器510的输出电压VBAT_COMP*可以为最终指令电压；然而，当辅助电池的充电电流被限制时，第一减法器520的输出电压VBAT_LIMITED*可以为最终指令电压，而当LDC的输出电流被限制时，第二减法器530的输出电压VCMD_LDC*可以为最终指令电压。
根据本发明构思，第一控制器100、第二控制器200、第三控制器300和第四控制器400可以通过指令电压确定器500顺序地连接，且因而，LDC可以通过具有最高优先级的控制器来操作，而与较低优先级的控制器的操作无关。这将参照图3来进行说明。
图3图示了根据本发明的一个示例性实施方案的通过用于操作电动车辆中的LDC的装置来控制LDC的结果，并且示出辅助电池(例如，锂电池)的充电电流被限制。测试条件如下：输入电压240V；负载10A；辅助电池控制器局域网络(CAN)传输100ms；辅助电池内部电阻10mΩ；指令电压15.1V；以及充电电流限制20A。如图3所示，针对15.1V的指令电压的充电电压限制于14.94V，控制器稳定时间为11.65s，以及辅助电池的充电电流限制通常限制至20A。
图4图示了根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的LDC的方法的流程图。首先，在操作401，第一控制器100可以配置成确定LDC的初始指令电压。然后，在操作402，第二控制器200可以配置成确定使得初始指令电压对应于辅助电池的端电压的补偿电压。此后，在操作403，第三控制器300可以配置成输出对应于辅助电池的充电电流限制的电压。其后，在操作404，指令电压确定器500可以配置成基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压和第三控制器的输出电压来确定LDC的最终指令电压。因此，基于最终指令电压，LDC然后可以通过上位或者通常的控制器来操作。
图5图示了根据本发明的另一个示例性实施方案的用于控制电动车辆中的LDC的方法的流程图。首先，在操作501，第一控制器100可以配置成确定LDC的初始指令电压。然后，在操作502，第二控制器200可以配置成确定使得初始指令电压对应于辅助电池的端电压的补偿电压。其后，在操作503，第三控制器300可以配置成输出对应于辅助电池的充电电流限制的电压。
另外，在操作504，第四控制器400然后可以配置成输出对应于LDC的输出电流限制的电压。最后，在操作505，指令电压确定器500可以配置成基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压、第三控制器的输出电压、第四控制器的输出电压来确定LDC的最终指令电压，从而相应地操作LDC。
同时，根据本发明的示例性实施方案的上述方法可以写为计算机程序。可以通过本领域的计算机程序员来容易地推断出组成程序的代码和代码段。写入的程序可以存储在非易失性计算机可读记录介质(信息存储介质)中，并且通过计算机来读取和执行，由此实施根据本发明的示例性实施方案的方法。记录介质包括全部类型的非易失性计算机可读的记录介质。
如上所陈述的，通过对各个的控制器指定优先级，根据优先级以升序串联连接控制器，并且基于各个控制器的输出电压来确定LDC的指令电压，即使当具有最高优先级的控制器操作时，较低优先级的控制器也不需要停止它们的操作，即较低优先级的控制器可以继续操作。因而，可以防止由状态转换时产生的瞬间过流引起的电力负载性能降低。
另外，本发明构思可以通过改进LDC控制配置来防止在状态转换时的异常操作，并且能够适当地选择控制增益，以提高电动车辆的燃料效率并保护辅助电池。此外，本发明构思可以通过将用于限制辅助电池的充电电流的控制器改变成充电电流控制器，利用辅助电池电流控制，而有利于燃料效率项目的发展。
在上文中，尽管已经参照示例性实施方案和附图描述了本发明，但是本发明不限制于此，而在不脱离所附权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，可以由本发明所属的领域的技术人员进行各种修改和变化。

Claims (11)

1.一种用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的装置，其包括：
第一控制器，其配置成确定低压直流-直流转换器的初始指令电压；
第二控制器，其配置成确定补偿电压，所述补偿电压使得初始指令电压对应于辅助电池的端电压；
第三控制器，其配置成输出对应于辅助电池的充电电流限制的电压；以及
指令电压确定器，其配置成基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压和第三控制器的输出电压来确定低压直流-直流转换器的最终指令电压，以基于最终指令电压来操作低压直流-直流转换器，
其中，第三控制器的工作周期比第二控制器的工作周期更快，
第一控制器、第二控制器和第三控制器经由指令电压确定器根据优先级以升序串联连接，
指令电压确定器包括：
加法器，其配置成将补偿电压与初始指令电压相加；和
减法器，其配置成将加法器的结果减去第三控制器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的装置，进一步地包括：
第四控制器，其配置成输出对应于低压直流-直流转换器的输出电流限制的电压。
3.根据权利要求2所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的装置，其中，第四控制器的工作周期比第三控制器的工作周期更快。
4.根据权利要求2所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的装置，其中，指令电压确定器配置成基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压、第三控制器的输出电压以及第四控制器的输出电压来确定低压直流-直流转换器的最终指令电压，以基于确定出的最终指令电压来操作低压直流-直流转换器。
5.根据权利要求4所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的装置，其中，指令电压确定器包括：
加法器，其配置成将补偿电压与初始指令电压相加；
第一减法器，其配置成使加法器的结果减去第三控制器的输出电压；以及
第二减法器，其配置成使第一减法器的结果减去第四控制器的输出电压。
6.根据权利要求1所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的装置，其中，第三控制器配置成根据温度来限制辅助电池的充电电流。
7.一种用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的方法，其包括：
通过第一控制器来确定低压直流-直流转换器的初始指令电压；
通过第二控制器来确定补偿电压，所述补偿电压使得初始指令电压对应于辅助电池的端电压；
通过第三控制器来输出对应于辅助电池的充电电流限制的电压；
基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压和第三控制器的输出电压，通过指令电压确定器来确定低压直流-直流转换器的最终指令电压；
基于确定出的最终指令电压来操作低压直流-直流转换器，
其中，第三控制器的工作周期比第二控制器的工作周期更快，
第一控制器、第二控制器和第三控制器经由指令电压确定器根据优先级以升序串联连接，
确定最终指令电压包括：
将补偿电压与初始指令电压相加；
将相加的结果减去第三控制器的输出电压的结果确定为最终指令电压。
8.根据权利要求7所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的方法，进一步包括：
通过第四控制器来输出对应于低压直流-直流转换器的输出电流限制的电压。
9.根据权利要求8所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的方法，其中，第四控制器的工作周期比第三控制器的工作周期更快。
10.根据权利要求8所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的方法，其中，确定最终指令电压包括：
基于第一控制器的输出电压、第二控制器的输出电压、第三控制器的输出电压和第四控制器的输出电压来确定低压直流-直流转换器的最终指令电压。
11.根据权利要求10所述的用于控制电动车辆中的低压直流-直流转换器的方法，其中，确定最终指令电压包括：
将补偿电压与初始指令电压相加；
将相加的结果减去第三控制器的输出电压；
将相减的结果减去第四控制器的输出电压的结果确定为最终指令电压。
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