CN107769294B - 具有分布式控制的电动车辆直流功率转换 - Google Patents

具有分布式控制的电动车辆直流功率转换 Download PDF

Info

Publication number
CN107769294B
CN107769294B CN201710680004.2A CN201710680004A CN107769294B CN 107769294 B CN107769294 B CN 107769294B CN 201710680004 A CN201710680004 A CN 201710680004A CN 107769294 B CN107769294 B CN 107769294B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
controller
error
current
integral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710680004.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107769294A (zh
Inventor
迈克尔·汉德
理查德·戴奇·安德森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN107769294A publication Critical patent/CN107769294A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107769294B publication Critical patent/CN107769294B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/14—Balancing the load in a network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • H02J7/0022—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H02J7/007184—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage in response to battery voltage gradient
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/285—Single converters with a plurality of output stages connected in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/526—Operating parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/529—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0019—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being load current fluctuations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

一种电动车辆，具有包括提供主电压的串联电池单元的电池组。为了从所有电池单元平均地提供低电压总线，多个DC/DC转换器由各自的单元供电并且它们的输出并联。中央模块具有外部回路控制器，其产生目标电流以将总线电压调节到预定电压，并且具有根据电池单元的各自的荷电状态将目标电流分配到多个分配的电流指令中的分配器。多个本地控制器各自调节各自的DC/DC转换器的电流。每个本地控制器接收各自的分配的电流指令作为各自的前馈控制变量。只有当误差高于阈值时，每个本地控制器将总线电压和预定电压之间的误差积分为各自的反馈控制变量。

Description

具有分布式控制的电动车辆直流功率转换
技术领域
本发明大体涉及用于电动车辆的电力系统，更具体地，涉及用于控制DC/DC(直流/直流)转换器以将电池组的高电压转换为低电压以用于电动车辆的低电压总线的方法和装置。
背景技术
诸如电池电动车辆和混合动力电动车辆的电动车辆通常利用由DC电源驱动的高压电源总线，其可以包括诸如多电芯的电池组的存储和/或转换装置。电池组可以具有串联连接的多个电芯，以便提供必要的电力和/或电压电平。电芯需要实时监控以使效率和性能最大化，并确定电池荷电状态(SOC)以预测电池电源下剩余的车辆可行驶里程。诸如锂离子(Li-Ion)的普通电池类型使用大量堆叠在一起(串联和/或并联连接)的单个电芯，并且电芯的组可以以组为单位分层次地连接，从而对组进行监控而不是单个电芯。如本文所用，电池单元是指单个电芯或视为整体的电芯的组。
除了与电动车辆中驱动牵引马达相关联的高电压组件之外，车辆还包含低电压的电气组件和附件(例如控制模块、照明、通信和娱乐设备)以及用于支撑低电压组件的低电压电池。为了从主高压电池组向低电压组件供电和/或为低电压电池充电，已经使用DC/DC转换器将高电压向下转换为适当的低电压以驱动低电压电源总线。
虽然可以接入电池组的一小部分来获得较低的电压，但是由此导致的来自电池组的不平衡的电源消耗是不期望的。另一方面，使用由电池组的全部高电压直接驱动的单个DC/DC转换器需要转换器中的高电压组件，这导致高成本。为了获得必要的电压转换和平衡多个电芯之间的电负载，已经使用一组DC/DC转换器，每个转换器的输入端连接到不同的电芯(或电芯的单元)并且转换器输出端并联连接，如Piccard等人的美国专利8,115,446所示，其公开内容通过引用并入本文。
电池组中的典型电芯可以产生大约4V电压。例如，低电压总线的目标或设定点电压可以为大约14V。如果每个DC/DC转换器覆盖一个电芯，则控制其将电压从4V增加到14V。如果每个转换器覆盖六个串联的电芯，那么它被控制以将其输入端两端的24V减小到所需的14V电压。
Zane等人的美国专利申请公开2015/0214757A1公开了多个DC/DC旁路转换器，其输出端同样并联连接，其中每个转换器的操作根据其各自电池单元的电池状态单独地调节，从而降低电池状态与参考状态的偏离率。因此，电池单元的荷电状态更均匀，这提高了电池组的整体性能。然而，独立地改变来自每个DC/DC转换器的功率的副作用是从转换器并联连接导出的公共输出电压可能不能保持恒定在期望值或值的范围。低电压DC总线上产生的电压不稳定性可能会对组件运行造成不利影响和造成低电压电池的寿命快速损失，特别是因为总的低电压功率负载可能在车辆使用过程中迅速变化。
在与本申请同时提交的系列待审的美国申请号(83675287)、题目为“低电压总线的电动车辆功率转换”的专利文献中，其全部内容通过引用并入本文中，公开了一种控制策略，其中第一控制器接收实际总线电压。第一控制器响应于总线电压产生目标总电流，该目标总电流适于将实际总线电压调节到目标电压。第二控制器根据连接到转换器的电池单元的各自的荷电状态，将目标电流分配给用于各自转换器的多个分配的电流指令中。因此，电力以如下方式从电池组中得到，即，平衡其荷电状态，同时在低电压总线上保持稳定的电压。
系列待审的美国申请号(83675287)包括分布式控制架构，其中中央控制模块确定1)要获得的组合电流，其将公共转换器输出电压调节到设定点电压，以及2)转换器之间的总电流的分布或分配，这导致电池单元荷电状态的期望的平衡。在分布式架构中，分配的电流指令被发送到每个DC/DC转换器，其中控制器负责调节转换器的输出，从而其实现分配的电流。为了保持期望的输出电压而不会减少分配的电流太多或太长时间，该系统必须很快地更新到每个转换器的指令电流。需要快速的响应时间，因为低电压总线上的输出负载需求(例如动力转向、前照灯、无线电等)变化非常快速并且不可预测，这是因为许多可以被乘客随时打开或关闭。详细的分析和模拟表明，应该维持用于更新指令的最大采样间隔1ms。尽管实现这个更新速率是可能的，需要比当前可用的车载协议(例如CAN(控制器局域网)、SPI(串行外围设备接口)等)更多的通信带宽。为了加快通信速度，可以使用专用通信总线，但是会导致增加成本和复杂性。
希望同时保持输出电压控制与电芯平衡逻辑，而不需要大的通信带宽或相关的额外成本。
发明内容
本发明提供一种分布式/级联控制方法，其中外部控制器对所需的总电流和用于实现电池平衡的电流的分布提供缓慢的、粗略控制。目前的指令在现有的电动车辆通信架构的带宽限制内被更新。这些电流指令通过低速通信总线发送到位于每个转换器的本地控制器。本地控制器使用电流指令以及输出电压的本地反馈来指定每个转换器的最终电流消耗。
在本发明的一个方面，一种电动车辆装置包括电池组，该电池组包括提供主电压的串联电池单元。多个DC/DC转换器各自具有由各自的电池单元供电的输入端。DC/DC转换器具有并联连接到低电压总线的各自的输出端。中央模块具有外部回路控制器，该外部回路控制器产生适于将低电压总线上的总线电压调节到预定电压的目标电流，以及中央模块具有分配器，该分配器根据连接到DC/DC转换器的电池单元的各自的荷电状态将目标电流分配到用于各自DC/DC转换器的多个分配的电流指令中。多个本地控制器各自调节各自的DC/DC转换器的电流。每个本地控制器接收各自的分配的电流指令作为各自的前馈控制变量。每个本地控制器使用总线电压和预定电压之间的误差作为各自的反馈控制变量。
根据本发明，提供一种用于由各自的电池单元供电的多个并联转换器中的DC/DC转换器的控制器，包括：
前馈部分，所述前馈部分从外部电压控制器接收分配的电流指令以产生第一控制变量；
反馈部分，所述反馈部分接收所述并联转换器的公共输出，以根据电压误差产生第二控制变量；以及
加法器，所述加法器加和所述控制变量以调节来自所述DC/DC转换器的电流。
根据本发明的一个实施例，其中所述反馈部分包括具有积分输出的外区抗饱和积分控制器，当所述控制器处于稳定状态时，所述积分输出大体为零。
根据本发明的一个实施例，其中所述积分控制器包括死区函数，在所述电压误差小于阈值时，死区函数将待积分的所述误差设置为零。
根据本发明的一个实施例，其中所述积分控制器还包括斜降函数(ramp-downfunction)，该斜降函数在所述电压误差小于阈值时将任何非零积分输出驱动至零。
根据本发明的一个实施例，其中斜降函数包括作为所述积分控制器的输入的所述非零积分输出的反馈。
根据本发明的一个实施例，其中反馈包括与电压误差幅度成反比的增益因子。
根据本发明的一个实施例，其中所述反馈部分包括用于积分所述电压误差以产生相应的积分输出的比例积分控制，并且其中所述控制器适于将所述积分输出传输到所述外部电压控制器。
根据本发明的一个实施例，其中所述反馈部分包括具有积分输出的外区抗饱和积分控制器，所述积分输出在所述控制器处于稳态时大体为零，其中所述反馈部分包括用于积分所述电压误差以产生相应的积分输出的比例积分控制，以及其中所述控制器适于将所述积分输出传输到所述外部电压控制器。
附图说明
图1是根据本发明的电力系统的实施例的框图；
图2是示出用于控制DC功率转换器的本发明的框图；
图3是示出本发明的分布式/级联架构的框图；
图4是示出用于一个DC/DC转换器的本地控制器的一个优选实施例的框图；
图5是示出图4的本地控制器的积分部分的外区抗饱和控制器(outer bandunwinding controller)的框图；
图6和图7是示出图5的衰减函数的示例的功能图；
图8是使用与DC/DC转换器本地控制器的共享积分作用的外部回路控制器的框图。
具体实施方式
本文所用的术语“电动车辆”包括具有用于车辆推进的电动马达的车辆，例如电池电动车辆(BEV)，混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)。BEV包括电动马达，其中马达的能量来源是可从外部电网再充电的电池。在BEV中，电池或其他DC电源为车辆推进提供能量。HEV包括内燃机和电动马达，其中用于发动机的能量来源是燃料，并且用于马达的能量来源是诸如电池的DC存储单元。在HEV中，发动机是用于车辆推进的主要能量来源，其中电池为车辆推进提供补充能量(例如电池缓冲燃料能量并以电的形式回收动能)。PHEV就像HEV一样，但是PHEV可具有可从外部电网再充电的更大容量的电池。在PHEV中，电池可以是车辆推进的主要能源，直到电池耗尽到低能量水平，此时PHEV像HEV一样运行以进行车辆推进。
典型的电池系统可以包括主电池组和至少一个用于监测单个电芯和整个电池组的电池能量控制器模块(BECM)。通常可以有一个带有附加感测和处理的卫星模块的主BECM。电池组的输出通过高电压总线连接到逆变器，例如，该逆变器根据来自变速器控制模块(TCM)的指令将由电池组提供的直流(DC)功率转换成用于操作牵引马达的交流(AC)功率。BECM以及与电池组相关的各种传感器，例如监测电芯电压、电流、温度和荷电状态。所监视的参数可用于控制电力系统的各个方面。
现在参考图1，用于机动车辆11的电力系统10包括具有串联连接的多个高压电池单元13以产生几百伏的主输出电压的电池组12。每个电池单元13可以包括一个或多个电芯(例如锂电芯)。主输出电压施加在正高电压总线14和负高电压总线15之间，被高电压负载16(例如逆变器和牵引马达)使用。多个DC/DC功率转换器20各自具有连接在电池单元13的相应一个两端的各自的输入。转换器20的输出全部并联连接在正低电压总线21和负低电压总线22之间，用于对低电压(例如铅酸)电池23充电并由低电压负载24使用。
DC/DC功率转换器20的典型配置可以包括输入逆变桥(input inverter bridge)、谐振电路(例如变压器)和输出整流器。如本领域已知的那样，可以根据可变占空比和/或频率来切换逆变器中的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或其它开关器件，以调节从整流器输出的输出电压或电流。因此，控制器25连接到每个转换器20，以便控制每个转换器的期望的操作。多个传感器阵列26、27和28连接到控制器25，以提供允许控制器25适当地调节转换器20所需的参数测量。传感器阵列26可以包括用于监测单个电芯或电池单元以及整个电池组的荷电状态、电压和电流的至少一个BECM。传感器阵列27是监视流向每个转换器20的输入电流的可选元件。
传感器阵列28监视在低电压总线21/22处的总线电压(以及可选的总线电流)。使用实际的总线电压，控制器25能够提供对转换器20的改进的调节，从而避免了低电压总线上不期望的电压波动。这种波动是现有技术的缺点。
来自并联DC/DC功率转换器的公共输出电压是各个转换器输入电压平均值、输出电流总和和输入电流总和的函数。由于输出电流和输入电压不可控，所以控制公共输出电压的唯一方法是通过调节输入电流的总和。因此，本发明采用一种控制策略，其允许通过直接考虑输入电流来控制输出并联连接的多个DC/DC转换器达到目标输出电压的系统。加和的控制器策略与转换器之间的总电流分配方式无关。换句话说，调节电流的总和可以包括与平衡各个电池单元的荷电状态的策略不同的控制回路。然后根据不同的分配方法(如Zane等人在公开号US 2015/0214757A1中提出的方法)在转换器之间分配该总输入电流。
控制器25优选地包括反馈控制器，以便基于目标电压(即，低电压总线的设定点电压)和来自DC/DC转换器的测量的公共输出电压来指定总输入电流目标。控制器25可以是静态的(即，仅依赖于信号的当前值)或动态的(即，依赖于当前和过去的值)。控制器25可以是纯粹的反馈式(仅依赖于设定点电压和测量的输出电压之间的误差)，或者也可以利用从其他测量值或估计值计算的前馈项。
图2示出了包括总电流调节框40和电流分配框41的控制器25的一个优选实施例。电流调节框40用作外部回路控制器，其接收电压设定点(例如针对低电压总线的15V的目标电压)和包括实际总线输出电压和实际总线输出电流的测量参数值。电流调节框40还接收到转换器的平均输入电压的测量值(即来自用于为转换器供电的各个电池单元的平均输出电压)。例如，可以从BECM系统获得平均电池单元电压。电流调节框40优选地连接到查找表(LUT)42，查找表42存储根据所采用的调节策略的各种控制值。
电流分配框41用作控制回路，其接收来自电流调节框40的目标总电流，并根据(例如按比例)连接到DC/DC转换器的电池单元的各自的荷电状态(或电芯电压)将目标电流分配到各个DC/DC转换器20的多个分配的电流指令。例如，可以由可能包含BECM系统的SOC框43获得荷电状态(SOC)。目标总电流信号是要分配的标量值。为了避免布线过载和其他问题，通过调节框40将目标总电流限制在某些预定的最大值。分布式(即分配的)电流信号是发送到各种功率转换器的电流指令的向量。
在一个实施例中，控制器25可以是比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，PID)控制器，其中控制器的P、I或D项中的任一个可以被设置为0。在这种架构中，调节输出由设定点(即目标)电压和测量电压之间的误差驱动，尽管微分项可以替代地仅由所测量的电压驱动。
在另一个实施例中，控制器25中的电流调节框40利用基于整个转换器的输入-输出功率转换方程的稳态表征的前馈控制定律。功率平衡的一个共同表达式由Vin·Iin·η＝Vout·Iout给出，其中η是转换效率。转换器的转换效率可能取决于输入和输出电压或其他参数。输入电压Vin是从各个电池单元向其各自的DC/DC转换器提供的各个电压的平均值。输入电流Iin是各个输入电流的总和，输出电流Iout是各个输出电流的总和。前馈定律的一个优选表达式是：
Figure BDA0001375187870000081
其中Iin是由DC/DC转换器消耗的目标电流，vdes是低电压总线的期望目标电压，Iout是实际总线电流，vin是电池单元提供的电压的平均值，η为转换效率。如果所需值中的一个或多个是不可测量的，则可以用估计值或典型常数(例如任何一个可以存储在LUT 42中的)代替。前馈术语还可以解释其他参数的变化。转换效率η可以是调节器内置的恒定值，根据LUT 42的动态条件获得，或使用在线自适应回归计算。另外，通过数学函数可以获得转换效率，其中η＝f(Vin,T,I,...)。
除了用于确定目标输入总电流的外部控制回路的纯反馈或前馈控制策略之外，还可以使用反馈和前馈控制变量的组合。例如，来自PID控制器的反馈控制变量可以被加和到使用上述前馈定律获得的前馈控制变量。
图3示出了使用本发明的分布式控制方法的本发明的替代实施例。主“外部回路(outer loop)”模块45包括外部回路电流确定框46(其可以具有与图2中的框40相同的功能)和电流分配框47。外部回路框46确定维持输出电压所需的总目标输入电流，然后框47以与图2中的框41相同或类似的方式基于各个电池单元的剩余荷电状态确定各个DC/DC转换器之间的电流分布(例如分配电流值，使得能够以恢复荷电状态的平衡(即均衡)的方式从电池单元抽取能量)。或者，可以使用测量的电芯电压而不是荷电状态。所得到的n个分配的电流指令值中的每个被发送到各自的内部或本地控制器框48，其中每个内部控制器框48作为本地控制节点驻留在各自的一个转换器20的各自的电路模块中。内部控制器框48利用电流指令值以及对输出电压的反馈控制来确定要产生的最终电流。
在分布式/级联控制方法中，外部控制器提供所需的总电流的缓慢、粗略的控制及实现电芯平衡的总电流分布。所得到的分配的电流指令在现有通信体系结构的带宽限制之内。电流指令通过常规通信总线发送到位于每个DC功率转换器的本地控制器。本地控制器使用指令值以及基于输出电压的反馈，以指定进入每个转换器的最终电流。
图4更详细地示出了本地控制器48。前馈部分50从外部回路模块接收各自的分配的电流(iAllocated)指令，以根据传递函数51生成前馈控制变量，例如指定为f(iallocated)，其可以包括校准或尺度函数。所产生的前馈控制变量连接到加法器52的正输入端。反馈控制部分53优选地包括PID控制器，以生成输入到加法器52的第二正输入的反馈控制变量。将加和的控制变量提供给逻辑框54，逻辑框54可以执行已知的控制函数，例如避免饱和(saturation avoidance)(例如通过在某个任意值处饱和)，对输出施加速率限制，和/或将期望的电流转换为实际的输入指令(例如占空比)。修改的控制信号从逻辑框54提供给各自的DC功率转换器55，其输出端连接到所有功率转换器的公共输出端。电压传感器56感测来自转换器55的输出电压，并将测量的输出电压信号提供给反馈部分53中的减法器60的一个输入端。减法器60的第二输入端接收电压设定点或目标(例如14V)。因此，减法器60产生误差信号，该误差信号可以被输入到比例处理框(P)61、积分处理框(I)62和微分处理框(D)63，所有这些的输出都在加法器64中结合，以产生反馈控制变量。框63的输入可以替代地接收输出电压Vout。通过结合前馈控制变量与反馈控制变量，图4所示的本发明具有快速实现和维持DC功率转换器输入电流的能力，该输入电流被调节到分配的电流指令，同时大体保持期望的输出低电压。
如上所述，分布式控制方法保持对输出电压的严格控制的能力可以取决于外部回路模块45与每个内控制器48之间的快速通信。由于在不使用专用通信总线的情况下可能难以支持足够的通信速率，所以分布式系统可能导致成本增加。为了避免对快速通信总线的需要，同时保持稳健的电压控制以及电池单元荷电状态的平衡，本发明包括改进外部和内部控制回路之间的相互作用的附加控制策略。
在转换器之间有效地分配总电流的一个要求是，外部回路必须保持每个转换器(特别是在稳定状态下)处的电流的良好近似。如果这被违反了，那么不能保证预期的分配能够实现，或者任何明显的电芯平衡将发生。实现这一点的一种方法是在外部回路中要求积分控制，并且在内部回路中要求有限的DC增益控制(即没有积分器)。另一个要求是，由于低电压输出负载(以及相应的电流和电压)可以非常快速地和大量地改变，所以必须能够通过内部回路自主地处理干扰抑制，并且内部回路必须能够应对大的、不断增长的干扰(例如输出负载/电流的变化)。为了满足这一要求，在内部回路中需要有效地积分控制。这些要求导致冲突的设计标准。
为了克服冲突，本发明提供了两个该问题的解决方案。每个解决方案独立工作良好，并且在一起使用时可以实现最佳性能。第一种解决方案是外区抗饱和积分控制，其中内部回路仅在干扰抑制需要时提供积分控制，然后在其余时间内提供有限DC增益。第二个解决方案引入了内部和外部回路之间的积分作用共享。
为了实现“外区抗饱和积分”控制器，图4中的积分处理框62可以根据图5所示的元件来构造。积分框62包括连接为经由死区框71和加法器72接收误差信号e(t)(来自图4中的加法器60)的积分器70。死区框71执行死区函数，其中误差信号e(t)为：1)每当误差小于误差阈值eTH时设置为零，以及2)每当误差大于误差阈值eTH时设置为将误差绝对值减去与误差阈值eTH相等的量得到的值。由于死区函数，仅当误差项大于规定的死区，才以误差项驱动积分器70。因此，当低电压总线操作处于稳定状态时，积分器70基本上被关断。换句话说，当误差信号e(t)低时，内部控制器以有限的DC增益运行并且没有积分。只有当发生足够大的干扰时，内部控制器作为积分控制器作出响应。
为了在干扰消失之后快速恢复积分作用，使用积分器70的输出对其输入的负反馈获得“抗饱和”动作。更具体地说，当误差信号e(t)小于误差阈值eTH时，通过增益因子缩放之后的积分器的输出的负值被反馈到输入端，使得输出渐近衰减到零。在图5中，积分器70的输出In在乘法器75中被增益因子缩放后被反馈到加法器72的减法输入端。增益因子根据误差信号e(t)的绝对值被确定为框74中的斜降函数f(e)的输入。斜降函数f(e)小于某个预定的最大值并且当误差大于误差阈值eTH时其值为零(从而使衰减或“抗饱和”仅在不需要有效积分时有效)。斜降积分器输出In允许外部回路的积分器接管，使得期望的电芯平衡可以保持在稳定状态，同时仍允许内部回路排除大的(特别是增长)的干扰。
根据输入的大小，外区抗饱和积分控制器以两种模式之一起作用。在第一种模式下，它是一个普通的积分器。在第二种模式下，它用作具有零输入的低通滤波器，以便将积分器状态/输出驱动至零。该行为根据死区的大小和函数f(e)进行调节。在图6所示的一种简单形式中，当输入误差绝对值在死区之外(即大于eTH)时f(e)的值为零，并且当其在死区内时f(e)的值为某个常数K。图7中所示的另一种形式定义了斜降函数f(e)，其具有从零误差处的K值到阈值误差eTH处的零值的多个步长，其中中间步长值与输入的大小成反比。
用于解决由内外回路的积分反馈控制项引起的冲突的第二个解决方案(其可以在内部回路中使用或不使用上述外区抗饱和积分控制器)引入了内部和外部回路之间的积分作用的共享。更具体地，如图8所示，所有内部回路积分器中的输出In被播送回外部回路控制器。因此，外部回路中的PID控制器80响应于来自加法器81的误差信号确定总目标输入电流，加法器81将设定点电压VSP与实际电压Vout进行比较。误差信号连接到比例框82和微分框83以及通过加法器87连接到积分框84。非积分项(特别是微分项)可以为零。框82-84的输出在加法器85中相加，以提供反馈控制变量，该反馈控制变量可以可选择地加到加法器86中的前馈控制变量中，以将总目标电流提供给电流分配函数。
来自各自DC/DC转换器内部本地控制器(I1，I2，...，In)的所有积分项的值在加法器88中被加和。这些项可以以较慢的更新速率传输，因此不需要快速、专用总线。来自加法器88的总和在乘法器89中按预定的增益G进行缩放，然后被加到在加法器87中的外部回路控制器积分器输入。将外部回路积分项的作用部分地基于内部本地控制器的积分项，抵消了外部回路积分器可能不能接近所需值的潜在问题，因为内部回路积分器可以保持非零状态并且不会衰减到零。即使与外区抗饱和积分控制器相结合，积分作用的共享也是有益的，因为外部回路积分器只会在内部积分器抗饱和以使得外部回路误差偏离零时接近所需的值。使用这种共享方法，即使内部积分器是有效的，外部积分也可以开始更新，而不需要外部误差偏离零。因此，即使在内部回路中使用标准积分器，外部回路收敛到总的需要的控制动作，并且如果使用外区抗饱和积分器则会更快地收敛。选择预定增益G以校准对内部回路积分项的外部回路灵敏度。

Claims (13)

1.一种电动车辆装置，包括：
电池组，所述电池组包括提供主电压的串联电池单元；
多个DC/DC转换器，每个所述DC/DC转换器具有由各自的电池单元供电的输入端；
低电压总线，其中所述DC/DC转换器具有并联连接到所述低电压总线的各自的输出端；
中央模块，所述中央模块具有外部回路控制器，所述外部回路控制器产生适于将所述低电压总线上的总线电压调节到预定电压的目标电流，并且所述中央模块具有分配器，所述分配器根据连接到所述DC/DC转换器的所述电池单元的各自的荷电状态将所述目标电流分配到用于各自DC/DC转换器的多个分配的电流指令中；以及
多个本地控制器，所述多个本地控制器中的每个调节各自DC/DC转换器的电流，其中每个本地控制器接收各自的分配的电流指令作为各自的前馈控制变量，并且其中每个本地控制器使用所述总线电压和所述预定电压之间的误差作为各自的反馈控制变量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中每个本地控制器包括具有积分输出的外区抗饱和积分控制器，当所述本地控制器处于稳定状态时，所述积分输出大体为零。
3.根据权利要求2所述的装置，其中每个积分控制器包括死区函数，当所述误差小于阈值时，所述死区函数将待积分的所述误差设置为零。
4.根据权利要求3所述的装置，其中每个积分控制器还包括斜降函数，当所述误差小于所述阈值时，所述斜降函数将任何非零积分输出驱动至零。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述斜降函数包括作为所述积分控制器的输入的所述非零积分输出的反馈。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述反馈包括与所述误差的大小成反比的增益因子。
7.根据权利要求1所述的装置，其中每个本地控制器包括比例-积分控制，所述比例-积分控制用于对所述误差进行积分以产生相应的积分输出，并且其中所述外部回路控制器包括响应于所述本地控制器的所述积分输出的总和的外部积分控制。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述积分输出的总和被缩放并且加到所述外部积分控制的输入端。
9.根据权利要求1所述的装置，其中每个本地控制器包括具有积分输出的外区抗饱和积分控制器，当所述本地控制器处于稳定状态时，所述积分输出大体为零，其中每个本地控制器包括比例-积分控制，所述比例-积分控制用于积分所述误差以产生相应的积分输出，并且其中所述外部回路控制器包括响应于所述本地控制器的所述积分输出的总和的外部积分控制。
10.根据权利要求9所述的装置，其中每个本地控制器包括死区函数，当所述误差小于阈值时，所述死区函数将待积分的所述误差设置为零，并且其中每个本地控制器还包括斜降函数，当所述误差小于所述阈值时，所述斜降函数将任何非-零积分输出驱动至零。
11.一种控制由各自的电池单元供电的多个并联转换器中的DC/DC转换器的方法，包括以下步骤：
从外部电压控制器接收分配的电流指令；
根据所述分配的电流指令生成前馈控制变量；
接收所述并联转换器的公共输出电压；
根据所述公共输出电压和设定点电压之间的误差的积分产生反馈控制变量；以及
加和所述控制变量以调节来自所述DC/DC转换器的电流。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括当所述误差小于阈值时将待积分的所述误差设置为零的步骤。
13.一种用于由各自的电池单元供电的多个并联转换器中的DC/DC转换器的控制器，包括：
前馈部分，所述前馈部分从外部电压控制器接收分配的电流指令以产生第一控制变量；
反馈部分，所述反馈部分接收所述并联转换器的公共输出，以根据公共输出电压和设定点电压之间的误差产生第二控制变量；以及
加法器，所述加法器加和所述控制变量以调节来自所述DC/DC转换器的电流。
CN201710680004.2A 2016-08-16 2017-08-10 具有分布式控制的电动车辆直流功率转换 Active CN107769294B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/238,003 US10131245B2 (en) 2016-08-16 2016-08-16 Electrified vehicle DC power conversion with distributed control
US15/238,003 2016-08-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107769294A CN107769294A (zh) 2018-03-06
CN107769294B true CN107769294B (zh) 2023-05-23

Family

ID=61191131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710680004.2A Active CN107769294B (zh) 2016-08-16 2017-08-10 具有分布式控制的电动车辆直流功率转换

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10131245B2 (zh)
CN (1) CN107769294B (zh)
DE (1) DE102017118610A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10110127B2 (en) 2015-12-04 2018-10-23 Intersil Americas LLC Method and system for DC-DC voltage converters
US9785166B2 (en) * 2015-12-14 2017-10-10 Intersil Americas LLC Method and system for DC-DC voltage converters
US10093187B2 (en) * 2016-08-01 2018-10-09 Ford Global Technologies, Llc Redundant power supply
JP6928347B2 (ja) * 2017-08-02 2021-09-01 ＮＥｘＴ−ｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社 管理装置、蓄電装置、蓄電システム、及び、電気機器
US10594209B2 (en) * 2018-01-25 2020-03-17 Richtek Technology Corporation Switching power converter circuit and control circuit thereof
CN111684695B (zh) * 2018-02-16 2023-09-29 三菱电机株式会社 电力变换器的控制装置
CN108181598A (zh) * 2018-03-09 2018-06-19 温州伊诺韦特科技有限公司 一种低电压发生器校准系统
US10703218B2 (en) 2018-08-03 2020-07-07 Ford Global Technologies, Llc System and method for selecting converters to pass non-zero current in distributed converter system
US10696181B2 (en) * 2018-08-06 2020-06-30 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for controlling charging of electrified vehicle auxiliary batteries
US10793019B2 (en) * 2018-08-16 2020-10-06 Ford Global Technologies, Llc Electrified vehicle DC power conversion with balancing of battery states
US10766371B1 (en) 2019-02-22 2020-09-08 Ford Global Technologies, Llc System and method to improve range and fuel economy of electrified vehicles using life balancing
CN111800006B (zh) * 2019-04-08 2023-12-29 中车株洲电力机车研究所有限公司 用于非接触式供电系统中dc-dc变换单元的控制方法及系统
DE102019213065A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-04 Robert Bosch Gmbh Regelvorrichtung für einen Gleichspannungswandler, Gleichspannungswandler und Verfahren zur Regelung eines Gleichspannungswandlers
EP3832429B1 (en) * 2019-12-05 2023-02-08 NXP USA, Inc. Distributed control of a voltage regulator
EP3916990A1 (en) 2020-05-28 2021-12-01 Goodrich Control Systems Distributed control architecture for motor drives
CN113765388A (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 台达电子企业管理（上海）有限公司 直流变换系统及其控制方法
CN112078569B (zh) * 2020-09-27 2021-10-29 株洲中车时代电气股份有限公司 一种混合动力机车的控制方法及控制装置
CN112865583B (zh) * 2021-02-05 2022-06-28 联合汽车电子有限公司 单相离网逆变器的控制方法、系统、电子设备及存储介质
US11784506B2 (en) * 2021-02-09 2023-10-10 Aurora Flight Sciences Corporation, a subsidiary of The Boeing Company Power transformation with power source balancing in an apparatus
US11865945B2 (en) 2022-06-14 2024-01-09 GM Global Technology Operations LLC Rechargeable energy storage system balancing apparatus
CN115622201B (zh) * 2022-12-13 2023-04-07 麦田能源有限公司 电源变换系统、装置及电池包电压均衡控制方法
CN117791823B (zh) * 2024-02-23 2024-05-28 西安新衡科测控技术有限责任公司 电池组电芯电压均衡系统及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103442933A (zh) * 2010-12-23 2013-12-11 法雷奥电机控制系统公司 车辆车载电网中dc/dc转换的装置和方法

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2056734B1 (es) * 1993-01-29 1997-06-01 Alcatel Standard Electrica Sistema de conversion de potencia.
JP3334742B2 (ja) 1995-12-13 2002-10-15 富士電機株式会社 ハイブリッド電気自動車の電気システム
JP4362063B2 (ja) * 2001-07-23 2009-11-11 ノーザン・パワー・システムズ・インコーポレーテッド 電力コンバータのための制御システム及び電力コンバータの動作を制御する方法
JP3969165B2 (ja) 2002-04-16 2007-09-05 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置、電圧変換方法、電圧変換の制御をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
US6873134B2 (en) 2003-07-21 2005-03-29 The Boeing Company Autonomous battery cell balancing system with integrated voltage monitoring
US7282814B2 (en) 2004-03-08 2007-10-16 Electrovaya Inc. Battery controller and method for controlling a battery
US7196493B2 (en) 2004-07-30 2007-03-27 Ford Global Technologies, Llc Closed loop control of battery power limits based on voltage
US7439634B2 (en) * 2004-08-24 2008-10-21 Honeywell International Inc. Electrical starting, generation, conversion and distribution system architecture for a more electric vehicle
CN100345362C (zh) 2005-07-05 2007-10-24 北京航空航天大学 燃料电池dc/dc变换器控制电路中复合输入输出特性控制电路
JP4379430B2 (ja) * 2006-04-24 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび車両
JP4501893B2 (ja) 2006-04-24 2010-07-14 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび車両
JP4967584B2 (ja) 2006-10-12 2012-07-04 トヨタ自動車株式会社 コンバータ制御装置
US7554473B2 (en) * 2007-05-02 2009-06-30 Cirrus Logic, Inc. Control system using a nonlinear delta-sigma modulator with nonlinear process modeling
US7965061B2 (en) * 2008-02-01 2011-06-21 O2Micro, Inc. Conversion systems with balanced cell currents
US8115446B2 (en) 2008-11-12 2012-02-14 Ford Global Technologies, Llc Automotive vehicle power system
JP5207055B2 (ja) 2008-11-20 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 コンバータ制御装置
US8059378B2 (en) * 2009-01-08 2011-11-15 Honeywell International Inc. Methods of improving the lightning immunity for an SSPC based aircraft electric power distribution system
DE102009005615A1 (de) 2009-01-22 2010-07-29 Continental Automotive Gmbh Gleichspannungswandler für ein Kraftfahrzeug
JP5446836B2 (ja) * 2009-12-22 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 電源装置および車両
US8395280B2 (en) 2010-02-16 2013-03-12 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement including a multi-level converter
JP2011199993A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Rohm Co Ltd 充電制御装置、負荷駆動装置
CN103262400A (zh) 2010-08-18 2013-08-21 芬斯克斯有限公司 基于电池的甚高频开关功率变换器
CN102570868B (zh) * 2010-12-22 2015-04-01 通用电气公司 电力转换系统和方法
EP2482332A1 (en) * 2011-01-26 2012-08-01 Mohamed Papa Talla Fall Energy converting apparatus and method
US8772967B1 (en) 2011-03-04 2014-07-08 Volterra Semiconductor Corporation Multistage and multiple-output DC-DC converters having coupled inductors
KR101283892B1 (ko) 2011-12-07 2013-07-08 기아자동차주식회사 친환경 차량에서 ｄｃ-ｄｃ컨버터 제어장치 및 방법
CN102545638B (zh) * 2012-01-20 2016-03-30 华为技术有限公司 交错并联三电平dc/dc变换器和ac/dc变换器
CN104303392A (zh) * 2012-05-22 2015-01-21 索尼公司 控制系统
US8775003B2 (en) * 2012-11-28 2014-07-08 GM Global Technology Operations LLC Methods and systems for controlling a proportional integrator
US9994118B2 (en) * 2013-05-29 2018-06-12 General Motors Llc Optimizing vehicle recharging to maximize use of energy generated from particular identified sources
WO2015105923A1 (en) 2014-01-07 2015-07-16 Utah State University Battery control
US9886233B2 (en) * 2015-10-23 2018-02-06 Echostar Technologies L.L.C. Apparatus, systems and methods for audio content diagnostics
CN105406526B (zh) * 2015-11-04 2018-04-03 北方工业大学 新型Buck‑Boost变换器及充放电电路与均衡电路的一体化设计电路

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103442933A (zh) * 2010-12-23 2013-12-11 法雷奥电机控制系统公司 车辆车载电网中dc/dc转换的装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10131245B2 (en) 2018-11-20
US20180050603A1 (en) 2018-02-22
CN107769294A (zh) 2018-03-06
DE102017118610A1 (de) 2018-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107769294B (zh) 具有分布式控制的电动车辆直流功率转换
CN107757374B (zh) 低电压总线的电动车辆电源转换
US10793019B2 (en) Electrified vehicle DC power conversion with balancing of battery states
US7869913B2 (en) Vehicle-use electric generator apparatus
US9153974B2 (en) Battery parallel balancing circuit
US6953100B2 (en) Method and apparatus to regulate the supply of power to an electric drive using a hybrid energy supply system in a vehicle
CN107422636B (zh) 一种车辆及控制系统
CN111987713B (zh) 一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法
KR20140097286A (ko) 전력 배터리 소자의 충전 밸런싱 장치
US9780565B2 (en) System and method for controlling frequency
KR20170013772A (ko) 에너지 저장 장치 및 이의 동작 방법
CN114726034A (zh) 一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法
US20200039358A1 (en) System and method for selecting converters to pass non-zero current in distributed converter system
CN112118983A (zh) 电源系统
US20140285147A1 (en) Control system, control device, and control method
Cavallo et al. Smart buck-boost converter unit operations for aeronautical applications
CN115276129A (zh) 考虑储能荷电状态的交直流微电网稳定性控制方法
Kamalesh et al. Stability Analysis of Neuro-Adaptive SMC-Based Current Sharing Technique for Multiphase Converters in Battery Charging Applications
Männel et al. Investigation on an AC Grid Failure Handling of Industrial DC Microgrids with an Energy Storage
US11708060B2 (en) Electrified powertrain with centralized power distribution strategy and decentralized inverters
US11557780B2 (en) Fuel cell energy supply system and energy regulation method based on same
JP7509050B2 (ja) 発電制御装置、車両、制御方法及び制御プログラム
Lorencetti et al. Modularized bidirectional step-up DC-DCD converter with predictive battery equalization method
US20240030726A1 (en) Voltage equalization during multi-battery pack charging
Gupta et al. SoC based droop control for a DC microgrid with improved voltage regulation using Low Bandwidth Communication

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant