CN108216086A - 一种48v微混系统的dcdc转换器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种48V微混系统的DCDC转换器及其控制方法，其中，控制方法包括：步骤S1，在电池管理系统继电器闭合前，控制DCDC转换器执行反向预充模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络；步骤S2，如果电池管理系统继电器处于闭合状态且满足正向传输条件，则控制DCDC转换器执行正向传输模式，将48V电池的电量传输至12V电气网络；步骤S3，如果电池管理系统继电器处于断开状态，则控制DCDC转换器执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。本发明增加反向能量输出控制，在BMS异常导致继电器无法闭合情况下通过DCDC转换器的反向预充方式实现BSG电机发电电压的需求。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种48V微混系统的DCDC转换器及其控制方法。
背景技术
随着第四阶段油耗标准的实施，我国乘用车平均燃油消耗量在2020年需降到5L/100km，2025年需要降低到4L/100km。为满足日益严苛的排放及油耗要求，48V微混控制系统是现阶段实现节能减排性价比最高、方案最易实施的系统：（1）48V属于安全电压范围，不会对人员安全造成伤害；（2）保持车辆架构前提下易于实现12V传统车向48V微混车的升级集成；（3）48V启停、助力及能力回收技术应用可有效提高节油率。DCDC转换器在48V微混系统的能量管理系统中，连接了48V电气网络和12V电气网络，代替了传统发电机的功能，通过DCDC转换器的正向能量传输模式将48V的高压直流电转化为12V低压直流电，为12V电气负载供电。
已公开的一种48V系统DCDC控制方法具体如下：电子控制单元ECU首先监测BSG（Belt-driven Starter/Generator，皮带传动启动/发电一体化电机）状态，若BSG电机正常发电，则控制DCDC处于正向能量传输模式。若监测到BSG电机未发电，则判断电池管理系统BMS当前电量是否满足要求而控制DCDC是否可进行正向能量传输。该方案的功能是通过正向能量传输将48V能量转换为12V能量，为12V负载供电，单向控制。
以上方案中DCDC仅应用于48V向12V转换的单向传输模式，DCDC的工作条件取决于BMS和BSG电机的工作状态，若两者条件不满足时DCDC将不会工作，增加了12V蓄电池馈电的风险。假设BMS出现异常导致继电器无法闭合，那么BSG电机端电压无法满足发电模式的电压需求，BSG电机无法工作，BMS继电器未闭合DCDC也无法工作，故仅在BMS出现异常而BSG电机、DCDC均正常的情况下该方案DCDC无法给12V传输能量。其二，该方案DCDC仅进行单向传输，继电器闭合前48V网络电容的预充过程需要BMS进行，进一步增加了低温环境下BMS无法放电导致预充失败的概率。其三，单向传输无法避免48V电池放电功率不足以满足BSG电机起动或助力的工况，影响驾驶性和排放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种实现双向能量输出控制的48V微混系统的DCDC转换器及其控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种48V微混系统的DCDC转换器控制方法，包括：
步骤S1，在电池管理系统继电器闭合前，控制DCDC转换器执行反向预充模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络；
步骤S2，如果电池管理系统继电器处于闭合状态且满足正向传输条件，则控制DCDC转换器执行正向传输模式，将48V电池的电量传输至12V电气网络；
步骤S3，如果电池管理系统继电器处于断开状态，则控制DCDC转换器执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。
其中，所述步骤S1具体包括：
如果DCDC转换器低端电压大于反向预充模式的最低工作电压第一阈值且发动机不处于起动阶段，DCDC转换器根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，由12V电池对48V电气网络电容预充电。
其中，在所述步骤S2之前还包括：
在DCDC转换器高压端电压和BSG电机端电压升高至48V电池电压时，ECU发送继电器闭合指令，闭合BMS继电器。
其中，所述正向传输条件包括：
（1）48V电池端电压大于DCDC转换器正向传输模式的最低工作电压第二阈值；
（2）当BSG电机扭矩输出正常时，48V电池SOC大于第一最低保护阈值；
（3）当BSG电机扭矩输出故障时，48V电池的峰值放电功率大于第二最低保护阈值；
所述满足正向传输条件具体是同时满足上述条件（1）、（2）或者同时满足上述条件（1）、（3）。
其中，所述步骤S2还包括：控制DCDC转换器转换的12V端电压和电流，所述控制DCDC转换器转换的12V端电压和电流具体包括：
当48V电池SOC低于第一SOC阈值时，逐步降低12V端转换电压；
当12V电池电压大于第一电压阈值时，降低12V端转换电压至标准电压13.5V；
当BMS、BSG电机无故障时，48V电池的峰值放电功率低于第三最低保护阈值时，最大转换电流控制为0；
当BMS故障，BMS继电器断开时，最大转换电流控制为DCDC转换器允许的最大值。
其中，所述步骤S2还包括：
发动机在进行48V起动或BSG电机在助力时，如果48V电池峰值放电功率低于第四最低保护阈值，DCDC转换器根据接收的反向能量传输指令，执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络。
其中，在执行反向传输模式时，如果12V电池电压低于第二电池阈值，则控制DCDC转换器终止反向传输，重新执行正向传输模式。
其中，所述步骤S3还包括：
当BSG电机端电压低于最低发电阈值时，控制DCDC转换器执行反向传输模式，待BSG电机端电压升压到BSG发电模式的需求电压范围时再执行正向传输模式，将BSG电机的发电量传输至12V电气网络。
其中，所述步骤S3之后还包括：
ECU向BMS发送断开继电器指令，并进一步判断BSG电机是否发生故障，如果BSG电机发生故障，则控制DCDC执行正向传输模式以快速消耗48V网络电容的电量，并在BSG电机端电压小于15V时，控制DCDC转换器进入休眠状态；如果BSG电机未发生故障，则在向BMS发送断开继电器指令时直接控制DCDC转换器进入休眠状态。
本发明还提供一种48V微混系统的DCDC转换器，包括：
第一执行单元，用于在电池管理系统继电器闭合前，根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络；
第二执行单元，用于在电池管理系统继电器处于闭合状态且满足正向传输条件时，根据接收的正向传输指令执行正向传输模式，将48V电池的电量传输至12V电气网络；
第三执行单元，用于在电池管理系统继电器处于断开状态时，根据接收的反向传输指令执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。
其中，所述第一执行单元具体用于在所述DCDC转换器低端电压大于反向预充模式的最低工作电压第一阈值且发动机不处于起动阶段时，根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，由12V电池对48V电气网络电容预充电。
其中，所述第二执行单元还用于在发动机进行48V起动或BSG电机助力时，如果48V电池峰值放电功率低于第四最低保护阈值，根据接收的反向能量传输指令执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络。
其中，所述第二执行单元还用于在12V电池电压低于第二电池阈值时，根据接收的指令终止反向传输，重新执行正向传输模式。
其中，所述第三执行单元还用于在BSG电机端电压升压到BSG发电模式的需求电压范围时根据接收的正向传输指令再执行正向传输模式，将BSG电机的发电量传输至12V电气网络，并在BSG电机端电压低于最低发电阈值时，根据接收的反向传输指令再次执行反向传输模式。
本发明实施例的有益效果在于：增加反向能量输出控制，通过DCDC转换器将12V电池的能量转换为48V电气网络能量，在BMS继电器闭合前为48V电气网络电容预充，同时在48V电池放电功率不足以满足BSG电机起动或助力的工况为48V网络供电；在BMS异常导致继电器无法闭合情况下通过DCDC转换器的反向传输方式实现BSG电机发电电压的需求，保证BSG电机可以正常发电且DCDC将电量传输给12V负载和电池。
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是本发明实施例一一种48V微混系统的DCDC转换器控制方法的流程示意图。
图2是本发明实施例一一种48V微混系统的DCDC转换器控制方法的具体流程示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明实施例一提供一种48V微混系统的DCDC转换器控制方法，包括：
步骤S1，在电池管理系统继电器闭合前，控制DCDC转换器执行反向预充模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络；
步骤S2，如果电池管理系统继电器处于闭合状态且满足正向传输条件，则控制DCDC转换器执行正向传输模式，将48V电池的电量传输至12V电气网络；
步骤S3，如果电池管理系统继电器处于断开状态，则控制DCDC转换器执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。
具体地，请结合图2所示，首先，电子控制单元（ECU）发现钥匙信号（T15）后，进行初始化校验，判断ECU与电池管理系统BMS、DCDC转换器、BSG电机通讯是否正常以及功能是否正常。
初始化校验通过后，ECU先向DCDC转换器发送等待工作指令，DCDC转换器进入等待工作模式状态；之后ECU发出48V电气网络上电指令，判断DCDC转换器低端电压是否满足反向预充模式的最低工作电压第一阈值且发动机不处于起动阶段，如果满足以上条件，ECU则向DCDC转换器发送反向预充指令，DCDC转换器执行反向预充模式，由12V电池对48V电气网络电容预充电。由于此时BMS继电器尚未闭合，因此，可以在BMS异常导致BMS继电器无法闭合的情况下，通过上述反向预充模式实现BSG电机发电电压的需求，保证BSG电机可以正常发电且通过DCDC转换器将电量传输给12V电气网络的负载和电池。
在DCDC转换器高压端电压和BSG电机端电压升高至48V电池电压时，ECU发送继电器闭合指令，闭合BMS继电器。此时闭合BMS继电器对48V电气网络电容不会造成电流冲击。
在步骤S2中，继电器闭合时，ECU首先需判断是否满足DCDC转换器正向传输条件，该正向传输条件包括：
（1）48V电池端电压大于DCDC转换器正向传输模式的最低工作电压第二阈值；
（2）当BSG电机扭矩输出正常时，48V电池的荷电状态（SOC）大于第一最低保护阈值；
（3）当BSG电机扭矩输出故障时，48V电池的峰值放电功率大于第二最低保护阈值；
即同时满足上述条件（1）、（2）或者同时满足上述条件（1）、（3）时，ECU向DCDC转换器发送正向能量传输指令，DCDC转换器执行正向传输模式，由48V电池为12V电气网络供电。
在步骤S2控制DCDC转换器进行正向能量传输时，为实现智能化能量管理，还需控制DCDC转换器转换的12V端电压和电流。12V端转换电压的控制取决于48V电池SOC和12V电池电压。48V电池SOC低于第一SOC阈值时，逐步降低12V端转换电压；12V电池电压大于第一电压阈值时，降低12V端转换电压至标准电压13.5V，此时完全由12V电池给负载供电，避免12V电池过充，影响寿命。在电流控制上，ECU将控制DCDC转换的最大电流，当BMS、BSG电机无故障时，48V电池的峰值放电功率低于第三最低保护阈值时，最大转换电流控制为0，避免48V电池过放；当BMS故障，BMS继电器断开时，最大转换电流控制为DCDC转换器允许的最大值，避免BSG电机发电量无法输出而出现过载现象。
在执行正向传输模式过程中，发动机在进行48V起动或BSG电机在助力时，如果监测到48V电池峰值放电功率低于第四最低保护阈值，不足以满足BSG电机起动或助力的工况，ECU向DCDC转换器发送反向能量传输指令，DCDC转换器执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络。在该反向传输过程中如果12V电池电压低于第二电池阈值，则控制DCDC转换器终止反向传输，重新执行正向传输模式，以保护12V电池。
步骤S3中，如果因BMS故障导致BMS继电器断开时，为保证BSG电机端电压满足发电电压需求，ECU向DCDC转换器发送反向传输指令，控制DCDC转换器执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。待BSG电机端电压升高至BSG发电模式的需求电压范围时，进行BSG电机发电、DCDC正向传输电能为12V电池供电的模式，即将BSG电机的发电量传输至12V电气网络。当BSG电机端电压低于最低发电阈值时，控制DCDC转换器再次执行反向传输模式，待BSG电机端电压升压至BSG发电模式的需求电压范围时再进行BSG电机发电—DCDC转换器正向能量传输的过程。
进一步地，ECU向BMS发送断开继电器指令后，进一步判断BSG电机是否发生故障，如果BSG电机发生故障，无法快速消耗48V网络电容的电量，则控制DCDC通过正向传输的方式消耗该电量，满足48V系统安全下电的要求，当BSG电机端电压小于15V时，控制DCDC转换器进入休眠状态。如果BSG电机未发生故障，则在向BMS发送断开继电器指令时直接控制DCDC转换器进入休眠状态。
通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于，增加反向能量输出控制，通过DCDC转换器将12V电池的能量转换为48V电气网络能量，在BMS继电器闭合前为48V电气网络电容预充，同时在48V电池放电功率不足以满足BSG电机起动或助力的工况为48V网络供电；在BMS异常导致继电器无法闭合情况下通过DCDC转换器的反向传输方式实现BSG电机发电电压的需求，保证BSG电机可以正常发电且DCDC将电量传输给12V负载和电池。
相应于本发明实施例一，本发明实施例二提供一种48V微混系统的DCDC转换器，包括：
第一执行单元，用于在电池管理系统继电器闭合前，根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络；
第二执行单元，用于在电池管理系统继电器处于闭合状态且满足正向传输条件时，根据接收的正向传输指令执行正向传输模式，将48V电池的电量传输至12V电气网络；
第三执行单元，用于在电池管理系统继电器处于断开状态时，根据接收的反向传输指令执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。
其中，所述第一执行单元具体用于在所述DCDC转换器低端电压大于反向预充模式的最低工作电压第一阈值且发动机不处于起动阶段时，根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，由12V电池对48V电气网络电容预充电。
其中，所述第二执行单元还用于在发动机进行48V起动或BSG电机助力时，如果48V电池峰值放电功率低于第四最低保护阈值，根据接收的反向能量传输指令执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络。
其中，所述第二执行单元还用于在12V电池电压低于第二电池阈值时，根据接收的指令终止反向传输，重新执行正向传输模式。
其中，所述第三执行单元还用于在BSG电机端电压升压到BSG发电模式的需求电压范围时根据接收的正向传输指令再执行正向传输模式，将BSG电机的发电量传输至12V电气网络，并在BSG电机端电压低于最低发电阈值时，根据接收的反向传输指令再次执行反向传输模式。
有关本实施例的工作原理和相应的技术效果请参见本发明实施例一的说明，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 (14)
1.一种48V微混系统的DCDC转换器控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在电池管理系统继电器闭合前，控制DCDC转换器执行反向预充模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络；
步骤S2，如果电池管理系统继电器处于闭合状态且满足正向传输条件，则控制DCDC转换器执行正向传输模式，将48V电池的电量传输至12V电气网络；
步骤S3，如果电池管理系统继电器处于断开状态，则控制DCDC转换器执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。
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：
如果DCDC转换器低端电压大于反向预充模式的最低工作电压第一阈值且发动机不处于起动阶段，DCDC转换器根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，由12V电池对48V电气网络电容预充电。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2之前还包括：
在DCDC转换器高压端电压和BSG电机端电压升高至48V电池电压时，ECU发送继电器闭合指令，闭合BMS继电器。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述正向传输条件包括：
（1）48V电池端电压大于DCDC转换器正向传输模式的最低工作电压第二阈值；
（2）当BSG电机扭矩输出正常时，48V电池SOC大于第一最低保护阈值；
（3）当BSG电机扭矩输出故障时，48V电池的峰值放电功率大于第二最低保护阈值；
所述满足正向传输条件具体是同时满足上述条件（1）、（2）或者同时满足上述条件（1）、（3）。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：控制DCDC转换器转换的12V端电压和电流，所述控制DCDC转换器转换的12V端电压和电流具体包括：
当48V电池SOC低于第一SOC阈值时，逐步降低12V端转换电压；
当12V电池电压大于第一电压阈值时，降低12V端转换电压至标准电压13.5V；
当BMS、BSG电机无故障时，48V电池的峰值放电功率低于第三最低保护阈值时，最大转换电流控制为0；
当BMS故障，BMS继电器断开时，最大转换电流控制为DCDC转换器允许的最大值。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
发动机在进行48V起动或BSG电机在助力时，如果48V电池峰值放电功率低于第四最低保护阈值，DCDC转换器根据接收的反向能量传输指令，执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在执行反向传输模式时，如果12V电池电压低于第二电池阈值，则控制DCDC转换器终止反向传输，重新执行正向传输模式。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
待BSG电机端电压升压到BSG发电模式的需求电压范围时执行正向传输模式，将BSG电机的发电量传输至12V电气网络，当BSG电机端电压低于最低发电阈值时，控制DCDC转换器再次执行反向传输模式。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：
ECU向BMS发送断开继电器指令，并进一步判断BSG电机是否发生故障，如果BSG电机发生故障，则控制DCDC执行正向传输模式以快速消耗48V网络电容的电量，并在BSG电机端电压小于15V时，控制DCDC转换器进入休眠状态；如果BSG电机未发生故障，则在向BMS发送断开继电器指令时直接控制DCDC转换器进入休眠状态。
10.一种48V微混系统的DCDC转换器，其特征在于，包括：
第一执行单元，用于在电池管理系统继电器闭合前，根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络；
第二执行单元，用于在电池管理系统继电器处于闭合状态且满足正向传输条件时，根据接收的正向传输指令执行正向传输模式，将48V电池的电量传输至12V电气网络；
第三执行单元，用于在电池管理系统继电器处于断开状态时，根据接收的反向传输指令执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至BSG电机。
11.根据权利要求10所述的DCDC转换器，其特征在于，所述第一执行单元具体用于在所述DCDC转换器低端电压大于反向预充模式的最低工作电压第一阈值且发动机不处于起动阶段时，根据接收的反向预充指令执行反向预充模式，由12V电池对48V电气网络电容预充电。
12.根据权利要求10所述的DCDC转换器，其特征在于，所述第二执行单元还用于在发动机进行48V起动或BSG电机助力时，如果48V电池峰值放电功率低于第四最低保护阈值，根据接收的反向能量传输指令执行反向传输模式，将12V电池的电量传输至48V电气网络。
13.根据权利要求12所述的DCDC转换器，其特征在于，所述第二执行单元还用于在12V电池电压低于第二电池阈值时，根据接收的指令终止反向传输，重新执行正向传输模式。
14.根据权利要求10所述的DCDC转换器，其特征在于，所述第三执行单元还用于在BSG电机端电压升压到BSG发电模式的需求电压范围时根据接收的正向传输指令再执行正向传输模式，将BSG电机的发电量传输至12V电气网络，并在BSG电机端电压低于最低发电阈值时，根据接收的反向传输指令再次执行反向传输模式。
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