CN109286320A - 电压转换单元 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电压转换单元，包括：电压转换器，其能够在第一电源系统与第二电源系统之间双向供给电力；以及旁路开关，其与电压转换器并联设置。电压转换器包括：检测器，其检测第一电源系统与第二电源系统之间的电压差；以及开关控制器，其根据预定规则基于电压差控制旁路开关的切换。

Description

电压转换单元
技术领域
本发明涉及一种包括电压转换器的电压转换单元。
背景技术
近来的汽车和其他自动车辆分别包括具有彼此不同的电压的两个电源系统。例如，除了传统的12V的电源系统之外，还安装48V的电源系统。
具有不同电压的两个系统之间的电力的互相传输使得一个电源系统能够补偿故障的另一个电源系统中的电力短缺。电力的互相传输还使得一个电源系统的电池能够利用另一个电源系统的电池充电。为了实现电力的互相传输，已经提出了使用诸如双向DCDC转换器这样的双向电压转换器。
专利文献1：JP 2016-226199A
发明内容
图2图示了在电源系统A220与电源系统B230之间设置双向DCDC转换器210。参考图2，电源系统A220包括第一负载221、主电池(Pb)222和交流发电机223。电源系统B230包括副电池(Lib)231和第二负载232。
此处，电源系统B230的电压Vb比电源系统A220的电压Va高。注意，电压Va与Vb能够依据各个电源系统的电池、负载和其他部件的状况而变化。
对于从电源系统A220到电源系统B230的电力供给，双向DCDC转换器210将电压Va增大到大约电压Vb。相比之下，对于从电源系统B230到电源系统A230的电力供给，双向DCDC转换器210将电压Vb减小至大约电压Va。
例如，在电源系统B230的电压Vb与电源系统A230的电压Va之间的差小的情况下，从电源系统B230到电源系统A220的电力供给不必需进行电压转换。
在这样的情况下，经由双向DCDC转换器210的电力供给消耗电力以使双向DCDC转换器210运行，导致浪费电力。为了有助于提高车辆的燃油效率，例如，优选地，在电力传输期间减少诸如双向DCDC转换器210这样的电压转换器中的电力消耗。
从而本发明的目的是在电源系统的电力传输期间减少电压转换器的电力消耗。
为了解决上述问题，根据本发明的方面的电压转换单元包括：电压转换器，该电压转换器能够在第一电源系统与第二电源系统之间双向供给电力；以及旁路开关，该旁路开关与电压转换器并联设置。电压转换器包括：检测器，其检测第一电源系统与第二电源系统之间的电压差；以及开关控制器，其根据预定的规则基于电压差控制旁路开关的切换。
如果电压差满足规则所定义的条件，则能够在不利用电压转换器的情况下进行电力供给。这使得能够在电源系统的电力传输期间减少电压转换器的电力消耗。
所述检测器还可以检测在所述第一电源系统与所述第二电源系统之间流通的电流，并且所述开关控制器还可以基于所述电流控制所述旁路开关的切换。
该配置被设计为用于电力消耗依据第一电源系统与第二电源系统之间流通的电流而变化的情况。
另外，所述检测器还可以检测温度，并且所述开关控制器还可以基于所述温度控制所述旁路开关的切换。
该配置被设计为用于电力消耗依据温度而变化的情况。
可以通过比较所述旁路开关接通时所述旁路开关的电力消耗与所述旁路开关断开时所述电压转换器的电力消耗来确定所述规则。
因此，从经由电压转换器的路径和经由通路开关的路径当中选择要求较少电力消耗的路径。
还可以通过比较所述旁路开关接通时所述电压转换器的操作稳定性与所述旁路开关断开时所述电压转换器的操作稳定性来确定所述规则。
这能够防止电压转换器的不稳定操作。
根据本发明的实施例，在电源系统的电力传输期间能够减少电压转换器中的电力线消耗。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的电压转换单元的配置图；以及
图2图示出了在电源系统A与电源系统B之间设置的双向DCDC转换器。
参考标记列表
10 电压转换单元
100 电压转换器
110 电压转换部
120 检测器
130 开关控制器
131 切换表
180 旁路开关
220 电源系统A
222 主电池
230 电源系统B
231 副电池
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的实施例。图1是根据本发明的实施例的电压转换单元10的配置图。参考图1，电压转换单元10设置在电源系统A220与电源系统B230之间，并且在电源系统A220与电源系统B230之间传输电力。此处，连结到电源系统A220的连接端子被称为“连接端子A”，并且连结到电源系统B230的连接端子被称为“连接端子B”。
电源系统A220包括第一负载221、主电池(Pb)222和交流发电机223。电源系统B230包括副电池(Lib)231和第二负载232。电源系统B230的电压Vb比电源系统A220的电压Va高。注意，电压Va与Vb能够依据各个电源系统的电池、负载和其他部件的状况而变化。
电压转换单元10包括电压转换器100和旁路开关180。例如，旁路开关180可以是半导体开关，并且并联连接到电压转换器100。旁路开关180在接通时具有导通电阻。考虑到减小电力消耗，较低的导通电阻是优选的。
如图1所示，电压转换器100包括电压转换部110、检测器120和开关控制器130。开关控制器130具有切换表131。
电压转换部110进行连接端子A与连接端子B之间的双向电压转换。电压转换部110可以是例如双向DCDC转换器。电压转换部110可以具有任意电压转换方案。方案的实例可以包括线性稳压器方案、斩波电路方案和开关稳压器方案。
检测器120检测电压转换单元10的内部和外部的物理量。要检测的物理量可以是连接到连接端子A的电源系统A220的电压Va以及连接到连接端子B的电源系统B230的电压Vb。检测器120可以还检测电压转换单元10处及其附近的温度。另外，检测器120可以检测经由电压转换单元10在电源系统A220与电源系统B230之间流通的电流。
如果不需要在电压转换单元10处的电压转换，则开关控制器130基于检测器120的检测结果进行旁路开关180的通/断控制。注意，例如可以基于来自主装置的指令确定是否需要电压转换单元10的电压转换。开关控制器130参考切换表131控制旁路开关180的通/断。
切换表131与电压Va与电压Vb之间的电压差dV关联地定义旁路开关180的通/断。具体地，如果电压Va与电压Vb之间的电压差dV落入由切换表131定义的范围内，则开关控制器130接通旁路开关180，否则断开旁路开关180。
例如，开关控制器130可以是诸如微计算机这样的处理器。例如，切换表131可以存储在微计算机的存储器中。
在旁路开关180断开的同时，经由电压转换器100进行电源系统A220与电源系统B230之间的经由电压转换单元10的电力供给。在该情况下，运行电压转换部110所需的电力对应于电力消耗。
在旁路开关180接通的同时，经由旁路开关180进行电源系统A220与电源系统B230之间的经由电压转换单元10的电力供给。由于旁路开关180具有导通电阻，所以经过旁路开关180的电流与电压差dV的乘积或者通过电压差dV的平方除以导通电阻获得的值对应于电力消耗。
切换表131与电压差dV关联地定义旁路开关180的通/断，以减少电力消耗。具体地，针对各个电压差dV，根据电压转换部110和旁路开关180的规格、测量值或其他参数而初步确定在旁路开关180断开时的电力消耗以及在旁路开关180接通时的电力消耗，以准备切换表131。参考切换表131，选择需要较少电力消耗的路径。
例如，如果规格是电压转换部110为3kW，电压差为dV 1以及电压转换部110的转换率为97％，则电压转换部110中的电力消耗为90W(通过3kW×(1–0.97)计算)。相比之下，如果旁路开关180具有1mΩ的导通电阻，则旁路开关180的电力消耗为(dV1^2/0.001)W。如果旁路开关180的电力消耗小于电压转换部110的电力消耗，则切换表131定义：在电压差dV1时，接通旁路开关180。
因此，切换表131可以遵循如下格式：例如，如果满足V1<dV<V2并且V3<dV<V4，则接通旁路开关180。毫无疑问，切换表131可以由另一格式定义。
例如，电压转换部110可能在电压差dV小时展现出不稳定行为。例如，电压转换部110可能重复增压和降压操作，导致脉动电压的增加以及电压起伏。
为了防止不稳定行为，切换表131可以定义：如果电压差dV落入电压转换部110引起不稳定行为的范围内，则无论电力消耗的量如何，都接通旁路开关180。这能够防止电压转换部110的不稳定行为。在该情况下，切换表131可以包含额外的规则，该规则定义：如果满足V5<dV<V6的关系，则接通旁路开关180。
电压转换部110中的电力消耗以及旁路开关180中的电力消耗可以受到除了电压差dV之外的因素的影响。例如，在电力消耗依据环境温度而变化的情况下，针对各个环境温度准备切换表131。
在该情况下，检测器120检测环境温度，并且开关控制器130基于与检测到的环境温度对应的一个切换表131而进行旁路开关180的通/断控制。例如，可以针对每5度的温度准备切换表131，并且使用与检测到的温度对应的一个切换表131。
在电力消耗依据流经电压转换部110的电流而变化的另一情况下，针对各个电流准备切换表131。在该情况下，检测器120检测电压转换单元10的连接端子A与连接端子B之间流通的电流，并且开关控制器130基于与检测到的电流对应的一个切换表131而进行旁路开关180的通/断控制。
在又一个情况下，可以针对电源系统的电池的各个类型准备切换表131。例如，可以针对电源系统B230的副电池231的各种类型(铅蓄电池、锂离子电池和电容器等)，准备切换表131。
根据上述实施例的电压转换单元10，检测器120检测电源系统之间的电压差，并且开关控制器130基于电压差而控制旁路开关180的切换。这使得能够在没有电压转换部110的情况下进行电力供给，使得在电源系统之间的电力传输期间的电压转换器100的电力消耗减少。

Claims (5)

1.一种电压转换单元，包括：
电压转换器，该电压转换器能够在第一电源系统与第二电源系统之间双向供给电力；以及
旁路开关，该旁路开关与所述电压转换器并联地设置，其中，
所述电压转换器包括：
检测器，该检测器检测所述第一电源系统与所述第二电源系统之间的电压差；和
开关控制器，该开关控制器根据预定的规则基于所述电压差控制所述旁路开关的切换。
2.根据权利要求1所述的电压转换单元，其中，
所述检测器还检测在所述第一电源系统与所述第二电源系统之间流通的电流，并且
所述开关控制器还基于所述电流控制所述旁路开关的切换。
3.根据权利要求1或2所述的电压转换单元，其中，
所述检测器还检测温度，并且
所述开关控制器还基于所述温度控制所述旁路开关的切换。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电压转换单元，其中，通过比较在所述旁路开关接通时所述旁路开关的电力消耗与在所述旁路开关断开时所述电压转换器的电力消耗，来确定所述规则。
5.根据权利要求4所述的电压转换单元，其中，还通过比较在所述旁路开关接通时所述电压转换器的操作稳定性与在所述旁路开关断开时所述电压转换器的操作稳定性，来确定所述规则。
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