CN109878332A - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

电源系统，其包括DC‑DC转换器、继电器和控制单元，该控制单元配置为：i)基于点火信号从OFF到ON的状态转变而启动DC‑DC转换器，ii)当高压电池通过继电器连接至DC‑DC转换器时，使得DC‑DC转换器输出第一低压，iii)在第一低压的输出开始之后，在从高阶ECU提供输出电压命令的情况下，使得DC‑DC转换器输出由输出电压命令所指定的电压，iv)在第一低压的输出开始之后，在第一时间过去之前没有从高阶ECU提供输出电压命令的情况下，使得DC‑DC转换器输出高于第一低压的固定电压。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及提供在车辆中的电源系统。
背景技术
在例如公开号为No.2012-060819(JP2012-060819A)的日本专利申请和公开号为No.2012-182894(2012-182894A)的日本专利申请中公开了电源系统。在电源供应系统中，DC-DC转换器基于由高阶ECU提供的输出电压命令从高压电池向低压电池和低压负载供电。
发明内容
在上述每个专利文献中描述的电源系统中，在由于高阶ECU故障、或高阶ECU将输出电压命令发送到DC-DC转换器所经由的线路断开，因而不再向DC-DC转换器提供输出电压命令的情况下，DC-DC转换器停止，电力不再供应到低压电池和低压负载。结果，低压电池最终耗尽，因此，低压电池可能不会正常操作。
本发明提供了电池供应系统，在该电池供应系统中，即使当输出电压命令没有从高阶ECU提供到DC-DC转换器时，也可以以指定的输出电压来操作DC-DC转换器。
本发明的一方面涉及电源系统，该电源系统配置为：基于来自高阶电子控制单元的命令，将电力从高压电池供应至低压电池和低压负载。该电源系统包括：直流-直流转换器，其配置为将所述高压电池的电压转换为指定的电压，并将所述指定的电压输出至所述低压电池和所述低压负载；继电器，其配置为改变所述高压电池与所述直流-直流转换器之间的连接状态；以及控制单元，其设置在所述直流-直流转换器中，并配置为基于点火信号的状态和来自所述高阶电子控制单元的命令来控制所述直流-直流转换器的输出电压。所述控制单元配置为i)基于所述点火信号从关断状态到接通状态的状态转变而启动所述直流-直流转换器，ii)在所述直流-直流转换器启动之后，当所述高压电池通过所述继电器连接至所述直流-直流转换器时，使得所述直流-直流转换器输出指定的第一低压，iii)在所述指定的第一低压的输出开始之后，在从所述高阶电子控制单元提供输出电压命令的情况下，使得所述直流-直流转换器输出由所述输出电压命令所指定的电压，iv)在所述指定的第一低压的输出开始之后，在指定的第一时间过去之前没有从所述高阶电子控制单元提供所述输出电压命令的情况下，使得所述直流-直流转换器输出指定的固定电压，该指定的固定电压高于所述指定的第一低压。
在该控制中，DC-DC转换器的启动是由点火(IG)信号从关断状态到接通状态(即从OFF到ON)的状态转变而被触发的。在DC-DC转换器启动之后，高压电池和直流-直流转换器(DC-DC转换器)通过继电器连接。在所述高压电池和所述DC-DC转换器连接之后，在第一时间过去之前没有从所述高阶电子控制单元(ECU)提供所述输出电压命令的情况下，从DC-DC转换器输出固定电压。
因此，即使当没有从高阶ECU提供输出电压命令时，DC-DC转换器也可以在IG信号的基础上、在第一时间过去后自主地输出固定电压。因此，DC-DC转换器可以使用固定电压对低压电池充电，并且可以基于固定电压向低压负载供应电力。
在根据上述方面的电源系统中，所述控制单元可以配置为：基于所述点火信号从所述接通状态到所述关断状态的状态转变，使得所述直流-直流转换器输出指定的第二低压，该指定的第二低压低于所述指定的固定电压，并且在所述指定的第二低压的输出开始之后，在不再从所述高阶电子控制单元提供所述输出电压命令或指定的第二时间过去了的情况下，使得所述直流-直流电流转换器停止输出所述指定的第二低压。
在该控制中，在IG信号从ON到OFF的状态转变之后，在第二时间过去之前没有从高阶ECU提供输出电压命令的情况下，DC-DC转换器停止输出第二低压。因此，即使在固定电压的自主的输出之后没有从高阶ECU提供输出电压命令的情况下，DC-DC转换器也可以在IG信号的基础上在第二时间过去后自主地停止输出电压。因此，可以避免DC-DC转换器继续不必要的操作并且浪费地消耗电力的情况。
在根据上述方面的电源系统中，所述控制单元可以配置为：在所述高压电池与所述直流-直流转换器由所述继电器断开之前，使得所述直流-直流转换器停止输出所述指定的第二低压。
因此，由于在流过继电器的电流为零的状态下继电器是断开的，因此可以防止继电器的接触点被卡住的情况。
在根据上述方面的电源系统中，所述指定的第一低压和所述指定的第二低压中的每一个均被设定为一电压，该电压与低压电池的电压相同，且在该电压下流过所述继电器的电流为零。
因此，由于继电器在流过继电器的电流为零的状态下接通，因此可以防止继电器的接触点被卡住的现象。此外，由于流过继电器的电流为零，即使在DC-DC转换器输出第二低压的情况下断开继电器，也可以防止继电器接触点被卡住的情况。
在根据上述方面的电源系统中，所述指定的固定电压被设定为能够对所述低压电池充电的最小电压。因此，即使没有从高阶ECU提供输出电压命令时，也可以对低压电池充电。
在根据本发明的上述方面的电源系统中，即使没有从高阶ECU向DC-DC转换器提供输出电压命令时，DC-DC转换器也可以以指定的输出电压操作。
附图说明
本发明的示例实施例的特征、优点和技术及工业显著性，将在下文中结合对附图的引用而加以描述，其中相似标号表示相似要素，且其中：
图1是展示根据本发明的实施例的电源系统的配置示例的图；
图2是正常操作中的时序图，其中高阶ECU向DC-DC转换器提供输出电压命令；
图3是异常操作中的时序图，其中高阶ECU没有向DC-DC转换器提供输出电压命令；以及
图4是展示根据本发明的实施例的应用示例的电源系统的配置示例的图。
具体实施方式
根据实施例的电源系统配置为基于来自高阶电子控制单元(ECU)的命令，将电力从高压电池供应至低压电池和低压负载。在电源系统中，通过点火(IG)信号从关断状态到接通状态(即，从OFF到ON)的状态转换来触发直流-直流转换器(DC-DC转换器)的启动。换句话说，基于IG信号从OFF到ON的状态转变来启动DC-DC转换器(即，当IG信号从OFF变为ON时，启动DC-DC转换器)。然后，在DC-DC转换器启动之后，从DC-DC转换器输出低电压。在低电压的输出开始之后，在指定的时间过去之前没有从高阶ECU提供输出电压命令的情况下，从DC-DC转换器输出固定电压。因此，即使当由于高阶ECU的故障等而没有从高阶ECU提供输出电压命令时，DC-DC转换器也可以基于IG信号而自主地输出固定电压。因此，DC-DC转换器可以以指定的输出电压操作。
图1是展示根据本发明的实施例的电源系统1的配置示例的图。在图1中所示的实施例的电源系统1包括高压电池10、高压切断继电器20、DC-DC转换器30、低压电池40和高阶ECU 50。注意，在图1中，电力信号流经的线用粗线表示，控制信号等流经的线用细箭头线表示。
高压电池10是配置为可再充电(可充电和可放电)的蓄电元件，例如锂电池。高压电池10经由高压切断继电器20连接到DC-DC转换器30。
高压切断继电器20插入在高压电池10和DC-DC转换器30之间，并且配置为基于由电子控制单元(ECU，未图示)执行的控制来执行ON-OFF控制，用于改变高压电池10和DC-DC转换器30之间的连接状态。在图1所示的高压切断继电器20中，在正极侧和负极侧中的每一个上设置了继电器。然而，继电器可以仅设置在电极侧中的一个上。
DC-DC转换器30配置为将高压电池10的电压转换为指定的电压，并将该指定的电压输出到低压电池40和低压负载60。DC-DC转换器30包括电力转换单元31、控制单元32、电流检测单元33和电压检测单元34。
电力转换单元31可以从高压电池10接收电力(电压、电流)，并且可以根据由控制单元32执行的控制，将用于对低压电池40充电和/或供应到低压负载60的电力(电压、电流)输出到低压电池40和低压负载60。
电流检测单元33例如是电流传感器，设置为检测从DC-DC转换器30(电力转换单元31)流至低压电池40和低压负载60的电流(输出电流)。由电流检测单元33检测到的电流值被输出到控制单元32。
电压检测单元34例如是电压传感器，并且设置为检测出现在DC-DC转换器30(电力转换单元31)的正输出端子和负输出端子之间的电压(输出电压)。由电压检测单元34检测到的电压值被输出到控制单元32。
控制单元32获取来自高阶ECU 50的输出电压命令、来自IG开关70的IG信号、来自电流检测单元33的电流值以及来自电压检测单元34的电压值。然后，控制单元32基于来自高阶ECU 50的输出电压命令、IG信号的状态、电流值和电压值，最优地控制DC-DC转换器30(电力转换单元31)的操作状态和输出电压。
注意，上述DC-DC转换器30完全或部分地配置为电子控制单元(ECU)，其通常包括中央处理单元(CPU)、存储器和输入-输出接口。在电子控制单元中，当CPU读取并执行存储在存储器中的程序时实现上述指定的功能。
低压电池40是配置为是可再充电(可充电和可放电)的蓄电元件，例如铅电池。低压电池40连接到DC-DC转换器30，从而能够利用从DC-DC转换器30输出的电力进行充电。低压电池40还连接到低压负载60，并且向低压负载60供应所需的电力。低压电池40的电压被设定为低于高压电池10的电压。
高阶ECU 50是与DC-DC转换器30的控制单元32相比执行更高层控制的电子控制单元(ECU)。高阶ECU 50向DC-DC转换器30的控制单元32提供输出电压命令，以指定(即，指示)要从DC-DC转换器30输出的电压。输出电压命令可以是例如脉宽调制(Pulse WidthModulation,PWM)信号的占空比(即，忙闲度)，其确定了DC-DC转换器30中的电力转换单元31的切换操作。此外，高阶ECU 50对执行高压切断继电器20的ON-OFF控制的ECU(未图示)进行监控，从而可以获取高压切断继电器20的连接状态。
低压负载60的示例包括电力转向装置、电子制动系统、音频系统、雨刷装置、电力车窗装置和照明装置。
接下来，将进一步参考图2和图3提供对由根据本发明实施例的电源系统1执行的控制的描述。图2是在正常操作的情况下的时序图，其中高阶ECU 50向DC-DC转换器(DDC)30的控制单元32提供输出电压命令。图3是在异常操作的情况下的时序图，其中高阶ECU 50没有向DC-DC转换器(DDC)30的控制单元32提供输出电压命令。
首先，将提供对在图2所示的正常操作中在时刻Ta1至时刻Ta6中的每一个时刻处执行的处理的描述。
在时刻Ta1处，用户等操作IG开关70，以引起IG信号从OFF到ON的状态转变。基于IG信号的状态转变，DC-DC转换器30被启动并进入待机状态。因此，使得DC-DC转换器30进入这样的状态：其中DC-DC转换器30可以在任何时间供应电力至低压电池40和低压负载60。
在时刻Ta2处，高压电池10通过高压切断继电器20连接到DC-DC转换器30，并且高压电池10的高压被施加到DC-DC转换器30的输入侧。响应于电压的施加，DC-DC转换器30进行自主操作，以输出指定的第一低压至输出侧，在该指定的第一低压下流过高压切断继电器20的电流基本上为零。
该第一低压是通过例如在车辆中执行预定的调节处理来确定的。例如，在低压电池40的荷电状态(SOC)低、且不允许从低电压电池40放电的情况下，根据来自高阶ECU 50的输出电压命令，可以将第一低压设定为这样的电压：在该电压下能够迅速地开始低电压电池40的充电。更具体地，可以将第一低压设定为能够防止低电压电池40耗尽的最小电压(例如，12.5V至12.9V)。注意，在低压电池40的荷电状态(SOC)高、且允许其放电或放电的影响不显著的情况下，DC-DC转换器30可以不进行输出第一低压的自主操作(即，DC-DC转换器30可以不输出第一低压)。
在第一低压的输出开始之后，在时刻Ta3处，DC-DC转换器30从高阶ECU 50接收输出电压命令。因此，DC-DC转换器30执行正常的可变控制，并且将由输出电压命令所指定的电压输出到输出侧。
在时刻Ta4处，用户等操作IG开关70，以引起IG信号从ON到OFF的状态转变。基于IG信号的状态转变，DC-DC转换器30执行自主操作，以将输出到输出侧的电压限制为指定的第二低压，在该指定的第二低压下流过高压切断继电器20的电流基本上为零。即使在IG信号从ON到OFF的状态转换发生之后，也不立即停止提供来自高阶ECU 50的输出电压命令，这是因为，即使在IG信号为OFF时也应当将电力供应至ECU和被操作的致动器，并且有必要避免已经以高电压操作的DC-DC转换器30突然停止的情况。
与上述第一低压的情况一样，第二低压是通过例如在车辆中执行预定的调整处理来确定的。第二低压可以与第一低压相同或者可以与第一低压不同。
在第二低压的输出开始之后，响应于在时刻Ta5停止从高阶ECU 50提供输出电压命令，DC-DC转换器30停止输出第二低压。“停止从高阶ECU 50提供输出电压命令”的表述表示包括这样的概念：“停止提供被持续提供至目前的输出电压命令”、“提供指定0(零)V电压的输出电压命令”和“提供用于停止DC-DC转换器30的输出的输出停止命令”。
在时刻Ta6处，通过高压切断继电器20断开高压电池10和DC-DC转换器30，并且施加到DC-DC转换器30的输入侧的高压电池10的高压被阻挡。
接下来，将提供关于在图3所展示的在异常操作中时刻Tb1至时刻Tb6中的每一个时刻处执行的处理的描述。
在时刻Tb1处，用户等操作IG开关70，以引起IG信号从OFF到ON的状态转变。基于IG信号的状态转变，DC-DC转换器30启动并进入待机状态。因此，使得DC-DC转换器30进入这样的状态：其中DC-DC转换器30可以在任何时间供应电力至低压电池40和低压负载60。
在时刻Tb2处，高压电池10通过高压切断继电器20连接到DC-DC转换器30，高压电池10的高压施加到DC-DC转换器30的输入侧。响应于电压的施加，DC-DC转换器30进行自主操作，以将指定的第一低压输出到输出侧，在该指定的第一低压下流过高压切断继电器20的电流基本为零。第一低压如上所述。
在第一低压的输出开始之后、在指定的第一时间过去之前，没有从高阶ECU 50提供输出电压命令的情况下(即，在从第一电压的输出开始的时间到指定的输出时刻Tb3过去的时间的时间段中，没有提供输出电压命令的情况下)，DC-DC转换器30进行自主的操作以在时刻Tb3输出指定的固定电压到输出侧。第一时间设置为比从第一低压的输出的开始到在正常操作中从高阶ECU 50提供输出电压命令的时刻(上述时刻Ta3)的时间长，并且比从第一低压的输出的开始直到需要向低压负载60提供足够量的电力的指定时间短。例如，第一时间可以设置为10秒。通过在车辆中执行预定调节处理等来判定固定电压。例如，固定电压可以是高于第一低压并且是可以对低压电池40充电的最小电压的电压(例如13.5V)。
在时刻Tb4处，用户等操作IG信号以造成IG信号从ON到OFF的状态转变。基于IG信号的状态转变，DC-DC转换器30进行自主的操作，以将输出到输出侧的电压限制到指定的第二低压，在该指定的第二低压处，流过高压切断继电器20的电流基本为零。即使在IG信号从ON到OFF的状态转变发生之后，DC-DC转换器30也不会立即停止，因为，例如，有必要避免已经以高电压操作的DC-DC转换器30突然停止的情况。第二低压如上所述。
在第二低压的输出开始之后、在指定第二时间过去之前，没有从高阶ECU 50提供指定(即，指示)0V电压的输出电压命令或用于停止DC-DC转换器30的输出的输出停止命令的情况下，在Tb5时刻DC-DC转换器30进行自主的操作以停止输出第二低压。第二时间设置为比在正常操作中从IG信号从ON到OFF的状态转换到停止提供来自高阶ECU 50的输出电压命令的时间(上述时刻Ta5)更长，并比从IG信号从ON到OFF的状态转变直到高压电池10和DC-DC转换器30被高压切断继电器20断开为止的指定的时间短。例如，第二时间可以被设定为20秒。
在时刻Tb6处，高压电池10和DC-DC转换器30通过高压切断继电器20断开，且施加到DC-DC转换器30的输入侧的高压电池10的高压被阻挡。
在根据本发明的实施例的上述电源系统1中，通过IG信号从OFF到ON的状态转变来触发DC-DC转换器30的启动。在DC-DC转换器30启动之后，高压电池10和DC-DC转换器30通过高压切断继电器20连接。在高压电池10和DC-DC转换器30连接之后，在第一时间过去的时间之前没有从高阶ECU 50提供输出电压命令的情况下，从DC-DC转换器30输出固定电压。
因此，即使当没有从高阶ECU 50提供输出电压命令时，DC-DC转换器30也可以在IG信号的基础上在第一时间过去之后自主地输出固定电压。因此，DC-DC转换器30可以使用固定电压对低压电池40充电，并且可以将基于固定电压的电源供应至低压负载60。
此外，在根据本实施例的电源系统1中，控制单元32在IG信号从ON到OFF的状态转变的基础上，使得DC-DC转换器30输出低于固定电压的第二低压。然后，在第二低压的输出开始之后，在不再从高阶ECU 50提供输出电压命令或者第二时间过去了的情况下，DC-DC转换器30停止输出第二低压。
因此，在从IG信号的状态从ON转变到OFF之后第二时间过去之前没有从高阶ECU50提供输出电压命令的情况下(即，在从IG信号的从ON到OFF的状态转变到第二时间过去的时间段中，没有从高阶ECU 50提供输出电压命令的情况下)，DC-DC转换器30可以停止输出电压。因此，即使在固定电压的自主输出之后、没有从高阶ECU 50提供输出电压命令的情况下，DC-DC转换器30也可以在IG信号的基础上在第二时间过去之后自主地停止输出电压。因此，可以避免DC-DC转换器30继续不必要地操作并且浪费地消耗电力的情况。
将描述应用示例(即，修改示例)。在根据该实施例的电源系统1中，通过使用连接高阶ECU 50和DC-DC转换器30的控制单元32的专用线(直达线)发送和接收来自高阶ECU50的输出电压命令，通过使用连接IG开关70和DC-DC转换器30的控制单元32的专用线路(直达线)来发送和接收基于IG开关70的IG信号。
然而，如在图4中所展示的电源系统2中那样，在其中高阶ECU 50、DC-DC转换器30和控制IG开关70的ECU 80通过车载网络(例如CAN总线90)连接的配置中，输出电压命令和IG信号中的一者或二者均可以通过控制器局域网(CAN)通信来进行发送和接收。在这种情况下，DC-DC转换器30需要配置为使得DC-DC转换器30可以响应于CAN信号的接收而启动。
本发明的电源系统可以用于例如其中从高压电池向低压电池和低压负载供应电力的车辆中。

Claims (5)

1.电源系统，其配置为基于来自高阶电子控制单元的命令，将电力从高压电池供应至低压电池和低压负载，所述电源系统的特征在于包括：
直流-直流转换器，其配置为将所述高压电池的电压转换为指定的电压，并将所述指定的电压输出至所述低压电池和所述低压负载；
继电器，其配置为改变所述高压电池与所述直流-直流转换器之间的连接状态；以及
控制单元，其设置在所述直流-直流转换器中，并配置为基于点火信号的状态和来自所述高阶电子控制单元的命令来控制所述直流-直流转换器的输出电压，其中，
所述控制单元配置为
i)基于所述点火信号从关断状态到接通状态的状态转变而启动所述直流-直流转换器，
ii)在所述直流-直流转换器启动之后，当所述高压电池通过所述继电器连接至所述直流-直流转换器时，使得所述直流-直流转换器输出指定的第一低压，
iii)在所述指定的第一低压的输出开始之后，在从所述高阶电子控制单元提供输出电压命令的情况下，使得所述直流-直流转换器输出由所述输出电压命令所指定的电压，
iv)在所述指定的第一低压的输出开始之后，在指定的第一时间过去之前没有从所述高阶电子控制单元提供所述输出电压命令的情况下，使得所述直流-直流转换器输出指定的固定电压，该指定的固定电压高于所述指定的第一低压。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于：
所述控制单元配置为：基于所述点火信号从所述接通状态到所述关断状态的状态转变，使得所述直流-直流转换器输出指定的第二低压，该指定的第二低压低于所述指定的固定电压，并且
在所述指定的第二低压的输出开始之后，在不再从所述高阶电子控制单元提供所述输出电压命令或指定的第二时间过去了的情况下，使得所述直流-直流电流转换器停止输出所述指定的第二低压。
3.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述控制单元配置为：在所述高压电池与所述直流-直流转换器由所述继电器断开之前，使得所述直流-直流转换器停止输出所述指定的第二低压。
4.根据权利要求2或3所述的电源系统，其特征在于，所述指定的第一低压和所述指定的第二低压中的每一个均被设定为一电压，该电压与低压电池的电压相同，且在该电压下流过所述继电器的电流为零。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源系统，其特征在于，所述指定的固定电压被设定为能够对所述低压电池充电的最小电压。
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