CN115733121A - 混合动力电动系统和电源系统及其dc/dc变换器器件过热控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种混合动力电动系统和电源系统及其DC/DC变换器器件过热控制方法，该DC/DC变换器器件过热控制方法，首先判断DC/DC变换器中是否出现过温情况或器件故障，若该DC/DC变换器中出现过温情况和/或器件故障，则控制该DC/DC变换器的两侧直接相连，以旁路掉该DC/DC变换器，降低该DC/DC变换器内部器件所承担的电流，进而解决其过热问题；同时不会降低电池原本的输出能力，避免了现有技术中的降额运行，使其可以应用于该DC/DC变换器的反向工作状态。而且，还能保证在一定功率范围内实现系统整体效率最优。

Description

混合动力电动系统和电源系统及其DC/DC变换器器件过热控 制方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种混合动力电动系统和电源系统及其DC/DC变换器器件过热控制方法。

背景技术

目前，混合动力汽车中的混合动力电动系统架构如图1所示，其中，电源系统10的电池侧与高压动力电池(如图中所示的BAT)连接，而其母线侧通过直流母线与发电机系统MS1和电动机系统MS2连接。该电源系统10中，主要通过其DC/DC变换器10的正向工作，实现高压动力电池对直流母线的供电；或者，通过该DC/DC变换器10的反向工作，将直流母线上的电能给高压动力电池充电。

若该DC/DC变换器10较长时间处于大功率运行状态，则其内部元器件容易出现过热，对于这一情况，现有技术一般是通过降额运行，即直接或间接限制其内部支路电流的大小来降低其输出功率这一方式，来降低其内部部分器件的温度。

然而，该降额运行的方式，并不能降低该DC/DC变换器10内全部器件的温度，且不能应用于该DC/DC变换器10的反向工作状态，否则会导致直流母线所接母线电容的过压故障。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种混合动力电动系统和电源系统及其DC/DC变换器器件过热控制方法，以解决DC/DC变换器的器件过热问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，所述电源系统中DC/DC变换器的两侧分别连接电池和直流母线；所述DC/DC变换器器件过热控制方法包括：

判断所述DC/DC变换器中是否出现过温情况或器件故障；

若所述DC/DC变换器中出现过温情况和/或器件故障，则控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连，以旁路掉所述DC/DC变换器。

可选的，控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连，包括：

控制所述DC/DC变换器两侧之间连接的可控开关闭合。

可选的，在控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连之前，还包括：

判断所述DC/DC变换器是否工作于直通模式；

若所述DC/DC变换器工作于直通模式，则执行控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连的步骤；

若所述DC/DC变换器未工作于直通模式，则先控制所述DC/DC变换器工作于直通模式，再执行控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连的步骤。

可选的，所述DC/DC变换器中包括至少一相桥臂，且桥臂中包括互补动作的所述主控管与续流管时，所述直通模式为：所述主控管关断、所述续流管长通的模式。

可选的，判断所述DC/DC变换器是否工作于直通模式，包括：

判断所述DC/DC变换器中各桥臂主控管的占空比是否为零；

若所述占空比为零，则判定所述DC/DC变换器工作于所述直通模式；

若所述占空比不为零，则判定所述DC/DC变换器未工作于所述直通模式。

可选的，在控制所述DC/DC变换器工作于直通模式之后，还包括：

再次判断所述占空比是否为零，并在所述占空比为零时，执行控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连的步骤。

可选的，控制所述DC/DC变换器工作于直通模式，包括：

设置所述直流母线的母线电压实际目标值小于所述电池的电池电压；

根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果；

根据所述控制结果生成控制信号，并输出至所述DC/DC变换器的控制端。

可选的，所述DC/DC变换器为正向升压、反向降压的双向变换器时，设置所述直流母线的母线电压实际目标值小于所述电池的电池电压，包括：

以获取到的目标母线电压减去预设阈值之差，作为所述母线电压实际目标值；所述预设阈值为使所述母线电压实际目标值小于所述电池电压的预设值。

可选的，根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果，包括：

以所述母线电压实际目标值作为给定，以所述直流母线的母线电压采样值作为负反馈，进行电压环控制；

以电压环控制的结果作为给定，以所述DC/DC变换器的电流采样值作为负反馈，进行电流环控制，得到第一占空比，作为所述DC/DC变换器中桥臂主控管的占空比。

可选的，所述DC/DC变换器正向工作时，在判断所述DC/DC变换器中是否出现过温情况或器件故障之前，还包括：

获取目标母线电压；

判断所述目标母线电压是否大于所述DC/DC变换器能够输出的稳定电压下限；

若所述目标母线电压大于所述稳定电压下限，则控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式；

若所述目标母线电压小于等于所述稳定电压下限，则控制所述DC/DC变换器工作于直通模式。

可选的，控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式，包括：

设置所述直流母线的母线电压实际目标值为所述目标母线电压；

根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果；

根据所述控制结果生成控制信号，并输出至所述DC/DC变换器的控制端。

可选的，所述DC/DC变换器中包括两相桥臂，根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果，包括：

以所述母线电压实际目标值作为给定，以所述直流母线的母线电压采样值作为负反馈，进行电压环控制；

以电压环控制的结果作为给定，以所述DC/DC变换器的电流采样值作为负反馈，进行电流环控制，得到第一占空比；

以所述DC/DC变换器中两支路的电流之差进行均流环控制；

计算所述均流环控制的结果与所述第一占空比之和，得到第二占空比；

以所述第一占空比和所述第二占空比，分别作为所述DC/DC变换器中两相桥臂主控管的占空比。

可选的，在进行电压环控制之后，还包括：

对电压环控制的结果及预设电流上限进行比较，以两者中的较小者作为电压环控制的最终结果。

本申请第二方面提供一种电源系统，包括：电池、DC/DC变换器、可控开关和微控制器；其中，

所述DC/DC变换器的一侧连接所述电池；

所述DC/DC变换器的另一侧，通过直流母线连接负载，且正负极之间设置有母线电容；

所述可控开关连接于所述DC/DC变换器的两侧正极之间；

所述DC/DC变换器和所述可控开关均受控于所述微控制器，所述微控制器用于执行如上述第一方面任一种所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法。

可选的，所述可控开关，包括：两个反向串联连接的开关管；

各所述开关管均受控于所述微控制器。

可选的，所述DC/DC变换器为正向升压、反向降压的双向变换器。

可选的，所述DC/DC变换器中的拓扑为单重、双重或多重的双向BUCK－BOOST拓扑，且其低压侧用于连接所述电池，其高压侧用于连接所述直流母线；

或者，所述DC/DC变换器中的拓扑为移相全桥拓扑。

本申请第三方面提供一种混合动力电动系统，包括：发电机系统、电动机系统和如上述第二方面任一种所述的电源系统；其中，

所述发电机系统和所述电动机系统的直流侧，均连接所述电源系统的直流母线；

所述电源系统中的微控制器与所述混合动力电动系统所在混合动力汽车的整车控制器VCU通信连接；

所述VCU用于在所述电动机系统当前的电机转速和转矩条件下，确定所述混合动力电动系统效率最优时的母线电压，作为所述直流母线的目标母线电压。

本申请提供的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其首先判断DC/DC变换器中是否出现过温情况或器件故障，若该DC/DC变换器中出现过温情况和/或器件故障，则控制该DC/DC变换器的两侧直接相连，以旁路掉该DC/DC变换器，降低该DC/DC变换器内部器件所承担的电流，进而解决其过热问题；同时不会降低电池原本的输出能力，避免了现有技术中的降额运行，使其可以应用于该DC/DC变换器的反向工作状态。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的混合动力电动系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的电源系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法的另一流程图；

图5为本申请实施例提供的电源系统中控制环路的逻辑框图；

图6为本申请实施例提供的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法的另一流程图；

图7为本申请实施例提供的电源系统中控制环路的另一逻辑框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

参见图1，电源系统10中，DC/DC变换器101的两侧分别连接电池BAT和直流母线；在混合动力电动系统中，该电池BAT可以是高压动力电池，该直流母线上所带的负载可以是图1中所示的发电机系统MS1和电动机系统MS2。

以混合动力电动系统为例，当电动机系统MS2处于电动模式时：DC/DC变换器101正向运行，发电机系统MS1和电源系统10共同给电动机系统MS2供电，用于驱动车辆或者其他机械转动设备；当电动机系统MS2处于再生制动模式时，电动机系统MS2回馈的能量，会通过DC/DC变换器101的反向运行给电池BAT充电，此时发电机系统MS1既可工作于发电模式、与电动机系统MS2共同给电池BAT馈能，也可以不工作、由电动机系统MS2单独馈能。

不论正向运行还是反向运行，该DC/DC变换器101均有可能会出现元器件过热的情况，比如较长时间处于大功率运行状态。此时，对于正向运行，现有技术会控制该DC/DC变换器101进入降功率的状态，即降额运行，此时将不能继续为后级负载提供当前需求的功率。而对于反向运行，由于发电机系统MS1和电动机系统MS2的能量会充入直流母线正负极之间的母线电容，再通过该DC/DC变换器101流入电池BAT；此时，若该DC/DC变换器101过温限流、降额运行，则充入直流母线的能量将大于母线电容流到电池BAT的能量，会出现母线电容过压故障，所以该DC/DC变换器101反向运行时不可限流降额。

本申请提供一种电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，以解决DC/DC变换器的器件过热问题。

该电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，如图2所示，具体包括：

S101、判断DC/DC变换器中是否出现过温情况或器件故障。

若DC/DC变换器中出现过温情况和/或器件故障，则执行步骤S102。

S102、控制DC/DC变换器的两侧直接相连，以旁路掉DC/DC变换器。

实际应用中，图1中所示该DC/DC变换器101中的拓扑可以有多种实现形式，比如：最简单的，其可以为一个双向BUCK－BOOST拓扑，且其低压侧用于连接电池BAT，其高压侧用于连接直流母线；或者，其也可以为双重的双向BUCK－BOOST拓扑，此时该DC/DC变换器即为图3中所示的双向交错并联BOOST变换器；又或者，其还可以为三重或更多重的双向BUCK－BOOST拓扑，甚至移相全桥拓扑等，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

为了能够控制该DC/DC变换器101的两侧直接相连，可以在该DC/DC变换器101的两侧之间连接一个可控开关；在需要控制该DC/DC变换器101的两侧直接相连时，控制该可控开关闭合即可。

实际应用中，该可控开关可以是任意可受控通断的器件，比如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管)或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等开关管。值得说明的是，该可控开关中的开关管数量不限，可以仅有一个，也可以由至少两个串联连接。而且，当该开关管中存在体二极管或者集成的反并联二极管时，该可控开关优选包括两个反向串联连接的开关管，如图3中的103所示；此时，各开关管接收相同的控制信号即可，各开关管同时导通时可以使该DC/DC变换器101的两侧直接连接，各开关管同时关断时，由于其各自体二极管或反并联二极管的导通方向相反，可以确保该DC/DC变换器101的两侧断开上述直接连接。

本实施例提供的该电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，在该DC/DC变换器中出现过温情况时，通过控制该DC/DC变换器的两侧直接相连，可以旁路掉该DC/DC变换器，降低该DC/DC变换器内部器件所承担的电流，比如图3中电感L1、L2和各开关管S1至S4所承担的电流，进而解决这些器件的过热问题；同时不会降低电池原本的输出能力，避免了现有技术中的降额运行，使其可以应用于该DC/DC变换器的反向工作状态。另外，当该DC/DC变换器中出现器件故障时，也可以通过上述旁路控制，保证以直流母线电压等于电池电压的状态继续运行，提高系统运行可靠性。

在上一实施例的基础之上，更为优选的，该DC/DC变换器器件过热控制方法，在步骤S102、控制DC/DC变换器的两侧直接相连之前，还包括图4中所示的：

S201、判断DC/DC变换器是否工作于直通模式。

实际应用中，该DC/DC变换器中包括至少一相桥臂，且桥臂中包括互补动作的主控管与续流管；如图3中所示，开关管S1和开关管S4分别为相应桥臂中的主控管，开关管S2和开关管S3分别为相应桥臂中的续流管，且开关管S1与开关管S2互补动作，开关管S3与开关管S4互补动作。此时，该直通模式，具体是指：主控管(如图3中的S1和S4)关断、续流管(如图3中的S2和S3)长通的模式。

因此，该步骤S201具体可以是：判断该DC/DC变换器中各桥臂主控管的占空比是否为零；若该占空比为零，则判定DC/DC变换器工作于直通模式；而若该占空比不为零，则判定DC/DC变换器未工作于直通模式。

以图3所示结构为例进行说明，直通模式下，比如电动机系统MS2工作在恒功率模式时，此时主控管S1和S4长断、续流管S2和S3长通，各开关管损耗很低、没有过温的问题，电感L1和L2的过温成为主要问题。此时，通过步骤S102，可以旁路掉该DC/DC变换器，解决其内部全部器件的过温问题。

而且，直通模式下，该DC/DC变换器两侧的电压基本一致，此时使其两侧直接相连，也不会出现内部支路电流突变的情况，即图3中电感L1和L2的电流不会突变。

因此，若DC/DC变换器工作于直通模式，则可以直接执行步骤S102。然而，若DC/DC变换器未工作于直通模式，比如工作于正向运行时的升压变换模式或者反向运行时的降压变换模式，则该DC/DC变换器两侧的压差可能会导致图3中的电感过流，因此，可以先执行步骤S202，再执行步骤S102。

S202、控制DC/DC变换器工作于直通模式。

该步骤S202具体可以包括：

(1)设置直流母线的母线电压实际目标值小于电池的电池电压。

DC/DC变换器为正向升压、反向降压的双向变换器时，该步骤(1)，具体包括：以获取到的目标母线电压Vreq减去预设阈值OM1之差，作为母线电压实际目标值Vreq_targ。其中，该预设阈值OM1是使该母线电压实际目标值Vreq_targ小于电池电压Vbat的预设值。

(2)根据母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果。

参见图5所示的逻辑框图，该步骤(2)具体包括：

先以母线电压实际目标值Vreq_targ作为给定，以直流母线的母线电压采样值Vbus作为负反馈，对两者的差值Err_V进行电压环控制。

再以电压环控制的结果作为给定，以DC/DC变换器的电流采样值(如该DC/DC变换器为图3中所示双向交错并联BOOST变换器时的IL1+IL2)作为负反馈，对两者的差值Err_C进行电流环控制，得到第一占空比D1，作为DC/DC变换器中桥臂主控管的占空比。

实际应用中，电压环控制和电流环控制的调节器，可以均为图5中所示的PI调节器，但并不仅限于此。

(3)根据控制结果生成控制信号，并输出至DC/DC变换器的控制端。

以图3中所示的双向交错并联BOOST变换器为例，该DC/DC变换器的控制端包括开关管S1至S4各自的控制端，也即，该控制信号将会控制开关管S1至S4分别按照相应的占空比动作。

而且，在该步骤S202之后，还包括：再次判断占空比是否为零，并在占空比为零时，执行步骤S102。

也即，当该DC/DC变换器出现过温情况时，先判断环路计算的占空比是否为零，进而确定该DC/DC变换器是否处于直通模式；若其处于直通模式，则直接驱动上述可控开关闭合，旁路掉该DC/DC变换器；若其未处于直通模式，则先控制其切换至直通模式，再在确定其已处于直通模式之后，驱动上述可控开关闭合，旁路掉该DC/DC变换器。

该DC/DC变换器过温时，本实施例在相同功率条件下，通过控制其被旁路，使原本图3中所示两个电感承担的电流压力显著减小，大大提高了该DC/DC变换器大功率运行的能力。

在上述实施例的基础之上，优选的，为保证DC/DC变换器正向工作时整个系统(比如图1中所示的混合动力电动系统)效率最优，该DC/DC变换器器件过热控制方法，在步骤S101之前，还包括图6(以在图4的基础上为例进行展示)中所示的：

S301、获取目标母线电压。

以图1所示的混合动力电动系统为例进行说明，其VCU能够在电动机系统MS2中电机(如图1中所示的M2)当前的转速和转矩条件下，确定混合动力电动系统效率最优时的母线电压，作为直流母线的该目标母线电压Vreq；然后VCU将该目标母线电压Vreq发送给电源系统10中的微控制器102，由该微控制器102获取该目标母线电压Vreq后继续执行后续步骤。

S302、判断目标母线电压是否大于DC/DC变换器能够输出的稳定电压下限。

该DC/DC变换器为正向升压、反向降压的双向变换器时，该稳定电压下限为：电池电压Vbat与预设最小稳定升压阈值OM之和。

其中，该预设最小稳定升压阈值OM是指该DC/DC变换器正向运行能够稳定输出时，其输出电压与输入电压之间的最小差值；实际应用中，该预设最小稳定升压阈值OM可以小于上述预设阈值OM1。

因此，步骤S102实际上是判断Vreq>Vbat+OM是否成立。

若Vreq>Vbat+OM成立，也即目标母线电压Vreq大于该稳定电压下限，则说明此时确定的最优母线电压值(也即目标母线电压Vreq)能够使该DC/DC变换器稳定工作，可以执行步骤S303。

若Vreq>Vbat+OM不成立，也即目标母线电压Vreq小于等于该稳定电压下限，则说明此时确定的最优母线电压值(也即目标母线电压Vreq)只略微大于电池电压Vbat，为保证直流母线电压的稳定，需要执行步骤S304。

S303、控制DC/DC变换器工作于升压变换模式。

与上述实施例中相类似的，该步骤S303具体可以包括：

(1)设置直流母线的母线电压实际目标值为目标母线电压。

(2)根据母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果。

升压变换模式下的该步骤(2)，可以与上述实施例中步骤S202直通模式下的步骤(2)相同，此处不再赘述。

更为优选的，该DC/DC变换器中包括两相桥臂时，升压变换模式下的该步骤(2)，可以在电压环与电流环的基础之上，增加一个均流环，参见图7所示的逻辑框图，其具体包括：

先以母线电压实际目标值Vreq_targ作为给定，以直流母线的母线电压采样值Vbus作为负反馈，对两者的差值Err_V进行电压环控制。

再以电压环控制的结果作为给定，以DC/DC变换器的电流采样值(如该DC/DC变换器为图3中所示双向交错并联BOOST变换器时的IL1+IL2)作为负反馈，对两者的差值Err_C进行电流环控制，得到第一占空比D1。优选的，在进行电压环控制之后，还可以先对电压环控制的结果及预设电流上限Ilimit进行比较，对两者取小(如图7中所示的Min)，以两者中的较小者作为电压环控制的最终结果Iref，实现对于电流环控制的给定，能够进一步避免过流。

并且，还以DC/DC变换器中两支路的电流之差(比如图3中所示的IL1-IL2)进行均流环控制；然后，计算均流环控制的结果与第一占空比之和，得到第二占空比D2；再以第一占空比D1和第二占空比D2，分别作为DC/DC变换器中两相桥臂主控管的占空比；比如，以第一占空比D1作为开关管S1的占空比，以第二占空比D2作为开关管S4的占空比。

实际应用中，该均流环控制的调节器，也可以为图7中所示的PI调节器，但并不仅限于此。

均流环的作用是保证DC/DC变换器中两相电感L1和L2上的电流差距很小，避免因为硬件设计差异导致的两相电流差异过大，进而导致过热和过流的问题。

需要说明书的是，直流母线的母线电压实际目标值Vreq_targ的取值不同时，相应的控制信号将会控制DC/DC变换器工作于不同的模式，比如直通模式或者升压变换模式；而直通模式下，第一占空比D1会一直保持0，若此时均流环依然工作，可能会导致第二占空比D2是一个很小的占空比，小占空比会导致开关管S4工作在饱和区，此时开关管S4相当于一个可变电阻，这会导致开关管S4过温和损耗增大等问题。因此，可以设置直通模式下均流环不起作用，保证续流管S2和S3工作在长通模式；只有非直通模式下，比如升压变换时，第一占空比D1会根据环路计算得到一个值，与均流环控制的结果进行叠加之后，得到的第二占空比D2依然可以避免开关管工作在线性区。也即，实际应用中，可以在该微控制器的控制环路中设置有均流环，只不过在执行直通模式下的步骤S202和S304时并不使均流环工作，而在执行升压变换模式下的该步骤S303时才使均流环工作；以实时根据DC/DC变换器的工作模式选择，来确定均流环的介入和退出，保证开关管工作在饱和区、处于可控状态。

根据图7所示的控制环路，若Vreq_targ<Vbat，由于BOOST拓扑的特性是输出电压大于等于输入电压，则Err_V会一直小于零，进而使电流环给定Iref达到负向限制值，此时的Err_C小于零，进而第一占空比D1会计算到负向限幅值；然而，由于占空比只有在大于0时才能起作用，所以负向限幅值就是占空比为0，则续流管S2和S3长通进入直通模式。若是在运行中需要由升压变换模式切换到直通模式，通过改变下发的目标母线电压Vreq即可实现。

(3)根据控制结果生成控制信号，并输出至DC/DC变换器的控制端。

该步骤与上述实施例中步骤S202直通模式下的步骤(3)相同，此处不再赘述。

S304、控制DC/DC变换器工作于直通模式。

该步骤S304与上述实施例中的步骤S202相同，此处不再赘述。

本实施例通过上述过程，在中低功率范围内，可以采用升压变换模式，通过控制直流母线的母线电压，使整个系统(比如图1所示的混合动力电动系统)的效率最优；还可以通过选择直通模式，避免目标母线电压Vreq只略大于电池电压Vbat时出现不发波和占空比很小这两种状态来回切换的情况，进而可以控制直流母线的电压稳定。而在DC/DC变换器因自身限制无法提供大功率长时间运行时，采用旁路模式，降低DC/DC变换器所承担的电流，保证其内部器件不过热，同时没有降低电池原本的输出能力。而且，均流环的实时介入和退出，能够保证该DC/DC变换器内各开关管工作在饱和区、处于可控状态。

本申请另一实施例还提供了一种电源系统，如图1中的10所示，其具体包括：电池BAT、DC/DC变换器101、可控开关103和微控制器102；其中：

DC/DC变换器101的一侧连接电池BAT；在应用于混合动力汽车的混合动力电动系统中，该电池BAT即为高压动力电池。

DC/DC变换器101的另一侧，通过直流母线连接负载，且正负极之间设置有母线电容C；在混合动力电动系统中，该负载是指发电机系统MS1和电动机系统MS2，但并不仅限于此。

实际应用中，该DC/DC变换器101可以为正向升压、反向降压的双向变换器，根据实际应用环境的不同，其具体拓扑可以是单重、双重(如图3中所示)或多重的双向BUCK－BOOST拓扑，且其低压侧用于连接电池BAT，其高压侧用于连接直流母线；或者，也可以是移相全桥拓扑；视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。另外，该DC/DC变换器101中的各开关管，可以是MOSFET，也可以是IGBT等，此处不做具体限定。

可控开关103连接于DC/DC变换器101的两侧正极之间。

DC/DC变换器101和可控开关103均受控于微控制器102，微控制器102用于执行如上述任一实施例所述的DC/DC变换器器件过热控制方法。该DC/DC变换器器件过热控制方法的具体过程和原理参见上述实施例即可，此处不再赘述。

本实施例提供的该电源系统10，在DC/DC变换器101因为局部元器件温度过高而需要进入降低输出功率时，若其正向运行，则：当其后级负载工作在恒功率模式时，会进入续流管长通的直通模式，此时其计算占空比为零；当其后级负载为恒阻模式时，其拓扑元器件过热，需要将母线电压实际目标值Vreq_targ设定为小于电池电压Vbat，使其工作在直通模式。进而，在正向降功率运行条件下，若判断环路计算的占空比为零，则可以控制DC/DC变换器101被旁路，此时电池BAT相当于经过导线直接与后级负载连接，使大功率运行时DC/DC变换器101内器件(如图3中所示电感L1、L2和各开关管S1至S4)过热的问题消失。

另外，若该DC/DC变换器101反向运行，也即：发电机系统MS1和电动机系统MS2向电池BAT馈电时，该DC/DC变换器101拓扑元器件出现过热，此时，将母线电压实际目标值Vreq_targ设定为小于电池电压，该DC/DC变换器101会工作在续流管长通的直通模式；当判断环路计算的占空比等于零时，则可以控制该DC/DC变换器101被旁路，和正向运行一样，此时电池BAT相当于经过导线直接与后级负载连接，使大功率运行时DC/DC变换器101内器件(如图3中所示电感L1、L2和各开关管S1至S4)过热的问题消失。

这样，该电源系统10既能保证在一定功率范围内实现系统整体效率最优的母线电压(即升压变换模式)，也能在大功率运行时旁路该DC/DC变换器101、保证电池BAT的输出能力，而且在该DC/DC变换器101故障时也可以保证以电池BAT电压继续运行。

另外，该电源系统10可以应用于需求实时变母线的电力电子产品中，具有通用性，也即其后级负载并不仅限于发电机系统MS1和电动机系统MS2。

实际应用中，该可控开关103可以是任意可受控通断的器件，比如MOSFET或者IGBT等开关管。值得说明的是，该可控开关103中的开关管数量不限，可以仅有一个，也可以由至少两个串联连接，各开关管均受控于微控制器102。而且，当该开关管中存在体二极管或者集成的反并联二极管时，该可控开关103优选包括两个反向串联连接的开关管，如图3中所示；此时，各开关管接收相同的控制信号即可，各开关管同时导通时可以使该DC/DC变换器101的两侧直接连接，各开关管同时关断时，由于其各自体二极管或反并联二极管的导通方向相反，可以确保该DC/DC变换器101的两侧断开上述直接连接。

本申请另一实施例还提供了一种混合动力电动系统，其如图1所示，包括：发电机系统MS1、电动机系统MS2和如上述任一实施例上述的电源系统10；其中，发电机系统MS1和电动机系统MS2的直流侧，均连接电源系统10的直流母线；发电机系统MS1中包括电机M1及其功率变换器，电动机系统MS2中包括电机M2及其功率变换器；电源系统10中的微控制器102与混合动力电动系统所在混合动力汽车的VCU通信连接。

该VCU能够在电动机系统MS2当前的电机(如图1中所示的M2)转速和转矩条件下，确定混合动力电动系统效率最优时的母线电压，作为直流母线的目标母线电压Vreq，下发至该微控制器102。也即，本实施例会根据后级电动机系统MS2的转速和转矩，会实时调整DC/DC变换器101输出的母线电压数值，使整个系统处于高效率工作区间。

而且，该电源系统10中的微控制器102，通过执行上述任一实施例所述的DC/DC变换器器件过热控制方法，可以在大功率运行时旁路该DC/DC变换器101，避免器件过热，保证电池BAT的输出能力。

该混合动力电动系统中，当电动机系统MS2处于电动模式时：发电机系统MS1和电源系统10共同给电动机系统MS2供电，用于驱动车辆或者其他机械转动设备；当电动机系统MS2处于再生制动模式时，电动机系统MS2回馈的能量，会通过DC/DC变换器(比如双向交错并联BOOST变换器)101给电池BAT充电，此时发电机系统MS1既可工作于发电模式、与电动机系统MS2共同给电池BAT馈能，也可以不工作、由电动机系统MS2单独馈能。

该混合动力电动系统可以实现：电池BAT和直流母线之间能量的正向和反向流动，实现不外接设备即可达到电池BAT充电和放电的功能；发电机系统MS1和电源系统10共同给电动机系统MS2供电，以达到更高的峰值功率；DC/DC变换器101采用交错并联BOOST的拓扑结构时，可以降低元器件的电流负担，提高了系统的冗余备份能力，相同硬件参数和开管频率条件下降低了电压和电流的纹波；对于电机在不同转速、转矩条件下整个系统高效率区间对应的供电电压不同，本实施例中的电源系统10可以实时调整供电电压，使其一直工作于高效率区间；DC/DC变换器101采用BOOST变换器时可以减少电池BAT的串数，达到车载电源的小型化、轻量化目的，在车载中有一定应用前景。

本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (18)

1.一种电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，所述电源系统中DC/DC变换器的两侧分别连接电池和直流母线；所述DC/DC变换器器件过热控制方法包括：

判断所述DC/DC变换器中是否出现过温情况或器件故障；

若所述DC/DC变换器中出现过温情况和/或器件故障，则控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连，以旁路掉所述DC/DC变换器。

2.根据权利要求1所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连，包括：

控制所述DC/DC变换器两侧之间连接的可控开关闭合。

3.根据权利要求1所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，在控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连之前，还包括：

判断所述DC/DC变换器是否工作于直通模式；

若所述DC/DC变换器工作于直通模式，则执行控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连的步骤；

若所述DC/DC变换器未工作于直通模式，则先控制所述DC/DC变换器工作于直通模式，再执行控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连的步骤。

4.根据权利要求3所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器中包括至少一相桥臂，且桥臂中包括互补动作的所述主控管与续流管时，所述直通模式为：所述主控管关断、所述续流管长通的模式。

5.根据权利要求3所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，判断所述DC/DC变换器是否工作于直通模式，包括：

判断所述DC/DC变换器中各桥臂主控管的占空比是否为零；

若所述占空比为零，则判定所述DC/DC变换器工作于所述直通模式；

若所述占空比不为零，则判定所述DC/DC变换器未工作于所述直通模式。

6.根据权利要求5所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，在控制所述DC/DC变换器工作于直通模式之后，还包括：

再次判断所述占空比是否为零，并在所述占空比为零时，执行控制所述DC/DC变换器的两侧直接相连的步骤。

7.根据权利要求3所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，控制所述DC/DC变换器工作于直通模式，包括：

设置所述直流母线的母线电压实际目标值小于所述电池的电池电压；

根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果；

根据所述控制结果生成控制信号，并输出至所述DC/DC变换器的控制端。

8.根据权利要求7所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为正向升压、反向降压的双向变换器时，设置所述直流母线的母线电压实际目标值小于所述电池的电池电压，包括：

以获取到的目标母线电压减去预设阈值之差，作为所述母线电压实际目标值；所述预设阈值为使所述母线电压实际目标值小于所述电池电压的预设值。

9.根据权利要求7所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果，包括：

以所述母线电压实际目标值作为给定，以所述直流母线的母线电压采样值作为负反馈，进行电压环控制；

以电压环控制的结果作为给定，以所述DC/DC变换器的电流采样值作为负反馈，进行电流环控制，得到第一占空比，作为所述DC/DC变换器中桥臂主控管的占空比。

10.根据权利要求1至9任一项所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器正向工作时，在判断所述DC/DC变换器中是否出现过温情况或器件故障之前，还包括：

获取目标母线电压；

判断所述目标母线电压是否大于所述DC/DC变换器能够输出的稳定电压下限；

若所述目标母线电压大于所述稳定电压下限，则控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式；

若所述目标母线电压小于等于所述稳定电压下限，则控制所述DC/DC变换器工作于直通模式。

11.根据权利要求10所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式，包括：

设置所述直流母线的母线电压实际目标值为所述目标母线电压；

根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果；

根据所述控制结果生成控制信号，并输出至所述DC/DC变换器的控制端。

12.根据权利要求11所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器中包括两相桥臂，根据所述母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果，包括：

以所述母线电压实际目标值作为给定，以所述直流母线的母线电压采样值作为负反馈，进行电压环控制；

以电压环控制的结果作为给定，以所述DC/DC变换器的电流采样值作为负反馈，进行电流环控制，得到第一占空比；

以所述DC/DC变换器中两支路的电流之差进行均流环控制；

计算所述均流环控制的结果与所述第一占空比之和，得到第二占空比；

以所述第一占空比和所述第二占空比，分别作为所述DC/DC变换器中两相桥臂主控管的占空比。

13.根据权利要求12所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法，其特征在于，在进行电压环控制之后，还包括：

对电压环控制的结果及预设电流上限进行比较，以两者中的较小者作为电压环控制的最终结果。

14.一种电源系统，其特征在于，包括：电池、DC/DC变换器、可控开关和微控制器；其中，

所述DC/DC变换器的一侧连接所述电池；

所述DC/DC变换器的另一侧，通过直流母线连接负载，且正负极之间设置有母线电容；

所述可控开关连接于所述DC/DC变换器的两侧正极之间；

所述DC/DC变换器和所述可控开关均受控于所述微控制器，所述微控制器用于执行如权利要求1至13任一项所述的电源系统的DC/DC变换器器件过热控制方法。

15.根据权利要求14所述的电源系统，其特征在于，所述可控开关，包括：两个反向串联连接的开关管；

各所述开关管均受控于所述微控制器。

16.根据权利要求14所述的电源系统，其特征在于，所述DC/DC变换器为正向升压、反向降压的双向变换器。

17.根据权利要求14所述的电源系统，其特征在于，所述DC/DC变换器中的拓扑为单重、双重或多重的双向BUCK－BOOST拓扑，且其低压侧用于连接所述电池，其高压侧用于连接所述直流母线；

或者，所述DC/DC变换器中的拓扑为移相全桥拓扑。

18.一种混合动力电动系统，其特征在于，包括：发电机系统、电动机系统和如权利要求14至17任一项所述的电源系统；其中，

所述发电机系统和所述电动机系统的直流侧，均连接所述电源系统的直流母线；

所述电源系统中的微控制器与所述混合动力电动系统所在混合动力汽车的整车控制器VCU通信连接；

所述VCU用于在所述电动机系统当前的电机转速和转矩条件下，确定所述混合动力电动系统效率最优时的母线电压，作为所述直流母线的目标母线电压。

Images