CN115765455A - 一种混合动力电动系统和电源系统及其dc/dc变换器母线电压控制方法 - 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变换器母线电压控制方法，该DC/DC变换器母线电压控制方法，在获取直流母线的目标母线电压之后，先判断该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；若该目标母线电压小于等于该稳定电压下限，则控制该DC/DC变换器直通，而不会出现不发波和占空比很小这两种状态的来回切换情况，进而可以控制直流母线的电压稳定。而且，在直通模式切换成升压变换模式时，还会进行补偿处理，使得模式切换平滑。另外，通过增加直通模式切换到升压变换模式的回滞，可以避免采样的干扰导致DC/DC变换器在升压变换模式和直通模式之间频繁切换。

Description

一种混合动力电动系统和电源系统及其DC/DC变换器母线电 压控制方法

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变换器母线电压控制方法。

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，而其母线侧与发电机系统MS1和电动机系统MS2连接。

实际应用中，若电源系统10母线侧的母线电压被控制为一个固定的值，则只能保证整个系统在额定工况下的效率最优，却不能使其始终工作在高效率区间。

若由VCU(Vehicle control unit，整车控制器)根据当前电动机系统MS2的电机转速和转矩，来确定一个最优的母线电压值，则可以使系统一直工作在最优效率的工况；然而该方式下，若确定的最优母线电压值略微大于高压动力电池的电池电压，则会出现不发波和占空比很小这两种状态的来回切换，难以实现稳定的控制。

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变换器母线电压控制方法，以使系统一直工作在最优效率的工况，并保持电源系统的母线电压稳定。

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变换器母线电压控制方法，所述电源系统中DC/DC变换器的输出侧连接直流母线；所述DC/DC变换器母线电压控制方法包括：

获取所述直流母线的目标母线电压；

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，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，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DC/DC变换器的输入电压；

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BOOST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DC/DC变换器的输入电压，包括：

以所述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DC/DC变换器的输入电压的预设值。

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，在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之后，还包括：

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。

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，包括通过电压环控制和电流环控制，得到第一占空比时，还包括：

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，在控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式之前，还包括：

判断所述DC/DC变换器上一时刻是否处于直通模式；

若所述DC/DC变换器上一时刻不处于直通模式，则执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤；

若所述DC/DC变换器上一时刻处于直通模式，则在执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤同时，进行补偿处理，使所述DC/DC变换器平滑切换至升压变换模式。

可选的，在所述环路控制包括电压环控制和电流环控制时，进行补偿处理，包括：

将电压环控制的结果赋值为所述DC/DC变换器的各支路电流采样值之和；

和/或，

将实际母线电压软起值赋值为所述直流母线的电压采样值。

可选的，在控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式之前，还包括：

判断所述DC/DC变换器上一时刻是否处于直通模式；

若所述DC/DC变换器上一时刻不处于直通模式，则执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤；

若所述DC/DC变换器上一时刻处于直通模式，则先判断所述目标母线电压是否大于所述稳定电压下限和滞环参数之和；

若所述目标母线电压大于所述稳定电压下限和所述滞环参数之和，则执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤；

若所述目标母线电压小于等于所述稳定电压下限和所述滞环参数之和，则控制所述DC/DC变换器保持直通模式。

可选的，若所述目标母线电压大于所述稳定电压下限和所述滞环参数之和，则在执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤同时，还包括：

进行补偿处理，使所述DC/DC变换器平滑切换至升压变换模式。

可选的，所述DC/DC变换器为BOOST变换器时，所述稳定电压下限为：所述DC/DC变换器的输入电压与预设最小稳定升压阈值之和；

所述预设最小稳定升压阈值为所述BOOST变换器能够稳定输出时，其输出电压与输入电压之间的最小差值。

本申请第二方面提供了一种电源系统，其特征在于，包括：电池、DC/DC变换器和微控制器；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DC/DC变换器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变换器母线电压控制方法。

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。

可选的，所述微控制器中包括：电压计算单元和控制环路；

所述电压计算单元用于获取所述直流母线的目标母线电压，并根据所述目标母线电压和所述DC/DC变换器的输入电压，确定所述直流母线的母线电压实际目标值；

所述控制环路用于根据所述母线电压实际目标值、所述直流母线的母线电压采样值和所述DC/DC变换器的电流采样值，进行环路控制，生成并输出控制信号至所述DC/DC变换器的控制端。

本申请第三方面提供了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变换器母线电压控制方法，其在获取直流母线的目标母线电压之后，先判断该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；若该目标母线电压小于等于该稳定电压下限，则控制该DC/DC变换器直通，而不会出现不发波和占空比很小这两种状态的来回切换情况，进而可以控制直流母线的电压稳定。

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变换器母线电压控制方法的流程图；

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变换器母线电压控制方法的另一流程图；

图5a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5b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；

图6为本申请实施例提供的电源系统的DC/DC变换器母线电压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的DC/DC变换器母线电压控制方法的另一流程图；

图8为本申请实施例提供的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法的另一流程图；

图9为本申请实施例提供的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法的一个完整流程示例图。

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。

本申请提供一种电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，以使系统一直工作在最优效率的工况，并保持电源系统的母线电压稳定。

参见图1，该电源系统10中，DC/DC变换器101的输出侧连接直流母线；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，但并不仅限于此。

该电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，如图2所示，具体包括：

S101、获取直流母线的目标母线电压。

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。

S102、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。

DC/DC变换器为BOOST变换器时，该稳定电压下限为：DC/DC变换器的输入电压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BOOST变换器能够稳定输出时，其输出电压与输入电压之间的最小差值；该DC/DC变换器的输入电压，也即DC/DC变换器的输入端所接电池的电池电压Vbat；因此，步骤S102实际上是判断Vreq>Vbat+OM是否成立。

若Vreq>Vbat+OM不成立，也即目标母线电压Vreq小于等于稳定电压下限，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DC/DC变换器输入侧所接电池的电池电压Vbat，若按照传统控制方案，将会导致不发波和占空比很小这两种状态的来回切换，因此，需要执行步骤S103。

S103、控制DC/DC变换器工作于直通模式。

实际应用中，该DC/DC变换器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。

也即，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。

本实施例提供的该电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，在获取直流母线的目标母线电压之后，先判断该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；若该目标母线电压小于等于该稳定电压下限，则控制该DC/DC变换器直通；也即，本实施例在目标母线电压Vreq只是略微大于电池电压Vbat、而小于一定范围时，会控制DC/DC变换器中的续流管长通，进而使直流母线的电压等于电池电压Vbat，并不会导致对于系统效率的影响；而且，确保不会出现不发波和占空比很小这两种状态的来回切换情况，进而可以控制直流母线的电压稳定。

在上一实施例的基础之上，本实施例对于该DC/DC变换器母线电压控制方法中的步骤S103给出了具体的执行过程，其如图4中所示，具体包括：

S201、设置直流母线的母线电压实际目标值小于DC/DC变换器的输入电压。

DC/DC变换器为BOOST变换器时，该步骤S201具体包括：以目标母线电压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是使母线电压实际目标值Vreq_targ小于DC/DC变换器的输入电压(也即电池电压Vbat)的预设值，实际应用中，该预设阈值OM1可以大于该预设最小稳定升压阈值OM。

参见图3，该步骤S201具体可以是，由该微控制器中的电压计算单元，在获取到该目标母线电压Vreq和电池电压Vbat之后，通过比较Vreq与Vbat+OM，在Vreq>Vbat+OM不成立时执行的。

S202、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5a所示的逻辑框图，该步骤S202具体包括：

(1)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。

(2)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5a中所示的PI调节器，但并不仅限于此。

S203、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。

参见图3，该步骤S202和S203具体是，由该微控制器中的控制环路，在获取到该母线电压实际目标值Vreq_targ、母线电压采样值Vbus以及该双向交错并联BOOST变换器中两个支路上的电流采样值IL1和IL2之后执行的。

在上述实施例的基础之上，优选的，该DC/DC变换器母线电压控制方法，在步骤S102之后，还包括图6(以在图2的基础上为例进行展示)中所示的：

若目标母线电压大于稳定电压下限，则执行步骤S104。

S104、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S104具体包括：

(1)设置直流母线的母线电压实际目标值Vreq_targ为目标母线电压Vreq。

该步骤与上述实施例中的步骤S201相同，均可以是由该微控制器中的电压计算单元，在获取到该目标母线电压Vreq和电池电压Vbat之后，比较Vreq与Vbat+OM，并在Vreq>Vbat+OM成立时执行的。

(2)根据母线电压实际目标值进行环路控制，得到控制结果。

该步骤(2)可以与上述实施例中的步骤S202相同，此处不再赘述。

优选的，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5b所示的逻辑框图，其在得到第一占空比D1，还包括：以DC/DC变换器中两支路的电流之差(比如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5b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。

(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。

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时并不使均流环工作，而在执行升压变换模式下的该步骤(2)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。

值得说明的是，现有技术中的传统控制方案，若一开始目标母线电压小于电池电压，DC/DC变换器中各开关管会处于反向饱和状态；后续请求达到的目标母线电压大于电池电压时，也即突然变大时，其控制环路将无法及时跟上。

因此，本实施例提供的该DC/DC变换器母线电压控制方法，在上述实施例的基础之上，其在步骤S104、控制DC/DC变换器工作于升压变换模式之前，还包括图7中所示的：

S301、判断DC/DC变换器上一时刻是否处于直通模式。

若DC/DC变换器上一时刻不处于直通模式，则执行步骤S104。

若DC/DC变换器上一时刻处于直通模式，则在执行步骤S104的同时，执行步骤S302。

S302、进行补偿处理，使DC/DC变换器平滑切换至升压变换模式。

因为直通模式下采取的措施会导致电压环的输出，即电流环的给定，处于负向饱和状态；所以，由直通模式切换到升压变换模式时，单独的环路计算会导致占空比和环路计算值的突变，比如：

(1)直通模式下工作在正向满功率，以图3中所示的双向交错并联BOOST变换器为例，此时的两相电流IL1和IL2是正向最大值，为了保证占空比为零，此时的电压环输出(电流环的给定)是负向最大值，切换的瞬间电流环差值Err_C会有较大的突变；此时，可以采用的处理措施为：切换时，将电压环的输出赋值为当前电流的实际值，实现平滑过渡。

(2)直通模式下的电压环给定值是母线电压实际目标值Vreq_targ，与母线电压Vbus有固定的差值。在直通模式切换到升压变换模式时，需要把当前的实际母线电压软起值赋值为当前母线电压值，避免产生一个大的电压环差值Err_V，而造成控制环路的突变。

也即，不论控制环路内的逻辑框图采用图5a所示还是图5b所示，只要其环路控制过程至少包括电压环控制和电流环控制，则步骤S302中的进行补偿处理，即可具体包括：将电压环控制的结果赋值为DC/DC变换器的各支路电流采样值之和(比如图3中所示的IL1+IL2)；和/或，将实际母线电压软起值赋值为直流母线的电压采样值Vbus。

本实施例通过在续流管长通的直通模式切换成目标母线电压Vreq控制的升压变换模式时进行补偿处理，使得模式切换平滑，可以避免给硬件的电压、电流应力产生考验。

更进一步的，本实施例在上述实施例的基础之上，为该DC/DC变换器母线电压控制方法增加了模式切换回滞，具体的，其在步骤S104、控制DC/DC变换器工作于升压变换模式之前，还包括图8(以在图7的基础上为例进行展示)中所示的：

S301、判断DC/DC变换器上一时刻是否处于直通模式。

若DC/DC变换器上一时刻不处于直通模式，则执行步骤S104。若DC/DC变换器上一时刻处于直通模式，则先执行步骤S401。

S401、判断目标母线电压是否大于稳定电压下限和滞环参数之和。

若目标母线电压大于稳定电压下限和所述滞环参数之和，则执行步骤S104；此时，还可以同时执行步骤S302，使DC/DC变换器平滑切换至升压变换模式。

若目标母线电压小于等于稳定电压下限和所述滞环参数之和，则执行步骤S402。

S402、控制DC/DC变换器保持直通模式。

以图3中所示的双向交错并联BOOST变换器为例，下面结合图9，给出该DC/DC变换器母线电压控制方法的一个完整示例：

步骤1：VCU下发的目标母线电压满足Vreq≤Vbat+OM，则此时设置母线电压实际目标值Vreq_targ＝Vreq-OM1，同时将Prv_Cntrl_Var.Target_FLG标志置1。

其中，Prv_Cntrl_Var.Target_FLG是BOOST变换器的工作模式表征参数；Prv_Cntrl_Var.Target_FLG为1时，表示VCU下发的目标母线电压Vreq小于BOOST变换器能够稳定输出的电压下限，此时BOOST变换器工作在直通模式；即，保证母线电压实际目标值Vreq_targ小于电池电压Vbat，经过环路计算输出占空比稳定在零，使主控管S1和S4关闭、续流管S2和S3长通，母线电压Vbus和电池电压Vbat相等。

步骤2：若步骤1中的条件不满足，但VCU下发的目标母线电压满足Vreq>Vbat+OM，同时Prv_Cntrl_Var.Target_FLG标志等于0，则此时设置母线电压实际目标值Vreq_targ＝Vreq。

Prv_Cntrl_Var.Target_FLG为0时，表示VCU下发的目标母线电压Vreq大于BOOST变换器能够稳定输出的电压下限，此时BOOST变换器的母线电压实际目标值Vreq_targ等于VCU下发的目标母线电压Vreq，处于升压变换模式。而且，Prv_Cntrl_Var.Target_FLG标志在每次启动前都会清零。

步骤3：若步骤1和步骤2的条件均不满足，即一开始VCU下发的目标母线电压Vreq比较小，后下发的目标母线电压Vreq变大时，也即：Vreq≥Vbat+OM+HYS，且，Prv_Cntrl_Var.Target_FLG＝＝1，则执行以下语句：

Vreq_targ＝Vreq；

PID_uout2.Ui＝IL1+IL2；

Prv_Cntrl_Var.Target_FLG＝0；

rampuout.SetpointValue＝Vbus；

其中，HYS表示直通模式切换到升压变换模式的回滞，避免采样的干扰导致BOOST变换器在升压变换模式和直通模式之间频繁切换。PID_uout2.Ui是指电压环控制的结果，rampuout.SetpointValue是指实际母线电压软起值。

步骤3表示的情况是：刚开始进入步骤1的直通模式，运行过程中切换到步骤2的升压变换模式。而且，为了避免由直通模式切换到升压变换模式时，单独的环路计算会导致占空比和环路计算值的突变，通过上述对于PID_uout2.Ui和rampuout.SetpointValue的赋值，可以确保工作模式的平滑切换。

本实施例可以针对不同的目标母线电压Vreq和电池电压Vbus，采用直通模式或升压变换模式，实现BOOST变换器母线侧的电压稳定；而且，在直通模式和升压变换模式的切换过程中进行一定的补偿，可以避免给硬件的电压、电流应力产生考验；另外，通过均流环的实时介入和退出，保证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，该DC/DC变换器母线电压控制方法中对于其输入侧和输出侧的描述，仅是为了区分其两侧的命名，并不限制其电流传输方向。而且，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(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)，也可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等，此处不做具体限定。

DC/DC变换器101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变换器母线电压控制方法。该DC/DC变换器母线电压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。

参见图3，该微控制器102中可以包括：电压计算单元201和控制环路202；其中：

电压计算单元201用于获取直流母线的目标母线电压Vreq，并根据目标母线电压Vreq和DC/DC变换器101的输入电压(也即电池电压Vbat)进行比较，确定直流母线的母线电压实际目标值Vreq_targ。

控制环路202用于根据母线电压实际目标值Vreq_targ、直流母线的母线电压采样值Vbus和DC/DC变换器101的电流采样值IL1和IL2，进行环路控制，生成并输出控制信号至DC/DC变换器101的控制端，控制各开关管S1至S4动作。

本实施例中，对于目标母线电压Vreq小于一定范围时，DC/DC变换器101保持其续流管长通；对于目标母线电压Vreq大于一定范围时，DC/DC变换器101按照目标母线电压Vreq进行升压控制；在直通模式和升压变换模式的切换阈值中加入回滞，避免电池电压Vbat波动时两种模式控制的频繁切换；而且，在直通模式切换成升压变换模式时进行补偿处理，使得切换平滑；进而实现对于DC/DC变换器101母线侧电压的稳定控制，可靠性高。

而且，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。

另外，当该目标母线电压Vreq为根据后级负载的情况而确定得到之时，还可以使整个系统始终工作在高效率区间。

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变换器母线电压控制方法，可以针对不同的目标母线电压Vreq和电池电压Vbus，采用直通模式或升压变换模式，实现电源系统10中的DC/DC变换器101母线侧的电压稳定；并在直通模式和升压变换模式的切换过程中进行一定的补偿，可以避免给硬件的电压、电流应力产生考验；另外，通过均流环的实时介入和退出，保证开关管工作在饱和区、处于可控状态。

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变换器母线电压控制方法，其特征在于，所述电源系统中DC/DC变换器的输出侧连接直流母线；所述DC/DC变换器母线电压控制方法包括：

获取所述直流母线的目标母线电压；

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。

2.根据权利要求1所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，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。

3.根据权利要求1所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，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DC/DC变换器的输入电压；

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。

4.根据权利要求3所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为BOOST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DC/DC变换器的输入电压，包括：

以所述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DC/DC变换器的输入电压的预设值。

5.根据权利要求3所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，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。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，其特征在于，在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之后，还包括：

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。

7.根据权利要求6所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，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。

8.根据权利要求7所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，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，包括通过电压环控制和电流环控制，得到第一占空比时，还包括：

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。

9.根据权利要求6所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，其特征在于，在控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式之前，还包括：

判断所述DC/DC变换器上一时刻是否处于直通模式；

若所述DC/DC变换器上一时刻不处于直通模式，则执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤；

若所述DC/DC变换器上一时刻处于直通模式，则在执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤同时，进行补偿处理，使所述DC/DC变换器平滑切换至升压变换模式。

10.根据权利要求9所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，其特征在于，在所述环路控制包括电压环控制和电流环控制时，进行补偿处理，包括：

将电压环控制的结果赋值为所述DC/DC变换器的各支路电流采样值之和；

和/或，

将实际母线电压软起值赋值为所述直流母线的电压采样值。

11.根据权利要求6所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，其特征在于，在控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式之前，还包括：

判断所述DC/DC变换器上一时刻是否处于直通模式；

若所述DC/DC变换器上一时刻不处于直通模式，则执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤；

若所述DC/DC变换器上一时刻处于直通模式，则先判断所述目标母线电压是否大于所述稳定电压下限和滞环参数之和；

若所述目标母线电压大于所述稳定电压下限和所述滞环参数之和，则执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤；

若所述目标母线电压小于等于所述稳定电压下限和所述滞环参数之和，则控制所述DC/DC变换器保持直通模式。

12.根据权利要求11所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，其特征在于，若所述目标母线电压大于所述稳定电压下限和所述滞环参数之和，则在执行控制所述DC/DC变换器工作于升压变换模式的步骤同时，还包括：

进行补偿处理，使所述DC/DC变换器平滑切换至升压变换模式。

13.根据权利要求1至5任一项所述的电源系统的DC/DC变换器母线电压控制方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为BOOST变换器时，所述稳定电压下限为：所述DC/DC变换器的输入电压与预设最小稳定升压阈值之和；

所述预设最小稳定升压阈值为所述BOOST变换器能够稳定输出时，其输出电压与输入电压之间的最小差值。

14.一种电源系统，其特征在于，包括：电池、DC/DC变换器和微控制器；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DC/DC变换器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变换器母线电压控制方法。

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

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。

17.根据权利要求14所述的电源系统，其特征在于，所述微控制器中包括：电压计算单元和控制环路；

所述电压计算单元用于获取所述直流母线的目标母线电压，并根据所述目标母线电压和所述DC/DC变换器的输入电压，确定所述直流母线的母线电压实际目标值；

所述控制环路用于根据所述母线电压实际目标值、所述直流母线的母线电压采样值和所述DC/DC变换器的电流采样值，进行环路控制，生成并输出控制信号至所述DC/DC变换器的控制端。

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。

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