CN116155068A - 用于平衡并联的dc/dc转换器的方法及系统 - Google Patents

用于平衡并联的dc/dc转换器的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及用于平衡并联的DC/DC转换器的方法及系统。提供了一种用于平衡并联连接的第一和第二DC/DC转换器的输出电流的方法和系统。在操作中，第一转换器(i)经由连接在转换器之间的通信线路，诸如CAN总线，接收第二转换器的输出电流值，并且(ii)使用该值来加权由第一转换器执行的输出电压比较，用于生成第一转换器的输出电流，从而基于该值调整第一转换器的输出电流。同样地，第二转换器(i)经由通信线路接收第一转换器的输出电流值，并且(ii)使用该值来加权由第二转换器执行的输出电压比较，用于生成第二转换器的输出电流，从而基于该值调整第二转换器的输出电流。

Description

用于平衡并联的DC/DC转换器的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种具有并联连接的多个DC/DC转换器的DC/DC转换器组件。
背景
DC/DC转换器将输入DC(直流)电压转换成输出DC电压。更具体地说，降压DC/DC转换器将具有输入DC电流的输入DC电压转换成具有较高输出DC电流的较低输出DC电压。相反，升压DC/DC转换器将具有输入DC电流的输入DC电压转换为具有较低输出DC电流的较高输出DC电压。
交通工具可以具有高压(HV)网络，例如400V DC网络，以及低压(LV)网络，例如12VDC网络。在HV网络和LV网络之间可以使用DC/DC转换器来将这两个电压网络连接在一起。因此，DC/DC转换器可以将HV网络的高输入DC电压(例如，400V)转换成低输出DC电压(例如，12V)，以供连接到LV网络的负载使用。反之，假设DC/DC转换器是双向的，则DC/DC转换器可以将LV网络的低输入DC电压转换成高输出DC电压，以供连接到HV网络的负载使用。
多个DC/DC转换器可以并联连接在HV网络和LV网络之间，诸如以提供冗余，以满足负载的所增加的电流命令等。例如，使用两个并联连接的相同DC/DC转换器，输出电流有效地加倍。
在某些情况下，期望并联连接的多个DC/DC转换器提供相等的输出电流(即，平均分担负载)。作为相同的输出电流的示例，在有四个DC/DC转换器的情况下，每个DC/DC转换器提供总输出电流的25％。在其他情况下，期望并联连接的多个DC/DC转换器提供不同的预定输出电流。作为不同的预定输出电流的示例，在存在两个DC/DC转换器的情况下，DC/DC转换器中的一个可以提供例如总输出电流的40％(或45％、48％等)，而DC/DC转换器中的另一个可以提供总输出电流的60％(或55％、52％等)。
然而，由于测量或生成所致的部件公差造成的不稳定性，即使明显相同的DC/DC转换器也会有不同的输出电压。在操作中，如果DC/DC转换器中的一个确定其输出电压超过目标输出电压，则该DC/DC转换器可以决定减小其输出电流，而DC/DC转换器中的另一个可以决定采取相反措施并以其他方式行动。这可能会导致发散控制和不稳定性。此外，如果DC/DC转换器中的一个生成的输出电流大于DC/DC转换器中的另一个的“期望”的电流(由于公差)，那么该另一个DC/DC转换器可以决定减小其输出电流，导致第一DC/DC转换器增加其输出电流。因此，在没有进行必要调整的情况下，DC/DC转换器的输出电流将不同于所需的电流。
概述
一个目标包括一种用于平衡并联连接的DC/DC转换器的输出电流的方法和系统，其中，每个DC/DC转换器(i)经由连接在DC/DC转换器之间的通信线路(诸如CAN总线)接收另一个DC/DC转换器的输出电流值，并且(ii)使用该值来加权由DC/DC转换器执行的输出电压比较，用于生成DC/DC转换器的输出电流，从而基于该值调整DC/DC转换器的输出电流。
在执行上述目标和/或其他目标中的至少一个时，提供了一种DC/DC转换器组件。该DC/DC转换器组件包括并联连接的多个DC/DC转换器。每个DC/DC转换器都有控制器。DC/DC转换器的控制器经由诸如控制器局域网络(CAN)总线的通信线路彼此通信。每个DC/DC转换器的控制器被配置成经由通信线路向其余DC/DC转换器中每个DC/DC转换器的控制器发送该DC/DC转换器的输出电流值。每个DC/DC转换器的控制器被配置成控制DC/DC转换器以使DC/DC转换器的输出电流趋向于DC/DC转换器的输出电流与所有DC/DC转换器的总输出电流的期望比例。
DC/DC转换器的输出电流与总输出电流的期望比例可以使得每个DC/DC转换器提供相等的输出电流。DC/DC转换器的输出电流与总输出电流的期望比例可以使得DC/DC转换器中的一个提供最大的输出电流，而DC/DC转换器中的另一个提供最小的输出电流。
此外，在执行上述目标和/或其他目标中的至少一个时，提供了另一种DC/DC转换器组件。该DC/DC转换器组件包括并联连接的第一和第二DC/DC转换器。第一DC/DC转换器具有第一控制器。第二DC/DC转换器具有第二控制器。第一和第二控制器经由诸如CAN总线的通信线路彼此通信。第一控制器被配置成经由通信线路向第二控制器发送第一DC/DC转换器的输出电流值，且第二控制器被配置成经由通信线路向第一控制器发送第二DC/DC转换器的输出电流值。第一控制器被配置成控制第一DC/DC转换器以使第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于第二DC/DC转换器的输出电流值，且第二控制器被配置成控制第二DC/DC转换器以使第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于第一DC/DC转换器的输出电流值。
第一控制器可以根据第一DC/DC转换器的输出电流值与DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率来控制第一DC/DC转换器，以使第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于第二DC/DC转换器的输出电流值。DC/DC转换器组件的总输出电流是第一DC/DC转换器的输出电流与第二DC/DC转换器的输出电流的总和。
第二控制器可以根据第二DC/DC转换器的输出电流值与DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率来控制第二DC/DC转换器，以使第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于第一DC/DC转换器的输出电流值。
第一控制器可以基于第一DC/DC转换器的输出电压与DC/DC转换器组件的目标电压之间的差以及基于第一DC/DC转换器的输出电流与第一DC/DC转换器的目标输出电流之间的差来控制第一DC/DC转换器，以便第一DC/DC转换器生成第一DC/DC转换器的输出电流。
在这种情况下，第一控制器可以根据第一DC/DC转换器的输出电流值与DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率加权第一DC/DC转换器的输出电压与DC/DC转换器组件的目标电压之间的差。此外，在这种情况下，第一控制器可以基于第一DC/DC转换器的输出电压与DC/DC转换器组件的目标电压之间的加权差来调整第一DC/DC转换器的目标输出电流。
第二控制器可以基于第二DC/DC转换器的输出电压与DC/DC转换器组件的目标电压之间的差以及基于第二DC/DC转换器的输出电流与第二DC/DC转换器的目标输出电流之间的差来控制第二DC/DC转换器，以便第二DC/DC转换器生成第二DC/DC转换器的输出电流。
在这种情况下，第二控制器可以根据第二DC/DC转换器的输出电流值与DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率加权第二DC/DC转换器的输出电压与DC/DC转换器组件的目标电压之间的差。此外，在这种情况下，第二控制器可以基于第二DC/DC转换器的输出电压与DC/DC转换器组件的目标电压之间的加权差来调整第二DC/DC转换器的目标输出电流。
第一DC/DC转换器和第二DC/DC转换器可以用于将具有电动交通工具的牵引电池的输入电流的输入电压转换成具有总输出电流的用于对电动交通工具的辅助电池充电的输出电压。总输出电流是第一DC/DC转换器的输出电流与第二DC/DC转换器的输出电流的总和。
此外，在实现上述目标和/或其他目标中的至少一个时，提供了一种用于平衡DC/DC转换器组件的并联连接的第一和第二DC/DC转换器的输出电流的方法。该方法包括经由连接在第一DC/DC转换器的第一控制器和第二DC/DC转换器的第二控制器之间的通信线路(例如CAN总线)从第一控制器向第二控制器发送第一DC/DC转换器的输出电流值。该方法还包括经由通信线路从第二控制器向第一控制器发送第二DC/DC转换器的输出电流值。该方法还包括由第一控制器控制第一DC/DC转换器以使第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于第二DC/DC转换器的输出电流值。该方法还包括由第二控制器控制第二DC/DC转换器以使第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于第一DC/DC转换器的输出电流值。
附图简述
图1示出了根据本发明实施例的具有并联连接的第一和第二DC/DC转换器的DC/DC转换器组件的框图，该DC/DC转换器并联连接在高压(HV)网络和低压(LV)网络之间；
图2A示出了DC/DC转换器组件的第一DC/DC转换器的框图；
图2B示出了描述第一DC/DC转换器的一般操作的流程图；
图3示出了连接在HV网络的HV电池和LV网络的LV电池之间的DC/DC转换器组件的可选的连接电路的两个电气示意图，用于第一和第二DC/DC转换器以从HV电池冗余地用电能向LV电池供电；
图4示出了具有并联连接的主DC/DC转换器和从DC/DC转换器的背景DC/DC转换器组件的框图，该DC/DC转换器并联连接在HV电池和LV电池之间；
图5示出了根据本发明实施例的DC/DC转换器组件的另一框图，图5中所示的DC/DC转换器的框图是图1中所示的DC/DC转换器的框图的更详细版本；以及
图6示出了根据本发明实施例的描述由DC/DC转换器组件的第一和第二DC/DC转换器中的每一个执行的控制算法的流程图。
详细描述
在本文中公开了本发明的详细实施例；然而应理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可以体现为各种和可选形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。
应当认识到，如本文中所公开的诸如控制器的各种电气装置可以包括各种微处理器、集成电路、存储器设备(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、或它们的其他合适的变型)、以及彼此协作以执行本文中所公开的操作的软件。另外，这些电气装置利用一个或更多个微处理器来执行计算机程序，该计算机程序被包含在非暂时性计算机可读介质中，该计算机程序被编程为执行所公开的任意数量的功能。此外，如本文所提供的各种电气装置包括壳体和被放置在该壳体内的各种数量的微处理器、集成电路、和存储器设备(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))。电气装置还包括基于硬件的输入端和输出端，以如本文所讨论的那样分别从基于其他硬件的装置接收数据和向基于其他硬件的装置发送数据。
现在参考图1，示出了根据本发明实施例的DC/DC转换器组件10的框图。DC/DC转换器组件10具有第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b。第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b并联连接在高压(HV)网络14和低压(LV)网络16之间(即，转换器并联连接在彼此具有不同电压的电压网络之间)。
HV网络14和LV网络16被阐述为其中电压网络中的一个(即，HV网络14)的电压大于电压网络中的另一个(即，LV网络16)的电压的电压网络的示例。因此，HV网络14可以被认为是“高压”网络，因为它具有比LV网络16更大的电压；并且LV网络16可以被认为是“低压”网络，因为它具有比HV网络14更小的电压。在其他实施例中，HV网络14可以被认为是“高压”网络，因为其电压落在定义为“高压”范围(例如，200至800V DC)的范围内；并且LV网络16可以被认为是“低压”网络，因为其电压落在定义为“低压”范围(例如，5至24V DC)的范围内。相应地，电压网络14和16中的一个可以是具有电压落在被定义为“中压”范围(例如，36至72VDC)的“中压”网络。因此，当中压网络具有比其他电压网络更大的电压时，中压网络可以仅仅由于其具有比其他电压网络更大的电压这一事实而被认为是“高压”网络；当中压网络具有比其他电压网络更小的电压时，中压网络可以仅仅由于其具有比其他电压网络更小的电压这一事实而被认为是“低压”网络。
DC/DC转换器组件10可以是电动交通工具(EV)“车载”的，其中HV网络14和LV网络16是EV的电压网络。在本文中术语“电动交通工具”和“EV”涵盖使用电功率用于交通工具推进的任何类型的交通工具，包括纯电池电动交通工具(BEV)、混合电动交通工具(HEV)、插电式混合电动交通工具(PHEV)等。
EV的牵引电池18连接到HV网络14。牵引电池18是高压DC电池，其存储用于向EV的电机供电以推进EV的电能。例如，牵引电池18是400V DC电池。
EV的辅助电池20连接到LV网络16。辅助电池20是低压DC电池，其存储用于为一个或更多个低压交通工具负载供电的电能。例如，辅助电池20是12V DC电池。
牵引电池18除了为交通工具推进提供电能外，还提供用于对辅助电池20充电的电能。在这方面，如图1所示，DC转换器组件10连接在牵引电池18和辅助电池20之间。DC/DC转换器组件10将牵引电池18的高压DC输出转换成与辅助电池20兼容的低压DC输出。更具体地，彼此配合的DC/DC转换器12a和12b将牵引电池18的HV DC输出转换成与辅助电池20兼容的LV DC输出。
现在参考图2A和图2B，示出了DC/DC转换器组件10的第一DC/DC转换器12a的框图和描述第一DC/DC转换器的一般操作的流程图25。图2A和图2B描绘了DC/DC转换器的一般配置和操作。在这种情况下，所描绘的DC/DC转换器是第一DC/DC转换器12a。第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b可以是由于公差而具有不同分量值的相同DC/DC转换器。因此，图2A和图2B中的描绘也表示第二DC/DC转换器12b。此外，第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b可以是具有不同功率输入/输出能力的不同类型的DC/DC转换器。然而，图2A和图2B中对其中一种类型的DC/DC转换器的描绘也将表示另一种类型的DC/DC转换器。
如图2A所示，DC/DC转换器12a包括功率级22和控制器24。如本领域普通技术人员所知，作为DC/DC转换器布局的示例，功率级22包括(未示出)逆变器模块、整流器模块和变压器模块，该变压器模块连接在逆变器模块和整流器模块之间。逆变器模块连接到HV网络14，整流器模块连接到LV网络16。逆变器模块包括电源开关的高压电桥。整流器模块包括电源开关或二极管的低压电桥。变压器模块包括变压器，该变压器具有连接到逆变器模块的高压电桥的初级侧和连接到整流器模块的低压电桥的次级侧。
DC/DC转换器12a的控制器24被配置成控制功率级22的操作，用于DC/DC转换器12a将具有输入DC电流(I输入)的输入DC电压(V输入)转换成具有较高的输出DC电流(I输出)的较低的输出DC电压(V输出)。特别地，控制器24控制逆变器模块的电源开关，以及整流器模块的电源开关(如果适用的话)以选定的间隔率接通和关断(即，选择性地激活/去激活电源开关)，用于DC/DC转换器12a将具有输入DC电流的输入DC电压转换成具有目标输出DC电流的目标输出DC电压。例如，控制器24通过向电源开关提供适当的脉宽调制(PWM)控制信号来控制电源开关。
为了适当地控制DC/DC转换器12a的电源开关，诸如通过提供适当的PWM控制信号，控制器24对功率级22的所测量的输出电压和所测量的输出电流采用数字处理。在这方面，控制器24接收指示功率级22的所测量的输出电压和所测量的输出电流的反馈信号，如图2A所指示。一般来说，控制器24将所测量的输出电压和所测量的输出电流与目标输出电压和目标输出电流进行比较，以便生成用于控制功率级22的电源开关的适当的PWM控制信号。
图2B的流程图25大体上描绘了控制器24的反馈回路控制操作。如所述，控制器24接收与功率级22(即，DC/DC转换器12a)的所测量的输出DC电压(V输出)(“测量V”或“测量V输出”)和所测量的输出DC电流(I输出)(“测量I”或“测量I输出”)相对应的传感器信号。传感器信号在时域中被接收，在时域中它们由控制器24(诸如由控制器24的模数转换器)转换成数字域。控制器24知道DC/DC转换器12a的目标输出DC电压(V输出)(“目标V”或“目标V输出”)。
控制器24的控制操作包括控制器24的第一比较器(即，加法器)26将所测量的输出DC电压的数字版本与目标输出DC电压的数字版本进行比较。第一比较器26输出指示所测量的输出DC电压和目标输出DC电压之间的差的差(“电压误差”)信号28。控制器24的第一比例-积分(PI)控制模块30对电压误差信号28进行积分以生成数字目标输出DC电流(I输出)(“目标I””或“目标I输出”)。
第二比较器32将所测量的输出DC电流的数字版本与目标输出DC电流的数字版本进行比较。第二比较器32输出指示所测量的输出DC电流和目标输出DC电流之间的差的差(“电流误差”)信号34。控制器24的第二PI控制模块36对电流误差信号34进行积分，以生成数字DC电流(IREF)命令。
控制器24基于DC电流命令设置和/或调整对功率级22的电源开关的控制方式(诸如通过电源开关的PWM控制)，使得功率级22的输出DC电流值趋向于目标输出DC电流值。
图3示出了连接在HV电池(例如，牵引电池18)和LV电池(例如，辅助电池20)之间的DC/DC转换器组件10的可选的连接电路的两个电气示意图40和42。因此，第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b能够冗余地用HV电池的电能向LV电池供电。期望在LV电池处的第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b的输出电流平衡确保稳定性。基本上，图3中的两个电气示意图40和42旨在传达第一转换器12a和第二转换器12b可以用连接到相同输出端的不同输入源来操作。
现在参考图4，并继续参考图1、图2A和图2B，示出了具有并联连接的主DC/DC转换器和从DC/DC转换器的背景DC/DC转换器组件50的框图。主(即，“第一”)DC/DC转换器52和从(即，“第二”)DC/DC转换器54并联连接在HV电池(例如，牵引电池18)和LV电池(例如，辅助电池20)之间。在图4中示出了第一DC/DC转换器52和第二DC/DC转换器54中的每一个的功率级22和控制器24。
在操作中，第一DC/DC转换器52的控制器24实现图2B的流程图25描绘的所测量的输出DC电压和所测量的输出DC电流反馈控制环路操作，以控制第一DC/DC转换器52的功率级22，以生成具有输出DC电流(I输出_DC/DC_1)的输出DC电压。第一DC/DC转换器52的输出DC电流为DC/DC转换器组件50的总输出电流的一半(即，第一DC/DC转换器52的输出DC电流和第二DC/DC转换器54的输出DC电流相同，且它们的总和等于背景DC/DC转换器组件50的总输出DC电流；I输出_DC/DC_1＝I输出_DC/DC_2；并且I输出_DC/DC_1+I输出_DC/DC_2＝I输出_总和)。
参考图2B的流程图25，由于第一DC/DC转换器52的部件的公差，第一DC/DC转换器52的输出DC电压可能至少略微不同于目标输出DC电压。此外，由于第二DC/DC转换器54的部件的公差，第一DC/DC转换器52的输出DC电压可能至少略微不同于第二DC/DC转换器54的输出DC电压。总之，第一DC/DC转换器52和第二DC/DC转换器54的输出DC电压可能彼此不同和/或与目标输出DC电压不同。
在试图均衡第一DC/DC转换器52和第二DC/DC转换器54的输出DC电流时，必须考虑输出DC电压的差异。背景DC/DC转换器组件50试图通过以下方式来处理该任务：(i)使DC/DC转换器中的一个用作主转换器(即，第一DC/DC转换器52)并且每个其他DC/DC转换器用作从转换器(即，第二DC/DC转换器54)，和(ii)安排第一DC/DC转换器52的控制器24向第二DC/DC转换器54的控制器24提供指示第一DC/DC转换器52的输出DC电流的控制信号。DC/DC转换器52和54的控制器24经由用于第一DC/DC转换器52的控制器的直接连接线56连接，以向第二DC/DC转换器54的控制器提供控制信号。
第一DC/DC转换器54的控制器24实现图2B的流程图25描绘的所测量的输出DC电流反馈控制回路操作(而不是所测量的输出DC电压反馈控制回路操作)，以控制第一DC/DC转换器52的功率级22，以生成具有输出DC电流(I输出_DC/DC_2)的输出DC电压。在实施所测量的输出DC电流反馈控制回路操作时，第一DC/DC转换器52的输出DC电流的值(设有通过直接连接线56从第一DC/DC转换器52的控制器传送到第二DC/DC转换器54的控制器的控制信号)被用作目标输出DC电流的值。
问题在于，当DC/DC转换器52和54是单独的模块时，由直接连接线56提供的同步控制连接相对昂贵(例如，需要快速数据传输、具有低电磁兼容性、具有低鲁棒性等)。此外，在第一DC/DC转换器52发生故障的情况下，第二DC/DC转换器54将花费若干毫秒来开始独立供应电能。如果没有辅助电池20(即，LV网络16没有电池源)，则该供应中断将是不可接受的(例如，LV网络16中的负载的12V DC电子控制单元(ECU)将具有过长的电能供应损失)。
现在参考图5，并继续参考图1、图2A和图2B，示出了根据本发明实施例的DC/DC转换器组件10的另一框图。图5中的DC/DC转换器组件10的框图是图1中所示的DC/DC转换器组件10的框图的更详细的版本。
根据本发明的实施例，DC转换器组件10包括以下属性。第一DC/DC转换器12a的控制器24实现图2B的流程图25描绘的所测量的输出DC电压和所测量的输出DC电流反馈控制环路操作，以控制第一DC/DC转换器12a的功率级22，以生成具有输出DC电流(I输出_DC/DC_1)的输出DC电压。同样地，第二DC/DC转换器12b的控制器24实现图2B的流程图25描绘的所测量的输出DC电压和所测量的输出DC电流反馈控制环路操作，以控制第二DC/DC转换器12b的功率级22，以生成具有输出DC电流(I输出_DC/DC_2)的输出DC电压。
第一DC/DC转换器12a的控制器24和第二DC/DC转换器12b的控制器24经由诸如控制局域网络(CAN)总线的通信线路58连接。CAN总线是示例，因为通信线路58可以体现为另一种类型的有线(或无线)通信线路。第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b中的每一个用作主DC/DC转换器。作为主DC/DC转换器，第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b的控制器24通过CAN总线58彼此共享输出DC电流测量结果。特别地，第一DC/DC转换器12a的控制器24经由CAN总线58向第二DC/DC转换器12b的控制器24提供指示第一DC/DC转换器12a的输出DC电流(I输出_DC/DC_1)的控制信号。同样，第二DC/DC转换器12b的控制器24经由CAN总线58向第一DC/DC转换器12a的控制器24提供指示第二DC/DC转换器12b的输出DC电流(I输出_DC/DC_2)的控制信号。
在实现图2B的流程图25中描绘的控制算法以控制第一DC/DC转换器12a的功率级22来生成具有输出DC电流(I输出_DC/DC_1)的输出DC电压时，第一DC/DC转换器12a的控制器24确定DC/DC转换器组件10的总输出DC电流(I输出_总和)。总输出DC电流(I输出_总和)是第一DC/DC转换器12a的输出DC电流(I输出_DC/DC_1)和第二DC/DC转换器12b的输出DC电流(I输出_DC/DC_2)的总和(即，I输出_总和＝I输出_DC/DC_1+I输出_DC/DC_2)。如所描述的，第一DC/DC转换器12a的控制器24测量第一DC/DC转换器12a的输出DC电流(I输出_DC/DC_1)；第一DC/DC转换器12a的控制器24根据控制信号获得第二DC/DC转换器12b的输出DC电流(I输出_DC/DC_2)的测量结果，该控制信号由第二DC/DC转换器12b的控制器24经由CAN总线58提供。
接着，第一DC/DC转换器12a的控制器24将第一转换器12a的输出DC电流(I输出_DC/DC_1)与DC/DC转换器组件10的总输出DC电流(I输出_总和)进行比较(即，I输出_DC/DC_1/I输出_总和)(例如，处于50％的等比)。第一转换器12a的输出DC电流与总输出DC电流的比相对于指定百分比的差(本文称为第一转换器12a的“电流比”)被馈送到图2B的流程图25中描绘的控制算法的DC/DC功率级控制(PWM参数)中，如将参考图6更详细地描述的那样。因此，根据本发明的实施例，对由第一DC/DC转换器12a的控制器24执行的图2B的流程图25中的控制算法的附加内容包括第一DC/DC转换器12a的控制器24使用DC/DC转换器组件10的总输出DC电流(I输出_总和)的值，该值根据经由CAN总线58与第一DC/DC转换器12a的控制器24共享第二DC/DC转换器12b的所测量的输出DC电流(I输出_DC/DC_2)来确定。如将参考图6更详细地描述的，第一DC/DC转换器12a的控制器24根据第一转换器12a的电流比调整所测量的输出DC电压和目标输出DC电压之间的比较。
同样地，在实现图2B的流程图25中描绘的控制算法以控制第二DC/DC转换器12b的功率级22来生成具有输出DC电流(I输出_DC/DC_2)的输出DC电压时，第二DC/DC转换器12b的控制器24确定DC/DC转换器组件10的总输出DC电流(I输出_总和)。如所描述的，第二DC/DC转换器12b的控制器24测量第二DC/DC转换器12b的输出DC电流(I输出_DC/DC_2)；第二DC/DC转换器12b控制器24根据控制信号获得第一DC/DC转换器12a的输出DC电流(I输出_DC/DC_1)的测量结果，该控制信号由第一DC/DC转换器12a的控制器24经由CAN总线58提供。
接着，第二DC/DC转换器12b的控制器24将第二转换器12b的输出DC电流(I输出_DC/DC_2)与DC/DC转换器组件10的总输出DC电流(I输出_总和)进行比较(即，I输出_DC/DC_2/I输出_总和)。第二转换器12b的输出DC电流与总输出DC电流的比相对于指定百分比的差(本文称为第二转换器12b的“电流比”)被馈送到图2B的流程图25中描绘的控制算法的DC/DC功率级控制(PWM参数)中，如将参考图6更详细地描述的那样。因此，根据本发明的实施例，对由第二DC/DC转换器12b的控制器24执行的图2B的流程图25中的控制算法的附加内容包括第二DC/DC转换器12b的控制器24使用DC/DC转换器组件10的总输出DC电流(I输出_总和)的值，该值根据经由CAN总线58与第二DC/DC转换器12b的控制器共享第一DC/DC转换器12a的所测量的输出DC电流(I输出_DC/DC_1)来确定。如将参考图6更详细地描述的，第二DC/DC转换器12b的控制器24根据第二转换器12b的电流比调整所测量的输出DC电压和目标输出DC电压之间的比较。
现在参考图6，并继续参考图2B和图5，示出了描绘由第一DC/DC转换器12a和第二DC/DC转换器12b中的每一个所执行的控制算法的流程图60。流程图60中描绘的控制算法对应于图2B中的流程图25，其中添加了每个DC/DC转换器还使用DC/DC转换器组件10的总输出DC电流(I输出_总和)的值来确定DC/DC转换器的“电流比”，并且然后根据电流比调整(即，加权)DC/DC转换器的所测量的输出DC电压与目标输出DC电压之间的比较。
更详细地，关于第一DC/DC转换器12a，第一DC/DC转换器12a的控制器24的第一比较器26将块62所指示的第一DC/DC转换器12a的所测量的输出DC电压与块64所指示的DC/DC转换器组件10的目标输出DC电压进行比较。基于电压差，第一DC/DC转换器12a的控制器24生成目标输出DC电流，如块66所指示的。因此，基于电压差比较，目标输出DC电流从其先前值进行“调整”。以此方式，块66被标记为“调整值”。第一DC/DC转换器12a的第二比较器32将第一DC/DC转换器12a的所测量的输出DC电流(由块68指示的)与目标输出DC电流进行比较。基于电流差，第一DC/DC转换器12a的控制器24确定DC电流命令，并根据DC电流命令设置和/或调整控制第一DC/DC转换器12a的功率级22的电源开关的方式，使得第一DC/DC转换器12a的输出DC电流的值趋向于目标输出DC电流的值，如块70所指示。
如所述，第一DC/DC转换器12a的控制器24根据第一DC/DC转换器12a的电流比调整所测量的输出DC电压和目标输出DC电压之间的比较。在这方面，在使用经由CAN总线58获得的第二DC/DC转换器12b的输出DC电流值来确定DC转换器组件10的总输出DC电流之后，第一DC/DC转换器12a的第三比较器72将第一转换器12a的输出DC电流与DC/DC转换器组件10的总输出DC电流的比率(如块74所指示)与指定百分比(诸如50％)(块76所指示)进行比较，以确定第一DC/DC转换器12a的“电流比”。
控制器24根据电流比调整所测量的输出DC电压和目标输出DC电压之间的比较，如块78所指示。以这种方式，第一DC/DC转换器12a的输出DC电流与第二DC/DC转换器12b的输出DC电流之差(假设指定百分比为50％)作为PWM参数被馈送到第一DC/DC转换器12a的功率级22的控制中，以使第一DC/DC转换器12a的输出DC电流值趋向于第二DC/DC转换器12b的输出DC电流值(即，趋向于使第一DC/DC转换器12a的输出DC电流与第二DC/DC转换器12b的输出DC电流均衡)。
例如，假设第一DC/DC转换器12a的输出DC电流比第二DC/DC转换器12b的输出DC电流大了给定第一百分比。在这种情况下，控制器24根据该给定第一百分比调整所测量的输出DC电压和目标输出DC电压之间的电压差，使得根据该给定第一百分比，基于电压差生成的目标输出DC电流更小。相反，假设第一DC/DC转换器12a的输出DC电流比第二DC/DC转换器12b的输出DC电流小了给定第二百分比。在这种情况下，控制器24根据该给定第二百分比调整所测量的输出DC电压和目标输出DC电压之间的电压差，使得根据该给定第二百分比，基于电压差生成的目标输出DC电流更大。
同样，第二DC/DC转换器12b执行图6中描绘的流程图60的控制算法。因此，第二DC/DC转换器12b的输出DC电流与第一DC/DC转换器12a的输出DC电流之差(假设指定百分比为50％)作为PWM参数被馈送到第二DC/DC转换器12b的功率级22的控制中，以使第二DC/DC转换器12b的输出DC电流值趋向于第一DC/DC转换器12a的输出DC电流值(即，趋向于使第二DC/DC转换器12b的输出DC电流与第一DC/DC转换器12a的输出DC电流均衡)。
如所描述的，根据本发明的实施例的用于平衡并联DC/DC转换器的方法和系统提供了一种算法，该算法通过CAN总线在两个(或更多个)独立DC/DC转换器之间共享数据，并使DC/DC转换器的输出能够互连。依据该算法，每个DC/DC转换器通过CAN总线接收另一个DC/DC转换器的输出DC电流值，并在输出DC电压比较中使用该值来调整DC/DC转换器的电源开关的PWM控制。该方法和系统以优化的成本解决了当这些DC/DC转换器在单独的单元中时与并联的DC/DC转换器同步相关联的问题。诸如由于所提供功能的高汽车安全完整性等级(ASIL)，该方法和系统可用于需要冗余(例如，两个DC/DC转换器并联工作)的电气化DC/DC转换器中。
根据本发明实施例的用于平衡并联DC/DC转换器的方法和系统可以包括确保系统稳定性(由于公差、连接路径等引起的差异)；在DC/DC转换器中的一个故障的情况下没有供电中断；在运行方向改变时(如图3的电气示意图40中所示的连接电路中HV→LV到LV→HV)作用相等；通过现有的数字总线(CAN)进行高速数据共享，因此没有额外费用；以及在800VDC电池的情况下，其中每个DC/DC转换器连接到一半的一个400V(如图3电气原理图42所示的连接电路)，供电电流的百分比比率可以根据HV电池一半的充电和健康状况进行调整(不同于50％)。
尽管上文描述了示例性的实施例，但并不意图这些实施例描述本发明的所有可能的形式。更确切地，在说明书中所使用的词是描述而非限制的词，并且应理解，可以做出多种变化而不偏离本发明的精神和范围。另外，多种实现的实施例的特征可以被组合以形成本发明的另外的实施例。

Claims (20)

1.一种DC/DC转换器组件，包括：
并联连接的多个DC/DC转换器，每个DC/DC转换器具有控制器，所述DC/DC转换器的控制器经由通信线路彼此通信；
其中，每个DC/DC转换器的控制器被配置成经由所述通信线路将所述DC/DC转换器的输出电流值发送到其余DC/DC转换器中每个DC/DC转换器的控制器；以及
每个DC/DC转换器的控制器被配置成控制所述DC/DC转换器以使所述DC/DC转换器的输出电流趋向于所述DC/DC转换器的输出电流与所有DC/DC转换器的总输出电流的期望比例。
2.根据权利要求1所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述DC/DC转换器的输出电流与所述总输出电流的期望比例使得每个DC/DC转换器提供相等的输出电流。
3.根据权利要求1所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述DC/DC转换器的输出电流与所述总输出电流的期望比例使得所述DC/DC转换器中的一个提供最大的输出电流，而所述DC/DC转换器中的另一个提供最小的输出电流。
4.根据权利要求1所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述通信线路是控制局域网络(CAN)总线。
5.一种DC/DC转换器组件，包括：
第一DC/DC转换器，其具有第一控制器；
第二DC/DC转换器，其与所述第一DC/DC转换器并联连接，并具有经由通信线路与所述第一控制器通信的第二控制器；
其中，所述第一控制器被配置成经由所述通信线路向所述第二控制器发送所述第一DC/DC转换器的输出电流值，并且所述第二控制器被配置成经由所述通信线路向所述第一控制器发送所述第二DC/DC转换器的输出电流值；以及
所述第一控制器被配置成控制所述第一DC/DC转换器以使所述第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第二DC/DC转换器的输出电流值，并且所述第二控制器被配置成控制所述第二DC/DC转换器以使所述第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第一DC/DC转换器的输出电流值。
6.根据权利要求5所述的DC/DC转换器组件，还包括：
第三DC/DC转换器，所述第三DC/DC转换器与所述第一DC/DC转换器和所述第二DC/DC转换器并联连接并且具有第三控制器，所述第三控制器经由所述通信线路与所述第一控制器和所述第二控制器通信；
其中，所述第三控制器被配置成经由所述通信线路向所述第一控制器和所述第二控制器发送所述第三DC/DC转换器的输出电流值，并且所述第一控制器和所述第二控制器分别被配置成经由所述通信线路向所述第三控制器发送所述第一DC/DC转换器和所述第二DC/DC转换器的输出电流值；以及
所述第一控制器还被配置成控制所述第一DC/DC转换器以使所述第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第三DC/DC转换器的输出电流值，所述第二控制器被配置成控制所述第二DC/DC转换器以使所述第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第三DC/DC转换器的输出电流值，并且所述第三控制器被配置成控制所述第三DC/DC转换器以使所述第三DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第一DC/DC转换器的输出电流值和所述第二DC/DC转换器的输出电流值。
7.根据权利要求5所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第一控制器根据所述第一DC/DC转换器的输出电流值与所述DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率来控制所述第一DC/DC转换器，以使所述第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第二DC/DC转换器的输出电流值，其中，所述DC/DC转换器组件的总输出电流是所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第二DC/DC转换器的输出电流的总和。
8.根据权利要求7所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第二控制器根据所述第二DC/DC转换器的输出电流值与所述DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率来控制所述第二DC/DC转换器，以使所述第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第一DC/DC转换器的输出电流值。
9.根据权利要求5所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第一控制器基于所述第一DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的差以及基于所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第一DC/DC转换器的目标输出电流之间的差来控制所述第一DC/DC转换器，以便所述第一DC/DC转换器生成所述第一DC/DC转换器的输出电流。
10.根据权利要求9所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第一控制器根据所述第一DC/DC转换器的输出电流值与所述DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率将所述第一DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的差进行加权，所述DC/DC转换器组件的总输出电流为所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第二DC/DC转换器的输出电流的总和。
11.根据权利要求10所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第一控制器基于所述第一DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的加权差来调整所述第一DC/DC转换器的目标输出电流。
12.根据权利要求9所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第二控制器基于所述第二DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的差以及基于所述第二DC/DC转换器的输出电流与所述第二DC/DC转换器的目标输出电流之间的差来控制所述第二DC/DC转换器，以便所述第二DC/DC转换器生成所述第二DC/DC转换器的输出电流。
13.根据权利要求12所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第二控制器根据所述第二DC/DC转换器的输出电流值与所述DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率将所述第二DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的差进行加权，所述DC/DC转换器组件的总输出电流为所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第二DC/DC转换器的输出电流的总和。
14.根据权利要求13所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第二控制器基于所述第二DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的加权差来调整所述第二DC/DC转换器的目标输出电流。
15.根据权利要求5所述的DC/DC转换器组件，其中：
所述第一DC/DC转换器和所述第二DC/DC转换器用于将具有电动交通工具的牵引电池的输入电流的输入电压转换成具有总输出电流的用于对所述电动交通工具的辅助电池进行充电的输出电压，所述总输出电流为所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第二DC/DC转换器的输出电流的总和。
16.一种用于平衡DC/DC转换器组件的并联连接的第一DC/DC转换器和第二DC/DC转换器的输出电流的方法，所述方法包括：
经由连接在所述第一DC/DC转换器的第一控制器和所述第二DC/DC转换器的第二控制器之间的通信线路，从所述第一控制器向所述第二控制器发送所述第一DC/DC转换器的输出电流值；
经由所述通信线路从所述第二控制器向所述第一控制器发送所述第二DC/DC转换器的输出电流值；
由所述第一控制器控制所述第一DC/DC转换器，以使所述第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第二DC/DC转换器的输出电流值；以及
由所述第二控制器控制所述第二DC/DC转换器，以使所述第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第一DC/DC转换器的输出电流值。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述第一控制器根据所述第一DC/DC转换器的输出电流值与所述DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率来控制所述第一DC/DC转换器，以使所述第一DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第二DC/DC转换器的输出电流值，其中，所述DC/DC转换器组件的总输出电流是所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第二DC/DC转换器的输出电流的总和。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
由所述第二控制器根据所述第二DC/DC转换器的输出电流值与所述DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率来控制所述第二DC/DC转换器，以使所述第二DC/DC转换器的输出电流值趋向于所述第一DC/DC转换器的输出电流值。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述第一控制器基于所述第一DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的差以及基于所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第一DC/DC转换器的目标输出电流之间的差来控制所述第一DC/DC转换器，以便所述第一DC/DC转换器生成所述第一DC/DC转换器的输出电流。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
由所述第一控制器根据所述第一DC/DC转换器的输出电流值与所述DC/DC转换器组件的总输出电流值的比率将所述第一DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的差进行加权，所述DC/DC转换器组件的总输出电流为所述第一DC/DC转换器的输出电流与所述第二DC/DC转换器的输出电流的总和；以及
由所述第一控制器基于所述第一DC/DC转换器的输出电压与所述DC/DC转换器组件的目标电压之间的加权差来调整所述第一DC/DC转换器的目标输出电流。
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