CN116476663A - 用于传送电力的转换器系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于传送电力的转换器系统、包括这种转换器系统的车辆以及用于传送电力的方法。转换器系统包括第一DC/DC转换器模块、第二DC/DC转换器模块和控制单元。第一DC/DC转换器模块可连接到第一高压系统并且至少连接到第一低压系统。第二DC/DC转换器模块可连接到第二高压系统并且至少连接到第一低压系统。第一DC/DC转换器模块包括至少第一主DC/DC转换器单元和第一微型DC/DC转换器单元。第二DC/DC转换器模块包括至少第二微型DC/DC转换器单元。第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元可经由第一双向开关单元连接。控制单元被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被停用，那么经由第一微型DC/DC转换器单元将电力从第一高压系统传送到第一低压系统。

Description

用于传送电力的转换器系统
技术领域
本公开涉及一种用于传送电力的转换器系统、一种包括这种转换器系统的车辆以及一种用于传送电力的方法。
背景技术
在电动汽车中，存在不同的功率转换模块，它们在不同的场景下发挥作用。例如，板载充电器将AC转换成DC以给高压电池充电，并且牵引逆变器将DC转换成AC以驱动车辆。在这两种场景中，或者板载充电器或者牵引逆变器都正常工作。但是，为了向低压负载供电并维持低压，将功率从高压电池传送到低压负载的DC-DC转换器必须在这两种场景中都正常工作。
与其它功率转换模块相比，DC-DC转换器一般承受更大的压力，这使得DC-DC转换器的设计要求更加复杂。在常规的电动汽车中，低压控制单元依赖于低压电池供应。如果DC-DC转换器在行驶期间发生故障，那么由低压系统供电的车辆功能中的一些可能会面临风险，特别是当低压电池的充电状态低时。而且，当车辆处于熄火(key-off)状态时，DC-DC转换器被关闭。因而，如果车辆停放数月，那么低压电池将处于深度放电状态并且车辆可能完全关机。
发明内容
因此，可能需要提供一种改进的转换器系统，该转换器系统允许更可靠的低压供应。
本公开的独立权利要求的主题至少部分地解决或减轻了该问题，其中进一步的示例在从属权利要求中结合。应当注意的是，本公开的各方面在用于传送电力的转换器系统、包括这种转换器系统的车辆和用于传送电力的方法中描述。
根据本公开，呈现了一种用于传送电力的转换器系统。该转换器系统包括第一DC/DC转换器模块、第二DC/DC转换器模块和控制单元。第一DC/DC转换器模块可连接到第一高压系统并且至少连接到第一低压系统。第二DC/DC转换器模块可连接到第二高压系统并且至少连接到第一低压系统。第一DC/DC转换器模块包括至少第一主DC/DC转换器单元和第一微型DC/DC转换器单元。第二DC/DC转换器模块包括至少第二微型DC/DC转换器单元。第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元可经由第一双向开关单元连接。控制单元被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被停用，那么经由第一微型DC/DC转换器单元将电力从第一高压系统传送到第一低压系统。控制单元还被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被停用并且第一微型DC/DC转换器单元发生故障，那么断开第一双向开关单元以经由第二微型DC/DC转换器单元将电力从第二高压系统传送到第一低压系统。
本公开的转换器系统可以降低转换器系统内部(即，第一DC/DC转换器模块、第二DC/DC转换器模块)单点故障的风险。特别地，即使在第一转换器单元和/或第二转换器单元发生故障的情况下，通过在不同的车辆使用场景(驾驶、充电和/或停车等)下向(一个或多个)低压系统提供功率，转换器系统也仍可以操作。因而，可以实现转换器系统的高度安全集成。
另外，低压系统可以在功率转换器系统的同一壳体内互连，以便确保电源的最大可用性并以最高效率提供功率。当车辆处于非驾驶状态时，可以通过控制DC/DC转换器单元的输出电压来实现最佳效率。
第一DC/DC转换器模块和/或第二DC/DC转换器模块可以将功率从高压系统传送到低压系统。高压系统可以提供400V或800V的电压。但是，高压系统的入口电压可以根据高压系统的配置而变化。例如，根据高压系统的配置，高压系统的入口电压可以在400V的情况下在250V和500V之间变化，在800V的情况下在500V和1000V之间变化。
第一DC/DC转换器模块和/或第二DC/DC转换器模块可以根据负载消耗进行操作，以便最大化转换器系统的效率。换句话说，第一DC/DC转换器模块和/或第二DC/DC转换器模块可以单独或一起操作以提供高效的电源。
第一DC/DC转换器模块和第二DC/DC转换器模块可以包括隔离的DC/DC转换器元件。隔离的DC/DC转换器元件可以是流电隔离的并且可以防止由于转换器系统的较高压部分中的隔离故障而引起的过电压的发生。隔离的DC/DC转换器元件可以允许至少一个辅助组件的较低成本并且可以启用与现有的快速充电DC充电站的兼容性。
第一高压系统和第二高压系统中的每一个可以包括高压接口，其可以确保分别在第一DC/DC转换器模块与第一高压系统之间以及在第二DC/DC转换器模块与第二高压系统之间的可靠连接。每个高压系统可以包括一个电池单元或几个电池单元。第一高压系统和第二高压系统可以相同或彼此分离。
同样，第一低压系统还可以包括第一低压接口，从而确保在第一DC-DC模块与第一低压系统之间和/或在第二DC/DC转换器模块与第一低压系统之间的可靠连接。第一低压系统可以与低压负载(诸如用于开门或开窗、启动马达、转向和制动负载等的控制组件)耦合。
第一主DC/DC转换器单元可以被设计为提供高功率，例如在被激活时在3kW至4kW的范围内。第一微型DC/DC转换器单元可以被设计为当第一主DC/DC转换器单元被停用并且第一微型DC/DC转换器单元被激活时提供较低的功率，例如在50W至200W的范围内。如果转换器系统可以集成在车辆中，那么可以在车辆的停车状态期间停用第一主DC/DC转换器单元并且仅第一微型DC/DC转换器单元和/或第二微型DC/DC转换器单元可以被激活以向低压负载供电。
第二DC/DC转换器模块也可以具有类似的组成并且至少包括第二微型DC/DC转换器单元。第二微型DC/DC转换器单元还可以被配置为当第一主DC/DC转换器单元被停用时提供较低的功率，例如在50W至200W的范围内。
优选地，第一DC/DC转换器模块的第一微型DC/DC转换器单元和第二DC/DC转换器模块的第二微型DC/DC转换器单元可以连接到第一低压系统。换句话说，当第一主DC/DC转换器单元被停用时，第一低压系统可以经由第一微型DC/DC转换器单元和/或第二微型DC/DC转换器单元从第一高压系统和/或第二高压系统接收电力。
控制单元可以是被配置为执行功率转换控制的电控单元(ECU)的至少一部分。控制单元可以包括具有专用CAN通信接口的数字信号处理器(DSP)。
第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元可以经由第一双向开关单元连接。第一双向开关单元可以包括例如两个开关元件，它们被布置在背对背位置，即，在彼此相反的方向上。开关元件可以是诸如MOSFET或IGBT之类的功率半导体开关元件。开关元件可以包括共用源极或共用发射极配置。因而，第一双向开关单元可以阻断反向流动的电流并执行反向电压保护。
一般而言，第一双向开关单元可以在正常操作模式下闭合，在正常操作模式下，转换器系统没有故障和/或失灵并且第一主DC/DC转换器单元被停用，以经由第一微型DC/DC转换器单元和/或第二微型DC/DC转换器单元向第一低压系统供应电力。优选地，第一微型DC/DC转换器单元可以被配置为当第一主DC/DC转换器单元被停用时总是传送电力。除了第一微型DC/DC转换器单元之外，如果第一低压系统的功耗需求超过第一微型DC/DC转换器单元的容量，那么第二微型DC/DC转换器单元也可以传送电力。
特别地，如果第一低压系统的功耗需求超过第一微型DC/DC转换器单元的功率限制，那么第一微型DC/DC转换器单元可以进入电流限制模式。同时，第一微型DC/DC转换器单元的输出低电压水平可以降低至第二微型DC/DC转换器单元的低压设定点电压。因而，第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元两者可以向第一低压系统供应电力。以这种方式，可以在车辆的停车状态下实现高效率的电力传送。
但是，在第一微型DC/DC转换器单元发生故障或失灵的情况下，控制单元可以使第一双向开关单元断开以经由第二微型DC/DC转换器单元将电力从第二高压系统传送到第一低压系统。换句话说，第二微型DC/DC转换器单元可以从故障断连，即，第一微型DC/DC转换器单元和第一低压系统可以经由第二DC/DC转换器模块的第二微型DC/DC转换器单元从第二高压系统供电。因而，即使转换器系统发生内部故障，也可以确保对第一低压系统的可靠供电。
在示例中，控制单元还被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被停用并且第二微型DC/DC转换器单元发生故障，那么断开第一双向开关单元以经由第一微型DC/DC转换器单元将电力从第一高压系统传送到第一低压系统。在停用的第一主DC/DC转换器单元的情况下，这可以指车辆的停车状态，第一低压系统可以被配置为经由第一DC/DC转换器模块的第一微型DC/DC转换器单元从第一高压系统和/或经由第二DC/DC转换器模块的第二微型DC/DC转换器单元从第二高压系统接收电力。
但是，如果第二微型DC/DC转换器单元和/或第二DC/DC转换器模块发生故障，那么控制单元可以使第一双向开关单元断开以经由第一微型DC/DC转换器单元仅从第一高压系统向第一低压系统传送电力。换句话说，第一微型DC/DC转换器单元可以从故障断连，即，第二微型DC/DC转换器单元和第一低压系统可以仅经由第一DC/DC转换器模块的第一微型DC/DC转换器单元从第一高压系统供电。同时，第一低压系统的功率需求可以适应于第一微型DC/DC转换器单元的容量。因而，即使变换器系统的第二微型DC/DC变换器单元发生内部故障，也可以确保第一低压系统的可靠供电。
在示例中，第二微型DC/DC转换器单元还可连接到第二低压系统。控制单元被配置为经由第一微型DC/DC转换器单元将电力从第一高压系统传送到第二低压系统。换句话说，除第一低压系统之外，转换器系统还可以被配置为将电力传送到第二低压系统。第二低压系统也可以与低压负载(诸如用于开门或开窗、启动马达、转向和制动负载等的控制组件)耦合。负载中的一些可以连接到第一低压系统和第二低压系统两者，并且它们中的一些分别独立于第一低压系统和第二低压系统连接。但是，第二低压系统可以被配置为独立于第一低压系统操作。
第二低压系统可以仅与第一DC-DC模块的第一微型DC/DC转换器单元和/或第二DC-DC模块的第二微型DC/DC转换器单元耦合。因此，可以独立于第一主DC/DC转换器单元的状态(这可以指车辆的行驶、充电或停车状态)而仅经由第一微型DC/DC转换器单元和/或第二微型DC/DC转换器单元向第二低压系统供应电力。
第二低压系统还可以包括第二低压接口，以确保第一DC-DC模块(特别是第一微型DC/DC转换器单元)与第二低压系统之间和/或第二DC-DC转换器模块(特别是第二微型DC/DC转换器单元)与第二低压系统之间的可靠连接。一般而言，第一双向开关单元可以在转换器系统没有故障和/或失灵的正常操作模式下闭合以经由第一微型DC/DC转换器单元将电力从第一高压系统供应给第一低压系统和第二低压系统。
在示例中，控制单元还被配置为如果要传送到第一低压系统和第二低压系统的电力总和超过第一微型DC/DC转换器单元的可用功率，那么经由第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元从第一高压系统和第二高压系统两者向第一低压系统和第二低压系统中的每一个传送电力。
优选地，第一微型DC/DC转换器单元可以被配置为始终传送电力。如果第一低压系统和第二低压系统的功耗需求之和超过第一微型DC/DC转换器单元的容量，那么除了第一微型DC/DC转换器单元之外，第二微型DC/DC转换器单元也可以向第一低压系统和第二低压系统传送电力。
特别地，如果第一低压系统和第二低压系统的功耗需求之和超过第一微型DC/DC转换器单元的功率限制，那么第一微型DC/DC转换器单元可以进入电流限制模式。同时，第一微型DC/DC转换器单元的输出低电压水平可以降低至第二微型DC/DC转换器单元的低压设定点电压。因而，第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元两者可以向第一低压系统和第二低压系统供应电力。以这种方式，可以在车辆的停车状态下实现高效率的电力传送。
在示例中，控制单元还被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被停用并且第二微型DC/DC转换器单元发生故障，那么停用第二低压系统。如果第二微型DC/DC转换器单元发生故障，那么控制单元可以使连接第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元的第一双向开关单元断开以将第一微型DC/DC转换器单元从故障(即，第二微型DC/DC转换器单元)断连。
因而，第二低压系统可以从第一微型DC/DC转换器单元断连并且仅与具有故障的第二微型DC/DC转换器单元耦合。为了避免进一步的故障或失灵，控制单元可以禁用第二低压系统。因此，第二低压系统可能不包括可能在第二微型DC/DC转换器单元发生故障的情况下被停用的任何必要的低压负载。但是，可以经由第一微型DC/DC转换器单元从第一高压系统继续向第一低压系统供应电力。
在示例中，第二DC/DC转换器模块还包括第二主DC/DC转换器单元。第二主DC/DC转换器单元至少可连接到第一低压系统。第二主DC/DC转换器单元可以被配置为将电力从第二高压系统传送到第一低压系统。第二主DC/DC转换器单元可以被设计为在被激活时提供高功率，例如在3kW至4kW的范围内，这可以指车辆的驾驶和/或充电状态。因而，如果第一主DC/DC转换器单元在车辆驾驶或充电期间发生故障，那么第一低压系统可经由第二主DC/DC转换器单元从第二高压系统供电。
在示例中，第一低压系统可以与第一主DC/DC转换器单元、第一微型DC/DC转换器单元、第二主DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元中的每一个耦合以将电力连续传送到第一低压系统。例如，即使第一主DC/DC转换器单元、第一微型DC/DC转换器单元、第二主DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元中的至少一个发生故障，第一低压系统可以从第一高压系统和/或第二高压系统接收电力。而且，不管第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器单元是被激活(例如，在车辆的驾驶或充电期间)或者未被激活(例如，在车辆的停车状态期间)，都可以可靠地向第一低压系统供电。
在示例中，转换器系统还可以包括三个或更多个DC/DC转换器模块，并且第一低压系统可以与三个或更多个主DC/DC转换器单元和/或三个或更多个微型DC/DC转换器单元耦合，以便即使转换器系统出现单点故障，也确保向第一低压系统的可靠供电。
在示例中，第一低压系统包括至少第一低压负载和第二低压负载。第一单开关元件布置在第一低压负载与第一微型DC/DC转换器单元之间。第二单开关元件布置在第二低压负载与第一微型DC/DC转换器单元之间。控制单元被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被停用并且第一低压负载发生故障，那么断开第一单开关元件。
第一低压系统可以包括一个或多个低压负载。每个低压负载可以单独与第一主DC/DC转换器单元和第一微型DC/DC转换器单元中的每一个耦合。在每个低压负载与第一主DC/DC转换器单元之间和/或在每个低压负载与第一微型DC/DC转换器单元之间，可以布置单开关元件以开关从第一高压系统到相应低压负载的电力传送。特别地，第一单开关元件可以布置在第一微型DC/DC转换器单元的输出侧与第一低压负载的输入侧之间。同样，第二单开关元件可以布置在第一微型DC/DC转换器单元的输出侧与第二低压负载的输入侧之间。
例如，如果第一主DC/DC转换器单元被激活，那么第一低压负载和第二低压负载可以经由第一主DC/DC转换器单元从第一高压系统供电。但是，如果第一主DC/DC转换器单元被停用，那么第一单开关元件和第二开关元件可以闭合并且第一低压负载和第二低压负载可以经由第一微型DC/DC转换器单元从第一高压系统供电。
如果第一低压负载或第二低压负载中的任何一个发生故障，那么控制单元可以使布置在相应低压负载处的单开关元件断开以断连发生失灵或故障的低压负载。因而，即使第一低压系统内部发生故障，也可以确保将电力可靠地传送到运行中的(一个或多个)低压负载。此外，如果第一微型DC/DC转换器单元没有发生故障，那么电力也可以经由第一微型DC/DC转换器单元和第一双向开关单元传送到第二低压系统。
在示例中，第二低压系统可以包括第三低压负载和第三单开关元件。第三单开关元件可以布置在第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元的输出侧与第二低压系统的第三低压负载之间。在第三低压负载发生故障的情况下，控制单元可以使第三单开关元件断开以断连具有故障的第三低压负载。
在示例中，控制单元被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被激活并且第一微型DC/DC转换器单元发生故障，那么经由第一单开关元件和/或第二单开关元件将高电流从第一主DC/DC转换器单元传送到第一微型DC/DC转换器单元。当第一主DC/DC转换器单元被激活时，诸如短路之类的故障可以发生在第一微型DC/DC转换器单元处。在这种情况下，控制单元可以使第一主DC/DC转换器单元经由布置在第一低压负载处的第一单开关元件和/或布置在第二低压负载处的第二单开关元件将高电流传送到第一微型DC/DC转换器单元。
与第一主DC/DC转换器单元相比，连接到第一微型DC/DC转换器单元的输出侧的第一单开关元件和/或第二单开关元件的额定电流可以更小。因而，如果第一主DC/DC转换器单元被激活，那么第一单开关元件和/或第二单开关元件可能发生故障并且将第一微型DC/DC转换器单元与第一主DC/DC转换器单元隔离。
同时，第二主DC/DC转换器单元可以将电力从第二高压系统传送到第一低压系统(即，第一低压负载和/或第二低压负载)和第二低压系统。如果第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器单元被停用，那么第二微型DC/DC转换器单元可以继续从第二高压系统向第一低压系统和/或第二低压系统供应电力。
在示例中，转换器系统还包括第二双向开关单元和第三双向开关单元。第二双向开关单元布置在第二微型DC/DC转换器单元与第一低压负载之间，并且第三双向开关单元布置在第二微型DC/DC转换器单元与第二低压负载之间。控制单元被配置为如果第一主DC/DC转换器单元被激活并且第二微型DC/DC转换器单元出现故障，那么经由第二双向开关单元和/或第三双向开关单元将高电流从第二主DC/DC转换器单元传送到第二微型DC/DC转换器单元。
当第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器单元被激活时，第二微型DC/DC转换器单元处可能发生短路。在这种情况下，控制单元可以使第二主DC/DC转换器单元将高电流传送到布置在第二微型DC/DC转换器单元的输出侧与第一低压系统的第一低压负载之间的第二双向开关单元。附加地或可替代地，控制单元可以使第二主DC/DC转换器单元将高电流传送到布置在第二微型DC/DC转换器单元的输出侧与第一低压系统的第二低压负载之间的第三双向开关单元。
一旦第二双向开关单元和/或第三双向开关单元检测到两个方向上的电流，即，来自第二微型DC/DC转换器单元和来自第二主DC/DC转换器单元的电流，第二双向开关单元和/或第三双向开关单元就可以断开。特别地，如果电流超过过流阈值，那么第二双向开关单元和/或第三双向开关单元可以关断。因而，具有故障的第二微型DC/DC转换器单元可以从第二主DC/DC转换器单元断连。
同时，控制单元被配置为使第一主DC/DC转换器单元向第一低压负载和第二低压负载供应电力。如果第一主DC/DC转换器单元被停用，那么第一微型DC/DC转换器单元可以经由第一单开关元件向第一低压系统供应电力并且经由第二单开关元件向第二低压负载供应电力。另外，可以断开第一双向开关单元以将第一微型DC/DC转换器单元与发生故障的第二微型DC/DC转换器单元分开。附加地或可替代地，第二低压系统可以由于第二微型DC/DC转换器单元的故障和第二微型DC/DC转换器单元的输出侧处传送的高电流而断电。
在示例中，第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器单元被配置为提供比第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元更高的电力。例如，第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器单元可以被配置为提供3kW至4kW范围内的高功率。相反，第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元可以被配置为提供50W至200W范围内的低功率。
因而，如果转换器系统被集成在车辆中，那么第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器单元可以在车辆的驾驶或充电期间被激活，并且可以经由第一主DC/DC转换器单元和/或第二主DC/DC转换器单元向第一低压系统供电。另外，第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器单元可在车辆停放时关闭并且可以经由第一微型DC/DC转换器单元和/或第二微型DC/DC转换器单元向第一低压系统供电。
在示例中，第一微型DC/DC转换器单元被配置为提供比第二微型DC/DC转换器单元更低的电力。第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元可以被配置为提供具有两个不同低压设定点的两个不同功率水平。可以调整设定点以保护第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元免受输出过电压的影响。例如，与第二微型DC/DC转换器单元(例如，200W和14.5V的低压设定点)相比，第一微型DC/DC转换器单元可以被配置为提供更低的功率(例如，50W和15V的低压设定点)以提高电力传送的效率。
第一双向开关单元可以布置在第一微型DC/DC转换器单元的输出侧与第二微型DC/DC转换器单元的输出侧之间。如果转换器系统中没有故障，那么第一双向开关单元可以始终闭合，使得如果总功耗需求小于第一微型DC/DC转换器单元的预定义功率，那么第一低压系统和第二低压系统两者都可以由第一微型DC/DC变换器单元供电。但是，如果第一低压系统和第二低压系统的功耗需求之和超过第一微型DC/DC转换器单元的预定义功率，那么控制单元可以通过进入电流限制模式使第一微型DC/DC转换器单元将其低压设定点降低至第二微型DC/DC转换器单元的低压设定点。随后，第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元两者可以向第一低压系统和第二低压系统供电。因此，可以提高电力传送的效率。
在示例中，第一双向开关单元、第二双向开关单元和第三双向开关单元中的每一个包括一对MOSFET元件，并且第一单开关元件和第二单开关元件中的每一个包括智能FET元件。双向开关单元可以被配置为阻断反向流动的电流并执行反向电压保护。单开关元件可以被配置为通过断开或关闭来允许功率传送和/或电流流动。
双向开关单元可以包括一对背对背(B2B)串联布置的功率半导体开关元件，诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。这种半导体开关元件不具有机械移动部分。因此，与继电器相比，它们可以具有非常少的故障、非常小的功率/开关损耗、开关的断开和/或闭合的快速响应时间以及长寿命。因而，第一双向开关单元、第二双向开关单元和第三双向开关单元可以允许高效的功率开关。可替代地，第一双向开关单元、第二双向开关单元和/或第三双向开关单元可以包括双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或晶闸管(SCR、GTO、MCT)。
单开关元件可以包括一个具有诊断和/或保护可用性的智能FET(场效应晶体管)元件。布置在主DC/DC变换器单元与低压系统之间和/或微型DC/DC变换器单元与低压系统之间的每个单开关元件也可以由包括一对功率半导体开关元件的双向开关单元代替。
根据本公开，呈现了一种车辆。该车辆包括如上所述的转换器系统。车辆是混合电动车辆或混合电动车辆。转换器系统可以允许在车辆的任何状态下在高压系统与低压系统之间可靠的功率传送，即使转换器系统中有单点故障也是如此。换句话说，转换器系统可以满足ASIL D，以便确保在任何单点故障的情况下以高效率向低压负载的供电可用性。因而，车辆可以不要求任何低压能量存储系统(诸如12V铅酸、12V锂离子或超级电容器)来为车辆的(一个或多个)低压系统提供低压功率。
在示例中，如果第一主DC/DC转换器单元和/或第二主DC/DC转换器单元被停用，那么车辆处于停车状态，并且如果第一主DC/DC转换器单元和/或第二主DC/DC转换器单元被激活，那么车辆处于驾驶和/或充电模式。由于第一主DC/DC转换器单元和/或第二主DC/DC转换器单元可以被配置为提供高功率，因此它们可以在车辆的驾驶或充电期间被激活。但是，为了提高能量效率，第一主DC/DC转换器单元和第二主DC/DC转换器可以在车辆处于停车状态时被停用。应当独立于车辆状态而始终开启的第一低压系统可以经由第一微型DC/DC转换器单元和/或第二微型DC/DC转换器单元被供电。
根据本公开，呈现了一种用于传送电力的方法。该方法包括但不一定按此次序：
-如果第一主DC/DC转换器单元被停用，那么经由第一微型DC/DC转换器单元将电力从第一高压系统传送到第一低压系统，以及
-如果第一主DC/DC转换器单元被停用并且第一微型DC/DC转换器单元出现故障，那么断开第一双向开关单元以经由第二微型DC/DC转换器单元将电力从第二高压系统传送到第一低压系统。第一DC/DC转换器模块可连接到第一高压系统并且至少连接到第一低压系统。第二DC/DC转换器模块可连接到第二高压系统并且至少连接到第一低压系统。第一DC/DC转换器模块包括至少第一主DC/DC转换器单元和第一微型DC/DC转换器单元。第二DC/DC转换器模块包括至少第二微型DC/DC转换器单元。第一微型DC/DC转换器单元和第二微型DC/DC转换器单元可经由第一双向开关单元连接。
根据本公开，可以呈现一种计算机程序元素。如上所述，可以为转换器系统配置计算机程序元素。当程序元素被处理元素执行时，该程序元素适于执行如上所述的方法步骤。
应当注意的是，无论涉及哪一方面，上述示例都可以彼此组合。因而，该方法可以与结构特征组合，同样，该系统可以与上面关于方法描述的特征组合。
本示例的这些和其它方面将从下文所述的实施例中变得清楚，并参考下文所述的示例加以说明。
附图说明
下面将参考附图描述根据本公开的示例。
图1示意性和示例性地示出了根据本公开的转换器系统的示例。
图2示意性和示例性地示出了根据本公开的转换器系统的示例。
图3示意性和示例性地示出了根据本公开的转换器系统的示例。
图4示意性和示例性地示出了根据本公开的转换器系统的示例。
图5示意性和示例性地示出了根据本公开的转换器系统的示例。
图6示意性和示例性地示出了根据本公开的转换器系统的示例。
具体实施方式
图1示出了用于将电力从高压系统传送到低压系统的转换器系统1。这种转换器系统1可以集成在车辆中，特别是电池电动车辆和/或混合电动车辆中。高压系统可以是高压能量存储系统，其作为用于操作车辆的能量源提供数百伏特。高压系统可以提供400V或800V的电压。但是，高压系统的入口电压可以根据高压系统的配置而变化。
低压系统可以包括一个或多个低压负载，诸如用于开门或开窗、启动马达、转向和制动负载等的控制组件。转换器系统1可以允许在车辆的任何状态下高压系统与低压系统之间可靠的电力传送，即使转换器系统1中有单点故障也是如此。换句话说，转换器系统1可以满足ASIL D，以便在任何单点故障的情况下以高效率确保低压负载的供电可用性。因而，车辆可以不要求任何低压能量存储系统(诸如12V铅酸、12V锂离子或超级电容器)以便为车辆的(一个或多个)低压系统提供低压功率。
转换器系统1包括第一DC/DC转换器模块10、第二DC/DC转换器模块20和控制单元80。控制单元80可以是电控单元(ECU)的至少一部分，其被配置为执行电源转换控制。第一DC/DC转换器模块10可连接到第一高压系统13并且第二DC/DC转换器模块20可连接到第二高压系统23。第一高压系统13和第二高压系统23中的每一个可以包括高压接口以连接到第一DC/DC转换器模块10和第二DC/DC转换器模块20中的每一个。第一高压系统13和第二高压系统23可以是相同或不同的高压系统。
第一DC/DC转换器模块10还可连接到第一低压系统41和第三低压系统71。因此，第一DC/DC转换器模块10被配置为将电力从第一高压系统13传送到第一低压系统41和第三低压系统71。第二DC/DC转换器模块20还可连接到第一低压系统41、第二低压系统44和第四低压系统74。因此，第二DC/DC转换器模块20被配置为将电力从第二高压系统23传送到第一低压系统41、第二低压系统44和第四低压系统74。
第一DC/DC转换器模块10包括第一主DC/DC转换器单元11和第一微型DC/DC转换器单元12。第二DC/DC转换器模块20包括第二主DC/DC转换器单元21和第二微型DC/DC转换器单元22。第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被配置为提供比第一微型DC/DC转换器单元12和第二微型DC/DC转换器单元22更高的电力。另外，第一微型DC/DC转换器单元12被配置为提供比第二微型DC/DC转换器单元22低的电力。
每个低压系统可以包括一个或多个低压负载。第一主DC/DC转换器单元11、第二主DC/DC转换器单元21、第一微型DC/DC转换器单元12和第二微型DC/DC转换器单元22中的每一个可单独连接到每个低压系统的低压负载中的每一个。每个低压负载可以包括单独的低压接口，以确保与第一主DC/DC转换器单元11、第二主DC/DC转换器单元21、第一微型DC/DC转换器单元12和第二微型DC/DC转换器单元22的可靠连接。
因而，第一低压系统41的第一低压负载42可以经由第一单开关元件51连接到第一微型DC/DC转换器单元12并且第一低压系统41的第二低压负载43可以经由第二单开关元件52连接到第一微型DC/DC转换器单元12。另外，第二低压系统44的第三低压负载45可以经由第三单开关元件53连接到第二微型DC/DC转换器单元22。
第一主DC/DC转换器单元11可经由第四单开关元件61连接到第三低压系统71的第四低压负载72，并经由第五单开关元件62连接到第三低压系统71的第五低压负载73。第二主DC/DC转换器单元21可经由第六单开关元件67连接到第四低压系统74的第六低压负载75，并经由第七单开关元件68连接到第四低压系统74的第七低压负载76。
另外，第一主DC/DC转换器单元11可经由第八单开关元件63连接到第一低压系统41的第一低压负载42，并经由第九单开关元件64连接到第一低压系统41的第二低压负载43。此外，第二主DC/DC转换器单元21可经由第十单开关元件65连接到第一低压系统41的第一低压负载42，并经由第十一单开关元件66连接到第一低压系统41的第二低压负载43。单开关元件被配置为通过断开或闭合允许功率传送和/或电流流动。每个单开关元件可以包括智能FET元件。
第一微型DC/DC转换器单元12和第二微型DC/DC转换器单元22可经由第一双向开关单元31连接。第二微型DC/DC转换器单元22可经由第二双向开关单元32连接到第一低压负载42并经由第三双向开关单元33连接到第二低压负载43。换句话说，第一低压系统41的第一低压负载42和第二低压负载43可以连接到第一DC/DC转换器模块10和第二DC/DC转换器模块20两者。因而，第一低压系统41可以连接到所有第一主DC/DC转换器单元11、第二主DC/DC转换器单元21、第一微型DC/DC转换器单元12和第二微型DC/DC转换器单元22，以确保在车辆的任何状态下(即，驾驶、充电和停车)对第一低压系统41的可靠供电。
双向开关单元31、32、33可以被配置为阻断反向流动的电流并执行反向电压保护。每个双向开关单元可以包括一对背靠背(B2B)串联布置的功率半导体开关元件，诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。
由于第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被配置为提供高功率，因此它们可以在车辆驾驶或充电期间被激活以从第一高压系统13和第二高压系统23向相应的低压负载传送电力。但是，如果车辆处于停车状态，那么第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被关闭并且第一微型DC/DC转换器单元12和/或第二微型DC/DC转换器单元22将电力从第一高压系统13和/或第二高压系统23传送到相应的低压负载。
第一微型DC/DC转换器单元12和第二微型DC/DC转换器单元22可以被配置为提供具有两个不同低压设定点的两个不同功率水平。因而，如果转换器系统1中没有故障，那么第一双向开关单元31始终闭合，以经由第一微型DC/DC转换器单元12向第一低压系统41和第二低压系统44两者传送电力，只要两个功耗需求之和小于第一微型DC/DC转换器单元12的能量容量即可。但是，如果第一低压系统41和第二低压系统44的功耗需求之和超过第一微型DC/DC转换器单元12的能量容量，那么第二微型DC/DC转换器单元22也附加地向第一低压系统41和第二低压系统44传送电力。
第三低压系统71和第四低压系统74可以被配置为仅在第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被激活时才被供应电力。
图2示出了一个示例，其中第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被停用，即，车辆的停车状态，并且第一微型DC/DC转换器单元12发生故障。在这种情况下，控制单元80被配置为断开第一双向开关单元31以将第二微型DC/DC转换器单元22从故障断连并经由第二微型DC/DC转换器单元22将电力从第二高压系统23传送到第一低压系统41。
特别地，第一低压系统41的第一低压负载42经由第二双向开关单元32被供电，并且第一低压系统41的第二低压负载43经由第三双向开关单元33被供电。另外，第二低压系统44的第三低压负载45经由第二微型DC/DC转换器单元22和第三单开关元件53从第二高压系统23被供电。
图3示出了一个示例，其中第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被停用，即，车辆的停车状态，并且第二微型DC/DC转换器单元22发生故障。在这种情况下，控制单元80被配置为断开第一双向开关单元31以将第一微型DC/DC转换器单元12从故障断连并经由第一微型DC/DC转换器单元12将电力从第一高压系统13传送到第一低压系统41。
特别地，第一低压系统41的第一低压负载42经由第一单开关元件51被供电，并且第一低压系统41的第二低压负载43经由第二单开关元件52被供电。但是，由于第一双向开关单元31断开，因此以其他方式仅连接到第二微型DC/DC转换器单元22的第二低压系统44不能被供电。因而，可以选择第二低压系统44，使得它的(一个或多个)低压负载不是操作车辆的必要组件并且它的功耗在车辆的所有状态(即，驾驶、充电和停车)期间都非常低。
图4示出了一个示例，其中第一低压系统41的第一低压负载42发生故障。这个示例适用于两种情况，即，第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被停用，即，车辆的停车状态，或者第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被激活，即，车辆的驾驶或充电状态。在这种情况下，控制单元80被配置为断开第一单开关元件51以将第一微型DC/DC转换器单元12从故障断连并经由第一微型DC/DC转换器单元12和第二单开关元件52将电力从第一高压系统13传送到第二低压负载43。
另外，如果第二低压负载43和第三低压负载45的功耗需求之和小于第一微型DC/DC转换器单元12的功率可用性，那么第一双向开关单元31保持闭合以经由第一微型DC/DC转换器单元12和第三单开关元件53将电力从第一高压系统13传送到第二低压系统44(即，第三低压负载45)。如果总和超过第一微型DC/DC转换器单元12的功率可用性，那么控制单元80可以使第二微型DC/DC转换器单元22附加地经由第二双向开关单元32将电力从第二高压系统23传送到第一低压系统41的第二低压负载43并经由第三单开关元件53将电力传送到第二低压系统44的第三低压负载45。
图5示出了一个示例，其中第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被激活，即，车辆的驾驶或充电状态，并且第一微型DC/DC转换器单元12发生故障。例如，故障可以是短路。在这种情况下，控制单元80被配置为经由第一单开关元件51和第二单开关元件52将高电流从第一主DC/DC转换器单元11传送到第一微型DC/DC转换器单元12，以断连第一微型DC/DC转换器单元12。
与第一主DC/DC转换器单元11相比，连接到第一微型DC/DC转换器单元12的输出侧的第一单开关元件51和/或第二单开关元件52的额定电流可以较小。因而，第一单开关元件51和/或第二单开关元件52可能由于从第一主DC/DC转换器单元11发送的高电流而发生故障并且将第一微型DC/DC转换器单元12与第一主DC/DC转换器单元11隔离。
同时，在车辆的驾驶或充电期间，第二主DC/DC转换器单元21被配置为经由第十单开关元件65将电力从第二高压系统23传送到第一低压负载42，并且经由第十单开关元件66将电力传送到第二低压负载43。此外，第三低压负载45经由第二微型DC/DC转换器单元22和第三单开关元件53被供电。
如果第一主DC/DC转换器单元11和主DC/DC转换器单元21被停用，那么第二微型DC/DC转换器单元22被配置为经由第二双向开关单元32将电力从第二高压系统23传送到第一低压负载42，经由第三双向开关单元33传送到第二低压负载43，经由第三单开关元件53传送到第三低压负载45。因此，虽然第一微型DC/DC转换器单元12发生故障，但是第二微型DC/DC转换器单元22可以继续从第二高压系统23向第一低压系统和/或第二低压系统44供应电力。
图6示出了一个示例，其中第一主DC/DC转换器单元11和第二主DC/DC转换器单元21被激活，即，车辆的驾驶或充电状态，并且第二微型DC/DC转换器单元22发生故障。例如，故障可以是短路。在这种情况下，控制单元80被配置为经由第二双向开关单元32和第三双向开关单元33将高电流从第二主DC/DC转换器单元21传送到第二微型DC/DC转换器单元22，以断连第二微型DC/DC转换器单元22。
特别地，控制单元80可以使第二主DC/DC转换器单元21将高电流传送到布置在第二微型DC/DC转换器单元22的输出侧与第一低压系统41的第一低压负载42之间的第二双向开关单元32。附加地或可替代地，控制单元80可以使第二主DC/DC转换器单元21将高电流传送到布置在第二微型DC/DC转换器单元22的输出侧与第一低压系统41的第二低压负载43之间的第三双向开关单元33。
一旦第二双向开关单元32和/或第三双向开关单元33在双向上检测到电流，即，来自第二微型DC/DC转换器单元22和来自第二主DC/DC转换器单元21的电流，第二双向开关单元32和/或第三双向开关单元33就可以断开。因而，发生故障的第二微型DC/DC转换器单元22可以从第一低压系统41和第二低压系统42断连。
同时，第一主DC/DC转换器单元11被配置为在车辆的驾驶或充电期间经由第八单开关元件63将电力从第一高压系统13传送到第一低压负载42，并经由第九单开关元件64传送到第二低压负载43。但是，由于第二微型DC/DC转换器单元22的故障以及在第二微型DC/DC转换器单元22的输出侧传送的高电流，第二低压系统44被断电。
如果第一主DC/DC转换器单元11和主DC/DC转换器单元21被停用，那么控制单元80被配置为使第一微型DC/DC转换器单元12经由第一单开关元件51向第一低压负载42供应电力并经由第二单开关元件52向第二低压负载43供应电力。因此，虽然第一主DC/DC转换器单元11被停用并且第二微型DC/DC/DC转换器单元22发生故障，但是第一微型DC/DC转换器单元12可以继续从第一高压系统13向第一低压系统41供应电力。
要注意的是，本公开的示例是参考不同主题描述的。特别地，一些示例是参考方法类型声明描述的，而其它示例是参考设备类型声明描述的。但是，本领域技术人员将从上述和以下描述中得出，除非另有提及，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题相关的特征之间的任何组合也被认为与本申请一起公开。但是，所有特征都可以组合起来，从而提供协同效应，而不仅仅是特征的简单总和。
虽然在附图和描述中对本公开进行了详细的说明和描述，但此类说明和描述应被视为说明性的或示例性而非限制性的。本公开不限于所公开的示例。本领域技术人员可以通过对附图、本公开和从属权利要求的研究在实践所要求保护的公开时理解并实现所公开的示例的其它变体。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”不排除复数。单个处理器或其它单元可以履行权利要求书中陈述的几个项的功能。仅在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施这一事实并不意味着这些措施的组合不能发挥优势。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于传送电力的转换器系统(1)，包括：
-第一DC/DC转换器模块(10)，
-第二DC/DC转换器模块(20)，以及
-控制单元(80)，
所述第一DC/DC转换器模块(10)能够连接到第一高压系统(13)并且至少连接到第一低压系统(41)，
所述第二DC/DC转换器模块(20)能够连接到第二高压系统(23)并且至少连接到第一低压系统(41)，
所述第一DC/DC转换器模块(10)包括至少第一主DC/DC转换器单元(11)和第一微型DC/DC转换器单元(12)，
所述第二DC/DC转换器模块(20)包括至少第二微型DC/DC转换器单元(22)，
所述第一微型DC/DC转换器单元(12)和所述第二微型DC/DC转换器单元(22)能够经由第一双向开关单元(31)连接，
所述控制单元(80)被配置为如果所述第一主DC/DC转换器单元(11)被停用，那么经由所述第一微型DC/DC转换器单元(12)将电力从所述第一高压系统(13)传送到所述第一低压系统(41)，以及
所述控制单元(80)还被配置为如果所述第一主DC/DC转换器单元(11)被停用并且所述第一微型DC/DC转换器单元(12)发生故障，那么断开所述第一双向开关单元(31)以经由所述第二微型DC/DC转换器单元(22)将电力从所述第二高压系统(23)传送到所述第一低压系统(41)。
2.根据权利要求1所述的转换器系统(1)，所述控制单元(80)还被配置为如果所述第一主DC/DC转换器单元(11)被停用并且所述第二微型DC/DC转换器单元(22)发生故障，那么断开所述第一双向开关单元(31)以经由所述第一微型DC/DC转换器单元(12)将电力从所述第一高压系统(13)传送到所述第一低压系统(41)。
3.根据权利要求1或2所述的转换器系统(1)，所述第二微型DC/DC转换器单元(22)还能够连接到第二低压系统(44)，所述控制单元(80)被配置为经由第一微型DC/DC转换器单元(12)将电力从所述第一高压系统(13)传送到所述第二低压系统(44)。
4.根据权利要求3所述的转换器系统(1)，所述控制单元(80)还被配置为如果要传送到第一低压系统(41)和所述第二低压系统(44)的电力之和超过所述第一微型DC/DC转换器单元(12)的可用功率，那么经由所述第一微型DC/DC转换器单元(12)和所述第二微型DC/DC转换器单元(22)将电力从所述第一高压系统和所述第二高压系统(23)两者传送到所述第一低压系统和所述第二低压系统(44)中的每一个。
5.根据权利要求3所述的转换器系统(1)，所述控制单元(80)还被配置为如果所述第一主DC/DC转换器单元(11)被停用并且所述第二微型DC/DC转换器单元(22)发生故障，那么停用所述第二低压系统(44)。
6.根据权利要求1或2所述的转换器系统(1)，所述第二DC/DC转换器模块(20)还包括第二主DC/DC转换器单元(21)，所述第二主DC/DC转换器单元(21)至少能够连接到所述第一低压系统(41)。
7.根据权利要求1或2所述的转换器系统(1)，所述第一低压系统(41)包括至少第一低压负载(42)和第二低压负载(43)，
第一单开关元件(51)布置在所述第一低压负载(42)与所述第一微型DC/DC转换器单元(12)之间，
第二单开关元件(52)布置在所述第二低压负载(43)与所述第一微型DC/DC转换器单元(12)之间，以及
所述控制单元(80)被配置为如果所述第一主DC/DC变换器单元(11)被停用并且所述第一低压负载(42)发生故障，那么断开所述第一单开关元件(51)。
8.根据权利要求7所述的转换器系统(1)，所述控制单元(80)被配置为如果第一主DC/DC转换器单元(11)被激活并且所述第一微型DC/DC转换器单元(12)发生故障，那么经由所述第一单开关元件(51)和/或所述第二单开关元件(52)将高电流从所述第一主DC/DC转换器单元(11)传送到所述第一微型DC/DC转换器单元(12)。
9.根据权利要求7所述的转换器系统(1)，所述转换器系统(1)还包括第二双向开关单元(32)和第三双向开关单元(33)，所述第二双向开关单元(32)布置在所述第二微型DC/DC转换器单元(22)与所述第一低压负载(42)之间并且所述第三双向开关单元(33)布置在所述第二微型DC/DC转换器单元(22)与所述第二低压负载(43)之间，以及
所述控制单元(80)被配置为如果所述第一主DC/DC转换器单元(11)被激活并且所述第二微型DC/DC转换器单元(22)发生故障，那么经由所述第二双向开关单元(32)和/或所述第三双向开关单元(33)将高电流从所述第二主DC/DC转换器单元(21)传送到所述第二微型DC/DC转换器单元(22)。
10.根据权利要求1或2所述的转换器系统(1)，所述第一主DC/DC转换器单元(11)和所述第二主DC/DC转换器单元(21)被配置为提供比所述第一微型DC/DC转换器单元(12)和所述第二微型DC/DC转换器单元(22)更高的电力。
11.根据权利要求1或2所述的转换器系统(1)，所述第一微型DC/DC转换器单元(12)被配置为提供比所述第二微型DC/DC转换器单元(22)更低的电力。
12.根据权利要求9所述的转换器系统(1)，所述第一双向开关单元(31)、所述第二双向开关单元(32)和所述第三双向开关单元(33)中的每一个包括一对MOSFET元件并且所述第一单开关元件(51)和所述第二单开关元件(52)中的每一个包括智能FET元件。
13.一种车辆，包括根据前述权利要求1至12中的任一项所述的转换器系统(1)，所述车辆是电池电动车辆或混合电动车辆。
14.根据权利要求13所述的车辆，如果第一主DC/DC转换器单元(11)和/或第二主DC/DC转换器单元(21)被停用，那么所述车辆处于停车状态，并且如果所述第一主DC/DC转换器单元(11)和/或所述第二主DC/DC转换器单元(21)被激活，那么所述车辆处于驾驶和/或充电模式。
15.一种用于传送电力的方法，包括：
-如果第一主DC/DC转换器单元(11)被停用，那么经由第一微型DC/DC转换器单元(12)将电力从第一高压系统(13)传送到第一低压系统(41)，以及
-如果所述第一主DC/DC转换器单元(11)被停用并且所述第一微型
DC/DC转换器单元(12)发生故障，那么断开第一双向开关单元(31)
以经由第二微型DC/DC转换器单元(22)将电力从第二高压系统(23)传送到所述第一低压系统(41)，
第一DC/DC转换器模块(10)能够连接到所述第一高压系统(13)并且至少连接到所述第一低压系统(41)，
第二DC/DC转换器模块(20)能够连接到所述第二高压系统(23)并且至少连接到所述第一低压系统(41)，
所述第一DC/DC转换器模块(10)包括至少所述第一主DC/DC转换器单元(11)和所述第一微型DC/DC转换器单元(12)，
所述第二DC/DC转换器模块(20)包括至少所述第二微型DC/DC转换器单元(22)，以及
所述第一微型DC/DC转换器单元(12)和所述第二微型DC/DC转换器单元(22)能够经由所述第一双向开关单元(31)连接。
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