專利名稱:混合動力汽車的dc－dc轉換控制系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉一種混合動力汽車的DC-DC(直流-直流)轉換方法，特別涉及混合動力車高壓電源系統(tǒng)向低壓電氣系統(tǒng)供電的DC-DC轉換控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術：
目前，高效、節(jié)能、環(huán)保的清潔汽車就成為汽車行業(yè)發(fā)展新趨勢。為此，混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle，縮寫HEV)因其兼有電動車的低排放優(yōu)點與內(nèi)燃機汽車的高比能量優(yōu)點而越來越受到關注，成為目前階段竟相研發(fā)的新型車輛之一。所謂混合動力汽車就是將小功率發(fā)動機與輔助動力源(例如電動機)同時安裝在一輛汽車上為車輛提供驅動力，所述的混和動力車上，輔助動力單元實際上是一臺大功率電動機。就是將傳統(tǒng)發(fā)動機盡量做小，讓一部分動力由動力電池-電動機系統(tǒng)承擔。這種混合動力裝置既發(fā)揮了發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又可以發(fā)揮電動機無污染、低噪聲的好處，二者協(xié)同工作，取長補短，即保持所期望的車輛動力性又能降低燃油消耗?；旌蟿恿ζ嚨漠a(chǎn)生可以有效解決現(xiàn)代汽車行業(yè)帶來的能源和環(huán)保問題，混合動力汽車發(fā)動機的功率一般比同級的發(fā)動機要小，通過對發(fā)動機和電機的合理控制，使得二者配合工作，保證發(fā)動機經(jīng)常處在效率最高狀態(tài)下運轉。
國內(nèi)外在混合動力車用DC-DC轉換器多采用風冷獨立安裝的方案，在控制方法上采用DC-DC轉換器獨立控制或者整車控制器輔助控制。風冷式的DC-DC轉換器存在體積大、不易安裝的缺點；獨立控制在設計好后，不宜更改控制方法和可控性、可升級性差的弊端。針對上述問題進行廣泛檢索，尚未發(fā)現(xiàn)相關的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為克服已有技術中存在的缺點，利用整車控制器實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整DC-DC轉換系統(tǒng)的輸出特性，使高壓動力電池向低壓車載電氣系統(tǒng)提供電能處于控制的最佳狀態(tài)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案混合動力汽車的DC-DC轉換控制系統(tǒng)，包括高壓動力電源系統(tǒng)和低壓車載電氣系統(tǒng)，高壓動力電源系統(tǒng)和低壓車載電氣系統(tǒng)之間聯(lián)有DC-DC轉換器，其特征在于DC-DC轉換器通過一組信號線與混和動力整車控制器連接，DC-DC轉換器需要的各種信號可以共用整車控制器中相應的傳感器，由整車控制器來完成DC-DC轉換器的控制和診斷。DC-DC轉換器主要通過信號線DC-DC enable，DC-DC set，DC-DC OK，DC-DC load，DC-DC ref與混和動力整車控制器連接。
根據(jù)上述混合動力汽車的DC-DC轉換控制系統(tǒng)所使用的控制方法，其特征在于采用了下列步驟檢測并判斷低壓車載電源系統(tǒng)中的低壓電池是否需要充電；如果不需要充電，則關閉DC-DC轉換器；如果需要充電，則通過CAN網(wǎng)獲取來自動力電池管理系統(tǒng)的動力電池的荷電狀態(tài)值SOC；當SOC＜＝50％，關閉DC-DC轉換器；當70％＞SOC＞50％，且發(fā)動機運轉，允許打開DC-DC轉換器；當80％＞SOC＞70％，允許開DC-DC轉換器。
上述控制方法的實質(zhì)是將DC-DC轉換器與混和動力整車控制器結合起來共同完成對DC-DC轉換器的控制和執(zhí)行，DC-DC轉換器根據(jù)車載低壓電氣系統(tǒng)的用電需求、高壓動力電池的荷電狀態(tài)、發(fā)動機和大電機的工作狀態(tài)、環(huán)境溫度、以及DC-DC轉換器本身的狀態(tài)因素來決定DC-DC轉換器的工作狀態(tài)，DC-DC轉換器將根據(jù)這些因素來動態(tài)的控制DC-DC轉換器的輸出特性。
因為在混合動力汽車中，盡量降低發(fā)動機附件的負載，是降低燃油消耗提高發(fā)動機工作效率的一個有效途徑。由于在混合動力車上同時存在高壓直流電氣系統(tǒng)和低壓直流電氣系統(tǒng)，本發(fā)明中取消了原車的小發(fā)電機，用一套帶有自診斷功能的DC-DC(直流-直流)轉換系統(tǒng)代替原來的小發(fā)電機。這套系統(tǒng)可以把高壓電通過降壓變成與汽車低壓電氣系統(tǒng)相匹配的電壓，給低壓電氣系統(tǒng)供電和給小蓄電池充電。
本發(fā)明優(yōu)點在于1、取消小發(fā)電機可以進一步降低混合動力車發(fā)動機的負載，這樣可以充分發(fā)揮混合動力車的優(yōu)勢，提高高壓動力電源能量利用率，進一步降低汽車燃油的消耗；2、本發(fā)明中的DC-DC(直流-直流)轉換系統(tǒng)控制方法使得這套系統(tǒng)具有高轉換效率(其轉換效率能達到90％以上)，高功率密度，高可靠性，抗干擾能力強，輸出電壓和輸出功率可控，低成本等特點。
圖1是DC-DC轉換器與整車控制器連接原理框圖；圖2是DC-DC轉換轉換控制方法流程圖；圖3是DC-DC轉換器最大允許工作負荷和動力電池荷電狀態(tài)關系圖；具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明中的DC-DC轉換系統(tǒng)能夠根據(jù)動力電池的荷電狀態(tài)、發(fā)動機工作狀態(tài)，低壓電氣系統(tǒng)的負載狀態(tài)、低壓小蓄電池的荷電狀態(tài)、DC-DC轉換器自身的溫度等信息來智能化選擇DC-DC轉換器的工作狀態(tài)。主要完成從高壓動力電系統(tǒng)給低壓車載電氣系統(tǒng)供電，給低壓小蓄電池充電，調(diào)整低壓電氣系統(tǒng)到一個特定的電壓值，DC-DC轉換系統(tǒng)的開關控制等功能。本DC-DC轉換器充分利用混和動力車本身資源來實現(xiàn)其功能，在機械結構上，與混合動力整車控制器共用水冷系統(tǒng)；在控制實現(xiàn)上，由整車控制器和DC-DC轉換器共同來完成DC-DC轉換器的控制和診斷功能。
DC-DC轉換器與混合動力整車控制器之間主要是通過DC-DC enable，DC-DC set，DC-DC OK，DC-DC load，DC-DC ref等信號線與混合動力整車控制器之間進行通訊的，其中，DC-DC enable是DC-DC轉換器的使能控制信號，整車控制器可以通過這個信號來控制DC-DC轉換器的啟動和停止；DC-DC set是用來設置DC-DC轉換器的輸出電壓和輸出電流；DC-DC OK是DC-DC轉換器工作狀態(tài)的反饋信號；DC-DC load和DC-DC ref是用來反饋DC-DC轉換器的工作載荷；其他DC-DC轉換器控制需要的信號可以共用整車控制器的傳感器，比如車載低壓電氣系統(tǒng)的電壓傳感器，車輛工作的環(huán)境溫度傳感器等。
本發(fā)明還采用了如如圖2所示的控制方法，DC-DC控制系統(tǒng)上電后，將首先檢測點火開關是否在ON的位置，再通過CAN網(wǎng)絡檢測高壓動力電池的主繼電器是否接通，檢測低壓電池的電壓來判斷低壓電池是否需要充電，如果需要充電，DC-DC控制系統(tǒng)將通過CAN網(wǎng)絡獲取來自BMS(動力電池管理系統(tǒng))的動力電池的SOC(荷電狀態(tài))信息，通過查表來獲取在此環(huán)境溫度下的低壓輸出端的初始電壓輸出值；此時，如果動力電池的SOC＞50％，表明動力電池荷電狀態(tài)較好，具備給電壓電氣系統(tǒng)供電的初步條件，如果SOC＜50％，則直接關閉DC-DC轉換系統(tǒng)，以保護動力電池系統(tǒng)。在50％＜SOC＜70％的條件下，如果發(fā)動機正在運轉，同時DC-DC轉換系統(tǒng)無錯誤信息返回，將使能DC-DC enable信號，允許DC-DC打開給低壓電氣系統(tǒng)供電；另外，如果動力電池的荷電狀態(tài)很好SOC＞70％時，即使發(fā)動機是在停止狀態(tài)，如果DC-DC轉換系統(tǒng)無錯誤信息返回時，同樣也將使能DC-DC enable信號，允許DC-DC打開給低壓電氣系統(tǒng)供電。(如圖2)這樣設計DC-DC轉換系統(tǒng)控制方法目的防止動力電池在發(fā)動機停轉的時候出現(xiàn)過放電現(xiàn)象，導致動力電池的損壞，因為在發(fā)動機運轉的時候，大電機可以及時給動力電池充電以維持較好的荷電狀態(tài)。但是當動力電池的荷電狀態(tài)很好的時候，即使發(fā)動機停轉時，為了保證及時給低壓電氣系統(tǒng)充電，是允許DC-DC轉換系統(tǒng)工作的。這是根據(jù)動力電池的充放電特性來決定的動力電池的SOC在50％～70％之間的充放電特性最好，可以在短時間內(nèi)完成電池的充電；但是當動力電池在SOC＞80％時，會導致動力電池因過充電容而損壞動力電池；當動力電池在SOC＜40％時，會導致動力電池因過放電而損壞動力電池。所以BMS(動力電池管理系統(tǒng))就會控制動力電池不在SOC＞80％或SOC＜40％的區(qū)域工作。DC-DC轉換器將根據(jù)車載低壓電氣系統(tǒng)用電需求和高壓動力電池的SOC來選擇其工作負荷。DC-DC轉換器也將根據(jù)動力電池的荷電狀態(tài)來動態(tài)調(diào)整其最大允許的工作負荷(如圖3)。這種控制方法在能夠綜合考慮動力電池特性和低壓電氣系統(tǒng)用電需求來給低壓電氣系統(tǒng)供電。
如圖3所示，圖中根據(jù)動力電池的充放電特性，將DC-DC轉換器的最大允許工作負荷分成5個區(qū)域，在不同的區(qū)域對應不同的DC-DC轉換系統(tǒng)的最大允許工作負荷區(qū)域。
權利要求
1.混合動力汽車的DC-DC轉換控制系統(tǒng)，包括高壓動力電源系統(tǒng)和低壓車載電氣系統(tǒng)，高壓動力電源系統(tǒng)和低壓車載電氣系統(tǒng)之間聯(lián)有DC-DC轉換器，其特征在于DC-DC轉換器通過一組信號線與混和動力整車控制器連接，DC-DC轉換器需要的各種信號可以共用整車控制器中相應的傳感器，由整車控制器來完成DC-DC轉換器的控制和診斷。
2.根據(jù)權利要求
1所述的混合動力汽車的DC-DC轉換控制系統(tǒng)所使用的控制方法，其特征在于采用了下列步驟檢測并判斷低壓車載電源系統(tǒng)中的低壓電池是否需要充電；如果不需要充電，則關閉DC-DC轉換器；如果需要充電，則通過CAN網(wǎng)獲取來自動力電池管理系統(tǒng)的動力電池的荷電狀態(tài)值SOC；當SOC＜＝50％，關閉DC-DC轉換器；當70％＞SOC＞50％，且發(fā)動機運轉，允許打開DC-DC轉換器；當80％＞SOC＞＝70％，允許開DC-DC轉換器；
專利摘要
本發(fā)明涉及一種混合動力汽車的DC－DC轉換控制系統(tǒng)及控制方法，包括高壓動力電源系統(tǒng)和低壓車載電氣系統(tǒng)，其特征在于DC－DC轉換器通過一組信號線與混和動力整車控制器連接，將DC－DC轉換器與整車控制器結合起來共同完成對DC－DC轉換器的控制和執(zhí)行，DC－DC轉換器根據(jù)車載低壓電氣系統(tǒng)的用電需求、高壓動力電池的荷電狀態(tài)、發(fā)動機和大電機的工作狀態(tài)、環(huán)境溫度、以及DC－DC轉換器本身的狀態(tài)因素來決定DC－DC轉換器的工作狀態(tài)，本發(fā)明的優(yōu)點在于1.降低混合動力車發(fā)動機的負載，提高高壓動力電源能量利用率，進一步降低燃油的消耗；2.DC－DC轉換效率高(達到90％以上)，高功率密度，高可靠性，抗干擾能力強，輸出電壓和輸出功率可控，低成本等特點。
文檔編號B60L11/00GK1996705SQ200610166267
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月21日
發(fā)明者王野 申請人:奇瑞汽車有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan