[發明專利]具有分布式控制的電動車輛直流功率轉換

有效

• 申請號: 201710680004.2
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107769294B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 邁克爾·漢德;理查德·戴奇·安德森
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 劉小峰

一種電動車輛，具有包括提供主電壓的串聯電池單元的電池組。為了從所有電池單元平均地提供低電壓總線，多個DC/DC轉換器由各自的單元供電并且它們的輸出并聯。中央模塊具有外部回路控制器，其產生目標電流以將總線電壓調節到預定電壓，并且具有根據電池單元的各自的荷電狀態將目標電流分配到多個分配的電流指令中的分配器。多個本地控制器各自調節各自的DC/DC轉換器的電流。每個本地控制器接收各自的分配的電流指令作為各自的前饋控制變量。只有當誤差高于閾值時，每個本地控制器將總線電壓和預定電壓之間的誤差積分為各自的反饋控制變量。

技術領域

本發明大體涉及用于電動車輛的電力系統，更具體地，涉及用于控制DC/DC(直流/直流)轉換器以將電池組的高電壓轉換為低電壓以用于電動車輛的低電壓總線的方法和裝置。

背景技術

諸如電池電動車輛和混合動力電動車輛的電動車輛通常利用由DC電源驅動的高壓電源總線，其可以包括諸如多電芯的電池組的存儲和/或轉換裝置。電池組可以具有串聯連接的多個電芯，以便提供必要的電力和/或電壓電平。電芯需要實時監控以使效率和性能最大化，并確定電池荷電狀態(SOC)以預測電池電源下剩余的車輛可行駛里程。諸如鋰離子(Li-Ion)的普通電池類型使用大量堆疊在一起(串聯和/或并聯連接)的單個電芯，并且電芯的組可以以組為單位分層次地連接，從而對組進行監控而不是單個電芯。如本文所用，電池單元是指單個電芯或視為整體的電芯的組。

除了與電動車輛中驅動牽引馬達相關聯的高電壓組件之外，車輛還包含低電壓的電氣組件和附件(例如控制模塊、照明、通信和娛樂設備)以及用于支撐低電壓組件的低電壓電池。為了從主高壓電池組向低電壓組件供電和/或為低電壓電池充電，已經使用DC/DC轉換器將高電壓向下轉換為適當的低電壓以驅動低電壓電源總線。

雖然可以接入電池組的一小部分來獲得較低的電壓，但是由此導致的來自電池組的不平衡的電源消耗是不期望的。另一方面，使用由電池組的全部高電壓直接驅動的單個DC/DC轉換器需要轉換器中的高電壓組件，這導致高成本。為了獲得必要的電壓轉換和平衡多個電芯之間的電負載，已經使用一組DC/DC轉換器，每個轉換器的輸入端連接到不同的電芯(或電芯的單元)并且轉換器輸出端并聯連接，如Piccard等人的美國專利8,115,446所示，其公開內容通過引用并入本文。

電池組中的典型電芯可以產生大約4V電壓。例如，低電壓總線的目標或設定點電壓可以為大約14V。如果每個DC/DC轉換器覆蓋一個電芯，則控制其將電壓從4V增加到14V。如果每個轉換器覆蓋六個串聯的電芯，那么它被控制以將其輸入端兩端的24V減小到所需的14V電壓。

Zane等人的美國專利申請公開2015/0214757A1公開了多個DC/DC旁路轉換器，其輸出端同樣并聯連接，其中每個轉換器的操作根據其各自電池單元的電池狀態單獨地調節，從而降低電池狀態與參考狀態的偏離率。因此，電池單元的荷電狀態更均勻，這提高了電池組的整體性能。然而，獨立地改變來自每個DC/DC轉換器的功率的副作用是從轉換器并聯連接導出的公共輸出電壓可能不能保持恒定在期望值或值的范圍。低電壓DC總線上產生的電壓不穩定性可能會對組件運行造成不利影響和造成低電壓電池的壽命快速損失，特別是因為總的低電壓功率負載可能在車輛使用過程中迅速變化。

在與本申請同時提交的系列待審的美國申請號(83675287)、題目為“低電壓總線的電動車輛功率轉換”的專利文獻中，其全部內容通過引用并入本文中，公開了一種控制策略，其中第一控制器接收實際總線電壓。第一控制器響應于總線電壓產生目標總電流，該目標總電流適于將實際總線電壓調節到目標電壓。第二控制器根據連接到轉換器的電池單元的各自的荷電狀態，將目標電流分配給用于各自轉換器的多個分配的電流指令中。因此，電力以如下方式從電池組中得到，即，平衡其荷電狀態，同時在低電壓總線上保持穩定的電壓。