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CN1996705B - 混合动力汽车的dc-dc转换控制系统及控制方法 - Google Patents

混合动力汽车的dc-dc转换控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车的DC-DC转换控制系统及控制方法，包括高压动力电源系统和低压车载电气系统，其特征在于：DC-DC转换器通过一组信号线与混和动力整车控制器连接，将DC-DC转换器与整车控制器结合起来共同完成对DC-DC转换器的控制和执行，DC-DC转换器根据车载低压电气系统的用电需求、高压动力电池的荷电状态、发动机和大电机的工作状态、环境温度、以及DC-DC转换器本身的状态因素来决定DC-DC转换器的工作状态，本发明的优点在于：1、降低混合动力车发动机的负载，提高高压动力电源能量利用率，进一步降低燃油的消耗；2、DC-DC转换效率高(达到90％以上)，高功率密度，高可靠性，抗干扰能力强，输出电压和输出功率可控，低成本等特点。

Description

混合动力汽车的DC-DC转换控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉一种混合动力汽车的DC-DC(直流-直流)转换方法，特别涉及混合动力车高压电源系统向低压电气系统供电的DC-DC转换控制系统及其控制方法。
背景技术：
目前，高效、节能、环保的清洁汽车就成为汽车行业发展新趋势。为此，混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，缩写HEV)因其兼有电动车的低排放优点与内燃机汽车的高比能量优点而越来越受到关注，成为目前阶段竟相研发的新型车辆之一。所谓混合动力汽车就是将小功率发动机与辅助动力源(例如：电动机)同时安装在一辆汽车上为车辆提供驱动力，所述的混和动力车上，辅助动力单元实际上是一台大功率电动机。就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由动力电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者协同工作，取长补短，即保持所期望的车辆动力性又能降低燃油消耗。混合动力汽车的产生可以有效解决现代汽车行业带来的能源和环保问题，混合动力汽车发动机的功率一般比同级的发动机要小，通过对发动机和电机的合理控制，使得二者配合工作，保证发动机经常处在效率最高状态下运转。
国内外在混合动力车用DC-DC转换器多采用风冷独立安装的方案，在控制方法上采用DC-DC转换器独立控制或者整车控制器辅助控制。风冷式的DC-DC转换器存在体积大、不易安装的缺点；独立控制在设计好后，不宜更改控制方法和可控性、可升级性差的弊端。针对上述问题进行广泛检索，尚未发现相关的解决方案。
发明内容：
本发明的目的就是为克服已有技术中存在的缺点，利用整车控制器实现动态调整DC-DC转换系统的输出特性，使高压动力电池向低压车载电气系统提供电能处于控制的最佳状态。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
混合动力汽车的DC-DC转换控制系统，包括高压动力电源系统和低压车载电气系统，高压动力电源系统和低压车载电气系统之间联有DC-DC转换器，其特征在于：DC-DC转换器通过一组信号线与混和动力整车控制器连接，DC-DC转换器需要的各种信号可以共用整车控制器中相应的传感器，由整车控制器来完成DC-DC转换器的控制和诊断。DC-DC转换器主要通过信号线DC-DC enable，DC-DC set，DC-DC OK，DC-DC load，DC-DC ref与混和动力整车控制器连接。
根据上述混合动力汽车的DC-DC转换控制系统所使用的控制方法，其特征在于采用了下列步骤：
检测并判断低压车载电源系统中的低压电池是否需要充电；
如果不需要充电，则关闭DC-DC转换器；
如果需要充电，则通过CAN网获取来自动力电池管理系统的动力电池的荷电状态值SOC；
当SOC＜＝50％，关闭DC-DC转换器；
当70％＞SOC＞50％，且发动机运转，允许打开DC-DC转换器；
当80％＞SOC＞70％，允许开DC-DC转换器。
上述控制方法的实质是：将DC-DC转换器与混和动力整车控制器结合起来共同完成对DC-DC转换器的控制和执行，DC-DC转换器根据车载低压电气系统的用电需求、高压动力电池的荷电状态、发动机和大电机的工作状态、环境温度、以及DC-DC转换器本身的状态因素来决定DC-DC转换器的工作状态，DC-DC转换器将根据这些因素来动态的控制DC-DC转换器的输出特性。
因为在混合动力汽车中，尽量降低发动机附件的负载，是降低燃油消耗提高发动机工作效率的一个有效途径。由于在混合动力车上同时存在高压直流电气系统和低压直流电气系统，本发明中取消了原车的小发电机，用一套带有自诊断功能的DC-DC(直流-直流)转换系统代替原来的小发电机。这套系统可以把高压电通过降压变成与汽车低压电气系统相匹配的电压，给低压电气系统供电和给小蓄电池充电。
本发明优点在于：1、取消小发电机可以进一步降低混合动力车发动机的负载，这样可以充分发挥混合动力车的优势，提高高压动力电源能量利用率，进一步降低汽车燃油的消耗；2、本发明中的DC-DC(直流-直流)转换系统控制方法使得这套系统具有高转换效率(其转换效率能达到90％以上)，高功率密度，高可靠性，抗干扰能力强，输出电压和输出功率可控，低成本等特点。
附图说明：
图1是DC-DC转换器与整车控制器连接原理框图；
图2是DC-DC转换转换控制方法流程图；
图3是DC-DC转换器最大允许工作负荷和动力电池荷电状态关系图；
具体实施方式：
如图1所示，本发明中的DC-DC转换系统能够根据动力电池的荷电状态、发动机工作状态，低压电气系统的负载状态、低压小蓄电池的荷电状态、DC-DC转换器自身的温度等信息来智能化选择DC-DC转换器的工作状态。主要完成从高压动力电系统给低压车载电气系统供电，给低压小蓄电池充电，调整低压电气系统到一个特定的电压值，DC-DC转换系统的开关控制等功能。本DC-DC转换器充分利用混和动力车本身资源来实现其功能，在机械结构上，与混合动力整车控制器共用水冷系统；在控制实现上，由整车控制器和DC-DC转换器共同来完成DC-DC转换器的控制和诊断功能。
DC-DC转换器与混合动力整车控制器之间主要是通过DC-DC enable，DC-DC set，DC-DC OK，DC-DC load，DC-DC ref等信号线与混合动力整车控制器之间进行通讯的，其中，DC-DC enable是DC-DC转换器的使能控制信号，整车控制器可以通过这个信号来控制DC-DC转换器的启动和停止；DC-DC set是用来设置DC-DC转换器的输出电压和输出电流；DC-DC OK是DC-DC转换器工作状态的反馈信号；DC-DC load和DC-DC ref是用来反馈DC-DC转换器的工作载荷；其他DC-DC转换器控制需要的信号可以共用整车控制器的传感器，比如：车载低压电气系统的电压传感器，车辆工作的环境温度传感器等。
本发明还采用了如如图2所示的控制方法，DC-DC控制系统上电后，将首先检测点火开关是否在ON的位置，再通过CAN网络检测高压动力电池的主继电器是否接通，检测低压电池的电压来判断低压电池是否需要充电，如果需要充电，DC-DC控制系统将通过CAN网络获取来自BMS(动力电池管理系统)的动力电池的SOC(荷电状态)信息，通过查表来获取在此环境温度下的低压输出端的初始电压输出值；此时，如果动力电池的SOC＞50％，表明动力电池荷电状态较好，具备给电压电气系统供电的初步条件，如果SOC＜50％，则直接关闭DC-DC转换系统，以保护动力电池系统。在50％＜SOC＜70％的条件下，如果发动机正在运转，同时DC-DC转换系统无错误信息返回，将使能DC-DC enable信号，允许DC-DC打开给低压电气系统供电；另外，如果动力电池的荷电状态很好：SOC＞70％时，即使发动机是在停止状态，如果DC-DC转换系统无错误信息返回时，同样也将使能DC-DC enable信号，允许DC-DC打开给低压电气系统供电。(如图2)这样设计DC-DC转换系统控制方法目的防止动力电池在发动机停转的时候出现过放电现象，导致动力电池的损坏，因为在发动机运转的时候，大电机可以及时给动力电池充电以维持较好的荷电状态。但是当动力电池的荷电状态很好的时候，即使发动机停转时，为了保证及时给低压电气系统充电，是允许DC-DC转换系统工作的。这是根据动力电池的充放电特性来决定的：动力电池的SOC在50％～70％之间的充放电特性最好，可以在短时间内完成电池的充电；但是当动力电池在SOC＞80％时，会导致动力电池因过充电容而损坏动力电池；当动力电池在SOC＜40％时，会导致动力电池因过放电而损坏动力电池。所以BMS(动力电池管理系统)就会控制动力电池不在SOC＞80％或SOC＜40％的区域工作。DC-DC转换器将根据车载低压电气系统用电需求和高压动力电池的SOC来选择其工作负荷。DC-DC转换器也将根据动力电池的荷电状态来动态调整其最大允许的工作负荷(如图3)。这种控制方法在能够综合考虑动力电池特性和低压电气系统用电需求来给低压电气系统供电。
如图3所示，图中根据动力电池的充放电特性，将DC-DC转换器的最大允许工作负荷分成5个区域，在不同的区域对应不同的DC-DC转换系统的最大允许工作负荷区域。

Claims (1)

1.混合动力汽车的DC-DC转换控制方法，包括高压动力电源系统和低压车载电气系统，高压动力电源系统和低压车载电气系统之间联有DC-DC转换器，  DC-DC转换器通过一组信号线与混和动力整车控制器连接，DC-DC转换器需要的各种信号共用整车控制器中相应的传感器，由整车控制器来完成DC-DC转换器的控制和诊断，其特征在于采用了下列步骤：
检测并判断低压车载电气系统中的低压电池是否需要充电；
如果不需要充电，则关闭DC-DC转换器；
如果需要充电，则通过CAN网获取来自动力电池管理系统的动力电池的荷电状态值SOC；
当SOC＜＝50％，关闭DC-DC转换器；
当70％＞SOC＞50％，且发动机运转，允许打开DC-DC转换器；
当80％＞SOC＞＝70％，允许开DC-DC转换器。
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