CN109521827B - 供电装置的电压降补偿控制***与方法 - Google Patents

供电装置的电压降补偿控制***与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种供电装置的电压降补偿控制***与方法。用于补偿直流DC‑DC转换器与电池之间的电气连接线中产生的电压降的供电装置的电压降补偿控制***，包括控制器，配置为将用于补偿电压降的第一控制值施加于输出电压指令，从而产生通过补偿DC‑DC转换器的输出电压指令而获得的补偿电压指令。控制器还基于补偿电压指令或DC‑DC转换器的输出电压检测值与电池电压之间的误差确定第一控制值。

Description

供电装置的电压降补偿控制***与方法
技术领域
本发明涉及一种供电装置的电压降补偿控制***与方法，并且更具体地，能够通过按比例调节DC-DC转换器的输出电压与电池电压之间的误差，补偿DC-DC转换器与电池之间的电气连接线中产生的电压降的供电装置的电压降补偿控制***与方法。
背景技术
通常，DC-DC转换器的输出电压是指电池能够在最佳条件下运行的电压。由于DC-DC转换器与电池之间设置有线电阻部件，因此产生电压降。特别地，在电池端子上应用的电压小于电池运行的最佳电压。因此，DC-DC转换器输出反映电压降补偿的电压，使得电池可在以最优化的方式运行。然而，当DC-DC转换器产生用于补充电压降的电压，并且发生降低电池的电流极限或DC-DC转换器的输出电流极限时，DC-DC转换器通常不输出反映电压降补偿的电压。
本部分中公开的内容仅用于增强对本公开背景的理解，而不应视为承认或任何形式的暗示该内容构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
提供一种供电装置的电压降补偿控制***与方法。电压降补偿控制***与方法使得DC-DC转换器输出电压，以使电池通过电压降补偿在最佳状态下运行，并且输出当发生降低电池的电流极限或DC-DC转换器的输出电流极限时正常(例如，在预期运行条件下)反映电压降补偿的电压。
在本公开的示例性实施例的一个方面中，用于补偿DC-DC转换器与电池之间电气连接线中产生的电压降的供电装置的电压降补偿控制***可以包括控制器，配置为将用于补偿电压降的第一控制值施加于DC-DC转换器的输出电压指令，从而产生通过补偿输出电压指令而获得的补偿电压指令。控制器可以配置为基于补偿电压指令或DC-DC转换器的输出电压检测值与电池电压之间的误差确定第一控制值。
在一些示例性实施例中，控制器可以配置为通过将车辆降额的第二数值施加于补偿电压降的第一控制值，从而产生通过补偿输出电压指令而获得的补偿电压指令。特别地，第二控制值可以基于电池的电流极限或DC-DC转换器的输出电流极限确定。
此外，控制器可以包括电压指令测定器，其配置为基于车辆行驶条件确定输出电压指令。控制器可以包括：比例控制器，配置为按比例调节补偿电压指令或DC-DC转换器的输出电压检测值与电池电压之间的误差；以及低通滤波器，配置为对比例控制器的输出进行滤波以确定第一控制值。此外，比例控制器的比例增益可以约为1。低通滤波器可以配置为确定基于所述第一控制值的电压降补偿的响应性小于所述电池电压变化时的波段。
根据本公开的示例性实施例的另一方面，一种用于补偿直流DC-DC转换器与电池之间的电气连接线中产生的电压降的供电装置的电压降补偿控制方法，可以包括：通过控制器，确定DC-DC转换器的输出电压指令并接收电池电压；通过控制器，基于反馈的补偿电压指令或DC-DC转换器的输出电压检测值以及电池电压，确定补偿电压降的第一控制值；以及通过控制器，将第一控制值施加于输出电压指令以产生补偿电压指令。
电压降补偿控制方法可以进一步包括：通过控制器，在产生补偿电压指令之前，确定用于车辆降额的第二控制值。特别地，通过控制器确定第二控制值可以包括：基于电池的电流极限或DC-DC转换器的输出电流极限确定第二控制值。此外，通过控制器产生补偿电压指令可以包括：通过控制器，将第二控制值施加于通过将第一控制值施加于输出电压指令所获得的数值。
在其它示例性实施例中，确定第一控制值可以包括：通过将增益施加于补偿电压指令或DC-DC转换器的输出电压检测值与电池电压之间的误差，执行比例调节；以及通过控制器，通过低通滤波将增益施加于误差获得的数值，执行滤波以确定第一控制值。因此，比例增益可以约为1。执行滤波可以包括：通过控制器，施加低通滤波以确定使得基于所述第一控制值的电压降补偿的响应性小于所述电池电压变化的波段。
附图说明
当结合附图时，将会从以下详细描述中更清楚地理解本公开的上述以及其他目的、特征和其他优点，其中：
图1是根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***的示例性电路图。
图2是根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***的控制器的框图。
图3是示出根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***输出的电压、电流、电压指令、电流指令、电压降补偿值以及补偿电压指令的示例性曲线图。
图4示出根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制方法的示例性流程图。
具体实施方式
虽然将结合示例性实施例说明本公开，但是应当理解的是，本说明并非旨在将本公开限制于这些示例性实施例。相反，本公开旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本公开的思想和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其他实施例。
在此所用的术语仅用于说明特定实施例，而不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文明确指示，否则单数形式“一”、“一”和“这”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在此说明书中使用“包括”和/或“包括”时，是指存在列出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。例如，为了使本公开描述清楚，未示出不相关的部件，并且为了清楚起见夸大了层和区域的厚度。进一步地，当陈述层在另一层或基底“上”时，该层可以直接在另一层或基底上，或者第三层可以设置在其间。
尽管示例性实施例描述为使用多个单元以执行示例性过程，但可以理解的是，示例性过程也可以通过单个或多个单元执行。此外可以理解的是，术语控制器/控制单元指代包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为存储模块，并且处理器配置为执行上述模块以执行下文进一步所述的一个或多个过程。
除非上下文特别或明确说明，此处所用的术语“约”理解为在技术的正常容差范围内，比如在平均值的两个标准偏差内。“约”可以理解为规定数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非上下文明确指示，否则此处的所有数值均可由术语“约”修改。
可以理解的是，本文所用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、公交车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船艇、轮船、航空器等的船只，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机汽车、插电式混合动力电动车辆、氢燃料车辆以及其他替代燃料车辆(例如来自非石油资源的燃料)。
现在将参照附图，详细描述本公开的示例性实施例。只要在可能的情况下，贯穿附图，相同的附图标记将指代相同或相似的部件。
现将参照附图详细描述根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***及方法。图1是根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***的示例性电路图。参照图1，电压降补偿控制***10可以包括：DC-DC转换器11、电池12以及控制器13。
DC-DC转换器11可以是低压DC-DC转换器(LDC)，配置为转换输入电压并且输出转换后的电压。例如，DC-DC转换器11可以设置在高压电池(未示出)与电池12(例如，低压电池)之间。DC-DC转换器可以配置为从高压电池输入的DC电压电平，并且将转换后的电压电平提供至电池12。与DC-DC转换器11连接的电池12可以通过从DC-DC转换器11接收DC电力电压进行充电。
如图1所示，DC-DC转换器11与电池12可通过诸如电缆等连接。尤其是，特别地，电缆可以具有电阻Rline。由于电缆电阻Rline，DC-DC转换器11与电池12之间存在压降与电阻Rline*电池电流Ibat相对应的电压，因此，小于DC-DC转换器11输出电压的电压可以施加于电池12的两个端子。鉴于上述问题，本公开提供一种利用控制器13补偿DC-DC转换器11与电池12之间的电压降的方法。
控制器13可以配置为将用于补偿电压降的第一控制电压VC1和用于车辆降额的第二控制值VC21和VC22施加于DC-DC转换器11的输出电压指令，从而产生通过补偿DC-DC转换器11的输出电压指令Vvrv *而获得的补偿电压指令VO *。更具体地，控制器13可以配置为基于补偿电压指令VO *或DC-DC转换器11的输出电压检测值VO与电池12的电压Vbat之间的误差确定第一控制值VC1。第一控制值VC1可以体现在DC-DC转换器11的输出电压指令Vvrv *中。
控制器13可以配置为就电池12的当前电流极限和/或DC-DC转换器11的输出电流极限而言，确定用于车辆降额的第二控制电压VC21和VC22。当电池12的电流和/或DC-DC转换器11的电流在车辆降额期间受到限制时，可以施加第二控制电压VC21和VC22。控制器13可通过将第一和第二控制值VC21和VC22施加于DC-DC转换器11的输出电压指令Vvrv *以生成补偿电压指令VO *。
控制器13的详细配置在图2中示出。图2是根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***的控制器的框图。图3是示出根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***输出的电压、电流、电压指令、电流指令、电压降补偿值以及补偿电压指令的示例性曲线图。
参考图2，控制器13可以包括电压指令测定器131、比例控制器(PI)132、低通滤波器(LPF)133以及降额控制器134。电压指令测定器131可以配置为基于车辆的行驶条件确定DC-DC转换器11的输出电压指令。车辆的行驶条件是指各种行驶条件，可以包括主继电器的运行状态、冷却水的量、根据智能电池传感器状态确定的可变电压控制等。
PI控制器132可以配置为按比例调节补偿电压指令VO *或DC-DC转换器11的输出电压检测值VO与电池12的电压Vbat之间的误差。换言之，PI控制器132可以配置为接收补偿电压指令VO *或DC-DC转换器11的输出电压检测值VO，以及电池12的电压Vbat，并且计算所接收值的误差。PI控制器132可以配置为通过将比例增益施加于误差而执行比例控制。特别地，由PI控制器132计算出的误差可能是与由于DC-DC转换器11与电池12之间的电阻Rline的发生电压降相对应的数值。
当PI控制器132对补偿电压指令VO *或DC-DC转换器11的输出电压检测值VO与电池12的电压Vbat之间的误差施加比例控制时，比例增益的大小可约为1。描述为输入到PI控制器132的补偿电压指令VO *可以是指令值，用于通过在输出电压指令Vvrv *中反映第一控制值VC1和第二控制值VC21和VC22，从而调节DC-DC转换器11的输出，并且将在下文中做进一步详细说明。
LPF133可以配置为滤波PI控制器132的输出，以确定第一控制值VC1。第一控制值VC1可以是用于补偿DC-DC转换器11与电池12之间的电压降的数值，并且在图3示出为电压降补偿值。特别地，LPF133的波段可以被确定为具有小于电池电压变化的基于第一控制值VC1的电压降补偿的响应性。
通常，由于电池12的特性，电池12的电压增加斜率可调节为小于DC-DC转换器11的输出电压增加斜率。因此，当DC-DC转换器11的输出电压立即改变时，可以增加两个输入值(例如，补偿电压指令VO *或DC-DC转换器11的输出电压检测值VO与电池12的电压Vbat之间的误差)的误差。因此，可能执行过度电压降补偿。为防止这种现象，可以将控制器13配置为选择LPF133的波段，从而使电压降补偿响应性能够小于电池12的电压增加斜率。特别地，LPF133的波段可指代如图3中示出的LPF133延迟电压降补偿的持续时间。
降额控制器134可以配置为确定用于车辆降额的第二控制值VC21和VC22。例如，诸如电池12的电流极限或DC-DC转换器11的输出电流极限的降额发生时，控制器13在生成通常反映电压降补偿的补偿电压指令VO *上存在困难。换言之，当降额发生时，补偿电压指令VO *可以小于DC-DC转换器11的输出电压指令Vvrv *，DC-DC转换器11的输出电压检测值VO可能减小，电池12的电压Vbat可能减小，并且输入到PI控制器132的两个数值的误差可能增加。因此，电压降值可能增加，并且由降额确定的控制值可能重置。降额性能和降额响应可能恶化。
降额控制器134可以包括多个PI控制器。降额控制器134可以配置为接收电池12的电流指令Ibat*与电池12的电流Ibat，并且输出能够通过对误差施加PI控制而减小两个输入值的误差的第二控制值VC21。此外，降额控制器134可以配置为接收DC-DC转换器11的电流指令Io*与DC-DC转换器11的输出电流检测值Io，并且输出能够通过对误差施加PI控制而减小两个输入值的误差的第二控制值VC22。例如，由于第二控制值VC21和VC22，补偿电压指令VO *可能减少，DC-DC转换器11的输出电压检测值VO可能减少，电池12的电压Vbat可能减少，输入到PI控制器132的两个数值的误差可能保持，由此相比于传统方案改善降额响应。
特别地，降额控制器134可以配置为当诸如电池12的电流极限或DC-DC转换器11的降额发生时，与传统控制方案相比较，改善降额响应。因此，尽管负荷可能突然变化或模式可能突然调整，但是由DC-DC转换器过量电流导致的故障数量和故障可能性可能减少。因此，可以提高DC-DC转换器的耐久性，并且可以提高产品的适销性。控制器13可以配置为通过添加由电压指令测定器131确定的输出电压指令Vvrv *、由PI控制器132确定的第一控制值VC1以及由降额控制器134确定的第二控制值VC21和VC22生成补偿电压指令VO *。
图4示出根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制方法的示例性流程图。根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制方法可以由参照图1至图3详细描述的根据本公开上述示例性实施例的电压降补偿控制***10的控制器16执行。因此，以下将参照图4简要说明电压降补偿控制方法，并且具体操作或其示例由上述说明替代。
首先，控制器13可以配置为确定DC-DC转换器11的输出电压指令Vvrv *并且接收电池12的电压Vbat(S10)。控制器13可以配置为基于反馈的补偿电压指令VO *或DC-DC转换器11的输出电压检测值VO以及电池12的电压Vbat确定补偿电压降的第一控制值VC1(S20)。进一步地，控制器13可以配置为确定车辆降额的第二控制值VC21和VC22(S30)。控制器13可以配置为通过将第一控制值VC1和控制值VC21与VC22施加于输出电压指令Vvrv *生成补偿电压指令VO *(S40)。
正如从上述描述所显而易见地，根据本公开示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***及方法，通过按比例调节DC-DC转换器的输出电压与电池电压之间的误差以补偿DC-DC转换器与电池之间发生的电压降。因此，DC-DC转换器可更加有效地输出电压，以使电池在最佳状态下运行。
此外，根据示例性实施例的供电装置的电压降补偿控制***及方法可使得DC-DC转换器输出这样的电压：该电压即使发生诸如电池电流极限以及DC-DC转换器输出电流极限的降额时，也可反映电压降补偿。因此，与传统控制方案相比较，可以改善降额响应。进一步地，当负荷突然变化或模式突然调整时，由DC-DC转换器过量电流导致的故障发生数量和故障可能性可能减少，并且可以提高DC-DC转换器的耐久性以及可以提高产品的适销性。
尽管出于说明性的目的公开本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (13)

1.一种供电装置的电压降补偿控制***，包括：
电气连接线，在DC-DC转换器与电池之间具有电压降；以及
控制器，配置为将用于补偿所述电压降的第一控制值施加于所述DC-DC转换器的输出电压指令，从而产生通过补偿所述输出电压指令而获得的补偿电压指令，
其中所述控制器配置为基于所述补偿电压指令或所述DC-DC转换器的输出电压检测值与所述电池电压之间的误差确定所述第一控制值，以及
其中所述控制器包括电压指令测定器，其配置为基于车辆行驶条件确定输出电压指令。
2.根据权利要求1所述的电压降补偿控制***，其中所述控制器配置为通过将车辆降额的第二控制值施加于补偿电压降的所述第一控制值，从而产生通过补偿输出电压指令而获得的所述补偿电压指令。
3.根据权利要求2所述的电压降补偿控制***，其中所述第二控制值基于所述电池的电流极限或所述DC-DC转换器的输出电流极限确定。
4.根据权利要求1所述的电压降补偿控制***，其中所述控制器包括：
比例控制器，配置为按比例调节所述补偿电压指令或所述DC-DC转换器的输出电压检测值与所述电池电压之间的误差；以及
低通滤波器，配置为对所述比例控制器的输出进行滤波以确定所述第一控制值。
5.根据权利要求4所述的电压降补偿控制***，其中所述比例控制器的比例增益为1。
6.根据权利要求4所述的电压降补偿控制***，其中所述低通滤波器配置为确定基于所述第一控制值的电压降补偿的响应性小于所述电池电压变化时的波段。
7.一种用于补偿DC-DC转换器与电池之间的电气连接线中产生的电压降的供电装置的电压降补偿控制方法，包括：
通过控制器，基于车辆行驶条件确定所述DC-DC转换器的输出电压指令并接收电池电压；
通过所述控制器，基于反馈的补偿电压指令或所述DC-DC转换器的输出电压检测值以及所述电池电压，确定补偿电压降的第一控制值；以及
通过所述控制器，将所述第一控制值施加于输出电压指令以产生补偿电压指令。
8.根据权利要求7所述的电压降补偿控制方法，进一步包括：
通过所述控制器，在产生所述补偿电压指令之前，确定用于车辆降额的第二控制值。
9.根据权利要求8所述的电压降补偿控制方法，其中基于电池的电流极限或DC-DC转换器的输出电流极限确定第二控制值。
10.根据权利要求8所述的电压降补偿控制方法，其中产生所述补偿电压指令包括：
通过所述控制器，将所述第二控制值施加于通过将所述第一控制值施加于输出电压指令所获得的数值。
11.根据权利要求7所述的电压降补偿控制方法，其中确定所述第一控制值进一步包括：
通过所述控制器，通过将比例增益施加于所述补偿电压指令或所述DC-DC转换器的输出电压检测值与所述电池电压之间的误差，执行比例调节；以及
通过所述控制器，通过低通滤波将比例增益施加于误差获得的数值，执行滤波以确定所述第一控制值。
12.根据权利要求11所述的电压降补偿控制方法，其中比例增益为1。
13.根据权利要求11所述的电压降补偿控制方法，其中执行滤波包括：
通过所述控制器，施加低通滤波以确定使得基于所述第一控制值的电压降补偿的响应性小于所述电池电压变化的波段。
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