環境友好車輛的低壓DC‑DC變換器的製作方法
2023-10-11 10:00:19
本發明涉及一種環境友好車輛的低壓直流(DC：direct current)-DC變換器，且更具體地，涉及一種能夠通過有效地限制環境友好車輛的低壓DC-DC變換器的輸出來提高車輛的駕駛性能的技術。
背景技術：
通常，普通的內燃機車輛使用化石燃料，例如汽油、柴油等，並且燃料因廢氣引發環境汙染，因二氧化碳導致全球變暖、因臭氧產生引發呼吸疾病。此外，地球上存在有限量的化石燃料並且其可被耗盡。為了解決上述問題，已經開發出環境友好車輛，例如，通過驅動電動機進行驅動的電動車輛(EV：electric vehicle)、通過發動機和電動機驅動的混合動力電動車輛(HEV：hybrid electric vehicle)、通過從燃料電池產生的電力驅動電動機從而進行驅動的燃料電池電動車輛(FCEV：fuel cell electric vehicle)等。
上述環境友好車輛，例如能夠最小化環境問題和資源耗盡問題的低排放車輛、或者能夠解決上述問題的零排放車輛，包括電動機、高壓電池、低壓電池、低壓直流(DC)-DC變換器。如圖1所示，當低壓DC-DC變換器在初始驅動過程中同時執行濾波時，降額(de-rating)響應反應延遲，並且產生過流A。當低壓DC-DC變換器因過流關斷時，通過輔助電池向電子負載供電。然而，當輔助電池完全放電時，車輛將被關閉，因此，將引發事故。
技術實現要素：
本發明提供了一種環境友好車輛的低壓DC-DC變換器，即使在驅動低壓DC-DC變換器時產生過流，本發明也能通過有效地限制低壓DC-DC變換器的輸出，可以防止低壓DC-DC變換器的關斷。
特別地，本發明的一個方面可在環境友好車輛的低壓DC-DC變換器的初始驅動過程中，通過驅動脈衝寬度調製(PWM：pulse width modulation)控制器來提高響應性的同時防止過流。此外，可穩定通過驅動脈衝寬度調製(PWM)控制器給電子負載供電的輸出電流的紋波。在PWM控制器的穩定時間(stabilization time)(例如，降額邏輯穩定)後，低通濾波器(LPF：low pass filter)可保護低壓DC-DC變換器，並防止其關斷狀態，從而能夠確保車輛的駕駛性能。根據本發明的示例性實施例，一種環境友好車輛的低壓DC-DC變換器可包括：輸出電流限制映射圖應用器，其配置成使用輸出電流限制映射圖來輸出輸出電流限值；功率控制器，其配置成以預定增益將從輸出電流限制映射圖應用器輸出的輸出限值放大；輸出限制器，其配置成將從功率控制器輸出的輸出限值輸出。此外，在經過預定時間後，對輸出限值進行濾波並輸出。
低壓DC-DC變換器還可包括：計數器，其配置成當功率控制器被驅動時進行計數，並且當經過預定時間時，向輸出限制器輸出控制信號。輸出限制器可包括：限流器，其配置成將從功率控制器輸出的多個輸出電流限值中的等於或者小於0的值輸出；濾波器，其配置成對從限流器輸出的值進行濾波；以及，開關，其配置成響應於從計數器輸出的控制信號，輸出濾波器的輸出和限流器的輸出中的一者。此外，濾波器可以是低通濾波器。
計數器可配置成在功率控制器被驅動後直到功率控制器穩定時為止，執行計數。當功率控制器穩定的時間過去時，向開關輸出控制信號。當在功率控制器被驅動後，功率控制器穩定的時間過去時，計數器可配置成執行控制來使開關選擇濾波器的輸出信號。此外，當功率控制器穩定的時間未過去時，計數器還可配置成執行控制來使開關選擇限流器的輸出信號。功率控制器可具有約為1的增益。
上述輸出電流限制映射圖應用器可包括：第一映射器，其配置成對於每個輸入電壓和輸出電壓輸出輸出電流限值；第二映射器，其配置成基於溫度變化輸出輸出限值；乘法器，其配置成將第一映射器的輸出信號與第二映射器的輸出信號相乘；以及，計算器，其配置成對乘法器的輸出信號與輸出電流感測值進行計算。上述低壓DC-DC變換器還可包括：計算設備，其配置成對輸出限制器的輸出信號與初始輸出電壓控制信號進行計算，並將其輸出。
附圖說明
從下文結合附圖的詳細描述中，本發明的上述及其他目的、特徵和優點將變得更加顯而易見，其中：
圖1是示出根據現有技術，在環境友好車輛的普通的低壓DC-DC變換器驅動後，立即發生過流的示例的曲線圖；
圖2是根據本發明的示例性實施例的環境友好車輛的示例性詳細配置圖；
圖3是根據本發明的示例性實施例的環境友好車輛的低壓DC-DC變換器的示例性詳細配置圖；
圖4是根據本發明的示例性實施例的環境友好車輛的低壓DC-DC變換器所用的輸出限制映射圖的示例性示意圖；
圖5是根據本發明的示例性實施例的用於環境友好車輛的低壓DC-DC變換器的溫度限制映射圖的示例性示意圖；以及
圖6是示出防止根據本發明的示例性實施例的環境友好車輛的低壓DC-DC變換器的過流的示例性曲線圖。
附圖標記說明
10 驅動電動機
11 逆變器
20 高壓電池(主電池)
40 低壓電池(輔助電池)
41 輔助電子負載
500 計數器
具體實施方式
在下文中，將參考示例性附圖詳細描述本發明的某些示例性實施例。應當注意的是，在為每個附圖的組件給出附圖標記的過程中，相同的組件將由相同的附圖標記表示，儘管其在不同的附圖中示出。此外，在描述本發明的示例性實施例的過程中，在公知結構或功能可能會不必要地模糊本發明的示例性實施例的理解的情況下，將不對其進行詳細描述。
在描述本發明的示例性實施例的過程中，能夠使用詞語，例如「第一」、「第二」、A、B、(a)、(b)等。這些詞語僅用於將部件與其他部件區分。因此，對應的部件的本質、順序、次序等不由這些詞語限制。此外，除非另外定義，應當理解的是，本說明書中所使用的全部術語包括具有與本領域的技術人員所理解的術語相同的意思的科學術語和技術術語。應當理解的是，在本申請中，除非明確定義與之相反，由字典定義的詞語與在現有技術的上下文範圍內的意思相同，並且其不應被理想化理解或過於正式地理解。
本文所使用的專有名詞僅是為了說明特定實施例的目的，而非意在限制本發明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚表明，單數形式「一個」、「一種」和「該」意在也包括複數形式。還將理解的是，當在本說明書中使用時，詞語「包括」和/或「包含」規定所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。如本文所使用的，詞語「和/或」包括一個或多個相關列出項目的任何或全部組合。例如，為了使本發明的說明清晰，將不示出無關部分，並且為了本發明清楚將擴大層和區的厚度。此外，當表述一層在另一層或基底「上」時，該層可以直接位於另一層或基底上，或者是在該層與另一層或基底之間可插入第三層。
儘管示例性實施例描述成使用多個單元來執行示例性流程，但應當理解的是，示例性流程也可通過一個或者多個模塊執行。此外，應當理解的是，術語「控制器/控制單元」可指代包括存儲器和處理器的硬體設備。所述存儲器配置成存儲模塊，並且所述處理器特別地配置成執行上述模塊從而執行一個或者多個下文進一步描述的過程。
此外，本發明的控制邏輯可實施為包含由處理器、控制器/控制單元等執行的可執行程序指令的計算機可讀介質上的非暫時性計算機可讀介質。計算機可讀介質的示例包括但不限於ROM、RAM、光碟(CD)-ROM、磁帶、軟盤、快閃記憶體、智慧卡和光學數據存儲設備。計算機可讀記錄介質也可分布在網絡連接的計算機系統中，以便例如通過遠程信息處理伺服器或控制器區域網路(CAN)，以分布方式存儲和執行計算機可讀介質。
除非特別陳述或從上下文顯而易見，如本文所使用的，詞語「約」被理解為處在本領域的正常容差範圍內，例如在平均值的2倍標準差內。「約」可理解為在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內。除非從上下文另外明確，本文提供的所有數值均由詞語「約」修飾。
應當理解的是，本文所使用的術語「車輛」或「車輛的」或者其他相似術語包括一般的機動車輛，例如包括運動型多用途車(SUV)、公交車、卡車、各式商用車輛在內的載客車輛，包括各種艇和船在內的水運工具，以及航空器等等，並且包括混合動力車輛、電動車輛、內燃車輛、插電式混合動力電動車輛、氫動力車輛以及其他代用燃料車輛(例如，從石油以外的資源取得的燃料)。
在下文中，將參考圖2至圖6詳細地描述本發明的示例性實施例。圖2是根據本發明的示例性實施例的環境友好車輛的示例性詳細配置圖。參考圖2，根據本發明的示例性實施例的環境友好車輛可包括：電動機10，其配置成驅動車輛；高壓電池20，其配置成儲存用於向電動機10供電的電荷；以及，逆變器11，其配置成旋轉電動機10。環境友好車輛還可包括：低壓DC-DC變換器(LDC)30，其配置成執行高壓電池20與低壓電池(例如，約為12V的輔助電池)之間以及高壓電池20與低壓輔助電子負載之間的DC-DC電力變換；低壓電池40；以及，輔助電子負載41。
電動機10可包括配置成驅動車輛的驅動電動機。逆變器11可配置成響應於由控制器施加的可配置成驅動電動機10的控制信號，對於充電器(例如，燃料電池)提供的電力執行相位變換。高壓電池20可用作高壓主電源，並且可配置成向電動機10、空調、加熱器等提供補充電力。低壓電池40可包括配置成提供12V電力並向車輛的低壓電子負載41供電的輔助電源。在環境友好車輛中，可同時使用高壓電池20和低壓電池40。
具體地，當輔助電池40的電力不足時，可使用低壓DC-DC變換器30對高壓電池的電力進行整流並將其轉換成直流(DC)電力，並且可以該DC電力對輔助電池進行充電。換句話說，低壓DC-DC變換器30可配置成將一般DC電力轉換成交流(AC)電力，並且可配置成使用線圈、變壓器、電容等對AC電力進行降壓(step-down)。可基於各個電子負載中使用的電壓對AC電力進行整流，並將其轉換成供電的DC電力。具體地，低壓DC-DC變換器30可以直接連接在作為車輛的電池的高壓電池20與低壓電池40之間，並且也可以通過逆變器11與電動機10連接。為了防止在低壓DC-DC變換器30的初始驅動過程中產生過流，低壓DC-DC變換器30可配置成在初始接合的過程中操作功率控制器，隨後，當功率控制器穩定時，功率控制器可與濾波器一起運行。
圖3是根據本發明的示例性實施例的環境友好車輛的低壓DC-DC變換器的示例性詳細配置圖。根據本發明的示例性實施例的低壓DC-DC變換器可包括：輸出電流限制映射圖應用器100、功率控制器200、輸出限制器300、計算設備400以及計數器500。輸出電流限制映射圖應用器100可配置成通過輸出電流限制映射圖輸出輸出電流限值。例如，輸出電流限制映射圖應用器100可包括濾波器110和120、第一映射器(mapper)130、第二映射器140、乘法器150以及計算器160。
濾波器110可以是低通濾波器，並且可配置成對輸出電流感測值(Io)進行濾波，並輸出輸出電流感測濾波值(Io_LPF)。濾波器120可以是低通濾波器，並且可配置成對溫度感測值(TLDC)進行濾波，並輸出溫度感測濾波值(TLDC_LPF)。第一映射器130可以配置成接收初始輸出電壓控制信號(VO_CMD_NEW)與輸入電壓感測值(VIN_CONST)，並可配置成為每個輸入電壓與輸出電壓輸出電流限值(IO_LMT1)。在此情況下，圖4中示出應用於第一映射器130的輸出電流限制映射圖。第二映射器140可配置成使用從濾波器120輸出的溫度感測濾波值(TLDC_LPF)，輸出作為基於溫度的限值(例如，約0至1)的輸出電流百分比值(IO_PC)。換句話說，圖5中示出應用於第二映射器140的溫度限制映射圖。
乘法器150可配置成將輸出電流百分比值(IO_PC)與輸出電流限值(IO_LMT1)相乘，並且還可配置成輸出輸出電流限制相乘值(IO_LMT2)。計算器160可配置成將從濾波器110輸出的輸出電流感測濾波值(Io_LPF)與從乘法器150輸出的輸出電流限制相乘值(IO_LMT2)相加。功率控制器200可配置成將從計算器160輸出的信號放大。然而，當功率控制器200的增益為1時，功率控制器200可配置成將輸出電流與輸出電壓控制信號關聯或匹配來使其彼此以1:1的比例對應。具體地，功率控制器200可配置成對於每約1A的輸出電流減少1V的輸出電壓控制信號。
在低壓DC-DC變換器的初始操作過程中，輸出限制器300可配置成產生從功率控制器200輸出的輸出限值，直到功率控制器200穩定。當已經經過功率控制器200的穩定時間時，可對從功率控制器200輸出的輸出限值進行濾波並將其輸出。具體地，輸出限制器300可包括限流器310、濾波器320以及開關330。限流器310可配置成將從功率控制器200輸出的多個輸出電流限值中的等於或小於0的值輸出。濾波器320可配置成對由限流器310限制的輸出信號進行濾波。因此，濾波器320可配置成除去輸出信號的紋波。開關330可配置成響應於從計數器500輸出的控制信號，選擇濾波器320的輸出信號與限流器310的輸出信號中的一者。
計算設備400可配置成將由開關330選擇的輸出信號與初始輸入電壓控制信號(VO_CMD_NEW)進行計算。計數器500可配置成在功率控制器200操作時執行計數，並且當經過預定時間時，可配置成向輸出限制器300輸出控制信號。計數器500可配置成在功率控制器200的操作後執行計數，直到功率控制器200穩定，並且基於功率控制器200穩定所經過的時間輸出配置成操作開關330的控制信號。換句話說，計數器500可配置成在功率控制器200操作後，功率控制器200穩定的時間過去時，執行控制來接合開關330，以選擇濾波器320的輸出信號。此外，當功率控制器200穩定的時間未過去時，計數器500可配置成操作開關330來選擇限流器310的輸出信號。
根據本發明，如圖6所示，在低壓DC-DC變換器的初始驅動的過程中，通過單獨驅動功率控制器200來提高響應性的同時，可防止過流(B)。此外，在功率控制器200的穩定時間(例如，降額邏輯穩定)後，通過驅動功率控制器200和濾波器320，可以穩定輸出電流的紋波，從而向電子負載供電(C)。因此，可保護低壓DC-DC變換器並可防止關斷狀態，因此能夠確保車輛的驅動性能。如上所述，根據本發明的示例性實施例，即使在低壓DC-DC變換器的驅動中產生過流，也能通過有效地限制低壓DC-DC變換器的輸出，可以防止低壓DC-DC變換器的關斷，因此能夠確保車輛行駛的安全。
在上文中，儘管本發明已經參考示例性實施例和附圖進行描述，但是本發明不限於此，而是在不違背在所附權利要求中所要求的本發明的精神和範圍的情況下，可由本發明所屬領域內的技術人員做出各種修改和變化。