本發(fā)明涉及一種環(huán)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(huán)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(shù)。

背景技術(shù)：

通常，普通的內(nèi)燃機(jī)車輛使用化石燃料，例如汽油、柴油等，并且燃料因廢氣引發(fā)環(huán)境污染，因二氧化碳導(dǎo)致全球變暖、因臭氧產(chǎn)生引發(fā)呼吸疾病。此外，地球上存在有限量的化石燃料并且其可被耗盡。為了解決上述問題，已經(jīng)開發(fā)出環(huán)境友好車輛，例如，通過驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車輛(EV：electric vehicle)、通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV：hybrid electric vehicle)、通過從燃料電池產(chǎn)生的電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)從而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的燃料電池電動(dòng)車輛(FCEV：fuel cell electric vehicle)等。

上述環(huán)境友好車輛，例如能夠最小化環(huán)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(dòng)機(jī)、高壓電池、低壓電池、低壓直流(DC)-DC變換器。如圖1所示，當(dāng)?shù)蛪篋C-DC變換器在初始驅(qū)動(dòng)過程中同時(shí)執(zhí)行濾波時(shí)，降額(de-rating)響應(yīng)反應(yīng)延遲，并且產(chǎn)生過流A。當(dāng)?shù)蛪篋C-DC變換器因過流關(guān)斷時(shí)，通過輔助電池向電子負(fù)載供電。然而，當(dāng)輔助電池完全放電時(shí)，車輛將被關(guān)閉，因此，將引發(fā)事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種環(huán)境友好車輛的低壓DC-DC變換器，即使在驅(qū)動(dòng)低壓DC-DC變換器時(shí)產(chǎn)生過流，本發(fā)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(guān)斷。

特別地，本發(fā)明的一個(gè)方面可在環(huán)境友好車輛的低壓DC-DC變換器的初始驅(qū)動(dòng)過程中，通過驅(qū)動(dòng)脈沖寬度調(diào)制(PWM：pulse width modulation)控制器來提高響應(yīng)性的同時(shí)防止過流。此外，可穩(wěn)定通過驅(qū)動(dòng)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器給電子負(fù)載供電的輸出電流的紋波。在PWM控制器的穩(wěn)定時(shí)間(stabilization time)(例如，降額邏輯穩(wěn)定)后，低通濾波器(LPF：low pass filter)可保護(hù)低壓DC-DC變換器，并防止其關(guān)斷狀態(tài)，從而能夠確保車輛的駕駛性能。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種環(huán)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(yīng)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(yù)定增益將從輸出電流限制映射圖應(yīng)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(jīng)過預(yù)定時(shí)間后，對(duì)輸出限值進(jìn)行濾波并輸出。

低壓DC-DC變換器還可包括：計(jì)數(shù)器，其配置成當(dāng)功率控制器被驅(qū)動(dòng)時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且當(dāng)經(jīng)過預(yù)定時(shí)間時(shí)，向輸出限制器輸出控制信號(hào)。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(gè)輸出電流限值中的等于或者小于0的值輸出；濾波器，其配置成對(duì)從限流器輸出的值進(jìn)行濾波；以及，開關(guān)，其配置成響應(yīng)于從計(jì)數(shù)器輸出的控制信號(hào)，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(jì)數(shù)器可配置成在功率控制器被驅(qū)動(dòng)后直到功率控制器穩(wěn)定時(shí)為止，執(zhí)行計(jì)數(shù)。當(dāng)功率控制器穩(wěn)定的時(shí)間過去時(shí)，向開關(guān)輸出控制信號(hào)。當(dāng)在功率控制器被驅(qū)動(dòng)后，功率控制器穩(wěn)定的時(shí)間過去時(shí)，計(jì)數(shù)器可配置成執(zhí)行控制來使開關(guān)選擇濾波器的輸出信號(hào)。此外，當(dāng)功率控制器穩(wěn)定的時(shí)間未過去時(shí)，計(jì)數(shù)器還可配置成執(zhí)行控制來使開關(guān)選擇限流器的輸出信號(hào)。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(yīng)用器可包括：第一映射器，其配置成對(duì)于每個(gè)輸入電壓和輸出電壓輸出輸出電流限值；第二映射器，其配置成基于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(hào)與第二映射器的輸出信號(hào)相乘；以及，計(jì)算器，其配置成對(duì)乘法器的輸出信號(hào)與輸出電流感測(cè)值進(jìn)行計(jì)算。上述低壓DC-DC變換器還可包括：計(jì)算設(shè)備，其配置成對(duì)輸出限制器的輸出信號(hào)與初始輸出電壓控制信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并將其輸出。

附圖說明

從下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見，其中：

圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在環(huán)境友好車輛的普通的低壓DC-DC變換器驅(qū)動(dòng)后，立即發(fā)生過流的示例的曲線圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的環(huán)境友好車輛的示例性詳細(xì)配置圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的環(huán)境友好車輛的低壓DC-DC變換器的示例性詳細(xì)配置圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的環(huán)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(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于環(huán)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(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的環(huán)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(biāo)記說明

10 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)

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(fù)載

500 計(jì)數(shù)器

具體實(shí)施方式

在下文中，將參考示例性附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的某些示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，在為每個(gè)附圖的組件給出附圖標(biāo)記的過程中，相同的組件將由相同的附圖標(biāo)記表示，盡管其在不同的附圖中示出。此外，在描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的過程中，在公知結(jié)構(gòu)或功能可能會(huì)不必要地模糊本發(fā)明的示例性實(shí)施例的理解的情況下，將不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。

在描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的過程中，能夠使用詞語，例如“第一”、“第二”、A、B、(a)、(b)等。這些詞語僅用于將部件與其他部件區(qū)分。因此，對(duì)應(yīng)的部件的本質(zhì)、順序、次序等不由這些詞語限制。此外，除非另外定義，應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中所使用的全部術(shù)語包括具有與本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的術(shù)語相同的意思的科學(xué)術(shù)語和技術(shù)術(shù)語。應(yīng)當(dāng)理解的是，在本申請(qǐng)中，除非明確定義與之相反，由字典定義的詞語與在現(xiàn)有技術(shù)的上下文范圍內(nèi)的意思相同，并且其不應(yīng)被理想化理解或過于正式地理解。

本文所使用的專有名詞僅是為了說明特定實(shí)施例的目的，而非意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚表明，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”意在也包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，詞語“包括”和/或“包含”規(guī)定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、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(gè)或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目的任何或全部組合。例如，為了使本發(fā)明的說明清晰，將不示出無關(guān)部分，并且為了本發(fā)明清楚將擴(kuò)大層和區(qū)的厚度。此外，當(dāng)表述一層在另一層或基底“上”時(shí)，該層可以直接位于另一層或基底上，或者是在該層與另一層或基底之間可插入第三層。

盡管示例性實(shí)施例描述成使用多個(gè)單元來執(zhí)行示例性流程，但應(yīng)當(dāng)理解的是，示例性流程也可通過一個(gè)或者多個(gè)模塊執(zhí)行。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語“控制器/控制單元”可指代包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件設(shè)備。所述存儲(chǔ)器配置成存儲(chǔ)模塊，并且所述處理器特別地配置成執(zhí)行上述模塊從而執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)下文進(jìn)一步描述的過程。

此外，本發(fā)明的控制邏輯可實(shí)施為包含由處理器、控制器/控制單元等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存、智能卡和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可分布在網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以便例如通過遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)，以分布方式存儲(chǔ)和執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

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(lǐng)域的正常容差范圍內(nèi)，例如在平均值的2倍標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)?！凹s”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(nèi)。除非從上下文另外明確，本文提供的所有數(shù)值均由詞語“約”修飾。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或者其他相似術(shù)語包括一般的機(jī)動(dòng)車輛，例如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車(SUV)、公交車、卡車、各式商用車輛在內(nèi)的載客車輛，包括各種艇和船在內(nèi)的水運(yùn)工具，以及航空器等等，并且包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、內(nèi)燃車輛、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛、氫動(dòng)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(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的環(huán)境友好車輛的示例性詳細(xì)配置圖。參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的環(huán)境友好車輛可包括：電動(dòng)機(jī)10，其配置成驅(qū)動(dòng)車輛；高壓電池20，其配置成儲(chǔ)存用于向電動(dòng)機(jī)10供電的電荷；以及，逆變器11，其配置成旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10。環(huán)境友好車輛還可包括：低壓DC-DC變換器(LDC)30，其配置成執(zhí)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(fù)載之間的DC-DC電力變換；低壓電池40；以及，輔助電子負(fù)載41。

電動(dòng)機(jī)10可包括配置成驅(qū)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。逆變器11可配置成響應(yīng)于由控制器施加的可配置成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)10的控制信號(hào)，對(duì)于充電器(例如，燃料電池)提供的電力執(zhí)行相位變換。高壓電池20可用作高壓主電源，并且可配置成向電動(dòng)機(jī)10、空調(diào)、加熱器等提供補(bǔ)充電力。低壓電池40可包括配置成提供12V電力并向車輛的低壓電子負(fù)載41供電的輔助電源。在環(huán)境友好車輛中，可同時(shí)使用高壓電池20和低壓電池40。

具體地，當(dāng)輔助電池40的電力不足時(shí)，可使用低壓DC-DC變換器30對(duì)高壓電池的電力進(jìn)行整流并將其轉(zhuǎn)換成直流(DC)電力，并且可以該DC電力對(duì)輔助電池進(jìn)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(zhuǎn)換成交流(AC)電力，并且可配置成使用線圈、變壓器、電容等對(duì)AC電力進(jìn)行降壓(step-down)?？苫诟鱾€(gè)電子負(fù)載中使用的電壓對(duì)AC電力進(jìn)行整流，并將其轉(zhuǎn)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，并且也可以通過逆變器11與電動(dòng)機(jī)10連接。為了防止在低壓DC-DC變換器30的初始驅(qū)動(dòng)過程中產(chǎn)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，隨后，當(dāng)功率控制器穩(wěn)定時(shí)，功率控制器可與濾波器一起運(yùn)行。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的環(huán)境友好車輛的低壓DC-DC變換器的示例性詳細(xì)配置圖。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的低壓DC-DC變換器可包括：輸出電流限制映射圖應(yīng)用器100、功率控制器200、輸出限制器300、計(jì)算設(shè)備400以及計(jì)數(shù)器500。輸出電流限制映射圖應(yīng)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(yīng)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(jì)算器160。

濾波器110可以是低通濾波器，并且可配置成對(duì)輸出電流感測(cè)值(I_o)進(jìn)行濾波，并輸出輸出電流感測(cè)濾波值(I_{o_LPF})。濾波器120可以是低通濾波器，并且可配置成對(duì)溫度感測(cè)值(T_LDC)進(jìn)行濾波，并輸出溫度感測(cè)濾波值(T_{LDC_LPF})。第一映射器130可以配置成接收初始輸出電壓控制信號(hào)(V_{O_CMD_NEW})與輸入電壓感測(cè)值(V_{IN_CONST})，并可配置成為每個(gè)輸入電壓與輸出電壓輸出電流限值(I_{O_LMT1})。在此情況下，圖4中示出應(yīng)用于第一映射器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(cè)濾波值(T_{LDC_LPF})，輸出作為基于溫度的限值(例如，約0至1)的輸出電流百分比值(I_{O_PC})。換句話說，圖5中示出應(yīng)用于第二映射器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(I_{O_PC})與輸出電流限值(I_{O_LMT1})相乘，并且還可配置成輸出輸出電流限制相乘值(I_{O_LMT2})。計(jì)算器160可配置成將從濾波器110輸出的輸出電流感測(cè)濾波值(I_{o_LPF})與從乘法器150輸出的輸出電流限制相乘值(I_{O_LMT2})相加。功率控制器200可配置成將從計(jì)算器160輸出的信號(hào)放大。然而，當(dāng)功率控制器200的增益為1時(shí)，功率控制器200可配置成將輸出電流與輸出電壓控制信號(hào)關(guān)聯(lián)或匹配來使其彼此以1:1的比例對(duì)應(yīng)。具體地，功率控制器200可配置成對(duì)于每約1A的輸出電流減少1V的輸出電壓控制信號(hào)。

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(chǎn)生從功率控制器200輸出的輸出限值，直到功率控制器200穩(wěn)定。當(dāng)已經(jīng)經(jīng)過功率控制器200的穩(wěn)定時(shí)間時(shí)，可對(duì)從功率控制器200輸出的輸出限值進(jìn)行濾波并將其輸出。具體地，輸出限制器300可包括限流器310、濾波器320以及開關(guān)330。限流器310可配置成將從功率控制器200輸出的多個(gè)輸出電流限值中的等于或小于0的值輸出。濾波器320可配置成對(duì)由限流器310限制的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。因此，濾波器320可配置成除去輸出信號(hào)的紋波。開關(guān)330可配置成響應(yīng)于從計(jì)數(shù)器500輸出的控制信號(hào)，選擇濾波器320的輸出信號(hào)與限流器310的輸出信號(hào)中的一者。

計(jì)算設(shè)備400可配置成將由開關(guān)330選擇的輸出信號(hào)與初始輸入電壓控制信號(hào)(V_{O_CMD_NEW})進(jìn)行計(jì)算。計(jì)數(shù)器500可配置成在功率控制器200操作時(shí)執(zhí)行計(jì)數(shù)，并且當(dāng)經(jīng)過預(yù)定時(shí)間時(shí)，可配置成向輸出限制器300輸出控制信號(hào)。計(jì)數(shù)器500可配置成在功率控制器200的操作后執(zhí)行計(jì)數(shù)，直到功率控制器200穩(wěn)定，并且基于功率控制器200穩(wěn)定所經(jīng)過的時(shí)間輸出配置成操作開關(guān)330的控制信號(hào)。換句話說，計(jì)數(shù)器500可配置成在功率控制器200操作后，功率控制器200穩(wěn)定的時(shí)間過去時(shí)，執(zhí)行控制來接合開關(guān)330，以選擇濾波器320的輸出信號(hào)。此外，當(dāng)功率控制器200穩(wěn)定的時(shí)間未過去時(shí)，計(jì)數(shù)器500可配置成操作開關(guān)330來選擇限流器310的輸出信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明，如圖6所示，在低壓DC-DC變換器的初始驅(qū)動(dòng)的過程中，通過單獨(dú)驅(qū)動(dòng)功率控制器200來提高響應(yīng)性的同時(shí)，可防止過流(B)。此外，在功率控制器200的穩(wěn)定時(shí)間(例如，降額邏輯穩(wěn)定)后，通過驅(qū)動(dòng)功率控制器200和濾波器320，可以穩(wěn)定輸出電流的紋波，從而向電子負(fù)載供電(C)。因此，可保護(hù)低壓DC-DC變換器并可防止關(guān)斷狀態(tài)，因此能夠確保車輛的驅(qū)動(dòng)性能。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，即使在低壓DC-DC變換器的驅(qū)動(dòng)中產(chǎn)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(guān)斷，因此能夠確保車輛行駛的安全。

在上文中，盡管本發(fā)明已經(jīng)參考示例性實(shí)施例和附圖進(jìn)行描述，但是本發(fā)明不限于此，而是在不違背在所附權(quán)利要求中所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可由本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員做出各種修改和變化。