控制机动车辆的车载网络中的直流转换器的方法与流程

本发明涉及用于控制存在于包括从属电池（batteriedeservitude）的机动车辆的车载网络中的dc/dc直流转换器的方法。低压或中压车载网络经由转换器联接到牵引电池，牵引电池向配备有逆变器（onduleur）和牵引电机的高压牵引网络馈电。按照至少一个标定模式根据电压或力矩（couple）的整定值来驱动逆变器。

背景技术：

图1示出了包括牵引电池1的电动机动车辆。较粗的黑线示出了牵引网络3，而较细的黑线示出了车载网络2。

车辆包括用于推动车辆的牵引电动机4和逆变器5，逆变器5可以插在牵引网络3中的牵引电池1与牵引电动机4之间。牵引网络3可以向辅助元件9馈电，辅助元件9比如空调或供暖系统、空气压缩机等。牵引网络3还包括牵引电池1的充电器10，其接通到机动车辆外部的再充电端子。控域网（也称为英语缩写“can”）11将若干计算机联接到同一线缆以使之彼此通信。

牵引电动机4需要高压馈电，而车载网络2需要通常低压或中压的馈电。因此，牵引电池1首先通过直流到具有更低电压的直流的转换器6（或dc/dc转换器）来向车载网络2馈电。实际上，牵引电池1的电压可以在48到400伏之间，而车载网络的电压可以在12到24伏。但这不是限制性的。

在车载网络2中，连接了诸如计算机之类的消费性设备或元件，其中包括电子控制单元（英语缩写为ecu）7，电子控制单元7车载于机动车辆中以用于控制或操控各种控制构件。电子控制单元7可以包括例如车辆管理器，其尤其是管理电池管理系统，所述电池管理系统用于在车载网络2中的电压超出预定限制时限制该电压。

车载网络2还包括诸如汽车收音机之类的多媒体设备、各种电动致动器（诸如用于刮水器、车门玻璃升降器等的电动致动器）、照明源、以及低压电池或从属电池8，例如12伏的电池，其用于在该电压下的车载网络2。

任何电动或混合动力机动车辆都一方面配备有管理牵引电池的电池管理系统，并且另一方面配备有管理车载网络中的电池管理系统的操控的车辆管理器。

在混合动力车辆中，经由牵引网络向车载网络馈电。直流转换器在输入端连接到牵引网络，并将来自牵引网络的高压电流转换为用于车载网络的中压或低压电流。

图2示出了混合动力或电动机动车辆中的电气网络。该电气网络包括牵引电池1，牵引电池1向配备有逆变器5和牵引电机4的高压牵引网络3馈电。

用于管理牵引电池1的管理系统12包括从正分支13b分流的预充电分支13a，正分支13b将牵引电池1的正极+连接到牵引网络3的正分支。负分支13c将牵引电池1的负极-连接到牵引网络3的负分支。用于管理牵引电池的管理系统12的所有分支13a至13c均设有开关15，并且预充电分支13a包括电阻14。

低压或中压车载网络2以与牵引网络3的电机4和逆变器5分流的方式经由dc/dc直流转换器6联接到牵引电池1。在转换器6的输出端，车载网络2分为第一分支2a和第二分支2b，第一分支2a包括从属电池8和测量从属电池8的载荷（charge）的传感器16，第二分支2b与第一分支2a分流，包括一个或多个消费性元件7a。逆变器5和转换器6由电子控制单元来驱动，电子控制单元可以属于消费性元件7a。

在常规的控制模式中，按三种模式来驱动车辆的牵引网络与车载网络之间的转换器。第一种模式称为再充电模式，以恒定的电压（通常为14.5伏）为从属电池再充电。第二种模式称为零电流模式，其确保了从属电池没有任何电流，并且确保了由转换器传输的功率仅服务于车载网络上的消费性元件。第三种模式称为截断模式，转换器被控制为使得不进行功率传输。

考虑限制牵引电池的充电和放电范围的特定情况，必须对流入和流出该电池的电流进行精细控制，同时保证从属电池的充电的平衡点。

在将牵引网络连接到车载网络的转换器的常规或标定控制模式中，车载网络上的功率瞬变可能会引起牵引网络上的反应。当系统需要对进出牵引电池的电流的精细控制时（尤其是在降级模式下或在特别冷时）、并且当需要电机输入端处没有力矩跳变时，这些功率瞬变会导致问题。另外，这种模式无法确保车载网络上的能量平衡。

将电压逆变器放置在电机的上游，电压逆变器在脉冲命令下（尤其是通过脉宽调制命令）根据命令模式来操作，所述命令模式最常见地是基于电压，但是也可能是基于电流强度。在逆变器的驱动模式是按电压的情况下，该模式的响应性低于转换器的模式，并且车载网络的功率变化会在无衰减的情况下传输到牵引网络，从而导致牵引网络不稳定，这导致电机可能会经历较大的功率跳变。

针对机动车辆的电气网络，所述电气网络一方面包括包含牵引电池和电机的牵引电气网络，并且另一方面包括通过直流转换器联接到牵引网络的车载电气网络，车载网络包括从属电池并向一个或各个消费性元件馈电，本发明所基于的问题是减少车载网络向牵引网络的动态传播，同时就从属电池的充电和放电安排好（ménager）从属电池。

技术实现要素：

为此，本发明涉及一种用于控制存在于包括从属电池的机动车辆的车载网络中的dc/dc直流转换器的方法，低压或中压车载网络经由转换器联接到牵引电池，牵引电池向配备有逆变器和牵引电机的高压牵引网络馈电，在驱动期间，按照至少一个标定模式根据电压或力矩的整定值来驱动逆变器，其特征在于，当检测到功率瞬变从车载网络向牵引网络传输而导致牵引网络不稳定时，比如功率瞬变导致牵引电机两端的电压显著下降或上升，这些下降或上升可能分别超出了牵引电机的最小操作电压和最大操作电压，用转换器输出端处的电流强度限制来实施转换器的辅助控制模式，该电流强度限制是根据从属电池的载荷状态，电流强度限制随着从属电池的载荷的减少而增大。

导致牵引网络不稳定的功率瞬变意指导致电机两端的电压显著下降或上升的能够被检测到的功率瞬变，这些下降或上升可能分别超出了电机的最小操作电压和最大操作电压，在这种情况下，电机可能会被停用。导致不稳定性的这些功率瞬变还可能引起能够被检测到的电机力矩的突变，尤其是（但并非仅是）在低转速下。

在特定的非限制性的情况中，当牵引电池被停用时，即使是暂时停用，电机也将充当发电机，并且然后可能经历电压突变，这是要避免的。

最后，在导致不稳定的功率瞬变期间，牵引网络中的电压可能下降到最小电压以下，从而导致转换器和整个牵引网络停用。

技术效果在于，暂停当时生效的标定模式，以用涉及到在直流转换器的输出端处限制车载网络中的电流强度的模式来代替所述标定模式，该限制是根据从属电池的当时生效的载荷。

改变控制转换器的方式，这导致以力矩来操控电机，以使其能够令人满意地操作，并使得电机仅提供牵引网络为了高压辅助馈电所需的功率。于是，转换器用作几乎恒定的功率消费器，这使得能够保证功率可用性。从而平息了牵引网络的功率动态变化。

如果该载荷较高，例如（但非限制性地）高于最大载荷的60％，则可以请求从属电池向车载网络馈电，并在转换器输出端处确立相对较低的电流强度限制。相反，如果该载荷不是很高或甚至不足，则随着电池放电相反地增加转换器输出端处的相对较低的电流强度限制，以确保向车载网络的馈电。

这使得能够不引起牵引网络对车载网络的动态变化的反应，引起反应对于牵引网络来说是有害的，在牵引网络中不存在用于快速地衰减动态变化的装置，逆变器的驱动无法确保这样的保护。

当电流强度限制较高时，例如（但非限制性地）为200安，从属电池可以进行再充电。一旦达到相对较高的载荷，从属电池就可以再次开始至少部分地向车载网络馈电，并且可以降低电流强度限制，例如（但非限制性地）降低至达到20安，以便从属电池接近但不达到其最大载荷。如果该载荷超出最大载荷，则该方法同样可以暂停，在这种情况下，转换器可能暂时不再向车载网络馈电。

这样，根据本发明的方法的实施除了保护电机免受电压跳变的影响之外，还保护了车载网络的从属电池免受过度放电的影响。有利地，当用转换器输出端处的电流强度限制来实施转换器辅助控制模式时，将转换器的参考电压设为最大值。

于是，以电压、并且通过将参考电压值设置为非常高来控制转换器。这样可获得的是，转换器遵循输出端处的电流强度限制。实际上，将标定模式下转换器输出端处的电流强度的整定值与根据本发明的方法所施加的输出端处的电流强度限制进行比较，并且采用整定值和限制之间的最小值。由于转换器的参考电压被设为最大值，因此输出端处的电流强度限制是最低强度值，也因此将其施加于转换器的输出端处。

有利地，当用转换器输出端处的电流强度限制来实施转换器辅助控制模式时，转换器的参考电压被设为最大值。

有利地，预先确定从属电池的最大载荷值和最小载荷值。这使得能够为从属电池界定最佳操作范围，并请求它遵守最大和最小载荷值。在该方法的实施中，如果可能的话，最好不要分别向上超出最大载荷值或向下超出最小载荷值。

有利地，定义在转换器输出端处的车载网络中的最大电流强度和最小电流强度，其中，在从属电池的最小载荷值处，电流强度限制等于最大电流强度，并且在从属电池的最大载荷值处，电流强度限制等于最小电流强度，最小值被定义为至少等于车载网络的电流强度的平均值，所述平均值是在机动车辆的行驶周期中确立的。

可以为从属电池的最大强度和最大载荷的值设立变化范围。这些变化范围可以用来校正从属电池的载荷估计中的误差。例如（但非限制性地），智能电池系统可以包括以大于+/-10％的误差工作的载荷传感器以便监测从属电池的载荷。在估计最大和最小电流强度时要考虑到这一点。

有利地，根据图表（cartographie）来确定电流强度限制，特定地针对被标识为导致功率瞬变传输（这会引起牵引网络中的不稳定）的寿命情况（situationdevie）中的每一个来制定根据电池载荷给出电流强度限制的曲线。

实际上，所标识的寿命情况可能彼此不同并且需要不同的电流强度限制。例如，对于牵引电池运转不良，可能将会更多地请求从属电池，并且对应于从属电池给出的载荷的强度限制可能于是会低于针对另一种标识的寿命情况的强度限制，因为牵引网络可能很难确保向车载网络的馈电。

有利地，使用电流强度限制的变化梯度限幅器。如前所述，避免会引起牵引网络的反应的强度限制的突变是有利的，所述突变很难在该牵引网络中衰减。优选地，要避免电流强度限制的台阶（palier），并且有利地用适合于所处理的寿命情况的斜坡来代替台阶。

有利地，被标识为导致引起牵引网络不稳定的功率瞬变的寿命情况是由于特定的外部条件（诸如外部温度低于0°c或外部温度高于45°c）而导致的牵引电池的暂时性缺陷、牵引电池的永久性缺陷、根据电压整定值对逆变器的驱动，该驱动意味着电机上的电动力矩的变化。

缺陷意指运转不良，而不一定完全停止牵引电池的功能。对于外部温度过高来说，该缺陷可能是期望的，以便保护电池。

另一寿命情况是根据力矩来驱动逆变器，以在牵引电池中获得期望的电流，这不是逆变器的优选驱动模式。由于网络动态变化的管理不足，这样的驱动会引发问题。本发明的实施使得能够稳定这样的驱动，并提供除了根据电压以外的控制逆变器的新的可能性。

另一寿命情况（这三种寿命情况是非限制性的）是在按照电压进行驱动期间监测机器的功率，其中，控制对涉及到传输到电机的电动力矩的振荡的功率调用，以便调节由牵引电池输送的电流。

有利地，所述至少一个标定模式选自：第一，从属电池的再充电模式；第二，电流强度为零的模式，其中，不向从属电池馈送任何电流，从属电池的载荷充足，转换器输出端处的功率被传输到车载网络其余部分中的一个或多个消费性元件；以及第三，停止模式，其中，转换器被控制为使得传输到车载网络中的功率为零。

这介绍了主要采用的三种标定模式。这三种标定模式的目的是尽可能少地请求从属电池。第一模式对应于从属电池的再充电，第二模式对应于电池充电结束而不使用从属电池，并且第三模式对应于在车载网络与牵引网络隔离的情况下使用从属电池。

本发明还涉及混合动力或电动机动车辆中的电气网络，该电气网络包括牵引电池，牵引电池向配备有逆变器和牵引电机的高压牵引网络馈电，并且低压或中压车载网络经由dc/dc直流转换器与牵引网络分流地联接到牵引电池，转换器输出端处的车载网络分为包括从属电池的第一分支和包括一个或多个消费性元件的第二分支，逆变器和转换器由电子控制单元来驱动，其特征在于，电子控制单元包括用于实施这种控制方法的装置，控制单元包括用于识别被标识为导致引起牵引网络不稳定的功率瞬变的寿命情况中的至少一种的装置，比如功率瞬变导致牵引电机两端的电压显著下降或上升，这些下降或上升可能分别超出了牵引电机的最小操作电压和最大操作电压，车载网络包括用于估计从属电池的载荷的装置，所述装置至少通过发送而与电子控制单元通信。

根据本发明的方法仅以软件的方式实施，其尤其涉及电子控制单元，因此不需要添加诸如传感器之类的新元件。

有利地，第一分支包含载荷传感器作为用于估计从属电池的载荷的装置。根据现有技术，该载荷传感器已经存在于车载网络中，从而节省了实施装置。

附图说明

通过阅读以下详细描述并参照以非限制性示例的名义给出的附图，本发明的其他特征、目的和优点将愈发显现，在附图中：

-图1是具有牵引电池的电动机动车辆的示意性表示，该牵引电池一方面向高压网络馈电，并且另一方面向机动车辆中的车载网络馈电，根据本发明的用于控制构成车载网络和牵引网络之间的联接的转换器的方法可以在这样的机动车辆中实施，

-图2是具有牵引电池的电动机动车辆中的电气网络的示意性表示，该牵引电池一方面向高压网络馈电，并且另一方面向机动车辆中的车载网络馈电，根据本发明的用于控制构成车载网络和牵引网络之间的联接的转换器的方法可以在这样的机动车辆中实施，

-图3a是根据本发明的用于控制构成车载网络和牵引网络之间的联接的转换器的方法的实施的实施例的示意性表示，通过电流强度限制来节制从转换器离开的电流，在该图3a中为较低的电流强度限制，其是根据从属电池的载荷确定的，从属电池除了来自转换器的低强度电流之外还向车载网络馈电，

-图3b是图3a的实施例的示意性表示，其中使用电流强度限制的变化梯度限幅器用于该较低电流限制，

-图4a是根据本发明的用于控制构成车载网络和牵引网络之间的联接的转换器的方法的实施的实施例的示意性表示，通过电流强度限制来节制从转换器离开的电流，在该图4a中为相对较高的电流强度限制，其是根据从属电池的载荷确定的，从属电池由来自转换器的较高强度的电流所分出的电流进行充电，

-图4b是图4a的实施例的示意性表示，其中使用电流强度限制的变化梯度限幅器用于该相对较高的电流强度限制，

-图5是根据本发明的用于控制构成车载网络和牵引网络之间的联接的转换器的方法的可选实施的实施例的示意性表示，其中示出了电压回路和电流强度回路，通过根据从属电池的载荷确定的电流强度限制来节制从转换器离开的电流，如前面在图3b和4b中示出的那样，其中，在适当的情况下，使用电流强度限制的变化梯度限幅器，

-图6a、6b和6c是根据现有技术的用于从包含牵引电池的牵引网络向包含从属电池的车载网络馈电的相应的标定模式的示意性表示，根据本发明的方法的实施校正了该标定模式。

具体实施方式

参考所有附图，尤其是参考图2、3a、3b、4a和4b，本发明涉及用于控制存在于包括从属电池8的机动车辆的车载网络2中的dc/dc直流转换器6的方法。低压或中压车载网络2经由转换器6联接到牵引电池1，牵引电池1向配备有逆变器5和牵引电机4的高压牵引网络3馈电。

众所周知，根据电压整定值（换言之，通过控制电压）或者根据力矩整定值（换言之，通过控制力矩）来驱动逆变器5，这是根据至少一个标定模式，其对应于电气网络的一个或多个标准操作模式。

根据本发明，尤其是参考图3a、3b、4a和4b，检测被标识为导致引起牵引网络3不稳定的功率瞬变从车载网络2向高压牵引网络3的传输的寿命情况，并且当检测到这样的寿命情况时，用转换器6的辅助控制模式来补充标定模式，所述辅助控制模式通过转换器6的输出端处的电流强度限制limi来实施。

当用转换器6输出端处的电流强度限制limi来实施转换器6的辅助控制模式时，可以将转换器6的参考电压设为最大值。该值例如可以是15.5伏。该电流强度限制limi是根据从属电池8的载荷状态，电流强度限制limi随着从属电池8的载荷减少而增大。

图3b和4b示出了用于根据从属电池8的载荷来计算电流强度限制limib的模块。图3b和图4b分别示出了由围绕一段曲线的圆来表示的电流强度限制，该限制分别在图3b中相对较低而在图4b中相对较高，根据能够在50%至80%变化的从属电池8的载荷，所述限制非限制性地为20至200安。

50％至80％的值可以分别表示从属电池8的不能低于其的最小载荷的值和不能高于其的最大载荷的值，这是为了在放电或充电时保护从属电池8，而且也是为了针对最小载荷值保留从属电池8的载荷的安全裕度。

可以在转换器6的输出端处定义车载网络2中的最大电流强度和最小电流强度。在图3b和4b中，最大电流强度值分别为200安和20安。最小电流强度值可以被定义为至少等于车载网络的平均电流强度值，该平均电流强度值是在机动车辆的行驶周期中确立的。

在从属电池8的最小载荷值（例如50％）处，电流强度限制limi可以等于最大电流强度（例如200安），其中虑及了载荷估计误差，以免对从属电池8过度放电。

在从属电池8的最大载荷值（例如80％）处，电流强度限制limi可以等于最小电流强度，例如20安。

在这两个最大和最小强度值之间，电流强度限制limi遵循如下曲线：电流强度限制limi随载荷变化而绘制的曲线，如模块17所示，其例示了电流强度限制随电池载荷变化的图表。

如图3b和4b所示，基于根据现有技术的控制模式给出的电流强度整定值isp来确定电流强度限制limib。该电流强度限制limib是未经校正的原始强度限制，但可以根据其变化梯度来得出电流强度限制limi。可以根据图表17在用于根据从属电池8的载荷来计算电流强度限制limib的模块中确定电流强度限制limib。在模块18中进行根据校正梯度的校正。

在图3a和4a中，当未对原始电流强度限制limib应用任何校正时，附图标记limi所表示的限制也可以是图3b和4b中附图标记limib的原始电流强度限制，因为该校正不是必需的而仅是优选的。

可以特定地针对被标识为导致从车载网络向牵引网络的功率瞬变传输（这会引起牵引网络不稳定）的寿命情况中的每一个来制定根据电池载荷给出原始电流强度限制limib的曲线，每种已标识的寿命情况都需要特定的解决方案。

原始电流强度限制limib的变化可以是弯曲的，而不是如图3b和4b所示的直线，例如形成向高处张开的形状。该曲线可以具有针对从属电池8的平均载荷的台阶，对于所述台阶，原始电流强度限制limib可能不会变化很大。

对于低电流强度限制limi，如图3a和3b所示，低电流从转换器6流到车载网络2中，并且向承载一个或多个消费性元件7a的第二分支2b馈电的大部分电流来自从属电池8，其通过第一分支2a向第二分支2b馈电。

对于高电流强度限制limi，如图4a和4b所示，高电流从转换器6流到车载网络2中。该高电流向第一分支2a馈电以对从属电池8进行再充电，并且向第二分支2b馈电以向一个或多个消费性元件7a馈电。

如尤其是在图3b和4b中示出的，可以使用电流强度限制limi的变化梯度限幅器18，其在用于根据从属电池8的载荷来估计原始电流强度限制limib的图表17的输出端处。该梯度限幅器18使得能够不具有电流强度限制limi的过于突然的变化，这样的变化可能会在牵引网络3和电机4上引起反应，这样的反应正是本发明的范围内力图避免的。

图5示出了用于控制直流转换器内部的电压和电流强度的结构的实施例。该结构包括电压调节回路19和电流强度调节回路20，该电流强度调节回路能够实施根据本发明的控制方法。

基于作为控制结构的输入的整定电压vsp，电压控制模块v将整定电流强度isp传递到转换器中。根据本发明，在比较器min中将电流强度限制limi与整定电流强度isp进行比较，并将二者中的最小强度值发送到电流强度控制模块i。

电压调节回路19是基于在输出端处测得的电压vmes，在电压控制模块v之前，用整定电压vsp减去该测得电压vmes。

电流强度调节回路20是基于在输出端处测得的电流强度imes，在强度控制模块i之前，用电流强度限制limi和整定电流强度isp中的强度最小值减去该测得强度imes。该控制有利地通过脉宽调制来进行。

被标识为导致引起牵引网络不稳定的功率瞬变的寿命情况可以是由于特定的外部条件（诸如温度低于0°c或温度高于45°c）而导致的牵引电池1的暂时性缺陷、牵引电池1的永久性缺陷、根据电流强度整定值对逆变器5的驱动、在根据电压整定值的驱动期间的对电机4的功率的驱动，该功率驱动意味着电机4上的电动力矩的变化。

引入牵引网络稳定性问题的功率瞬变还可能针对如下情况发生：牵引电机以电压来控制，牵引电池断开，并且还在以有限的牵引电池性能监测功率期间，于是以力矩控制电机，以保障牵引网络中的电流充足。

更特别地参考图6a、6b和6c，所述至少一种标定模式选自：第一，从属电池8的再充电模式。这在图6a中示出，其中箭头指示到达的电流的方向：从牵引电池1向转换器6，然后离开转换器6，在承载从属电池8的第一分支2a和包括至少一个消费性元件7b的第二分支2b之间分开。

图6b示出了在承载从属电池8的第一分支2a中的电流强度几乎为零的模式。从属电池8不被任何电流馈电，因为其载荷充足。转换器6输出端处的所有功率都被传输给车载网络2的第二分支2b中的一个或多个消费性元件7a。

图6c示出了停止模式，其中，转换器6被控制为使得车载网络2中的功率传输为零。牵引网络3不向转换器6馈电，并且第一分支2a中的从属电池8仅向存在于车载网络2的第二分支2b中的一个或多个消费性元件7a馈电。

参考所有附图，本发明还涉及混合动力或电动机动车辆中的电气网络。电气网络包括牵引电池1，牵引电池1向配备有逆变器5和牵引电机4的高压牵引网络3馈电。

电气网络包括低压或中压车载网络2，其经由dc/dc直流转换器6与牵引网络3分流地联接到牵引电池1。在转换器6的输出端处，车载网络2分为包括从属电池8的第一分支2a和包括一个或多个消费性元件7a的第二分支2b。

在电压控制模式下，逆变器5和转换器6由电子控制单元7来驱动。作为大略估算，在驱动期间，转换器6可以具有大约50毫秒的电压响应时间，而逆变器5可以具有大约100毫秒的电压响应时间。因此，逆变器5在这样的驱动下不能校正车载网络2的功率跳变，而只能将其传输到电机4，导致电机4的力矩变化。

为了避免这种情况并实施根据本发明的控制方法，电子控制单元7包括用于实施这种控制方法的装置，包括用于识别被标识为导致引起牵引网络不稳定的功率瞬变的寿命情况中的至少一种的装置。前面参照图6a、6b和6c描述了这些寿命情况。

可以通过用于管理牵引电池1的管理系统12来检测第一种寿命情况，管理系统12可以包括牵引电池1的载荷的传感器，该传感器在图中未针对牵引电池1示出，以及用于监测牵引电池1输出端的强度和/或电压的装置。管理系统12可以将这些信息发送到电子控制单元7。

电子控制单元7根据电子控制单元7应用于系统的电流电压或强度、按照控制模式来识别第二种寿命情况。与监测电机4的功率有关的第三种寿命情况可以由电子控制单元7来标识。

车载网络2包括用于估计从属电池8的载荷的装置16，在图2中可以看到该装置，其至少通过发送而与电子控制单元7通信。估计装置可以采取包含在车载网络2的第一分支2a中、专用于从属电池8的载荷传感器16的形式，或者可以是软件。