用于传输电力的转换器系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于传输电力的转换器系统、一种包括这种转换器系统的车辆、以及一种用于在这种转换器系统中传输电力的方法。


背景技术：

2.在电动汽车中，存在不同的电力转换模块，它们在不同的场景下正常工作。例如，车载充电器在充电过程中将交流电转换为直流电以为高电压电池充电，并且牵引逆变器(traction inverter)在行驶过程中将直流电转换为交流电以驱动车辆。在这两种场景下，车载充电器或牵引逆变器均可正常工作。但是，为了保持向低电压系统负载供电，将电力从高电压系统传输到低电压系统的dc-dc(直流-直流)转换器必须在两种场景下都能正常工作。
3.dc-dc转换器与其它电力转换模块相比压力更大，这使得dc-dc转换器的设计要求更加复杂。如果dc-dc转换器在行驶过程中出现故障，则由低电压系统供电的某些车辆功能可能会处于风险中，尤其是当低电压电池的电量(charge state)较低时。此外，当车辆处于钥匙开关关断状态(key-off state)时，dc-dc转换器关闭。在传统电动汽车中，低电压控制单元依赖于低电压电池供电。因此，如果车辆停放几个月，低电压电池将处于深度放电状态，车辆可能会彻底停止工作。


技术实现要素：

4.可能需要提供一种允许更可靠的低电压电力供应的改进的转换器系统。
5.该问题由本公开的独立权利要求的主题解决，其中进一步的实施例并入从属权利要求中。应当注意，以下描述的本公开的多个方面适用于用来传输电力的转换器系统、包括这种转换器系统的车辆、以及用于在这种转换器系统中传输电力的方法。
6.根据本公开，提出了一种用于传输电力的转换器系统。所述转换器系统包括第一dc-dc(直流-直流)模块、第二dc-dc模块和第一控制单元。所述第一dc-dc模块连接到高电压系统的第一高电压接口和低电压系统的第一低电压接口。所述第二dc-dc模块连接到所述高电压系统的第二高电压接口和所述低电压系统的第二低电压接口。所述第一高电压接口和所述第二高电压接口彼此独立。所述第一控制单元联接到所述第一dc-dc模块并且配置为在所述第一dc-dc模块出现故障的情况下通过所述第二dc-dc模块供电。
7.本公开的转换器系统即使在所述第一dc-dc模块和第二dc-dc模块内部出现单点故障时也可以降低供电风险。通过提供在所述低电压系统上的电力可用性，即使在所述第一dc-dc模块和/或第二dc-dc模块出现故障的情况下，所述转换器系统仍然可以工作。因此，所述转换器系统可以更有效地维持所述电池系统和电力供应。此外，可以实现所述转换器系统的高度安全集成。
8.所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块可配置为从高电压系统向低电压系统和/或从所述低电压系统向所述高电压系统供电。所述高电压系统可提供200v或400v的电
压，所述低电压系统可提供12v或48v的电压。但是，所述高电压系统的入口电压可根据所述高电压系统的配置而变化。所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块可以根据负载消耗来工作以便使所述转换器系统的效率最高。换言之，所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块可以单独或一起工作以提供高效的电力供应。
9.所述第一高电压接口和所述第二高电压接口可以分别确保所述第一dc-dc模块与所述高电压系统之间以及所述第二dc-dc模块与所述高电压系统之间的可靠耦联。所述高电压系统可以包括一个电池单元或若干个电池单元。所述第一高电压接口和所述第二高电压接口可以连接到同一个电池单元，也可以连接到不同的电池单元。所述第一低电压接口和所述第二低电压接口可以分别确保所述第一dc-dc模块与所述低电压系统之间以及所述第二dc-dc模块与所述低电压系统之间的可靠耦联。所述第一低电压接口和所述第二低电压接口也可以连接到相同的低电压系统负载或不同的低电压系统负载。所述低电压系统负载可以是用于开门或开窗、启动马达、转向和制动负载等的控制元件。
10.所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块彼此独立地连接到所述高电压系统和所述低电压系统中的每一个。换言之，所述第一高电压接口和所述第二高电压接口彼此独立操作，并且所述第一低电压接口和所述第二低电压接口彼此独立操作。术语“彼此独立”可以理解为两个组件的结构和/或功能分离。因此，所述第一高电压接口和所述第二高电压接口可以彼此独立地起作用，并且所述第一低电压接口和所述第二低电压接口可以彼此独立地起作用。
11.所述第一控制单元可以包括具有专用can通信接口的数字信号处理器(dsp)。所述第一控制单元可配置为监测所述第一dc-dc模块并且检测所述第一dc-dc模块是否具有故障。所述故障可能发生在所述第一dc-dc模块内部，可能是硬件部件故障、软件控制故障或两者的结合。
12.如果所述第一控制单元从所述第一dc-dc模块接收到任何故障信号，则所述第一控制单元可以将所述第一dc-dc模块与所述第一高电压接口之间的连接和/或所述第一dc-dc模块与所述第一低电压接口之间的连接断开。同时，所述第一控制单元能够使所述第二dc-dc模块工作或保持工作以在所述高电压系统和所述低电压系统之间可靠地传输电力。
13.在一个实施例中，所述转换器系统还包括与所述第一控制单元分离的第二控制单元。所述第二控制单元连接到所述第二dc-dc模块，并且所述第二控制单元配置为在所述第二dc-dc模块中出现故障的情况下通过所述第一dc-dc模块传输电力。所述第二控制单元也可以包括具有专用can通信接口的数字信号处理器(dsp)。所述第二控制单元可配置为监测所述第二dc-dc模块并且检测所述第二dc-dc模块是否具有故障。
14.如果所述第二控制单元从所述第二dc-dc模块接收到任何故障信号，则所述第二控制单元可以将所述第二dc-dc模块与所述第二高电压接口之间的连接和/或所述第二dc-dc模块与所述第二低电压接口之间的连接断开。同时，所述第二控制单元能够使所述第一dc-dc模块工作或保持工作以在所述高电压系统和所述低电压系统之间可靠地传输电力。因此，即使所述第一dc-dc模块或所述第二dc-dc模块出现故障，所述转换器系统也可以确保可靠的电力传输。
15.在一个实施例中，所述第一dc-dc模块包括第一ac-dc(交流-直流)单元和第一dc-ac(直流-交流)单元，并且所述第二dc-dc模块包括第二ac-dc单元和第二dc-ac单元。每个
dc-ac单元连接到每个高电压接口，并且每个ac-dc单元连接到每个低电压接口。换言之，所述第一dc-ac单元可以与所述第一高电压接口耦联，并且所述第一ac-dc单元可以与所述第一低电压接口耦联。此外，所述第二dc-ac单元可以与所述第二高电压接口耦联，并且所述第二ac-dc单元可以与所述第二低电压接口耦联。
16.所述第一ac-dc单元和所述第一dc-ac单元可以允许通过所述第一dc-dc模块在所述高电压系统与所述低电压系统之间进行电力传输。所述第二ac-dc单元和所述第二dc-ac可以允许通过所述第二dc-dc模块在所述高电压系统与所述低电压系统之间的电力传输。因此，可以确保所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块的独立工作。
17.在一个实施例中，所述第一dc-dc模块还包括第三ac-dc单元，并且所述第二dc-dc模块还包括第四ac-dc单元。所述第三ac-dc单元和所述第四ac-dc单元通过功率因子校正(pfc)单元连接到ac(交流)接口，并且配置为向所述高电压系统和/或所述低电压系统供电。换言之，所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc中的每一个可以连接到车载充电器，车载充电器可提供从外部ac电源为电池系统充电的装置和手段。
18.因此，所述功率因子校正单元可以在一侧连接到所述外部ac电源。所述pfc单元的另一侧可以连接到所述第三ac-dc单元和所述第四ac-dc单元，其中所述第三ac-dc单元和所述第四ac-dc单元可以彼此独立地工作。所述pfc单元可配置为在预定范围内改变输出电压并且在充电过程期间向所述第三ac-dc单元和/或所述第四ac-dc单元提供直流电。
19.因此，所述第一ac-dc单元可以转换从所述第三ac-dc单元提供的直流电，和/或所述第二ac-dc单元可以转换从所述第四ac-dc单元提供的直流电，以通过每个低电压接口向所述低电压系统负载提供电力。此外，所述第一dc-ac单元可以将从所述第三ac-dc单元提供的直流电传输到所述第一高电压接口，并且所述第二dc-ac单元可以将从所述第四ac-dc单元提供的直流电传输到所述第二高电压接口。因此，可以实现在充电过程中通过所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块的独立电力传输，从而即使所述第一dc-dc模块或所述第二dc-dc模块出现故障也能确保可靠的电力传输。
20.在一个实施例中，所述第一dc-ac单元和所述第二dc-ac单元配置为分别通过所述第一ac-dc单元和所述第二ac-dc单元从所述高电压系统向所述低电压系统供电。换言之，所述转换器系统可配置为双向传输电力。因此，所述第一dc-ac单元可以通过所述第一ac-dc单元将电力从所述第一高电压接口传输到所述第一低电压接口，并且所述第二dc-ac单元可以通过所述第二ac-dc单元将电力从所述第二高电压接口传输到所述第二低电压接口。因此，所述高电压系统和所述低电压系统可以根据各自电压系统的工作状态或充电状态相互供电以提高效率。
21.在一个实施例中，所述第一ac-dc单元和所述第二ac-dc单元配置为保持开启以向每个低电压接口供电。换言之，所述第一ac-dc单元可以向所述第一低电压接口连续地传输电力，而所述第二ac-dc单元可以向所述第二低电压接口连续地传输电力。因此，即使所述第一dc-dc模块或所述第二dc-dc模块出现故障，也可以实现通过所述第一低电压接口或所述第二低电压系统向所述低电压系统的连续供电。
22.在一个实施例中，所述第一ac-dc单元和所述第二ac-dc单元配置为分别通过所述第一dc-ac单元和所述第二dc-ac单元从所述低电压系统向所述高电压系统供电。在工作过程中，所述第一ac-dc单元可以通过所述第一dc-ac单元从所述第一低电压接口向所述第一
高电压接口传输电力，所述第二ac-dc单元可以通过所述第二dc-ac单元从所述第二低电压接口向所述第二高电压接口传输电力。因此，所述高电压系统和所述低电压系统可以根据各自电压系统的工作状态或充电状态相互供电以提高效率。
23.在一个实施例中，所述第三ac-dc单元和所述第四ac-dc单元配置为从所述高电压系统向所述ac接口供电。所述ac接口可以进一步与电网或任何ac负载耦联。所述转换器系统可配置为实现反向电力传输并且通过所述第一dc-dc模块和/或第二dc-dc模块将电力从所述第一高电压系统和/或第二高电压系统供应到外部系统。因此，可以执行能量的有效使用。
24.在一个实施例中，所述转换器系统还包括第一低功率dc-dc单元和第二低功率dc-dc单元，它们配置为仅在一个方向上传输电力。所述第一低功率dc-dc单元可以在一侧连接到所述第一高电压接口并且在另一侧连接到所述第一低电压接口。所述第二低功率dc-dc单元可以在一侧连接到所述第二高电压接口并且在另一侧连接到所述第二低电压接口。所述第一低功率dc-dc单元和所述第二低功率dc-dc单元可以是低功率的隔离式dc-dc转换器。
25.所述第一低功率dc-dc单元和所述第二低功率dc-dc单元可配置为将电力从所述高电压系统传输到所述低电压系统。所述第一低功率dc-dc单元和所述第二低功率dc-dc单元中的每一个可以包括模拟控制器或数字信号处理器以保持向所述低电压系统负载供电，例如开门或开窗，启动马达等。因此，所述低电压系统负载也可以在其中所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块出现故障的紧急情况下工作。因此，可以实现所述转换器系统的高度安全集成水平。
26.根据本公开，还提供了一种车辆。所述车辆包括如上所述的转换器系统，其中所述车辆是电动车辆。即使所述第一dc-dc模块或所述第二dc-dc模块出现故障，所述转换器系统也可以允许所述高电压系统与所述低电压系统之间的电力传输。所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块彼此独立地连接到所述高电压系统和所述低电压系统中的每一个。因此，可以实现对所述车辆的可靠供电。
27.在一个实施例中，所述转换器系统配置为在钥匙开关关闭状态(key-off state)下操作第一和/或第二低功率dc-dc单元。所述第一低功率dc-dc单元和/或所述第二低功率dc-dc单元可以是低功率的隔离式dc-dc转换器，其可以直接连接到所述高电压系统和所述低电压系统。所述第一低功率dc-dc单元和/或所述第二低功率dc-dc单元可配置为特别是向低电压系统负载(例如核心车辆控制单元、开窗或开门)供应电力。
28.如果所述车辆长时间处于停车模式，则所述低电压系统可能处于深度放电状态并且所述车辆可能彻底停止工作。所述低功率的隔离式dc-dc转换器可在车辆的钥匙开关关闭状态下开启，并向所述低电压系统供电。因此，可以维持所述低电压系统的预定充电状态并且可以避免所述车辆的彻底停止工作。
29.在一个实施例中，所述转换器系统配置为在充电模式期间将电力从第三ac-dc单元传输到第一ac-dc单元和第一dc-ac单元和/或将电力从第四ac-dc单元传输到第二ac-dc单元和第二dc-ac单元。如果所述车辆处于充电模式，车载充电器可以通过pfc单元从ac接口在dc-dc模块的方向上传输电力。因此，所述第三ac-dc单元可以通过所述第一ac-dc单元向第一低电压接口供电并且通过所述第一dc-ac单元向第一高电压接口供电。此外，所述第
四ac-dc单元可以通过第二ac-dc单元向第二低电压接口供电并且通过所述第二dc-ac单元向第二高电压接口供电。
30.在一个实施例中，所述转换器系统配置为在行驶模式期间通过所述第一dc-ac单元和所述第一ac-dc单元和/或所述第二dc-ac单元和所述第二ac-dc单元将电力从高电压系统传输到低电压系统。如果所述车辆处于行驶模式，低电压系统负载可以通过所述第一dc-ac单元和第一ac-dc和/或所述第二dc-ac单元和所述第二ac-dc单元从所述高电压系统提供给所述低电压系统被供电。因此，即使所述第一dc-dc模块或所述第二dc-dc模块出现故障，也可以确保对所述低电压系统负载的可靠电力供应。因此，可以实现所述转换器系统的高度安全集成水平。
31.根据本公开，还提出了一种用于在转换器系统中传输电力的方法。该方法包括以下步骤，但不一定按此顺序：
[0032]-将第一dc-dc模块连接到高电压系统的第一高电压接口并连接到低电压系统的第一低电压接口，
[0033]-将第二dc-dc模块连接到所述高电压系统的第二高电压接口并连接到所述低电压系统的第二低电压接口，
[0034]-将第一控制单元连接到所述第一dc-dc模块，以及
[0035]-在所述第一dc-dc模块出现故障时通过所述第二dc-dc模块供电，
[0036]
所述第一高电压接口与所述第二高电压接口彼此独立。
[0037]
因此，即使所述第一dc-dc模块或所述第二dc-dc模块出现任何单点故障所述转换器系统也可以工作。此外，即使所述第一dc-dc模块和所述第二dc-dc模块长时间关闭，也可以确保对所述低电压系统的供电。
[0038]
应注意的是，上述实施例可以相互组合，而与所涉及的方面无关。因此，该方法可以与结构特征组合，同样地，该系统可以与上述关于该方法的特征组合。
[0039]
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并被阐明。
附图说明
[0040]
下面将参考以下附图描述本发明的示例性实施例。
[0041]
图1示意性且示例性地示出了根据本公开的用于传输电力的转换器系统的实施例。
具体实施方式
[0042]
图1示出了用于传输电力的转换器系统1。转换器系统1配置为将电力从高电压系统传输到低电压系统或从低电压系统传输到高电压系统。高电压系统可具有200v或400v的电压，而低电压系统可具有12v或48v的电压。转换器系统1可以集成在电动车辆中以传输电力。
[0043]
转换器系统1包括第一dc-dc模块10和第二dc-dc模块20。第一dc-dc模块10包括第一ac-dc单元14和第一dc-ac单元13，且第二dc-dc模块20包括第二ac-dc单元24和第二dc-ac单元23。第一dc-dc模块10通过第一dc-ac单元13连接到高电压系统的第一高电压接口11并且通过第一ac-dc单元14连接到低电压系统的第一低电压接口12。第二dc-dc模块20通过
dc-ac单元23连接到高电压系统的第二高电压接口21并且通过第二ac-dc单元24连接到第二低电压接口22。第一ac-dc单元14和第二ac-dc单元24可配置为保持开启以向每个低电压接口12、22供电。
[0044]
第一高电压接口11和第二高电压接口21彼此独立地工作，并且第一低电压接口12和第二低电压接口22彼此独立地工作。高电压系统可包括多于一个电池单元。第一高电压接口11和第二高电压接口21可连接到相同的电池单元或不同的电池单元。相比之下，与第一低电压接口12和第二低电压接口22耦联的低电池系统可以是同一个系统，以确保在第一dc-dc模块10或者第二dc-dc模块20出现故障的情况下低电压系统负载的运行。
[0045]
第一dc-dc模块10还包括第三ac-dc单元15，且第二dc-dc模块20还包括第四ac-dc单元25。第三ac-dc单元15和第四ac-dc单元25通过功率因子校正(power factor correction，简称pfc)单元31连接到ac接口30，并且它们配置为向高电压系统供电和/或向低电压系统供电。换言之，第一dc-dc模块10和第二dc-dc20中的每一个连接到车载充电器，车载充电器可以提供从外部ac电源为电池系统充电的装置和手段。因此，功率因子校正单元31在一侧连接到ac接口30。功率因子校正单元31的另一侧连接到第三ac-dc单元15和第四ac-dc单元25，其中第三ac-dc单元15和第四ac-dc单元25彼此独立地工作。
[0046]
因此，第一ac-dc单元14转换从第三ac-dc单元15提供的直流电和/或第二ac-dc单元24转换从第四ac-dc单元25提供的直流电以通过每个低电压接口12、22向低电压系统负载供电。此外，第一dc-ac单元13将从第三ac-dc单元15提供的直流电传输到第一高电压接口11，并且第二dc-ac单元23将从第四ac-dc单元25提供的直流电传输到第二高电压接口21。因此，可以实现在充电过程期间通过第一dc-dc模块10和第二dc-dc模块20的独立电力传输，从而即使第一dc-dc模块10或第二dc-dc模块20出现故障，也可以确保可靠的电力传输。
[0047]
转换器系统1还配置为在行驶模式期间通过第一dc-ac单元13与第一ac-dc单元14和/或第二dc-ac单元23与第二ac-dc单元24从高电压系统到低电压系统双向传输电力。转换器系统1还配置为通过第三ac-dc单元15从第一高电压接口11向ac接口30供电或者通过第四ac-dc单元25从第二高电压接口21向ac接口30供电。ac接口30可以进一步与电网或任何ac负载耦联。
[0048]
转换器系统1还包括第一控制单元40和第二控制单元50。第一控制单元40和第二控制单元50包括具有专用can通信接口47、57的数字信号处理器(dsp)46、56。第一控制单元40连接到第一dc-dc模块10，并且配置为在第一dc-dc模块10出现故障的情况下通过第二dc-dc模块20供电。第二控制单元50与第一控制单元10分离。第二控制单元50连接到第二dc-dc模块20，并且配置为在第二dc-dc模块20出现故障的情况下通过第一dc-dc模块10传输电力.
[0049]
因此，如果第一控制单元40检测到第一dc-dc模块10的故障，则第一控制单元40通过第二dc-dc模块50而不是第一dc-dc模块10重定向电力供应。相反，如果第二控制单元50检测到第二dc-dc模块20的故障，则第二控制单元50通过第一dc-dc模块10而不是第二dc-dc模块20重定向电力供应。
[0050]
转换器系统1还包括第一低功率dc-dc单元18和第二低功率dc-dc单元28。第一低功率dc-dc单元18在一侧连接到第一高电压接口11并且在另一侧连接到第一低电压接口
12。第二低功率dc-dc单元28在一侧连接到第二高电压接口21并且在另一侧连接到第二低电压接口22。第一低功率dc-dc单元18和第二低功率dc-dc单元28可以是低功率的隔离式dc-dc转换器(isolated dc-dc converter)。
[0051]
第一低功率dc-dc单元18和第二低功率dc-dc单元28配置为仅在一个方向上传输电力。因此，第一低功率dc-dc单元18从第一高电压接口11向第一低电压接口12传输电力，并且第二低功率dc-dc单元28从第二高电压接口21向第二低电压接口22传输电力，以向低电压系统负载供电。因此，在其中第一dc-dc模块10和第二dc-dc模块20出现故障的紧急情况下低电压系统负载也可以运行。因此，可以实现转换器系统的高度安全集成水平。
[0052]
必须注意的是，本公开的实施例是参照不同的主题来描述的。具体地，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型权利要求描述了其他实施例。但是，本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到，除非另有通知，否则除了属于一类主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为是与本技术一起公开。但是，所有特征都可以组合在一起，从而提供比这些特征的简单总和更多的协同效应。
[0053]
虽然已经在附图和描述中详细地图示和描述了本公开，但是这样的图示和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。本公开不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的公开内容时可以理解和实现对公开的实施例的其他变型。
[0054]
在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，不定词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。