转换器控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及一种转换器控制装置和控制方法，更特别涉及一种转换器控制装置和控制方法，其在将用于供电的其他电池连接至用于驱动移动设备(mobility)的主电池时，通过另外将开关元件连接至转换器的输入终端而不是通过分别将适合其他电池的数量的开关元件和转换器连接至主电池来供电，能够简化封装并且提高效率。

背景技术

包括车辆在内的移动设备可以通过电池的输出驱动。对于这种移动设备驱动，在车辆内安装使用商用交流电来为高压电池充电的充电器(车载充电器，OBC)。OBC一般由校正商用交流电的功率因数的PFC电路和将链路电容器电压转换为电池所需的电压的DC/DC转换器组成。当这种电池单独运行时，容量迅速增加，这将增加移动设备的重量，降低燃料效率并且增加电池的成本。作为解决该问题的方式，存在一种配置，其中一个或多个可替换电池抢先对主电池而不是OBC充电。通过使用这种替代电池(alternating battery)，可以减小主电池容量，从而降低成本，并且增加行驶里程和电机/逆变器输出。

主电池和替代电池中的每一个可以具有相同的最大电压，但是根据电池的充电状态(SOC)具有在可变范围内的电压。因此，如果它们以简单的短路结构连接，存在由于电压差而引起火灾和部件损坏的风险。因此，为了使用替代电池以对主电池充电，一般每一个替代电池附加地需要一个DCDC转换器，这将增加成本和尺寸，并且降低效率。因此，需要转换器控制装置来改善这一点。

作为背景技术描述的事项仅用于提高对本发明的背景的理解，并且不应被视为承认它们对应于本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明已经被提出以解决上述问题，并且本发明提供了一种转换器控制装置和控制方法，其在将用于供电的其他电池连接至用于驱动移动设备的主电池时，通过另外将开关元件连接至转换器的输入终端而不是通过分别将适合其他电池的数量的开关元件和转换器连接至主电池来供电，能够简化封装并且提高效率。

根据本发明的转换器控制装置包括：第一开关元件，连接至至少一个第一电池的每一端；第二开关元件，连接至第一电池的另一端并且与第一开关元件串联；第三开关元件，连接至第二电池的第一端；第四开关元件，连接至第二电池的第二端并且与第三开关元件串联；电感器，连接至在第一开关元件和第二开关元件之间的第一节点和在第三开关元件和第四开关元件之间的第二节点；以及占空比控制器，以接收第一电压(即第一电池的每一端的电压值)以及第二电压(即第二电池的第一端的电压值)中的每一者，并且基于第一电压和第二电压输出相应的第一开关元件的占空比。

占空比控制器可以接收一端时间内第二电压的平均值，并且基于第一电压和第二电压的平均值检测相应的第一开关元件的占空比。

可以存在多个第一电池和第一开关元件，第一开关元件在每一个第一开关元件的一端和第一节点之间的第三节点处互相连接，并且转换器控制装置还可以包括开关，用于在每一个第一电池的一端和每一个第一开关元件之间在第一电池的一端处沿第一开关元件的方向进行单向导通。

当所有相应的第一电压低于第二电压时，占空比控制器可以不输出占空比。

当至少一个相应的第一电压高于第二电压时，占空比控制器可以输出占空比。

占空比控制器可以输出相应的第一开关元件的占空比，从而使第三电压等于第二电压，其中，第三电压是根据第一电压和相应开关元件的占空比输出的第一节点的电压值。

占空比控制器可以通过等式1输出第一开关元件的占空比。

等式1：

其中，V

占空比控制器可以基于第一电压和第二电压输出相应的第一开关元件的占空比以在降压模式下运行。

在通过转换至少一个第一电池的电压并且将电压传递到第二电池来控制转换器的方法中，根据本发明的转换器控制方法包括：通过电压表测量相应的第一电压(即第一电池的每一端的电压值)以及第二电压(即第二电池的一端的电压值)，并且通过占空比控制器基于测量的第一电压和第二电压输出相应地连接至第一电池的每一端的相应的第一开关元件的占空比。

在输出占空比的步骤中，多个第一开关元件在第一开关元件的一端和第一节点之间的第三节点处互相连接，并且在多个第一电池中的每一个第一电池的一端和相应的第一开关元件之间的开关沿在第一电池的一端处的第一开关元件的方向可以进行单向导通。

在输出占空比的步骤中，当所有相应的第一电压低于第二电压时，可以不输出占空比。

在输出占空比的步骤中，当至少一个相应的第一电压高于第二电压时，可以输出占空比。

在输出占空比的步骤中，可以输出每一个第一开关元件的占空比，从而使第三电压等于第二电压，其中，第三电压是根据第一电压和相应开关元件的占空比输出的第一节点的电压值。

在输出占空比的步骤中，可以通过等式1输出第一开关元件的占空比。

等式1：

此处，V

在输出占空比的步骤中，可以基于第一电压和第二电压输出每一个第一开关元件的占空比以在降压模式下操作。

本发明的转换器控制装置和控制方法在将用于供电的其他电池连接至用于驱动移动设备的主电池时，通过另外将开关元件连接至转换器的输入终端而不是通过分别将适合其他电池的数量的开关元件和转换器连接至主电池来供电，能够简化封装并且提高效率。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的框图。

图2到图3是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的图。

图4示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的运行结果和控制方法的图。

具体实施方式

在本说明书或申请中所公开的本发明实施方式的具体结构或功能的描述仅被举例说明来描述根据本发明的实施方式，并且根据本发明的实施方式可以以各种形式实施，并且本发明不应被解释为限制于说明书或申请中描述的实施方式。在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。

图1是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的框图，图2到图3是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的图，并且图4示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的运行结果和控制方法的图。

图1是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的框图。转换器控制装置配置为包括：转换器，包括各自对应地连接至至少一个第一电池B

根据图1的本发明的实施方式的转换器控制装置是用多个电池为其它电池充电的系统所需要的装置。在图1中，电压表M接收构成输入电压的第二电压和至少一个第一电压以将其传送到占空比控制器D。占空比控制器D基于第一电压和第二电压，特别是两个电压之间的电压差，来控制占空比，

图2是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的图，并且转换器控制装置包括：第一开关元件S

根据本发明的实施方式的转换器控制装置包括用于DC-DC转换器的控制器。特别地，用于DC-DC转换器的控制器包括第一到第四开关元件(S

此处，第一和第二开关元件(即在第一电池侧的开关元件)以及第三和第四开关元件(即在第二电池侧的开关元件)可以是异步DC-DC转换器(例如二极管(Schottky等)和晶体管(MOSFET等)，或者交变开关晶体管)和同步DC-DC转换器。特别地，同步DC-DC转换器可以包括控制开关装置的占空比的占空比控制器D以阻止交叉开关(cross switching)。

作为传统的转换器控制装置，安装在电动车辆上的转换器可以是用来为高压电池(例如产生电机的驱动输出的电池)充电的转换器。然而，用于为电动车辆的第二电池B

在这种情况下，原则上，第一电池B

然而，由于传统的公开技术还需要与第一电池对应的升降压转换器，每当第一电池的数量增加时，对应的升降压转换器连接至第二电池侧，即连接至输出终端。因此，在传统的公开技术中，包括在升降压转换器中的开关和电感器的数量在算术上增加。因此，传统的公开技术存在每当第一电池的数量增加时重量增加，并且电池和车辆的驱动效率降低的问题。

特别地，根据本发明的实施方式，在连接一个或多个第一电池和第二电池的转换器中，基于第一电压和第二电压输出对应于第一电池的第一开关元件的占空比，从而控制功率转换。即，根据本发明的实施方式，通过考虑每个第一电池的第一电压和第二电池的第二电压之间的电压差来调整占空比，从而防止由于电压差导致的短路。

此外，在本发明的实施方式中，尽管增加了第一电池的数量，但仅相应地增加了第一开关元件，而没有显着增加开关和电感器的数量。因此，可以简化用于为第二电池充电的封装的容量和重量，从而提高输出密度并且增强价格竞争力。此外，根据本发明的实施方式，开关元件数量的整体减少可以提高由第二电池驱动的车辆系统的整体效率。

此外，根据本发明的实施方式的占空比控制器可以接收一段预定的时间内的第二电压的平均值，并且可以基于第一电压和第二电压的平均值输出相应的第一开关元件的占空比。如上所述，电池的电压虽然是被预设并且被设计的，但是根据充电量和劣化状态是灵活的。此处，优选地，平均值是紧接在测量之前的一定时间的移动平均值或一定时间段内的累积电压的平均值。通过基于表示第二电压和第一电压的值来控制第一开关元件的占空比，在本发明的实施方式中可以确保稳定的电压。

图2是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的图，并且具有多个第一电池和多个第一开关元件。第一开关元件在每一个第一开关元件的第一端和第一节点N

在传统的公开技术中，在将附加的第一电池连接至第二电池时，第二电池的输出终端(其是输出侧)连接至第三开关元件和第二电池的一端之间的第四节点以及第四开关元件和第二电池的另一端之间的第五节点。因此，传统的公开技术造成开关数量，特别是电感器数量增加的问题。为了解决该问题，在本发明的实施方式中，每当第一电池的数量增加，除了现有的开关元件S

图3是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的图，并且当所有相应的第一电压低于第二电压时，占空比控制器D可以不输出占空比。此外，当至少一个第一电压高于第二电压时，占空比控制器D可以输出占空比。此外，占空比控制器D可以输出相应的第一开关元件的占空比，从而使第三电压等于第二电压，其中，第三电压是根据第一电压和相应开关元件的占空比输出的第一节点的电压值。

等式1：

此处，V

第一电压是并联连接的每一个第一电池的电压，并且是从为第二电池充电的观点确定输入电压的变量。此外，最终根据基于这些变量输出的相应开关元件的每一个占空比确定输入电压。因此，本发明的实施方式包括升降压转换器，但是可以根据第一电压和第二电压的大小比较在全部的降压模式、升压模式和升降压模式下实现。然而，就效率或电路运行来说，单一模式将会是最好的。特别地，在本发明的实施方式中，由于输入电压可以根据相应的第一开关元件的每一个占空比确定为接通电压和断开电压之和，可以优选以降压模式实现。因此，排除所有第一电压都低于第二电压的情况，仅包括第一电压降压的情况，设置为等于第三电压(输入电压的概念)，通过这样的控制，本发明的实施方式减少了由于在包括升降压模式在内的各种模式中的实现所造成的低效率。

图4是示出根据本发明的实施方式的转换器控制装置的运行结果和控制方法的图，并且占空比控制器D可以通过等式1输出第一开关元件的占空比。此外，占空比控制器D可以基于第一电压和第二电压输出第一开关元件S

在图4中，将共同描述第一到第三幅图。在上图中，横轴表示时间，并且纵轴表示作为第一电压的输入电压1和输入电压2，以及第二电压的测量值(假设第一电池的数量为2)。在下方的两幅图中，横轴表示时间，并且纵轴表示电感器I的电流。此处，通过等式1输出占空比，并且设置占空比，从而使相应的开关元件的占空比之和为1。

因此，如图4的上图所示，当第二电压设置为各个第一电压的中间电平时，每一个占空比被输出和控制以具有相同或相似的值。此处，图4的第二幅图示出当第二电压降低时的占空比控制，并且第三幅图示出当第二电压升高时的占空比控制。如图4第二或第三幅图所示，当第二电压设置为接近第一电压的最小值或最大值时，一个电池的占空比沿偏向高的方向被输出和控制。然而，共同地，本发明的实施方式作为降压单一模式(即高于第一电压最大值的降压(step-down))运行。如上所述，根据本发明的实施方式的转换器控制装置即使在第二电压可变的情况下也输出第一开关元件的每一个占空比，并且根据等式1或降压模式控制其以稳定开关元件的工作电压。

此处，开关元件包括BJT、可控硅整流器(SCR)、TRIAC、单结晶体管(UJT)、可编程单结晶体管(PUT)、结场效应晶体管(JFET)、门极关断晶闸管(GTO)、MOS控制晶闸管(MCT)、注入增强门极晶体管(IEGT)、绝缘门极双极晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)、MOSFET和智能功率器件(IPD：半导体开关)。开关可以对应于开关元件以及开关元件和电阻元件(例如机械熔断器、机械继电器、二极管装置等)中的任何一种。此外，此处的转换器是DC-DC转换器，并且特别是为了高效率和高输出，开关元件可以是同步转换器，其中使用交替开关的四个晶体管而不是二极管。

在控制转换至少一个第一电池的电压并且将电压传送到第二电池的转换器的方法中，根据本发明的转换器控制方法包括以下步骤：通过电压表测量相应的第一电压(即第一电池的每一端的电压值)和第二电压(即第二电池的第一端的电压值)，并且通过占空比控制器基于测量的第一电压和第二电压输出对应地连接至第一电池的每一端的相应的第一开关元件的占空比。

在输出占空比的步骤中，多个第一开关元件在第一开关元件的第一端和第一节点之间的第三节点处互相连接，在多个第一电池中的每一个第一电池的第一端和相应的第一开关元件之间的开关可以沿在第一电池的第一端处的第一开关元件的方向进行单向导通。此外，当所有相应的第一电压低于第二电压时，不输出占空比。此外，当至少一个相应的第一电压高于第二电压时，输出占空比。然后，在输出占空比的步骤中，每一个第一开关元件的占空比可以被输出，从而第三电压等于第二电压，第三电压是根据第一电压和相应开关元件的占空比输出的第一节点的电压值。此外，在输出占空比的步骤中，可以通过等式1输出第一开关元件的占空比。最后，在输出占空比的步骤中，可以基于第一电压和第二电压输出每一个第一开关元件的占空比以在降压模式下运行。

根据本发明的实施方式的转换器控制装置和控制方法涉及将用于供电的另一个电池连接至用于驱动移动设备的主电池的转换器的控制装置和控制方法。在传统的公开技术中，包括在升降转换器中的开关和电感器数量随着其它电池的数量的增加而在算术上增加。因此，传统的公开技术存在每当第一电池的数量增加时，重量增加，并且电池和车辆的驱动效率降低的问题。

特别地，本发明的实施方式通过在连接一个或多个第一电池和第二电池的转换器中基于第一电压和第二电压输出对应于第一电池的第一开关元件的占空比来控制功率转换。因此，可以简化用来为第二电池充电的封装的容量和重量，从而增加输出密度，增加成本竞争力，并且此外，增加由电池驱动的整个车辆系统的效率。

尽管参照本发明的具体实施方式示出和描述，但是对于本领域的普通技术人员显而易见的是，在不背离由所附权利要求所提供的本发明的技术精神的情况下，可以对本发明进行各种改进和改变。