多模塊并聯式車用大功率dc-dc系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電動汽車驅動領域，尤其涉及一種多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著政府和人民對城市環境的不斷重視，新能源汽車發展迅速，需求也隨之不斷增加。現有電動汽車用電池仍存在容量不夠、充電時間長、價格高昂等缺陷，電池仍然是新能源汽車發展的最大瓶頸。無軌電車既能實現零排放又不需要使用大容量的電池，符合現有新能源汽車的發展現狀，而大功率DC-DC的實現為無軌電車最為關鍵的部分，起著舉足輕重的作用。
[0003]無軌電車常用作城市公共汽車，電車用隔離DC-DC須滿足大功率、低故障率、平穩運行等要求。受大功率IGBT模塊價格以及IGBT模塊直接并聯等技術難點的影響，大功率隔離DC-DC常采用多個小功率DC-DC模塊并聯使用的拓撲結構。
[0004]傳統的多模塊并聯式大功率DC-DC常使所有小功率DC-DC模塊同時工作，每個DC-DC模塊的工作功率是按照平均分配的工作方式。由于作為城市公交使用的電車會經常或者長時間工作于輕載模式，在這種情況之下，每個DC-DC模塊的輸出功率較小，工作效率低下、能量損耗大、經濟效益低下，不符合現有節約能源保護環境的理念。

【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述工作效率低下、能量損耗大、經濟效益低下的缺陷，提供一種多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統及其控制方法。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統的控制方法，所述大功率DC-DC系統包括主控模塊以及多個并聯的DC-DC模塊，所述方法包括:
[0007]根據所述DC-DC模塊的額定功率和基于該額定功率的高效區間，以及主控模塊接收的整車控制器發送的目標功率的信息，實時計算需要投入運行的DC-DC模塊的最佳個數以及最佳區間；
[0008]如果當前運行的DC-DC模塊的個數不在所述最佳區間時，則切除/并入DC-DC模塊以使當前運行的DC-DC模塊的個數等于所述最佳個數；如果當前運行的DC-DC模塊的個數在所述最佳區間時，則維持當前運行的DC-DC模塊繼續運行。
[0009]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統的控制方法中，所述最佳個數以及最佳區間基于以下公式計算:
[0010]Nrat= [P ask/Prat]+l
[0011]Nmin= [P ask/Pmax]+l
[0012]Nmax= [P ask/Pmin]+l
[0013]其中，Pask代表目標功率，PMt代表所述額定功率，Pmin代表高效區間的下限值，Pmax代表高效區間的上限值，Pmin< P P max;N Mt代表所述最佳個數，N min和N max分別表示所述最佳區間的下限值和上限值，[]表示取整數運算。
[0014]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統的控制方法中，所述DC-DC模塊的狀態包括:離線狀態、在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態、在線且停機故障狀態，
[0015]所述方法還包括:主控模塊實時檢測各個DC-DC模塊的狀態，并將當前運行的DC-DC模塊中檢測到的進入離線狀態或者在線且停機故障狀態的DC-DC模塊切除。
[0016]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統的控制方法中，所述切除/并入DC-DC模塊包括:
[0017](a)、如果當前運行的DC-DC模塊的個數大于所述最佳區間的上限值，主控模塊基于以下公式控制從正在運行的DC-DC模塊中切除對應數量的DC-DC模塊:
[0018]Nout= N real - Nrat
[0019](b)、如果當前運行的DC-DC模塊的個數小于所述最佳區間的下限值，主控模塊基于以下公式控制從空閑的DC-DC模塊中并入對應數量的DC-DC模塊至運行:
[0020]Nin= N rat - Nreal
[0021]其中，UinAealJrat分別表示:步驟(a)中切除的DC-DC模塊的數量、步驟(b)中并入的DC-DC模塊的數量、當前運行的DC-DC模塊的個數、最佳個數。
[0022]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統的控制方法中，所述DC-DC模塊的狀態包括:離線狀態、在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態、在線且停機故障狀態，
[0023]所述步驟(a)在并入DC-DC模塊時，按照在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態的優先級降低的順序，從空閑的DC-DC模塊中選擇DC-DC模塊投入運行；
[0024]所述步驟(b)在切除DC-DC模塊時，按照在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態的優先級升高的順序，從運行的DC-DC模塊中選擇DC-DC模塊停止運行進入空閑狀態。
[0025]本發明還公開了一種多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統，包括與整車控制器相連接的主控模塊以及連接至所述主控模塊的多個并聯的DC-DC模塊，所述主控模塊包括:
[0026]最佳個數/區間計算單元:用于根據所述DC-DC模塊的額定功率和基于該額定功率的高效區間，以及接收的整車控制器發送的目標功率的信息，實時計算需要投入運行的DC-DC模塊的最佳個數以及最佳區間；
[0027]切除/并入控制單元:用于在當前運行的DC-DC模塊的個數不在所述最佳區間時，切除/并入DC-DC模塊以使當前運行的DC-DC模塊的個數等于所述最佳個數；在當前運行的DC-DC模塊的個數在所述最佳區間時，則維持當前運行的DC-DC模塊繼續運行。
[0028]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統中，所述最佳個數以及最佳區間基于以下公式計算:
[0029]Nrat= [P ask/Prat]+l
[0030]Nmin= [P ask/Pmax]+l
[0031]Nmax= [P ask/Pmin]+l
[0032]其中，Pask代表目標功率，PMt代表所述額定功率，Pmin代表高效區間的下限值，Pmax代表高效區間的上限值，Pmin< P P max;N Mt代表所述最佳個數，N min和N max分別表示所述最佳區間的下限值和上限值，[]表示取整數運算。
[0033]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統中，所述DC-DC模塊的狀態包括:離線狀態、在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態、在線且停機故障狀態，所述主控模塊還包括:
[0034]DC-DC模塊狀態更新單元，用于實時檢測各個DC-DC模塊的狀態，并將當前運行的DC-DC模塊中檢測到的進入離線狀態或者在線且停機故障狀態的DC-DC模塊切除。
[0035]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統中，所述切除/并入控制單元包括:
[0036]切除控制子單元:用于在當前運行的DC-DC模塊的個數大于所述最佳區間的上限值時，基于以下公式控制從正在運行的DC-DC模塊中切除對應數量的DC-DC模塊:
[0037]Nout=Nreal-Nrat
[0038]并入控制子單元:用于在當前運行的DC-DC模塊的個數小于所述最佳區間的下限值時，基于以下公式控制從空閑的DC-DC模塊中并入對應數量的DC-DC模塊至運行:
[0039]Nin= N rat - Nreal
[0040]其中，NtjUpNil^Nreal、Nrat分別表示:切除控制子單元控制切除的DC-DC模塊的數量、并入控制子單元控制并入的DC-DC模塊的數量、當前運行的DC-DC模塊的個數、最佳個數。
[0041]在本發明所述的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統中，所述DC-DC模塊的狀態包括:離線狀態、在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態、在線且停機故障狀態，
[0042]所述切除控制子單元在并入DC-DC模塊時，按照在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態的優先級降低的順序，從空閑的DC-DC模塊中選擇DC-DC模塊投入運行；
[0043]所述并入控制子單元在切除DC-DC模塊時，按照在線且無故障狀態、在線且繼續運行故障狀態的優先級升高的順序，從運行的DC-DC模塊中選擇DC-DC模塊停止運行進入空閑狀態。
[0044]實施本發明的多模塊并聯式車用大功率DC-DC系統及其控制方法，具有以下有益效果:本發明實時獲取目標功率的信息，實時計算需要投入運行的DC-DC模塊的最佳個數以及最佳區間，合理分配DC-DC模塊工作個數，使投入運行的每個DC-DC模塊工作于最佳區間，即提高了隔離DC-DC的工作效率，實現了合理的冗余控制；并且，本發明在當前運行的DC-DC模塊的個數在最佳區間內時，維持不變，只有在當前運行的DC-DC模塊的個數不在最佳區間時，切除/并入DC-DC模塊以使當前運行的DC-DC模塊的個數等于最佳個數，因此避免了 DC-DC模塊被頻