專利名稱：能量變換設備及相關的分配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能量變換領域，更具體地涉及具有多個變換器的變換設備和在不同變換器間的功率分配。
背景技術：
通常，變換器提供功率，被認作變換功率，以執(zhí)行變換功能。而且，變換器吸收功率用于其內部操作。變換器的效率與變換功率和變換器吸收的功率之間的比率相關。現(xiàn)有技術中公知的是使用具有多個變換器的變換設備，其中高功率的變換器由并聯(lián)工作的多個低功率變換器替代，以提供一個相當于由高功率的變換器提供的功率的合成功率。因此，如果變換功率低，一些變換器可以不被啟用以節(jié)省其吸收的對應的功率。此外，如圖I所示，作為向其提供的功率C的函數的變換器的效率R并不是恒定 的。效率對于低功率電源來說較低。因此顯得有必要防止變換器工作于效率低的低功率區(qū)Z1，并鼓勵變換器使用在效率高的額定區(qū)Z2和高功率區(qū)Z3。因此，使用具有多個變換器的變換設備避免了當變換功率低時在低效率區(qū)使用高功率變換器。然而，多變換器的變換設備的使用涉及需要在不同變換器之間管理總的變換功率的分配。圖2示出了作為時間t的函數的變換功率C的示例變化趨勢，以及在具有四個變換器的變換設備的情況下，不同變換器分別提供的功率的相應變化趨勢。變換器的功率如圖所示為曲線A、B、C和D。因此，隨著總變換功率增加，第一變換器(曲線A)被使用直到在tl時刻達到的第一功率閾值SI (相當于第一變換器的最大功率)。越過閾值SI，第二變換器(曲線B)也被使用直到在t2時刻達到的第二功率閾值S2(相對于第一和第二變換器的最大功率的和)的功率。同樣地，閾值S3和S4由第三和第四變換器(曲線C和D)限定。在t4時刻，四個變換器被使用，接著變換功率減少。如果變換功率持續(xù)減少，第四變換器的變換功率接著減少，然后第三變換器的變換功率減少，依次類推。因此，通過這種功率分配，第一變換器(曲線A)幾乎經常地使用，而第四變換器(曲線D)很少使用。這種不均衡的使用趨于由于第一變換器的過早磨損導致變換設備的過早磨損。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是公開一種在多變換器的變換設備中多個變換器之間分配總變換功率的方法，其使能不同變換器的基本相等的使用。本發(fā)明的目的也是公開一種不需要復雜的實施手段的簡單方法。出于這種目的，本發(fā)明涉及一種用于在能量變換設備中至少兩個變換器間分配該能量變換設備的總功率的方法，一個變換器在無負載的情況下不被啟用，在有負載的情況下被啟用，變換器的變換功率的總和是變換設備的總功率，能量變換設備在第一電氣實體(electrical entity)和第二電氣實體之間變換能量,其特征在于-每個變換器對應于在周期η的一個周期序列中的一個限定時段，η為變換設備中的變換器的數量，以及-根據所述周期序列來逐步地切換使用所述變換器，以隨時間均衡至少兩個變換器的變換功率。根據一個實施例，根據所述周期序列切換使用所述變換器包括以下步驟-當變換設備的總功率增加并且啟用的變換器中最后一個被啟用的變換器的變換功率大于或等于第一預定閾值時，該增加被應用到周期序列中的下一個變換器，以及-如果變換設備的總功率減少，該減少被應用到啟用的變換器中第一個被啟用的變換器。
根據一個實施例，第一預定功率閾值是變換器的最大功率。根據一個實施例，如果單個變換器啟用，并且所述變換器在自啟用起隨時間累積的變換功率達到第二預定閾值，則在周期序列中下一個變換器被啟用。根據一個實施例，變換器是可逆的，并且能量變換可以首先對第二電氣實體實現(xiàn)，然后對第一電氣實體實現(xiàn)。根據一個實施例，第一實體是電壓源，而第二實體是用于加電電動機的設備。根據一個實施例，能量變換設備具有四個變換器。根據一個實施例，變換器的功率按照變換器的效率特征的函數來分配。根據一個實施例，根據周期序列控制變換器啟用的持續(xù)的逐步切換。根據一個實施例，持續(xù)的逐步切換速度確定為變換器的熱時間常數的函數。根據一個實施例，如果變換效率低于第一預定效率值，第一預定速度值的持續(xù)的逐步切換速度增加。根據一個實施例，如果變換效率高于第二預定效率值，第二預定速度值的持續(xù)的逐步切換速度減少。根據一個實施例，所述至少兩個變換器對應于一個環(huán)上的至少兩個部分，各部分與其各自的變換器的預定功率值成比例，所述至少兩個部分的結合構成整個環(huán)變換設備的總功率對應于在可沿環(huán)移動的第一游標和第二游標的位置之間的該環(huán)的弧線；其中在變換器之間的功率分配通過可沿環(huán)移動的第一游標和第二游標的位置來確定。本發(fā)明還涉及一種在能量變換設備中的至少兩個變換器之間分配該能量變換設備的總功率的方法，變換器的變換功率的總和是變換設備的總功率，能量變換設備在第一電氣實體和第二電氣實體之間變換能量，其特征在于所述至少兩個變換器對應于一個環(huán)上的至少兩個部分，各部分與其各自的變換器的預定功率值成比例，該至少兩個部分的組合構成整個環(huán)，以及其中變換設備的總功率對應于可沿該環(huán)移動的第一游標和第二游標位置之間的該環(huán)的弧線，并且在變換器之間的功率分配通過可沿環(huán)移動的第一游標和第二游標的位置來確定。根據一個實施例，所述第一和第二可移動的游標的位置被調整從而-當變換設備的總功率增加時，第一移動游標在一個預定方向與功率增加成比例地沿環(huán)移動；-當變換設備的總功率下降時，第二移動游標在一個預定方向與功率減少成比例地沿環(huán)移動。根據一個實施例，該環(huán)的各部分的位置可以環(huán)繞該環(huán)的中心輪作移動，各部分的移動對應于在不同的變換器之間功率分配的改變。根據一個實施例，各部分的輪作移動是變換器的效率特征的函數。根據一個實施例,各部分持續(xù)地輪作移動。根據一個實施例，各部分的輪作移動的速度是變換器的熱時間常數的函數。根據一個實施例，如果變換設備的變換效率小于第一預定效率值，則個部分的輪作移動的速度增加第一預定速度值。根據一個實施例，如果變換設備的變換效率大于第二預定效率值，則各部分的輪作移動的速度減少第二預定速度值。本發(fā)明也涉及一種用于在第一電氣實體和第二電氣實體之間變換能量的設備，該能量變換設備包括至少兩個變換器，其特征在于還包括一個處理單元，其配置為執(zhí)行根據本發(fā)明的功率分配方法。根據一個實施例，處理單元包括-—個包含幾何環(huán)的表示的模塊，所述至少兩個變換器對應于該環(huán)的至少兩個部分，各部分與其各自的變換器的預定功率值成比例，該至少兩個部分的組合構成整個環(huán)；-一個存儲第一游標和第二游標的位置的存儲器，第一游標和第二游標可沿該環(huán)移動，變換設備的總功率對應于在可沿環(huán)移動的第一和第二游標的位置之間的該環(huán)的弧線，以及-—個用于在變換器之間分配功率的模塊，該功率的分配通過可沿該環(huán)移動的第一和第二游標的位置來確定。根據一個實施例，所述至少兩個變換器包括-第一輸入端，其首先連接到包括兩個串聯(lián)安裝的開關的支路的第一末端，其次連接到第一輸出端，以及-第二輸入端，其通過一個電感元件連接到該支路的中點，該支路的第二末端為第
二輸出端，變換器的第一輸入端相互連接，變換器的第二輸入端相互連接，變換器的第一輸出端相互連接，以及變換器的第二輸出端也相互連接。根據一個實施例，變換器開關包括一個與二極管并聯(lián)安裝的晶體管。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點會參考附圖在以下提供的內容中體現(xiàn)，并且通過非限制示例方式示出可能的實施例。在這些附圖中，同一參考數字代表同一元件。
、
圖I是作為變換功率的函數的變換器的效率特征的曲線圖。圖2是在隨時間的變換功率以及在多變換器變換設備中不同變換器間功率的對應分配的示例性變化趨勢圖。
圖3是變換器的接線圖。圖4是包含兩個并聯(lián)安裝的變換器的變換設備的接線圖。圖5是根據本發(fā)明的功率環(huán)的示意圖。圖6是隨時間功率變化趨勢的第一實施例，和作為該變化趨勢的函數的圖5中功率環(huán)的應用。圖7是隨時間功率變化趨勢的第二實施例，和作為該變化趨勢的函數的圖5中功率環(huán)的應用。圖8是如圖5所示功率環(huán)中功率轉移的第一實施例。圖9是如圖5所示功率環(huán)中功率轉移的第二實施例。 圖10是用于兩種不同配置的變換器的功率和溫度隨時間的示例性變化趨勢。
具體實施例方式以下的一般定義適用于下文術語“絕緣柵雙極晶體管(IGBT) ”是一個混合型晶體管，包含了一個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)輸入和一個雙極晶體管輸出。術語“周期η的周期序列(periodic sequence of period n)”代表限定時段(term)xi的序列,這樣第i和第i+Ι個限定時段是相同的。換句話說，術語“周期η的周期序列”對應于“有序的循環(huán)序列(ordered andlooped sequence)”。應用于多個元件的術語“有序的循環(huán)序列”對應于在循環(huán)中從第一個元件到最后一個元件來排列各元件，每個元件在循環(huán)中僅出現(xiàn)一次，從而排在最后一個元件之后的元件是第一個元件(并且意味著在第一個元件之前的元件是最后一個元件)。如果有標為1，2，3的三個元件，可以有兩種有序的閉合循環(huán)序列第一序列對應于循環(huán)1-2-3 (對應于循環(huán)2-3-1和3_1_2)，以及第二序列對應于循環(huán)1-3-2 (對應于循環(huán)3-2-1和2_1_3)。本發(fā)明的實施例涉及在多變換器的能量變換設備(也就是包含多個變換器的能量變換設備)的變換器之間的總變換功率的分配。變換設備能夠將從第一電氣實體接收到的第一形式的能量轉換為傳送到第二電氣實體的第二能量形式。第一電氣實體例如是一個電壓源，比方說蓄電裝置。第二電氣實體例如是一個用于向驅動機動車輛的電動機供電的設備，比方說電動機的電力控制電路。在這種情況下，兩種能量形式體現(xiàn)為分別具有第一幅值和第二幅值的兩個直流電壓。然而，本發(fā)明的實施例的范圍不限于這些電氣實體的例子，也不限于如下文記載的變換器的例子。本發(fā)明適用于所有連接兩種電氣實體的變換器。附圖3示出示例的變換器1，包括第一輸入端3，其首先連接到包含兩個串聯(lián)安裝的開關9的支路7的第一末端5，以及其次連接到第一輸出端11，以及第二輸入端13，其通過一個電感元件17連接到支路7的中點15 (對應位于兩個開關9之間的點)，支路7的第二末端19連接到第二輸出端21。開關9包括一個與二極管25并聯(lián)安裝的晶體管23，通常是一個IGBT，這構成一個可逆的變換器。因此，變換能夠實現(xiàn)于從輸入端3和13到輸出端11和21，反之亦然。如果變換是實現(xiàn)于從輸入端3和13到輸出端11和21，則該變換器是升壓電路。如果變換是實現(xiàn)于從輸出端11和21到輸入端3和13，則該變換器是降壓電路。圖4為包含圖3所示的并聯(lián)安裝的兩個變換器的變換設備27。并聯(lián)涉及如下-第一輸入端3相互連接，-第二輸入端13相互連接，-第一輸出端11相互連接，以及-第二輸出端21相互連接。因此，如同在單個變換器中，變換設備27包括兩個輸出端11、21和兩個輸入端3、13。通過以相同的方式連接變換器I的輸入端和輸出端，任意數目的變換器I可以并聯(lián)。因此變換器I構成變換設備27。變換器設備27的總功率是變換器I的變換功率的總和。因此，大量的低功率變換器1，也就是能夠發(fā)送較低功率的變換器，可以取代高功率變換器，也就是發(fā)送較高功率的變換器。
將變換器I并聯(lián)使得可以使用某些變換器I同時不啟用其它變換器。例如，在總變換功率低的情況下，一些變換器I可以不啟用以節(jié)省能量，從而優(yōu)化變換設備27的總的效率。因此，如果變換器不再有負載(也就是該變換器的變換功率為零)，則該變換器不被啟用從而其不吸收功率。在圖4所示的變換器I的情況中，不啟用可以通過將相應變換器I的開關9打開來實現(xiàn)。此外，為了防止變換器隨時間的使用的不平衡，以及使不同變換器具有均勻的磨損，本發(fā)明的實施例記載了通過處理單元應用與不同變換器的使用有關的“輪作(rotation) ” 或切換。為了應用這種輪作，每個變換器I對應于周期η的周期序列中的一個限定時段。周期序列的周期η是變換設備27中變換器I的數目。因此，依據周期序列相繼切換各變換器的使用。這可以平衡變換器I隨時間的變換功率。在變換設備的首次使用期間(或者在變換設備的每次啟用中)，初始化過程按照預定或者隨機的方式選擇一個要啟用的變換器。選擇的變換器開始向變換設備27供電。一旦初始化過程結束，變換器中的一個被啟用，根據本發(fā)明的實施例，功率接著如下分配。當變換設備27的總功率增加時，該增加應用到啟用的變換器I的最后啟用的一個。換句話說，最后一個被啟用的變換器I的變換功率的增加符合變換設備27的總功率的增加。當變換設備27的總功率增加并且啟用的變換器I的最后一個被啟用的變換器I的變換功率達到第一預定閾值時，變換設備27的總功率的增加被應用到在周期序列中的下一個變換器I上。如果其沒有啟用，則在周期序列中的下一個變換器I被啟用。例如，第一預定閾值的值被定義從而優(yōu)化變換器的效率。例如，變換器I的第一預定閾值是變換器能夠提供的最高功率電平。因此，當所有變換器I在等于其相應的預定閾值的功率電平處被啟用時，變換設備27提供最大功率。如果變換設備27的總功率減少，該減少將應用到啟用的變換器I的第一個啟用的變換器I。
如果啟用的變換器的第一個啟用的變換器不再有負載(也就是變換功率為零)，則其不被啟用。當一個變換器不被啟用時，由該變換器吸收的功率為零。因此，由變換設備27吸收的功率減少。然后在周期序列中的下一個變換器變成啟用的變換器的第一個啟用的變換器。隨后的功率減少也將應用到該變換器。此外，根據一個實施例，為了防止在變換設備的一個工作循環(huán)期間(其中功率變化在很長一段時間內很小)總是使用同一變換器，可以確定自其啟動起的時間內的總變換功率，也就是變換器自被啟用起提供的能量。因此，如果單個變換器啟用，并且該變換器自被啟用起隨時間累積的變換功率達到第二預定閾值，則在周期序列中的下個變換器被啟用。因此，如果設備的總變換功率增加，該功率增加到新啟用的變換器的變換功率上(如果變換設備的總變換功率減少，該功率減少應用到啟用的變換器的第一個啟用的變換器的變換功率上)。第二預定閾值，例如，根據變換器的熱時間常數來確定。這防止變換器I過熱。
功率分配可以簡單地采用下文稱作功率環(huán)的幾何環(huán)代表。在圖5提供在四個相同功率的變換器并聯(lián)安裝的情況中此類環(huán)29的表示。不同的變換器對應環(huán)29的一部分。各部分在一起構成整個環(huán)29。該部分與相應變換器的第一功率閾值成比例。在圖5所示的實施例中，四個變換器I具有相同的第一預定閾值，不同的部分大小相同。在特定實施例中，第一閾值是變換器能夠提供的最大功率電平。例如，如果每個變換器的功率為10kW，四分之一環(huán)等同于10kW，并且整個環(huán)對應于40kW。因此，如果功率達到15kW，僅需要兩個變換器，而其余兩個變換器可以不啟用。圖5中，功率環(huán)29分成四個部分，由垂直軸Λ和水平軸β來限定。該部分是分別標為C1、C2、C3和C4的四分之一環(huán)。在說明書的剩余部分中，相應的變換器還分別稱為C1、C2、C3 和 C4。而且，環(huán)29具有第一游標31和第二游標33，能夠沿環(huán)29移動并在四個變換器中限定功率的分配。變換設備27的總功率對應于在可沿環(huán)29移動的第一游標31和第二游標33之間環(huán)29的弧線100。因此，第一移動游標31和第二移動游標33的位置被確定成，當變換設備27的總功率增加時，第一移動游標31沿環(huán)29在預定方向上與功率的增加成比例地移動。如果變換設備27的總功率下降，第二移動游標33沿環(huán)29在相同的預定方向上與功率的下降成比例地移動。因此，游標31、33的位置限定了功率設備27的變換器I的功率分配。例如，預定方向是順時針。為了更好地解釋功率環(huán)29的操作，功率分配隨時間的示例變化趨勢參照圖6描述。圖6包括兩個部分a)、b)。上部分a)示出了變換設備27的總功率作為時間t的函數的變化趨勢。下部分b)示出了第一游標31和第二游標33沿環(huán)29的相應位置的變化趨勢。開始時，兩個游標31、33安置在環(huán)29上的相同位置，位于環(huán)29的兩個部分之間的中間點。例如，如果變換器Cl在初始化過程中被選擇則兩個游標31、33被安置在點PO。緊接在t0時刻之后，設備27的總功率增加到第一功率電平LI，接著第一游標31沿環(huán)29移動一個與第一功率電平LI成比例的距離達到位置P1。第一游標31的路徑全部在變換器Cl的部分內。因此功率的增加僅由第一變換器Cl承受，這樣僅有第一變換器啟用。由于功率在to和tl時刻之間恒定，故第一游標31保持在位置Pl上。緊接在tl時刻之后，設備27的總功率增加到第二功率電平L2。第一游標31沿環(huán)29移動一個與設備27的功率增加值L2-L1成比例的的距離。第一游標31達到位置P2，其位于對應于變換器C2的部分內。因此設備27的功率增加值L2-L1先由第一變換器Cl再由第二變換器C2承受。因此，在t2時刻，變換器Cl、C2均啟用。緊接在t2時刻之后，設備27的功率電平下降到電平L3。第二游標33沿環(huán)29移動一個與功率下降值L2-L3成比例的的距離。第二游標33從位置PO移動到位置P3。位置PO和P3位于對應于變換器Cl的部分上。然后功率下降應用到第一變換器Cl (其是啟用的變換器的第一個啟用的變換器)。因此，在t3時刻，變換器Cl、C2均啟用。緊接在t3時刻之后，設備27的功率電平回落至電平L2。第一游標31沿環(huán)29移 動一個與功率增加值L2-L3成比例的的距離。第一游標31從位置P3移動到位置P4，其位于對應于變換器C3的部分內。因此設備的功率增加值L2-L3先由第二變換器C2再由第三變換器C3承受。因此，在t4時刻，全部三個變換器Cl、C2、C3都啟用。緊接在t4時刻之后，功率電平下降到電平L4。第二游標33沿環(huán)29移動一個與功率下降值L2-L4成比例的的距離。第二游標33從位置P3移動到位置P5，其位于對應于變換器C3部分內。因此，在t5時刻，第一變換器Cl和第二變換器C2都沒有啟用，僅有變換器C3啟用。因此，該實施例的應用能夠在功率增加和減少的周期中在所有變換器中分配總變換功率，即使瞬時總變換功率較低。而且，如上所述，變換設備27是可逆的，因此可以工作在兩個方向，從第一電氣實體到第二電氣實體，或者從第二電氣實體到第一電氣實體。再次假設連接到變換設備的電氣實體分別是蓄電裝置和用于驅動機動車輛的電動機的電力控制電路，第一變換方向對應于使用蓄電裝置供電發(fā)動機，而相反方向對應于再生制動，以使蓄電裝置再充電。在兩種功率轉移方向上，采用相同的方法在不同的變換器之間進行功率分配。相反方向的功率變換可以認為是“負(negative)”功率。換句話說，負功率對應于從第二電氣實體向第一電氣實體的功率轉移。然而，第一游標31和第二游標33的移動也正如上所述。因此，在功率環(huán)29上-如果“負”功率增加一個絕對值，也就是變換設備的總功率負向增加，第二游標33沿預定方向移動，和-如果“負”功率減少一個絕對值，也就是變換設備的總功率負向減少，第一游標31沿預定方向移動。參考圖7可以更好地理解。圖7對應于圖6，其中已經增加對應于在t5和t6之間的時間段的變換周期。該周期對應于其中變換設備27的總功率為負并對應于電平L5的周期。在t5時刻，功率降低到O。在功率環(huán)29上，這對應于第一游標31和第二游標33在位置上的重疊(未示出)。
接著變換設備27的總功率變?yōu)樨摚硎竟β视傻诙嶓w轉移到第一實體。總的變換功率降低到電平L5。第二游標33接著由位置P5移動到位置P6。因此，第二游標33在第一游標31 “之前”，位于兩個游標33和31 “之間”的部分對應于“負”功率。因此，兩個游標31、33的使用能夠管理兩個變換方向上的功率分配。然而，當應用上述實施例記載的功率分配時，一些變換器I可以在低功率區(qū)使用，這樣總效率并不是最優(yōu)的，可以進一步被優(yōu)化。返回到圖2,標記為參考符號2的變換功率對應于變換器I的低效率,見圖I所示的區(qū)域Zl。為了防止這種情況，根據本發(fā)明的一個實施例，作為變換器I的效率特征的函數，變換設備27的總功率被分配以優(yōu)化變換器I之間的變換效率。
因此，特別地，如果功率恒定，如果多個變換器I被啟用，在最后一個啟用的變換器I和第一個啟用的變換器I之間逐步進行切換(或功率轉移)，以獲得對應于變換設備27的優(yōu)化的變換效率的功率分配。事實上，基于作為用于變換器I的變換功率的函數的效率(如圖I所示)，可以計算或確定用于包括一組變換器I的變換設備27的作為功率的函數的優(yōu)化的功率分配。盡管如此，為了簡化這種分配的實施，并基于這樣一個事實，即變換器工作在其最大的變換功率處是有效率的，本實施例涉及優(yōu)化部分使用的變換器I的分配，也就是最后啟用的變換器I和第一個啟用的變換器I (其它變換器工作于全功率或者未啟用)。在功率環(huán)29上，這種功率分配由功率環(huán)29的各部分的輪作移動顯示。圖8示出了如之前圖5記載的功率環(huán)29的三種配置，對應于這種優(yōu)化實施的三個階段或時刻。圖8的第一部分a)顯示了功率分配的示例，其中第一變換器Cl工作于全功率，第二變換器C2工作于低功率(其對應于變換器C2的低效率)。變換設備27的功率隨時間保持恒定。功率由第一變換器Cl轉移到第二變換器C2。該轉移在環(huán)29上由沿環(huán)29的中心的各部分的輪作表示。圖8的部分b)示出了這種功率轉移的中間階段。也可得出功率能夠被轉移到變換器C4。在這種情況下，各部分在相反的方向輪作。各部分被輪作以獲得對應于優(yōu)化效率的功率分配。該優(yōu)化的效率例如基于作為變換功率的函數的代表變換器I的效率的特征來確定，并由變換設備27的制造商建立，并記錄在變換設備27的存儲器中。因此，在該實施例中，優(yōu)化分配(對應于變換設備27的優(yōu)化的效率)對應于變換設備27的總功率在兩個變換器Cl和C2之間的平均分配，如圖8在部分c)上的軸的位置所示。此外，在變換設備27的總功率在較長一段時間保持恒定的情況下，同一變換器I在整個過程中一直被使用，這尤其會造成其過熱進而過早磨損。為了防止這種過熱，根據本發(fā)明的一個實施例，根據周期序列來控制變換器I的持續(xù)的逐步切換啟用，從而-如果僅有一個變換器被啟用，功率從啟用的變換器轉移到在周期序列中的下個變換器(適用于這種情況，第二變換器啟用，這樣接著采用下一個示例)。如果有多個變換器被啟用，功率從第一個啟用的變換器轉移到最后一個啟用的變換器。因此本實施例的實施使得變換功率可以持續(xù)地一個接一個地轉移到所有的變換器I。不考慮變換設備27的總功率的變化趨勢，這種轉移可以在變換設備27的總功率恒定或連續(xù)時實現(xiàn)。此外，也可得出該功率可以轉移到在前的變換器中。在功率環(huán)29上，功率轉移由環(huán)29的各部分輪作的持續(xù)的移動來表示(輪作方向則限定了轉移的方向(到在周期序列中在前的變換器或下一個變換器))然而，根據一個替換的實施例，環(huán)29的各部分輪作的移動可以周期性地實現(xiàn)，幅值和輪作周期由作為特征的函數，優(yōu)選地變換器的熱時間常數的函數，被預先確定。圖9示出了本實施例的應用期間在5個不同的時刻功率分配隨時間的變化趨勢。 在圖9的示例中，變換設備27的總功率在5個時刻保持恒定，并且功率轉移到周期序列中的在前的變換器I。在第一時刻(部分a))，變換設備27的總功率被全部分配到第一變換器Cl。在第二時刻(部分b))，功率的一部分從第一變換器Cl轉移到第四變換器C4。在第三時刻(部分c))，功率平均地分配到第一變換器Cl和第四變換器C4。在第四時刻(部分d))，功率全部分配到第四變換器C4。在第五時刻(部分e))，功率的一部分從第四變換器C4轉移到第三變換器C3。因此，功率持續(xù)地從一個變換器I轉移到周期序列中的下一個變換器，從而獲得變換器I隨時間的幾乎均等的使用。因此，應用各部分的持續(xù)輪作(對應于到在前(或下一個)的變換器的持續(xù)地轉移)，同樣對所有變換器I隨時間分配功率，而不考慮功率變化趨勢。剛剛解釋了從一個變換器I到下一個變換器的持續(xù)的相繼的功率切換(或轉移)，但并未討論這種切換的速度。根據本發(fā)明的實施例，切換速度是由作為變換器I的熱時間常數的函數來確定，從而限制變換器I的過熱。圖10示出了在密集使用(部分a)的情況下和在間歇使用(部分b)的情況下變換器I的變換功率C和溫度T隨時間t的采樣的變化趨勢。在密集使用的情況下(部分a)，這經常發(fā)生在根據圖2所示的現(xiàn)有技術的功率分配中，變換功率是恒定的并且對應于變換器I的最大功率。溫度從to時刻開始到在t3時刻到達到穩(wěn)定溫度Tm之前逐漸增加。對應于這個溫度水平的溫度Tm較高，這會對變換設備27的操作有害。在間歇使用的情況下(部分b)，其發(fā)生在使用如上文所述的持續(xù)切換中，當變換設備27并沒有用于全功率時，功率從時刻t0開始到在時刻t2達到穩(wěn)定之前逐漸增加，該穩(wěn)定水平對應于變換器I的最大變換功率。該穩(wěn)定水平持續(xù)到時刻t2。該功率接著逐漸下降，一旦根據周期序列在切換(或“輪作”)期間所有變換器I都被使用，該周期重復一次。在該情況下中，溫度逐漸增加，但是比在部分a)中慢，因為在t0和tl之間功率更低，接著溫度持續(xù)增加直到t2，并在t2達到最大溫度Tn，該溫度隨著功率降低再次逐漸降低。獲得的溫度Tn比溫度Tm小，因為全功率僅應用了有限的時間，這有助于防止變換器I的過度過熱。
由于作為變換功率的函數的隨時間的變換器I的溫度變化趨勢依賴于變換器I的熱時間常數，轉移速度則與該時間常數相關地來確定，以通過優(yōu)化的方式限制過熱。在功率環(huán)29上，切換速度(或轉移速度)由沿環(huán)29的中心的各部分的輪作中的移動速度表示。此外，轉移速度可以是相同的，但是也可以作為一個參數的函數來調節(jié)以改進變換設備27的總體效率。如之前在圖8中所述，一些功率分配對應于未被優(yōu)化的變換設備27的效率，而一些功率分配對應于變換設備27的優(yōu)化的效率。在持續(xù)切換的應用期間，具有對應于未被優(yōu)化的效率緊接著優(yōu)化的效率的一系列配置。為了改進設備27的效率，根據本發(fā)明的一個實施例，功率轉移速度進行以下調節(jié)-如果變換效率低于第一預定效率值，則第一預定速度值的持續(xù)漸進的切換速度增加，并且
-如果變換效率大于第二預定效率值，則第二預定速度值的持續(xù)漸進的切換速度減少。第一和第二預定速度值設定成變換器I的特征的函數，尤其是其熱時間常數的函數。第一和第二預定效率值設定成代表變換器I的效率的特征的函數，該效率作為變換功率的函數。第一和第二效率值可以相同。對于第一和第二預定速度值也是相同的。這種調節(jié)相當于減少花在效率未被優(yōu)化的功率分配配置上的時間，增加了花在效率被優(yōu)化的功率分配配置上的時間。在功率環(huán)29上，沿環(huán)29的各部分的輪作的速度上的變化代表切換速度的變化。因此，通過應用一個相繼的切換到包括并聯(lián)安裝的多個變換器的變換設備27，本發(fā)明的實施例使能該設備的所有變換器隨時間按照幾乎相同的方式使用，而不考慮變換設備27的總的變換功率。此外，通過在變換器I之間實施持續(xù)的功率切換，本發(fā)明的實施例能夠抑制變換器I中的過熱。最終，根據本發(fā)明的實施例，功率環(huán)29的使用使得在變換器I之間的功率分配被
簡單地管理。事實上，不需要實時存儲使用次數或者變換器I吸收的相應功率，以均衡其服務壽命，或者在其中分配功率。如果總變換功率改變，概率上來講在變換設備27的使用周期內，第一游標31和第二游標33的移動保證變換器I被使用達基本上相同的時間段。這也適用于瞬時總體變換功率小于由一個變換器I提供的功率的情況。該方法也使能當提供持續(xù)的變換功率時在變換器I之間的功率分配被優(yōu)化。事實上，在現(xiàn)有技術的方法中，如果總的變換功率低于一個閾值，一個或多個變換器被停用，其它變換器的輸出增加以便在相同的總變換功率之下提高設備的總效率。這導致總變換功率的不連續(xù)，至少在轉換階段如此。通過環(huán)29上的第一游標31和第二游標33的位置來管理功率分配，保證了每個變換器I的輸出信號相繼地增加和減少。變換設備27的變換器I不會突然停用。此外，環(huán)29的各部分的輪作(或，等同地，軸Λ，β來分離各部分)有助于改進功率分配和當總變換功率是恒定時均衡變換器I的使用。環(huán)29的各部分的輪作也提供了在總變換功率是恒定的而變換器I的使用被改變的情況下總變換功率的持續(xù)性。能量變換設備27可以包括一個處理單元，其配置為根據本發(fā)明來實施該方法。
例如，處理單元包括一個包含幾何環(huán)29的表示的模塊。特別地，環(huán)29可以以多個角度間隔(每個對應于各自的變換器I)的形式存儲在存儲器內。第一游標31和第二游標33的位置可以對應于存儲于存儲器的各自的角度值。此外，變換器I之間的功率分配可以在顯示單元上通過環(huán)29表示，以通知能量變 換設備27的用戶。
權利要求
1.ー種在能量變換設備(27)的至少兩個變換器(I)之間分配所述能量變換設備(27)的總功率的方法，該變換器(I)的變換功率的總和是該變換設備(27)的總功率，該能量變換設備(27)在第一電氣實體和第二電氣實體之間變換能量，其特征在于 所述至少兩個變換器(I)對應于ー個環(huán)(29)的至少兩個部分，各部分與其各自的變換器(I)的預定功率值成比例，該至少兩個部分的組合構成整個環(huán)(29)，以及特征在于 該變換設備的總功率對應于在可沿該環(huán)(29)移動的第一游標(31)和第二游標(33)的位置之間該環(huán)(29)的弧線(100)，以及 在該變換器(I)之間的功率分配通過可沿該環(huán)(29)移動的第一游標(31)和第二游標(33)的位置來確定。
2.根據權利要求I的分配方法，其中第一移動游標(31)和第二移動游標(33)的位置被調整從而 -當該變換設備(27)的總功率增加時，第一移動游標(31)沿該環(huán)(29)在一個預定方向中與功率増加成比例地移動； -當該變換設備(27)的總功率下降時，第二移動游標(33)沿該環(huán)(29)在一個預定方向中與功率降低成比例地移動。
3.根據權利要求I或2的分配方法，其中該環(huán)(29)的各部分的位置可環(huán)繞該環(huán)(29)的中心輪作移動，各部分的移動對應于在不同的變換器(I)之間的功率分配的改變。
4.根據權利要求3的分配方法，其中各部分連續(xù)地輪作移動。
5.根據權利要求3或4的分配方法，其中各部分的輪作移動是該變換器(I)的效率特征的函數。
6.根據權利要求3至5之一的分配方法，其中各部分的輪作移動速度是變換器的熱時間常數的函數。
7.根據權利要求I至6之一的分配方法，其中如果該變換設備(27)的變換效率小于第ー預定效率值，則各部分的輪作移動速度増加第一預定速度值。
8.根據權利要求I至7之一的分配方法，其中如果該變換設備(27)的變換效率大于第ニ預定效率值，則各部分的輪作移動速度減少第二預定速度值。
9.一種用于在第一電氣實體和第二電氣實體之間變換能量的設備(27)，能量變換設備(27)包括至少兩個變換器(I)，其特征在于還包括一個處理単元，其配置為實現(xiàn)根據權利要求I到8之一的功率分配方法，該處理単元包括 -ー個包含幾何環(huán)(29)的表示的模塊，所述至少兩個變換器(I)對應于該環(huán)的至少兩個部分，各部分與其各自的變換器(I)的預定功率值成比例，該至少兩個部分的組合構成整個環(huán)； -一個存儲第一游標(31)和第二游標(33)的位置的存儲器，第一游標和第二游標可沿該環(huán)(29)移動，該變換設備(27)的總功率對應于可沿該環(huán)(29)移動的第一游標(31)和第二游標(33)的位置之間的該環(huán)的弧線(100)，以及 -一個用于在變換器(I)之間分配功率的模塊，該功率的分配通過可沿該環(huán)(29)移動的第一游標(31)和第二游標(33)的位置來確定。
10.根據權利要求9的能量變換設備(27)，其中所述至少兩個變換器(I)包括 -第一輸入端(3)，其首先連接到包括兩個串聯(lián)安裝的開關(9)的支路(7)的第一末端(5)，其次連接到第一輸出端(11)，以及 -第二輸入端(13)，其通過ー個電感元件(17)連接到該支路(7)的中點(15)，該支路(7)的第二末端(19)為第二輸出端(21)， 該變換器(I)的第一輸入端(3)相互連接，該變換器(I)的第二輸入端(13)相互連接，該變換器(I)的第一輸出端(11)相互連接，以及該變換器(I)的第二輸出端(21)也相互連接。
11.根據權利要求10的能量變換設備，其中變換器(I)的開關(9)包括ー個與ニ極管(25)并聯(lián)安裝的晶體管(23)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在能量變換設備中的至少兩個變換器之間分配該能量變換設備的總功率的方法，變換器的變換功率的總和是變換設備的總功率，能量變換設備在第一電氣實體和第二電氣實體之間變換能量，其特征在于所述至少兩個變換器對應于一個環(huán)(29)上的至少兩個部分，各部分與其各自的變換器(1)的預定功率值成比例，該至少兩個部分的組合構成整個環(huán)，其中，變換設備的總功率對應于在可沿該環(huán)移動的第一游標和第二游標的位置之間該環(huán)的弧線，并且在變換器之間的功率分配通過可沿環(huán)移動的第一游標和第二游標的位置來確定。
文檔編號H02M1/00GK102684456SQ20121014719
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權日2011年2月25日
發(fā)明者B·鮑切茲, L·德索薩 申請人:法雷奧電機控制系統(tǒng)公司