CN102684456B - 能量变换设备及相关的分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在能量变换设备中的至少两个变换器之间分配该能量变换设备的总功率的方法，变换器的变换功率的总和是变换设备的总功率，能量变换设备在第一电气实体和第二电气实体之间变换能量，其特征在于：所述至少两个变换器对应于一个环(29)上的至少两个部分，各部分与其各自的变换器(1)的预定功率值成比例，该至少两个部分的组合构成整个环，其中，变换设备的总功率对应于在可沿该环移动的第一游标和第二游标的位置之间该环的弧线，并且在变换器之间的功率分配通过可沿环移动的第一游标和第二游标的位置来确定。

Description

能量变换设备及相关的分配方法
技术领域
本发明涉及能量变换领域，更具体地涉及具有多个变换器的变换设备和在不同变换器间的功率分配。
背景技术
通常，变换器提供功率，被认作变换功率，以执行变换功能。而且，变换器吸收功率用于其内部操作。变换器的效率与变换功率和变换器吸收的功率之间的比率相关。
现有技术中公知的是使用具有多个变换器的变换设备，其中高功率的变换器由并联工作的多个低功率变换器替代，以提供一个相当于由高功率的变换器提供的功率的合成功率。因此，如果变换功率低，一些变换器可以不被启用以节省其吸收的对应的功率。
此外，如图1所示，作为向其提供的功率C的函数的变换器的效率R并不是恒定的。效率对于低功率电源来说较低。因此显得有必要防止变换器工作于效率低的低功率区Z1，并鼓励变换器使用在效率高的额定区Z2和高功率区Z3。
因此，使用具有多个变换器的变换设备避免了当变换功率低时在低效率区使用高功率变换器。
然而，多变换器的变换设备的使用涉及需要在不同变换器之间管理总的变换功率的分配。
图2示出了作为时间t的函数的变换功率C的示例变化趋势，以及在具有四个变换器的变换设备的情况下，不同变换器分别提供的功率的相应变化趋势。变换器的功率如图所示为曲线A、B、C和D。因此，随着总变换功率增加，第一变换器(曲线A)被使用直到在t1时刻达到的第一功率阈值S1(相当于第一变换器的最大功率)。越过阈值S1，第二变换器(曲线B)也被使用直到在t2时刻达到的第二功率阈值S2(相对于第一和第二变换器的最大功率的和)的功率。同样地，阈值S3和S4由第三和第四变换器(曲线C和D)限定。在t4时刻，四个变换器被使用，接着变换功率减少。如果变换功率持续减少，第四变换器的变换功率接着减少，然后第三变换器的变换功率减少，依次类推。
因此，通过这种功率分配，第一变换器(曲线A)几乎经常地使用，而第四变换器(曲线D)很少使用。这种不均衡的使用趋于由于第一变换器的过早磨损导致变换设备的过早磨损。
发明内容
因此，本发明的目的是公开一种在多变换器的变换设备中多个变换器之间分配总变换功率的方法，其使能不同变换器的基本相等的使用。本发明的目的也是公开一种不需要复杂的实施手段的简单方法。
出于这种目的，本发明涉及一种用于在能量变换设备中至少两个变换器间分配该能量变换设备的总功率的方法，一个变换器在无负载的情况下不被启用，在有负载的情况下被启用，变换器的变换功率的总和是变换设备的总功率，能量变换设备在第一电气实体(electrical entity)和第二电气实体之间变换能量，其特征在于：
-每个变换器对应于在周期n的一个周期序列中的一个限定时段，n为变换设备中的变换器的数量，以及
-根据所述周期序列来逐步地切换使用所述变换器，以随时间均衡至少两个变换器的变换功率。
根据一个实施例，根据所述周期序列切换使用所述变换器包括以下步骤：
-当变换设备的总功率增加并且启用的变换器中最后一个被启用的变换器的变换功率大于或等于第一预定阈值时，该增加被应用到周期序列中的下一个变换器，以及
-如果变换设备的总功率减少，该减少被应用到启用的变换器中第一个被启用的变换器。
根据一个实施例，第一预定功率阈值是变换器的最大功率。
根据一个实施例，如果单个变换器启用，并且所述变换器在自启用起随时间累积的变换功率达到第二预定阈值，则在周期序列中下一个变换器被启用。
根据一个实施例，变换器是可逆的，并且能量变换可以首先对第二电气实体实现，然后对第一电气实体实现。
根据一个实施例，第一实体是电压源，而第二实体是用于加电电动机的设备。
根据一个实施例，能量变换设备具有四个变换器。
根据一个实施例，变换器的功率按照变换器的效率特征的函数来分配。
根据一个实施例，根据周期序列控制变换器启用的持续的逐步切换。
根据一个实施例，持续的逐步切换速度确定为变换器的热时间常数的函数。
根据一个实施例，如果变换效率低于第一预定效率值，第一预定速度值的持续的逐步切换速度增加。
根据一个实施例，如果变换效率高于第二预定效率值，第二预定速度值的持续的逐步切换速度减少。
根据一个实施例，所述至少两个变换器对应于一个环上的至少两个部分，各部分与其各自的变换器的预定功率值成比例，所述至少两个部分的结合构成整个环：
变换设备的总功率对应于在可沿环移动的第一游标和第二游标的位置之间的该环的弧线；其中
在变换器之间的功率分配通过可沿环移动的第一游标和第二游标的位置来确定。
本发明还涉及一种在能量变换设备中的至少两个变换器之间分配该能量变换设备的总功率的方法，变换器的变换功率的总和是变换设备的总功率，能量变换设备在第一电气实体和第二电气实体之间变换能量，其特征在于：
所述至少两个变换器对应于一个环上的至少两个部分，各部分与其各自的变换器的预定功率值成比例，该至少两个部分的组合构成整个环，以及其中
变换设备的总功率对应于可沿该环移动的第一游标和第二游标位置之间的该环的弧线，并且
在变换器之间的功率分配通过可沿环移动的第一游标和第二游标的位置来确定。
根据一个实施例，所述第一和第二可移动的游标的位置被调整从而：
-当变换设备的总功率增加时，第一移动游标在一个预定方向与功率增加成比例地沿环移动；
-当变换设备的总功率下降时，第二移动游标在一个预定方向与功率减少成比例地沿环移动。
根据一个实施例，该环的各部分的位置可以环绕该环的中心轮作移动，各部分的移动对应于在不同的变换器之间功率分配的改变。
根据一个实施例，各部分的轮作移动是变换器的效率特征的函数。
根据一个实施例，各部分持续地轮作移动。
根据一个实施例，各部分的轮作移动的速度是变换器的热时间常数的函数。
根据一个实施例，如果变换设备的变换效率小于第一预定效率值，则个部分的轮作移动的速度增加第一预定速度值。
根据一个实施例，如果变换设备的变换效率大于第二预定效率值，则各部分的轮作移动的速度减少第二预定速度值。
本发明也涉及一种用于在第一电气实体和第二电气实体之间变换能量的设备，该能量变换设备包括至少两个变换器，其特征在于还包括一个处理单元，其配置为执行根据本发明的功率分配方法。
根据一个实施例，处理单元包括：
-一个包含几何环的表示的模块，所述至少两个变换器对应于该环的至少两个部分，各部分与其各自的变换器的预定功率值成比例，该至少两个部分的组合构成整个环；
-一个存储第一游标和第二游标的位置的存储器，第一游标和第二游标可沿该环移动，变换设备的总功率对应于在可沿环移动的第一和第二游标的位置之间的该环的弧线，以及
-一个用于在变换器之间分配功率的模块，该功率的分配通过可沿该环移动的第一和第二游标的位置来确定。
根据一个实施例，所述至少两个变换器包括：
-第一输入端，其首先连接到包括两个串联安装的开关的支路的第一末端，其次连接到第一输出端，以及
-第二输入端，其通过一个电感元件连接到该支路的中点，该支路的第二末端为第二输出端，
变换器的第一输入端相互连接，变换器的第二输入端相互连接，变换器的第一输出端相互连接，以及变换器的第二输出端也相互连接。
根据一个实施例，变换器开关包括一个与二极管并联安装的晶体管。
附图说明
本发明的其它特征和优点会参考附图在以下提供的内容中体现，并且通过非限制示例方式示出可能的实施例。
在这些附图中，同一参考数字代表同一元件。
图1是作为变换功率的函数的变换器的效率特征的曲线图。
图2是在随时间的变换功率以及在多变换器变换设备中不同变换器间功率的对应分配的示例性变化趋势图。
图3是变换器的接线图。
图4是包含两个并联安装的变换器的变换设备的接线图。
图5是根据本发明的功率环的示意图。
图6是随时间功率变化趋势的第一实施例，和作为该变化趋势的函数的图5中功率环的应用。
图7是随时间功率变化趋势的第二实施例，和作为该变化趋势的函数的图5中功率环的应用。
图8是如图5所示功率环中功率转移的第一实施例。
图9是如图5所示功率环中功率转移的第二实施例。
图10是用于两种不同配置的变换器的功率和温度随时间的示例性变化趋势。
具体实施方式
以下的一般定义适用于下文：
术语“绝缘栅双极晶体管(IGBT)”是一个混合型晶体管，包含了一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)输入和一个双极晶体管输出。
术语“周期n的周期序列(periodic sequence of period n)”代表限定时段(term)xi的序列，这样第i和第i+1个限定时段是相同的。
换句话说，术语“周期n的周期序列”对应于“有序的循环序列(ordered andlooped sequence)”。应用于多个元件的术语“有序的循环序列”对应于在循环中从第一个元件到最后一个元件来排列各元件，每个元件在循环中仅出现一次，从而排在最后一个元件之后的元件是第一个元件(并且意味着在第一个元件之前的元件是最后一个元件)。如果有标为1，2，3的三个元件，可以有两种有序的闭合循环序列：
第一序列对应于循环1-2-3(对应于循环2-3-1和3-1-2)，以及
第二序列对应于循环1-3-2(对应于循环3-2-1和2-1-3)。
本发明的实施例涉及在多变换器的能量变换设备(也就是包含多个变换器的能量变换设备)的变换器之间的总变换功率的分配。
变换设备能够将从第一电气实体接收到的第一形式的能量转换为传送到第二电气实体的第二能量形式。第一电气实体例如是一个电压源，比方说蓄电装置。第二电气实体例如是一个用于向驱动机动车辆的电动机供电的设备，比方说电动机的电力控制电路。在这种情况下，两种能量形式体现为分别具有第一幅值和第二幅值的两个直流电压。
然而，本发明的实施例的范围不限于这些电气实体的例子，也不限于如下文记载的变换器的例子。本发明适用于所有连接两种电气实体的变换器。
附图3示出示例的变换器1，包括：
第一输入端3，其首先连接到包含两个串联安装的开关9的支路7的第一末端5，以及其次连接到第一输出端11，以及
第二输入端13，其通过一个电感元件17连接到支路7的中点15(对应位于两个开关9之间的点)，支路7的第二末端19连接到第二输出端21。
开关9包括一个与二极管25并联安装的晶体管23，通常是一个IGBT，这构成一个可逆的变换器。因此，变换能够实现于从输入端3和13到输出端11和21，反之亦然。如果变换是实现于从输入端3和13到输出端11和21，则该变换器是升压电路。如果变换是实现于从输出端11和21到输入端3和13，则该变换器是降压电路。
图4为包含图3所示的并联安装的两个变换器的变换设备27。并联涉及如下：
-第一输入端3相互连接，-第二输入端13相互连接，-第一输出端11相互连接，以及-第二输出端21相互连接。
因此，如同在单个变换器中，变换设备27包括两个输出端11、21和两个输入端3、13。
通过以相同的方式连接变换器1的输入端和输出端，任意数目的变换器1可以并联。因此变换器1构成变换设备27。变换器设备27的总功率是变换器1的变换功率的总和。因此，大量的低功率变换器1，也就是能够发送较低功率的变换器，可以取代高功率变换器，也就是发送较高功率的变换器。
将变换器1并联使得可以使用某些变换器1同时不启用其它变换器。例如，在总变换功率低的情况下，一些变换器1可以不启用以节省能量，从而优化变换设备27的总的效率。因此，如果变换器不再有负载(也就是该变换器的变换功率为零)，则该变换器不被启用从而其不吸收功率。
在图4所示的变换器1的情况中，不启用可以通过将相应变换器1的开关9打开来实现。
此外，为了防止变换器随时间的使用的不平衡，以及使不同变换器具有均匀的磨损，本发明的实施例记载了通过处理单元应用与不同变换器的使用有关的“轮作(rotation)”或切换。
为了应用这种轮作，每个变换器1对应于周期n的周期序列中的一个限定时段。周期序列的周期n是变换设备27中变换器1的数目。
因此，依据周期序列相继切换各变换器的使用。这可以平衡变换器1随时间的变换功率。
在变换设备的首次使用期间(或者在变换设备的每次启用中)，初始化过程按照预定或者随机的方式选择一个要启用的变换器。选择的变换器开始向变换设备27供电。
一旦初始化过程结束，变换器中的一个被启用，根据本发明的实施例，功率接着如下分配。
当变换设备27的总功率增加时，该增加应用到启用的变换器1的最后启用的一个。换句话说，最后一个被启用的变换器1的变换功率的增加符合变换设备27的总功率的增加。
当变换设备27的总功率增加并且启用的变换器1的最后一个被启用的变换器1的变换功率达到第一预定阈值时，变换设备27的总功率的增加被应用到在周期序列中的下一个变换器1上。如果其没有启用，则在周期序列中的下一个变换器1被启用。
例如，第一预定阈值的值被定义从而优化变换器的效率。
例如，变换器1的第一预定阈值是变换器能够提供的最高功率电平。因此，当所有变换器1在等于其相应的预定阈值的功率电平处被启用时，变换设备27提供最大功率。
如果变换设备27的总功率减少，该减少将应用到启用的变换器1的第一个启用的变换器1。
如果启用的变换器的第一个启用的变换器不再有负载(也就是变换功率为零)，则其不被启用。当一个变换器不被启用时，由该变换器吸收的功率为零。因此，由变换设备27吸收的功率减少。然后在周期序列中的下一个变换器变成启用的变换器的第一个启用的变换器。随后的功率减少也将应用到该变换器。
此外，根据一个实施例，为了防止在变换设备的一个工作循环期间(其中功率变化在很长一段时间内很小)总是使用同一变换器，可以确定自其启动起的时间内的总变换功率，也就是变换器自被启用起提供的能量。因此，如果单个变换器启用，并且该变换器自被启用起随时间累积的变换功率达到第二预定阈值，则在周期序列中的下个变换器被启用。因此，如果设备的总变换功率增加，该功率增加到新启用的变换器的变换功率上(如果变换设备的总变换功率减少，该功率减少应用到启用的变换器的第一个启用的变换器的变换功率上)。
第二预定阈值，例如，根据变换器的热时间常数来确定。这防止变换器1过热。
功率分配可以简单地采用下文称作功率环的几何环代表。在图5提供在四个相同功率的变换器并联安装的情况中此类环29的表示。不同的变换器对应环29的一部分。各部分在一起构成整个环29。该部分与相应变换器的第一功率阈值成比例。在图5所示的实施例中，四个变换器1具有相同的第一预定阈值，不同的部分大小相同。在特定实施例中，第一阈值是变换器能够提供的最大功率电平。
例如，如果每个变换器的功率为10kW，四分之一环等同于10kW，并且整个环对应于40kW。因此，如果功率达到15kW，仅需要两个变换器，而其余两个变换器可以不启用。
图5中，功率环29分成四个部分，由垂直轴Δ和水平轴β来限定。该部分是分别标为C1、C2、C3和C4的四分之一环。在说明书的剩余部分中，相应的变换器还分别称为C1、C2、C3和C4。
而且，环29具有第一游标31和第二游标33，能够沿环29移动并在四个变换器中限定功率的分配。变换设备27的总功率对应于在可沿环29移动的第一游标31和第二游标33之间环29的弧线100。
因此，第一移动游标31和第二移动游标33的位置被确定成，当变换设备27的总功率增加时，第一移动游标31沿环29在预定方向上与功率的增加成比例地移动。
如果变换设备27的总功率下降，第二移动游标33沿环29在相同的预定方向上与功率的下降成比例地移动。
因此，游标31、33的位置限定了功率设备27的变换器1的功率分配。
例如，预定方向是顺时针。为了更好地解释功率环29的操作，功率分配随时间的示例变化趋势参照图6描述。
图6包括两个部分a)、b)。上部分a)示出了变换设备27的总功率作为时间t的函数的变化趋势。下部分b)示出了第一游标31和第二游标33沿环29的相应位置的变化趋势。
开始时，两个游标31、33安置在环29上的相同位置，位于环29的两个部分之间的中间点。例如，如果变换器C1在初始化过程中被选择则两个游标31、33被安置在点P0。
紧接在t0时刻之后，设备27的总功率增加到第一功率电平L1，接着第一游标31沿环29移动一个与第一功率电平L1成比例的距离达到位置P1。第一游标31的路径全部在变换器C1的部分内。因此功率的增加仅由第一变换器C1承受，这样仅有第一变换器启用。由于功率在t0和t1时刻之间恒定，故第一游标31保持在位置P1上。
紧接在t1时刻之后，设备27的总功率增加到第二功率电平L2。第一游标31沿环29移动一个与设备27的功率增加值L2-L1成比例的的距离。第一游标31达到位置P2，其位于对应于变换器C2的部分内。因此设备27的功率增加值L2-L1先由第一变换器C1再由第二变换器C2承受。因此，在t2时刻，变换器C1、C2均启用。
紧接在t2时刻之后，设备27的功率电平下降到电平L3。第二游标33沿环29移动一个与功率下降值L2-L3成比例的的距离。第二游标33从位置P0移动到位置P3。位置P0和P3位于对应于变换器C1的部分上。然后功率下降应用到第一变换器C1(其是启用的变换器的第一个启用的变换器)。因此，在t3时刻，变换器C1、C2均启用。
紧接在t3时刻之后，设备27的功率电平回落至电平L2。第一游标31沿环29移动一个与功率增加值L2-L3成比例的的距离。第一游标31从位置P3移动到位置P4，其位于对应于变换器C3的部分内。因此设备的功率增加值L2-L3先由第二变换器C2再由第三变换器C3承受。因此，在t4时刻，全部三个变换器C1、C2、C3都启用。
紧接在t4时刻之后，功率电平下降到电平L4。第二游标33沿环29移动一个与功率下降值L2-L4成比例的的距离。第二游标33从位置P3移动到位置P5，其位于对应于变换器C3部分内。因此，在t5时刻，第一变换器C1和第二变换器C2都没有启用，仅有变换器C3启用。
因此，该实施例的应用能够在功率增加和减少的周期中在所有变换器中分配总变换功率，即使瞬时总变换功率较低。
而且，如上所述，变换设备27是可逆的，因此可以工作在两个方向，从第一电气实体到第二电气实体，或者从第二电气实体到第一电气实体。
再次假设连接到变换设备的电气实体分别是蓄电装置和用于驱动机动车辆的电动机的电力控制电路，第一变换方向对应于使用蓄电装置供电发动机，而相反方向对应于再生制动，以使蓄电装置再充电。在两种功率转移方向上，采用相同的方法在不同的变换器之间进行功率分配。
相反方向的功率变换可以认为是“负(negative)”功率。换句话说，负功率对应于从第二电气实体向第一电气实体的功率转移。然而，第一游标31和第二游标33的移动也正如上所述。
因此，在功率环29上：
-如果“负”功率增加一个绝对值，也就是变换设备的总功率负向增加，第二游标33沿预定方向移动，和
-如果“负”功率减少一个绝对值，也就是变换设备的总功率负向减少，第一游标31沿预定方向移动。
参考图7可以更好地理解。图7对应于图6，其中已经增加对应于在t5和t6之间的时间段的变换周期。该周期对应于其中变换设备27的总功率为负并对应于电平L5的周期。
在t5时刻，功率降低到0。在功率环29上，这对应于第一游标31和第二游标33在位置上的重叠(未示出)。
接着变换设备27的总功率变为负，表示功率由第二实体转移到第一实体。总的变换功率降低到电平L5。第二游标33接着由位置P5移动到位置P6。因此，第二游标33在第一游标31“之前”，位于两个游标33和31“之间”的部分对应于“负”功率。
因此，两个游标31、33的使用能够管理两个变换方向上的功率分配。
然而，当应用上述实施例记载的功率分配时，一些变换器1可以在低功率区使用，这样总效率并不是最优的，可以进一步被优化。
返回到图2，标记为参考符号2的变换功率对应于变换器1的低效率，见图1所示的区域Z1。
为了防止这种情况，根据本发明的一个实施例，作为变换器1的效率特征的函数，变换设备27的总功率被分配以优化变换器1之间的变换效率。
因此，特别地，如果功率恒定，如果多个变换器1被启用，在最后一个启用的变换器1和第一个启用的变换器1之间逐步进行切换(或功率转移)，以获得对应于变换设备27的优化的变换效率的功率分配。
事实上，基于作为用于变换器1的变换功率的函数的效率(如图1所示)，可以计算或确定用于包括一组变换器1的变换设备27的作为功率的函数的优化的功率分配。
尽管如此，为了简化这种分配的实施，并基于这样一个事实，即变换器工作在其最大的变换功率处是有效率的，本实施例涉及优化部分使用的变换器1的分配，也就是最后启用的变换器1和第一个启用的变换器1(其它变换器工作于全功率或者未启用)。
在功率环29上，这种功率分配由功率环29的各部分的轮作移动显示。
图8示出了如之前图5记载的功率环29的三种配置，对应于这种优化实施的三个阶段或时刻。
图8的第一部分a)显示了功率分配的示例，其中第一变换器C1工作于全功率，第二变换器C2工作于低功率(其对应于变换器C2的低效率)。变换设备27的功率随时间保持恒定。
功率由第一变换器C1转移到第二变换器C2。该转移在环29上由沿环29的中心的各部分的轮作表示。
图8的部分b)示出了这种功率转移的中间阶段。也可得出功率能够被转移到变换器C4。在这种情况下，各部分在相反的方向轮作。各部分被轮作以获得对应于优化效率的功率分配。该优化的效率例如基于作为变换功率的函数的代表变换器1的效率的特征来确定，并由变换设备27的制造商建立，并记录在变换设备27的存储器中。
因此，在该实施例中，优化分配(对应于变换设备27的优化的效率)对应于变换设备27的总功率在两个变换器C1和C2之间的平均分配，如图8在部分c)上的轴的位置所示。
此外，在变换设备27的总功率在较长一段时间保持恒定的情况下，同一变换器1在整个过程中一直被使用，这尤其会造成其过热进而过早磨损。为了防止这种过热，根据本发明的一个实施例，根据周期序列来控制变换器1的持续的逐步切换启用，从而
-如果仅有一个变换器被启用，功率从启用的变换器转移到在周期序列中的下个变换器(适用于这种情况，第二变换器启用，这样接着采用下一个示例)。
如果有多个变换器被启用，功率从第一个启用的变换器转移到最后一个启用的变换器。
因此本实施例的实施使得变换功率可以持续地一个接一个地转移到所有的变换器1。不考虑变换设备27的总功率的变化趋势，这种转移可以在变换设备27的总功率恒定或连续时实现。
此外，也可得出该功率可以转移到在前的变换器中。
在功率环29上，功率转移由环29的各部分轮作的持续的移动来表示(轮作方向则限定了转移的方向(到在周期序列中在前的变换器或下一个变换器))
然而，根据一个替换的实施例，环29的各部分轮作的移动可以周期性地实现，幅值和轮作周期由作为特征的函数，优选地变换器的热时间常数的函数，被预先确定。
图9示出了本实施例的应用期间在5个不同的时刻功率分配随时间的变化趋势。在图9的示例中，变换设备27的总功率在5个时刻保持恒定，并且功率转移到周期序列中的在前的变换器1。
在第一时刻(部分a))，变换设备27的总功率被全部分配到第一变换器C1。在第二时刻(部分b))，功率的一部分从第一变换器C1转移到第四变换器C4。在第三时刻(部分c))，功率平均地分配到第一变换器C1和第四变换器C4。在第四时刻(部分d))，功率全部分配到第四变换器C4。在第五时刻(部分e))，功率的一部分从第四变换器C4转移到第三变换器C3。
因此，功率持续地从一个变换器1转移到周期序列中的下一个变换器，从而获得变换器1随时间的几乎均等的使用。
因此，应用各部分的持续轮作(对应于到在前(或下一个)的变换器的持续地转移)，同样对所有变换器1随时间分配功率，而不考虑功率变化趋势。
刚刚解释了从一个变换器1到下一个变换器的持续的相继的功率切换(或转移)，但并未讨论这种切换的速度。
根据本发明的实施例，切换速度是由作为变换器1的热时间常数的函数来确定，从而限制变换器1的过热。
图10示出了在密集使用(部分a)的情况下和在间歇使用(部分b)的情况下变换器1的变换功率C和温度T随时间t的采样的变化趋势。
在密集使用的情况下(部分a)，这经常发生在根据图2所示的现有技术的功率分配中，变换功率是恒定的并且对应于变换器1的最大功率。温度从t0时刻开始到在t3时刻到达到稳定温度Tm之前逐渐增加。对应于这个温度水平的温度Tm较高，这会对变换设备27的操作有害。
在间歇使用的情况下(部分b)，其发生在使用如上文所述的持续切换中，当变换设备27并没有用于全功率时，功率从时刻t0开始到在时刻t2达到稳定之前逐渐增加，该稳定水平对应于变换器1的最大变换功率。该稳定水平持续到时刻t2。该功率接着逐渐下降，一旦根据周期序列在切换(或“轮作”)期间所有变换器1都被使用，该周期重复一次。
在该情况下中，温度逐渐增加，但是比在部分a)中慢，因为在t0和t1之间功率更低，接着温度持续增加直到t2，并在t2达到最大温度Tn，该温度随着功率降低再次逐渐降低。获得的温度Tn比温度Tm小，因为全功率仅应用了有限的时间，这有助于防止变换器1的过度过热。
由于作为变换功率的函数的随时间的变换器1的温度变化趋势依赖于变换器1的热时间常数，转移速度则与该时间常数相关地来确定，以通过优化的方式限制过热。在功率环29上，切换速度(或转移速度)由沿环29的中心的各部分的轮作中的移动速度表示。
此外，转移速度可以是相同的，但是也可以作为一个参数的函数来调节以改进变换设备27的总体效率。如之前在图8中所述，一些功率分配对应于未被优化的变换设备27的效率，而一些功率分配对应于变换设备27的优化的效率。在持续切换的应用期间，具有对应于未被优化的效率紧接着优化的效率的一系列配置。为了改进设备27的效率，根据本发明的一个实施例，功率转移速度进行以下调节：
-如果变换效率低于第一预定效率值，则第一预定速度值的持续渐进的切换速度增加，并且
-如果变换效率大于第二预定效率值，则第二预定速度值的持续渐进的切换速度减少。
第一和第二预定速度值设定成变换器1的特征的函数，尤其是其热时间常数的函数。第一和第二预定效率值设定成代表变换器1的效率的特征的函数，该效率作为变换功率的函数。
第一和第二效率值可以相同。对于第一和第二预定速度值也是相同的。
这种调节相当于减少花在效率未被优化的功率分配配置上的时间，增加了花在效率被优化的功率分配配置上的时间。
在功率环29上，沿环29的各部分的轮作的速度上的变化代表切换速度的变化。
因此，通过应用一个相继的切换到包括并联安装的多个变换器的变换设备27，本发明的实施例使能该设备的所有变换器随时间按照几乎相同的方式使用，而不考虑变换设备27的总的变换功率。此外，通过在变换器1之间实施持续的功率切换，本发明的实施例能够抑制变换器1中的过热。
最终，根据本发明的实施例，功率环29的使用使得在变换器1之间的功率分配被简单地管理。
事实上，不需要实时存储使用次数或者变换器1吸收的相应功率，以均衡其服务寿命，或者在其中分配功率。如果总变换功率改变，概率上来讲在变换设备27的使用周期内，第一游标31和第二游标33的移动保证变换器1被使用达基本上相同的时间段。这也适用于瞬时总体变换功率小于由一个变换器1提供的功率的情况。
该方法也使能当提供持续的变换功率时在变换器1之间的功率分配被优化。事实上，在现有技术的方法中，如果总的变换功率低于一个阈值，一个或多个变换器被停用，其它变换器的输出增加以便在相同的总变换功率之下提高设备的总效率。这导致总变换功率的不连续，至少在转换阶段如此。通过环29上的第一游标31和第二游标33的位置来管理功率分配，保证了每个变换器1的输出信号相继地增加和减少。变换设备27的变换器1不会突然停用。
此外，环29的各部分的轮作(或，等同地，轴Δ，β来分离各部分)有助于改进功率分配和当总变换功率是恒定时均衡变换器1的使用。环29的各部分的轮作也提供了在总变换功率是恒定的而变换器1的使用被改变的情况下总变换功率的持续性。
能量变换设备27可以包括一个处理单元，其配置为根据本发明来实施该方法。
例如，处理单元包括一个包含几何环29的表示的模块。特别地，环29可以以多个角度间隔(每个对应于各自的变换器1)的形式存储在存储器内。第一游标31和第二游标33的位置可以对应于存储于存储器的各自的角度值。
此外，变换器1之间的功率分配可以在显示单元上通过环29表示，以通知能量变换设备27的用户。

Claims (11)

1.一种在能量变换设备(27)的至少两个变换器(1)之间分配所述能量变换设备(27)的总功率的方法，该变换器(1)的变换功率的总和是该能量变换设备(27)的总功率，该能量变换设备(27)在第一电气实体和第二电气实体之间变换能量，其特征在于：
所述至少两个变换器(1)对应于一个几何环(29)的至少两个部分，所述几何环(29)存储在存储器中，该几何环为多个角度间隔的形式，每一个角度间隔对应于相应的变换器(1)，且各部分与其各自的变换器(1)的预定功率值成比例，该至少两个部分的组合构成整个几何环(29)，以及特征在于：
该能量变换设备的总功率对应于在可沿该几何环(29)移动的第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的位置之间该几何环(29)的弧线(100)，第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的所述位置对应于存储于存储器的各自的角度值，以及
在该变换器(1)之间的功率分配通过可沿该几何环(29)移动的第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的位置来确定。
2.根据权利要求1的分配方法，其中第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的位置被调整从而：
-当该能量变换设备(27)的总功率增加时，第一移动游标(31)沿该几何环(29)在一个预定方向中与功率增加成比例地移动；
-当该能量变换设备(27)的总功率下降时，第二移动游标(33)沿该几何环(29)在一个预定方向中与功率降低成比例地移动。
3.根据权利要求1或2的分配方法，其中该几何环(29)的各部分的位置可环绕该几何环(29)的中心轮作移动，各部分的移动对应于在不同的变换器(1)之间的功率分配的改变。
4.根据权利要求3的分配方法，其中各部分连续地轮作移动。
5.根据权利要求3的分配方法，其中各部分的轮作移动是该变换器(1)的效率特征的函数。
6.根据权利要求3的分配方法，其中各部分的轮作移动速度是变换器的热时间常数的函数。
7.根据权利要求3的分配方法，其中如果该能量变换设备(27)的变换效率小于第一预定效率值，则各部分的轮作移动速度增加第一预定速度值。
8.根据权利要求3的分配方法，其中如果该能量变换设备(27)的变换效率大于第二预定效率值，则各部分的轮作移动速度减少第二预定速度值。
9.一种用于在第一电气实体和第二电气实体之间变换能量的能量变换设备(27)，能量变换设备(27)包括至少两个变换器(1)，其特征在于还包括一个处理单元，其配置为实现根据权利要求1到8之一的功率分配方法，该处理单元包括：
-一个包含几何环(29)的表示的模块，所述几何环(29)存储在存储器中，该几何环为多个角度间隔的形式，每一个角度间隔对应于相应的变换器(1)，且所述至少两个变换器(1)对应于该几何环的至少两个部分，各部分与其各自的变换器(1)的预定功率值成比例，该至少两个部分的组合构成整个几何环；
-一个存储第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的位置的存储器，第一移动游标和第二移动游标可沿该几何环(29)移动，第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的所述位置对应于存储于存储器的各自的角度值，该能量变换设备(27)的总功率对应于可沿该几何环(29)移动的第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的位置之间的该几何环的弧线(100)，以及
-一个用于在变换器(1)之间分配功率的模块，该功率的分配通过可沿该几何环(29)移动的第一移动游标(31)和第二移动游标(33)的位置来确定。
10.根据权利要求9的能量变换设备(27)，其中所述至少两个变换器(1)包括：
-第一输入端(3)，其首先连接到包括两个串联安装的开关(9)的支路(7)的第一末端(5)，其次连接到第一输出端(11)，以及
-第二输入端(13)，其通过一个电感元件(17)连接到该支路(7)的中点(15)，该支路(7)的第二末端(19)为第二输出端(21)，
该变换器(1)的第一输入端(3)相互连接，该变换器(1)的第二输入端(13)相互连接，该变换器(1)的第一输出端(11)相互连接，以及该变换器(1)的第二输出端(21)也相互连接。
11.根据权利要求10的能量变换设备，其中变换器(1)的开关(9)包括一个与二极管(25)并联安装的晶体管(23)。
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