CN107231087A - 增程器及电路保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种电路保护方法包括：操作增程器使其处于正常模式，其中所述增程器包括至少一个具有输入端和输出端的直流-直流变换器和至少一个耦合在所述输入端和输出端之间的旁路装置，所述操作的步骤包括通过所述直流-直流变换器将所述输入端的输入电压转换成所述输出端的输出电压，所述输出电压大于临界电压；及当所述输出电压小于所述临界电压时，操作所述増程器使其处于安全模式，包括用所述旁路装置来旁路所述直流-直流变换器；其中，所述临界电压小于或等于所述输入电压。本发明的具体实施例进一步涉及一种增程器。

Description

增程器及电路保护方法
技术领域
本发明公开的实施方式涉及增程器及电路保护方法。
背景技术
增程器(Range-Extender)是为了增加电动车行驶里程而加装在电动车上的一个附加储能部件。在采用升压直流转换器的增程器中，正常工作状态下，增程器的输出电压大于输入电压，通过比例积分调节器进行闭环控制使输出电压稳定。然而，在负载突然增大的情况下，如:电动车的加速过程，输出电压会骤然减小，此时比例积分调节器会使增程器中的位于能量传输路径上的开关装置始终导通,以期拉升输出电压。这样一来，该能量传递路径上的电感两端出现正电压，导致流经该电感和该开关装置的电流快速增大，当电流增大超过该开关装置所能承受的最大电流时，会导致该开关装置损坏。在一些现有技术中，通过设置过电流保护装置的方法来避免这一问题，当电流增大到一预设值时，过电流保护装置将被触发，从而关断增程器的总开关，继而使电气负载停机，这将大大影响电气负载的正常使用，特别对于电动汽车来说，这将非常不利于用户的行车安全。
因此，有必要提供一种新的增程器及电路保护方法，以解决如上所述的至少一个问题。
发明内容
一种电路保护方法包括操作增程器使其处于正常模式，其中所述增程器包括至少一个具有输入端和输出端的直流-直流变换器和至少一个耦合在所述输入端和输出端之间的旁路装置。所述操作增程器使其处于正常模式的步骤包括通过所述直流-直流变换器将所述输入端的输入电压转换成所述输出端的输出电压，所述输出电压大于临界电压。所述方法还包括当所述输出电压小于所述临界电压时，操作所述増程器使其处于安全模式，包括用所述旁路装置来旁路所述直流-直流变换器。其中，所述临界电压小于或等于所述输入电压。
一种增程器包括至少一个具有输入端和输出端的直流-直流变换器、至少一个耦合在所述输入端和所述输出端之间的旁路装置和控制器。所述控制器用于在正常模式下控制所述直流-直流变换器将所述输入端的输入电压转换成所述输出端的输出电压，所述输出电压大于临界电压。所述控制器还用于在所述输出电压小于所述临界电压的安全模式下使所述直流-直流变换器被所述旁路装置旁路。其中，所述临界电压小于或等于所述输入电压。
一种增程器包括第一直流-直流变换器、第二直流-直流变换器、第一旁路装置、第二旁路装置和控制器。所述第一直流-直流变换器具有第一输入端和第一输出端。所述第二直流-直流变换器具有第二输入端和第二输出端，其中所述第二输出端与所述第一直流-直流变换器的第一输出端耦合。所述第一旁路装置耦合于所述第一输入端和所述第一输出端之间。所述第二旁路装置耦合于所述第二输入端和所述第二输出端之间。所述控制器用于在正常模式下控制所述第一、第二直流-直流变换器分别将所述第一输入端的第一输入电压和所述第二输入端的第二输入电压转换成大于临界电压的输出电压，及在所述输出电压小于所述临界电压的安全模式下，使第一、第二直流-直流变换器中具有较高输入电压的直流-直流变换器被相应的旁路装置旁路。其中，所述临界电压小于或等于所述第一、第二输入电压中较高的一个。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1为根据本发明的一具体实施方式的增程器的示意图；
图2为根据本发明的另一具体实施方式的增程器的示意图；
图3为根据本发明的一具体实施方式的电路保护方法的流程示意图；及
图4为根据本发明的另一具体实施方式的电路保护方法的流程示意图。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本发明的实施例一方面涉及一种可以应用于电动车辆的增程器，例如：应用于纯电动车中。该增程器能够在负载突然增大的情况下正常工作，保证电气负载的持续稳定运行。增程器包括至少一个直流-直流变换器、至少一个与该直流-直流变换器并联的旁路装置和用于控制该直流-直流变换器和该旁路装置的控制器。
参见图1，在图1所示的实施例中，增程器10耦合在第一能量存储装置20和电气负载30之间，第一能量存储装置20可经由增程器10向电气负载30提供能量。增程器10包括第一直流-直流变换器11、与第一直流-直流变换器11并联的第一旁路装置13、第二直流-直流变换器12、与第二直流-直流变换器12并联的第二旁路装置14、第二能量存储装置15和控制器18。
第一直流-直流变换器11具有第一输入端101和第一输出端103，第一旁路装置13耦合在第一输入端101和第一输出端103之间。在图1所示的实施例中，第一输入端101与第一能量存储装置20耦合，第一直流-直流变换器11可经由第一输入端101接收来自第一能量存储装置20的第一输入电压Vi1；第一输出端103与电气负载30耦合，第一直流-直流变换器11可经由第一输出端103向电气负载30提供输出电压Vo。第一能量存储装置20可能包括高能量电池(铅酸电池等)、超级电容、发电机、燃料电池、光伏逆变电源或它们的组合等。
第二直流-直流变换器12具有第二输入端102和第二输出端104，第二旁路装置14耦合在第二输入端102和第二输出端104之间。第二输入端102与第二能量存储装置15耦合，第二直流-直流变换器12可经由第二输入端102接收来自第二能量存储装置15的第二输入电压Vi2。第二输出端104与第一输出端103耦合，同时也与电气负载30耦合，第二直流-直流变换器12可经由第二输出端103向电气负载30提供输出电压Vo。第二能量存储装置15可能包括超级电容。
第一直流-直流变换器11、第二直流-直流变换器12可能为升压变换器或工作在升压模式的降压-升压变换器。第一直流-直流变换器11和第一旁路装置13组成第一转换单元，第二直流-直流变换器12和第二旁路装置14组成第二转换单元。
在一些实施例中，控制器18可分别对第一转换单元和第二转换单元进行独立的控制，因而可适用于第一能量存储装置20或第二能量存储装置15单独向电气负载30提供能量的情况。下面以控制器18对第一转换单元的控制为例进行说明，控制器18对第二转换单元的控制与之类似。
正常模式下，控制器18控制第一直流-直流变换器11将第一输入端101的第一输入电压Vi1转换成第一输出端103的输出电压Vo，该输出电压Vo大于临界电压，该临界电压小于或等于第一输入电压Vi1。在负载不变的情况下，该输出电压Vo的值在控制器18的控制下基本保持不变。
当出现诸如负载突然增大的异常情况时，输出电压Vo会骤然降低。当输出电压Vo降低至临界电压时，安全模式将被触发，控制器18使第一直流-直流变换器11被第一旁路装置13旁路。这里体积的“旁路”是指将元器件的输入端和输入端连通，使得元器件中几乎无电流流过。在图1的所示实施例中，控制器18可通过开通第一旁路装置13，来使第一输入端101和第一输出端103连通，从而使第一直流-直流变换器11被旁路。在本实施例中，第一直流-直流变换器11被旁路后，大部分电流从第一旁路装置13流过，而第一直流-直流变换器11中几乎无电流流过，因而不会损坏其中的元器件，也不会触发过电流保护装置使电气负载30停止工作。与此同时，由于第一旁路装置13将第一输入端101和第一输出端103被连通，第一输出端103的输出电压Vo会被快速拉升，当输出电压Vo上升至大于临界电压时，控制器18使第一直流-直流变换器11重新在正常模式下工作，例如：控制器18可以通过关断第一旁路装置13来使第一直流-直流变换器11切换回正常模式。这样，输出电压Vo继续上升一段时间之后，将不再上升，恢复稳定状态。
上述实施例中，正常模式的工作条件为输出电压Vo大于临界电压，输出电压Vo小于或等于临界电压时使用安全模式，在具体操作时，当输出电压Vo降低至临界电压时启动安全模式，即，安全模式的触发条件为输出电压Vo降低至临界电压。在上述实施例中，临界电压可能小于第一输入电压Vi1。
在另一些实施例中，正常模式和安全模式的工作方式与上述实施例类似。与上述实施例不同的是，正常模式的工作条件为输出电压Vo大于或等于临界电压，输出电压Vo小于临界电压时使用安全模式，在具体操作时，当输出电压Vo降低至小于临界电压时启动安全模式，即，安全模式的触发条件为输出电压Vo降低至小于临界电压。
在一些实施例中，临界电压等于第一输入电压Vi1。当输出电压下降至小于第一输入电压Vi1时，控制器18使第一转换单元从正常模式切换成安全模式。当输出电压上升至第一输入电压Vi1时，控制器18使第一转换单元从安全模式切换成正常模式。
在另一些实施中，临界电压小于第一输入电压Vi1。也就是说，当输出电压下降至小于第一输入电压Vi1的某个值，此时流经第一直流-直流变换器11的电流还未达到足以触发过电流保护的电流值或第一直流-直流变换器11所能承受的极限电流值，控制器使第一转换单元从正常模式切换成安全模式。
第一旁路装置13可能包括旁路开关，其在正常模式下断开，在安全模式下闭合。该旁路开关可以为有源开关，例如：晶体管、场效应管等，控制器18可通过对有源开关发送控制信号来控制有源开元的开通和关断。
参见图2，在一些实施例中，第一转换单元包括第一直流-直流变换器11和并联在第一直流-直流变换器11两端的第一旁路装置。第一直流-直流变换器11包括第一开关装置S1、第二开关装置S2及第一电感L1，第一开关装置S1和第二开关装置S2互相串联地跨接在第一输出端103之间，第一电感L1具有与所述第一、第二开关装置之间的节点A耦合的第一端和与第一直流-直流变换器11的第一输入端101耦合的第二端。第一旁路装置包括二极管D1，其具有与第一输入端101耦合的正极和与第一输出端103耦合的负极。在正常模式下，第一能量存储装置20经由第一电感L1和第一开关装置S1向电气负载30传输能量。在安全模式下，第一电感L1和第一开关装置S1被二极管D1旁路，第一能量存储装置20经由二极管D1向电气负载30传输能量。
一些实施例中，二极管的导通压降可忽略不计，这样，临界电压等于第一输入电压Vi1。正常模式下，二极管D1截止，第一能量存储装置20经由第一直流-直流变换器11向电气负载30提供能量。安全模式下，二极管D1自然导通以旁路第一直流-直流变换器11。
另一些实施例中，将二极管D1的导通压降纳入考虑，此时，临界电压大致等于第一输入电压Vi1与导通压降的差值。其中，二极管的导通压降大约在0-2V的范围内。
第二转换单元包括第二直流-直流变换器12及并联在第二直流-直流变换器12两端的第二旁路装置。第二直流-直流变换器12包括第三开关装置S3、第四开关装置S4和第二电感L2，第二旁路装置包括二极管D2。第二转换单元与上述第一转化单元具有类似的结构和功能，此处不再赘述。控制器18也可单独对第二转换单元进行控制，其控制方式也与上述对于第一转换单元的控制方式类似，此处不再赘述。
在另一些实施例中，控制器18可对第一转换单元和第二转换单元进行联合控制，因而也可适用于第一能量存储装置20和第二能量存储装置15同时向电气负载30提供能量的情况。在这种情况下，临界电压可被设置成小于或等于第一、第二输入电压中的较高一个。
再次参见图1，正常模式下，控制器18控制第一、第二直流-直流变换器11、12分别将第一输入端101的第一输入电压Vi1和第二输入端102的第二输入电压Vi2转换成输出电压Vo，且输出电压Vo大于临界电压。在一些实施例中，临界电压等于第一、第二输入电压中的较高一个，在正常模式下，输出电压Vo大于第一、第二输入电压中的较高一个。
当输出电压降低至临界电压时，安全模式将被触发，控制器18使第一、第二直流-直流变换器中具有较高输入电压的直流-直流变换器被与其相应的旁路装置旁路。举例来说，假设第一输入电压Vi1大于第二输入电压Vi2，当输出电压V。降低至临界电压时，第一转换单元的安全模式被触发，控制器18将第一旁路装置13开通，以使第一直流-直流变换器11被旁路，此时，第一输入端101与第一输入端103被连通，输出电压Vo会快速上升，当输出电压Vo上升至大于临界电压时，控制器18关断第一旁路装置13，且使第一转换单元重新在正常模式下工作。
上述实施例中，输出电压Vo大于临界电压时启用正常模式，输出电压Vo小于或等于临界电压时启用安全模式。在另一些实施例中，正常模式和安全模式的工作方式与上述实施例类似，只是启用条件有所不同，正常模式的启用条件为输出电压Vo大于或等于临界电压，安全模式的启用条件为输出电压Vo小于临界电压。
在一些实施例中，当第一转换单元处于安全模式时，控制器18使第二转换单元停止工作，具体地，控制器18使第二旁路装置保持关断的状态且使第二直流-直流变换器12停止工作。例如，控制器18可通过断开第三、第四开关装置S3、S4来使第二直流-直流变换器12停止工作。当第三、第四开关装置为有源开关时，可以通过对第三、第四开关装置发送零电平的方式来使第二直流-直流变换器12停止工作。当第一转换单元从安全模式切换回正常模式时，控制器18使第二转换单元恢复正常模式。
增程器可能进一步包括检测器，其用于实时检测第一输入电压Vi1、第二输入电压Vi2和输出电压Vo的大小。增程器还可能进一步包括比较器，其用于实时地比较输出电压Vo和临界电压的大小，以判定输出电压Vo是否小于等于临界电压，还可用于比较第一、第二输入电压的大小。
本发明的实施例还涉及通过操作上述增程器10来实现的电路保护方法。在一些实施例中，可分别对第一转换单元或第二转换单元进行独立控制，下面以第一转换单元为例进行说明。如图3所示，一种电路保护方法40包括如下步骤。
在步骤41中，操作增程器使其处于正常模式,包括通过增程器的第一直流-直流变换器将第一输入端的输入电压转换成第一输出端的输出电压。其中，所述输出电压大于临界电压，该临界电压小于或等于第一输入电压。
在步骤42中，当输出电压小于或等于临界电压时，操作增程器使其处于安全模式，包括用第一旁路装置来旁路第一直流-直流变换器。
在一些实施例中，第一旁路装置包括旁路开关。步骤41进一步包括断开该旁路开关，步骤42进一步包括闭合该旁路开关。
方法40可能进一步包括判定的步骤，判定输出电压是否小于等于临界电压。若输出电压大于临界电压，则执行步骤41，控制第一直流-直流变换器正常工作，将第一输入电压转换成输出电压。若输出电压小于或等于临界电压，则执行步骤42，使第一直流-直流变换器被第一旁路装置旁路。
在一些实施例中，第一直流-直流变换器耦合在第一能量存储装置和电气负载之间，其包括：跨接于第一输出端之间的互相串联的第一开关装置和第二开关装置，及耦合在第一、第二开关装置之间的节点和第一直流-直流变换器的第一输入端之间的第一电感。步骤41包括从将能量从第一能量存储装置经由第一电感和第一开关装置向电气负载传输。步骤42包括将第一电感和第一开关装置旁路。步骤42包括将能量从第一能量存储装置经由第一旁路装置向电气负载传输。
上述实施例中，输出电压Vo大于临界电压时启用正常模式，输出电压Vo小于或等于临界电压时启用安全模式。在另一些实施例中，正常模式和安全模式的步骤与上述实施例类似，只是启用条件有所不同，正常模式的条件为输出电压Vo大于或等于临界电压，安全模式的条件为输出电压Vo小于临界电压。
在另一些实施例中，可对第一、第二转换单元进行联合控制，临界电压被设置成小于或等于所述第一、第二输入电压中较高的一个。参见图4，一种电路保护方法50包括如下步骤。
在步骤51中，操作增程器使其处于正常模式，包括通过第一、第二直流-直流变换器分别将第一、第二输入电压转换成输出电压。其中，输出电压大于临界电压。
在步骤52中，当输出电压小于或等于临界电压时，操作増程器使其处于安全模式，包括使第一、第二直流-直流变换器中的具有较高输入电压的直流-直流变换器被相应的旁路装置旁路。
在一些实施例中，步骤52可能进一步包括使具有较低输入电压的转换单元停止工作。具体地，断开该转换单元的直流-直流变换器中的开关装置且关断该转换单元的旁路装置。
方法50可能进一步包括判定的步骤，判定输出电压是否小于第一、第二输入电压中较高的一个。
上述实施例中，输出电压Vo大于临界电压时启用正常模式，输出电压Vo小于或等于临界电压时启用安全模式。在另一些实施例中，正常模式和安全模式的步骤与上述实施例类似，只是启用条件有所不同，正常模式的条件为输出电压Vo大于或等于临界电压，安全模式的条件为输出电压Vo小于临界电压。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种电路保护方法，包括：
操作增程器使其处于正常模式，其中所述增程器包括至少一个具有输入端和输出端的直流-直流变换器和至少一个耦合在所述输入端和输出端之间的旁路装置，所述操作的步骤包括通过所述直流-直流变换器将所述输入端的输入电压转换成所述输出端的输出电压，所述输出电压大于临界电压；及
当所述输出电压小于所述临界电压时，操作所述増程器使其处于安全模式，包括用所述旁路装置来旁路所述直流-直流变换器；
其中，所述临界电压小于或等于所述输入电压。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述旁路装置包括旁路开关，所述操作增程器使其处于正常模式的步骤包括断开所述旁路开关，所述操作増程器使其处于安全模式的步骤包括闭合所述旁路开关。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述旁路装置包括二极管，所述二极管具有与所述输入端耦合的正极和与所述输出端耦合的负极。
4.所述权利要求3所述的方法，其中，所述二极管具有导通压降，所述临界电压大致等于所述输入电压与所述导通压降的差值。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述直流-直流变换器包括：电感以及跨接于所述输出端之间的互相串联的第一开关装置和第二开关装置，所述电感具有耦合在所述第一、第二开关装置之间的第一端和与所述直流-直流变换器的输入端耦合的第二端。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述直流-直流变换器耦合在能量存储装置和电气负载之间，其中所述操作增程器使其处于正常模式的步骤包括将能量从所述能量存储装置经由所述电感和所述第一开关装置向所述电气负载传输，所述操作增程器使其处于安全模式的步骤包括用所述旁路装置来旁路所述电感和所述第一开关装置。
7.一种增程器，包括：
至少一个具有输入端和输出端的直流-直流变换器；
至少一个旁路装置，其耦合在所述输入端和所述输出端之间；及
控制器，其用于在正常模式下控制所述直流-直流变换器将所述输入端的输入电压转换成所述输出端的输出电压，所述输出电压大于临界电压，所述控制器还用于在所述输出电压小于所述临界电压的安全模式下使所述直流-直流变换器被所述旁路装置旁路，其中，所述临界电压小于或等于所述输入电压。
8.如权利要求7所述的增程器，其中，所述旁路装置包括旁路开关，其在所述正常模式下断开，在所述安全模式下闭合。
9.如权利要求7所述的增程器，进一步包括比较器，其用于判定所述输出电压是否小于所述临界电压。
10.一种增程器，包括：
第一直流-直流变换器，其具有第一输入端和第一输出端；
第二直流-直流变换器，其具有第二输入端和第二输出端，其中，所述第二输出端与所述第一直流-直流变换器的第一输出端耦合；
第一旁路装置，其耦合于所述第一输入端和所述第一输出端之间；
第二旁路装置，其耦合于所述第二输入端和所述第二输出端之间；及
控制器，其用于在正常模式下控制所述第一、第二直流-直流变换器分别将所述第一输入端的第一输入电压和所述第二输入端的第二输入电压转换成大于临界电压的输出电压，及在所述输出电压小于所述临界电压的安全模式下，使第一、第二直流-直流变换器中具有较高输入电压的直流-直流变换器被相应的旁路装置旁路，其中，所述临界电压小于或等于所述第一、第二输入电压中较高的一个。
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