CN112152460A - 电力***及其检测过度充电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主题为一种电力***以及用于检测实施于电力***中的谐振直流‑直流电压转换器的过度充电的方法，电力***包括：谐振直流‑直流电压转换器，尤其包括两个谐振电容器，控制单元，包括：用于根据所述转换器的输出电压确定每个谐振电容器的端子处的电压的最大值及最小值的第一模块，用于分别比较每个谐振电容器的所述端子处的所述电压的所述最大值与对应于所述输出电压的电压上限、分别比较所述电压的最小值与对应于所述输出电压的电压下限的模块，故障检测元件，其被配置以在以下情况下检测所述转换器的故障：所述最大值大于或等于所述电压上限，或所述最小值小于或等于所述电压下限。

Description

电力***及其检测过度充电的方法

技术领域

本发明涉及用于为电气设备和/或电子设备供电的***的领域，所述***尤其配置以装载于机动车上，确切地说，装载于电动车或混合动力车上。本发明更确切地说涉及DC-DC转换器的领域，即，使得有可能将直流电输入电压转换成小于或大于输入电压的直流电输出电压的电力***。

通过已知方式，电动车或混合动力车包括由高电压电源电池经由车载高电压电力网络来供电的电动机动***，以及由低电压电源电池经由车载低电压电力网络来供电的多个辅助电气设备项。

背景技术

图1表示现有技术的车载电力***的功能性框图。因此，高电压电源电池HV确保为电动机动***ENG供应实现车辆推进的能量的功能。低电压电源电池LV为辅助电气设备项AUX供电，所述辅助电气设备项AUX例如车载计算机、摇窗(window winder)发动机、多媒体***等。高电压电源电池HV通常输送介于100伏与900伏、优选地介于100伏与500伏之间的电压，而低电压电源电池LV通常输送约为12伏、24伏或48伏的电压。这两种高电压电源电池HV和低电压电源电池LV必须是能够充电的。

通过将高电压电源电池HV经由车辆的充电器OBC与外部供电网络(例如，家用AC电力网络G1)连接，以已知方式用电能对高电压电源电池HV进行再充电。最后，仍参考图1，通过高电压电源电池HV以已知方式进行低电压电源电池LV的充电。出于此目的，所述***包括连接在高电压电源电池HV与低电压电源电池LV之间的DC-DC转换器DC10。

通常，充电器OBC包括隔离的DC-DC转换器。图2中所示的谐振转换器电路LLC为已知的，其包括两个谐振电容器C3、C4、谐振线圈L1以及变压器Tr。在电路的输出功率增加的情况下，变压器Tr的谐振电流也增加，并且最后，每个谐振电容器C3、C4的端子处的电压Vr的振幅增加。当电压Vr的振幅变化过高时，可导致谐振电容器C3和谐振电容器C4中以及转换器电路LLC的输出端处的过度充电。

以已知方式，参考图3，为了避免在过度充电之后转换器电路LLC有可能劣化，有必要通过限制在谐振电容器C3和谐振电容器C4的相应端子处的电压来保护谐振电容器C3和谐振电容器C4。为了实现这一点，第一解决方案在于将所谓的“超快”二极管D3、D4(和本案一样，指定在超过275kHz的极高频率下开关的二极管)放置为与谐振电容器C3和谐振电容器C4并联。因此，当电压Vr为正时，二极管是不导电的，但当电压Vr为负时，二极管是导电的且使谐振电容器短路。这因此防止谐振电容器C3和谐振电容器C4的过度充电。

这种解决方案具有缺点，尤其是这些超快二极管的成本高，因为知道每个电路需要两个超快二极管。此外，两个超快二极管不能同时短路。最后，二极管短路的极限电压是不可调整的，因为所述极限电压对于二极管来说是固有的。

为了克服这些缺点，本发明提出一种配置以使用基于电流测量值检测谐振电容器的过度充电的方法的电力***。

发明内容

更确切地说，本发明涉及一种电力***，其使得直流电电压能够转换成另一直流电电压，所述电力***包括：

●谐振DC-DC电压转换器，其包括谐振转换器电路LLC，所述谐振转换器电路LLC包括谐振电感器、两个谐振电容器以及变压器，

●控制单元，其包括：

○用于根据谐振DC-DC电压转换器的输出电压确定每个谐振电容器的端子处的最大电压值和每个谐振电容器的端子处的最小电压值的第一模块，

○用于比较每个谐振电容器的端子处的所述最大电压值与对应于所述输出电压的电压上限和比较每个谐振电容器的端子处的所述最小电压值与对应于所述输出电压的电压下限的模块，

○故障检测元件(UP)，其被配置以在以下情况下检测所述谐振DC-DC电压转换器的故障：

■每个谐振电容器的端子处的所述最大电压值大于或等于电压上限，或

■每个谐振电容器的端子处的所述最小电压值小于或等于电压下限。

有利的是，通过检测谐振DC-DC电压转换器的故障，电力***检测谐振电容器的过度充电。

优选地，电力***的谐振DC-DC电压转换器包括在变压器的次级线圈的电平下连接的整流器。

有利的是，整流器使得有可能将方波AC电压转换成脉冲整流电压，即可变但具有恒定正负号的电压。

优选地，电力***包括第二确定模块，所述第二确定模块被配置以从位于整流器的输出端子(尤其是整流器的下部输出端子)处的测量点确定输出电流的平均值。

有利的是，电力***的第一确定模块配置以从谐振DC-DC电压转换器的输入电压、输出电流的平均值、谐振DC-DC电压转换器的开关频率、谐振电容器的值、整流器的输出电压的值、变压器的变压比以及变压器的初级磁化电感器确定每个谐振电容器的端子处的最大电压值和每个谐振电容器的端子处的最小电压值。

优选地，电力***的第一确定模块被配置以：

根据以下公式确定每个谐振电容器的端子处的最大电压值：

[数学公式1]

并且根据以下公式确定每个谐振电容器的端子处的最小电压值：

[数学公式2]

其中V_in为谐振DC-DC电压转换器的输入电压，C_r为谐振电容器的值，F_s为谐振DC-DC电压转换器的开关频率，N表示变压器的变压比，I_{s_avg}为输出电流的平均值，V_out为输出电压，并且L_m表示变压器的初级磁化电感器。

优选地，用于比较电力***的模块配置以使得：

所述电压上限对应于在每个谐振电容器的端子处所允许的最大电压值，尤其是高于所述最大电压值时，所述电容器处于过度充电状态，以及

所述电压下限对应于在每个谐振电容器的端子处所允许的最小电压值，尤其是低于所述最小电压值时，所述谐振电容器处于过度充电状态。

有利的是，用于通过所进行的比较来比较电力***的模块使得有可能检测谐振电容器的潜在过度充电。

本发明还涉及一种用于检测实施于电力***中的谐振DC-DC电压转换器的过度充电的方法，所述电力***包括谐振DC-DC电压转换器，所述谐振DC-DC电压转换器包括谐振转换器电路LLC，所述谐振转换器电路LLC包括谐振电感器、两个谐振电容器以及变压器，所述方法的特征在于其包括以下步骤：

●确定谐振DC-DC电压转换器的输出电压，

●根据谐振DC-DC电压转换器的输出电压确定每个谐振电容器的端子处的最大电压值和每个谐振电容器的端子处的最小电压值，

●比较电压上限与每个谐振电容器的端子处的最大电压值且比较电压下限与每个谐振电容器的端子处的最小电压值，

●在每个谐振电容器的端子处的所述最大电压值大于或等于电压上限的情况下，和/或在每个谐振电容器的端子处的所述最小电压值小于或等于电压下限的情况下，检测谐振DC-DC电压转换器的故障。

在替代方案中，所述方法包括以下步骤：

●确定(尤其是测量)输出电流，

●确定所述输出电流在被称作“评估期”的一段时间内的平均值，

●在所述评估期内从在前一步骤确定的输出电流的平均值和电力***的输出电压确定每个谐振电容器的端子处的最大电压值和每个谐振电容器的端子处的最小电压值。

优选地，所述方法的故障检测步骤对应于谐振电容器的过度充电的检测。

有利的是，在所述方法的故障检测步骤之后，所述方法包括截止谐振DC-DC电压转换器的步骤，其中停止谐振DC-DC电压转换器的操作。

优选地，所述方法包括初步校准阶段，其中作为谐振DC-DC电压转换器的输出电压值的函数，所述电压下限分别是由电压下限值的集合中选出，所述电压上限分别是由电压上限值的集合中选出。

优选地，在所述方法的初步校准阶段期间，通过对低电压值集合进行逐点比较及通过针对每个一般输出电压值从低电压值的第一集合、第二集合以及第三集合的值当中选出最大值来确定电压下限值的所述集合，

所述低电压值集合是根据以下公式定义的：

[数学公式3]

[数学公式4]

[数学公式5]

其中V_in(nom)为谐振DC-DC电压转换器的输入电压的标称值，V_in(min)＝V_in(nom)-0.5*ΔV_in为输入电压的标称最小值，V_in(max)＝V_in(nom)+0.5*ΔV_in为输入电压的标称最大值，且ΔV_in表示标称输入电压值上下的波动，

通过对高电压值集合进行逐点比较及通过针对每个一般输出电压值从高电压值的第一集合、第二集合以及第三集合的值当中选出最小值来确定电压上限值的所述集合，

所述高电压值集合是根据以下公式定义的：

[数学公式6]

[数学公式7]

[数学公式8]

附图说明

通过阅读仅作为实例给出的以下描述且通过参考作为非限制性实例给出的附图，将更好地理解本发明，其中相同的参考给予类似的对象，且其中：

图1(已经描述)：图1表示根据现有技术的电力***的功能性框图；

图2(已经描述)：图2表示根据现有技术的电力***的电子图；

图3(已经描述)；图3表示根据现有技术的电力***的电子图；

图4：图4示出根据本发明的电力***的功能性框图；

图5：图5示出图4的电力***的电子图；

图6：图6示出表示根据本发明的用于检测过度充电的方法的框图；

图7：图7示出根据本发明的实例的方法的校准阶段，

图8：图8以图形方式示出根据本发明的实例的随着DC-DC谐振转换器的输出电压变化的高电压值的第一集合、第二集合以及第三集合；

图9：图9以图形方式示出根据本发明的实例的随着DC-DC谐振转换器的输出电压变化的电压上限值集合；

图10：图10以图形方式示出根据本发明的实例的随着DC-DC谐振转换器的输出电压变化的低电压值的第一集合、第二集合以及第三集合；

图11：图11以图形方式示出根据本发明的实例的随着DC-DC谐振转换器的输出电压变化的电压下限值集合。

应注意，附图以用于实施本发明的详细方式来陈述本发明，所述附图显然能够在需要时更好地定义本发明。

附图标号说明

1：谐振DC-DC电压转换器；

10：转换器电路；

10-1：第一电路；

10-2：第二电路；

20：整流器；

30：滤波器；

LLC：谐振转换器电路；

L1：谐振线圈；

AUX：辅助电气设备项；

B1：测量点；

Cr/2：谐振电容器；

C1、C2、C3、C4：电容器；

DC10：DC-DC转换器；

D3、D4：二极管；

ENG：电动机动***；

G1：家用AC电力网络；

HV：高电压电源电池；

LV：低电压电源电池；

MS：停止消息；

OBC：充电器；

R1：电阻；

T1、T2：晶体管；

Tr：变压器；

TN：控制单元；

TNC：比较模块；

TN1：第一确定模块；

TN2：第二确定模块；

UP：故障检测元件；

Vr：电压。

具体实施方式

回顾本发明在下文是借助于不同非限制性实施例来描述的，且能够以在所属领域的技术人员的能力范围内也是本发明的目标的替代方案来实施。

图4表示配置以安装在电动车或混合动力车中的电力***的实施例的功能性框图。值得注意的是，电力***形成所属领域的技术人员已知且尤其是车载的充电器OBC，用于从外部电力网络对高电压电池充电。本发明涉及一种谐振DC-DC电压转换器1。

参考图4，电力***包括谐振DC-DC转换器1，所述谐振DC-DC转换器1包括转换器电路10、连接到所述转换器电路10的输出端的整流器20以及连接到所述整流器20的输出端处的滤波器30。可省略滤波器30。谐振DC-DC电压转换器1使得有可能将直流电电压转换成另一直流电电压，这种谐振DC-DC电压转换器1的详细拓扑将在下一部分中加以详细地描述。转换器电路10包括第一电路10-1和第二电路10-2，尤其是使得有可能从直流电电压获得方波AC电压，即，正弦电流。整流器20使得有可能将方波AC电压转换成脉冲整流电压，即可变但具有恒定正负号的电压。滤波器30使得有可能使先前获得的电压“平稳”，即，在滤波器30的输出端处获得滤波器30的输入电压的平均值。

图5表示图4中所示的电力***(即，谐振DC-DC电压转换器1)的详细拓扑。在此具体实施例中，谐振DC-DC电压转换器1的转换器电路10的第一电路10-1包括所谓的半桥开关(half bridge switch；HBS)电路。此外，连接到第一电路10-1的转换器电路10的第二电路10-2包括谐振转换器电路LLC，所述谐振转换器电路LLC的结构是所属领域的技术人员已知的。

HBS电路包括两个晶体管T1和T2，尤其是场效应晶体管，并且由于晶体管T1、晶体管T2在开关模式下操作来保证开关模式电源的安全。损耗可在每个晶体管T1、T2的激活和去激活期间出现。电容器C1、电容器C2可分别与晶体管T1、晶体管T2并联连接，以实现零电压开关(ZVS)，并将由开关导致的损耗降到最低且因此获得用于晶体管T1和晶体管T2的较高开关频率。仍参考图5，第二电路10-2的谐振转换器LLC包括：谐振电感器L_r；两个谐振电容器Cr/2，其中第一电容器与第一电路10-1的上部端子连接且第二电容器连接到第一电路10-1的下部端子，所述两个谐振电容器Cr/2连接到中点水平面处的其它端子；以及变压器Tr，其具有初级磁化电感器。

整流器20可以是实现电压整流的四二极管电桥。实际上，从正到负的方波AC电压整流为具有恒定正负号(正或负)的周期性电压。

此外，仍参考图5，滤波器30可包括并联安装的电阻R1和电容器C3，或仅仅包括安装成与整流器20而非滤波器LC平行的电容器。当滤波器30的输入电压(对应于整流器20的输出电压)增加时，电容器C3充电。随后，当滤波器30的输入电压减小时，电容器C3放电。然而，通过已知方式，电容器“缓慢地”充电和放电，且因此在滤波器30的输出端处输送的电压的振幅比滤波器30的输入电压的振幅低得多，甚至将近零。因此，滤波器30的输出端处的电压几乎是连续的。

此外，为了检测谐振电容器Cr/2的潜在过度充电，电力***包括控制单元TN。控制单元TN尤其是数字处理装置且包括第一确定模块TN1、第二确定模块TN2、比较模块TNC以及故障检测元件UP。故障检测元件UP可以是用于驱动晶体管的单元，所属领域的技术人员通常将其称为“驱动器”。

参考图6，表示用于检测谐振DC-DC电压转换器1的过度充电的方法的实施例。根据这种方法，在每个谐振电容器Cr/2的端子处实行对电压Vr的限制。

第二确定模块TN2连接到在谐振DC-DC电压转换器1的输出端处(尤其是在整流器20的输出端处)采用的测量点B1，以便测量输出电流I_out。第二确定模块TN2配置以确定所测量的输出电流I_out的平均值I_{s_avg}，且将由此确定的平均值I_{s_avg}发送到第一确定模块TN1。

第一确定模块TN1连接到第二确定模块TN2且从所述第二确定模块TN2接收输出电流I_out的所确定的平均值I_{s_avg}。

确切地说，第一确定模块TN1配置以从谐振DC-DC电压转换器1的输入电压V_in、从输出电流I_out接收的平均值I_{s_avg}、谐振DC-DC电压转换器1的开关频率F_s、谐振电容器Cr/2的值、谐振DC-DC电压转换器1(尤其是整流器20)的输出电压V_out的值、变压器Tr的变压比N以及变压器Tr的初级磁化电感器L_m确定每个谐振电容器Cr/2的端子处的最大电压值V_{r_max}和每个谐振电容器Cr/2的端子处的最小电压值V_{r_min}。

值得注意的是，根据以下公式确定每个谐振电容器Cr/2的端子处的最大电压值V_{r_max}：

[数学公式9]

此外，根据以下公式确定每个谐振电容器Cr/2的端子处的最小电压值V_{r_min}：

[数学公式10]

其中：V_in为谐振DC-DC电压转换器1的输入电压，

C_r为谐振电容器Cr/2的值，

F_s为谐振DC-DC电压转换器1的开关频率，

N表示变压器Tr的变压比，

I_{s_avg}为输出电流I_out的平均值，

V_out为谐振DC-DC电压转换器1(尤其是整流器20)的输出电压，以及

L_m表示变压器Tr的初级磁化电感器。

谐振电容器Cr/2的端子处的最小电压值V_{r_min}与电压下限Vr_{limit_min}之间的比较，以及谐振电容器Cr/2的端子处的最大电压值V_{r_max}与电压上限Vr_{limit_max}之间的比较。

控制单元TN的比较模块TNC连接到第一确定模块TN1且从所述第一确定模块TN1接收每个谐振电容器Cr/2的端子处的最大电压值V_{r_max}和每个谐振电容器Cr/2的端子处的最小电压值V_{r_min}。

比较模块TNC一方面在每个谐振电容器Cr/2的端子处的最大电压值V_{r_max}与电压上限Vr_{limit_max}之间进行比较，另一方面在每个谐振电容器Cr/2的端子处的最小电压值V_{r_min}与电压下限Vr_{limit_min}之间进行比较。

电压上限Vr_{limit_max}尤其是存储于控制单元TN的存储器单元中的值。电压上限Vr_{limit_max}例如是从随着谐振DC-DC电压转换器1(尤其是整流器20的输出端处)的输出电压V_out变化的电压上限值Vr_{limit_max}的集合中选出。图9示出此类电压上限值Vr_{limit_max}的集合的实例。这种选择例如是实时进行的。

另一方面，电压下限Vr_{limit_min}尤其是存储于控制单元TN的存储器单元中的值，所述存储器单元可能是其中存储电压上限值Vr_{limit_max}的存储器单元或任何其它存储器单元。电压下限Vr_{limit_min}例如是从随着谐振DC-DC电压转换器1的输出端处(尤其是整流器20的输出端处)的输出电压V_out变化的电压下限值Vr_{limit_min}的集合中选出。图11示出此类电压下限值Vr_{limit_max}的集合的实例。这种选择例如是实时进行的。

因此，当每个谐振电容器Cr/2的端子处的最大电压值V_{r_max}大于电压上限Vr_{limit_max}时和/或当每个谐振电容器Cr/2的端子处的最小电压值V_{r_min}小于电压下限Vr_{limit_min}时，这表示谐振电容器Cr/2处于过度充电状态。因此，进行对谐振DC-DC电压转换器1的故障的检测。

仍参考图6，根据替代方案，当检测到故障时，进行截止谐振DC-DC电压转换器1的步骤，这使谐振DC-DC电压转换器1的操作停止。为了实现这一点，故障检测元件UP包括截止元件，所述截止元件配置以在有故障的情况下停止谐振DC-DC电压转换器1的操作。举例来说，比较模块TNC将停止消息MS发送到谐振DC-DC电压转换器1的故障检测元件UP的截止元件。截止元件接收所述停止消息MS，所述停止消息MS含有停止命令。在接收这一停止消息MS后，截止元件使谐振DC-DC电压转换器1的操作停止，由此保护谐振DC-DC电压转换器1以免其组件劣化，所述劣化是由过度充电引起的。截止元件包括例如在谐振DC-DC电压转换器1与电力网络之间连接的继电器。

截止谐振DC-DC电压转换器1的步骤的可能的替代方案在于以下步骤：其中故障检测元件UP可能对谐振DC-DC电压转换器1造成影响以使其在劣化模式下操作，而不会造成谐振DC-DC电压转换器1的完全停止。

确定电压上限值Vr_{limit_max}的集合和电压下限值Vr_{limit_min}的集合。

电压上限值Vr_{limit_max}的集合和电压下限值Vr_{limit_min}的集合是例如在初步阶段中确定，且尤其是在谐振DC-DC电压转换器1的初步校准阶段中确定。这种初步校准阶段可在谐振DC-DC电压转换器1的使用期内仅此一次地完成或有规律地完成。现将在以下段落中描述确定电压上限值Vr_{limit_max}的集合和电压下限值Vr_{limit_min}的集合的实例。

步骤1：确定输入电压V_in

[表1]

首先，参考前表和图7，考虑对应于不同可能的电压的谐振DC-DC电压转换器1的一般输出电压V_out的集合，尤其使得有可能为连接到谐振DC-DC电压转换器1的输出端的电池供电。例如，认为一般输出电压V_out的集合具有在两个连续输出电压值V_out之间10或20V的阶跃。以相同方式，针对这种类型的谐振DC-DC电压转换器1考虑一般输出电流值I_out的集合。

另外，谐振DC-DC电压转换器1的输入电压V_in的标称值V_in(nom)、输出电压值V_out和输出电流值I_out之间存在关系。根据实施例，这种关系是根据以下公式定义的：

[数学公式11]

其中P_out被定义为输出功率且P_out＝V_out x I_out。

因此，对于输出电压V_out的每个一般值且对于输出电流I_out的每个一般值，确定输入电压V_in的标称值V_in(nom)。

随后，确定具有表示输入电压V_in的标称值V_in(nom)上下的波动的变化ΔV_in的值集合(或换句话说，输入电压的标称最小值V_in(min)与标称最大值V_in(max)之间的差)。借助于以下已知公式确定变化ΔV_in：

[数学公式12]

其中：P_out为谐振DC-DC电压转换器1的输出功率，

V_in(nom)为谐振DC-DC电压转换器1的输入电压的标称值，

C为谐振DC-DC电压转换器1的输入电容器的值，

F_line为线路频率，即电力***的输入端所连接到的电力网络的线路频率。

随后从输入电压V_in的标称值V_in(nom)的集合中确定输入电压V_in的最小标称值V_in(min)的集合和输入电压V_in的最大标称值V_in(max)的集合，所述集合中的每个值取决于作为变化ΔV_in的函数的输出电压V_out的一般值。

因此，V_in(min)＝V_in(nom)-0.5*ΔV_in且V_in(max)＝V_in(nom)+0.5*ΔV_in。

步骤2：建立用于确定电压上限值Vr_{limit_max}的集合和电压下限值Vr_{limit_min}的集合的3种情形。

接下来，针对标称值V_in(nom)的集合、最小标称值V_in(min)的集合以及最大标称值V_in(max)的集合，分别确定在两个谐振电容器Cr/2的端子处的高电压值的第一集合Vr_{_max(1)}、第二集合Vr_{_max(2)}以及第三集合Vr_{_max(3}，分别确定在两个谐振电容器Cr/2的端子处的低电压值的第一集合Vr_{_min(1)}、第二集合Vr_{_min(2)}以及第三集合Vr_{_min(3)}。图7中示意性地表示确定电压下限值Vr_{limit_min}和电压上限值Vr_{limit_max}的三种可能性的原理。

第一集合：

首先，从输入电压V_in的标称值V_in(nom)的集合中确定高电压值的第一集合Vr_{_max(1)}。实际上，在本案中，高电压值的第一集合Vr_{_max(1)}是例如根据先前开发的对应于等式[数学公式9]的公式定义，其中V_in＝V_in(nom)。

类似地，尤其从输入电压V_in的标称值V_in(nom)的集合中确定低电压值的第一集合Vr_{_min(1)}。实际上，在本案中，低电压值的第一集合Vr_{_min(1)}是根据先前开发的对应于等式[数学公式10]的公式定义，其中V_in＝V_in(nom)。

[表2]

上表2中列出高电压值的第一集合Vr_{_max(1)}和对应的低电压值的第一集合Vr_{_min(1)}。还表示了容限裕度为10％(小于10％)的低电压值的第一集合Vr_{_min(1)-10％}和容限裕度为10％(大于10％)的高电压值的第一集合Vr_{_max(1)+10％}。容限裕度是任选的，且可采用另一值，例如，介于8％与12％之间的值。

第二集合：

尤其从输入电压V_in的最小标称值V_in(min)的集合中确定高电压值的第二集合Vr_{_max(2)}。实际上，在本案中，高电压值的第二集合Vr_{_max(2)}是根据先前开发的对应于等式[数学公式9]的公式定义，其中V_in＝V_in(min)。

类似地，尤其从输入电压V_in的最小标称值V_in(min)的集合中确定低电压值的第二集合Vr_{_min(2)}。实际上，在本案中，低电压值的第二集合Vr_{_min(2)}是根据先前开发的对应于等式[数学公式10]的公式定义，其中V_in＝V_in(min)。

[表3]

上表3中列出高电压值的第二集合Vr_{_max(2)}和对应的低电压值的第二集合Vr_{_min(2)}。还表示了容限裕度为10％(小于10％)的低电压值的第二集合Vr_{_min(2)-10％}和容限裕度为10％(大于10％)的高电压值的第二集合Vr_{_max(2)+10％}。容限裕度是任选的，且可采用另一值，例如，介于8％与12％之间的值。

第三集合：

最后，尤其从输入电压V_in的最大标称值V_in(max)的集合中确定高电压值的第三集合Vr_{_max(3)}。实际上，在本案中，高电压值的第三集合Vr_{_max(3)}是根据先前开发的对应于等式[数学公式9]的公式定义，其中V_in＝V_in(max)。

类似地，尤其从输入电压V_in的最大标称值V_in(max)的集合中确定低电压值的第三集合Vr_{_min(3)}。实际上，在本案中，低电压值的第三集合Vr_{_min(3)}是根据先前开发的对应于等式[数学公式10]的公式定义，其中V_in＝V_in(max)。

[表4]

上表4中列出高电压值的第三集合Vr_{_max(3)}和对应的低电压值的第三集合Vr_{_min(3)}。还表示了容限裕度为10％(小于10％)的低电压值的第三集合Vr_{_min(3)-10％}和容限裕度为10％(大于10％)的高电压值的第三集合Vr_{_max(3)+10％}。容限裕度是任选的，且可采用另一值，例如，介于8％与12％之间的值。

步骤3：选择电压下限值Vr_{limit_min}的集合和选择电压上限值Vr_{limit_max}的集合

接下来，从优选地具有容限裕度的高电压值的第一集合Vr_{_max(1)+10％}、第二集合Vr_{_max(2)+10％}以及第三集合Vr_{_max(3)+10％}中确定电压上限值Vr_{limit_max}的集合，高电压值的所述第一集合Vr_{_max(1)+10％}、所述第二集合Vr_{_max(2)+10％}以及所述第三集合Vr_{_max(3)+10％}在图8中表示为输出电压V_out的函数。为了实现这一点，将优选地具有容限裕度的高电压值的第一集合Vr_{_max(1)+10％}、第二集合Vr_{_max(2)+10％}以及第三集合Vr_{_max(3)+10％}进行逐点比较。换句话说，针对每个输出电压值V_out将高电压值的第一集合Vr_{_max(1)+10％}、第二集合Vr_{_max(2)+10％}以及第三集合Vr_{_max(3)+10％}的值相互比较，且针对每个一般输出电压值V_out，从高电压值的第一集合Vr_{_max(1)+10％}、第二集合Vr_{_max(2)+10％}以及第三集合Vr_{_max(3)+10％}的值中选出最小值。最后，电压上限值Vr_{limit_max}的集合是由所选最小值的集合构成。在图9中以图形方式表示电压上限值Vr_{limit_max}的所述集合。

类似地，从优选地具有容限裕度的低电压值的第一集合Vr_{_min(1)-10％}、第二集合Vr_{_min(2)-10％}以及第三集合Vr_{_min(3)-10％}中确定电压下限值Vr_{limit_min}的集合，低电压值的所述第一集合Vr_{_min(1)-10％}、所述第二集合Vr_{_min(2)-10％}以及所述第三集合Vr_{_min(3)-10％}在图10中表示为输出电压V_out的函数。为了实现这一点，将优选地具有容限裕度的低电压值的第一集合Vr_{_min(1)-10％}、第二集合Vr_{_min(2)-10％}以及第三集合Vr_{_min(3)-10％}进行逐点比较比。换句话说，针对每个输出电压值V_out将低电压值的第一集合Vr_{_min(1)-10％}、第二集合Vr_{_min(2)-10％}以及第三集合Vr_{_min(3)-10％}的值相互比较，且针对每个一般输出电压值V_out，从低电压值的第一集合Vr_{_min(1)-10％}、第二集合Vr_{_min(2)-10％}以及第三集合Vr_{_min(3)-10％}的值中选出最大值。最后，电压下限值Vr_{limit_min}的集合是由所选最大值的集合构成。在图11中以图形方式表示电压下限值Vr_{limit_min}的所述集合。

根据替代方案，通过在没有容限裕度的高电压值的第一集合Vr_{_max(1)}、第二集合Vr_{_max(2)}以及第三集合Vr_{_max(3)}之间的比较，直接确定电压上限值Vr_{limit_max}的集合。随后，就其本身而言，通过在没有容限裕度的低电压值的第一集合Vr_{_min(1)}、第二集合Vr_{_min(2)}以及第三集合Vr_{_min(3)}之间的比较，直接确定电压下限值Vr_{limit_min}的集合。

在另一替代方案中，当已经执行对电压上限值Vr_{limit_max}的集合和电压下限值Vr_{limit_min}的集合的选择时，产生第一连续函数和第二连续函数，所述第一连续函数是从电压上限Vr_{limit_max}随着输出电压_Vout的演变外推而来，所述第二连续函数是从电压下限Vr_{limit_min}随着输出电压V_out的演变外推而来。因此，不再是仅存在离散值，而是也存在随着输出电压V_out变化的高电压限值Vr_{limit_max}的连续曲线和低电压限值Vr_{limit_min}的连续曲线。

最后，可将第一外推连续函数和第二外推连续函数存储在控制单元TN的存储器单元中。

Claims (11)

1.一种电力***，其使得直流电电压能够转换成另一直流电电压，所述电力***包括：

谐振直流-直流电压转换器，包括谐振转换器电路，所述谐振转换器电路包括谐振电感器、两个谐振电容器以及变压器，

控制单元，包括：

用于根据所述谐振直流-直流电压转换器的输出电压确定所述两个谐振电容器中的每一的端子处的最大电压值及所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的最小电压值的第一模块，

用于比较所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最大电压值与对应于所述输出电压的电压上限且比较所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最小电压值与对应于所述输出电压的电压下限的模块，

故障检测元件，其被配置以在以下情况下检测所述谐振直流-直流电压转换器的故障：

所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最大电压值大于或等于所述电压上限，或

所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最小电压值小于或等于所述电压下限。

2.根据权利要求1所述的电力***，其中所述谐振直流-直流电压转换器包括在所述变压器的次级线圈的电平下连接的整流器。

3.根据权利要求2所述的电力***，其中第二确定模块被配置以从位于所述整流器的输出端子处的测量点确定输出电流的平均值。

4.根据权利要求1或2所述的电力***，其中第一确定模块被配置以从所述谐振直流-直流电压转换器的输入电压、输出电流的平均值、所述谐振直流-直流电压转换器的开关频率、所述两个谐振电容器的值、整流器的所述输出电压的值、所述变压器的变压比以及所述变压器的初级磁化电感器确定所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最大电压值及所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最小电压值。

5.根据权利要求4所述的电力***，其中所述第一确定模块被配置以：

根据以下公式确定所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最大电压值V_{r_max}：

并且根据以下公式确定所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最小电压值V_{r_min}：

其中V_in为所述谐振直流-直流电压转换器的所述输入电压，C_r为所述两个谐振电容器的所述值，F_s为所述谐振直流-直流电压转换器的所述开关频率，N表示所述变压器的所述变压比，I_{s_avg}为所述输出电流的所述平均值，V_out为所述输出电压，并且L_m表示所述变压器的所述初级磁化电感器。

6.根据权利要求1或2所述的电力***，其中比较模块被配置以使得：

所述电压上限对应于在所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处所允许的最大电压值，高于所述最大电压值时，所述两个谐振电容器处于过度充电状态，以及

所述电压下限对应于在所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处所允许的最小电压值，低于所述最小电压值时，所述两个谐振电容器处于过度充电状态。

7.一种用于检测实施于电力***中的谐振直流-直流电压转换器的过度充电的方法，所述电力***包括谐振直流-直流电压转换器，所述谐振直流-直流电压转换器包括谐振转换器电路，所述谐振转换器电路包括谐振电感器、两个谐振电容器以及变压器，

所述方法包括以下步骤：

确定所述谐振直流-直流电压转换器的输出电压，

根据所述谐振直流-直流电压转换器的所述输出电压确定所述两个谐振电容器中的每一的端子处的最大电压值及所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的最小电压值，

比较电压上限与所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最大电压值并比较电压下限与所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最小电压值，

在所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最大电压值大于或等于所述电压上限的情况下，和/或在所述两个谐振电容器中的每一的所述端子处的所述最小电压值小于或等于所述电压下限的情况下，检测所述谐振直流-直流电压转换器的故障。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述故障检测步骤对应于所述两个谐振电容器的过度充电的检测。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其包括：在所述故障检测步骤之后截止所述谐振直流-直流电压转换器的步骤，其中停止所述谐振直流-直流电压转换器的操作。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其包括初步校准阶段，其中作为所述谐振直流-直流电压转换器的所述输出电压值的函数，所述电压下限分别是由电压下限值的集合中选出，所述电压上限分别是由电压上限值的集合中选出。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述初步校准阶段期间，通过对低电压值集合进行逐点比较及通过针对每个一般输出电压值从低电压值的第一集合、第二集合以及第三集合的值当中选出最大值来确定电压下限值的所述集合，

所述低电压值集合Vr_{_min(1)}、Vr_{_min(2)}、Vr_{_min(3)}是根据以下公式定义的：

其中V_in(nom)为所述谐振直流-直流电压转换器的输入电压的标称值，V_in(min)＝V_in(nom)-0.5*ΔV_in为所述输入电压的标称最小值，V_in(max)＝V_in(nom)+0.5*ΔV_in为所述输入电压的标称最大值，且ΔV_in表示所述输入电压的所述标称值上下的波动，

通过对高电压值集合进行逐点比较及通过针对每个一般输出电压值从高电压值的第一集合、第二集合以及第三集合的值当中选出最小值来确定电压上限值的所述集合，

所述高电压值集合Vr_{_max(1)}、Vr_{_max(2)}、Vr_{_max(3)}是根据以下公式定义的：

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