CN107359682A - 一种双向充电与直流转换二合一的电源系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向充电与直流转换二合一的电源系统及其控制方法，电源系统包括原边开关模块、副边开关模块、变压模块、控制模块和副边整流模块；高压电池充电模式下，整流后的交流电通过PFC母线输出电源电压，电源电压通过原边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过副边开关模块整流输出给高压电池充电；高压电池逆变模式下，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过原边开关模块整流输出给PFC母线、逆变后输出交流电；低压电池充电模式下，高电池电压通过副边开关模块输出至变压模块进行变压、再通过副边整流模块整流输出给低压电池充电。从而解决了现有单向充电机只能充电而无法输出交流电的问题。

Description

一种双向充电与直流转换二合一的电源系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车车载电源技术领域，尤其涉及的是一种双向充电与直流转换二合一的电源系统及其控制方法。

背景技术

汽车是人们生活的重要交通工具，随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始购买汽车。但是，汽车的大量使用带来了能源消耗、资源短缺、环境污染等一系列问题。这些问题促使各大汽车公司竞相研制各种新型无污染的的环保车。而电动汽车是以电能为能源，通过电动机将电能转化为机械能，其符合研制零污染汽车的理念。因此，电动汽车作为解决资源短缺、环境污染等问题的重要途径，得到了快速发展。

对电动汽车而言，电动汽车的续航里程是重点。如何提高车用电池能量密度，在确保车用设备功能的前提下减轻车用设备的体积和重量，成为电动汽车产业链中各个相关厂家的追求。

电动汽车的车载充电机、车载DC-DC(直流电源)是电动汽车上的重要部件。对大多数电动汽车而言，这两个部件是两个功能独立，结构独立的单元，分别承担着为电动汽车的车用高压电池充电以及将车用高压电池的高压电转换为低压电的功能。现阶段，许多车载充电机、车载DC-DC的厂家推出了“二合一”产品，即将车载充电机、车载DC-DC整合到一个结构体中；与之前的方式相比，从一定程度上简化了这两个部件安装上的复杂度，但没有显著减少这两个部件的体积、重量；这种形式的整合并不是真正意义的“二合一”。

另外，随着电动汽车用户对电动汽车使用便利性的要求越来越高，希望电动汽车可以提供较大功率交流电输出的需求也越来越来多。而现有的“二合一”产品不能实现大功率交流的输出。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种双向充电与直流转换二合一的电源系统及其控制方法，旨在解决现有单向充电机只能充电而无法输出交流电的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种双向充电与直流转换二合一的电源系统，与整流逆变电路、高压电池和低压电池连接，其包括原边开关模块、副边开关模块、变压模块、控制模块和副边整流模块；

当处于高压电池充电模式时，所述控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，整流逆变电路将交流电整流后通过PFC母线输出电源电压，所述电源电压通过原边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过副边开关模块整流输出给高压电池充电；

当处于高压电池逆变模式时，所述控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过原边开关模块整流输出给PFC母线、经整流逆变电路逆变输出交流电；

当处于低压电池充电模式时，所述控制模块控制变压模块导通副边开关模块与副边整流模块之间的通路，所述高电池电压通过副边开关模块输出至变压模块进行变压、再通过副边整流模块整流输出给低压电池充电。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述变压模块包括第一变压器、第二变压器、第一开关和第二开关：

所述第一变压器的第1脚和第2脚均连接原边开关模块，第一变压器的第3脚连接副边开关模块，第一变压器的第4脚连接第一开关的一端，第一开关的另一端连接副边开关模块，第二变压器的第1脚连接第二开关的一端，第二开关的另一端连接副边开关模块，第二变压器的第2脚连接副边开关模块，第二变压器的第3脚和第5脚均连接副边整流模块，第二变压器的第4脚连接低压电池，第一开关的控制端和第二开关的控制端均连接控制模块。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述控制模块包括：

原边控制器，用于根据工作模式控制原边开关模块作为MOS管工作或进行整流工作；

中央控制器，用于根据工作模式控制第一开关和第二开关的开闭状态，以及副边整流模块的整流状态；

副边控制器，用于根据工作模式控制副边开关模块作为MOS管工作或进行整流工作。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述原边开关模块包括第一电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述第一MOS管的源极连接第三MOS管的漏极和第一电容的一端，第一电容的另一端连接第一变压器的第1脚，第一MOS管的漏极连接第二MOS管的漏极和PFC母线的正极，第二MOS管的源极连接第四MOS管的漏极和第一变压器的第2脚，第三MOS管的源极连接第四MOS管的源极和PFC母线的负极；第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极均连接原边控制器。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均为NMOS管，第一电容为谐振电容。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述副边开关模块包括第二电容、第一电感、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管；

所述第五MOS管的源极连接第七MOS管的漏极、第一变压器的第3脚和第二变压器的第2脚；第五MOS管的漏极连接第六MOS管的漏极和高压电池的正极，第六MOS管的源极连接第八MOS管的漏极和第一电感的一端，第一电感的另一端连接第二电容的一端，第二电容的另一端连接第一开关的另一端和第二开关的另一端，第七MOS管的源极连接第八MOS管的源极和高压电池的负极；第五MOS管的栅极、第六MOS管的栅极、第七MOS管的栅极和第八MOS管的栅极均连接副边控制器。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管均为NMOS管，第一电感为谐振电感。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述副边整流模块包括第九MOS管和第十MOS管；

所述第九MOS管的漏极连接第二变压器的第3脚，第九MOS管的源极连接低压电池的负极和第十MOS管的源极，第十MOS管的漏极连接第二变压器的第5脚，第九MOS管的栅极和第十MOS管的栅极均连接中央控制器，第二变压器的第4脚连接低压电池的正极。

所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统中，所述变压模块包括变压器、第一开关和第二开关；

所述变压器的第1脚连接第一开关的一端，第一开关的另一边连接原边开关模块，变压器的第2脚连接原边开关模块，变压器的第3脚连接副边整流模块，变压器的第4脚连接第二开关的一端，第二开关的另一端连接低压电池，变压器的第5脚连接副边整流模块，变压器的第6脚和第7脚均连接副边开关模块，第一开关的控制端和第二开关的控制端均连接控制模块。

一种采用所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统的控制方法，其包括：

步骤A、控制模块检测当前的工作模式，当处于高压电池充电模式时执行步骤B，当处于高压电池逆变模式时执行步骤C，当处于低压电池充电模式时执行步骤D；

步骤B、控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，整流逆变电路将交流电整流后通过PFC母线输出电源电压，所述电源电压通过原边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过副边开关模块整流输出给高压电池充电；

步骤C、控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过原边开关模块整流输出给PFC母线、经整流逆变电路逆变输出交流电；

步骤D、所述控制模块控制变压模块导通副边开关模块与副边整流模块之间的通路，所述高电池电压通过副边开关模块输出至变压模块进行变压、再通过副边整流模块整流输出给低压电池充电设备。

相较于现有技术，本发明提供的双向充电与直流转换二合一的电源系统及其控制方法，电源系统与整流逆变电路、高压电池和低压电池连接；当处于高压电池充电模式时，控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，整流逆变电路将交流电整流后通过PFC母线输出电源电压，所述电源电压通过原边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过副边开关模块整流输出给高压电池充电；当处于高压电池逆变模式时，控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过原边开关模块整流输出给PFC母线、经整流逆变电路逆变输出交流电；当处于低压电池充电模式时，控制模块控制变压模块导通副边开关模块与副边整流模块之间的通路，所述高电池电压通过副边开关模块输出至变压模块进行变压、再通过副边整流模块整流输出给低压电池充电。从而解决了现有单向充电机只能充电而无法输出交流电的问题。

附图说明

图1是本发明提供的双向充电与直流转换二合一的电源系统实施例一的结构框图。

图2是本发明提供的双向充电与直流转换二合一的电源系统实施例一的电路图。

图3是本发明提供的双向充电与直流转换二合一的电源系统实施例二的结构框图。

图4本发明提供的控制方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种双向充电与直流转换二合一的电源系统及其控制方法，适用于所有电动汽车的车载电源领域。需要充电时，该电源系统导通由市电向车用的高压电池供电的电能流通路径；需要使用交流电时，导通高压电池向交流的用电器和低压电池供电的电能流通路径。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的双向充电与直流转换二合一的电源系统，与整流逆变电路、高压电池、低压电池和用电器连接。该电源系统包括原边开关模块10、副边开关模块20、变压模块30、控制模块40和副边整流模块50。所述整流逆变电路通过PFC母线(PFC±)连接原边开关模块10；变压模块30连接原边开关模块10、副边开关模块20、控制模块40、副边整流模块50和低压电池；副边开关模块20连接高压电池，副边整流模块50连接低压电池，控制模块40连接原边开关模块10和副边开关模块20。

当处于高压电池充电模式时，即当电动汽车需要给高压电池充电时。所述控制模块40控制变压模块30导通原边开关模块10与副边开关模块20之间的通路，此时副边开关模块20与副边整流模块50之间的通路断开。控制模块40还控制原边开关模块10进入MOS管工作模式(相当于将原边开关模块10作为MOS管来工作)，整流逆变电路将交流电AC整流后通过PFC母线(PFC±)输出电源电压，所述电源电压通过原边开关模块10输出给变压模块30。电源电压通过变压模块30进行变压后、再通过副边开关模块20整流输出给高压电池充电。

当处于高压电池逆变模式时，即当电动汽车需要逆变出交流电时。所述控制模块40控制变压模块30导通原边开关模块10与副边开关模块20之间的通路，此时副边开关模块20与副边整流模块50之间的通路断开。控制模块40还控制副边开关模块20进入MOS管工作模式(相当于将副边开关模块20作为MOS管来工作)，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块20输出给变压模块30。高电池电压通过变压模块30进行变压后、再通过原边开关模块10整流输出给PFC母线、最后经整流逆变电路逆变输出交流电AC。

当处于低压电池充电模式时，即当电动汽车需要给高压电池充电时。所述控制模块40控制变压模块30导通副边开关模块20与副边整流模块50之间的通路，此时原边开关模块10与副边开关模块20之间的通路断开。控制模块40还控制副边开关模块20进入MOS管工作模式，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块20输出给变压模块30。高电池电压通过变压模块30进行变压后、再通过副边整流模块50整流输出给低压电池充电、进一步地还给相应用电设备供电。

本实施例一中，所述变压模块30包括第一变压器T1、第二变压器T2、第一开关K1和第二开关K2；所述第一变压器T1的第1脚和第2脚均连接原边开关模块10，第一变压器T1的第3脚连接副边开关模块20，第一变压器T1的第4脚连接第一开关K1的一端，第一开关K1的另一端连接副边开关模块20，第二变压器T2的第1脚连接第二开关K2的一端，第二开关K2的另一端连接副边开关模块20，第二变压器T2的第2脚连接副边开关模块20，第二变压器T2的第3脚和第5脚均连接副边整流模块50，第二变压器T2的第4脚连接低压电池，第一开关K1的控制端和第二开关K2的控制端均连接控制模块中的中央控制器420。

在具体实施时，第一开关K1和第二开关K2可采用继电器或MOS管等受控开关器件。继电器或MOS管由中央控制器控制其通断。

所述控制模块40包括原边控制器410、中央控制器420和副边控制器430；所述原边控制器410用于根据工作模式控制原边开关模块作为MOS管工作或进行整流工作，具体为：MOS管以调频方式工作获得需要的电压电流给高压电池充电；或以整流方式工作并结合副边开关模块获得PFC母线(即原边开关模块以整流方式工作时，副边开关模块以调频方式工作，二者配合获得PFC母线上的电压，PFC母线再输出给整流逆变电路逆变输出交流电)。中央控制器420用于根据工作模式控制第一开关K1和第二开关K2的开闭状态，以及副边整流模块50的整流状态(即是否整流)。副边控制器430用于根据工作模式控制副边开关模块20作为MOS管工作或进行整流工作，具体为：MOS管以调频方式工作获得需要的电压电流给低压电池充电；或以整流方式工作以配合原边开关模块获得高压电池母线(即副边开关模块以整流方式工作时，原边开关模块以调频方式工作，二者配合获得需要的电源电压给高压电池充电)。

所述电源系统以使用在电动汽车中为例。请继续参阅图1，在具体实施时，若电动汽车需要给高压电池充电，则车辆控制器通过车内CAN总线下发命令给本电源系统的控制模块40，通知其执行高压电池充电功能。中央控制器420控制第一开关K1闭合，第二开关K2断开。原边控制器410控制原边开关模块10作为MOS管工作，则交流电整流后获得的电源电压的电能流通路径为：电源电压依次通过PFC母线、原边开关模块10、第一变压器T1、第一开关K1、副边开关模块20(MOS管的体二极管整流或同步整流)，最终输出给高压电池充电。

若电动汽车需要逆变出交流电，则车辆控制器通过车内CAN总线下发命令给本电源系统的控制模块40，通知其执行逆变功能。中央控制器420控制第一开关K1闭合，第二开关K2断开。副边控制器430控制副边开关模块20作为MOS管工作。则电能流通路径为：高压电池输出的高电池电压依次通过副边开关模块20、第一开关K1、第一变压器T1、经原边开关模块10整流(MOS管的体二极管整流或同步整流)，最后通过PFC母线输出给整流逆变电路逆变输出交流电。

若电动汽车需要给低压电池充电，则车辆控制器通过车内CAN总线下发命令给本电源系统的控制模块40，通知其执行低压电池充电功能。中央控制器420控制第二开关K2闭合，第一开关K1断开，副边控制器430控制副边开关模块20作为MOS管工作。则电能流通路径为：高电池电压依次通过副边开关模块20、第二开关K2、第二变压器T2、经副边整流模块50整流后输出给低压电池(如12V电池)，也可同时输出给相应的低压的用电器。

三种模式如下表1所示：

工作模式	电能流向	K1	K2
				高压电池充电	PFC母线—高压电池	闭合	断开
高压电池逆变	高压电池—PFC母线	闭合	断开
				低压电池充电	高压电池—低压电池	断开	闭合

表1

请一并参阅图2。图2中车载双向充电机的主拓扑为双向LLC电路。所述原边开关模块10包括第一电容C1、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4；所述第一MOS管Q1的源极连接第三MOS管Q3的漏极和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第一变压器T1的第1脚，第一MOS管Q1的漏极连接第二MOS管Q2的漏极和PFC母线的正极PFC+，第二MOS管Q2的源极连接第四MOS管Q4的漏极和第一变压器T1的第2脚，第三MOS管Q3的源极连接第四MOS管Q4的源极和PFC母线的负极PFC-；第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极、第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极均连接原边控制器410。

其中，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4均为NMOS管。第一电容C1(谐振电容)为双向LLC电路的原边谐振元件。

所述副边开关模块20包括第二电容C1、第一电感L1、第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第七MOS管Q7和第八MOS管Q8；所述第五MOS管Q5的源极连接第七MOS管Q7的漏极、第一变压器T1的第3脚和第二变压器T2的第2脚；第五MOS管Q5的漏极连接第六MOS管Q6的漏极和高压电池的正极HV_Battery+，第六MOS管Q6的源极连接第八MOS管Q8的漏极和第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接第一开关K1的另一端和第二开关K2的另一端，第七MOS管Q7的源极连接第八MOS管Q8的源极和高压电池的负极HV_Battery-；第五MOS管Q5的栅极、第六MOS管Q6的栅极、第七MOS管Q7的栅极和第八MOS管Q8的栅极均连接副边控制器430。

其中，第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第七MOS管Q7和第八MOS管Q8均为NMOS管。第一电感L1(谐振电感)和第二电容C2(谐振电容)为双向LLC电路的副边谐振元件。

所述副边整流模块50包括第九MOS管Q9和第十MOS管Q10；所述第九MOS管Q9的漏极连接第二变压器T2的第3脚，第九MOS管Q9的源极连接低压电池的负极LV_Battery-和第十MOS管Q10的源极，第十MOS管Q10的漏极连接第二变压器T2的第5脚，第九MOS管Q9的栅极和第十MOS管Q10的栅极均连接中央控制器420，第二变压器T2的第4脚连接低压电池的正极LV_Battery+。

其中，第九MOS管Q9和第十MOS管Q10均为NMOS管，中央控制器420控制第九MOS管Q9和第十MOS管Q10导通时进行整流，断开则不整流。在具体实施时，也可在控制模块中另设一SR(同步整流)控制器来控制第九MOS管Q9和第十MOS管Q10的通断状态，此处对其不作限定。

基于现有的车载DC-DC的拓扑为移相全桥电路。在具体实施时，为了节省成本和电子器件，车载DC-DC的原边开关模块复用车载双向充电机的副边开关电路(即Q5～Q8)，并将双向LLC电路的第一电感L1复用为移相全桥电路的谐振电感，将双向LLC电路副边的第二电容C2(谐振电容)复用为移相全桥电路的隔直电容(对于采用电流型控制方案的移相全桥电路而言，可以不需要隔直电容)。

当电源系统工作在高压电池充电模式时，原边开关模块10作为MOS管工作，即第一MOS管Q1～第四MOS管Q4在原边控制器的控制下对应通断，以调频方式工作(即信号的脉冲宽度不变但频率改变)输出对应的脉冲信号，以实现电源系统的稳压稳流。第一MOS管Q1与第四MOS管Q4导通时，第二MOS管Q2和第三MOS管Q3截止；反之，第一MOS管Q1与第四MOS管Q4截止时，第二MOS管Q2和第三MOS管Q3导通；其输出的电能依次经第一电容C1、变压器T1、第一开关K1、第二电容C2、第一电感L1，第五MOS管Q5～第八MOS管Q8(此时为整流网络)输出给高压电池供电。由于采用了LLC电路，第一MOS管Q1～第四MOS管Q4实现了零电压开通，第五MOS管Q5～第八MOS管Q8实现了零电流关断。

当电源系统工作在高压电池逆变模式时，第五MOS管Q5～第八MOS管Q8在副边控制器的控制下对应通断，以调频方式(调整输出信号的频率，即频率改变，信号的脉冲宽度不变)工作，实现对电源系统的稳压稳流；其输出的电能经第二电容C2、第一电感L1、第一开关K1、第一变压器T1、第一电容C1、第一MOS管Q1～第四MOS管Q4(此时为整流网络)输出给PFC母线。同样的，由于采用了LLC电路，Q5～Q8实现了零电压开通，Q1～Q4实现了零电流关断。

当电源系统工作在低压电池充电模式(或叫DC-DC模式，即对低压电池充电，又对相连接的用电器供电)时。第五MOS管Q5～第八MOS管Q8在副边控制器的控制下以调宽方式(调整输出信号的脉冲宽度，即信号的频率不变但脉冲宽度改变)工作，实现对电源系统的稳压稳流；第五MOS管Q5与第八MOS管Q8导通时，第六MOS管Q6与第七MOS管Q7截止；反之，第五MOS管Q5与第八MOS管Q8截止时，第六MOS管Q6与第七MOS管Q7导通；其输出的电能经第一电感L1、第二电容C2(此时为隔直作用，电流型控制则变为电流互感器)、第二开关K2、第二变压器T2、Q9～Q10(此时为整流网络)输出给低压电池和用电器。由于采用了移相全桥电路，Q5～Q8实现了零电压开通。

实施例二中，可将第一变压器和第二变压器整合到同一个变压器中，变为其内部的两个绕组，如图3所示。则所述变压模块30包括变压器T0、第一开关K1和第二开关K2；所述变压器T0的第1脚连接第一开关K1的一端，第一开关K1的另一边连接原边开关模块10，变压器T0的第2脚连接原边开关模块10，变压器T0的第3脚连接副边整流模块50，变压器T0的第4脚连接第二开关K2的一端，第二开关K2的另一端连接低压电池，变压器T0的第5脚连接副边整流模块50，变压器T0的第6脚和第7脚均连接副边开关模块20，第一开关K1的控制端和第二开关K2的控制端均连接控制模块中的中央控制器420。第一开关K1和第二开关K2的工作原理与实施例一相同，此处不作赘述。

基于上述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，本发明还提供一种控制方法，请参阅图4，所述控制方法包括：

S100、控制模块检测当前的工作模式，当处于高压电池充电模式时执行步骤S200，当处于高压电池逆变模式时执行步骤S300，当处于低压电池充电模式时执行步骤S400；

S200、控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，整流逆变电路将交流电整流后通过PFC母线输出电源电压，所述电源电压通过原边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过副边开关模块整流输出给高压电池充电；

S300、控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过原边开关模块整流输出给PFC母线、经整流逆变电路逆变输出交流电；

S400、所述控制模块控制变压模块导通副边开关模块与副边整流模块之间的通路，所述高电池电压通过副边开关模块输出至变压模块进行变压、再通过副边整流模块整流输出给低压电池充电设备。

所述步骤S100～S400的具体过程可参见上述电源系统的工作原理，此处不作赘述。

综上所述，本发明提供的双向充电与直流转换二合一的电源系统，在需要充电时，控制原边开关模块进入MOS管工作模式，将PFC母线输出的电源电压通过原边开关模块输出，电源电压通过变压模块进行变压后、再通过副边开关模块将交流电整流成直流电给高压电池充电。在需要逆变提供交流电时，副边开关模块作为MOS管工作，实现高电池电压向PFC母线的逆变。在需要作为车载DC-DC工作时，副边开关模块作为MOS管工作，经由变压器及副边整流模块，实现高压电池侧能量向低压电转换，供给车载低压电池和相应的用电器使用。解决了现有将车载充电机与车载DC-DC整合不能输出交流电、单向充电机只能充电而无法输出交流电的问题。并且复用了车载充电机的相应电路，如复用双向充电机的副边开关模块，既实现了DC-DC(直流转直流)的小型化，又减少了电子器件的使用和所占PCB板的体积，实现了真正意义的“二合一”，更适应V2G(Vehicle-to-grid)技术，V2V(vehicletovehicle)技术的应用。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种双向充电与直流转换二合一的电源系统，与整流逆变电路、高压电池和低压电池连接，其特征在于，包括原边开关模块、副边开关模块、变压模块、控制模块和副边整流模块；

当处于高压电池充电模式时，所述控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，整流逆变电路将交流电整流后通过PFC母线输出电源电压，所述电源电压通过原边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过副边开关模块整流输出给高压电池充电；

当处于高压电池逆变模式时，所述控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过原边开关模块整流输出给PFC母线、经整流逆变电路逆变输出交流电；

当处于低压电池充电模式时，所述控制模块控制变压模块导通副边开关模块与副边整流模块之间的通路，所述高电池电压通过副边开关模块输出至变压模块进行变压、再通过副边整流模块整流输出给低压电池充电。

2.根据权利要求1所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述变压模块包括第一变压器、第二变压器、第一开关和第二开关：

所述第一变压器的第1脚和第2脚均连接原边开关模块，第一变压器的第3脚连接副边开关模块，第一变压器的第4脚连接第一开关的一端，第一开关的另一端连接副边开关模块，第二变压器的第1脚连接第二开关的一端，第二开关的另一端连接副边开关模块，第二变压器的第2脚连接副边开关模块，第二变压器的第3脚和第5脚均连接副边整流模块，第二变压器的第4脚连接低压电池，第一开关的控制端和第二开关的控制端均连接控制模块。

3.根据权利要求2所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述控制模块包括：

原边控制器，用于根据工作模式控制原边开关模块作为MOS管工作或进行整流工作；

中央控制器，用于根据工作模式控制第一开关和第二开关的开闭状态，以及副边整流模块的整流状态；

副边控制器，用于根据工作模式控制副边开关模块作为MOS管工作或进行整流工作。

4.根据权利要求3所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述原边开关模块包括第一电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述第一MOS管的源极连接第三MOS管的漏极和第一电容的一端，第一电容的另一端连接第一变压器的第1脚，第一MOS管的漏极连接第二MOS管的漏极和PFC母线的正极，第二MOS管的源极连接第四MOS管的漏极和第一变压器的第2脚，第三MOS管的源极连接第四MOS管的源极和PFC母线的负极；第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极均连接原边控制器。

5.根据权利要求3所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均为NMOS管，第一电容为谐振电容。

6.根据权利要求3所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述副边开关模块包括第二电容、第一电感、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管；

所述第五MOS管的源极连接第七MOS管的漏极、第一变压器的第3脚和第二变压器的第2脚；第五MOS管的漏极连接第六MOS管的漏极和高压电池的正极，第六MOS管的源极连接第八MOS管的漏极和第一电感的一端，第一电感的另一端连接第二电容的一端，第二电容的另一端连接第一开关的另一端和第二开关的另一端，第七MOS管的源极连接第八MOS管的源极和高压电池的负极；第五MOS管的栅极、第六MOS管的栅极、第七MOS管的栅极和第八MOS管的栅极均连接副边控制器。

7.根据权利要求6所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管均为NMOS管，第一电感为谐振电感。

8.根据权利要求3所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述副边整流模块包括第九MOS管和第十MOS管；

所述第九MOS管的漏极连接第二变压器的第3脚，第九MOS管的源极连接低压电池的负极和第十MOS管的源极，第十MOS管的漏极连接第二变压器的第5脚，第九MOS管的栅极和第十MOS管的栅极均连接中央控制器，第二变压器的第4脚连接低压电池的正极。

9.根据权利要求1所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统，其特征在于，所述变压模块包括变压器、第一开关和第二开关；

所述变压器的第1脚连接第一开关的一端，第一开关的另一边连接原边开关模块，变压器的第2脚连接原边开关模块，变压器的第3脚连接副边整流模块，变压器的第4脚连接第二开关的一端，第二开关的另一端连接低压电池，变压器的第5脚连接副边整流模块，变压器的第6脚和第7脚均连接副边开关模块，第一开关的控制端和第二开关的控制端均连接控制模块。

10.一种采用权利要求1所述的双向充电与直流转换二合一的电源系统的控制方法，其特征在于，包括：

步骤A、控制模块检测当前的工作模式，当处于高压电池充电模式时执行步骤B，当处于高压电池逆变模式时执行步骤C，当处于低压电池充电模式时执行步骤D；

步骤B、控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，整流逆变电路将交流电整流后通过PFC母线输出电源电压，所述电源电压通过原边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过副边开关模块整流输出给高压电池充电；

步骤C、控制模块控制变压模块导通原边开关模块与副边开关模块之间的通路，高压电池输出的高电池电压通过副边开关模块输出给变压模块进行变压、再通过原边开关模块整流输出给PFC母线、经整流逆变电路逆变输出交流电；

步骤D、所述控制模块控制变压模块导通副边开关模块与副边整流模块之间的通路，所述高电池电压通过副边开关模块输出至变压模块进行变压、再通过副边整流模块整流输出给低压电池充电设备。