CN108551261A - 一种双向dcdc变换器装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种双向DCDC变换器装置，包括电池模块和电源变换器模块，其中所述电源变换器模块包括其输入端并联连接的两个H桥双向DCDC变换器，一个或多个第一电池模块与所述电源变换器模块的电源输入端连接，一个或多个第二电池模块分别与所述电源变换器模块的输出端之一连接。本发明装置可实现能量双向无差别供放电。

Description

一种双向DCDC变换器装置
技术领域
本申请涉及直流功率输入变换为直流功率输出领域，尤其涉及一种双向DCDC变换器装置。
背景技术
DC/DC变换器是将一种直流电能转换成另一种形式直流电能的技术，主要对电压、电流实现变换。它在可再生能源、电力系统、交通、航天航空、计算机和通讯、家用电器、国防军工、工业控制等领域得到广泛的应用。
通常，DC/DC变换器都是单向工作的，主要原因是因为功率开关(SCR、IGBT等)均为单向，并且主功率回路上都有单向导电的二极管，所以能量只能单向流动。然而随着科技和社会的发展，双向直流不间断电源系统、航空电源系统等场合对DC/DC变换器的需求逐渐增加。为了减轻系统的体积重量，节省成本，在电池的充放电系统、电动汽车、不间断电源系统、太阳能发电系统、航空电源系统等场合，双向DC/DC变换器(Bi-direction DC/DCConverter，BDC)获得了越来越广泛的应用。双向DC/DC变换器是一种典型的“一机两用”设备，单向DC/DC变换器只能将能量从一个方向传到另一个方向，双向DC/DC变换器则可以实现能量的双向传输，而且双向DC/DC变换器就是DC/DC变换器的双象限运行，功率不仅可以从输入端流向输出端，也能从输出端流向输入端，它的输入输出电压极性不变，但输入、输出电流的方向可以改变。
随着太阳能风能、燃料电池等无污染发电技术的发展和电动汽车技术的发展，会有越来越多的双向DC/DC变换器拓扑被提出，不同的拓扑适用于不同的情形并具有不同的效果。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双向DCDC变换器装置，其使能量可双向无差别供放电。
为解决上述技术问题，本发明的双向DCDC变换器装置，包括电池模块和电源变换器模块，其特征在于，所述电源变换器模块包括其输入端并联连接的两个H桥双向DCDC变换器，一个或多个第一电池模块与所述电源变换器模块的电源输入端连接，一个或多个第二电池模块分别与所述电源变换器模块的输出端之一连接。
作为本发明所述装置的改进，所述两个H桥双向DCDC变换器中的每一个包括四个MOS管，四个MOS管两两串联连接形成两个桥臂，两个桥臂的中点之间连接一电感器，每一MOS管与一续流二极管反并联，每一桥臂与一电容器并联，同一桥臂的两个MOS管互补工作。
作为本发明所述装置的另一种改进，所述电源变换器模块的电源输入端与两个H桥双向DCDC变换器之间串接一电阻器，每一H桥双向DCDC变换器与所述电源变换器模块的相应输出端之间分别串接一电阻器，每一电阻器分别与一开关并联。
作为本发明所述装置的进一步改进，所述电源变换器模块的电源输入端还与一负载连接。
作为本发明所述装置的另一进一步改进，每一电池模块由两组以上锂电池串联组成。
作为本发明所述装置的再一进一步改进，第一电池模块和第二电池模块中的每一个具有同样的内部结构和外部接口。
按照本发明，根据使用需要，电源变换器模块可将第二电池模块(输出)能量反向输送回第一电池模块(输入)，电池模块的输出部分可作为电池模块的输入部分进行电能传输。本发明在BUCK、BOOST及BUCK-BOOST方式中均可实现能量的双向无差别供放。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其它特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为根据本发明装置的一实施例的结构示意图。
图2为电源变换器模块的内部结构示意图。
图3为电池模块的内部结构示意图。
为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式和实施例进行详细说明。
通过下面给出的详细描述，本发明的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本发明优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。
图1示出了根据本发明的双向DCDC变换器装置的一实施例的结构示意图。如图1中所示，双向DCDC变换器装置包括电池模块、电源变换器模块和负载。一个第一电池模块与电源变换器模块的电源输入端连接，两个第二电池模块分别与电源变换器模块的输出端之一连接。负载连接在电源变换器模块的输入端，针对输入端起到防短路的作用。电源变换器模块主要负责对输入输出电能的处理和变换，电池模块用于对电能进行储存并作为电源输入或输出端。电源变换器模块包括其输入端并联连接的两个H桥双向DCDC变换器。由于两个H桥双向DCDC变换器并联连接，它们两个可为彼此的备用H桥双向DCDC变换器，通过对两个H桥双向DCDC变换器进行控制，可实现能量双向无差别供放电。
图2示出了电源变换器模块的内部结构。MOS管Q1和Q2连接形成第一桥臂，MOS管Q3和Q4连接形成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂的中点之间连接电感器L1，MOS管Q1～Q4中的每一个分别与续流二极管D1～D4反并联，第一和第二桥臂分别与电容器C1和C2并联。前述连接的MOS管Q1～Q4、电感器L1、电容器C1～C2和续流二极管D1～D4形成第一H桥双向DCDC变换器。Q1和Q2及Q3和Q4分别互补地工作，即在某一时刻Q1和Q2及Q3和Q4中只有其中一个能导通。当Q2和Q3导通时，作为BOOST(升压)电路工作，对电池模块进行充电。当Q1和Q4导通时，作为BUCK(降压)电路工作，对电池模块进行放电。
MOS管Q5和Q6连接形成第三桥臂，MOS管Q7和Q8连接形成第四桥臂，第三桥臂和第四桥臂的中点之间连接电感器L2，MOS管Q5～Q8中的每一个分别与续流二极管D5～D8反并联，第三和第四桥臂分别与电容器C3和C4并联。前述连接的MOS管Q5～Q8、电感器L2、电容器C3～C4和续流二极管D5～D8形成第二H桥双向DCDC变换器。Q5和Q6及Q7和Q8分别互补地工作，即在某一时刻Q5和Q6及Q7和Q8中只有其中一个能导通。当Q6和Q7导通时，作为BOOST(升压)电路工作，对电池模块进行充电。当Q5和Q8导通时，作为BUCK(降压)电路工作，对电池模块进行放电。
如图中所示，第一H桥双向DCDC变换器和第二H桥双向DCDC变换器的输入端并联连接。J1为电源变换器模块的输入端并用于与第一电池模块连接，J2、J3为电源变换器模块的两个输出端并用于分别与第二电池模块连接。
输入端J1与两个H桥双向DCDC变换器之间串接一电阻器R1，第一H桥双向DCDC变换器与输出端J2之间串接一电阻器R2，第二H桥双向DCDC变换器与输出端J3之间串接一电阻器R3。电阻器R1、R2、R3分别与空气开关K1、K2、K3并联。空气开关K1、K2、K3在开始时断开，在H桥双向DCDC变换器工作时闭合。R1、R2、R3为电源变换器装置提供预充电功能，有效保护C1、C2、C3、C4，防止电源接通瞬间，电容短路炸裂。L1、L2为电感器，具有储存电能、缩短MOS管导通时间的作用。Q1～Q8实现整体电路的BUCK、BOOST、BUCK-BOOST三种电路工作模式及双向无差别供放电。双向无差别供放电指能量可以由左侧端口流向右侧，也可以从右侧端口流向左侧，其通过二极管续流以及MOS管的开关实现。BUCK-BOOST模式指同时可以升、降压的模式，BUCK模式指仅可以降压的模式，BOOST指仅可以升压的模式。三种模式下驱动MOS的驱动脉冲原理不同。例如，如果需要能量从左往右流动，则BUCK模式下仅左侧上管工作，其余开关管不工作；BOOST模式下仅左侧下管工作，其余开关管不工作；BUCK-BOOST模式下仅左侧上管与右侧下管工作，其余开关管不工作。
根据本发明装置的一种实施方式，每一电池模块由多组锂电池串联组成，例如2-30组，例如10-20组，例如15组。锂电池的数量可根据需要增加或减少。图3示出了由15组锂电池串联组成的电池模块的内部结构。1号锂电池的正极接电源变换器模块的外端子正，负极接下一块锂电池的正极(即2号锂电池的正极)，同理，其他14块锂电池串接在一起，最后，15号锂电池的负极接电源变换器模块的外端子负。采用此类连接方法构成电池模块，可有效提高整体的稳定性，改善电能的整体质量，提升整体的充放电速率。
根据本发明装置的另一种实施方式，所有电池模块具有同样的内部结构和外部接口，从而使得本发明装置可实现模块化，满足用户自由拼接需求，从而可实现单输入+单输出、单输入+多输出、多输入+单输出、多输入+多输出电池模块四种组合方式，有效改善输入箱的电能质量，加强了输出箱的电能处理能力，做到产品的最优化处理，极大的提高了工作效率。
在此所述的多个不同实施例或者其特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。另外，本发明的多个不同方面可使用软件、硬件、固件或者其组合和/或执行所述功能的其它计算机实施的模块或装置进行实施。本发明的软件实施可包括保存在计算机可读介质中并由一个或多个处理器执行的可执行代码。计算机可读介质可包括计算机硬盘驱动器、ROM、RAM、闪存、便携计算机存储介质如CD-ROM、DVD-ROM、闪盘驱动器和/或例如具有通用串行总线(USB)接口的其它装置，和/或任何其它适当的有形或非短暂计算机可读介质或可执行代码可保存于其上并由处理器执行的计算机存储器。本发明可结合任何适当的操作系统使用。
除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”均包括复数含义(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。
前面说明了本发明的一些优选实施例，但是应当强调的是，本发明不局限于这些实施例，而是可以本发明主题范围内的其它方式实现。本领域技术人员可以在本发明技术构思的启发和不脱离本发明内容的基础上对本发明作出各种变型和修改，这些变型或修改仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双向DCDC变换器装置，包括电池模块和电源变换器模块，其特征在于，所述电源变换器模块包括其输入端并联连接的两个H桥双向DCDC变换器，一个或多个第一电池模块与所述电源变换器模块的电源输入端连接，一个或多个第二电池模块分别与所述电源变换器模块的输出端之一连接。
2.根据权利要求1所述的双向DCDC变换器装置，其特征在于，所述两个H桥双向DCDC变换器中的每一个包括四个MOS管，四个MOS管两两串联连接形成两个桥臂，两个桥臂的中点之间连接一电感器，每一MOS管与一续流二极管反并联，每一桥臂与一电容器并联，同一桥臂的两个MOS管互补工作。
3.根据权利要求2所述的双向DCDC变换器装置，其特征在于，所述电源变换器模块的电源输入端与两个H桥双向DCDC变换器之间串接一电阻器，每一H桥双向DCDC变换器与所述电源变换器模块的相应输出端之间分别串接一电阻器，每一电阻器分别与一开关并联。
4.根据权利要求1-3任一所述的双向DCDC变换器装置，其特征在于，所述电源变换器模块的电源输入端还与一负载连接。
5.根据权利要求1-3任一所述的双向DCDC变换器装置，其特征在于，每一电池模块由两组以上锂电池串联组成。
6.根据权利要求5所述的双向DCDC变换器装置，其特征在于，每一电池模块包括10-20组串联连接的锂电池。
7.根据权利要求1-3任一所述的双向DCDC变换器装置，其特征在于，第一电池模块和第二电池模块中的每一个具有同样的内部结构和外部接口。
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