CN111211553A - 一种双直流电源串并联切换电路及充电系统 - Google Patents

一种双直流电源串并联切换电路及充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双直流电源串并联切换电路及充电系统，所述电路包括直流电源A、直流电源B、二极管D1、二极管D2和开关K1，所述直流电源A的正极与二极管D1的负极连接，直流电源A的负极分别与二极管D2的负极、开关K1的一端连接；所述直流电源B的正极分别与二极管D1的正极、开关K1的另一端连接，直流电源B的负极与二极管D2的正极连接；直流电源A的正极和直流电源B的负极均作为输出端。本发明实现两个直流电源的便捷、稳定的串并联切换，且经济性高，并能够实现不同额定电压的电源之间的串并联切换，防止电流倒灌，避免电路环流的危害。

Description

一种双直流电源串并联切换电路及充电系统
技术领域
本发明涉及电源串并联切换电路技术领域，具体是一种双直流电源串并联切换电路及充电系统。
背景技术
未来电源系统的发展趋势是采用新型的功率器件实现小型、高效率的电源模块化，通过串并联进行扩容是一个有效实现组合大功率电源系统的方案。
而电源系统中，对于直流电源如何安全、稳定可靠、经济地进行串并联切换，一直是困扰实际应用的一个难题。例如，在日常生活与工业生产应用中，当一个电源模块的功率无法满足要求时，往往会考虑用开关或接触器将两个电源手动的串联或是并联起来使用。但因为两个电源输出电压不一样，两个电源并联会导致并联失效或产生一个环流而损坏电源，电压差越大，环流就越大。所以就需要一个安全、可靠有效的自动串并联切换电路来实电源系统的扩容，并基于此串并联切换电路，可以实现充电系统的实际应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种双直流电源串并联切换电路，其能够解决两个电源串并联切换的问题；
本发明的目的之二提供一种充电系统，其能够解决基于串并联切换电路实现充电系统的问题。
实现本发明的目的之一的技术方案为：一种双直流电源串并联切换电路，包括直流电源A、直流电源B、二极管D1、二极管D2和开关K1，所述直流电源A的正极与二极管D1的负极连接，直流电源A的负极分别与二极管D2的负极、开关K1的一端连接；所述直流电源B的正极分别与二极管D1的正极、开关K1的另一端连接，直流电源B的负极与二极管D2的正极连接；直流电源A的正极和直流电源B的负极均作为输出端。
进一步地，所述开关K1为常开继电器。
进一步地，所述直流电源A和直流电源B的额定电压相同或相异。
实现本发明的目的之二的技术方案为：一种充电系统，包括所述的双直流电源串并联切换电路、控制器、通讯接口T1和通讯接口T2，所述直流电源串并联切换电路的开关K1与控制器连接，
所述控制器通过通讯接口T1分别与所述直流电源串并联切换电路的直流电源A和直流电源B通讯连接，用于分别读取直流电源A的额定电压VA和额定电流IA，以及读取直流电源B的额定电压VB和额定电流IB，
控制器通过通讯接口T2读取负载所需要的充电电压V充和充电电流I充，
所述直流电源串并联切换电路的输出端与负载连接，
所述控制器用于根据读取到的VA、IA、VB、IB、V充和I充控制所述开关K1的断开和闭合。
进一步地，所述控制器用于根据读取到的VA、IA、VB、IB、V充和I充控制所述开关K1的断开和闭合，其具体实现过程包括如下步骤：
若V充大于等于VA和VB中的最大值，且I充小于等于IA和IB中的最小值，则控制器控制开关K1闭合；若V充小于VA和VB中的最小值，且I充大于IA和IB中的最大值，则控制器控制开关K1断开。
进一步地，还包括开关S1，所述开关S1与控制器连接，开关S1用于接收手动操作，并向控制器发出断开信号和闭合信号，控制器根据接收到的断开信号和闭合信号，分别控制所述开关K1断开和闭合。
进一步地，还包括霍尔电流传感器和电压检测器件，电压检测器件用于实时检测向负载充电的充电电压，霍尔电流传感器用于实时检测向负载充电的充电电流。
进一步地，所述通讯接口T1为RS485通讯接口，通讯接口T2为CAN通讯接口。
本发明的有益效果为：本发明实现两个直流电源的便捷、稳定的串并联切换，且经济性高，仅用一个开关，就能够实现不同额定电压的电源之间的串并联切换，防止电流倒灌，避免电路环流的危害。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为实施例一的开关断开时的电流流向示意图；
图3为实施例一的开关闭合时的电流流向示意图；
图4为实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例一
如图1至图3所示，一种双直流电源串并联切换电路，包括直流电源A、直流电源B、二极管D1、二极管D2和开关K1，所述直流电源A的正极与二极管D1的负极连接，直流电源A的负极分别与二极管D2的负极、开关K1的一端连接；所述直流电源B的正极分别与二极管D1的正极、开关K1的另一端连接，直流电源B的负极与二极管D2的正极连接；直流电源A的正极和直流电源B的负极均作为输出端，也即直流电源A的正极和直流电源B的负极分别连接负载的一端。
其中，为了便于控制所述开关K1处于断开或闭合状态，优选地，开关K1为常开继电器，当然，实际应用时也可以选用其他类型的继电器或具有类似功能(可控的断开和闭合)的电控器件。
当开关K1处于断开，直流电源A的正极输出电流I1，电流I1依次经过负载和二极管D2后，回流至直流电源A的负极，也即，直流电源A、负载和二极管D2依次形成一个闭环回路，同样的，直流电源B的正极输出电流I2，电流I2依次经过二极管D1和负载后，回流至直流电源B的负极，直流电源A、二极管D1和负载依次形成一个闭环回路。此时，直流电源A和直流电源B为并联输出，输出端输出的最大电流为直流电源A和直流电源B的两个额定电流之和，输出电压保持不变，也即输出最高电压等于直流电源A和直流电源B中的最小电压。此时，电流的流向如图2所示，图中的箭头表示电流I(电流I包括电流I1和I2)的流向。
当开关K1处于闭合，直流电源A的正极输出电流I，电流I依次经过负载、直流电源B和开关K1后，回流至直流电源A的负极，直流电源A的负极通过开关K1与直流电源B的正极连接，也即，直流电源A、负载、直流电源B和开关K1依次形成一个闭环回路。此时，直流电源A和直流电源B为串联输出，输出端输出的最大电压为直流电源A和直流电源B的两个额定电压之和。此时，电流的流向如图3所示，图中的箭头表示电流I的流向。
通过二极管D1将直流电源A的正极和直流电源B的正极连接，二极管D2将直流电源A的负极和直流电源B的负极连接，能够有效防止电流倒灌，也即，即使直流电源A和直流电源B的额定电压不同，也不会使得额定电压高的电源向另外一个电源倒灌电流，避免额定电压高的电源向额定电压低的电源充电，也即，直流电源A和直流电源B的额定电压可以相同，也可以相异。通过二极管D1和二极管D2避免了电路环流危害，从而实现不同额定电压的两个电源之间的串并联切换。使用一个开关K1即可实现两组电源的串并联，方便快捷且提升经济性和稳定可靠性，同时不需要改动线路的接线。
实施例二
如图4所示，本发明还提供一种基于实施例一所述的双直流电源串并联切换电路的充电系统，包括实施例一所述的双直流电源串并联切换电路、控制器、通讯接口T1、通讯接口T2、开关S1、霍尔电流传感器和电压检测器件，所述开关S1与控制器连接，所述直流电源串并联切换电路的开关K1与控制器连接，电压检测器件、霍尔电流传感器分别与所述直流电源串并联切换电路的输出端连接，用于检测输出端的电压和电流，也即检测出负载两端的电压和流经负载的电流。
所述控制器通过通讯接口T1分别与所述直流电源串并联切换电路的直流电源A和直流电源B通讯连接，用于分别读取直流电源A的额定电压VA和额定电流IA，以及读取直流电源B的额定电压VB和额定电流IB，使得控制器获得VA、IA、VB和IB，为了使得控制器通过通讯接口T1能够读取到上述参数信息，直流电源A和直流电源B均为具有通讯功能的可编程电源，例如配备有BMS的电源。控制器通过通讯接口T2读取负载所需要的充电电压和充电电流，不同的负载所需要的充电电压和充电电流是不同的。以负载为电动汽车为例，电动汽车的电池通常配备有电池管理系统BMS，当需要向电动汽车的电池充电时，控制器通过通讯接口T2与电动汽车的电池管理系统BMS连接，从而读取到该电动汽车的电池的充电电压和充电电流。通讯接口T1可以采用RS485通讯，通讯接口T2采用CAN通讯。
所述电压检测器件和霍尔电流传感器用于实时检测向负责充电时的充电电压和充电电流，并显示出来，使得用户或系统能够根据实时检测的充电电压和充电电流，判断电源向负责的充电电压和充电电流是否符合负责需求的充电电压和充电电流。
还是以负载为电动汽车的电池为例，介绍本实施例如何基于直流电源串并联切换电路实现向电动汽车的电池充电，具体过程如下：
控制器通过通讯接口T2读取电动汽车的电池所需要的充电电压V充和充电电流I充，通过通讯接口T1读取直流电源A的额定电压VA和额定电流IA，以及读取直流电源B的额定电压VB和额定电流IB。若V充大于等于VA和VB中的最大值，且I充小于等于IA和IB中的最小值，则控制器控制开关K1闭合，使得直流电源串并联切换电路的直流电源A和直流电源B为串联，直流电源A和直流电源B串联输出向电动汽车的电池充电。若V充小于VA和VB中的最小值，且I充大于IA和IB中的最大值，则控制器控制开关K1断开，使得直流电源串并联切换电路的直流电源A和直流电源B为并联，直流电源A和直流电源B并联输出向电动汽车的电池充电。其中，开关K1可以为继电器，控制器通过与继电器的线圈连接，从而使得控制器能够控制开关K1的断开和闭合。
上述电压和电流的比较可以通过比较电路实现，比较两个电压或两个电流的比较电路为现有技术，可以采用现有通用的比较电路即可，这里不赘述。当然电压和电流的比较也可以通过软件实现。
上述控制器完全能够自动控制控制开关K1的断开和闭合，从而实现自动对直流电源串并联切换。当然，也可以通过手动控制方式实现直流电源串并联切换，为此，设置开关S1，当手动断开开关S1后，控制器接收到断开信号，控制器控制开关K1断开；反之，当手动闭合开关S1后，控制器接收到闭合信号，控制器控制开关K1闭合，从而实现手动控制直流电源串并联切换。
当将直流电源A为充电桩的充电枪，直流电源B为充电桩的另一个充电枪，从而使得当需要充电的电动汽车的电压超过当前充电枪的额定电压，则可以将充电桩的两个充电枪的电源串联使用，提高充电桩设备的兼容性。当两个充电枪只有一个充电枪在给电动汽车充电且电动汽车所需要的充电功率大于等于当前充电枪的输出功率，则可以将两个充电枪的电源并联，并联输出向电动汽车进行充电，提高充电速度和充电枪的使用率。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双直流电源串并联切换电路，其特征在于，包括直流电源A、直流电源B、二极管D1、二极管D2和开关K1，所述直流电源A的正极与二极管D1的负极连接，直流电源A的负极分别与二极管D2的负极、开关K1的一端连接；所述直流电源B的正极分别与二极管D1的正极、开关K1的另一端连接，直流电源B的负极与二极管D2的正极连接；直流电源A的正极和直流电源B的负极均作为输出端。
2.根据权利要求1所述的双直流电源串并联切换电路，其特征在于，所述开关K1为常开继电器。
3.根据权利要求1所述的双直流电源串并联切换电路，其特征在于，所述直流电源A和直流电源B的额定电压相同或相异。
4.一种充电系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的双直流电源串并联切换电路、控制器、通讯接口T1和通讯接口T2，所述直流电源串并联切换电路的开关K1与控制器连接，
所述控制器通过通讯接口T1分别与所述直流电源串并联切换电路的直流电源A和直流电源B通讯连接，用于分别读取直流电源A的额定电压VA和额定电流IA，以及读取直流电源B的额定电压VB和额定电流IB，
控制器通过通讯接口T2读取负载所需要的充电电压V充和充电电流I充，
所述直流电源串并联切换电路的输出端与负载连接，
所述控制器用于根据读取到的VA、IA、VB、IB、V充和I充控制所述开关K1的断开和闭合。
5.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，所述控制器用于根据读取到的VA、IA、VB、IB、V充和I充控制所述开关K1的断开和闭合，其具体实现过程包括如下步骤：
若V充大于等于VA和VB中的最大值，且I充小于等于IA和IB中的最小值，则控制器控制开关K1闭合；若V充小于VA和VB中的最小值，且I充大于IA和IB中的最大值，则控制器控制开关K1断开。
6.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，还包括开关S1，所述开关S1与控制器连接，开关S1用于接收手动操作，并向控制器发出断开信号和闭合信号，控制器根据接收到的断开信号和闭合信号，分别控制所述开关K1断开和闭合。
7.根据权利要求4或6所述的充电系统，其特征在于，还包括霍尔电流传感器和电压检测器件，电压检测器件用于实时检测向负载充电的充电电压，霍尔电流传感器用于实时检测向负载充电的充电电流。
8.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，所述通讯接口T1为RS485通讯接口，通讯接口T2为CAN通讯接口。
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