CN112751352A - 一种用于双向直流充电机的辅助电源模块及辅助供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及充电机领域，具体公开了用于双向直流充电机的辅助电源模块，包括输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述输入端连接外部电源，所述第一输出端连接DC/DC电路，为双向直流充电机提供绝缘检测电压，所述第二输出端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接DC/DC电路，为DC/DC电路反向工作时提供辅助供电。本发明在反向离网模式时，不需要功率级DC/DC电路输出电动汽车所需要的绝缘检测电压，而是由辅助电源模块直接提供，辅助电源模块方案固定后，其空载损耗也基本固定，系统控制电路和DC/DC电路的电源模块辅助电源功率相对固定，对外部电源功率的要求显著降低，因此本发明提供的辅助电源模块方案更具有普遍的适用性。

Description

一种用于双向直流充电机的辅助电源模块及辅助供电方法
技术领域
本发明涉及直流充电机领域，具体涉及一种用于双向直流充电机的辅助电源模块。
背景技术
随着纯电动车市场的兴起，电动汽车充电机行业也迎来了快速发展，同时，双向充电机可以满足更多的应用场景，比如：配合国家电网实现削峰填谷功能、在电网断电时为家庭用电设备供电、野外露营提供照明等等。其中辅助电源供电方案是很重要的一个环节，即需要满足充电机正向充电模式时对辅助电源的需求，同时也需要保证在反向并网和反向离网模式时系统也能够正常工作。
传统辅助电源方案如图1所示，双向充电机辅助电源主要分为三部分，分别是：电源模块辅助电源、系统供电辅助电源和升压隔离电源。电源模块辅助电源从母线电压输出端VBUS取电，经辅助电源电路后分别产生VCC1为AC/DC以及DC/DC原边电路供电、VCC2为DCDC副边电路供电，根据电源模块控制电路对电源要求，VCC1和VCC2会单路或同时为电源模块控制电路供电；系统辅助电源从电网AC侧取电，主要为系统控制电路供电；升压隔离电源从外部电源取电，经升压隔离电源后输出至母线电压，同时外部电源经二极管D1后可以为系统控制控制电路供电。
充电机在正向充电模式和反向并网模式时，由于电网侧有电，电源模块辅助电源和系统供电辅助电源均可以正常工作，不需要外部电源提供能量；
在反向离网模式时，电动汽车电池需要放电，但是电动汽车在闭合车端高压直流接触器之前，充电机需要按照电动汽车给定输出电压命令先执行绝缘检测，只有绝缘检测满足要求时电动汽车才会闭合车端高压直流接触器并开始放电。而反向离网模式时电网侧断开，因此必须由外部电源为系统控制电路供电，才能够保证充电机和电动汽车实现通信。同时，外部电源还需要经升压隔离电源升压至母线电压，为电源模块辅助电源供电，只有当DC/DC电路的控制电存在时，DC/DC电路才可以在电源模块控制电路的控制下输出电动汽车要求的输出电压VO，并由系统控制电路完成绝缘检测。
当绝缘检测完成后，电动汽车内部高压直流接触器器闭合，电源模块控制电路控制输出高压直流接触器K1闭合，电动汽车电池电压连接至DC/DC输出VO，DC/DC电路反向工作由电动汽车电池为母线提供能量，进而AC/DC反向工作完成交流侧电压建立，此时可以由电源模块控制电路控制升压隔离电源关闭，外部电源不再需要提供能量。
上述方案是现有双向充电机中常用的解决方案，从以上工作过程可知，该方案主要受限于反向离网模式DC/DC电路空载损耗的影响，若外部电源为汽车点烟器，通常汽车点烟器最大电流能力为10A，即额定最大功率为120W。电源模块控制电路和电源模块辅助电源总需求功率在15W-35W不等，再考虑实际电源转换效率(85％)的影响以及点烟器使用时需要预留一定裕量(按照80％降额)防止其损坏，则DC/DC电路最大空载损耗不应超过50W。然而，针对不同的应用条件DC/DC电路空载损耗差异会很大，如交流侧为单相系统或三相系统，三相系统中母线电压更高，空载损耗更大；DC/DC电路不同拓扑结构影响，双向拓扑可选择CLLC、DAB或移相全桥等其他拓扑，由于拓扑结构和控制方式不同，空载损耗差异很大，如DAB拓扑空载损耗很难降低到100W以下；DC/DC电路采用单路输出或多路并联输出，充电机功率越大，需要并联电路数量越多，而并联电路数量越多空载将会成倍增加等等，这些原因均会导致现有方案不具有普遍的适用性，同时若点烟器使用功率过高还可能导致点烟器内部保险丝烧坏，存在一定的安全隐患。同样，若外部电源采用外接电池供电，由于不同应用条件下DC/DC电路空载损耗不固定，也会存在相同问题，如不同应用条件可能需要配备不同容量的电池。
综上所述，目前双向充电机在离网模式时的辅助电源方案对DC/DC电路空载损耗差异大不具有普遍适用性，并且存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明为了解决现有技术中双向充电机在离网模式时的辅助电源方案对DC/DC电路空载损耗差异大不具有普遍适用性的问题，提供一种新的用于双向直流充电机的辅助电源模块。
本发明采用的技术方案：
一种用于双向直流充电机的辅助电源模块，包括：
输入端，所述输入端连接外部电源；
第一输出端，所述第一输出端连接DC/DC电路输出端，为双向直流充电机提供绝缘检测电压；
第二输出端，所述第二输出端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接DC/DC电路辅助供电VCC2，为DC/DC电路反向工作时提供辅助供电。
进一步地，所述辅助电源模块配置为升压隔离电源，所述升压隔离电源包括两个反激电路，两个所述反激电路配置为第一反激电路和第二反激电路，所述第一反激电路的输出端配置为第一输出端，所述第二反激电路的输出端配置为第二输出端。
进一步地，所述第一反激电路的初级线圈的一端连接外部电源正极，所述第一反激电路的初级线圈的另一端连接开关管Q2的漏极，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q2的栅极连接第一PWM控制器输出端，所述第一反激电路的次级线圈经整流电路输出绝缘检测所需要电压值。
进一步地，所述第二反激电路的初级线圈的一端连接外部电源正极，所述第二反激电路的初级线圈的另一端连接开关管Q3的漏极，所述开关管Q3的源极接地，所述开关管Q3的栅极连接第二PWM控制器输出端，所述第二反激电路的次级线圈经二极管D2输出DC/DC电路反向工作所需要辅助供电VCC2。
进一步地，所述系统控制板供电电路连接二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极连接所述外部电源。
进一步地，所述升压隔离电源还包括升压电路，两个所述反激电路经所述升压电路连接所述外部电源。
本发明为了解决现有技术中双向充电机在离网模式时的辅助电源方案对DC/DC电路空载损耗差异大不具有普遍适用性的问题，提供一种新的用于双向直流充电机的辅助电源模块。
一种用于双向直流充电机的辅助电源模块，包括：
第一辅助电源，所述第一辅助电源的输入端连接外部电源，所述第一辅助电源的输出端连接DC/DC电路输出端，为双向直流充电机提供绝缘检测电压；
第二辅助电源，所述第二辅助电源的输入端连接电动汽车电池，所述第二辅助电源的输出端连接DC/DC电路辅助供电VCC2或母线电压输出端VBUS，为DC/DC电路反向工作时提供辅助供电。
本发明为了解决现有技术中双向充电机在离网模式时的辅助电源方案对DC/DC电路空载损耗差异大不具有普遍适用性的问题，提供一种新的用于双向直流充电机的辅助供电方法。
一种用于双向直流充电机的辅助供电方法，包括：
获取电动汽车进行绝缘检测所需要的电压值；
驱动辅助电源模块输出绝缘检测电压；
闭合高压直流接触器K1；
驱动辅助电源模块输出DC/DC电路反向工作电压或驱动电动汽车电池为DC/DC电路提供反向工作电压。
与现有技术相比，本发明的有意效果：
1、本发明可以将外部电源连接升压隔离电源，根据系统控制电路发出的输出电压命令输出电动汽车所需要的绝缘检测电压，与现有方案相比减少了功率级DCDC所产生的空载损耗，由于系板控制电路供电和电源模块控制电路供电功率较小且功率固定，可以显著降低对外部电源的要求，增强辅助电源方案的普遍适用性；
2、本发明将第一辅助电源的输入端连接外部电源，第一辅助电源的输出端连接DC/DC电路输出端，为双向直流充电机提供绝缘监测电压，将第二辅助电源的输入端连接电动汽车电池，第二辅助电源的输出端连接DC/DC电路辅助供电VCC2或母线电压输出端VBUS，为DC/DC电路反向工作时提供辅助供电，即本发明反向工作电压由电动汽车电池提供，可以减小对外部电源的依赖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1：为现有双向直流充电机升压隔离电源的原理框图；
图2：本发明实施例提供的用于双向直流充电机的辅助电源模块的原理框图；
图3：本发明实施例提供的升压隔离电源的电路图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一：
图2示出了本发明实施例提供的一种用于双向直流充电机的辅助电源模块的原理框图，该用于双向直流充电机的辅助电源模块包括输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述输入端连接外部电源，所述第一输出端连接DC/DC电路输出端，为双向直流充电机提供绝缘检测电压，所述第二输出端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接DC/DC电路辅助供电VCC2，为DC/DC电路反向工作提供辅助供电。
需要说明的是，本实施例在反向离网模式时，不需要功率级DC/DC电路输出电动汽车所需要的绝缘检测电压，而是由辅助电源模块直接提供，辅助电源模块方案固定后，其空载损耗也基本固定，系统控制电路和DC/DC电路的电源模块辅助电源功率相对固定，对外部电源功率的要求显著降低，因此本实施例提供的辅助电源模块方案更具有普遍的适用性，可应用的方案系统更多样，不再受系统架构、功率等级以及DC/DC电路拓扑结构的影响。
进一步地，辅助电源控制芯片的选择更多更灵活，若采用跳频工作模式控制芯片空载损耗更低。
进一步地，如图3所示，本实施例中辅助电源模块配置为升压隔离电源，所述升压隔离电源包括两个反激电路，两个所述反激电路配置为第一反激电路和第二反激电路，所述第一反激电路的输出端配置为第一输出端，所述第二反激电路的输出端配置为第二输出端。
进一步地，所述第一反激电路的初级线圈的一端连接外部电源正极，所述第一反激电路的初级线圈的另一端连接开关管Q2的漏极，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q2的栅极连接第一PWM控制器输出端，所述第一反激电路的次级线圈经整流电路输出绝缘检测所需要电压值。
进一步地，所述第二反激电路的初级线圈的一端连接外部电源正极，所述第二反激电路的初级线圈的另一端连接开关管Q3的漏极，所述开关管Q3的源极接地，所述开关管Q3的栅极连接第二PWM控制器输出端，所述第二反激电路的次级线圈经二极管D2输出DC/DC电路反向工作所需要辅助供电VCC2。
进一步地，所述系统控制板供电电路连接二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极连接所述外部电源。
进一步地，所述升压隔离电源还包括升压电路，两个所述反激电路经所述升压电路连接所述外部电源。
进一步地，所述升压隔离电源包括第一反激电路，所述第一输出端连接第一反激电路，所述第二输出端连接电动汽车电池。
具体地，本实施例采用的外部电源电压为12V。
具体地，本实施例中第一PWM控制器、第二PWM控制器和第三PWM控制器可以由电源模块控制电路中的控制器实现，也可以由系统控制电路中的控制器实现，也可以是常用的辅助电源模拟控制芯片，对此不做过多限制。
具体地，如图3所示，图中PWM控制器1配置为第一PWM控制器、PWM控制器2配置为第二PWM控制器，PWM控制器3配置为第三PWM控制器。
本实施例的工作原理：
在正向充电和反向并网模式时，电源模块辅助电源可以从母线电压输出端VBUS取电，经隔离输出后为电源模块提供所需要的辅助电源；系统控制电路的辅助供电则由系统供电辅助电源提供，该电源从交流侧电网取电，经隔离输出后为系统控制电路提供所需要的辅助电源，在这两种工作模式下，外部电源不需要提供能量，升压隔离电源由系统控制电路控制处于不工作状态；
在反向离网模式，由于交流侧电网电压断开，电动汽车电池在双向直流充电机完成绝缘检测前也处于断开状态，因此在双向直流充电机从电动汽车电池获得能量之前，必须由外部电源提供能量；
外部电源通过二极管D1直接连接至系统控制电路并为其提供能量，保证双向直流充电机可以和电动汽车实现通信传输，并获得电动汽车对于双向直流充电机进行绝缘检测所要求的输出电压值以及其他车端或电动汽车电池的相关信息；
系统控制电路获得外部电源正常工作后，可通过控制信号首先使PWM控制器3输出信号给升压电路，使其开始工作，升压电路按照硬件电路中已经设置好的输出电压V1开始工作，完成输出电压V1的建立，输出电压V1设定值可根据实际需要进行设计，如48V、60V等；
进一步地，系统控制电路通过控制信号使PWM控制器1输出信号给第一反激电路，使其开始工作，其输出电压为电动汽车所要求的电压值Vo，不同电动汽车由于电池电压不同所要求的绝缘检测电压也不同，输出电压命令可以由系统控制电路进行设置，当Vo电压完成建立后，系统控制电路开始进行绝缘检测，若绝缘检测通过，系统控制电路通过控制信号使PWM控制器1停止输出信号，关闭Vo输出，并告知电动汽车已完成绝缘检测，要求电动汽车闭合车端高压直流接触器K1。
进一步地，系统控制电路通过控制信号使PWM控制器2输出信号给第二反激电路，使其开始工作，其输出电压为DC/DC电路反向工作时所需要的辅助电源电压，经旁路二极管D2后连接至VCC2，为DC/DC电路反向工作准备条件。
系统控制电路与电源模块控制电路通信，要求闭合输出端高压直流接触器K1，此时电动汽车电池电压连接至DC/DC电路输出端Vo，DC/DC电路开始反向工作，完成母线电压输出端VBUS建立，当VBUS按照目标电压输出后，电源模块辅助电源工作，此时电源模块AC/DC电路和DC/DC电路的辅助供电均由其提供，进而AC/DC电路开始反向工作，完成交流侧电压建立，当交流侧电压建立后系统控制辅助电源开始工作，并开始为系统控制电路提供能量，此时系统控制电路可以通过控制信号使PWM控制器2和PWM控制器3停止输出信号，外部电源不再需要为双向充电机提供能量。
实施例二：
本实施例提供一种用于双向直流充电机的辅助电源模块，包括第一辅助电源和第二辅助电源，所述第一辅助电源的输入端连接外部电源，所述第一辅助电源的输出端连接DC/DC电路输出端，为双向直流充电机提供绝缘检测电压，所述第二辅助电源的输入端连接电动汽车电池，所述第二辅助电源的输出端连接DC/DC电路辅助供电VCC2或母线电压输出端VBUS，为DC/DC电路反向工作时提供辅助供电。
本实施例的工作原理：
本实施例的工作原理与实施例一基本相同，区别在于，本实施例通过第二辅助电源输入端连接电动汽车电池，当绝缘检测通过后，电动汽车闭合车端高压直流接触器K1，从而第二辅助电源得电；
当第二辅助电源的输出端连接DC/DC电路母线电压输出端VBUS，第二辅助电源得电后，完成母线电压输出端VBUS建立，当VBUS按照目标电压输出后，电源模块辅助电源工作，从而DC/DC电路辅助供电VCC2得电，此时电源模块AC/DC电路和DC/DC电路的辅助供电均由其提供，进而AC/DC电路开始反向工作，完成交流侧电压建立，当交流侧电压建立后系统控制辅助电源开始工作，并开始为系统控制电路提供能量，进而实现双向供电；
当第二辅助电源的输出端连接DC/DC电路辅助供电VCC2，第二辅助电源得电后，从而DC/DC电路辅助供电VCC2得电，此时电源模块辅助电源工作，进而DC/DC电路母线电压输出端VBUS得电，进而AC/DC电路开始反向工作，完成交流侧电压建立，当交流侧电压建立后系统控制辅助电源开始工作，并开始为系统控制电路提供能量，进而实现双向供电。
本发明还提供一种用于双向直流充电机的辅助供电方法，应用上述的辅助电源模块，具体地，该方法包括：
获取电动汽车进行绝缘检测所需要的电压值；
驱动辅助电源模块输出绝缘检测电压；
闭合高压直流接触器K1；
驱动辅助电源模块输出DC/DC电路反向工作电压或驱动电动汽车电池为DC/DC电路提供反向工作电压。
综上所述，本发明的辅助电源方案具有更普遍的适用性，可应用的方案系统更多样，不再受系统架构、功率等级以及DC/DC电路拓扑结构的影响。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于双向直流充电机的辅助电源模块，其特征在于，包括：
输入端，所述输入端连接外部电源；
第一输出端，所述第一输出端连接DC/DC电路输出端，为双向直流充电机提供绝缘检测电压；
第二输出端，所述第二输出端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接DC/DC电路辅助供电VCC2，为DC/DC电路反向工作时提供辅助供电。
2.根据权利要求1所述的用于双向直流充电机的辅助电源模块，其特征在于，所述辅助电源模块配置为升压隔离电源，所述升压隔离电源包括两个反激电路，两个所述反激电路配置为第一反激电路和第二反激电路，所述第一反激电路的输出端配置为第一输出端，所述第二反激电路的输出端配置为第二输出端。
3.根据权利要求2所述的用于双向直流充电机的辅助电源模块，其特征在于，所述第一反激电路的初级线圈的一端连接外部电源正极，所述第一反激电路的初级线圈的另一端连接开关管Q2的漏极，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q2的栅极连接第一PWM控制器输出端，所述第一反激电路的次级线圈经整流电路输出绝缘检测所需要电压值。
4.根据权利要求2所述的用于双向直流充电机的辅助电源模块，其特征在于，所述第二反激电路的初级线圈的一端连接外部电源正极，所述第二反激电路的初级线圈的另一端连接开关管Q3的漏极，所述开关管Q3的源极接地，所述开关管Q3的栅极连接第二PWM控制器输出端，所述第二反激电路的次级线圈经二极管D2输出DC/DC电路反向工作所需要辅助供电VCC2。
5.根据权利要求3或4所述的用于双向直流充电机的辅助电源模块，其特征在于，所述系统控制板供电电路连接二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极连接所述外部电源。
6.根据权利要求2所述的用于双向直流充电机的辅助电源模块，其特征在于，所述升压隔离电源还包括升压电路，两个所述反激电路经所述升压电路连接所述外部电源。
7.一种用于双向直流充电机的辅助电源模块，其特征在于，包括：
第一辅助电源，所述第一辅助电源的输入端连接外部电源，所述第一辅助电源的输出端连接DC/DC电路输出端，为双向直流充电机提供绝缘检测电压；
第二辅助电源，所述第二辅助电源的输入端连接电动汽车电池，所述第二辅助电源的输出端连接DC/DC电路辅助供电VCC2或母线电压输出端VBUS，为DC/DC电路反向工作时提供辅助供电。
8.一种用于双向直流充电机的辅助供电方法，其特征在于，包括：
获取电动汽车进行绝缘检测所需要的电压值；
驱动辅助电源模块输出绝缘检测电压；
闭合高压直流接触器K1；
驱动辅助电源模块输出DC/DC电路反向工作电压或驱动电动汽车电池为DC/DC电路提供反向工作电压。
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