CN208806744U - 一种双向直流转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向直流转换器，该直流转换器用于实现电动车的储能部件以及驱动电机之间的电流转换，该双向直流转换器包括电源管理单元、脉冲驱动电路、脉冲发生电路、开关模块、第一RC电路和第二RC电路，开关模块通过第一RC电路与电动车的储能部件连接，开关模块通过第二RC电路与驱动电机连接，电源管理单元分别与电动车的储能部件以及驱动电机电连接，电源管理单元通过脉冲发生电路、脉冲驱动电路与开关模块连接。使用本实用新型的双向直流转换器可以非常方便地实现能量的双向传输，使用的电力电子器件数目少，具有效率高、体积小和成本低的优势。

Description

一种双向直流转换器

技术领域

本实用新型涉及电动车领域，尤其涉及一种实现电动车能量回收的双向直流转换器。

背景技术

电动汽车行驶里程的不足是制约其发展的瓶颈之一，整车厂一般通过加大电池容量来提高行驶里程，大家知道，电动汽车中的驱动电机是有源负载，既可以将蓄电池的电能转化成机械能输出，也可以将汽车制动时产生的机械能转化成电能，由此可见，通过一种装置将汽车驱动电机由制动时转化的电能收集起来给车载蓄电池充电，同样可以增加电动汽车的行驶里程。因此，需要设计一种双向直流转换器，实现电流从蓄电池到驱动电机和从驱动电机到蓄电池的双向流动。

实用新型内容

基于此，为解决传统技术中的上述技术问题，特提出了一种双向直流转换器。

一种双向直流转换器，用于电动车的储能部件与驱动电机之间的电流转换，该直流转换器包括电源管理单元以及电流转换单元，所述电源管理单元与所述电动车的储能部件以及驱动电机电连接，所述电流转换单元的一端与电动车的储能部件连接，另外一端与驱动电机连接，所述电流转换单元的控制端还与电源管理单元的输出端连接，其中，所述电源管理单元用于检测驱动电机的工作状态来控制电流转换单元中电流的流向，所述电流转换单元用于根据电源管理单元的输出信号实现电流从电动车的储能部件流向驱动电机或从驱动电机流向电动车的储能部件。

更进一步地，当驱动电机工作在电动状态时，电流通过电流转换单元从电动车储能部件流向驱动电机；当驱动电机处于制动状态时，电流通过电流转换单元从驱动电机流向电动车储能部件。

更进一步地，所述电流转换单元包括开关模块，所述开关模块与所述电源管理单元的控制端电连接，所述开关模块根据电源管理单元输出的控制系统实现电流从驱动电机流向电动车或者从电动车流向驱动电机。

更进一步地，所述电流转换单元还包括用于产生脉冲驱动开关模块的脉冲模块，所述电源管理单元通过所述脉冲模块与所述开关模块电连接。

更进一步地，所属电流转换单元包括脉冲发生电路以及脉冲驱动电路，所述电源管理单元依次通过所述脉冲发生电路、脉冲驱动电路与开关模块电连接。

更进一步地，所述双向直流变换器还包括第一RC电路，所述开关模块通过所述第一RC电路与所述电动车的储能部件连接。

更进一步地，所述双向直流变换器还包括第二RC电路，所述开关模块通过所述第二RC电路与所述驱动电机电连接。

更进一步地，所述第一RC电路包括第一电容滤波电路和第一RC缓冲电路。

更进一步地，所述开关模块包括：第一MOS管、第二MOS管、第一二极管、第二二极管、第一电感，所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极均与所述电源管理单元的输出端电连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的漏极为所述开关电路的第一输出端，所述第二MOS管的源极与地连接，所述第一二极管的阴极与第一MOS关的漏极连接，所述第一二极管的阳极与第一MOS管的源极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第二二极管的阳极与所述第二MOS管的源极连接，所述第一传感器的一端与第一MOS管的源极连接，所述第一传感器的另外一端为开关模块的第二输出端。

更进一步地，所述第一RC电路包括第一电阻、第一电容、第一继电器，所述第一电阻与所述第一继电器并联连接形成并联支路，所述并联支路的两端分别为所述第一RC电路的第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述电动车的储能部件连接，所述第二输出端通过第一电容与地连接。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

本实用新型的双向直流转换器在保持转换器两端直流电压极性不变的情况下，根据实际需要完成电动汽车车载蓄电池与直流驱动电机之间的电流双向流动，并且能依据电源管理单元的要求切换升/降压模式。使用本实用新型的双向直流转换器可以非常方便地实现能量的双向传输，使用的电力电子器件数目少，具有效率高、体积小和成本低的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

其中：

图1为本实用新型的双向直流转换器的结构框图；

图2为本实用新型的开关模块以及第一RC电路和第二RC电路的电路连接图；

图3为本实用新型的脉冲发生电路的电路图；

图4为本实用新型的脉冲驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示为本实用新型的双向电流转换器，该双向电流转换器用于电动车的驱动电机和电动车储能部件之间的电路转换，该双向电流转换器包括电流转换单元以及电源管理单元，电源管理单元与电动车的储能部件以及驱动电机电连接，电流转换单元与电源管理单元的输出端电连接，电流转换单元还与电动车的储能部件、驱动电机电连接。

电动车的储能部件是电池，更具体地，可以是蓄电池或者其他可充电电池。

电源管理单元通过检测驱动电机的工作状态来控制电流转换单元的工作状态，从而实现驱动电机与蓄电池之间的电流流向和升/降压模式的转换；当驱动电机工作在电动状态时，使整个转换器工作在升压模式，电流从蓄电池流向驱动电机；当驱动电机工作在制动状态时，使整个转换器工作在降压模式，电流从驱动电机流向蓄电池。

所述电流转换单元包括开关模块、第一RC电路、第二RC电路、脉冲发生电路、脉冲驱动电路，其中开关模块通过所述第一RC电路与所述电动车的储能部件连接，开关模块还通过第二RC电路与驱动电机连接，该电源管理单元还通过脉冲发生电路、脉冲驱动电路与开关模块电连接。其中，所述第一RC电路包括RC缓冲电路1和电容滤波电路1，所述第二RC电路包括RC缓冲电路2以及电容滤波电路2。

所述电源管理单元检测蓄电池的电压与驱动电机的电压，在升压模式下将驱动电机电压作为输出电压反馈给脉冲发生电路，在降压模式下将蓄电池电压作为输出电压反馈给脉冲发生电路，脉冲发生电路根据输出电压的大小调整驱动脉冲宽带，驱动脉冲经过脉冲驱动电路进行电流放大后，控制开关模块的开关，使得输出电压稳定在给定值。

如图2为本实用新型的开关模块的电路图以及与第一、第二RC电路的电路连接图，所述开关模块包括：第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感，所述第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极均与所述电源管理单元的输出端电连接，所述第一MOS管Q1的源极与所述第二MOS管Q2的漏极连接，所述第一MOS管Q1的漏极为所述开关电路的第一输出端，所述第二MOS管Q2的源极与地连接，所述第一二极管D1的阴极与第一MOS关的漏极连接，所述第一二极管D1的阳极与第一MOS管Q1的源极连接，所述第二二极管D2的阴极与所述第二MOS管Q2的漏极连接，所述第二二极管D2的阳极与所述第二MOS管Q2的源极连接，所述第一传感器的一端与第一MOS管Q1的源极连接，所述第一传感器的另外一端为开关模块的第二输出端。

所述第一RC电路包括第一电阻R1、第一电容C1、第一继电器，所述第一继电器与第一电阻R1并联连接构成了第一继电装置，第一继电装置的第一端与电动车的电池的正极连接，第一继电装置的另外一端一方面通过第一电容C1与地连接，另外一方面通过第一电感与第一MOS管Q1的源极连接。

所述第二RC电路包括第二电阻R2、第二电容C2、第二继电器，所述第二继电器与第二电阻R2并联连接构成了第二继电装置，第二继电装置的一端与驱动电机的正极连接，第二继电装置的另外一端一方面通过第二电容C2与地连接，另外一方面与第一MOS管Q1的漏极连接。

其中，第一继电器与第二继电器均受控于电源管理单元。

电源管理单元通过检测驱动电机的工作状态来控制开关模块中开关管的通断组合，从而实现驱动电机与蓄电池之间的电流流向和升/降压模式转换。

当驱动电机工作在制动状态时，控制第一MOS管Q1保持开关状态，第二MOS管Q2保持关断状态，使整个变换器工作在降压模式，电流从驱动电机流向车载蓄电池。

进一步地，根据电流流向，当第一路RC电路/第二RC电路位于电流转换单元的电压输入端时，控制继电器J1/继电器J2断开，第一RC电路/第二RC电路作为预充电路，用于防止因输入电压瞬变而损坏电容；当第一RC电路/第二RC电路位于电流转换单元的电压输出端时，控制继电器J1/继电器J2闭合，第一RC电路/第二RC电路作为电容滤波电路，用于减小输出电压的纹波。具体地，所述继电器J1闭合与电阻R1、电容C1组成电容滤波电路，继电器J1断开与电阻R1、电容C1组成预充电路，所述继电器J2闭合与电阻R2、电容C2组成电容滤波电路，继电器J2断开与电阻R2、电容C2组成的预充电路，第一MOS管Q1保持开通状态，第二MOS管Q2保持关断状态，整个电流转换器工作在buck降压模式，电流从直流驱动电机流向电动车电池；第一MOS管Q1保持关断状态，第二MOS管Q2保持开通状态，整个变化期工作在BOOST升压模式，电流从电动车电池流向驱动电机。

图3所示为本实用新型的脉冲发生电路的电路图，所述脉冲发生电路包括第一芯片U1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6，该第一芯片U1的第1端与地连接，该芯片的第二端通过电二电阻、第二电容C2与地连接。该芯片的第三端通过第五电阻R5与地连接，该芯片的第四端通过第五电容C5与第六电阻R6形成的并联支路与地连接，该芯片的第五端依次通过第六电容C6、第七电阻R7与地连接，该芯片的第六端通过一方面通过第八电阻R8与第九电阻R9形成的并联支路与地连接，另外一方面还通过第十电阻R10输出电压Vo，该芯片的第七端一方面通过第三电容C3与地连接，另外一方面通过第三电阻R3与电源VCC端连接。该芯片的第八端为PWM信号输出端。该第一芯片U1为型号为ICE2PCS02的芯片，脉冲频率固定不可调，电阻R8、R9、R10构成分压电路，输出电压Vo发生变化，引起芯片管角电压的变化，从而调整输出脉冲PWM占空比的大小，最终达到稳定输出电压的目的。在升压模式下，输出电压为直流驱动电机的电压；在降压模式下，输出电压为蓄电池的电压。

图4为本实用新型的脉冲驱动电路的电路图。该电路包括第二芯片U2、第三芯片U3、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5，该第二芯片U2和第三芯片U3的第3端均与地连接，该第二芯片U2的第二端通过第十一电阻R11与第三芯片U3的第二端连接，该第二芯片U2的第二端通过第十二电阻R12与第三芯片U3的第四端连接，该第二芯片U2的第六端通过第十八电阻R18与地连接，该第二芯片U2的第七端为PWM输入端，该第三芯片U3的第六端通过第八电容C8与地连接，另外一方面通过第十三电阻R13与电源VCC连接，第七电容C7、第三二极管D3、第四二极管D4并联连接构成并联支路，其中第三二极管D3、第四二极管D4反接，该并联支路的一端与第三偏心的第七端连接，另外一端依次通过第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16与电源连接，其中第十四电阻R14与第十五电阻R15之间的连接点为G输出端，该G输出端通过第十七电阻R17与地连接，第十五电阻R15与第十六电阻R16的连接点为E输出端，该E输出端一方面通过第九电容C9与地连接，另外一方面与第五二极管D5的负极连接，第五二极管D5的正极与地连接。

其中PWM为输入脉冲,U3为IXDN604脉冲驱动芯片，用来增大脉冲的电流，U2为HCPL3120光耦隔离芯片，用来隔离输入信号和输出信号，D5为稳压二极管,G和E分别与第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的栅极连接。第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的具有相同脉冲驱动电路、脉冲发生电路。

该电流双向转换器的控制方法为：电源管理单元通过检测驱动电机的工作状态来控制开关模块中开关管的通断组合，从而实现驱动电机与蓄电池之间的电流流向和升/降压模式转换。

当驱动电机工作在制动状态时，控制第一MOS管Q1保持开关状态，第二MOS管Q2保持关断状态，使整个转换器工作在降压模式，电流从驱动电机流向蓄电池。

进一步地，根据所述的电流流向，当第一路RC电路/第二RC电路位于电流转换单元的电压输入端时，控制继电器J1/继电器J2断开，第一RC电路/第二RC电路作为预充电路，用于防止因输入电压瞬变而损坏电容；当第一RC电路/第二RC电路位于电流转换单元的电压输出端时，控制继电器J1/继电器J2闭合，第一RC电路/第二RC电路作为电容滤波电路，用于减小输出电压的纹波。具体地，所述继电器J1闭合与电阻R1、电容C1组成电容滤波电路，继电器J1断开与电阻R1、电容C1组成预充电路，所述继电器J2闭合与电阻R2、电容C2组成电容滤波电路，继电器J2断开与电阻R2、电容C2组成的预充电路。

电源管理单元检测驱动电机和蓄电池电压，在升压模式下将驱动电机的电压作为输出电压反馈给脉冲发生电路，在降压模式下将蓄电池的电压作为输出反馈给脉冲发生电路，脉冲发生电路根据输出电压的大小调整驱动脉冲的宽度，经过脉冲驱动电路对驱动脉冲的电流进行放大后，控制开关模块的开关，使得输出电压稳定在给定值。

本实用新型的双向直流转换器在保持变换器两端直流电压极性不变的情况下，根据实际需要完成电动汽车车载蓄电池与直流驱动电机之间的电流双向流动，并且能依据电源管理单元的要求切换升/降压模式。使用本发明的双向直流转换器可以非常方便地实现能量的双向传输，使用的电力电子器件数目少，具有效率高、体积小和成本低的优势。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种双向直流转换器，用于电动车的储能部件与驱动电机之间的电流转换，该直流转换器包括电源管理单元以及电流转换单元，所述电源管理单元与所述电动车的储能部件以及驱动电机电连接，所述电流转换单元的一端与电动车的储能部件连接，另外一端与驱动电机连接，所述电流转换单元的控制端还与电源管理单元的输出端连接，其中，所述电源管理单元用于检测驱动电机的工作状态来控制电流转换单元中电流的流向，所述电流转换单元用于根据电源管理单元的输出信号实现电流从电动车的储能部件流向驱动电机或从驱动电机流向电动车的储能部件。

2.如权利要求1所述的一种双向直流转换器，其特征在于：当驱动电机工作在电动状态时，电流通过电流转换单元从电动车储能部件流向驱动电机；当驱动电机处于制动状态时，电流通过电流转换单元从驱动电机流向电动车储能部件。

3.如权利要求1所述的一种双向直流转换器，其特征在于：所述电流转换单元包括开关模块，所述开关模块与所述电源管理单元的控制端电连接，所述开关模块根据电源管理单元输出的控制系统实现电流从驱动电机流向电动车或者从电动车流向驱动电机。

4.如权利要求3所述的一种双向直流转换器，其特征在于：所述电流转换单元还包括用于产生脉冲驱动开关模块的脉冲模块，所述电源管理单元通过所述脉冲模块与所述开关模块电连接。

5.如权利要求4所述的一种双向直流转换器，其特征在于：所述电流转换单元包括脉冲发生电路以及脉冲驱动电路，所述电源管理单元依次通过所述脉冲发生电路、脉冲驱动电路与开关模块电连接。

6.如权利要求3所述的一种双向直流转换器，其特征在于：还包括第一RC电路，所述开关模块通过所述第一RC电路与所述电动车的储能部件连接。

7.如权利要求3所述的一种双向直流转换器，其特征在于：所述双向直流转换器还包括第二RC电路，所述开关模块通过所述第二RC电路与所述驱动电机电连接。

8.如权利要求6所述的一种双向直流转换器，其特征在于：所述第一RC 电路包括第一电容滤波电路和第一RC缓冲电路。

9.如权利要求3所述的一种双向直流转换器，其特征在于：所述开关模块包括：第一MOS管、第二MOS管、第一二极管、第二二极管、第一电感，所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极均与所述电源管理单元的输出端电连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的漏极为所述开关模块的第一输出端，所述第二MOS管的源极与地连接，所述第一二极管的阴极与第一MOS关的漏极连接，所述第一二极管的阳极与第一MOS管的源极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第二二极管的阳极与所述第二MOS管的源极连接，所述第一电感的一端与第一MOS管的源极连接，所述第一电感的另外一端为开关模块的第二输出端。

10.如权利要求6所述的一种双向直流转换器，其特征在于：所述第一RC电路包括第一电阻、第一电容、第一继电器，所述第一电阻与所述第一继电器并联连接形成并联支路，所述并联支路的两端分别为所述第一RC电路的第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述电动车的储能部件连接，所述第二输出端通过第一电容与地连接。