CN211266526U - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源装置，包括：至少一个电源组件；每个电源组件包括：电池组、控制模块、升/降压模块和双向DC‑DC变换模块，升/降压模块与高压母线相连；双向DC‑DC变换模块的第二高压侧与升/降压模块的第一低压侧相连，双向DC‑DC变换模块的第二低压侧与电池组相连；控制模块包括AD采样单元，AD采样单元采集高压直流端口的电压，控制模块在电压高于预设充电阈值时，控制模块控制高压母线通过升/降压模块以及双向DC‑DC变换模块对电池组充电；在电压低于预设放电阈值时，控制模块控制电池组通过双向DC‑DC变换模块以及升/降压模块对高压母线放电。本实用新型提出的电源装置缩小电源装置的体积，改善了电源装置的使用性能，扩展了电源装置的适用场合。

Description

电源装置

技术领域

本实用新型实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源装置。

背景技术

在供电系统无法工作时，基站因失去供电系统的供电，需要采用备用电源进行供电。

为了匹配高压直流母线的额定电压，高压直流备用电源一般采用多个低压电池组进行串联堆叠，造成备用电源体积庞大。目前，在大多数使用电池组作为高压直流备用电源的场合中，使用空间比较紧凑，对备用电源自身的体积要求较高，因此，导致备用电源的实用性较差。

实用新型内容

本实用新型提供一种电源装置，以实现缩小电源装置的体积，改善了电源装置的使用性能，扩展了电源装置的适用场合。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电源装置，包括：至少一个电源组件；每个所述电源组件包括：电池组、控制模块、升/降压模块和双向DC-DC 变换模块，其中,所述升/降压模块的第一高压侧通过高压直流端口与高压母线相连；所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧与所述升/降压模块的第一低压侧相连，所述双向DC-DC变换模块的第二低压侧与所述电池组相连；所述控制模块包括AD采样单元，所述AD采样单元用于采集所述高压直流端口的电压，所述控制模块在所述电压高于预设充电阈值时，所述控制模块控制所述高压母线通过所述升/降压模块以及所述双向DC-DC变换模块对所述电池组充电；在所述电压低于预设放电阈值时，所述控制模块控制所述电池组通过所述双向DC-DC 变换模块以及所述升/降压模块对所述高压母线放电。

优选地，所述升/降压模块包括第一MOS管、第二MOS管、第一电感、第一电阻和第一电容，其中，所述第一MOS管的漏极与高压直流端口的正极相连，所述第一MOS管的源极与所述第一电感的第一端相连，所述第一电感的第二端与所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧的第一端相连，所述第二MOS管的漏极与所述第一MOS管的源极相连，所述第二MOS管的源极与所述高压直流端口的负极相连，所述第一电阻的第一端与所述高压直流端口的负极相连，所述第一电阻的第二端与所述第二MOS管的源极相连，所述第一电容的第一端与所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧的第二端相连。

优选地，所述双向DC-DC变换模块包括左单相全桥、右单相全桥、隔离变压器和第二电阻，其中，所述左单相全桥包括第三MOS管、第四MOS管、第五 MOS管、第六MOS管、第二电容和第二电感，所述右单相全桥包括第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第三电容和第三电感，其中，所述第三MOS管的漏极与所述第一电感的第二端相连，所述第三MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极相连，所述第四MOS管的源极接地，所述第五MOS管的漏极与所述第三MOS管的漏极相连，所述第五MOS管的源极与所述第六MOS管的漏极相连，所述第六MOS管的源极接地；所述第二电容的第一端与所述第三MOS 管的源极相连，所述第一电容的第二端与所述隔离变压器的原边绕组的第一端相连，所述第二电感的第一端与所述第六MOS管的漏极相连，所述第二电感的第二端与所述隔离变压器的原边绕组的第二端相连；所述第七MOS管的漏极与所述电池组的正极相连，所述第七MOS管的源极与所述第八MOS管的漏极相连，所述第八MOS管的源极接地，所述第九MOS管的漏极与所述第七MOS管的漏极相连，所述第九MOS管的源极与所述第十MOS管的漏极相连，所述第十MOS管的源极接地；所述第三电容的第一端与所述隔离变压器的副边绕组的第一端相连，所述第三电容的第二端与所述第七MOS管的源极相连，所述第三电感的第一端与所述隔离变压器的副边绕组的第二端相连，所述第三电感的第二端与所述第十MOS管的漏极相连；所述第二电阻的第一端与所述第十MOS管的漏极相连，所述第二电阻的第二端与所述电池组的负极相连。

优选地，所述第一MOS管至第十MOS管为N沟道增强型MOS场效应管。

优选地，所述控制模块还包括PWM单元，所述PWM单元包括十路PWM信号输出端，十路PWM信号输出端分别与所述第一MOS管至所述第十MOS管的栅极一一对应电连接。

优选地，所述AD采样单元还用于采集流过第一电感的第一电流、流过第一电阻的第二电流、流过隔离变压器的原边绕组的第三电流、流过隔离变压器的副边绕组的第四电流和流过电池组的第五电流，当所述第一电流至所述第四电流中的任一个大于额定电流时，所述控制模块控制所述电源装置停止工作；所述控制模块还根据所述第五电流计算所述左单相全桥和所述右单相全桥的谐振频率，并根据所述谐振频率调节输入所述第三MOS管至所述第十MOS管的PWM 信号。

优选地，所述电源装置还包括第四电容和第五电容，所述第四电容的第一端与所述双向DC-DC变换模块的第二低压侧的第一端相连，所述第四电容的第二端与所述双向DC-DC变换模块的第二低压侧的第二端相连，所述第五电容的第一端与所述升/降压模块的第一高压侧的第一端相连，所述第五电容的第二端与所述升/降压模块的第一高压侧的第二端相连。

优选地，所述电源装置还包括：电池管理模块，所述电池管理模块的第一端与所述电池组的正极相连，所述电池管理模块的第二端与所述电池组的负极相连，所述电池管理模块的第三端与所述控制模块的第一串行外设接口相连，所述电池管理模块采集所述电池组的单芯电芯的电压和电芯温度，并将所述单芯电芯的电压和电芯温度发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述单芯电芯的电压对所述电池组进行均衡控制；当所述电芯温度大于预设温度阈值时，所述控制模块控制所述电源装置停止工作。

优选地，所述电源装置还包括：剩余电量计量模块，所述剩余电量计量模块的第一端与所述电池组的正极相连，所述剩余电量计量模块的第二端与所述电池组的负极相连，所述剩余电量计量模块的第三端与所述控制模块的第二串行外设接口相连，所述剩余电量计量模块用于获取所述电池组的充电电量和放电电量，并将所述充电电量和放电电量发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述充电电量和放电电量计算所述电池组的剩余电量。

优选地，所述电源组件的数量大于等于2；所述电源装置还包括隔离通信模块；各所述电源组件通过所述隔离通信模块并联连接。

本实用新型实施例提出的电源装置通过低压电池组与外部的高压直流端口连接，进行双向充电、放电，解决了高压直流备用电源体积庞大造成的实用性差的问题，缩减了电源装置的体积，改善了电源装置的使用性能，扩展了电源装置的适用场合。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电源装置的电气原理图；

图2是本实用新型一种实施例的电源装置的电气原理图；

图3是本实用新型一种实施例的电源装置的第一种电流流向的电气原理图；

图4是本实用新型一种实施例的电源装置的第二种电流流向的电气原理图；

图5是本实用新型一种实施例的电源装置的第三种电流流向的电气原理图；

图6是本实用新型一种实施例的电源装置的第四种电流流向的电气原理图；

图7是本实用新型另一种实施例的电源装置的电气原理图；

图8是本实用新型又一种实施例的电源装置的电气原理图；以及

图9是本实用新型又一种实施例的电源装置的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例的电源装置的电气原理图。

如图1所示，本实用新型实施例提出的电源装置包括：至少一个电源组件 100；每个电源组件100包括：电池组10、控制模块20、升/降压模块30和双向DC-DC变换模块40，其中,升/降压模块30的第一高压侧通过高压直流端口501与高压母线50相连；双向DC-DC变换模块40的第二高压侧与升/降压模块 30的第一低压侧相连，双向DC-DC变换模块40的第二低压侧与电池组10相连；控制模块20包括AD采样单元201，AD采样单元201用于采集高压直流端口501 的电压V1，控制模块20在电压V1高于预设充电阈值V_H时，控制模块20控制高压母线50通过升/降压模块30以及双向DC-DC变换模块40对电池组10充电；在电压V1低于预设放电阈值V_L时，控制模块20控制电池组10通过双向DC-DC 变换模块40以及升/降压模块30对高压母线50放电。

需要说明的是，电池组10可由多块单芯电芯串联堆叠组成。

其中，电源装置通过高压直流端口501与高压母线50相连，控制模块20 可根据高压母线50的额定电压设置高压直流端口501的电压V1，升/降压模块 30的第一高压侧与高压直流端口501相连，升/降压模块30的第一高压侧的第一电压V1等于高压直流端口501的电压V1。

在电源装置工作时，AD采样单元201实时采集高压直流端口501的电压V1，当高压直流端口501的电压V1高于预设充电阈值V_H时，电能从高压母线50流向电源装置，即高压母线50对电源装置进行充电，此时，控制模块20控制升/ 降压模块30工作在降压模式，升/降压模块30将第一高压侧的第一电压V1降低为第一低压侧的第二电压V2，并将第二电压V2发送至双向DC-DC变换模块 40的第二高压侧，控制模块20控制双向DC-DC变换模块40将第二高压侧的电能传输至第二低压侧，对连接在第二低压侧的电池组进行充电；当高压直流端口501的电压V1低于预设充电阈值V_L时，电能从电源装置流向高压母线50，即电源装置对高压母线50进行放电，控制模块20控制双向DC-DC变换模块40 将电池组的电能传输至第二高压侧，此时，双向DC-DC变换模块40的第二高压侧的电压为第三电压V3，并将第三电压V3发送至升/降压模块30的第一低压侧，控制模块20进一步控制升/降压模块30将第一低压侧的第三电压V3升高至第一电压V1，对高压母线50进行放电。

优选地，图2为本实用新型实施例一中的电源装置的电气原理图。

如图2所示，升/降压模块30包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一电感L1、第一电阻R1和第一电容C1，其中，第一MOS管Q1的漏极与高压直流端口501的正极相连，第一MOS管Q1的源极与第一电感L1的第一端相连，第一电感L1的第二端与双向DC-DC变换模块40的第二高压侧的第一端相连，第二 MOS管Q2的漏极与第一MOS管Q1的源极相连，第二MOS管Q2的源极与高压直流端口501的负极相连，第一电阻R1的第一端与高压直流端口501的负极相连，第一电阻R1的第二端与第二MOS管Q2的源极相连，第一电容C1的第一端与双向DC-DC变换模块40的第二高压侧的第一端相连，第一电容C1的第二端与双向DC-DC变换模块40的第二高压侧的第二端相连。

如图2所示，双向DC-DC变换模块40包括左单相全桥401、右单相全桥402、隔离变压器T1和第二电阻R2，其中，左单相全桥401包括第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第二电容C2和第二电感L2，右单相全桥402包括第七MOS管Q7、第八MOS管Q8、第九MOS管Q9、第十MOS 管Q10、第三电容C3和第三电感L3，其中，第三MOS管Q3的漏极与第一电感 L1的第二端相连，第三MOS管Q3的源极与第四MOS管Q4的漏极相连，第四MOS 管Q4的源极接地，第五MOS管Q5的漏极与第三MOS管Q3的漏极相连，第五 MOS管Q5的源极与第六MOS管Q6的漏极相连，第六MOS管Q6的源极接地；第二电容C2的第一端与第三MOS管Q3的源极相连，第一电容C1的第二端与隔离变压器的原边绕组的第一端相连，第二电感L2的第一端与第六MOS管Q6的漏极相连，第二电感L2的第二端与隔离变压器的原边绕组的第二端相连；第七MOS管Q7的漏极与电池组10的正极相连，第七MOS管Q7的源极与第八MOS管 Q8的漏极相连，第八MOS管Q8的源极接地，第九MOS管Q9的漏极与第七MOS 管Q7的漏极相连，第九MOS管Q9的源极与第十MOS管Q10的漏极相连，第十 MOS管Q10的源极接地；第三电容C3的第一端与隔离变压器的副边绕组的第一端相连，第三电容C3的第二端与第七MOS管Q7的源极相连，第三电感L3的第一端与隔离变压器的副边绕组的第二端相连，第三电感L3的第二端与第十MOS 管Q10的漏极相连；第二电阻R2的第一端与第十MOS管Q10的漏极相连，第二电阻R2的第二端与电池组10的负极相连。

优选地，第一MOS管Q1至第十MOS管Q10为N沟道增强型MOS场效应管。

优选地，控制模块20还包括PWM单元(未示出)，PWM单元包括十路PWM 信号输出端，十路PWM信号输出端分别与第一MOS管Q1至第十MOS管Q10的栅极一一对应电连接。

需要说明的是，由于隔离变压器T1的原边绕组侧为高压侧，隔离变压器 T1的副边绕组侧为低压侧，需要在PWM单元与第一MOS管Q1至第六MOS管Q6 的栅极之间设置多个隔离芯片进行信号隔离，以防止发生高压击穿故障。

具体地，隔离芯片的数量可为三个，其中，第一隔离芯片的第一端与第一 PWM信号输出端、第二PWM信号输出端相连，第一隔离芯片的第二端分别与第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极电连接；第二隔离芯片的第一端与第三PWM信号输出端、第四PWM信号输出端相连，第二隔离芯片的第二端与第三MOS管Q3的栅极、第四MOS管Q4的栅极电连接；第三隔离芯片的第一端与第五PWM信号输出端、第六PWM信号输出端相连，第三隔离芯片的第二端与第五MOS管Q5的栅极、第六MOS管Q6的栅极电连接。

本实用新型实施例提出的电源装置的工作模式包括充电模式和放电模式，当高压直流端口501的电压V1高于预设充电阈值V_H时，电源装置工作在充电模式；当高压直流端口501的电压V1低于预设充电阈值V_L时，电源装置工作在放电模式。

本实用新型一种实施例提出的电源装置在工作过程中可产生多种电流流向，下面结合附图，对第一种至第四种电流流向的电源装置的工作过程进行说明。

其中，图3为本实用新型一种实施例的电源装置的第一种电流流向的电气原理图；图4为本实用新型一种实施例的电源装置的第二种电流流向的电气原理图；图5本实用新型一种实施例的电源装置的第三种电流流向的电气原理图；图6为本实用新型一种实施例的电源装置的第四种电流流向的电气原理图。其中，电流流向用图3至图6中带箭头的实线或带箭头的虚线表示。

下面结合图1至图6对本实用新型实施例的电源装置的具体工作过程进行说明。

(一)充电模式

在充电过程中，升/降压模块30工作在降压模式，电能从升/降压模块30 的第一高压侧流向第一低压侧，传输至左单相全桥401，经右单相全桥402传输至电池组10，对电池组10进行充电。

具体地，控制模块20根据高压直流端口501的电压V1计算第一PWM信号 EPWM1A和第二PWM信号EPWM1B的占空比，PWM单元将隔离后的第一PWM信号 EPWM1A输入第一MOS管Q1的栅极,将隔离后的第二PWM信号EPWM1B输入第二MOS管Q2的栅极，以驱动第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的开通或关断，调整升/降压模块30的第一低压侧的输出电压和输出电流，其中，第一PWM信号 EPWM1A和第二PWM信号EPWM1B的波形互补。

进一步地，如图3和4所示，在充电开始时，PWM单元首先调节输出第一 PWM信号EPWM1A的电平为高电平、第二PWM信号EPWM1B的电平为低电平，第一MOS管Q1开通，第二MOS管Q2关断，高压母线50通过第一MOS管Q1和第一电感L1向左单相全桥401供电。如图3和4所示，此时电流用带箭头的实线表示，电流沿顺时针方向流经第一MOS管Q1、第一电感L1后输出至左单相全桥401。此时，流过第一电感L1的电流线性上升，第一电容C1充电获得电能。

进一步地，如图3和4所示，PWM单元调节输出第一PWM信号EPWM1A的电平为低电平、第二PWM信号EPWM1B的电平为高电平，第一MOS管Q1关断，第二MOS管Q2开通，高压直流端口501的供电断开。根据电感和电容的特性，如图3和4所示，此时电流用带箭头的虚线表示，电流沿顺时针方向流经第二MOS 管Q2、第一电感L1后输出至左单相全桥401，流过第一电感L1的电流线性下降，同时，第一电容C1向左单相全桥401供电。

进一步地，控制模块20根据高压母线50的额定电压设置高压直流端口501 的电压V1，并获取与高压直流端口501的电压V1匹配的第二电压V2，控制模块20将第二电压V2和高压直流端口501的电压V1代入公式一，计算第一PWM 信号和第二PWM信号的占空比。

D＝V2/V1(V₁)(公式一)

需要说明的是，第一PWM信号和第二PWM信号的波形互补，且留有死区，以防止第一MOS管Q1和第二MOS管Q2直通造成短路故障。

进一步地，第一电感L1和第一电容组成滤波电路，升/降压模块30的第一低压侧输出稳定的第二电压V2。

进一步地，PWM单元将隔离后的第三PWM信号EPWM2A输入第三MOS管Q3 的栅极，将隔离后的第四PWM信号EPWM2B输入第四MOS管Q4的栅极，将隔离后的第五PWM信号EPWM3A输入第五MOS管Q5的栅极，将隔离后的第六PWM信号EPWM3B输入第六MOS管Q6的栅极，将第七PWM信号EPWM4A输入第七MOS管 Q7的栅极，将第八PWM信号EPWM4B输入第八MOS管Q8的栅极，将第九PWM信号EPWM5A输入第九MOS管Q9的栅极，将第十PWM信号EPWM5B输入第十MOS管 Q10的栅极，以驱动第三MOS管Q3至第十MOS管Q10的开通或关断，控制左单相全桥401以移相全桥模式启动并工作在CLLC调节模式，并控制右单相全桥 402工作在同步整流模式。

其中，左单相全桥401的PWM信号满足以下关系：第三PWM信号EPWM2A和第四PWM信号EPWM2B的波形互补，第五PWM信号EPWM3A和第六PWM信号EPWM3B 的波形互补，第三PWM信号EPWM2A和第六PWM信号EPWM3B的波形相同，第四 PWM信号EPWM2B和第五PWM信号EPWM3A的波形相同；右单相全桥402的PWM 信号满足以下关系：第七PWM信号EPWM4A和第八PWM信号EPWM4B的波形互补，第九PWM信号EPWM5A和第十PWM信号EPWM5B的波形互补，第七PWM信号EPWM4A 和第十PWM信号EPWM5B的波形相同，第八PWM信号EPWM4B和第九PWM信号 EPWM5A的波形相同。

具体地，在充电开始时，PWM单元驱动左单相全桥401以移相全桥模式启动。

进一步地，如图3所示，PWM单元首先调节输出第三PWM信号EPWM2A的电平为高电平、第四PWM信号EPWM2B的电平为低电平，第五PWM信号EPWM3A的电平为低电平、第六PWM信号EPWM3B的电平为高电平，此时，第三MOS管Q3 开通，第四MOS管Q4关断，第五MOS管Q5关断，第六MOS管Q6开通。如图3 所示，电流用带箭头的实线表示，升/降压模块30输出的电流先后流过第三MOS 管Q3、第二电容C2、隔离变压器的原边绕组、第二电感L2和第六MOS管Q6，最后流向升/降压模块30，左单相全桥401和升/降压模块30形成第一导通回路，电流流向如图3中左单相全桥401中的带箭头的实线所示。当隔离变压器的原边绕组中有电流流过时，隔离变压器的副边绕组产生感应电流，流过隔离变压器的副边绕组的第四电流为正。此时，PWM单元输出第七PWM信号EPWM4A 的电平为高电平、第八PWM信号EPWM4B的电平为低电平，第九PWM信号EPWM5A 的电平为低电平、第十PWM信号EPWM5B的电平为高电平，第七MOS管Q7开通，第八MOS管Q8关断，第九MOS管Q9关断，第十MOS管Q10开通。如图3所示，右单相全桥402和电池组10形成第二导通回路，整流电流经隔离变压器的副边绕组、第七MOS管Q7流向电池组10的正极，对电池组10进行充电，电流流向如图3中右单相全桥402部分的带箭头的实线所示。

进一步地，如图4所示，PWM单元调节输出第三PWM信号EPWM2A的电平为低电平、第四PWM信号EPWM2B的电平为高电平，此时，第五PWM信号EPWM3A 的电平为高电平、第六PWM信号EPWM3B的电平为低电平，此时，第三MOS管 Q3关断，第四MOS管Q4开通，第五MOS管Q5开通，第六MOS管Q6关断。如图4所示，电流用带箭头的实线表示，升/降压模块30输出的电流先后流过第五MOS管Q5、第二电感L2、隔离变压器的原边绕组、第二电容C2和第四MOS 管Q4，最后流向升/降压模块30，左单相全桥401和升/降压模块30形成第三导通回路，电流流向如图4中左单相全桥401部分的带箭头的实线所示。当隔离变压器的原边绕组中有电流流过时，隔离变压器的副边绕组产生感应电流，流过隔离变压器的副边绕组的第四电流为负。此时，PWM单元调节输出第七PWM 信号EPWM4A的电平为低电平、第八PWM信号EPWM4B的电平为高电平，第九PWM 信号EPWM5A的电平为高电平、第十PWM信号EPWM5B的电平为低电平，第七MOS管Q7关断，第八MOS管Q8开通，第九MOS管Q9开通，第十MOS管Q10关断。如图6所示，右单相全桥402和电池组10形成第四导通回路，整流电流经隔离变压器的副边绕组、第三电感L3、第九MOS管Q9流向电池组10的正极，对电池组10进行充电，电流流向如图4中右单相全桥402部分的带箭头的实线所示。

需要说明的是，在充电模式下，右单相全桥402的PWM信号的脉冲宽度小于左单相全桥401的PWM信号的脉冲宽度，以保证右单相全桥402的MOS管先关断，左单相全桥401的MOS管后关断。

如上所述，当高压直流端口501的电压V1高于预设充电阈值V_H时，电源装置工作在充电模式，PWM单元控制升/降压模块30工作在降压状态，PWM单元控制左单相全桥401工作在恒流或者恒压模式，并控制右单相全桥402工作在同步整流模式，此时，电能从高压母线50流向电源装置，即高压母线50对电池组10进行充电。

(二)放电模式

在放电过程中，升/降压模块30工作在升压模式，电能从升/降压模块30 的第一低压侧流向第一高压侧，电能从电池组10传输至右单相全桥402，经左单相全桥401传输至升/降压模块30，对高压母线50进行放电。

PWM单元隔离后的将第一PWM信号EPWM1A输入第一MOS管Q1的栅极,将隔离后的第二PWM信号EPWM1B输入第二MOS管Q2的栅极，以驱动第一MOS管Q1 和第二MOS管Q2的开通或关断，调整升/降压模块30的第一低压侧的输出电压和输出电流，其中，第一PWM信号EPWM1A和第二PWM信号EPWM1B的波形互补。

具体地，如图5和6所示，在放电开始时，PWM单元首先调节输出第一PWM 信号EPWM1A的电平为低电平、第二PWM信号EPWM1B的电平为高电平，第一MOS 管Q1关断，第二MOS管Q2开通，左单相全桥401输出的电压通过第二MOS管 Q2施加到第一电感L1上。如图5和图6所示，电流用带箭头的虚线表示，电流沿逆时针方向流经第一电感L1和第二MOS管Q2后回到左单相全桥401。此时，流过第一电感L1的电流线性上升，第一电感L1储存电能。

进一步地，如图5和6所示，PWM单元调节输出第一PWM信号EPWM1A的电平为高电平、第二PWM信号EPWM1B的电平为低电平，此时，第一MOS管Q1开通，第二MOS管Q2关断。如图5和图6所示，电流用带箭头的实线表示，根据电感和电容的特性，电流依旧沿逆时针方向依次流经第一电感L1、第一MOS管 Q1后输出至高压母线50，流过第一电感L1的电流线性下降，对高压母线50进行放电。

进一步地，在放电开始时，PWM单元将隔离后的第三PWM信号EPWM2A输入第三MOS管Q3的栅极，将隔离后的第四PWM信号EPWM2B输入第四MOS管Q4的栅极，将隔离后的第五PWM信号EPWM3A输入第五MOS管Q5的栅极，将隔离后的第六PWM信号EPWM3B输入第六MOS管Q6的栅极，将第七PWM信号EPWM4A输入第七MOS管Q7的栅极，将第八PWM信号EPWM4B输入第八MOS管Q8的栅极，将第九PWM信号EPWM5A输入第九MOS管Q9的栅极，将第十PWM信号EPWM5B输入第十MOS管Q10的栅极，以驱动第三MOS管Q3至第十MOS管Q10的开通或关断，控制右单相全桥402以移相全桥模式启动并工作在CLLC调节模式，并控制左单相全桥401工作在同步整流模式。

其中，左单相全桥401的PWM信号满足以下关系：第三PWM信号EPWM2A和第四PWM信号EPWM2B的波形互补，第五PWM信号EPWM3A和第六PWM信号EPWM3B 的波形互补，第三PWM信号EPWM2A和第六PWM信号EPWM3B的波形相同，第四 PWM信号EPWM2B和第五PWM信号EPWM3A的波形相同；右单相全桥402的PWM 信号满足以下关系：第七PWM信号EPWM4A和第八PWM信号EPWM4B的波形互补，第九PWM信号EPWM5A和第十PWM信号EPWM5B的波形互补，第七PWM信号EPWM4A 和第十PWM信号EPWM5B的波形相同，第八PWM信号EPWM4B和第九PWM信号 EPWM5A的波形相同。

具体地，在放电开始时，PWM单元驱动右单相全桥401以移相全桥模式启动。

进一步地，如图5所示，PWM单元首先调节输出第七PWM信号EPWM4A的电平为高电平、第八PWM信号EPWM4B的电平为低电平，第九PWM信号EPWM5A的电平为低电平、第十PWM信号EPWM5B的电平为高电平，此时，第七MOS管Q7 开通，第八MOS管Q8关断，第九MOS管Q9关断，第十MOS管Q10开通。如图 5所示，电流用带箭头的实线表示，电池组10输出的电流沿逆时针方向依次流过第七MOS管Q7、隔离变压器的副边绕组、第三电感L3和第十MOS管Q10，右单相全桥402和电池组10形成第五导通回路，电流流向如图5中右单相全桥 402部分的带箭头的实线所示。当隔离变压器的副边绕组中有电流流过时，隔离变压器的原边绕组产生感应电流，流过隔离变压器的原边绕组的第三电流为负。此时，PWM单元调节输出第三PWM信号EPWM2A的电平为高电平、第四PWM 信号EPWM2B的电平为低电平，第五PWM信号EPWM3A的电平为低电平、第六PWM 信号EPWM3B的电平为高电平，第三MOS管Q3开通，第四MOS管Q4关断，第五 MOS管Q5关断，第六MOS管Q6开通。如图5所示，左单相全桥401和升/降压模块30形成第六导通回路，整流电流经隔离变压器的副边绕组、第三MOS管 Q3流向升/降压模块30，当第一MOS管Q1开通时，对高压母线50进行放电，电流流向如图5中左单相全桥401部分的带箭头的实线所示。

进一步地，如图6所示，PWM单元调节输出第七PWM信号EPWM4A的电平为低电平、第八PWM信号EPWM4B的电平为高电平，第九PWM信号EPWM5A的电平为高电平、第十PWM信号EPWM5B的电平为低电平，此时，第七MOS管Q7关断，第八MOS管Q8开通，第九MOS管Q9开通，第十MOS管Q10关断。如图6所示，此时电流用带箭头的实线表示，电池组10输出的电流沿逆时针方向依次流过第九MOS管Q9、第三电感L3、隔离变压器的副边绕组、第三电容C3和第十MOS管Q10，右单相全桥402和电池组10形成第七导通回路，电流流向如图6中右单相全桥402部分带箭头的实线所示。当隔离变压器的副边绕组中有电流流过时，隔离变压器的原边绕组产生感应电流，流过隔离变压器的原边绕组的第三电流为正。此时，PWM单元调节输出第三PWM信号EPWM2A的电平为低电平、第四PWM信号EPWM2B的电平为高电平、第五PWM信号EPWM3A的电平为高电平、第六PWM信号EPWM3B的电平为低电平，此时，第三MOS管Q3关断，第四MOS管Q4开通，第五MOS管Q5开通，第六MOS管Q6关断。如图6所示，左单相全桥401和升/降压模块30形成第八导通回路，整流电流经隔离变压器的原边绕组、第三MOS管Q3流向升/降压模块30，当第一MOS管Q1开通时，对高压母线50进行放电，电流流向如图6中左单相全桥401部分带箭头的实线所示。

需要说明的是，在放电模式下，左单相全桥401的PWM信号的脉冲宽度小于右单相全桥402的PWM信号的脉冲宽度，以保证左单相全桥401的MOS管先关断，右单相全桥402的MOS管后关断。

如上所述，当高压直流端口501的电压V1低于预设充电阈值V_L时，电源装置工作在放电模式，PWM单元控制升/降压模块30工作在升压状态，PWM单元控制右单相全桥402工作在恒流或者恒压模式，并控制左单相全桥401工作在同步整流模式，此时，电能从电源装置流向高压母线50，电池组10对高压母线 50进行放电。

优选地，AD采样单元201还用于采集流过第一电感L1的第一电流、流过第一电阻R1的第二电流、流过隔离变压器的原边绕组的第三电流、流过隔离变压器的副边绕组的第四电流和流过电池组10的第五电流，当第一电流至第四电流中的任一个大于额定电流时，控制模块20控制电源装置停止工作；控制模块 20还用于根据第五电流计算左单相全桥和右单相全桥的谐振频率，并根据谐振频率调节输入第三MOS管Q3至第十MOS管Q10的PWM信号。

控制模块20还用于将第二电流I2和高压直流端口501的电压V1代入公式二，计算高压直流端口501的充放电功率P，其中，

充放电功率P＝高压直流端口501的电压V1*第二电流I2(公式二)

控制模块20可根据充放电功率P获取电源装置的充放电效率。

优选地，如图2所示，电源装置还包括第四电容C4和第五电容C5，第四电容C4的第一端与双向DC-DC变换模块40的第二低压侧的第一端相连，第四电容C4的第二端与双向DC-DC变换模块40的第二低压侧的第二端相连，第五电容C5的第一端与升/降压模块30的第一高压侧的第一端相连，第五电容C5 的第二端与升/降压模块30的第一高压侧的第二端相连。

其中，第四电容用于对高压直流端口501两端的电压进行滤波，以输出稳定的电压；第五电容用于对电池组两端的电压进行滤波，以输出稳定的电压。

图7是本实用新型另一种实施例的电源装置的电气原理图。

优选地，如图7所示，电源装置还包括：电池管理模块60，电池管理模块60的第一端与电池组10的正极相连，电池管理模块60的第二端与电池组10 的负极相连，电池管理模块60的第三端与控制模块20的第一串行外设接口相连，电池管理模块60采集电池组10的单芯电芯的电压和电芯温度，并将单芯电芯的电压和电芯温度发送至控制模块20，控制模块20根据单芯电芯的电压对电池组10进行均衡控制；当电芯温度大于预设温度阈值时，控制模块20控制电源装置停止工作。

具体地，在电源装置处于充电模式或者放电模式时，电池管理模块60实时采集电池组10的单芯电芯的电压，并将单芯电芯的电压发送至控制模块20，当单芯电芯的电压差大于预设电压差值，控制模块20将电压均衡指令发送至电池管理模块60，电池管理模块60调节电池组10的单芯电芯相互进行充电放电，以实现电池组10的均衡控制。

图8是本实用新型又一种实施例的电源装置的电气原理图。

优选地，如图8所示，电源装置还包括：剩余电量计量模块70，剩余电量计量模块70的第一端与电池组10的正极相连，剩余电量计量模块70的第二端与电池组10的负极相连，剩余电量计量模块70的第三端与控制模块20的第二串行外设接口相连，剩余电量计量模块70用于获取电池组10的充电电量和放电电量，并将充电电量和放电电量发送至控制模块20，控制模块20根据充电电量和放电电量计算电池组10的剩余电量。

具体来说，在电源装置处于充电模式或者放电模式时，剩余电量计量模块 70实时采集电池组10的充电电量和放电电量，并将充电电量和放电电量发送至控制模块20，控制模块20根据充电电量和放电电量计算电池组10的剩余电量，当电池组10的剩余电量低于预设电量阈值时，控制模块20控制电源装置停止工作，以防止电池组10过放。

优选地，电源组件的数量可大于等于2。

图9是本实用新型又一种实施例的电源装置的电气原理图。

如图9所示，电源装置还包括隔离通信模块80；各电源组件100通过隔离通信模块80并联连接。

如果高压母线50的额定电压较高，可将电源组件并联连接后接入高压母线 50的高压直流端口501，以提升电源装置的储能功率。其中，各电源组件通过隔离通信模块80并联连接，隔离通信模块80可获取各电源组件的充电电量和放电电量，并对各电源组件进行均衡控制。

优选地，控制模块20可为DSP芯片，DSP芯片上集成AD采样单元201、PWM 单元和各种通信接口，例如，第一串行外设接口、第二串行外设接口和隔离通信接口。

综上所述，本实用新型实施例提出的电源装置通过低压电池组与外部的高压直流端口501连接，进行双向充电、放电，解决了高压直流备用电源体积庞大造成的实用性差的问题，缩减了电源装置的体积，改善了电源装置的使用性能，扩展了电源装置的适用场合。

值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本实用新型的保护范围。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电源装置，其特征在于，包括：至少一个电源组件；

每个所述电源组件包括：电池组、控制模块、升/降压模块和双向DC-DC变换模块，其中,

所述升/降压模块的第一高压侧通过高压直流端口与高压母线相连；

所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧与所述升/降压模块的第一低压侧相连，所述双向DC-DC变换模块的第二低压侧与所述电池组相连；

所述控制模块包括AD采样单元，所述AD采样单元用于采集所述高压直流端口的电压，所述控制模块在所述电压高于预设充电阈值时，所述控制模块控制所述高压母线通过所述升/降压模块以及所述双向DC-DC变换模块对所述电池组充电；在所述电压低于预设放电阈值时，所述控制模块控制所述电池组通过所述双向DC-DC变换模块以及所述升/降压模块对所述高压母线放电。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述升/降压模块包括第一MOS管、第二MOS管、第一电感、第一电阻和第一电容，其中，所述第一MOS管的漏极与高压直流端口的正极相连，所述第一MOS管的源极与所述第一电感的第一端相连，所述第一电感的第二端与所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧的第一端相连，所述第二MOS管的漏极与所述第一MOS管的源极相连，所述第二MOS管的源极与所述高压直流端口的负极相连，所述第一电阻的第一端与所述高压直流端口的负极相连，所述第一电阻的第二端与所述第二MOS管的源极相连，所述第一电容的第一端与所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述双向DC-DC变换模块的第二高压侧的第二端相连。

3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述双向DC-DC变换模块包括左单相全桥、右单相全桥、隔离变压器和第二电阻，其中，所述左单相全桥包括第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第二电容和第二电感，所述右单相全桥包括第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第三电容和第三电感，其中，

所述第三MOS管的漏极与所述第一电感的第二端相连，所述第三MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极相连，所述第四MOS管的源极接地，所述第五MOS管的漏极与所述第三MOS管的漏极相连，所述第五MOS管的源极与所述第六MOS管的漏极相连，所述第六MOS管的源极接地；所述第二电容的第一端与所述第三MOS管的源极相连，所述第一电容的第二端与所述隔离变压器的原边绕组的第一端相连，所述第二电感的第一端与所述第六MOS管的漏极相连，所述第二电感的第二端与所述隔离变压器的原边绕组的第二端相连；

所述第七MOS管的漏极与所述电池组的正极相连，所述第七MOS管的源极与所述第八MOS管的漏极相连，所述第八MOS管的源极接地，所述第九MOS管的漏极与所述第七MOS管的漏极相连，所述第九MOS管的源极与所述第十MOS管的漏极相连，所述第十MOS管的源极接地；所述第三电容的第一端与所述隔离变压器的副边绕组的第一端相连，所述第三电容的第二端与所述第七MOS管的源极相连，所述第三电感的第一端与所述隔离变压器的副边绕组的第二端相连，所述第三电感的第二端与所述第十MOS管的漏极相连；

所述第二电阻的第一端与所述第十MOS管的漏极相连，所述第二电阻的第二端与所述电池组的负极相连。

4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，所述第一MOS管至第十MOS管为N沟道增强型MOS场效应管。

5.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，所述控制模块还包括PWM单元，所述PWM单元包括十路PWM信号输出端，十路PWM信号输出端分别与所述第一MOS管至所述第十MOS管的栅极一一对应电连接。

6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述AD采样单元还用于采集流过第一电感的第一电流、流过第一电阻的第二电流、流过隔离变压器的原边绕组的第三电流、流过隔离变压器的副边绕组的第四电流和流过电池组的第五电流，当所述第一电流至所述第四电流中的任一个大于额定电流时，所述控制模块控制所述电源装置停止工作；所述控制模块还根据所述第五电流计算所述左单相全桥和所述右单相全桥的谐振频率，并根据所述谐振频率调节输入所述第三MOS管至所述第十MOS管的PWM信号。

7.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，还包括第四电容和第五电容，所述第四电容的第一端与所述双向DC-DC变换模块的第二低压侧的第一端相连，所述第四电容的第二端与所述双向DC-DC变换模块的第二低压侧的第二端相连，所述第五电容的第一端与所述升/降压模块的第一高压侧的第一端相连，所述第五电容的第二端与所述升/降压模块的第一高压侧的第二端相连。

8.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，还包括：电池管理模块，所述电池管理模块的第一端与所述电池组的正极相连，所述电池管理模块的第二端与所述电池组的负极相连，所述电池管理模块的第三端与所述控制模块的第一串行外设接口相连，所述电池管理模块采集所述电池组的单芯电芯的电压和电芯温度，并将所述单芯电芯的电压和电芯温度发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述单芯电芯的电压对所述电池组进行均衡控制；当所述电芯温度大于预设温度阈值时，所述控制模块控制所述电源装置停止工作。

9.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，还包括：剩余电量计量模块，所述剩余电量计量模块的第一端与所述电池组的正极相连，所述剩余电量计量模块的第二端与所述电池组的负极相连，所述剩余电量计量模块的第三端与所述控制模块的第二串行外设接口相连，所述剩余电量计量模块用于获取所述电池组的充电电量和放电电量，并将所述充电电量和放电电量发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述充电电量和放电电量计算所述电池组的剩余电量。

10.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述电源组件的数量大于等于2；所述电源装置还包括隔离通信模块；各所述电源组件通过所述隔离通信模块并联连接。

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