CN217087770U - 多通道充放电dc-dc变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道充放电DC‑DC变换器，包括受控电流源、多个DC/DC模块、多个第一开关模块和控制模块；多个第一开关模块依次串联后，与受控电流源相互并联；每个DC/DC模块分别与相应的一个第一开关模块相互并联，且每个DC/DC模块分别用于为相应的电池进行充放电；控制模块用于根据每个DC/DC模块的输入电压，控制相应的第一开关模块的通断，以将出现故障的DC/DC模块隔离。根据本实用新型的多通道充放电DC‑DC变换器，通过控制模块来控制每个第一开关模块的通断，进而控制相应的DC/DC模块的工作状态，从而能够在某个DC/DC模块出现故障时，及时将该DC/DC模块进行短路，且不影响到其它DC/DC模块的正常工作，充分地提高了产品的可靠性和稳定性。

Description

多通道充放电DC-DC变换器

技术领域

本实用新型涉及电池充放电技术领域，尤其是涉及一种多通道充放电DC-DC变换器。

背景技术

图1所示为现有技术中的并联型DC-DC变换器，对于这种并联型DC-DC变换器而言，当某一个DC/DC模块出现故障时，控制装置能够分断故障电流，停止该DC/DC模块的工作，而不会影响其它DC/DC模块的正常工作。然而，随着电池行业的发展，对充放电的通道数量的需求逐渐增加，这种并联型DC-DC变换器的缺点也慢慢暴露出来。由于每个DC/DC模块都需要与母线线缆连接，随着通道数量的增加，线缆的成本也越来越高；而且由于电流偏大、线路存在阻抗等原因，电流流过线缆后会产生线压降，导致各DC/DC模块的输入电压不一致。

而对于串联型DC-DC变换器而言，则具备线缆成本小、串联电压高、电流小、线损较小、充放电效率更高等优点。但是现有技术中的串联型DC-DC变换器，由于各个DC/DC模块之间是串联连接的，所以当其中一路DC/DC模块出现故障时，就会导致整个串联型DC-DC变换器无法正常工作。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本实用新型提出了一种多通道充放电DC-DC变换器，各DC/DC模块之间相互串联，且在某个DC/DC模块出现故障时，能够停止该DC/DC模块的工作，而不影响其它DC/DC模块的正常工作。

根据本实用新型实施例的多通道充放电DC-DC变换器，包括：受控电流源；多个第一开关模块，多个所述第一开关模块依次串联后，与所述受控电流源相互并联；多个DC/DC模块，每个所述DC/DC模块分别与相应的一个所述第一开关模块相互并联，且每个所述DC/DC模块分别用于为相应的电池进行充放电；控制模块，用于根据每个所述DC/DC模块的输入电压，控制相应的所述第一开关模块的通断，以将出现故障的所述DC/DC模块隔离；其中，当所述第一开关模块导通时，所述第一开关模块所对应的所述DC/DC模块被隔离。

根据本实用新型实施例的多通道充放电DC-DC变换器，至少具有如下有益效果：由于当每个第一开关模块均是断开的状态时，多个DC/DC模块之间是相互串联的，所以具备线缆成本小、串联电压高、电流小、线损较小、充放电效率高等优点；而通过控制模块来控制每个第一开关模块的通断，进而控制相应的DC/DC模块的工作状态，从而能够在某个DC/DC模块出现故障时，及时将该DC/DC模块进行短路和隔离，且不影响到其它DC/DC模块的正常工作，则充分地提高了产品的可靠性和稳定性。

根据本实用新型的一些实施例，还包括总开关模块，所述总开关模块与所述受控电流源相互并联，且所述控制模块能够控制所述总开关模块的通断；其中，当所述总开关模块导通时，多个所述DC/DC模块均被隔离。

根据本实用新型的一些实施例，所述总开关模块包括总开关。

根据本实用新型的一些实施例，所述控制模块包括：采集单元，用于采集每个所述DC/DC模块的输入电压；控制器，与所述采集单元电性连接，所述控制器用于根据每个所述DC/DC模块的输入电压，控制所述总开关模块及每个所述第一开关模块的通断。

根据本实用新型的一些实施例，每个所述第一开关模块分别包括第一开关。

根据本实用新型的一些实施例，所述DC/DC模块采用Boost拓扑结构或Cuk拓扑结构或Sepic拓扑结构。

根据本实用新型的一些实施例，所述DC/DC模块采用Boost拓扑结构，所述DC/DC模块包括：第二开关模块，与对应的所述第一开关模块相并联；第三开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述第三开关模块的第一端电性连接，所述第三开关模块的第二端与所述电池的正极端电性连接，所述电池的负极端与所述第二开关模块的第二端电性连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述DC/DC模块采用Cuk拓扑结构，所述DC/DC模块包括：第四开关模块，与对应的所述第一开关模块相并联；第一电容，所述第一电容的第一端与所述第四开关模块的第一端电性连接；第五开关模块，所述第五开关模块的第一端与所述第一电容的第二端电性连接，所述第五开关模块的第二端分别与所述第四开关模块的第二端和所述电池的正极端电性连接；第一电感，所述第一电感的第一端分别与所述第一电容的第二端和所述第五开关模块的第一端电性连接，所述第一电感的第二端与所述电池的负极端电性连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述DC/DC模块采用Sepic拓扑结构，所述DC/DC模块包括：第六开关模块，与对应的所述第一开关模块相并联；第二电容，所述第二电容的第一端与所述第六开关模块的第一端电性连接；第七开关模块，所述第七开关模块的第一端与所述第二电容的第二端电性连接，所述第七开关模块的第二端与所述电池的正极端电性连接；第二电感，所述第二电感的第一端分别与所述第二电容的第二端和所述第七开关模块的第一端电性连接，所述第二电感的第二端分别与所述电池的负极端和所述第六开关模块的第二端电性连接。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中的并联型DC-DC变换器的电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例的多通道充放电DC-DC变换器的电路结构示意图；

图3为图2示出的多通道充放电DC-DC变换器在其中一个第一开关模块导通时的电路结构示意图；

图4为DC/DC模块采用Boost拓扑结构时的电路结构示意图；

图5为DC/DC模块采用Cuk拓扑结构时的电路结构示意图；

图6为DC/DC模块采用Sepic拓扑结构时的电路结构示意图；

附图标记：

受控电流源100、DC/DC模块200、第二开关模块210、第三开关模块220、第四开关模块230、第五开关模块240、第六开关模块250、第七开关模块260、第一开关模块300、总开关模块400。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图2和图3所示，根据本实用新型实施例的多通道充放电DC-DC变换器，包括受控电流源100、多个DC/DC模块200、多个第一开关模块300和控制模块(图中未示出)；多个第一开关模块300依次串联后，与受控电流源100相互并联；每个DC/DC模块200分别与相应的一个第一开关模块300相互并联，且每个DC/DC模块200分别用于为相应的电池进行充放电；控制模块用于根据每个DC/DC模块200的输入电压，控制相应的第一开关模块300的通断，以将出现故障的DC/DC模块200隔离；其中，当某个第一开关模块300导通时，该第一开关模块300所对应的DC/DC模块200被隔离。

具体地，下面以DC/DC模块200的数量和第一开关模块300的数量均为三个为例说明本实用新型实施例的多通道充放电DC-DC变换器。可以理解的是，DC/DC模块200和第一开关模块300的具体数量并不受限定。

如图2所示，三个第一开关模块300相互串联后，并联在受控电流源100的两端；同时，每个DC/DC模块200分别与一个第一开关模块300相互并联，且每个DC/DC模块200分别用于为相应的电池进行充放电。在正常的充电情况下，三个第一开关模块300均处于断开状态，此时三个DC/DC模块200依次串联，受控电流源所提供的电流能够经过每个DC/DC模块200，以供每个DC/DC模块200为相应的电池进行充电。而当某个第一开关模块300导通时，与该第一开关模块300相互并联的DC/DC模块200则被短路，受控电流源100所提供的充电电流不经过该DC/DC模块200，该DC/DC模块200停止工作。其中，每个第一开关模块300的导通与断开是由控制模块进行控制的。

举例而言，假定每个DC/DC模块200的额定输入电压为U0，实际输入电压为Un，n取1、2、3、…。预先设定第一电压阈值Ua，Ua>U0，控制模块采集每个DC/DC模块200的输入电压，当发现某个DC/DC模块200的实际输入电压Un>Ua时，说明该DC/DC模块200出现故障，此时，控制模块便会控制相应的第一开关模块300导通，从而将该DC/DC模块200短路，使该DC/DC模块200停止工作，而不会影响到其它DC/DC模块200的正常工作。

由此可见，根据本实用新型实施例的多通道充放电DC-DC变换器，由于多个DC/DC模块200之间是相互串联的，所以具备线缆成本小、串联电压高、电流小、线损较小、充放电效率高等优点；而且，通过控制模块来控制每个第一开关模块300的通断，从而能够在某个DC/DC模块200出现故障时，及时将该DC/DC模块200进行短路和隔离，且不影响到其它DC/DC模块200的正常工作，则充分地提高了产品的可靠性和稳定性。

如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，还包括总开关模块400，总开关模块400与受控电流源100相互并联，且控制模块能够控制总开关模块400的通断；其中，当总开关模块400导通时，多个DC/DC模块200均被隔离。

具体地，在实际应用中，可以预先设定第二电压阈值Ub，Ub>Ua>U0；在正常情况下，总开关模块400处于断开状态；当一个或者多个DC/DC模块200出现故障，且其实际输入电压Un>Ub时，此时控制模块便会控制总开关模块400导通，从而将所有DC/DC模块200短路，停止所有DC/DC模块200的工作。这是为了防止某个DC/DC模块200出现故障，且其对应的第一开关模块300也失效，而使其实际输入电压一直上升到超过Ub时，总开关模块400能够及时导通，将所有的DC/DC模块200短路，避免损害到电池。

需要说明的是，第一电压阈值Ua和第二电压阈值Ub的具体取值，本领域技术人员可以根据实际情况进行合理的设定。

如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，总开关模块400包括总开关S0。其中，总开关S0可以采用MOS管，或者是其它常见的开关元器件。当总开关S0导通时，所有DC/DC模块200均被短路。

如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，每个第一开关模块300分别包括第一开关，如图2所示出的开关S11、S12和S13，开关S11、S12和S13可以采用MOS管，或者是其它常见的开关元器件。如图3所示，假定第一个DC/DC模块200出现故障，此时控制模块便会控制开关S11闭合，从而将该DC/DC模块200短路，使其停止工作。

在本实用新型的一些实施例中，控制模块包括采集单元和控制器(图中均未示出)；其中，采集单元用于采集每个DC/DC模块200的输入电压；控制器用于根据每个DC/DC模块200的输入电压，控制总开关模块400及每个第一开关模块300的通断。可以理解的是，通过采集单元来采集电压，为本领域技术人员所熟知的技术手段，因此在此未对采集单元的具体结构进行赘述。控制器可以采用MCU或者是其它常见的处理器，控制器用于根据采集单元的采集结果来控制总开关模块400和每个第一开关模块300的通断；当某个DC/DC模块200的输入电压Ua<Un<Ub时，控制器则控制相应的第一开关模块300导通，将该DC/DC模块200短路；当某个DC/DC模块200的输入电压Un>Ub时，控制器则控制总开关模块400导通，将所有DC/DC模块200短路。

此外，控制模块中的控制器与DC/DC模块200所采用的控制器区分开来，采用两个控制器来分别控制开关模块和DC/DC模块200，这样当DC/DC模块200出现故障时，也不会影响到控制模块的正常工作。

如图4至图6所示，在本实用新型的一些实施例中，DC/DC模块200可以采用Boost拓扑结构或Cuk拓扑结构或Sepic拓扑结构。

图4所示为DC/DC模块200采用Boost拓扑结构时的电路原理图，该电路包括第二开关模块210和第三开关模块220，第二开关模块210与对应的第一开关模块300相并联，且第二开关模块210的第一端与第三开关模块220的第一端电性连接，第三开关模块220的第二端与电池的正极端电性连接，电池的负极端与第二开关模块210的第二端电性连接。其中，第二开关模块210包括开关S2，第三开关模块220包括开关S3。

图5所示为DC/DC模块200采用Cuk拓扑结构时的电路原理图，该电路包括第四开关模块230、第一电容C1、第五开关模块240和第一电感L1；第四开关模块230与对应的第一开关模块300相并联，第一电容C1的第一端与第四开关模块230的第一端电性连接，第一电容C1的第二端与第五开关模块240的第一端电性连接，第五开关模块240的第二端分别与第四开关模块230的第二端和电池的正极端电性连接；第一电感的L1的第一端分别与第一电容C1的第二端和第五开关模块240的第一端电性连接，第一电感L1的第二端与电池的负极端电性连接。其中，第四开关模块230包括开关S4，第五开关模块240包括开关S5。

图6所示为DC/DC模块200采用Sepic拓扑结构时的电路原理图，该电路包括第六开关模块250、第二电容C2、第七开关模块260和第二电感L2；第六开关模块250与对应的第一开关模块300相并联，第二电容C2的第一端与第六开关模块250的第一端电性连接；第二电容C2的第二端与第七开关模块260的第一端电性连接，第七开关模块260的第二端与电池的正极端电性连接；第二电感L2的第一端分别与第二电容C2的第二端和第七开关模块260的第一端电性连接，第二电感L2的第二端分别与电池的负极端和第六开关模块250的第二端电性连接。其中，第六开关模块250包括开关S6，第七开关模块260包括开关S7。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”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、结构或者特点包含于本实用新型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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，包括：

受控电流源；

多个第一开关模块，多个所述第一开关模块依次串联后，与所述受控电流源相互并联；

多个DC/DC模块，每个所述DC/DC模块分别与相应的一个所述第一开关模块相互并联，且每个所述DC/DC模块分别用于为相应的电池进行充放电；

控制模块，用于根据每个所述DC/DC模块的输入电压，控制相应的所述第一开关模块的通断，以将出现故障的所述DC/DC模块隔离；

其中，当所述第一开关模块导通时，所述第一开关模块所对应的所述DC/DC模块被隔离。

2.根据权利要求1所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，还包括总开关模块，所述总开关模块与所述受控电流源相互并联，且所述控制模块能够控制所述总开关模块的通断；其中，当所述总开关模块导通时，多个所述DC/DC模块均被隔离。

3.根据权利要求2所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，所述总开关模块包括总开关。

4.根据权利要求2所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，所述控制模块包括：

采集单元，用于采集每个所述DC/DC模块的输入电压；

控制器，与所述采集单元电性连接，所述控制器用于根据每个所述DC/DC模块的输入电压，控制所述总开关模块及每个所述第一开关模块的通断。

5.根据权利要求1所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，每个所述第一开关模块分别包括第一开关。

6.根据权利要求1所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，所述DC/DC模块采用Boost拓扑结构或Cuk拓扑结构或Sepic拓扑结构。

7.根据权利要求6所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，所述DC/DC模块采用Boost拓扑结构，所述DC/DC模块包括：

第二开关模块，与对应的所述第一开关模块相并联；

第三开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述第三开关模块的第一端电性连接，所述第三开关模块的第二端与所述电池的正极端电性连接，所述电池的负极端与所述第二开关模块的第二端电性连接。

8.根据权利要求6所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，所述DC/DC模块采用Cuk拓扑结构，所述DC/DC模块包括：

第四开关模块，与对应的所述第一开关模块相并联；

第一电容，所述第一电容的第一端与所述第四开关模块的第一端电性连接；

第五开关模块，所述第五开关模块的第一端与所述第一电容的第二端电性连接，所述第五开关模块的第二端分别与所述第四开关模块的第二端和所述电池的正极端电性连接；

第一电感，所述第一电感的第一端分别与所述第一电容的第二端和所述第五开关模块的第一端电性连接，所述第一电感的第二端与所述电池的负极端电性连接。

9.根据权利要求6所述的多通道充放电DC-DC变换器，其特征在于，所述DC/DC模块采用Sepic拓扑结构，所述DC/DC模块包括：

第六开关模块，与对应的所述第一开关模块相并联；

第二电容，所述第二电容的第一端与所述第六开关模块的第一端电性连接；

第七开关模块，所述第七开关模块的第一端与所述第二电容的第二端电性连接，所述第七开关模块的第二端与所述电池的正极端电性连接；

第二电感，所述第二电感的第一端分别与所述第二电容的第二端和所述第七开关模块的第一端电性连接，所述第二电感的第二端分别与所述电池的负极端和所述第六开关模块的第二端电性连接。

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