一种直流电源及其串并联电路的制作方法

本实用新型涉及一种用于电动汽车的直流电源，具体地涉及一种直流电源及其串并联电路。

背景技术：

目前不同类型的电动汽车，充电电压范围不一致，如乘用车的充电范围一般为225～500Vdc；中巴、大巴的充电电压范围为500～900V；且即使同类型的车辆，不同厂家推出的电动车直流快充的充电电压也不统一。

目前市场上主流的充电桩，充电范围较窄，往往只能兼顾部分车辆，这导致了很多车与桩之间不能充电，车桩不匹配的问题非常突出。而且，随着电动汽车保有量的不断增加，这个矛盾越来越凸显。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。基于上述问题，本实用新型提供一种直流电源的串并联电路,采用该电路，可以大大增加直流电压的输出电压范围，以及恒功率输出的电压范围，将采样该电路的直流充电桩的输出电压范围扩大到225～900Vdc；这样就可以兼容市场上的所有电动车充电要求。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种直流电源的串并联电路，其特征在于，包括，第一DC/DC变换单元和第二DC/DC变换单元，用以将接收的直流电变换后输出；第一单向导通器件，其一端电性连接所述第一DC/DC变换单元，另一端电性连接输出正极端；选择单元，其第一端电性连接所述第一DC/DC变换单元、第二端电性连接第二单向导通器件的一端、第三端电性连接输出负极端，所述选择单元接收控制模块的指令并响应所述指令使得第一DC/DC 变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联或并联；所述第二单向导通器件的另一端电性连接输出正极端；所述第二DC/DC变换单元电性连接所述第二单向导通器件的一端及所述第二端、所述第二DC/DC变换单元电性连接输出负极端。

优选的，该选择单元包含单刀双掷开关继电器；其中，所述单刀双掷开关继电器闭合于所述第二端时，第一DC/DC变换单元与第二DC/DC 变换单元间电性串联；所述单刀双掷开关继电器闭合于所述第三端时，第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性并联。

优选的，该电路包括，所述第一单向导通器件为第一二极管，其阳极端电性连接所述第一DC/DC变换单元的第一输出端，其阴极端电性连接输出正极端；所述第二单向导通器件为第二二极管，其阳极端电性连接所述第二端及所述第二DC/DC变换单元的第一输出端，其阴极端电性连接输出正极端。

优选的，该选择单元包括第一开关、第二开关；所述第一开关的第一端电性连接所述第二开关的第一端及所述第一DC/DC变换单元的第二输出端，所述第一开关的第二端电性连接所述第二二极管的阳极端，所述第二开关的第二端电性连接输出负极端，其中，所述第一开关闭合时，第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联，所述第二开关闭合时，所述第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性并联。

优选的，该第一开关、所述第二开关包含继电器。

优选的，该控制模块电性连接所述第一DC/DC变换单元、所述第二 DC/DC变换单元、所述选择单元；所述控制模块基于接收的电压信息控制所述选择单元，其中，所述电路处于第一工作模式时，所述第一DC/DC 变换单元与所述第二DC/DC变换单元间电性并联；处于第二工作模式时，所述第一DC/DC变换单元与所述第二DC/DC变换单元间电性并串联。

优选的，该电路，处于所述第二工作模式时，所述第一DC/DC变换单元和所述第二DC/DC变换单元间电性串联，所述第二单向导通器件截止。

优选的，该电路还包含有电容，其一端电性连接所述输出正极端，另一端电性连接所述输出负极端。

本实用新型实施例还提供一种直流电源，其特征在于，包括第一级变换器、第二级变换器，所述第二级变换器的输入端电性连接第一级变换器的输出端；所述第一级变换器用于将输入的交流电变换为直流电，所述第二级变换器包括电路，其包括，第一DC/DC变换单元和第二DC/DC变换单元，用以将接收的直流电变换后输出；第一单向导通器件，其一端电性连接所述第一DC/DC变换单元，另一端电性连接输出正极端；选择单元，其第一端电性连接所述第一DC/DC变换单元、第二端电性连接第二单向导通器件的一端、第三端电性连接输出负极端，所述选择单元接收控制模块的指令并响应所述指令使得第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联或并联；所述第二单向导通器件的另一端电性连接输出正极端；所述第二DC/DC变换单元电性连接所述第二单向导通器件的一端及所述第二端、所述第二DC/DC变换单元电性连接输出负极端。

优选的，该直流电源，其特征在于，还包括电压识别模块，其电性连接控制模块，用以获取待充电的电动车的电压信息并反馈至所述控制模块，选择单元接收控制模块的指令并响应所述指令使得第一DC/DC 变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联或并联。这样通过控制选择单元控制电路的工作模式。

优选的，该直流电源还包括：人机交互模块，用于接收用户输入的关于充电电压的信息并传输至控制模块，该控制模块基于获取的所述充电电压信息控制所述电路的工作模式，其中，所述电路处于第一工作模式时，所述第一DC/DC变换单元与所述第二DC/DC变换单元间电性串联，所述电路处于第二工作模式时，所述第一DC/DC变换单元与所述第二DC/DC变换单元间电性串联间电性并联。

相对于现有技术中的方案，本实用新型的优点：

本实用新型实施例提出的电路，可以拓宽直流电压的输出电压范围以及恒功率输出的电压范围，该电路将直流电源的输出电压范围拓宽至225～900Vdc；这样就可以兼容市场上的所有电动车充电要求。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为现有的充电电源DC/DC变换器功能模块示意图；

图2-4为本实用新型一实施例的充电电源DC/DC变换器电路的功能模块图；

图5-7为本实用新型另一实施例的充电电源DC/DC变换器电路的功能模块图；

图8-9为本实用新型实施例的DC/DC变换器与电源连接的功能模块图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

本申请公开了一种直流电源，其输出的电压可满足不同类型的车辆充电电压的要求，下面作具体说明：

如图1所示为现有的充电电源DC/DC变换器功能模块示意图，该充电电源包含1个DC/DC变换器。在充电电源的输出电压范围窄时该拓扑很好的满足充电要求，若应用于输出电压范围宽场合时该拓扑的元器件设计冗余量要大，导致充电电源的成本高。假设充电电源需求功率为10KW，按照图1的结拓扑构，一个充电电源要在225～900VDC输出电压范围内满足10KW的输出，在最低电压225V条件下，输出最大电流为44.4A；因此，该方案拓扑的充电电源的最大设计功率将近似于44.4A*900V＝40KW；因此，此方案的成本非常高，不利于充电电源的多场合应用。

接下来描述本实用新型实施的方式，一种直流电源的串并联电路，包括：2个DC/DC变换单元，用以将接收的直流电变换(至预设的电压) 后输出；选择单元，其电性连接DC/DC变换单元，该选择单元接收控制模块的指令并响应该指令使得第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性组合(电性串联或并联，以使得输出电压匹配负载如待充电的电动汽车)，第一单向导通器件，其一端电性连接DC/DC变换单元，另一端电性连接所述输出正极端，第二单向导通器件其一端电性连接选择单元，另一端电性连接所述输出正极端(单向导通器件配置成电流经该单向导通器件向负载侧流动，而不能从负载经该单向导通器件向DC/DC变换单元侧流动)；电路通过该选择单元有2种工作模式，即2 个DC/DC变换单元间电性串联或2个DC/DC变换单元间电性并联。本实施方式中，第二单向导通器件，其在DC/DC变换单元间电性并联时，提供单向电流路径，其在2个DC/DC变换单元间电性串联时截止。输出电压是指输出正极端与输出负极端间的电压。直流电源与电动车连接后获得电压信息(及其它参数)，该获取信息过程为现有技术在此不详细展开。本实施方式中，2个DC/DC变换单元间电性连接是指DC/DC变换的输出间电性连接，电性连接后对外供电。每个DC/DC变换单元具有第一输出端(如，正极)，第二输出端(如，负极)，连接时依据极性电性连接。串联可表述为第一DC/DC变换单元的第二端与第二DC/DC变换单元的第一端电性连接，第一DC/DC变换单元的第一端连接输出正极端，第二DC/DC变换单元的第二端连接输出负极端；并联可表述为第一DC/DC 变换单元的第一端与第二DC/DC变换单元的第一端电性连接并电性连接至输出正极端；第一DC/DC变换单元的第二端与第二DC/DC变换单元的第二端电性连接并电性连接至输出负极端。2个DC/DC变换单元本身是相互独立的，分别依据控制模块的指令运行。该控制模块还基于接收的负载的电压信息控制选择单元，使得DC/DC变换单元间组合输出的电压满足负载的要求。如，负载的电压信息小于等于设定阈值2个DC/DC 变换单元间电性并联，大于设定阈值2个DC/DC变换单元间电性串联。

接下来结合图2-4来描述本实用新型一实施例的充电电源DC/DC变换器电路；如图2所示为充电电源DC/DC变换器电路功能模块示意图，电路10包括：第一DC/DC变换单元11、第二DC/DC变换单元12、选择单元13、第一二极管14、第二二极管15；第一DC/DC变换单元11的第一输出端电性连接至第一二极管14的阳极端，第一DC/DC变换单元11的第二输出端电性连接至选择单元的第一端，选择单元的a端电性连接第二二极管15的阳极端，第二二极管15的阴极端电性连接第一二极管14的阴极端及输出正极端，选择单元的b端(即第三端)电性连接输出负极端；第二DC/DC 变换单元12的第一输出端电性连接至第二二极管15的阳极端及第二端 (a端)，第二DC/DC变换单元12的第二输出端电性连接输出负极端；选择单元处于第一工作模式时(第二端闭合)，第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联(如图3所示)，处于第二工作模式时(第三端闭合)，所述第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性并联 (如图4所示)。通过这样的设计，可以大大增加直流电压的输出电压范围，以及恒功率输出的电压范围，将直流电源的输出电压范围扩大到225～900Vdc同时具有高性价比。采用该方案的电源可以兼容市场上的所有电动车充电要求。该方案拓扑简单，性价比。其采用2个单向导通器件，即2个二极管14,15；其中第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联时，二极管14导通，二极管15截止，简化控制电路的拓扑(用二极管代替继电器开关，减少电路的控制复杂度)。第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性并联时，二极管14导通，二极管15导通。

上述的实施方案中，选择单元13包括单刀双掷开关，具体的为单刀双掷继电器。

采用上述方案的直流电源还包含一控制模块，该控制模块电性连接第一DC/DC变换单元11、第二DC/DC变换单元12、选择单元13；该控制模块还电性连接外部负载(如连接待充电的电动车)进行信令交互 (如，获取输出电压信息)，控制模块根据该电压信息控制第一DC/DC 变换单元11、第二DC/DC变换单元12、选择单元13进而输出对应的电压及电流。

接下来结合图5-7来描述本实用新型另一实施例的充电电源DC/DC变换器电路；

如图5所示为充电电源DC/DC变换器电路功能模块示意图，电路20包括：第一 DC/DC变换单元21、第二DC/DC变换单元22、第一二极管24、第二二极管25，选择单元23包括，第一开关23a、第二开关23b；第一DC/DC变换单元21的第一输出端电性连接至第一二极管24的阳极端，第一DC/DC 变换单元21的第二输出端电性连接至第一开关23a的一端及第二开关 23b的一端，第一开关23a的另一端电性连接第二二极管24的阳极端，第二二极管25的阴极端电性连接第一二极管24的阴极端及输出正极端，第二开关23b的另一端电性连接输出负极端；第二DC/DC变换单元22的第一输出端电性连接至第一开关23a的另一端及第二二极管25的阳极端，第二DC/DC变换单元22的第二输出端电性连接输出负极端；其中，第一开关23a闭合时，第一DC/DC变换单元21与第二DC/DC变换单元22 间电性串联(如图6所示)，第二开关23b闭合时，第一DC/DC变换单元21 与第二DC/DC变换单元22间电性并联(如图7所示)。采用该方案的效果同上述方案中描述，在此不再重复阐述。本方案中，第一开关23a、第二开关23b为继电器。该方案拓扑简单，其采用2个单向导通器件，即2 个二极管24,55,其具有防逆流功能之外还具有，第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联时，二极管14导通，二极管25截止。第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性并联时，二极管14导通，二极管15导通。采用本方案的电源还包含一控制模块，其动作同上不再重复描述。第一开关23a的一端及第二开关23b的一端电性连接后相当于图2方案中选择单元的第一端，该端电性连接第一DC/DC变换单元的第二输出端，第一开关23a的另一端相当于图2方案中选择单元的第二端，第一开关23b的另一端相当于第三端。

本方案中，假设第一DC/DC变换单元21的输出电压为V1、第二DC/DC 变换单元22为V2，输出电压(输出正极端与输出负极端间的电压)为 Vo，第一模式时(如图6所示)，第一开关23a闭合，第二开关23b断开，输出电压Vo＝V1+V2,其动作过程，SW1闭合，Vc＝Vb＝V2,Va＝Vc+V1＝V2+V1, 由于Va>Vb,第一二极管21导通，第二二极管22截止；此时Vo＝Va＝V2+V1， (本方案中选取，V1＝V2)。第二模式时(如图7所示)第一开关23a 断开，第二开关23b闭合，第一二极管21导通，第二二极管22导通，此时输出电压Vo＝V1＝V2,输出电流为第一DC/DC变换单元21与第二DC/DC变换单元22输出电流之和。开关的阻抗很小，其导通压降可以忽略不计。

上述方案的电路中，包含2个DC/DC变换单元，假设充电电源的最高输出电压为Vo，最高输出电压下的工作电流为Io，2个DC/DC变换单元设计的最高输出电压为Vo/2，最低输出电压为Vo/4；为了保证全电压范围满功率，2个DC/DC变换单元的最大输出电流为2Io。任然以充电电源需求功率为10KW进行描述，充电电源在225～900VDC输出电压范围内实现10KW输出；按照本实用新型实施方案，每个DC/DC变换单元的输出电压范围为225～450VDC，最大电流为22.2A；整个充电电源的设计总功率为2*450*22.2＝20KW,远低于如图1所示方案(40KW),这样大大降低了系统成本。

在一实施方式中，当输出电压小于等于设定阈值(如，450V)时，两个2个DC/DC变换单元并联方式，此时充电电源的输出最大输出电流为44.4A。在225V条件下，输出电流为44.4A，实现10KW输出；在450V 条件下，输出电流为22.2A，实现10KW输出。

在一实施方式中，当输出电压大于设定阈值(如450V)时，两个 2个DC/DC变换单元串联方式，此时充电电源的输出最大输出电流为 22.2A。在450V条件下，输出电流为22.2A，实现10KW输出；在900V条件下，输出电流为11.1A，实现10KW输出。

在一实施方式中，两个2个DC/DC变换单元连至同一电源，如图8 所示。

在一实施方式中，两个2个DC/DC变换单元分别连接至独立的电源，如图9所示。

在一实施方式中，该电路还包含有电容，其一端电性连接所述输出正极端，另一端电性连接所述输出负极端。

在一实施方式中，控制模块电性连接第一DC/DC变换单元、第二 DC/DC变换单元、选择单元；该控制模块响应接收的电压信息(待充电的电动车的电压信息)并触发所述选择单元(并发出指令至选择单元，选择单元响应该指令)，其中，所述电路处于第一工作模式时，所述第一DC/DC变换单元与所述第二DC/DC变换单元间电性并联；处于第二工作模式时，所述第一DC/DC变换单元与所述第二DC/DC变换单元间电性并串联。

在一实施方式中，采用上述实施电路的(直流)电源包括两级变换器：第一级变换器和第二级变换器，第二级变换的输入端电性连接第一级变换器的输出端，该第一级变换器用于将输入的交流电变换为直流电；第二级变换器包括如上述中的电路。这里交流电可以为三相220V 或380V交流电。在一较佳的实施例中，第一级变换器包括功率因数校正电路，功率因数校正电路用于校正功率因数及进行整流。在一具体实施例中，功率因数校正电路可以包括由6个IGBT或MOS管构成的全桥电路，各IGBT或MOS管的控制极由脉宽调制信号控制。第二级变换器用于将第一级变换器输出的直流电的电压变换成适合电动汽车充电的直流电压。

在一实施方式中，采用上述实施电路直流电源，还包括：电压识别模块，其电性连接控制模块，当直流电源与待充电电动车相连时获取待充电电动车的充电电压信息并反馈至控制模块，控制模块接收该信息并发出响应该电压信息的指令至选择单元，该选择单元接收该指令并响应该指令使得第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联或并联。本实施方式中，该电压信息小于等于设定阈值则2个DC/DC 变换单元间电性并联，若电压信息大于设定阈值2个DC/DC变换单元间电性串联。

在一实施方式中，采用上述实施方式电路的直流电源，还包括：人机交互模块，用于接收用户输入的关于充电电压信息；控制模块接收该信息并发出响应该电压信息的指令至选择单元，该选择单元接收该指令并响应该指令使得第一DC/DC变换单元与第二DC/DC变换单元间电性串联或并联。本实施方式中，该电压信息小于等于设定阈值则2 个DC/DC变换单元间电性并联，若电压信息大于设定阈值2个DC/DC变换单元间电性串联。

在一实施方式中，采用上述实施电路的直流电源，电压识别模块、控制模块、人机交互模块可以设置和/或集成于上述的电路中。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡如本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。