一种双向直流端口启动装置及电动汽车的制作方法

本实用新型涉及电动汽车充电技术领域，具体而言，涉及一种双向直流端口启动装置及电动汽车。

背景技术：

随着新能源电动汽车在我国的普及逐渐提升，直流-直流(dc-dc)模块在充电行业的应用范围日渐扩大。且双向dc-dc模块已逐渐取代了单向dc-dc模块，成为充电行业的主流产品。

但是目前的双向dc-dc模块只能在双端口中的特定端口带电的情况下才能实现双向启机，故双向启机会受到端口的制约，应用不方便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种双向直流端口启动装置及电动汽车，能够不受端口的制约便可实现双向启机。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种双向直流端口启动装置，包括第一端口、第二端口、电压转换单元、控制单元和辅源供电单元，第一端口、电压转换单元、第二端口依次电连接，第一端口和第二端口均与辅源供电单元电连接，辅源供电单元与控制单元电连接，控制单元与电压转换单元电连接；辅源供电单元用于在第一端口或第二端口获得输入电压时，向控制单元提供工作电压；控制单元用于在获得工作电压后，控制电压转换单元工作，以使得第一端口或第二端口获得输出电压。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种电动汽车，包括双向直流端口启动装置，双向直流端口启动装置包括第一端口、第二端口、电压转换单元、控制单元和辅源供电单元，第一端口、电压转换单元、第二端口依次电连接，第一端口和第二端口均与辅源供电单元电连接，辅源供电单元与控制单元电连接，控制单元与电压转换单元电连接；辅源供电单元用于在第一端口或第二端口获得输入电压时，向控制单元提供工作电压；控制单元用于在获得工作电压后，控制电压转换单元工作，以使得第一端口或第二端口获得输出电压。

本实用新型实施例提供的双向直流端口启动装置及电动汽车的有益效果是：由于第一端口和第二端口均与辅源供电单元电连接，当第一端口或第二端口获得输入电压时，辅助供电单元均可以向控制单元提供可工作电压，进而控制电压转换单元工作，以使得第一端口或第二端口获得输出电压。与现有技术相比，本申请的双向直流端口启动装置在需要实现双向启机时，并不会受到端口的制约，即不需要第一端口和第二端口中的某一个端口作为一直带电的特定端口，当第一端口或第二端口获得输入电压时，就能给辅源供电单元提供电源电压，能让电压转换单元工作，使得第一端口或第二端口获得输出电压。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的双向直流端口启动装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的双向直流端口启动装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的双向直流端口启动装置的电压转换单元的电路原理图；

图4为本实用新型实施例提供的电动汽车的结构框图。

图标：1-电动汽车；10-双向直流端口启动装置；11-第一端口；12-第二端口；13-电压转换单元；131-谐振电路；132-升降压转换电路；14-控制单元；141-第一控制器；142-第二控制器；15-辅源供电单元；151-第一辅源供电电路；152-第二辅源供电电路；153-第一二极管；154-第二二极管；155-第三二极管；16-通讯单元；17-开关单元；18-风扇；20-监控单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

现有的双向dc-dc模块的双端口中的特定端口与辅源电连接，而双端口中的非特定端口与辅源并无电连接关系。所以，当从非特定端口启机时，即非特定端口获得输入电压时，若特定端口不带电，辅源无法获得电源电压，辅源则无法给双向dc-dc模块的控制组件提供工作电压，双向dc-dc模块无法正常工作，特定端口无输出电压向负载提供。所以现有的双向dc-dc模块为了实现双向启机，双向dc-dc模块的特定端口需一直有电，制约性比较大，使得双向dc-dc模块的应用不方便。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种双向直流端口启动装置的可实施方式。具体地，请参照图1，该双向直流端口启动装置10包括第一端口11、第二端口12、电压转换单元13、控制单元14和辅源供电单元15，第一端口11、电压转换单元13、第二端口12依次电连接，第一端口11和第二端口12均与辅源供电单元15电连接，辅源供电单元15与控制单元14电连接，控制单元14与电压转换单元13电连接。

在本实施例中，辅源供电单元15用于在第一端口11或第二端口12获得输入电压时，向控制单元14提供工作电压；控制单元14用于在获得工作电压后，控制电压转换单元13工作，以使得第一端口11或第二端口12获得输出电压。

可见，该双向直流端口启动装置10并不需要第一端口11和第二端口12中的某一个端口作为一直带电的特定端口，当第一端口11或第二端口12获得输入电压时，就能给辅源供电单元15提供电源电压，能让电压转换单元13工作，使得第一端口11或第二端口12获得输出电压，进而在不受端口的制约下，便可实现双向启机，即电能双向流动的功能。

请参照图2，为图1所示的双向直流端口启动装置10的一种可实施的结构示意图。辅源供电单元15包括第一辅源供电电路151和第二辅源供电电路152，第一辅源供电电路151与第一端口11、控制单元14均电连接，第二辅源供电电路152与第二端口12、控制单元14均电连接。

在本实施例中，第一辅源供电电路151用于在第一端口11获得第一输入电压时，向控制单元14提供工作电压，以便控制单元14控制电压转换单元13工作；第二辅源供电电路152用于在第二端口12获得第二输入电压时，向控制单元14提供工作电压，以便控制单元14控制电压转换单元13工作。

可以理解，当电能从第一端口11向第二端口12流动时，即第一端口11与第一外部电源电连接，第二端口12与第一负载电连接。第一端口11获得第一外部电源提供的第一输入电压，并将第一输入电压同时传输至第一辅源供电电路151和电压转换单元13。第一辅源供电电路151将第一输入电压转换为控制单元14工作所需的工作电压，控制单元14在获得工作电压后，控制电压转换单元13对第一输入电压进行升压或降压处理，使得第二端口12获得第一输出电压，并将第一输出电压传输至第一负载。

当电能从第二端口12向第一端口11流动时，即第一端口11与第二负载(即第一外部电源作为负载消耗电能)电连接，第二端口12与第二外部电源(即第一负载作为电源提供电能)电连接。第二端口12获得第二外部电源提供的第二输入电压，并将第二输入电压同时传输至第二辅源供电电路152和电压转换单元13。第二辅源供电电路152将第二输入电压转换为控制单元14工作所需的工作电压，控制单元14在获得工作电压后，控制电压转换单元13对第二输入电压进行升压或降压处理，使得第一端口11获得第二输出电压，并将第二输出电压传输至第二负载。

其中，第一输入电压、第二输入电压、第一输出电压、第二输出电压及工作电压均为直流电压。

在本实施例中，第一辅源供电电路151和第二辅源供电电路152均可以采用反激电路，可以将第一输入电压降压为第一工作电压，也可以将第二输入电压降压为第二工作电压。其中，第一工作电压和第二工作电压可以相同，也可以不同。例如，可以将24v的第一输入电压降压为5v的第一工作电压，也可以将48v的第二输入电压降压为5v的第二工作电压，在此并不作限定，第一辅源供电电路151和第二辅源供电电路152可以根据实际情况进行选型调整。

在本实施例中，电压转换单元13包括谐振电路131和升降压转换电路132，控制单元14包括第一控制器141和第二控制器142，第一端口11、升降压转换电路132、谐振电路131和第二端口12依次电连接，第一控制器141与升降压转换电路132、第一辅源供电电路151、第二辅源供电电路152均电连接，第二控制器142与谐振电路131、第二辅源供电电路152、第一辅源供电电路151均电连接。

在本实施例中，第一控制器141用于在获得第一辅源供电电路151或第二辅源供电电路152提供的工作电压时，控制升降压转换电路132工作；第二控制器142用于在获得第一辅源供电电路151或第二辅源供电电路152提供的工作电压时，控制谐振电路131工作。

可以理解，当从第一端口11启机时，即第一端口11获得第一输入电压时，第一辅源供电电路151会同时向第一控制器141和第二控制器142提供工作电压。第一控制器141在获得工作电压后，控制升降压转换电路132对第一输入电压进行升压或降压处理。第二控制器142在获得工作电压后，控制谐振电路131工作，对升降压转换电路132和第二端口12进行隔离，使得第二端口12获得第一输出电压。

当从第二端口12启机时，即第二端口12获得第二输入电压时，第二辅源供电电路152会同时向第一控制器141和第二控制器142提供工作电压。第二控制器142在获得工作电压后，控制谐振电路131工作，对升降压转换电路132和第二端口12进行隔离。第一控制器141在获得工作电压后，控制升降压转换电路132对第二输入电压进行升压或降压处理，使得第一端口11获得第二输出电压。

进一步地，在本实施例中，辅源供电单元15还包括第一二极管153，第一二极管153的阳极与第一辅源供电电路151电连接，第一二极管153的阴极与第二控制器142电连接。

可以理解，当从第一端口11启机时，第一辅源供电电路151同时向第一控制器141和第二控制器142提供工作电压。当从第一端口11启机完成时，即第二端口12获得第一输出电压时，第二端口12还会将第一输出电压传输至第二辅源供电电路152，第二辅源供电电路152将第一输出电压转换为第二控制器142所需的工作电压。由于第二辅源供电电路152向第二控制器142提供的工作电压高于第一辅源供电电路151向第二控制器142提供的工作电压，所以第一二极管153的阴极电压高于其阳极电压，第一二极管153处于反向截止状态，进而使得第一辅源供电电路151与第二控制器142之间处于断开状态。

即从第一端口11启机时，第一端口11获取有第一输入电压，而第二端口12还没有获取第一输出电压，所以第一控制器141和第二控制器142的工作电压由第一辅源供电电路151提供。当从第一端口11启机完成时，第二端口12获取有第一输出电压，所以第一辅源供电电路151不再给第二控制器142供电，由第二辅源供电电路152给第二控制器142供电。在启机完成后，第二控制器142只由第二辅源供电电路152供电，而不是第一辅源供电电路151和第二辅源供电电路152均向第二控制器142供电，可以降低能耗。

进一步地，在本实施例中，辅源供电单元15还包括第二二极管154，第二二极管154的阳极与第二辅源供电电路152电连接，第二二极管154的阴极与第一控制器141电连接。

可以理解，当从第二端口12启机时，第二辅源供电电路152同时向第一控制器141和第二控制器142提供工作电压。当从第二端口12启机完成时，即第一端口11获得第二输出电压时，第一端口11还会将第二输出电压传输至第一辅源供电电路151，第一辅源供电电路151将第二输出电压转换为第一控制器141所需的工作电压。由于第一辅源供电电路151向第一控制器141提供的工作电压高于第二辅源供电电路152向第一控制器141提供的工作电压，所以第二二极管154的阴极电压高于其阳极电压，第二二极管154处于反向截止状态，进而使得第二辅源供电电路152与第一控制器141之间处于断开状态。

即从第二端口12启机时，第二端口12获取有第二输入电压，而第一端口11还没有获取第二输出电压，所以第一控制器141和第二控制器142的工作电压由第二辅源供电电路152提供。当从第二端口12启机完成时，第一端口11获取有第二输出电压，所以第二辅源供电电路152不再给第一控制器141供电，由第一辅源供电电路151给第一控制器141供电。在启机完成后，第一控制器141只由第一辅源供电电路151供电，而不是第一辅源供电电路151和第二辅源供电电路152均向第一控制器141供电，可以降低能耗。

进一步地，在本实施例中，辅源供电单元15还包括第三二极管155，第三二极管155的阳极与第二辅源供电电路152电连接，第三二极管155的阴极与控制单元14电连接。

可以理解，第三二极管155的阴极与第二控制器142电连接，还与第一二极管153的阴极电连接，第三二极管155用于防止第一辅源供电电路151因第一二极管153的正向导通，而为风扇18提供工作电压。因风扇18属于大负载，其工作电压只能从第二辅源供电电路152的输出获取。

进一步地，在本实施例中，控制单元14还包括多个电压采集器(图未示)和多个电流采集器(图未示)，多个电压采集器中的部分电压采集器和多个电流采集器中的部分电流采集器均与第一控制器141和升降压转换电路132电连接，多个电压采集器中的剩余部分电压采集器和多个电流采集器中的剩余部分电流采集器均与第二控制器142和谐振电路131电连接。

多个电压采集器中的部分电压采集器用于采集升降压转换电路132的第一电压信号，并将第一电压信号传输至第一控制器141，多个电流采集器中的部分电流采集器用于采集升降压转换电路132的第一电流信号，并将第一电流信号传输至第一控制器141。第一控制器141用于根据第一电压信号和第一电流信号得到第一调节指令，并将第一调节指令发送至升降压转换电路132，使得升降压转换电路132根据第一调节指令将输入电压转换为负载所需的输出电压。多个电压采集器中的剩余部分电压采集器用于采集谐振电路131的第二电压信号，并将第二电压信号传输至第二控制器142，多个电流采集器中的剩余部分电流采集器用于采集谐振电路131的第二电流信号，并将第二电流信号传输至第二控制器142。第二控制器142用于根据第二电压信号和第二电流信号得到第二调节指令，并将第二调节指令传输至谐振电路131，使得谐振电路131软启的时候工作在调宽态，并在正常输出后工作在增益近似为1的固定频率点。其中，第一调节指令和第二调节指令可以为pwm信号。

第一控制器141还用于根据第一电压信号和第一电流信号判断升降压转换电路132是否出现短路故障、过压故障或过流故障，当升降压转换电路132出现短路故障、过压故障或过流故障，第一控制器141会控制升降压转换电路132停止工作。第二控制器142还用于根据第二电压信号和第二电流信号判断谐振电路131是否出现短路故障、过压故障或过流故障，当谐振电路131出现短路故障、过压故障或过流故障，第二控制器142会控制谐振电路131停止工作。

在本实施例中，第一控制器141和第二控制器142均可以采用数字信号处理(digitalsignalprocessing，dsp)芯片；谐振电路131可以采用llc谐振电路131，升降压转换电路132可以采用buck-boost电路；电压采集器可以采用运放；电流采集器可以采用霍尔和电流互感器。

进一步地，在本实施例中，双向直流端口启动装置10还包括通讯单元16，通讯单元16与第二辅源供电电路152电连接，通讯单元16与第二控制器142和一监控单元20均通信连接。第二控制器142用于通过通讯单元16接收监控单元20发送的关机指令，并根据关机指令控制第一辅源供电电路151停止工作。

在本实施例中，第一控制器141与第二控制器142通信连接，当电能从第二端口12向第一端口11流动时，若双向直流端口启动装置10处于待机状态，监控单元20通过通讯单元16向第二控制器142发送关机指令，第二控制器142作为中间传输单元，将关机指令发送至第一控制器141，第一控制器141根据关机指令停止工作，即停止发送驱动信号给升降压转换电路132，升降压转换电路132也会相应的停止工作。第二控制器142根据关机指令再向第一辅源供电电路151发送关闭辅源信号，以使得第一辅源供电电路151停止工作。双向直流端口启动装置10处于待机状态时，只让第二辅源供电电路152为与监控单元20通讯的通讯单元16及第二控制器142供电，可以减少待机功耗，同时通讯不会中断，也不需要额外增加功率级开关器件及相应供电单元，不影响重载效率。

在本实施例中，通讯单元16可以采用can通讯。

进一步地，在本实施例中，双向直流端口启动装置10还包括开关单元17，第二控制器142通过开关单元17与第一辅源供电电路151电连接。开关单元17用于在第二控制器142向第一辅源供电电路151发送关闭辅源信号时处于导通状态。

在本实施例中，开关单元17可以使用隔离开关，该隔离开关可以采用光耦。使用开关单元17可以将第二控制器142与第一辅源供电电路151之间进行电气隔离。

进一步地，在本实施例中，双向直流端口启动装置10还包括风扇18，风扇18与第二辅源供电电路152电连接。第二辅源供电电路152为风扇18供电，使得风扇18为双向直流端口启动装置10的主功率电路(即电压转换单元13)进行散热降温。

如图3所示，为图2所示的谐振电路131和升降压转换电路132一种可实施的电路原理图。升降压转换电路132包括第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4、第五mos管q5、第六mos管q6、第七mos管q7、第八mos管q8、第一电感l1、第二电感l2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4及第一电阻r1。第一控制器141与第一mos管q1的栅极、第二mos管q2的栅极、第三mos管q3的栅极、第四mos管q4的栅极、第五mos管q5的栅极、第六mos管q6的栅极、第七mos管q7的栅极、第八mos管q8的栅极均电连接。

第一控制器141将第一调节指令传输至第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4、第五mos管q5、第六mos管q6、第七mos管q7及第八mos管q8，通过第一调节指令控制第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4、第五mos管q5、第六mos管q6、第七mos管q7和第八mos管q8的开启和关断。进而实现对输入电压升压或降压处理，得到输出电压。

进一步地，在本实施例中，谐振电路131包括第九mos管q9、第十mos管q10、第十一mos管q11、第十二mos管q12、第十三mos管q13、第十四mos管q14、第十五mos管q15、第十六mos管q16、第十七mos管q17、第十八mos管q18、第十九mos管q19、第二十mos管q20、第二十一mos管q21、第二十二mos管q22、第二十三mos管q23、第二十四mos管q24、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10第三电感l3、第四电感l4、第一变压器t1、第二变压器t2和第二电阻r2。第二控制器142与第九mos管q9、第十mos管q10、第十一mos管q11、第十二mos管q12、第十三mos管q13、第十四mos管q14、第十五mos管q15、第十六mos管q16、第十七mos管q17、第十八mos管q18、第十九mos管q19、第二十mos管q20、第二十一mos管q21、第二十二mos管q22、第二十三mos管q23、第二十四mos管q24均电连接。

第二控制器142用于将第二调节指令传输至第九mos管q9、第十mos管q10、第十一mos管q11、第十二mos管q12、第十三mos管q13、第十四mos管q14、第十五mos管q15、第十六mos管q16、第十七mos管q17、第十八mos管q18、第十九mos管q19、第二十mos管q20、第二十一mos管q21、第二十二mos管q22、第二十三mos管q23和第二十四mos管q24，通过第二调节指令控制第九mos管q9、第十mos管q10、第十一mos管q11、第十二mos管q12、第十三mos管q13、第十四mos管q14、第十五mos管q15、第十六mos管q16、第十七mos管q17、第十八mos管q18、第十九mos管q19、第二十mos管q20、第二十一mos管q21、第二十二mos管q22、第二十三mos管q23和第二十四mos管q24的开启和关断。进而使得谐振电路131软启的时候工作在调宽态，并在正常输出后工作在增益近似为1的固定频率点。

在本实施例中，双向直流端口启动装置10可以应用在电动汽车上，请参照图4，为电动汽车1的一种可实施的结构框图。电动汽车1包括双向直流端口启动装置10和监控单元20，双向直流端口启动装置10与监控单元20通信连接。其中，监控单元20可以为上位机。

综上所述，本实用新型提供的双向直流端口启动装置包括第一端口、第二端口、电压转换单元、控制单元和辅源供电单元，第一端口、电压转换单元、第二端口依次电连接，第一端口和第二端口均与辅源供电单元电连接，辅源供电单元与控制单元电连接，控制单元与电压转换单元电连接；辅源供电单元用于在第一端口或第二端口获得输入电压时，向控制单元提供工作电压；控制单元用于在获得工作电压后，控制电压转换单元工作，以使得第一端口或第二端口获得输出电压。与现有技术相比，本申请的双向直流端口启动装置在需要实现双向启机时，并不会受到端口的制约，即不需要第一端口和第二端口中的某一个端口作为一直带电的特定端口，当第一端口或第二端口获得输入电压时，就能给辅源供电单元提供电源电压，能让电压转换单元工作，使得第一端口或第二端口获得输出电压。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。