Buck-Boost直流变换器及复合电源系统

本发明属于直流变换器，特别是一种buck-boost直流变换器及复合电源系统。

背景技术：

1、在锂电池动力系统中，电池组的充放电能力起到了至关重要的作用。一方面，锂电池动力系统需要保证电动机在起步和加速过程中的峰值功率需求；另一方面，锂电池动力系统需要在电动机匀速运动期间平稳地提供动力。锂电池动力系统像一个能量“蓄水池”，随电动机运行功率需求此起彼伏，这对锂电池组的输出性能提出了很高的要求。一般而言，锂电池很难同时满足高能量密度和高功率密度。因此，在新能源动力系统中选用具有高能量密度的锂电池组，以满足电动汽车等的长续航需求，但大功率输出会对锂电池产生不可逆的损伤，降低锂电池组的使用寿命。为了满足在起步、加速、爬坡等行驶状态下的高功率需求，引入了超级电容组成复合电源系统来满足多种行驶条件下的动力需求。为了匹配电压，锂电池组一般通过直流变换器与超级电容并联供电。当锂电池组与超级电容的输出电压不匹配时，锂电池组通过直流变换器升压或降压后供电；而当锂电池与超级电容的输出电压匹配时，此时锂电池组若再经过直流变换器反而会降低效率。针对上述问题，可以对复合电源系统的电路结构进行优化设计，使得锂电池组可以不通过直流变换器直接供电。此外，在buck-boost直流变换器结构中，变换器输入端正负极与输出端正负极相反，与之相对应的，负载的正负极和输出端正负极对应，这会复杂化锂电池组与负载直接连接的电路。通过合适的设计将锂电池组的输出端正极、直流变换器的输出端正极和负载的正极连接，可以简化复合电源系统的结构、提高电源和buck-boost直流变换器的工作效率。

2、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种buck-boost直流变换器和复合电源系统，不仅能满足动力系统的高功率需求，也能在正常运行过程中合理分配各个电源的输出，实现锂电池组的直接输出供电和变压后输出供电。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种buck-boost直流变换器包括电感l、n-mosfet开关sw2、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5，其中，二极管d2的正极、二极管d3的负极与n-mosfet开关的源极和电感l的一端连接，二极管d2的负极与n-mosfet开关的漏极连接且组成buck-boost直流变换器的输入端正极，二极管d3的正极和二极管d4的正极组成buck-boost直流变换器的输出端负极，电感l的另一端与由二极管d4的负极和d5的正极连接且组成输入端的负极，二极管d5的负极作为buck-boost直流变换器输出端的正极。

3、所述的buck-boost直流变换器中，所述二极管d3、二极管d4、二极管d5组成整流电桥电路。

4、一种复合电源系统包括锂电池组、n-mosfet开关sw1、二极管d1、buck-boost直流变换器和超级电容，其中，锂电池组的正极与buck-boost直流变换器的输入端正极、n-mosfet开关sw1的漏极和二极管d1的负极连接，锂电池的负极与所述buck-boost直流变换器的输入端的负极连接，n-mosfet开关sw1的源极和二极管d1的正极与所述buck-boost直流变换器的输出端正极连接，超级电容正极连接n-mosfet开关sw1的源极和二极管d1的正极以及所述buck-boost直流变换器的输出端正极，超级电容负极连接buck-boost直流变换器的输出端负极，通过控制n-mosfet开关sw1和n-mosfet开关sw2的关断与闭合实现锂电池组直接输出供电或者经过buck-boost直流变换器后供电。

5、所述的复合电源系统中，通过控制n-mosfet开关sw2的关断与闭合实现锂电池组经buck-boost直流变换器变压后为超级电容供电。

6、所述的复合电源系统中，负载并联于超级电容两端。

7、所述的复合电源系统中，所述负载包括逆变电机。

8、所述的复合电源系统中，复合电源系统的工作模式包括锂电池组直接与超级电容输出供电、锂电池组单独供电、超级电容单独供电、锂电池经过buck-boost直流变换器变压后输出供电、超级电容单独回收制动能量。

9、所述的复合电源系统中，当锂电池组经过n-mosfet开关sw1直接供电时，n-mosfet开关sw1导通、n-mosfet开关sw2关断，从负载流出的电流经过二极管d4后回到锂电池组负极，形成回路。

10、所述的复合电源系统中，当锂电池组经过buck-boost直流变换器后供电时，n-mosfet开关sw1持续关断，通过控制n-mosfet开关sw2的占空比实现锂电池组的升压或者降压输出，在变压输出，当n-mosfet开关sw2导通时，锂电池组、n-mosfet开关sw2、电感l形成回路，由超级电容单独为负载供电；当n-mosfet开关sw2关断后，电感l上的感应电动势方向发生变化，电流从电感l下方流出，通过二极管d5之后输出供电，电流再经过二极管d3流回电感l的另一端形成回路。

11、所述的复合电源系统中，控制n-mosfet开关sw2开关的占空比大于或小于0.5，使锂电池组实现经buck-boost直流变换器后升压或者降压输出。

12、和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的buck-boost直流变换器的输出端由半整流电路组成；超级电容与负载的负极连接至半整流电路。锂电池组通过buck-boost直流变换器为超级电容充电、为负载供能；也可以通过调节n-mosfet开关的状态直接为负载供能。当锂电池组直接为负载和超级电容供电时，电流通过半整流电路形成完整回路。通过控制nmosfet开关管ws1和sw2的通断，完成锂电池直接输出，超级电容直接输出、升降压协同输出，满足不同负载功率需求，使复合电源工作在最佳输出状态，延长使用寿命复合电源系统通过n-mosfet开关控制锂电池组的输出，实现多种工作模式的实时切换，能够满足电动力系统的多种功率需求的同时合理分配锂电池和超级电容的工作模式，提高直流变换器和整个电源系统的效率。

技术特征：

1.一种buck-boost直流变换器，其特征在于，其包括电感l、n-mosfet开关sw2、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5，其中，二极管d2的正极、二极管d3的负极与n-mosfet开关的源极和电感l的一端连接，二极管d2的负极与n-mosfet开关的漏极连接且组成buck-boost直流变换器的输入端正极，二极管d3的正极和二极管d4的正极组成buck-boost直流变换器的输出端负极，电感l的另一端与由二极管d4的负极和d5的正极连接且组成输入端的负极，二极管d5的负极作为buck-boost直流变换器输出端的正极。

2.根据权利要求1所述的buck-boost直流变换器，其特征在于，优选的，所述二极管d3、二极管d4、二极管d5组成整流电桥电路。

3.一种复合电源系统，其特征在于，其包括，锂电池组、n-mosfet开关sw1、二极管d1、如权利要求1或2所述buck-boost直流变换器和超级电容，其中，锂电池组的正极与buck-boost直流变换器的输入端正极、n-mosfet开关sw1的漏极和二极管d1的负极连接，锂电池的负极与所述buck-boost直流变换器的输入端的负极连接，n-mosfet开关sw1的源极和二极管d1的正极与所述buck-boost直流变换器的输出端正极连接，超级电容正极连接n-mosfet开关sw1的源极和二极管d1的正极以及所述buck-boost直流变换器的输出端正极，超级电容负极连接buck-boost直流变换器的输出端负极，通过控制n-mosfet开关sw1和n-mosfet开关sw2的关断与闭合实现锂电池组直接输出供电或者经过buck-boost直流变换器后供电。

4.根据权利要求3所述的复合电源系统，其特征在于，通过控制n-mosfet开关sw2的关断与闭合实现锂电池组经buck-boost直流变换器变压后为超级电容供电。

5.根据权利要求3所述的复合电源系统，其特征在于，负载并联于超级电容两端。

6.根据权利要求5所述的复合电源系统，其特征在于，所述负载包括逆变电机。

7.根据权利要求3所述的复合电源系统，其特征在于，复合电源系统的工作模式包括锂电池组直接与超级电容输出供电、锂电池组单独供电、超级电容单独供电、锂电池经过buck-boost直流变换器变压后输出供电、超级电容单独回收制动能量。

8.根据权利要求3所述的复合电源系统，其特征在于，当锂电池组经过n-mosfet开关sw1直接供电时，n-mosfet开关sw1导通、n-mosfet开关sw2关断，从负载流出的电流经过二极管d4后回到锂电池组负极，形成回路。

9.根据权利要求3所述的复合电源系统，其特征在于，当锂电池组经过buck-boost直流变换器后供电时，n-mosfet开关sw1持续关断，通过控制n-mosfet开关sw2的占空比实现锂电池组的升压或者降压输出，在变压输出，当n-mosfet开关sw2导通时，锂电池组、n-mosfet开关sw2、电感l形成回路，由超级电容单独为负载供电；当n-mosfet开关sw2关断后，电感l上的感应电动势方向发生变化，电流从电感l下方流出，通过二极管d5之后输出供电，电流再经过二极管d3流回电感l的另一端形成回路。

10.根据权利要求3所述的复合电源系统，其特征在于，控制n-mosfet开关sw2开关的占空比大于或小于0.5，使锂电池组实现经buck-boost直流变换器后升压或者降压输出。

技术总结
公开了一种Buck‑Boost直流变换器及复合电源系统，Buck‑Boost直流变换器包括电感L、N‑MOSFET开关SW2、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5，其中，二极管D2的正极、二极管D3的负极与N‑MOSFET开关的源极和电感L的一端连接，二极管D2的负极与N‑MOSFET开关的漏极连接且组成Buck‑Boost直流变换器的输入端正极，二极管D3的正极和二极管D4的正极组成Buck‑Boost直流变换器的输出端负极，电感L的另一端与由二极管D4的负极和D5的正极连接且组成输入端的负极，二极管D5的负极作为Buck‑Boost直流变换器输出端的正极。

技术研发人员：肖纯武,王斌,严亦哲
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15