本實用新型涉及電能存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路。

背景技術(shù)：

伴隨著整個電信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，應(yīng)用于電信網(wǎng)絡(luò)的各種技術(shù)層出不窮。光通信技術(shù)一直都是整個通信領(lǐng)域關(guān)注的焦點之一。同樣，隨著寬帶用戶的快速增長，在接入網(wǎng)絡(luò)層面，較之傳統(tǒng)的銅線接入技術(shù)，光纖接入有著覆蓋面積廣、傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬高、安全、建設(shè)維護(hù)成本低等優(yōu)點，“光進(jìn)銅退”成為必然選擇。在這個過程中，電源問題成為影響光通信質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一，光網(wǎng)絡(luò)必須配備性能更加完善的電源管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的通信設(shè)備備用電源是鉛酸電池，但是鉛酸電池有其固有的缺點：污染、體積大、維護(hù)成本高，被低碳環(huán)保的鋰離子電池取代已成為一種趨勢。鋰離子電池取代鉛酸電池需要一個過程，目前通信設(shè)備電源為了兼容鉛酸電池及鋰離子電池，系統(tǒng)所輸出的充電電壓能夠使鉛酸電池充滿電，但可能不足以使鋰離子電池充滿，因此為了使通信設(shè)備有更好的備用電源兼容性，鋰離子電池備用電源系統(tǒng)需要將充電電壓進(jìn)行升壓(即低壓充電)。

現(xiàn)有BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM電池管理系統(tǒng))設(shè)計中，如圖1所示，為了降低BMS的設(shè)計成本，通常采用功率MOS反向串聯(lián)一二極管來實現(xiàn)充電與放電功能的單獨控制，當(dāng)電池組處于充電狀態(tài)下，控制單元對MOS1施加第一預(yù)定電壓以使MOS1處于斷路狀態(tài)，二極管D1導(dǎo)通，同時控制單元對MOS2施加第二預(yù)定電壓以使MOS2處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D2斷路，當(dāng)電池組處于放電狀態(tài)下，控制單元對MOS1施加第二預(yù)定電壓以使MOS1處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D1斷路，同時控制單元對MOS2施加第一預(yù)定電壓以使MOS2處于斷狀態(tài)，二極管D2短路，但是此種電路存在以下缺陷：

其缺點主要表現(xiàn)在限流充電方面：

功率MOS管的開啟和關(guān)閉均由柵極電壓控制，當(dāng)柵極電壓大于開啟電壓的狀態(tài)下，功率MOS管導(dǎo)通，當(dāng)柵極電壓小于關(guān)斷電壓的狀態(tài)下，功率MOS管關(guān)斷，但是在功率MOS管導(dǎo)通或關(guān)斷瞬間，其MOS管本身具有大電流小電壓或者小電流大電壓，容易產(chǎn)生較大的功耗，為了保障電路的正常運(yùn)行，通常需要增加散熱片進(jìn)行散熱處理，以使充電電路處于正常溫度下工作，但是增加散熱片，系統(tǒng)體積也隨之增加，不利于系統(tǒng)的集成化設(shè)計；

鋰電池組處于限流充電狀態(tài)時，鋰電池組充電電流下降，則MOS2、D1兩端承載的電流提高，為避免MOS2、D1工作于過流狀態(tài)，則需要在MOS2兩端并聯(lián)多個分流MOS2，以減少單個MOS2、D1兩端的電流；另外鋰電池組處于限流充電狀態(tài)時，電解電容C1流經(jīng)電流也隨之提高，電解電容處于過電流狀態(tài)下工作，一方面導(dǎo)致電解電容C1的功耗增加，另一方面，長期處于過電流狀態(tài)下工作容易縮短電解電容C1的使用壽命；另外，由于MOS管的快速通斷易產(chǎn)生高頻電流，由于高頻電流具有趨膚效應(yīng)，容易出現(xiàn)傳輸導(dǎo)線發(fā)熱嚴(yán)重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實用新型提供了一種解決了使用功耗低、易于集成設(shè)計、壽命長的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，具體地：

一種基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，包括；第一電能、第二電能，換能電路，還包括：

第一開關(guān)單元，連接于所述第一電能的正向端及所述換能電能的輸入端之間，所述第一開關(guān)單元的控制端連接一控制單元；

第二開關(guān)單元，連接于所述第一電能的反向端及所述換能單元的輸入端之間，所述第二開關(guān)單元的控制端連接所述控制單元；

第三開關(guān)單元，連接于所述第二電能的正向端及所述換能單元的輸出端之間，所述第三開關(guān)單元的控制端連接所述控制單元；

第四開關(guān)單元，連接于所述第二電能的反向端及所述換能單元的輸出端之間，所述第四開關(guān)單元的控制端連接所述控制單元；

所述第二電能的輸入端和所述第二電能的輸出端形成所述雙向電源電路的負(fù)載連接端。

優(yōu)選地，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，還包括一濾波單元，所述濾波單元并聯(lián)所述第一電能兩端。

優(yōu)選地，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，所述控制單元主要由PWM控制器形成。

優(yōu)選地，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，所述PWM控制器用以形成一PWM波，所述第一開關(guān)單元、所述第二開關(guān)單元、所述第三開關(guān)單元、所述第四開關(guān)單元于所述PWM波的控制下于導(dǎo)通狀態(tài)與關(guān)斷狀態(tài)之間切換。

優(yōu)選地，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，所述PWM波的占空比為70％至85％之間。

優(yōu)選地，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，還包括一保護(hù)單元，

所述保護(hù)單元連接于所述第一電能的正向端與所述第二電能的正向端之間。

優(yōu)選地，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，所述保護(hù)單元包括充電保護(hù)電路和放電保護(hù)電路，

所述充電保護(hù)電路的串聯(lián)所述放電保護(hù)電路，所述充電保護(hù)電路的控制端和所述放電保護(hù)電路的控制端分別連接所述控制單元；

所述充電保護(hù)電路和所述放電保護(hù)電路于所述控制單元的作用下于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換。

優(yōu)選地，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，所述換能單元由電感電路形成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是：

本實用新型中，所述第一開關(guān)單元、第二開關(guān)單元、第三開關(guān)單元、第四開關(guān)單元于零電流導(dǎo)通狀態(tài)或零電壓關(guān)斷狀態(tài)之間切換：在第一開關(guān)單元、和/或第二開關(guān)單元、和/或第三開關(guān)單元、和/或第四開關(guān)單元于導(dǎo)通瞬間，因二極管與MOS管之間產(chǎn)生諧振使得開關(guān)單元的電流接近于零，此時無論開關(guān)單元的兩端壓降多大，此時的功耗均接近于零。同理，在第一開關(guān)單元、和/或第二開關(guān)單元、和/或第三開關(guān)單元、和/或第四開關(guān)單元于關(guān)閉瞬間，因二極管與MOS管之間產(chǎn)生諧振使得開關(guān)單元的電壓接近于零，此時無論開關(guān)單元的兩端電流多大，此時的功耗均接近于零。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)鋰電池充放電主回路電路圖；

圖2為本實用新型一種實施例中基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型一種實施例中基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路圖；

圖4為本實用新型一種實施例中基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路中電流波形圖；

圖5為本實用新型一種實施例中基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路中開關(guān)單元的工作狀態(tài)示意圖；

圖6為本實用新型一種實施例中基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型鋰電池組用雙向電源作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。

如圖2所示一種基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路結(jié)構(gòu)示意圖，中，包括；第一電能、第二電能，換能電路，其中所述換能單元由電感電路形成，還包括：

第一開關(guān)單元，連接于所述第一電能的正向端及所述換能電能的輸入端之間，所述第一開關(guān)單元的控制端連接一控制單元；所述第一開關(guān)單元包括第一MOS管以及反向并聯(lián)于所述MOS管兩端的第一二極管，所述第一MOS管與所述第一二極管工作于諧振狀態(tài)；

第二開關(guān)單元，連接于所述第一電能的反向端及所述換能單元的輸入端之間，所述第二開關(guān)單元的控制端連接所述控制單元；所述第二開關(guān)單元包括第二MOS管以及反向并聯(lián)于所述MOS管兩端的第二二極管，所述第二MOS管與所述第二二極管工作于諧振狀態(tài)；

第三開關(guān)單元，連接于所述第二電能的正向端及所述換能單元的輸出端之間，所述第三開關(guān)單元的控制端連接所述控制單元；所述第三開關(guān)單元包括第三MOS管以及反向并聯(lián)于所述MOS管兩端的第三二極管，所述第三MOS管與所述第三二極管工作于諧振狀態(tài)；

第四開關(guān)單元，連接于所述第二電能的反向端及所述換能單元的輸出端之間，所述第四開關(guān)單元的控制端連接所述控制單元；所述第四開關(guān)單元包括第四MOS管以及反向并聯(lián)于所述MOS管兩端的第四二極管，所述第四MOS管與所述第四二極管工作于諧振狀態(tài)；

所述第二電能的輸入端和所述第二電能的輸出端形成所述雙向電源電路的負(fù)載連接端。

其中所述第一開關(guān)單元、第二開關(guān)單元、第三開關(guān)單元、第四開關(guān)單元于零電流導(dǎo)通狀態(tài)或零電壓關(guān)斷狀態(tài)之間切換。

其中，所述控制單元主要由PWM控制器形成，所述PWM控制器用以形成一PWM波，所述第一開關(guān)單元、所述第二開關(guān)單元、所述第三開關(guān)單元、所述第四開關(guān)單元于所述PWM波的控制下于零電流導(dǎo)通狀態(tài)與零電壓關(guān)斷狀態(tài)之間切換。

作為進(jìn)一步優(yōu)選實施方案，于上述電路的基礎(chǔ)之上，還包括一保護(hù)單元，

所述保護(hù)單元連接于所述第一電能的正向端與所述第二電能的正向端之間。所述保護(hù)單元包括充電保護(hù)電路和放電保護(hù)電路，

所述充電保護(hù)電路的串聯(lián)所述放電保護(hù)電路，所述充電保護(hù)電路的控制端和所述放電保護(hù)電路的控制端分別連接所述控制單元；

所述充電保護(hù)電路和所述放電保護(hù)電路于所述控制單元的作用下于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換。

本實用新型的工作原理是：

當(dāng)電磁組處于限流充電狀態(tài)下，由所述第一開關(guān)單元、第二開關(guān)單元、第三開關(guān)單元、第四開關(guān)單元形成的全橋式雙向電源電路中僅有對稱橋臂導(dǎo)通，例如，在第一電能進(jìn)行充電狀態(tài)，第一開關(guān)單元、第四開關(guān)單元導(dǎo)通，在第二電能進(jìn)行充電的狀態(tài)下，第二開關(guān)單元、第三開關(guān)單元導(dǎo)通。任意對稱橋臂導(dǎo)通的狀態(tài)下，至少有兩個開關(guān)單元導(dǎo)通，兩個開關(guān)單元分別對電路中的電流做分流處理，無需并聯(lián)多個功率管即可避免功率管處于過流狀態(tài)下工作。

本實用新型中，所述第一開關(guān)單元、第二開關(guān)單元、第三開關(guān)單元、第四開關(guān)單元于零電流導(dǎo)通狀態(tài)或零電壓關(guān)斷狀態(tài)之間切換：在第一開關(guān)單元、和/或第二開關(guān)單元、和/或第三開關(guān)單元、和/或第四開關(guān)單元于導(dǎo)通瞬間，因二極管與MOS管之間產(chǎn)生諧振使得開關(guān)單元的電流接近于零，此時無論開關(guān)單元的兩端壓降多大，此時的功耗均接近于零。同理，在第一開關(guān)單元、和/或第二開關(guān)單元、和/或第三開關(guān)單元、和/或第四開關(guān)單元于關(guān)閉瞬間，因二極管與MOS管之間產(chǎn)生諧振使得開關(guān)單元的電壓接近于零，此時無論開關(guān)單元的兩端電流多大，此時的功耗均接近于零。

另外，當(dāng)電池組處于限流充電的狀態(tài)下，第一開關(guān)單元、和/或第二開關(guān)單元、和/或第三開關(guān)單元、和/或第四開關(guān)單元自身的寄生電容延緩每個開關(guān)單元電流變化的時間，避免限流充電下對整個電流的沖擊，避免產(chǎn)生高頻電流，延長傳輸導(dǎo)線的使用壽命。

同時二極管對每個開關(guān)單元還具有短路保護(hù)作用，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時，二極管可于10微秒內(nèi)對每個開關(guān)單元實現(xiàn)短路保護(hù)，延長每個開關(guān)單元內(nèi)功率管的使用壽命。

列舉一具體應(yīng)用電路：如圖3所示，當(dāng)電池組處于限流充電的狀態(tài)下，保護(hù)電路處于斷路狀態(tài)。

由于MOS管內(nèi)存在有寄生電容Co，在MOS管斷路瞬間，與MOS管并聯(lián)的寄生電容Co延緩MOS管源極、漏極端電壓的上升時間，繼而源極、漏極間的電壓接近于0V，相當(dāng)于MOS管處于零電壓(ZVS)關(guān)斷狀態(tài)，因源極、漏極間的電壓接近于0V，則MOS管在關(guān)斷瞬間消耗的功耗大大顯著降低。同理在MOS管導(dǎo)通瞬間，與MOS管并聯(lián)的寄生電容Co延緩MOS管源極、漏極端電流的上升時間，繼而源極、漏極間的電流接近于0A，相當(dāng)于MOS管處于零電流(ZCS)導(dǎo)通狀態(tài)，因源極、漏極間的電流接近于0A，則MOS管在導(dǎo)通瞬間消耗的功耗大大顯著降低。

如圖4所示，以PWM波的一個周期為例，

在PWM波的t0～t1時間段，PWM波控制第四MOS管S4內(nèi)的反向并聯(lián)二極管D4和第二MOS管S2同時導(dǎo)通，第二MOS管S2自身的寄生Co2阻止第二MOS管S2源極、漏極之間電流上升時以達(dá)到零電流關(guān)斷狀態(tài)。電感L電流-i_L(t)對第二寄生電容Co2充電(其中-指反向充電)，同時第一寄生電容Co1放電，第一MOS管S1內(nèi)反向并聯(lián)的二極管D1對電感L電流實施續(xù)流處理，二極管D1導(dǎo)通，第一MOS管S1實現(xiàn)零電流導(dǎo)通；第一MOS管S1導(dǎo)通壓降小于二極管D1正向壓，電感L電流從第一MOS管S1上流過，電感L電壓兩端的壓降逐步上升至電壓電能V1，同時電流i_L(t)逐步上升。

在PWM波t1時間點上(即PWM波的上升沿階段)，PWM波控制第四MOS管S4導(dǎo)通，第四寄生電容Co4完全放電，第四MOS管S4處于零電壓關(guān)斷狀態(tài)。同理，在T＝t2(即PWM波的下降沿階段)或T＝t3(即PWM波的上升沿階段)瞬間，能量從寄生電容轉(zhuǎn)移到電感L上。

在PWM波T1時間點上的t1～t2時間段，電感L電流i_L(t)對第四寄生電容Co4充電，同時第三寄生電容Co3放電，此階段電感L能量傳遞給第四寄生電容Co4。隨著在電感i_L(t)放電時間的延長，其電感L的電壓降降低，當(dāng)電感L的電壓降到預(yù)定值時第三MOS管S3反向并聯(lián)的二極管D3導(dǎo)通，第三MOS管S3零電流導(dǎo)通。第三MOS管S3導(dǎo)通以后，加在電感L上的電壓VL(t)匹配第一電能電壓V1與第二電能電壓V2之差{VL(t)＝V1-V2}，同樣使電感L電流上升(BUCK模式)或者下降(BOOST模式)。

在PWM波T1時間點上的t3～tP時間段，第二MOS管S2、第四MOS管S4導(dǎo)通，第一MOS管S1、第三MOS管S3關(guān)閉，電流在功率元件內(nèi)部循環(huán)，此階段存在是為了保持恒定周期，并且提供負(fù)的偏置電流，為下一個脈沖周期實現(xiàn)ZCS/ZVS提供條件。

在每個開關(guān)周期內(nèi)，第一開關(guān)單元S1、第二開關(guān)單元S2、第三開關(guān)單元S3、第四開關(guān)單元S4均導(dǎo)通一次，具體地如圖5所示，每個開關(guān)單元的工作狀態(tài)波形圖。

在電池組正常充電的狀態(tài)下，第五MOS管S5與第六MOS管S6處于導(dǎo)通狀態(tài)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選實施方案，上述的基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路，其中，還包括一濾波單元，所述濾波單元并聯(lián)所述第一電能兩端，所述濾波單元主要由電解電容形成，用以濾除第一電能輸出的第一電壓中的紋波，可將第一電壓中的紋波控制在±1％左右。

實施例二

上述實施例一中，基于鋰電池組儲能的全橋式雙向電源電路的熱損耗正比于電感阻抗X_L與電感電流i_L(t)的有效值的平方[P＝X_L i_L(t)²]，上述實施例一的電感電流i_L(t)的波形圖如圖4所示，當(dāng)電感電流i_L(t)的有效值降低時，其功耗也降低。基于此，本實施例二在上述實施例一的基礎(chǔ)之上，其中，將所述PWM波的占空比控制為70％至85％之間。如圖6所示，電感電流iL(t)的有效值下降，進(jìn)而整個電路中的功耗也降低。

雖然本實用新型的各個方面在獨立權(quán)利要求中給出，但是本實用新型的其它方面包括來自所描述實施方式的特征和/或具有獨立權(quán)利要求的特征的從屬權(quán)利要求的組合，而并非僅是權(quán)利要求中所明確給出的組合。

這里所要注意的是，雖然以上描述了本實用新型的示例實施方式，但是這些描述并不應(yīng)當(dāng)以限制的含義進(jìn)行理解。相反，可以進(jìn)行若干種變化和修改而并不背離如所附權(quán)利要求中所限定的本實用新型的范圍。

注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離本實用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。