專利名稱：用于電池系統(tǒng)的半橋式轉(zhuǎn)換器和電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電池系統(tǒng)的半橋式轉(zhuǎn)換器和電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在未來，不僅在固定的應(yīng)用情況中例如在風(fēng)力設(shè)備中而且在汽車中例如在混合動力及電動汽車中，會更多地使用新的電池系統(tǒng)，它們必須滿足關(guān)于可靠性方面的高要求。這些高要求基于此，即，電池系統(tǒng)的故障可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障(例如在電動汽車中牽引電池的故障導(dǎo)致所謂的“停滯(Liegenbleiber)”或者甚至可能導(dǎo)致與安全有關(guān)的問題(例如在風(fēng)力設(shè)備中使用電池系統(tǒng)，以便在猛烈的風(fēng)的情況下通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片來保護(hù)設(shè)備以避免不可靠的運(yùn)行狀態(tài))。公知的是，由電池提供使用的電壓可借助一個DC/DC變換器(也稱為直流調(diào)節(jié)器) 被變換為另一個電壓。將由電池提供的恒定的輸入電壓變換為與其不同的輸出電壓通常通過周期性地接通DC/DC變換器來實(shí)現(xiàn)。作為常見的DC/DC變換器例如公開了升壓轉(zhuǎn)換器、 正向轉(zhuǎn)換器、半橋式轉(zhuǎn)換器和全橋式轉(zhuǎn)換器。圖1示出了一種已知的半橋式轉(zhuǎn)換器31。該已知的半橋式轉(zhuǎn)換器31包括一個初級回路42和一個次級回路43。初級回路42具有初級側(cè)的變壓器線圈34a，次級回路43具有次級側(cè)的變壓器線圈34b，其中，初級側(cè)的變壓器線圈3 和次級側(cè)的變壓器線圈34b在構(gòu)成變壓器的情況下彼此耦合。初級回路42包括一個H橋電路，該電路具有從第一節(jié)點(diǎn)36延伸到第二節(jié)點(diǎn)37的第一支路和第二支路及位于第一和第二支路之間的橋式支路。初級側(cè)的變壓器線圈3 被設(shè)置在橋式支路中。在第一支路中設(shè)置有第一開關(guān)3 和第一電容器37a，在第二支路中設(shè)置有第二開關(guān)3 和第二電容器37b。與第一電容器38a并聯(lián)地連接有第一電阻44a，與第二電容器38b并聯(lián)地連接有第二電阻44b。第一支路被接地39。此外，第一初級回路42具有第一輸入端50a和第二輸入端50b，電池49連接在其上。次級回路43包括一個整流器電路40和一個低通濾波器41。該整流器電路40包括三個二極管45a，45b，45c，借助這些二極管整流由次級側(cè)的變壓器線圈34b產(chǎn)生的電壓。 在次級側(cè)的變壓器線圈34b上的電壓的分接在此借助中心抽頭來實(shí)現(xiàn)。低通濾波器41具有一個線圈46和一個電容器47?？稍诘谝惠敵龆?8a和第二輸出端48b上分接在次級回路43中產(chǎn)生的電壓。圖1中示出的半橋式轉(zhuǎn)換器1的功能原理如下電池49提供一個電壓可用，該電壓通過對稱電阻44a，44b充電電容器38a，38b到電池電壓的一半。開關(guān)3 和3 現(xiàn)在交替地打開及閉合，使得通過初級側(cè)的變壓器線圈3 得到一個交流電壓，該交流電壓具有等于電池電壓一半的振幅。該交流電壓借助次級側(cè)的變壓器線圈34b被耦入次級回路43 中并且通過整流器電路40整流。相應(yīng)于開關(guān)35a，35b的占空比這樣產(chǎn)生的、被整流的脈沖形式的輸出電壓通過低通濾波器41被平滑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主題是一個用于電池系統(tǒng)的半橋式轉(zhuǎn)換器，包括初級回路和次級回路， 其中，初級回路具有初級側(cè)的變壓器線圈及次級回路具有次級側(cè)的變壓器線圈，并且初級側(cè)的變壓器線圈和次級側(cè)的變壓器線圈在構(gòu)成變壓器的情況下彼此耦合，及其中，初級回路包括H橋電路，該H橋電路具有從第一節(jié)點(diǎn)延伸到第二節(jié)點(diǎn)的第一支路，從第一節(jié)點(diǎn)延伸到第二節(jié)點(diǎn)的第二支路及位于第一支路與第二支路之間的橋式支路，其中，初級側(cè)的變壓器線圈被設(shè)置在橋式支路中，在第一支路中設(shè)置有第一開關(guān)和用于連接第一電池模塊的第一端子，及在第二支路中設(shè)置有第二開關(guān)和用于連接第二電池模塊的第二端子。本發(fā)明所基于的認(rèn)識是，連接在第一端子及連接在第二端子上的電池模塊可承擔(dān)電容器和電阻的功能，如其根據(jù)所述現(xiàn)有技術(shù)使用地那樣。根據(jù)本發(fā)明的半橋式轉(zhuǎn)換器由此能夠?qū)崿F(xiàn)，在初級回路中放棄使用電容器和電阻。由此可顯著地簡化這類轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。電池模塊包括至少一個單獨(dú)的電池單元。此外，電池模塊可包括多個電池單元，這些電池單元尤其是彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接。電池模塊尤其可以是一個單獨(dú)的電池。作為電池單元優(yōu)選蓄電池。原則上，也可使用其它的能源來代替電池模塊。本發(fā)明的另一個主題是電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的半橋式轉(zhuǎn)換器及第一電池模塊和第二電池模塊，其中，第一電池模塊連接在該半橋式轉(zhuǎn)換器的第一端子上及第二電池模塊連接在該半橋式轉(zhuǎn)換器的第二端子上。優(yōu)選地，第一電池模塊和第二電池模塊這樣地連接，使得第一電池模塊和第二電池模塊的不同極在電路中對置。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)，通過選擇第一開關(guān)和第二開關(guān)的占空比，可不僅調(diào)節(jié)半橋式轉(zhuǎn)換器輸出端上的電壓，而且也在兩個電池模塊之間進(jìn)行充電平衡。以此方式，可有目的地控制第一電池模塊和第二電池模塊的放電。本發(fā)明有利的其它進(jìn)一步構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的主題。下面根據(jù)實(shí)施形式及借助附圖的描繪來更詳細(xì)說明本發(fā)明。


示出了
圖1根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、具有半橋式轉(zhuǎn)換器和電池的電池系統(tǒng)的電路原理圖，及圖2具有本發(fā)明的半橋式轉(zhuǎn)換器的實(shí)施形式和兩個電池模塊的本發(fā)明的電池系統(tǒng)的實(shí)施形式的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式圖2示出了本發(fā)明的電池系統(tǒng)的實(shí)施形式的電路原理圖。該電池系統(tǒng)包括本發(fā)明的半橋式轉(zhuǎn)換器1的實(shí)施形式。此外，該電池系統(tǒng)包括第一電池模塊8a和第二電池模塊8b，這些電池模塊連接在該半橋式轉(zhuǎn)換器1上。該半橋式轉(zhuǎn)換器1包括初級回路12和次級回路13。初級回路12具有初級側(cè)的變壓器線圈4a，次級回路13具有次級側(cè)的變壓器線圈4b，其中，初級側(cè)的變壓器線圈如和次級側(cè)的變壓器線圈4b在構(gòu)成變壓器的情況下彼此耦合。此外，初級回路12包括H橋電路，該H橋電路具有從第一節(jié)點(diǎn)6延伸到第二節(jié)點(diǎn)7的第一支路，從第一節(jié)點(diǎn)6延伸到第二節(jié)點(diǎn)7的第二支路和位于第一支路與第二支路之間的橋式支路。初級側(cè)的變壓器線圈如設(shè)置在該橋式支路中。在第一支路中設(shè)置有第一開關(guān)fe和用于連接第一電池模塊8a的第一端子7a，在第二支路中設(shè)置有第二開關(guān)恥和用于連接第二電池模塊8b的第二端子7b。而且，第一支路在第一端子7a與第一開關(guān)fe之間接地9。此外，次級回路13包括一個用于整流由變壓器變換的電壓的整流器電路10和一個用于平滑由變壓器變換的電壓的低通濾波器11。整流器電路10包括三個二極管15a，15b和15c。二極管1 和15b以支路整流器(Zweigweggleichrichter)的形式連接在次級回路中。在次級側(cè)的變壓器線圈4b上的電壓的分接通過中心抽頭實(shí)現(xiàn)。也可以可選地去除與次級側(cè)的變壓器線圈4b并聯(lián)連接的第三二極管15c。例如也可使用全波整流器來代替支路整流器10。低通濾波器11被實(shí)施為具有電感L 16和電容C17的LC低通濾波器。電感16由一個線圈構(gòu)成，電容17由一個電容器構(gòu)成。此外，次級回路13包括第一輸出端18a和第二輸出端18b，在這些輸出端上可分接出由次級側(cè)的變壓器線圈4b產(chǎn)生的、被整流及被濾波的電壓作為半橋式轉(zhuǎn)換器1的輸出電壓。第一電池模塊8a和第二電池模塊8b被這樣地連接在初級回路12的第一端子7a 上或連接在第二端子7b上，使得第一電池模塊8a和第二電池模塊8b的不同極在電路中對置。第一電池模塊8a和第二電池模塊8b可被實(shí)施為一個單獨(dú)的電池單元。替換地，電池模塊8a，8b可包括多個電池單元，其中，這些電池單元至少部分地串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。 電池模塊8a，8b也可由一個電池構(gòu)成。優(yōu)選地，這些電池模塊8a，8b包括一些實(shí)施成蓄電池的電池單元。優(yōu)選地，電池單元被實(shí)施成鋰離子電池。圖2中示出的電池系統(tǒng)的工作原理如下
如果第一開關(guān)如閉合，則第一電池模塊8a的電壓施加在初級側(cè)的變壓器線圈如上。 該電壓通過次級側(cè)的變壓器線圈4b傳遞到次級回路13中。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)如再次打開時，則存儲在初級側(cè)的變壓器線圈如中的能量以電流的形式降低，所述能量流到第二電池模塊 8b中。在第二開關(guān)恥閉合時，以相反的方向重復(fù)該過程。通過選擇第一開關(guān)如和第二開關(guān)恥的占空比可以此方式不僅調(diào)節(jié)在半橋式轉(zhuǎn)換器1的輸出端18a，18b上的電壓，而且同時也在電池模塊8a，8b之間進(jìn)行充電平衡。具有本發(fā)明的半橋式轉(zhuǎn)換器1的、本發(fā)明的電池系統(tǒng)例如適于汽車中的使用。該電池系統(tǒng)和/或轉(zhuǎn)換器尤其可以是汽車的車載電網(wǎng)的組成部分。
權(quán)利要求
1.用于電池系統(tǒng)的半橋式轉(zhuǎn)換器(1)，包括初級回路(12)和次級回路(13)，其中，該初級回路(12)具有初級側(cè)的變壓器線圈(4a)及該次級回路(13)具有次級側(cè)的變壓器線圈 (4b)，并且該初級側(cè)的變壓器線圈(4a)和該次級側(cè)的變壓器線圈(4b)在構(gòu)成變壓器的情況下彼此耦合，其中，初級回路(12)包括H橋電路，該H橋電路具有從第一節(jié)點(diǎn)(6)延伸到第二節(jié)點(diǎn)(7)的第一支路、從該第一節(jié)點(diǎn)(6)延伸到該第二節(jié)點(diǎn)(7)的第二支路和位于該第一支路與第二支路之間的橋式支路，其中，該初級側(cè)的變壓器線圈(4a)設(shè)置在該橋式支路中，在第一支路中設(shè)置有第一開關(guān)(5a)和用于連接第一電池模塊(8a)的第一端子(7a)，及在第二支路中設(shè)置有第二開關(guān)(5b)和用于連接第二電池模塊(8b)的第二端子(7b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半橋式轉(zhuǎn)換器(1)，其特征在于，該第一支路和/或第二支路接地(9)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的半橋式轉(zhuǎn)換器(1)，其特征在于，該次級回路(13) 具有整流器電路(10)，用于整流由變壓器變換的電壓。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的半橋式轉(zhuǎn)換器(1)，其特征在于，該次級回路(13) 具有低通濾波器(11)，用于平滑由變壓器變換的電壓。
5.電池系統(tǒng)，至少包括根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項(xiàng)的半橋式轉(zhuǎn)換器(1)和第一電池模塊(8a)和第二電池模塊(8b)，其中，該第一電池模塊(8a)連接在該半橋式轉(zhuǎn)換器(1)的第一端子(7a)上及第二電池模塊(8b)連接在該半橋式轉(zhuǎn)換器(1)的第二端子(7b)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電池系統(tǒng)，其特征在于，該第一電池模塊(8a)和第二電池模塊 (8b)被連接為使得第一電池模塊(8a)和第二電池模塊(8b)的不同極在電路中對置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的電池系統(tǒng)，其特征在于，電池模塊(8a)包括至少一個單獨(dú)的電池單元。
全文摘要
本發(fā)明的半橋式轉(zhuǎn)換器(1)，包括初級回路(12)和次級回路(13)，其中，該初級回路(12)具有初級側(cè)的變壓器線圈(4a)及該次級回路(13)具有次級側(cè)的變壓器線圈(4b)，并且該初級側(cè)的變壓器線圈(4a)和該次級側(cè)的變壓器線圈(4b)在構(gòu)成變壓器的情況下彼此耦合，其中，初級回路(12)包括H橋電路，該H橋電路具有從第一節(jié)點(diǎn)(6)延伸到第二節(jié)點(diǎn)(7)的第一支路、從該第一節(jié)點(diǎn)(6)延伸到該第二節(jié)點(diǎn)(7)的第二支路和位于該第一支路與第二支路之間的橋式支路，其中，該初級側(cè)的變壓器線圈(4a)設(shè)置在該橋式支路中，在第一支路中設(shè)置有第一開關(guān)(5a)和用于連接第一電池模塊(8a)的第一端子(7a)，及在第二支路中設(shè)置有第二開關(guān)(5b)和用于連接第二電池模塊(8b)的第二端子(7b)。
文檔編號H02M3/337GK102484428SQ201080037960
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者芬克 H., 布茨曼 S. 申請人:羅伯特·博世有限公司