专利名称：用于电池系统的半桥式转换器和电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电池系统的半桥式转换器和电池系统。
背景技术：
在未来，不仅在固定的应用情况中例如在风力设备中而且在汽车中例如在混合动力及电动汽车中，会更多地使用新的电池系统，它们必须满足关于可靠性方面的高要求。这些高要求基于此，即，电池系统的故障可能会导致整个系统的故障(例如在电动汽车中牵引电池的故障导致所谓的“停滞(Liegenbleiber)”或者甚至可能导致与安全有关的问题(例如在风力设备中使用电池系统，以便在猛烈的风的情况下通过调节转子叶片来保护设备以避免不可靠的运行状态)。公知的是，由电池提供使用的电压可借助一个DC/DC变换器(也称为直流调节器) 被变换为另一个电压。将由电池提供的恒定的输入电压变换为与其不同的输出电压通常通过周期性地接通DC/DC变换器来实现。作为常见的DC/DC变换器例如公开了升压转换器、 正向转换器、半桥式转换器和全桥式转换器。图1示出了一种已知的半桥式转换器31。该已知的半桥式转换器31包括一个初级回路42和一个次级回路43。初级回路42具有初级侧的变压器线圈34a，次级回路43具有次级侧的变压器线圈34b，其中，初级侧的变压器线圈3 和次级侧的变压器线圈34b在构成变压器的情况下彼此耦合。初级回路42包括一个H桥电路，该电路具有从第一节点36延伸到第二节点37的第一支路和第二支路及位于第一和第二支路之间的桥式支路。初级侧的变压器线圈3 被设置在桥式支路中。在第一支路中设置有第一开关3 和第一电容器37a，在第二支路中设置有第二开关3 和第二电容器37b。与第一电容器38a并联地连接有第一电阻44a，与第二电容器38b并联地连接有第二电阻44b。第一支路被接地39。此外，第一初级回路42具有第一输入端50a和第二输入端50b，电池49连接在其上。次级回路43包括一个整流器电路40和一个低通滤波器41。该整流器电路40包括三个二极管45a，45b，45c，借助这些二极管整流由次级侧的变压器线圈34b产生的电压。 在次级侧的变压器线圈34b上的电压的分接在此借助中心抽头来实现。低通滤波器41具有一个线圈46和一个电容器47。可在第一输出端48a和第二输出端48b上分接在次级回路43中产生的电压。图1中示出的半桥式转换器1的功能原理如下电池49提供一个电压可用，该电压通过对称电阻44a，44b充电电容器38a，38b到电池电压的一半。开关3 和3 现在交替地打开及闭合，使得通过初级侧的变压器线圈3 得到一个交流电压，该交流电压具有等于电池电压一半的振幅。该交流电压借助次级侧的变压器线圈34b被耦入次级回路43 中并且通过整流器电路40整流。相应于开关35a，35b的占空比这样产生的、被整流的脉冲形式的输出电压通过低通滤波器41被平滑。
发明内容
本发明的主题是一个用于电池系统的半桥式转换器，包括初级回路和次级回路， 其中，初级回路具有初级侧的变压器线圈及次级回路具有次级侧的变压器线圈，并且初级侧的变压器线圈和次级侧的变压器线圈在构成变压器的情况下彼此耦合，及其中，初级回路包括H桥电路，该H桥电路具有从第一节点延伸到第二节点的第一支路，从第一节点延伸到第二节点的第二支路及位于第一支路与第二支路之间的桥式支路，其中，初级侧的变压器线圈被设置在桥式支路中，在第一支路中设置有第一开关和用于连接第一电池模块的第一端子，及在第二支路中设置有第二开关和用于连接第二电池模块的第二端子。本发明所基于的认识是，连接在第一端子及连接在第二端子上的电池模块可承担电容器和电阻的功能，如其根据所述现有技术使用地那样。根据本发明的半桥式转换器由此能够实现，在初级回路中放弃使用电容器和电阻。由此可显著地简化这类转换器的结构。电池模块包括至少一个单独的电池单元。此外，电池模块可包括多个电池单元，这些电池单元尤其是彼此串联和/或并联地连接。电池模块尤其可以是一个单独的电池。作为电池单元优选蓄电池。原则上，也可使用其它的能源来代替电池模块。本发明的另一个主题是电池系统，该电池系统包括根据本发明的半桥式转换器及第一电池模块和第二电池模块，其中，第一电池模块连接在该半桥式转换器的第一端子上及第二电池模块连接在该半桥式转换器的第二端子上。优选地，第一电池模块和第二电池模块这样地连接，使得第一电池模块和第二电池模块的不同极在电路中对置。这样能够实现，通过选择第一开关和第二开关的占空比，可不仅调节半桥式转换器输出端上的电压，而且也在两个电池模块之间进行充电平衡。以此方式，可有目的地控制第一电池模块和第二电池模块的放电。本发明有利的其它进一步构型是从属权利要求的主题。下面根据实施形式及借助附图的描绘来更详细说明本发明。
示出了
图1根据现有技术的、具有半桥式转换器和电池的电池系统的电路原理图，及图2具有本发明的半桥式转换器的实施形式和两个电池模块的本发明的电池系统的实施形式的电路原理图。
具体实施例方式图2示出了本发明的电池系统的实施形式的电路原理图。该电池系统包括本发明的半桥式转换器1的实施形式。此外，该电池系统包括第一电池模块8a和第二电池模块8b，这些电池模块连接在该半桥式转换器1上。该半桥式转换器1包括初级回路12和次级回路13。初级回路12具有初级侧的变压器线圈4a，次级回路13具有次级侧的变压器线圈4b，其中，初级侧的变压器线圈如和次级侧的变压器线圈4b在构成变压器的情况下彼此耦合。此外，初级回路12包括H桥电路，该H桥电路具有从第一节点6延伸到第二节点7的第一支路，从第一节点6延伸到第二节点7的第二支路和位于第一支路与第二支路之间的桥式支路。初级侧的变压器线圈如设置在该桥式支路中。在第一支路中设置有第一开关fe和用于连接第一电池模块8a的第一端子7a，在第二支路中设置有第二开关恥和用于连接第二电池模块8b的第二端子7b。而且，第一支路在第一端子7a与第一开关fe之间接地9。此外，次级回路13包括一个用于整流由变压器变换的电压的整流器电路10和一个用于平滑由变压器变换的电压的低通滤波器11。整流器电路10包括三个二极管15a，15b和15c。二极管1 和15b以支路整流器(Zweigweggleichrichter)的形式连接在次级回路中。在次级侧的变压器线圈4b上的电压的分接通过中心抽头实现。也可以可选地去除与次级侧的变压器线圈4b并联连接的第三二极管15c。例如也可使用全波整流器来代替支路整流器10。低通滤波器11被实施为具有电感L 16和电容C17的LC低通滤波器。电感16由一个线圈构成，电容17由一个电容器构成。此外，次级回路13包括第一输出端18a和第二输出端18b，在这些输出端上可分接出由次级侧的变压器线圈4b产生的、被整流及被滤波的电压作为半桥式转换器1的输出电压。第一电池模块8a和第二电池模块8b被这样地连接在初级回路12的第一端子7a 上或连接在第二端子7b上，使得第一电池模块8a和第二电池模块8b的不同极在电路中对置。第一电池模块8a和第二电池模块8b可被实施为一个单独的电池单元。替换地，电池模块8a，8b可包括多个电池单元，其中，这些电池单元至少部分地串联和/或并联连接。 电池模块8a，8b也可由一个电池构成。优选地，这些电池模块8a，8b包括一些实施成蓄电池的电池单元。优选地，电池单元被实施成锂离子电池。图2中示出的电池系统的工作原理如下
如果第一开关如闭合，则第一电池模块8a的电压施加在初级侧的变压器线圈如上。 该电压通过次级侧的变压器线圈4b传递到次级回路13中。当第一开关如再次打开时，则存储在初级侧的变压器线圈如中的能量以电流的形式降低，所述能量流到第二电池模块 8b中。在第二开关恥闭合时，以相反的方向重复该过程。通过选择第一开关如和第二开关恥的占空比可以此方式不仅调节在半桥式转换器1的输出端18a，18b上的电压，而且同时也在电池模块8a，8b之间进行充电平衡。具有本发明的半桥式转换器1的、本发明的电池系统例如适于汽车中的使用。该电池系统和/或转换器尤其可以是汽车的车载电网的组成部分。
权利要求
1.用于电池系统的半桥式转换器(1)，包括初级回路(12)和次级回路(13)，其中，该初级回路(12)具有初级侧的变压器线圈(4a)及该次级回路(13)具有次级侧的变压器线圈 (4b)，并且该初级侧的变压器线圈(4a)和该次级侧的变压器线圈(4b)在构成变压器的情况下彼此耦合，其中，初级回路(12)包括H桥电路，该H桥电路具有从第一节点(6)延伸到第二节点(7)的第一支路、从该第一节点(6)延伸到该第二节点(7)的第二支路和位于该第一支路与第二支路之间的桥式支路，其中，该初级侧的变压器线圈(4a)设置在该桥式支路中，在第一支路中设置有第一开关(5a)和用于连接第一电池模块(8a)的第一端子(7a)，及在第二支路中设置有第二开关(5b)和用于连接第二电池模块(8b)的第二端子(7b)。
2.根据权利要求1的半桥式转换器(1)，其特征在于，该第一支路和/或第二支路接地(9)。
3.根据前述权利要求中任意一项的半桥式转换器(1)，其特征在于，该次级回路(13) 具有整流器电路(10)，用于整流由变压器变换的电压。
4.根据前述权利要求中任意一项的半桥式转换器(1)，其特征在于，该次级回路(13) 具有低通滤波器(11)，用于平滑由变压器变换的电压。
5.电池系统，至少包括根据权利要求1至4中一项的半桥式转换器(1)和第一电池模块(8a)和第二电池模块(8b)，其中，该第一电池模块(8a)连接在该半桥式转换器(1)的第一端子(7a)上及第二电池模块(8b)连接在该半桥式转换器(1)的第二端子(7b)上。
6.根据权利要求5的电池系统，其特征在于，该第一电池模块(8a)和第二电池模块 (8b)被连接为使得第一电池模块(8a)和第二电池模块(8b)的不同极在电路中对置。
7.根据前述权利要求中任意一项的电池系统，其特征在于，电池模块(8a)包括至少一个单独的电池单元。
全文摘要
本发明的半桥式转换器(1)，包括初级回路(12)和次级回路(13)，其中，该初级回路(12)具有初级侧的变压器线圈(4a)及该次级回路(13)具有次级侧的变压器线圈(4b)，并且该初级侧的变压器线圈(4a)和该次级侧的变压器线圈(4b)在构成变压器的情况下彼此耦合，其中，初级回路(12)包括H桥电路，该H桥电路具有从第一节点(6)延伸到第二节点(7)的第一支路、从该第一节点(6)延伸到该第二节点(7)的第二支路和位于该第一支路与第二支路之间的桥式支路，其中，该初级侧的变压器线圈(4a)设置在该桥式支路中，在第一支路中设置有第一开关(5a)和用于连接第一电池模块(8a)的第一端子(7a)，及在第二支路中设置有第二开关(5b)和用于连接第二电池模块(8b)的第二端子(7b)。
文档编号H02M3/337GK102484428SQ201080037960
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月5日 优先权日2009年8月28日
发明者芬克 H., 布茨曼 S. 申请人:罗伯特·博世有限公司