具体实施方式

现在将参考附图在下文中对示例性实施例进行更全面的描述。附图示出了当前优选实施例，然而，本发明可以通过许多不同形式来体现并且不应被解释为受限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例被提供用于获得彻底性和完整性、并且向技术人员充分地传达本披露的范围。

参考图1a和图1b，现在将更详细地描述根据本披露的电路的实施例。

图1a示意性地展示了电路100的实施例。电路100具有第一输入端子110、第二输入端子112以及输出端子114。电路100还包括具有第一输入端子150、第二输入端子152以及输出端子154的DC-DC转换器120。电路100进一步包括三线扼流圈130，该三线扼流圈包括第一电感器140、第二电感器142以及第三电感器144。第一电感器140、第二电感器142以及第三电感器144缠绕在同一芯上(如图1a中每个电感器下方的虚线所示)并相互耦合(如图1a中每个电感器上方的点所示)。第一电感器140连接在电路100的第一输入端子110与转换器120的第一输入端子150之间。第二电感器142连接在电路100的第二输入端子112与转换器120的第二输入端子152之间。第三电感器144连接在电路100的输出端子114与转换器120的输出端子154之间。

转换器120可以是例如增压转换器、升压转换器或类似转换器，并在输入端子150和152上获得输入电压V₁并在输出端子154上(例如，在输出端子154与第二输入端子152之间)输出输出电压V₂。尽管被称为“第二输入端子”，但是如下文将描述的，端子112和152用作组合输入/输出端子，因为电力供应器(转换器120从其接收电力)和负载(转换器120向其提供电力)都可以经由第二电感器142连接到端子112和端子152。

在电路100的操作期间，电力供应器(未示出)可以连接到转换器120的第一输入端子150和第二输入端子152，并且负载(也未示出)可以连接到电路100的输出端子114和第二输入/输出端子112。由电力供应器提供的、跨电路100的输入端子110和112的输入电压(例如，DC输入电压)可以被提供为跨转换器120的端子150和152的电压V₁，并且转换器120可以将电压V₁变换为转换器的输出端子154处(例如，在转换器120的输出端子154与第二输入/输出端子152之间)的更高电压V₂。电压V₂可以作为输出电压提供给跨电路100的输出端子114和第二输入/输出端子112的负载。

具体地，输入电流I₁可以经由第二电感器142从电力供应器传递到转换器120，并且经由第一电感器140返回到电力供应器。同样，输出电流I₂可以经由第三电感器144从转换器120传递到负载，并且经由第二电感器142返回到转换器。在正常操作期间，第二电感器142中的电流将沿与第一电感器140和第三电感器144中的电流不同的方向移动，并且电感器将对这样的正常电流呈现低阻抗。然而，由于电感器140、142、144如图1a中的点所指示的那样相互耦合和布置，因此在第一电感器140和第二电感器142两者中沿相同方向和/或在第二电感器142和第三电感器144两者中沿相同方向行进的噪声电流将产生相等且同相的磁场，这些磁场相加在一起，并且电感器140、142、144将对这样的“共模”噪声电流呈现高阻抗。通过如本文所述的转换器120的配置，电流将始终在第二电感器142中流动，同时电流将取决于转换器120中的开关元件是处于断开状态还是闭合状态而交替地在第一电感器140和第三电感器144中流动。

因此，具有共享输入/输出端子152的转换器120的配置允许三线扼流圈130用作共模噪声电流的滤波器。该滤波器降低了由于例如转换器120内的开关而引起的EMI的影响，并改进了电路100的EMC。另外，使用单个扼流圈代替例如单独的双线扼流圈布置在转换器的输入端子和输出端子上，允许减少包括转换器和滤波器的电路的占用空间和成本。

图1b示意性地展示了根据本披露的电路101的另一实施例。在电路101中，第一电容器160连接在转换器120的第一输入端子150与第二输入/输出端子152之间；第二电容器162连接在转换器120的第二输入/输出端子152与输出端子154之间；第三电容器164连接在电路101的第一输入端子110与第二输入/输出端子112之间；并且第四电容器166连接在电路101的第二输入/输出端子112与输出端子114之间。在如图1b所示的电路101中，电容器160至166形成三线扼流圈131的一部分。还设想电容器160至166(如果包括的话)可以替代地位于扼流圈131的外部。在电路101的这种实施例中，三线扼流圈131可以与参考图1a所示的电路100描述的三线扼流圈130相同。各种电容器160至166可以例如帮助也防止差模噪声电流到达电路101/从电路101出现，和/或例如帮助减少转换器120的输出处的电压纹波。还设想的是除了三线扼流圈130之外，过滤器可以包括图中未示出的其他部件。

参考图1c，现在将更详细地描述在电路100、101的一些实施例中使用的DC-DC转换器120。

图1c示意性地展示了DC-DC转换器120。转换器120具有第一输入端子150、第二输入/输出端子152以及输出端子154。转换器120包括电感(即，存储电感)122，该电感连接在第二输入/输出端子152与第一节点124之间。转换器120包括二极管126，该二极管连接在第一节点124与输出端子154之间并且被定向为使得电流不会从输出端子154通过二极管126并流向第一节点124。转换器120还包括连接在第一节点124与第一输入端子150之间的开关元件128。此外，转换器120包括调制部分(未示出)，该调制部分连接到开关元件128、并且可以至少在断开状态(其中开关元件128将第一节点124与第一输入端子150断开连接)与闭合状态(其中开关元件128将第一节点124连接到第一输入端子150)之间交替地操作开关元件128。

当开关元件128在断开状态下操作时，跨第一输入端子150和第二输入/输出端子152提供的电压V₁将迫使电流I₁通过电感器122进入第二输入/输出端子152并经由第一输入端子150流出。假设在这个阶段，由于这种替代电流路径的较高阻抗，没有或非常少的电流流经二极管126。可以假设跨电感器122的极性使得电感器122最靠近第二输入/输出端子152的一侧的极性为正。当电流I₁流经电感器122时，电感器122可以通过产生磁场来储存一些能量。

在下一阶段，调制部分将开关元件128操作到断开状态，使得电流不再流经开关元件128。电流将改为流经二极管126并在输出端子154处流出。由于通过二极管的电流路径的阻抗增加，与通过闭合开关元件128的电流路径相比，流经二极管126的电流I₂将小于电流I₁。然而，由于电感器122将试图阻止流经它的电流的任何变化，因此先前产生的磁场将被破坏以保持电流流动。因此，跨电感器122的极性将改变，由于跨输入端子152和150的输入电压和跨电感器122的电压两者现在串联连接，导致第一节点124处的电压更高。因此，跨例如输出端子154和第二输入/输出端子152(其现在用作输出)的电压V₂输出将高于输入电压V₁。如果开关元件128在断开状态与闭合状态之间的切换被足够快地重复，则电感器122将不会在每个周期之间完全放电，并且跨输出端子154和第二输入/输出端子152连接的负载所经历的输出电压V₂将总是高于输入电压V₁。输入电压V₁与输出电压V₂之间的比率可以由例如开关的占空比控制。

在这个和其他实施例中，还设想了包括例如连接在输出端子154与第二输入/输出端子152之间的一个或多个电容器。当开关元件128处于断开状态时，这一个或多个电容器可以被电流I₂充电，并且当开关元件128处于闭合状态时，该一个或多个电容器然后也可以能够在下一阶段期间向负载提供能量。这可以向负载提供例如更平滑的电压输出。

可以设想，技术人员将知道如何适当地选择各种电感器和电容的尺寸，以及如何在使用转换器120时相应地调制开关元件128以获得输入电压与输出电压之间的期望比率。

参考图2，现在将更详细地描述根据本披露的限流装置的实施例。

图2示意性地展示了限流装置200的实施例。装置200包括第一输入端子210和第二输入端子212。第一输入端子210和第二输入端子212可以用作充电端子并且例如连接到充电器(未示出)。装置200包括第一输出端子220和第二输出端子222。第一输出端子220和第二输出端子222可以例如连接到将由充电器充电的电池单元装置(未示出)。装置200还包括电路100。电路100可以是如本文较早描述的电路，例如，如参考图1a描述的电路100或如参考图1b描述的电路101。

电路100的输出端子114连接到装置200的第一输入端子210。电路100的第一输入端子110连接到装置200的第二输入端子212。电路100的第二输入端子112连接到装置200的第二输出端子222。

如果装置200的输入端子210、212连接到充电器(未示出)，并且如果装置200的输出端子220、222连接到将由充电器充电的电池单元装置(未示出)，则装置200的操作可以通过以下示例来说明：

假设充电器提供跨输入端子210、212的充电电压V_充电。当电池单元装置被完全充电时，跨端子220、222的电压V₂也将是V_充电或至少接近V_充电。然而，只要电池单元装置没有完全充电，电压V₂就会小于V_充电，并且跨电路100的输入端子的电压V₁将是有限的并且等于V₁＝V_充电-V₂。只要跨电路100中的转换器的输入端子的电压保持在某个阈值以上，转换器就可以适于在其输入端子处(并且即，在电路100的输入端子110和112处)保持恒定的功率电平P_输入，并且流入电路100的电流I₁将是I₁＝P_输入/V₁。在转换效率为X％(其中X＝[0-100])的情况下，电路100的转换器的输出端处(并且即，输出端子114和例如第二输入/输出端子112处)的功率电平P_输出将是P_输出＝(X/100)*P_输入。从电路的输出端子114流出的电流I₂将是P_输出/V₂，并且从图2中可以看出，对电池的充电电流I_充电将等于I_充电＝I₁+I₂＝P_输入/V₁+P_输出/V₂＝P_输入*(1/(V_充电-V₂)+(X/100)/V₂)。

例如，如果V_充电＝60V、P_输入＝60W、X＝50并且V₂＝30V(即，电池单元装置未接近完全充电)，则电路100将调节到电池的充电电流，使得I_充电＝4A，对应的功率P_电池＝V₂*I_充电＝120W提供给电池。同时，充电器提供给装置200的输入功率P_充电由P_充电＝V_充电*I₁＝(V_充电/(V_充电-V₂))*P_输入＝150W给出。比较充电器提供的输入功率P_充电与提供给电池的功率P_电池，发现在上述示例中的总充电效率为80％。

相反，如果V₂＝45V(即，电池单元装置接近完全充电)，则会发现I_充电＝12.67A、P_电池＝570W并且P_充电＝600W，从而使总充电效率为95％。总之，装置200允许有效地调节到电池的充电电流，并且即使转换器本身的效率(在上述示例中为50％)低也提供高的总充电效率。提高转换器的效率将进一步提高总充电效率。

一旦电池单元装置接近完全充电，跨电路100的输入端子110、112的电压V₁降低，并且可能最终下降到阈值以下，在该阈值以下，转换器不再能够保持恒定的输入功率P_输入和/或其转换效率。然而，当电池单元装置接近完全充电时，可以假设电池单元装置内的电池单元对高充电电流不那么敏感，并且然后减少或消除对转换器的需要。通过例如检测跨电池的电压(即，电压V₂)，可以确定电池单元装置的充电水平，并且一旦确定电池接近完全充电或完全充电，就可以操作开关装置230以使其闭合(并且从而使电路100的输入短路)。同样，如果确定电池未接近完全充电，则可以操作开关装置230以使其断开，从而允许电路100如上所述调节到电池单元装置的充电电流。

参考图3，现在将更详细地描述根据本披露的电池模块的实施例。

图3示意性地展示了电池模块300，该电池模块包括如上文参考图2所述的限流装置200和电池单元装置310。电池单元装置310具有连接到装置200的第一输出端子220的第一端子320和连接到装置200的第二输出端子222的第二端子322。电池模块300可以使用装置200的第一输入端子210和第二输入端子220进一步连接到充电器340。充电器340可以跨装置的输入端子220、222提供电压V_充电。电池单元装置310包括一个或多个电池单元330，该一个或多个电池单元可以例如包括锂或锂离子。该一个或多个电池单元330可以例如是锂电池单元，但是也可以设想其他电池技术可以用于电池单元装置310的电池单元330。

参考图4，现在将更详细地描述根据本披露的电池模块的实施例。

图4示意性地展示了电池模块400。模块400包括第一输入/充电端子210和第二输入/充电端子212，并且输入/充电端子210、212可以例如连接到充电器以便跨端子210、212提供充电电压V_充电。

模块400包括电池单元装置310，其中，装置310的第一端子320连接到模块400的第一输入端子210，并且其中，电池单元装置310包括一个或多个电池单元330，如上文关于参考图3描述的模块300所讨论的。

模块400包括DC-DC转换器120，如本文较早描述的，该DC-DC转换器例如可以是增压转换器、升压转换器或类似转换器，比如参考图1c描述的转换器120。转换器120具有第一输入端子150、第二输入端子152以及输出端子154。如本文较早描述的，第二输入端子152也可以用作输出端子，从而使端子152成为组合输入/输出端子。转换器120被配置为将在输入端子150和152处提供的输入电压变换为输出端子154处的输出电压，其中该输出电压高于该输入电压。

具体地，三线扼流圈130形式的EMC/EMI滤波器被布置成使得其将转换器120连接到模块400的其余部分。如例如关于参考图1a和图1c描述的电路100、101的实施例所讨论的，三线扼流圈130包括第一电感器140、第二电感器142以及第三电感器144，这些电感器都缠绕在同一芯上(如每个电感器下方的虚线所示)并且相互耦合(如每个电感器处的点所示)，使得通过一个电感器的电流所感应的磁场影响通过一个或多个其他电感器的电流，反之亦然。如由每个电感器上方的点的位置进一步指示的，三线扼流圈130以共模抑制方式布置，使得在相同方向上流过例如第一电感器140和第二电感器142和/或例如第二电感器142和第三电感器144的同样大的电流将感应出相等且同相的磁场(这些磁场将相加)，并使三线扼流圈130对于这样的电流产生高阻抗。换句话说，三线扼流圈130将允许电流在例如第一电感器140和第二电感器142中和/或在第二电感器142和第三电感器144中沿相反方向流动，并且三线扼流圈130将阻断沿相同方向流动的对应电流，从而产生共模抑制滤波，这减少了否则由转换器120引起的EMI并且从而改进了模块400的EMC。

转换器120经由第三电感器144连接到电池单元装置310的第一端子320。开关装置230设置在电感器140和142的未连接到转换器的相应输入端子150和152的端部之间，并且电感器140和142的相应端部也分别连接到模块400的第二输入端子212和电池310的第二端子322(如图4所示)。

应当注意，如参考图4描述的电池模块400与例如参考图3描述的电池模块300相同，但是其中直接示出了各种部件/组成部分，而不是隐含地包括在比如“电路100/101”和/或“充电限制装置200”等对象中。

电池模块400还可以设置有进一步的开关装置430，该开关装置可以被操作为使得当电池单元装置310被充电时(例如，当充电器连接到模块400的输入端子210、212时)其断开(阻断)，并且例如使得当电池单元装置310没有被充电并且例如替代地连接到负载时其闭合(导通)，电池单元装置310将通过该负载放电。还设想模块400可以同时连接到充电器和负载两者(例如，使得充电器和负载并联连接)。进一步的开关装置430然后可以例如用于控制电池单元装置310是要充电还是放电。进一步的开关装置430可以是可选的。

本披露还提供了一种在使用DC-DC转换器调节电池模块中的充电电流时过滤噪声的方法。该方法包括如例如参考图1a、图1b、图2、图3以及图4所述的用于在转换器处提供三线线圈的连接所采取的步骤，并且还包括在电池模块的输入/充电端子处提供充电电压。

尽管未在任何图中展示，但是可以设想，在本文披露的各种电路、限流装置、电池模块以及方法的实施例中，可以根据需要提供附加电路以用于控制各种开关元件、开关装置以及调制部分。

在参考图1a、图1b、图1c、图2、图3以及图4中所示的实施例的同时，关于DC-DC转换器120、其在例如电池模块300、400中的可能连接以及其功能的进一步细节和替代方案可以是同一申请人的国际专利申请PCT/EP 2016/063144中描述的类型。这同样适用于充电限制装置200和电池模块300、400的充电功能，其中进一步的细节和替代方案也可以在上述国际专利申请中找到。因此，将国际专利申请PCT/EP 2016/063144的内容整体并入本文。

然而，本披露通过引入三线扼流圈改进了先前的教导。具体地，将三线扼流圈直接放置在转换器的端子处会使得在电池模块的正常操作期间，电流在每个电感器中总是仅沿一个方向流动。这会在正常操作期间在扼流圈的电感器中引入平衡电流，并提供共模抑制滤波以减少由例如转换器内的开关引起的有害EMI。这增强了电池模块的EMC。另外，三线扼流圈直接放置在转换器端子处，而不是例如电池模块的输入端子处，避免了必须通过扼流圈的全部或一些部分将完全充电电流(例如，充电器提供的电流)输送/传递到电池。这降低了扼流圈的额定要求，防止了扼流圈芯饱和，并允许扼流圈的成本和面积效率更高。

本领域技术人员认识到，本披露决不限于上述实施例。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。

虽然以上以特定组合描述了特征和要素，但是每个特征或要素都可在没有其他特征和要素的情况下单独使用，或者以具有或不具有其他特征和要素的各种组合来使用。

另外，所披露实施例的变化是技术人员在实践所要求保护的发明时通过学习附图、披露内容、以及所附权利要求可以理解并实现的。在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除复数。在相互不同的从属权利要求中引用某些特征的纯粹事实并不表明这些特征的组合不能被有利地使用。