JP6924788B2 - エネルギー貯蔵装置を充電するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文によるエネルギー貯蔵装置を充電するための方法に関する。

充電可能なエネルギー貯蔵装置は、例えば、自動車において電気駆動部のためのエネルギー源として使用される。これらのエネルギー貯蔵装置は、電気化学貯蔵装置であり得、例えば充電可能なバッテリまたは蓄電池とも呼ばれ得る。これらのエネルギー貯蔵装置を完全に充電できるようにするため、いくつかの例では、７００Ｖを超える比較的高い電圧（例えば、８００Ｖ）が必要である。

しかし、そのようなエネルギー貯蔵装置を充電するためのいくつかのデバイスは、完全な充電に必要な前記電圧未満の最大電圧（例えば、７００Ｖ未満）のみを提供することができる。結果的に、さらなる手段なしで完全な充電が可能ではない。

（特許文献１）、（特許文献２）および（特許文献３）は、充電電流を異なる条件に適応させる制御ユニットを含むデバイスを開示している。（特許文献４）は、エネルギー貯蔵装置の極に存在する電圧をモニタする方法を開示している。充電プロセスは、事前に定義された制限値を超えた場合に中断される。

独国特許出願公開第１０ ２００９ ０１７ ０８７ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１２ １６１ ６９８ Ａ号明細書 米国特許出願公開第２０１６ ２１４ ４９３ Ａ号明細書 欧州特許出願公開第０ １７４ ４４５ Ａ２号明細書

この背景に対して、本発明は、エネルギー貯蔵装置が動作している状態においても、完全な充電に必要な電圧を提供できないデバイスによってエネルギー貯蔵装置を充電することができる方法を提供するという目的に基づく。その上、そのような方法の実行に適したデバイスおよびそのようなデバイスを含む自動車を提供することが意図される。

この目的は、請求項１に記載の方法、請求項９に記載のデバイスおよび請求項１０に記載の自動車によって達成される。本発明の実施形態は、従属請求項において指定される。

方法によれば、最初に、エネルギー貯蔵装置の充電プロセスが開始され、エネルギー貯蔵装置は、第１の構成にある。その後、充電プロセスが中断される。中断中、エネルギー貯蔵装置の構成は、第１の構成から第２の構成に変更される。次いで、充電プロセスが再開され、エネルギー貯蔵装置は、第２の構成にある。

第１の構成では、エネルギー貯蔵装置は、第２の構成より高い電圧で充電されるように設計される。これは、具体的には、第１の構成におけるエネルギー貯蔵装置の完全な充電に必要な電圧が、第２の構成におけるエネルギー貯蔵装置の完全な充電に必要な電圧より高いことを意味し得る。第１の構成は、好ましくは、エネルギー貯蔵装置がエネルギー源として使用される構成であり、エネルギー貯蔵装置が動作している状態とも呼ばれ得る。

第２の構成におけるエネルギー貯蔵装置は、第１の構成におけるエネルギー貯蔵装置を完全に充電することができないデバイスによって完全に充電され得るため、この方法は有利である。

さらなる利点は、比較的急速に充電プロセスを実行できることである。充電プロセスに使用されるデバイスは、通常、限られた最大電流のみを提供することができる。この最大電流は、充電プロセス中に使用される電圧と無関係である。第１の構成では、充電プロセスは、比較的高い電力が達成されるように、中断までできる限り高い電圧で実行され得る。

本発明の一実施形態によれば、充電プロセスを中断するステップは、エネルギー貯蔵装置の２つの電極間に存在する電圧が第１の電圧閾値に達するかまたは第１の電圧閾値を超える場合に実行され得る。第１の電圧閾値は、例えば、デバイスによる充電に対して最大限に到達可能な電圧に応じて選択され得る。このように、充電プロセスは、エネルギー貯蔵装置の第１の構成においてできる限り長い間実行され得、結果的に高い電力が生じ、それにより充電プロセスに時間がほとんどかからない。

本発明の一実施形態によれば、エネルギー貯蔵装置は、エネルギー源から電気エネルギーを充電され得る。エネルギー源は、例えば、電流生成デバイス（例えば、パワープラントまたは生成器）であり得る。充電プロセスを中断する前に、電気消費機器は、オンに切り替えられる。例として、自動車のエネルギー貯蔵装置が関与する場合、前記電気消費機器は、自動車の加熱デバイスであり得る。電気消費機器は、充電プロセスの中断中、エネルギー源によって電気エネルギーを供給される。

この実施形態は、既に知られているデバイスと併せて方法を使用するために特に有利である。前記デバイスは、充電プロセスの中断を許可しない場合が多い。しかし、充電プロセスの中断中にエネルギー源によって電気エネルギーが電気消費機器に供給される場合、充電プロセスが中断されなかったかのような状態がデバイスに現れる。デバイスは、充電プロセスが依然として進行しているかのように電力を放出し続ける。さらなる利点は、充電プロセスを中断するためにユーザの相互作用が必要でないことである。

充電プロセスを中断することなくエネルギー貯蔵装置の構成を第１の構成から第２の構成に変更することは、充電に使用されるデバイスによる負荷制限として検出される場合が多い。これにより、通常、充電プロセスが終了される。

本発明の一実施形態によれば、充電プロセスは、電流を用いて実行される。電流の電流強度は、第１の電圧閾値と充電プロセスに使用される電圧との間の差が第１の電圧閾値と第２の電圧閾値との間の差より少ない場合に低減される。この場合、低減は、連続的または段階的に実行され得る。

例として、電流強度は、中断中にオンに切り替えられた消費機器によって引き出される値まで減少され得る。この場合、充電に使用されるデバイスは、充電プロセスの中断中に何も変更しない。提供される電力は、エネルギー貯蔵装置の代わりに電気消費機器によって引き出される。低減は、好ましくは、１〜１０アンペアの値に至るまで実施される。

本発明の一実施形態によれば、電流強度は、充電プロセスを再開した後に増加され得る。この増加は、段階的または連続的に実行され得る。より高い電流強度は、より速い充電に貢献する。

本発明の一実施形態によれば、電流強度は、電気消費機器に適応される値まで減少され得る。例えば、電気消費機器が特定の電力を消費するように設計されている場合、電流強度は、消費機器に存在する電圧を乗じると前記電力をもたらす値まで減少され得る。

本発明の一実施形態によれば、第２の構成におけるエネルギー貯蔵装置は、互いに並列に電気的に接続された２つのエネルギー貯蔵モジュールを有し得る。これは、具体的には、両方のエネルギー貯蔵モジュールが互いに並列にかつ同時に充電されることを意味することが理解される。並列接続のため、第２の構成における各エネルギー貯蔵モジュールに必要な最大電圧は、第１の構成と比べて半減される。換言すれば、例えば、第１の構成において８００Ｖの最大電圧が必要とされる場合、第２の構成における最大電圧は、わずか４００Ｖである。

第１の構成では、エネルギー貯蔵モジュールは、例えば、直列に接続され得る。

本発明の一実施形態によれば、電気消費機器は、充電プロセスを再開した後にオフに切り替えられる。これにより、消費機器が中断中に電流を消費することがもはや必要とされないため、エネルギーが節約される。

請求項９に記載のデバイスは、制御ユニットを含む。デバイスは、本発明の実施形態による方法を実行するように設計される。好ましくは、制御ユニットは、方法を実行するように設計される。制御ユニットは、デバイスによって充電プロセス中に最大限に到達可能な電圧を検出し、かつ最大限に到達可能な電圧がエネルギー貯蔵装置の最大電圧未満である場合に方法を実行するように設計される。この場合、エネルギー貯蔵装置の最大電圧は、エネルギー貯蔵装置の完全な充電に必要な電圧である。エネルギー貯蔵装置の最大電圧は、制御ユニットによって測定されているか、または制御ユニットによって読み出すことができるように格納手段に格納され得る。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下の好ましい例示的な実施形態の説明に基づいて明らかになる。

本発明の一実施形態による方法の概略フロー図を示す。 本発明の一実施形態によるデバイスの概略ブロック図を示す。

方法の第１のステップＳ１は、第１の構成においてエネルギー貯蔵装置の充電プロセスを開始することを伴う。ステップＳ２は、エネルギー貯蔵装置の電極における電圧が、充電プロセスに使用されるデバイスによって最大限に到達可能な電圧値に近づいていることを検出することを伴う。デバイスによって放出される電流強度は、その後、直ちに低減される。

ステップＳ３は、デバイスによって放出された電流を引き出す電気消費機器をオンに切り替えることを伴う。次いで、ステップＳ４は、例えば、デバイスからエネルギー貯蔵装置をガルバニック絶縁することにより、充電プロセスを中断することを伴う。これは、例えば、１つまたは複数の接触器によって実行され得る。この状態では、デバイスは、電気消費機器のみへの供給を行う。

結果的に、デバイスに対し、エネルギー貯蔵装置の充電と比べて差異が存在しない。結果的に、方法は、実際には充電プロセスの中断を認めないデバイスにも使用することができる。ユーザの相互作用も同様に必要でない。

ステップＳ５は、エネルギー貯蔵装置の構成を第１の構成から第２の構成に変更することを伴う。第２の構成では、２つのエネルギー貯蔵モジュールは、互いに並列に接続され、前記モジュールは、第１の構成において直列に接続される。これは、エネルギー貯蔵装置の完全な充電に必要な電圧が半減されるという結果を招く。従って、これは、第１の構成において完全な充電に必要な電圧を達成できなかったデバイスによっても達成され得る。

次いで、ステップＳ６は、充電プロセスを再開することを伴う。その後、電気消費機器がもはや必要ではないため、ステップＳ７は、電気消費機器をオフに切り替えることを伴う。次いで、ステップＳ８では、急速な充電を達成するために電流強度が再び増加され得る。

ステップＳ１の第１の構成におけるエネルギー貯蔵装置の充電の結果として、第２の構成において充電が排他的に実行された場合より急速な充電が達成される。

図２のデバイス１００は、制御ユニット１０１を含む。デバイス１００は、図１を参照して説明される方法を実行するように設計される。制御ユニット１０１は、デバイス１００によって充電プロセス中に最大限に到達可能な電圧を検出し、かつ最大限に到達可能な電圧が第１の構成におけるエネルギー貯蔵装置の完全な充電に必要な電圧未満である場合に方法を実行するように設計される。

Ｓ１ 第１の構成においてエネルギー貯蔵装置の充電プロセスを開始するステップ
Ｓ４ 充電プロセスを中断するステップ
Ｓ５ エネルギー貯蔵装置の構成を第１の構成から第２の構成に変更するステップ
Ｓ６ 第２の構成において充電プロセスを再開するステップ

Claims (7)

1. エネルギー貯蔵装置を充電するための方法であって、以下のステップ：
   − 第１の構成において前記エネルギー貯蔵装置の充電プロセスを開始するステップ（Ｓ１）と、
   − 前記充電プロセスを中断するステップ（Ｓ４）と、
   − 前記エネルギー貯蔵装置の構成を前記第１の構成から第２の構成に変更するステップ（Ｓ５）と、
   − 前記第２の構成において前記充電プロセスを再開するステップ（Ｓ６）と
   を含む方法において、前記第１の構成における前記エネルギー貯蔵装置は、前記第２の構成より高い電圧で充電されるように設計され、前記第１の構成における前記エネルギー貯蔵装置は、互いに直列に電気的に接続された２つのエネルギー貯蔵モジュールを有し、前記第２の構成における前記エネルギー貯蔵装置は、互いに並列に電気的に接続された前記２つのエネルギー貯蔵モジュールを有し、前記エネルギー貯蔵装置は、所定の電流を生成して前記エネルギー貯蔵装置に供給することが可能なデバイス（１００）から電気エネルギーを充電され、前記充電プロセスを中断する前に、前記電気エネルギーの供給を受けて所定の動作を行う電気消費機器は、オンに切り替えられ（Ｓ３）、前記電気消費機器は、前記充電プロセスの前記中断中、前記デバイス（１００）によって電気エネルギーを供給され、前記電気消費機器は、前記充電プロセスを再開した後にオフに切り替えられる（Ｓ７）ことを特徴とする方法。
2. 前記充電プロセスを中断するステップは、前記エネルギー貯蔵装置の２つの電極間に存在する電圧が第１の電圧閾値に達するかまたは第１の電圧閾値を超える場合に実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記充電プロセスにおいて用いられる電流（Ｓ２）は、前記第１の電圧閾値と前記電圧との間の差が予め定められた電圧差より少ない場合、前記エネルギー貯蔵装置によって低減されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記電流は、前記充電プロセスを再開した後に増加される（Ｓ８）ことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記電流は、前記充電プロセスの中断中において前記電気消費機器によって引き出される値まで減少されることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. 所定の電流を生成して前記エネルギー貯蔵装置に供給することによってエネルギー貯蔵装置を充電することができるデバイス（１００）であって、制御ユニット（１０１）を含み、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計され、前記制御ユニット（１０１）は、前記デバイス（１００）によって前記充電プロセス中に到達可能な前記エネルギー貯蔵装置の２つの電極間に存在する電圧の測定値における最大値を検出し、かつ、前記最大値が前記エネルギー貯蔵装置の完全な充電に必要な電圧未満である場合に前記方法を実行するように設計される、デバイス（１００）。
7. 請求項６に記載の前記デバイス（１００）を内部に搭載する自動車。

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