DE102017213852A1

DE102017213852A1 - Schnellladevorrichtung

Info

Publication number: DE102017213852A1
Application number: DE102017213852.1A
Authority: DE
Inventors: Takahiro SYOUDA
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US10756548B2; CN107785948A; JP2018033264A; US20180062402A1; JP6883396B2

Abstract

Eine Schnellladevorrichtung verbindet in einem Ladevorgang eine Vielzahl von Batteriemodulen in Serie und verbindet die in Reihe geschalteten Batteriemodule mit einem Ladegerät und wählt in einem Entladevorgang eines der Batteriemodule aus und verbindet das ausgewählte Batteriemodul mit einer Lasteinheit. Wenn die Ladungsmenge in dem mit der Lasteinheit verbundenen Batteriemodul während des Entladevorgangs um einen vorbestimmten Betrag abfällt, verbindet die Schnellladevorrichtung ein weiteres Batteriemodul mit der größten Ladungsmenge mit der Lasteinheit.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und bezieht sich auf den gesamten Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-164950 , die am 25. August 2016 in Japan eingereicht wurde.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schnellladevorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei herkömmlicher Verwendung ist eine Schnellladevorrichtung zum schnellen Laden einer an Bord eines Fahrzeugs verwendeten Speicherbatterie möglich, wie für ein Elektrofahrzeug (EV). Einige Schnellladevorrichtungen laden Speicherbatterien mit einer relativ hohen Spannung auf, um beispielsweise die Ladegeschwindigkeit zu erhöhen. In einem solchen Fall verwendet die Schnellladevorrichtung eine Speicherbatterie mit einer Vielzahl von Batteriemodulen. Wenn die Speicherbatterie aufgeladen wird, verbindet die Schnellladevorrichtung die Batteriemodule in Serie. Wenn die Speicherbatterie entladen werden soll, verbindet die Schnellladevorrichtung die Batteriemodule mit einer Lasteinheit mit einer niedrigeren Spannung als die, bei der die Speicherbatterie geladen wird (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldung Nr. 2014-193033 ).
Es besteht die Forderung nach einer derartigen Schnellladevorrichtung, die eine Fähigkeit zum Schnellladen einer Vielzahl von Batteriemodulen in geeigneter Weise aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird unter Berücksichtigung der obigen gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erindung besteht darin, eine Schnellladevorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Vielzahl von Batteriemodule in geeigneter Weise schnell aufzuladen.
Eine Schnellladevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Batteriemodulen, die darin Energie speichern; eine Schalteinheit, die in einem Ladevorgang die Batteriemodule in Serie verbindet und ein Ladegerät zum Versorgen der in Reihe geschalteten Batteriemodule verbindet und die, bei einem Entladevorgang, eines der Batteriemodule auswählt und das ausgewählte Batteriemodul mit einer Lasteinheit verbindet; und eine Steuerung, die einen Ausgleichsvorgang ausführt, einschließlich Steuern der Schalteinheit, um Ladungsmengen der jeweiligen Batteriemodule in einem Entladevorgang auszugleichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist es in der Schnellladevorrichtung vorteilhaft, dass wenn eine Ladungsmenge in dem mit der Lasteinheit verbundenen Batteriemodul während eines Entladevorgangs um einen vorbestimmten Betrag abfällt, die Steuerung den Ausgleichsvorgang durch Verbinden des Batteriemoduls mit einer größten Ladungsmenge mit der Lasteinheit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Schnellladevorrichtung vorteilhaft, dass die Batteriemodule ein erstes Batteriemodul und ein zweites Batteriemodul umfassen, wobei die Schalteinheit umfasst: einen ersten Schalter, der einen ersten Kontakt aufweist, der mit einer negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen zweiten Kontakt, der mit einer positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, wobei der erste Schalter den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt verbindet, einen zweiten Schalter, der einen dritten Kontakt aufweist, der mit einer positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen vierten Kontakt, der mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, und einen fünften Kontakt, der mit einer negativen Elektrode der Lasteinheit verbunden ist, wobei der zweite Schalter schaltet, um den fünften Kontakt mit dem dritten Kontakt oder mit dem vierten Kontakt zu verbinden, und einen dritten Schalter, der einen sechsten Kontakt aufweist, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen siebten Kontakt, der mit einer negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist und einen achten Kontakt, der mit einer positiven Elektrode der Lasteinheit verbunden ist, wobei der dritte Schalter schaltet, um den achten Kontakt mit dem sechsten Kontakt oder mit dem siebten Kontakt zu verbinden, und die Schalteinheit bildet, in einem Ladevorgang, eine Batteriemodul-Reihenschaltung, bei der das erste Batteriemodul und das zweite Batteriemodul in Reihe geschaltet sind, durch Verbinden des ersten Kontakts des ersten Schalters mit dem zweiten Kontakt des ersten Schalters, um dem Ladegerät zu ermöglichen, sich mit der Batteriemodul-Reihenschaltung zu verbinden, ermöglicht, in einem Entladevorgang, die Lasteinheit mit dem ersten Batteriemodul zu verbinden, durch Verbinden des fünften Kontakts des zweiten Schalters mit dem dritten Kontakt des zweiten Schalters, und Verbinden des achten Kontakts des dritten Schalters mit dem sechsten Kontakt des dritten Schalters, oder ermöglicht, in einem Entladevorgang, die Lasteinheit mit dem zweiten Batteriemodul zu verbinden, durch Verbinden des fünften Kontakts des zweiten Schalters mit dem vierten Kontakt des zweiten Schalters, und Verbinden des achten Kontakts des dritten Schalters mit dem siebten Kontakt des dritten Schalters.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung von gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltbild, das eine beispielhafte Konfiguration einer Reihenschaltung in einer Schnellladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein Schaltbild, das eine beispielhafte Konfiguration einer Einzelverbindung in der Schnellladevorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Ladevorgang der Schnellladevorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt; und
4 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Entladevorgang in der Schnellladevorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Einige Ausführungsformen zur Implementierung der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf einige Zeichnungen erläutert. Die Beschreibungen in den folgenden Ausführungsformen sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise einschränken. Einige der unten beschriebenen Elemente umfassen diejenigen, die von Fachleuten leicht erdacht werden können, und jene, die im Wesentlichen dieselben sind. Weiterhin können die nachfolgend beschriebenen Konfigurationen gegebenenfalls kombiniert werden. Darüber hinaus sind verschiedene Arten von Auslassungen. Austausch oder Modifikationen innerhalb des Umfangs noch möglich, der nicht vom Geiste der vorliegenden Erfindung abweicht.
Ausführungsform
Eine Schnellladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert. Die Schneilladevorrichtung 1 dient zum schnellen Laden einer Speicherbatterie 10. In dieser Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die Schnellladevorrichtung 1 eine Speicherbatterie 10 lädt, die an Bord eines Fahrzeugs 2 vorgesehen ist, wie beispielsweise an Bord eines Elektrofahrzeugs (EV), eines Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV) oder eines Hybrid-Elektrofahrzeuges (HEV). Die Schnellladevorrichtung 1 wird nun im Detail erläutert.
Die Schnellladevorrichtung 1 lädt beispielsweise die Leistung der Speicherbatterie 10 an Bord des Fahrzeugs 2 auf. Die Schnellladevorrichtung 1 umfasst die Speicherbatterie 10, eine Schalteinheit 20 und eine Steuerung 30. Die Schnellladevorrichtung 1 ist beispielsweise über einen Kabelbaum 4 mit einem externen Ladegerät (Schnellladegerät) 3 verbunden und lädt die Speicherbatterie 10 durch Empfangen einer Stromversorgung aus dem Ladegerät 3 auf. Das Ladegerät 3 ist beispielsweise in einer Schnellladestation oder dergleichen installiert, die nicht dargestellt ist. Die Schnellladevorrichtung 1 liefert die in der Speicherbatterie 10 aufgeladene Leistung an einen Invertierer 5a an Bord des Fahrzeugs 2 und einen Motorgenerator 5b, die Lasteinheiten 5 sind. Beispielsweise hat die Schnellladevorrichtung 1 die Speicherbatterie 10, die über den Invertierer 5a mit dem Motorgenerator 5b verbunden ist, und der Invertierer 5a wandelt den Gleichstrom von der Speicherbatterie 10 in einen Wechselstrom um und der Wechselstrom wird dem Motorgenerator 5b zugeführt.
Die Speicherbatterie 10 ist eine Batterie, in der die Energie gespeichert ist. Die Speicherbatterie 10 liefert die gespeicherte Energie an die Lasteinheit 5. Die Speicherbatterie 10 ist beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie und enthält eine Vielzahl von Batteriemodulen 11. In diesem Beispiel umfasst die Speicherbatterie 10 zwei Batteriemodule 11. Jedes der Batteriemodule 11 wird als ein erstes Batteriemodul 11A oder ein zweites Batteriemodul 11B bezeichnet. Um die Speicherbatterie 10 schnell zu laden, werden die beiden Batteriemodule 11 in unterschiedlichen Konfigurationen angeschlossen, je nachdem, ob die Speicherbatterie 10 aufgeladen oder entladen werden soll. Um beispielsweise die Speicherbatterie 10 aufzuladen, sind das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B in Reihe geschaltet, und um die Speicherbatterie 10 zu entladen sind das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B einzeln mit der Lasteinheit 5 verbunden. Auf diese Weise kann die Speicherbatterie 10 mit etwa einer doppelten Spannung aufgeladen werden, wie die Speicherbatterie 10 entladen wird, und daher kann die Speicherbatterie 10 schnell aufgeladen werden.
Während des Ladevorgangs ist die positive Elektrode der Speicherbatterie 10 mit der negativen Elektrode des Ladegeräts 3 verbunden und die negative Elektrode ist mit der positiven Elektrode des Ladegeräts 3 verbunden. Während des Entladens ist die positive Elektrode der Speicherbatterie 10 mit der negativen Elektrode der Lasteinheit 5 verbunden und die negative Elektrode ist mit der positiven Elektrode der Lasteinheit 5 verbunden. Jedes der an die Speicherbatterie 10 bereitgestellten Batteriemodule 11 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 11a, 11b. In diesem Beispiel hat jede der Batteriezellen 11a, 11b die gleiche Spannung. Jedes der Batteriemodule 11 umfasst die gleiche Anzahl von Batteriezellen 11a, 11b. In jedem der Batteriemodule 11 sind beispielsweise mehrere zehn bis mehrere hunderte von Batteriezellen 11a, 11b in Reihe geschaltet. Die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A, bei dem alle Batteriezellen 11a vollständig geladen sind, entspricht der Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B, bei dem alle Batteriezellen 11b vollständig geladen sind.
Die Schalteinheit 20 dient zum Schalten eines Strompfades, durch den der Strom fließt. Die Schalteinheit 20 schaltet den Strompfad auf Grundlage eines von der Steuerung 30 ausgegebenen Schaltsignals, das später beschrieben wird. Die Schalteinheit 20 verbindet das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B in Reihe und bildet einen Pfad des Stroms, der von dem Ladegerät 3 in das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B fließt. Die Schalteinheit 20 verbindet auch das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B einzeln mit der Lasteinheit 5 und bildet einen Strompfad, der von einem der ersten Batteriemodule 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B in die Lasteinheit 5 fließt. Zunächst wird nun die Reihenschaltung der Batteriemodule 11 erläutert. Die Schalteinheit 20 umfasst einen ersten Schalter 21. Der erste Schalter 21 umfasst einen ersten Kontakt 21a, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, und einen zweiten Kontakt 21b, der mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist. Die Schalteinheit 20 verbindet den ersten Kontakt 21a auf der Seite der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A mit dem zweiten Kontakt 21b auf der Seite der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B auf Grundlage des Schaltsignals. Auf diese Weise bildet die Schalteinheit 20 eine Batteriemodul-Reihenschaltung P, in der die Batteriemodule 11 in Reihe geschaltet sind, um das Ladegerät 3 mit der Batteriemodul-Reihenschaltung P zu verbinden. In einem solchen Fall kann die Schnellladevorrichtung 1 die Speicherbatterie 10 bei einer Spannung laden, die etwa zweimal höher ist als beispielsweise bei der Entladung der Speicherbatterie 10.
Es wird nun ein Beispiel beschrieben, bei dem das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B einzeln mit der Lasteinheit 5 verbunden sind. Die Schalteinheit 20 umfasst einen zweiten Schalter 22 und einen dritten Schalter 23. Der zweite Schalter 22 hat einen dritten Kontakt 22a, der mit der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, einen vierten Kontakt 22b, der mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist, und einen fünften Kontakt 22c, der mit der negativen Elektrode der Lasteinheit 5 verbunden. Der dritte Schalter 23 hat einen sechsten Kontakt 23a, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, einem siebten Kontakt 23b, der mit der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist, und einen achten Kontakt 23c, der mit der positiven Elektrode der Lasteinheit 5 verbunden ist.
Die Steuerung 30 ist mit der Schalteinheit 20 verbunden und steuert die Schalteinheit 20. Die Steuerung 30 umfasst eine elektronische Schaltung, die hauptsächlich einen bekannten Mikrocomputer aufweist, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) umfasst, der eine Speichereinheit bereitstellt, und eine Schnittstelle aufweist. Die Steuerung 30 veranlasst die Schalteinheit 20, auf die Batteriemodul-Reihenschaltung P zum Laden zu schalten, und veranlasst, dass die Schalteinheit 20 auf eine Batteriemodul-Einzelschaltung Q zum Entladen schaltet, durch Ausgeben eines Schaltsignals an die Schalteinheit 20.
Während des Entladens wählt die Schalteinheit 20 eines der Batteriemodule 11 aus und verbindet das ausgewählte Batteriemodul 11 ??mit der Lasteinheit 5. Beispielsweise verbindet die Schalteinheit 20 den fünften Kontakt 22c auf der Seite der negativen Elektrode der Lasteinheit 5 mit dem dritten Kontakt 22a auf der Seite der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A und verbindet den achten Kontakt 23c auf der Seite der positiven Elektrode der Lasteinheit 5 mit dem sechsten Kontakt 23a auf der Seite der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A, basierend auf dem Schaltsignal, wie in 2 gezeigt. Auf diese Weise bildet die Schalteinheit 20 die Batteriemodul-Einzelschaltung Q, in der das erste Batteriemodul 11A mit der Lasteinheit 5 verbunden ist. Daher kann die Schnellladevorrichtung 1 das erste Batteriemodul 11A der Speicherbatterie 10 bei einer Spannung entladen, die niedriger ist als beispielsweise etwa eine Hälfte von der Spannung, die in dem Ladevorgang verwendet wird.
Die Schalteinheit 20 verbindet auch den fünften Kontakt 22c auf der Seite der negativen Elektrode der Lasteinheit 5 mit dem vierten Kontakt 22b auf der Seite der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B und verbindet den achten Kontakt 23c auf der Seite der positiven Elektrode der Lasteinheit 5 mit dem siebten Kontakt 23b auf der Seite der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B, basierend auf dem Schaltsignal. Auf diese Weise bildet die Schalteinheit 20 die Batteriemodul-Einzelschaltung Q, in der das zweite Batteriemodul 11B mit der Lasteinheit 5 verbunden ist. Daher kann die Schnellladevorrichtung 1 das zweite Batteriemodul 11B der Speicherbatterie 10 bei einer Spannung entladen, die niedriger ist als beispielsweise etwa eine Hälfte von der Spannung, die in dem Ladevorgang verwendet wird.
Ein beispielhafter Ladevorgang der Schnellladevorrichtung 1 wird nun unter Bezugnahme auf 3 erläutert. Die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt, ob der Ladevorgang begonnen hat (Schritt S1). Beispielsweise bestimmt die Schnellladevorrichtung 1, dass der Ladevorgang begonnen hat, wenn das Ladegerät 3 angeschlossen worden ist, und ein Signal zum Starten der schnellen Aufladung von dem Ladegerät 3 ausgegeben wurde. Wenn die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt, dass der Ladevorgang gestartet ist (Ja bei Schritt S1), schaltet die Schnellladevorrichtung 1 die Schalteinheit 20 um, um die Batteriemodul-Reihenschaltung P zu bilden (Schritt S2). Die Schnellladevorrichtung 1 veranlasst dann, dass das Ladegerät 3 einen Strom an die Batteriemodul-Reihenschaltung P anlegt und jedes der in Reihe geschalteten Batteriemodule 11 aufzuladen (Schritt S3). Zu diesem Zeitpunkt überwacht die Schnellladevorrichtung 1 die Spannung jeder der Batteriezellen 11a, 11b unter Verwendung eines Zellenspannungssensors (CVS) und gleicht die Spannungen der jeweiligen Batteriezellen 11a, 11b aus, indem sie veranlasst, dass eine Batteriezelle 11a, 11b eine höhere Spannung als die der anderen Batteriezellen 11a, 11b erreicht, um über einem Widerstand zu entladen oder um die Leistung auf die anderen Batteriezellen 11a, 11b zu übertragen. Das Ladegerät 3 passt seine Ausgangsspannung so an, dass die Speicherbatterie 10 mit einer vorbestimmten C-Rate (ein Strom in Bezug auf die Batteriekapazität) basierend auf der Spannung der Batteriemodul-Reihenschaltung P aufgeladen wird.
Die Schnellladevorrichtung 1 erkennt die Spannung der Batteriemodule 11 unter Verwendung einer nicht dargestellten Spannungserfassungseinheit und bestimmt, ob die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 im Wesentlichen gleich sind (Schritt S4). Wenn die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 im Wesentlichen gleich sind (Ja bei Schritt S4), bestimmt die Schnellladevorrichtung 1, ob die Aufladung abgeschlossen ist (Schritt S5). Beispielsweise bestimmt die Schnellladevorrichtung 1, ob wenigstens eines der Batteriemodule 11 eine Ladungsendspannung erreicht hat. Wenn wenigstens eines der Batteriemodule 11 die Ladungsendspannung erreicht hat und die Aufladung abgeschlossen ist (Ja bei Schritt S5), bildet die Schnellladevorrichtung 1 die Batteriemodul-Einzelschaltung Q und beendet den Prozess (Schritt S6). Die Ladungsendspannung hierin ist eine Spannung, die anzeigt, dass die Aufladung abgeschlossen ist, und ist eine vorbestimmte Spannung zum Verhindern einer Überladung.
Bei dem oben beschriebenen Schrtt S1, wenn die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt, dass die Aufladung noch nicht begonnen wurde (Nein bei Schritt S1), macht die Schnellladevorrichtung 1 erneut eine Bestimmung. Bei dem oben beschriebenen Schritt S4, wenn die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 nicht im Wesentlichen gleich sind (Nein bei Schritt S4), schiebt die Schnellladevorrichtung 1 den Vorgang zurück zu Schritt 83 und lädt die Batteriemodule 11 auf, während sie die Spannungen von jeweiligen Batteriezellen 11a, 11b ausgleicht. Bei dem oben beschriebenen Schritt S5, wenn keines der Batteriemodule 11 die Ladungsendspannung erreicht hat und die Aufladung noch nicht abgeschlossen ist (Nein bei Schritt S5), schiebt die Schnellladevorrichtung 1 den Prozess zurück zu Schritt S3 und lädt Die Batteriemodule 11, während die Spannungen der jeweiligen Batteriezellen 11a, 11b ausgeglichen werden.
Ein beispielhafter Entladevorgang der Schnellladevorrichtung 1 wird nun unter Bezugnahme auf 4 erläutert. Die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt, ob die Ladung gestoppt wurde (Schritt S1a). Wenn die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt, dass die Aufladung gestoppt worden ist (Ja bei Schritt S1a), bestimmt die Schnellladevorrichtung 1, ob die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A höher als die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B ist (Schritt S2a). Wenn die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A höher als die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B ist (Ja bei Schritt S2a), verbindet die Schnellladevorrichtung 1 das erste Batteriemodul 11A mit der Lasteinheit 5 (Schritt S3a). Beispielsweise verbindet die Schnellladevorrichtung 1 den fünften Kontakt 22c auf der Seite der negativen Elektrode der Lasteinheit 5 mit dem dritten Kontakt 22a auf der Seite der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A und verbindet den achten Kontakt 23c an der Seite der positiven Elektrode Lasteinheit 5 mit dem sechsten Kontakt 23a auf der Seite der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A. Auf diese Weise verbindet die Schnellladevorrichtung 1 das erste Batteriemodul 11A mit einer größeren Ladungsmenge als die des zweiten Batteriemoduls 11B mit der Lasteinheit 5. Die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt dann, ob der Ladezustand (state of charge, SOC) des ersten Batteriemoduls 11A um einen vorbestimmten Betrag (beispielsweise 5 bis 10 Prozent oder so) abgesunken ist oder ob die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A eine Entladungsendspannung erreicht hat (Schritt S4a). Die vorbestimmte Menge ist ein vorbestimmter Wert, der beispielsweise eine tolerierbare SOC-Differenz zwischen den Batteriemodulen 11 anzeigt. Die Entladungsendspannung ist eine Spannung, die anzeigt, dass die Entladung zu beenden ist, und ist eine vorbestimmte Spannung zum Verhindern einer Überladung. Wenn der SOC des ersten Batteriemoduls 11A um den vorbestimmten Betrag abgesunken ist oder wenn die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A die Entladungsendspannung erreicht hat (Ja bei Schritt S4a), bestimmt die Schnellladevorrichtung 1, ob sich beide Batteriemodule 11 bei der Entladungsendspannung befinden (Schritt S5a). Wenn sich beide Batteriemodule 11 bei der Entladungsendspannung befinden (Ja bei Schritt S5a), beendet die Schnellladevorrichtung 1 den Entladevorgang.
Bei dem oben beschriebenen Schritt S1a, wenn die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt, dass der Ladevorgang nicht gestoppt worden ist (Nein bei Schritt S1), wiederholt die Schnellladevorrichtung 1 die Bestimmung, bis der Ladevorgang aufhört. Bei dem oben beschriebenen Schritt S2a, wenn die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B höher als die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A ist (Nein bei Schritt S2a), verbindet die Schnellladevorrichtung 1 das zweite Batteriemodul 11B mit der Lasteinheit 5 (Schritt S6a). Beispielsweise verbindet die Schnellladevorrichtung 1 den fünften Kontakt 22c auf der Seite der negativen Elektrode der Lasteinheit 5 mit dem vierten Kontakt 22b auf der Seite der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B und verbindet den achten Kontakt 23c auf der Seite der positiven Elektrode der Lasteinheit 5 mit dem siebten Kontakt 23b auf der Seite der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B. Auf diese Weise verbindet die Schnellladevorrichtung 1 das zweite Batteriemodul 11B, das eine größere Ladungsmenge aufweist als die des ersten Batteriemoduls 11A, mit die Lasteinheit 5. Die Schnellladevorrichtung 1 bestimmt dann, ob der SOC des zweiten Batteriemoduls 11B um einen vorbestimmten Betrag (beispielsweise 5 bis 10 Prozent oder weniger) abgesunken ist oder die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B die Entladungsendspannung erreicht hat (Schritt S7a). Wenn der SOC des zweiten Batteriemoduls 11B um den vorbestimmten Betrag abgesunken ist oder wenn die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B die Entladungsendspannung erreicht hat (Ja bei Schritt 57a), bestimmt die Schnellladevorrichtung 1, ob beide Batteriemodule 11 sich bei der Entladungsendspannung befinden (Schritt S5a). Wenn sich beide Batteriemodule 11 bei der Entladungsendspannung befinden (Ja bei Schritt S5a), beendet die Schnellladevorrichtung 1 den Entladevorgang.
Bei dem oben beschriebenen Schritt S4a, wenn der SOC des ersten Batteriemoduls 11A nicht um den vorbestimmten Betrag abgesunken ist und wenn die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A die Entladungsendspannung nicht erreicht hat (Nein bei Schritt S4a), wird die Schnellladevorrichtung 1 die Bestimmung bei Schritt S4a wiederholen. Bei dem oben beschriebenen Schritt S5a, wenn sich beide Batteriemodule 11 nicht an der Entladungsendspannung befinden (Nein bei Schritt S5a), schiebt die Schnellladevorrichtung 1 den Prozess zurück zu Schritt S2a und bestimmt, ob die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A höher als die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B ist. Bei dem oben beschriebenen Schritt S7a, wenn der SOC des zweiten Batteriemoduls 11B nicht um den vorbestimmten Betrag abgesunken ist und die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B die Entladungsendspannung nicht erreicht hat (Nein bei Schritt S7a), wird die Schnellladevorrichtung 1 die Bestimmung bei Schritt S7a wiederholen.
Wie oben beschrieben, in dem Ladevorgang, verbindet die Schnellladevorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform die Batteriemodule 11 in Reihe, verbindet das Ladegerät 3 mit den in Reihe geschalteten Batteriemodulen 11 und wählt im Entladevorgang eine der Batteriemodule 11 und verbindet das ausgewählte Batteriemodul 11 ??mit der Lasteinheit 5. Bei dem Entladevorgang führt die Schnellladeeinrichtung 1 auch einen Ausgleichsvorgang zum Ausgleichen der Ladungsmengen zwischen den Batteriemodulen 11 aus. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 die in den Batteriemodulen 11 verbleibende Ladungsmenge ausgleichen. Mit anderen Worten, bevor die Schnellladung gestartet werden soll, kann die Schnellladevorrichtung 1 die Ladungsmengen in den Batteriemodulen 11 ausgleichen. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 die Batteriemodule 11 vollständig aufladen, so dass die Funktion der Speicherbatterie 10 voll ausgenutzt werden kann. Ohne den Ausgleichsvorgang werden, wie es üblicherweise so war, einige der Batterie-Module 11, die an der Speicherbatterie 10 vorgesehen sind, vollständig aufgeladen, bevor die anderen dies tun, und das Laden der Speicherbatterie 10 wird zu dem Zeitpunkt gestoppt, ohne dass zugelassen wird, dass die anderen Batteriemodule 11 vollständig aufgeladen werden. Da die Schnellladevorrichtung 1 jedoch den Ausgleichsvorgang ausführt, ist es möglich, zu verhindern, dass einige der Batteriemodule 11, die an der Speicherbatterie 10 vorgesehen sind, vor den anderen vollständig geladen werden, so dass alle Batteriemodule 11 voll aufgeladen sein können. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 die Batteriemodule 11 durch Schnellladung entsprechend aufladen. Da die Schnellladevorrichtung 1 die Batteriemodule 11 einzeln mit der Lasteinheit 5 verbindet, kann die Steuerung zum exakter Ausgleichen der Potentialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 im Ladevorgang unnötig gemacht werden. Weiterhin kann im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der im Entladevorgang eine Parallelschaltung gebildet wird, die Schnellladevorrichtung 1 den Widerstand zum parallelen Verbinden der Batteriemodule 11, oder eine Ausgleichssteuerung zur Erzielung eines Ausgleichs der Entladung zwischen den Batteriemodulen 11 vereinfachen. Weiterhin kann, selbst wenn eines der Batteriemodule 11 ausfällt, die Schnellladevorrichtung 1 mit dem anderen Batteriemodul 11 aufgeladen und entladen werden.
Weiterhin führt bei dem Entladevorgang, wenn die Ladungsmenge in einem der mit der Lasteinheit 5 verbundenen Batteriemodule 11 um den vorbestimmten Betrag abfällt, die Schnellladevorrichtung 1 den Ausgleichsvorgang durch Verbinden des Batteriemoduls 11 mit dem größten Betrag mit der Lasteinheit 5 durch. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 die Ladungsmenge in allen Batteriemodulen 11 ausgleichen.
Weiterhin bildet die Schnellladevorrichtung 1 bei einem Ladevorgang die Batteriemodul-Reihenschaltung P, in der das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B in Reihe geschaltet sind, indem der erste Kontakt 21a des ersten Schalters 21 mit dem zweiten Kontakt 21b des ersten Schalters 21 verbunden wird, damit das Ladegerät 3 mit der Batteriemodul-Reihenschaltung P verbunden werden kann. Die Schnellladevorrichtung 1 ermöglicht auch bei einem Entladevorgang, dass das erste Batteriemodul 11A mit der Lasteinheit 5 durch Verbinden des fünften Kontakts 22c des zweiten Schalters 22 mit dem dritten Kontakt 22a des zweiten Schalters 22 und Verbinden des achten Kontakts 23c des dritten Schalters 23 mit dem sechsten Kontakt 23a des dritten Schalters 23 verbunden wird oder ermöglicht, in einem Entladevorgang, dass die Lasteinheit 5 mit dem zweiten Batteriemodul 11B verbunden wird, indem der fünfte Kontakt 22c des zweiten Schalters 22 mit dem vierten Kontakt 22b des zweiten Schalters 22 verbunden wird und der achte Kontakt 23c des dritten Schalters 23 mit dem siebten Kontakt 23b des dritten Schalters 23 verbunden wird. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 in einem Ladevorgang nicht nur die in Reihe mit dem Ladegerät 3 geschalteten Batteriemodule 11 verbinden, sondern auch in einem Entladevorgang die Batteriemodule 11 einzeln mit der Lasteinheit 5 verbinden.
Modifikation der Ausführungsform
Die Schnellladevorrichtung 1 kann auch zum regenerativen Bremsen eine regenerative Spannung unter Verwendung eines Motorgenerators 5b erzeugen, die regenerative Spannung unter Verwendung eines Wandlers 5c verstärkt und mit der Leistung die Speicherbatterie 10 aufladen.
Weiterhin ist oben zwar ein Beispiel beschrieben, bei dem die Speicherbatterie 10 zwei Batteriemodule 11 enthält, aber die Speicherbatterie kann auch mehr als zwei Batteriemodule 11 umfassen. Weiterhin ist oben zwar ein Beispiel beschrieben, bei dem die in der Speicherbatterie 10 enthaltenen Batteriezellen 11a, 11b die gleiche Spannung aufweisen, aber sie können auch eine unterschiedliche Spannung aufweisen.
Da die Schnellladevorrichtung gemäß den Ausführungsformen einen Ausgleichsvorgang zum Ausgleichen der Ladungsmengen in einer Vielzahl von jeweiligen Batteriemodulen ausführt, wenn die Batteriemodule entladen werden sollen, kann die Schnellladevorrichtung eine Vielzahl von Batteriemodulen in einem Schnellladevorgang in geeigneter Weise aufladen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen für eine vollständige und eindeutige Offenbarung beschrieben worden ist, sind die beigefügten Ansprüche nicht auf diese Weise beschränkt, sondern sollen so ausgelegt werden, dass sie alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen verkörpern, die dem Fachmann auf dem Gebiet einfallen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016-164950 [0001]
JP 2014-193033 [0003]

Claims

Schnellladevorrichtung, die umfasst: eine Vielzahl von Batteriemodulen, die Energie darin speichern; eine Schalteinheit, die in einem Ladevorgang die Batteriemodule in Serie verbindet und ein Ladegerät zum Versorgen der in Reihe geschalteten Batteriemodule verbindet und die, bei einem Entladevorgang, eines der Batteriemodule auswählt und das ausgewählte Batteriemodul mit einer Lasteinheit verbindet; und eine Steuerung, die einen Ausgleichsvorgang ausführt, einschließlich Steuern der Schalteinheit, um Ladungsmengen der jeweiligen Batteriemodule in einem Entladevorgang auszugleichen.
Schnellladevorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Ladungsmenge in dem mit der Lasteinheit verbundenen Batteriemodul während eines Entladevorgangs um einen vorbestimmten Betrag abfällt, die Steuerung den Ausgleichsvorgang durch Verbinden des Batteriemoduls mit einer größten Ladungsmenge mit der Lasteinheit.
Schnellladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Batteriemodule ein erstes Batteriemodul und ein zweites Batteriemodul umfassen, wobei die Schalteinheit umfasst: einen ersten Schalter, der einen ersten Kontakt aufweist, der mit einer negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen zweiten Kontakt, der mit einer positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, wobei der erste Schalter den ersten Kontakt und den zweiten Kontakt verbindet, einen zweiten Schalter, der einen dritten Kontakt aufweist, der mit einer positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen vierten Kontakt, der mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, und einen fünften Kontakt, der mit einer negativen Elektrode der Lasteinheit verbunden ist, wobei der zweite Schalter schaltet, um den fünften Kontakt mit dem dritten Kontakt oder mit dem vierten Kontakt zu verbinden, und einen dritten Schalter, der einen sechsten Kontakt aufweist, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen siebten Kontakt, der mit einer negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist und einen achten Kontakt, der mit einer positiven Elektrode der Lasteinheit verbunden ist, wobei der dritte Schalter schaltet, um den achten Kontakt mit dem sechsten Kontakt oder mit dem siebten Kontakt zu verbinden, und die Schalteinheit bildet, in einem Ladevorgang, eine Batteriemodul-Reihenschaltung, bei der das erste Batteriemodul und das zweite Batteriemodul in Reihe geschaltet sind, durch Verbinden des ersten Kontakts des ersten Schalters mit dem zweiten Kontakt des ersten Schalters, um dem Ladegerät zu ermöglichen, sich mit der Batteriemodul-Reihenschaltung zu verbinden, ermöglicht, in einem Entladevorgang, die Lasteinheit mit dem ersten Batteriemodul zu verbinden, durch Verbinden des fünften Kontakts des zweiten Schalters mit dem dritten Kontakt des zweiten Schalters, und Verbinden des achten Kontakts des dritten Schalters mit dem sechsten Kontakt des dritten Schalters, oder ermöglicht, in einem Entladevorgang, die Lasteinheit mit dem zweiten Batteriemodul zu verbinden, durch Verbinden des fünften Kontakts des zweiten Schalters mit dem vierten Kontakt des zweiten Schalters, und Verbinden des achten Kontakts des dritten Schalters mit dem siebten Kontakt des dritten Schalters.