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Verweis auf verwandte Anmeldung(en)
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht Prioritat gegenüber der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-164.949 , eingereicht in Japan am 25. August 2016, und schliellt deren gesamte Inhalte durch Bezugnahme ein.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schnellladevorrichtung.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Herkömmlich ist eine Schnellladevorrichtung zum schnellen Laden eines Akkumulators verfügbar, der in einem Fahrzeug wie zum Beispiel einem Elektrofahrzeug (electric vehicle, EV) verwendet wird. Einige Schnellladevorrichtungen laden Akkumulatoren mit einer relativ hohen Spannung, beispielsweise um die Ladegeschwindigkeit zu verbessern. In einem solchen Fall verwendet die Schnellladevorrichtung zum Beispiel einen Akkumulator, der eine Mehrzahl von Batteriemodulen beinhaltet, und schaltet die Batteriemodule in Reihe, um den Akkumulator zu laden, und schaltet die Batteriemodule parallel, um den Akkumulator zu entladen (siehe zum Beispiel die
japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2014-193.033 ).
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Eine solche Schnellladevorrichtung schaltet abhängig davon, ob der Akkumulator zu laden oder zu entladen ist, die Batteriemodule in Reihe oder parallel, es besteht jedoch noch Verbesserungspotenzial dabei, bei solchen Vorgängen beim Energieverbrauch einen Verlust zu unterbinden.
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Übersicht über die Erfindung
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Um diesem Problem zu begegnen, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Schnellladevorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, beim Energieverbrauch einen Verlust zu unterbinden.
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Eine Schnellladevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein erstes Batteriemodul und ein zweites Batteriemodul, in denen Energie gespeichert wird; einen ersten Schalter, der einen ersten Kontakt, der mit einer positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen zweiten Kontakt, der mit einer negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, und einen dritten Kontakt aufweist, der mit einer positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, und der so schaltet, dass der dritte Kontakt mit dem ersten Kontakt oder dem zweiten Kontakt verbunden wird; einen zweiten Schalter, der einen vierten Kontakt, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, und einen fünften Kontakt aufweist, der mit einer negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, und der zwischen einem verbundenen Zustand, in dem der fünfte Kontakt mit dem vierten Kontakt verbunden ist, und einem getrennten Zustand schaltet; und eine Steuereinheit, die Verbindungen des ersten Schalters und des zweiten Schalters steuert, wobei die Steuereinheit bei einem Ladevorgang eine Reihenschaltung von Batteriemodulen ausbildet, bei der die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls und die positive Elektrode des zweiten Batteriemoduls in Reihe geschaltet werden, indem der dritte Kontakt des ersten Schalters mit dem zweiten Kontakt des ersten Schalters verbunden wird und indem der zweite Schalter in den getrennten Zustand geschaltet wird, so dass ermöglicht wird, dass eine Ladeeinrichtung zum Laden des ersten Batteriemoduls und des zweiten Batteriemoduls mit der Reihenschaltung der Batteriemodule verbunden wird, und die Steuereinheit bei einem Entladevorgang eine Parallelschaltung von Batteriemodulen ausbildet, bei der die positive Elektrode des ersten Batteriemoduls mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden wird und die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls mit der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden wird, indem der dritte Kontakt des ersten Schalters mit dem ersten Kontakt des ersten Schalters verbunden wird und indem der fünfte Kontakt des zweiten Schalters mit dem vierten Kontakt des zweiten Schalters verbunden wird, so dass ermöglicht wird, dass eine Lasteinheit mit der Parallelschaltung der Batteriemodule verbunden wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Schnellladevorrichtung des Weiteren eine Spannungsanpassungseinheit beinhalten, die, wenn eine Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul und dem zweiten Batteriemodul besteht, die Potenzialdifferenz auf einen Wert anpasst, der gleich wie oder kleiner als ein vorgegebener Bezugswert ist.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet bei der Schnellladevorrichtung die Spannungsanpassungseinheit bevorzugt eine zusätzliche Lade-/Entlade-Einheit, die die Potenzialdifferenz auf einen Wert anpasst, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist, indem sie entweder das erste Batteriemodul oder das zweite Batteriemodul zusätzlich lädt oder entlädt.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet bei der Schnellladevorrichtung die Spannungsanpassungseinheit bevorzugt eine zusätzliche Ladeeinheit, die die Potenzialdifferenz auf einen Wert anpasst, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist, indem sie entweder das erste Batteriemodul oder das zweite Batteriemodul zusätzlich lädt, je nachdem, welches eine niedrigere Spannung aufweist, und eine Schalteinheit, die einen ersten Schalter, der einen sechsten Kontakt, der mit der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen siebten Kontakt, der mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, und einen achten Kontakt aufweist, der mit einer Seite der zusätzlichen Ladeeinheit verbunden ist, und der so schaltet, dass der achte Kontakt mit dem sechsten Kontakt oder dem siebten Kontakt verbunden wird, und einen zweiten Schalter beinhaltet, der einen neunten Kontakt, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls verbunden ist, einen zehnten Kontakt, der mit der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden ist, und einen elften Kontakt aufweist, der mit der anderen Seite der zusätzlichen Ladeeinheit verbunden ist, und der so schaltet, dass der elfte Kontakt mit dem neunten Kontakt oder dem zehnten Kontakt verbunden wird.
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Die obigen und sonstige Ziele, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung gegenwärtig bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Schaltplan, der eine beispielhafte Gestaltung einer Reihenschaltung in einer Schnellladevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 ist ein Schaltplan, der eine beispielhafte Gestaltung einer Parallelschaltung in der Schnellladevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
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3 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Betrieb der Schnellladevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
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4 ist ein Schaltplan, der eine beispielhafte Gestaltung der Schnellladevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Betrieb der Schnellladevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
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6 ist ein Schaltplan, der eine beispielhafte Gestaltung der Schnellladevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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7 ist ein Ablaufplan, der einen beispielhaften Betrieb der Schnellladevorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden werden einige Ausführungsformen zum Umsetzen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einige Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Beschreibungen in den folgenden Ausführungsformen sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken. Einige der im Folgenden beschriebenen Elemente beinhalten diejenigen, die Fachleuten leicht einfallen können, und diejenigen, die im Wesentlichen übereinstimmen. Des Weiteren können die im Folgenden beschriebenen Gestaltungen gegebenenfalls kombiniert werden. Des Weiteren sind innerhalb des Umfangs noch verschiedene Arten von Auslassungen, Ersetzungen oder Modifizierungen möglich, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Erste Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine Schnellladevorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Schnellladevorrichtung 1 ist zum schnellen Laden eines Akkumulators 10 bestimmt. In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel erläutert, in dem eine Schnellladevorrichtung 1 einen Akkumulator 10 lädt, der in einem Fahrzeug 2 wie zum Beispiel einem Elektrofahrzeug (electric vehicle, EV), einem Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug (plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) oder einem Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle, HEV) bereitgestellt wird. Die Schnellladevorrichtung 1 wird im Folgenden ausführlich erläutert.
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Die Schnellladevorrichtung 1 lädt zum Beispiel die Energie des Akkumulators 10 in dem Fahrzeug 2. Die Schnellladevorrichtung 1 beinhaltet, wie in 1 veranschaulicht, den Akkumulator 10, eine Schalteinheit 20 und eine Steuereinheit 30. Die Schnellladevorrichtung 1 ist zum Beispiel über einen Kabelbaum 4 mit einer externen Ladeeinrichtung (Schnellladeeinrichtung) 3 verbunden und lädt den Akkumulator 10, indem sie eine Energiezufuhr von der Ladeeinrichtung 3 aufnimmt. Die externe Ladeeinrichtung 3 ist zum Beispiel in einer nicht veranschaulichten Schnellladestation oder dergleichen eingebaut. Die Schnellladevorrichtung 1 führt die Energie, die in dem Akkumulator 10 geladen ist, einem Wechselrichter 5a und einem Umformer 5b (motor generator, MG) zu, bei denen es sich um Lasteinheiten 5 handelt. Beispielsweise weist die Schnellladevorrichtung 1 den Akkumulator 10 auf, der über den Wechselrichter 5a mit dem Umformer 5b verbunden ist, und der Wechselrichter 5a wandelt den Gleichstrom von dem Akkumulator 10 in einen Wechselstrom um, und der Wechselstrom wird dem Umformer 5b zugeführt.
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Bei dem Akkumulator 10 handelt es sich um eine Batterie, in der die Energie gespeichert wird. Der Akkumulator 10 führt die gespeicherte Energie der Lasteinheit 5 zu. Bei dem Akkumulator 10 handelt es sich zum Beispiel um einen Lithium-Ionen-Akkumulator, und er beinhaltet eine Mehrzahl von Batteriemodulen 11. In diesem Beispiel beinhaltet der Akkumulator 10 zwei Batteriemodule 11. Die Batteriemodule 11 werden jeweils als erstes Batteriemodul 11A oder als zweites Batteriemodel 11B bezeichnet. Um zu ermöglichen, dass der Akkumulator 10 schnell geladen wird, werden die beiden Batteriemodule 11 abhängig davon, ob der Akkumulator 10 zu laden oder zu entladen ist, in verschiedenen Gestaltungen geschaltet. Um den Akkumulator 10 zum Beispiel zu laden, werden das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B in Reihe geschaltet, und um den Akkumulator 10 zu entladen, werden das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B parallel geschaltet. Auf diese Weise kann der Akkumulator 10 mit einer Spannung geladen werden, die etwa doppelt so hoch wie die Spannung ist, bei der der Akkumulator 10 entladen wird, und daher kann der Akkumulator 10 schnell geladen werden. Während des Ladens ist die positive Elektrode des Akkumulators 10 mit der negativen Elektrode der Ladeeinrichtung 3 verbunden, und die negative Elektrode ist mit der positiven Elektrode der Ladeeinrichtung 3 verbunden. Während des Entladens ist die positive Elektrode des Akkumulators 10 mit der negativen Elektrode der Lasteinheit 5 verbunden, und die negative Elektrode ist mit der positiven Elektrode der Lasteinheit 5 verbunden. Jedes der Batteriemodule 11, mit denen der Akkumulator 10 ausgestattet ist, beinhaltet eine Mehrzahl von Batteriezellen 11a, 11b. In diesem Beispiel weist jede der Batteriezellen 11a, 11b dieselbe Spannung auf. Jedes der Batteriemodule 11 beinhaltet dieselbe Anzahl von Batteriezellen 11a, 11b. In jedem der Batteriemodule 11 sind zum Beispiel mehrere Zehn bis mehrere Hundert Batteriezellen 11a, 11b in Reihe geschaltet. Die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A, in dem sämtliche Batteriezellen 11a vollständig geladen sind, entspricht der Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B, in dem sämtliche Batteriezellen 11b vollständig geladen sind.
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Bei der Schalteinheit 20 handelt es sich um einen Schalter zum Schalten des Strompfades, durch den der Strom fließt. Die Schalteinheit 20 schaltet den Strompfad auf Grundlage eines Schaltsignals, das durch die Steuereinheit 30 ausgegeben wird, die im Folgenden beschrieben wird. Die Schalteinheit 20 schaltet das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B in Reihe und bildet den Pfad für den Strom aus, der von der Ladeeinrichtung 3 in das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B fließt. Die Schalteinheit 20 schaltet darüber hinaus das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B parallel und bildet einen Pfad für den Strom aus, der von dem ersten Batteriemodul 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B in die Lasteinheit 5 fließt. Die Schalteinheit 20 beinhaltet einen ersten Schalter 21 und einen zweiten Schalter 22. Der erste Schalter 21 weist einen ersten Kontakt 21a, der mit der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, einen zweiten Kontakt 21b, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, und einen dritten Kontakt 21c auf, der mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist, und schaltet so, dass der dritte Kontakt 21c mit dem ersten Kontakt 21a oder dem zweiten Kontakt 21b verbunden wird. Der zweite Schalter 22 weist einen vierten Kontakt 22a, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, einen fünften Kontakt 22c, der mit der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist, und einen zwölften Kontakt 22b auf, der die elektrische Verbindung unterbricht, und schaltet zwischen einem verbundenen Zustand, in dem der fünfte Kontakt 22c mit dem vierten Kontakt 22a verbunden ist, und einem getrennten Zustand, in dem der fünfte Kontakt 22c mit dem zwölften Kontakt 22b verbunden ist.
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Die Steuereinheit 30 ist mit der Schalteinheit 20 verbunden und steuert die Schalteinheit 20. Die Steuereinheit 30 beinhaltet eine elektronische Schaltung, die vor allem einen bekannten Mikrocomputer aufweist, der eine Zentraleinheit (central processing unit, CPU), einen Festwertspeicher (read-only memory, ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (random access memory, RAM) die eine Speichereinheit bereitstellen, und eine Schnittstelle beinhaltet. Die Steuereinheit 30 gibt ein Schaltsignal an die Schalteinheit 20 aus und bildet die Serienschaltung P der Batteriemodule aus, wenn der Akkumulator 10 zu laden ist, und bildet die Parallelschaltung Q der Batteriemodule aus, wenn der Akkumulator 10 zu entladen ist.
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Wenn das Schaltsignal Laden angibt, verbindet die Schalteinheit 20 den dritten Kontakt 21c auf der Seite der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B mit dem zweiten Kontakt 21b auf der Seite der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A und verbindet den fünften Kontakt 22c auf der Seite der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B mit dem zwölften Kontakt 22b. Auf diese Weise bildet die Schalteinheit 20 die Reihenschaltung P der Batteriemodule aus, in der die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A und die positive Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B durch den ersten Schalter 21 so in Reihe geschaltet sind, dass ermöglicht wird, dass die Ladeeinrichtung 3 mit der Reihenschaltung P der Batteriemodule verbunden wird. Mit anderen Worten, die Schalteinheit 20 verbindet die negative Elektrode der Ladeeinrichtung 3 mit der positiven Elektrode der Reihenschaltung P der Batteriemodule und verbindet die positive Elektrode der Ladeeinrichtung 3 mit der negativen Elektrode der Reihenschaltung P der Batteriemodule. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 den Akkumulator 10 mit einer Spannung laden, die zum Beispiel etwa doppelt so hoch wie eine Spannung ist, die beim Entladen des Akkumulators 10 verwendet wird.
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Wenn das Schaltsignal Entladen angibt, verbindet die Schalteinheit 20, wie in 2 veranschaulicht, den ersten Kontakt 21a auf der Seite der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A mit dem dritten Kontakt 21c auf der Seite der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B und verbindet den fünften Kontakt 22c auf der Seite der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B mit dem vierten Kontakt 22a auf der Seite der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A. Auf diese Weise bildet die Schalteinheit 20 die Parallelschaltung Q der Batteriemodule aus, in der die positive Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A und die positive Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B durch den ersten Schalter 21 verbunden sind und die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A und die negative Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B durch den zweiten Schalter 22 verbunden sind, so dass ermöglicht wird, dass die Lasteinheit 5 mit der Parallelschaltung Q der Batteriemodule verbunden wird. Mit anderen Worten, die Schalteinheit 20 verbindet die negative Elektrode der Lasteinheit 5 mit der positiven Elektrode der Parallelschaltung Q der Batteriemodule und verbindet die positive Elektrode der Lasteinheit 5 mit der negativen Elektrode der Parallelschaltung Q der Batteriemodule. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 den Akkumulator 10 mit einer Spannung entladen, die zum Beispiel etwa um die Hälfte niedriger als diejenige ist, die beim Laden des Akkumulators 10 verwendet wird.
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Ein beispielhafter Betrieb der Schnellladevorrichtung 1 wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Schnellladevorrichtung 1 ermittelt, ob ein Ladevorgang begonnen hat (Schritt S1). Beispielsweise ermittelt die Schnellladevorrichtung 1, dass ein Ladevorgang begonnen hat, wenn die Ladeeinrichtung 3 verbunden worden ist und ein Signal zum Beginnen eines schnellen Ladevorgangs von der Ladeeinrichtung 3 ausgegeben worden ist. Wenn die Schnellladevorrichtung 1 ermittelt, dass ein Ladevorgang begonnen hat (Ja in Schritt S1), schaltet die Schnellladevorrichtung 1 die Schalteinheit 20 so, dass die Reihenschaltung P der Batteriemodule ausgebildet wird (Schritt S2). Anschließend bewirkt die Schnellladevorrichtung 1, dass die Ladeeinrichtung 3 einen Strom an die Reihenschaltung P der Batteriemodule anlegt, und lädt jedes der Batteriemodule 11, die in Reihe geschaltet sind (Schritt S3). Zu diesem Zeitpunkt überwacht die Schnellladevorrichtung 1 die Spannung jeder der Batteriezellen 11a, 11b, die in dem ersten Batteriemodul 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B beinhaltet sind, mithilfe eines Zellenspannungssensors (cell voltage sensor, CVS) und gleicht die Spannungen der jeweiligen Batteriezellen 11a, 11b aus, indem sie bewirkt, dass eine Batteriezelle 11a, 11b, die eine höhere Spannung als diejenige der sonstigen Batteriezellen 11a, 11b erreicht hat, in einen Widerstand entlädt oder die Energie zu den sonstigen Batteriezellen 11a, 11b überträgt. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 die Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B ausgleichen. Diese Gestaltung ermöglicht, dass die Schnellladevorrichtung 1 das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B während eines Entladevorgangs parallel schaltet, ohne einen Widerstand beispielsweise in der Weise zu verwenden, die herkömmlich praktiziert worden ist. Die Ladeeinrichtung 3 passt ihre Ausgangsspannung auf Grundlage der Spannung der Reihenschaltung P der Batteriemodule so an, dass sie den Akkumulator 10 mit einer vorgegebenen C-Rate (einem Strom im Hinblick auf die Batteriekapazität) lädt.
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Die Schnellladevorrichtung 1 erkennt die Spannung der Batteriemodule 11 mithilfe einer nicht veranschaulichten Spannungserkennungseinheit und ermittelt, 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 in Schritt S4), ermittelt die Schnellladevorrichtung 1, ob der Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Schritt S5). Beispielsweise ermittelt die Schnellladevorrichtung 1, ob zumindest eines der Batteriemodule 11 eine Ladeendspannung erreicht hat. Wenn zumindest eines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat und der Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Ja in Schritt S5), beendet die Schnellladevorrichtung 1 die Energiezufuhr von der Ladeeinrichtung 3, bildet die Parallelschaltung Q der Batteriemodule aus und beendet den Prozess (Schritt S6). Bei der Ladeendspannung handelt es sich hierin um eine Spannung, die angibt, dass der Ladevorgang abgeschlossen worden ist, und um eine vorgegebene Spannung, um ein Überladen zu verhindern.
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Wenn die Schnellladevorrichtung 1 in dem oben beschriebenen Schritt S1 ermittelt, dass der Ladevorgang noch nicht begonnen hat (Nein in Schritt S1), ermittelt die Schnellladevorrichtung 1 erneut, ob der Ladevorgang begonnen hat. Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S4 die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 nicht im Wesentlichen gleich sind (Nein in Schritt S4), führt die Schnellladevorrichtung 1 den Prozess zu Schritt S3 zurück und lädt die Batteriemodule 11, während sie die Spannungen der jeweiligen Batteriezellen 11a, 11b ausgleicht. Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S5 keines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat und der Ladevorgang noch nicht abgeschlossen worden ist (Nein in Schritt S5), führt die Schnellladevorrichtung 1 den Prozess zu Schritt S3 zurück und lädt die Batteriemodule 11, während sie die Spannungen der jeweiligen Batteriezellen 11a, 11b ausgleicht.
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Um, wie oben beschrieben, den Akkumulator 10 durch Verbinden des dritten Kontaktes 21c des ersten Schalters 21 mit dem zweiten Kontakt 21b des ersten Schalters 21 und Verbinden des fünften Kontaktes 22c des zweiten Schalters 22 mit dem zwölften Kontakt 22b des zweiten Schalters 22 zu laden, kann die Schnellladevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Reihenschaltung P der Batteriemodule ausbilden, in der die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B in Reihe geschaltet ist, so dass ermöglicht wird, dass die Ladeeinrichtung 3 mit der Reihenschaltung P der Batteriemodule verbunden wird. Um des Weiteren den Akkumulator 10 durch Verbinden des dritten Kontaktes 21c des ersten Schalters 21 mit dem ersten Kontakt 21a des ersten Schalters 21 und Verbinden des fünften Kontaktes 22c des zweiten Schalters 22 mit dem vierten Kontakt 22a des zweiten Schalters 22 zu entladen, kann die Schnellladevorrichtung 1 die Parallelschaltung Q der Batteriemodule ausbilden, in der die positive Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist und die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A mit der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 118 verbunden ist, so dass ermöglicht wird, dass die Lasteinheit 5 mit der Parallelschaltung Q der Batteriemodule verbunden wird. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 die Reihenschaltung P der Batteriemodule und die Parallelschaltung Q der Batteriemodule mithilfe des ersten Schalters 21 und des zweiten Schalters 22 so ausbilden, dass diese Schaltungen mit so wenigen Schaltern wie möglich erzielt werden können und der Energieverlust unterbunden werden kann. Da die Schnellladevorrichtung 1 die Batteriemodule mit einer hohen Spannung mithilfe der Reihenschaltung P der Batteriemodule lädt, kann des Weiteren die Energiemenge erhöht werden, ohne den Strom zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung 1 den Energieverlust unterbinden, der aus einem erhöhten Strom resultiert, und kann darüber hinaus eine Erwärmung des Kabelbaums 4 und dergleichen unterbinden.
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Modifizierung der ersten Ausführungsform
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Die Schnellladevorrichtung 1 kann für eine Nutzbremsung auch eine Regenerativspannung mithilfe eines Umformers 5b erzeugen, die Regenerativspannung mithilfe eines Wandlers 5c anheben und die Energie in den Akkumulator 10 laden.
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Des Weiteren ist oben ein Beispiel erläutert worden, in dem der Akkumulator 10 zwei Batteriemodule 11 beinhaltet, der Akkumulator kann jedoch auch mehr als zwei Batteriemodule 11 beinhalten. Des Weiteren ist oben ein Beispiel erläutert worden, in dem die Batteriezellen 11a, 11b, die in dem Akkumulator 10 beinhaltet sind, dieselbe Spannung aufweisen, sie können jedoch auch eine unterschiedliche Spannung aufweisen.
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Zweite Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine Schnellladevorrichtung 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Schnellladevorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Schnellladevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass sie mit einer Spannungsanpassungseinheit 40 ausgestattet ist, die die Potentialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 anpasst, wie in 4 veranschaulicht. Bei der zweiten Ausführungsform erhalten Elemente, die mit denjenigen gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, dieselben Bezugszeichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform, und ausführliche Erläuterungen davon werden weggelassen.
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Die Spannungsanpassungseinheit 40 ist zum Anpassen der Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B bestimmt. Wenn während und nach dem Schnellladevorgang eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B besteht, passt die Spannungsanpassungseinheit 40 die Potentialdifferenz auf einen Wert an, der gleich wie oder kleiner als der vorgegebene Bezugswert ist. Die Potenzialdifferenz auf einen Wert anzupassen, der gleich wie oder kleiner als der vorgegebene Bezugswert ist, bedeutet zum Beispiel, den Strom weiterhin innerhalb eines Bereichs (obere Strombegrenzung) durch die Parallelschaltung Q der Batteriemodule fließen zu lassen, der sich nicht nachteilig auf die Schnellladevorrichtung 1A oder die Lasteinheit 5 auswirkt. Der Strom in der Schnellladevorrichtung 1A wird durch Widerstandskomponenten wie zum Beispiel die Batteriemodule 11, den Kabelbaum 4 und die Schalteinheit 20, die in der Parallelschaltung Q der Batteriemodule beinhaltet sind, und die Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 bestimmt. Die Schnellladevorrichtung 1A muss den Strom, der durch die Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 zu fließen veranlasst wird, auf einem Wert halten, der gleich wie oder kleiner als die obere Strombegrenzung der Parallelschaltung Q der Batteriemodule ist.
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Bei der zweiten Ausführungsform dient die Spannungsanpassungseinheit 40 als zusätzliche Lade-/Entlade-Einheit 41, die einen zusätzlichen Ladevorgang oder Entladevorgang durchführt. Die zusätzliche Lade-/Entlade-Einheit 41 ist mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode der Ladeeinrichtung 3 verbunden und ist mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden. Die zusätzliche Lade-/Entlade-Einheit 41 beinhaltet zum Beispiel einen nicht veranschaulichten Schalter zum EIN- und AUS-Schalten der Spannung, die zusätzlich von der Ladeeinrichtung 3 an das zweite Batteriemodul 11B anzulegen ist, und eine nicht veranschaulichte Lasteinheit zum Entladen des zweiten Batteriemoduls 11B. Die zusätzliche Lade-/Entlade-Einheit 41 passt die Potenzialdifferenz durch zusätzliches Laden oder Entladen des zweiten Batteriemoduls 11B auf einen Wert an, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist. Die zusätzliche Lade-/Entlade-Einheit 41 kann anstelle des zweiten Batteriemoduls 11B auch mit dem ersten Batteriemodul 11A verbunden sein und kann die Potenzialdifferenz durch zusätzliches Laden oder Entladen des ersten Batteriemoduls 11A auf einen Wert anpassen, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist.
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Ein beispielhafter Betrieb der Schnellladevorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Die Schnellladevorrichtung 1A ermittelt, ob ein Ladevorgang begonnen hat (Schritt S1a). Beispielsweise ermittelt die Schnellladevorrichtung 1A, dass ein Ladevorgang begonnen hat, wenn die Ladeeinrichtung 3 verbunden worden ist und ein Signal zum Beginnen eines schnellen Ladevorgangs von der Ladeeinrichtung 3 ausgegeben worden ist. Wenn die Schnellladevorrichtung 1A ermittelt, dass ein Ladevorgang begonnen hat (Ja in Schritt S1a), schaltet die Schnellladevorrichtung 1A die Schalteinheit 20 so, dass die Reihenschaltung P der Batteriemodule ausgebildet wird (Schritt S2a). Anschließend bewirkt die Schnellladevorrichtung 1A, dass die Ladeeinrichtung 3 einen Strom an die Reihenschaltung P der Batteriemodule anlegt, und lädt jedes der Batteriemodule 11, die in Reihe geschaltet sind (Schritt S3a). Zu diesem Zeitpunkt überwacht die Schnellladevorrichtung 1A die Spannung jeder der Batteriezellen 11a, 11b mithilfe eines CVS, gleicht die Spannung der jeweiligen Batteriezellen 11a, 11b aus, indem sie bewirkt, dass eine Batteriezelle 11a, 11b, die eine höhere Spannung als diejenige der sonstigen Batteriezellen 11a, 11b erreicht hat, in einen Widerstand entlädt oder die Energie zu den sonstigen Batteriezellen 11a, 11b überträgt.
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Anschließend ermittelt die Schnellladevorrichtung 1A, ob der zusätzliche Ladevorgang/Entladevorgang, dessen Durchführung auf Grundlage der Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 bewirkt worden ist, abgeschlossen worden ist (Schritt S4a). Beispielsweise erkennt die Schnellladevorrichtung 1A die Spannung jedes der Batteriemodule 11 mithilfe der Spannungserkennungseinheit und ermittelt, ob die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 im Wesentlichen gleich sind, das heißt, ob die Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist. Wenn die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 nicht im Wesentlichen gleich sind, führt die Schnellladevorrichtung 1A mithilfe der zusätzlichen Lade-/Entlade-Einheit 41 den zusätzlichen Ladevorgang oder Entladevorgang durch. Wenn die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B zum Beispiel niedriger als die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A ist, legt die Schnellladevorrichtung 1A mithilfe der zusätzlichen Lade-/Entlade-Einheit 41 eine zusätzliche Spannung so an das zweite Batteriemodul 11B an, dass die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B erhöht wird. Wenn die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B höher als die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A ist, entlädt die Schnellladevorrichtung 1A mithilfe der zusätzlichen Lade-/Entlade-Einheit 41 das zweite Batteriemodul 11B so, dass die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B gesenkt wird. Wenn die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 im Wesentlichen gleich werden und der zusätzliche Ladevorgang/Entladevorgang abgeschlossen worden ist (Ja in Schritt S4a), ermittelt die Schnellladevorrichtung 1A, ob der Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Schritt S5a). Beispielsweise ermittelt die Schnellladevorrichtung 1A, ob zumindest eines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat. Wenn zumindest eines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat und der Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Ja in Schritt S5a), beendet die Schnellladevorrichtung 1A die Energiezufuhr von der Ladeeinrichtung 3, bildet die Parallelschaltung Q der Batteriemodule aus und beendet den Prozess (Schritt S6a).
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Wenn die Schnellladevorrichtung 1A in dem oben beschriebenen Schritt S1a ermittelt, dass der Ladevorgang noch nicht begonnen hat (Nein in Schritt S1a), ermittelt die Schnellladevorrichtung 1A erneut, ob der Ladevorgang begonnen hat. Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S4a die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 nicht im Wesentlichen gleich sind und der zusätzliche Ladevorgang/Entladevorgang nicht abgeschlossen worden ist (Nein in Schritt S4a), führt die Schnellladevorrichtung 1A den Prozess zu Schritt S3a zurück und lädt die Batteriemodule 11. Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S5a keines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat und der Ladevorgang noch nicht abgeschlossen worden ist (Nein in Schritt S5a), führt die Schnellladevorrichtung 1A den Prozess zu Schritt S3a zurück und lädt die Batteriemodule 11.
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Wenn die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B niedriger als die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A ist und das zweite Batteriemodul 11B eine Batteriezelle 11b beinhaltet, die vollständig geladen ist, lädt die Schnellladevorrichtung 1A das erste Batteriemodul 11A und das zweite Batteriemodul 11B, während es das zweite Batteriemodul 11B mithilfe der zusätzlichen Lade-/Entlade-Einheit 41 entlädt. Der Grund dafür ist, dass, obwohl die Spannung VB angehoben werden muss, da die Spannung VB niedriger als die Spannung VA ist, das zweite Batteriemodul 11B jedoch nicht weiter geladen werden kann, weil das zweite Batteriemodul 11B die Batteriezelle 11b beinhaltet, die vollständig geladen ist. Daher werden das erste Batteriemodule 11A und das zweite Batteriemodul 11B geladen, während das zweite Batteriemodul 11B entladen wird.
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Wie oben beschrieben, beinhaltet die Schnellladevorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die Spannungsanpassungseinheit 40, die, wenn eine Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B besteht, bevor die Parallelschaltung Q der Batteriemodule ausgebildet worden ist, die Potenzialdifferenz auf einen Wert anpasst, der gleich wie oder kleiner als der vorgegebene Bezugswert ist. Auf diese Weise kann die Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 innerhalb kurzer Zeit auf einen Wert angepasst werden, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist, da die Schnellladevorrichtung 1A die Spannung der Batteriezellen 11a, 11b ausgleicht, die in den jeweiligen Batteriemodulen 11 beinhaltet sind, und die Potenzialdifferenz in Einheiten des Batteriemoduls 11 anpasst. Des Weiteren kann die Schnellladevorrichtung 1A einen Energieverlust verringern und die Potenzialdifferenz im Vergleich mit einer Gestaltung, bei der die Potenzialdifferenz zwischen einer Mehrzahl von Batteriemodulen 11 mithilfe eines Widerstandes angepasst wird, wie herkömmlich praktiziert, in kürzerer Zeit anpassen.
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Des Weiteren passt die zusätzliche Lade-/Entlade-Einheit 41 die Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul 11A und dem zweiten Batteriemodul 11B auf einen Wert an, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist, indem sie entweder das erste Batteriemodul 11A oder das zweite Batteriemodul 11B zusätzlich lädt oder entlädt, wobei es sich in diesem Beispiel um das zweite Batteriemodul 11B handelt. Da die Schnellladevorrichtung 1A entweder das erste Batteriemodul 11A oder das zweite Batteriemodul 11B zusätzlich lädt oder entlädt, kann der Schaltungsaufbau oder dergleichen auf diese Weise im Vergleich mit einem Aufbau, bei dem zum Beispiel sowohl das erste Batteriemodul 11A als auch das zweite Batteriemodul 11B zusätzlich geladen werden, vereinfacht werden.
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Dritte Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine Schnellladevorrichtung 1B gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Schnellladevorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Schnellladevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass sie mit der Spannungsanpassungseinheit 40 ausgestattet ist, die die Potentialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 anpasst, wie in 6 veranschaulicht. Bei der dritten Ausführungsform erhalten Elemente, die mit denjenigen gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, dieselben Bezugszeichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform, und ausführliche Erläuterungen davon werden weggelassen.
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Bei der dritten Ausführungsform beinhaltet die Spannungsanpassungseinheit 40 eine zusätzliche Ladeeinheit 42, die einen zusätzlichen Ladevorgang durchführt, und eine Schalteinheit 50. Die zusätzliche Ladeeinheit 42 ist mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode der Ladeeinrichtung 3 verbunden. Die zusätzliche Ladeeinheit 42 ist mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden und ist mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden. Die zusätzliche Ladeeinheit 42 beinhaltet zum Beispiel einen nicht veranschaulichten Schalter zum EIN- und AUS-Schalten der Spannung, die durch die Ladeeinrichtung 3 zusätzlich an jedes der Batteriemodule 11 anzulegen ist. Die zusätzliche Ladeeinheit 42 passt die Potenzialdifferenz durch zusätzliches Laden oder Entladen entweder des ersten Batteriemoduls 11A oder des zweiten Batteriemoduls 11B, je nachdem, welches eine niedrigere Spannung aufweist, auf einen Wert an, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist.
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Die Schalteinheit 50 beinhaltet einen ersten Schalter 51 und einen zweiten Schalter 52. Der erste Schalter 51 weist einen sechsten Kontakt 51a, der mit der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, einen siebten Kontakt 51b, der mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist, und einen achten Kontakt 51c auf, der mit einer Seite der zusätzlichen Ladeeinheit 42 verbunden ist, und schaltet so, dass der achte Kontakt 51c mit dem sechsten Kontakt 51a oder dem siebten Kontakt 51b verbunden wird. Der zweite Schalter 52 weist einen neunten Kontakt 52a, der mit der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A verbunden ist, einen zehnten Kontakt 52b, der mit der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B verbunden ist, und einen elften Kontakt 52c auf, der mit der anderen Seite der zusätzlichen Ladeeinheit 42 verbunden ist, und schaltet so, dass der elfte Kontakt 51c mit dem neunten Kontakt 52a oder dem zehnten Kontakt 52b verbunden wird.
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Die Schalteinheit 50 verbindet auf Grundlage des Schaltsignals den elften Kontakt 52c der zusätzlichen Ladeeinheit 42 mit dem neunten Kontakt 52a auf der Seite der negativen Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A und verbindet den achten Kontakt 51c der zusätzlichen Ladeeinheit 42 mit dem sechsten Kontakt 51a auf der Seite der positiven Elektrode des ersten Batteriemoduls 11A. Auf diese Weise verbindet die Schalteinheit 50 die zusätzliche Ladeeinheit 42 mit dem ersten Batteriemodul 11A.
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Die Schalteinheit 50 verbindet darüber hinaus auf Grundlage des Schaltsignals den elften Kontakt 52c der zusätzlichen Ladeeinheit 42 mit dem zehnten Kontakt 52b auf der Seite der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B und verbindet den achten Kontakt 51c der zusätzlichen Ladeeinheit 42 mit dem siebten Kontakt 51b auf der Seite der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls 11B. Auf diese Weise verbindet die Schalteinheit 50 die zusätzliche Ladeeinheit 42 mit dem zweiten Batteriemodul 11B.
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Ein beispielhafter Betrieb der Schnellladevorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Die Schnellladevorrichtung 1B ermittelt, ob ein Ladevorgang begonnen hat (Schritt S1b). Beispielsweise ermittelt die Schnellladevorrichtung 1B, dass ein Ladevorgang begonnen hat, wenn die Ladeeinrichtung 3 verbunden worden ist und ein Signal zum Beginnen eines schnellen Ladevorgangs von der Ladeeinrichtung 3 ausgegeben worden ist. Wenn die Schnellladevorrichtung 1B ermittelt, dass ein Ladevorgang begonnen hat (Ja in Schritt S1b), schaltet die Schnellladevorrichtung 1B die Schalteinheit 20 so, dass die Reihenschaltung P der Batteriemodule ausgebildet wird (Schritt S2b). Anschließend bewirkt die Schnellladevorrichtung 1B, dass die Ladeeinrichtung 3 einen Strom an die Reihenschaltung P der Batteriemodule anlegt, und lädt jedes der Batteriemodule 11, die in Reihe geschaltet sind (Schritt S3b). Zu diesem Zeitpunkt überwacht die Schnellladevorrichtung 1B die Spannung jeder der Batteriezellen 11a, 11b mithilfe eines CVS und gleicht die Spannung der Batteriezellen 11a, 11b aus, indem sie bewirkt, dass eine Batteriezelle 11a, 11b, die eine höhere Spannung als diejenige der sonstigen Batteriezellen 11a, 11b erreicht hat, in einen Widerstand entlädt oder die Energie zu den sonstigen Batteriezellen 11a, 11b überträgt.
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Anschließend ermittelt die Schnellladevorrichtung 1B, ob der Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Schritt S4b). Beispielsweise ermittelt die Schnellladevorrichtung 1B, ob zumindest eines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat. Wenn zumindest eines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat und der Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Ja in Schritt S4b), vergleicht die Schnellladevorrichtung 1B die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 (Schritt S5b). Wenn die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A niedriger als die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B (VA VB) ist, verbindet die Schnellladevorrichtung 1B die zusätzliche Ladeeinheit 42 mit dem ersten Batteriemodul 11A und lädt das erste Batteriemodul 11A zusätzlich. Wenn die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 im Wesentlichen gleich werden, das heißt, wenn die Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 gleich wie oder kleiner als der Bezugswert wird und ein zusätzlicher Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Ja in Schritt S6b), beendet die Schnellladevorrichtung 1B die Energiezufuhr von der Ladeeinrichtung 3, bildet die Parallelschaltung Q der Batteriemodule aus und beendet den Prozess (Schritt S8b). Wenn die Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B niedriger als die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A (VA > VB) ist, verbindet die Schnellladevorrichtung 1B die zusätzliche Ladeeinheit 42 mit dem zweiten Batteriemodul 11B und lädt das zweite Batteriemodul 11B zusätzlich. Wenn die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11 im Wesentlichen gleich werden und der zusätzliche Ladevorgang abgeschlossen worden ist (Ja in Schritt S7b), beendet die Schnellladevorrichtung 1B die Energiezufuhr von der Ladeeinrichtung 3, bildet die Parallelschaltung Q der Batteriemodule aus und beendet den Prozess (Schritt S8b). Wenn die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A im Wesentlichen mit der Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B übereinstimmt (VA = VB), beendet die Schnellladevorrichtung 1B die Energiezufuhr von der Ladeeinrichtung 3, bildet die Parallelschaltung Q der Batteriemodule aus und beendet den Prozess (Schritt S8b).
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Wenn die Schnellladevorrichtung 1B in dem oben beschriebenen Schritt S1b ermittelt, dass der Ladevorgang noch nicht begonnen hat (Nein in Schritt S1b), ermittelt die Schnellladevorrichtung 1B erneut, ob der Ladevorgang begonnen hat. Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S4b keines der Batteriemodule 11 die Ladeendspannung erreicht hat und der Ladevorgang noch nicht abgeschlossen worden ist (Nein in Schritt S4b), führt die Schnellladevorrichtung 1B den Prozess zu Schritt S3b zurück und lädt die Batteriemodule 11. Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S6b der zusätzliche Ladevorgang noch nicht abgeschlossen worden ist (Nein in Schritt S6b), führt die Schnellladevorrichtung 1B den Prozess zu Schritt S5b zurück und vergleicht die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11. Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S7b der zusätzliche Ladevorgang noch nicht abgeschlossen worden ist (Nein in Schritt S7b), führt die Schnellladevorrichtung 1B den Prozess zu Schritt S5b zurück und vergleicht die Spannungen der jeweiligen Batteriemodule 11.
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Wie oben beschrieben, passt die Schnellladevorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform die Potenzialdifferenz durch zusätzliches Laden entweder des ersten Batteriemoduls 11A oder des zweiten Batteriemoduls 11B, je nachdem, welches eine niedrigere Spannung aufweist, auf einen Wert an, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist. Auf diese Weise kann die Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 innerhalb kurzer Zeit auf einen Wert angepasst werden, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist, da die Schnellladevorrichtung 1B die Spannung der Batteriezellen 11a, 11b ausgleicht, die in den Batteriemodulen 11 beinhaltet sind, und die Potenzialdifferenz in Einheiten des Batteriemoduls 11 anpasst. Da die Schnellladevorrichtung 1B die Potenzialdifferenz nicht durch Entladen anpasst, wie die Schnelladevorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform, kann der Energieverlust des Weiteren vermindert werden.
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Modifizierung der dritten Ausführungsform
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Oben ist ein Beispiel erläutert worden, in dem die Spannungsanpassungseinheit 40 als zusätzliche Ladeeinheit 42 dient, die einen zusätzlichen Ladevorgang durchführt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Spannungsanpassungseinheit 40 kann auch als Entladeeinheit zum Entladen dienen. Bei einer solchen Gestaltung passt die Entladeeinheit die Potenzialdifferenz auf einen Wert an, der gleich wie oder kleiner als der Bezugswert ist, indem sie eine Verbindung mit dem ersten Batteriemodul 11A oder dem zweiten Batteriemodul 11B herstellt und das erste Batteriemodul 11A oder das zweite Batteriemodul 11B entlädt, je nachdem, welches eine höhere Spannung aufweist.
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Des Weiteren führt die Schnellladevorrichtung 1B den zusätzlichen Ladevorgang durch, nachdem der Ladevorgang abgeschlossen worden ist, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Schnellladevorrichtung 1B kann den zusätzlichen Ladevorgang durchführen, während die Batteriemodule geladen werden. in einem solchen Fall kann die Schnellladevorrichtung 1B die Zeit verringern, die zum Laden erforderlich ist, da die Spannung VA des ersten Batteriemoduls 11A bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Ladevorgang dieser Batteriemodule abgeschlossen ist, im Wesentlichen mit der Spannung VB des zweiten Batteriemoduls 11B übereinstimmen wird.
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Die Schnellladevorrichtung 1 kann die Batteriemodule 11, die die Batteriezellen 11a, 11b beinhalten, eine Schalteinheit 20, die so schaltet, dass die Reihenschaltung P der Batteriemodule ausgebildet wird, in der die Batteriemodule 11 so in Reihe geschaltet sind, dass sie ermöglichen, dass die Ladeeinrichtung 3, die zum Laden der Batteriemodule 11 bestimmt ist, mit der Reihenschaltung P der Batteriemodule verbunden wird, und die Parallelschaltung Q der Batteriemodule ausgebildet wird, in der die Batteriemodule 11 so parallel geschaltet sind, dass ermöglicht wird, dass die Lasteinheit 5 mit der Parallelschaltung Q der Batteriemodule verbunden wird, die Steuereinheit 30, die die Schalteinheit 20 so steuert, dass sie zu der Reihenschaltung P der Batteriemodule schaltet, wenn die Batteriemodule 11 zu laden sind, und zu der Parallelschaltung Q der Batteriemodule schaltet, wenn die Batteriemodule 11 zu entladen sind, und die Spannungsanpassungseinheit 40 beinhalten, die, wenn eine Potenzialdifferenz zwischen den Batteriemodulen 11 besteht, die Potenzialdifferenz auf einen Wert anpasst, der gleich wie oder kleiner der vorgegebene Bezugswert ist, bevor sie zu der Parallelschaltung Q der Batteriemodule schaltet.
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Während des Ladevorgangs bildet die Schnellladevorrichtung gemäß der Ausführungsformen die Reihenschaltung der Batteriemodule aus, in der die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls und die positive Elektrode des zweiten Batteriemoduls in Reihe geschaltet werden, indem der dritte Kontakt des ersten Schalters mit dem zweiten Kontakt des ersten Schalters verbunden wird und indem der zweite Schalter so getrennt wird, dass ermöglicht wird, dass die Ladeeinrichtung das erste Batteriemodul und das zweite Batteriemodul lädt, die mit der Reihenschaltung der Batteriemodule zu verbinden sind. Um den Akkumulator zu entladen, bildet die Schnellladevorrichtung eine Parallelschaltung der Batteriemodule aus, in der die positive Elektrode des ersten Batteriemoduls mit der positiven Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden wird und die negative Elektrode des ersten Batteriemoduls mit der negativen Elektrode des zweiten Batteriemoduls verbunden wird, indem der dritte Kontakt des ersten Schalters mit dem ersten Kontakt des ersten Schalters verbunden wird und indem der fünfte Kontakt des zweiten Schalters mit dem vierten Kontakt des zweiten Schalters verbunden wird, so dass ermöglicht wird, dass die Lasteinheit mit der Parallelschaltung der Batteriemodule verbunden wird. Auf diese Weise kann die Schnellladevorrichtung eine Reihenschaltung der Batteriemodule und eine Parallelschaltung der Batteriemodule mithilfe des ersten Schalters und des zweiten Schalters so ausbilden, dass diese Schaltungen mit so wenigen Schaltern wie möglich erzielt werden können und bei einem Energieverbrauch ein Verlust unterbunden werden kann.
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Wenngleich die Erfindung im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen zum Zweck einer vollständigen und deutlichen Offenbarung beschrieben worden ist, sollen die beigefügten Ansprüche nicht auf diese Weise eingeschränkt werden, sondern sollen so ausgelegt werden, dass sie sämtliche Modifizierungen und alternativen Konstruktionen verkörpern, die einem Fachmann einfallen können, die billigerweise in die hierin dargelegte Grundlehre fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016-164949 [0001]
- JP 2014-193033 [0003]
