JP2006526376A - 車両用のエネルギー供給システム - Google Patents

Abstract

車両用のエネルギー供給システムであって、このシステムでは電気消費装置を給電するための電圧車載電気系統が少なくとも１つのエネルギー蓄積器により給電可能であり、この電圧車載電気系統に外部の電気消費装置が接続可能である、前記エネルギー供給システムにおいて、携帯可能であり車両の電圧車載電気系統を介して充電可能である少なくとも１つの交換式蓄積器が設けられていて、この交換式蓄積器が、バッテリ管理システムを介してコントロール可能な拡張エネルギー蓄積器として形成されていて、この拡張エネルギー蓄積器を介し、車両固有の及び／又は外部の電気消費装置が稼動可能であり、それにより交換式蓄積器が、選択的に、電圧車載電気系統が接続されている場合には車両内で据置式のエネルギー供給装置として、又は、電圧車載電気系統が接続されていない場合には車両に依存せず移動式のエネルギー供給装置として利用可能であること。

Description

本発明は車両用のエネルギー供給システムに関し、このシステムでは電気消費装置を給電するための電圧車載電気系統が少なくとも１つのエネルギー蓄積器により給電可能であり、この電圧車載電気系統に対して外部の電気消費装置が接続可能である。

車両内に固定式で取り付けられているエネルギー蓄積器は車両の電圧車載電気系統を給電するために設計されている。多くの場合、外部の消費装置を接続することのできる接続部が追加的に設けられている。これらの消費装置は、車両バッテリを介して直接的に稼動されるか、又は、移動無線電話の場合には車両バッテリを介して充電可能である固有のエネルギー蓄積器を有する。また、例えばハンドフリー通話装置のような装置も設けられ得て、これらの装置では、純粋な充電機能の他、重要なデータも消費装置と車両或いは電圧車載電気系統との間で交換可能である。

特許文献１からは携帯可能な移動電話用のホルダが知られている。このホルダはエネルギー供給接続部を有し、このエネルギー供給接続部は、移動電話をポケット内に挿入した場合、この移動電話を外部のエネルギー供給源（車両バッテリ）と接続させる。更にこのホルダは充電接続部を有し、この充電接続部は、移動電話をポケット内に挿入した場合、移動電話のエネルギー蓄積器を外部の又はホルダ内に組み込まれている充電機器と接続させる。

ところがそのホルダが移動電話を用いてのみ稼動可能であるということは短所である。更にそのホルダは車両のコンソール内に固定式で組み込まれていて、また移動電話の移動式エネルギー蓄積器は移動電話自体のためだけに利用可能である。それに加え、ハンディの蓄電池は、通常、蓄電池を別の観点で利用可能とするには容量が少なすぎる。従って、広範囲に渡る適用のため、例えばノートブックコンピュータの稼動のためには、移動電話のホルダ或いはエネルギー蓄積器は適していない。

特許文献２からは車両用の通信システムが知られている。この通信システムは、１つの又は複数の適用ユニットを複数の無線通信チャネルに可変結合するための通信プラットフォームユニットを有する。それにより移動無線機器が例えば空間的な領域に応じその都度で正に最も有利な移動無線チャネル上で稼動され得る。この通信プラットフォームユニットには予備バッテリが付設されていて、この予備バッテリを用い、主バッテリ給電の故障時には通信プラットフォームユニットが更に稼動され得る。

予備バッテリが通信プラットフォームユニット用の緊急給電部としてだけ設計されていることは短所である。ここでは別の消費装置用の取扱いは意図されていない。従って通信プラットフォームユニットは予備バッテリを用いて別の観点で使用することはできない。

更に特許文献３からは車両内で使用するためのシステムボックスが知られていて、このシステムボックスは事務機器用の受容区画を有する。このシステムボックスは車両固有のバッテリを介して稼動され得て、追加的に２２０Ｖ電気系統接続部を有している。

車両バッテリ或いはエネルギー生成するジェネレータがシステムボックスの稼動により強く負荷されることは短所である。特に車両バッテリは、停止状態、即ち車両が稼動状態にない場合、比較的長い時間に渡って例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）を利用した際には直ぐにその出力限界に達してしまう。電気系統接続部は近い範囲でのみ到達可能な電気系統コンセントにより使用可能である。従ってシステムボックスの移動式の利用可能性は比較的制限され、柔軟であるとは言えない。

独国特許出願公開第１９８１６０５２Ａ１号明細書 独国特許発明第１９９２５５７０Ｃ２号明細書 独国特許出願公開第１９９０７００３Ａ１号明細書

従って本発明の課題は、接続可能な様々な消費装置のために、車両が稼動状態にない場合にも柔軟で且つ持続的に利用可能である、車両用のエネルギー供給システムを開発することである。

前記の課題は、請求項１の前提部（所謂おいて部）と関連し、携帯可能であり車両の電圧車載電気系統を介して充電可能である少なくとも１つの交換式蓄積器が設けられていて、この交換式蓄積器が、バッテリ管理システムを介してコントロール可能な拡張エネルギー蓄積器として形成されていて、この拡張エネルギー蓄積器を介し、車両固有の及び／又は外部の電気消費装置が稼動可能であり、それにより交換式蓄積器が、選択的に、電圧車載電気系統が接続されている場合には車両内で据置式のエネルギー供給装置として、又は、電圧車載電気系統が接続されていない場合には車両に依存せず移動式のエネルギー供給装置として利用可能であることにより解決される。

前記の交換式蓄積器が設けられていることにより、利用者には、極めて多岐に渡って使用可能な拡張エネルギー蓄積器が提供されていて、利用者はこの拡張エネルギー蓄積器を選択的に車両内で又は移動式の携帯可能なエネルギー供給部として利用することができる。バッテリ管理システムは実質的に交換式蓄積器の充電プロセス及び稼動を制御及び監視するために用いられる。このバッテリ管理システムを介し、電圧車載電気系統から交換式蓄積器への充電過程或いは出力放出が調整される。また同様にバッテリ管理システムを介し、車両電子装置或いは電圧車載電気系統は交換式蓄積器の出力を要求し得る。つまり交換式蓄積器は車両バッテリを支援し、車両のエネルギー供給システムの出力性能を拡張し得る。それにより、車両が稼動状態にない場合にも比較的長い時間に渡って車両内で外部の機器を稼動することが可能である。また、拡張エネルギー蓄積器が、車載電気系統に付属する比較的高価値の消費装置の所定の機能のために例えば始動過程において車両の電圧車載電気系統を支援し、又は、始動過程前の車両の停止状態時にも操作されるべきである車両の電気装置を稼動するために使用される。この際、交換式蓄積器は車両バッテリを負荷軽減する。また、携帯可能な交換式蓄積器は車両からもってこられ、任意の場所で所定の機器にエネルギー供給することができる。従ってこの交換式蓄積器は移動可能で柔軟に使用可能である。

本発明の有利な実施形態に従い、外部の消費装置は事務機器と通信手段と娯楽用電子装置のグループに属している。

交換式蓄積器は特に事務手段などの給電に適している。従って本発明に従うエネルギー供給システムはそのような手段の移動式の利用にとって増加する需要にふさわしいものである。例えば利用者は事務機能用の拡張エネルギー蓄積器を車内でも自宅でも又は外出先の会議の際にも利用することができる。それにより、例えばノートブックコンピュータを外出先で十分に利用し、その間に電気系統接続を必要としないことが可能とされる。放電された交換式蓄積器は車両を介して再び充電され得て、その後、新たに制限なく使用可能状態になる。更に、例えばテレビ機器のようなエネルギーを多く使う娯楽用機器を、車両が停止している際に比較的長い時間に渡って稼動させることも可能である。また、携行された移動式の家庭用器具を交換式蓄積器を介して稼動させることも考えられる。

本発明の他の有利な実施形態により、車両の車両内部空間内にインサート装置が配設されていて、このインサート装置内に少なくとも１つの交換式蓄積器がインサートとして差込可能である。

車両コンソール内のインサート装置、例えば規格化されたインサートは、特に実用的で省スペースのもと車両内に交換式蓄積器を収容することに適している。インサート装置内には、好ましくは、車載電気系統との接続のために必要な交換式蓄積器の接続部がプラグコネクタとして組み込まれ得る。

本発明の他の有利な実施形態に従い、バッテリ管理システムが交換式蓄積器内に組み込まれている。

バッテリ管理システムを交換式蓄積器内に組み込みことは省コストであり、その理由は、車両電子装置自体の拡張の手間が最小化されるためである。それにより、１つの交換式蓄積器を別の仕様の別の交換式蓄積器と取り替えるような場合、車両電子装置における膨大なサービス作業が生じることはなく、又は、手間のかかる置換を行う必要もない。更に、組み込まれたバッテリ管理システムは、交換式蓄積器に接続されている機器の出力供給を移動式の稼動時に車両に依存せずに調整するために用いられる。従って、組み込まれたバッテリ管理システムは、１つのシステム内に統合された２重機能、即ち車両内におけるものと車両に依存しないものを満たす。

本発明の他の有利な実施形態により、バッテリ管理システムを介し、蓄積器にとって重要なパラメータが交換式蓄積器と電圧車載電気系統との間で両方向性をもって交換可能である。

バッテリ管理システムを介してパラメータが電圧車載電気系統と両方向性で交換可能であることにより、一方では車両にとって重要な蓄積器データが通知され得て、他方では拡張エネルギー蓄積器が車載電気系統と最適に適合され得る。好ましくは、制御及びデータ交換のためにＣＡＮ（コントロールエリアネットワーク）データバスシステムが設けられている。蓄積器コード化も意図され得る。特に交換式蓄積器の充電状態が電圧車載電気系統に対して通知可能である。また、バッテリ管理システムを介して電圧車載電気系統により電気エネルギーを交換式蓄積器に供給することが別の機能に対して優先化可能であることも可能である。更にバッテリ管理システムは制限機能を有し、それにより交換式蓄積器の給電時には予め定められた最大電圧と最大電流値が超過され得ない。この制限機能は過負荷保護をも有し、この過負荷保護は消費装置の給電時に交換式蓄積器の過負荷を回避する。交換式蓄積器内には追加的に安全装置（ヒューズ）が取り付けられ得て、この安全装置は過負荷時に作動する。通常稼動時には制限機能によりその安全装置の作動が防止される。また、バッテリ管理システムが遮断機能を有することも可能であり、それにより、交換式蓄積器内に蓄積されているエネルギーが予め定められた所定の機能のためだけに呼び出し可能である。更に拡張蓄積器には時間機能も備えることができる。１つの又は複数の追加蓄積器による、場合による所謂「パッケージ」損失は、需要の中止後に再び均一化され得る。

本発明の他の有利な実施形態に従い、交換式蓄積器は外部の電気系統機器（電源機器）を介して充電可能である。それにより交換式蓄積器は、車載電気系統を介した充電の可能性に追加し、対応する充電機器を用いて通常の２２０Ｖ電源電圧で充電可能である。それによりこの交換式蓄積器は更に多岐に渡って運用可能である。使用者は、エネルギー供給がアクセス可能なら実際にどこでも拡張蓄積器を再充電することができる。

本発明の他の有利な実施形態により、交換式蓄積器はリチウムイオン・ポリマーバッテリとして形成されている。

リチウムイオン・ポリマーバッテリは特に交換式蓄積器として適している。これらは極めて出力性能がよく、重量は僅かで構造形状はコンパクトである。この種のバッテリは既に市販で入手可能である。これらのバッテリは、例えばパワーパッドＴＭ（PowerPadTM）の名称のもと、典型的な仕様、即ち、サイズ：ＤＩＮ Ａ４ｘ９.５ｍｍ、重量：１.１５ｋｇ、出力：１１Ａｈ（１６０Ｗｈ、１５Ｖ）をもってカナダ・トロントのエレクトロバーヤ社（Electrovaya）からラップトップコンピュータ用の拡張エネルギー蓄積器（１６時間までの稼動時間）として提供される。この種のポリマーバッテリは、車両のための本発明に従うエネルギー供給システム用の交換式蓄積器として機能変えされ得る。外部の機器を稼動させるための追加バッテリとして場合により携行される重く且つ非実用的な従来の鉛・酸・バッテリは余分なものである。

本発明の他の有利な実施形態に従い、様々な利用者に各々適合された複数の交換式蓄積器が設けられている。複数の交換式蓄積器が設けられていることにより、各々、各々の適用にとって最も有利な仕様を有する拡張蓄積器が選択され得る。また、複数の機器が同時に稼動されることも可能である。

本発明の他の細目は、以下の詳細な説明と、本発明の有利な実施形態が例として具現化されている添付の図面とから得られる。

本発明による車両用のエネルギー供給システムは実質的に電圧車載電気系統２と交換式蓄積器５とから構成される。

車両の電圧車載電気系統２は、例えば、鉛・酸に基づく再充電可能な従来の１２Ｖの電気化学エネルギー蓄積器として形成されている車両バッテリ１により給電される。車両内部空間内、例えばコンソール内にはインサート装置４が配設されていて、このインサート装置４内には、好ましくは、リチウムイオン・ポリマーバッテリ・構造形式で形成されている高出力性のエネルギー蓄積器として、１つの又は複数の交換式蓄積器５が挿入可能である。インサート装置４は（非図示であるが）電圧車載電気系統２を介して交換式蓄積器５を充電するための接続部を有している。交換式蓄積器５或いは拡張エネルギー蓄積器用の比較的高価値の車載電気系統機能に対する他の接続部が意図されて提供されている。これらの接続部は有利にはプラグコネクタとして形成されていて、これらのプラグコネクタは、交換式蓄積器５をインサート装置４内に挿入した際、対応的に蓄積器側に設けられているコネクタ接続部と接続され得る。更に好ましくは複数の拡張エネルギー蓄積器が接続され得る。電圧車内電気系統２と交換式蓄積器５との間のデータ交換及び制御が有利にはＣＡＮ（コントロールエリアネットワーク）データバスシステム７を介して行われる。充電機能の制御とデータ交換の制御と出力放出の制御のためにバッテリ管理システム３が設けられていて、このバッテリ管理システム３は交換式蓄積器５内に組み込まれている。

交換式蓄積器５には例えばノートブックコンピュータである外部の消費装置６が接続可能である。交換式蓄積器５は１つの又は複数の外部の消費装置６を給電することができる。データバス７及び対応的な接続部を介し、交換式蓄積器５は、バッテリ管理システム３を使い、電圧車内電気系統２或いは車両バッテリ１の給電を支援するためにも援用され得る。必要に応じ、交換式蓄積器５はインサート装置４から引き出され得て、容易で且つ簡単に操作可能な移動式拡張エネルギー蓄積器として適切な器具のために使用され得る。

交換式蓄積器を備えた車両のエネルギー供給システムのブロック図を示す図である。

符号の説明

１ エネルギー蓄積器
２ 電圧車載電気系統
３ バッテリ管理システム
４ インサート装置
５ 交換式蓄積器
６ 消費装置
７ データバス

Claims (13)

1. 車両用のエネルギー供給システムであって、このシステムでは電気消費装置を給電するための電圧車載電気系統が少なくとも１つのエネルギー蓄積器により給電可能であり、この電圧車載電気系統に対して外部の電気消費装置が接続可能である、前記エネルギー供給システムにおいて、
   携帯可能であり車両の電圧車載電気系統（２）を介して充電可能である少なくとも１つの交換式蓄積器（５）が設けられていて、この交換式蓄積器が、バッテリ管理システム（３）を介してコントロール可能な拡張エネルギー蓄積器として形成されていて、この拡張エネルギー蓄積器を介し、車両固有の及び／又は外部の電気消費装置が稼動可能であり、それにより交換式蓄積器（５）が、選択的に、電圧車載電気系統（２）が接続されている場合には車両内で据置式のエネルギー供給装置として、又は、電圧車載電気系統（２）が接続されていない場合には車両に依存せず移動式のエネルギー供給装置として利用可能であることを特徴とするエネルギー供給システム。
2. 外部の消費装置（６）が事務機器と通信手段と娯楽用電子装置のグループに属していることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー供給システム。
3. 車両の車両内部空間内にインサート装置（４）が配設されていて、このインサート装置内に少なくとも１つの交換式蓄積器（５）がインサートとして差込可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエネルギー供給システム。
4. バッテリ管理システム（３）が交換式蓄積器（５）内に組み込まれていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
5. バッテリ管理システム（３）を介し、蓄積器にとって重要なパラメータが交換式蓄積器（５）と電圧車載電気系統（２）との間で両方向性をもって交換可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
6. バッテリ管理システム（３）を介し、交換式蓄積器（５）の現在の充電状態が電圧車載電気系統（２）に対して通知可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
7. バッテリ管理システム（３）を介し、電圧車載電気系統（２）により電気エネルギーを交換式蓄積器（５）に供給することが優先化可能であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
8. バッテリ管理システム（３）が制限機能を有し、それにより交換式蓄積器（５）の給電時には予め定められた最大電圧と最大電流値が超過され得ないことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
9. 前記制限機能が過負荷保護を有し、それにより交換式蓄積器（５）の予め定められた最大負荷が超過され得ないことを特徴とする、請求項８に記載のエネルギー供給システム。
10. バッテリ管理システム（３）が遮断機能を有し、それにより、交換式蓄積器（５）内に蓄積されているエネルギーが予め定められた機能のためだけに呼び出し可能であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
11. 交換式蓄積器（５）が外部の電気系統機器を介して充電可能であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
12. 交換式蓄積器（５）がリチウムイオン・ポリマーバッテリとして形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。
13. 様々な適用に対して各々適合されている複数の交換式蓄積器（５）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエネルギー供給システム。

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