JP2013526241A - 車両バッテリーを充電するための方法および車両バッテリーを充電するための電気的導体の構造体 - Google Patents

Abstract

導体構造体に作用する交番磁界（４）によって、当該導体構造体（１）を流れる交流電流（３）を誘導するための電気的な導体（２，２’，…）の構造体（１）が、前記導体構造体（１）を流れる前記交流電流（３）を用いて車両（６）のバッテリー（５）を充電するために用いられる。前記導体構造体（１）は、低インピーダンス接続（７）を介して前記導体構造体（１）の外部の電気導体（８，８’，…）と接続されていない。

Description

本発明は、車両バッテリーを充電するための方法および車両バッテリーを充電するための電気的導体の構造体に関する。

蓄電池、特に電気自動車のバッテリーを充電するためには、エネルギーの伝達がケーブルとプラグ接続を介して行われるコンダクティブ方式と並んで、インダクティブ方式がある。本発明は車両のバッテリーを充電するためのインダクティブ式方法と、当該方法において用いられる構造体に関する。

独国特許出願公開第２５１５１２１号明細書

本発明は車両のバッテリーを充電するためのインダクティブ式方法と、当該方法において用いられる構造体の改良に寄与することを課題とする。当該課題は独立請求項のうちの一つに記載の物あるいは方法によって解決される。

本発明により電気的な導体の構造体が設けられる。当該導体構造体は、当該導体構造体に作用する交番磁界によって、当該導体構造体を流れる交流電流を誘導するために構成されているとともに、当該導体構造体を流れる交流電流を用いて車両のバッテリーを充電するために設けられている。当該導体構造体は、低インピーダンス接続を介して当該導体構造体の外部の電気導体とは接続されていない。

本発明によりさらに、上記のような導体構造体と、当該導体構造体の外部にある導電性の構成要素を有する車両が設けられる。当該車両において当該導電性の構成要素は互いに低インピーダンスで保護導体と接続されており、当該保護導体は接地され得るように構成されている。

本発明によりさらに、車両のバッテリーを充電するための方法が提起される。当該方法では第一のステップにおいて、車両のバッテリーを充電するために設けられている車両の導体構造体であって、低インピーダンス接続を介して当該導体構造体の外部の電気導体と接続されていない導体構造体に作用する交番磁界によって、交流電流が当該導体構造体に誘導される。このとき導体構造体と当該導体構造体の外部の電気導体との低インピーダンス接続が欠落していることは、充電工程の間、検出装置を用いて連続的に監視される。

本発明の詳細な説明との関連において、車両のバッテリーを充電するための電気的な導体の構造体とは、単独または複数の電気導体のあらゆる構造体と理解すべきである。当該構造体は、当該導体構造体に作用する交番磁界が、当該導体構造体に交流電流を誘導できるように構成されており、それによって当該導体構造体に誘導された交流電流は車両のバッテリーを充電するために用いられ得る。

これに関連して、このような導体構造体を流れる交流電流とは、少なくとも当該導体構造体の構成要素において時間的に変化はするが、特に必ずしも時間において周期的ではない電流と理解すべきである。このとき当該電流は時間の経過において方向を変え得るが、必ずしも時間の経過において方向を変えなければならないわけではない。ここで用いられている交流電流の概念は、単一の方向に流れ、かつ、時間とともに電流の強さのみが変わる電流も含むべきである。

これに関連して交番磁界とは、時間的に変化する磁界であって、このような導体構造体において、本発明の詳細な説明における意味での交流電流を誘導するのに好適である磁界と理解すべきである。このような時間的に変化する磁界は、外部の導体構造体、例えば変圧器において、あるいは電磁石において時間的に変化する電流によって作り出され得る。しかしながら交番磁界は移動する永久磁石によって、あるいは移動する外部の電気的な導体構造体によっても作り出され得る。当該移動する永久磁石あるいは移動する外部の電気的な導体構造体を、時間的に一定の、あるいは時間的に変化する電流が流れる。この点に関連して交番磁界の概念は、特に電磁的交番磁界も含んでいる。

これに関連して、バッテリーとはエネルギーを貯蔵するのに適したあらゆる装置と理解すべきであり、当該装置にエネルギーが電気的な形で供給され、かつ、取り出され得る。このときバッテリーとは特に、ガルバニックセルまたはガルバニックセル構造体であってよい。

これに関連して、電気導体の低インピーダンス接続とは、導電接続であって、当該導電接続のオーム抵抗が小さく、それによって当該接続を介する電流は、本発明による応用に関して予想される電流においては、構造体または当該構造体が用いられるシステムの所定の動作または安全性に影響を及ぼし得るような電圧低下を生じさせない、導電接続と理解すべきである。

本発明の好適な実施の形態によれば、導体構造体は中性点を有しており、当該中性点は高インピーダンス接続を介して当該導体構造体の外部の電気導体と接続され得、特に接地され得る。当該実施の形態において中性点と、高インピーダンス接続を介して当該中性点と接続された当該導体構造体の外部の電気導体とは、当該高インピーダンス接続を介して顕著な電流が流れない限り、同じ電位にある。これにより、中性点と、当該中性点と高インピーダンス接続された導体構造体の外部の電気導体との間に、危険な接触電圧が生じ得ないことが確実となる。ただし、高インピーダンス接続を介して、このような危険な接触電圧を生じさせる電流が流れない場合に限る。

本発明のさらなる好適な実施の形態であって、上記の実施の形態と組み合わせることもできる実施の形態によれば、導体構造体と当該導体構造体の外部の電気導体との低インピーダンス接続を検出するための装置が設けられている。このような検出装置は、導体構造体と当該導体構造体の外部の単独の電気導体または複数の電気導体との低インピーダンス接続が生じること、あるいは存在することを迅速に認識することができる。このような検出装置は基本的に様々な形式において知られている。

本発明のさらなる好適な実施の形態であって、上記の好適な実施の形態と組み合わせることもできる実施の形態によれば、交番磁界を停止させるための装置が設けられている。当該停止装置は好ましくは信号によって作動され、当該信号は、検出装置が導体構造体と当該導体構造体の外部の単独の電気導体または複数の電気導体との低インピーダンス接続が生じること、あるいは存在することを認識した場合、または認識するやいなや、当該検出装置によって出力される。このようにして、導体構造体と当該導体構造体の外部の電気導体との低インピーダンス接続が生じる際、または認識される際に、誘導によって当該導体構造体において交流電流を生じさせる交番磁界を停止させることが可能である。交番磁界を作動させた後、誘導される交流電流はこのように減衰し得、それによって本発明に係る電気的な導体の構造体と、当該導体構造体の外部の電気導体との間に望まない残留電流が存在し続けることはない。

本発明に係る車両であって、車両の周囲にある導電性の構成要素、特に接地接合部との低インピーダンス接続を行うための保護導体が設けられている車両が好適である。本発明のさらなる好適な実施の形態であって、上記の実施の形態と組み合わせることもできる実施の形態によれば、導体構造体と当該導体構造体の外部の電気導体との低インピーダンス接続を検出するための装置を有する車両が設けられている。交番磁界を停止するための装置を有する車両は特に好ましい。

交番磁界を停止させるためのこのような装置１２は、好ましくは交番磁界を停止させるための信号を生じさせる。当該信号は好ましくは交番磁界を生じさせるための装置ＥＴに送信または伝送される。当該信号は好ましくは切り替え装置によって受信されるとともに評価される。切り替え装置が、交番磁界を停止させるための装置１２から送信された信号を受信するやいなや、当該切り替え装置は交番磁界を停止させる。交番磁界のこのような停止は、好ましくは交番磁界を生じさせるための装置ＥＴへのエネルギー供給を停止することによって行われる。

好ましくは車両内または車両に接して取り付けられているが、必ずしも車両内または車両に接して取り付けられているわけではない、交番磁界を停止させるための装置１２から、切り替え装置への信号の伝送は、好ましくは無線で、例えば光線、赤外線または電波を用いて行われる。複数の独立した経路を介して信号の伝送を行うと、安全性がさらに高められる。信号は導体構造体ｅ，ｆ，ｇおよび２，２’，２”を介して、好ましくは搬送周波数を用いて、インダクティブな方式によっても伝えられる。当該搬送周波数は交流電流に変調され、当該交流電流はバッテリーを充電するために用いられる。このように変調された信号は誘導によって、それぞれ他の導体構造体において対応する信号を生じさせる。当該対応する信号は容易に復調されるとともに評価され得る。

交番磁界を停止させるための当該信号を無線で伝送する経路は、有線で伝送する経路に対して、当該無線伝送経路によって、導体構造体（１）と当該導体構造体（１）の外部の電気導体（８，８’，…）、特に車両の外部の導体の間に、望ましくない低インピーダンス接続が生じ得ないという有利点を提供する。

交番磁界を停止させるための装置１２は、導体構造体１と当該導体構造体１の外部の電気導体８，８’，…との低インピーダンス接続７を検出するための装置１１がこのような低インピーダンス接続を検出するやいなや、交番磁界を停止させるための信号を生じさせるとともに送信するように作動される。特に、交番磁界を停止させるための装置１２が低インピーダンス接続７を検出するための装置１１と共に車両内または車両に接して取り付けられているとき、交番磁界を停止させるための装置１２を、低インピーダンス接続７を検出するための装置１１によって作動させることは有線で行われ得る。交番磁界を停止させるための装置１２が低インピーダンス接続７を検出するための装置１１と共に、車両の外部に取り付けられている場合でも、交番磁界を停止させるための装置１２を、低インピーダンス接続７を検出するための装置１１によって作動させることは有線で行われ得る。

しかしながら交番磁界を停止させるための装置１２と低インピーダンス接続７を検出するための装置１１を無線接続することは、安全上の有利点を提供する場合が多い。これは無線接続によって、導体構造体１と当該導体構造体の外部の電気導体８，８’，…、特に車両の外部の導体との間に、望ましくない低インピーダンス接続が生じ得ないという理由による。

本発明に係る方法において、好適な方法で、導体構造体の中性点は高インピーダンス接続を介して当該導体構造体の外部の電気導体と接続され、特に接地される。

本発明のさらなる好適な実施の形態であって、上記の実施の形態と組み合わせることもできる実施の形態によれば、本発明に係る方法において、導体構造体の外部にある、車両の導電性を有する構成要素を互いに低インピーダンス接続している保護導体は、車両の周囲にある導電性の構成要素と、特に接地接合部と低インピーダンス接続される。このとき特に好ましいのは本発明に係る方法の実施の形態であって、当該方法では、充電工程中に、導体構造体と当該導体構造体の外部の電気導体との低インピーダンス接続が検出されるやいなや、交番磁界が停止される。

以下に本発明を、さらなる好適な実施の形態に基づくとともに図面を用いてより詳しく説明する。

本発明に係る導体構造体であって、交番磁界が作用を及ぼしている導体構造体の実施の形態を概略的に示す図である。 図１に示す導体構造体を記号的に示す図である。 図１に示す導体構造体を、交番磁界を提供するさらなる導体構造体とともに記号的に示す図である。 星形結線を有する本発明に係る導体構造体のさらなる実施の形態を概略的に示す図である。 本発明に係る導体構造体と、交番磁界を提供するさらなる導体構造体との協働を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施の形態を概略的に示す図である。

本発明の第一の実施の形態に関して図１に示されるように、車両のバッテリーを充電するために設けられている、本発明に係る電気的な導体の構造体は、例えば複数回の巻きを有するコイル状の導体構造体１から成っている。交番磁界４によって導体構造体１に誘導される交流電流は、導体構造体１の導体経路または巻きを通って流れ、点ａもしくはｂにおいて取り出されるとともに、車両のバッテリーを充電するために用いられ得る。このとき当該誘導された交流電流はまず周期的に、バッテリーを充電するという目的に適した方法で整流される。図５は例えば整流装置１８示しており、当該整流装置は導体構造体、特にコイル状の導体構造体の星形結線の３つの相２，２’，２”と接続されているとともに、出口側で直流電圧を生じさせ、当該直流電圧はバッテリー５に供給される。

このとき交番磁界４を作りだす仕方に応じて、導体構造体１は様々な方法で形成されていてよく、磁界を作り出す導体構造体ＥＴに対して様々な方法で配置されていてよい。したがって例えば図３は、図２に示す本発明に係る導体構造体１を、基本的に同様に構成された導体構造体であって、交番磁界を生じさせるとともに、充電すべきバッテリーを有する車両の外部にある導体構造体ＥＴの空間的近傍において示している。図３に示される場合には、交番磁界は点ｃもしくはｄを介して供給される単相交流電流によってコイルまたは変圧器ＥＴにおいて作り出され、導体構造体１において対応する単相交流電流を誘導し、当該単相交流電流は点ａもしくはｂを介して取り出され得る。

図４は本発明に係る導体構造体であって、磁界を発生させる導体構造体としても用いられ得る導体構造体のさらなる例を示している。本図は注入点ｅ，ｆおよびｇを有する三つのコイル２，２’，２”の星形結線を示している。このような星形の相互接続は三相電流／交流電流システムに関連してよく用いられる。このような構造体は交番磁界を生じさせるためにも、本発明の意味での電気的な導体の構造体としても、すなわち車両バッテリーを充電するためにも用いられ得る。

このために図５に示されるように、交番磁界を作り出す導体構造体ＥＴと、車両に設けられている導体構造体１が変圧器として構成されている。磁界を作り出す導体構造体ＥＴに流入する交流電流、この場合は三相電流が交番磁界を作り出し、当該交番磁界は構造体１の二次的導体構造体２，２’，２”において対応する交流電流を誘導する。当該交流電流、図に示す場合の三相電流は下流に接続されている整流するための構造体１８によって整流されるとともに、出口側で、構造体１８によって作り出された直流電流はバッテリー５を充電するために用いられる。

磁界を作り出す導体構造体の交番磁界の中性点が中性線ＰＥＮに統合される一方で、構造体１の導体２，２’，２”はいわゆるＩＴネットの相導体を形成しており、当該相導体の安全性は、構造体１の導体と、当該構造体の外部の電気導体８，８’との間に低インピーダンスの電気的接続７，７’が生じないという点に概ね依存している。このとき図５に示されている低インピーダンス接続７は、交流電流を導く導体２”と構造体１の外部にある電気的導体８’との接続に相当し、低インピーダンス接続７’は、直流電流を導く導体と構造体１の外部にある電気的導体８との接続に相当する。

本発明の好適な実施の形態によれば、導体構造体１と、当該導体構造体の外部の電気的導体８，８’との低インピーダンス接続７を検出するための装置１１が設けられている。このような検出装置１１は当業者にとって基本的に既知である。このような装置１１は漏電モニターまたは漏電監視装置とも呼ばれる。当該装置はＩＴネット、すなわち接地されていない電力網の絶縁状態について、最小の絶縁抵抗を下回るかどうか監視している。この目的のために地面付近での電流測定がよく行われる。漏電の場合、すなわち漏電電流が所定の閾値を超えているとき、最小絶縁抵抗を下回っていることが検出され得、その結果、安全を確保するためのさらなる措置が講じられ得る。例えば警告信号を発生させるとともに出力することができる。また、本発明のさらなる好適な実施の形態にみられるように、導体構造体１にエネルギーを供給している交番磁界を停止させることもできる。

図５および６において例として示す状況であって、誘導された交流電流が整流されており、それによって生じる直流電流を車両のバッテリーに供給するために用いることができる状況においては、車両の電力網全体の交流電流部分網においても直流電流部分網においても漏電が生じ得るという特別な困難が生じる。漏電のほか、車両の導電性の構成要素や構造体１の外部の他の電気導体に対する他の低インピーダンス接続も生じ得る。このように漏電の可能性と、構造体全体のうちの交流電流部分網においても直流電流部分網においても他の低インピーダンス接続が生じる可能性があるという特別な状況により、このような低インピーダンス接続あるいは漏電を検出するための特殊な検出装置を使用することが必要となる。このような状況において好適な、漏電電流および特に地絡を検出するためのこのような装置の例は、１９７６年１０月１４日に公開された特許文献１において説明されている。

車両における電気的導体において、特に地面に対して、または地面に対する低インピーダンス接続を有する車両の周囲における導体に対して、危険な接触電圧が生じることと、それに伴って人を危険に曝すこととを回避するため、本発明は好適に、導体構造体１と、当該導体構造体の外部の電気導体との低インピーダンス接続を検出するための装置に送信器を備え、この信号を交番磁界を停止させるための装置に供給する。この好適な実施の形態には、以下の有利点が付随する。すなわち、漏電電流が発生したとき、構造体全体のエネルギーを提供している交番磁界を停止させることにより、事故の有効な防止が確実に行われ得るというものである。交番磁界の停止は例えば、交番磁界を発生させるための装置ＥＴが、検出装置１１によって作動される切り替え装置１２を備えることによって行われ得る。構造体１の導体同士の接続７または７’、あるいは当該構造体の導体のうちの一つと、当該構造体の外部の導体との接続７または７’が、最小抵抗を下回る抵抗を有することを検出装置１１が認識するやいなや、交番磁界の停止が好適に行われる。このとき当該最小抵抗の値は、用いられる電圧において、該当する導体に接触することによって人間が危険に曝されることが排除され得るように設定もしくは決定され得る。

図面を用いて本発明を詳細に説明する際、以下に挙げる参照番号が用いられた。

１ 電気的導体の構造体、導体構造体
２，２’，… 構造体１の導体
３ 導体構造体１を通る交流電流
４ 交番磁界
５ バッテリー
６ 車両
７ 構造体１と当該構造体１の外部の導体との低インピーダンス接続
８，８’，… 構造体１の外部の電気導体
９ 中性点
１０ 中性点９と構造体１の外部の電気導体との高インピーダンス接続
１１ 検出のための装置、検出装置
１２ 交番磁界を停止するための装置
１３，１３’，… 導体構造体１の外部の車両６の導電性の構成要素
１４ 保護導体
１５ 保護導体１４と車両６の周囲にある導電性の構成要素１６との低インピーダンス接続
１６ 車両６の周囲にある導電性の構成要素
１７ 接地接合部

Claims (12)

1. 電気的な導体（２，２’，…）の構造体（１）であって、
   ａ）当該導体構造体に作用する交番磁界（４）によって、当該導体構造体（１）を流れる交流電流（３）を誘導するために構成されており、
   ｂ）前記導体構造体（１）を流れる前記交流電流（３）を用いて車両（６）のバッテリー（５）を充電するために設けられている、
   構造体において、
   前記導体構造体（１）は、低インピーダンス接続（７）を介して前記導体構造体（１）の外部の電気導体（８，８’，…）と接続されていないことを特徴とする構造体（１）。
2. 中性点（９）を有する請求項１に記載の構造体（１）であって、当該中性点（９）が高インピーダンス接続（１０）を介して前記導体構造体（１）の外部の電気導体（８，８’，…）と接続され得、特に接地され得るように構成されている構造体（１）。
3. 前記導体構造体（１）と当該導体構造体（１）の外部の電気導体（８，８’，…）との低インピーダンス接続（７）を検出するための装置（１１）を特徴とする、請求項１または２に記載の構造体（１）。
4. 前記交番磁界（４）を停止させるための装置（１２）を特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造体（１）。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の構造体（１）と、当該導体構造体（１）の外部の導電性の構成要素（１３，１３’，…）を有する車両（６）であって、
   前記導電性の構成要素（１３，１３’，…）が互いに低インピーダンスに保護導体（１４）と接続されており、当該保護導体は当該保護導体が接地され得るように構成されていることを特徴とする車両（６）。
6. 前記保護導体（１４）は、車両の周囲にある導電性の構成要素（１６）、特に接地接合部（１７）との低インピーダンス接続（１５）を行うために構成されていることを特徴とする請求項５に記載の車両（６）。
7. 前記導体構造体（１）と当該導体構造体の外部の電気導体（８，８’，…）との低インピーダンス接続（７）を検出するための装置（１１）を特徴とする請求項５または６に記載の車両（６）。
8. 前記交番磁界（４）を停止するための装置（１２）を特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の車両（６）。
9. 車両（６）のバッテリー（５）を充電するための方法であって、
   ａ）前記車両の前記バッテリー（５）を充電するために設けられている前記車両の導体構造体（１）であって、低インピーダンス接続を介して前記導体構造体の外部の電気導体（８，８’，…）と接続されていない導体構造体に作用する交番磁界（４）によって、交流電流（３）が前記導体構造体に誘導されるステップと、
   ｂ）前記導体構造体（１）と当該導体構造体の外部の電気導体（８，８’，…）との低インピーダンス接続（７）が欠落していることが、充電工程の間、検出装置（１１）を用いて連続的に監視されるステップと、
   を有する方法。
10. 前記導体構造体（１）の中性点（９）が高インピーダンス接続（１０）を介して前記導体構造体の外部の電気導体（８，８’，…）と接続され、特に接地される、請求項９に記載の方法。
11. 前記導体構造体（１）の外部の、前記車両の前記導電性の構成要素（１３，１３’，…）を互いに低インピーダンス接続している保護導体（１４）が、前記車両の周囲にある導電性の構成要素（１６）、特に接地接合部（１７）と低インピーダンス接続される、請求項９または１０に記載の方法。
12. 充電工程中に、前記導体構造体（１）と当該導体構造体の外部の電気導体（８，８’，…）との低インピーダンス接続（７）が検出されるやいなや、前記交番磁界（４）が停止される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

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