JP2019134668A - バッテリ式電気車両用のバッテリシステムおよびバッテリ式電気車両の残存距離を利用するための方法 - Google Patents

バッテリ式電気車両用のバッテリシステムおよびバッテリ式電気車両の残存距離を利用するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 バッテリ式電気車両用のバッテリシステムおよびバッテリ式電気車両の残存距離を利用するための方法を提供する。【解決手段】 本発明は、方法ならびに第１の蓄電池装置（１０２）および第２の蓄電池装置（１０４）を備えたデバイス（１００）に関し、デバイス（１００）は、制御装置（１１０）を備え、制御装置（１１０）は、第１の蓄電池装置（１０２）の第１の充電状態および／または第２の蓄電池装置（１０４）の第２の充電状態に応じて、選択的に、第１の供給電圧（Ｕ１）で車両に電力を供給するために、第１の蓄電池装置（１０２）と第２の蓄電池装置（１０４）を第１の端子（１０６）と第２の端子（１０８）との間で直列接続して操作する、あるいは、第２の蓄電池装置（１０４）によって第２の供給電圧（Ｕ２）で車両に電力を供給するために、第１の端子（１０６）からおよび／または第２の端子（１０８）から第１の蓄電池装置（１０２）を電気的に切断するように構成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、バッテリ式電気車両用のバッテリシステムおよびバッテリ式電気車両を操作するための方法に関する。
バッテリ式車両は、車両に対する電力供給（特に、推進力用を含む）を提供する蓄電池を使用する。
（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）および（特許文献４）は、充電状態に応じた多くの電力供給バッテリの並列接続および個々のバッテリの切断について開示している。
（特許文献５）は、バッテリにおける多くのユニット（例えば、電池）の使用について開示しており、最弱ユニットの使用は制限されている。
米国特許第２００３１２９４５７号明細書 米国特許第２００７２４７１０６号明細書 米国特許第２０１１１７８６６４号明細書 米国特許第２０１１２５１７４５号明細書 米国特許第２０１５２４９３５１号明細書
すべてのユニットが直列に接続される構成では、ユニットのうちの１つの充電状態が低過ぎる可能性や、他のユニットに未だ電力の残量があっても、電力引き出しが制限される可能性が存在する。
従って、このような構成でも、車両に対する電力を提供することが望ましい。
これは、独立請求項によるデバイスおよび方法によって達成される。
デバイスは、第１の蓄電池装置および第２の蓄電池装置を備え、デバイスは、制御装置を備え、制御装置は、第１の蓄電池装置の第１の充電状態および／または第２の蓄電池装置の第２の充電状態に応じて、選択的に、第１の供給電圧で車両に電力を供給するため、第１の蓄電池装置と第２の蓄電池装置を第１の端子と第２の端子との間で直列接続して操作するか、あるいは、第２の蓄電池装置によって第２の供給電圧で車両に電力を供給するために、第１の端子からおよび／または第２の端子から第１の蓄電池装置を電気的に切断する、ように構成される。高電圧レベルで駆動するための直列接続と半分の低い電圧レベルで駆動するための個々の接続とを切り替えることが特に可能である。これにより、不均一な状態を有するバッテリの潜在的な残存電力の利用が可能になり、それにより、高電圧レベルでの直列接続の利点を利用することができる。
制御装置は、好ましくは、第１の蓄電池装置および第２の蓄電池装置を第１の端子と第２の端子との間で並列接続して操作するように構成される。
第１の蓄電池装置および第２の蓄電池装置は、好ましくは、１つのバッテリセルタイプのバッテリセルを同じ数だけ備える。これにより、バッテリを二等分した設計が可能になる。これにより、半分のバッテリの一方を停止した場合に、約半分ほど低い電圧値で車両に電力を供給することが可能になる。
デバイスは、好ましくは、第１の蓄電池装置の第１の電力残量および第２の蓄電池装置の第２の電力残量を決定するために第１の充電状態および第２の充電状態を評価するように構成される評価装置を備え、制御装置は、第１の電力残量が第１の閾値を下回る場合および第２の電力残量が事前に定義された第２の閾値を上回る場合ならびに／あるいは第１の電力残量が第２の電力残量より少ない場合は、第２の蓄電池装置によって第２の供給電圧で車両に電力を供給するために、第１の端子からおよび／または第２の端子から第１の蓄電池装置を電気的に切断するように構成される。これにより、低い充電状態を有するユニットの適時停止が可能になる。
評価装置は、好ましくは、車両の残存距離（ｒａｎｇｅ）を決定するために第２の充電状態を評価するように構成され、制御装置は、残存距離が事前に定義された第２の閾値を上回る場合は、第２の蓄電池装置によって車両への電力供給を提供するように構成される。それにより、残存距離内の目的地への到達が可能になる。
デバイスは、好ましくは、第１の端子と第１の蓄電池装置の第１の正極との間の第１の電気接続を備え、デバイスは、第１の蓄電池装置の第１の負極と第２の蓄電池装置の第２の正極との間の第２の電気接続を備え、デバイスは、第２の蓄電池装置の第２の負極と第２の端子との間の第３の電気接続を備え、第１の負極と第２の正極の電気接続または電気切断を選択的に行うための第１の切替装置がデバイスに配置され、第２の正極と第１の端子の電気接続または電気切断を選択的に行うための第２の切替装置がデバイスに配置され、第１の負極と第２の負極の電気接続または電気切断を選択的に行うための第３の切替装置がデバイスに配置される。この構造は、第１の電圧レベル（例えば、８００Ｖの値を含む電圧距離を有する）で駆動および充電するための直列接続と、第２の電圧レベル（例えば、４００Ｖの値を含む電圧距離を有する）で充電するための並列接続と、第２の電圧レベルで残存距離を利用するための個々の接続または駆動および充電するために個々の接続を利用するための個々の接続との間の切替を可能にする。
そのようなデバイスを操作するための方法は、第１の蓄電池装置の第１の充電状態および／または第２の蓄電池装置の第２の充電状態に応じて、選択的に、第１の供給電圧で車両に電力を供給するために、第１の蓄電池装置と第２の蓄電池装置を第１の端子と第２の端子との間で直列接続して操作するか、または、第２の蓄電池装置によって第２の供給電圧で車両に電力を供給するために、第１の蓄電池装置は、第１の端子からおよび／または第２の端子から電気的に切断されるように操作される。
第１の蓄電池装置および第２の蓄電池装置は、好ましくは、第１の端子と第２の端子との間で並列接続して操作される。
第１の充電状態および第２の充電状態は、好ましくは、第１の蓄電池装置の第１の電力残量および第２の蓄電池装置の第２の電力残量を決定するために評価され、第１の蓄電池装置は、第１の電力残量が第１の閾値を下回る場合および第２の電力残量が事前に定義された第２の閾値を上回る場合ならびに／あるいは第１の電力残量が第２の電力残量より少ない場合は、第２の蓄電池装置によって第２の供給電圧で車両に電力を供給するために、第１の端子からおよび／または第２の端子から電気的に切断される。これにより、より十分に充電された蓄電池装置からの電力残量を利用することが可能になる。
第２の充電状態は、好ましくは、車両の残存距離を決定するために評価され、車両への電力供給は、残存距離が事前に定義された第２の閾値を上回る場合は、第２の蓄電池装置によって提供される。これにより、残存距離内の目的地に到達するために第２の蓄電池装置を利用することが可能になる。
さらなる有利な改良は、以下の説明および図面から明らかになる。
車両のバッテリの第１の動作状態を概略的に示す。 バッテリの第２の動作状態を概略的に示す。 バッテリの第３の動作状態を概略的に示す。
図１は、デバイス１００を示す。例では、デバイス１００は、バッテリシステムの細部である。デバイス１００は、第１の蓄電池装置１０２および第２の蓄電池装置１０４を備える。第１の蓄電池装置１０２および第２の蓄電池装置１０４は、例では、１つのバッテリセルタイプのバッテリセルを同じ数だけ備える。第１の蓄電池装置１０２は、少なくとも１つの第１の高電圧バッテリユニットを備える。第２の蓄電池装置１０４は、少なくとも１つの第２の高電圧バッテリユニットを備える。これらは、例では、車両のバッテリの部品である。
デバイス１００は、第１の端子１０６および第２の端子１０８を備える。
デバイス１００は、制御装置１１０を備え、制御装置１１０は、第１の蓄電池装置１０２の第１の充電状態および／または第２の蓄電池装置１０４の第２の充電状態に応じて、選択的に、第１の供給電圧Ｕ１で車両に電力を供給するために、第１の蓄電池装置１０２と第２の蓄電池装置１０４を第１の端子１０６と第２の端子１０８との間で直列接続して操作する、あるいは、第２の蓄電池装置１０４によって第２の供給電圧Ｕ２で車両に電力を供給するために、第１の端子１０６からおよび／または第２の端子１０８から第１の蓄電池装置１０２を電気的に切断するように構成される。
制御装置１１０は、第１の蓄電池装置１０２および第２の蓄電池装置１０４の充電プロセスにおいて、第１の蓄電池装置１０２と第２の蓄電池装置１０４を第１の端子１０６と第２の端子１０８との間で並列接続して操作するように構成される。
デバイス１００は、第１の蓄電池装置１０２の第１の電力残量および第２の蓄電池装置１０４の第２の電力残量を決定するために第１の充電状態および第２の充電状態を評価するように構成される評価装置１２０を備え、制御装置１１０は、第１の電力残量が第１の閾値を下回る場合および第２の電力残量が事前に定義された第２の閾値を上回る場合ならびに／あるいは第１の電力残量が第２の電力残量より少ない場合は、第２の蓄電池装置１０４によって第２の供給電圧Ｕ２で車両に電力を供給するために、第１の端子１０６からおよび／または第２の端子１０８から第１の蓄電池装置１０２を電気的に切断するように構成される。
評価装置１２０は、車両の残存距離を決定するために第２の充電状態を評価するように構成され、制御装置１１０は、残存距離が事前に定義された第２の閾値を上回る場合は、第２の蓄電池装置１０４によって車両への電力供給を提供するように構成される。
デバイス１００は、第１の端子１０６と第１の蓄電池装置１０２の第１の正極１４１との間の第１の電気接続１３１を備える。
デバイス１００は、第１の蓄電池装置１０２の第１の負極１４２と第２の蓄電池装置１０４の第２の正極１４３との間の第２の電気接続１３２を備える。
デバイス１００は、第２の蓄電池装置１０４の第２の負極１４４と第２の端子１０８との間の第３の電気接続１３３を備える。
第１の負極１４２と第２の正極１４３の電気接続または電気切断を選択的に行うための第１の切替装置１５１がデバイス１００に配置される。
第２の正極１４３と第１の端子１０６の電気接続または電気切断を選択的に行うための第２の切替装置１５２がデバイス１００に配置される。
第１の負極１４２と第２の負極１４４の電気接続または電気切断を選択的に行うための第３の切替装置１５３がデバイス１００に配置される。
制御装置１１０は、スイッチラインを介して、第１の切替装置１５１、第２の切替装置１５２および第３の切替装置１５３を駆動するように構成される。
デバイス１００を操作するための方法は、図１〜３を参照して、以下で説明する。
デバイス１００を操作するための方法は、第１の蓄電池装置１０２の第１の充電状態および／または第２の蓄電池装置１０４の第２の充電状態に応じて、選択的に、第１の供給電圧Ｕ１で車両に電力を供給するために、第１の蓄電池装置１０２と第２の蓄電池装置１０４を第１の端子１０６と第２の端子１０８との間で直列接続して操作する、または、第２の蓄電池装置１０４によって第２の供給電圧Ｕ２で車両に電力を供給するために、第１の蓄電池装置１０２は、第１の端子１０６からおよび／または第２の端子１０８から電気的に切断されるように操作される。
図１は、第１の供給電圧Ｕ１（例えば、８００Ｖ）で蓄電池が直列接続された駆動および充電するためのバッテリの第１の動作状態を概略的に示す。第１の切替装置１５１は、この事例では、閉状態であり、第２の切替装置１５２は、この事例では、開状態であり、第３の切替装置１５３は、この事例では、開状態である。
図２は、第２の供給電圧Ｕ２（例えば、４００Ｖ）で蓄電池が並列接続されたバッテリの第２の動作状態を概略的に示す。第１の切替装置１５１は、この事例では、開状態であり、第２の切替装置１５２は、この事例では、閉状態であり、第３の切替装置１５３は、この事例では、閉状態である。第１の蓄電池装置１０２および第２の蓄電池装置１０４は、第１の蓄電池装置１０２および第２の蓄電池装置１０４の充電プロセスにおいて、第１の端子１０６と第２の端子１０８との間で並列接続して操作される。
図３は、第２の供給電圧Ｕ２（例えば、４００Ｖ）で駆動するためのバッテリの第３の動作状態を概略的に示す。この動作状態では、第１の蓄電池装置１０２は空であり、第２の蓄電池装置１０４は残存距離を有する。第１の切替装置１５１は、この事例では、開状態であり、第２の切替装置１５２は、この事例では、閉状態であり、第３の切替装置１５３は、この事例では、開状態である。
切替の場合、第１の充電状態および第２の充電状態は、例えば、第１の蓄電池装置１０２の第１の電力残量および第２の蓄電池装置１０４の第２の電力残量を決定するために評価される。第１の蓄電池装置１０２は、第１の電力残量が第１の閾値を下回る場合および第２の電力残量が事前に定義された第２の閾値を上回る場合ならびに／あるいは第１の電力残量が第２の電力残量より少ない場合は、第２の蓄電池装置１０４によって第２の供給電圧Ｕ２で車両に電力を供給するために、第１の端子１０６からおよび／または第２の端子１０８から電気的に切断される。
第２の充電状態は、車両の残存距離を決定するために評価され、車両への電力供給は、残存距離が事前に定義された第２の閾値を上回る場合は、第２の蓄電池装置１０４によって提供される。
第１の閾値は、例えば、０％の充電状態に相当する。第２の閾値は、例えば、残存距離に相当する充電状態を表す。
２つの蓄電池装置を有するバッテリシステムについて説明してきた。本発明は、他の所望のいかなる数の蓄電池装置にも適用可能である。
１００ デバイス
１０２ 第１の蓄電池装置
１０４ 第２の蓄電池装置
１０６ 第１の端子
１０８ 第２の端子
１１０ 制御装置

Claims (10)

  1. 第１の蓄電池装置（１０２）および第２の蓄電池装置（１０４）を備えたデバイス（１００）であって、前記デバイス（１００）は制御装置（１１０）を備え、前記制御装置（１１０）が、前記第１の蓄電池装置（１０２）の第１の充電状態および／または前記第２の蓄電池装置（１０４）の第２の充電状態に応じて、選択的に、第１の供給電圧（Ｕ１）で車両に電力を供給するために、前記第１の蓄電池装置（１０２）と前記第２の蓄電池装置（１０４）を第１の端子（１０６）と第２の端子（１０８）との間で直列接続して操作する、あるいは、前記第２の蓄電池装置（１０４）によって第２の供給電圧（Ｕ２）で車両に電力を供給するために、前記第１の端子（１０６）からおよび／または前記第２の端子（１０８）から前記第１の蓄電池装置（１０２）を電気的に切断する、ように構成されることを特徴とする、デバイス（１００）。
  2. 前記制御装置（１１０）が、前記第１の蓄電池装置（１０２）および前記第２の蓄電池装置（１０４）を前記第１の端子（１０６）と前記第２の端子（１０８）との間で並列接続して操作するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス（１００）。
  3. 前記第１の蓄電池装置（１０２）および前記第２の蓄電池装置（１０４）が、１つのバッテリセルタイプのバッテリセルを同じ数だけ備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス（１００）。
  4. 前記第１の蓄電池装置（１０２）の第１の電力残量および前記第２の蓄電池装置（１０４）の第２の電力残量を決定するために前記第１の充電状態および前記第２の充電状態を評価するように構成される評価装置（１２０）を備え、前記制御装置（１１０）が、前記第１の電力残量が第１の閾値を下回る場合および前記第２の電力残量が事前に定義された第２の閾値を上回る場合ならびに／あるいは前記第１の電力残量が前記第２の電力残量より少ない場合は、前記第２の蓄電池装置（１０４）によって前記第２の供給電圧（Ｕ２）で前記車両に電力を供給するために、前記第１の端子からおよび／または前記第２の端子から前記第１の蓄電池装置（１０２）を電気的に切断するように構成され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デバイス（１００）。
  5. 前記評価装置（１２０）が、前記車両の残存距離を決定するために前記第２の充電状態を評価するように構成され、前記制御装置（１１０）が、前記残存距離が事前に定義された第２の閾値を上回る場合は、前記第２の蓄電池装置（１０４）によって前記車両への前記電力供給を提供するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス（１００）。
  6. 前記第１の端子（１０６）と前記第１の蓄電池装置（１０２）の第１の正極（１４１）との間の第１の電気接続（１３１）を備え、前記第１の蓄電池装置（１０２）の第１の負極（１４２）と前記第２の蓄電池装置（１０４）の第２の正極（１４３）との間の第２の電気接続（１３２）を備え、前記第２の蓄電池装置（１０４）の第２の負極（１４４）と前記第２の端子（１０８）との間の第３の電気接続（１３３）を備え、前記第１の負極（１４２）と前記第２の正極（１４３）の電気接続または電気切断を選択的に行うための第１の切替装置（１５１）が前記デバイス（１００）に配置され、前記第２の正極（１４３）と前記第１の端子（１０６）の電気接続または電気切断を選択的に行うための第２の切替装置（１５２）が前記デバイス（１００）に配置され、前記第１の負極（１４２）と前記第２の負極（１４４）の電気接続または電気切断を選択的に行うための第３の切替装置（１５３）が前記デバイス（１００）に配置され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デバイス（１００）。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス（１００）を操作するための方法であって、前記第１の蓄電池装置（１０２）の第１の充電状態および／または前記第２の蓄電池装置（１０４）の第２の充電状態に応じて、選択的に、第１の供給電圧（Ｕ１）で車両に電力を供給するために、前記第１の蓄電池装置（１０２）と前記第２の蓄電池装置（１０４）を第１の端子（１０６）と第２の端子（１０８）との間で直列接続して操作する、または、前記第２の蓄電池装置（１０４）によって第２の供給電圧（Ｕ２）で車両に電力を供給するために、前記第１の蓄電池装置（１０２）が、前記第１の端子（１０６）からおよび／または前記第２の端子（１０８）から電気的に切断されるように操作される、ことを特徴とする、方法。
  8. 前記第１の蓄電池装置（１０２）および前記第２の蓄電池装置（１０４）が、前記第１の端子（１０６）と前記第２の端子（１０８）との間で並列接続して操作されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第１の充電状態および前記第２の充電状態が、前記第１の蓄電池装置（１０２）の第１の電力残量および前記第２の蓄電池装置（１０４）の第２の電力残量を決定するために評価され、前記第１の蓄電池装置（１０２）が、前記第１の電力残量が第１の閾値を下回る場合および前記第２の電力残量が事前に定義された第２の閾値を上回る場合ならびに／あるいは前記第１の電力残量が前記第２の電力残量より少ない場合は、前記第２の蓄電池装置（１０４）によって前記第２の供給電圧（Ｕ２）で車両に電力を供給するために、前記第１の端子（１０６）からおよび／または前記第２の端子（１０８）から電気的に切断されることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
  10. 前記第２の充電状態が、車両の残存距離を決定するために評価され、車両への前記電力供給が、前記残存距離が事前に定義された第２の閾値を上回る場合は、前記第２の蓄電池装置（１０４）によって提供されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
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