JP2024501083A - 電気的に動作可能な車両の電気貯蔵エネルギー源を充電するための充電デバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は電気的に動作可能な車両（２００）の電気エネルギー貯蔵部（６０）を充電するための充電デバイス（１００）に関し、この充電デバイスは、充電デバイス（１００）を外部電圧源に電気的に接続するための充電接続部（５０）と、充電接続部（５０）に印加される第１ＤＣ電圧を、電気貯蔵エネルギー源（６０）を充電するために供給される第２ＤＣ電圧に変換するための充電ユニット（１０）と、並びに第１及び第２の出力部（３６、３８）を有する配電ユニット（３０）であって、充電接続部（５０）に印加される第１ＤＣ電圧及び／又は充電ユニット（１０）によって変換される第２ＤＣ電圧を出力部（３６、３８）に接続される電気貯蔵エネルギー源（６０）に供給するための、該、配電ユニット（３０）と、を備える。配電ユニット（３０）は、充電接続部（５０）のための第１電気接続部（５２）と、充電ユニット（１０）のための第２電気接続部（５６）と、を有する。本発明はまた、そのような充電デバイス（１００）を使用して電気的に動作可能な車両（２００）の電気貯蔵エネルギー源（６０）を充電する方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するための充電デバイスと、このような充電デバイスを用いる電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するための方法に関する。

電気的に動作可能な車両の既存の高電圧車載電源アーキテクチャが８００Ｖ車載電源電圧に基づく場合、４００Ｖ充電ステーションで車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するために、追加の４００Ｖ／８００ＶのＤＣ電圧コンバータが必要とされる。

特許文献１（DE 102019003459 A1）は、高電圧バッテリーを充電するための充電デバイスであって、充電デバイスを外部充電接続部に接続するためのＤＣ電圧接続部を有する充電デバイスを開示している。充電デバイスは、充電デバイスを、第２外部充電接続部と、及び、第１充電接続部の第１ＤＣ電圧を第２ＤＣ電圧に変換するためのＤＣ電圧コンバータと、に接続するためのＡＣ電圧接続部を含み、高電圧バッテリーに第２ＤＣ電圧が供給される。充電デバイスは、第２充電接続部のＡＣ電圧を第２ＤＣ電圧に変換するための車載充電器をも含む。この場合、第１ＤＣ電圧は、ＤＣ電圧コンバータと車載充電器との並列接続によって、第１ＤＣ電圧よりも高い第２ＤＣ電圧に変換され得る。充電デバイスは、電気的に動作可能な車両の充電ユニットであり、電気的に動作可能な車両の高電圧バッテリーを充電することができる。ＤＣ電圧コンバータと車載充電器との並列接続により、高電圧バッテリーのバッテリー電圧より低い第１外部充電接続部のＤＣ電圧は、第２ＤＣ電圧に変換され得る。

このようなＤＣ電圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータとも呼ばれる）は、パワーエレクトロニクスにおいて、長い間多様な形式で知られ、構成要素自体の相互接続においても知られており、例えば、非特許文献１（ジョアチム・スペコビウス（Joachim Specovius）氏による２００９年第３版「Grundkurs Leistungselektronik」の書籍内第１８章「Gleichspannungswandler」）にも記載されている。この資料では、ＤＣ電圧コンバータを降圧コンバータ、昇圧コンバータ及び昇降圧コンバータに分けることができる。その資料に示される昇圧コンバータは、例えば、いわゆるハーフブリッジコンバータとして設計される。この場合、電圧は、第１極で、実質的に変化しない態様で、入力部から出力部まで連続的に印加され、電圧は、構成要素及び対応する回路により、第２極で、より低い電圧の入力部からより高い電圧の出力部へと変換される。いわゆるチャージポンプは、昇圧コンバータとしても機能することができ、これは１：２の固定転化率であるためチャージダブラーとも呼ばれ、一般的な先行技術から専門家にまで知られている。ＤＣ電圧コンバータ（全てのタイプがあり得るが、特にガルバニック結合ＤＣ電圧コンバータ）においては、電圧レベルが入力部と出力部との間の極で正確に直接的に接続されるため不変であり、入力部と出力部との間の電圧レベルが変化し、他方の極で変換される設計のＤＣ電圧コンバータを選択する可能性がある。

独国特許出願公開第１０２０１９００３４５９号明細書

?Grundkurs Leistungselektronik" by Joachim Specovius in the 3rd edition from the year 2009 in the chapter 18 ?Gleichspannungswandler"

本発明の目的は、電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するための改良された充電デバイスを提供することである。

本発明のさらなる目的は、そのような改善された充電デバイスを用いて、電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するための方法を提供することである。

上述の目的は、独立請求項の特徴によって解決される。

本発明の有益な構成及び利点は、さらなる特許請求の範囲、明細書及び図面から明らかである。

本発明の一態様によれば、電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するための充電デバイスが提案され、この充電デバイスは、充電デバイスを外部電源に電気的に接続するための充電接続部と、充電接続部に印加される第１ＤＣ電圧を、電気エネルギー貯蔵部を充電するための第２ＤＣ電圧に変換するための充電ユニットと、並びに第１出力部及び第２出力部を有する配電ユニットであり、充電接続部に印加される第１ＤＣ電圧及び／又は充電ユニットによって変換された第２ＤＣ電圧を、第１及び第２の出力部に接続された電気エネルギー貯蔵部に供給する、該配電ユニットと、を備える。ここで、配電ユニットは、充電接続部のための第１電気接続部、及び充電ユニットのための第２電気接続部を有する。配電ユニットはスイッチを有し、該スイッチによって、第１充電状態において、充電接続部が第１及び第２の出力部に切り換えられ、また第２充電状態において、充電ユニットの第１出力部が配電ユニットの出力部のうちの一方に切り替えられ、充電ユニットの第２出力部が配電ユニットの出力部のうちの他方に切り替えられる。

本発明によれば、充電デバイスにおいて、第１充電状態では充電接続部の第１ＤＣ電圧を、配電ユニットの第１及び第２の出力部に切り替えることができ、第２充電状態では充電ユニットによって変換された第２ＤＣ電圧を、配電ユニットの第１及び第２の出力部に切り替えることができる。第１充電状態において、配電ユニットの出力部に接続され、例えば８００Ｖの定格電圧を有するエネルギー貯蔵部は、８００Ｖの充電接続部に印加されるＤＣ電圧を介して直接的に充電することができる。第２充電状態において、例えば４００Ｖの第１ＤＣ電圧のみが充電接続部に供給される場合、この第１ＤＣ電圧は、充電ユニットのＤＣ電圧コンバータによって８００Ｖの第２ＤＣ電圧に変換することができ、これにより、エネルギー貯蔵部をも８００Ｖで充電することができる。

本発明によれば、特に、充電接続部における第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部の定格電圧未満である第２充電状態における充電デバイスにおいて、充電ユニットの第１出力部は、配電ユニットの第１スイッチを介して充電接続部の第１極に相互接続すること、及び、配電ユニットの第１出力部に直接的に相互接続すること、ができる。この場合、充電ユニットの第２出力部は配電ユニットの第２出力部に相互接続することができ、充電ユニットの入力部は充電接続部の第２極に相互接続することができる。また、充電ユニットには、充電ユニットの入力部を充電ユニットのＤＣ電圧コンバータの入力部に相互接続するスイッチが設けられている。本明細書では、充電ユニットの第１出力部は、充電ユニットの第１出力部を出力コンデンサ及び入力コンデンサに接続することにより、同時に充電ユニットの入力部としても使用される。この便利な相互接続により、第１ＤＣ電圧を充電ユニットに相互接続して第２ＤＣ電圧に変換することができ、この第２ＤＣ電圧を配電ユニットの出力部に相互接続することができる。この場合、有利なことに、配電ユニットと充電ユニットとの間を接続するための３極ラインセットのみが必要である。有利なことに、本発明による充電デバイスの充電ユニットは、充電接続部と配電ユニットとの間に配置されず、そのため、従来技術のように２つの入力部及び２つの出力部を備えはするが、配電ユニットから接続することができ、３つの接続部しか必要としない。それによって、充電接続部と配電ユニットとの間の直接接続が相応に可能である。これは、充電ユニットのバイパス回路の機能に対応し、もはや充電ユニットを介して行われない。配電ユニットは、充電に関連する更なる構成要素の全て、及び、例えばエネルギー貯蔵部を高電圧車載電源に接続するための構成要素を有する、いわゆる高電圧中間回路の構成要素を含む。充電ユニットは、より高い電圧、例えば８００Ｖを有する高電圧車載電源を有する電気車両（ＥＶ）がより低い電圧、例えば４００Ｖを有するＤＣ充電ステーションでも充電され得るように、昇圧型コンバータとして形成されている、既定のＤＣ電圧コンバータを備えることができる。

特に接点接触及びラインセットにおいて、特に高電圧ラインにおいて、充電デバイスの相互接続が有利である。本発明による充電デバイスによれば、通常の充電デバイスと同様の機能を実現することができ、しかも、充電接続部と配電ユニットとの間の直接接続を使用して、直流（ＤＣ）による簡単な充電を行うことができる。この場合、充電電圧は、車載電源及びエネルギー貯蔵部のシステム電圧にそれぞれ対応する。この場合、充電ユニットは負荷がかからない。また、充電電流が充電ユニットを介して誘導されないため、ラインセットが簡素化され、必要な接触パッドが少なくなり、そのため、発熱及び冷却においてもより優れる。

本発明による充電デバイスでは、充電ユニットは、ガルバニック結合コンバータとしてのＤＣ電圧コンバータを有する既存の高電圧車載電源アーキテクチャに有利に統合される。ここで、４００Ｖの充電ステーションで８００Ｖのエネルギー貯蔵部を充電する場合、充電デバイスの直列充電経路を本発明のスイッチによって開いたままにして、充電ステーションの４００Ｖの第１ＤＣ電圧を充電デバイスの入力部側に印加することができ、ＤＣ電圧コンバータの８００Ｖを配電ユニットの出力部でエネルギー貯蔵部を充電するために利用できる。本明細書では、８００Ｖ及び４００Ｖの値は、当然、本発明の利益及び利点を明確にするための例示的な値であり、専門家にも知られているように、それらは恒久的に適用される固定値ではなく、エネルギー貯蔵部又は充電ステーションの充電状態に依存し、これらの値によって象徴される広い電圧帯域にある。

このような充電デバイスを使用すると、充電接続部とＤＣ／ＤＣ充電コンタクタとの間に通常設けられるＤＣ電圧コンバータのバイパス回路のための追加のＤＣコンタクタを省くことができる。

高電圧直列ラインセットの変更は、省略することができる。

充電デバイスは、充電接続の接続に２極高電流プラグコネクタ（例えば、２極５００Ａのプラグコネクタ）のみを必要とし、より低い電力の場合、２つの３極プラグコネクタ（例えば、２つの３極１２５Ａのプラグコネクタ）のみが、充電ユニットの配電ユニットへの接続に必要とされる。

電気バイパス経路は、８００Ｖ充電ステーションでの充電において充電ユニットを介して誘導される必要がないので、バイパススイッチ、例えば、高電圧コンタクタを省くことができる。大電流パワーレールを省くことができるため、設置スペースを削減できる。充電ユニットを通るバイパスとしての高電流経路を通る通常必要なループ化による充電ユニットの加熱が生じない。

充電ユニットは、充電ユニットをよりコンパクトかつより軽量に構成できるように、より低い充電電力用に設計されるだけでよい。充電ユニット、スイッチ、充電ユニットに取り付けられたプラグコネクタ及びケーブルは、充電ユニットの公称電流に合わせて設計されるだけでよい。

これにより、現在知られている充電規格に対する充電ユニットの適合性を保証することができる。

充電デバイスは、配電ユニットにおける高電圧接続、並びに高電圧ラインのより低い曲げ半径を備えるだけであるため、車両への充電デバイスの統合も簡素化される。

追加のプラグコネクタ及び高電圧コンタクタを省略することで、コスト及び重量が大幅に削減される。

本発明による充電デバイスは、ＣＣＳタイプ１又はＣＣＳタイプ２（ＣＣＳ＝欧州で開発された規格としての「複合充電システム」）のような、通常のＤＣ充電方法又はＤＣ充電規格を用いて電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するために有利に使用することができ、タイプ２のプラグ、ＣＨＡｄｅＭＯ（充電電力が主に最大５０ｋＷである日本国で開発された規格としての「Charge de Move」）、ＧＢ／Ｔ（中国で開発された規格）を用いて直流及び交流で充電することを可能にする。

有利なことに、充電デバイスは、ＣｈａｏＪｉ（最大５００ｋＷの充電電力を有するＣＨＡｄｅＭＯ規格３．０用）及びメガワット充電のような、将来の規格で使用することもでき、いずれの規格においても高電圧車載電圧レベルの充電電圧で充電ユニットを介して誘導される必要がないため、８００Ｖ充電ステーションでの充電における利点と同様に、充電ユニットを通るバイパスとしての高電流パスの通常必要とされるループに起因する充電ユニットの加熱も起こらない。これにより、充電デバイスは、現在８００Ｖの充電ステーション及び４００Ｖの充電ステーションでの充電において利点を有するだけでなく、将来にわたる今後の充電規格にも適用可能であり、その中でも同様の利点を提供する。

充電ユニットをＤＣ電圧コンバータに相互接続する配置によって、特に５００Ｖを超える高電圧車載電圧（例えば８００Ｖ）を有する新しい電気車両は、同じく高い充電電圧を有するＤＣ充電ステーションだけでなく、下位互換性があり、例えば４００Ｖのようなより低い電圧を有する充電ステーションにおける充電デバイスの充電ユニットを介して直接的に充電することができる。

充電デバイスの有利な構成によれば、ＤＣ電圧コンバータは昇圧型コンバータとして形成することができる。したがって、有益なことに、４００Ｖの第１ＤＣ電圧を、８００Ｖの定格電圧を有するエネルギー貯蔵部を充電するために必要な８００Ｖの第２ＤＣ電圧に変換することができる。

充電デバイスの有利な構成によれば、第１充電状態において、特に充電接続部における第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部の定格電圧以上である場合、第１スイッチ及び第２スイッチを閉じることができ、第３スイッチを開くことができる。この場合、第１ＤＣ電圧は、配電部の第１出力部と第２出力部との間に印加される。このようにして、充電接続部に印加されるＤＣ電圧は、配電ユニットの出力部に直接的に相互接続され、それによってエネルギー貯蔵部の入力部に直接的に相互接続され得る。

充電デバイスの有利な構成によれば、配電ユニットの第１電気接続部は、２極の高電流プラグコネクタを備え得る。したがって、有益なことに、このようなプラグコネクタを有する１本のケーブルのみが、充電接続部を配電ユニットに接続するために必要とされる。

充電デバイスの有利な構成によれば、配電ユニットの第２電気接続部は、３極プラグコネクタを備え得る。したがって、充電ユニットは、有利なことに、２つの３極プラグコネクタを有するケーブルを介して、配電ユニットに接続することができる。ここで、２極プラグコネクタ及び単極プラグコネクタは、代替的に、３極を有する一体型プラグコネクタの代わりに、かたや２極及びかたや１極である２つのプラグコネクタが配置されるように、設けられてもよい。本明細書では、２つのプラグコネクタは、２つの独立した接続デバイス（特に２つのケーブル）を介して、又は、ハーネスとしての共通ケーブルを介して、又は、かたや１極、及びかたや２極である２つのプラグコネクタ用の２つの接続デバイスを有する１つのケーブルを介して、互いに別々に接続することができる。別の有利な構成では、接続部は、それぞれ１つの単極を有する３つの個別のプラグコネクタとして設けることもできるが、これは若干高価であり、また、より多くのプラグコネクタがあることによって故障しやすくなる。

有利には、配電ユニットの第２電気接続部及び充電ユニットの第３電気接続部は、配電ユニットの第２電気接続部が接続デバイスなしに充電ユニットの第３電気接続部に直接的に接続可能であるように、相補的に設計され得る。配電ユニットでは、例えばソケットをハウジングに直接的に配置することができ、充電ユニットでは、相手側部品をプラグとしてハウジングに直接的に配置することができ、配電ユニットと充電ユニットとの間の接続を、２つのハウジングのプラグソケット接続部を介して直接的に確立することができる。

３つの極であるプラグコネクタを有するか、又は、かたや１極及びかたや２極である２つのプラグコネクタを有するか、にかかわらず、プラグ接続部間の接続デバイスとしてのケーブルの代わりに、代替品を使用することもできる。代替品として、例えばパワーレールを介しても達成することができ、これにより、固定され予め形成されたラインデバイスを使用すること又はいわゆる直接接続も可能である。直接接続では、充電ユニットのプラグコネクタと配電ユニットのプラグコネクタとの間の接続デバイスは完全に省略され、充電ユニットのプラグコネクタは、配電ユニットのプラグコネクタに直接的に接続され、互いに差し込まれる。この場合、接続デバイス（特にケーブル）を省略することができ、軽量化及び低コスト化がなされるだけでなく、接点数が少なくなることにより、導電性の向上及び故障原因の削減も達成できる。

充電デバイスの有利な構成によれば、配電ユニットの第２電気接続部に接続された第３電気接続部を充電ユニットに設けることができる。特に第３電気接続部は、３極プラグコネクタを備えることができる。したがって、充電ユニットは、有利には、２つの３極プラグコネクタを有するケーブルを介して、配電ユニットに接続することができる。

したがって、充電接続部を配電ユニットに接続するためには、１つの２極高電流プラグコネクタだけが必要であるという利点があり、充電ユニットを配電ユニットに接続するためには、充電ユニットのより低い公称電流のために設計された２つの３極プラグコネクタだけが必要である。

充電デバイスの有利な構成によれば、第２充電状態において、充電接続部の極の正極は、充電接続部に印加される第１ＤＣ電圧、配電ユニットの第１出力部及び第２出力部に印加される第２ＤＣ電圧、の共通基準を表すことができる。このような有利な相互接続により、４００Ｖの第１ＤＣ電圧を充電ユニットの入力部に切り替えること及び８００Ｖの第２ＤＣ電圧を充電ユニットの出力部から配電ユニットの出力部に切り替えることが可能である。有益には、この相互接続を３極ケーブルのみを介して行うことができる。代替的に又は再解釈すると、同じことが極の負極にも当てはまる。

本発明の別の態様によれば、電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を、上述のような充電デバイスで充電するための方法が提案される。この場合、方法は、少なくとも、充電ステーションが第１ＤＣ電圧として供給することができる最大電圧を、電気エネルギー貯蔵部の定格電圧のような電気エネルギー貯蔵部を充電するために最大限必要とされる電圧と比較するステップを含む。

ここで、充電ステーションが第１ＤＣ電圧として供給することができる最高電圧は、通常、車両と充電ステーションとの間の通信を介した充電において決定されるか、又は、車両によって交換若しくは要求され、充電ステーションによって移される。加えて、電圧は、充電コンタクタを閉じる前にも測定され、充電電圧と高電圧中間回路の予備充電との間に大きすぎる電圧差が存在しないことを確認し、閉じる際にコンタクタが損傷しないようにすることができる。

以下では、第１ＤＣ電圧は、充電ステーションが供給することができる最大可能電圧に常に関連し、定格電圧は、充電に必要とされる電気エネルギー貯蔵部の最大必要電圧に関連する。

第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部の定格電圧以上である場合、方法は、さらに、充電接続部を配電ユニットの第１出力部及び第２出力部に接続するための配電ユニットの第１スイッチ及び第２スイッチを閉じるステップと、第１及び第２のスイッチを介して第１ＤＣ電圧を第１出力部及び第２出力部に切り替えるステップと、第１ＤＣ電圧で電気エネルギー貯蔵部を充電するステップと、を含む。

第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部の定格電圧未満である場合、方法は、さらに、充電接続部の第１極を電気エネルギー貯蔵部の第１出力部及び充電ユニットの第１出力部に接続するための第１スイッチを閉じるステップと、配電ユニットの第２スイッチを開いて、充電ユニットの入力部を充電接続部の第２極に接続するステップと、充電ユニットの入力部を充電ユニットのＤＣ電圧コンバータの入力部に接続するための充電ユニットの第３スイッチを閉じるステップと、充電ユニットによって変換された第２ＤＣ電圧を配電ユニットの第１出力部及び第２出力部に切り替えるステップと、第２ＤＣ電圧で電気エネルギー貯蔵部を充電するステップと、を含む。

本発明による方法によれば、第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部の定格電圧以上である第１充電状態において、充電接続部に印加される第１ＤＣ電圧は、有利には、配電ユニットの出力部に直接的に相互接続され得る。これにより、出力部に電気的に接続されたエネルギー貯蔵部を第１ＤＣ電圧で充電することができる。

さらに、第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部の定格電圧未満である第２充電状態では、第１ＤＣ電圧を充電ユニットの入力部に切り替えることができる。さらに、配電ユニットの第２スイッチを開くことによって、配電ユニットの出力部への充電接続部の接続が切断される。充電ユニットにおいて、第１ＤＣ電圧は、ＤＣ電圧コンバータによって第２のより高いＤＣ電圧に変換され、その後、充電ユニットの出力部を介して、配電ユニットの出力部に切り替えられる。これにより、出力部に電気的に接続されたエネルギー貯蔵部を第２ＤＣ電圧で充電することができる。

さらなる利点は、以下の図面の説明から明らかである。図面には、本発明の実施形態が示されている。図面、明細書及び特許請求の範囲は、多数の特徴の組み合わせを含む。また、専門家は、都合に合わせて特徴を個別に検討し、それらを合理的なさらなる組み合わせに組み合わせるだろう。

本実施形態による電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するための充電デバイスのシステム概要図である。 本発明による充電デバイスを備えた車両の概略図である 本発明の一実施形態による電気的に動作可能な車両の電気エネルギー貯蔵部を充電するための方法のフローチャートである。

各図において、同一又は類似の構成要素には同一の参照符号を付している。図面は、実施例を示すに過ぎず、限定的であると理解されるべきでない。

図１は、本実施形態による電気的に動作可能な車両２００の電気エネルギー貯蔵部６０を充電するための充電デバイス１００のシステム概要図を示す。

充電デバイス１００は、図示されない外部電源に充電デバイス１００を電気的に接続するための充電接続部５０と、充電接続部５０に印加された第１ＤＣ電圧を、電気エネルギー貯蔵部６０に充電するよう意図した第２ＤＣ電圧に変換する充電ユニット１０と、並びに第１出力部３６及び第２出力部３８を有する配電ユニット３０であって、充電接続部５０に印加された第１ＤＣ電圧及び／又は充電ユニット１０によって変換された第２ＤＣ電圧を、第１及び第２の出力部３６、３８に接続された電気エネルギー貯蔵部６０に供給するための、該配電ユニット３０と、を備えている。

図に示す実施形態では、エネルギー貯蔵部６０は、配電ユニット３０の出力部３６、３８に直接的に接続され、一連のバッテリーセル６６を含む。概略的にバッテリー記号のみによって示されるこの一連のバッテリーセル６６は、充電のために２つのコンタクタ６２、６４を介して接続される。

一般に、配電ユニット３０の出力部３６、３８は、例えば更なるスイッチのような、車両の高電圧車載電源の高電圧中間回路の、充電に関連する図示しない更なる構成要素に接続することができる。

配電ユニット３０は、充電接続部５０に接続するための第１電気接続部５２と、充電ユニット１０に接続するための第２電気接続部５６とを備える。

さらに、配電ユニット３０は、スイッチ３２、３４を備え、第１充電状態でスイッチ３２、３４を閉じることによって、充電接続部５０を第１及び第２の出力部３６、３８に切り替えることができる。これにより、第１充電状態では、充電接続部５０に印加される第１ＤＣ電圧が配電ユニット３０の第１及び第２の出力部３６、３８に切り替えられる。

充電ユニット１０は接続部５４を備える。充電ユニット１０の入力部２４及び２つの出力部２０、２２は、この接続部５４を介して、配電ユニット３０の接続部５６と繋がることができる。充電ユニット１０の入力部２４は、充電接続部５０の第２極４２に相互接続される。充電ユニット１０には、充電ユニット１０の入力部２４を充電ユニット１０のＤＣコンバータ１２の入力部２６に相互接続するスイッチ１８が設けられている。ＤＣ電圧コンバータ１２は、昇圧型コンバータとして形成され、入力部に入力コンデンサ１４を備え、出力部に出力コンデンサ１６を備える。充電ユニット１０の出力部２０が出力コンデンサ１６及び入力コンデンサ１４に接続されることによって、出力部２０は、充電ユニット１０の入力部としても同時に使用される。ここで、本実施形態では、充電ユニット１０は、出力部２０、２２、入力部２４及び更なる同時入力部としての出力部２０を有し、上流経路、すなわち、プラス経路に結合するガルバニック結合されたＤＣ電圧コンバータ１２である。

充電接続部５０における第１ＤＣ電圧が特に電気エネルギー貯蔵部６０の定格電圧以上である第１充電状態では、配電ユニット３０の第１スイッチ３２及び第２スイッチ３４が閉じられ、充電ユニット１０の第３スイッチ１８が開かれる。これにより、配電部３０の第１出力部３６と第２出力部３８との間に第１ＤＣ電圧が印加され、エネルギー貯蔵部６０を第１ＤＣ電圧で充電することができる。

第２充電状態では、充電ユニット１０の第１出力部２０が、配電ユニット３０の出力部３６、３８のうちの一方、図１の実施形態では第１出力部３６に切り替えられる。充電ユニット１０の第２出力部２２は、配電ユニット３０の出力部３６、３８のうちの他方、図１では、第２出力部３８に切り替えられる。図示されるように、この経路はオプションとしてのヒューズ４６で確保され得る。

充電接続部５０における第１ＤＣ電圧が特に電気エネルギー貯蔵部６０の定格電圧未満である第２充電状態では、第１スイッチ３２は閉じられ、それによって、充電ユニット１０の第１出力部２０は、配電ユニット３０の閉じられた第１スイッチ３２を介して充電接続部５０の第１極４０に相互接続されるとともに、配電ユニット３０の第１出力部３６に直接的に相互接続される。配電ユニット３０の第２スイッチ３４は開いたままである。

充電ユニット１０の第２出力部２２は、配電ユニット３０の第２出力部３８に固定して相互接続される。これにより、充電ユニット１０の入力部２４は、充電接続部５０の第２極４２に接続される。充電ユニット１０の第３スイッチ１８は閉じられる。これにより、ＤＣ電圧コンバータ１２の入力部２６は、充電接続部５０の第２極４２に接続される。

したがって、第２充電状態では、充電接続部５０に印加される第１ＤＣ電圧は、ＤＣ電圧コンバータ１２に直接的に印加され、ＤＣ電圧コンバータ１２によって第２ＤＣ電圧に変換され得る。その後、この第２ＤＣ電圧は、配電ユニット３０の第１及び第２の出力部３６、３８に切り替えられる。これにより、エネルギー貯蔵部６０を第２ＤＣ電圧で充電することができる。

これにより、充電接続部５０の２つの極４０、４２のうちの正極（ここでは極４０）は、第２充電状態において充電接続部５０に印加される第１ＤＣ電圧と、配電ユニット３０の第１出力部３６及び第２出力部３８に印加される第２ＤＣ電圧との共通基準を表す。このようにして、３極接続部５４、５６によって、配電ユニット３０との充電ユニット１０の相互接続を有利に行うことができる。

本発明によって提示された充電デバイス１００によれば、５００Ｖを超える定格電圧（例えば８００Ｖ）を有する電気エネルギー貯蔵部６０を、例えば、５００Ｖ未満（例えば４００Ｖ）の出力電圧を有する充電ステーションで充電することもできる。

８００Ｖが第１ＤＣ電圧として充電接続部５０で利用可能である場合、第１ＤＣ電圧は、第１充電状態において、配電ユニット３０の出力部３６、３８に直接的に相互接続することができ、エネルギー貯蔵部６０は高電流（例えば５００Ａ）で充電することができる。これに加えて、配電ユニット３０の第１接続部５２は、２極高電流プラグコネクタを含む。

しかしながら、充電接続部５０で第１ＤＣ電圧として４００Ｖしか利用できない場合、第１ＤＣ電圧は、直接的に相互接続されず、４００Ｖの第１ＤＣ電圧を８００Ｖの第２ＤＣ電圧に変換するＤＣ電圧コンバータ１２の入力部２６に印加される。次に、この８００Ｖの第２ＤＣ電圧は、配電ユニット３０の出力部３６、３８に切り替えられ、それによってエネルギー貯蔵部６０が充電される。この充電操作は、有利には、より低い電流（例えば５０ｋＷ）の充電電力に対して１２５Ａで実行することができ、その結果、充電ユニット１０と配電ユニット３０との間の２つのプラグコネクタ５４、５６は、ＤＣ電源コンバータ１２のより低い公称電流のための３極プラグコネクタのみを備えることを要する。

図２は、本発明による充電デバイス１００を備えた車両２００を概略図によって示している。車両２００は上面図で示されている。この図では、車両２００の右側後方には、充電接続部５０が描かれており、この充電接続部は、配電ユニット３０に電気的に接続されている。配電ユニット３０は、充電ユニット１０及び電気エネルギー貯蔵部６０への電気的接続部を備える。

図３には、本発明の一実施形態による電気的に動作可能な車両２００の電気エネルギー貯蔵部６０を充電する方法のフローチャートが示されている。

この方法は、充電接続部５０に印加される第１ＤＣ電圧が、ステップＳ１００において決定されることで始まり、ステップＳ１０２において電気エネルギー貯蔵部６０の定格電圧と比較される。印加された第１ＤＣ電圧の決定は、通常、車両と充電ステーションとの間の通信に基づいて行われる。この場合、充電ステーションは、第１ＤＣ電圧として供給可能な電圧を最大限に車両に伝達する。

第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部６０の定格電圧以上である場合、例えば、充電接続部５０で利用可能な第１ＤＣ電圧が、エネルギー貯蔵部６０の定格電圧８００Ｖに対して同じく８００Ｖである場合、配電ユニット３０の第１スイッチ３２及び第２スイッチ３４は、ステップＳ１０４において、充電接続部５０を配電ユニット３０の第１出力部３６及び第２出力部３８に接続するために閉じられる。

これにより、ステップＳ１０６において、第１ＤＣ電圧は、第１スイッチ３２及び第２スイッチ３４を介して、第１出力部３６及び第２出力部３８に切り替えられる。

これにより、ステップＳ１０８において、第１ＤＣ電圧を電気エネルギー貯蔵部６０に充電することができる。

利用可能な第１ＤＣ電圧が電気エネルギー貯蔵部６０の定格電圧よりも小さい場合、例えば、充電接続部５０で利用可能な第１ＤＣ電圧が、このエネルギー貯蔵部の定格電圧８００Ｖに対して４００Ｖである場合、充電接続部５０の第１極４０を電気エネルギー貯蔵部の第１出力部３６及び充電ユニット１０の第１出力部２０に接続するために、ステップＳ１１０において第１スイッチ３２が閉じられる。

ステップＳ１１２において、配電ユニット３０の第２スイッチ３４は開いたままである。充電ユニット１０の入力部２４は、充電接続部５０の第２極４２に接続されている。この方法における先行の別のステップで第２スイッチ３４が閉じられるべきであった場合、閉じられたスイッチ３４はステップＳ１１２において開かれる。

ステップＳ１１４では、充電ユニット１０の入力部２４を充電ユニット１０のＤＣコンバータ１２の入力部２６に接続するために、充電ユニット１０の第３スイッチ１８が閉じられる。

これにより、充電部１０によって変換された第２ＤＣ電圧は、ステップＳ１１６において、配電ユニット３０の第１出力部３６及び第２出力部３８に切り替えられる。

これにより、ステップＳ１１８において、第２ＤＣ電圧を電気エネルギー貯蔵部６０に充電することができる

１０：充電ユニット
１２：ＤＣ電圧コンバータ
１４：入力コンデンサ
１６：出力コンデンサ
１８：スイッチ
２０：充電ユニットの第１出力部
２２：充電ユニットの第２出力部
２４：充電ユニットの入力部
２６：ＤＣ電圧コンバータの入力部
３０：配電ユニット
３２：スイッチ
３４：スイッチ
３６：配電ユニットの第１出力部
３８：配電ユニットの第２出力部
４０：第１極
４２：第２極
４６：ヒューズ
５０：充電接続部
５２：大電流プラグコネクタ
５４：プラグコネクタ
５６：プラグコネクタ
６０：エネルギー貯蔵部
６２：スイッチ
６４：スイッチ
６６：バッテリーセル
１００：充電デバイス
２００：車両

Claims (9)

1. 電気的に動作可能な車両（２００）の電気エネルギー貯蔵部（６０）を充電するための充電デバイス（１００）であり、
   前記充電デバイス（１００）を外部電源に電気的に接続するための充電接続部（５０）と、
   前記充電接続部（５０）に印加される第１ＤＣ電圧を、前記電気エネルギー貯蔵部（６０）を充電するための第２ＤＣ電圧に変換するための充電ユニット（１０）と、並びに
   第１及び第２の出力部（３６，３８）を有する配電ユニット（３０）であり、前記充電接続部（５０）に印加される前記第１ＤＣ電圧及び／又は前記充電ユニット（１０）によって変換された前記第２ＤＣ電圧を、前記第１及び第２の出力部（３６，３８）に電気的に接続された前記エネルギー貯蔵部（６０）に供給する、該配電ユニット（３０）と、を備え、
   前記配電ユニット（３０）は、前記充電接続部（５０）に接続するための第１電気接続部（５２）、及び前記充電ユニット（１０）に接続するための第２電気接続部（５６）を有し、
   前記配電ユニット（３０）はスイッチ（３２，３４）を有し、前記スイッチ（３２，３４）によって、前記充電接続部（５０）は、第１充電状態において、前記第１及び第２の出力部（３６，３８）に切り換えられ、
   第２充電状態において、前記充電ユニット（１０）の第１出力部（２０）が前記配電ユニット（３０）の前記出力部（３６，３８）のうちの一方に切り替えられ、また前記充電ユニット（１０）の第２出力部（２２）は、前記配電ユニット（３０）の前記出力部（３６，３８）のうちの他方に切り替えられるものである、充電デバイス（１００）であって、
   特に、前記充電接続部（５０）における前記第１ＤＣ電圧が前記電気エネルギー貯蔵部（６０）の定格電圧未満である前記第２充電状態において、
   前記充電ユニット（１０）の前記第１出力部（２０）は、前記配電ユニット（３０）の前記第１スイッチ（３２）を介して前記充電接続部（５０）の第１極（４０）に相互接続されると共に、前記配電ユニット（３０）の前記第１出力部（３６）に直接的に相互接続され、
   前記充電ユニット（１０）の前記第１出力部（２０）を出力コンデンサ（１６）及び入力コンデンサ（１４）に接続することにより、前記充電ユニット（１０）の前記第１出力部（２０）は同時に前記充電ユニット（１０）の入力部としても使用され、
   前記充電ユニット（１０）の前記第２出力部（２２）は、前記配電ユニット（３０）の前記第２出力部（３８）に相互接続され、
   前記充電ユニット（１０）の入力部（２４）は、前記充電接続部（５０）の第２極（４２）に相互接続され、
   前記充電ユニット（１０）には、前記充電ユニット（１０）の前記入力部（２４）を前記充電ユニット（１０）のＤＣ電源コンバータ（１２）の入力部（２６）に相互接続するスイッチ（１８）が設けられている
   ことを特徴とする、充電デバイス。
2. 請求項１に記載の充電デバイスにおいて、前記ＤＣコンバータ（１２）は、昇圧型コンバータとして形成されている、充電デバイス。
3. 請求項１又は２に記載の充電デバイスにおいて、特に、前記充電接続部（５０）における前記第１ＤＣ電圧が前記電気エネルギー貯蔵部（６０）の前記定格電圧以上である前記第１充電状態では、前記第１スイッチ（３２）及び前記第２スイッチ（３４）が閉じられ、前記第３スイッチ（１８）が開かれ、前記第１ＤＣ電圧が前記配電ユニット（３０）の前記第１出力部（３６）と前記第２出力部（３８）との間に印加される、充電デバイス。
4. 請求項１～３のうちいずれか一項に記載の充電デバイスにおいて、前記配電ユニット（３０）の前記第１電気接続部（５２）は、２極高電流プラグコネクタを有する、充電デバイス。
5. 請求項１～４のうちいずれか一項に記載の充電デバイスにおいて、前記配電ユニット（３０）の前記第２電気接続部（５６）は、１つの３極プラグコネクタ又はかたや１極及びかたや２極である２つのプラグコネクタを有する、充電デバイス。
6. 請求項１～５のうちいずれか一項に記載の充電デバイスにおいて、前記配電ユニット（３０）の前記第２電気接続部（５６）に接続される第３電気接続部（５４）が前記充電ユニット（１０）に設けられ、特に、前記第３電気接続部（５４）は、１つの３極プラグコネクタ又はかたや１極及びかたや２極である２つのプラグコネクタを有する、充電デバイス。
7. 請求項６に記載の充電デバイスにおいて、前記配電ユニット（３０）の第２電気接続部（５６）及び前記充電ユニット（１０）の前記第３電気接続部（５４）は、前記配電ユニット（３０）の前記第２電気接続部（５６）が接続デバイスなしに前記充電ユニット（１０）の前記第３電気接続部（５４）に直接的に接続可能であるように、相補的に設計されることを特徴とする、充電デバイス。
8. 請求項１～７のうちいずれか一項に記載の充電デバイスにおいて、前記第２充電状態において、前記充電接続部（５０）の前記極（４０，４２）における正極（４０）は、前記充電接続部（５０）に印加される前記第１ＤＣ電圧と、前記配電ユニット（３０）の前記第１出力部（３６）及び前記第２出力部（３８）に印加される前記第２ＤＣ電圧と、の共通基準を表す、充電デバイス。
9. 請求項１～８のうちいずれか一項に記載の充電デバイス（１００）を備える、電気的に動作可能な車両（２００）の電気エネルギー貯蔵部（６０）を充電するための方法であって、少なくとも以下のステップ、すなわち、
   充電接続部（５０）で供給され得る第１ＤＣ電圧を前記電気エネルギー貯蔵部（６０）の定格電圧と比較するステップと、
   前記第１ＤＣ電圧が前記電気エネルギー貯蔵部（６０）の前記定格電圧以上である場合のステップであり、
   ・前記充電接続部（５０）を配電ユニット（３０）の第１出力部（３６）及び第２出力部（３８）に接続するために前記配電ユニット（３０）の第１及び第２のスイッチ（３２，３４）を閉じるステップ、
   ・前記第１及び前記第２スイッチ（３２，３４）を介して前記第１ＤＣ電圧を前記第１出力部（３６）及び前記第２出力部（３８）に切り替えるステップ、
   ・前記電気エネルギー貯蔵部（６０）を前記第１ＤＣ電圧で充電するステップ
   よりなるステップと、
   前記第１ＤＣ電圧が前記電気エネルギー貯蔵部（６０）の前記定格電圧未満である場合のステップであり、
   ・前記充電接続部（５０）の第１極（４０）を前記電気エネルギー貯蔵部の前記第１出力部（３６）及び充電ユニット（１０）の第１出力部（２０）に接続するために前記第１スイッチ（３２）を閉じるステップ、
   ・前記配電ユニット（３０）の第２スイッチ（３４）を開いたままにする又は開いて、前記充電ユニット（１０）の入力部（２４）を前記充電接続部（５０）の第２極（４２）に接続するステップ、
   ・前記充電ユニット（１０）の前記入力部（２４）を前記充電ユニット（１０）のＤＣ電圧コンバータ（１２）の入力部（２６）に接続するために前記充電ユニット（１０）の第３スイッチ（１８）を閉じるステップ、
   ・前記充電ユニット（１０）によって変換された第２ＤＣ電圧を前記配電ユニット（３０）の前記第１出力部（３６）及び前記第２出力部（３８）に切り替えるステップ、
   ・前記電気エネルギー貯蔵部（６０）を前記第２ＤＣ電圧で充電するステップ
   よりなるステップと、
   を備える方法。

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