(57)【要約】  バッテリを識別、監視し、そのエネルギー状態の現状に関する情報を、エネルギー節減ならびに識別されたバッテリのより優れた機能性および効率を達成するように作製されたバッテリ充電器まで伝送するという機能を有する制御ユニットで構成された協働システム。
2011521617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー消費を低減させ、充電サイクルおよび識別されたバッテリのより優れた機能性および効率を達成するために、充電されるべき前記バッテリの動作データを識別し監視するように作製されたバッテリ充電器とバッテリの間の協働システムであって、前記バッテリが前記バッテリ充電器に接続されるたびに、本特許出願の主題である前記バッテリ充電器の技術的解決システムまで接続される、電圧、電流、温度および等化レベルなどのバッテリの動作および維持パラメータのすべてを記憶するために使用されるマイクロプロセッサと相互作用する識別および監視モジュールを特徴とし、前記技術的解決システムが、互いに相互作用しながら、最終充電段階で通常発生する熱を低減して前記識別された同一バッテリの効率をさらに高め、全充電サイクルのエネルギー消費を著しく低減することになるように、前記識別されたバッテリの実際の効率および維持状態に前記充電サイクルを適合させ、それによって、最後のサイクルを含む全充電サイクルにわたって最大エネルギー効率を確保し、いかなる電源電圧変動も自動的に調整し自動的に補償する、バッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項２】
前記バッテリに取り付けられる識別および監視モジュールが、酸腐食、水および振動に耐えるように密閉容器に入れられたマイクロプロセッサを特徴とし、前記マイクロプロセッサが、前記動作パラメータのすべてを記憶し技術的解決システムまで伝送するために使用される電気回路で構成され、前記技術的解決システムが、互いに相互作用しながら、前記識別されたバッテリの実際の効率および維持状態に充電サイクルを適合させて、前記識別されたバッテリの最大エネルギー効率および良好な維持を確保する、請求項1に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項３】
前記マイクロプロセッサを有する前記識別および監視モジュールがまた、前記バッテリ充電器があらかじめ計算された高出力パルスを前もって中断し、またはそれを低出力パルスと置き換えるように、また、同一バッテリに対する次の充電操作中に以前の充電サイクルで観察された不具合が再発することを回避するために同一バッテリの様々な充電段階中に起きた可能性のある不具合を記憶するようにして、測定温度値を有する事前警告信号を送って前記バッテリが熱漏洩により破損することを防止する役割も果たすことを特徴とする、請求項1および2に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項４】
前記識別および監視モジュールが、バッテリから直接電力を供給され、補助ケーブルの追加を回避するように電力線通信技術を利用することを特徴とする、請求項1、2、3に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項５】
識別および監視モジュールが、その起動のためのパスワードと、阻止および不正変更対策システムとを特徴とする、請求項1、2、3、4に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項６】
12パルス周波数逓倍システムと、コンデンサを有する静力率補正システムと、パルス充電終止システムとで構成される一組のバッテリ充電器技術的解決システムを特徴とし、前記バッテリ充電器技術的解決システムが互いに相互作用し、また前記識別および監視モジュール、ならびに前記マイクロプロセッサと相互作用しながら、前記バッテリのエネルギー効率および持続時間を増大させるように、エネルギー消費の相当な削減と、バッテリストレスを除去するのに必要なより大幅な熱放散とが行われるように、最終充電段階を含めていかなる電源電圧変動も補償して、充電されている前記バッテリの、電圧、電流、温度および等化レベルに関するパラメータへ電源電圧の変動を自動的に調整する、請求項1、2、3、4、5に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項７】
12パルス周波数逓倍システムおよび静力率改善システムが、前記充電サイクルの最大エネルギー効率を得るために必要な力率が与えられるように、それぞれ歪み率および力率の補正率を一致する0.99という値まで高めることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項８】
最終充電システムが、前記バッテリおよび前記マイクロプロセッサの前記識別および監視モジュールと相互作用して、充電動作のエネルギー消費を低減し、前記バッテリを保護するのに必要なより大幅な熱放散を行って前記バッテリのエネルギー効率および持続時間を増大させるように、いかなる電源電圧変動も補償して、充電されている前記バッテリの、電圧、電流、温度および等化レベルからなる効率および維持パラメータへ電源電圧の変動を自動的に調整することを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項９】
12パルス周波数逓倍システムが、層の部分的な重なりによって消散される流れを有する9コイル3相トランスと、ダブル全波3相整流器ブリッジと、相間リアクタンスとを備えることを特徴とし、前記相間リアクタンスが、動作温度を低下させ、前記バッテリ充電器から供給される電流を完全に直流にするようにフィルタリングするように、前記整流器ブリッジを循環する電流を平滑化する目的を有する、請求項1、2、3、4、5、6、7、8に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項１０】
コンデンサを有する静力率補正システムが、固定容量トランスの一次巻線に接続された3相静力率補正バンクと、3個または3個の倍数にすることができ、かつ星形結線または三角形結線をすることができるコンデンサとを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項１１】
パルス充電終止システムがダブル入力接触器を特徴とし、前記ダブル入力接触器が、前記充電されるバッテリの、前記マイクロプロセッサから伝送される技術パラメータに基づいて充電終止電流パルス、各パルスの休止時間、および使用されるべきパルスの総数を自動的に調整することによって、前記トランスの変圧比を変えることができるようにする、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【請求項１２】
充電曲線を前記バッテリの前記動作パラメータに適合させるために、前記バッテリ充電器が、低出力および高出力として区別できる2つの異なる電力レベルで動作することができ、前記低出力が充電の開始時から、前記バッテリがあらかじめ設定された電圧値に達するまで使用され、そのあと前記充電が、前記マイクロプロセッサで読み出された前記パラメータに応じて前記バッテリ充電器が中断する休止により中断される高出力パルスを用いて、さらに、過度の温度に達した場合にバッテリを保護するためにパルスを中断する可能性を含めて進行することを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11に記載のバッテリ充電器とバッテリの間の協働システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリを識別、監視し、そのエネルギー状態の現状に関する情報を、エネルギー節減ならびに識別されたバッテリのより優れた機能性および効率を達成するように作製されたバッテリ充電器まで伝送するという機能を有する制御ユニットで構成された協働システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリを充電する場合、従来のバッテリ充電器は主電源からエネルギーを吸収し、そのエネルギーを、入力の交流電圧を適切な値の直流電圧に変換して、バッテリに渡す。
【０００３】
1つの充電サイクルの総合効率は、電気効率、バッテリ充電器力率、および充電効率からなる3つの係数に依存する。
【０００４】
電気効率は、バッテリに供給される電力と主電源から供給される電力との百分比によって、またバッテリ充電器内部で熱の形で放散される電力量によって決まり、そのため電気効率が高いほどシステム全体の効率が高くなることが暗示される。
【０００５】
バッテリ充電器の力率は、バッテリ充電器によって有効に使用される実際の電力と主電源から吸収される皮相電力との比に依存する。バッテリ充電器はまた、実際の電力と共に、無効電力と呼ばれる別の種類の電力も主電源から吸収し、この無効電力は、入力電圧サイクルごとにバッテリ充電器に一時的に蓄えられてから主電源に戻され、したがって前記エネルギーは、バッテリの充電に使用されない。
【０００６】
力率は、0と1の間で変わりうる基本波力率および歪み率によって決まり、前記各値が一致するほど力率が低くなり、これは、充電時のいくつかの問題の原因になり、その中には、
通常0.90と0.95の間に設定される最小事前設定値に総合力率が到達しない場合に、電力供給業者から不利な条件を課されること、および
バッテリ充電器で実際に吸収される電力量が同一と考えても、電線路での電力が増大することがある。
【０００７】
充電効率は、バッテリを充電するのに要する、容量よりも大きいことが必要なエネルギーの量(アンペア時)と、バッテリから放電されるエネルギーの量との比によって与えられる。最終の充電段階中にバッテリの電圧が最大になり、そのためエネルギーの最大消散があり、したがって、電解質の層化を回避するために、電解質を再混合するのに必要なガス化効果を保護しながら前記段階を短縮する必要がある。
【０００８】
現在のバッテリ充電器は低周波トランスを備え、これにより約0.85という低い力率が決まり、このことが通常、使用される実際の電力が同一と考えても電線路の電流が増加することになり、またバッテリ充電器およびバッテリ自体の総合効率をかなり危うくする多くの二次的な問題の原因となる。
【０００９】
同様に問題になるのは、SCR(シリコン制御整流器)によって制御される低周波トランスを備えた充電器であり、トランスの力率が約0.70と非常に低いことが、充電器のトランスによって生じる大きな変位、およびSCRによって生じる顕著な電流の歪みにつながる。
【００１０】
スイッチングタイプの高周波バッテリ充電器もまた現在では利用可能であるが、これは著しい変位の傾向がないとはいえ、その力率は、その入力によって決定される大きな電流歪みにより0.85を超えない。
【００１１】
現況技術によれば、充電サイクルをバッテリの実効効率および動作条件に適合させるように識別および監視ユニットを備えたバッテリだけに使用されて、同一の特定のバッテリのエネルギー消費、熱を低減させ、したがってその熱ストレスを低減させるように最終充電段階中のいかなる電源電圧変動も自動的に調整し補償することができるバッテリ充電器はない。
【００１２】
以上は、以下に挙げた特許出願で確認されているが、これらは、バッテリ充電温度を一定に保つことができるシステムを記載し特許請求しているとはいえ、本出願の発明の概念は予期していない。本出願では、前記の欠点を新規な方法で克服すると共に、バッテリ充電中のエネルギーを節減しながらバッテリの維持および効率の条件にバッテリ充電器の機能を適合させるようにしてバッテリを識別し監視する一体型システムを説明し特許請求する。
【００１３】
すなわち、2007年12月10日付けロシア公開第2312432号の「Method for charging traction storage battery」という名称の特許では、バッテリ内部の電解質の温度を常に監視する主蓄電池の充電方法だけを記載し特許請求している。
【００１４】
2007年4月19日付け国際公開第2007042594号の「Method and charger for recharging power batteries, such as traction batteries」という名称の欧州特許では、本出願で特許請求するような何らかのエネルギー節減関連事項は考慮に入れずに、充電されているバッテリを識別し、その温度を監視するシステムを特許請求している。
【００１５】
2006年4月19日付け欧州公開第1648048号の「Method for optimizing the cycle life of traction batteries」という名称の欧州特許では、本出願の対象とは異なる技法を用い、充電サイクルに関する何らの特許請求もなしで、自動車バッテリの電圧および温度を調べるシステムを特許請求している。
【００１６】
2006年1月19日付けドイツ公開第20221450号の「Accumulatory battery charging system for traction battery periodically reduces charging voltage during main charging phase and applies sawtooth pulsed voltage during final phase」というドイツ特許では、バッテリを充電する第1の段階では休止が短くほとんどないパルス充電に基づいて、第2の段階では周期的なのこぎり波の充電電圧で完全な無効電圧には達しない充電に基づいて、バッテリの内部温度を低く維持するシステムだけを記載し特許請求している。本出願に記載し特許請求するような、充電をバッテリの状態に適合させること、および充電のエネルギーを節減することに関する方法は、上記の特許では全く記載も特許請求もされていない。
【００１７】
1996年8月15日公開の国際公開第9624979号の「Lead acid charger」という名称の特許、および1997年9月23日公開の米国特許第5670863号の「Lead acid charger with ratioed time-out periods and current pulse mode of operation」という名称の特許は、本出願で特許請求する技法に最も類似しているが、前記特許(特に最初のもの)では、トランス、整流器などを完備した従来のバッテリ充電器ではなく、PWMにおける制御方法を記載し特許請求している点が異なる。加えて、前記特許ではどれも、本出願で記載し特許請求するような、バッテリを識別し監視するためのモジュールもエネルギー節減解決策も記載または特許請求していない。
【００１８】
最後に、1980年11月18日公開の米国特許第4234839号の「Battery charging」という名称の特許では、単に温度を調べるためにバッテリ充電器とバッテリの間でデータを伝達する方法だけを記載し特許請求している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ロシア公開第2312432号
【特許文献２】国際公開第2007042594号
【特許文献３】欧州公開第1648048号
【特許文献４】ドイツ公開第20221450号
【特許文献５】国際公開第9624979号
【特許文献６】米国特許第5670863号
【特許文献７】米国特許第4234839号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の一目的は、上述の欠点を、識別モジュールおよび充電器を特徴とするバッテリで構成される協働システムを使用者に提供することによって克服することであり、この協働システムは、本出願で特許請求するその技術的特徴により、バッテリ充電器が、識別および監視モジュールを介してバッテリ識別データを受け取ると、充電サイクル全体の電気効率および機能性を最大にするように、識別されたバッテリの諸動作パラメータに力率およびエネルギー係数を適合させることができるようにする。
【００２１】
本発明の別の目的は、ガス化段階を保護しながらも、識別されたバッテリのストレスを除去してその効率を高めるために熱を低減するように、いかなる電圧および電源変動も自動的に補償して最終充電比を調整することである。
【００２２】
本発明の別の目的は、バッテリのエネルギー効率を高め、その持続時間を伸長するように、パスワードを介してコントロールユニットによって識別可能な、本出願会社によって製作されるバッテリにだけ使用されるのに適したバッテリ充電器用のシステムを得ることである。
【００２３】
本発明の別の目的は、高力率を補証し、従来のバッテリ充電器で通常発生するエネルギー消散をなくせることによる92〜93%という最適な電気効率によって必要な、エネルギー消費をなくすること、または少なくとも低減させることができるバッテリ充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記その他の目的は、バッテリで構成された協働システムに関する本出願による発明によって達成され、この協働システムは、電圧、電流、温度および等化レベルなどのバッテリ識別および動作データを載せたデジタルメモリを備える識別および監視モジュールを特徴とし、このバッテリ識別および動作データは、バッテリが充電のために接続されるたびにバッテリ充電器に伝送され、技術的解決システムによって使用され、この技術的解決システムは、識別されたバッテリの実際の状態に充電サイクルを適合させるように相互作用し、それによって、最終充電段階で通常形成される熱を低減させるように、識別された同一のバッテリの効率を増大し全充電サイクルのエネルギー消費を著しく低減させるというさらなる効果を伴って、最後のものを含め全充電サイクル中の最大エネルギー効率を達成し、いかなる電源電圧変動も自己調整および自己補償する。
【００２５】
本発明の別の目的は、現在知られているバッテリ充電システムに対して低コストでより優れた技術的特徴によりバッテリを充電できるようにすること、ならびに、不正変更対策および阻止機構を特徴とすると共に、起動にパスワードが必要な識別および監視モジュールを備えることができる本出願会社のバッテリのエネルギー効率を高められるようにすることである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付のただ1つの図面(図1)に表示目的で示されている本出願の、好ましいが排他的ではない実施形態についての説明から明らかになろう。図は、よりよいエネルギー効率を達成し、充電サイクル全体のエネルギーコストを低減するように、互いに必ず相互作用する4つの技術的解決策からなる本発明の主題である充電器に、バッテリ構成要素を接続するための電気図面である。
【００２７】
前記技術的解決策は、歪み率を0.99まで高めるように働く12パルス周波数逓倍システム(1)と、バッテリ充電システムで高い力率を補証するように基本波力率を0.99まで、または歪み率と同じ値まで高めるように働く、コンデンサを有する静力率補正のためのシステム(2)と、パルス充電終止システム(3)とであり、このパルス充電終止システムは、識別および監視モジュール(4)およびそのマイクロプロセッサ(5)と相互作用しながら、バッテリのエネルギー効率および持続時間を増大させるためにエネルギー消費の顕著な削減と、バッテリストレスを除去するのに必要な大幅な熱放散とが行われるように、最終充電段階を含めていかなる電源電圧変動も補償して、充電されているバッテリの電圧、電流、温度および等化レベルに関する諸パラメータに合わせて電源電圧を自動的に調整する。
【００２８】
本発明の機能性は、上述のシステムで必要な統合可能性に基づくことが明らかであり、その結果としてシステムは、その動作に必要な同等の数の技術的要素を備える。すなわち、12パルス周波数逓倍システム(1)は、層の部分的な重なりを通して消散される流れがある9つのコイルを有する3相トランス(6)と、ダブル全波3相整流器ブリッジ(7)とを備える。
【００２９】
逓倍システム(1)の任意選択の構成要素は相間リアクタンス(11)であり、動作温度を低下させ、バッテリ充電器から供給される電流を完全に直流にするためにフィルタリングするように、整流器ブリッジを循環する電流を平滑化する目的を有する。
【００３０】
前記要素は、バッテリ充電器トランスが完全に対称である場合には、システム内で省くことができる。
【００３１】
コンデンサを有する静力率補正システム(2)は、固定容量(9)と共にトランス一次巻線に接続された3相静力率補正バンク(8)を備え、コンデンサは、3個または3個の倍数にすることができ、かつ星形結線または三角形結線をすることができる。
【００３２】
パルス充電終止システム(3)は、ダブル入力接触器(10)および(10bis)を特徴とし、このダブル入力接触器は、充電されるバッテリの、マイクロプロセッサ(5)から伝送される諸技術パラメータに基づいて充電終止電流パルス、各パルスの休止時間、および使用されるべきパルスの総数を自動的に調整することによって、トランスの変圧比を変えることができるようにする。
【００３３】
識別および監視モジュール(4)と相互作用し、酸腐食、水および振動に対して保護するために密封容器(12)に入れられる前記マイクロプロセッサ(5)は、バッテリ充電器がバッテリに接続されるたびに、バッテリ充電器に供給されるバッテリの機能および維持パラメータのすべてを記憶するとともに、それを技術的解決システムまで伝送する働きをする電気回路である。
【００３４】
識別モジュール(4)は、バッテリが使用に供せられるときにバッテリに取り付けられ、バッテリ充電器の最初の接続時にパスワードだけで起動させることができる。
【００３５】
より具体的には、充電曲線をバッテリ動作パラメータに適合させるために、本出願の主題であるバッテリ充電器は、低出力および高出力として区別できる2つの異なる電力レベルで動作することができる。低出力は充電の開始時から、バッテリがあらかじめ設定された電圧値に達するまで使用され、そのあと充電は、マイクロプロセッサ(5)で読み出されたパラメータに応じてバッテリ充電器が変化させる休止により断続する高出力充電パルスによって継続し、マイクロプロセッサは、高出力パルスから低出力パルスへと、またはその逆にパルスを渡すことができ、また過度の温度の場合にバッテリを保護するためにパルスを中断することもできる。
【００３６】
この場合、バッテリが熱漏洩によって破損する可能性があるとして、マイクロプロセッサ(5)は、バッテリ充電器があらかじめ計算された高出力パルスを前もって中断するように、またはそれを低出力パルスと置き換えるように、測定温度値を表示する事前警告信号を送る。
【００３７】
同一のバッテリの様々な充電段階中に発生する不具合は、同一のバッテリを充電するための次の操作時に以前の充電サイクルで観察された不具合が再発することを回避するために、バッテリ充電器によって記憶される。
【００３８】
さらに、識別モジュール(4)は、阻止および不正変更対策システムを備え、同一のバッテリから電力を供給される。識別モジュールは、電力線通信(POWER LINE COMMUNICATION)システムを使用して、補助接続ケーブルの追加を回避するようにバッテリ電力ケーブルに直接高周波信号を重畳することによって、バッテリ充電器の制御カードと通信する。
【００３９】
識別モジュールがバッテリに取り付けられると、識別モジュールは電源ライン通信システムを起動させるが、阻止されたままで起動を待つ。バッテリ充電器への最初の接続時にモジュールが識別され、バッテリ充電器制御パネルを介してパスワードを入力することによってモジュールを起動させることができる。
【００４０】
起動されるとモジュールは、それ以上操作する必要がなく、バッテリに接続されている限り継続して動作する。一時的にでも切断された場合には、モジュールは阻止状態に戻り、したがって、次のバッテリ充電器との接続時に、パスワードによって保護された起動手順が必要になる。
【００４１】
このように考え出された本特許では、すべてが本発明の概念の範囲に入る様々な改変および変形が可能であり、さらに、添付の特許請求の範囲に記載の、添付の図面で説明され図示された本発明の材料および要素は、必要に応じて変わることがある。
【符号の説明】
【００４２】
1  12パルス周波数逓倍システム
2  静力率補正システム
3  パルス充電終止システム
4  識別および監視モジュール
5  マイクロプロセッサ
6  3相トランス
7  ダブル全波3相整流器ブリッジ
8  3相静力率補正バンク
9  固定容量
10  ダブル入力接触器
11  相間リアクタンス
12  密封容器
【図１】
2011521617.tif 000003
【国際調査報告】
2011521617.tif 000004
2011521617.tif 000005
2011521617.tif 000006
2011521617.tif 000007