(57)【要約】  本発明は、電気的輸送手段（１０）、特に電気車両に関する。本発明の電気的輸送手段（１０）は、蓄電池ユニット（２２）と車両搭載電気システム（２６）とを備え、蓄電池ユニットには第１の端子（４４）及び第２の端子（２４）及び第３の端子（４２）が設けられており、蓄電池ユニットが完全に充電された場合に、第１の端子と第２の端子との間に少なくとも２００Ｖの第１の電圧（５６）が生じ、さらに、第３の端子において、第１の電圧の２０％より小さいか又は１０％より小さいか又は５％より小さい第２の電圧（５７）が取り出し可能となる。車両搭載電気システム（２６）は、第３の端子に接続されているか、又は、電気的輸送手段の第１のスイッチングユニット（３４，３３４）を介して第３の端子に接続可能である。
2016506219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的輸送手段（１０）、特に電気車両（１０）であって、
前記電気的輸送手段（１０）は蓄電池ユニット（２２−４２２）と車両搭載電気システム（２６）とを備えており、
前記蓄電池ユニット（２２−４２２）には、第１の端子（４４）及び第２の端子（２４）及び第３の端子（４２）が設けられており、
前記蓄電池ユニット（２２−４２２）が完全に充電された場合、前記第１の端子（４４）と前記第２の端子（２４）との間に少なくとも２００Ｖの第１の電圧（５６）が生じ、
前記第３の端子（４２）において、前記第１の電圧（５６）の２０％より小さいか又は１０％より小さいか又は５％より小さい第２の電圧（５７）が取り出し可能となり、
前記車両搭載電気システム（２６）は、前記第３の端子（４２）に接続されているか、又は、前記電気的輸送手段（１０）の第１のスイッチングユニット（３４，３３４）を介して前記第３の端子（４２）に接続可能である
ことを特徴とする電気的輸送手段（１０）。
【請求項２】
電圧変換器（３０，３３０）が設けられており、
前記電圧変換器（３０，３３０）の入力側は、前記第２の端子（２４）に接続されているか、又は、前記電気的輸送手段（１０）の第２のスイッチングユニットを介して前記第２の端子（２４）に接続可能である、
請求項１記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項３】
前記第１のスイッチングユニット（３４，３３４）は第１の切換スイッチを含み、
前記第１の切換スイッチの中央端子（ａ）は前記車両搭載電気システム（２６）に接続されており、前記第１の切換スイッチの第２の端子（ｃ）は前記蓄電池ユニット（２２−４２２）の前記第３の端子（４２）に接続されており、前記第１の切換スイッチの第３の端子（ｂ）は前記電圧変換器（３０，３３０）の出力側（４８）に接続されている、
請求項２記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項４】
前記第１の切換スイッチ（３４，３３４）は電気的に駆動可能なスイッチングユニット（３４，３３４）の要素である、
請求項３記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項５】
前記第１の切換スイッチ（３４，３３４）は、第１の切替モードにおいて、前記車両搭載電気システム（２６）を前記蓄電池ユニット（２２−４２２）の前記第３の端子（４２）へ接続し、
前記第１の切換スイッチ（３４，３３４）は、第２の切替モードにおいて、前記車両搭載電気システム（２６）を前記電圧変換器（３０，３３０）の前記出力側（４８）へ接続する、
請求項４記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項６】
２重切換スイッチ（１９０）の第１の中央端子（ｄ）が、前記蓄電池ユニット（１２２）の複数の個別セル（１７０−１７６）から成る第１の直列回路（１６０）に接続されており、
前記２重切換スイッチ（１９０）の第２の中央端子（ｇ）が、前記蓄電池ユニット（１２２）の複数の個別セル（１８０−１８８）から成る第２の直列回路（１６２）に接続されており、
前記第２の直列回路（１６２）は、前記第１の直列回路（１６０）とは異なる複数の個別セル（１８０−１８８）を含む、
請求項１から５までのいずれか１項記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項７】
前記２重切換スイッチ（１９０）の第１の切換スイッチ素子（１９２）の第１の端子（ｅ）は、前記２重切換スイッチ（１９０）の第２の切換スイッチ素子（１９４）の第１の端子（ｈ）に固定に接続されており、
前記第１の切替モードでは、前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第１の切換スイッチ素子（１９２）の前記第１の端子（ｅ）は前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第１の中央端子（ｄ）に接続され、
前記第１の切替モードでは、前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第２の切換スイッチ素子（１９４）の前記第１の端子（ｈ）は前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第２の中央端子（ｇ）に接続される、
請求項６記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項８】
前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第１の切換スイッチ素子（１９２）の第２の端子（ｆ）は、前記蓄電池ユニット（１２２）の前記第３の端子（４２）に接続されているか、又は、前記蓄電池ユニット（１２２）の前記第３の端子（４２）を形成している、
請求項７記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項９】
前記２重切換スイッチ（１９０）の第２の切替モードでは、前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第１の切換スイッチ素子（１９２）の前記第２の端子（ｆ）が前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第１の中央端子（ｄ）に接続され、
前記２重切換スイッチ（１９０）の第２の切替モードでは、前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第２の切換スイッチ素子（１９４）の前記第２の端子（ｉ）が前記２重切換スイッチ（１９０）の前記第２の中央端子（ｇ）に接続される、
請求項８記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項１０】
切換スイッチ（２９２）の中央端子（ｊ）が、前記蓄電池ユニット（２２２）の複数の個別セル（２７０−２７６）から成る第１の直列回路（２６０）に接続されており、
前記切換スイッチ（２９２）の第１の端子（ｋ）が、前記蓄電池ユニット（２２２）の前記第３の端子（４２）に接続されているか、又は、前記蓄電池ユニット（２２２）の前記第３の端子（４２）を形成しており、
前記切換スイッチ（２９２）の第２の端子（ｌ）が、前記蓄電池ユニット（２２２）の複数の個別セル（２８０−２８８）から成る第２の直列回路（２６２）に接続されており、
前記第２の直列回路（２６２）は前記第１の直列回路（２６０）とは異なる複数の個別セル（２８０−２８８）を含む、
請求項１から５までのいずれか１項記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項１１】
前記蓄電池ユニット（３２２）は、前記蓄電池ユニット（３２２）の複数の個別セル（３７０−３７６）から成る第１の直列回路（３６０）を含み、
前記第１の直列回路（３６０）は前記蓄電池ユニット（３２２）の前記第３の端子（３４２）に接続されており、
前記蓄電池ユニット（３２２）は前記蓄電池ユニット（３２２）の複数の個別セル（３８０−３８８）から成る第２の直列回路（３６２）を含み、
前記第２の直列回路（３６２）は前記第１の直列回路（３７０−３７６）とは異なる複数の個別セル（３８０−３８８）を含み、
前記第２の直列回路（３６２）の終端部は、前記蓄電池ユニット（３２２）の前記第２の端子（３２４）に接続されており、
有利には、前記蓄電池ユニット（３２２）及び前記電気的輸送手段（１０）には、特に充電モードを除き、前記第１の直列回路（３６０）を前記第２の直列回路（３６２）に接続するスイッチングユニットが存在しない、
請求項１から５までのいずれか１項記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項１２】
複数の個別セルから成る前記第１の直列回路（１６０，２６０，３６０）は、前記電気的輸送手段（１０）のアース線路（１４４，２４４，３４４）に接続されている、
請求項６又は１０又は１１記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項１３】
前記蓄電池ユニット（４２２）には、該蓄電池ユニット（４２２）の複数の個別セル（４７０−４９４）から成る少なくとも３つの直列回路（４６０−４６４）が含まれており、
各直列回路（４６０−４６４）の各端子（５１０−５２２）は外部へ向かって案内されており、又は、前記蓄電池ユニット（４２２）内で相互に切り離し可能及び／又は相互に接続可能である、
請求項６又は１０又は１１又は１２記載の電気的輸送手段（１０）。
【請求項１４】
特に請求項１から１３までのいずれか１項記載の、電気的輸送手段（１０）の作動方法、又は、電気車両（１０）の作動方法であって、
第１の動作モードでは、車両搭載電気システム（２６）が蓄電池ユニット（２２−４２２）の所定の端子（４２）で作動され、前記所定の端子（４２）では前記蓄電池ユニット（２４−４２２）の部分電圧（５７）のみが生じ、
第２の動作モードでは、前記車両搭載電気システム（２６）が前記蓄電池ユニットの別の端子（２４）に接続された電圧変換器（３０）から給電され、前記別の端子（２４）には前記部分電圧（５７）よりも大きな電圧（５６）が生じる、
ことを特徴とする電気的輸送手段の作動方法。
【請求項１５】
蓄電池（２２−４２２）、特に請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気的輸送手段（１０）又は電気車両（１０）において用いられる蓄電池ユニット（２２−４２２）であって、
前記蓄電池（２２−４２２）には、第１の端子（４４）及び第２の端子（２４）及び第３の端子（４２）が設けられており、
前記蓄電池（２２−４２２）が完全に充電された場合に、前記第１の端子（４４）と前記第２の端子（２４）との間に少なくとも２００Ｖの第１の電圧（５６）が生じ、
前記第３の端子（４２）において、前記第１の電圧（５６）の２０％より小さいか又は１０％より小さいか又は５％より小さい第２の電圧（５７）が取り出し可能となる
ことを特徴とする蓄電池（２２−４２２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的輸送手段、及び、電気的輸送手段の作動方法、並びに、電気的輸送手段に属する蓄電池もしくはバッテリに関する。電気的輸送手段の例として、特に、電気車両、電気自動車、電気船舶、電気飛行機、電気トラック、電気スクータ、電気モーターバイクなどが挙げられる。これらの電気的輸送手段は、トラクションバッテリ乃至トラクション蓄電池から給電される駆動機構としてモータを利用している点が共通している。こうした蓄電池を代替的なエネルギ源からのエネルギ、例えば太陽エネルギもしくは風力もしくはバイオ廃物エネルギによって充電する手段が存在する。
【０００２】
本発明は、電気的輸送手段、特に電気車両に関する。当該電気的輸送手段は、蓄電池ユニットと車両搭載電気システムとを備えており、蓄電池ユニットには、第１の端子及び第２の端子及び第３の端子が設けられており、蓄電池ユニットが完全に充電された場合、第１の端子と第２の端子との間に少なくとも２００Ｖの第１の電圧が生じ、さらに、第３の端子において、有利には第３の端子と第１の端子との間で、第１の電圧の２０％より小さいか又は１０％より小さいか又は５％より小さい第２の電圧が取り出し可能となる。車両搭載電気システムは、第３の端子に接続されているか、又は、電気的輸送手段の第１のスイッチングユニットを介して第３の端子に接続可能である。
【０００３】
本発明はまた、電気的輸送手段の作動方法に関する。ここで、第１の動作モードでは、車両搭載電気システムが蓄電池ユニットの部分電圧のみが生じる所定の端子で作動され、第２の動作モードでは、車両搭載電気システムが蓄電池ユニットの部分電圧よりも大きな電圧が生じる別の端子に接続された電圧変換器から給電される。特に、別の端子に生じる電圧は、部分電圧の２倍以上もしくは３倍以上もしくは１０倍以上の大きさである。
【０００４】
本発明はさらに、蓄電池ユニットに関する。当該蓄電池ユニットには、第１の端子及び第２の端子及び第３の端子が設けられており、蓄電池ユニットが完全に充電された場合に、第１の端子と第２の端子との間に少なくとも２００Ｖの第１の電圧が生じ、さらに、第３の端子において、有利には第３の端子と第１の端子との間で、第１の電圧の２０％より小さいか又は１０％より小さいか又は５％より小さい第２の電圧が取り出し可能となる。
【０００５】
電気的輸送手段は、特にその製造コストに関して、改善すべき点が存在している。このため、本発明は、特に個別の搭載蓄電池を要さない、簡単な構造の電気的輸送手段を提供することを課題とする。また、本発明は、こうした電気的輸送手段の作動方法及びこうした電気的輸送手段に属する蓄電池を提供することも課題とする。
【０００６】
上記電気的輸送手段に関する課題は、請求項１記載の電気的輸送手段によって解決される。上記電気的輸送手段の作動方法に関する課題は、方法発明の独立請求項記載の作動方法によって解決され、蓄電池に関する課題は、装置発明の独立請求項記載の蓄電池によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
ここで、本発明の電気的輸送手段、特に電気車両は、蓄電池ユニットと車両搭載電気システムとを備えており、蓄電池ユニットには、第１の端子及び第２の端子及び第３の端子が設けられており、蓄電池ユニットが完全に充電された場合、第１の端子と第２の端子との間に少なくとも２００Ｖの第１の電圧が生じ、第３の端子において、有利には蓄電池ユニットが完全に充電された場合、第１の電圧の２０％より小さいか又は１０％より小さいか又は５％より小さい第２の電圧が取り出し可能となる。車両搭載電気システムは、第３の端子に接続されているか、又は、電気的輸送手段の第１のスイッチングユニットを介して第３の端子に接続可能である。
【０００８】
蓄電池ユニットは、例えばプラスティック乃至樹脂製又は金属製の個別のケーシングに収容できる。ケーシングは、特に高電流用、例えば１Ａ超もしくは１０Ａ超の高電流用の２個もしくは３個もしくは４個の端子を有している。ケーシングには１００個超の個別セル、例えば個別のリチウムイオンセルを配置できる。
【０００９】
したがって、蓄電池ユニットもしくは蓄電池の電圧は、２００Ｖから８００Ｖまでの範囲に存在する。アース極に対して対称な給電電圧が用いられる場合、電圧は２００Ｖから４００Ｖまでの範囲となる。正極又は負極及びアース極を有する単純な電圧供給ユニットの場合、電圧は典型的には例えば４００Ｖから８００Ｖまでの範囲となるが、他の電圧範囲も可能である。第２の電圧は、下方限界値としての、第１の電圧の１％より大きくてよい。
【００１０】
第１のスイッチングユニットは、蓄電池ユニットの一部であってよく、つまり、蓄電池ケーシング内に配置することができる。これに代えて、第１のスイッチングユニットを電気的輸送手段の蓄電池ユニットの外部に配置してもよい。
【００１１】
よって、電気的輸送手段には唯一の蓄電池ユニットを設けるだけで足りる。これに代えて、複数の蓄電池ユニットを設けることもできるが、いずれの蓄電池ユニットも電気車両の車両搭載電気システムへの給電のためのみに排他的に使用されることはない。
【００１２】
なお、以下に用いる「接続する」とは、電気的接続、すなわち、金属線路、特に、銅撚り線などの銅ワイヤによって接続することを意味する。
【００１３】
本発明の蓄電池ユニットの技術的効果は、上記蓄電池ユニット以外の個別の車両搭載電気システム用バッテリ又は個別の車両搭載電気システム用蓄電池ユニットが必要ないということである。そのうえ、車両搭載電気システム用の電圧を簡単に形成できる。したがって、必要な個々の部材の個数を低減して、製造コストを低く抑えることができる。
【００１４】
走行中に車両搭載電気システム用の電圧を形成するための電圧変換器が故障した場合、電圧変換器から独立に給電を行うための第２のエネルギ源が利用可能となるので、短時間ではあるが、ブリッジ接続を行うことができる。
【００１５】
蓄電池ユニットから直接に、つまり、高電圧変換器を用いずに、車両搭載電気システムに給電することも、電気的輸送手段の始動時などの短時間であれば利用可能である。電気的輸送手段はふつうスタータを備えていないので、始動時には、アースと第３の端子との間に存在する蓄電池ユニットの各セルの充電状態にさほど影響を与えない比較的小さな電流しか流れないからである。
【００１６】
第３の端子は、唯一のタップであってよい。この場合、蓄電池又は蓄電池ユニットには、中断部なく、また、スイッチング素子による遮断が不可能な複数の個別セルから成る唯一の直列回路のみが存在する。しかし、別の実施形態として、高電圧バッテリもしくは高電圧蓄電池の遮断時、特に電気的輸送手段の停止時もしくは駐車時に別の手段を要するように構成してもよい。
【００１７】
車両搭載電気システムでは、例えば、
・マイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラなどを含む中央制御ユニット
・ヘッドランプ
・電気制動装置（ブレーキバイワイヤ）、特にブレーキ制御装置
・パワーステアリング装置（ステアバイワイヤ）
・エアコンディショナ
・ラジオ、ＣＤ（コンパクトディスク）及び／又は他のエンタテインメント機器
・パワーウィンドウ
・クロック制御される２次高電圧変換器に対する制御ユニット及び／又は給電ユニット
などのユニットを駆動可能である。
【００１８】
電気的輸送手段の走行用電気システムでは、
・トランクションモータ、例えばホイールハブモータ
・モータ用コンバータ
・クロック制御される１次高電圧変換器（特に車両搭載電気システムと走行用電気システムとを電流の点で分離できる変換器）に対する制御ユニット及び／又は電圧供給ユニット
などのユニットを駆動可能である。
【００１９】
電圧変換器の入力側は、第２の端子に接続されるか、又は、電気的輸送手段の第２のスイッチングユニットを介して第２の端子に接続可能である。第２のスイッチングユニットは、電気的輸送手段の停止状態における高電圧蓄電池ユニットの作動に用いられる。当該電圧変換器は、入力電圧として、走行用電気システムの電圧、特に１００Ｖ超の電圧を有する。
【００２０】
電圧変換器は、有利には、ＤＣ／ＤＣ変換器（直流／直流変換器）である。電圧変換器は、直流電圧変換器の名称で知られている。こうした電圧変換器は、入力電圧が出力電圧に関して逓減される降圧器もしくはインバータであってもよい。電圧変換器は１次側もしくは２次側でクロック制御される。
【００２１】
第１のスイッチングユニットは第１の切換スイッチを含み、第１の切換スイッチの中央端子は車両搭載電気システムに接続されており、第１の切換スイッチの第２の端子は蓄電池ユニットの第３の端子に接続されており、第１の切換スイッチの第３の端子は電圧変換器の出力側に接続されている。
【００２２】
これにより、車両搭載電気システムへのエネルギ供給の切り替えを簡単に行うことができる。すなわち、
・電気的輸送手段の始動時又は電圧変換器の故障時に、直接に蓄電池ユニットからエネルギを得ることができる。ただし、蓄電池もしくは蓄電池ユニットで取り出されるのは５０Ｖ未満の比較的低い電圧である。
・電気的輸送手段の走行時には、蓄電池ユニットから電圧変換器を用いて間接的にエネルギを得ることができる。電圧変換器の入力側では、蓄電池ユニットの比較的高い電圧、例えば走行に利用される１００Ｖ超の電圧が生じ、これに対して、電圧変換器の出力側では、車両搭載電気システム用の電圧が生じる。
【００２３】
第１の切換スイッチは、電気的に駆動可能なスイッチングユニットの要素であってよい。これにより、第１の切換スイッチは自動及び／又は手動で操作でき、有利には電子駆動装置によって駆動制御可能となる。よって、各切換スイッチはこれを操作するための操作素子とは別個であってよく、操作素子から幾らか離れた場所に配置することもできる。
【００２４】
このようにして、直接に（リードコンタクト）又は機械装置を介して第１の切換スイッチに作用する磁界を形成するコイルを含むリレーを使用できる。これに代えて、スイッチングコンタクタを用いてもよい。
【００２５】
さらに代えて、電子スイッチング素子乃至スイッチングトランジスタ、例えばノーマリオン型スイッチングトランジスタ及びノーマリオフ型スイッチングトランジスタを使用することもできる。この場合、特に、１０Ｗ超もしくは１００Ｗ超のスイッチング電力を有するパワースイッチングユニットが使用される。
【００２６】
パワースイッチングユニットは、例えば、電界効果トランジスタＦＥＴ又はＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体ＦＥＴ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などである。相応の駆動装置において、２つのノーマリオフ型スイッチングトランジスタを使用することもできる。
【００２７】
電圧変換器は、自身を監視して、電圧変換器内の故障又は入力電圧が過度に低いことを表す出力信号を出力することにより、蓄電池ユニットから車両搭載電気システムへの直接給電への切り替えを適切な制御回路によってトリガすることができる。
【００２８】
第１の切換スイッチは、第１の切替モードでは、車両搭載電気システムを蓄電池ユニットの第３の端子に接続し、第２の切替モードでは、車両搭載電気システムを電圧変換器の出力側に接続する。
【００２９】
切換スイッチング素子は、電圧変換器の出力側に一方の端部が接続された駆動コイルを含むスイッチングユニットの要素である。このコイルの他方の端部は、例えば、電圧変換器のアースと同じアースに置かれる。これにより簡単に構成可能なスイッチングユニットが得られる。
【００３０】
（リレーの）非励磁位置又は第１の切替モードでは、車両搭載電気システムは第３の端子又は蓄電池ユニットのタップのみに接続され、電圧変換器の出力側には接続されない。これに対して、（リレーの）動作位置又は第２の切替モードでは、車両搭載電気システムは、電圧変換器の出力側に接続され、蓄電池ユニットの第３の端子には接続されない。これにより、電圧補償電流及びこれにともなって車両搭載電気システムに発生する損失を回避できる。
【００３１】
２重切換スイッチの第１の中央端子は、蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る第１の直列回路に接続され、２重切換スイッチの第２の中央端子は、蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る第２の直列回路に接続される。第２の直列回路は、第１の直列回路とは異なる複数の個別セルを含む。
【００３２】
２重切換スイッチは、２つの切換スイッチング素子を含む。これら２つの切換スイッチング素子は、共通の制御信号によって駆動されるか又は共通の操作素子によって特に同時に切り替えられる。
【００３３】
個別セルは、１次セル又はガルバニ電池、例えば、完全に充電された状態で３Ｖから４Ｖまでの電圧を有するリチウムイオンセルである。
【００３４】
蓄電池ユニットもしくは蓄電池は、２重切換スイッチを含む。これに代えて、２重切換スイッチを蓄電池ケーシングの外部に配置することもでき、このようにすれば例えば故障時の交換が容易となる。
【００３５】
２重切換スイッチの第１の切換スイッチ素子の第１の端子は、例えばねじ止め、溶接、はんだ付け、挟み止め、クランプ止めなどによって、２重切換スイッチの第２の切換スイッチ素子の第１の端子に固定に接続される。第１の切替モードでは、２重切換スイッチの第１の切換スイッチの第１の端子が２重切換スイッチの第１の中央端子に接続される。また、第１の切替モードでは、２重切換スイッチの第２の切換スイッチ素子の第１の端子が、２重切換スイッチの第２の中央端子に接続される。
【００３６】
２重切換スイッチでの切替モードとは、それぞれの切替位置である。パワートランジスタでの切替モードとは、所定の駆動信号であるか、又は、各スイッチング素子に同時に印加される複数の駆動信号の組み合わせである。
【００３７】
２重切換スイッチの第１の切換スイッチ素子の第２の端子は、蓄電池ユニットの第３の端子に接続されるか、又は、蓄電池ユニットの第３の端子を形成する。
【００３８】
２重切換スイッチの第２の切替モードでは、２重切換スイッチの第１の切換スイッチ素子の第２の端子が２重切換スイッチの第１の中央端子に接続される。２重切換スイッチの第２の切替モードでは、２重切換スイッチの第２の切換スイッチ素子の第２の端子が２重切換スイッチの第２の中央端子に接続される。２重切換スイッチの第２の切換スイッチ素子の第２の端子はアース電位に接続することもできる。
【００３９】
この構成の技術的効果は、第１の切替モード又は第１の切替位置において、蓄電池ユニットの第３の端子に車両搭載電気システム用の低い電圧が生じるということである。高電圧側は第１の切替モードでは走行用電気システムに接続される。
【００４０】
これに対して、第２の切替モード又は第２の切替位置では、特にアース電位とは異なる極に関して、車両搭載電気システムが蓄電池ユニットから切り離される。蓄電池ユニット内は、第２の切替位置では、車両の走行用電気システム、特に駆動ユニット及び電動モータに接続される。第２の切替位置では、電圧変換器は、車両搭載電気システム用の電圧を間接的に蓄電池ユニットから形成する。第２の切替位置は走行に関連する状態である。
【００４１】
蓄電池ユニット、特に蓄電池ユニットのケーシング内には、スイッチングユニットの駆動装置に収容可能な電子バッテリ管理システムを設けることができる。
【００４２】
別の実施形態では、有利には電子的に駆動される２重切換スイッチを蓄電池ユニットに収容することができる。これに代えて、２重切換スイッチを蓄電池ユニットの外部に配置してもよい。この場合、蓄電池ユニットは、少なくとも２つの別の端子、例えばアース極及び正極に加えて、２重切換スイッチのための複数の端子を有する。
【００４３】
これに代えて、切換スイッチング素子の中央端子が、蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る第１の直列回路に接続されてもよい。当該切換スイッチング素子の第１の端子は、蓄電池ユニットの第３の端子に接続可能であるか、又は、蓄電池ユニットの第３の端子を形成する。当該切換スイッチング素子の第２の端子は、蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る第２の直列回路に接続される。ここで、第２の直列回路は第１の直列回路とは異なる複数の個別セルを含む。
【００４４】
上記構成の技術的効果は、第１の切替モード又はリレーの非励磁位置で、車両搭載電気システムが複数の個別セルから成る第１の直列回路に接続され、蓄電池ユニットの残りのセルが車両搭載電気システムから電気的に切り離されるということである。
【００４５】
対して、第２の切替モード又はリレーもしくはスイッチングコンタクタの動作位置では、車両搭載電気システムは蓄電池に直接には接続されない。蓄電池ユニットは第２の切替モードでは高電圧電源乃至電気的輸送手段の走行用電気システムに接続可能である。走行用電気システムには当該走行用電気システムの電圧よりも低い車両搭載電気システム用電圧を車両搭載電気システムに供給する電圧変換器も存在している。
【００４６】
切換スイッチユニットは、切替スイッチであるか、又は、電子スイッチング素子、特にトランジスタなどの半導体素子を含む。切換スイッチは、蓄電池ユニット内に配置することもできるし、又は、蓄電池ユニット外部に配置してもよい。
【００４７】
別の実施形態では、有利には電子的に駆動可能な切換スイッチを蓄電池ユニット内に収容できる。これに代えて、切換スイッチを蓄電池ユニットの外部に配置してもよい。この場合、蓄電池ユニットは、切換スイッチの端子に加えて、蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る直列回路の間に、付加的な複数の端子が設けられる。
【００４８】
さらに別の実施形態では、蓄電池ユニットは、蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る第１の直列回路を含み、この第１の直列回路は蓄電池ユニットの第３の端子に接続される。また、蓄電池ユニットは蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る第２の直列回路を含む。第２の直列回路は、第１の直列回路とは異なる複数の個別セルを含む。第２の直列回路の終端部は、蓄電池ユニットの第２の端子に接続される。蓄電池ユニット及び電気的輸送手段には、特にバッテリもしくは蓄電池ユニットの充電モードを除き、第１の直列回路を第２の直列回路に接続するスイッチングユニットが存在しなくてもよい。
【００４９】
上記構成の技術的効果は、蓄電池ユニットのセルの一部を、車両搭載電気システムのために、特には（走行用電気システム用でなく）車両搭載電気システム専用に、容易に利用できるようになり、蓄電池ユニットの他のセルを走行用電気システム用に利用できるということである。このようにすれば、車両搭載電気システム用蓄電池部と走行用電気システム用蓄電池部とを区別できるにもかかわらず、蓄電池ユニットの全体数を低減できる。
【００５０】
別の実施形態では、複数の個別セルから成る第１の直列回路が、電気的輸送手段のアース線路に接続される。アース線路は負極であってよく、また、幾つかの国々では正極となることもある。
【００５１】
車両搭載電気システムの電気的絶縁は、特に蓄電池ユニットの高電圧側の車両搭載電気システム用電圧のタップに比べ、車両搭載電気システム内の比較的小さな電圧のみを絶縁すればよいので、簡単に実行できる。
【００５２】
蓄電池ユニットには、蓄電池ユニットの複数の個別セルから成る直列回路を少なくとも３つ収容することができる。その端子は、外部へ引き出されるか、又は、種々の形式で蓄電池ユニット内の結線が可能である。例えば各対での切り離し又は接続が可能である。
【００５３】
したがって、走行用電気システムは、アース線路に関して正極及び負極が存在する、対称な給電電圧を利用できる。これにより、走行用電気システムの線路のそれぞれの電気的絶縁は、比較的低い絶縁電圧に対して行うことができる。
【００５４】
車両搭載電気システムも同様に、対称な給電電圧を有するか、又は、アース線路に関する一方側のみで取り出すことができる。
【００５５】
対称の給電電圧を有する走行用電気システムに代えて又はこれに加えて、選択的に車両搭載電気システムの給電に使用するための、蓄電池ユニットの個別セルから成る複数の直列回路を設けることもできる。これにより、例えば、故障に対する冗長性を確保したり、又は、車両搭載電気システムと走行用電気システムとの双方を利用することによって付加的なセルの使用を低減したりできる。
【００５６】
電気的輸送手段の作動方法において、第１の動作モードでは、車両搭載電気システムは、蓄電池ユニットの部分電圧のみが生じる所定の端子で作動される。第２の動作モードでは、車両搭載電気システムが蓄電池ユニットの部分電圧よりも大きな電圧が生じる別の端子に接続された電圧変換器から給電される。別の端子には特に部分電圧の２倍以上もしくは３倍以上もしくは１０倍以上の電圧がかかる。ただし、当該別の端子にかかる電圧は、例えば、部分電圧の１００倍未満である。
【００５７】
本発明の方法乃至その実施形態では、上述した各実施形態の電気的輸送手段が用いられ、本発明の電気的輸送手段に則して上述したのと同様の技術的効果が得られる。
【００５８】
本発明の蓄電池ユニットは、第１の端子及び第２の端子及び第３の端子を含み、蓄電池が完全に充電された場合に、第１の端子と第２の端子との間に少なくとも２００Ｖの第１の電圧が生じ、第３の端子において、特に蓄電池が完全に充電された場合に、第１の電圧の２０％より小さいか又は１０％より小さいか又は５％より小さい第２の電圧が取り出し可能となる。
【００５９】
本発明の蓄電池ユニット又はその実施形態についても、上述したのと同様の技術的効果が得られる。ただし、特に、上述した蓄電池ユニットは、例えば電気的輸送手段の販売及び／又はメンテナンス及び／又は他の目的に際しては、電気的輸送手段又は電気自動車の外部でも利用可能である。
【００６０】
蓄電池乃至蓄電池ユニットにより、電気的輸送手段は高電圧バッテリからの全給電を利用できる。
【００６１】
言い換えれば、本発明は、高電圧バッテリからの全給電を受ける電気車両に関する。
【００６２】
今日の電気的輸送手段又は今日の電気車両のベースとしては、「ノーマル」な大量生産車両が用いられるので、ドライブトレーンの個々の要素を対応する電気装置によって置き換えることができる。つまり、例えば内燃機関を電気機械（電動機、モータ）によって、タンクをバッテリによって、ジェネレータをＤＣ／ＤＣ変換器（直流／直流変換器）によって置換できる。ただし、この場合にも、従来の低電圧の電源回路網、例えば制御装置に給電するための１２Ｖバッテリを含む電源回路網を変更する必要はない。
【００６３】
このため、高電圧バッテリが充分に充電されているにもかかわらず、例えば１２Ｖバッテリが空になっているために車両を始動できないという状況が生じうる。これは例えばＤＣ／ＤＣ変換器の制御電子回路の作動に１２Ｖ電源が必要なためである。こうした場合、典型的な充電ステーションによってＤＣ／ＤＣ変換器を作動させることは不可能である。
【００６４】
車両内の電源回路網の基本構造が図１に示されている。
【００６５】
従来は、全ての公知の電気的輸送手段（電気車両）が、高電圧バッテリに加え、低電圧回路網のサポートのために例えば従来の１２Ｖバッテリを用いている。当該１２Ｖバッテリの電圧が欠落すると、走行動作が不可能となる。このため、多くの運転者がつねに充電装置又は予備バッテリを携行するという事態になっている。
【００６６】
ここから、高電圧バッテリの電圧を１２Ｖアプリケーション乃至低電圧回路網のために利用するというアイデアが生じる。このようにすれば、低電圧バッテリ、例えば１２Ｖバッテリを完全に省略できる。
【００６７】
その際に重要な意義を有する要素はＤＣ／ＤＣ変換器である。ＤＣ／ＤＣ変換器は、駆動用バッテリの可変の高電圧から一定の低電圧（大抵の場合１２Ｖ）を形成し、車両搭載電気システムで利用できるようにする。こうしたＤＣ／ＤＣ変換器はこれまでもジェネレータの対応物として利用されている。
【００６８】
高電圧バッテリをインテリジェントに利用できることにより、低電圧バッテリ、例えば１２Ｖバッテリを上述したように完全に省略できる。
【００６９】
なぜなら、電気車両には２つの重要なシナリオが存在するからである。本発明及び有利な実施形態によれば、低電圧バッテリ、例えば１２Ｖバッテリが存在しなくとも、調達が可能となることが保証される。
【００７０】
シナリオ１：電気車両を充電するケース又は走行させるケース
ＤＣ／ＤＣ変換器は充電中アクティブであり、車両搭載電気システムには例えば１２Ｖの電圧が供給される。この場合、高電圧バッテリが例えば一貫した唯一のセグメントとして駆動される。
【００７１】
シナリオ２：駐車時、又は、ＤＣ／ＤＣ変換器が存在しないケース
ＤＣ／ＤＣ変換器は電流が小さい場合にも充分な効率を有するので、車両を高電圧バッテリの一部へ接続し、高電圧バッテリのセグメントから給電を行う。同様のことがＤＣ／ＤＣ変換器の存在しない場合にも当てはまる。
【００７２】
高電圧バッテリのセグメントは、バイアス電流による持続的給電又は動作電流による短時間給電にとって充分である。なぜなら、高電圧バッテリのリチウム電池は通常鉛蓄電池よりも高い容量を有しているからである。
【００７３】
切り替えは、図１に示されているように、簡単なリレー又は同様のスイッチング技術、例えばスイッチングコンタクタもしくは電子半導体スイッチング素子によって行われる。その前提となるのは、高電圧バッテリに、タップ、又は、複数の個別セルから成る複数の直列回路が設けられていることである。
【００７４】
理想的には、切り替えは、ＤＣ／ＤＣ変換器が車両搭載電気システムへの給電に充分な電圧を出力できる場合、自動で行われる。
【００７５】
高電圧バッテリが２重に利用されることにより、低電圧の１２Ｖバッテリ又は低電圧電池は必要なくなる。
【００７６】
技術的効果として、
・フレキシビリティ：高電圧バッテリのエネルギを、状況に応じて、必要な箇所へ接続乃至分配できること；
・低電圧領域の高容量：電気的輸送手段の信頼性を大幅に向上させられること；
・車両設計の簡単化及び重量低減：鉛蓄電池の完全な省略によって、約１０ｋｇの重量と５Ｌ超の容積とを節約できること；
が挙げられる。
【００７７】
上述した本発明によって達成される手段並びにその特性及び利点をより良く理解してもらうために、以下に、本発明の実施例を説明する。なお、本明細書において「〜できる」なる語を用いる場合、これは、技術的可能性だけでなく、実際の技術的手段も意味する。
【００７８】
以下に、本発明の実施例を図に則して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】高電圧蓄電池から全給電を受ける電気車両を示す図である。
【図２】２重切換スイッチを備えた高電圧蓄電池を示す図である。
【図３】単独の切換スイッチを備えた高電圧蓄電池を示すである。
【図４】相互に完全に分離された低電圧部及び高電圧部を有する高電圧蓄電池を示す図である。
【図５】対称な高電圧を有する高電圧蓄電池を示す図である。
【００８０】
図１には、高電圧蓄電池から全給電を受ける電気自動車１０又はその他の電気的輸送手段、すなわち、付加的な低電圧蓄電池を有さない電気自動車１０又はその他の電気的輸送手段が示されている。
【００８１】
電気車両１０は、例えば、図示されていない複数のホイールを備え、さらに、中央制御ユニット１２と、コンバータ１４と、モータ１６と、直流電圧供給ユニット２０とを含む。
【００８２】
中央制御ユニット１２は、例えば、メモリに記憶された命令を処理し、その際に電気自動車１０を制御するための制御機能を実行するマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含む。
【００８３】
コンバータ１４は、複数の電子スイッチング素子から成る複数のハーフブリッジを含む。例えば、モータ１６が３相非同期機である場合、コンバータ１４は３つのハーフブリッジを含む。ハーフブリッジに代えて、フルブリッジを使用することもできる。ブリッジの中央タップはモータ１６に接続されている。各ハーフブリッジは例えば高電圧蓄電池２２又は高電圧バッテリ２２の高電圧とアースＭとの間に配置される。
【００８４】
モータ１６は例えば非同期機又は同期機である。なお、直流電動機を使用することもできる。モータ及び／又はコンバータは公知の方式で駆動可能である。
【００８５】
直流電圧供給ユニット２０は、高電圧蓄電池２２又は再充電可能なバッテリを含む。走行用電気システム２４は高電圧蓄電池２２の高電圧端子に接続されている。走行用電気システム２４は例えば図示されていないスイッチング素子によって高電圧蓄電池から切り離すことができる。
【００８６】
図１では、走行用電気システム２４が単純な線路によって示されているが、実際の電気車両１０ではもちろんこれは種々に分岐している。走行用電気システム２４の動作電圧は１００Ｖ超である。電源が非対称な場合、走行用電気システム２４の動作電圧は２００Ｖ超又は３００Ｖ超である。
【００８７】
走行用電気システム２４ではコンバータ１４及びモータ１６が駆動される。
【００８８】
高電圧蓄電池２２は、図示されていない充電ユニットを介して充電可能である。この充電ユニットは、例えば、交流電圧の公共配電網、又は、この配電網から形成される直流電圧の公共配電網に設けられ、特に高速充電、すなわち３０分未満又は１５分未満の充電時間で充電を行う。これに代えて、放電された高電圧蓄電池２０を、電池交換ステーションで、完全に充電された高電圧蓄電池に交換することもできる。
【００８９】
車両搭載電気システム２６は、この実施例では、例えば５０Ｖ未満の動作電圧、例えば１２Ｖもしくは２４Ｖもしくは４８Ｖの動作電圧を有する。車両搭載電気システム２６は例えば電気車両１０の制御ユニット１２や、照明装置などの他の電気装置に給電する。
【００９０】
直流電圧供給ユニット２０は、さらに、電圧変換器３０と、リレーコイル３２と、リレー式切換スイッチ３４と、アース電位Ｍへ接続されたアース線路４０と、複数の線路４４−５５とを含む。
【００９１】
電圧変換器３０は、例えば、数１００Ｖの入力電圧、例えば８００Ｖの入力電圧を、より小さな、特には直流の出力電圧すなわち車両搭載電気システム用電圧へ変換するＤＣ／ＤＣ変換器である。この実施例では、車両搭載電気システム用電圧は例えば１２Ｖである。電圧変換器３０の入力側は、高電圧蓄電池２２の高電圧端子（ここでは正極）に接続されている。電圧変換器３０の出力側は線路４８に接続されており、この線路４８はリレー式切換スイッチ３４を介して車両搭載電気システム２６に接続可能である。また、電圧変換器３０は、線路４６を介してアース電位Ｍへ接続されている。
【００９２】
リレーコイル３２は線路４９を介して線路４８に接続されており、線路５０を介してアースＭへ接続されている。リレーコイル３２によって駆動されるリレー式切換スイッチ３４は、３つのスイッチコンタクトａ，ｂ，ｃを有しており、スイッチコンタクトａは、２つの切替位置の双方でアクティブとなる、つまり、どちらの切替位置でも電流の流れる中央コンタクトである。
【００９３】
スイッチコンタクトｂは線路４８に接続されており、作動コンタクトを形成している。つまり、リレーが駆動されると、スイッチコンタクトｂは中央コンタクトａに接続される。
【００９４】
スイッチコンタクトｃは、ノーマリクローズのコンタクトであり、励磁されていない状態で、又は、リレーコイル３２の電圧が小さい場合に、スイッチコンタクトａとの間の電気的接続を形成している。
【００９５】
これにより、リレー３２，３４が駆動されていない場合、車両搭載電気システム２６は高電圧蓄電池２２の低電圧端子４２から、スイッチコンタクトｃに接続された線路５５を介して給電される。
【００９６】
これに対して、リレー３２，３４が駆動されると、車両搭載電気システム２６は、電圧変換器３０を介して、高電圧蓄電池２２の高電圧端子から給電を受ける。
【００９７】
アース線路４０には、さらに、線路４４を介して高電圧蓄電池２２の負極又はアース極が接続されており、また、車両搭載電気システム２６も接続されている。
【００９８】
なお、図１−図５の全ての実施例において、端子４２には５０Ｖ未満の電圧が生じる。高電圧蓄電池２２の内部構造は種々に選択可能であり、以下に図２−図５に則して４つのバリエーションを説明する。最も簡単なケースでは、端子４２が、高電圧蓄電池２２の全ての個別セルから形成される１つの直列回路のうちの２つの個別セル群間の唯一のタップである。
【００９９】
直流電圧供給ユニット２０の種々の電圧特性は、矢印５６−５８によって示されている。ここで、矢印５６は、高電圧蓄電池２２の高電圧出力側での高電圧、又は、走行用電気システム２４での高電圧を表しており、矢印５７，５８は、高電圧蓄電池２２の低電圧端子４２に生じる車両搭載電気システム用電圧１２ＶＢａｔを表しており、矢印５９は、電圧変換器３０の出力側の低電圧、例えば１２ＶＤＣを表している。
【０１００】
矢印５６−５８の全ての電圧はアースＭに対して生じる。
【０１０１】
高電圧蓄電池２２のアース電位端子は、特許請求の範囲では第１の端子と称される。高電圧蓄電池２２の高電圧端子もしくは正極は、特許請求の範囲では第２の端子と称される。端子４２は、特許請求の範囲では高電圧蓄電池２２の第３の端子と称される。
【０１０２】
車両搭載電気システム２６は、スタートキーの位置に応じて、コンタクトａ及び場合によりアース線路４０から、例えば図示されていないスイッチングユニットによって切り離される。
【０１０３】
図２には、２重切換スイッチ１９０を含む高電圧蓄電池１２２が示されている。高電圧蓄電池１２２を含む電圧供給ユニット１２０は、電気車両１０で使用される。ここで、図２に示されている電圧供給ユニット１２０は、高電圧蓄電池２２に代えて高電圧蓄電池１２２を含む。
【０１０４】
高電圧蓄電池もしくは再充電可能なバッテリ１２２は、正極１２４と、アース電位に接続された負極１４４と、例えば４個の個別セル１７０−１７６から成る第１の直列回路１６０と、例えば５個以上の個別セル１８０−１８８から成る第２の直列回路１６２と、２重切換スイッチ１９０とを含む。
【０１０５】
正極又は走行用電気システム１２４は、第２の直列回路１６２の最後のセルの正極に存在している。走行用電気システム１２４は図１の走行用電気システム２４に対応する。負極１４４は、第１の直列回路１６０の第１のセル１７０の負極に存在している。負極１４４は図１の負極又は線路４４に対応する。
【０１０６】
したがって、コンバータ１４及びＤＣ／ＤＣ変換器３０はアース極１４４（アースＭ）とスイッチコンタクトｉと正極１２４との間に配置される。
【０１０７】
第１の直列回路１６０は、リチウムイオンセルのケースでは、例えば４個の個別セル１７０−１７６を含み、ここでは、セル１７０の正極がセル１７２の負極に接続され、セル１７２の正極がセル１７４の負極に接続されるという具合に接続が行われる。別のセル電圧又は他の車両搭載電気システム用電圧が必要とされる場合には、車両搭載電気システム用電圧を得るために、第１の直列回路１６０で別の数のセルが使用される。
【０１０８】
第２の直列回路１６２は、リチウムイオンセルのケースでは、例えば約２００個の個別セル１８０−１８８を含み、ここでは、セル１８０の正極がセル１８２の負極に接続され、セル１８２の正極がセル１８４の負極に接続されるという具合に接続が行われる。別のセル電圧又は他の走行用電気システム用電圧が必要とされる場合には、走行用電気システム用電圧を得るために、第２の直列回路１６２で別の数のセルが使用される。
【０１０９】
２重切換スイッチ１９０は、第１の切換スイッチ素子１９２と第２の切換スイッチ素子１９４とを含む。
【０１１０】
第１の切換スイッチ素子１９２は３つのスイッチコンタクトｄ，ｅ，ｆを含み、このうちスイッチコンタクトｄが中央端子である。中央端子ｄはセル１７６の正極に接続されている。スイッチコンタクトｅは接続線路１９６に接続されている。スイッチコンタクトｆは、線路４２に対応する線路１４２に接続されている。
【０１１１】
第２の切換スイッチ素子１９４も同様に３つのスイッチコンタクトｇ，ｈ，ｉを含み、このうちスイッチコンタクトｇが中央端子である。中央端子ｇはセル１８０の負極に接続されている。スイッチコンタクトｈは接続線路１９６に接続されている。スイッチコンタクトｉは、線路１４４もしくはアースＭに接続されている。ただし、コンタクトｉを別様の形態で接続することもできる。
【０１１２】
始動切替位置では、コンタクトｄ，ｆが接続され、さらにコンタクトｇ，ｉが接続される。これにより、車両搭載電気システム２６は、線路１４２を介して直接に、つまり、電圧変換器３０を使用せずに、給電される。しかし、この切替位置において電圧変換器３０を動作させて、電圧変換器の出力電圧が生じた時点で直ちに切換スイッチ３４のコンタクトｂへの切り替えを行ってもよい。
【０１１３】
つまり、電圧変換器３０の制御ユニット又は電圧変換器３０の電圧供給ユニットには、線路１４２を介してまず初めに供給される。
【０１１４】
走行切替位置では、コンタクトｄ，ｅとコンタクトｇ，ｈとが接続される。これにより、車両搭載電気システム２６は、もはや線路１４２を介して直接には給電されない。つまり、電圧変換器３０なしでは利用できない。この場合、電圧変換器３０が車両搭載電気システム２６に対して完全に電圧を給電できるようになった時点で、例えば、始動位置で少なくとも５００ミリ秒又は少なくとも１秒が経過した後に、まず走行位置への切り替えが行われる。電圧変換器３０は走行位置で動作可能となるので、電圧変換器の出力電圧が生じると直ちに、切換スイッチ３４のコンタクトｂへの切り替えが行われる。したがって、電圧変換器３０の制御ユニット又は電圧変換器３０の電圧供給ユニットには、電圧変換器３０自体と車両搭載電気システム２６とを介して給電される。
【０１１５】
走行切替位置では、２つの直列回路１６０，１６２が接続線路１９６を介して直列に接続されているので、高電圧蓄電池１２２の全電圧が正極１２４又は走行用電気システム１２４に生じる。これに代えて、第２の直列回路１６２の電圧のみが用いられるケースについては図４に即して後述する。
【０１１６】
２つの切換スイッチ素子１９２，１９４は、機械的カップリング１９８を介して結合されている。２重切換スイッチ１９０は手動操作可能である。これに代えて又はこれに加えて、例えばリレーコイルを介した電子的な駆動も可能である。
【０１１７】
蓄電池ケーシング１９９は２重切換スイッチ１９０を収容できる。これに代えて、２重切換スイッチ１９０を蓄電池ケーシング１９９の外部に配置してもよい。
【０１１８】
他の実施例では、２重切換スイッチ１９０に代えて、半導体スイッチング素子を用いた電子的なスイッチングユニットが使用される。
【０１１９】
車両１０が停止している場合、高電圧蓄電池１２２は、例えば正極１２４でも負極１４４でも、図示されていないスイッチングユニットによって走行用電気システム又は車両搭載電気システムから切り離すことができる。これに代えて、走行用電気システム、例えば正極１２４側からのみ切り離しを行ってもよい。
【０１２０】
図２の回路では、２重切換スイッチ１９０は、走行中いつでも、図２に示されている出力位置、すなわち、車両搭載電気システムが第１の直列回路１６０から給電される位置へ切り替えることができる。これは例えばＤＣ／ＤＣ変換器が故障した場合に行われる。この場合、第２の直列回路１６２は、コンバータ１４とモータとに給電することができる。
【０１２１】
図３には、簡単な切換スイッチ２９２を備えた高電圧蓄電池２２２が示されている。高電圧蓄電池２２２を含む電圧供給ユニット２２０を、電気車両１０において使用することもできる。この場合、図１に示されている電圧供給ユニット２０は高電圧蓄電池２２に代えて高電圧蓄電池２２２を含む。
【０１２２】
高電圧蓄電池又は再充電可能なバッテリ２２２は、正極２２４と、アース電位に接続された負極２４４と、例えば４個の個別セル２７０−２７６から成る第１の直列回路２６０と、５個以上の個別セル２８０−２８８から成る第２の直列回路２６２と、切換スイッチ２９２とを含む。
【０１２３】
正極又は走行用電気システム２２４は第２の直列回路２６２の最後のセルの正極に存在している。走行用電気システム２２４は図１の走行用電気システム２４に対応している。負極２４４は第１の直列回路２６０の第１のセル２７０の負極に存在している。当該負極２４４は図１の負極又は線路４４に対応している。
【０１２４】
したがって、コンバータ１４及びＤＣ／ＤＣ変換器３０はアース電位２４４（アースＭ）と正極２２４との間に置かれる。
【０１２５】
第１の直列回路２６０は、リチウムイオンセルのケースでは、例えば４個の個別セル２７０−２７６を含む。この場合、セル２７０の正極がセル２７２の負極に接続され、セル２７２の正極がセル２７４の負極に接続される、という具合に接続が行われる。セル電圧又は車両搭載電気システム用電圧が異なる場合には、第１の直列回路２６０において別の数のセルを使用して車両搭載電気システム用電圧を得ることができる。
【０１２６】
第２の直列回路２６２は、リチウムイオンセルのケースでは、例えば約２００個の個別セル２８０−２８８を含む。この場合、セル２８０の正極がセル２８２の負極に接続され、セル２８２の正極がセル２８４の負極に接続される、という具合に接続が行われる。セル電圧又は走行用電気システム用電圧が異なる場合には、第２の直列回路２６２において別の数のセルを使用して、必要な走行用電気システム用電圧を得ることができる。
【０１２７】
切換スイッチ２９２は３つのスイッチコンタクトｊ，ｋ，ｌを含み、このうちスイッチコンタクトｊが中央端子である。中央端子ｊはセル２７６の正極に接続されている。スイッチコンタクトｋは、線路４２に対応する線路２４２に接続されている。スイッチコンタクトｌは接続線路２９６に接続されている。接続線路２９６の他方の端部はセル２８０の負極に接続されている。
【０１２８】
駐車切替位置では、コンタクトｊ，ｋが接続される。これにより、車両搭載電気システム２６には線路２４２を介して直接に、つまり、電圧変換器３０を使用せずに、給電できる。電圧変換器３０はこの切替位置では動作できないので、切換スイッチ３４のコンタクトｂへの切り替えも行われない。駐車切替位置ではコンバータ１４に電圧がかからない。なぜなら、直列回路２６０，２６２が端子ｊ，ｌを介して接続されていないからである。
【０１２９】
始動時には、切換スイッチ２９２が、端子ｊと端子ｌと（コンタクトｊとコンタクトｌと）を接続する別の切替位置へ切り替えられる。切り替え後に電圧変換器３０が動作できるにようになり、電圧変換器３０の出力電圧が安定に生じるようになれば、切換スイッチ３４のコンタクトｂへの切り替えが行われる。電圧変換器３０又は電圧供給ユニット３０の制御ユニットは、切り替え時に例えば線路２４２を介して給電される。この場合、充分な容量のバッファコンデンサが使用される。
【０１３０】
走行切替位置では、２つの直列回路２６０，２６２が接続線路２９６を介して直列に接続されているので、高電圧蓄電池２２２の全電圧が正極２２４又は走行用電気システム２２４に生じる。これに代えて、直列回路２６２の電圧のみが用いられるケースについては図４に即して後述する。
【０１３１】
切換スイッチ２９２は手動操作可能である。これに代えて又はこれに加えて、例えばリレーコイルを介した電子的な駆動も可能である。
【０１３２】
蓄電池ケーシング２９９は切換スイッチ２９２を収容している。これに代えて、切換スイッチ２９２を蓄電池ケーシング２９９の外部に配置してもよい。
【０１３３】
他の実施例では、切換スイッチ２９２に代えて、半導体スイッチング素子を用いた電子的なスイッチングユニットが使用される。
【０１３４】
車両１０が停止している場合、高電圧蓄電池２２２の例えば正極２２４も負極２４４も図示されていないスイッチングユニットによって走行用電気システム又は車両搭載電気システムから切り離すことができる。これに代えて、走行用電気システムからの切り離しのみであれば、例えば正極２２４側で行ってもよい。さらに、代替的又は付加的に、切換スイッチ２９２による切り離しも可能である。
【０１３５】
図３の回路では、走行中、スイッチを図３に示す初期位置へは簡単に切り替えることができない。なぜなら、その場合、第２の直列回路２６２は、コンバータ１４ひいてはモータへ単独で給電できないからである。このために、このケースでは、短時間だけ、例えば徐々に減速して停止させるまでの間だけ、車両搭載電気システムを第１の直列回路２６０へ戻し接続することにより、ＤＣ／ＤＣ変換器の故障に対応可能となる。しかし、図３の回路は単純な回路であり、駐車時には高電圧からコンバータ１４又はＤＣ／ＤＣ変換器３０の切り離しもできる。
【０１３６】
図４には、少なくとも蓄電池セルの充電モードを除き、相互に完全に分離される低電圧部３６０と高電圧部３６２とを含む高電圧蓄電池３２２が示されている。高電圧蓄電池３２２を含む電圧供給ユニット３２０は電気自動車１０において利用可能である。低電圧部３６０は従来使用されていた鉛蓄電池に対応する。高電圧部３６２は従来使用されていた個別の高電圧蓄電池に対応する。
【０１３７】
高電圧蓄電池又は再充電可能なバッテリ３２２は、正極３２４と、アース電位Ｍ１に接続された負極３４４と、例えば４個の個別セル３７０−３７６から成る第１の直列回路３６０と、例えば５個以上の個別セル３８０−３８８から成る第２の直列回路３６２とを含む。
【０１３８】
正極又は走行用電気システム３２４は第２の直列回路３６２の最後のセルの正極に存在している。走行用電気システム３２４の負極又はアース電位は、例えばスイッチＳ３００の端子ｑに存在しているか、又は、こうしたスイッチが使用されていない場合にはセル３８０の負極に存在している。走行用電気システム３２４の機能は図１の走行用電気システム２４の機能に対応している。
【０１３９】
車両搭載電気システムの負極３４４は、第１の直列回路３６０の第１のセル３７０の負極に存在している。負極３４４は、図１の負極又は線路４４、すなわち、車両搭載電気システム３２６に相当する車両搭載電気システム３６の端子に対応する。
【０１４０】
第１の直列回路３６０は、リチウムイオンセルのケースでは、例えば４個の個別セル３７０−３７６を含む。この場合、セル３７０の正極がセル３７２の負極に接続され、セル３７２の正極がセル３７４の負極に接続される、という具合に接続が行われる。セル電圧又は車両搭載電気システム用電圧が異なる場合には、第１の直列回路３６０において別の数のセルを使用して車両搭載電気システム用電圧を得ることができる。
【０１４１】
第２の直列回路３６２は、リチウムイオンセルのケースでは、約２００個の個別セル３８０−３８８を含む。この場合、セル３８０の正極がセル３８２の負極に接続され、セル３８２の正極がセル３８４の負極に接続される、という具合に接続が行われる。セル電圧又は走行用電気システム用電圧が異なる場合には、第２の直列回路３６２において別の数のセルを使用して走行用電気システム用電圧を得ることができる。
【０１４２】
第１の直列回路３６０の最後のセル３７６の正極は蓄電池３２２から引き出されている。これにより、第１の直列回路３６０は高電圧蓄電池３２２の低電圧部を形成する。
【０１４３】
セル３７６の正極乃至第１の直列回路３６０の終端部には線路３４２が接続されており、この線路が切換スイッチ３３４のスイッチコンタクトｎへ接続されている。切換スイッチ３３４は、図１と同様に、切換スイッチ３４と同じ機能、すなわち、車両搭載電気システムを端子３４２と電圧変換器３３０との間で切り替える機能を有している。
【０１４４】
切換スイッチ３３４のスイッチコンタクトｏは、図１の電圧変換器３０の機能に対応する機能を有する電圧変換器３３０の出力側に接続されている。電圧変換器３３０の入力側は正極又は走行用電気システム３２４に接続されている。電圧変換器３３０はアース端子を有しており、このアース端子は、アース線路Ｍ２を経て直接に、又は、スイッチＳ３００を介して、セル３８０の負極ひいては第２の直列回路３６２に接続されている。
【０１４５】
スイッチＳ３００は２つのスイッチコンタクトｐ，ｑを有している。スイッチコンタクトｑは線路Ｍ２に接続されている。スイッチコンタクトｐは、高電圧蓄電池３２２から引き出されているセル３８０の負極に接続されている。
【０１４６】
したがって、第２の直列回路３６２の第１のセル３８０の負極も同様に、蓄電池３２２から引き出されている。これにより、第２の直列回路３６２は高電圧蓄電池３２２の高電圧部を形成している。
【０１４７】
リレーコイル３２に対応するリレーコイル３３２は、例えば線路Ｍ２と線路３４８との間に接続されているので、電圧変換器３３０の出力電圧が充分に高くなると直ちに、リレー式切換スイッチ３３４がスイッチコンタクトｏへ切り替えられる。これにより、車両搭載電気システム３２６が線路３４２から切り離され、電圧変換器３３０の出力側へ接続される。
【０１４８】
充電時には、別個の充電機器が直列回路３６０，３６２に対して用いられる。これに代えて、直列回路３６０，３６２を充電の際のみ接続してもよい。
【０１４９】
別の実施形態では、切換スイッチ３３４に代えて、半導体スイッチング素子を用いた電子的なスイッチングユニットが使用される。同様に、スイッチＳ３００に代えて、半導体スイッチング素子を使用することもできる。
【０１５０】
車両１０が停止している場合、図示されていないスイッチングユニットによる高電圧蓄電池３２２の走行用電気システム３２４又は車両搭載電気システム３２６からの切り離しが可能である。これに代えて、走行用電気システムからの切り離しを、スイッチＳ３００を介して行ってもよい。
【０１５１】
これに代えて、蓄電池３２２は唯一のアースＭによっても駆動可能である。この場合、例えばセル３８０の負極はセル３７０の負極に固定に接続される。
【０１５２】
始動時には例えばスイッチＳ３００が操作され、コンバータ１４及びＤＣ／ＤＣ変換器が高電圧蓄電池３６２に接続される。しばらくすると、切換スイッチ３３４はリレーコイル３３２を介して又は他の手段によって切替位置ｏへ切り替えられる。この場合、ＤＣ／ＤＣ変換器の故障に対応できる。なぜなら、切換スイッチ３３４が再び切替位置ｎへ切り替えられ、走行用電気システムに第２の直列回路３６２から高電圧が供給されるからである。
【０１５３】
図５には、対称な高電圧を有する高電圧蓄電池４２２が示されている。高電圧蓄電池４２２は、電気的輸送手段（特に電気車両）内で使用可能な電圧供給ユニット４２０の要素であり、車両搭載電気システム用の別個の蓄電池を有さない。
【０１５４】
高電圧蓄電池４２２又は再充電可能なバッテリ４２２は、負極５００と、正極５０２と、アースＭ３と、第１の直列回路４６０と、第２の直列回路４６２ａ，４６２ｂと、第３の直列回路４６４とを含む。
【０１５５】
第１の直列回路４６０は、リチウムイオンセルのケースでは、約１００個の個別セル４７０−４７４を含む。この場合、或るセルの正極が隣のセルの負極に接続されるように、例えばセル４７２の正極がセル４７４の負極に接続されるように、接続が行われる。セル電圧又は走行用電気システム用電圧が異なる場合には、第１の直列回路４６０において別の数のセルを使用して走行用電気システム用電圧を得ることができる。セル４７４の正極は蓄電池４２２から引き出されており、端子５１０として見えている。これに代えて、セル４７４の正極を蓄電池４２２の回路ユニットに接続してもよい。
【０１５６】
第２の直列回路４６２ａ，４６２ｂは、リチウムイオンセルのケースでは、例えば４個のリチウムイオンセル４８０−４８６を含む。この場合、セル４８０の正極がそれぞれセル４８２の負極に接続され、セル４８２の正極がセル４８４の負極に接続される、という具合に接続が行われる。セル電圧又は車両搭載電気システム用電圧が異なる場合には、第２の直列回路４６２ａ，４６２ｂにおいて別の数のセルを使用して車両搭載電気システム用電圧を得ることができる。アースＭ３はセル４８２，４８４間で取り出され、さらに、蓄電池から引き出し可能である。これに代えて、アースＭ３を蓄電池４２２の内部に存在する回路ユニットに接続してもよい。セル４８０の負極は蓄電池４２２から引き出されており、端子５１２として見えている。セル４８６の正極は同様に蓄電池４２２から引き出し可能であり、端子５２０となりうる。これに代えて、セル４８０の負極及び／又はセル４８６の正極を、蓄電池４２２の内部に配置される１つもしくは複数の回路ユニットに接続してもよい。
【０１５７】
第３の直列回路４６４は、リチウムイオンセルのケースでは、例えば約１００個のリチウムイオンセル４９０−４９４を含む。この場合、或るセルの正極が隣のセルの負極に接続されるように、つまり、セル４９０の正極がセル４９２の負極に接続されるように、接続が行われる。セル電圧又は走行用電気システム用電圧が異なる場合には、第３の直列回路４６４において別の数のセルを使用して走行用電気システム用電圧を得ることができる。例えばセル４９０の負極が蓄電池４２２から引き出されており、端子５２２として見えている。これに代えて、セル４９０の負極を蓄電池４２２のスイッチングユニットへ接続することもできる。第１の直列回路４６０のセル数と第３の直列回路４６４のセル数とは有利には等しい。
【０１５８】
セル４７４の正極は、例えば、蓄電池４２２から引き出されている。これに代えて、セル４７４の正極を蓄電池４２２内のスイッチングユニットへ接続することもできる。
【０１５９】
蓄電池ユニット４２２は、例えば、次のような方式で結線することができる。
・図２に示されているように、端子５１０と端子５１２とに第１の切換スイッチが接続され、端子５２０と端子５２２とに第２の切換スイッチが接続され、車両搭載電気システムの負極側線路と正極側線路とが、端子５１０と端子５２０とでタップされる。走行モードでは、全ての直列回路４６０−４６４が接続される。
・図３に示されているように、端子５１２と端子５２２とに切換スイッチが接続され、車両搭載電気システムの負極側線路と正極側線路とが、端子５１０と端子５２０とでタップされる。走行モードでは、全ての直列回路４６０−４６４が接続される。
・図４に示されているように、相互に分離された高電圧部４７０−４７４，４９０−４９４と低電圧部４８０−４８６とが設けられており、端子５１０，５２２がそれぞれ高電圧部のアースに接続される。
【０１６０】
別の実施例として、低電圧部を選択的に２つの直列回路から選択してもよく、この構成は、図２−図５、特に図２−図４に関連して説明した図５の変形形態によれば、全てのバリエーションで可能である。
【０１６１】
コンバータは例えば線路５００，５０２間に接続される。
【０１６２】
図５に関連して説明した全てのバリエーションにおいて、車両搭載電気システムはアース電位Ｍ３の右方のみ又は左方のみにしか接続できない。
【０１６３】
上述した回路部分は、蓄電池４２２内にも蓄電池４２２の外部にも配置可能である。
【０１６４】
実施例は、概略的なものであり、また、本発明を制限するものでない。当業者の運用の範囲での修正はもちろん可能である。本発明を有利な実施例に則して説明したが、本発明は開示した実施形態のみに限定されず、当業者が本発明の範囲内で想到する別の態様も可能である。なお、発明の詳細な説明に挙げた実施形態乃至実施態様、及び、同様に、図示の実施形態乃至実施態様は、それぞれ種々に組み合わせることができ、また、発明の詳細な説明に挙げた実施形態乃至実施態様と、図示の実施形態乃至実施態様とを種々に組み合わせることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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