(57)【要約】  本発明は、自動車（１）の稼働中の少なくとも１つの自動車バッテリ（３）の充電方法に関する。本発明によれば、自動車バッテリ（３）用の充電電流を、少なくとも部分的には車両サスペンション（５ａ、５ｂ）での機械的動力の変換により獲得する。本発明はさらに、自動車バッテリ（３）用の充電装置およびそのような充電装置を備えた自動車（１）に関する。
2012518976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車（１）の稼働中の少なくとも１つの自動車バッテリ（３）の充電方法において、
前記自動車バッテリ（３）用の充電電流が、少なくとも部分的には車両サスペンションでの機械的動力の変換により獲得されることを特徴とする充電方法。
【請求項２】
前記機械的動力が、前記自動車（１）の少なくとも１つのショックダンパ（５）でのスプリング動力であり、前記スプリング動力が、少なくとも部分的に電気的動力に変換され、前記自動車バッテリ（３）用の充電電流として利用されることを特徴とする請求項１に記載の充電方法。
【請求項３】
前記変換が、誘導原理および／または圧電原理に基づくことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記変換が、正のスプリングストロークでも負のスプリングストロークでも行われることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの自動車バッテリ（３）用の充電装置であって、特に請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法を用いた稼働に適した充電装置において、
少なくとも１つの変換器を備え、前記変換器が、前記車両サスペンションでの機械的動力を少なくとも部分的に電気的動力に変換し、前記電気的動力を前記自動車バッテリ（３）用の充電電流として提供することを特徴とする充電装置。
【請求項６】
前記変換器が前記車両サスペンションのショックダンパ（５）に組み込まれていることを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
前記変換器がコイルと磁石との組合せから構成されていることを特徴とする請求項６に記載の充電装置。
【請求項８】
前記ショックダンパ（５）が少なくとも１つのリニアモータを備え、前記リニアモータが発電機として、および好ましくはサーボモータとしても稼働可能であることを特徴とする請求項６に記載の充電装置。
【請求項９】
充電電流を調節するための制御ユニット（４）が備えられており、前記制御ユニット（４）が好ましくは、少なくとも１つのショックダンパ（５）の減衰挙動の調節も可能にすることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項１０】
充電対象の前記自動車バッテリ（３）がリチウムイオンバッテリであることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれか一項に記載の充電装置を備えた自動車（１）。
【請求項１２】
少なくとも部分的には、充電対象の前記自動車バッテリ（３）からエネルギーを供給される電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載の自動車（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の稼働中の自動車バッテリの充電方法、ならびに充電装置およびそのような充電装置を備えた自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の稼働は、様々な形で常に損失を伴う。損失とは、自動車の稼働のために利用可能となりうるエネルギー、例えばバッテリの電気エネルギーまたは燃料の潜在的エネルギーを限定的にしか自動車の稼働に利用できないことと解釈することができる。現況技術から、例えばエネルギー変換の際の効率を上昇させるための措置を取ることによって自動車の稼働時のエネルギー効率を改善するための数多くの手法が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、自動車の稼働時のエネルギー効率をさらに改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。さらにこの課題は、他の独立請求項に基づく充電装置および自動車によって解決される。有利なおよび好ましい変形形態は、それぞれ従属請求項の対象である。
【０００５】
本発明によれば、自動車バッテリ用の充電電流を、少なくとも部分的には車両サスペンションでの機械的動力の変換により獲得する、自動車の稼働中の少なくとも１つの自動車バッテリの充電または蓄電のための方法が提案される。
【０００６】
自動車バッテリとは、電気エネルギーを貯蔵し、この電気エネルギーを例えば内燃機関の始動および／または電動機の稼働のために再び放出する構成要素である。自動車バッテリの機能に基づき、このようなバッテリをアキュムレータと呼ぶこともできる。自動車バッテリは、様々な用途のために、および異なる仕様で、特に既製品として市場で入手可能である。本発明によれば、同時にまたは規定の優先度に基づき充電される複数の自動車バッテリを提供することもできる。
【０００７】
車両サスペンションは、自動車の車体まわりのパーツである。車両サスペンションは、自動車の車輪が場合によってはあり得る路面の凸凹に従う一方で、これに対し自動車の車体は路面の凸凹にほとんど影響されずにいることを保証するものである。これにより車両サスペンションは、車輪の路面接触を保証することで、一方では乗り心地の良さに、しかしもう一方では走行の安全性にも寄与する。車両サスペンションは、スプリングとダンパの組合せをたいていは複数備えており、この組合せはショックダンパとも呼ばれ、自動車の車輪を振動により自動車の車体から切り離している。
【０００８】
最新の計算方法から、ほぼ平坦なコンクリート路面を１００ｋｍ／ｈで走行するミドルクラスの乗用車に関する車両サスペンションでの損失動力が全体で約４ｋＷ以上であることが示されている。本発明は、この損失動力を、電気エネルギーまたは電気的動力への変換によって回収し、自動車バッテリの充電に利用するという思想を基礎とする。これは、本発明による方法によって達成される。これにより自動車の稼働時のエネルギー効率を改善することができ、したがって自動車のエネルギー消費およびそれに伴う環境汚染が低減される。本発明は、乗用車にもトラックにも同様に適している。加えて本発明は比較的古い自動車に後付けするのにも適している。
【０００９】
好ましい一変形形態によれば、車両サスペンションでの機械的動力が、自動車の少なくとも１つのショックダンパでのスプリング動力であり、この動力が、少なくとも部分的に電気的動力に変換され、自動車バッテリ用の充電電流として利用される。
【００１０】
上で既に説明したように、ショックダンパはスプリングとダンパの組合せである。スプリングは、路面の衝撃を受け止め、振動に変換するものである。ダンパは、この振動をできるだけ短い時間で減衰するものである。現況技術によれば、このときスプリング動力（力とスプリングストロークの積）の一部が熱に変換され、この熱は利用されずに周囲に放出される。これに対し本発明によれば、このスプリング動力の少なくとも一部から充電電流を発生させ、この充電電流を自動車バッテリの充電に利用することが提案される。つまりショックダンパが発電機として機能する。これに加え、ショックダンパで発生した電気的動力の取出しがショックダンパの減衰作用を向上させる。さらに回路技術的措置および／または制御技術的措置により、ショックダンパの漸近的な減衰を促すこともできる。
【００１１】
好ましい一変形形態によれば、ショックダンパでの変換は、誘導原理および／または圧電原理に基づく。誘導原理は、特にコイルと磁石の組合せによって実施することができ、このコイルと磁石の組合せでは、コイルと磁石の相対運動により、利用可能な電圧が誘導される。圧電原理は、例えば市販の圧電構成要素の使用によって実施することができる。その代わりにおよび／またはそれを補完して、電気化学的な変換原理も考えられる。
【００１２】
好ましい一変形形態によれば、機械的なスプリング動力の少なくとも一部の電気的動力への変換は、ショックダンパでの正のスプリングストロークでも負のスプリングストロークでも行われる。正のスプリングストロークは、車輪が自動車の車体方向にスプリングを圧縮する際に生じ、負のスプリングストロークは、車輪が反対側にスプリングを伸張する際に生じる。特に、変換が少なくともスプリング圧縮時に行われるようになされている。
【００１３】
さらに本発明によれば、少なくとも１つの自動車バッテリ用の充電装置が提案され、この充電装置は少なくとも１つの変換器を備え、この変換器は、車両サスペンションでの機械的動力を少なくとも部分的に電気的動力に変換し、この電気的動力を自動車バッテリ用の充電電流として提供する。この充電装置は、特に本発明による方法を用いた稼働に適しており、またはそのような稼働のために構成されている。ここで、本発明による方法についての上述の実施形態を参照されたい。それらの実施形態は、主旨に即し、本発明による充電装置にも当てはまる。
【００１４】
好ましい一変形形態によれば、変換器は車両サスペンションのショックダンパに組み込まれている。この場合、「組み込まれる」という概念は広く解釈すべきであり、ショックダンパと変換器の間で力が伝達されるあらゆる配置が含まれる。
【００１５】
好ましい一変形形態によれば、変換器はコイルと磁石の組合せから構成されている。磁石は特に永久磁石である。これに対して磁石を電磁石にすることもできる。これは以下に、図に関連付けてさらに詳しく説明する。
【００１６】
好ましい一変形形態によれば、ショックダンパは少なくとも１つのリニアモータを備え、このリニアモータを発電機として稼働することができる。本発明の意味におけるリニアモータとは、電気量、特に電流を、機械的な直線運動（並進運動）に転換でき、および／またはその逆に転換できる電気機械変換器である。このリニアモータは、サーボモータとしても稼働できることが好ましく、これによりショックダンパの減衰挙動、したがって車両サスペンションのスプリング挙動を、例えば状況に応じて適応させることができる。
【００１７】
好ましい一変形形態によれば、充電電流を調節するための制御ユニットが備えられている。この制御ユニットは、とりわけ充電電流の整流作用、線形化、および／または制限、ならびにリアルタイムでの自動車バッテリの充電工程の監視を可能にする。制御ユニットは、少なくとも１つのショックダンパの減衰挙動の調節も可能にすることが好ましい。このためには特に、ショックダンパが、上述のようにサーボモータとして稼働可能であり制御ユニットにより制御されるリニアモータを備える。
【００１８】
好ましい一変形形態によれば、充電対象の自動車バッテリはリチウムイオンバッテリである。このようなリチウムイオンバッテリとの組合せは、前述のような動的な充電工程および放電工程を可能にするので特に有利であることが分かった。
【００１９】
さらに本発明によれば、本発明による充電装置を備えた自動車が提案される。
【００２０】
好ましい一変形形態によれば、この自動車は、少なくとも部分的には、充電対象の自動車バッテリからエネルギーを供給される電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を備えている。
【００２１】
本発明のさらなる利点、特徴、および適用可能性は、図面と関連させた以下の例示的な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による自動車の概略図である。
【図２】図１の自動車のショックダンパの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は自動車１を示している。この自動車は、内燃機関または電動機として構成することができる駆動モータ２を備えている。駆動モータ２の代わりにハイブリッド駆動装置が設けられていてもよい。さらには、電気エネルギーを貯蔵し、この電気エネルギーを例えば駆動モータ２の始動または稼働のために再び放出する自動車バッテリ３を備えている。単独の自動車バッテリ３の代わりに複数の自動車バッテリを備えることもできる。自動車バッテリ３は、リチウムイオンバッテリとして構成されることが好ましい。さらに、自動車バッテリの充電およびその放電、つまり出力を調節する制御ユニット４が備えられている。車輪６ａおよび６ｂは、車両サスペンションのショックダンパ５ａおよび５ｂを介して自動車の車体７と連結されている。
【００２４】
本発明によれば、自動車バッテリ３を充電するための充電電流は、少なくとも部分的には車両サスペンションでの機械的動力の変換により獲得される。このためにショックダンパ５ａおよび５ｂは変換器を装備しており、この変換器は、機械的なスプリング動力またはスプリングエネルギーを、少なくとも部分的に電気的動力または電気エネルギーに変換し、この電気的動力または電気エネルギーを、自動車バッテリ３を充電するための充電電流として使用する。この充電電流、したがって車両バッテリ３の充電は、制御ユニット４により調節される。
【００２５】
図２は、ショックダンパ５の構造を概略断面図で示している。ショックダンパは、を備えている。スプリングストラット５２と同軸にコイルスプリング５８が配置されており、このコイルスプリング５８は、スプリングシート５９および収容部５１に当接して支持されている。このスプリング５８が、路面の衝撃を受け止め、振動に変換し、かつ連結された車輪６ａまたは６ｂの路面接触を保証する。ショックダンパ５は、車輪６ａまたは６ｂおよび車体７と連結するために、ここでは例示的に通し穴として形成された固定機構５３および５４を備えている。
【００２６】
スプリングストラット５２は、収容部５１に対して構造的に規定されたゼロ点０を有しており、このゼロ点は例えば下側固定装置５４の位置によって示すことができる。これにより、車体７に対する車輪６ａまたは６ｂのゼロ点も定義される。スプリングストラット５２は、このゼロ点０から、正のスプリングストロークをとることができ、つまり図に基づけば上へ、収容部５１内へとスプリングを圧縮することができ、かつ負のスプリングストロークをとることができ、つまり図に基づけば下へとスプリングを伸張することができる。
【００２７】
スプリングストラット５２が移動すると、収容部５１内にあるスプリングストラットの端部５２ａが、収容部５１内に配置された電気コイル５５の内側で移動する。コイル５５は、ここでは一重巻きとして示されているが、多重に形成することもできる。スプリングストラット５２の端部５２ａは永久磁石機構を備えており、これによりコイル５５内では物理的な誘導則に基づき電圧Ｕが誘導され、この電圧は接点５６と５７の間で取り出すことができる。電圧Ｕの正負符号は、収容部５１に対するスプリングストラット５２のその時々の移動方向に応じて決まる。このやり方で、効率を考慮しながら機械的なスプリング動力を電気的動力に変換することができ、この電気的動力は車両バッテリ３用の充電電流として利用される。
【００２８】
端子５６と５７の間で取り出される電気的動力は、同時にショックダンパ５の減衰挙動に影響を及ぼし、つまり電気的動力の取出しによって、車両サスペンションのスプリング挙動を変更または調整し、それにより状況に応じて適応させることもできる。これは、制御機構４を介しても調節される。ショックダンパ５は、補完的にさらなる減衰要素、例えば油圧ダンパまたはガス圧ダンパを備えることができる。
【００２９】
スプリングストラット５２の端部５２ａに付けられた永久磁石機構の代わりに、調節可能な電磁石を用いることもできる。ショックダンパ５の図示した実施形態とは違い、コイル５５をスプリングストラット５２の端部５２ａに配置し、永久磁石機構および／または電磁石機構を収容部５１に配置してもよい。
【００３０】
図示したコイルと磁石の組合せの代わりにリニアモータをショックダンパ５に組み込むこともでき、このリニアモータは、選択的に発電機またはサーボモータとして稼働することができる。これにより、ショックダンパの減衰挙動を能動的に変化させることができ、これは状況に応じて制御ユニット４により調節される。
【００３１】
コイルスプリング５８を備えた伸縮式の図示したショックダンパ５の代わりに、例えばリーフスプリングまたはトーションバースプリングを備えた他のタイプのショックダンパを用いることもできる。その際にはそれに対応して、機械的なスプリング動力を電気的動力に変換するための変換器を、各場合のショックダンパのタイプに適応させなければならない。したがって例えば、上述の長手方向に移動可能な変換器の代わりに、回転移動可能な変換器を用いることもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１  自動車
２  駆動モータ
３  自動車バッテリ、車両バッテリ
４  制御ユニット、制御機構
５、５ａ、５ｂ  ショックダンパ
６ａ、６ｂ  車輪
７  車体
５１  収容部
５２  スプリングストラット
５２ａ  端部
５３  固定機構
５４  固定機構
５５  コイル
５６  接点、端子
５７  接点、端子
５８  コイルスプリング
５９  スプリングシート
【図１】
2012518976.tif 000003
【図２】
2012518976.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月25日(2011.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車（１）の稼働中の少なくとも１つの自動車バッテリ（３）の充電方法であって、前記自動車バッテリ（３）用の充電電流が、少なくとも部分的には車両サスペンションでの機械的動力の変換により獲得され、前記機械的動力が、前記自動車（１）の少なくとも１つのショックダンパ（５）でのスプリング動力である方法において、
充電電流を調節するための制御ユニット（４）が、少なくとも１つのショックダンパ（５）の減衰挙動の調節を可能にすること、および前記ショックダンパ（５）が少なくとも１つのリニアモータを備え、前記リニアモータが発電機として、およびサーボモータとして稼働されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記変換が、誘導原理および／または圧電原理に基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換が、正のスプリングストロークでも負のスプリングストロークでも行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの自動車バッテリ（３）用の充電装置であって、特に請求項１から３のいずれか一項に記載の方法を用いた稼働に適しており、少なくとも１つの変換器を備え、前記変換器が、前記車両サスペンションでの機械的動力を少なくとも部分的に電気的動力に変換し、前記電気的動力を前記自動車バッテリ（３）用の充電電流として提供し、前記変換器が車両サスペンションのショックダンパ（５）に組み込まれている充電装置において、
充電電流を調節するための制御ユニット（４）を備え、前記制御ユニット（４）が少なくとも１つのショックダンパ（５）の減衰挙動の調節を可能にすること、および前記ショックダンパ（５）が少なくとも１つのリニアモータを備え、前記リニアモータが発電機として、およびサーボモータとして稼働可能であることを特徴とする充電装置。
【請求項５】
前記変換器がコイルと磁石との組合せから構成されていることを特徴とする請求項４に記載の充電装置。
【請求項６】
充電対象の前記自動車バッテリ（３）がリチウムイオンバッテリであることを特徴とする請求項４または５に記載の充電装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載の充電装置を備えた自動車（１）。
【請求項８】
少なくとも部分的には、充電対象の前記自動車バッテリ（３）からエネルギーを供給される電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を備えることを特徴とする請求項７に記載の自動車（１）。
【国際調査報告】
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2012518976.tif 000008
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