Способ электрической зарядки накопителя энергии

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности быстрой зарядки накопителя энергии устройством, которое не может обеспечить напряжение, необходимое для полной зарядки накопителя энергии в рабочем состоянии, и достигается тем, что способ включает следующие этапы: запуск процесса электрической зарядки накопителя энергии в первой конфигурации (S1); прерывание процесса зарядки (S4); изменение конфигурации накопителя энергии с первой конфигурации на вторую конфигурацию (S5); возобновление процесса зарядки во второй конфигурации (S6); при этом в первой конфигурации накопитель энергии выполнен с возможностью зарядки более высоким электрическим напряжением, чем во второй конфигурации, причем накопитель энергии заряжают электрической энергией из источника энергии, при этом перед прерыванием процесса зарядки включают потребитель электрического тока (S3), на который при прерывании процесса зарядки посредством источника энергии подают электрическую энергию. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу электрической зарядки накопителя энергии согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Накопители энергии, выполненные с возможностью электрической зарядки, применяют в качестве источника энергии для электроприводов, например, в механических транспортных средствах. Это могут быть, например, электрохимические накопители, которые также могут называться перезаряжаемыми батареями или аккумуляторами. Чтобы эти накопители энергии можно было электрически зарядить полностью, в некоторых случаях требуются относительно высокие напряжения, составляющие более 700 В, например 800 В.

Однако некоторые устройства для зарядки таких накопителей энергии могут обеспечить только такое максимальное напряжение, которое меньше, чем указанное напряжение, необходимое для полной зарядки (например, меньше 700 В). Следовательно, полная зарядка невозможна без дополнительных мер.

В документах DE 102009017087 A1, US 2012161698 A и US 2016214493 A раскрываются устройства, содержащие блок управления, который регулирует зарядный ток для разных условий. В документе EP 0174445 A2 раскрывается способ, в котором контролируют напряжение на полюсах накопителя энергии. Процесс зарядки прерывают в случае превышения предварительно определенных предельных величин.

С учетом этого целью настоящего изобретения является предоставление способа, с помощью которого накопитель энергии можно быстро зарядить устройством, которое не может обеспечить напряжение, необходимое для полной зарядки накопителя энергии в рабочем состоянии. Более того, необходимо предоставить устройство, подходящее для осуществления такого способа, и механическое транспортное средство, содержащее такое устройство.

Эту цель достигают с помощью способа по пункту 1 формулы изобретения, устройства по пункту 9 формулы изобретения и механического транспортного средства по пункту 10 формулы изобретения. Варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно способу сначала запускают процесс электрической зарядки накопителя энергии, при этом накопитель энергии находится в первой конфигурации. Затем процесс зарядки прерывают. При прерывании конфигурацию накопителя энергии изменяют с первой конфигурации на вторую конфигурацию. Затем процесс зарядки возобновляют, при этом накопитель энергии находится во второй конфигурации.

В первой конфигурации накопитель энергии выполнен с возможностью зарядки более высоким электрическим напряжением, чем во второй конфигурации. В частности, это может означать, что напряжение, необходимое для полной зарядки накопителя энергии в первой конфигурации, выше, чем напряжение, необходимое для полной зарядки накопителя энергии во второй конфигурации. Первая конфигурация представляет собой предпочтительно конфигурацию, в которой накопитель энергии используют в качестве источника энергии, эта конфигурация также может называться рабочим состоянием накопителя энергии.

Этот способ является предпочтительным, поскольку накопитель энергии во второй конфигурации могут полностью зарядить посредством устройства, которое не смогло бы полностью зарядить накопитель энергии в первой конфигурации.

Еще одно преимущество заключается в том, что процесс зарядки может осуществляться относительно быстро. Устройство, применяемое в процессе зарядки, обычно может обеспечить только ограниченный максимальный ток. Этот максимальный ток не зависит от напряжения, применяемого в процессе зарядки. В первой конфигурации процесс зарядки могут осуществлять с напряжением, которое является как можно более высоким до прерывания, так, что достигают относительно высокой мощности.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения прерывание процесса зарядки могут осуществлять, если напряжение между двумя электрическими полюсами накопителя энергии достигает первой пороговой величины напряжения или превышает ее. Первая пороговая величина напряжения может быть выбрана, например, в зависимости от напряжения, максимально достижимого для зарядки посредством устройства. Таким образом, в первой конфигурации накопителя энергии процесс зарядки могут осуществлять максимально долго, что обеспечивает высокую мощность, и в результате этого процесс зарядки занимает мало времени.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения накопитель энергии могут заряжать электрической энергией из источника энергии. Источником энергии может быть, например, устройство, вырабатывающее ток (например, энергетическая установка или генератор). Перед прерыванием процесса зарядки включают потребитель электрического тока. Например, если речь идет о накопителе энергии в механическом транспортном средстве, то указанный потребитель электрического тока может быть нагревательным устройством механического транспортного средства. При прерывании процесса зарядки на потребитель электрического тока посредством источника энергии подают электрическую энергию.

Этот вариант осуществления является особенно предпочтительным для применения способа вместе с уже известными устройствами. Указанные устройства часто не позволяют прерывать процесс зарядки. Тем не менее, если при прерывании процесса зарядки на потребитель электрического тока посредством источника энергии подают электрическую энергию, то в отношении устройства возникает состояние, словно процесс зарядки не был прерван. Устройство продолжает подавать электрическую энергию, словно процесс зарядки продолжается. Дополнительное преимущество заключается в том, что для прерывания процесса зарядки каких-либо действий со стороны пользователя не требуется.

Изменение конфигурации накопителя энергии с первой конфигурации на вторую конфигурацию без прерывания процесса зарядки часто определяется устройством, применяемым для зарядки, как сброс нагрузки. Этот обычно приводит к завершению процесса зарядки.

Согласно одному варианту осуществления изобретения процесс зарядки осуществляют посредством электрического тока. Силу тока уменьшают, если разница между первой пороговой величиной напряжения и напряжением, применяемым в процессе зарядки, меньше, чем разница между первой пороговой величиной напряжения и второй пороговой величиной напряжения. В этом случае уменьшение могут осуществлять непрерывно или поэтапно.

Например, силу тока могут снижать до величины, которая потребляется потребителем, включаемым при прерывании. В этом случае устройство, применяемое для зарядки, при прерывании процесса зарядки ничего не меняет. Обеспечиваемая энергия потребляется потребителем электрического тока, а не накопителем энергии. Уменьшение предпочтительно происходит на величину от 1 до 10 ампер.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения после возобновления процесса зарядки силу тока могут увеличить. Это увеличение могут осуществить поэтапно или непрерывно. Чем больше сила тока, тем быстрее происходит зарядка.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения силу тока могут уменьшить до величины, которая подобрана под потребитель электрического тока. Если потребитель электрического тока выполнен с возможностью, например, потребления конкретной электрической энергии, то силу тока можно уменьшить до величины, которая при умножении на напряжение в потребителе дает указанную энергию.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения накопитель энергии во второй конфигурации может содержать два модуля накопителя энергии, параллельно соединенные друг с другом с помощью электричества. Это, в частности, означает, что оба модуля накопителя энергии заряжаются параллельно друг другу и одновременно. Необходимое для этого максимальное напряжение за счет параллельного соединения уменьшается наполовину по сравнению с первой конфигурацией. Другими словами, если бы в первой конфигурации требовалось максимальное напряжение, например, в 800 В, то максимальное напряжение во второй конфигурации составило бы только 400 В.

В первой конфигурации модули накопителя энергии могут быть соединены, например, последовательно.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения после возобновления процесса зарядки потребитель электрического тока выключают. Это экономит энергию, поскольку потребитель больше не нужен для потребления тока при прерывании.

Устройство по п. 9 формулы изобретения содержит блок управления. Устройство выполнено с возможностью осуществления способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Предпочтительно блок управления выполнен с возможностью осуществления этого способа. Блок управления выполнен с возможностью обнаружения напряжения, максимально достижимого в процессе зарядки посредством устройства, и осуществления способа, если максимально достижимое напряжение меньше, чем максимальное напряжение накопителя энергии. В этом случае максимальное напряжение накопителя энергии представляет собой напряжение, необходимое для полной зарядки накопителя энергии. Максимальное напряжение накопителя энергии могло быть измерено блоком управления или же сохранено в хранилище, так что его можно считывать посредством блока управления.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятными из следующего описания предпочтительных приведенных в качестве примера вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые графические материалы.

На фиг. 1 показана схематическая блок-схема способа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; и

На фиг. 2 показана схематическая функциональная схема устройства согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Первый этап S1 способа включает запуск процесса зарядки накопителя энергии в первой конфигурации. Этап S2 включает обнаружение того, что напряжение на электрических полюсах накопителя энергии приближается к величине напряжения, максимально достижимой устройством, применяемым для процесса зарядки. При этом сила тока, выдаваемая устройством, снижается.

Этап S3 включает включение потребителя электрического тока, который потребляет электрический ток, выдаваемый устройством. Этап S4 в этом случае включает прерывание процесса зарядки, например посредством гальванической изоляции накопителя энергии от устройства. Это может осуществляться, например, посредством одного или нескольких контакторов. В этом состоянии устройство подает питание только на потребитель электрического тока.

Следовательно, для устройства нет разницы по сравнению с зарядкой накопителя энергии. Следовательно, способ можно использовать даже для устройств, которые фактически не позволяют прерывать процесс зарядки. Каких-либо действий со стороны пользователя также не требуется.

Этап S5 включает изменение конфигурации накопителя энергии с первой конфигурации на вторую конфигурацию. Во второй конфигурации два модуля накопителя энергии соединены друг с другом параллельно, при этом в первой конфигурации указанные модули соединены последовательно. В результате этого напряжение, необходимое для полной зарядки накопителя энергии, уменьшается наполовину. Таким образом, этого могут добиться даже посредством устройства, которое не могло бы достичь напряжения, необходимого для полной зарядки в первой конфигурации.

Таким образом, этап S6 включает возобновление процесса зарядки. Затем этап S7 включает выключение потребителя электрического тока, поскольку последний больше не требуется. Тогда на этапе S8 силу тока могут снова увеличить для обеспечения быстрой зарядки.

В результате зарядки накопителя энергии в первой конфигурации на этапе S1 обеспечивается более быстрая зарядка, чем если бы зарядку осуществляли исключительно во второй конфигурации.

Устройство 100 по фиг. 2 содержит блок 101 управления. Устройство 100 выполнено с возможностью осуществления способа, описанного со ссылкой на фиг. 1. Блок 101 управления выполнен с возможностью обнаружения напряжения, максимально достижимого в процессе зарядки посредством устройства 100, и осуществления способа, если максимально достижимое напряжение меньше, чем напряжение, необходимое для полной зарядки накопителя энергии в первой конфигурации.

1. Способ электрической зарядки накопителя энергии, при этом способ включает следующие этапы:

- запуск процесса электрической зарядки накопителя энергии в первой конфигурации (S1);

- прерывание процесса зарядки (S4);

- изменение конфигурации накопителя энергии с первой конфигурации на вторую конфигурацию (S5);

- возобновление процесса зарядки во второй конфигурации (S6);

отличающийся тем, что в первой конфигурации накопитель энергии выполнен с возможностью зарядки более высоким электрическим напряжением, чем во второй конфигурации, причем накопитель энергии заряжают электрической энергией из источника энергии, при этом перед прерыванием процесса зарядки включают потребитель электрического тока (S3), на который при прерывании процесса зарядки посредством источника энергии подают электрическую энергию.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прерывание процесса зарядки осуществляют, если напряжение между двумя электрическими полюсами накопителя энергии достигает первой пороговой величины напряжения или превышает ее.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что процесс зарядки осуществляют посредством электрического тока, при этом силу тока (S2) уменьшают, если разница между первой пороговой величиной напряжения и напряжением меньше, чем разница между первой пороговой величиной напряжения и второй пороговой величиной напряжения.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что после возобновления процесса зарядки силу тока увеличивают (S8).

5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что силу тока уменьшают до величины, которая подобрана под потребитель электрического тока.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что накопитель энергии во второй конфигурации содержит два модуля накопителя энергии, электрически соединенные параллельно друг с другом.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после возобновления процесса зарядки потребитель электрического тока выключают (S7).

8. Устройство (100) для электрической зарядки накопителя энергии, содержащее блок (101) управления, при этом устройство (100) выполнено с возможностью осуществления способа по любому из пп. 1–7, и при этом блок (101) управления выполнен с возможностью обнаружения напряжения, максимально достижимого в процессе зарядки посредством устройства (100), и осуществления способа, если максимально достижимое напряжение меньше, чем максимальное напряжение накопителя энергии.

9. Механическое транспортное средство, содержащее устройство (100) по п. 8.