特許 6883144 電気バッテリシステムの充電時の妨害アークを検出する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6883144

(24)【登録日】2021年5月11日

(45)【発行日】2021年6月9日

(54)【発明の名称】電気バッテリシステムの充電時の妨害アークを検出する方法

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/18 20060101AFI20210531BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20210531BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20210531BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20210531BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20210531BHJP

【ＦＩ】

   H02H7/18

   H01M10/48 P

   H01M10/44 Q

   H02J7/00 S

   H02J7/00 Y

   H02H3/087

【請求項の数】11

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2020-503961(P2020-503961)

(86)(22)【出願日】2018年6月26日

(65)【公表番号】特表2020-530750(P2020-530750A)

(43)【公表日】2020年10月22日

(86)【国際出願番号】EP2018067135

(87)【国際公開番号】WO2019025083

(87)【国際公開日】20190207

【審査請求日】2020年3月25日

(31)【優先権主張番号】102017213174.8

(32)【優先日】2017年7月31日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】509031497

【氏名又は名称】エレンベルガー ウント ペンスケン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】110002011

【氏名又は名称】特許業務法人井澤国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100072039

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 洵

(74)【代理人】

【識別番号】100123722

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 幹

(74)【代理人】

【識別番号】100157738

【弁理士】

【氏名又は名称】茂木 康彦

(72)【発明者】

【氏名】ミクリス，マルクス

(72)【発明者】

【氏名】レガール，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】シュトローブル，クリスチャン

【審査官】 坂本 聡生

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２４４１６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−００７７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５００４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４４８６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｈ ７／１８

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｈ ３／０８７

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気バッテリシステム（４）の充電時の妨害アーク（６０）を検出する方法（５８）であって、前記電気バッテリシステム（４）は、具体的には鉛蓄電池であり、電気的に直列接続されて、直流電圧コンバータ（１８）によって給電されるストリング（１０）を形成する、方法において、
前記ストリング（１０）に印加される電圧（３０）に対応する第１の値（６４）を生成し、
前記ストリング（１０）を通って流れる電流（３２）に対応する第２の値（７０）を生成し、
第１の条件として、前記第１の値（６４）が、第１の時間ウィンドウ（７６）内で、第１の制限値（７８）を超える分だけ変化したかどうかを判定し、
第２の条件として、前記第２の値（７０）が、第２の時間ウィンドウ（８２）内で、第２の制限値（８４）を超える分だけ変化したかどうかを判定し、
前記第１の条件及び前記第２の条件が第３の時間ウィンドウ（８８）内に存在する場合に、アーク（６０）を検出する、方法（５８）。

【請求項2】

前記第１の値（６４）は、第４の時間ウィンドウ（６６）にわたって前記ストリング（１０）に印加される電圧（３０）を平均化することによって生成されること、及び／又は、前記第２の値（７０）は、第５の時間ウィンドウ（７２）にわたって前記ストリング（１０）を通って流れる電流（３２）を平均化することによって生成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法（５８）。

【請求項3】

前記第４又は前記第５の時間ウィンドウ（６６，７２）の長さは、一定であるように選択され、前記直流電圧コンバータ（１８）の相の数の倍数と前記直流電圧コンバータ（１８）の供給周波数との積の逆数、又は、その整数倍に相当することを特徴とする、請求項２に記載の方法（５８）。

【請求項4】

前記第３の時間ウィンドウ（８８）の長さは、前記第４又は前記第５の時間ウィンドウ（６６，７２）の長さに等しくなるように選択されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法（５８）。

【請求項5】

前記第１の制限値（７８）は、１２Ｖよりも小さく、及び／又は、６Ｖよりも大きくなるように選択されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法（５８）。

【請求項6】

前記第２の制限値（８４）は、前記第１の制限値（７８）と、システムインダクタンスの倍数との商に等しくなるように選択されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法（５８）。

【請求項7】

前記第１及び／又は前記第２の時間ウィンドウ（７６，８２）の長さは、一定であるように選択され、前記直流電圧コンバータ（１８）の相の数の倍数と前記直流電圧コンバータ（１８）の供給周波数との積の逆数、又は、その整数倍に相当することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法（５８）。

【請求項8】

前記第３の時間ウィンドウ（８８）の前に前記ストリング（１０）に印加された電圧（３０）が第３の制限値（９２）よりも大きい場合、
前記第３の時間ウィンドウ（８８）の前に前記ストリング（１０）を通って流れる電流（３２）が第４の制限値（９４）よりも大きい場合、及び／又は、
前記第３の時間ウィンドウ（８８）の間に、前記ストリング（１０）を通って流れる電流（３２）が、第５の制限値（９６）よりも大きい場合にのみ、前記アーク（６０）が検出されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法（５８）。

【請求項9】

具体的には鉛蓄電池である電気バッテリシステム（４）の製造方法（２）において、
未充電のバッテリシステム（４）を多数用意し、
前記未充電のバッテリシステム（４）を電気的に直列接続させて、ストリング（１０）を形成し、
前記ストリング（１０）と直流電圧コンバータ（１８）との電気接点を形成し、
前記直流電圧コンバータ（１８）によって、電圧（３０）を前記ストリング（１０）に印加するとともに、電流（３２）を前記ストリング（１０）に流し、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の妨害アーク（６０）の検出方法（５８）を実行する、方法（２）。

【請求項10】

前記アーク（６０）が検出されると、前記ストリング（１０）を前記直流電圧コンバータ（１８）から電気的に分離することを特徴とする、請求項９に記載の方法（２）。

【請求項11】

電気的に直列接続された多数のバッテリシステム（４）を備えるストリング（１０）を、直流電源、具体的には直流電圧コンバータ（１８）から電気的に遮断する遮断装置（１２）であって、電流センサ（５２）と、電圧センサ（５０）と、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法（５８）に従って動作される制御ユニット（４８）とを備える遮断装置（１２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気バッテリシステムの充電時の妨害アークを検出する方法に関する。バッテリシステムとしては、いずれも、鉛蓄電池が使用されることが好ましい。本発明は、さらに、電気バッテリシステムの製造方法、及び、遮断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車のバッテリとして、通常、鉛蓄電池が使用されている。鉛蓄電池では、通常、２Ｖのバッテリセルが６個又は１２個直列に接続されている。各セルは、いずれも、鉛から成る２つの電極を備えており、これらの電極は、電解液として機能する希硫酸の中に配置されている。放電状態では、これらの両電極には、硫酸鉛（ＩＩ）から成る層が堆積する。充電状態では、これらの両電極のうちの一方、すなわち正極が、酸化鉛（ＩＶ）から成る層を有するのに対し、負極は、実質的に多孔性の鉛から構成されている。比較的高密度で隣接して配置されていることが多い電極間の短絡を回避するために、これらの電極間には、例えば、孔の空いたコルゲート型ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）から成る分離器が配置されている。

【0003】

鉛蓄電池は、機械的に製造された後、充電される必要がある。なぜなら、鉛蓄電池は、自動車の分野において始動用バッテリとして使用されることが多く、始動用バッテリを交換した後は、自動車はすぐに利用可能でなければならないからである。このため、製造時に、電圧を、所定時間鉛蓄電池に印加して、鉛蓄電池を充電する必要がある。比較的短期間で大量の鉛蓄電池を製造するために、鉛蓄電池は、通常、直列接続され、電源と接点を形成している。このため、一方では、鉛蓄電池同士の電気接点を形成する必要がある。これは通常、接続ケーブル、比較的単純なクリップ、又は、同様のものを鉛蓄電池の個々の端子に固定せずに設置することによって行われる。しかしながら、ここで、例えば、汚れや不適切な取り付けによって、ケーブルとそれに関連付けられた端子との間の接続が解除される場合がある。印加された電圧によって、これらの構成部品の間にアークが形成される可能性があり、この場合、このアークにはさらに電流が流れる。換言すると、このように、充電工程は中断されない。

【0004】

電圧の印加により、電解液として機能する硫酸が解離して、少なくとも部分的に水素が形成される。この水素は、酸素と混合することによって爆発性ガスを形成する。この爆発性ガスは、多くの場合、各鉛蓄電池のハウジング内部で保持される。しかしながら、製造公差により、比較的多くの爆発性ガスが形成される場合もある。この場合、鉛蓄電池のハウジングの爆発を回避するために、過圧力によりハウジングの締め具が開いて、爆発性ガスが漏出し得る。これにより、このような爆発性ガス雲が、アークの領域に入り込む可能性がある。アークによってもたらされる火の粉、すなわち具体的にはプラズマ、及び、このプラズマの比較的高い温度により、爆発性ガス雲の発火が起こり得る。これにより、鉛蓄電池の製造設備や該設備内に配置された鉛蓄電池が破損したり、場合によってはその場に居る人が怪我をしたりする恐れがある。

【0005】

US 2017/0126036 A1からは、バッテリ用の充電システムが知られている。また、WO 2017/079041 A1は、充電時のエラーを識別可能なバッテリシステムを開示している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、電気バッテリシステムの充電を改善すること、具体的には、爆発の危険性を低減し、及び／又は、信頼性を向上させることにある。

【0007】

本発明によれば、この課題を、電気バッテリシステムの充電時の妨害アークを検出する方法については請求項１の特徴により解決し、電気バッテリシステムの製造方法については請求項９の特徴により解決し、遮断装置については請求項１１の特徴により解決する。有効な発展形態及び構成は、各従属請求項の対象である。

【0008】

本方法は、妨害アーク、つまり具体的には、電気的に充電された２つの部品の間のプラズマの形成を検出するように機能する。ここで、プラズマによって、電気的に充電された２つの部品の間に電流が発生する、又は、電流が維持される。このような妨害アーク（「ＡＲＣ」）の形成には、最低電圧よりも高い電圧が必要とされる。この最低電圧は、例えば、接点の材料、電流強度、及び／又は、気温に応じて決定される。具体的には、最低電圧は、ほぼ１５ボルトである。

【0009】

本方法を用いて、電気バッテリシステムの充電時の妨害アークを検出する。バッテリシステムは、電気的に直列接続されて、ストリングを形成する。このストリング自体は、直流電圧コンバータによって給電される。そのため、直流電圧コンバータからストリングまでエネルギーが流れる。したがって、ストリングは、少なくとも部分的に、好ましくは全体的に、負荷を形成し、直流電圧コンバータは、少なくとも部分的に、好ましくは全体的に、電源を形成する。換言すると、直流電圧コンバータによって、直流電圧がストリングに印加される。この直流電圧は、ほぼ一定であることが有利である。ここでは、例えば、特に同一の構造を有する複数のストリングは、それぞれに割り当てられた調整部を備え、互いに並列接続されている。このストリングは、少なくとも２つのバッテリシステム、好ましくは５〜５０個のバッテリシステム、具体的には１０〜３０個のバッテリシステムを備え、例えば、１５個のバッテリシステムを備えている。

【0010】

具体的には、各バッテリシステムは、電解液を備え、及び／又は、各バッテリシステムは、電気化学バッテリシステムである。各バッテリシステムの電解液は、具体的には水溶液であり、及び／又は、水溶液に入っている。各バッテリシステムが、水溶性電解液を備えるバッテリシステムであることが有利である。例えば、各バッテリシステムは、好適に接続された多数の電気化学セルを備えている。バッテリシステムは同じ構造を有していることが好ましい。バッテリシステムは、例えば蓄電池であり、したがって再充電可能である。具体的には、バッテリシステムは、開放型システムである。換言すると、例えば、バッテリシステムの充電時にある化学物質が漏れ出る、または、例えば、外気、具体的には空気から酸素又は水素が取り込まれる。特に好ましくは、バッテリシステムは、いわゆる自動車用の始動用バッテリといった鉛蓄電池である。例えば、バッテリシステム、具体的には鉛蓄電池は、充電状態において、１２ボルト又は２４ボルトの電圧（定格電圧値）を有する。電気バッテリシステムを充電するために、好適には、電流及び／又は電圧を段階的に調整する充電プロファイルが使用される。具体的には、バッテリシステムの任意のセル毎に２．４ボルト以下の電圧（充電電圧）、例えばバッテリシステムにつき１３．８ボルト又は１４．８ボルト以下の電圧（充電電圧）が印加される。直列接続されているため、つまり、直流電圧コンバータは、この充電電圧の倍数の電圧を提供する必要がある。この倍数は、ストリング毎のバッテリシステムの数に相当する。

【0011】

例えば、バッテリシステムの充電は、ストリングに印加される電圧を調整すること、又は、電気的ストリングを通って流れる電流を調整することによって行われる。例えば、まず、ストリングを通って流れる電流が調整される。バッテリシステムが所定の度合まで充電されると、具体的には、バッテリシステム、したがってストリングに印加されている電圧の調整に切り替わる。

【0012】

本方法は、一動作ステップにおいて、ストリングに印加される電圧に対応する第１の値を生成するように構成されている。例えば、ストリングに印加される電圧を、直接、第１の値として使用する。あるいは、この電圧を用いて第１の値を生成する。例えば、第１の値は、この電圧を用いて計算するか、又は、特徴図を用いて算出するが、少なくとも、この第１の値は、印加される電圧に依存するものである。例えば第１の動作ステップの時間的に前又は後に行われる他の動作ステップにおいて、ストリングを通って流れる電流に対応する第２の値を生成する。これらの第１の値及び第２の値の生成は、好適には、ほぼ同時に行われる。第１の値は、第２の値の生成に用いられる電流が流れた時に印加される電圧に基づいていることが好ましい。例えば、この電流を直接、第２の値として使用するか、又は、第２の値を、この電流を用いて計算するか、若しくは、特徴図を用いて算出する。具体的には、これらの第１の値及び第２の値を生成するために、電圧又は電流を、具体的には直接測定することが好ましい。

【0013】

他の動作ステップにおいて、第１の条件として、第１の値が、第１の時間ウィンドウ内で、第１の制限値を超える分だけ変化したかどうかを判定する。変化とは、例えば、増加又は減少であると理解される。具体的には、第１の値が第１の制限値を超える分だけ上昇したかどうかだけを判定する。好ましくは、第１の値の生成に使用される電圧が、第１の時間ウィンドウにおいて、又は、第１の時間ウィンドウに対応する期間において、第１の制限値に対応する所定の値だけ上昇したかどうかが判定される。第１の条件に関する判定は、直流電圧コンバータによるストリングへの給電が行われている限り、ほぼ連続的に行われることが好ましい。

【0014】

さらに、第２の条件として、第２の値が、第２の時間ウィンドウ内で、第２の制限値を超える分だけ変化したかどうかを判定する。変化とは、例えば、増加又は減少であると理解される。好適には、第２の値が第２の制限値を超える分だけ低減したかどうかだけを判定する。好ましくは、第２の時間ウィンドウに対応する期間において、第２の値の生成に使用される電流が、第２の制限値に対応する所定の値を超える分だけ低下したかどうかが判定される。つまり、ストリングに印加される電圧が所定の期間内に上昇したかどうか、かつ、電流が別の期間内に低下したかどうかが、具体的には間接的に判定される。例えば、少なくともストリングが直流電圧コンバータによって給電されている限り、第２の条件が存在するかどうかが、ほぼ連続的に判定される。あるいは、第１の条件が満たされた場合のみ、第２の条件が存在するかどうかが判定される。

【0015】

第１の値又は第２の値が、第１又は第２の制限値を超える分だけ変化したかどうかを判定するために、第１の値又は第２の値の時間依存性の微分を求めることが好ましく、これにより、これら両条件の判定が容易になる。第１の条件及び第２の条件が第３の時間ウィンドウ内に存在する場合に、アークが検出される。例えば、第１の条件が発生した時間的後に第２の条件が発生した場合にのみ、アークが検出される。ここでは、第１の条件が存在する場合にのみ、第２の条件も判定されることが好ましい。

【0016】

つまり、具体的には、ストリングに印加される電圧が上昇したかどうか、及び、ストリングを通って流れる電流が降下したかどうかが判定される。アークが発生する場合、このアークは、例えば、１つのバッテリシステムの電気接点と、当該バッテリシステムに接続されたケーブル又は同様のものとの間に形成され、そのため、アークはバッテリシステムに直列接続される。このアークにより、及び、個々のバッテリシステムや直流電圧コンバータの構成部品、具体的には直流電圧コンバータに給電する変圧器といった他の構成部品に供給する（等価）容量により、ストリング全体に発生する電圧が上昇し、電流が低下する。具体的には、第１、第２、及び、第３の時間ウィンドウよりも大きい所定の過渡振動及び再調整段階の後、ストリングに印加される電圧、及び、ストリングを通って流れる電流の正規化が行われる。

【0017】

アークの検出により、例えば、直流電圧コンバータをオフすることや、ストリングを直流電圧コンバータから分離すること、又は、少なくとも電気的に遮断することが可能になり、これによってアークは消弧する。したがって、場合によっては起こり得る電気接続の解除が比較的迅速に検出され得るので、バッテリシステムの充電時に発生した何らかの爆発性ガスがアーク／解除された接続の領域に達してしまう前に、アークを消弧させることが可能である。したがって、バッテリシステムの充電時の爆発の危険性が低減され、これによって信頼性が向上する。また、充電時に生じたアーク及び上昇した温度による火災、又は、少なくとも各バッテリシステムの電極の変形も回避される。したがって、バッテリシステムの充電時の無駄が低減される。両条件について判定するので、本方法は比較的ロバストであり、発生するアークの数、及び、その実質的な各持続時間に無関係である。具体的には、この妨害アークの検出方法は、鉛蓄電池といった再充電可能なシステムであるバッテリシステムを最初に充電する場合にのみ実施される。あるいは、この妨害アークの検出方法は、すでに少なくとも一回充電を行ったバッテリシステムを再充電及び／又は追加充電する場合に実施される。

【0018】

好ましくは、第１の値は、第４の時間ウィンドウにわたってストリングに印加された電圧を平均化することによって生成される。換言すると、第４の時間ウィンドウの間にストリングに印加された電圧を取得する。第４の時間ウィンドウの間に、電圧は、複数回、具体的には２回以上、５回以上、又は、１０回以上算出される。例えば、電圧は、連続的に算出される、又は、例えば好適にはデジタルで行われる加工処理に応じて算出される。具体的には、この算出は、任意のＡ／Ｄ変換器に合わせて、例えば、そのサンプリングレートに合わせて行われる。例えば、電圧は、１マイクロ秒毎、２マイクロ秒毎、５マイクロ秒毎、１０マイクロ秒毎、２０マイクロ秒毎、５０マイクロ秒毎、又は、１００マイクロ秒毎に新たに取得される。具体的には、平均化のために算術平均が用いられ、まず印加された電圧の値の合計を求めて、その値（測定値）の数で割る。好適には、電圧用の新たな値が算出されると、つまり具体的には１０マイクロ秒毎に、第１の値が新たに生成される。第４の時間ウィンドウの間に算出された電圧値は平均化され、例えば、この平均値が第１の値として使用される。換言すると、平均値自体が第１の値として使用される。しかしながら、具体的には数値計算によって近似的に算出された平均値の時間依存性の微分を、第１の値として使用して、第１の制限値と比較することが特に好ましい。

【0019】

選択的又は特に好ましくはこれと組み合わせて、第２の値は、第５の時間ウィンドウにわたってストリングを通って流れる電流を平均化することによって生成される。ここで、第５の時間ウィンドウの間に、電流を複数回取得すること、例えば測定することが有利であり、例えば、これらの値（測定値）を平均化のために使用する。第５の時間ウィンドウの間に、電流は、複数回、具体的には２回以上、５回以上、または、１０回以上算出される。例えば、電流は、連続的に算出される、又は、例えば好適にはデジタルで行われる加工処理に応じて算出（測定）される。具体的には、この算出は、任意のＡ／Ｄ変換器に合わせて、例えば、そのサンプリングレートに合わせて行われる。好適には算術平均が生成される。例えば、この平均値自体を第２の値として使用する。しかしながら、平均値の時間依存性の微分を、第２の値として使用して、第２の制限値と比較することが特に好ましい。

【0020】

具体的には、第１又は第２の値を算出するために、それぞれ、１００〜４００個の測定値、例えば、３００個の測定値が使用される。好ましくは、第４の時間ウィンドウの長さは、第５の時間ウィンドウの長さに等しく、このため処理が容易である。平均化することにより、短時間のピーク電流又はピーク電圧が平滑化され、これによって、アークの誤識別が回避される。また、これによって、場合によっては生じる直流電圧コンバータの供給電圧の変動が考慮される。あるいは、平均化する代わりに、例えば、第４の時間ウィンドウの間に印加された電圧、又は、第５の時間ウィンドウの間に流れる電流の最大値又は最小値が使用される。

【0021】

好適には、いずれの場合も、１つの平滑化された平均値が形成されるので、他の測定値が提供されると、以前に記憶された、平均値を形成するための測定値はもう使用されない。第４及び／又は第５の時間ウィンドウの長さは一定であることが有利である。具体的には、いずれの場合も、電圧又は電流の新たな測定値が提示されると、第１又は第２の値が新たに算出される。算出のために、例えば、いわゆるＦＩＦＯ（「先入れ先出し」）記憶装置が利用される。これによって算出が簡略化される。ここで、特に、記憶装置には、平均化のために使用される値だけが記憶され、これを用いて、第１又は第２の値が生成される。例えば、平均値を形成するために、すでに形成された平均値から、記憶装置から削除する一部の値を取り出し、新たに記憶される一部の値を追加する。

【0022】

具体的には、第４の時間ウィンドウの長さは、直流電圧コンバータの相の数の倍数と、直流電圧コンバータの供給周波数との積の逆数に等しい。換言すると、まず、相の数の倍数を決定し、それを用いて、直流電圧コンバータを動作させる。例えば、直流電圧コンバータは、三相交流電流網に接続されている。この場合、相の数は３である。相の数の倍数は、具体的には、直流電圧コンバータのサブブリッジの数に相当する。直流電圧コンバータが、具体的には１つのブリッジ回路を有し、これが、例えば、Ｂ６回路として構成され、したがって６つの半導体を有する場合、相の数の倍数は、６である。直流電圧コンバータが、一相交流電流網に接続されている場合、この倍数は２である。

【0023】

供給周波数は、直流電圧コンバータの個々の相のそれぞれが有する周波数であり、つまり、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。供給周波数が６０Ｈｚである三相直流電圧コンバータの場合、第４の時間ウィンドウの長さは、したがって、１／３６０ｓ、つまり約２．８ｍｓである。供給周波数が５０Ｈｚである三相直流電圧コンバータでは、第４の時間ウィンドウの長さは、したがって、１／３００ｓ、つまり約３．３ｍｓである。あるいは、それぞれ、その整数倍が使用される。換言すると、第４の時間ウィンドウの長さは、逆数の二倍数、三倍数、四倍数に相当する。したがって、第４の時間ウィンドウの長さは、逆数の複数倍、つまり、逆数の一倍、二倍、三倍・・・に等しい。第４の時間ウィンドウの長さ、及び、第１の値を特定するための平均化により、直流電圧コンバータを動作させる交流電圧により生じる電圧の変動は、ほぼ完全に平滑化される。したがって、アークの誤識別が回避される。

【0024】

選択的又は特に好ましくはこれと組み合わせて、第５の時間ウィンドウの長さは、直流電圧コンバータの相の数の倍数と、直流電圧コンバータの供給周波数との積の逆数、又は、その整数倍に等しい。したがって、具体的には、直流電圧コンバータがＢ６回路を有し、６０Ｈｚの供給周波数で動作される場合、第５の時間ウィンドウの長さは、１／３６０ｓ、２／３６０ｓ、３／３６０ｓ、４／３６０ｓ、５／３６０ｓ等である。したがって、アークにより生じるのではなく直流電圧コンバータの構造によって生じる電流の変動は平滑化され、これによって、アークの誤識別が回避される。好適には、第４の時間ウィンドウの長さは、第５の時間ウィンドウの長さに等しい。直流電圧コンバータが一相だけを有している場合、第４又は第５の時間ウィンドウの長さは、直流電圧コンバータに供給される周波数の倍数の逆数に等しい。

【0025】

例えば、第３の時間ウィンドウの長さは、第４の時間ウィンドウの長さに等しくなるように選択される。あるいは、第３の時間ウィンドウの長さは、第５の時間ウィンドウの長さに等しくなるように選択される。特に好ましくは、第３の時間ウィンドウの長さは、第４の時間ウィンドウの長さに等しく、かつ、第５の時間ウィンドウの長さに等しくなるように選択される。換言すると、第４の時間ウィンドウの長さは、第５の時間ウィンドウの長さに等しい。このように選択することにより、アーチファクトを回避し、場合によっては生じるアークを比較的迅速かつ確実に検出する。例えば、第３の時間ウィンドウの長さに、１ミリ秒〜６５ミリ秒、例えば３ミリ秒を用いる。あるいは、第３の時間ウィンドウの長さとして、２ミリ秒が選択される。

【0026】

第１の制限値は、例えば、１５ボルト以上になるように選択される。アークが維持されるためには、少なくとも１５ボルトの電圧が必要であるので、アークが生じてバッテリシステムに直列接続されると、少なくとも１５ボルトの電圧の上昇が生じる。そのため、ストリングに印加される電圧が１５ボルトを超える分だけ上昇すると、アークは確実に検出される。しかしながら、第１の制限値は、１２ボルトよりも小さくなるように選択されることが特に好ましい。選択的又は特に好ましくはこれと組み合わせて、第１の制限値は６ボルトよりも大きい。例えば、第１の制限値は、１０ボルトと８ボルトの間である。したがって、第１の値が、第１の時間ウィンドウ内で、６ボルト、８ボルト、１０ボルト、又は、１２ボルトを超える分だけ上昇すると、第１の条件が満たされる。第１の制限値をこのように選択した場合、下限値により、実質的にアークの誤検出は排除される。上限値は、アークに必要とされる電圧よりも低くなるように選択されている。具体的には、第１の値を生成するために電圧の平均化を行う限り、このように、アークは、それが生じた直後に比較的迅速に検出される。また、アークがほぼ連続的に存在している必要はない。このようにして、例えばバッテリシステムの電気接続の解除により、例えば周期的又は不規則的に生じるアークも、又は、その期間が第１及び／又は第２の時間ウィンドウよりも短いアークも検出される。

【0027】

例えば、第２の制限値として、第１の制限値とシステムインダクタンスの倍数との商が選択される。ここで、システムインダクタンスは、例えば、測定により特定、算出、又は、推定される。システムインダクタンスとは、バッテリシステムを充電するために用いられるシステムのインダクタンスであり、具体的には、直流電圧コンバータに給電する任意の変圧器により決定されることが適切である。また、このシステムインダクタンスは、具体的にはわずかに、ストリング、つまり配線及びバッテリシステムに依存している。システムインダクタンスは、具体的には、直流電圧コンバータ、及び／又は、用いられるバッテリシステム、並びに、その数に合わせられている。例えば、第２の制限値は、この商よりも大きい又は小さい。したがって、第２の値が具体的に、この商を超える分だけ減少すると、第２の条件が満たされる。

【0028】

具体的には、第１の時間ウィンドウの長さは、直流電圧コンバータの相の数の倍数と、直流電圧コンバータの供給周波数との積の逆数に等しい。換言すると、まず、直流電圧コンバータを動作させる相の数の倍数を決定する。例えば、直流電圧コンバータは、三相交流電流網に接続されている。この場合、相の数は３である。相の数の倍数は、具体的には、直流電圧コンバータのサブブリッジの数に相当する。直流電圧コンバータが、具体的には１つのブリッジ回路を有し、これが、例えば、Ｂ６回路として構成され、したがって６つの半導体を有する場合、相の数の倍数は６である。直流電圧コンバータが一相交流電流網に接続されている場合、この倍数は２である。

【0029】

供給周波数は、直流電圧コンバータの個々の相のそれぞれが有する周波数であり、つまり、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。供給周波数が６０Ｈｚである三相直流電圧コンバータの場合、第１の時間ウィンドウの長さは、したがって、１／３６０ｓ、つまり約２．８ｍｓである。供給周波数が５０Ｈｚである三相直流電圧コンバータでは、第１の時間ウィンドウの長さは、したがって、１／３００ｓ、つまり約３．３ｍｓである。換言すると、第１の値が、２．８ｍｓ〜３．３ｍｓ内で、第１の制限値を超える分だけ変化したかどうか、具体的には第１の制限値を超える分だけ上昇したかどうかが判定される。あるいは、それぞれその整数倍が使用される。換言すると、第１の時間ウィンドウの長さは、逆数の二倍数、三倍数、四倍数に相当する。したがって、第１の時間ウィンドウの長さは、逆数の複数倍、つまり、逆数の一倍、二倍、三倍・・・に等しい。

【0030】

選択的又は特に好ましくはこれと組み合わせて、第２の時間ウィンドウの長さは、直流電圧コンバータの相の数の倍数と、直流電圧コンバータの供給周波数との積の逆数、又は、その整数倍に等しい。したがって、具体的には、直流電圧コンバータがＢ６回路を有し、６０Ｈｚの供給周波数で動作される場合、第２の時間ウィンドウの長さは、１／３６０ｓ、２／３６０ｓ、３／３６０ｓ、４／３６０ｓ、５／３６０ｓ等である。

【0031】

直流電圧コンバータが一相だけを有しているならば、第１又は第２の時間ウィンドウの長さは、直流電圧コンバータに供給される周波数の倍数の逆数に等しい。好ましくは、第１の時間ウィンドウの長さは、第２の時間ウィンドウの長さに等しい。第１又は第２の時間ウィンドウの長さをこのように選択することによって、比較的確実に妨害アークを検出可能である。なぜなら、妨害アークが発生した際の電圧及び電流の変化は、比較的短時間で連続して生じるからである。しかしながらここでは、例えば直流電圧コンバータの製造公差による比較的短時間の変動は、アークとして誤識別されない。好適には、第１及び／又は第２の時間ウィンドウは、サンプリング周波数、具体的には、任意のＡ／Ｄ変換器を動作させる周波数を用いて決定される。例えば、第１の時間ウィンドウの長さは、サンプリング周波数に対応する期間の整数倍である。

【0032】

好適には、第１及び第２の条件が発生する第３の時間ウィンドウの前にストリングに印加される電圧が、第３の制限値よりも大きい場合にのみ、アークが検出される。換言すると、第３の時間ウィンドウ内で第１の条件及び第２の条件が存在する場合に、第３の時間ウィンドウの直前で電圧は第３の制限値よりも大きかったかどうかが判定される。第３の制限値は、例えば、１００ボルトよりも大きく、１２０ボルトよりも大きく、かつ、特に２００ボルトよりも小さい。例えば、第３の制限値は、ほぼ１５０ボルトである。例えば、第３の制限値は、ストリングの任意のセルの数と２Ｖとの積の５０％〜７５％である。選択的又はこれと組み合わせて、第１及び第２の条件が満たされる第３の時間ウィンドウの前にストリングを通って流れる電流が、第４の制限値よりも大きい場合にのみ、アークが検出される。つまり、第１及び第２の条件が存在する第３の時間ウィンドウの直前にストリングを通って流れる電流が第４の制限値よりも大きいかどうかが判定される。第４の制限値は、例えば、バッテリシステムに依存しており、及び／又は、１アンペア（Ａ）、２アンペア、又は、３アンペアよりも大きく、かつ、例えば１０アンペアよりも小さい。例えば、第４の制限値として、５アンペアが使用される。上述のこれらの条件に対して選択的又は特に好ましくはこれと組み合わせて、第１及び第２の条件が満たされる第３の時間ウィンドウの間にストリングを通って流れる電流が、第５の制限値よりも大きい場合にのみ、アークが検出される。第５の制限値は、例えば、０．５アンペア、１アンペアよりも大きく、かつ、例えば３アンペア又は２アンペアよりも小さい。

【0033】

これらのさらなる条件により、バッテリシステムを実際に充電すること、及び、当該システムがすでに定常状態及び／又は安定状態にあることが確保される。換言すると、第１及び第２の条件は、例えば、直流電圧コンバータや他の部品をオンする作用により生じるものではない。また、スイッチオン工程の間に発生するアークは識別されない。バッテリシステムをオンした時、及び、オンして充電を開始したほぼ直後には、爆発性ガスはまだ形成されていないので、爆発の危険性はない。これらのさらなる条件について判定する代わりに、例えば、バッテリシステムの充電が、所定の期間にわたってすでに行われているかどうかを判定する。この情報は、例えば、ケーブル、配線、デジタル信号、又は、バスシステムによって伝送される。これによって、バッテリシステムの充電が所定の期間、具体的には１０秒間又は１分間にわたってすでに行われている場合にのみ、アークが検出される。

【0034】

電気バッテリシステムの製造方法は、まず、未充電の多数のバッテリシステムを用意するように構成されている。バッテリシステムとして、例えば、電気化学の原理に基づく蓄電池が使用される。具体的には、電解液を含む再充電可能なバッテリシステムが用意される。これらを用意するために、例えば、まず、電極及び電解液をハウジング内に機械的に配置する。バッテリシステムとして、特に好ましくは、鉛蓄電池が使用される。未充電の鉛蓄電池では、鉛から成る実質的には多数の電極が互いに適切に接続されて、硫酸溶液内に配置される。

【0035】

未充電のバッテリシステムが電気的に直列接続されて、ストリングを形成する。例えば、各バッテリシステムの電極に、ケーブル又は同様のものが設置又は固定されて、それぞれ、未充電のさらなるバッテリシステムのさらなる電極と電気接点を形成する。ストリングは、例えば、直接又は特に好ましくは遮断装置を介して、直流電圧コンバータと電気接点を形成する。換言すると、ストリングは、遮断装置と接点を形成し、遮断装置は、直流電圧コンバータと電気接点を形成する。遮断装置を用いて、具体的には、ストリングを直流電圧コンバータから電気的に分離すること、又は、少なくとも電気的に遮断することが可能である。未充電のバッテリシステムをストリングに接続すること、及び、直流電圧コンバータにコンタクトさせることは、例えば、１つの方法ステップにおいて行われる。

【0036】

さらなる方法ステップにおいて、直流電圧コンバータを用いて、電圧をストリングに印加し、ストリングを流れる電流を発生させる。このために、遮断装置が好適に制御されることが好ましい。ストリングに印加された電圧は、バッテリシステムの数と、１つのバッテリシステムに必要な充電電圧との積に等しく、例えば、ほぼ４００ボルトである。電流は、具体的には、５アンペア〜１００アンペア、１０アンペア〜９０アンペア、及び、例えば、３０アンペア〜８０アンペアの間である。

【0037】

また、電気バッテリシステムの充電時の妨害アークの検出方法を実施する。ここで、ストリングに印加される電圧に対応する第１の値を生成する。さらに、ストリングを通って流れる電流に対応する第２の値を生成する。第１の条件として、第１の値が、第１の時間ウィンドウ内で、第１の制限値を超える分だけ変化したかどうかを判定する。ここでは、具体的には、第１の値が、第１の時間ウィンドウ内で、第１の制限値を超える分だけ増加したかどうかを判定する。第２の条件として、第２の値が、第２の時間ウィンドウ内で第２の制限値を超える分だけ変化したかどうかを判定する。ここでは、具体的には、第２の値が、第２の制限値を超える分だけ減少したかどうかを判定する。これらの条件を判定するために、具体的には、第１及び／又は第２の値の時間依存性の微分を求める。

【0038】

第１の条件及び第２の条件が第３の時間ウィンドウ内に存在する場合に、アークが検出される。第３の時間ウィンドウの長さは、具体的には、ほぼ３ミリ秒に等しい、又は、例えばこれよりも小さく、具体的には２ミリ秒又は１ミリ秒に等しい。したがって、電気バッテリシステムの製造時に、アークの発生が比較的確実に認識できる。

【0039】

例えば、電圧が印加されて電流が発生した後に所定の時間が経過した場合、及び／又は、所定の電流強度及び／又は所定の電圧がストリングに印加された場合、バッテリシステムは、完全に充電されて製造が完了する。この場合には、給電が遮断されること、及び／又は、電圧の印加が遮断されることが好ましい。加えて、具体的には、バッテリシステムの相互接続が停止される。換言すると、ストリングが新たに切り離されて、個々のバッテリシステムが分離される。これらは、例えば、山積みにされる、及び／又は、梱包される。

【0040】

例えば、まず、電圧を印加して電流を発生させた後、電流を所定の値に調節する。所定の期間が経過すると、所定の電圧への調整を行うことが好ましい。好適には、充電中、すなわち、電圧がストリングに印加されている間、及び／又は、電流が発生している間、バッテリシステムを冷却させる。このために、バッテリシステムに、例えば冷却用空気があてられる。これに対して選択的又はこれと組み合わせて、バッテリシステムを、例えば液体、具体的には水で少なくとも部分的に冷却された冷却用槽内に配置する。

【0041】

アークが検出されると、ストリングが直流電圧コンバータから電気的に分離されること、又は、少なくとも電気的に遮断されることが有利である。換言すると、ストリングへの給電、したがってバッテリシステムの充電が終了される。また、電圧をストリングに印加することが終了される。そのため、アークが消弧し、アークを維持するように機能するプラズマは冷却される。したがって、ストリングの周囲に火の粉は存在せず、例えば充電により場合によっては発生する爆発性ガス雲が、特に水の解離によって、発火することはあり得ない。

【0042】

遮断装置は、電気的遮断（電源オフ）を行うように、例えば、ストリングを直流電源、具体的には直流電圧コンバータから分離するように機能する。具体的は、遮断装置は、ストリングの直流電圧コンバータからのガルバニック分離を行うように機能する。ストリング自体は、電気的に直列接続された多数のバッテリシステム、具体的には鉛蓄電池を備えている。遮断装置は、電流を測定可能な電流センサを含む。また、遮断装置は、動作時に電圧を測定する電圧センサを含む。好ましくは、遮断装置は、例えば中継器といったスイッチ、又は、パワートランジスタ、具体的にはＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、又は、サイリスタといった半導体スイッチを含む。例えば、遮断装置は、バスシステムへのインターフェース又は同様のものを含む。また、遮断装置は、具体的には信号技術的に電流センサ及び／又は電圧センサに結合された制御ユニットを含む。例えば、制御ユニットは、動作時に、電流センサ又は電圧センサの入力信号をデジタルワードに変換するＡ／Ｄ変換器を含む。スイッチ及び／又はインターフェースも、制御ユニットを用いて動作可能なように制御ユニットに結合されていることが有利である。ここで、電流センサ、電圧センサ、及び、スイッチは、遮断装置が直流電圧コンバータとストリングとの間に電気的に接続されている限り、電流センサにより、動作中にストリングを通って流れる電流が測定されるように配置されていることが有利である。電圧センサにより、動作中にストリングに印加される電圧が測定される。スイッチにより、直流電圧コンバータからストリングまでの電流を生成又は遮断することが可能である。インターフェースにより、制御信号又はメッセージを、具体的にはバスシステム（データバス）に出力することが可能である。

【0043】

制御ユニットは、ストリングに印加される電圧に対応する第１の値を生成する方法に従って動作される。また、ストリングを通って流れる電流に対応する第２の値が生成される。第１の条件として、第１の値が、第１の時間ウィンドウ内で、第１の制限値を超える分だけ変化したかどうかが判定され、第２の条件として、第２の値が、第２の時間ウィンドウ内で、第２の制限値を超える分だけ変化したかどうかが判定される。第１の条件及び第２の条件が第３の時間ウィンドウ内に存在する場合に、アークが検出される。アークが検出されると、スイッチは、具体的にはストリングが直流電圧コンバータにより給電されなくなるように制御される。換言すると、スイッチは、具体的には開放される。選択的又はこれと組み合わせて、制御命令又はメッセージが、インターフェースを介して出力される。この制御命令又はメッセージによって、直流電圧コンバータがオフされることが好ましい。制御ユニットは、この方法を実行することに適しており、具体的には、そのように提供及び構成されている。

【0044】

電気バッテリシステムの充電時の妨害アークの検出方法と一緒に実施される発展形態及び利点に関しては、同様に、電気バッテリシステムの製造方法、及び／又は、遮断装置にも適用可能であり、そのまた逆も可能である。

【図面の簡単な説明】

【0045】

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながらより詳細に説明する。

【図1】図１は、電気バッテリシステムの製造方法を、電気バッテリシステムの充電時の妨害アークを検出する方法と共に示す図である。

【図2】図２は、直流電圧コンバータによって給電されるストリングを形成する、電気的に直列接続された多数のバッテリシステムを概略的に示す図である。

【図3】図３は、ストリングを直流電圧コンバータから電気的に遮断するための遮断装置を示す図である。

【図4】図４は、妨害アークが発生した際の、ストリングに印加される電圧の時間的経過を示す図である。

【図5】図５は、妨害アークが発生した際の、ストリングを通って流れる電流の時間的経過を示す図である。

【図6】図６は、妨害アークが発生した際の、第１の値の時間的経過を示す図である。

【図7】図７は、妨害アークが発生した際の、第２の値の時間的経過を示す図である。

【0046】

同一の部材には、全ての図面において同一の参照符号が付されている。

【発明を実施するための形態】

【0047】

図１には、鉛蓄電池の形をした電気バッテリシステム４の製造方法２が示されている。第１の動作ステップ６において、未充電のバッテリシステム４を用意する。第２の動作ステップ８において、図２に示されるように、未充電のバッテリシステム４を互いに直列に接続してストリング１０とし、遮断装置１２に接続する。ここで、ストリング１０を形成するために、ケーブルの形をしたブリッジ１４によって、各バッテリシステム４の負極と別のバッテリシステム４の正極との電気接点を形成する。ストリング１０の両接続端部は、遮断装置１２と電気接点を形成している。

【0048】

例えば、第２の動作ステップと同時、又は、第２の動作ステップよりも時間的に前若しくは後に行われる第３の動作ステップ１６において、遮断装置１２と直流電圧コンバータ１８との電気接点を形成する。直流電圧コンバータ１８は、ＭＯＳＦＥＴ又はサイリスタの形をした６つの半導体スイッチ２２を有するブリッジ回路２０を備えている。あるいは、半導体スイッチ２２はパワー半導体ダイオードである。したがって、ブリッジ回路２０は、Ｂ６回路であり、つまり６つのサブブリッジを有している。直流電圧コンバータ１８は、三相交流電流網２６と電気接点を形成した三相変圧器２４によって給電される。したがって、交流電流網２６は３つの相を有し、各相は正弦曲線状であり、６０ヘルツの周波数を有している。

【0049】

時間的にその後に行われる第４の動作ステップ２８において、直流電圧コンバータ１８によって、電圧３０が、遮断装置１２に、したがってストリング１０に印加される。また、この電圧３０によって、電流３２が遮断装置１２を介して及びストリング１０を介して流れる。ここでは、直流電圧コンバータ１８によって、３９２ボルトの電圧、及び、５０アンペアの電流が提供され、２８個のバッテリシステム４が用意される。そしてまず、所望の電流３２への調整が行われる。所定時間が経過した後、電圧３０に対する調整が行われる。

【0050】

遮断装置１２は、図３において簡略化されて概略的に示されており、往線３４及び帰線３６を備えている。往線３４は、第１の端子３８と第２の端子４０との間に延びており、例えば電流レールによって形成されている。取付状態において、第１の端子３８には、直流電圧コンバータ１８の端子のうちの１つが電気的に接続されている。取付状態において、第２の端子４０には、ストリング１０の端子のうちの１つが接続されている。帰線３６は、第３の端子４２と第４の端子４４との間を延びており、取付状態において、第３の端子４２には直流電圧コンバータ１８の別の端子が接続され、第４の端子４４にはストリング１０の別の端子が接続されている。帰線３６において、中継器の形をしたスイッチ４６が設置されており、スイッチ４６によって、第３の端子４２と第４の端子４４との間の電流を遮断可能である。スイッチ４６は、信号技術的に制御ユニット４８に接続されており、制御ユニット４８によって、スイッチ４６の動作が行われる。

【0051】

また、遮断装置１２は、Ａ／Ｄ変換器を含む電圧センサ５０を備えている。この電圧センサ５０によって、動作時に、第２の端子４０と第４の端子４４との間に印加された電圧が測定されて、デジタルワードに変換され、変換されたデジタルワードは、制御ユニット４８に転送される。ここで動作時には、電圧センサ５０によって、１０マイクロ秒毎に電圧が新たに検出される。また遮断装置１２は、第３の端子４２と第４の端子４４との間を流れる電流を測定するための電流センサ５２を備える。電流センサ５２は、センサプローブ５４を備える。このセンサプローブ５４によって、帰線３６を流れる電流が測定される。また、電流センサ５２は、センサプローブ５４の測定値をデジタルワードに変換して制御ユニット４８に転送するＡ／Ｄ変換器５６を含む。ここで、Ａ／Ｄ変換器５６によって、動作中は、１０マイクロ秒毎に１つの新たなデジタルワードが生成される。

【0052】

電気バッテリシステム４の製造方法２の間に、さらに、妨害アーク６０を検出する方法５８が行われる。ここで、妨害アーク６０は、例えば、１つのバッテリシステム４の１つの電極とこれに関連付けられたブリッジ１４との間で、例えば誤った固定方法により、ブリッジ１４が関連する電極から分離したことにより形成される。妨害アーク６０を検出する方法５８は、第５の動作ステップ６２において、電圧センサ５０によって検出されストリング１０に印加された電圧３０を用いて、第１の値６４を生成するように構成されている。このために、電圧センサ５０により、１０マイクロ秒毎に、電圧の新たな値（測定値）が検出される。これらの測定値は、第４の時間ウィンドウ６６にわたって平均化され、したがって、これらの測定値の算術平均が求められる。第１の値６４は、電圧３０の平均値の時間依存性の微分である。

【0053】

電圧３０の平均値の時間的経過は図４に示されており、第１の値６４の時間的経過は図６に示されている。第４の時間ウィンドウ６６の長さは、直流電圧コンバータ１８の相の数の倍数と、直流電圧コンバータ１８の供給周波数との積の逆数に等しい。ここで、直流電圧コンバータ１８の相の数は３であり、供給周波数は６０ヘルツであるので、約２７０個の測定値が各平均値を生成するために寄与し、したがって、約５６０個の測定値が第１の値６４の１つを生成するために寄与する。ここで、平均値を形成するために、例えば、全ての測定値を新たに加算するか、又は、すでに作成されている平均値を用いて、このうち時間的に最も古い第１の値６４を取り出して、これに、時間的に最も新しい第１の値６４をそれに加算する。

【0054】

第６の動作ステップ６８において、電流センサ５２によって測定された電流３２を用いて、第２の値７０を作成する。このために、まず、第５の時間ウィンドウ７２にわたって、ストリング１０を流れる電流３２の算術平均を作成する。電流３２の平均値の時間的経過は図５に示されている。第２の値７０は、平均値の時間依存性の微分であり、図７に示されている。第５の時間ウィンドウ７２の長さは一定であり、第４の時間ウィンドウ６６の長さと等しく、すなわち、直流電圧コンバータ１８の相の数の倍数と、直流電圧コンバータ１８の供給周波数との積の逆数に等しい。第４の時間ウィンドウ６６及び第５の時間ウィンドウ７２の長さをこのように選択することより、場合によっては直流電圧コンバータ１８の各相において生じる、電圧３０及び電流３２のリップルについての平均が行われるため、平均値は、アーク６０が発生していない限り、ほぼ一定となる。

【0055】

制御ユニット４８は、ＦＩＦＯ原理に従って動作する２つの記憶装置を有している。ここで、電流センサ５２の測定値は、これらの記憶装置のうちの一方に記憶され、電圧センサ５０の測定値は、他方に記憶される。これら２つの記憶装置は同じ構造を有し、ほぼ２７０個の記憶領域を有している。ここで、記憶装置内に記憶された全ての測定値は、電圧３０又は電流３２の各平均値を形成するために使用される。

【0056】

第７の動作ステップ７４において、第１の値６４が、第１の時間ウィンドウ７６内で、第１の制限値７８を超える分だけ変化したかどうかを判定する。第１の制限値７８は、１２ボルトよりも小さく、かつ、６ボルトよりも大きくなるように選択され、８ボルトである。第１の時間ウィンドウ７６の長さとしては、１０マイクロ秒が選択される。したがって、第１の値６４が、第１の値６４を新たに算出する間の期間内に、第１の制限値７８を超える分だけ変化したかどうかを判定する。制御アーク６０が、発火時点７９において発火した場合、電圧３０は、バッテリシステム４に直列接続された妨害アーク６０を維持するためには必要とされる値だけ上昇する。この電圧は、少なくとも１５ボルトである。

【0057】

第８の動作ステップ８０において、第２の条件として、第２の値７０が、第２の時間ウィンドウ８２内で、第２の制限値８４を超える分だけ変化したかどうかを判定する。第２の時間ウィンドウ８２の長さは、第１の時間ウィンドウ７６の長さと等しく、１０マイクロ秒であるので、第２の値７０が新たに算出されるたびに、これが、第２の制限値８４を超える分だけ変化したかどうかも判定される。第２の制限値８４としては、第１の制限値７８、つまり１０ボルトとシステムインダクタンスの倍数との商が用いられる。このシステムインダクタンスは、ここでは、変圧器２４、ブリッジ１４のケーブルの長さ、及び、その他のケーブルの長さに依存するとともに、バッテリシステム４の数に依存する。

【0058】

第９の動作ステップ８６において、第１の条件及び第２の条件が、第３の時間ウィンドウ８８内に存在するかどうかを判定する。換言すると、各時間ウィンドウ７６、８２内での、第１の値７４が第１の制限値７８を超える分変化した時と、第２の値７０の第２の制限値８４を超える分変化した時との間に、第３の時間ウィンドウ８８の長さよりも短い時間が経過したかどうかを判定する。ここで、第３の時間ウィンドウ８８の長さは、第４の時間ウィンドウ６６及び第５の時間ウィンドウ７２の長さに等しくなるように選択されており、つまり１／３６０ｓに等しい。

【0059】

第１及び第２の条件が満たされると、第１０の動作ステップ９０において、第１の条件だけでなく第２の条件も満たされている第３の時間ウィンドウ８８の前においてストリング１０に印加された電圧３０が、１５０ボルトである第３の制限値９２よりも大きかったかどうかを判定する。また、第１の条件だけでなく第２の条件も満たされている第３の時間ウィンドウ８８の前においてストリング１０を通って流れる電流３２が、５アンペアである第４の制限値９４よりも大きかったかどうかを判定する。さらに、第１の条件だけでなく第２の条件も満たされている第３の時間ウィンドウ８８全体において、ストリング１０を通って流れる電流３２が第５の制限値９６よりも大きいかどうかを判定する。第５の制限値９６としては、２アンペアが使用される。

【0060】

これらの３つのさらなる条件、及び、第１及び第２の条件が満たされると、第１１の動作ステップ９８において、アーク６０が検出される。ここでは、例えば通知が出力される。その後、ひき続き、第１２の動作ステップ１００が実施される。この動作ステップでは、スイッチ４６が作動して、これによってストリング１０が、直流電圧コンバータ５８から電気的に分離される。第１及び第２の条件が全く満たされないか、又は、第３の時間ウィンドウ８８内において満たされない場合、アーク６０は検出されず、所定の期間が経過した後に、特性曲線パラメータに応じて、及び／又は、ストリング１０によって提供される／印加される電圧／電流に応じて、第１３の動作ステップ１０２で、直流電圧コンバータ１８によるストリング１０への給電を終了する。これによって、ブリッジ１４が解除され、この時点で充電済みのバッテリシステム４が取り外される。また、第３の時間ウィンドウ８８内で第１及び第２の条件が満たされている場合であっても、第３の時間ウィンドウ８８の前にストリングに印加された電圧が第３の制限値よりも大きくなかったならば、又は、第３の時間ウィンドウの前にストリング１０を通って流れる電流３２が第４の制限値よりも大きくなかったならば、又は、第３の時間ウィンドウ８８の間にストリング１０を通って流れる電流３２が第５の制限値９６よりも大きくないならば、（誤って）アーク６０が検出されることはない。

【0061】

つまり、アーク６０が検出されると、個々のバッテリシステム４の充電が中断される。こうして、充電時に生じる何らかの爆発性ガス雲が発火することは回避される。また、バッテリシステム４の個々のブリッジ１４、及び／又は、個々の電極を、アーク６０の検出の後に検査し、場合によっては交換することが可能である。また、ブリッジ１４を新たに設置することも可能である。ここで、遮断装置１２の電流センサ５２及び電圧センサ５０が使用され、いずれの場合も、Ａ／Ｄ変換器５６によって、アナログ測定値がデジタルワードに変換される。制御ユニット４８によって、妨害アーク６０の特に典型的な特徴が識別される。妨害アーク６０が識別されると、スイッチ４６が作動して、ストリング１０が直流電圧コンバータ１８から電気的に分離される。

【0062】

第４の時間ウィンドウ６６及び第５の時間ウィンドウ７２にわたって平均化することにより、具体的には半導体素子２２の作動により生じる高周波成分がフィルタで除去される。換言すると平滑化が行われる。ここで、第４の時間ウィンドウ７６及び第５の時間ウィンドウ７２の長さは、それぞれ、第１の値６４又は第２の値７０を算出するために少なくとも２０個の測定値を使用して、十分な精度が得られるように選択される。

【0063】

バッテリ容量が比較的大きいため、妨害アーク６０が発生した際の電圧３０は少なくとも１５ボルト上昇し、これに対して、電流３２は急激に降下する。その初期の指数は、アーク６０の初期電圧とシステムインダクタンスとの負の商に等しい。所定の期間の後、この効果は、個々のバッテリシステム４の放電、及び、再調整により、低下する。

【0064】

第１の条件として、第１の値６４が、第１の時間ウィンドウ４６内で、第１の制限値７８を超える分だけ変化したかどうかを判定する。平均値を形成するため、この判定は、電圧の右側からの移動平均と左側からの移動平均との差が、第１の制限値７８よりも大きいかどうかを確かめることに相当する。さらに、第２の条件とし、第２の値７０が、第２の時間ウィンドウ８２内で、第２の制限値８４を超える分だけ変化したかどうか、つまり、電流３２の左側からの移動平均と右側からの移動平均との差が、第２の制限値８４よりも大きいかどうかを判定する。ここで、第２の極限８４としては、例えば、第１の制限値７８と、システムインダクタンスの倍数との負の商が選択される。

【0065】

さらに、第１の条件が、第２の条件とほぼ同時に、又は、少なくとも第３の時間ウィンドウ８８内で、発生したかどうかを判定する。ここで、例えばこれら２つの条件が第３の時間ウィンドウ８８内で存在している場合にのみ、アーク６０が検出される。また、例えば、第２の条件が、時間的に第１の条件の後に初めて発生したかどうかを判定する。発生していない場合、アーク６０は検出されない。また、第１０の動作ステップ９０では、想定されるアーク６０の時点よりも前の電圧３０が第３の制限値９２よりも大きかったかどうか、及び、推定されるアーク６０の直前の最小電流３２が第４の制限値よりも大きかったかどうかを判定する。また、推定されるアーク６０の間、流れる電流３２が第５の制限値よりも大きいかどうかも判定される。このようにして、給電の開始時、すなわち、変圧器２４及び／又は直流電圧コンバータ１８をオンする際の、アーク６０の誤検出が回避される。

【0066】

本発明は、上述の実施形態に限定されない。むしろ当業者は、これらの実施形態から、本発明の対象から逸脱することなく、本発明の別の変形例にも想到可能である。特に、また、これらの実施形態に関連して記載された個々の特徴を、本発明の対象から逸脱することなく、別の方法で互いに組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0067】

２ 電気バッテリシステムの製造方法
４ バッテリシステム
６ 第１の動作ステップ
８ 第２の動作ステップ
１０ ストリング
１２ 遮断装置
１４ ブリッジ
１６ 第３の動作ステップ
１８ 直ｃ電圧コンバータ
２０ ブリッジ回路
２２ 半導体スイッチ
２４ 変圧器
２６ 交流電流網
２８ 第４の動作ステップ
３０ 電圧
３２ 電流
３４ 往線
３６ 帰線
３８ 第１の端子
４０ 第２の端子
４２ 第３の端子
４４ 第４の端子
４６ スイッチ
４８ 制御ユニット
５０ 電圧センサ
５２ 電流センサ
５４ センサプローブ
５６ Ａ／Ｄ変換器
５８ 妨害アークの検出方法
６０ 妨害アーク
６２ 第５の動作ステップ
６４ 第１の値
６６ 第４の時間ウィンドウ
６７ 第６の動作ステップ
７０ 第２の値
７２ 第５の時間ウィンドウ
７４ 第７の動作ステップ
７６ 第１の時間ウィンドウ
７８ 第１の制限値
７９ 発火時点
８０ 第８の動作ステップ
８２ 第２の時間ウィンドウ
８４ 第２の極限
８６ 第９の動作ステップ
８８ 第３の時間ウィンドウ
９０ 第１０の動作ステップ
９２ 第３の制限値
９４ 第４の制限値
９６ 第５の制限値
９８ 第１１の動作ステップ
１００ 第１２の動作ステップ
１０２ 第１３の動作ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】