JP2012085511A - 充電効率制御を有し且つ適応性充電サービスを提供する車両充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つの充電ステーションを含む、電気自動車用の充電システムにおいて、フレキシブル及び適応性な充電サービスを車両に対して提供する。
【解決手段】ソケットブレーカーを含む充電ステーションの充電ポンプと車両の充電スタンド上のソケットロックの間の接続が不安定であったり又は車両を充電するための充電電流が大きすぎたりする場合に、ソケットブレーカーが開いて車両のソケットロックに対する電力供給を停止させ、これによって車両に対する充電動作を終える。また、充電ステーションは、電気自動車の充電要求及びスマートグリッド/商用電力グリッドの負荷に従って車両に対する充電電流を調節するための適応性充電制御回路及び電力マネージャーを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両充電システムに関し、さらに詳しくは充電効率制御を有し且つ適応性充電サービスを提供する車両充電システムに関する。

石油及び天然ガスの蓄えの連続的減少に伴って、電気モーターによって駆動される電気自動車の人気が高まっている。電気自動車(EV)は、電気によって推進力を得る輸送車両である。電気自動車の充電式バッテリーの容量が少ない場合、電気自動車の充電式バッテリーは、充電が必要である。電気自動車は、一般に、電力コンセント又は独自の充電ステーションを使用して充電を行う。充電は、数時間かかる。電気自動車用の多くの充電サービスプロバイダーは、米国、ヨーロッパ、オーストラリア、日本、及びシンガポールに電気自動車ネットワークを設置し、契約メンバーの電気自動車を充電したり、新たな充電式バッテリーと交換したりしている。課金方法及び充電ステーションの構成に関しては、消費者のニーズを満たすように、数多くの技術的ソリューションが提案されてきた。
技術的ソリューションの例として、米国特許公開No.2009/0177580（クレーム：電気自動車電力消費税を回収するための方法）、及び米国特許公開No.2009/0174365（クレーム：ネットワーク制御された電気自動車用の充電システム）が挙げられる。しかしながら、これまで、現在の電気自動車用の充電システムは、電力コンバーターモジュール、電気メーター、シンプルなユーザーインターフェースのみを提供して、消費者が電気自動車への充電動作の最初と最後を制御することを許可したり、又は消費者がネットワークモジュール及び通信インターフェースの提供によってユーザー識別又は価格計算を進めることを許可するのみである。従って、現在の充電ステーションは、単一の充電ステーション又は一グループの充電ステーションに対して、全体の充電効率制御を提供することは可能でない。また、現在の充電ステーションは、充電ステーションに対して適応性充電サービスを提供することができない。

従来技術が遭遇した欠点に鑑み、出願人は、充電効率制御を有し且つ適応性充電サービスを提供する車両充電システムに貢献する。

本発明の目的は、充電効率制御を有し且つ適応性充電サービスを提供する車両充電システムを提供することである。

本発明の主観点は、電力グリッドと、電気送信インターフェースを通じて電力グリッドに接続され、且つ電力グリッドからの第一の電力を受け取り且つ第一の電力を電気自動車を充電するための第二の電力へ変換するための少なくとも１つの充電ステーションと、ネットワークを通じて少なくとも１つの充電ステーションに遠隔接続され、且つ車両充電システムと提携しているメンバー及びメンバーの電気自動車に対して提供された充電サービスに関連する充電の好み及び充電特性を記録及び管理し且つ少なくとも１つの充電ステーションの料金詳細を記録するための管理センターを含む車両充電システムによって達成される。少なくとも１つの充電ステーションは、少なくとも１つの充電ステーションが電気自動車を充電することが許可されているかどうかを制御するためのソケットブレーカーを含む。
少なくとも１つの充電ステーションが電気自動車を充電することが許可されていないと判断したとき、ソケットブレーカーが開いて電気自動車の充電スタンドに搭載されたソケットロックに対する電力供給を停止させ、これによってソケットロックのロックを解除する。従って、少なくとも１つの充電ステーションは、電気自動車の充電を停止する。さらに、少なくとも１つの充電ステーションは、第一の電力を受け取り且つ第一の電力を電気自動車を充電するための第二の電力へ変換するための電力モジュールと、電気自動車が電気エネルギーを求める要求を示す命令に従って充電命令を発行するための適応性充電制御回路とを含み、これによって電気自動車の充電動作を制御する。少なくとも１つの充電ステーションは、適応性充電制御回路によって発行され且つ充電要求を示す充電命令、又は電力グリッドの負荷に従って電力モジュールを管理するための電力マネージャーをさらに含み、これによって電気自動車に対して提供される充電電流を調節及び制限する。

ここで、本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照した次の説明を通じて最も良く理解されるであろう。

図1は、本発明の車両充電システムを示すブロック図である。

図2は、本発明の車両充電システムを示す詳細なブロック図である。

本発明の特徴及び利点を具現化する例示的な実施形態は、次のパラグラフの記述で説明されるであろう。本発明が種々の点で種々の修正を有することが許可され、その全てが本発明の範囲から逸脱しないことに注目すべきであろう。そして、ここでの説明及び図面は、例示として理解されるべきであり、本発明を限定するものとして理解すべきではない。

図1は、本発明の例示的な実施形態による、車両充電システム100を示すブロック図である。類似の要素が明細書全体を通じて同じ符号でラベルされることに注目すべきである。図1では、車両充電システム100は、スマートグリッド/商用電力グリッド121、少なくとも１つの充電ステーション122、リアルタイムポジショニングシステムデバイス125、充電ステーションガイド及び進路表示器123、及び管理センター124を含む。車両充電システム100は、電気自動車126を充電するように構成されている。車両充電システム100の各ユニットは、インターネット/イントラネット110を通じて車両充電システム100の他のユニットと通信している。充電サービスに関連する金融取引は、銀行127を通じて達成される。車両充電システム100の各ユニットの構成及び動作に関しては、次で詳しく説明されるであろう。

図2は、図1の車両充電システム100の詳細なブロック図を示す。この図では、TCP/IPネットワーク210は、車両充電システム100用の通信バックボーンとして役立つ。図2では、車両充電システム200の各ユニットは、TCP/IPネットワーク210を通じて車両充電システム200の他のユニットと通信している。TCP/IPネットワーク210の例示的な例は、図1に示すインターネット/イントラネット110である。車両充電システム200は、スマートグリッド/商用電力グリッド121及び少なくとも１つの充電ステーション122を含む。スマートグリッド/商用電力グリッド121は、電力送信インターフェース220（例：パワー・オーバー・イーサネット(登録商標)(PoE)インターフェース又はジグビー(Zigbee)インターフェース）の電力線によって電力及びデータを充電ステーション122へ送信するように構成されている。充電ステーション122は、TCP/IPネットワーク210からパケットを受け取り且つTCP/IPネットワーク210を通じて所望のデバイスへパケットを送信するためのネットワークインターフェースカード(NIC)221及び無線ネットワークモジュール222を含む。
無線ネットワークモジュール222は、WiFiモジュール、ジグビーモジュール、GPRSモジュール、又はCDMAモジュールであってもよい。さらに、ネットワークインターフェースカード及び無線ネットワークモジュール222は、電力送信インターフェース220を通じてスマートグリッド/商用電力グリッド121のステータス情報を入手可能である。商用電力グリッドが充電の電源用の電力グリッドとして採用されれば、無線ネットワークモジュール222は、電力送信インターフェース220を通じてネットワークインターフェースカード221によって商用電力グリッドの残存容量を監視可能であり、商用電力グリッドの残存容量に関連する情報を管理センター124へ報告する。スマートグリッドが充電の電源用の電力グリッドとして採用されれば、無線ネットワークモジュール222は、電力送信インターフェース220を通じてネットワークインターフェースカード221によってスマートグリッドの残存容量に関連する情報を入手可能であり、スマートグリッドの残存容量に関連する情報を管理センター124へ報告する。さらに、無線ネットワークモジュール222は、充電ステーションサービスプロバイダーと取引された契約で規定された許容可能な全充電量を管理センター124から入手可能である。

図2では、充電ステーション122は、充電ステーション122の内部ユニットの動作を調整し、TCP/IPネットワーク210から受信されたデータを処理するように構成されているメインプログラム249を含む。充電ステーションは、充電ステーション122によって電気自動車126を充電するために入手可能な充電容量を示すためのメーター223も含む。充電ステーションは、電気自動車が電気エネルギーを求める要求を示す命令に従って、充電動作を制御するための充電命令を発行する適応性充電制御回路224も含む。電気自動車が電気エネルギーを求める要求を示す命令は、電気自動車126のバッテリー管理システム(BMS、図示せず)によって発行される。充電ステーションは、スマートグリッド/商用電力グリッド121（例：AC電力）によって提供される電力を、電気自動車126の充電式バッテリーによって要求される電力（例：DC電力）への変換するための電力モジュール226も含む。
充電ステーションは、適応性充電制御回路224によって発行された電気自動車126の充電要求を示す充電命令及びスマートグリッド/商用電力グリッド121の負荷に従って電力モジュール226の電力変換動作を管理するための電力マネージャー225も含み、これによって電気自動車126用の充電電流を調節及び制限する。充電ステーション122は、充電ステーション122の内部ユニット用の動作電力を提供するための補助電力227も含む。従って、充電ステーション122は、電気自動車126の充電要求又はスマートグリッド/商用電力グリッド121の負荷に従って電気自動車126用の充電電流を調節するために適応性充電制御回路224、電力マネージャー225、及び電力モジュール226を採用可能である。従って、充電ステーション122は、フレキシブルで適応性のある電気自動車126用の充電サービスを提供可能である。

充電ステーション122は、充電ステーションを操作するユーザー用のユーザーインターフェースである人-マシーンインターフェース(HMI)228を含み、ボタン及びLCDモニター(図示せず)を含む。充電ステーション122は、電気自動車126に対して提供された充電サービスに対する金融取引とびユーザー認証を実行するために、RFIDスマートカードモジュール229、スイープカードモジュール230、及びICカードモジュール247を含む。充電ステーション122は、充電サービスに対する料金を計算するための課金モジュール231を含む。
充電ステーション122は、充電ステーション上にプロモーション用のコマーシャル広告を表示するためのビジネス広告アドオンモジュール232も含む。充電ステーション122は、ユーザーが充電ステーション122のメンテナンスドアを開いているかどうかを検出するための一連のセンサー235も含む。ユーザーが充電ステーション122のメンテナンスドアを開いていれば、センサー235は、充電ステーション122の動作を停止させるためにメインプログラム249へ信号を送る。センサー235は、充電ステーション122の充電コネクターが破壊されているかどうかを検出するか、又は人-マシーンインターフェース228でのLCDモニターの輝度を検出しLCDモニターの輝度を適宜変更するために使用可能でもある。あるいは、センサー235は、充電ステーション122の湿度を検出して、充電ステーション122の湿度が所定のレベルを超えたときに充電ステーション122の動作を停止させるために使用可能でもある。充電ステーション122は、ユーザーが充電ステーション122の充電ポンプ(図示せず)にアクセスすることが許可されているかどうかを制御するためのドアロック233も含む。
ユーザーがユーザー認証プロセスをパスし、ユーザーが電気自動車126を充電することをメインプログラム249が許可すると、ドアロック233が解除され、ユーザーが充電ステーション122から充電ポンプを取り出し、電気自動車126を充電することが許可される。充電ステーション122は、充電ステーション122の充電ポンプが電気自動車126を充電することが許可されているかどうかを制御するためのソケットブレーカーも含む。ユーザーが充電ステーション122の充電ポンプを電気自動車126の充電スタンド(図示せず)へ接続すると、ユーザーは、充電のために、電気自動車126の充電スタンド上のソケットロック(図示せず)をロックしなければならない。ソケットロックは、電子ロックであり、その動作電力は、充電ステーション122によって供給される。
充電ポンプと電気自動車126の充電スタンド上のソケットロックの間の接続が不安定であるか又は電気自動車126に対する充電電流が大きすぎるとメインプログラム249が判断し、これによって電気自動車126に対する充電動作を継続することを拒否すると、ソケットブレーカー234が開いて、電気自動車126の充電スタンド上のソケットロックに対する電力供給を停止させるであろう。この条件の下では、電気自動車126の充電スタンド上のソケットロックが解除され、充電ステーションの充電ポンプは、電気自動車126を充電することを適宜停止する。さらに、充電ステーション122は、電気自動車通信インターフェース237を通じて電気自動車126と通信可能である。電気自動車通信インターフェース237は、パワー・オーバー・イーサネット(登録商標)(PoE)インターフェース又はジグビーインターフェースであってもよく、充電ステーション122が電気自動車126の充電要求を理解することを許可するために使用される。

充電ステーション122は、電気自動車126と充電ステーション122を接続する接続チャネル236上に配置された制御回路248を含む。制御回路248は、パルス幅変調コントローラー(図示せず)、フォトカプラ(図示せず)、及びメカニカルスイッチ(図示せず)で構成されている。制御回路248は、電気自動車126用の充電ステーション122の充電動作を制御するように構成されている。充電ステーション122は、電気自動車通信インターフェース237を通じて電気自動車126のバッテリー管理システムと通信するように構成されている。

さらに、本発明による車両充電システム200は、電気自動車のリアルタイムポジション及びロードマップを表示するためのグローバルポジショニングシステム(GPS)デバイスで好ましくは構成されているリアルタイムポジショニングシステムデバイス125をさらに含む。本発明による車両充電システム200は、最も近い充電ステーションのポジション及び最も近い充電ステーションへの最短運転ルート、及び付近の充電ステーションの残存容量を示すための充電ステーションガイド及び進路表示器123をさらに含む。リアルタイムポジショニングシステムデバイス125及び充電ステーションガイド及び進路表示器123は、電気自動車126上に搭載可能である。

さらに、本発明の車両充電システム200は、複数のデータベースを格納するための管理センター124をさらに含む。これらのデータベースは、電気自動車の充電のラッシュアワー及び充電効率に関連する情報を記録するための充電効率データベース240を含む。これらのデータベースは、契約メンバーの充電の好みを記録するためのメンバーデータベース241を含む。管理センター124は、異なる時点、異なる地点、及び異なる充電ステーションでの、電気自動車を充電するための料金詳細を記録するための差分充電価格データベース242をさらに含む。
管理センター124は、提携充電ステーションでかつて充電されたことがある電気自動車の充電特性を記録するための電気自動車充電特性データベース243をさらに含む。さらに、管理センター124は、提携充電ステーションに関連する最新のニュース及びサービス告知をオンラインで提供するためのウェブサービス244及び提携充電ステーションの地理情報を提供するためのマップサービス245をさらに提供する。管理センター124は、契約メンバーが最低価格及び最短充電時間で電気自動車の充電を完了することを可能にするための最良のソリューションを提供し且つTCP/IPネットワーク210を通じて契約メンバーにこのソリューションを通知するためのアカウンタントプログラム246をさらに提供する。

結論として、本発明は、充電効率制御を有し且つ適応性充電サービスを提供する車両充電システムを提供する。充電効率の制御は、充電ステーション内にソケットブレーカーを設置することによって達成される。充電ステーションの充電ポンプと電気自動車の充電スタンドに搭載されたソケットロックの間の接続が不安定であるか又は電気自動車を充電するための充電電流が大きすぎる場合、ソケットブレーカーが開いて電気自動車の充電スタンド上のソケットロックへの電力供給を遮断する。さらに、充電ステーション内に適応性充電制御回路及び電力マネージャーを設置することによって適応性充電サービスが行われる。従って、本発明の充電ステーションは、電気自動車の充電要求又はスマートグリッド/商用電力グリッドの負荷に従って電気自動車を充電するための充電電流を調節可能である。従って、本発明の充電ステーションは、電気自動車に対して、フレキシブル及び適応性の充電サービスを提供可能である。

本発明は、現在最も実用的で最も好ましい実施形態であると考えられるものの観点で説明を行ったが、本発明は、開示された実施形態に限定される必要がないことは理解されるべきである。反対に、本発明は、付属の請求項の精神と範囲内に含まれる種々の修正及び類似の構成をカバーすることを意図している。付属の請求項は、全てのこのような修正と類似の構成を包含するように最も広い解釈が与えられるべきである。従って、上記説明例示は、付属の請求項によって定義される本発明の範囲を制限するものとして採用するべきではない。

Claims (22)

1. 車両充電システムであって、
   電力グリッドと、
   電力送信インターフェースを通じて前記電力グリッドに接続され且つこれと通信し、且つ電気自動車通信インターフェースを通じて電気自動車と通信する、電気自動車を充電するための少なくとも１つの充電ステーションとを備え、
   前記少なくとも１つの充電ステーションは、
   前記電力グリッドから第一の電力を受け取り且つ第一の電力を変換して第二の電力にするための電力モジュールと、
   電気自動車が電気エネルギーを求める要求を示す命令に従って電気自動車の充電動作を制御するための充電命令を発行するための適応性充電制御回路と、
   前記適応性充電制御回路によって発行された前記充電命令及び前記電力グリッドの負荷に従って前記電力モジュールを管理し、これによって電気自動車に対して提供される充電電流を調節及び制限するための電力マネージャーとを備える、車両充電システム。
2. 請求項１に記載の車両充電システムであって、
   前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記少なくとも１つの充電ステーションの許容可能な充電容量を表示するためのメーターをさらに含む、車両充電システム。
3. 請求項１に記載の車両充電システムであって、
   前記少なくとも１つの充電ステーションは、
   少なくとも１つの充電ステーションが電気自動車を充電することが許可されているかどうかを制御するためのソケットブレーカーと、
   前記電気自動車のユーザーが前記電気自動車を充電するために前記少なくとも１つの充電ステーションにアクセスすることが許可されているかどうかを制御するためのドアロックとをさらに含み、
   前記少なくとも１つの充電ステーションが前記電気自動車を充電することが許可されていないと判断したとき、前記ソケットブレーカーが開いて前記電気自動車の充電スタンドに搭載されたソケットロックに対する電力供給を停止させ、これによって前記電気自動車に対する充電動作を終える、車両充電システム。
4. 請求項１に記載の車両充電システムであって、
   前記電力送信インターフェースは、パワー・オーバー・イーサネットインターフェース又はジグビーインターフェースを含む、車両充電システム。
5. 請求項１に記載の車両充電システムであって、
   前記電気自動車通信インターフェースは、パワー・オーバー・イーサネットインターフェース又はジグビーインターフェースである、車両充電システム。
6. 請求項１に記載の車両充電システムであって、
   前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記少なくとも１つの充電ステーションの内部回路に対して動作電力を提供するための補助電力をさらに含む、車両充電システム。
7. 請求項１に記載の車両充電システムであって、
   前記電気自動車と前記少なくとも１つの充電ステーションの間に搭載された、前記電気自動車の充電動作を制御するための制御回路をさらに備える、車両充電システム。
8. 請求項１に記載の車両充電システムであって、
   ネットワークを通じて前記少なくとも１つの充電ステーションに遠隔接続された管理センターをさらに備え、
   前記管理センターは、前記少なくとも１つの充電ステーションと提携しているメンバーと、そのメンバーに属する電気自動車に関連する情報を記録及び管理し、
   前記メンバーの電気自動車に対して提供された充電サービスに関連する充電の好みを記録及び管理し、前記少なくとも１つの充電ステーションの料金詳細を記録する、車両充電システム。
9. 請求項８に記載の車両充電システムであって、
   前記ネットワークは、TCP/IPネットワークである、車両充電システム。
10. 車両充電システムであって、
    電力グリッドと、
    電力送信インターフェースを通じて前記電力グリッドに接続され、且つ第一の電力を受け取り且つ第一の電力を変換して電気自動車を充電するための第二の電力にするための少なくとも１つの充電ステーションとを備え、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、少なくとも１つの充電ステーションが前記電気自動車を充電することが許可されているかどうかを制御するためのソケットブレーカーを含み、
    前記少なくとも１つの充電ステーションが前記電気自動車を充電することが許可されていないと判断したとき、前記ソケットブレーカーが開いて前記電気自動車の充電スタンドに搭載されたソケットロックに対する電力供給を停止させ、これによって前記電気自動車に対する充電動作を終える、車両充電システム。
11. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記電力送信インターフェースは、パワー・オーバー・イーサネットインターフェース又はジグビーインターフェースを含む、車両充電システム。
12. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、電気自動車通信インターフェースを通じて前記電気自動車と通信するように構成されており、前記電気自動車通信インターフェースは、パワー・オーバー・イーサネットインターフェース又はジグビーインターフェースを含む、車両充電システム。
13. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、
    前記少なくとも１つの充電ステーションの許容可能な充電容量を表示するためのメーターと、
    前記電力グリッドから第一の電力を受け取り且つ第一の電力を変換して電気自動車を充電するための第二の電力にするための電力モジュールと、
    前記電気自動車が電気エネルギーを求める要求を示す命令に従って前記電気自動車の充電動作を制御するための充電命令を発行するための適応性充電制御回路と、
    前記適応性充電制御回路によって発行された前記充電命令及び前記電力グリッドの負荷に従って前記電力モジュールを管理し、これによって前記電気自動車に対して提供される充電電流を調節及び制限するための電力マネージャーとを備える、車両充電システム。
14. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記少なくとも１つの充電ステーションの内部回路に対して動作電力を提供するための補助電力をさらに含む、車両充電システム。
15. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記電気自動車と前記少なくとも１つの充電ステーションの間に搭載された、前記電気自動車の充電動作を制御するための制御回路をさらに備える、車両充電システム。
16. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記電気自動車のユーザーが前記電気自動車を充電するために前記少なくとも１つの充電ステーションにアクセスすることが許可されているかどうかを制御するためのドアロックをさらに含む、車両充電システム。
17. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記電気自動車に対して提供された前記充電サービスに対する金融取引とユーザー認証を実行するために、RFIDスマートカードモジュール、スイープカードモジュール、及びICカードモジュールをさらに含む、車両充電システム。
18. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記少なくとも１つの充電ステーションのメンテナンスドアがを開いているかどうかを検出するためのセンサーをさらに含み、
    前記少なくとも１つの充電ステーションの前記メンテナンスドアが開いていることが検出されると、前記センサーは、前記少なくとも１つの充電動作の動作を停止させるための制御信号を送る、車両充電システム。
19. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、
    前記電気自動車を充電するために提供された充電サービスに対する料金を計算するための課金モジュールと、
    前記少なくとも１つの充電ステーション上にコマーシャルを表示するためのビジネス広告アドオンモジュールとをさらに含む、車両充電システム。
20. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    ネットワークを通じて前記少なくとも１つの充電ステーションに遠隔接続された管理センターをさらに備え、
    前記管理センターは、前記少なくとも１つの充電ステーションと提携しているメンバーと、そのメンバーに属する電気自動車に関連する情報を記録及び管理し、
    前記メンバーの前記電気自動車に対して提供された充電サービスに関連する充電の好みを記録及び管理し、前記少なくとも１つの充電ステーションの料金詳細を記録する、車両充電システム。
21. 請求項２０に記載の車両充電システムであって、
    前記ネットワークは、TCP/IPネットワークである、車両充電システム。
22. 請求項１０に記載の車両充電システムであって、
    前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記少なくとも１つの充電ステーションを操作する前記電気自動車のユーザーに対してユーザーインターフェースを提供するための人-マシーンインターフェースをさらに含む、車両充電システム。