JP2013521756A - 電動式車両のバッテリーを充電するためのシステム、デバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

電動式車両のバッテリーのためのエネルギー交換ステイションであって、車両のための少なくとも一つの電力出力と；この少なくとも一つの電力出力に結合された車両が交流電圧および／または直流電圧で充電されることが可能であるか否かついて決定するための手段と；少なくとも一つの交流電力入力及び少なくとも一つの直流電力入力を有する複数の電力入力と、少なくとも一つの電力出力を電力入力の内の何れか切り替えるための少なくとも一つのコントロール可能なスイッチと；少なくとも決定に基づいてスイッチをコントロールするためのスイッチのためのコントローラと；を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動式車両のバッテリーを充電するための、特に、交流電力または直流電力の何れをも用いて電動式車両のバッテリーを充電するための、システム、デバイス及び方法に係る。

電動式車両の人気が、化石燃料が乏しくなるにつれて、並びに、特に都市部において排気ガスによる汚染を減少させたいと言う願望の結果として、増大している。しかしながら、その弱点は、未だ車両の充電がどこにおいても可能ではないと言うことである。電動式車両のため充電ステイションの設置を遅らせている一つの理由は、規制及び標準化の欠如である。バッテリーは、それらが放電されるときにＤＣを供給し、充電されるバッテリーのタイプに依存する電圧を備えた直流電源を必要とする。大半のグリッドはＡＣであるので、これらの場合に、様々なタイプの電力コンバータが、バッテリー充電器の部分として必要となる。ここに、車両が、特定の車両またはバッテリーのために要求される電力に適合しない充電ステイションに結合されると言うリスクが存在する。

ＡＣグリッドから車両を充電することを可能にするために、ＡＣ／ＤＣコンバータを有するオンボード・チャージャーを備えた電動式車両を提供するソリューションが、提案されている。しかしながら、要求される充電電力が増大するにつれて、または、許容される充電時間が減少するにつれて、これらのコンバータのサイズ及び重量が増大し、また、電力効率の理由のために、嵩張り且つ重い充電器を車両に搭載することは、望ましくない。

本発明の目的は、電動式車両のバッテリーを充電するためのシステム、デバイス及び方法を提供することにあり、それは、上記の弱点の少なくとも一部を克服し、および／または、従来技術に対する有用な代替形態を提供するものである。

本発明は、ここで、少なくとも一つの電動式車両バッテリーのためのエネルギー交換ステイションを提案する。このエネルギー交換ステイションは、車両のための少なくとも一つの電力出力と；車両が交流電圧および／または直流電圧で充電されることが可能であるか否かについて決定するための、電動式車両との間の通信のための、少なくとも一つのデータ通信ポートと；少なくとも一つの交流電源及び少なくとも一つの直流電源を有する複数の電源と；交流電源および／または直流電源から少なくとも一つの電力出力へ供給される電力をコントロールするためのコントローラと；を有している。

通信は、特に、車両の内側の通信システムとの間で行われても良い。車両へのこの通信に基づいて、その車両が、交流電力、直流電力またはそれらの両者の、何れを受け取る能力を有しているかと言うことについて、エネルギー交換ステイションが知るようになっていても良い。

特定の実施形態において、前記交流電源は、コネクターの中のＡＣピンに直接接続されても良く、また、前記直流電源は、コネクターの中のＤＣピンに直接結合されても良い。車両に対する直流電力の供給をコントロールするために、システムは、直流電源（ＡＣ−ＤＣコンバータから構成されても良い）をコントロールして、電力供給の最大電力まで、ゼロの範囲（０ワットが供給される）の直流電力を供給することが可能である。車両に対する交流電力の供給をコントロールするために、前記エネルギー交換ステイションは、車両への通信チャネルを利用して、車両の内側に搭載されたオンボード・チャージャーにより引き出された電力をコントロールし、またはそれに影響を与えることが可能である。車両の内側のオンボード・チャージャーに対する通信は、シリアル・データ、ＰＷＭ信号、ＰＬＣ、更にはイーサネット（登録商標）・タイプの接続などのような、任意の通信プロトコルを介して行うことが可能である。

オンボード・チャージャーは、ゼロ（無電力）とオンボード・チャージャーの最大電力との間の任意の電力を引き出すようにコントロールされても良い。オンボード・チャージャーが、無電力を引き出ようにコントロールされ、そして、ＤＣ供給源が何らかのレベルのＤＣを供給するようにコントロールされたとき、その結果として、直流電力を介して車両が充電されることになる。オンボード・チャージャーが特定のレベルの交流電力を引き出すようにコントロールされ、そして、直流電源が無電力を供給するコントロールされたとき、その結果として、交流電力を介して車両が充電されることになる。ＡＣ及びＤＣの任意の組み合わせもまた可能である。

前記エネルギー交換ステイションに、交流電力及び直流電力のための単一のコネクターが設けられても良く、または、交流電源及び直流電源にそれぞれ直接結合された、ＡＣ及びＤＣのための個別のコネクターが設けられても良く、それでもなお、前記エネルギー交換ステイションは、交流電力及び直流電力の間で切り替えるために同一のコントロール方法を使用することになる。

本発明は、更に、電動式車両のバッテリーを充電するためのエネルギー交換ステイションを提案する。このエネルギー交換ステイションは、車両のための少なくとも一つの電力出力と；車両が交流電圧および／または直流電圧で充電されることが可能であるか否かについて決定するための、電動式車両との間の通信のための少なくとも一つのデータ通信ポートと；少なくとも一つの交流電源及び少なくとも一つの直流電源を有する複数の電源と；少なくとも一つの電力出力をこれらの電源の内の何れかに切り替えるための、少なくとも一つのコントロール可能なスイッチと；少なくとも決定に基づいてスイッチをコントロールするためのスイッチのためのコントローラと；を有している。ここで留意すべきことは、電源及び電力出力の両方が、双方向的であっても良いと言うことである。

電動式車両との間の通信のためのデータ通信手段を設けることにより、車両の充電の可能性に関する、従来技術に基づく検出手段による場合と比べてより多くの詳細な情報が収集されることが可能になる。

これは、車両の記憶装置の中に蓄えられている正確な仕様（例えば車両管理システムの中に存在することがある）が使用されることが可能になるからである。一例として、交流または直流で充電される能力とは別に、交流電力の周波数、交流電圧レベル、ＡＣオンボード・チャージャーにより使用される相の数、または、最大トータル交流電力を、通信することが可能であると言うことを想定することができる。直流電力に対して、車両により受容れられることが可能な、最大直流電流、最大及び最小直流電圧、及び最大直流電力レベル、または、充電セッションの中でＤＣ充電電流を流す最大継続期間を、通信することも想定することができる。

本発明に基づくエネルギー交換ステイションは、例えば、電動式車両のための充電ステイションとして具体化されても良く、同一のロケイションで、ＡＣ及びＤＣ充電の両方が提供されることがあると言う優位性がもたらされる。交流電力は、グリッドから直接に引き出されても良く、これに対して、直流電力は、電力コンバータによりグリッドから引き出されても良い。この電力コンバータは、充電位置に留まるので、大きな直流電力を供給するためにその寸法が決定されることが可能であり、その結果として、短い充電時間が得られることになる。

充電される車両が、直流電力を受け取る可能性を提供しない場合には、あるいは、例えば、グリッド内の他の位置での瞬間的なエネルギー吸収のために、または、同一の位置で充電される他の車両の存在ために、利用可能なグリッド電力が低い場合には、交流電力が車両に対して提供されても良く、その交流電力は、その場合、そのバッテリーを充電するために、そのオンボード・チャージャーを使用することになる。オンボード・チャージャーは、一般的に、より低い電力定格を有しているので、ＡＣ充電に切り替えることは、グリッド負荷を低下させる。非常に強力なオンボード・チャージャーが検出されたとき、システムは、グリッド負荷を低下させるために、より良いコントロール可能な直流電源に切り替えられても良い。

ある実施形態において、決定するための手段は、車両のオンボード・バッテリー充電器の存在を検出するように構成され、前記コントローラは、オンボード・バッテリー充電器が検出されたときに、出力を交流電力入力に切り替えるように構成される。

このようにして、最適な使用が、車両の中に存在するハードウエアから行われ、その間、充電ステイションのコンバータは、オンボード充電器がない車両、または、何らかの理由により優先順位が与えられることが決定された車両を充電するために使用されても良い。

他の実施形態において、前記コントローラは、直流電力に切り替えられるインターバルの後に、交流電力に切り替えるように構成され、先ず最初に、直流電力で急速にバッテリーを充電し、そして次に、交流電力でゆっくりバッテリーの充電を継続する。大電力のＤＣ充電は、例えば、バッテリーの充電曲線の中のいわゆる一定電圧ポイントが到達されるまで、行われることが可能であり、そして、その後で、交流電源が供給される車両のオンボード・チャージャーによりバッテリーの充電を完了させるために、充電がＡＣに切り替えられ、このようにして、他の車両を充電するために、直流電源を解放する。これは、利用可能なハードウエアの更なる最適化をもたらす。特に、オンボード充電器は、通常、限られた電力を有しているが、それでもなお、許容可能な時間内に一定電圧ポイントからの充電を完了させるために十分である。

他の実施形態において、コントローラは、予め定められた時間の間に交流電源から車両を充電するように構成されている。この時間の間に、エネルギー交換ステイションは、オンボード・チャージャーの特徴、例えば、その電力定格を決定する。その知識から、交流または直流の何れかで充電するかについて、あるいは、いつＡＣを使用する充電からＤＣを使用する充電に切り替えることが良いか、及びその逆方向に切り替えることが良いかについての、決定が行われることになる。

更に他の実施形態において、エネルギー交換ステイションは、交流電力及び直流電力を同時に供給するように構成される。それに加えて、複数の出力が、複数の車両を出力に結合するために存在しても良く、ここで、車両のそれぞれは、交流電力または直流電力の何れかに結合されても良い。

車両のバッテリーを、直流電力で直接に充電するため、及び、オンボード・バッテリー充電器を介して交流電力で間接的に充電するために、交流電力及び直流電力が同一の出力に供給されることも考えられる。その目的のために、車両が、複数のコネクターによりシステムに結合されても良く、あるいは、システムが、重複されたＡＣコンポーネントで直流電力を供給するように構成されても良い。

更に他の実施形態において、エネルギー交換ステイションは、同時に、交流電力及び直流電力の両方を供給することが可能であり、ここで、直流電力は、バッテリーを充電するために使用され、これに対して、交流電力は、空調、ヒーターまたは他のデバイスなどのような、オンボードの交流電力供給システムに電力を供給するために使用される。直流電力が、これらの他のデバイスのために使用され、交流電力が、オンボード・チャージャーを介してバッテリーを充電するために使用されることも考えられる。

直流電源は、切り替えられた直流電力を供給するための、電力コンバータを有していても良い。特に、エネルギー交換ステイションが、適切な形状の直流電力（例えば、切り替えられた電圧または予め定められた電圧を有している）を、車両が結合される各ポートへ供給するために、多数のコンバータを有していても良い。ここで留意すべきことは、直流電力とは、本発明の意味において、一定の直流電力を有していることのみではなく、スイッチされた形状をも有していると言うことであり、それは、例えば、ＰＷＭ（Pulse-Width Modulation、ＰＤＭ（Pulse-Duration Modulation）、及び、電圧及び電流勾配（voltage and current gradients）、並びに、ランダム信号（random/noise）及び時間分割多重信号（time-division multiplexing signals）などである。

スイッチのコントロールは、更に、電力入力の少なくとも一つで利用可能な電力、および／または、更なる電力出力で電動式車両から要求される電力などのような、外部パラメータに基づいていても良い。スイッチは、例えば、中央サーバー、遠隔または外部のウエブ・サーバー、データベース、またはコントロール・サーバーなどのようなデータ処理デバイスによる入力に基づいて、コントロールされても良い。そのようなデータ処理デバイスは、複数の車両、充電ステイションおよび／または電流グリッド情報からのデータ、および／または、オペレータまたはフリート・オーナーにより様々な車両に与えられる優先順位などのような、他の設定を収集しても良い。エネルギー交換ステイションは、更に、車両が充電されることが可能なやり方についての情報を回収するために、車両との間のデータ通信のために構成されても良い。

エネルギー交換ステイションは、車両を出力に接続するためのコネクターを有していても良く、このコネクターは、交流伝送及び直流電力伝送の両方のために構成されている。特に、本発明は、車両が交流電力で充電されるときに、電力コネクターの複数の電力接点を介して多相交流電力を交換し；直流電力で車両を充電するときに、前記電力コネクターの少なくとも二つの接点を介して、直流電力を交換することに係る。交流電源は、二相または三相であっても良いが、六相またはそれ以上の数の相までの構成もまた考えられる。

交流伝送及び直流電力伝送の両方のための単一のコネクターを使用することは、エネルギー交換ステイションをより使い良くする。車両との間でエネルギーを交換するときに、特に、車両を充電するときに、ユーザーは、ユーザーの車両の（対応する）コネクターに適合する特定のコネクターを選択する必要がない。更にまた、単一のコネクターは、ユーザーからの交流を必要とすることなく、エネルギー伝送の間に、エネルギー交換ステイションが、交流及び直流電源の間で切り替えることを可能にする。これは、以下において説明されるように、同一の接続上で行われても良く、あるいは、コネクターが複数の接続を有していても良い。

本発明は、更に、上記のように、エネルギー交換ステイションにおける電力コネクターの使用に係る。本発明に基づく使用は、三相交流電力と共通のアースを交換するために、少なくとも三つの電力接点を使用することを有していて、ここで、接点の少なくとも一つの対は、それらを通して、直流電力を供給するために使用される。使用されることが適切な電力コネクターは、ＩＥＣ６２１９６の標準品（標準）であり、例えば、“ＲＥＭＡ ＲＥＶ−３”である。他の適切なコネクターは、“６３Ａ Ｍｅｎｎｅｋｅｓ ＣＥＥ”コネクターである。

更なる実施形態において、本発明は、少なくとも４個の電力接点を有する電力コネクターを使用することに係り、それらの中で、二対の接点の寸法が、直流電力がその中を通って供給されることが可能であるように定められる。交流電力を供給するために、四つの接点の内の三つが使用され、そして、第四の接点は、共通のアースとして使用されても良い。直流電力に対して、一つの対がポジティブな接続を形成し、他の対がネガティブな接続を形成する。特に、本発明は、１２５アンペアの直流電流を伝送するために適切な電力コネクターを使用する。

更なる実施形態において、少なくとも、データ伝送のための接続が、コネクターを使用して行われる。この接続は、シリアル・データ接続、あるいは、何れかのデータ通信プロトコルに基づく接続、あるいは、シンプルなバイナリー通信のみであっても良く、ここで、特定のコネクターが特定のデータに対応すしている。例えば、データ伝送のための一対のコネクターが、車両がＡＣ充電のための適切なときに、短絡されるように構成されても良い。この短絡は、抵抗、インダクターまたはキャパシタなどのような、受動的な回路要素により形成されることも可能である。そのような抵抗またはインピーダンスは、交流のための構成を検出するために使用されることが可能であり、あるいは、直流通信が、交流および／または直流電力同一の接続上で（または、ピンの一部を使用して）行われることがある。これは、電力信号の上に通信信号を重ねることにより、実現されることが可能である。

単一のコネクターは、この場合にコネクターを結合するために、車両が唯一つの開口を必要とすると言う優位性をもたらし、単一のタイプのコネクターが使用されるとき、唯一つの標準が必要とされる。本発明に基づく直流電力伝送のために使用されることが可能な、幾つかのＡＣコネクターが利用可能である。

本発明は、更に、電動式車両に係り、この電動式車両は、バッテリーと、オンボード・チャージャーと、充電電力を受け取るための電力入力と、電力入力をバッテリーまたはオンボード・チャージャーに結合するためのスイッチと、このスイッチをコントロールするためのコントローラと、を有している。

一般的に、そのような車両のコントローラが、車両が交流電力または直流電力の何れかで充電されるか否かについて決定しても良い。このコントローラは、車両管理システムまたはバッテリー管理システムなどのような、オンボード・ロジックに結合されても良く、あるいは、更にはその一部を構成しても良く、または、交流電力または直流電力が入力に存在するか否かについて決定するためのセンサー類に結合されても良いが、しかし、このコントローラは、外部入力により影響を与えられても良く、それは、例えば、エネルギー交換ステイションとの間のデータ通信を介して、またはデータベースおよび／または中央制御サーバーなどのようなデータ処理デバイスを介しても良い。

このコントローラは、交流電力が電力入力に存在することが決定されたときに、電力入力をオンボード・チャージャーに結合するように構成されても良く、また、このコントローラは、更に、直流電力が電力入力に存在することが決定されたときに、電力入力をバッテリーに結合するように構成されても良い。

図１は、本発明に基づく、車両が結合されるシステムの全体図を示している。 図２は、図１からのシステムの高いレベルの全体図を示していて、このシステムに、複数の車両がそれに結合され、交流電力または直流電力のいずれかで充電される。 図３は、図１のシステムの高いレベルの全体図を示している。 図４は、本発明に基づくシステムの概略全体図を示している。 図５は、車両の中の本発明の詳細図を示している。 図６は、どのようにしてコネクターが充電器からエネルギーを得るかについての概略全体図６００を示している。 図７は、複数のスイッチを備えた実施形態を示している。 図８は、一つの実施形態を示していて、ここでは、エネルギー交換ステイションが、スイッチを介して送られない電力出力を有している。 図９は、一つの実施形態を示していて、この実施形態は、エネルギー・ステイションが、車両のバッテリーからグリッドへ電力を供給するために使用されることも可能であると言うことを示している。 図１０は、一つの実施形態を示していて、ここでは、コンバータが、他の一つまたはそれ以上の車両のＤＣバッテリー電力から、一つまたはそれ以上の車両を充電するために使用されることを示している。 図１１は、一つの実施形態を示していて、ここでは、直流電源が、直流電力をＤＣ／ＡＣコンバータに供給する。 図１２は、ＤＣ電力を用いて供給可能なものと比べて多い出力を有する、充電ステイションを示している。 図１３ａは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１３ｂは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１３ｃは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１３ｄは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１３ｅは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１３ｆは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１３ｇは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１３ｈは、本発明に基づく方法の様々なフローチャートの内の一つを示している。 図１４は、本発明に基づくエネルギー交換システムの実施形態を示していて、ここでは、スイッチの代わりに、コントローラが使用されている。

次に、本発明が、以下の非限定的な図を参照しながら、明らかにされる。

図１は、本発明に基づく、電動式車両システム１００のバッテリーのためのエネルギー交換ステイションの全体図を示していて、このエネルギー交換ステイションに対して、車両３００が結合され、このエネルギー交換ステイションは、（コネクター２００により形成されている）車両３００のための電力出力を有している。このステイションは、車両３００が交流電圧および／または直流電圧で充電されることが可能であるか否かについて決定するための手段（明示的には示されていない）、及び、交流電力入力１０２及び直流電力入力１０３を有している。この場合には、直流電源は、交流電力入力１０１（電源により形成される）により駆動される電力コンバータ１０２により具体化されている。エネルギー交換ステイションは、更に、電力出力２００を電力入力の何れか１０１，１０２に切り替えるための、コントロール可能なスイッチ１０３を有している。

車両３００は、バッテリー３０３及び充電器３０２、並びに、スイッチ３０１を有している。このスイッチは、ＡＣ入力があるとき、コネクター２００からの電力入力を充電器３０２に結合し、またＤＣ入力があるとき、バッテリー３０３に直接、結合する。

スイッチ３０１は、例えば、スイッチ１０３との間の通信により、直流電力が利用可能であるか否かを検知して、直接、バッテリー３０３に接続の経路を変えることが可能である。スイッチ１０３は、（通信により）スイッチ３０１が存在するか否かを検知して、それが利用可能である場合には、直流電力を供給することが可能である。

図２は、図１からのエネルギー交換ステイション１００を示していて、ここで、複数の車両３００ａ〜３００ｄが、個別のコネクター（示されていない）によりこのエネルギー交換ステイションに結合される。車両３００ｃは、直流電力で充電され、これらの車両３００ａ，３００ｂ，３００ｄは、交流電力で充電される。そのような構成は、急速充電を要求する車両が１台有り、オンボード・チャージャーを有している車両が複数台有るときに、あるいは、充電ステイションが、利用可能な唯一つの限られた直流電源を有しているときに、使用されても良い。

図３は、他の実施形態を示していて、ここでは、エネルギー交換ステイション１００で利用可能な交流電源１０１が（一時的に）一つしかなく、それは、車両３００ａ及び３００ｂに切り替えられる。これらの車両は、直流電力を供給し、この直流電力は、エネルギー交換ステイションにより車両３００ｃに切り替えられる。このようにして、エネルギー交換ステイションは、エネルギーを一つの車両から他の車両へ、例えば、後者がオンボード・チャージャーを有していないときに、伝送するために使用されることが可能である。

図４は、本発明に基づくエネルギー交換システム４００を有するエネルギー配送システムを示している。車両３００ａ，３００ｂが、エネルギー交換ステイションに接続されているとき、この車両は、データ・ラインを介してステイション・コントローラとの間で通信することが可能である。車両３００ａ，３００ｂの識別は（恐らくは、その要求とともに）、その場合に、意思決定サーバーへ送られる。要求（及び、接続される他の車両の要求）に基づいて、サーバーは、一つまたはそれ以上のＡＣ／ＤＣコンバータを車両の引出口に接続する接続マトリクスを有するように、充電ステイション・コントローラに指令を送り、または、引出口を交流電力に切り替えるように指令を送る。通信が設けられることが可能でないとき、このシステムは、ＡＣをデフォルトの選択肢として使用することが可能であり、あるいは、適切なプロファイルを決定するためにローカルな知識（即ち、繰り返し利用するユーザー）使用することが可能である。

車両が、システムに加えられまたはシステムから離れたとき、これは、決定サーバーにアップデートされ、決定サーバーは、次いで、新しい最適な電力分配の指令を送る。

以上のように、エネルギー交換ステイションは、複数の引出口を有していて、複数のＡＣ／ＤＣコンバータ４０１〜４０５を有していることが可能である。これらのＤＣコンバータは、接続マトリクスを介して、何れかの電力出力４０６〜４１０にもダイナミックに割り当てられることが可能であり、また、一つの電力出力は、この同じマトリクスを介して、一つまたはそれ以上のＤＣコンバータに接続されることも可能である。更に、各出力は、ＤＣ接続マトリクスの代わりに、ＡＣ供給チェインに接続されることも可能である。

エネルギー交換ステイションは、中央意思決定サーバー４１１に接続され、この中央意思決定サーバー４１１は、それらの電力要求、それらのオーナーの可能な“プレミアム・アカウント”、エネルギーのコスト、グリッドの利用可能性、オンボード・チャージャーのパワー、及び他のパラメータに基づいて、接続された車両の間での電力の最適な分配を計算する。これに基づいて、中央サーバーは、最適なソリューションを計算して、エネルギー交換ステイション・コントローラ４１２に、このように車両を接続するように指令を送る。

引出口がＡＣを提供することの可能性のために、オンボード・チャージャーを有している車両に対してＡＣに切り替えることにより、利用可能な直流電力の一部が他の車両のために確保されることが可能である。一つまたはそれ以上の車両が出発または到着したときに、最適なソリューションが変化することもあり得る。これが発生したとき、充電の途中で、ステイションの全体構成がダイナミックに変更されることが可能である。

エネルギー交換ステイションはまた、ピーク負荷（例えば、ラッシュ・アワー）を補償することが可能なローカルな貯蔵部（ＤＣ）を有していて、それは、または数個の車両が接続されていないときに（あるいは、これらの車両がＡＣを選択しているときに）、充電されることが可能である。このようにして、以下の優位性が到達されることが可能である。

− 全ての車両に、それらのバッテリー・タイプ、アカウント（プレミアムが、より急速に充電する便宜を与えることがある）、存在する他の車両、及びグリッドの利用可能性に基づいて、最適な充電時間が保証されることが可能である。

− 車両が、残されている利用可能な直流電力と比べてより強力なオンボード・チャージャーを有しているとき、このシステムは、その車両に対して交流電力に切り替えられることが可能であり、他の車両のための直流電力を解放する。

− グリッド電力が充電器の領域内で乏しいときに、充電電力が低下されることが可能である。
− そのオンボード・チャージャーを介してのみ充電されることが可能な車両が、このシステムに接続されることも可能である。
− データが利用可能であるので、出発予定時刻の示唆が車両のオーナーに与えられることが可能である。

− ＡＣ充電インフラストラクチャーが既に存在するとき、それがＡＣ及びＤＣの両方を供給するように、容易にアップグレードされることも可能であり、それは、引出口が交流と直流電力の間で切り替えることだけが必要であるからでる。
− バッテリーの（大電流の）ＣＣ充電フェーズが、（少電流の）ＣＶ充電フェーズで置き換えられたとき、電力が、大電力のＤＣ供給源から（低電力の）オンボード・チャージャーに切り替えられることが可能であり、直流電力を解放して、他の接続された車両により使用されるようにする。

図５に、車両の内側の電気的なシステムの実施形態５００を示す。コネクターは、ＤＣまたは交流電力の何れをも運ぶことが可能である。この場合には、単相ソリューションが提示されているが、しかし、このシステムは、二つ、三つまたはそれ以上のフェーズ接続を使用するシステムとして容易に理解されることが可能である。この例において、電力セレクターは、交流電力の場合にあるいはデフォルトにより、オンボード・チャージャーに、あるいは、直接にバッテリーに、何れにも電力を切り替えることが可能である。一部の場合において、オンボード・チャージャーは、常にコネクターに接続されることが可能であり、その理由は、オンボード・チャージャーがその入力でＤＣに耐えることが可能であり、または、その条件の下で作動することさえも可能であるからである。

図６は、どのようにして、コネクターが充電器からエネルギーを受けるかについての、概略全体図６００を示している。電力は、ＡＣ、多相ＡＣまたはＤＣの何れあっても良い。充電コントローラは、（車両通信システムまたは検出システムなどのような何か他の情報源を介して）、交流電力または直流電力がライン上にあるか否かについて知っている。交流電流が供給されるとき、システムの電力バスは、電力セレクターから切り離され（従って、充電器から切り離され）、オンボード・チャージャーは、充電コントローラによりオンに切り替えられる。もし、直流電力がコネクターに供給される場合、オンボード・チャージャーがオフに切り替えられ、直流電力が車両電力バスに直接送られる。一部の場合には、オンボード・チャージャーは、常にコネクターに接続されることが可能であり、その理由は、それが、その入力で直流電力を取り扱うことが可能であり、更には、一部の状況下においては、その入力でＤＣで動作することが可能であるからである。

図７は、複数のスイッチを備えた実施形態を示していて、ここで、一部のスイッチは、単一の車両を充電するように構成され、また、一部のスイッチは、一度に複数の車両を充電するように構成されている。

図８は、エネルギー交換ステイションが、スイッチを介して送られない電力出力を有している実施形態を示している。ここに、共有のまたは専用のオフボード充電器が、存在しても良い。

図９は、一つの実施形態を示していて、この実施形態は、エネルギー・ステイションが、車両のバッテリーからグリッドへ電力を供給するために使用されることも可能であると言うことを示している。これは、オンボード充電器の中のバッテリーの直流電力をグリッドに変換することにより、あるいは、少なくとも一つの車両から、少なくとも一つのオフボード充電器（１０２）、または一つまたはそれ以上のＤＣ／ＡＣコンバータ（１０３）へ、ＤＣのバッテリー電力を伝送して、ＡＣ電源に電力を供給することにより、生ずることが可能である。

図１０は、一つの実施形態を示していて、ここで、（複数入力の）ＤＣ／ＤＣコンバータ（１０２および／または１０３）が、一つまたはそれ以上の車両を、他の一つまたはそれ以上の車両のＤＣのバッテリー電力から充電するために使用される。この場合には、ＡＣ電源および／または電力コンバータ（１０２）は、使用されることが要求されない。車両及び充電ステイションがＡＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣ及びＤＣ／ＤＣコンバータを有しているので、この構成において、電力を受け取る車両は、交流または直流を得ることが可能であり、電力を供給する車両は、交流または直流（または、その混合）であることが可能である。

図１１は、一つの実施形態を示していて、ここで、直流電源（例えばローカルな貯蔵またはＰＶパネル）（１０４）がＤＣ／ＡＣコンバータ（１０２）に直流電力を供給し、このＤＣ／ＡＣコンバータは、それをＡＣに変換して電源に供給し、または、オンボード・チャージャーの一つに供給する。

図１２は、充電ステイションが、それがＤＣ電力を供給することが可能なものと比べて、より多くの出力を有することが可能であると言うことを示している。これは、車両接続の数が直流電力入力の数を上回る実施形態である。例えば、オフボード充電器は、３つのＤＣ電力出力を有していても良い。この充電ステイションは、５つの充電接続を有していることが可能である。

図１３ａは、一つのフローチャートを示していて、ここで、システムは、顧客からの入力（出発の前に要求される時間）及び電気グリッドからの入力（最大利用可能な電力に基づいて、何が最良の充電戦略であるかを決定する。この例において、システムが供給することが可能である最大直流電力は、５０ｋＷである。更にまた、このシステムには、意思決定するためのデータ処理デバイス、及び、データ入力デバイス（この場合には、ユーザー端子及びスマート・グリッド・コンピュータへの接続）が設けられている。

図１３ｂは、一つのシステムを示していて、このシステムには、車両のオンボード・チャージャーを、車両との間のデータ接続（有線または無線）を介してコントロールするための手段が設けられている。この例において、エネルギー交換システムの最大ＤＣ充電電力は、５０ｋＷに制限される。二台の車両がステイションに到着する。一方は、５０ｋＷのＤＣ充電能力を有している。他の車両は、３０ｋＷオンボード・チャージャー及びＤＣ充電能力を有している。

図１３ｃは、一つのエネルギー交換ステイションを示していて、５０ｋＷのＤＣ電力出力の可能性、及び出力当り４０ｋＷのＡＣを供給する可能性を備えた、二つの充電接続が設けられている。５０ｋＷの直流電力は、５０ｋＷのＡＣ／ＤＣコンバータの使用により作られる。全体のシステムは、グリッド接続に接続され、このグリッドは、最大で１００ｋＷを供給することが可能である。

図１３ｄは、一つの場合を示していて、ここで、エネルギー交換ステイションは、何が利用可能なオンボード充電電力であるか検出することが可能でなく、それは、車両へＡＣを送ること、及び、車両が引き出す電力を測定すること可能である。しばらくの間、この電力を測定した後に、データ処理デバイスは、オンボード・チャージャーの電力を決定することが可能である。

図１３ｅは、一つ場合を示していて、ここで、車両は、充電の間にＡＣにより電力が供給されることが可能である、オンボード・システム（例えば空調など）を有していることが可能である。

図１３ｆは、直流電力をバッテリーからグリッドへ伝送する、エネルギー交換ステイションを示している。

図１３ｇは、エネルギー交換ステイションがオンボード・チャージャーをどのように使用して、第二の引出口に接続された第二の車両を充電するかについて、示している。

図１３ｈは、もし、オンボード・チャージャーの充電電力をコントロールすることが可能でない場合に、グリッドへの電力負荷が、オンボード・チャージャーのオン及びオフを切り替えることによりどのようにコントロールされるかについて、示している。

図１４は、少なくとも一つの電動式車両６０２のバッテリー６０３のためのエネルギー交換ステイション６００を示していて、このエネルギー交換ステイションは、車両のための少なくとも一つの電力出力６０６と、少なくとも一つのデータ通信ポート６０７と、を有していて、このデータ通信ポートは、車両６０２が交流電圧および／または直流電圧で充電されることが可能であるであるか否かについて決定するための、電動式車両６０２との間の通信のために使用される。この場合には、直流電源は、交流電力入力６０１（電源により形成される）により引き出される電力コンバータ６０４により具体化される。エネルギー交換ステイションは、更に、交流電源および／または直流電源から少なくとも一つの電力出力６０６に供給される電力をコントロールするためのコントローラ６０５を有している。このコントローラ６０５は、電動式車両との間の通信のためのデータ通信ポート６０７に結合されている。

特定の実施形態において、コントローラ６０５は、車両がＡＣおよび／またはＤＣで充電されることが可能であるか否かについて決定するための、電動式車両（示されていない）の中のコントローラとの間で相互作用を行っても良い。この場合には、電動式車両の中のコントローラは、バッテリー６０３に供給される直流電力をコントロールするための、オンボード電力コンバータ６０９に結合されることもある。

このエネルギー交換ステイションに、交流電力及び直流電力のための単一のコネクター６０８が設けられても良く、更に、データ通信ポート６０７のための、一つまたはそれ以上の通信ラインを有していても良い。

Claims (27)

1. 少なくとも一つの電動式車両のバッテリーのためのエネルギー交換ステイションであって、
   − 車両のための少なくとも一つの電力出力と、
   − 車両が交流電圧および／または直流電圧で充電されることが可能であるか否かについて決定するための、電動式車両との間の通信のための、少なくとも一つのデータ通信ポートと、
   − 少なくとも一つの交流電源及び少なくとも一つの直流電源を有する複数の電源と、
   − 交流電源および／または直流電源から少なくとも一つの電力出力へ供給される電力をコントロールするためのコントローラと、
   を有していることを特徴とするエネルギー交換ステイション。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のエネルギー交換ステイション、
   − 前記少なくとも一つの電力出力を前記電源の内の何れかに結合するための、少なくとも一つのコントロール可能なスイッチを有し、
   − 前記コントローラは、少なくとも決定に基づいてこのスイッチをコントロールするように構成されている。
3. 下記特徴を有する請求項１に記載のエネルギー交換ステイション、
   前記コントローラは、電動式車両との間の通信のための、少なくとも一つのデータ通信ポートに結合されている。
4. 下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
   前記少なくとも一つのデータ通信ポートは、車両のオンボード・チャージャーをコントロールするために使用される。
5. 下記特徴を有する請求項１に記載のエネルギー交換ステイション、
   前記データ通信ポートは、車両の中の通信システムとの間の通信のために構成されている。
6. 下記特徴を有する請求項１から５の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
   前記データ通信ポートは、バイナリー通信、シリアル・データ通信、電力線通信、ＰＷＭ通信、ワイアレス通信、ＣＡＮバス通信、イーサネット（登録商標）上での通信、または、データ通信プロトコルに基づく通信の内の、何れかによる通信のために構成されている。
7. 下記特徴を有する請求項１から６の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
   − 前記決定するための手段は、車両のオンボード・バッテリー充電器の存在を検出するように構成され、
   − 前記コントローラは、オンボード・バッテリー充電器が検出されたときに出力を交流電源に切り替えるように構成され、
   − 前記コントローラは、バッテリーへの直接接続が決定されたときに出力を直流電源に切り替えるように構成されている。
8. 下記特徴を有する請求項１から７の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
   前記コントローラは、前記直流電源に切り替えられているインターバルの後に前記交流電源に切り替え、先ず最初に、直流電力で急速にバッテリーを充電し、次いで、交流電力でゆっくりバッテリー充電し続けるように構成されている。
9. 下記特徴を有する請求項１から８の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
   交流電力及び直流電力を同時に出力するように構成されている。
10. 下記特徴を有する請求項９に記載のエネルギー交換ステイション、
    車両のバッテリーを、直流電力で直接的に充電するために、及びオンボード・バッテリー充電器を介して、交流電力で間接的に充電するために、交流電力及び直流電力が同一の出力に供給される。
11. 下記特徴を有する請求項１から１０の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    前記直流電源は、切り替えられた直流電力を供給するための電力コンバータを有している。
12. 下記特徴を有する請求項１から１１の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    前記スイッチのコントロールは、前記電力入力の少なくとも一つで利用可能な電力、および／または、更なる電力出力で電動式車両から要求される電力などのような、更に外部パラメータに基づいて行われる。
13. 下記特徴を有する請求項１から１２の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、前記スイッチのコントロールは、外部の意思決定施設などのような、データ処理デバイスによる入力に基づいて実行される。
14. 下記特徴を有する請求項１から１３の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    車両のオンボード・チャージャーをコントロールするように、特に、車両との間のデータ通信接続を介して前記オンボード・チャージャーの充電電力をコントロールするように、構成されている。
15. 下記特徴を有する請求項１から１４の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    車両を前記出力に接続するためのコネクターを有し、このコネクターは交流電力伝送及び直流電力伝送の両方のために構成されている。
16. 下記特徴を有する請求項１から１５の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    交流および／または直流電力を交換するために使用されるコネクターのピンの少なくとも一部の上で、通信信号を電力交換の上に重複させることにより、データ通信が実行される。
17. 下記特徴を有する請求項１から１６の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    電力コネクターを有し、この電力コネクターは、
    − 車両が交流電力で充電されるときに、この電力コネクターの複数の電力接点を介して多相交流電力を交換するために、そして、
    − 車両を直流電力で充電するときに、この電力コネクターの少なくとも二つの接点を介して直流電力を交換するために、構成されている。
18. 下記特徴を有する請求項１７に記載のエネルギー交換ステイション、
    直流電力の交換は、接点の二つのセットを介して行われ、各セットは、交流電力交換のために使用される少なくとも一つの接点を有している。
19. 下記特徴を有する請求項１７または１８に記載のエネルギー交換ステイション、データ通信が、例えば、通信信号を電力信号の上に重複させることにより、交流電流および／または直流電力を交換するために使用されるピンの少なくとも一部の上で実行される。
20. 下記特徴を有する請求項１７から１９の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    前記電力コネクターは、少なくとも、データ伝送のための接続を有している。
21. 下記特徴を有する請求項１７から２０の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイション、
    前記電力コネクターは、車両がＡＣ充電のために構成されたときに短絡されるように構成された、データ伝送のための一対のコネクターを有している。
22. 請求項１から２１の何れか１項に記載のエネルギー交換ステイションを介して充電されるように構成された、電動式車両であって、
    − バッテリーと、
    − オンボード・チャージャーと、
    − 充電電力を受け取るための電力入力と、
    − 電力入力をバッテリーに直接に結合するための、または、オンボード・チャージャーを介してバッテリーに結合するための、スイッチと、
    − このスイッチをコントロールするためのコントローラと
    − 車両のための適切な充電プロトコルを交換ステイションに通信するための、データ通信手段と、
    を有していることを特徴とする電動式車両。
23. 下記特徴を有する請求項２２の記載の電動式車両、
    交流または直流の存在の決定が、当該車両とエネルギー交換ステイションのデータ通信手段を介して可能にされ、
    前記コントローラは、
    − 交流電力が前記電力供給に存在することが決定されたときに、前記電力入力を充電器に結合し、そして、
    − 直流電力が前記電力入力に存在することが決定されたときに、前記電力入力をバッテリー結合するように、構成されている。
24. 電動式車両のバッテリーを充電するための方法であって、
    − 電力出力に結合された車両が、交流電圧および／または直流電圧で充電されることが可能であるであるか否かについて決定し、
    − それに応じて、電力出力を交流電力入力または直流電力入力の何れかに切り替えること、
    を特徴とする方法。
25. 下記特徴を有する請求項２４の記載の方法、
    前記決定は、
    − オンボード・チャージャーの存在が決定されたときに、前記電力出力を前記交流電力入力に切り替えること、そして、
    − オンボード・チャージャーが無いことが決定されたときに、前記電力出力を前記直流電力入力に切り替えること、
    を有している。
26. 下記特徴を有する請求項２５の記載の方法、
    前記決定は、
    − バッテリーへの直接接続が利用可能であるときに、前記電力出力を前記直流電力入力に切り替えること、
    − バッテリーへの直接接続が行われることが可能でなく、且つオンボード・チャージャーが存在していることが決定されたときに、前記電力出力を前記交流電力入力に切り替えること、
    を有している。
27. 下記特徴を有する請求項２４から２６のいずれか１項に記載の方法、
    前記スイッチのコントロールは、外部の意思決定施設などのような、データ処理デバイスによる入力に基づいて実行される。

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