JP2017516441A - 電気自動車用両方向充電システム - Google Patents

Abstract

電気ネットワーク（１０２）に接続された両方向ターミナル（１０１）と、電気自動車（１０３）への接続のためのケーブルと、ターミナルからアクセス可能な制御パネル（１０４）、及び電気ネットワークの制御システム（１０７）への通信手段とを備え、自動車は両方向チャージャ（１０５）を含み、両方向チャージャは、ターミナルから自動車のバッテリ（１０６）へ、及びその逆の電気エネルギの伝達を可能にし、前述の自動車のユーザは、制御パネルのターミナルを通してバッテリ（１０６）の最小充電レベルを特定することができる、電気自動車用両方向充電システム。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車用両方向充電システムに関する。

通常、電気自動車（たとえば、バッテリ給電式及び「プラグイン」ハイブリッド車）は、再充電可能なバッテリによって給電されるデバイスを充電するのに使用される方式と同様の方式で充電される。換言すると、オペレータがターミナルのコネクタを、この目的のために設けられた自動車のソケットに接続する。自動車に設置されたチャージャは、すぐに自動車のバッテリの充電を開始する。このチャージャは一方向である、すなわち、負荷が自動車の方向になっている。自動車バッテリが充電される速度は通常、チャージャの電子機器によって課される電流の限界と、ターミナルの容量とに由来する。自動車のチャージャは、自動車バッテリの寿命を延ばすために、充電率を変更する明確なロジックまたは構成要素を含み得る。通常、充電率を制御するための追加の構成要素はなく、充電率は他の要素によって判定される。

さらに、再充電可能な電気自動車の文脈では、充電ターミナルに位置する両方向チャージャの使用が知られている。この場合、電気自動車はチャージャを含まず、自動車のバッテリは直接、外部の充電ターミナルに位置する両方向チャージャに接続される。

本発明の第１の目的は、電気ネットワークに接続される両方向ターミナルと、ターミナルに接続されるように適合された電気自動車と、ターミナルからアクセス可能な制御パネル、及び電気ネットワークの制御システムへの通信手段とを備え、上述の自動車は両方向チャージャを含み、上述の両方向チャージャは、ターミナルから自動車バッテリへ、及びその逆の電気エネルギの伝達を可能にし、上述の自動車のユーザは、ターミナルの制御パネルを介してバッテリの最小充電レベルを特定することができる、電気自動車用両方向充電システムを提供することである。

本発明の第２の目的は、電気ネットワークに接続された両方向ターミナルと、ターミナルに接続されるように適合された電気自動車と、電力臨界負荷への電力出力、及びターミナルからアクセス可能な制御パネルと、ターミナルから自動車バッテリへ、及びその逆の電力の伝達のための両方向チャージャとを備え、ユーザは、電気ネットワークの主電力が利用不可能である場合に、自動車のエネルギが電力臨界負荷に使用されることを許容するか拒絶することができる、電気自動車用両方向充電システムを提供することである。

本発明の第３の目的は、電気ネットワークに接続された両方向ターミナルと、ターミナルに接続されるように適合された電気自動車、及び電気ネットワークの制御システムとの通信手段とを備え、前述の自動車は両方向チャージャを含み、前述の両方向チャージャは、ターミナルから自動車バッテリへ、及びその逆の電気エネルギの伝達を可能にし、制御システムが、ネットワークの需要に応じて、自動車へ供給される、及び自動車から引き出される電力を変化させる、電気自動車用両方向充電システムを提供することである。

本発明の第４の目的は、中央モータ及び自動車制御システムを有する電気推進システムを備えた電気自動車であって、この自動車が両方向チャージャ及びＬｉＦｅＰｏ４バッテリを含む、電気自動車を提供することである。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、もっぱら以下の図面に関連する実施例として与えられる、可能性のある実施形態の以下の記載の観点からさらに明らかになる。

本発明の好ましい実施形態に係る、電気自動車用両方向充電システムを示す概略図である。 本発明の第２の好ましい実施形態に係る、電気自動車用両方向充電システムを示す概略図である。 本発明の第３の好ましい実施形態に係る、電気自動車用両方向充電システムを示す概略図である。 本発明の第４の好ましい実施形態に係る、電気自動車用両方向充電システムを示す概略図である。

図１を参照すると、電気ネットワーク１０２に接続された両方向ターミナル１０１を備えた電気自動車用両方向充電システムが示されている。電気自動車１０３は、ケーブルを介してターミナル１０１に接続されている。このシステムには、ターミナル１０１からアクセス可能である制御パネル１０４、及び電気ネットワークの制御システム１０７への通信手段が含まれている。この自動車は両方向チャージャ１０５を含み、この自動車は、チャージャを含まない、または一方向チャージャを含む既知の自動車とは異なっている。両方向チャージャ１０５により、ターミナル１０１から自動車のバッテリ１０６へ、及びその逆の電気エネルギの伝達が可能になる。自動車のユーザは、ターミナル１０１の制御パネル１０４を介して、バッテリ１０６の最小充電レベル（ＳＯＣ％すなわち「充電状態」）を特定することが可能である。

両方向チャージャ１０５により、電気自動車１０３と電気ネットワーク１０２との間の電気エネルギのやりとりが可能である。「自動車からグリッドへ（Ｖ２Ｇ）」のシステムの文脈では、電気自動車（ＥＶ）が自動的に電気ネットワーク１０２と通信して、余剰電力を販売するか、充電率を低減する。そのようなシステムは、たとえば需要がピークの時間の間の、電気ネットワーク１０２への付加的な電気供給源としての、電気自動車（ＥＶ）のバッテリに蓄積されたエネルギの使用を目標としている。

両方向チャージャ１０５はまた、電気自動車１０３のバッテリが停電時に家庭のメインサーキットに直接給電することを可能にする（一般に、「車両から家庭へ」またはＶ２Ｈと呼ばれる）。これにより、電気自動車（ＥＶ）のオーナが自動車バッテリに蓄積されたエネルギを、発電機によって達成されるのと同様に、オーナの家庭の一時的な電源として使用することが可能になる。

電気自動車１０３に組み込まれた両方向チャージャ１０５の主な利点は、特定のターミナルを必要とせずに、いつでも交流電源（ＡＣ）を有していることである。実際、両方向チャージャ１０５が自動車１０３に組み込まれている場合、両方向チャージャ１０５が自動車１０３の充電ソケットに電力を伝送するように、両方向チャージャ１０５と通信することのみを必要とする。この特徴は、独立したネットワークにおいてのみ可能になる。

２０１３年の７月から８月の間に実施された路上テストにより、夏期の条件において、９６ｋｍの自律性での電気自動車の複数の特性の評価が可能となった。以下の表１にテスト結果を示す。

したがって、ユーザは、たとえば、ターミナル１０１の制御パネル１０４を介してバッテリ１０６の最小充電レベル（ＳＯＣ％）を特定することができる。この充電レベルは、バッテリ１０６の最大充電量の０％から６０％の間とすることができる。最小充電レベル（ＳＯＣ％）は、上記表では開始時の充電レベルに対応し、車両が移動することが可能になり得る距離が減少する結果となるが、ユーザが電気ネットワーク１０２の管理者に、バッテリ１０６に蓄積されたエネルギを販売することを可能にする。

実際には、ユーザは、ユーザ自身の必要に応じて、所望のように最小充電レベルを調整することができる。最小充電レベルは臨界閾値とも呼ばれ、ユーザが自分の車に保持することを望むバッテリの充電量の％で示す割合である。たとえば、ユーザが、次の日の午後まで自分の車を使用しないことをわかっている場合、ユーザは閾値を１０％に設定することができ、次いで次の日の朝に、閾値を５０％に設定することができる。この理由は、ユーザが午後に出発する必要があり、ユーザのバッテリによって与えられる自律性の半分が必要となるためである。

充電モードでは、両方向チャージャ１０５は、交流電圧（ＡＣ）を直流電圧（ＤＣ）に変換する。Ｖ２Ｇ／Ｖ２Ｈモードでは、両方向チャージャ１０５は、直流電圧（ＤＣ）を交流電圧（ＡＣ）に変換する。両方向チャージャ１０５は、自動車１０３の下部の、パワートレインの近くに位置している。

上述のように、電気ネットワーク１０２は、特に消費がピークに達している間、電気ネットワークのコントローラ１０７を介して、ターミナル１０１に自動的にエネルギを要求することができる。ターミナル１０１は、ターミナル１０１が自動的に、充電を拒絶することの要求を受け入れるように、制御パネル１０４を通してプログラムすることができる。したがって、電気ネットワークのコントローラ１０７が、たとえば、ネットワークがエネルギ量の増大を必要としていると判定した場合、コントローラは充電を拒絶する要求のメッセージをターミナル１０１に送り、ターミナル１０１は自動的に自動車１０３のバッテリ１０６の充電を停止する。この構成により、自動車１０３のユーザが、電気ネットワーク１０２の管理者からの割引または払戻しを受け取ることが可能になる場合がある。

しかし、ユーザは、ターミナルの制御パネル１０４を介して、電気ネットワークの管理制御システム１０７によって制御される全体の再充電の制限をキャンセルすることができる。この選択肢により、ユーザは、充電を拒絶する要求がされた場合に、バッテリ１０６がターミナル１０１によって放電されていないことを確実にすることが可能であるが、それと引換えに、ユーザは、電気ネットワーク１０２の管理者から払戻しまたは割引を受けることはなくなる。

さらに、電気ネットワーク１０２が、電気ネットワークのコントローラ１０７を介してターミナル１０１にエネルギの要求をする場合、ユーザは、ターミナルの制御パネル１０４を介して電気ネットワークの制御システム１０７によって制御される、自動車から電気ネットワークへ（Ｖ２Ｇ：「自動車からグリッドへ」）のエネルギの伝達の要求をキャンセルすることができる。

好ましくは、ユーザは、自動車のバッテリの最小充電レベルを、ターミナルの制御パネル１０４を介して、スケジュールにおける時間の関数として調整することができる。

好ましくは、ユーザは、ターミナルの制御パネル１０４を介して、特定の時間における自動車のバッテリの充電レベルを課すことができる。

図２を参照すると、電気ネットワーク１０２に接続された両方向ターミナル１０１を備えた、電気自動車用両方向充電システムが示されている。電気自動車１０３は、ケーブルを介してターミナル１０１に接続されている。ターミナル１０１は、エネルギサーキット１０８の臨界負荷と、ターミナル１０１からアクセス可能な制御パネル１０４に給電するための電力出力を含んでいる。自動車は両方向チャージャ１０５を含み得るが、両方向チャージャ１０５は、ターミナル１０１に組み込むこともできる。両方向チャージャ１０５は、ターミナルから自動車１０３のバッテリ１０６へ、及びその逆の電気エネルギの伝達を可能にする。ユーザは、メイン電気ネットワーク１０２が利用可能ではない場合に、臨界負荷１０８に給電するのに自動車のエネルギを使用することを許容するか拒絶することができる。

したがって、上述のシステムは、しばしば様々な地区の分断（ｓｈｅｄｄｉｎｇ）につながる電気ネットワーク１０２の停電の際に極めて有用であり得る。この場合、ユーザが、臨界負荷１０８のみに給電するようにターミナル１０１をプログラムする場合、自動車１０３のバッテリ１０６が家庭の負荷の一部、たとえばキッチンをサポートすることができる。もちろん、家は、ビル、企業、施設、会社などとすることもできる。

Ｖ２Ｈ（「自動車から家庭へ」）のコンセプトにより、「プラグイン」ハイブリッド車と、再充電可能な電気自動車と、家庭または住居の電気システムとの間における充電の相互共有が可能になる。

好ましくは、ユーザは、ターミナル１０４の制御パネルを介してバッテリ１０６の最小充電レベルを特定することができる。

図３を参照すると、電気ネットワーク１０２に接続された両方向ターミナル１０１を備えた、電気自動車用両方向充電システムが示されている。電気自動車１０３は、ケーブルを介してターミナル１０１に接続されている。このシステムは、電気ネットワークの制御システム１０７への通信手段を含んでいる。この自動車は両方向チャージャ１０５を含んでいる。両方向チャージャ１０５により、ターミナル１０１から自動車バッテリ１０６へ、及びその逆の電気エネルギの伝達が可能になる。電気ネットワークの制御システム１０７は、イベントスケジュール１０９からターミナル１０１に送られるネットワークの需要に応じて、自動車へ供給される、及び自動車から引き出される電力を変化させる。

好ましくは、変化した電力は、能動的かつ／または受動的である。

図４を参照すると、中央モータ２０４及び自動車制御システム２０１を有する電気推進システムを備えた電気自動車が示されている。この自動車は、両方向チャージャ２０３と、ＬｉＦｅＰｏ４のバッテリ２０２とを含んでいる。

たとえば、パワーバッテリ２０２は、全体の公称電圧が３４６Ｖ、最大電力が１００ｋＷ、全エネルギが２０．７ｋＷｈである、ＬｉＦｅＰＯ４タイプの一連の１０８個のセルで構成することができる。セルは、アルミニウムのケーシングに収容されるとともに保護されている。バッテリ２０２は、自動車の前側に位置している。

パワーバッテリを電気自動車２０２に組み込むことの大きな問題は、電気自動車２０２の車軸上の質量分布を考慮しつつ、制限されたスペースの中に必要とされるバッテリ２０２及び他の構成要素の体積の配置である。燃焼エンジンの自動車と同様の操縦性を維持するために、適切な重量分布が重要である。

特許請求の範囲は、その範囲に関して、実施例に示した好ましい実施形態によって制限されるべきではなく、全体として本明細書に適合する幅広い実施が許容されるべきである。

Claims (12)

1. 電気ネットワーク（１０２）への接続のための両方向ターミナル（１０１）と、前記ターミナル（１０１）への接続のための電気自動車（１０３）と、前記ターミナル（１０１）からアクセス可能な制御パネル（１０４）、及び前記電気ネットワークの制御システム（１０７）への通信手段とを備え、前記自動車は両方向チャージャ（１０５）を含み、前記両方向チャージャ（１０５）は、前記ターミナル（１０１）から前記自動車（１０３）のパワーバッテリ（１０６）へ、及びその逆の電気エネルギの伝達を可能にし、前記自動車（１０３）のユーザは、前記ターミナル（１０１）の前記制御パネル（１０４）を通して前記バッテリ（１０６）の最小充電レベル（ＳＯＣ％）を特定することができる、電気自動車用両方向充電システム。
2. 前記バッテリ（１０６）の前記充電レベル（ＳＯＣ％）は、前記バッテリ（１０６）の最大充電量の０％から６０％の間である、請求項１に記載の両方向充電システム。
3. 前記ユーザは、前記ターミナル（１０１）の前記制御パネル（１０４）を介して、前記電気ネットワークの前記制御システム（１０７）によって制御される全体的な充電の制限をキャンセルすることができる、請求項１に記載の両方向充電システム。
4. 前記ユーザは、前記ターミナル（１０１）の前記パネル制御（１０４）を介して、前記電気ネットワークの前記制御システム（１０７）によって制御される前記電気ネットワークへの自動車のエネルギの伝達（Ｖ２Ｇ）の要求をキャンセルすることができる、請求項１に記載の両方向充電システム。
5. 前記ユーザは、前記ターミナル（１０１）の前記制御パネル（１０４）を介して、前記自動車（１０３）の前記バッテリ（１０６）の前記最小充電レベルを、スケジュールにおける時間の関数として調整することができる、請求項１に記載の両方向充電システム。
6. 前記ユーザは、前記ターミナル（１０１）の前記制御パネル（１０４）を通して、特定の時間における前記自動車の前記バッテリ（１０６）の充電レベル（％ＳＯＣ）を課すことができる、請求項１に記載の両方向充電システム。
7. 両方向充電システムであって、電気ネットワーク（１０２）に接続された両方向ターミナル（１０１）と、前記ターミナル（１０１）への接続のための電気自動車（１０３）と、電力臨界負荷への電力出力、及び前記ターミナル（１０１）からアクセス可能な制御パネル（１０４）と、前記ターミナル（１０１）から前記自動車のバッテリ（１０６）へ、及びその逆の電気エネルギの伝達のための両方向チャージャとを備え、ユーザは、前記電気ネットワークの主電力が利用不可能である場合に、前記自動車のエネルギが電力臨界負荷に使用されることを許容するか拒絶することができる、電気自動車用両方向充電システム。
8. 前記自動車が両方向チャージャ（１０５）を含む、請求項７に記載の両方向充電システム。
9. 前記ユーザは、前記制御パネル（１０４）の前記ターミナルを通して、前記バッテリ（１０６）の最小充電レベルを特定することができる、請求項７に記載の両方向充電システム。
10. 電気ネットワーク（１０２）に接続された両方向ターミナル（１０１）と、前記ターミナル（１０１）への接続のための電気自動車（１０３）、及び前記電気ネットワークの制御システム（１０７）への通信手段とを備え、前記自動車は両方向チャージャ（１０５）を組み込み、前記両方向チャージャは、前記ターミナル（１０１）から自動車バッテリ（１０６）へ、及びその逆の電気エネルギの伝達を可能にし、前記電気ネットワークの前記制御システム（１０７）は、イベントカレンダ（１０９）から前記ターミナル（１０１）に送られた前記ネットワークの需要に応じて、前記自動車へ供給される、及び前記自動車から引き出される電力を変化させる、電気自動車用両方向充電システム。
11. 前記変化した電力は、能動的かつ／または受動的である、請求項１０に記載の両方向充電システム。
12. 中央モータ（２０４）及び自動車制御システム（２０１）を有する電気推進システムを備えた電気自動車であって、前記自動車が両方向チャージャ（２０３）及びＬｉＦｅＰｏ４バッテリ（２０２）を含む、前記電気自動車。