JP2022521645A - 電動車両給電機器及び電動車両間の基本インターフェース上のイーサネット - Google Patents

電動車両給電機器及び電動車両間の基本インターフェース上のイーサネット Download PDF

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Abstract

Figure 2022521645000001
本発明は、電動車両給電機器(106)と電動車両(102)との間の通信インターフェースに関し、本通信インターフェースは、電動車両給電機器(106)のコントローラ(501)に接続するための第1の接続部(123)と、電動車両(102)のコントローラ(500)に接続するための第2の接続部(125)と、電動車両給電機器(106)のコントローラ(501)と電動車両(102)のコントローラ(500)との間の通信のために第1及び第2の接続部(123、125)を結合するイーサネットインターフェース(200)と、を備える。
【選択図】図2

Description

本開示は、概して、電動車両用の給電機器に関し、より具体的には、限定はしないが、電動車両給電機器と電動車両との間の基本インターフェース上のイーサネット(登録商標)に関する。
AC(交流)及びDC(直流)充電において、基本インターフェース又はシグナリングが、電動車両(EV)と電動車両給電ステーション(EVSE)との間の通信のために使用される。そのような基本シグナリングは、充電条件、充電セッションの状態、車両の存在等を示す信号を含む。これらの基本シグナリングに加えて、高レベル通信(HLC)信号がEVとEVSEとの間にある。通信は、CHAdeMO、GB/T、及びCCS用のIEC61851-23に基づく。各システムによって使用されるHLCプラットフォームは、コンバインド・チャージング・システム(CCS)用の電力線通信(PLC)、CHAdeMO及びGB/T用のコントローラエリアネットワーク(CAN)バスである。
現在のHLCプロトコルは、プラグのタイプごとに異なる。HLCは、充電セッションの状態、安全性、及び条件を制御するVehicle-to-Grid(V2G)メッセージを送信するために使用される。PLCは、EVとEVSEとの間の通信を中断する可能性がある電磁干渉、減衰、及び他の問題に対して脆弱であり、10mのケーブル長に制限される。CANは、主に自動車システムで使用するロバストな通信プロトコルであるが、40mのバス長に制限される。
しかしながら、これらの通信システムは、減衰、電磁干渉、及び/又は短い接続長の要件を受ける。したがって、本明細書で開示されるデバイス、装置、方法、システム、及び技法が対象とする技術の分野における更なる貢献が依然として必要である。
したがって、本発明の目的は、電動車両と電動車両給電機器との間の通信の改善を提供することである。
本発明の目的は、独立請求項に記載の特徴によって解消される。好ましい実装形態が従属請求項に詳述される。
したがって、本目的は、電動車両給電機器(EVSE)と電動車両(EV)との間の通信インターフェースによって解消され、本通信インターフェースは、
電動車両給電機器のコントローラに接続するための第1の接続部と、
電動車両のコントローラに接続するための第2の接続部と、
電動車両給電機器のコントローラと電動車両のコントローラとの間の通信のために第1及び第2の接続部を結合するイーサネットインターフェースと、を備える。
したがって、本発明の重要な点は、特に、EVとEVSEとの間の高レベル通信(HLC)のためにイーサネット通信を使用し、それにより、通常プラグのタイプごとに異なる、異なるHLCプロトコルを回避することである。HLCは、好ましくは、充電セッションの負荷バランシングなどの状態、安全性、及び条件を制御するVehicle-to-Grid(V2G)メッセージを送信するために使用される。したがって、より複雑な情報を伝送するために、電力線通信すなわちPLCとしても知られているCP接点を介して高周波信号を変調する代わりに、イーサネットが、好ましくは規格DIN SPEC70121及びISO/IEC15118シリーズと同様に、そのような通信のために使用される。このようにして、提案された通信インターフェースにより、EVSEとEVとの間の通信が電磁干渉(EMI)又は電磁適合性(EMC)の問題、及び/又は異なる充電器間若しくは充電器内の複数のアウトレット間のクロストークによって劣化するリスクなしに、10メートルをはるかに超える長さの充電ケーブルを充電のために使用できることが可能となる。充電トラック、バス、船、列車、及び/又は飛行機などの充電適用を、提案された解決法を用いて容易に実現することができる。イーサネットは、ロバストであり長距離に好適であることが知られており、したがって、EVSEとEVとの間の信頼できる通信を保証する。
イーサネットインターフェースは、好ましくは、規格IEEE802.3にしたがって提供され、それにより、1000BASE-T1又は100BASE-T1規格による通信を可能とする。1000BASE-T1は、好ましくは802.3bp-2016規格によるものであり、最大40メートルの充電ケーブル長の距離にわたって、ツイストペアケーブルの単一ペアを介して1000Mbpsの通信を可能にする。100BASE-T1は、好ましくは802.3bw-2015(CL96)規格によるものであり、特にコントローラ間で、最大15メートルの充電ケーブル長の距離にわたって、ツイストペアケーブルの単一ペアを介して100Mbpsの通信を可能にする。両規格は、電動車両の充電など、自動車用途、IoT用途、又はM2M用途のために指定されている。単一のツイストペアケーブルのみ必要とする計画されている規格が、802.3cg-2019規格による10BASE-T1S及び10BASE-T1Lであり、それぞれ15メートル又は1000メートルの最大距離にわたって10Mbpsを可能にする。それに加えて、4本のツイストペアケーブルのうち2本を必要とする他の規格を、ツイストペアを介したイーサネットのために使用することができ、例えば、100BASE-TX、1000BASE-T1、2.5GBASE-T、5GBASE-T、又は10GBASE-Tは、それぞれ15メートル又は100メートルの最大充電ケーブル長を有する。
電動車両給電機器及び/又は電動車両のコントローラは、好ましくは、マイクロコントローラなどのチップとして、及び/又は電気回路とインターフェースし、及び/又は電動車両給電機器並びに/若しくは電動車両の動作を管理するスタンドアロンデバイスとして提供される。電動車両給電機器(EVSE)は、電動車両(EV)、充電ステーション、電気再充電ポイント、充電ポイント、チャージポイント、充電ポスト、又は電子充電ステーション(ECS)とも呼ばれる。EVSEは、電気自動車、近隣電動車両、及びプラグインハイブリッドを含む電動車両の再充電のための電気エネルギーを、充電ケーブル及び充電コネクタを介してEVに供給するインフラストラクチャにおける要素である。EVSEは通常、米国及び欧州連合(EU)の両方における電動車両の充電のためのIEC61851-23及びSAE J1772規格にしたがう、いわゆるコンバインド・チャージング・システム(CCS)プロトコルなどの電動車両急速充電のための規格に準拠している。コンバインド・チャージング・システム(CCS)プロトコルは、SAE J1772規格(IECタイプ1)又はIECタイプ2のコネクタに由来する充電コネクタを介して高電圧直流を送達して電動車両を充電するための急速充電方法である。CCSをサポートする自動車製造業者には、Jaguar、Volkswagen、General Motors、BMW、Daimler、Ford、FCA、Tesla、及びHyundaiが含まれる。CCS規格は、いわゆるCharINコンソーシアムによって管理されている。これに加えて、例えば、CHArge de Moveの略語であるCHAdeMO、又は特に20234.3-2011規格にしたがうGB/Tなど、他のプロトコルがある。提案された解決法を、有利なことに、500A、600A、又は3000Aなど若しくはそれを超える更に高い充電電流、1000V、1500V、又は3000Vなど若しくはそれよりも高い電圧で、及び/又はより高い電流を必要とする未だ定義されていない新しい規格と組み合わせて、使用することができる。
EVSEは、電気エネルギーを受け取るためのAC(交流)グリッドに接続された変換器、好ましくは変圧器を備え得、電気エネルギーは、DC(直流)バスを介してEVSEに接続された電動車両のバッテリを充電するために、DCに変圧及び/又は変換される。電動車両は、自動車、バス、バン、トラック、トラクタ、又は他の任意の電動の車両として提供することができる。EVSEは、充電コネクタを介して電動車両に接続するために、DCバスに接続されたアウトレットポートを備え得、それに充電ケーブルが接続される。充電ケーブル及び/又は充電コネクタは、好ましくは、例えばCHAdeMO、CCS、GB、Tesla等のような関連する充電規格であり、及び/又は上述の規格にしたがって提供される。EVSEは、例えば、各々が異なる充電規格にしたがうそれぞれの充電コネクタを有する複数の充電ケーブルを備え得る。
好ましい実装形態によれば、イーサネットインターフェースは、少なくとも1つの重畳された低レベルシグナリングと組み合わせて、より高レベルのイーサネットシグナリングを提供するように構成される。より高いレベルのシグナリングは、充電セッションの状態、安全性、及び条件を制御するVehicle-to-Grid(V2G)メッセージを備え得る。より高レベル又は高レベルの通信又はシグナリングは、例示的にIEC61851-23を基準とすることによって、定電流充電における要求電流、定電圧充電における要求電圧、エラーメッセージ、DC EVSEからEVにデジタル通信を通して提供された電圧及び電流の測定値、通信及び充電プロセスの初期化段階で交換される情報でチェックされるEVとDC EVSEの適合性、DC EVSEによって変えられ、デジタル通信を介してEVに送信される利用可能な電流、及び/又は熱交換デバイス又は熱輸送デバイスの故障、例えば、冷却ポンプの故障、冷却ホースの閉塞の場合、DC EVSEによる停止動作、又は利用可能な電流の、熱交換及び/又は熱輸送を伴わない動作のための値への低減(そのような値がケーブルアセンブリ製造元によって与えられている場合)などの信号、並びにEVSEによるデジタル通信を介したEVへの送信を備え得る。低レベルシグナリングは、IEC61851-1 ed3.0を部分的に基準とすることによって、保護導体の連続導通チェック、EVがEVSEに適切に接続されていることの確認、EVへの電源の通電、EVへの電源の非通電、ラッチ/ロックが誤動作し、充電中に充電コネクタが切断した場合の安全対策として充電を迅速に停止することができるインターロック、最大許容電流、嵌合の検出、スリープモードの表示、スリープモードからの起動、電力を送達するのに安全であることの表示、緊急停止、EVSEがエネルギーを供給する準備ができていることの表示、EVSEが切替えデバイスを閉じる準備ができていないことの表示、及び/又はEVSEが充電のために利用可能でなく、例えばメンテナンスが必要であることの表示などの信号を備え得る。一般に、低レベルシグナリングは、電圧、電流、固定又は可変のインピーダンスを有するソース、デューティサイクル、異なる負荷、負荷の非対称性等であり得る。低レベルシグナリングは、EVSE、EV、それらの間のアダプタ、V2L(vehicle to load)、放電ステーション、V2H(vehicle to home)、充電/放電ステーション、V2G(vehicle to grid)、充電/放電ステーション等に、その他方側から補助電力を供給するために使用することができる。
別の好ましい実装形態では、イーサネットインターフェースは、第1及び第2の接続部に接続された少なくとも1つのツイストペアを含み、ツイストペアは、電動車両給電機器及び電動車両のコントローラ間のイーサネット通信及び重畳された基本シグナリングを提供する。ツイストペアケーブルは、電磁適合性を向上させることを目的に、単一回路の2つの導体を撚り合わせた配線のタイプである。単一導体又は非ツイスト平衡ペアと比較して、ツイストペアは、ペアからの電磁放射及び隣接するペア間のクロストークを低減し、外部電磁干渉の除去を改善する。本出願では、ツイストペアという用語は、ワイヤをその全長にわたって強制的に撚り合わせている必要がない、又は全く撚り合わせていなくてよいように広く解釈されるべきである。更に好ましい実装形態によれば、イーサネットインターフェースは、1本、2本、又は4本のツイストペアケーブルを備える。先に概説したように、単一のツイストペアケーブルの場合、1000BASE-T1又は100BASE-T1規格を使用することができる。100BASE-TXは2本のツイストペアケーブルを必要とするが、1000BASE-T1、2.5GBASE-T、5GBASE-T、及び10GBASE-Tの各々は、4本のツイストペアケーブルを必要とし、後者の規格は、2,500Mbps、5,000Mbps、又は10,000Mbpsのデータ伝送速度を可能にする。
好ましい実装形態によれば、基本シグナリングは、制御パイロット及び近接パイロットのうちの1つ又は複数を備える。制御パイロット及び/又は近接パイロットは、好ましくは、SAE J1772及び/又はIEC61851規格によってシグナリングされる。別の好ましい実装形態では、イーサネットインターフェースは、保護接地基準、機能接地基準、基準接地、又は非接地基準のうちの1つである、基本シグナリングのためのPE接点を含む。代替的に、基本シグナリングは差動電圧によって行うことができ、これは、信号を維持するために高いEMI条件にある配線に有利である。
好ましい実装形態によれば、通信インターフェースは、基本シグナリング通信をイーサネット通信と組み合わせるために、第1及び第2の接続部に第1及び第2の変圧器を備える。変圧器は、好ましくは、絶縁バリアとして提供される。イーサネット通信は絶縁バリアを必要とし、好ましくは高周波変圧器が一般に使用される。そのような変圧器は、パワー・オーバー・イーサネット(PoE)接続と類似して、イーサネット通信を基本信号に重ねるためにセンタータップの使用を可能にする。イーサネットインターフェースは、好ましくは、パワー・オーバー・イーサネット(PoE)として提供され、それにより、電動車両給電機器のコントローラが電動車両のコントローラに電力供給すること、又はその逆を可能にする。更に好ましい実装形態では、イーサネットインターフェースは、電動車両給電機器と電動車両との間にアダプタを備える。別の好ましい実装形態では、イーサネットインターフェースは、特に100BASE-T1及び1000Base-T1規格を基準として、PoDL(Power over Data Lines)として提供される。
別の好ましい実装形態では、第1及び第2の接続部の各々はPHYチップを含む。「物理層」の略語であるPHYは、OSIモデルの物理層機能を実装するための、通常チップとして実装される電子回路である。PHYチップは、多くの場合、媒体アクセス制御の頭字語であるMACと呼ばれるリンク層デバイスを、光ファイバ又は銅ケーブルなどの物理媒体に接続する。PHYデバイスは、典型的には、物理コーディングサブレイヤ(PCS)及び物理媒体依存(PMD)層機能の両方を含む。イーサネットPHYは、例えば1000BASE-T、100BASE-TX、及び10BASE-T規格のイーサネット物理層部分を実装するために、OSIネットワークモデルの物理層で動作する構成要素である。より具体的には、イーサネットPHYは、好ましくはイーサネットフレームのハードウェア送受信機能を実装するチップであり、それにより、イーサネットの回線変調のアナログ領域とリンク層パケットシグナリングのデジタル領域との間をインターフェースする。イーサネットPHYの例には、MicrosemiのSimpliPHY及びSynchroPHY VSC82xx/84xx/85xx/86xxファミリ、MarvellのAlaska 88E1310/88E1310S/88E1318/88E1318Sギガビットイーサネットトランシーバ、及びIntel並びにICSからの更なるチップが含まれる。好ましくは、PHYチップは、いわゆるグリーンPHYモデムとして提供される。
好ましい実装形態によれば、コードが第1の接続部と第2の接続部との間に延在し、コントローラ間のイーサネット通信とともに、電動車両給電機器から電動車両への充電を提供する。コードは、好ましくは、EVのアウトレット又はインレットに接続するための少なくとも1つのコネクタを有する充電ケーブルとして提供される。
別の好ましい実装形態では、イーサネット通信は、少なくとも2つのツイストペアによって送信される高レベル通信と、ツイストペア上に重畳される基本シグナリングとを含む。例えば、CHAdeMOパイロットでは、CP、CP2、CP3、及びCSを2つのペアとして使用することができ、CCSでは、1つのペアをCP及びPPラインで実現することができる。CP及びPPは、物理的に2つのペアで実現することができるが、1つ又はいくつかの形態の低レベルシグナリングを使用する単一のペアを使用してCP’及びPP’機能を実現することも可能である。
本目的は更に、
電動車両に電力を供給するための電動車両給電機器と、
イーサネットインターフェースを組み込んでおり、電動車両給電機器における第1の接続部と、電動車両の嵌合するインレットに接続するように構成されたコネクタにおける第2の接続部との間に延在して、第1の接続部と第2の接続部との間でイーサネット通信信号を送信する充電コードと、を備えるシステムによって解消される。
好ましい実装形態では、本システムは、電動車両給電機器にコントローラを備え、イーサネットインターフェースは、第2の接続部に接続されたときにコントローラと電動車両との間でイーサネット通信信号及び基本又は低レベル通信信号を送信する。
本目的は、電動車両に電力を供給するための方法によってより更に解消され、本方法は、
電動車両給電機器のコネクタを電動車両のインレットに差し込むことと、ここにおいて、充電コードが、電動車両給電機器へのコネクタと電動車両のインレットとの間にイーサネットインターフェースを含み、
コネクタを介して電動車両給電機器から電動車両に電力を供給することと、
電力を供給しながら、イーサネットインターフェースを介して電動車両のコントローラと電動車両給電機器のコントローラとの間の通信を送信することと、を備える。
充電コネクタとも呼ばれるコネクタは、好ましくは、充電ケーブルとも呼ばれる充電コードに取り付けられる。したがって、コネクタを電動車両のインレットに差し込むことによって、電動車両に配電されるだけでなく、イーサネット接続が、通信を送信するために電動車両のコントローラと電動車両給電機器のコントローラとの間に確立される。
本方法の好ましい実装形態では、通信を送信することは、電動車両から電動車両給電機器へのイーサネット通信及び基本又は低レベルシグナリングのために第1の差動ペアを使用することと、電動車両給電機器から電動車両へのイーサネット通信及び基本シグナリングのために第2の差動ペアを使用することとを含む。
本方法の別の好ましい実装形態では、第1の差動ペアは、2つの接点を含み、制御パイロットに接続され、保護接地を基準としており、第2の差動ペアは、2つの接点を含み、近接パイロットに接続され、保護接地を基準としている。本方法の別の好ましい実装形態では、2つの接点を含み、低レベルシグナリングに接続され、保護接地(PE)を基準とする1つのみの差動ペアが存在する。低レベルシグナリングは、好ましくは、CP及び/又はPP機能、及び/又は前述したような他の低レベルシグナリング並びに/若しくはこれらの機能のサブセットを実行する。
本システム及び方法の更なる実施形態及び利点が、前述したインターフェースから当業者には明らかである。本開示の例示的な実施形態は、EVSEと電動車両との間の基本インターフェース上のイーサネットのためのデバイス、装置、方法、システム、及び技法を含む。本開示の更なる実施形態、形態、目的、特徴、利点、態様、及び利益が、以下の説明及び図面から明らかとなる。
本発明のこれらの態様及び他の態様が、以下に記載の実装形態から明らかとなり、それら実装形態を参照して明らかにされる。
例示的な電動車両充電システムの概略図である。 図1の電動車両充電システムのための例示的なイーサネット接続の概略図である。 図1の電動車両充電システムのための更なる例示的なイーサネット接続の概略図である。 図1の電動車両充電システムと共に使用するための例示的なコントローラ装置の概略図である。
本開示の概念は、様々な修正形態及び代替形態が可能であるが、それらの特定の実施形態について、図面に例として示し、本明細書で詳細に説明する。しかしながら、本開示の概念を開示された特定の形態に限定する意図はなく、その反対に、本開示及び添付の特許請求の範囲と矛盾しないすべての修正形態、均等物、及び代替形態を網羅することが意図であることを理解されたい。
本明細書における「1つの実施形態」、「一実施形態」、「例示的な実施形態」等への言及は、記載の実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を含み得ることを示すが、すべての実施形態がその特定の特徴、構造、又は特性を含む場合もあるし、又は必ずしも含まない場合もある。更に、そのような語句は必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性について一実施形態と関連して説明するとき、明示的に説明しているか否かにかかわらず、そのような特徴、構造、又は特性を他の実施形態と関連して達成することは当業者の知識の範囲内であるものとする。更に、「A、B、及びCの少なくとも1つ」の形態のリストに含まれる項目は、(A)、(B)、(C)、(A及びB)、(A及びC)、(B及びC)、又は(A、B、及びC)を意味してよいことを理解されたい。同様に、「A、B、又はCの少なくとも1つ」の形態でリストにされた項目は、(A)、(B)、(C)、(A及びB)、(A及びC)、(B及びC)、又は(A、B、及びC)を意味することができる。
図面では、いくつかの構造的又は方法的特徴について、特定の配置及び/又は順序で示し得る。しかしながら、そのような特定の配置及び/又は順序が必要でない場合があることを理解されたい。むしろ、いくつかの実施形態では、そのような特徴は、例示的な図に示すものとは異なる様式及び/又は順序で配置されてもよい。更に、特定の図において構造的又は方法的特徴を含むことは、そのような特徴が、すべての実施形態において必要であることを暗示することを意味するものではなく、いくつかの実施形態では、含まれないこともあり、又は他の特徴と組み合わせることもある。
本開示は、コネクタを介して電動車両給電機器によって送達される、電力グリッド又は他の供給源からの電力で電動車両を充電するためのデバイス、装置、方法、システム、及び技法に関する。ここで図1を参照すると、例示的な電動車両充電システム100が、例えば、バッテリ又は他の好適なエネルギー貯蔵デバイスなどの再充電可能エネルギー貯蔵デバイス104を含む電動車両102を充電するように構成されている。例示的な実施形態では、電動車両102は、例えば、電気モータ、駆動ユニット、又は推進システムによって駆動される車両など、電力によって部分的又は完全に動力を得る任意の車両として具現化され、又はそうでない場合それを含む。別の例では、例示的な電動車両102は、1つ又は複数の電動モータ、駆動ユニット、又は推進システムに加えて、非電動駆動ユニット、例えば内燃機関を含むハイブリッド電動車両として具現化されてもよいし、又はそうでない場合それを含んでもよい。車両という用語は、充電が必要なバッテリ又は他のエネルギー貯蔵デバイスが設けられている限りにおいて、トラック、自動車、バス、建設機器、ボート、飛行機、ホバークラフト等を含むように広く解釈されるべきである。
例示的なシステム100は、電力グリッド又は他の好適な電力源から電力を受け取る電動車両給電機器(EVSE)106を含む。EVSE106は、交流(AC)電力を直流(DC)電力に変換するように構成された変換器を含む充電器108を含む。AC充電器である充電器108も企図される。充電器108は、車両102から離れて配置されてもよいし、又は車両102上に設けられ、例えば、搭載されてもよいことを理解されたい。いずれの場合も、車両102は、第1の接続部123においてシステム100の第1のコネクタ120と嵌合するように構成されたインレット又はソケット110を含み、それによって、電力源からの電力がEVSE106を通してバッテリ104を充電するために使用され得る。コネクタ120は、インレット110に差し込まれるように構成されているが、コネクタ120は、別の好適な様式でインレット110と嵌合してもよいことを理解されたい。コネクタ120は、例示的に、コード114又は他の好適な接続配置によってEVSE106と結合される。コード114は、第1の接続部とは反対側のコード114の端部にある第2の接続部125において第2のコネクタ121を用いてEVSE106に結合される。第2のコネクタ121は、コネクタ120と同じである必要はなく、永久型接続とすることができる。
例示的なEVSE106は、給電機器、車両充電器、充電機器、充電ステーション、充電器等として特徴付けられることもあり、又はそのように呼ばれることもあることを理解されたい。更に、EVSE106は、多くの構成のうちのいずれか1つで提供され得ることを理解されたい。例えば、EVSE106は、車両を駐車するガレージ若しくは建物内の壁付け型充電器として、屋外及び/又は縁石脇の場所の台若しくは売店に、1つ又は複数の携帯型充電デバイスとともに、又は他の場所に設けられ得る。
図2に示すように、コード114は、充電ケーブルと、第1の接続部123及び第2の接続部125を接続してEVコントローラ500及びEVSEコントローラ501間で高レベル通信(HLC)信号を送信するイーサネットインターフェース200とを含む。イーサネットインターフェース200は、イーサネット通信のためのツイストペアTP1、TP2を含む。HLC信号は、TP1及びTP2を介して、例えば、IEEE802.3にしたがうイーサネット通信プロトコル又は他の同様のプロトコルによって送信され得る。したがって、CANバス又はPLC通信を用いるために必要な追加の配線が、イーサネットインターフェース200では必要ない。HLC信号は、例えば、充電セッションの状態、安全性、及び条件を制御するvehicle to-gridメッセージを含むことができる。イーサネットインターフェース200はまた、充電条件、充電セッションの状態、車両の存在、接続の存在、安全条件等を示すものなど、基本又は低レベルのシグナリングを送信するためにTP1及びTP2上に重畳される基本シグナリング通信も含む。そのような基本又は低レベル信号の例には、とりわけ、制御パイロット(CP)、位置パイロット(PP)、CP、CP2、CP3、及びCA信号が含まれる。
例えば、イーサネットインターフェース200は、J1772規格、CHAdeMO規格、SAEのコンボCCS規格、TeslaのHPWC若しくはスーパーチャージャ規格、又は当業者であれば想到する他の構成若しくは規格のうちの1つ又は複数の態様を含むように構成されたコード、ケーブル、ケーブル接続、及び/又は導体と接続して提供され得る。イーサネットインターフェース200は、本開示による信号送信経路及び構造を提供するために、利用可能な特定のそのような構成又は規格の既存の接続、ケーブル、及び導体を介して、又はそれらの拡張又は追加によって、少なくとも部分的に実現され得ることが更に企図される。イーサネットインターフェース200は、ワイヤの1つ又は複数のツイストペアTP1、TP2、及び電磁干渉に耐えることが可能な信号極性を含むことができる。異なる数のペアを使用して、データレート、異なる機能を有する通信等を増加させることができる。
第1の接続部123は、車両コントローラ500に関連付けられた第1のPHYチップ202と、第1の絶縁バリア204とを含む。第2の接続部125は、EVSEコントローラ501に関連付けられた第2のPHYチップ206と、第2の絶縁バリア208とを含む。絶縁バリアは、典型的にイーサネットで用いられる高周波変圧器を含み得る。PHYチップ202は、別個のチップであってもよいし、又は別のコントローラ、プロセッサ、若しくは他の集積回路に埋め込まれていても組み込まれていてもよい。イーサネットインターフェース200の端部の各々は、絶縁バリア204、208における変圧器とそれぞれの基本信号接点210、212それぞれとのセンタータップ接続を含むことができ、ここで基本シグナリングがイーサネット通信上に重畳される。基本信号接点210、212は、IEC61851-23に記載されているシステムに見出すことができる、制御ピン、近接ピン等を含むことができる。
1つの実施形態では、基本シグナリングインターフェースは、イーサネットインターフェース200の差動ツイストペアTP1、TP2上に重畳され、それにより、例えばPEと共に、イーサネット通信及び基本シグナリングの両方のためのポイントツーポイント通信を実施するために4つの接点のみが必要な配置を有する。例えば、EV102とEVSE106との間の接続は、
- 充電電力伝送のためのDC+/-接続、
- 安全性のため、及び基本シグナリングのための基準としての保護接地(PE)接続、
- EVからEVSEへのイーサネット通信+基本シグナリングのための、1つの差動ツイストペア、2つの接点:PEを基準とする制御パイロット(CP)、
- EVSEからEVへのイーサネット通信+基本シグナリングのための、1つの差動ツイストペア、2つの接点:PEを基準とする近接パイロット(PP)、を含み得る。
コネクタ120における接点の物理的な実装形態は、わずか4つのピン、又はイーサネットインターフェースにおいて一般に使用されるRJ45、又は他の任意の接点配置であり得るが、車両コネクタ/車両ソケット120/110の一部である。イーサネットインターフェース200は、EV102上の単一のソケット又はインレット110に差し込む単一のコネクタ120を有する、コード114などの単一のケーブルである。追加の基本シグナリングを、CHAdeMO/システムA基本シグナリング要件及びGB/システムB基本シグナリング要件などのための追加のワイヤ又はツイストペア(単数又は複数)を用いて適応させることができる。別の実施形態では、イーサネット及び基本信号配線は、充電コネクタ120の内部で互いに隣り合って設けられる。
例えば、2つのツイストペア、4つの接点を含むイーサネットインターフェース200の実装形態を利用して、CHAdeMO又はシステムAタイプ規格による重畳されたイーサネットと低レベルシグナリングを提供することができ、これは、低レベル信号CP、CP2、CP3、及びCAを含む。代替的に、単一のツイストペア、2つの接点を利用して、規格のイーサネット及び低レベルシグナリングの一部と、他の導体及び対応する接点を介して提供される追加の低レベルシグナリングを提供することができる。SAEのコンボCCS規格又はシステムC規格では、各ペアが基本インターフェース機能を実施することができる。例えば、制御パイロット(CP)は1つのイーサネットペアであり得、近接パイロット(PP)は別のインターネットペアであり得、保護接地(PE)基準はグランド基準としての役割をし得る。PE基準、又は機能接地、基準接地、又は非接地基準の接続214が、特定の実施形態では、基本インターフェースのための基準として提供され得る。差動電圧も、基本シグナリングのために用いることができ、これは、高い電磁干渉条件にある配線により適切であり得る。
イーサネットインターフェース200を介した通信は、電動車両充電システム100の動作中に確立され得る。通信システム200では、図3を参照して以下で詳細に説明するEVコントローラ500及びEVSEコントローラ501が、例えばEVSE106及び車両102など、システム100の複数の構成要素に通信可能に結合される。更に、コントローラ500及びコントローラ501は、イーサネットケーブル200を介して互いに通信可能に結合される。
図3は、図1のEVSE106のための更なる例示的なイーサネット接続の、回路図としての概略図であり、イーサネットインターフェース200との通信のために単一のシールド付きツイストペアケーブルTP1を備える。
次に図4を参照すると、例示的なコントローラ500、501は、システム100の使用時にEVSE106を通した車両102への電力供給を制御するように構成されたデバイス又はデバイスの集合として具現化され得、又はそうでない場合それを含み得る。例示的な実施形態では、コントローラ500、501は、処理デバイス又はプロセッサ502、プロセッサ502に通信可能に結合されたメモリ508、及びプロセッサ502に通信可能に結合された入力/出力デバイス510を含む。更に、例示的な実施形態では、コントローラ500は、1つ又は複数の外部デバイス520に通信可能に結合される。1つ又は複数の外部デバイス520は、例えば、EVSE106/充電器108及び/又は車両102に含まれる制御デバイスとして具現化され得、又はそうでない場合それを含み得る。
プロセッサ502は、コンピュータ機能などの様々なタスクを実行し、及び/又はシステム100の機能を制御することが可能な任意のタイプのプロセッサ、コントローラ、又は他の計算回路として具現化され得、又はそれを含み得る。例えば、プロセッサ502は、シングル又はマルチコアプロセッサ(単数又は複数)、マイクロコントローラ、又は他のプロセッサ若しくは処理/制御回路として具現化され得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ502は、本明細書に記載の機能の実行を容易にするために、FPGA、特定用途向け集積回路(ASIC)、再構成可能ハードウェア若しくはハードウェア回路、又は他の専用ハードウェアとして具現化され得、それを含み得、又はそれに結合され得る。加えて、いくつかの実施形態では、プロセッサ502は、イーサネットスイッチ、高電力プロセッサ、アクセラレータコプロセッサ、又はストレージコントローラとして具現化され得、又はそうでない場合それを含み得る。更にいくつかの実施形態では、プロセッサ502は、2つ以上のプロセッサ、コントローラ、又は計算回路を含み得る。
例示的な実施形態では、プロセッサ502はメモリ504を含み得る。メモリ504は、その中にデータを記憶することが可能な任意のタイプの揮発性メモリ(例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)等)又は不揮発性メモリ(例えば、ソフトウェア若しくはファームウェアなどのプログラミング命令によって、又はハードワイヤード論理若しくは他のハードウェアによって定義された動作論理506)として具現化され得る。揮発性メモリは、媒体によって記憶されたデータの状態を維持するのに電力を必要とする記憶媒体として具現化され得る。揮発性メモリの非限定的な例は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)又はスタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)など、様々なタイプのランダムアクセスメモリ(RAM)を含み得る。メモリモジュールにおいて使用され得るDRAMの1つの特定のタイプは、同期ダイナミックランダムアクセスメモリ(SDRAM)である。特定の実施形態では、メモリ構成要素のDRAMは、DDR SD RAM用のJESD79F、DDR2 SD RAM用のJESD79-2F、DDR3 SDRAM用のJESD79-3F、DDR4 SDRAM用のJESD79-4A、低電力DDR(LPDDR)用のJESD209、LPDDR2用のJESD209-2、LPDDR3用のJESD209-3、及びLPDDR4用のJESD209-4など、JED ECによって公表された規格に準拠し得る(これらの規格は、www.jedec.org で入手可能である)。そのような規格(及び類似の規格)は、DDRベースの規格と呼ばれることもあり、そのような規格を実施するストレージデバイスの通信インターフェースは、DDRベースのインターフェースと呼ばれることもある。
いくつかの実施形態では、メモリ504は、NAND又はNOR技術に基づくものなど、ブロックアドレス指定可能メモリとして具現化され得る。メモリ504はまた、3次元クロスポイントメモリデバイスなどの次世代不揮発性デバイス、又は他のバイトアドレス指定可能書込みインプレイス(write-in-place)不揮発性メモリデバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、メモリ504は、カルコゲナイドガラス、マルチ閾値レベルNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、シングル又はマルチレベル相変化メモリ(PCM)、抵抗メモリ、ナノワイヤメモリ、強誘電体トランジスタランダムアクセスメモリ(FeTRAM)、反強誘電体メモリ、メモリスタ技術を組み込んだ磁気抵抗ランダムアクセスメモリ(MRAM)メモリ、金属酸化物ベース、酸素空孔ベース、及び導電性ブリッジランダムアクセスメモリ(CB-RAM)を含む抵抗メモリ、又はスピントランスファトルク(STT)-MRAM、スピントロニック磁気接合メモリベースデバイス、磁気トンネル接合(MTJ)ベースデバイス、DW(Domain Wall)及びSOT(Spin Orbit Transfer)ベースデバイス、サイリスタベースメモリデバイス、又は上記のいずれかの組合せ、又は他のメモリとして具現化され得、又はそうでない場合それを含み得る。メモリデバイスは、ダイ自体及び/又はパッケージ化されたメモリ製品を指し得る。いくつかの実施形態では、3Dクロスポイントは、メモリセルがワード線とビット線との交点に位置し、個々にアドレス指定可能であり、ビット記憶がバルク抵抗の変化に基づく、トランジスタのない積層可能なクロスポイントアーキテクチャを備え得る。
メモリ508は、メモリ504と実質的に同様及び/又は同一であり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、メモリ504はプロセッサ502の内部にあり得る(例えば、組み込まれている)のに対して、メモリ508はプロセッサ502の外部にあり得る。当然ながら、いくつかの実施形態では、メモリ504及びメモリ508のうちの1つは、コントローラ500から省略されてもよいことを理解されたい。
例示的な入力/出力デバイス510は、コントローラ500が他のローカルコントローラ(例えば、EVSE106/充電器108、及び/又は車両102に含まれる制御デバイス)又は中央コントローラと通信することを可能にするように構成される。入力/出力デバイス510は、数例を挙げると、PHYチップ、ネットワークアダプタ、ネットワーク証明書、インターフェース、又はポート(例えば、USBポート、シリアルポート、パラレルポート、アナログポート、デジタルポート、VGA、DVI、HDMI(登録商標)、FireWire、CAT5、イーサネット、ファイバ、又は他の任意のタイプのポート若しくはインターフェース)を含み得る。入力/出力デバイス510は、これらのアダプタ、証明書、又はポートのうちの2つ以上、例えば、データを受信するための第1のポート及びデータを送信するための第2のポートなどを含み得る。
メモリ504及び/又はメモリ508は、充電動作中などにプロセッサ502に1つ又は複数の動作状態を評価させるためにプロセッサ502によって実行可能な命令を格納していてもよい。その評価に基づいて、メモリ504及び/又はメモリ508に格納された命令は、プロセッサ502に1つ又は複数の動作を実行させるようにプロセッサ502によって実行可能であり得る。
様々な実施形態からの様々な態様、特徴、プロセス、及び動作は、そうでないことが明示的に述べられていない限り、他の実施形態のいずれかで使用してもよいことが企図される。図に例示されたいくつかの動作は、コンピュータが非一時的コンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品を実行することによって実施され得、コンピュータプログラム製品は、コンピュータにそれら動作の1つ又は複数を実行させるか、又は1つ又は複数の動作を実行するためのコマンドを他のデバイスに発行させる命令を含む。
本開示について、図面及び前述の説明において詳細に例示及び説明してきたが、これらは例示的なものであり、特徴を限定するものではないと考えられるべきであり、特定の例示的な実施形態のみについて図示及び説明したこと、並びに本開示の趣旨内に入るすべての変更及び修正が保護されることが望ましいことが理解される。上記の説明で利用された「好ましい」、「好ましくは」、「好まれる」、又は「より好ましい」などの語の使用は、そのように記述された特徴がより望ましい場合があることを示しているが、それにもかかわらずそれが必要でない場合があり、それを欠く実施形態が、以下に続く特許請求の範囲によって定義される、本開示の範囲内にあるものとして企図することができることを理解されたい。特許請求の範囲を読む際に、「1つの(a)」、「1つの(an)」、「少なくとも1つの」、又は「少なくとも一部分」などの語を使用しているとき、請求項中にそうでないことが明記されていない限り、請求項を1つの項目のみに限定する意図はないことが意図される。「~の(of)」という用語は、それが使用される文脈によって知らされる、別の項目との関連又はつながり、並びに別の項目への帰属又はつながりを含意し得る。「~に結合された」、「~と結合された」等の用語は、間接的な接続及び結合を含み、更に、そうでないことが明示的に示されていない限り、直接的な結合又は接続を含むが、それを必要としない。「少なくとも一部分」及び/又は「一部分」という文言を使用するとき、その項目は、そうでないことが明記されていない限り、その項目の一部分及び/又は全体を含むことができる。
[符号の説明]
100…システム
102…電動車両
104…再充電可能エネルギー貯蔵デバイス
106…電動車両給電機器(EVSE)
108…充電器
110…インレット又はソケット
114…コード
120…第1のコネクタ
121…第2のコネクタ
123…第1の接続部
125…第2の接続部
200…イーサネットインターフェース
202…第1のPHYチップ
206…第2のPHYチップ
204…絶縁バリア
208…絶縁バリア
210…信号接点
212…信号接点
214…接続
500…EVコントローラ
501…EVSEコントローラ
502…プロセッサ
504…メモリ
506…動作論理
508…メモリ
510…入力/出力デバイス
520…外部デバイス
TP1…ツイストペア
TP2…ツイストペア

Claims (14)

  1. 電動車両給電機器(106)と電動車両(102)との間の通信インターフェースであって、
    前記電動車両給電機器(106)のコントローラ(501)に接続するための第1の接続部(123)と、
    前記電動車両(102)のコントローラ(500)に接続するための第2の接続部(125)と、
    前記電動車両給電機器(106)の前記コントローラ(501)と前記電動車両(102)の前記コントローラ(500)との間の通信のために前記第1の接続部(123)及び第2の接続部(125)を結合するイーサネットインターフェース(200)と、
    を備える、通信インターフェース。
  2. 前記イーサネットインターフェース(200)は、少なくとも1つの重畳された低レベルシグナリングと組み合わせて、より高レベルのイーサネットシグナリングを提供するように構成されている、請求項1に記載の通信インターフェース。
  3. 前記イーサネットインターフェース(200)は、前記第1の接続部(123)及び第2の接続部(125)に接続された少なくとも1つのツイストペア(TP1、TP2)を含み、前記ツイストペア(TP1、TP2)は、前記電動車両給電機器(106)及び前記電動車両(102)の前記コントローラ(500、501)間のイーサネット通信及び重畳された基本シグナリングを提供する、請求項1又は2に記載の通信インターフェース。
  4. 更に前記基本シグナリングは、制御パイロット及び近接パイロットのうちの1つ又は複数を備える、請求項3に記載の通信インターフェース。
  5. 前記イーサネットインターフェース(200)は、保護接地基準、機能接地基準、基準接地、又は非接地基準のうちの1つである、基本シグナリングのためのPE接点を含む、請求項3又は4に記載の通信インターフェース。
  6. 基本シグナリング通信をイーサネット通信と組み合わせるために、前記第1の接続部(123)及び第2の接続部(125)に第1及び第2の変圧器(204、208)を備える、請求項1~5のいずれか一項に記載の通信インターフェース。
  7. 前記第1及び第2の接続部(123、125)の各々は、PHYチップ(202、206)を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の通信インターフェース。
  8. コード(114)が、前記第1の接続部(123)と前記第2の接続部(125)との間に延在し、前記コントローラ(500、501)間のイーサネット通信とともに、前記電動車両給電機器(106)から前記電動車両(102)への充電を提供する、請求項1~7のいずれか一項に記載の通信インターフェース。
  9. 前記イーサネット通信は、少なくとも2つのツイストペア(TP1、TP2)によって送信される高レベル通信と、前記ツイストペア(TP1、TP2)上に重畳される基本シグナリングとを含む、請求項8に記載の通信インターフェース。
  10. システム(100)であって、
    電動車両(102)に電力を供給するための電動車両給電機器(106)と、
    イーサネットインターフェース(200)を組み込んでおり、前記電動車両給電機器(106)における第1の接続部(123)と、前記電動車両(102)の嵌合するインレット(110)に接続するように構成されたコネクタ(120)における第2の接続部(125)との間に延在して、前記第1の接続部(123)と前記第2の接続部(125)との間でイーサネット通信信号を送信する充電コード(114)と、
    を備える、システム(100)。
  11. 前記電動車両給電機器(106)にコントローラ(501)を更に備え、前記イーサネットインターフェース(200)は、前記第2の接続部(125)に接続されたときに前記コントローラ(501)と前記電動車両(102)との間でイーサネット通信信号及び基本又は低レベル通信信号を送信する、請求項10に記載のシステム(100)。
  12. 電動車両(102)に電力を供給するための方法であって、
    電動車両給電機器(106)のコネクタ(120)を前記電動車両(102)のインレット(110)に差し込むことと、ここにおいて、充電コード(114)が、前記電動車両給電機器(106)への前記コネクタ(120)と前記電動車両(102)の前記インレット(110)との間にイーサネットインターフェース(200)を含み、
    前記コネクタ(120)を介して前記電動車両給電機器(106)から前記電動車両(102)に電力を供給することと、
    前記電力を供給しながら、前記イーサネットインターフェース(200)を介して前記電動車両(102)のコントローラ(500)と前記電動車両給電機器(106)のコントローラ(501)との間の通信を送信することと、
    を備える、方法。
  13. 通信を送信することは、前記電動車両(102)から前記電動車両給電機器(106)へのイーサネット通信及び基本又は低レベルシグナリングのために第1の差動ペアを使用することと、前記電動車両給電機器(106)から前記電動車両(102)へのイーサネット通信及び基本シグナリングのために第2の差動ペアを使用することとを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記第1の差動ペアは、2つの接点を含み、制御パイロットに接続され、保護接地を基準としており、前記第2の差動ペアは、2つの接点を含み、近接パイロットに接続され、保護接地を基準としている、請求項13に記載の方法。
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