JP2024503418A - 電気車両のためのハイブリッド充電装置、それを含む充電システム及びそれを用いた充電方法 - Google Patents

Abstract

本発明によるハイブリッド充電装置は、交流入力電力を第１の直流電力に変換するように構成されるＡＣ－ＤＣコンバーターと、直流入力電力を第２の直流電力に変換するように構成されるＤＣ－ＤＣコンバーターと、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力のうちの少なくとも一方から電気車両のための充電電力を生成するように構成される電力合算器と、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御するように構成される充電コントローラーと、を含む。

Description

本出願は、２０２１年０８月２６日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１１３５３０号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

本発明は電気車両のためのハイブリッド充電技術に関し、より詳細には、交流入力電力のみならず、直流入力電力を同時に供給されて電気車両のための充電電力を生成する技術に関する。

近頃、世界の各国が内燃機関車の排ガスの排出を規制し、電気車両の大衆化のための各種の支援ポリシーが強化されることに伴い、電気車両の市場に関わる技術がどんどん成長してきている。

今後の電気車両の市場の成長の勢いの保持のためのカギは、直ちに充電速度である。一般に、電気車両の充電器は、家庭などに設けられた交流グリッドなどの交流電源部から供給される交流電力を電気車両に適した直流電力に変換した後、電気車両に供給する充電方式を採用している。

しかしながら、交流電力を直流電力に変換する過程において無視できないレベルの電力のロスが生じ、しかも、交流電力だけでは電気車両に求められる直流電圧レベルの充電電力の生成に力不足な点がある。

本発明は、上記のような問題を解決するために案出されたものであり、交流電源部からの交流入力電力のみならず、直流電源部からの直流入力電力を同時に供給されて電気車両のための充電電力を生成する充電装置、前記充電装置を含む充電システム及び前記充電装置を用いた充電方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現できることが容易に分かるであろう。

本発明の一側面による電気車両のためのハイブリッド充電装置は、交流入力電力を第１の直流電力に変換するように構成されるＡＣ－ＤＣコンバーターと、直流入力電力を第２の直流電力に変換するように構成されるＤＣ－ＤＣコンバーターと、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力のうちの少なくとも１つから前記電気車両のための充電電力を生成するように構成される電力合算器と、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御するように構成される充電コントローラーと、を含む。

前記電力合算器は、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力を合算して電気車両のための充電電力を生成するように構成されてもよい。

前記充電コントローラーは、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御するように構成されてもよい。

前記充電コントローラーは、前記電気車両の充電リクエストから目標電力を設定するように構成されてもよい。前記充電コントローラーは、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記充電電力が前記目標電力と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するように構成されてもよい。

前記充電コントローラーは、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの第１の出力許容電力を決定するように構成されてもよい。前記充電コントローラーは、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの第２の出力許容電力を決定するように構成されてもよい。前記充電コントローラーは、前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の和が前記目標電力以上である場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の間の割合が前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するように構成されてもよい。

本発明の他の側面による充電システムは、ソラーパネル、エネルギー貯蔵システム及び電力変換システムを備え、交流グリッドに接続される電源システムと、ハイブリッド充電装置と、を含む。前記ハイブリッド充電装置は、前記電力変換システムと前記交流グリッドから供給される交流入力電力を第１の直流電力に変換するように構成されるＡＣ－ＤＣコンバーターと、前記電力変換システムから供給される直流入力電力を第２の直流電力に変換するように構成されるＤＣ－ＤＣコンバーターと、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力のうちの少なくとも一方から電気車両のための充電電力を生成するように構成される電力合算器と、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御するように構成される充電コントローラーと、を含む。

前記電力合算器は、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力を合算して電気車両のための充電電力を生成するように構成されてもよい。

前記充電コントローラーは、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御するように構成されてもよい。

前記充電コントローラーは、前記充電リクエストから目標電力を設定するように構成されてもよい。前記充電コントローラーは、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記充電電力が前記目標電力と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するように構成されてもよい。

前記充電コントローラーは、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの第１の出力許容電力を決定するように構成されてもよい。前記充電コントローラーは、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの第２の出力許容電力を決定するように構成されてもよい。前記充電コントローラーは、前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の和が前記目標電力以上である場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の間の割合が前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するように構成されてもよい。

本発明のさらに他の側面による、ＡＣ－ＤＣコンバーター、ＤＣ－ＤＣコンバーター及び電力合算器を含むハイブリッド充電装置を用いた充電方法は、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターを制御して、交流入力電力を第１の直流電力に変換するステップと、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターを制御して、直流入力電力を第２の直流電力に変換するステップと、前記電力合算器を制御して、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力のうちの少なくとも一方から前記電気車両のための充電電力を生成するステップを含む。

前記電気車両のための充電電力を生成するステップは、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力を合算して前記充電電力を生成してもよい。

前記ハイブリッド充電装置を用いた充電方法は、前記電気車両の充電リクエストから目標電力を設定するステップと、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記充電電力が前記目標電力と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するステップと、をさらに含んでいてもよい。

前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するステップは、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの第１の出力許容電力を決定するステップと、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの第２の出力許容電力を決定するステップと、前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の和が前記目標電力以上である場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の間の割合が前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の設定値を設定するステップと、を含んでいてもよい。

本発明の実施形態のうちの少なくとも１つによれば、交流電源部からの交流入力電力のみならず、直流電源部からの直流入力電力を同時に供給されて電気車両のための充電電力を生成することができる。これにより、電気車両のための充電電力を生成するに際して、交流入力電力を単独で用いる方式よりも、急速充電を行うことが可能であることから、電気車両の充電時間を短縮させることができる。

本発明の実施形態のうちの少なくとも１つによれば、交流入力電力を受信するＡＣ－ＤＣコンバーター及び直流入力電力を受信するＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に応じて、ＡＣ－ＤＣコンバーター及びＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの充電電力への寄与度（分担率）を調整することにより、電力変換の過程における電力のロスを軽減させ、充電電力の生成を安定的に保持することができる。

本発明の効果は、上記の効果に限らず、言及されていない他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者にとって明確に理解できるものであろう。

本明細書に添付される以下の図面は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、後述する発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項のみに限定されて解釈されてはならない。

本発明による充電システムの構成を例示的に示す図である。 図１に示されたハイブリッド充電装置により用いられる最適な電力曲線を説明するのに参照される図である。 本発明の第１の実施形態によるハイブリッド充電装置を用いた充電方法を例示的に示す手順図である。 本発明の第２の実施形態によるハイブリッド充電装置を用いた充電方法を例示的に示す手順図である。 本発明の第２の実施形態によるハイブリッド充電装置を用いた充電方法を例示的に示す手順図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。

したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

第１、第２などの序数を含む用語は、様々な構成要素のうちのいずれか一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素を限定するために用いられるものではない。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは、特に言及しない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の＜～部（ｕｎｉｔ）＞のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。

さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「接続（連結）」されているというとき、これは「直接的に接続（連結）」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「間接的に接続（連結）」されている場合も含む。

図１は、本発明による充電システムの構成を例示的に示す図である。

図１を参照すると、充電システム１は、交流充電及び直流充電がまとめられた形態である、いわゆるハイブリッド型充電方式により、電気車両２のための直流の充電電力を生成するように配設される。

充電システム１は、電源システム５及びハイブリッド充電装置１００を含む。

電源システム５は、ソラーパネル１０と、エネルギー貯蔵システム２０及び電力変換システム（ＰＣＳ：ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）３０を備える。

ソラーパネル１０は、太陽光エネルギーを直流電力に変換する。ソラーパネル１０から生成した全体の直流電力は、ＰＣＳ ３０に供給される。

エネルギー貯蔵システム２０は、少なくとも１つの二次電池２１及びバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）２２を含む。

ＰＣＳ ３０は、交流電力の供給機能及び直流電力の供給機能がまとめられた形態をとっており、「ハイブリッドインバーター」と称することができる。ＰＣＳ ３０は、単方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３１、両方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３２及び両方向ＤＣ－ＡＣインバーター３３を含んでいてもよい。単方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３１は、ソラーパネル１０から入力される直流電力の電圧レベルをエネルギー貯蔵システム２０のための他の電圧レベルの直流電力に変換することができる。両方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３２は、単方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３１及び／又は両方向ＤＣ－ＡＣインバーター３３から供給される直流電力の電圧レベルを調整して、エネルギー貯蔵システム２０に含まれている二次電池２１を充電することができる。両方向ＤＣ－ＡＣインバーター３３は、単方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３１及び／又は両方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３２から入力される直流電力を交流に変換して交流グリッド３に供給（販売）したり、ハイブリッド充電装置１００に供給したりすることができる。例えば、ソラーパネル１０の全体の直流電力が１４［ｋＷ（ｋｉｌｏｗａｔｔ）］である場合、ＰＣＳ ３０は、１４［ｋＷ］のうちの一部の直流電力（例えば、８［ｋＷ］）は直流に変換し、残りの直流電力（例えば、６［ｋＷ］）は交流に変換することができる。

両方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３２は、エネルギー貯蔵システム２０を放電して、両方向ＤＣ－ＡＣインバーター３３に直流電力を入力することができる。両方向ＤＣ－ＡＣインバーター３３は、交流グリッド３から入力される交流電力を直流に変換して、両方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３２に入力することができる。

ＢＭＳ ２２は、二次電池２１の動作状態（例えば、電圧、電流、温度、残容量（ＳＯＣ））をモニターリングするように構成される。ＢＭＳ ２２は、ＰＣＳ ３０及びハイブリッド充電装置１００のうちの少なくとも一方と通信可能であり、通信を用いて取得されたデータに基づいて、二次電池２１の充放電を制御する。一例を挙げると、ハイブリッド充電装置１００が電気車両２の充電電力の生成を中断している待ちモードである場合、ＢＭＳ ２２は、二次電池２１の動作状態に応じて、二次電池２１の充電の要否を判定する。ＢＭＳ ２２は、二次電池２１の充電が必要であると判定される場合、ＰＣＳ ３０に充電リクエストを送る。ＰＣＳ ３０は、ＢＭＳ ２２の充電リクエストに応答して、交流グリッド３からの交流電力及びソラーパネル１０からの直流電力のうちの少なくとも一方から二次電池２１のための充電電力を生成した後、エネルギー貯蔵システム２０に供給する。

ＰＣＳ ３０により生成される全体の交流電力のうち、電気車両２のための充電電力の生成に寄与する電力を「交流入力電力」と称することにする。ＰＣＳ ３０により生成される生成される全体の直流電力のうち、電気車両２のための充電電力の生成に寄与する電力を「直流入力電力」と称することにする

ハイブリッド充電装置１００は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０、電力合算器１３０及び充電コントローラー１４０を含む。ハイブリッド充電装置１００は、充電コネクター１５０をさらに含んでいてもよい。充電コネクター１５０は、ハイブリッド充電装置１００の本体から着脱可能なように配設されてもよい。

ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０は、交流入力電力を第１の直流電力に変換するように構成される。一例を挙げると、交流グリッド３から７［ｋＷ］の交流電力がハイブリッド充電装置１００に供給され、かつ、ＰＣＳ ３０から７［ｋＷ］の交流電力がハイブリッド充電装置１００に供給される場合、交流入力電力は、１４［ｋＷ］である。具体的に、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の入力端は、ＰＣＳ ３０の交流出力端と交流グリッド３に接続され、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の出力端は、電力合算器１３０の入力端に接続される。第１の直流電力は、電気車両２のための充電電力を生成するのに用いられ、所定の電圧レベルまたは電流レベルを有する。

ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０は、直流入力電力を第２の直流電力に変換するように構成される。一例を挙げると、エネルギー貯蔵システム２０から７［ｋＷ］の直流電力がハイブリッド充電装置１００に供給され、かつ、ＰＣＳ ３０から７［ｋＷ］の直流電力がハイブリッド充電装置１００に供給される場合、直流入力電力は、１４［ｋＷ］である。具体的に、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の入力端は、ＰＣＳ ３０の直流出力端に接続され、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の出力端は、電力合算器１３０の入力端に接続される。第２の直流電力もまた、電気車両２のための充電電力を生成するのに用いられ、所定の電圧レベルまたは電流レベルを有する。

ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０とＤＣ－ＤＣコンバーター１２０のそれぞれの出力端は、電力合算器１３０に対して並列に接続されている。電力合算器１３０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０からの第１の直流電力とＤＣ－ＤＣコンバーター１２０からの第２の直流電力を合算して、電気車両２のための充電電力を生成するように構成される。いうまでもなく、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０のうちのどちらか一方が待ちモードである場合、電力合算器１３０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０のうち、動作モードである残りの他方からの直流電力のみを用いて電気車両２のための充電電力を生成することができる。電力合算器１３０は、第１の直流電力と第２の直流電力との間の逆流を防ぎ、両者間に存在可能な電圧差を緩衝させるとともに、充電コントローラー１４０からのリクエストに合わせて、第１の直流電力と第２の直流電力のそれぞれの電流レベルを制限することができる。電力合算器１３０としては、例えば、ロードシェアリングＩＣ（ｌｏａｄ ｓｈａｒｉｎｇ ＩＣ）が利用可能である。

充電コントローラー１４０は、ハードウェア的に、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、およびその他の機能遂行のための電気ユニットのうちの少なくとも１つを使用して実現されてもよい。充電コントローラー１４０には、メモリーが組み込まれてもよい。メモリーは、例えば、フラッシュメモリータイプ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ソリッドステートディスタイプ（ＳＳＤタイプ：Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、シリコンディスクドライブタイプ（ＳＤＤタイプ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、スタティックランダムアクセスメモリー（ＳＲＡＭ：ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、リードオンリーメモリー（ＲＯＭ：ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリー（ＥＥＰＲＯＭ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、およびプログラム可能な読み取り専用メモリー（ＰＲＯＭ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）のうち少なくとも一つのタイプの記憶媒体を含み得る。メモリー部は、充電コントローラー１４０による演算動作に必要なデータ及びプログラムを記憶することができる。

充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０及び電力合算器１３０のそれぞれの動作を制御する。充電コネクター１５０は、電気車両２とハイブリッド充電装置１００との間の充電電力と通信を中継する。充電コネクター１５０には、通信線が配備され、充電コントローラー１４０に配備された通信回路は、充電コネクター１５０の通信線を介して電気車両２と両方向通信を行うことができる。充電コントローラー１４０は、電気車両２に接続された充電コネクター１５０を介して電気車両２からの充電リクエストを受信することができる。通信回路は、充電コントローラー１４０と電気車両２との間の有線通信または無線通信をサポートするように構成される。有線通信は、例えばコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ：ｃｏｎｔｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）通信であり得、無線通信は、例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信であり得る。充電コントローラー１４０と電気車両２との間の有無線通信をサポートする限り、通信プロトコールの種類は特に限定されないことは言うまでもない。

充電コントローラー１４０の通信回路はまた、エネルギー貯蔵システム２０及びＰＣＳ ３０のうちの少なくとも一方との通信を司ることができる。充電コントローラー１４０は、エネルギー貯蔵システム２０及びＰＣＳ ３０のうちのどちらか一方を中継器として用いて、残りの他方との通信を行うことができる。一例を挙げると、充電コントローラー１４０は、電気車両２の充電リクエストに応答して、ＢＭＳ ２２に充電開始指令を伝送し、ＢＭＳ ２２は、充電開始指令をＰＣＳ ３０に受け渡すことができる。他の例を挙げると、充電コントローラー１４０は、電気車両２からの充電リクエストに応答して、ＰＣＳ ３０に充電開始指令を伝送し、ＰＣＳ ３０は、充電開始指令をＢＭＳ ２２に受け渡すことができる。ＰＣＳ ３０は、充電開始指令に応答して、二次電池２１に対する充放電を停止することができ、ソラーパネル１０が動作中であれば、ソラーパネル１０からの直流電力を交流に変換してＡＣ－ＤＣコンバーター１１０に供給することができる。

電気車両２の充電が行われる間に、電気車両２は、そこに配備されたバッテリーパックの充電具合に合わせて、周期的にまたは非周期的に充電リクエストを変更することができる。充電リクエストは、電気車両２に対して予め定められた充電プロトコールに応じた充電電力の希望の電圧レベル及び／又は希望の電流レベルを示すデータを含み得る。充電コントローラー１４０は、電気車両２からの充電リクエストから、電気車両２がリクエストする充電電力、すなわち、目標電力を設定することができる。一例を挙げると、目標電力は、電気車両２から最近に受信された充電リクエストの希望の電圧レベル及び希望の電流レベルの積と同一であり得る。充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０のそれぞれの動作状態に基づいて、電力合算器１３０において生成される充電電力が目標電力と同一であるように、第１の直流電力及び第２の直流電力を調整することができる。

充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０のそれぞれの動作状態を監視することができる。動作状態は、温度、入力電圧、入力電流などのように動作性能（例えば、電力変換効率）に依存性を有する測定可能なパラメーターから決定され得る。充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０のそれぞれの動作状態を点数化し、点数化された動作状態に応じて、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０を制御することができる。

図２は、図１に示されたハイブリッド充電装置１００により用いられる最適な電力曲線を説明するのに参照される図である。図２は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０とＤＣ－ＤＣコンバーター１２０のそれぞれの動作状態が０～１００の範囲で点数化されたことを例示している。

充電コントローラー１４０は、電気車両２の充電中に、第１の最適な電力曲線２１０を用いて、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の点数化された動作状態に対応する第１の直流電力の第１の出力許容電力を決定することができる。また、充電コントローラー１４０は、電気車両２の充電中に、第２の最適な電力曲線２２０を用いて、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の点数化された動作状態に対応する第２の直流電力の第２の出力許容電力を決定することができる。第１の最適な電力曲線２１０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の動作状態と第１の出力許容電力との間の関係として予め与えられたマップまたは関数であり、第２の最適な電力曲線２２０は、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の動作状態と第２の出力許容電力との間の関係として予め与えられたマップまたは関数である。一例を挙げると、電気車両２の充電中の特定の時点において、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の点数化された動作状態がＡであり、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の点数化された動作状態がＢである場合、第１の出力許容電力はＸ［ｋＷ］として決定され、第２の出力許容電力はＹ［ｋＷ］として決定される。充電コントローラー１４０は、第１の直流電力及び第２の直流電力がそれぞれ第１の出力許容電力と第２の出力許容電力以下になるように制限することにより、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０を過負荷から保護することができる。

充電コントローラー１４０は、第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の和を目標電力と比較して、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０にリクエストすべき第１の直流電力の大きさ及びＤＣ－ＤＣコンバーター１２０にリクエストすべき第２の直流電力の大きさを決定することができる。

充電コントローラー１４０は、第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の和が目標電力以上である場合、第１の直流電力及び第２の直流電力の間の割合が第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、第１の直流電力及び第２の直流電力を調整することができる。すなわち、目標電力、第１の出力許容電力、第２の出力許容電力、第１の直流電力及び第２の直流電力は、次の数式１及び数式２による条件を満たすことができる。

充電コントローラー１４０は、第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の和が目標電力未満である場合、第１の直流電力及び第２の直流電力のそれぞれを第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力と同一に設定することができる。

充電コントローラー１４０は、電気車両２の充電中に、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の入力端を介して交流入力電力を監視することができ、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の入力端を介して直流入力電力を監視することができる。

充電コントローラー１４０は、交流入力電力が第１の出力許容電力以上であり、直流入力電力が第２の出力許容電力よりも小さな場合、交流入力電力を減少させ、直流入力電力を増加させるために、ＰＣＳ ３０に第１の電力調整指令を伝送することができる。ＰＣＳ ３０は、第１の電力調整指令に応答して、ソラーパネル１０の全体の直流電力のうち、両方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３２に供給される直流電力を基準値に見合う分だけ増加させ、両方向ＤＣ－ＡＣインバーター３３に供給される直流電力を基準値に見合う分だけ減少させることができる。

充電コントローラー１４０は、交流入力電力が第１の出力許容電力よりも小さく、直流入力電力が第２の出力許容電力以上である場合、交流入力電力を増加させ、直流入力電力を減少させるために、ＰＣＳ ３０に第２の電力調整指令を伝送することができる。ＰＣＳ ３０は、第２の電力調整指令に応答して、ソラーパネル１０の全体の直流電力のうち、両方向ＤＣ－ＤＣコンバーター３２に供給される直流電力を基準値に見合う分だけ減少させ、両方向ＤＣ－ＡＣインバーター３３に供給される直流電力を基準値に見合う分だけ増加させることができる。基準値は、交流入力電力と第１の出力許容電力との差及び直流入力電力と第２の出力許容電力との差のうち、さらに小さなものと同一であり得る。

図３は、本発明の第１の実施形態によるハイブリッド充電装置１００を用いた充電方法を例示的に示す手順図である。図３の方法は、ハイブリッド充電装置１００が充電コネクター１５０を介して電気車両２からの充電リクエストを受信したことに応答して実行され得る。

図１から図３を参照すると、ステップＳ３００において、充電コントローラー１４０は、電気車両２の充電リクエストから目標電力を設定する。

ステップＳ３１２において、充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の第１の出力許容電力を決定する。

ステップＳ３１４において、充電コントローラー１４０は、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の第２の出力許容電力を決定する。

ステップＳ３２０において、充電コントローラー１４０は、第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の和が目標電力以上であるか否かを判定する。ステップＳ３２０の値が「ＹＥＳ」である場合、ステップＳ３３０に移行する。ステップＳ３２０の値が「ＮＯ」である場合、ステップＳ３４０に移行する。

ステップＳ３３０において、充電コントローラー１４０は、（ｉ）第１の直流電力及び第２の直流電力の和が目標電力と同一であり、（ｉｉ）第１の直流電力及び第２の直流電力の間の割合が第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、第１の直流電力及び第２の直流電力の電力値を設定する。

ステップＳ３４０において、充電コントローラー１４０は、第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力とそれぞれ同一であるように、第１の直流電力及び第２の直流電力の電力値を設定する。

ステップＳ３５０において、充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０を制御して、交流入力電力を第１の直流電力に変換し、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０を制御して、直流入力電力を第２の直流電力に変換する。すなわち、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０は、ステップＳ３３０またはステップＳ３４０において充電コントローラー１４０により設定された電力値に基づいて、第１の直流電力を生成する。ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０は、ステップＳ３３０またはステップＳ３４０において充電コントローラー１４０により設定された電力値に基づいて、第２の直流電力を生成する。

ステップＳ３６０において、充電コントローラー１４０は、電力合算器１３０を制御して、第１の直流電力及び第２の直流電力のうちの少なくとも一方から電気車両２のための充電電力を生成する。第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、電力合算器１３０により生成される充電電力は、第１の直流電力及び第２の直流電力の和と同一である。

図４及び図５は、本発明の第２の実施形態によるハイブリッド充電装置１００を用いた充電方法を例示的に示す手順図である。図４の方法は、ハイブリッド充電装置１００が充電コネクター１５０を介して電気車両２からの充電リクエストを受信したことに応答して実行され得る。

図１、図２及び図４を参照すると、ステップＳ４００において、充電コントローラー１４０は、電気車両２の充電リクエストから目標電力を設定する。

ステップＳ４１２において、充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０の交流入力電力及び第１の出力許容電力を決定する。

ステップＳ４１４において、充電コントローラー１４０は、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０の直流入力電力及び第２の出力許容電力を決定する。

ステップＳ４２０において、充電コントローラー１４０は、交流入力電力が第１の出力許容電力以上であり、直流入力電力が第２の出力許容電力未満であるか否かを判定する。ステップＳ４２０の値が「ＹＥＳ」である場合、ステップＳ４２２に移行する。

ステップＳ４２２において、充電コントローラー１４０は、ＰＣＳ ３０に第１の電力調整指令を伝送する。ＰＣＳ ３０は、第１の電力調整指令に応答して、交流入力電力を減少させ、直流入力電力を増加させる。

ステップＳ４３０において、充電コントローラー１４０は、交流入力電力が第１の出力許容電力未満であり、直流入力電力が第２の出力許容電力以上であるか否かを判定する。ステップＳ４３０の値が「ＹＥＳ」である場合、ステップＳ４３２に移行する。

ステップＳ４３２において、充電コントローラー１４０は、ＰＣＳ ３０に第２の電力調整指令を伝送する。ＰＣＳ ３０は、第２の電力調整指令に応答して、交流入力電力を増加させ、直流入力電力を減少させる。

ステップＳ４４０において、充電コントローラー１４０は、第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の和が目標電力以上であるか否かを判定する。ステップＳ４４０の値が「ＹＥＳ」である場合、ステップＳ４５０に移行する。ステップＳ４４０の値が「ＮＯ」である場合、ステップＳ４５０に移行する。

ステップＳ４５０において、充電コントローラー１４０は、（ｉ）第１の直流電力及び第２の直流電力の和が目標電力と同一であり、（ｉｉ）第１の直流電力及び第２の直流電力の間の割合が第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、第１の直流電力及び第２の直流電力の電力値を設定する。

ステップＳ４６０において、充電コントローラー１４０は、第１の出力許容電力及び第２の出力許容電力とそれぞれ同一であるように、第１の直流電力及び第２の直流電力の電力値を設定する。

ステップＳ４７０において、充電コントローラー１４０は、ＡＣ－ＤＣコンバーター１１０を制御して、交流入力電力を第１の直流電力に変換し、ＤＣ－ＤＣコンバーター１２０を制御して、直流入力電力を第２の直流電力に変換する。

ステップＳ４８０において、充電コントローラー１４０は、電力合算器１３０を制御して、第１の直流電力及び第２の直流電力のうちの少なくとも一方から電気車両２のための充電電力を生成する。第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、電力合算器１３０により生成される充電電力は、第１の直流電力及び第２の直流電力の和と同一である。

以上説明した本発明の実施形態は、装置および方法によってのみ実現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を介して実現されてもよい。このような実現は、上述した実施形態の記載から本発明が属する技術分野の専門家であれば容易に実現できるものである。

以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

また、以上で説明した本発明は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるのではなく、様々な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。

１ 充電システム
２ 電気車両
３ 交流グリッド
１０ ソラーパネル
２０ エネルギー貯蔵システム
３０ 電力変換システム
１００ ハイブリッド充電装置
１１０ ＡＣ－ＤＣコンバーター
１２０ ＤＣ－ＤＣコンバーター
１３０ 電力合算器
１４０ 充電コントローラー

Claims (14)

1. 電気車両のためのハイブリッド充電装置において、
   交流入力電力を第１の直流電力に変換するＡＣ－ＤＣコンバーターと、
   直流入力電力を第２の直流電力に変換するＤＣ－ＤＣコンバーターと、
   前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力のうちの少なくとも一方から前記電気車両のための充電電力を生成する電力合算器と、
   前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御する充電コントローラーと、
   を含む、ハイブリッド充電装置。
2. 前記電力合算器は、
   前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力を合算して電気車両のための充電電力を生成する、請求項１に記載のハイブリッド充電装置。
3. 前記充電コントローラーは、
   前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御する、請求項１に記載のハイブリッド充電装置。
4. 前記充電コントローラーは、
   前記電気車両の充電リクエストから目標電力を設定し、
   前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記充電電力が前記目標電力と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定する、請求項３に記載のハイブリッド充電装置。
5. 前記充電コントローラーは、
   前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの第１の出力許容電力を決定し、
   前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの第２の出力許容電力を決定し、
   前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の和が前記目標電力以上である場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の間の割合が前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定する、請求項３又は４に記載のハイブリッド充電装置。
6. ソラーパネル、エネルギー貯蔵システム及び電力変換システムを備え、交流グリッドに接続される電源システムと、
   ハイブリッド充電装置と、
   を含み、
   前記ハイブリッド充電装置は、
   前記電力変換システムと前記交流グリッドから供給される交流入力電力を第１の直流電力に変換するＡＣ－ＤＣコンバーターと、
   前記電力変換システムから供給される直流入力電力を第２の直流電力に変換するＤＣ－ＤＣコンバーターと、
   前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力のうちの少なくとも一方から電気車両のための充電電力を生成する電力合算器と、
   前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御する充電コントローラーと、
   を含む、充電システム。
7. 前記電力合算器は、
   前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力を合算して電気車両のための充電電力を生成する、請求項６に記載の充電システム。
8. 前記充電コントローラーは、
   前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーター、前記ＤＣ－ＤＣコンバーター及び前記電力合算器を制御する、請求項６に記載の充電システム。
9. 前記充電コントローラーは、
   充電リクエストから目標電力を設定し、
   前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記充電電力が前記目標電力と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定する、請求項８に記載の充電システム。
10. 前記充電コントローラーは、
    前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの第１の出力許容電力を決定し、
    前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの第２の出力許容電力を決定し、
    前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の和が前記目標電力以上である場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の間の割合が前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定する、請求項８又は９に記載の充電システム。
11. ＡＣ－ＤＣコンバーター、ＤＣ－ＤＣコンバーター及び電力合算器を含むハイブリッド充電装置を用いた充電方法において、
    前記ＡＣ－ＤＣコンバーターを制御して、交流入力電力を第１の直流電力に変換するステップと、
    前記ＤＣ－ＤＣコンバーターを制御して、直流入力電力を第２の直流電力に変換するステップと、
    前記電力合算器を制御して、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力のうちの少なくとも一方から電気車両のための充電電力を生成するステップと、
    を含む、充電方法。
12. 前記電気車両のための充電電力を生成するステップは、
    前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力が同時に入力される場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力を合算して前記充電電力を生成する、請求項１１に記載の充電方法。
13. 前記電気車両の充電リクエストから目標電力を設定するステップと、
    前記ＡＣ－ＤＣコンバーター及び前記ＤＣ－ＤＣコンバーターのそれぞれの動作状態に基づいて、前記充電電力が前記目標電力と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するステップと、
    をさらに含む、請求項１１に記載の充電方法。
14. 前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の電力値を設定するステップは、
    前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＡＣ－ＤＣコンバーターの第１の出力許容電力を決定するステップと、
    前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの動作状態に基づいて、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターの第２の出力許容電力を決定するステップと、
    前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の和が前記目標電力以上である場合、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の間の割合が前記第１の出力許容電力及び前記第２の出力許容電力の間の割合と同一であるように、前記第１の直流電力及び前記第２の直流電力の設定値を設定するステップと、
    を含む、請求項１２又は１３に記載の充電方法。