JP3224278U - コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション - Google Patents

コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション Download PDF

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Abstract

【課題】充電、放電、バッテリー交換、エネルギー貯蔵の機能を有しているだけでなく、電気自動車充電システムのコストを下げ、建設面積を小さくするコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションを提供する。【解決手段】充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、電気自動車のバッテリーを交換するためのバッテリー交換設備と、電気エネルギーを貯蔵するための急速交換バッテリーパックと、グリッドから急速交換バッテリーパックに充電し、急速交換バッテリーパックからグリッドに放電するための充放電設備と、充電・バッテリー交換・蓄電ステーション全体の動作状態およびグリッドの電力ピーク、電力オフピークを監視し、バッテリー交換設備での急速交換バッテリーパックの交換を制御し、充電・バッテリー交換設備の充電または放電を制御するための監視制御システムと、を含む。【選択図】図１

Description

本考案は、電気自動車分野に属し、具体的には、コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションを提供する。
電気自動車の普及に伴い、急速充電スタンドおよびバッテリー交換ステーションも普遍的に用いられ、急速に建設が進んでいる。現在、電気自動車のスタンドには、主に急速充電スタンド、バッテリー交換ステーションおよびエネルギー貯蔵ステーションの３種類がある。電気自動車急速充電スタンドは、バッテリーの急速充電の問題を解決し、車両の充電時間を短縮するが、バッテリーの使用寿命を低下させ、グリッドの電力需要への影響が大きくなるなどの悪影響をもたらす。電気自動車バッテリー交換ステーションは、バッテリーの急速交換を実現し、ユーザの走行距離不安症を緩和するが、建設面積が大きくなり、システムコストが高くなるなどの問題が存在する。エネルギー貯蔵ステーションは、グリッドの負荷のピークシフトを実現し、新エネルギーへのアクセス能力を高め、都市の送電容量の増加を緩和するが、建設が難しく、コストが高くなるという問題が存在する。
いかにして電気自動車充電システムのコストを下げ、充電システムの建設面積を小さくし、多方面での応用の需要を解決し、システムの稼働効率を高めるかが、この業界の発展において切実に解決が求められる重要な課題となっている。
これに対応して、本分野では、上記課題を解決するための電気自動車充電ステーションが必要である。
先行技術における上記課題を解決するため、すなわち、従来の充電システムのコストが高く、機能が単一で、建設面積が大きいという問題を解決するため、本考案は、電気自動車のバッテリーを交換するためのバッテリー交換設備と、電気エネルギーを貯蔵するための急速交換バッテリーパックと、グリッドから前記急速交換バッテリーパックに充電し、かつ前記急速交換バッテリーパックからグリッドに放電するための充放電設備と、前記バッテリー交換設備、前記急速交換バッテリーパックおよび前記充電・バッテリー交換設備に接続され、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーション全体の動作状態およびグリッドの電力ピーク、電力オフピークを監視し、前記バッテリー交換設備での前記急速交換バッテリーパックの交換を制御し、前記充放電設備の充電または放電を制御するための監視制御システムと、を含むことを特徴とするコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションを提供する。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、さらにコンテナを含み、前記バッテリー交換設備、前記充放電設備、前記急速交換バッテリーパックおよび前記監視制御システムは、いずれも前記コンテナ内に設けられ、前記バッテリー交換設備は、前記コンテナの内底部に取り付けられ、前記充放電設備および前記急速交換バッテリーパックは、前記コンテナ内で多層に立体的に配置され、前記監視制御システムは、前記コンテナ内の余剰スペースに取り付けられている。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションに、少なくとも２本の充放電枝路が設けられ、前記充放電枝路間はそれぞれ互いに独立しており、前記監視制御システムが前記充放電枝路の充電および放電を制御する。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充放電枝路はそれぞれ、前記充放電設備１つと、前記急速交換バッテリーパック１つとを含み、前記充放電設備と前記急速交換バッテリーパックとは電気的に接続されている。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充放電設備は、グリッドの交流電流を直流電流に変換して前記急速交換バッテリーパックに充電し、および／または前記急速交換バッテリーパックから出力された直流電流を交流電流に変換してグリッドに放電するための充放電器を含む。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記急速交換バッテリーパックは、電気自動車の未交換のバッテリーと交換するための複数のエネルギー貯蔵バッテリーを含む。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションに、前記コンテナ内に配置された車両急速交換ユニットが設けられている。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションに、前記コンテナ外かつ前記コンテナの近くに配置された車両急速交換ユニットが設けられている。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションに、グリッド電圧を、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションで必要とする電圧に変換するための変圧器がさらに設けられている。
上記コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの好ましい実施形態では、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションに、前記急速交換バッテリーパックの数、蓄電状況、および／または電気自動車のバッテリーをフル充電するのに必要な時間と費用を表示するための表示装置がさらに設けられている。
当業者は、本考案の好ましい技術手法において、充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、バッテリー交換設備、充放電設備および急速交換バッテリーパックを集積化してコンテナ内に取り付け、充電・バッテリー交換・蓄電ステーションが充電、放電、バッテリー交換およびエネルギー貯蔵の機能を同時に有するようにし、かつ電気自動車充電システムのコストおよび建築面積を効果的に低下させることを理解することができる。具体的には、充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、複数の枝路から構成され、各枝路は、単一の充放電設備を単一の急速交換バッテリーパックに接続して構成され、監視制御システムによって制御される。充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、夜間のグリッドでの電力消費が少ない時間帯を利用して充電し、昼間にバッテリー交換を行い、グリッドのピーク時にはグリッドに放電して、多種の技術機能を１つの設備上で集積し用いることを実現し、すなわち、１つの設備システムで、充電、バッテリー交換、エネルギー貯蔵の機能を実現する。
本考案の充電・バッテリー交換・蓄電ステーションのシステム構成図である。 本考案の充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの効果模式図である。
以下、図面を参照して本考案の好ましい実施形態について説明する。当業者は、これらの実施形態は、本考案の技術原理を説明するために用いられるにすぎず、本考案の保護範囲を限定することを意図したものではないことを理解すべきである。例えば、明細書の図面において、車両急速交換ユニットはコンテナの左側に位置しているが、この種の相対的な位置関係は、模式的なものにすぎず、当業者は、具体的な適用の場面に合わせ、必要に応じて調整することができる。
なお、本考案の説明において、「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「内」、「外」などの方向または位置関係を示す用語は、図面で示す方向または位置関係に基づくものであり、説明の便宜上のものにすぎず、前記装置または素子が必ず特定の方位を有していなければならず、特定の方位で構成および操作されなければならないことを指示または暗示するものではないため、本考案を限定するものと理解することはできない。また、「第１の」、「第２の」、「第３の」という用語は、説明を目的として用いられているにすぎず、相対的な重要性を指示または暗示するものであると理解することはできない。
なお、本考案の説明において、別途明確な規定および限定がある場合を除き、「取り付け」、「つなぐ」、「接続」という用語は、広義に理解すべきであり、例えば、固接しても、着脱可能に接続しても、一体に接続してもよく、機械的に接続しても、電気的に接続してもよく、直接つないでも、間に介在させ間接的につないでも、２つの素子内部の接続であってもよい。当業者は、具体的な状況に応じて、上記用語の本考案における具体的な意味を理解することができる。
図１および図２に示すように、コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、コンテナ１と、コンテナ１の中に収納されたバッテリー交換設備、急速交換バッテリーパック、充放電設備、監視制御システムおよび変圧器とを含む。なお、本願では、監視制御システムとは、一連のセンサとコントローラとにより共同でなるシステムアセンブリを指し、センサは、充電・バッテリー交換・蓄電ステーション全体の動作状態およびグリッドの電力ピーク、電力オフピークなどの監視に用いられ、コントローラは、例えば、バッテリー交換設備での急速交換バッテリーパックの交換や充放電設備での充電および放電など、充電・バッテリー交換・蓄電ステーション全体の操作の制御に用いられる。また、コントローラは、適切ないかなる形式を用いてもよく、例えば、ハードワイヤードコントローラまたはプログラマブルコントローラとすることができ、センサの監視データにより充電・バッテリー交換・蓄電ステーションの操作を制御できればよい。
図１に示すように、変圧器の左端（図中に示す変圧器の左端）は、グリッドに接続されており、変圧器の右端（図中に示す変圧器の右端）は、電源母線に接続されており、変圧器は、グリッドの電圧を、充電・バッテリー交換・蓄電ステーションで必要とする電圧に変換する。電源母線は、それぞれバッテリー交換設備、監視制御システムおよび充放電設備に電気的に接続されている。充放電設備は、複数の（少なくとも２つの）充放電器を含み、かつ各充放電器はさらにそれぞれ１つの急速交換バッテリーパックに電気的に接続されており、１つの枝路を構成し、各枝路の間は互いに独立しており、互いに影響を及ぼさない。
バッテリー交換設備は、急速交換バッテリーパックと電気自動車の未交換のバッテリーとを交換するために用いられる。充放電器は、電源母線の交流電流を直流電流に変換し、急速交換バッテリーパックに電気エネルギーを提供するために用いられる。また、充放電器は、急速交換バッテリーパックの電気エネルギーを直流出力から交流出力に変換し、電源母線を経て、さらに変圧器によって電源母線の電圧をグリッド電圧に変換してグリッドに放電することもできる。当業者は、充放電器が、単独で急速交換バッテリーパックに充電またはグリッドに放電することも、複数で同時に急速交換バッテリーパックに充電またはグリッドに放電することもできることを理解することができる。
急速交換バッテリーパックは、複数のエネルギー貯蔵バッテリーによって構成され、電気エネルギーを貯蔵し、電気自動車の未交換のバッテリーと交換するために用いられる。当業者は、バッテリーパックは、フル充電後に電気自動車の未交換のバッテリーと交換するための急速交換バッテリーパックと、電気エネルギーを貯蔵してグリッドに放電するためのエネルギー貯蔵バッテリーパックの２種類として設けることができることを理解することができる。
監視制御システムは、さらに急速交換バッテリーパックのそれぞれと、急速交換バッテリーの電気エネルギー貯蔵状況を監視するための通信接続を確立し、監視制御システムは、電源母線の電圧を監視し、電源母線の電源と変圧器の変圧比によりグリッドの電圧をさらに得ることができる。
監視制御システムは、さらにそれぞれ充放電器、バッテリー交換設備およびバッテリーパックと電気的に接続されており、充放電器の充電および放電を制御し、バッテリー交換設備での電気自動車のバッテリー交換を制御し、集められた情報を受信、処理し、充放電器をさらに制御するために用いられる。
さらに、運転手が急速交換バッテリーパックまたは電気自動車のバッテリーの状況を理解できるよう、充電・バッテリー交換・蓄電ステーションには、急速交換バッテリーパックの数、蓄電量および電気自動車のバッテリーをフル充電するのに必要な時間、費用を表示するための表示装置（図示せず）も設けられている。当業者は、この表示機器は、グリッドのリアルタイム電圧を表示する機能を追加することもでき、または、当業者は、状況に応じて、他の表示機能を追加し、対応する表示機能を削除することもできることを理解することができる。
図２に示すように、コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、充電またはバッテリー交換を行う電気自動車を停車するための車両急速交換ユニット２も設けられている。車両急速交換ユニット２は、コンテナ１の左側（図に示すコンテナの左側）、かつコンテナ１の近くに位置している。当業者は、車両急速交換ユニット２が、図に示す配置位置に限らず、具体的な取り付け環境に応じて、その位置を調整することができることを理解することができる。当業者は、より小さい建設面積を占めるよう、車両急速交換ユニット２をコンテナ１内に設けてもよいことも理解することができる。
さらに、図２に示すように、バッテリー交換設備、急速交換バッテリーパック、充放電設備、監視制御システムおよび変圧器は、コンテナ１内にコンパクトに取り付けられている。バッテリー交換設備は、コンテナ１の内底部に配置され、充放電設備と急速交換バッテリーパックは、コンテナ１内に立体的に多層に配置され（例えば、ラックの上に置かれている）、監視制御システムは、コンテナ１内の余剰スペースの中に取り付けられ、表示装置は、見やすいよう、コンテナ１の側壁上に設けられている。
図１および図２に示したコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションを総合すると、このコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、構成がコンパクトで、必要な建設面積が小さいだけでなく、充電、放電、バッテリー交換、エネルギー貯蔵の機能も有する。具体的には、充電・バッテリー交換・蓄電ステーションは、夜間のグリッドでの電力消費が少ない時間帯を利用して、充放電器によって急速交換バッテリーパックを充電し、昼間に、フル充電した急速交換バッテリーパックを電気自動車の未交換のバッテリーと交換し、またはグリッドの電力ピーク時に充放電器からグリッドに放電することができる。当業者は、グリッドの電力ピークとオフピークは、時間帯により設けることができ、例えば、９時から１８時までを電力ピークとし、１８時から翌日９時までの電力オフピークとしてもよいことを理解することができる。グリッドの電力ピークとオフピークは、監視制御システムが監視したグリッド電圧の変化により確定してもよい。具体的には、グリッド電圧に閾値を設け、グリッド電圧がこの閾値未満であるときを電力ピークとし、グリッド電圧がこの閾値を超えたときを電力オフピークとする。
以上、図面に示した好ましい実施形態と合わせて本考案の技術手法について説明したが、当業者は、本考案の保護範囲は、これらの具体的な実施形態に限定されないことが明らかであることを容易に理解することができる。本考案の原理を逸脱しない前提の下で、当業者は、関連する技術的特徴について同等の変更または入れ替えを行うことができ、これらの変更または入れ替えの後の技術手法は、いずれも本考案の保護範囲内に入る。
先行技術における上記課題を解決するため、すなわち、従来の充電システムのコストが高く、機能が単一で、建設面積が大きいという問題を解決するため、本考案は、コンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションであって、電気自動車のバッテリーを交換するためのバッテリー交換設備と、電気エネルギーを貯蔵するための急速交換バッテリーパックと、グリッドから前記急速交換バッテリーパックに充電し、かつ前記急速交換バッテリーパックからグリッドに放電するための充放電設備と、前記バッテリー交換設備、前記急速交換バッテリーパックおよび前記充放電設備に接続され、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーション全体の動作状態およびグリッドの電力ピーク、電力オフピークを監視し、前記バッテリー交換設備での前記急速交換バッテリーパックの交換を制御し、前記充放電設備の充電または放電を制御するための監視制御システムと、を含むことを特徴とするコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーションを提供する。

Claims (10)

  1. 電気自動車のバッテリーを交換するためのバッテリー交換設備と、
    電気エネルギーを貯蔵するための急速交換バッテリーパックと、
    グリッドから前記急速交換バッテリーパックに充電し、かつ前記急速交換バッテリーパックからグリッドに放電するための充放電設備と、
    前記バッテリー交換設備、前記急速交換バッテリーパックおよび前記充電・バッテリー交換設備に接続され、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーション全体の動作状態およびグリッドの電力ピーク、電力オフピークを監視し、前記バッテリー交換設備での前記急速交換バッテリーパックの交換を制御し、前記充放電設備の充電または放電を制御するための監視制御システムと、を含むことを特徴とするコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  2. さらにコンテナを含み、前記バッテリー交換設備、前記充放電設備、前記急速交換バッテリーパックおよび前記監視制御システムは、いずれも前記コンテナ内に設けられ、前記バッテリー交換設備は、前記コンテナの内底部に取り付けられ、前記充放電設備および前記急速交換バッテリーパックは、前記コンテナ内で多層に立体的に配置され、前記監視制御システムは、前記コンテナ内の余剰スペースに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  3. 少なくとも２本の充放電枝路が設けられ、前記充放電枝路間はそれぞれ互いに独立しており、前記監視制御システムが前記充放電枝路の充電および放電を制御することを特徴とする請求項２に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  4. 前記充放電枝路はそれぞれ、前記充放電設備１つと、前記急速交換バッテリーパック１つとを含み、前記充放電設備と前記急速交換バッテリーパックとは電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  5. 前記充放電設備は、グリッドの交流電流を直流電流に変換して前記急速交換バッテリーパックに充電し、および／または前記急速交換バッテリーパックから出力された直流電流を交流電流に変換してグリッドに放電するための充放電器を含むことを特徴とする請求項４に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  6. 前記急速交換バッテリーパックは、電気自動車の未交換のバッテリーと交換するための複数のエネルギー貯蔵バッテリーを含むことを特徴とする請求項５に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  7. 前記コンテナ内に配置された車両急速交換ユニットが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  8. 前記コンテナ外かつ前記コンテナの近くに配置された車両急速交換ユニットが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  9. グリッド電圧を、前記充電・バッテリー交換・蓄電ステーションで必要とする電圧に変換するための変圧器がさらに設けられていることを特徴とする請求項８に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
  10. 前記急速交換バッテリーパックの数、蓄電状況、および／または電気自動車のバッテリーをフル充電するのに必要な時間と費用を表示するための表示装置がさらに設けられていることを特徴とする請求項９に記載のコンパクト型分布式充電・バッテリー交換・蓄電ステーション。
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