JP6322736B2 - 充電ステーション用の回路システム、充電ステーションおよび充電ステーションの使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、充電ステーション用の回路システム、充電ステーションおよび充電ステーションの使用方法に関する。

車両のエネルギー貯蔵体を充電することを意図する充電ステーションは十分よく知られている。通常、電圧は、車両のエネルギー貯蔵体を充電するための電圧としてユーザが使用できるようになる前に、相応に修正しなければならない。変圧器、整流器およびステップダウン変換器は、一般に、できる限り柔軟な方法でエネルギー供給業者によって提供される入力電圧を対応する充電操作に必要とされる要件に適応させるために使用される。

本発明の目的は、先行技術で知られている車両のエネルギー貯蔵体を充電することを意図する充電ステーション用の回路システムを改善することである。

本発明の目的は、車両のエネルギー貯蔵体を充電することを意図する充電ステーション用の回路システムであって、互いにＤＣ絶縁される変圧器出力を有する変圧器、第１のサブシステムおよび第２のサブシステムを備え、第１のサブシステムおよび第２のサブシステムの各々は変圧器出力のうちの１つに接続され、第１のサブシステムおよび第２のサブシステムの各々はＤＣ−ＤＣ変換器の上流に接続される整流器を備え、ＤＣ−ＤＣ変換器がその入力側またはその出力側で切替論理ユニットと結合される、回路システムによって達成される。

先行技術と比べると、本発明による回路システムは、商用電源に対するＤＣ絶縁と、車両まで維持されるＤＣ絶縁との両方が変圧器で達成されるという利点を有する。それに加えて、回路システムは、一次電圧より低い二次電圧をＤＣ−ＤＣ変換器に提供できるようにすることができ、一次電圧は、第１および第２のシステムの整流器が互いに結合されている場合に発生し、それらの結合に応じて蓄積される。結果的に、本発明による回路システムは、有利には、整流器とＤＣ−ＤＣ変換器との間の領域における１０００Ｖを下回る電圧の提供を可能にする。従って、切替論理ユニットを介して互いに結合される複数のＤＣ−ＤＣ変換器が提供される場合、それぞれのＤＣ−ＤＣ変換器に課される電圧要件を低減することができる。同時に、本発明による切替論理ユニットは、車両の充電操作で所望の電圧範囲（例えば、２００Ｖ〜１０００Ｖ）に対応することを可能にする。

具体的には、整流器は６パルス整流器である。また、切替論理ユニットは、対象とされる方法でＤＣ−ＤＣ変換器の並列接続と直列接続とを切り替えるために使用できるスイッチを備えるようにもなっている。具体的には、ＤＣ−ＤＣ変換器（好ましくは、別個のＤＣ−ＤＣ変換器）が各整流器に割り当てられる。

本発明の有利な構成および発展形態は、従属請求項および図面に関する説明から知ることができる。

本発明のさらなる実施形態は、切替論理ユニットが第１のサブシステムおよび第２のサブシステムのＤＣ−ＤＣ変換器の出力を並列または直列に接続するようにする。具体的には、この事例では、ＤＣ−ＤＣ変換器は、その出力側で並列または直列に接続されるようになっている。所望の出力電圧は、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力側に存在する電圧を並列または直列に接続することによって充電ステーションで達成することができる。この事例では、切替論理ユニットのスイッチを使用して並列回路と直列回路とを変更することが可能であると考えられる。また、切替論理ユニットによってＤＣ−ＤＣ変換器のうちの１つの出力側に存在する電圧を接続または切断することも考えられる。

本発明のさらなる実施形態は、変圧器出力がスター回路およびデルタ回路を有するようにし、第１のサブシステムは、好ましくは、スター回路を有する変圧器出力に接続され、および第２のサブシステムは、デルタ回路を有する変圧器出力に接続される。スター回路およびデルタ回路の使用は、有利には、「力率補正（ＰＦＣ）」段階を省略し、２つの整流器における高調波の低減を可能にする。

本発明のさらなる実施形態は、ＤＣ−ＤＣ変換器が第１のサブシステムの整流器および第２のサブシステムの整流器の下流にそれぞれ接続されるようにし、ＤＣ−ＤＣ変換器は、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力側で互いに直列または並列に接続される。

本発明のさらなる実施形態は、同じＤＣ−ＤＣ変換器が第１のサブシステムの整流器および第２のサブシステムの整流器の下流に接続されるようにし、整流器は、具体的には、その出力側で、切替論理ユニットを介して直列または並列に接続される。この事例では、切替論理ユニットは、好ましくは、ＤＣ−ＤＣ変換器の入力側と結合される。この事例では、切替論理ユニットは、好ましくは、ＤＣ−ＤＣ変換器に一次電圧または二次電圧を提供するように構成される。換言すれば、入力側と結合された切替論理ユニットは、第１および第２のサブシステムが並列または直列に接続されることを保証する。

本発明のさらなる実施形態は、ＤＣ−ＤＣ変換器がステップダウン変換器またはバック変換器であるようにする。

本発明のさらなる実施形態は、変圧器が中電圧変圧器であるようにする。

また、本発明は、本発明による回路システムを備える充電ステーションにも関する。

また、本発明は、本発明による充電ステーションを使用して車両のエネルギー貯蔵体を充電する充電ステーションの使用方法にも関する。

本発明のさらなる詳細、特徴および利点は、図面からおよび図面を使用して以下の好ましい実施形態の説明から明らかになる。この事例では、図面は、本発明の基本概念を限定しない本発明の単なる例示的な実施形態を示す。

先行技術による回路システムを示す。 本発明の第１の例示的な実施形態による回路システムを示す。 本発明の第２の例示的な実施形態による回路システムを示す。

同一の部品には、常に、様々な図において同じ参照記号が提供され、従って、一般に、各事例において１回だけ名前が挙げられるかまたは言及される。

図１は、先行技術による回路システム１０を示す。この事例では、回路システム１０は、整流器６が配列される変圧器出力４の各々に中電圧変圧器３を備える。各々が変圧器出力４に接続される整流器６は、互いにＤＣ絶縁される２つのＤＣ−ＤＣ変換器９が整流器６に接続される前に、接続部１３によって具体的には電気的に互いに結合される。整流器６が接続された結果、２つのＤＣ−ＤＣ変換器９には、一次電圧１６（例えば、１０００〜１２００Ｖ以下）が提供される。この事例では、ＤＣ−ＤＣ変換器９は、バック変換器またはステップダウン変換器もしくはステップアップ変換器である。それに加えて、回路システム１０は、対応するステップダウン変換器のために下流に接続された非常スイッチシステム１１および絶縁モニタリングユニット１２のそれぞれを有する。また、変圧器３が、それぞれの整流器６に接続されるデルタ巻線７およびスター回路８を備えることも考えられる。

図２は、本発明の第１の例示的な実施形態による回路システム１０を示す。この事例では、具体的には、車両のエネルギー貯蔵体を充電することを意図する充電ステーションで使用され、対応する特別な要件を満たす回路システム１０を伴うようになっている。この事例では、好ましくは、回路システム１０は、変圧器３、具体的には中電圧変圧器を有するようになっている。そのＤＣ絶縁された変圧器出力４は、好ましくは、第１のサブシステム１および第２のサブシステム２にそれぞれ接続される。この事例では、具体的には、入力電圧１８が変圧器３の入力側に印加されるようになっている。変圧器３は、好ましくは、その変圧器出力４にデルタ回路７およびスター回路８を有し、第１のサブシステム１は、スター回路８を有する変圧器出力４に接続され、第２のサブシステム２は、デルタ回路７を有する変圧器出力４に接続される。具体的には、デルタ回路７が装備された変圧器出力４およびスター回路８が装備された変圧器出力４は、変圧器出力の対を形成する。図２に示される例示的な実施形態では、回路システム１０は、変圧器出力のそのような２つの対を備える。また、第１のサブシステム１および第２のサブシステム２の各々は、ＤＣ−ＤＣ変換器９の上流にそれぞれ接続される整流器６を備えるようにもなっている。ＤＣ−ＤＣ変換器９は、好ましくは、ステップダウン変換器またはバック変換器である。具体的には、ここで示される例示的な実施形態では、第１のサブシステム１および第２のサブシステム２は、出力側５に関する限りにおいて互いに絶縁されるようになっており、ＤＣ−ＤＣ変換器９は、ＤＣ−ＤＣ変換器９の出力側５を介して切替論理ユニット１４によって互いに接続されるようになっている。この事例では、供給ネットワーク、すなわちＡＣネットワークに対するＤＣ絶縁に加えて、有利には、それぞれのＤＣ−ＤＣ変換器９および車両までを含めて、変圧器出力４でＤＣ絶縁を維持することが可能である。これを受けて、車両も同様に互いにＤＣ絶縁される。具体的には、ＤＣ絶縁のこれらの２つの形態は、変圧器３、好ましくは電源変圧器で実装される。ＤＣ−ＤＣ変換器９の出力側５とのＤＣ−ＤＣ変換器９の結合と、従って２つのＤＣ−ＤＣ変換器９の使用とは、ＤＣ−ＤＣ変換器９の各々に一次電圧１６より低い（具体的には、例えば、１０００Ｖなど、臨界値を下回る）二次電圧１７が提供されるという有利な可能性をもたらす。結果的に、有利には、整流器６とＤＣ−ＤＣ変換器９との間の電圧に関連する標準仕様に準拠することができる。それに加えて、下流に接続されるＤＣ−ＤＣ変換器９の電圧範囲を低減することができる。そのうえ、切替論理ユニット１４は、切替論理ユニット１４を介してＤＣ−ＤＣ変換器９を並列または直列に接続できるように構成されるようになっている。これにより、有利には、充電に必要な電圧範囲（例えば、２００Ｖ〜１０００Ｖ）に対応することが可能になる。そのうえ、好ましくは、非常停止スイッチ１１および絶縁モニタリング１２は、切替論理ユニット１４の下流に接続されるようになっている。

図３は、本発明の第２の例示的な実施形態によるシステム１０．１を示す。これは、好ましくは、基本的な特徴の観点から、図２に示されるシステムに相当するシステム１０．１であり、具体的には、切替論理ユニット、ＤＣ−ＤＣ変換器および２つの整流器を同様に備える。図３からの例示的な実施形態は、第１のサブシステム１および第２のサブシステム２の整流器６が共通のＤＣ−ＤＣ変換器９を共有し、切替論理ユニット１４がＤＣ−ＤＣ変換器９の入力側１５に配列されるという点で、図２からの例示的な実施形態とは実質的に異なる。また、切替論理ユニット１４は、第１のサブシステム１および第２のサブシステム２を直列または並列に接続できるように構成されるようにもなっている。具体的には、さらなる切替論理ユニット１４は、整流器６（具体的には、６パルス整流器）の接続に応じて、２つの異なる中間回路電圧または電流（好ましくは、互いに２倍異なる）が表されるように構成されるようになっている。結果的に、ＤＣ−ＤＣ変換器９の変換範囲は、効率を相応に増加するかまたは充電ステーションに対する出力電圧範囲もしくは出力電流範囲を適応させた結果として、半減することができる。

１ 第１のサブシステム
２ 第２のサブシステム
３ 変圧器
４ 変圧器出力
５ 出力側
６ 整流器
９ ＤＣ−ＤＣ変換器
１０ 回路システム
１４ 切替論理ユニット
１５ 入力側

Claims (7)

1. 車両のエネルギー貯蔵体を充電することを意図する充電ステーション用の回路システム（１０）であって、前記回路システム（１０）は、互いにＤＣ絶縁される変圧器出力（４）を有する変圧器（３）、第１のサブシステム（１）および第２のサブシステム（２）を備え、前記第１のサブシステム（１）および前記第２のサブシステム（２）の各々は前記変圧器出力（４）のうちの１つに接続され、前記第１のサブシステム（１）および前記第２のサブシステム（２）の各々はＤＣ−ＤＣ変換器（９）の上流に接続される整流器（６）を備え、前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）はその入力側（１５）またはその出力側（５）で切替論理ユニット（１４）と結合され、
   前記切替論理ユニット（１４）は、前記第１のサブシステム（１）および前記第２のサブシステム（２）の前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）の出力を並列または直列に接続する、回路システム（１０）。
2. 前記変圧器出力（４）は、スター回路（８）およびデルタ回路（７）を有し、前記第１のサブシステム（１）は、スター回路（８）を有する変圧器出力（４）に接続され、および前記第２のサブシステム（２）は、デルタ回路（７）を有する変圧器出力（４）に接続される、請求項１に記載の回路システム（１０）。
3. 前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）は、前記第１のサブシステム（１）の前記整流器（６）および前記第２のサブシステム（２）の前記整流器（６）の下流にそれぞれ接続され、前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）は、前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）の出力側で互いに直列または並列に接続される、請求項１または２に記載の回路システム（１０）。
4. 車両のエネルギー貯蔵体を充電することを意図する充電ステーション用の回路システム（１０）であって、前記回路システム（１０）は、互いにＤＣ絶縁される変圧器出力（４）を有する変圧器（３）、第１のサブシステム（１）および第２のサブシステム（２）を備え、前記第１のサブシステム（１）および前記第２のサブシステム（２）の各々は前記変圧器出力（４）のうちの１つに接続され、前記第１のサブシステム（１）および前記第２のサブシステム（２）の各々はＤＣ−ＤＣ変換器（９）の上流に接続される整流器（６）を備え、前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）はその入力側（１５）で切替論理ユニット（１４）と結合され、
   前記切替論理ユニット（１４）が、前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）の入力側（１５）に配列され、
   前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）は、前記第１のサブシステム（１）の前記整流器（６）および前記第２のサブシステム（２）の前記整流器（６）の下流に接続され、前記整流器（６）は、その出力側で、切替論理ユニット（１４）を介して直列または並列に接続される、回路システム（１０．１）。
5. 前記ＤＣ−ＤＣ変換器（９）はステップダウン変換器である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路システム（１０）。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路システム（１０）を備える充電ステーション。
7. 請求項６に記載の充電ステーションを使用して車両のエネルギー貯蔵体を充電する充電ステーションの使用方法。

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