JP6921979B2 - 電気自動車（ｅｖ）高速充電ステーションおよびシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば電気自動車（ＥＶ）の高速充電のための急速または高速電気自動車充電ステーションおよびシステムに関する。

電気自動車（ＥＶ）は、クリーンエミッション、静かな運転、低メンテナンスに強い関心が寄せられて、世界中で使用されるようになっている。バッテリー技術の進歩により、自動車の速度ならびに走行距離が向上している。この発展を支援するためバッテリーの充電が改善され、大型のＥＶ電池を完全に充電するのに２時間という短い充電時間が実現された（例えばシボレー「ボルト」やテスラ「モデルＳ」）。充電時間の改善という期待を受け、バッテリーのメーカーは、バッテリーの「高速充電」が可能になるように技術改良に取り組むこととなった。目標は、ガソリン車に燃料を補給するのとほぼ同じ時間（例えば１０−１５分）でＥＶ車を充電できるようにすることである。

大型車両のバッテリーの高速充電では、充電中に電力網から各（または複数の）車両用に大量のＡＣ電力が必要になるため、問題が発生する。例えば、シボレー「ボルト」などの通常サイズのセダンは、目標の充電時間を達成するために、充電プロセス中に３５０ｋＷもの高出力を必要とする可能性がある。この電力要件は、複数の車両を同時に充電する場合、燃料補給サイトで巨大なＡＣ電源（ＡＣ−ＤＣ変換を伴う、大規模な産業負荷をサポートするための電力網インフラストラクチャなど）を必要とすることになる。このタイプのＡＣ電源は、ほとんどの場所では利用できない。燃料補給中の電力サージはまた、特定の場所での電力要件を予測する電力会社の能力に問題を引き起こす。この特定の問題に加えて、充電ステーションが少ないことが問題である。ＥＶ市場を成長させるには、通常のガソリンスタンドでＥＶ充電ポンプを利用できるようにする必要がある。

ほとんどの場所で、十分な電力を提供するには、大型の「電気リザーバ」または「バッテリーリザーバ」または「エネルギーリザーバ」を使用して、制御された同等の方法で電力を貯蔵する必要がある。この電気またはバッテリーまたはエネルギーリザーバは、車両への燃料補給のための主要な充電エネルギー源として使用できる。「リザーバ」要件を支援するための電池技術が既に存在している。フロー電池やリチウム電池など、いくつかの異なる電池技術を使用できる。フライホイールエネルギー貯蔵などの他の電気機械技術も使用可能である。バッテリーまたはエネルギーリザーバは、ガソリンスタンドでガソリンを貯蔵するために現在使用されているのと同様の方法で地下に配置するか、または地上に配置することができる。

バッテリーリザーバは、通常のガソリンスタンドに既に存在する電力を使用して、同等の方法で常時充電可能である。この方法を使用して、電力会社は電力使用量を予測し、電力サージを回避できる。例えば、バッテリーリザーバは、電源（例えば、既存の電源、新しい電源、送電網、送電線、配電システム、発電機、燃料タイプの発電機）から、連続的に、断続的に、またはプログラムされた方法で充電可能である。

リザーバに貯蔵されたエネルギーは、電気自動車の充電源として使用できるようになる。ＥＶの充電に必要な電力を適切に変換するために、通常のガソリンポンプと（物理的なサイズと形式が）非常に類似した充電ポンプを使用できる。ＥＶの電源はＤＣバッテリーであり、バッテリーリザーバはＤＣバッテリーであるため、必要な電力変換は、直接変換またはＤＣ−ＤＣ変換のみであり、今日のほとんどのバッテリー充電器で使用されているＡＣ−ＤＣ変換による電力損失を回避できる。

ガソリンスタンドでは、ガソリンを補給する顧客と同様の方法で、顧客はＥＶの充電を行うことができる。ガソリンスタンドは、バッテリーリザーバの充電を維持するためのコストについて電力会社と協力し、バッテリーリザーバとＥＶ充電器またはＥＶポンプ（例えば電気充電器やコンセント）を追加／サポートするためのコストを償却する。その後、必要な利益を組み込み、それに応じてＥＶの顧客に請求することができる。これにより、追加の電力塔、送電線、変電所など、ほとんどの場所では実用的ではない産業規模の送電網インフラストラクチャ、または必要なパワーエレクトロニクスを含む送電網と車両の接続を提供する必要がなくなり、電力会社の負担がなくなる。

バッテリーリザーバによる方法を使用すると、通常のガソリンスタンドで、ＥＶポンプ（例えば燃料補給ＥＶポンプ）または複数のポンプを変換または単純に追加して、ＥＶの高速充電を提供できる。この高速充電により、今日のガソリン車のように、ＥＶが全国で簡単に移動できるようになり、ＥＶをより主流にすることが可能になる。

本明細書に記載の主題は、電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、電気／ガソリンステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、ガソリンポンプおよび電気ポンプの両方を備える、またはそれらからなる改良されたガソリンステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのガソリンポンプと少なくとも１つの電気ポンプとを備える、またはそれらからなる電気充電／ガソリンステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのガソリンポンプと少なくとも１つの電気ポンプとを備える、またはそれらからなる電気充電／ガソリンステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのガソリンポンプと少なくとも１つの電気ポンプとを備える、またはそれらからなる電気充電／ガソリンステーションに関し、少なくとも１つのガソリンポンプは、少なくとも１つの電気ポンプから所定の距離だけ離れている。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのガソリンポンプと少なくとも１つの電気ポンプとを備える、またはそれからなる電気充電／ガソリンステーションに関し、少なくとも１つのガソリンポンプおよび少なくとも１つの電気ポンプは単一のポンプユニットである。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのガソリンポンプと少なくとも１つの電気ポンプとを備える、またはそれらからなる電気充電／ガソリンステーションに関し、少なくとも１つのガソリンポンプおよび少なくとも１つの電気ポンプは別個のポンプユニットである。

本明細書に記載の主題は、複数のガソリンポンプ位置と複数の電気ポンプとを備える、またはそれらからなる電気充電／ガソリンステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、複数のガソリンポンプ位置と複数の電気ポンプとを備える、またはそれらからなる電気充電／ガソリンステーションに関し、ガソリンポンプは少なくとも１列に配置され、電気ポンプは別の少なくとも１列に配置される。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つの電気リザーバを備える、またはそれからなる電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのオンサイト電気リザーバを備える、またはそれからなる電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、地下に位置する少なくとも１つの電気リザーバを備える、またはそれからなる電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、地上に位置する少なくとも１つの電気リザーバを備える、またはそれからなる電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つの電気リザーバを備える、またはそれからなるガソリン／電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのオンサイト電気リザーバを備える、またはそれからなるガソリン／電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、地下に位置する少なくとも１つの電気リザーバを備える、またはそれからなるガソリン／電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、地上に位置する少なくとも１つの電気リザーバを備える、またはそれからなるガソリン／電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのガソリンタンクと、地下に配置された少なくとも１つの電気リザーバとを備える、またはそれらからなるガソリン／電気充電ステーションに関する。

本明細書に記載の主題は、少なくとも１つのガソリンタンクと、地下に配置された少なくとも１つの電気リザーバと備える、またはそれらからなるガソリン／電気充電ステーションに関し、少なくとも１つのガソリンタンクと少なくとも１つの電気リザーバは、少なくとも所定の距離だけ離間している。

本発明によるガソリン／電気ステーションの概略図である。 図１に示すガソリン／電気ステーションの別の概略図である。 図１に示すガソリン／電気ステーションの構造および配置の概略図である。 ガソリン／電気ステーション、例えば、図１に示されるガソリン／電気ステーションと共に使用するための、または例えば遠隔地のある場所で使用するためのポータブル式ガソリン／電気ステーションの構造および配置の概略図である。 図１から図３に示すステーションで使用されるフロー電池の概略図である。 電気リザーバ（例えば、バッテリーリザーバ）から電気ポンプ（例えば、ＥＶポンプ、ＥＶ充電器）への電力の流れを示すフローチャートである。 本発明によるガソリン／電気ポンプの側面図である。 電源および電気リザーバからのＥＶの充電の電力共有の概略図である。 ガソリン／電気ポンプの電気リザーバおよびリチウムイオン電池からのＥＶの充電の電力共有の概略図である。

本発明によるガソリン／電気ステーション１０が、図１および２に示されている。ガソリン／電気ステーション１０は、燃料（例えば、ガソリン、ディーゼル、プロパン）を分配し、ＥＶを充電するように構築、配置、設計されている。

ガソリン／電気ステーション１０は、複数のガソリン／電気ポンプ１２を備えている。ガソリン／電気ポンプ１２はそれぞれ、電気車両充電器またはＥＶ充電器と、燃料（例えば、ガソリン、ディーゼル、ガス、プロパン）を車両に補給するための燃料ポンプとを含む。ガソリン／電気ポンプ１２はそれぞれ、例えばガソリン／電気ポンプ１２のハウジングまたは区画内に、ＥＶを充電するための電気部品（例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、（複数の）バッテリー、（複数の）リチウムイオン電池）と、従来の内燃機関に燃料を補給するための電気部品（例えば燃料ポンプ、燃料計、燃料フィルタ、電気制御装置）を備えることができる。

ガソリン／電気ポンプ１２は、図１では、各列に３つのガソリン／電気ポンプ１２がある２つの列にあるものとして示されている。しかしながら、より多くの、またはより少ないガソリン／電気ポンプ１２を列に設けることができ、またはより多くの、またはより少ない数の列が存在することができる。

図７に示すように、ガソリン／電気ポンプ１２はそれぞれ、ディスプレイ１４と、ＥＶフックアップおよび充電用に構成された電気コネクタ１６Ｂを備えた充電ケーブル１６Ａと、ガスノズル１８Ｂが取り付けられたガスホース１８Ａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０と、および内部リチウムイオン電池アレイ１９とを有する。あるいは、ガソリン／電気ポンプ１２は、「電気専用」もしくは「ガソリン専用」ポンプ、充電器、またはガソリン／電気ステーション１０の敷地において様々な配置および／または位置でＥＶ充電器から離間したガスポンプを提供する装置であり得る。

この場合も、図示のガソリン／電気ポンプ１２は、ガソリンのポンピングとＥＶ充電の両方のための構成部品または部品を備えている。例えば、ガソリン／電気ポンプ１２は、（複数の）リチウムイオン電池または（複数の）リチウムイオン電池アレイ１９、リチウムイオン電池アレイまたはアセンブリ１９によって電気自動車（ＥＶ）へ供給される電圧および電流を制御するように構成された電子制御装置、燃料ポンプ構成部品および／または安全電子機器（例えば、すべての補給の停止、ＥＶ充電の停止、燃料ポンプの停止、ハロン消防システムの始動、電気火花抑制、操作ロックアウト検出および「ガソリン専用」の充填モードまたは「充電専用」充電モードの制御）を含むことができる。

再び、図１および図２に示される配置は、図示されたガソリン／電気ポンプ１２の列を物理的に間隔を空けた１列または複数の列の「ガソリン専用」ポンプおよび１列または複数の列の「充電専用」ポンプで置き換えることにより修正できる。これは安全上の理由（例えば、電気機器や電気火花が生じる可能性がある近くでの燃料蒸気の防止のため）のために、これらを離間させるものである。しかし、ガソリン／電気ポンプ１２は、電気火花抑制、高レベルの電気接地、冗長電気接地、ガソリンおよび電気操作を分離するための個別の区画または個別の格納構造、空気抜き、または同じガソリン／電気ポンプ１２内でガソリンと電気の両方の操作を可能にするための空気またはガス（例えば窒素）循環ポンプを提供するように構成または設計されることができる。

また、ガソリン／電気ポンプ１２は、一度に１つの動作モードのみを許可するように構成または設計することができる。例えば、空気抜きをする、または循環ポンプがガソリン操作モード後の残りの燃料または燃料蒸気を大気中へ除去できるようにするように、動作中に一時停止してもよい。

ガソリン／電気ステーション１０は、個々のガソリンライン２４（すなわち、ガソリン分配装置およびシステム）に接続されてこれに供給するメインガソリン供給ライン２２を介して、個々のガソリン／電気ポンプ１２に接続される地下ガソリン貯蔵タンク２０を備える。ガソリン／電気ステーション１０は、個々の電気ライン３０（すなわち、配電装置およびシステム）に接続されてこれに供給するメイン電力ライン２８を介して、個々のガソリン／電気ポンプ１２に接続される地下電力リザーバ２６をさらに備える。ガソリン／電気ステーション１０は、車両にガソリンを充填するのと同様の時間枠で電気車両（ＥＶ）の高速充電（例えば５〜１５分で電気車両を充電するように構成される）を提供すると予想される。

図１および２に示されるガソリン／電気ステーション１０の代替として、より大きな需要、および／またはピーク需要を満たすために、複数のガソリンタンク２０および／または複数の電力リザーバ２６がガソリン／電気ステーション１０に設けられ得る。

電力リザーバ２６は、大量の電力を貯蔵するように構成された装置またはデバイスであり得る。例えば、電力リザーバ２６は、フロー電池および／またはリチウムイオン電池（例えば電池群）であり得る。例えば、電力リザーバは、ＥＶを高速充電するように構成された一連のリチウムイオン電池に接続された大型フロー電池であり得る。電力リザーバ２６は、毎日、毎週、毎月、および毎年のスケジュールで充電されるＥＶの予測数に基づいてモデル化された需要に対応するように設計、構築、およびサイズ設定することができる。

電力リザーバ２６は、例えば店舗３６に配置された電気パネル３４に接続された地下電力ライン３２を介して電力を供給される。高電力サービスライン３８は、電源４０（例えば、送電網、送電線、送電局、発電機）から電力を供給する。電力計３５（例えば、店舗３６の側面に位置する）が設けられて、電源４０からの入電力を測定することができる。

さらに、電力ライン３２を介した電力リザーバ２６の充電を制御するために、電力ライン３２に電子制御装置４１を設けることができる。例えば、電子制御装置４１は、電力リザーバ２６の構成要素または部品であってもよく、または別個の構成要素または部品であってもよい（例えば、ガソリン／電気ステーション１０の敷地内に位置する）。電子制御装置４１は、例えば、プログラム可能な電子制御装置４１であることができる。

さらに、図１および図３に示すように、電力ライン３２を介して電力リザーバ２６を充電するために、入ってくるＡＣ電力をＤＣ電力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ４３を電力ライン３２に設けることができる。例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータ４３は、電力リザーバ２６の構成要素または一部、または別個の構成要素または一部であり得る（例えば、ガソリン／電気ステーション１０の敷地内に位置する）。

電力リザーバ２６は、様々な方法で充電されることができる。例えば、電力リザーバ２６は、連続的に充電、要求に応じて充電、および／またはプログラムまたはアルゴリズムに従って充電される。例えば、充電戦略は、毎日のスケジュールを通して予測された数の車両を充電するための需要を満たす一方で、需要を減少または最小化する（例えば、電源４０のピーク需要を回避する）方法で電力リザーバ２６を充電することであり得る。プログラムまたはアルゴリズムは、将来の需要の予測を更新および改善するために、年間、季節（例えば、夏、秋、冬、春）、および休日中の特定の日の所定の時間における需要量に関するデータを学習および保存するように構成できる。

電力リザーバ２６の充電は、電力リザーバ２６を均一なまたは変化する速度で連続的に充電することを含むことができる。あるいは、電力リザーバ２６は、固定速度で断続的に充電、および／または異なる期間で異なる速度で充電されることができる。いずれの場合にも、その意図は、ガソリン／電気ステーション１０を、電源４０のピーク電力需要を最小限に抑えながら、ガソリン／電気ステーション１０でＥＶを充電するためのピーク需要を常に満たすのに十分な電力の使用可能性を提供するよう、構築および配置することである。

ガソリン／電気ステーション１０は図１〜図３に示され、および／または別の操作（例えば、異なる場所、例えば遠隔地に位置するロット）には、図４に示すように電気ユニット１２６、２２６を取り付けることができる。図示されているユニット１２６、２２６は、充電のみを提供するように構成および配置されている。しかしながら、ユニット１２６、２２６は、従来の車両のガソリン燃料補給またはＥＶの電気充電の両方を提供するように修正することができる。電気ユニット１２６、２２６は、例えば、ガソリン／電気ステーション１０の電気パネル３４に接続され、電力を供給されることができる。

電気ユニット１２６、２２６のポータブルな形式は、ポータブル電気ユニットであり得る。例えば、２０フィートの可動式貯蔵容器には１つの電気ポンプ１２を取り付けることができ、４０フィートの可動式貯蔵容器には２つの電気ポンプ１２を取り付けることができる。ポータブルユニット１２６、２２６は、サイト（例えば、新しいステーションサイト、ローカルステーションサイト、リモートステーションサイト）に輸送され、接続されて動作を開始することができる。電気ユニット１２６、２２６のポータブルの形式は、一時的な動作、遠隔動作を提供するのに特に有用であり、安価で、再利用可能な、または再配置可能な動作を提供する。

例えば、図１〜３に示される電力リザーバ２６は、図５に示されるフロー電池５０であり得る。具体的には、フロー電池５０は、図１〜３に示すガソリン／電気ステーション１０の電力リザーバ２６、または図３に示す電気ユニット１２６および２２６のポータブル形式として使用するように構造化、構成および／または設計されることができる。

フロー電池５０は、循環ポンプを有するＡＱＤＳ／ＡＱＤＳＨ電解質貯蔵タンクと、プロトン交換膜により隔てられた一対の離間した多孔質炭素電極と共に別の循環ポンプを有するＨＢｒ／Ｂｒ_２電解質貯蔵タンクとを含む。フロー電池５０は、電気供給ケーブル３２（電源）およびガソリン／電気ポンプ１２に通じるメイン電源ケーブル２２に接続されており、これらに供給している。

図６に示されるように、少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータ６０は、電気リザーバ２６から電力を受け取り、次いでガソリン／電気ポンプ１２に電力を供給することができる。コンバータ６０は、電力リザーバ２６の構成要素または一部、および／またはガソリン／電気ポンプ１２の構成要素または一部であることができる。

フロー電池
再び、電気リザーバ２６は、１つまたは複数のフロー電池５０であり得る。レドックスフロー電池セルスタックの開回路電圧は、他の電池と同様に、直列のスタックの数に正比例する。

ＥＶ電池を充電するために、フロー電池５０によって提供される電圧は、ＥＶ電池を充電する必要があるレベルに調整可能でなければならない（例えば、充電プロセス中にいくつかの異なる中間レベルを想定し得る）。適切に設計されたＤＣ−ＤＣコンバータ６０（例えば、図７に示されるようにガソリン／電気ポンプ１２に収容される）は、フロー電池に続く適切な検知およびフィードバック機構により、ＥＶ電池を充電するための所望の電圧を提供する。例えば、テスラ「モデルＳ」のバッテリー電圧は約３５０Ｖｄｃである。

電気リザーバ２６（例えば、フロー電池５０）自体から利用可能な電圧は、その構成（すなわち、スタック内のセルの数、直列のスタックの数）に依存する。例えば、２００９年に設置されたバナジウムフロー電池では、各スタックに４０個のセルがある３つのセルスタックを含み、次のことが実証された。スタックは電気的に直列に接続されており、これにより約１６５Ｖの電位が得られる（持続可能なエネルギーに関するＲｉｓｏ国立研究所レポート、Ｒｉｓｏ−Ｒ−１７５３（ＥＮ）、２０１１年２月、デンマーク工科大学）。

この電圧は、セルスタックを直列に追加することにより増加されることができる。電圧を所望の充電レベルに上げる別の方法は、ガソリン／電気ポンプ１２にあるＤＣ−ＤＣコンバータ６０内のパワーエレクトロニクス・ブーストコンバータを使用することである。所望の充電電圧を得るためのトポロジーの選択は、各オプションの経済性と各オプションに必要な物理的スペース（不動産）に依存する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ６０の出力電圧は、充電されるＥＶモデルに依存し、ＥＶモデルは、非常に様々なバッテリー電圧または充電ポートのフォームファクタを有し得る。ＤＣ−ＤＣコンバータのパワーエレクトロニクスは、特定の範囲のバッテリー電圧に対して必要な電圧レベルを提供できると考えられる。ＥＶ電池の電圧要件が、単一のＤＣ−ＤＣコンバータ６０の設計で提供できる範囲を超えている場合、または完全に異なる充電ポートのフォームファクタである場合、同じ電気リザーバ２６（例えばフロー電池５０）とインタフェースする異なるポンプタイプ２１２が設けられる必要がある。

ＥＶ電池は、メーカーが推奨する電流レベルで充電される必要があり、ＥＶ電池を保護し、ＥＶの充電インレットポートに接続するケーブルの電圧降下を制限するには、最大電流レベルを超えてはならない。ＤＣ−ＤＣコンバータ６０の電流制限機能は、その保護を提供する。電気リザーバ２６（例えばフロー電池５０）の出力電圧がＥＶ電池電圧よりも高い場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０は、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴタイプのパワーエレクトロニクススイッチからなる「バック（ｂｕｃｋ）」タイプになる。高速充電中に大電流が発生するため、「ゼロ電圧スイッチング」や同期整流などの低損失スイッチング手法でスイッチを動作させることが推奨される。次いで、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０は、「ハーフブリッジ」に配置されたパワーエレクトロニクススイッチと、それに続く電流リミッタ６１（例えばＬＣフィルタ）とからなり、パワーエレクトロニクススイッチング機構によって引き起こされる電圧リップルを低減する。

電気リザーバ２６（例えばフロー電池５０）の出力電圧がＥＶ電池電圧よりも低いかまたはそれに近い場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０は、第１の「ブースト」ステージを有し、その後に「ＤＣリンク」コンデンサが続き、その後に「バック」ステージとＬＣフィルタが続く。「ブースト」ステージは、フロー電池から利用可能な電圧をより高い電圧に昇圧し、充電プロセス中に必要に応じてＥＶ電池電圧にダウンコンバートする。コンバータでの損失を最小限に抑えながら、昇圧と降圧ステージの両方の動作が再び行われる。

電気パネル４０またはケーブル３２に供給するＡＣ電源４０の後に配置されるＡＣ−ＤＣパワーコンバータ４３は、整流器６２ステージとそれに続くＤＣ−ＤＣコンバータ６４ステージを組み込むことができる。整流器６２ステージは、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するために必要である。ＤＣ−ＤＣコンバータ６４またはコンバータステージ６４は、充電プロセス中に必要とされるように、整流（ＤＣ）電圧をフロー電池２６の電圧に変換するために必要とされる。整流器ステージは通常、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴタイプのスイッチを使用して実装されるフルブリッジ「制御整流器」タイプである。電力会社が設定した電力品質要件を満たすため、ＡＣ側で「力率補正」を達成するように整流器ステージが制御される。ＤＣ−ＤＣコンバータ６４ステージは、整流電圧よりもフロー電池電圧がそれぞれ低いか高いかに応じて、「バック」タイプ、または「ブースト」タイプとそれに続く「バック」タイプとすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ６４ステージは、パワーエレクトロニクススイッチング機構によって引き起こされる電圧リップルを除去するためにＬＣフィルタ６６を含むことができる。ここでも、損失を最小限に抑えるため、パワーエレクトロニクススイッチが操作される必要がある。

ＥＶパワーポンプ高エネルギーケーブル
高エネルギーケーブルは、車両を充電するために３５０ｋＷの電力を安全に供給できる。これだけの電力を管理するには、太い銅ケーブルを使用する必要がある。電力は、電圧と電流の組み合わせになる。今日の電気自動車は、３５０〜４００ＶＤＣのバッテリーを使用して製造されている。将来的には、より長い走行距離とより高い速度をサポートするために、この電圧はより高くなるであろう。高速充電を成功させるには、充電電流が４００〜５００アンペアであることが期待される。

充電ケーブルは、必要な充電電流を扱うために、００００ＡＷＧ（直径約０．５インチ）以上の直径を使用して製造される必要がある。車両へのインタフェースもまた大きな導体でなければならない。１本の大きなケーブルまたは２本の小さなケーブルを使用して、必要な電力を供給することができる。２本のケーブルの利点は、ＥＶパワーポンプとＥＶとの間の取り扱いが容易になる点である。２本のケーブル接続は、充電プロセスの安全キーとしても使用できる。より具体的には、充電プロセスを開始できるようにするために、ＥＶパワーポンプは両方の導体の堅固な接続を検出する必要がある。「電子安全キー／ロック」も使用して、ポンプへの接続が、充電の準備ができた有効なＥＶであることを保証する。この安全キーは、ポンプ安全ソフトウェアの一部であることができ、ポンプを有効にするには、ＥＶが有効な応答を提供する必要がある。この方法では、有効なＥＶが接続されて充電の準備ができていると安全かつ明確に判断されない限り、ポンプは、決してケーブルに高電力を供給しない。

ＥＶパワーポンプとＥＶとの間の導体は、銅や銀などの高導電性のゲージ重金属でできていなければならず、低腐食タイプでなくてはならない。安全性のため、ポンプケーブル端のコネクタには、露出した金属部分があってはならず、２本のケーブルを使用する場合、ケーブルは交換可能か、不適切に挿入できないようにキーイングする必要がある。

高導電性ケーブルと接点を使用すると、重要な充電プロセス中のエネルギー損失を最小限に抑えることができる。充電プロセス中に最大エネルギー（電力ｘ時間）が供給されることが非常に重要である。

充電中断の安全性も提供され、充電プロセス中に車を運転しようとする人などの事故や、地震などの環境事故からも保護される。充電プロセス中にＥＶの駆動を無効にするためにＥＶ製造業者が使用できるポンプからの禁止信号が提供される。しかし、充電プロセス中にケーブルが誤ってポンプから引き抜かれた場合に備えて、ポンプはこの状態を検出し、電源をオフにして、外部から利用できないようにする。

安全性のため、バッテリーリザーバから電源をオフにするマスターシャットオフレバーも提供される。

最大電力共有
電気自動車の高速充電ステーションとシステムは、図８に示すように、エネルギーリザーバの充電とＥＶの充電の間に最大電力共有機能を含むことができる。

使用されるエネルギーリザーバ２６がレドックスフロー電池５０である場合、出力部に電力を供給している間は充電できない。これは、ポンプの流れが適宜方向を変えるためである。この制限のため、通常はレドックスフロー電池の充電に使用される追加の電力を、実際のＥＶの充電を支援するために利用することが可能である。

この機能により、充電ターゲットを選択するためのリレー切り替えが可能になる。ポンプにＥＶがない間は、レドックス電池が選択されて継続的に充電されることができる。ＥＶの充電準備が整うとすぐに、システムは選択を切り替えて、エネルギーリザーバに送られていた電力をＥＶに供給することにより、ＥＶに最大充電を提供できる。

充電器４３’（図８）は、電気リザーバ２６を充電するための充電器４３’を構成する他の電気部品または部品とともに、図１に示すＡＣ−ＤＣパワーコンバータ４３を含むことができることに留意されたい。あるいは、充電器４３’は、ＡＣからのパワーコンバータ４３と比較して異なるタイプの充電器であり得る。

このタイプの特徴は、図９に示すように、ガソリン／電気ポンプ１２に同様に適用できる。電気リザーバ２６からのＤＣ電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０に向けられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ６０からのＤＣ−ＤＣ電力は、リチウムイオン電池１９を充電するために選択的に使用することができ、またはガソリン／電気ポンプ１２によって充電されているＥＶを充電するために使用することができる。あるいは、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０およびリチウムイオン電池１９からの電力を同時に使用して、図９に示されるスイッチング構成によりＥＶを充電することができる。

図８および９の特徴は、別個であるか、またはガソリン／電気ステーション１０に一緒に組み合わされることができる。

Claims (28)

1. 電気自動車（ＥＶ）を充電するための電気自動車（ＥＶ）充電ステーションであって、
   ＡＣ電源と、
   前記ＡＣ電源からＡＣ電力を受け取り、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成および配置されたＡＣ−ＤＣパワーコンバータと、
   前記ＡＣ−ＤＣパワーコンバータから第１の電気リザーバの充電に適したＤＣ電力を受け取る前記第１の電気リザーバと、
   前記第１の電気リザーバからＤＣ電力を受け取り、ＤＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成および配置された第１のＤＣ−ＤＣコンバータと
   前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータからＤＣ電力を受け取るように構成および配置されると共に、ＤＣ電力を前記ＥＶの充電に適したＤＣ電力に変換するための第２のＤＣ−ＤＣコンバータを備えたＥＶ充電器と
   を備え、
   前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記第１の電気リザーバと前記ＥＶ充電器との間に電気的に接続されている、ステーション。
2. 前記ＥＶ充電器は、電気ポンプの部品または構成部品である、請求項１に記載のステーション。
3. 前記電気ポンプは、ハウジングを備え、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記ハウジング内に配置されている、請求項２に記載のステーション。
4. 前記電気ポンプは、前記電気ポンプに電力を貯蔵するために前記電気ポンプ内に配置された第２の電気リザーバを更に備える、請求項２に記載のステーション。
5. 前記第１の電気リザーバは、フロー電池を備える、請求項１に記載のステーション。
6. 前記第２の電気リザーバは、リチウムイオン電池である、請求項４に記載のステーション。
7. 前記ＥＶ充電器は、前記第１の電気リザーバおよび／または第２の電気リザーバから電力を受け取る、請求項１に記載のステーション。
8. 前記第２の電気リザーバは、リチウムイオン電池である、請求項７に記載のステーション。
9. 前記ＡＣ−ＤＣパワーコンバータは、整流器を備え、
   前記ＡＣ−ＤＣパワーコンバータは、前記ＡＣ電源からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成および配置されており、
   前記整流器からのＤＣ電力を前記第１の電気リザーバの充電に適したＤＣ電力に変換する第３のＤＣ−ＤＣコンバータを更に備える、請求項１に記載のステーション。
10. 前記ＡＣ−ＤＣパワーコンバータは、前記第１の電気リザーバに電力を供給する前に、第３のＤＣ−ＤＣコンバータからＤＣ電力を受け取るように構成および配置された電気フィルタを備える、請求項１に記載のステーション。
11. 前記ＥＶ充電器は、前記第１の電気リザーバおよび／または前記ＥＶ充電器のリチウムイオン電池から前記ＥＶを充電するための電力を選択的に提供するように構成および配置された、請求項１に記載のステーション。
12. 前記第１の電気リザーバおよび／または前記ＡＣ電源から供給された電力を前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータに選択的に提供するように構成および配置された、請求項１に記載のステーション。
13. 複数の電気ポンプを備える、請求項１に記載のステーション。
14. それぞれがＥＶ充電器を有する複数の電気ポンプを備える、請求項１に記載のステーション。
15. 前記第１の電気リザーバおよび前記ＡＣ電源から供給された電力を前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータに選択的にまたは同時に提供するように構成および配置された、請求項１に記載のステーション。
16. 複数のＥＶのＥＶ充電および燃料タイプの車両の燃料補給の両方を提供する１つまたは複数のポンプを備える、請求項１に記載のステーション。
17. 前記電気ポンプは、前記ＥＶ充電器と、前記ＥＶを充電するための少なくとも１つの追加の電気部品とを備える、請求項２に記載のステーション。
18. 燃料ポンプの１つまたは複数の列と、電気ポンプの１つまたは複数の列を備える、請求項１に記載のステーション。
19. 前記ＥＶ充電器を充電するために前記第１の電気リザーバによって提供された電圧が、調整可能であり、充電プロセス中にいくつかの異なる中間レベルを想定するように構成および配置された、請求項１に記載のステーション。
20. 前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、電圧変換の複数のステージを提供するように構成および配置されている、請求項１に記載のステーション。
21. 前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、電圧を昇圧するブーストステージと、それに続く電圧をダウンコンバートするバックステージとを提供するように構成および配置されている、請求項１に記載のステーション。
22. 前記第１の電気リザーバと前記ＥＶ充電器との間に配置された第２の電気リザーバを更に備える、請求項１に記載のステーション。
23. 前記第２の電気リザーバは、電気ポンプ内に配置されている、請求項２２に記載のステーション。
24. 複数の前記第１の電気リザーバを備える、請求項１に記載のステーション。
25. 複数の前記電気ポンプを備える、請求項２に記載のステーション。
26. 前記少なくとも１つの追加の電気部品は、第２の電気リザーバを備える、請求項１７に記載のステーション。
27. 前記第２の電気リザーバは、少なくとも１つのバッテリである、請求項２６に記載のステーション。
28. 前記少なくとも１つのバッテリは、少なくとも１つのリチウムイオンバッテリである、請求項２７に記載のステーション。

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