JP7670710B2 - 電気自動車とともに使用される双方向電力変換及び充電用の装置 - Google Patents

Description

本開示は、概して、双方向電力変換装置、特に、電気自動車とともに使用される双方向充電器に関する。充電器は、相互接続デバイスと、送電網又は建物から車両バッテリを充電し、また、車両バッテリの蓄積エネルギーを送電網又は建物に放電するように構成された電力変換機器とを有した、双方向電力変換構造すなわち電力ステージを有する。従って、開示される双方向充電器は、電気自動車と例えば電力系統などのＡＣ源との間での双方向の電力フローを提供することによって、収益創出活動及び／又はコスト節減活動を最適化するのに使用され得る。

環境や資源枯渇への関心が高まるにつれて、プラグイン電気自動車の使用がますます一般的になっている。そのような車両は、バッテリ電気自動車（ＢＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、水素燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ）を含む。これらの車両は典型的に、１つ以上のバッテリによって電力供給される１つ以上の電気モータを含む。例えば鉛酸、ニッケル水素、ナトリウム、及びリチウムイオンなど、異なる種類の電気自動車バッテリが存在している。このようなバッテリは各々、異なる貯蔵容量で提供されることができ、貯蔵容量は一般的にキロワット時（“ｋＷｈ”）単位で測られる。

電気自動車の使用がますます普及し、そのような車両の利用可能性が増すにつれて、それらを、例えばビークル・ツー・グリッド活動など、収益創出活動及び／又はコスト節減活動に利用する試みがなされてきた。電気自動車用の従来の充電器又は標準的な急速充電器は、一方向の流れを可能にするのみ（すなわち、充電器から電気自動車へと電力が流れるのみ）であり、ビークル・ツー・グリッド（車両から送電網）活動には適していない。また、標準的な急速充電器は、電気自動車を充電するプロセスにとらわれている。例えば、標準的な急速充電器は、車両に差し込まれたときに自動的に充電動作を開始し、自身が完全に充電されたことを車両が通信すると自動的に外れるものであり、どのような動作を行うべきかを決めるために車両状態の評価を行ったりはしてしない。開示される双方向充電器は、電気自動車を充電するため、及び送電網若しくは建物へと電気自動車を放電させるための、双方向の電力フローを提供する。さらに、開示される双方向充電器は、どのような動作を実行すべきかを決めるための車両状態の評価を可能にするとともに、ビークル・ツー・グリッド活動を行うべくソフトウェアと通信する。

図１Ａ－図１Ｃは、本開示に従った双方向充電器の基本トポロジーの図である。 図１Ａ－図１Ｃは、本開示に従った双方向充電器の基本トポロジーの図である。 図１Ａ－図１Ｃは、本開示に従った双方向充電器の基本トポロジーの図である。 本開示に従った双方向充電器の電子機器エンクロージャの図を示している。 本開示の一実施形態に従ったＡＣ／ＤＣトンネル経路を通る空気の流れの図である。 本開示の一実施形態に従ったＤＣ／ＤＣ ＩＳＯトンネル経路を通る空気の流れの図である。 本開示に従った双方向充電器の絶縁ステージに関するサイドカー設計の図である。 図６Ａ－図６Ｃは、本開示に従った双方向充電器の絶縁ステージに関するサイドカー設計の態様の図である。 図６Ａ－図６Ｃは、本開示に従った双方向充電器の絶縁ステージに関するサイドカー設計の態様の図である。 図６Ａ－図６Ｃは、本開示に従った双方向充電器の絶縁ステージに関するサイドカー設計の態様の図である。 本開示に従った双方向充電器の電力ステージの基本トポロジーの図である。 本開示に従った双方向充電器の電子機器の電力ステージレベルの概要である。 本開示に従ったオンボード又はオフボード電力変換器の四象限動作の４つの象限を示す図である。 本開示の一実施形態に従った充電器内のスプリングの構成である。

前述の図において、同様の部品、コンポーネント、構造物、及び／又はプロセスは、似通った参照符号で指す。

当業者によって理解されるように、ここでは、本開示の態様が、新規で有用な方法、機械、製造、若しくは物質の組成、又はそれらの新規で有用な改良を含め、数ある特許可能なクラス又はコンテキストのうちのいずれかで図示及び説明され得る。従って、本開示の態様は、完全にハードウェアとして実装されてもよいし、完全にソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）として実装されてもよいし、あるいはソフトウェア実装及びハードウェア実装を組み合わせることによって実装されてもよく、ここでは、全てが概して“回路”、“モジュール”、“コンポーネント”、又は“システム”として参照され得る。また、本開示の態様は、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードが具現化される１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体にて具体化されるコンピュータプログラムプロダクトの形態をとってもよい。

１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体の任意の組合せが利用され得る。コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ読み取り可能信号媒体又はコンピュータ読み取り可能記憶媒体とし得る。コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、例えば、以下に限られないが、電子、磁気、光学、電磁気、若しくは半導体システム、装置、若しくはデバイス、又はこれらの好適な組み合わせとし得る。コンピュータ読み取り可能記憶媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、リピータを備えた適切な光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含む。この文書の文脈において、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用される又はそれらとともに使用されるプログラムを収容又は格納することができる、任意の有形媒体とし得る。

コンピュータ読み取り可能な信号媒体は、例えばベースバンドにて又は搬送波の一部としてコンピュータ読み取り可能プログラムコードを具現化した伝播されるデータ信号を含み得る。そのような伝播信号は、以下に限られないが、電磁気的、光学的、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含め、多様な形態のいずれかをとり得る。コンピュータ読み取り可能信号媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用される又はそれらとともに使用されるプログラムを通信、伝播、又は輸送することが可能な、コンピュータ読み取り可能記憶媒体ではない任意のコンピュータ読み取り可能媒体とし得る。コンピュータ読み取り可能信号媒体上に具現化されるプログラムコードは、以下に限られないが、無線、有線、光ファイバケーブル、無線周波数（ＲＦ）など、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含め、任意の適切な媒体を用いて伝送され得る。

本開示の態様に関する動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、例えば、https://githut.info/に列挙されているプログラミング言語（例えば、ＪＡＶＡＳＣＲＩＰＴ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、ＰＹＴＨＯＮ、ＣＳＳ、ＰＨＰ、ＲＵＢＹ、Ｃ＋＋、Ｃ、ＳＨＥＬＬ、Ｃ＃、ＯＢＪＥＣＴＩＶＥ Ｃなど）のいずれか又は他のプログラミング言語などの、１つ以上のプログラミング言語の任意の組合せで記述され得る。プログラムコードは、プロセッサによって実行されることができ、あるいはプログラマブルロジックデバイスにプログラムされることができる。プログラムコードは、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとして実行されてもよい。プログラムコードは、完全に組み込みコンピューティング装置上で実行されてもよいし、部分的に組み込みコンピューティング装置上で（例えば、部分的にサーバ上、部分的にパーソナルコンピュータ上、そして、部分的に組み込みデバイス上で）実行されてもよい。プログラムコードは、クライアント上、サーバ上、部分的にクライアント上且つ部分的にサーバ上、あるいは、完全にサーバ若しくは他のリモートコンピューティング装置上で実行され得る。プログラムコードはまた、パーソナルコンピュータ又はサーバのクラスタを含め、前述のもののいずれかの複数の組み合わせで実行されてもよい。サーバ又はリモートコンピューティング装置は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、又はセルラネットワークを含め、任意のタイプのネットワークを介してクライアント（例えば、ユーザのコンピュータ）に接続され得る。接続はまた、クラウドコンピューティング環境において、（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを通じて）外部のコンピュータ又はサーバに対して為されてもよいし、あるいは、例えばサービス型ソフトウェア（ＳａａＳ）などのサービスとして提供されてもよい。

本開示の双方向充電器は、（それが双方向充電向けに構成されるとして）電気トラック、電気バス、電気自動車、電気フォークリフト、電気オートバイ、電気スクータ、電動車椅子、電動自転車などを含め、エネルギー貯蔵資源として利用され得るバッテリを備えた任意の車両とともに使用されることができる。そのようなバッテリは典型的にこれらのタイプの例示的な車両内に見出される、それらは、他の移動エネルギー貯蔵資源内にも見出され得る。本開示は、電気自動車及びアプリケーションソフトウェアとインタフェースをとって、収益創出活動及び／又はコスト節減活動の間にバッテリの健康状態を最適化する双方向充電器に向けられ、バッテリは、そのような収益創出活動及び／又はコスト節減活動のために使用されていないときには電気自動車に電力供給するのに最適な状態のままにされる。充電器は、車両内にその内部充電システムの一部として置かれてもよいし、既存の電気自動車と互換性のあるオフボードオプションとして車両の外部に置かれてもよい。例えば以下に開示される実施形態などのオフボードＤＣ高速充電器は、具体的な車両に応じて３．６ｋＷ又は６．６ｋＷのみであり得るオンボード充電器よりも高速に充電することができるので、更なる運用価値を提供する。

本開示の双方向充電器は、例えば配電網などのＡＣ源から電気自動車への、又は電気自動車からＡＣ接続への、電力フローを支援することができる。本開示の双方向充電器は、これらの２つの動作のうちのどちら（すなわち、グリッド・ツー・ビークル又はビークル・ツー・グリッド）を実行するかの選択を提供し、特定の動作をいつどのように実行するかを決定するためのソフトウェアとインタフェースをとる（又は該ソフトウェアを含む）。電気自動車用の標準的な急速充電器とは異なり、本開示の双方向充電器は、それが電気自動車に接続されていて利用可能な資源であることを報告し、その一方で、どのような動作を実行するか及びその動作を開始すべきかをソフトウェアが決定する。電気自動車への接続は、電気的な接続若しくは電力流と、電気自動車にアクセスするためのプロトコル（すなわち、車両通信標準）のための通信経路とを持つことが要求され得る。幾つかの競合する自動車通信規格が存在している。本開示の双方向充電器は、例えばＣＨＡｄｅＭＯなどの任意の好適な車両通信規格を使用し得る。充電器はまた、通信経路を介して電気自動車にメッセージを送信し得る。

本開示の態様は、ここでは、本開示の実施形態に従った方法、装置（システム）及びコンピュータプログラムプロダクトのフローチャート、説明図及び／又はブロック図を参照して記述される。理解されることには、フローチャート説明図及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート説明図及び／又はブロック図の中のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装されることができる。それらのコンピュータプログラム命令が、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又はその他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供されることで、該コンピュータ又はその他のプログラマブル命令実行装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ以上のブロックで指定される機能／動作を実施する機構を生み出すようなマシンを作り出し得る。

それらのコンピュータプログラム命令はまた、実行されるときにコンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置に特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ読み取り可能媒体に格納されることで、命令が、コンピュータ読み取り可能媒体に格納されるときに、実行されるときにコンピュータに、フローチャート及び／又はブロック図の１つ以上のブロックで指定される機能／動作を実施させる命令を含んだ製造物を作り出すようにし得る。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、又は他の装置にロードされて、一連の動作ステップが該コンピュータ、他のプログラマブル装置、又は他の装置上で実行されるようにすることで、該コンピュータ又はその他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ以上のブロックで指定される機能／動作を実施するプロセスを提供するようなコンピュータ実行プロセスを作り出し得る。

本開示の実施形態の性質及び利点のいっそう完全なる理解のためには、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すべきである。以下の詳細な説明及び図面から、開示される実施形態の他の態様、目的及び利点が明らかになる。しかしながら、開示される実施形態の範囲は完全に請求項の記載から明らかになる。

双方向充電器の一般的トポロジー
一般に、電気自動車充電器は、パワーエレクトロニクス機器、１つ以上のコントローラ、及び１つ以上のケーブル／コネクタプラグを含み得る。パワーエレクトロニクス機器は、電子部品を要素から保護する何らかの好適なエンクロージャの中に配置される。パワーエレクトロニクス機器は、電気自動車に電力を供給することを担い、受動部品（インダクタ、抵抗、キャパシタ、変圧器）、受動的及び能動的にスイッチングされる半導体デバイス（スイッチ、整流器、保護デバイス）、及び他のエレクトロニクスを含む。１つ以上のコントローラは、充電機能及びネットワーク機能を監視及び制御するように構成される。そして、１つ以上のケーブル／コネクタプラグは、充電すべき電気自動車に（その充電ポート又は他の接続ポイントを介して）充電器を接続するように構成され、ケーブルガンと呼ばれるときもある。本開示に従った充電器の一実施形態において、ケーブル／コネクタプラグは、電気自動車から充電器が切り離されるのを防止するためのロック機構を含み得る（米国仮特許出願第６２／８１４，７１２号に記載されており、それをその全体にてここに援用する）。

充電ステーションは、複数の充電器を有することができ、以下に限られないが、個人が自身の電気自動車を充電し得る例えば食料品店などの公共の場所、又は自治体の使用のために政府機関によって所有される電気自動車の群にサービスする自治体建物の外を含め、任意の好適な場所に置かれることができる。

開示される双方向充電器は、コントローラ、ＤＣ／ＤＣ変換器、絶縁（アイソレーション）ステージ、及びＡＣ／ＤＣ変換器を含む。コントローラは、ローカルディスプレイ、ボタンを介して、あるいは、ローカルネットワーク、ゲートウェイ、若しくはクラウドベースのアプリケーションシステムを含む通信ネットワークを介して、ユーザインタフェースを提供することができる。ＡＣ／ＤＣ変換器は、配電網、電力系統、又は他の好適なＡＣ電気接続ポイント（ＥＣＰ）に接続され得る。ＤＣ／ＤＣ変換器は、電気自動車又は他の好適なＤＣ電気接続ポイント（ＥＣＰ）に接続され得る。コントローラは、ローカルネットワーク、ゲートウェイ、又はクラウドベースのアプリケーションシステムを含むネットワークと通信し得る。この基本的なトポロジーが図１Ａ及び図１Ｂに示されている。例えば、電気自動車４０２は、急速充電ポート４１６又は他の好適な接続機構を介して双方向充電器４０４に接続され得る。充電器４０４と建物４０６との間に切断装置４１８が存在してもよい。建物４０６は、グリッド４１２に接続するための建物電気パネル４０８又は他の好適な接続機構と、インターネット４１４に接続するためのローカルイーサネット（登録商標）ポート４１０又は他の好適な接続機構とを有する。コントローラはまた、電気自動車産業、電気公益事業産業、又は他の好適な規制若しくは稼働制御エンティティに関する仕様によって要求されるコマンド及びタスクを実行し得る。開示される双方向充電器は、より小さいパッケージにて高電力及び高効率を提供し、これは、壁取り付けオプションを可能にし、ひいては、充電器を設置するために要する労力及び機器を少なくする。

ローカルユーザインタフェースは、表示スクリーンと、ユーザ入力のための手段とを備えた任意の好適なグラフィカルユーザインタフェースとし得る。例えば、表示スクリーンは、ユーザが充電器とインタラクトするための４×２０の文字表示及び３つのボタンを含み得る。また、表示スクリーンは、スクリーンを直射日光には当たらないが平均的な人の高さから見えたままにするようにして、角度付けられてもよい。例えば、表示スクリーンが壁に取り付けられる場合、スクリーンは壁に対して５度前傾し得る。

開示される双方向充電器は、例えばビークル・ツー・グリッドアプリケーション、ビークル・ツー・ビルディングアプリケーション、ビークル・ツー・ホームアプリケーション、ビークル・ツー・ビークルアプリケーションなど、任意の“Ｘ”ナンバーのアプリケーション（すなわち、ビークル・ツー・Ｘアプリケーション、又は“Ｖ２Ｘ”）にて実装される電気自動車とともに使用されるように構成される。このような各“Ｘ”アプリケーションにおける違いは、主として、電気自動車がインテグレートされるシステムにある。例えば、電気自動車は、配電網とインテグレート（すなわち、ビークル・ツー・グリッド）されたり、ビハインド・ザ・メーターシステムにおける建物の電気負荷とインテグレート（すなわち、ビークル・ツー・ビルディング）されたりし得る。ビハインド・ザ・メーターシステムとは、例えば商業ビル又は個人宅の中の電気システムなど、系統によって計測される電気システムで構成されるシステムである。グリッドは、プラグと系統との間のあらゆる物を含んだ、より大きいシステムとし得る。従って、理解されるべきことには、ビークル・ツー・ビルディングアプリケーション、ビークル・ツー・ホームアプリケーション、ビークル・ツー・ビークルアプリケーションなどは、ビークル・ツー・グリッドアプリケーションの一部であることができ、あるいは、ビークル・ツー・グリッドアプリケーションと称することさえできる。

開示される双方向充電器は、電気自動車と、例えば電力系統、マイクログリッド、ＡＣ分岐回路、又は他の好適な配電網などのＡＣ電気接続ポイントとの間で充電及び放電動作を実行するように構成される。しかしながら、当該双方向充電器はまた、任意の好適なＤＣ電気接続ポイントとＡＣ電気接続ポイントとの間で電力の変換及び流れを提供するために使用されてもよい。これは、用途に適合するのに必要なように、例えばケーブル／コネクタプラグなどの入力及び出力機構を変更することによって行われ得る。

開示される双方向充電器の充放電の速さは、最大電流レベル（充電又は放電のいずれかの電流極性）の観点から、あるいは最大電力レベル（ワット単位）として、通信に基づいて制御又は制限され得る。これらのレベルは、双方向充電器の技術的能力によって決定され得る。他の一実施形態において、開示される双方向充電器の充放電の速さはまた、充電器自体及び電気自動車の両方の関数であってもよい。電気自動車は、その通信プロトコルの一部として、車両がサポートできる最大限界を充電器に通信し得る。電気自動車についての最大限界は、車両製造業者によって定められることができ、典型的に、バッテリ保証の観点から車両の電力能力を制約する。そして、充電器は、充電器及び電気自動車のバッテリ保証条件を維持するためのソフトウェアの制限によって或る技術レベルでサポートされる最大電力を管理する上で充電器及び電気自動車の双方にとって満足のいくレベルをデフォルトとし得る。例えば、双方向充電器自体は最大１５ｋＷをサポートし得るのに対し、電気自動車は最大１０ｋＷをサポートするのみであることがある。従って、双方向充電器は、バッテリ保証を維持するために１０ｋＷ又はそれ未満をデフォルトとする。

開示される双方向充電器は、電気自動車に対してインタフェースを取り得るものであるＤＣ側で、２２０－５００ボルト（Ｖ）ＤＣをサポートし得る。この範囲は、日産リーフ及び市場の他の電気自動車の仕様をカバーする。しかしながら、使用される電気自動車通信標準（例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ又はＣＣＳ仕様）に応じて、任意の好適範囲の電圧レベル及び他の動作仕様が使用され得る。開示される充電器のＡＣ側で、提供されるグリッド接続は標準的な電力系統接続とし得る。これは、工場環境の産業機器に典型的に見られるような、３相４８０Ｖ接続とし得る。あるいは、電力系統接続は、適当なＡＣ変圧器とともに使用されるとき、住宅用又は家庭用に適した単相接続であってもよい。また、開示される双方向充電器は屋内でも屋外でも使用され得る。開示される充電器は、ある範囲の環境条件を受け入れることができ、－２０℃から４０℃までの周囲温度範囲で動作することができる。

開示される双方向充電器は、より詳細に後述するように、任意の好適なインタフェースを介して充電器の指揮及び制御が実行され得る分散型ソフトウェア環境を使用し得る。このインタフェースはまた、クラウド又は他の好適な外部サーバに格納されたソフトウェアが充電器に接続することを可能にし得る。充電器は、インタフェースを使用して、情報を取得するとともにコマンドを発行し得る。例えば、その全体にてここに援用する米国仮特許出願第６２／８１４，７１２号において、開示された充電器は、そのようなソフトウェアと通信して収益創出活動に携わり得る。開示される双方向充電器はまた、装置上で必要とされる遠隔ファームウェア更新を実行する能力を有し得る。これは、ソフトウェア問題の修正、又は例えば追加の収益創出活動を実行する能力などの新たな機能及び制御を充電器に追加する能力を可能にし得る。

本開示は主として１つの充電器の動作に関するが、複数の充電器を並列に配置して使用してもよい。例えば、収益創出活動及び／又はコスト節減活動に携わるためのＶ２Ｘシステム５００が図１Ｃに示されており、これは、建物５０６（建物の系統メータ５２０に対してビハインドにある）に接続された双方向充電器５０４に接続された一群の電気自動車５０２を含んでいる。各車両が、図１Ｂに示したコンポーネントを用いて、同様にして建物に接続する。図１Ｃの例示的な実施形態は６つの双方向充電器を備えて示されているが、具体的な建物のニーズ及び／又はスケジュールされることができる電気自動車の利用可能性と数に応じて、任意の好適数の双方向充電器が使用され得る。例えば、施設の全体的な負荷状態に対して望まれる効果を達成するために、例えば２つなど、同時に充電又は放電される充電器５０４の何らかの好適数をソフトウェアが指示し得る。これら充電器５０４のうち１つが、それに接続する特定の電気自動車に、その特定の電気自動車を別の充電器（例えば、他の５つの充電器５０４のうちの１つ）にプラグ接続するようにユーザに指示するものとし得るメッセージを送ってもよく、そうして、本充電器は、（その全体にてここに援用する米国仮特許出願第６２／８１４，７１２号に記載されるように）グリッドに放電することができるバッテリを有する自動車のために使えるままであることができる。

３電力ステージアーキテクチャ
上述したように、そして、図７及び図８に示すように、本発明の双方向充電器は、１）電力系統側のＡＣ／ＤＣ電力ステージと、２）電気自動車側のＤＣ／ＤＣ電力ステージと、３）絶縁電力ステージとの、３ステージアーキテクチャを含み得る。これら３つの電力ステージは、充電器を通して電力を導くときに、より高いレベルの制御を提供するよう、独立に動作し得る。充電器の指揮及び制御は、インターネットに接続されることが可能なイーサネット（登録商標）ベースの通信インタフェースを通じて実行されることができ、充電器の制御は、ステータスレジスタ及び制御オプションを提供するために分散ネットワークプロトコル３（ＤＮＰ３）インタフェースを介してとし得る。イーサネット（登録商標）及びＤＮＰ３は単なる例示であり、任意の好適なネットワーク接続及びインタフェースプロトコルが使用され得る。このインタフェースはまた、クラウド又は他の好適な外部サーバに格納されたソフトウェア（例えば、その全体にてここに援用する米国仮特許出願第６２／８１４，７１２号に記載されたソフトウェアなど）が充電器に接続することを可能にし得る。そのようなソフトウェアは、例えば接続された車両の状態などの情報を得るために、充電／放電動作を実行すべくコマンドを発行するために、収益創出活動（例えば、その全体にてここに援用する米国特許仮出願第６２／８１４，７１２号に記載されたものなど）に携わるために、又は双方向充電器が低電力状態に入るために、インタフェースを使用し得る。

上述の３つの電力ステージの各々がローカルプロセッサを有し得る。これらのローカルプロセッサは、それが属する特定のハードウェア（この場合は電力ステージ）の制御及びそこで行われるスイッチングのためにソフトウェアを走らせる。さらに、ソフトウェアにコーディングされた多数の組み込み制御がローカルプロセッサ上で走る。また、１）電力ステージプロセッサに通信すること及び電力ステージプロセッサを管理／制御すること、２）電気自動車（ＣＨＡｄｅＭＯプロトコル又は他の好適な電気自動車通信規格が実装されている）への通信を管理すること、及び３）外界（ＤＮＰ３インタフェース又は他の好適なインタフェースが実装されて利用可能になっている）に対してイーサネット（登録商標）ポートを介した外部通信インタフェースを提供すること、という３つの機能を実行する別個の、より大型のプロセッサも存在する。システム全体の制御は、ＡＣ／ＤＣステージ及びＤＣ／ＤＣステージの別々の制御を使用し得る。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器がＤＣバス電圧をレギュレートするとともにＡＣ／ＤＣ変換器がグリッドへの電流をレギュレートする系統連系システムとは異なり、開示される双方向充電器は、ＤＣ／ＤＣ変換器が電気自動車電流をレギュレートするとともにＡＣ／ＤＣ変換器が負荷電圧をレギュレートするスタンドアロンシステムとして動作するように構成され得る。

開示される双方向充電器のＤＣ／ＤＣステージは、ディスクリートの炭化ケイ素（ＳｉＣ）デバイスを含むことができ、５０ｋＨｚのスイッチング周波数を有して電気自動車からの１５０－５００Ｖ、１００Ａ（又はＡＤＣ）とインタフェースする又はそれを受け入れる非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器とすることができる。ＤＣ／ＤＣステージは、単純な３相双方向ハーフブリッジトポロジーとすることができ、非常に低い出力電流リップルのために高周波位相インターリービングを使用することができる。ＤＣ／ＤＣステージは、公称６１０ＶＤＣを絶縁ステージ（ＩＳＯ）に提供し得る。絶縁ステージ（ＩＳＯ）は、２５０ｋＨｚのスイッチング周波数のＣＬＬＣ共振コンバータを有する絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器とすることができる。ＩＳＯステージは、１：１．４の電圧比の平面巻線変圧器を通じて電気絶縁を提供し得る。加えて、固定のデューティサイクル及び共振近くの固定周波数動作が、スループット効率を最大化する。

開示される双方向充電器のＤＣ／ＡＣ電力ステージは、５０ｋＨｚのスイッチング周波数及び３０Ａｒｍｓ／位相インダクタ設計を有する非絶縁型ＤＣ／ＡＣ電力変換器とすることができる。ＤＣ／ＡＣ電力ステージは、ディスクリートの炭化ケイ素（ＳｉＣ）デバイス及び３相双方向ハーフブリッジトポロジーを含むことができる。そして、開示される双方向充電器は、ＤＣ／ＡＣ電力ステージ内のラインフィルタコンポーネントのサイズを最小化するために高周波スイッチングを使用するように構成され得る。

上述の構成は、各ステージの動作及び柔軟性を最適化する能力をもたらす。別々の電力ステージとして絶縁ステージ及び別個のＤＣ／ＤＣ変換器の両方を使用することにより、絶縁ステージ機能が最適化されて非常に高い効率で実行され得るとともに、ＤＣ／ＤＣステージにおいても同様に電圧変換が最大効率のために最適化され得る。しかしながら、代替実施形態において、ＤＣ／ＤＣステージとＩＳＯステージとを結合してもよく、その場合、開示される双方向充電器は、絶縁型のＤＣ／ＤＣステージに電気絶縁を含むように構成され得る。

他の代替実施形態として、開示される双方向充電器のＤＣ／ＤＣステージは、ディスクリートの炭化ケイ素（ＳｉＣ）デバイスではなく、ディスクリートの窒化ガリウム（ＧａＮ）を含んでいてもよい。

開示される双方向充電器は、例えば上述したものなどのＡＣ／ＤＣステージ及びＤＣ／ＤＣステージを、あるＡＣ象限でエンクロージャ内に設けた２ステージのシステムを含んでいてもよく、該ＡＣ象限で、ＡＣ電力を取り込んでから一組のボードを通り抜けさせ、そこでＡＣフローからノイズがフィルタリングされる。次いで、それを、ＡＣ／ＤＣシステムを通して送る前に一組の接触器を通り抜けさせてターンオン及びターンオフして、それをＤＣに変換し、その後にＤＣ／ＤＣシステムへと通させる。このＡＣ／ＤＣ変換器ハードウェアは、ヒートシンク上に座することができる。ＤＣ／ＤＣシステムは、ＡＣ／ＤＣシステムと同じハードウェアとし得るが、ソフトウェアにおいて異なる機能を果たす。エネルギーがＤＣ／ＤＣシステムに到達すると、エネルギーは、電気自動車へと送り出される前に、別の一組の接触器及びキャパシタを通される。

この代替実施形態では、一方側から他方側へエネルギーは渡り得るものの、一方側から他方側への直接的な接続は存在しないとし得るので、必要な絶縁を供するためにグリッドと電気自動車との間に電気絶縁が設けられる。これは、他方側が短絡したり別の問題を抱えたりした場合に、一方側が電気を流すことを防止するためである。

このような絶縁は、グリッドと双方向充電器との間に、例えばＡＣ ＥＣＰ側の６０Ｈｚ受動絶縁変圧器などの変圧器を設置して、必要なガルバニック絶縁を生み出すことによって実装され得る。しかしながら、これらのタイプの変圧器は高価な機器の大きい部品であるため、この構成は配備するコストが多くなる。

開示される双方向充電器の好適実施形態において、開示される双方向充電器によって実装される絶縁は、充電器のパワーエレクトロニクス機器エンクロージャ内に高電圧で高周波数の絶縁ステージを含み、それ故に、充電器とともに配備されることができる。この目的のために、開示される双方向充電器は、１）電気自動車側から電力系統側への電気絶縁と、２）ＨＶ（高電圧）ＤＣバス電圧を電気自動車の可変ＤＣ電圧に一致させるためのＤＣ電圧変換との、別々の機能を達成するために、２つの別々の電力ステージを利用する。

この絶縁ステージは、ＡＣ電力ステージとＤＣ電力ステージとの間に位置し得るとともに、ディスクリートの炭化ケイ素（ＳｉＣ）デバイスを含み得る。各電力ステージ（ＡＣ／ＤＣ、ＩＳＯ、ＤＣ／ＤＣ）が、それ自身のヒートシンクを持ち、ＡＣ／ＤＣステージ及びＤＣ／ＤＣステージは、それぞれのヒートシンクにボルト止めされた同じインダクタアセンブリを含み、ＩＳＯステージは、そのヒートシンク上に変圧器を含む。３つの電力ステージで併せて１０個のフェイズレグ（phase leg）を含むことができ、これらは、対応するステージのヒートシンクに接続されたマウントブロック／ヒートシンク上に各々がある２０個のパワーＦＥＴを構成し得る。撹拌用のファンが、封止されたコンパートメント内の空気の循環を提供し得る。絶縁ステージのＤＣ変圧器における電流サージストレスを、電流センシング又は複雑な電流制限方法を必要とせずに最小化するために、絶縁ステージの開始／停止動作をシステムの開始と協調させ得る。

これら３つのステージを通るエネルギーフロー例の部分として、グリッドから例えば三相電力などＡＣ電力が取り込まれ、それが高電圧ＤＣ（例えば、１０００ＶＤＣに至る）へとスイッチングされ、絶縁ステージの一方側に配置されたキャパシタに接続される。絶縁ステージは、１．４：１の比の絶縁ステージとすることができ、すなわち、変圧器の高電圧側が１０００Ｖである場合、変圧器の低電圧側は約７１４ＶＤＣとなる。従って、変圧器は、高めのＤＣ電圧をそれより低いＤＣ電圧へと変換し、そして、それがＤＣ／ＤＣステージに送られる。ＤＣ／ＤＣコンバータのＩＳＯ側のこの電圧が、接続された電気自動車バッテリのＤＣ電圧まで低げられる（降圧される（bucked））。斯くして、開示される双方向充電器は、バックブーストコンバータと見なされ得る。何故なら、これは、開示される双方向充電器から電気自動車への電力フローを考えると、ＩＳＯステージからの電圧を電気自動車へと降圧することができ、また、電気自動車から開示される双方向充電器への電力フローを考えると、電気自動車からの電圧をＩＳＯステージへと昇圧するからである。

電気自動車製造業者は、例えば最大電流及び最大電圧など、その条件で電気自動車バッテリが充電されなければならない条件を、バッテリ保証を維持するための条件を含めて定め得る。システムを制御して、電圧が電気自動車バッテリを充電するのに適した状態になることを確保するために、それらの条件に基づくパラメータを、開示される双方向充電器に提供することができる。開示される双方向充電器は、製造業者のパラメータに従って電気自動車バッテリを充電するための電圧及び電流定格を送ることができる。

四象限動作
開示される双方向充電器はまた、自身のオンボード又はオフボード電力変換器の四象限動作を実装するように構成され得る。図９に示すように、開示される双方向充電器は、無効電力（図９の“Ｑ”）及び有効電力（図９の“Ｐ”）の両方が正である状態に対応する第１象限（図９の“象限Ｉ”）において、車両バッテリのインダクティブ放電を実行するように構成される。開示される双方向充電器は、無効電力（図９の“Ｑ”）は正であるが有効電力（図９の“Ｐ”）は負である状態に対応する第２象限（図９の“象限ＩＩ”）において、車両バッテリのインダクティブ充電を実行するように構成される。開示される双方向充電器は、無効電力（図９の“Ｑ”）及び有効電力（図９の“Ｐ”）の両方が負である状態に対応する第３象限（図９の“象限ＩＩＩ”）において、車両バッテリのキャパシティブ充電を実行するように構成される。そして、開示される双方向充電器は、無効電力（図９の“Ｑ”）は負であり且つ有効電力（図９の“Ｐ”）は正である状態に対応する第４象限（図９の“象限ＩＶ”）において、車両バッテリのキャパシティブ放電を実行するように構成される。これらの状態の各々におけるこれら２つの電力成分の結果として得られる角度（図９の“θ”）の余弦は、＋、－、－、＋であり、結果として得られる半径（図９の“Ｓ”）を、それぞれ、第１、第２、第３、及び第４象限に置く。

開示される双方向充電器は、対応する有効電力コマンドＰ及び無効電力コマンドＱを受け取ると、４つの象限のいずれかにおいて半径Ｓ＝√（Ｐ^２＋Ｑ^２）によって定められる皮相電力円で動作されるように構成される。そして、開示される双方向充電器は、それが動作する象限及び／又は状態を優先するように構成され得る。例えば、無効電力Ｑよりも有効電力Ｐに優先度を与えることで、双方向充電器が、無効電力ＱがＳの主成分である状態を確立しようと試みる前に、先ず、有効電力ＰがＳの主成分である状態を確立しようと試みるようにすることができる。この例では、プログラム可能な皮相上限が３０ｋＶＡである電力変換器について、以下の優先順位が確立され得る：

このような四象限構成を電力変換器で利用することは、開示される双方向充電器が、車両バッテリを放電したり充電したりしない純粋な無効電力源の機能を果たすことを可能にする。これはまた、プログラム可能な力率、リモート又はローカルにセンシングされた変数の関数としてのプログラム可能なＶＡｒ、及び充電若しくは放電動作とは独立したＶＡｒソーシング（sourcing）若しくはシンキング（sinking）を可能にする。

熱管理
上述のように、開示される充電器は屋外での使用を意図し得る。屋外使用に適したものとするため、充電器のコンポーネントを、例えばガスケット、コーキングなどで適切に封止されたエンクロージャ内に適切に配置しなければならない。充電器の電子部品は発熱し、機能性及び電力効率を最適化するためには、充電器のコンポーネントは適切な冷却を必要とする。開示される双方向充電器は、ガスケットで封止され、内部にエレクトロニクス機器を有したクリーンボックス又はエンクロージャであり、当該エンクロージャ内に電子部品とともにヒートシンクを位置付けたエンクロージャと、エンクロージャの内側からエンクロージャの外側へと熱を運ぶフィンを備えた煙突部とを含む。

開示される充電器の内部コンポーネントは、大部分の熱が最小限の労力で充電器エンクロージャから運び出されることを可能にする（１つ以上の）ヒートシンクの上に最適な空気流を提供する構成で、エンクロージャ内に配置され得る。開示される充電器は、強制対流と自然対流との組み合わせを用いて、システムを冷却し得る。エンクロージャ内に電力ステージを取り付け、電力ステージの上に制御トレイを取り付け得る（すなわち、図２に示すようなサンドイッチ構成）。

開示される双方向充電器は、ＡＣ／ＤＣステージ及びＤＣ／ＤＣステージのために鏡像の煙突部を用いることができ、ＤＣ／ＤＣステージは、自身の煙突部につながる自身のトンネルを絶縁ステージと共有することができる。図３は、ＡＣ／ＤＣトンネル経路を通る空気の流れを示し、図４は、ＤＣ／ＤＣ ＩＳＯトンネル経路を通る空気の流れを示している。他の一実施形態において、絶縁ステージ及びＤＣ／ＤＣステージは、それら自身のトンネルを有してもよい。トンネルが共有される実施形態では、トンネルを通って流れる空気を半分ずつ分割するためのプレートが設けられ得る。空気のプレナム又はボリューム（ある量の空気）を、トンネルを流れ始める前に加圧することができ、次いで、フィンの直後のチャンバ内で、その空気のプレナム又はボリュームを２つの異なる経路へと分割することができ、空気の半分はＤＣ／ＤＣステージ煙突部を通って流れ、空気の半分は絶縁ステージまでプレートの下を流れる。この構成は、熱い空気がＤＣ／ＤＣステージから絶縁ステージ上に直接吹き込まれないことを確保する。その代わりに、絶縁ステージに到達する空気は、およそ半分が周囲空気であり、半分がＤＣ／ＤＣステージからである。これは、ＤＣ／ＤＣステージを去った直後の空気の温度よりも冷たい空気が絶縁ステージに到達することをもたらす。

より冷たい空気が絶縁ステージに到達するので、絶縁ステージはいっそうハードに動作することができ、また、損失がいっそう大きくなることができる。これは、より高い効率と及びより高い電力レベルで絶縁ステージが動作することをもたらす。開示されるパッケージングにより、内部のエレクトロニクス機器が冷却トンネルから隔てられたままとなり、その結果、要素に露出される部分は冷却トンネル入口のファンのみである。

上述の絶縁（ＩＳＯ）ステージは、変圧器がＩＳＢ／ＩＣＣ（絶縁ステージボード／絶縁制御カード）スタックの下ではなく、その横に配置される“サイドカー”設計（図５及び図６Ａ－図６Ｃ）を有し得る。巻線からＩＳＢへの相互接続は、ＩＳＢ上の特定の終端点に着地するように設計された終端ストリップを用いて行われ得る。終端ストリップの設計は、絶縁ステージの効果的で効率的な動作につながりながら、変圧器の効果的な熱管理も可能にする。この設計は、最適化された低インダクタンスインターコネクトを用いて、変圧器を、ＨＶ及びＬＶ側の高周波（例えば、２５０ｋＨｚ）共振コンバータブリッジとインテグレートし得る。これらは低い漏れインダクタンスを維持し、高周波動作に内在する損失を低減させる。

ヒートシンクフィンの設計
開示される双方向充電器エンクロージャは、アルミニウムの押し出し成形部品である背面マウント（back-mount）ヒートシンクを使用し得る。開示される双方向充電器エンクロージャは、押出しの方向に沿ってフィン間を空気が通ることを可能にするヒートシンクプロファイルを使用し得る。図書館の書棚間の通路を歩くのと同様に、空気がフィン間を通る。ヒートシンクプロファイルは、強制対流システム（例えば、上述した空気の加圧プレナムは、単に下から上に熱い空気が移動するだけではない）のために最適化される。ＤＣ／ＤＣ／ＩＳＯステージトンネルのプロファイルは、１０インチ幅とすることができ、当該プロファイルがエンクロージャの開口を通って位置してガスケットで封止されることができるように切り取られたセクションを持つことができる。これは、約８．５インチのフィンを提供する。開示される双方向充電器の一実施形態例において、フィンは、互いに４００ミル（１ミル＝１／１０００インチ）離隔され得る。従って、このプロファイルは、合計で約２２個のフィンを有し得る。これらのフィンは１インチの長さとし得る。システムのニーズに応じて異なる長さに切り取られ得るが、この同じプロファイルが使用され得る。例えば、ＡＣ／ＤＣステージは、長さ１１．５インチ長さのヒートシンクを用い得る。

充電器エンクロージャ内に変圧器を取り付ける方法
一般に、特定の電力レベルでインダクタ又は変圧器が小さいほど、インダクタ又は変圧器は熱くなる。開示される双方向充電器で使用されるコンポーネントは、上述のように効果的に冷却されるので、それらは、開示される充電器における使用では、より小さく設計されることができる。上述の冷却経路に加えて、エンクロージャ内にコンポーネントを位置付けて実装する当該構成及び方法は、より小さくて、より電力密度の高い装置部品をもたらす。これは、高周波スイッチングデバイスの技術を利用しながら、充電器を展開するために運ばれなければならない重量及び製品を製造するために使用される材料の量に関してコスト節減を提供する（例えば、コンポーネントがより小さい場合、より少ない銅及びより小さいコアが必要とされる）という利益をもたらす。

パワーコンポーネントデバイス（“デバイス又はＳｉＣデバイス”）（ＦＥＴ又はＭＯＳＦＥＴとも呼ばれる）は、任意の好適なエレクトロニクスメーカーからの例えば炭化ケイ素ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などの、電気自動車とともに使用するのに適した半導体の任意の好適な製造業者からのものとし得る。

ＳｉＣデバイス又はＦＥＴ／ＭＯＳＦＥＴは、充電器エンクロージャ内のヒートシンクに、これらのデバイス及びヒートシンクが密接に接触して、これらの間の空気を最小限にするようにして取り付けられる。何故なら、これらのデバイスとヒートシンクとの間の空気又は間隙は、デバイスから全ての熱の取り去ることを妨げ得るものであり、それが効率を低下させてしまうからである。従って、開示される双方向充電器のために、ヒートシンクにデバイスをしっかりと押し当てながら、それらの絶縁も行うやり方を開発した。

スイッチングデバイスのための駆動信号がしっかりとＭＯＳＦＥＴに結合されることが望ましい。従って、信号インテグリティを維持するために、スイッチングデバイスドライバからスイッチングデバイスへの経路を作り出すためのデバイスの配置及びボード上でのデバイスの位置決めを、経路長を最小化するように設計した。開示されるディスクリート半導体スイッチ（ＳｉＣデバイス）の実装は、沿面及びクリアランスの要件を満たしながら、分解及びヒートシンクブロックへの密接な接続も可能にする。変圧器及びＭＯＳＦＥＴ冷却システムは、熱を冷却トンネルに伝えるための１つのアセンブリに統合されてもよい。

さらに、変圧器アセンブリは、コアセンターポストからベースプレートに熱を伝えるためのセラミック熱シャントを含み得る（図６Ａ－図６Ｃ参照）。開示される双方向充電器のこの実施形態は、図６Ｃに示されている。セラミック熱シャント又はシムは、中心レグに面することができ、当該シャントを巻線が取り囲んでヒートシンクの上に配置され得る。巻線の外側にサイドレールが配置され得るとともに、シャント及び巻線の上（すなわち、ヒートシンクに近接配置されたシャントの端部とは反対側のシャントの端部上）に金属キャップが配置され得る。オプションで、ヒートシンクとシャントとの間、及びシャントと金属キャップとの間に、例えば銅テープなどの熱伝導性のコアラッピング材料を配置され得る。開示される双方向充電器は、充電器の熱伝導ニーズに応じて１つ以上のセラミックシャントを含み得る。

本発明の一実施形態によれば、ＳｉＣデバイス又はＦＥＴ／ＭＯＳＦＥＴは、銅パッドが互いに背を向け合うように背中合わせに配置される。一実施形態において、三対のデバイスが使用される。しかしながら、任意の好適数のデバイスが使用され得る。これらのデバイスは、当該デバイスがボード上に垂直に取り付けられるように、エレクトロニクスボードから垂直配置の向きにされる。この構成は、デバイスを真っ直ぐボードの中に落として適所にはんだ付けし得るので、より容易な組み立てプロセスをもたらす。

デバイスを互いに離して、ヒートシンクの垂直に取り付けられた素子に押し込んで、それらが冷却され得るようにするために、何らかの種類のくさびが設けられる。本発明は、ネジを貫通させる（これは、ネジが導電性であって最終的にケースに接地されるので、好適なソリューションではない）のではなく、図１０に示すように、２つのパッケージ（一対のデバイス／ＦＥＴ）の中央に位置するようにカスタムスプリング（ばね）のシステムを利用する。

当該カスタムスプリングは、外部からネジを用いて圧縮されることができる。デバイスとスプリングとの間に、例えばＮｏｍｅｘ（登録商標）などの絶縁ガラス繊維紙、又は他の好適な絶縁材料が配置され得る。この構成では、スプリングが締め付けられるとき、スプリングが、ヒートシンクの一部である垂直ブロック（ヒートシンクブロック）にデバイスを押し当てる。

デバイスとヒートシンクとの間にアルミナ（酸化アルミニウム）シムが配置され得る。アルミナシムは、必要な電気絶縁をなおも維持しながら、デバイスから当該アルミナシムを通してヒートシンクブロックへと熱を伝導し得る。アルミナシムは一例であり、任意の好適な製造業者から入手され得る。しかしながら、デバイスとヒートシンクとの間のギャップ又は空間を満たすことには、その材料が非導電性であって熱伝導性であるならば、任意の好適な材料のピースが使用され得る。

デバイスをヒートシンクに取り付ける上述の方法は、スイッチングデバイスの熱効率の良い取り付けを可能にする。上述の圧縮ばねは、圧縮されるときに、ヒートシンクに金属対金属接続されたヒートシンクブロック内に押し込まれる。力がスプリングに加えられ、（図１０に示されるように）力の印加方向に対して垂直な方向に力を生じさせる。従って、デバイスからヒートシンクフィンへの熱の経路は、以下の通りである：デバイスの作動中の背面から、アルミナシムを通って、ヒートシンクにボルト止めされたブロックへ、ヒートシンクプレートへ、フィン中を下り、そして、フィンの上へ。これは最終的に、開示される双方向充電器のパワーエレクトロニクスコンポーネントのいっそう効果的な冷却をもたらす。

充電器の追加機能
開示される双方向充電器は、パワーエレクトロニクスコンポーネントを収容するエンクロージャ内の温度を内部でモニタし得る。充電器は温度を観測することができ、温度の上昇又は増加を検出すると、充電器は電力を下げることができる。例えば、充電器は、１５ｋＷのフル充電／放電を行うためのコマンドを受け取り得る。しかしながら、温度が過剰レベルまで上昇していることを充電器が検出すると、充電器は電力レベルを例えば１２．５ｋＷなどの好適レベルまで下げ戻し得る。電力が下げられた後に温度が合理的な範囲内にとどまっていない場合、充電器は、熱的シャットダウンを行い得る。シャットダウンを開始する前に電力を下げるこの能力は、開示される充電器が、シャットダウンしなければならなくなり得る前に、システムからより多くの動作遂行を得ることを可能にし、それがひいては、より高い動作温度範囲をサポートすることを可能にする。

開示される双方向充電器は、電気自動車が当該充電器に接続されるときに直ちに充電接続を確立しなくてもよい。開示される充電器に電気自動車が接続されるとき、充電器は、その車両に関連付けられた識別コードが入力されることを要求し得る。この識別コードは、電気自動車が充電器にプラグ差込／接続された後に、電気自動車のユーザによって、充電器の（上述のような）ユーザインタフェースに手動で入力されてもよい。

ソフトウェアはまた、充電器が接続されている特定の電気自動車を識別し、そして、その特定の電気自動車に関する統計及びデータを収集する能力を提供することができ、この統計及びデータは、バッテリ保証のサポート及び長期分析のために別にされてもよい。バッテリ温度及び例えば上述のものなどの他の車両活動の追跡又は知識は、充電器とは独立（例えば、電気車両によって実行される）であってもよいし、充電器においてであってもよいし、あるいは、これらの何らかの組み合わせ（例えば、車両によって測定及び通信されて、充電器によって記録及び追跡される）であってもよい。また、上述のネットワーク接続を介して、充電器は、電気自動車製造業者と通信して、識別した車両に対するバッテリ保証のサポート及び長期分析に使用される関連情報、例えば１つ以上の電気自動車バッテリに関するバッテリ温度データなど、を受信することができる。

代わりに、電気自動車は、充電器が電気自動車に物理的にプラグ差込／接続されるときに充電器のケーブルガンによって自動的に検出される無線自動識別（ＲＦＩＤ）チップを有してもよい。識別コードは、特定の電気自動車を充電器と関連付け、そして、例えば車両の性能と特性、バッテリ充電状態、及びバッテリ温度などの該特定の電気自動車に固有のメトリックを追跡することができるクラウド又は他の外部サーバに格納されたソフトウェアに報告される。そして、ソフトウェアは、そのデータを分析して、充電器に接続された特定の電気自動車との充電／放電動作のために充電器にコマンドを提供するときにバッテリ保証を維持し得る。

Claims (17)

1. エンクロージャであり、
   ベースプレート、
   前記ベースプレートの上に取り付けられた少なくとも１つの電力ステージ、
   前記少なくとも１つの電力ステージの上に取り付けられた制御トレイ、及び
   前記制御トレイの上に取り付けられた金属キャップ、
   を有し、当該エンクロージャは変圧器アセンブリを収容している、エンクロージャと、
   前記エンクロージャ内に取り付けられた少なくとも１つのヒートシンクと、
   前記少なくとも１つのヒートシンクに取り付けられた少なくとも１つのパワーコンポーネントデバイスと、
   を有し、
   前記少なくとも１つのパワーコンポーネントデバイスは、第１のパワーコンポーネントデバイス及び第２のパワーコンポーネントデバイスを有し、前記第１のパワーコンポーネントデバイス及び前記第２のパワーコンポーネントデバイスは、前記少なくとも１つのヒートシンクに対して垂直に取り付けられ、前記第１のパワーコンポーネントデバイスと前記第２のパワーコンポーネントデバイスとの間にスプリングが配置される、
   双方向充電器。
2. 前記少なくとも１つのパワーコンポーネントデバイスは、当該パワーコンポーネントデバイスと前記ヒートシンクとの間の空隙の形成を最小化するように取り付けられている、請求項１に記載の双方向充電器。
3. 前記変圧器アセンブリは、前記ベースプレートに熱を伝導するためのセラミック熱シャントを有し、前記セラミック熱シャントは、前記少なくとも１つのヒートシンクの上に取り付けられている、請求項１に記載の双方向充電器。
4. 前記少なくとも１つのパワーコンポーネントデバイスと前記少なくとも１つのヒートシンクとの間にアルミナシムが取り付けられている、請求項１に記載の双方向充電器。
5. 配電網に接続される第１端と、
   電気自動車に接続される第２端と、
   封止されたハウジングであり、
   前記第１端に位置するＡＣ／ＤＣ電力ステージであり、第１のプロセッサを有するＡＣ／ＤＣ電力ステージ、
   前記第２端に位置するＤＣ／ＤＣ電力ステージであり、第２のプロセッサを有するＤＣ／ＤＣ電力ステージ、
   第３のプロセッサを有する絶縁電力ステージ、
   を有するハウジングと、
   前記第１のプロセッサ、前記第２のプロセッサ、及び前記第３のプロセッサと通信し、前記第１のプロセッサ、前記第２のプロセッサ、及び前記第３のプロセッサを制御する第４のプロセッサと、
   を有し、
   前記第４のプロセッサは、前記第１、第２、第３のプロセッサとは別個のプロセッサであり、前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージ、前記ＡＣ／ＤＣ電力ステージ、及び前記絶縁電力ステージは、別々のステージとして前記第４のプロセッサによって個別に制御される、
   双方向充電器。
6. 前記ＡＣ／ＤＣ電力ステージが負荷電圧をレギュレートし、前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージが電気自動車電流をレギュレートする、請求項５に記載の双方向充電器。
7. 前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージは、
   少なくとも１つの炭化ケイ素デバイスと、
   非絶縁型ＤＣ／ＤＣ電力変換器と、
   ３相双方向ハーフブリッジトポロジーと、
   を有し、
   前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージは、前記絶縁電力ステージに公称電圧を提供することができる、
   請求項５に記載の双方向充電器。
8. 前記絶縁電力ステージは、電気絶縁を提供するための１：１．４の電圧比の平面巻線変圧器を有する、請求項５に記載の双方向充電器。
9. 前記ＡＣ／ＤＣ電力ステージは、
   少なくとも１つの炭化ケイ素デバイスと、
   非絶縁型ＡＣ／ＤＣ電力変換器と、
   ３相双方向ハーフブリッジトポロジーと、
   を有し、
   当該双方向充電器は、前記ＡＣ／ＤＣ電力ステージにおけるラインフィルタコンポーネントのサイズを最小化するために高周波スイッチングを用いるように構成されている、
   請求項５に記載の双方向充電器。
10. 前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージと前記絶縁電力ステージとが結合されている、請求項５に記載の双方向充電器。
11. 当該双方向充電器はバックブーストコンバータとして動作する、請求項５に記載の双方向充電器。
12. 当該双方向充電器は、第１条件が満たされるときに第１象限において車両バッテリのインダクティブ放電を実行するように構成され、前記第１条件は、無効電力が正であり且つ有効電力が正であることを有し、
    当該双方向充電器は、第２条件が満たされるときに第２象限において車両バッテリのインダクティブ充電を実行するように構成され、前記第２条件は、無効電力が正であり且つ有効電力が負であることを有し、
    当該双方向充電器は、第３条件が満たされるときに第３象限において車両バッテリのキャパシティブ充電を実行するように構成され、前記第３条件は、無効電力が負であり且つ有効電力が負であることを有し、
    当該双方向充電器は、第４条件が満たされるときに第４象限において車両バッテリのキャパシティブ放電を実行するように構成され、前記第４条件は、無効電力が負であり且つ有効電力が正であることを有する、
    請求項５に記載の双方向充電器。
13. 前記封止されたハウジング内の空気の循環のための撹拌ファン、
    を更に有する請求項５に記載の双方向充電器。
14. 電子部品を収容するための封止されたエンクロージャと、
    前記エンクロージャ内に前記電子部品と共に位置付けられた１つ以上のヒートシンクと、
    空気流路に沿って前記エンクロージャの内側から前記エンクロージャの外側へと空気を運ぶように構成されたトンネル及び複数のフィン、を有する少なくとも１つの煙突部と、
    前記エンクロージャ内に取り付けられたＡＣ／ＤＣ電力ステージと、
    前記エンクロージャ内に取り付けられた絶縁電力ステージと、
    前記エンクロージャ内に取り付けられたＤＣ／ＤＣ電力ステージと、
    前記ＡＣ／ＤＣ電力ステージ、前記絶縁電力ステージ、及び前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージの上に取り付けられた制御トレイと、
    を有し、
    前記少なくとも１つの煙突部は更に、前記絶縁電力ステージと前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージとの間で前記空気流路に沿って前記トンネルを通って流れる前記空気を分割するためのプレートを有する、
    双方向充電器。
15. 前記空気流路は、
    前記トンネルの長さにわたって流れ下る空気のボリュームを加圧するステップと、
    前記複数のフィンを流れ抜けるステップと、
    チャンバに入るステップであり、前記空気のボリュームが、ＤＣ／ＤＣステージ煙突部を通って前記プレートの上を流れる第１の経路と、前記絶縁電力ステージまで前記プレートの下を流れる第２の経路と分割される、ステップと、
    を有する、請求項１４に記載の双方向充電器。
16. 電子部品を収容するための封止されたエンクロージャと、
    前記エンクロージャ内に前記電子部品と共に位置付けられた１つ以上のヒートシンクと、
    空気流路に沿って前記エンクロージャの内側から前記エンクロージャの外側へと空気を運ぶように構成されたトンネル及び複数のフィン、を有する少なくとも１つの煙突部と、
    前記エンクロージャ内に取り付けられたＡＣ／ＤＣ電力ステージと、
    前記エンクロージャ内に取り付けられた絶縁電力ステージと、
    前記エンクロージャ内に取り付けられたＤＣ／ＤＣ電力ステージと、
    前記ＡＣ／ＤＣ電力ステージ、前記絶縁電力ステージ、及び前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージの上に取り付けられた制御トレイと、
    を有し、
    前記少なくとも１つの煙突部は更に、
    前記ＤＣ／ＤＣ電力ステージから、前記エンクロージャの内側から前記エンクロージャの外側へと、空気を運ぶように構成された第１のトンネル及び第１の複数のフィン、を有する第１の煙突部と、
    前記絶縁電力ステージから、前記エンクロージャの内側から前記エンクロージャの外側へと、空気を運ぶように構成された第２のトンネル及び第２の複数のフィン、を有する第２の煙突部と、
    を有する、
    双方向充電器。
17. 前記複数のフィンは、背面マウントヒートシンクとともに使用されるように構成され、ヒートシンクプロファイルを形成するように構成される、請求項１４又は１６に記載の双方向充電器。

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