JP2018108009A - 充電スタンド用スマート配電システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電エネルギー又は充電電力を有効に分配可能な充電スタンド用スマート配電システムを提供する。
【解決手段】充電スタンド用スマート配電システム２０は、少なくとも１つの充電モジュール２０１ａ〜２０１ｃ、少なくとも１つの充電モジュールに連結されるスマート切替ユニット２０２、スマート切替ユニットに連結される少なくとも２つの充電ガン２０３ａ、２０３ｂ及び少なくとも２つの充電ガンに連結される少なくとも２つのシステム制御監視ユニット２０５ａ、２０５ｂ、を含む。２つのシステム制御監視ユニットの各々が、１つの充電モジュールに連結され、システム制御監視ユニットの１つは、２つの充電ガンの電力出力状態に応じて、スマート切替ユニットが１つの充電モジュールの充電電力を２つの充電ガンに対し動的に分配するよう、スマート切替ユニットに命令を伝送する。
【選択図】図３

Description

本発明は配電に関し、特に、充電スタンド用スマート配電システムに関する。

電気自動車を充電するための従来のダブルガンシステムでは、各ガンの最大出力エネルギー又は出力電力は、システム全体の出力エネルギー又は出力電力の半分ずつとされる。ダブルガンで電力を出力する際に、仮に一方のガンの出力端に接続されるバッテリがほぼフルパワーであったとしても、システムは余剰エネルギーを他方のガンに供給して使用することなく、出力を継続するかそのまま出力を停止する。そして、他方のガンは、全システムの出力エネルギー又は出力電力の半分のエネルギー又は出力のままで充電を行うしかない。この場合、出力エネルギー又は出力電力の半分が放置された状態となり、有効活用されない。

そこで、現在のところ、上述した従来のダブルガンシステムでは余剰出力エネルギー又は出力電力が往々にして放置状態になるとの課題を解決するための技術方案が必要とされている。

上述した従来のダブルガンシステムでは余剰出力エネルギー又は出力電力が往々にして放置状態になるとの課題を解決するために、本発明では、充電スタンド用スマート配電システムを提供する。

一の観点において、本発明は、少なくとも１つの充電モジュール、少なくとも１つの充電モジュールに連結されるスマート切替ユニット、スマート切替ユニットに連結される少なくとも２つの充電ガン、及び少なくとも２つの充電ガンに連結される少なくとも２つのシステム制御監視ユニット、を含み、少なくとも２つのシステム制御監視ユニットの各々が、少なくとも１つの充電モジュールに連結され、少なくとも２つのシステム制御監視ユニットの１つは、少なくとも２つの充電ガンの電力出力状態に応じて、スマート切替ユニットが少なくとも１つの充電モジュールの充電電力を少なくとも２つの充電ガンの１つ以上に対し動的に分配するよう、スマート切替ユニットに命令を伝送する充電スタンド用スマート配電システムを開示する。

本発明の利点の一つとして、本発明によれば、充電エネルギー又は充電電力を有効に分配可能であり、充電エネルギー又は充電電力の分配が最適化される。

本発明の他の利点として、本発明によれば、電気自動車又は電動バイクが充電に要する時間を最小限まで短縮可能となる。

これらの利点及びその他の利点については、以下に記載する好ましい実施例及びこれに伴う図面、ならびに特許請求の範囲を精読することで本発明を明確に理解可能となる。

上記の部材及び本発明におけるその他の特徴や利点については、実施形態の内容及び図面を精読することでより明らかとなる。

図１は、一実施例に基づき本発明の充電スタンド用スマート配電システムを示す。 図２は、他の実施例に基づき本発明の充電スタンド用スマート配電システムを示す。 図３は、更に別の実施例に基づき本発明の充電スタンド用スマート配電システムを示す。 図４は、一実施例に基づき、４つの充電モジュールを用いるダブルガン充電スタンドの配電テーブルを示す。

本発明では、具体的実施例及び観点について詳細に述べるが、これらの記載は本発明の構造又は手順を講釈するものであり、説明のために供されるのであって、本発明の特許請求の範囲を限定する主旨ではない。よって、明細書中の具体的実施例及び好ましい実施例以外にも、本発明はその他の異なる実施例にて幅広く実行可能である。

本発明は、充電スタンド用スマート配電システムを提供する。本発明の充電スタンド用スマート配電システムは、複数ガン充電システムにおいて充電エネルギー又は充電電力を有効に分配することで、充電エネルギー又は充電電力の分配最適化効果を得るものである。

図１を参照して、本発明の一実施例において、本発明の充電スタンド用スマート配電システム１０は、充電モジュール１０１、スマート切替ユニット１０２、及び、例えば第１充電ガン１０３ａ、第２充電ガン１０３ｂといった複数の充電ガンを含む。充電モジュール１０１はスマート切替ユニット１０２に連結され、スマート切替ユニット１０２は、例えば第１充電ガン１０３ａや第２充電ガン１０３ｂといった複数の充電ガンにそれぞれ連結される。第１充電ガン１０３ａ及び第２充電ガン１０３ｂは、電気自動車や電動バイクを充電するためのものである。前記スマート切替ユニット１０２は、充電モジュール１０１の充電電力を第１充電ガン１０３ａ及び／又は第２充電ガン１０３ｂに対し動的に分配するためのものである。一実施例において、第１充電ガン１０３ａとスマート切替ユニット１０２の間、及び第２充電ガン１０３ｂとスマート切替ユニット１０２の間には、少なくとも２つのスイッチ１０４がそれぞれ設けられる。好ましい実施例において、スマート切替ユニット１０２には、例えば少なくとも２つの強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタのような少なくとも２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＯＳＦＥＴ）（例えば、２つの強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、少なくとも２つのダイオード（例えば２つのダイオード）及び少なくとも２つのコンデンサ（例えば２つのコンデンサ）が含まれる。前記少なくとも２つの強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、少なくとも２つのダイオード及び少なくとも２つのコンデンサは、互いに並列に接続されて部材１０２３を形成する。部材１０２３は、ダイオード１０２４と直列に接続されて部材１０２２を形成可能である。一実施例において、スマート切替ユニット１０２には、少なくとも２つのダイオード１０２１（例えば２つのダイオード）が更に含まれる。この２つのダイオード１０２１は、前記少なくとも２つの強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、少なくとも２つのダイオード及び少なくとも２つのコンデンサとは独立している。なお、上記数量は一例にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明においては、実行可能な任意の数量を適用可能である。代替的な実施例において、部材１０２２は継電器（ｒｅｌａｙ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、部材１０２３の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、例えばダイオード１０２１、１０２４或いは部材１０２３のダイオードといった全てのダイオードは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、ダイオード１０２１は部材１０２２と互いに置き換え可能である。

更に図２を参照して、本発明の他の実施例において、本発明の充電スタンド用スマート配電システム１０には複数の充電ガンが含まれる。例えば、図２に示すように、第１充電ガン１０３ａ、第２充電ガン１０３ｂ及び第３充電ガン１０３ｃというように、３つの充電ガンが含まれる。本実施例では３つの充電ガンに対応して、スマート切替ユニット１０２に、例えば強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタといった３つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＯＳＦＥＴ）、３つのダイオード及び３つのコンデンサが含まれる。本実施例において、スマート切替ユニット１０２には３つのダイオード１０２１が更に含まれる。この３つのダイオード１０２１は、上述した３つの強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、３つのダイオード及び３つのコンデンサとは独立している。なお、上記数量は一例にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明においては、実行可能な任意の数量を適用可能である。なお、本実施例と第１の実施例は数量上の違いがあるにすぎないため、重複部分の説明については省略する。代替的な実施例において、部材１０２２は継電器（ｒｅｌａｙ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、部材１０２３の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、例えばダイオード１０２１、１０２４或いは部材１０２３のダイオードといった全てのダイオードは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、ダイオード１０２１は部材１０２２と互いに置き換え可能である。

図３を参照して、本発明の更に別の実施例において、本発明の充電スタンド用スマート配電システム２０には、例えば第１充電モジュール２０１ａ、第２充電モジュール２０１ｂ・・・第Ｎ充電モジュール２０１ｃといった複数の充電モジュールが含まれる。また、本発明の充電スタンド用スマート配電システム２０には、スマート切替ユニット２０２と、例えば第１充電ガン２０３ａ、第２充電ガン２０３ｂといった複数の充電ガンが更に含まれる。第１充電ガン２０３ａ及び第２充電ガン２０３ｂは、電気自動車や電動バイクを充電するためのものである。前記スマート切替ユニット２０２は、第１充電モジュール２０１ａ、第２充電モジュール２０１ｂ・・・第Ｎ充電モジュール２０１ｃの充電電力を第１充電ガン２０３ａ及び／又は第２充電ガン２０３ｂに対し動的に分配するためのものである。第１充電モジュール２０１ａ、第２充電モジュール２０１ｂ・・・第Ｎ充電モジュール２０１ｃは、それぞれスマート切替ユニット２０２に連結される。また、スマート切替ユニット２０２は、例えば第１充電ガン２０３ａや第２充電ガン２０３ｂといった複数の充電ガンにそれぞれ連結される。本実施例において、第１充電ガン２０３ａとスマート切替ユニット２０２の間、及び第２充電ガン２０３ｂとスマート切替ユニット２０２の間には、少なくとも２つのスイッチ２０４がそれぞれ設けられる。好ましい実施例において、スマート切替ユニット２０２には、例えば少なくとも２つの強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタのような少なくとも２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＯＳＦＥＴ）（例えば、２Ｎ個の強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、少なくとも２つのダイオード（例えば２Ｎ個のダイオード）及び少なくとも２つのコンデンサ（例えば２Ｎ個のコンデンサ）が含まれる。前記２Ｎ個の強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタの各々、２Ｎ個のダイオードの各々及び２Ｎ個のコンデンサの各々は、互いに並列に接続されて部材２０２３を形成する。部材２０２３は、ダイオード２０２４と直列に接続されることで部材２０２２を形成可能である。本実施例において、スマート切替ユニット２０２には、少なくとも２つのダイオード２０２１（例えば２Ｎ個のダイオード）が更に含まれる。この２Ｎ個のダイオード２０２１は、上述した２Ｎ個の強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、２Ｎ個のダイオード及び２Ｎ個のコンデンサとは独立している。なお、上記数量は一例にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。代替的な実施例において、部材２０２２は継電器（ｒｅｌａｙ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、部材２０２３の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、例えばダイオード２０２１、２０２４或いは部材２０２３のダイオードといった全てのダイオードは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）に置き換えてもよい。代替的な実施例において、ダイオード２０２１は部材２０２２と互いに置き換え可能である。

第１充電ガン２０３ａは、第１自動車用バスインターフェース２０７ａを介して第１システム制御監視ユニット２０５ａに連結される。また、第２充電ガン２０３ｂは、第２自動車用バスインターフェース２０７ｂを介して第２システム制御監視ユニット２０５ｂに連結される。第１システム制御監視ユニット２０５ａは、第１充電ガン２０３ａの電力出力状態を監視するためのものである。第２システム制御監視ユニット２０５ｂは、第２充電ガン２０３ｂの電力出力状態を監視するためのものである。第１システム制御監視ユニット２０５ａ及び第２システム制御監視ユニット２０５ｂは、第３自動車用バスインターフェース２０７ｃを介して第１充電モジュール２０１ａ、第２充電モジュール２０１ｂ・・・及び第Ｎ充電モジュール２０１ｃに連結される。また、第１システム制御監視ユニット２０５ａ及び第２システム制御監視ユニット２０５ｂは、ネットワーク通信インターフェース２０８を介してインダストリアルＰＣ（ＩＰＣ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＰＣ）２０６に連結される。インダストリアルＰＣ２０６は、第１システム制御監視ユニット２０５ａ及び第２システム制御監視ユニット２０５ｂによるデータ演算を補助する。本実施例において、前記第１システム制御監視ユニット２０５ａ及び第２システム制御監視ユニット２０５ｂは、ＣＳＵ（Ｃｏｎｔｒｏｌ ＆ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ Ｕｎｉｔ，制御監視ユニット）を含んでもよいが、これに限らない。前記ＣＳＵ（制御監視ユニット）は、直流充電に関する通信、監視制御、測定、保護及びマン・マシンインタラクションについて国家標準局が定める各種仕様を具体的に実現可能とするものであり、電気自動車や電動バイク、電源、タッチスクリーン及びクラウドバックグラウンドと速やかに通信し、充電器と電気自動車又は電動バイクとの通信及び異常情報を記録するとともに、クラウドバックグラウンドに接続されて、分析用に情報を提供する。本実施例において、前記第１自動車用バスインターフェース２０７ａ及び第２自動車用バスインターフェース２０７ｂは、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，コントローラーエリアネットワーク）バスインターフェースを含んでもよいが、これに限らない。本実施例において、前記ネットワーク通信インターフェース２０８は、ＲＳ４８５インターフェースを含んでもよいがこれに限らない。

第１充電ガン２０３ａによる電力出力が進行中であることを第１システム制御監視ユニット２０５ａが検出するとともに、第２充電ガン２０３ｂによる電力出力が進行中でないことを第２システム制御監視ユニット２０５ｂが検出すると、スマート切替ユニット２０２が電気自動車又は電動バイクによって受け付け可能な最大エネルギー又は最大電力に基づいて、第１充電モジュール２０１ａ、第２充電モジュール２０１ｂ・・・及び第Ｎ充電モジュール２０１ｃにおける大部分の電力又は全ての電力を第１充電ガン２０３ａに切り替えるよう、第１システム制御監視ユニット２０５ａ又は第２システム制御監視ユニット２０５ｂが、スマート切替ユニット２０２に対し命令を送信する。換言すると、第１充電ガン２０３ａのみが電力出力を行っている場合、第１システム制御監視ユニット２０５ａ又は第２システム制御監視ユニット２０５ｂは、最大エネルギー又は最大電力を電気自動車又は電動バイクに供給して充電すべく、電気自動車又は電動バイクの充電電流需要に応じてスマート切替ユニット２０２を調整する。例えば、第１充電ガン２０３ａによる電力出力が進行中であることを第１システム制御監視ユニット２０５ａが検出するとともに、第２充電ガン２０３ｂによる電力出力も進行中であることを第２システム制御監視ユニット２０５ｂが検出すると、第１システム制御監視ユニット２０５ａ又は第２システム制御監視ユニット２０５ｂは、第１充電ガン２０３ａの電力出力状態に応じて、スマート切替ユニット２０２が第１充電モジュール２０１ａ、第２充電モジュール２０１ｂ・・・及び第Ｎ充電モジュール２０１ｃの一部電力を第２充電ガン２０３ｂに切り替えるよう、即ち、スマート切替ユニット２０２が第１充電ガン２０３ａにおける余剰出力エネルギー又は出力電力を第２充電ガン２０３ｂに切り替えるよう、スマート切替ユニット２０２に対し命令を送信する。

図４は、一実施例に基づき、４つの充電モジュール（例えば２０ｋＷ）を用いるダブルガン充電スタンドの配電テーブルを示す。例えば、第１充電ガン２０３ａの初期需要が４０ｋＷであると、第２充電ガン２０３ｂが使用可能な電力は４０ｋＷとなる。第１充電ガン２０３ａがほぼフルパワーであるが、充電にそこまで高い電力を必要としない場合には、第１システム制御監視ユニット２０５ａ又は第２システム制御監視ユニット２０５ｂが、第１充電ガン２０３ａの余剰電力を（２０ｋＷ単位で）スマート切替ユニット２０２を通して第２充電ガン２０３ｂに直接切り替える。これにより、本発明では充電エネルギー又は充電電力を有効に分配可能となり、充電エネルギー又は充電電力の分配が最適化される。また、電気自動車又は電動バイクの充電に要する時間が最小限まで短縮される。

当業者であれば、本発明の精神又は範囲を逸脱しない範疇において、本発明につき若干の修正及び変更が可能であることを明確に理解可能である。したがって、本発明は、後述の特許請求の範囲の範疇における修正、変更及び等価物を包含する。

１０ 充電スタンド用スマート配電システム
１０１ 充電モジュール
１０２ スマート切替ユニット
１０２１ ダイオード
１０２２ 部材
１０２３ 部材
１０２４ ダイオード
１０３ａ 第１充電ガン
１０３ｂ 第２充電ガン
１０３ｃ 第３充電ガン
１０４ スイッチ
２０ 充電スタンド用スマート配電システム
２０１ａ 第１充電モジュール
２０１ｂ 第２充電モジュール
２０１ｃ 第Ｎ充電モジュール
２０２ スマート切替ユニット
２０２１ ダイオード
２０２２ 部材
２０２３ 部材
２０２４ ダイオード
２０３ａ 第１充電ガン
２０３ｂ 第２充電ガン
２０４ スイッチ
２０５ａ 第１システム制御監視ユニット
２０５ｂ 第２システム制御監視ユニット
２０６ インダストリアルＰＣ
２０７ａ 第１自動車用バスインターフェース
２０７ｂ 第２自動車用バスインターフェース
２０７ｃ 第３自動車用バスインターフェース
２０８ ネットワーク通信インターフェース

Claims (5)

1. 少なくとも１つの充電モジュール、
   当該少なくとも１つの充電モジュールに連結されるスマート切替ユニット、
   当該スマート切替ユニットに連結される少なくとも２つの充電ガン、及び
   当該少なくとも２つの充電ガンに連結される少なくとも２つのシステム制御監視ユニット、を含み、
   当該少なくとも２つのシステム制御監視ユニットの各々が、当該少なくとも１つの充電モジュールに連結され、
   当該少なくとも２つのシステム制御監視ユニットの１つは、当該少なくとも２つの充電ガンの電力出力状態に応じて、当該スマート切替ユニットが当該少なくとも１つの充電モジュールの充電電力を当該少なくとも２つの充電ガンの１つ以上に対し動的に分配するよう、当該スマート切替ユニットに命令を伝送する充電スタンド用スマート配電システム。
2. 当該スマート切替ユニットは、少なくとも２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ又は少なくとも２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、少なくとも２つのダイオード、及び少なくとも２つのコンデンサを含み、当該少なくとも２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ又は当該少なくとも２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタの各々、当該少なくとも２つのダイオードの各々、及び当該少なくとも２つのコンデンサの各々は、互いに並列に連結される請求項１記載の充電スタンド用スマート配電システム。
3. 当該スマート切替ユニットは、少なくとも２つの第２ダイオード及び少なくとも２つの第３ダイオードを更に含み、当該少なくとも２つの第３ダイオードの各々は、当該少なくとも２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ又は当該少なくとも２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタの各々、当該少なくとも２つのダイオードの各々及び当該少なくとも２つのコンデンサの各々の全体と直列に接続される請求項２記載の充電スタンド用スマート配電システム。
4. 当該少なくとも２つのダイオードの各々、当該少なくとも２つの第２ダイオードの各々、及び当該少なくとも２つの第３ダイオードの各々は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタに置き換えられ、当該金属酸化物半導体電界効果トランジスタは、強化型Ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタを含む請求項３記載の充電スタンド用スマート配電システム。
5. 当該少なくとも２つのシステム制御監視ユニットの各々に連結されて、当該少なくとも２つのシステム制御監視ユニットによるデータ演算を補助するインダストリアルＰＣと、
   当該スマート切替ユニットと当該少なくとも２つの充電ガンとの間にそれぞれ設けられる少なくとも２つのスイッチと、を更に含み、
   当該スマート切替ユニットは少なくとも２つの継電器を含み、
   当該少なくとも２つのシステム制御監視ユニットと当該少なくとも２つの充電ガンは自動車用バスインターフェースを介して連結され、
   当該少なくとも２つのシステム制御監視ユニットと当該少なくとも１つの充電モジュールは自動車用バスインターフェースを介して連結され、
   当該少なくとも２つのシステム制御監視ユニットと当該インダストリアルＰＣはネットワーク通信インターフェースを介して連結される請求項１記載の充電スタンド用スマート配電システム。