(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-22
(54)【発明の名称】分散型リザーブドパワー充電器
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20230815BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 A
H02J7/00 P
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023504784
(86)(22)【出願日】2021-07-22
(85)【翻訳文提出日】2023-03-20
(86)【国際出願番号】 US2021042731
(87)【国際公開番号】W WO2022020566
(87)【国際公開日】2022-01-27
(31)【優先権主張番号】63/210,695
(32)【優先日】2021-06-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/055,590
(32)【優先日】2020-07-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/218,145
(32)【優先日】2021-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/382,537
(32)【優先日】2021-07-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523025632
【氏名又は名称】マーズチャージ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100141553
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 信彦
(74)【代理人】
【識別番号】100122563
【弁理士】
【氏名又は名称】越柴 絵里
(72)【発明者】
【氏名】マルツズィ マイケル デイヴィッド
【テーマコード（参考）】
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G503AA02
5G503BA01
5G503BB01
5G503FA06
5G503GB03
5G503GB06
(57)【要約】
電気自動車（ＥＶ）コネクタと、第１の交流（ＡＣ）コネクタと、充電器コネクタと、交流及び直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、複数の充電器端子を含む充電器スイッチシステムと、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータの間に結合された充電池システムと、を含む充電器を備えた装置である。充電器は更に、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び充電器スイッチシステムに結合されて制御するよう構成された充電器コントローラを含む。複数の充電器端子は、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＥＶコネクタ、第１のＡＣコネクタ、及び充電器コネクタにそれぞれ結合することができる。装置はまた、充電器コネクタに接続するように構成されたハブスイッチシステムを含むハブを備えることができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
充電器を備える装置であって、前記充電器が、
第１の交流（ＡＣ）コネクタと、
充電器コネクタと、
交流及び直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバータと、
ＤＣ／ＤＣコンバータと、
充電式電池を含む充電式電池システムであって、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に結合される、充電式電池システムと、
複数の充電器端子を含む充電器スイッチシステムであって、前記複数の充電器端子を選択的に接続するように構成される、充電器スイッチシステムと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記充電器スイッチシステムに結合されて制御するように構成された充電器コントローラと、
を備え、
前記複数の充電器端子は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第１のＡＣコネクタ、及び前記充電器コネクタにそれぞれ結合される、装置。
【請求項2】
前記充電器がポータブルであり、前記充電器が電気自動車（ＥＶ）コネクタを含み、
前記複数の充電器端末の端末が、前記ＥＶコネクタに結合される、
請求項１に記載の装置。
【請求項3】
ＥＶコネクタがＥＶプラグを含み、前記第１のＡＣコネクタが第１のＡＣソケットを含み、前記充電器コネクタが充電器ソケットを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
ハブを更に備え、前記ハブが、
複数のハブ端子を含むハブスイッチシステムであって、前記複数のハブ端子のうちの何れかのペアを選択的に接続するように構成されている、ハブスイッチシステムと、
前記ハブスイッチシステムに結合され、前記ハブスイッチシステムを制御するように構成されたハブコントローラと、
前記複数のハブ端子にそれぞれ結合された複数のハブコネクタと、
を備え、
前記複数のハブコネクタのうちの第１のハブコネクタは、前記充電器コネクタに接続するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記第１のハブコネクタがハブソケットを含み、他の前記ハブコネクタの少なくとも１つが第１のプラグを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記双方向ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記充電式電池を充電又は放電するように構成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記充電式電池を放電のみをさせるように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項8】
前記双方向ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記充電器リレーシステムに結合された端子の第１のペアと、
前記充電式電池の端子に接続された端子の第２のペアと、
第２のコンバータに結合された第１のコンバータであって、これらの組合せが前記端子の第１のペアと前記端子の第２のペアとの間に接続される、第１のコンバータと、
を備え、
前記第１のコンバータは、前記充電器コントローラによって提供される第１の制御信号に基づいて、整流器又はインバータとして動作するように構成され、
前記第２のコンバータは、前記充電器コントローラによって供給される第２の制御信号に基づいて、バックコンバータ又はブーストコンバータとして動作するように構成される、
請求項７に記載の装置。
【請求項9】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記充電式電池の端子に結合された入力端子と、
前記充電器リレーシステムに結合された出力端子と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、前記入力端子において前記充電式電池によって提供される入力ＤＣ電圧を、前記出力端子における出力ＤＣ電圧に変換するように構成され、
前記出力ＤＣ電圧の振幅は、前記入力電圧の振幅と、前記充電器コントローラによって提供されるＤＣ／ＤＣ制御信号とに依存する、請求項８に記載の装置。
【請求項10】
第２の充電器を更に備え、前記第２の充電器が、
第２の電気自動車（ＥＶ）コネクタと、
第２の交流（ＡＣ）コネクタと、
第２の充電器コネクタと、
第２の交流及び直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバータと、
第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
第２の充電式電池を含む第２の充電式電池システムであって、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータとの間に結合される、第２の充電式電池システムと、
複数の第２の充電器端子を含む第２の充電器スイッチシステムであって、前記複数の第２の充電器端子を選択的に接続するように構成される、第２の充電器スイッチシステムと、
前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記第２の充電器スイッチシステムに結合されて制御するように構成された第２の充電器コントローラと、
を備え、
前記複数の第２の充電器端子は、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＥＶコネクタ、前記第２のＡＣコネクタ、及び前記第２の充電器コネクタにそれぞれ結合され、
前記複数のハブコネクタのうちの第２のハブコネクタが、前記第２の充電器コネクタに接続するように構成される、
請求項５に記載の装置。
【請求項11】
前記充電器コントローラ及び前記第２の充電器コントローラは、前記ハブコントローラとデータ通信するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項12】
第３のハブコネクタが、ＡＣ送電網に接続するように構成されている、請求項１１記載の装置。
【請求項13】
ハブを備える装置であって、前記ハブが、
複数のハブ端子と複数のスイッチとを含むハブスイッチシステムであって、前記複数のハブ端子のうちの何れかのペアを選択的に接続するように構成されている、ハブスイッチシステムと、
前記ハブスイッチシステムに結合されて前記ハブスイッチシステムを制御するように構成されたハブコントローラと、
前記複数のハブ端子にそれぞれ結合された複数のハブコネクタであって、前記複数のハブコネクタのうちの第１のハブコネクタが、充電器コネクタに接続するように構成されている、装置。
【請求項14】
充電器を更に備え、前記充電器が、
第１の交流（ＡＣ）コネクタと、
充電器コネクタと、
交流及び直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバータと、
ＤＣ／ＤＣコンバータと、
充電式電池を含む充電式電池システムであって、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に結合される、充電式電池システムと、
複数の充電器端子を含む充電器スイッチシステムであって、前記複数の充電器端子を選択的に接続するように構成される、充電器スイッチシステムと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、及び前記充電器スイッチシステムに結合されて制御するように構成された充電器コントローラと、
を備え、
前記複数の充電器端子は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第１のＡＣコネクタ、及び前記充電器コネクタにそれぞれ結合され
前記充電器コネクタは、前記複数のハブコネクタのうちの第１のハブコネクタに接続するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項15】
前記充電器がポータブルであり、前記充電器が電気自動車（ＥＶ）コネクタを含み、
前記複数の充電器端末の端末が、前記ＥＶコネクタに結合される、
請求項１４に記載の装置。
【請求項16】
ＥＶコネクタがＥＶプラグを含み、前記第１のＡＣコネクタが第１のＡＣソケットを含み、前記充電器コネクタが充電器ソケットを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項17】
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータを含み、前記双方向ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記充電式電池を充電又は放電するように構成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記充電式電池を放電のみをさせるように構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項18】
方法であって、第１の端子と第２の端子との間に第１の電流経路を確立するよう第１のスイッチを閉じるステップであって、前記第２の端子は双方向交流及び直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバータに接続され、前記第１の端子、前記第２の端子、及び前記双方向ＡＣ／ＤＣコンバータが充電器に含まれる、ステップと、
前記双方向ＡＣ／ＤＣコンバータが、前記第１の電流経路によって供給されるＡＣ電流を前記充電器の電池システムを充電するためＤＣ電流に変換するステップであって、前記電池システムが電池セルを含む、ステップと、
前記ＤＣ電流で前記電池システムを充電した後、前記第１のスイッチを開くステップと、
第３の端子と双方向ＡＣ／ＤＣコンバータの第２の端子との間に第２の電流経路を確立するよう第２のスイッチを閉じるステップであって、前記第３の端子前記充電器に含まれる、ステップと、
前記双方向ＡＣ／ＤＣコンバータが、前記電池システムによって供給されるＤＣ電流を前記第２の電流経路を介して前記第３の端末に伝送するためＡＣ電流に変換するステップと、
を含む、方法。
【請求項19】
前記第２のスイッチを開くステップと、第４の端子と第５の端子との間に第３の電流経路を確立するよう第３のスイッチを閉じるステップであって、前記第４の端子は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、前記第５の端子は前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、前記第４の端子、前記第５の端子及び前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが前記充電器に含まれる、ステップと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが、前記電池システムによって供給されるＤＣ電流を、前記第３の電流経路を介して前記第５の端子に伝送するためにより高い電圧振幅を有するＤＣ電流に変換するステップと、
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
第３のスイッチを開くステップと、前記第４の端子と前記第３の端子との間に第４の電流経路を確立するように第６のスイッチを閉じるステップと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが、前記第４の電流経路を介して前記第３の端子に伝送するために、前記電池システムによって提供されるＤＣ電流を異なる電圧振幅を有するＤＣ電流に変換するステップと、
を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）の下で、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄａｖｉｄ Ｍａｒｃｚｉを発明者とする、２０２０年７月２３日に出願された、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｆｏｒ Ｃｈａｒｇｅｒｓ ａｎｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題する米国仮特許出願シリアル第６３／０５５，５９０号、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄａｖｉｄ Ｍａｒｃｚｉを発明者とする、２０２１年６月１５日に出願された、「Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する米国仮特許出願シリアル第６３／２１０，６９５号、及びＭｉｃｈａｅｌ Ｄａｖｉｄ Ｍａｒｃｚｉを発明者とする、２０２１年７月０２日に出願された、「Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｈａｒｇｅｒ”， ｆｉｌｅｄ Ｊｕｌｙ ２， ２０２１， ａｎｄ ｎａｍｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｏｒ」と題する米国仮特許出願シリアル第６３／２１８，１４５号の利益を主張し、これらは全て、完全且つ全体的に記載されているかのように引用により全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）の下で、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄａｖｉｄ Ｍａｒｃｚｉを発明者とする、２０２０年７月２３日に出願された、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｆｏｒ Ｃｈａｒｇｅｒｓ ａｎｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題する米国仮特許出願シリアル第６３／０５５，５９０号、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄａｖｉｄ Ｍａｒｃｚｉを発明者とする、２０２１年６月１５日に出願された、「Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する米国仮特許出願シリアル第６３／２１０，６９５号、及びＭｉｃｈａｅｌ Ｄａｖｉｄ Ｍａｒｃｚｉを発明者とする、２０２１年７月０２日に出願された、「Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｈａｒｇｅｒ”， ｆｉｌｅｄ Ｊｕｌｙ ２， ２０２１， ａｎｄ ｎａｍｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｏｒ」と題する米国仮特許出願シリアル第６３／２１８，１４５号の利益を主張し、これらは全て、完全且つ全体的に記載されているかのように引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
充電式エネルギー貯蔵システムは、充電式エネルギー貯蔵構成要素（例えば、リチウムイオン電池セル、スーパーキャパシタ、燃料電池など）を含む。本開示は、充電式電池セルに関連して説明されるが、充電式エネルギー貯蔵構成要素はこれに限定されるべきではないことは理解される。
【0003】
充電式電池パックは、１又は２以上の充電式電池セル（例えば、リチウムイオン電池セル、固体電池セル）を含む。本開示は、リチウムイオン電池セルを有する充電式電池パック（以下、電池パック）に関連して説明されるが、充電式電池パックはこれに限定されるべきではないことは理解される。
【0004】
電気自動車（ＥＶ）は、電池パックによって動力供給される。本開示は、ＥＶに関連して説明されるが、本開示がこれに限定されるべきではないことは理解される。充電器は、ＥＶ電池パックを充電する。大型の定置式充電器（充電ポイント又は充電ステーションとしても知られる）は、ＥＶの所有者が使用するために、市街地、郊外、及び農村地域に散在している。定置型充電器は、公共送電網からの電力を利用してＥＶ電池を充電する。
【0005】
定置式充電器は、ＡＣレベル１充電、ＡＣレベル２充電、ＤＣレベル１充電、ＤＣレベル２充電といった、複数の充電法の何れかを採用している。ＤＣレベル－１充電及びＤＣレベル－２充電は、ＤＣレベル－３充電と総称されることが多い。ＡＣレベル１充電は、典型的には、公共送電網から直接又は間接的に供給される１２０ボルトＡＣを使用して、ＥＶの電池を充電する。この充電方法は、１．９２キロワット（「ｋＷ」）の最大充電率を有することができる。ＥＶは典型的には、ＡＣ１２０ＶをＥＶの電池を充電するのに必要なＤＣ電圧に変換するオンボードのＡＣ／ＤＣコンバータを含む。ＡＣレベル２充電は、典型的には、公共送電網から直接又は間接的に供給される２０８ボルト～２４０ボルトＡＣを使用してＥＶの電池を充電する。この充電方式は、１９．２ｋＷの最大充電率を有することができる。ＥＶのオンボードＡＣ－ＤＣコンバータは、ＥＶの電池を充電するため２０８ボルトから２４０ボルトＡＣをＤＣ電圧に変換することができる。レベル３ＤＣ充電ステーションは、典型的に、送電網から直接又は間接的に供給される４８０ボルトＡＣ電力をＥＶの電池パックを充電するのに必要な直流電力に変換する。変換は、ＥＶの外部にある機器にて行われ、電池が充電されている間、定置型充電器からのＤＣ電流は、ＥＶのオンボードＡＣ／ＤＣコンバータをバイパスして流れる。ＤＣ充電は、典型的には、２００～９２０ボルトＤＣの範囲にわたることができる。ＤＣレベル１は、４８ｋＷの最大充電率を有することができ、ＤＣレベル２は、４００ｋＷの最大充電率を有することができる。使用される充電方法のタイプによっては、ＥＶの電池をフル充電するのに３０分～４５時間の範囲でかかる場合もある。また、ＤＣレベル３充電は、通常、ＡＣレベル１及びＡＣレベル２充電よりも高速であるが、ＤＣレベル３充電を用いると電池がより早く劣化する可能性が高い。ＡＣレベル－１とＡＣレベル－２の充電器は、総称してＡＣ充電器と呼び、ＤＣレベル－１及びＤＣレベル－２は、総称してＤＣ充電器と呼ぶことにする。
【0006】
添付図面を参照することにより、本発明の技術はよりよく理解でき、その多くの目的、特徴、及び利点は、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
異なる図面において同じ参照符号を使用することは、類似又は同一の項目を示す。
【0009】
「走行距離不安症」とは、ＥＶ電池が、運転者が目的地又は最寄りの充電ステーションに到着するのに十分に充電されていないのではという恐怖心のことである。走行距離恐怖心症は、典型的には、ＥＶの電池パックによって提供される走行距離と、充電器の可用性及び速度という２つの問題に起因する。
【0010】
平均的な内燃エンジン車両が、ガソリンスタンドでガソリン（ガス）を補給するのに５～１０分を必要とするのに対し、典型的な１５０ｋＷＤＣ充電器は、典型的には、中型セダンＥＶの電池パックを０％充電から始めて充電するのに約６８分を要する。より強力な充電器が必ずしも速いとは限らない。電池パックが受け入れることのできる充電量によって充電速度が決まることが多いので、２５０ｋＷＤＣ充電器が必ずしも高速充電を提供する訳ではない。充電中、イオンは電池の電解質を通過して、インターカレートしたリチウムを脱酸させる。個々の電池セルは、カソードからアノードにイオンが通過することができる速度を制限する特定の抵抗を有し、これにより充電速度が決定される。平均的なアメリカ人は、ガソリンスタンドから平均４分のところに住み、一方、ＤＣ充電ステーションから平均３０分の距離に住んでいる。ＥＶが内燃エンジン車両を上回るには、ＤＣ充電ステーションをガソリンスタンドよりも広く利用可能にする必要がある。
【0011】
ＤＣ充電器の数は増え続けているが、その総数は、「走行距離恐怖心症」を解消するのに必要な数をはるかに下回ったままである。これは一般に、４８０ボルト以上のＡＣ電力を配電して公共送電網からＤＣ電力に変換するのに必要なインフラストラクチャストラクチャを含めて、ＤＣ充電器の設置に関連するコストに起因している。典型的には、ＤＣ充電ステーションの建設及び設置にかかる費用の３０％～５０％は、４８０ボルトＡＣ公共送電網インフラストラクチャストラクチャを供給源として使用することに関連する。
【0012】
開示されるのは、４８０ボルトＡＣ送電網のインフラストラクチャを必要とせずにＤＣ充電を提供することができ、これに関連するコストの全てではないにしてもそのほとんどを排除することができる、分散型リザーブ電力充電器である。４８０ボルトＡＣ送電網ベースの充電器インフラストラクチャは、典型的には大型で、設置のためにかなりのスペースを必要とする。本開示の分散型リザーブ電力充電器は、スペースが限られている場所でＤＣ充電ステーションを提供することができる。分散型リザーブ電力充電器は、以下でより完全に説明されるように、他の新規の機能を提供する。
【0013】
公共送電網からの４８０ボルトＡＣ電源を利用する典型的なＤＣ充電ステーションは、送電網上の他の充電器による過剰な電力要求又は外部状況による送電網自体によって提供される出力の全体的な不足に起因して、出力低下を生じることがある。これは、ラッシュアワーなどのピーク時に交通量の多い場所にある充電ステーションで特に当てはまる可能性がある。分散型リザーブ電力充電器は、典型的な４８０ボルトＡＣ電源方式のＤＣ充電設備と統合され、送電網かリザーブエネルギーかを問わず、電力源をより大きな出力を有する供給源にインテリジェントに切り替えることによって、必要なときに電力負荷を増強するためにリザーブ電力を利用することができる。
【0014】
典型的なＤＣ充電ステーションは、４８０ボルトＡＣグリッドインフラストラクチャ、配電ユニット、ＤＣ充電器、及びＥＶに接続するための充電ポートを含むことができる。グリッドから電力を得て、ＥＶの電池パックを充電するプロセスは、一般的に、次のように説明することができ、すなわち、ＡＣグリッドからのＡＣ電力が必要なＡＣ電圧に変換され、変換されたＡＣ電力は様々なＤＣ充電器に分配され、ＤＣ充電器が通常は整流回路を介してＡＣ電力をＤＣ電力に整流し、ＤＣ電力は、ＤＣ／ＤＣ変換回路を介してＥＶにより必要とされる適切なＤＣ電圧及びＤＣアンペアに再び変換され、ＤＣ電力は、その後、充電ストール及びプラグを介してＥＶに渡される。まとめると、電力変換ステップは、まず、ＡＣ電力をＤＣ電力（ＡＣ－ｔｏ－ＤＣ）に整流し、次に、整流したＤＣ電力を補正したＤＣ電圧（ＤＣ－ｔｏ－ＤＣ）に変換するものと説明することができる。
【0015】
充電ステーションは、充電ステーションの一部として、エネルギー貯蔵システム及び太陽電池アレイを利用することができる。典型的には、エネルギー貯蔵及び太陽電池アレイはＤＣシステムである。これらのＤＣシステムは、インバータを利用してＤＣ電力をＡＣ電力に変換し（ＤＣ－ｔｏ－ＡＣ）、必要なときに充電ステーションのＡＣグリッドに投入する。エネルギー貯蔵システムは、通常、単一のモノリシックシステムであり、典型的には、充電ステーションのＡＣグリッドに１又は２以上の接点を有する。充電器がこのような貯蔵エネルギーシステムからの電力を利用する場合、電力変換フェーズは典型的には、以下のようになることができ、すなわち、貯蔵されたＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換してステーションのＡＣグリッドで利用可能にし、ＡＣ電力を上記のようにＤＣ電力に整流し、整流したＤＣ電力は、次に、ＥＶ電池の充電に必要なＤＣ電圧レベルに再変換される。要約すると、電力変換プロセスは、典型的には、ＤＣ－ｔｏ－ＡＣ、次にＡＣ－ｔｏ－ＤＣ、最後にＤＣ－ｔｏ－ＤＣとすることができる。
【0016】
上記の様々なシステムは、通常は、ＡＣグリッドを介して互いに接続されている。分散型リザーブ電力充電器は、ＤＣエネルギー貯蔵をＤＣ充電システム自体に配置し、これ自体を双方向ＡＣ－ＤＣ変換／逆変換機器及び双方向ＤＣ－ＤＣ変換機器を介して充電システムの残りの部分に接続する。これにより、エネルギー貯蔵部を様々な分散型リザーブ電力充電器の間に分散させることができるので、エネルギー貯蔵部が複数のユニットに配置され、これらは、ＤＣ電力貯蔵部が充電器から分離され通常はモノリシックユニットである典型的なＤＣ充電ステーションとは対照的である。分散型リザーブ電力充電器内のＤＣ電力貯蔵部は、ＥＶのＡＣ充電と特にＤＣ充電の両方の電源として機能することができる。電力変換は、ＤＣ貯蔵システムから電力を取り出してＤＣ－ＤＣコンバータに通過させることを単に意味し、これによりＥＶにエネルギーを伝えるために必要な電力を供給することになる。分散型リザーブ電力充電器は、ＡＣグリッドからＡＣ電力を受け取り、ＡＣ電力をＤＣ電力に整流し、整流した電力をＥＶ電池に好適な電圧に再び変換して、変換したＤＣ電力をＥＶに直接供給することで、エネルギー貯蔵部を全体でバイパスして典型的なＤＣ充電器として機能することができる。また、どちらが最大電力出力を生成するかに応じて、２つの電源の間をインテリジェントに切り替えることができる。様々な充電器のエネルギー貯蔵システム（例えば、電池パック）は、ＤＣ電力線を通じてネットワーク化され、ＤＣマイクログリッドを形成し、様々な充電器の間でこれらの貯蔵エネルギーを共有することができる。分散型リザーブ電力充電器又は分散型リザーブ電力充電器のネットワークは、ＡＣグリッドとＤＣグリッドを同時に且つ互いに並行して動作させることができる。個々の充電器又は充電器のグループは、状況に応じて、ＡＣグリッドとＤＣグリッドの間を切り替えることができ、その逆もまた同様とすることができる。
【0017】
また、ＥＶの所有者が、ポータブルの分散型リザーブ充電器をＥＶのトランク又はＥＶの他の車室に運び込む場合、走行距離不安症の懸念を軽減することができる。これらのポータブル充電器は、消耗したＥＶ電池を部分的に充電することができる。分散型リザーブ電源充電器は、個別にポータブル充電器として構成すること、及び他の分散型リザーブ電源充電器のポータブル充電ネットワークの一部として構成することもでき、これらは全て、集合的にポータブル充電器のネットワークとして機能する。
【0018】
充電器の小型化及び軽量化を図り、ＥＶと共に容易に輸送することができるポータブル充電器を実現する必要がある。現在のポータブル充電器は、ＥＶ電池を充電するのに必要な電流を供給するために、ガソリン駆動の発電機を含む。ガソリン駆動式ポータブル充電器は、大型で、重量があり、ガソリンを必要とする。
【0019】
図１は、分散型リザーブ電力充電器１００の一例を示しているが、本開示はこれに限定されるべきではないと理解される。図１内に示された構成要素は、標準的なスーツケースのサイズ（例えば、６９ｃｍ×４７ｃｍ）である図示しないポータブルケース又はハウジング内に含めることができ、又は工業用冷凍庫のサイズ（例えば、２０８ｃｍ×１３７ｃｍ）とすることができる図示しないより大型の定置式充電器設備の一部とすることができる。ケース又はハウジングは、分散型リザーブ電力充電器１００を転動することができるホイールを含むことができ、或いはケース又はハウジングは、コンクリートに埋め込むことによって又は他の方法によって定置することができる。以下に説明する多くの特徴のうち、分散型リザーブ電力充電器１００は、ＡＣレベル１充電、ＡＣレベル２充電、又はＤＣレベル３充電を用いてＥＶの電池パック又は複数のＥＶの電池パックを充電すること、並びに同一又は異なる充電サイクルにおいて異なる充電レベル間を切り替え又は順次実行することができる。
【0020】
分散型リザーブ電力充電器１００は、電力導体又はワイヤを介して双方向ＡＣ／ＤＣインバータ・コンバータシステム１０４と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６の間に結合された充電式電池パック１０２を含む。電力導体は、図中ではデータ通信導体と区別するために太字で図示されている。
【0021】
充電器１００は、充電器リレースイッチシステム１１４を含み、これは、電流がスイッチシステム１１４に又はスイッチシステム１１４から外に伝送できる複数の端子を含む。充電器リレースイッチシステム１１４は、その端子の何れかのペアを接続することができる。ＡＣ電流又はＤＣ電流は、接続された端子間に流れることができる。充電器リレーシステム１１４は、それぞれの端子に電気的に接続されるソケット１２０ｃ～１３４ｃを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４及びＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は、電力導体を介して充電器リレースイッチシステム１１４の各端子に接続される。ＥＶプラグ１１６は、ケーブルを介して充電器リレースイッチシステム１１４の他の端子に電気的に接続される。
【0022】
分散型リザーブ電力充電器１００はまた、固有の低電圧ＤＣ電源を有する充電器コントローラ１１０を含む。コントローラ１１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータシステム１０４、電池パック１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６、ユーザインタフェース１１２、外部デバイス１１５、及び充電器リレースイッチシステム１１４とデータ通信している。充電器コントローラ１１０は、ＥＶプラグ１１６がこれに接続されているときに、ＥＶとデータ通信している。充電器コントローラ１１０は、ソケット１２０ｃがこれに接続されているとき、電力分配及びデータ通信ハブ（「ハブ」、図５及び図６を参照してより完全に説明される）とデータ通信することができる。充電器コントローラ１１０は、限定ではないが、ＵＳＢなどの有線接続又はＬＴＥ（Ｌｏｎｇ－Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）もしくはＷｉ－Ｆｉ通信プロトコルなどの無線接続を介して、ラップトップ、タブレット、及びスマートフォンなどの他の外部デバイス１１５とデータ通信を行うことができる。充電器コントローラ１１０は、マイクロコントローラ又は他のデータ処理ユニットを含むことができ、これは、メモリ内に格納された命令を実行する中央処理ユニットを含む。充電器コントローラ１１０は、インタフェース１１２を介して受信するデータ又はコマンドを処理し、メモリ内に格納された命令を実行することに応答して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４、電池パック１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６、及びリレースイッチシステム２０２の動作態様を構成するコマンドを生成するように構成される。充電器コントローラ１１０はまた、これに接続されているとき、ＥＶ又は前述のハブから受信したコマンドに応答することができる。
【0023】
充電器リレースイッチシステム１１４の複数の端子は、それぞれのソケット１２０ｃ～１３４ｃに接続されている。ソケット１２０ｃは、ハブ（図１には示されていない）に接続するように構成される。ＡＣ、ＤＣ、又はＡＣ及びＤＣ電流は、ソケット１２０ｃに同時に流入又はソケット１２０ｃから流出することができる。ソケット１２２ｃは、第１のＡＣ送電網（例えば、１２０Ｖ ＡＣ送電網）に接続するように構成される。ＡＣ電力は、ソケット１２２ｃに流入又はソケット１２２ｃから流出することができる。ソケット１２４ｃは、第２のＡＣ送電網（例えば、２４０ＶＡＣ送電網）に接続するように構成される。ＡＣ電力は、ソケット１２４ｃに流入又は流出することができる。ソケット１２６ｃは、ＡＣレベル－１及びＡＣレベル－２充電器プラグに接続するように構成される。ＡＣ電力は、ソケット１２６ｃに流入することができる。ソケット１３０ｃは、ＡＣ１２０Ｖで動作する電気器具のプラグに接続するように構成されている。ＡＣ電力は、ソケット１３０ｃから流出することができる。ソケット１３２ｃは、ＡＣ２４０Ｖで動作する電気器具のプラグに接続するように構成されている。ＡＣ電力はソケット１３２ｃから流出することができる。ソケット１３４ｃは、低電圧ＤＣで動作するデバイスに接続するように構成されている。ソケット１３４ｃは、端部に銅製のワニ口クリップを有する色分けされた正及び負ケーブルからなることができ、低電圧の自動車用バッテリーを充電することができる。ＥＶの低電圧デバイスは、多くの場合、従来の鉛酸自動車用バッテリーによって給電される。ソケット１３４ｃの別の構成は、スマートフォン又はスマートタブレットの充電のＵＳＢポートとすることができる。
【0024】
図２は、図１のチャージャリレーシステム１１４の一実施形態を示す。図示のように、充電器リレースイッチシステム１１４は、リレースイッチＲ１～Ｒ１６と、充電器コントローラ１１０とデータ通信するリレースイッチコントローラ２０２と、大電流（例えば、１Ａ、１０Ａ、１００Ａ、又はそれよりも大きい）ＡＣ又はＤＣ電力を伝送するための電力導体とを含む。充電器リレーシステムによってルーティング及び制御される３つのタイプの電力線がある。これらは、ＡＣライン２０４、高電圧ＤＣライン２０６、及び低電圧ＤＣライン２１０である。ＡＣライン及びＤＣラインは、それぞれＡＣグリッド及びＤＣグリッドに接続することができる。充電器のＡＣラインは、ソケット１２０ｃ～１２６ｃを介してＡＣグリッドに接続することができ、充電器の高電圧ＤＣラインは、ソケット１２０ｃを介して分散型リザーブ電力充電器ＤＣマイクログリッドに接続することができる。特定の状況下では、ＡＣライン及び高電圧ＤＣラインは、各々充電器１００へ又は充電器１００から電力を通過させて同時に動作することができる。
【0025】
充電器のリレースイッチは電気的に動作する。様々なタイプのリレースイッチが存在する。従来の形態は、電流が流れることができる接点間を開閉するのに電磁石を使用する。この実施形態では、電力をルーティングするためのスイッチング方法としてリレーを使用しているが、リレーの代わりに他のスイッチング方法を一部又は全部で使用してもよく、例えば、パワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴＳ）でもよい。リレースイッチＲ１～Ｒ１６は、リレースイッチシステムコントローラ２０２によって提供される信号ｓ１～ｓ１６によって、それぞれ選択的に制御される。図示しないが、各リレースイッチＲ１～Ｒ１６は、対応する戻りリレースイッチを有し、各電力導体は、対応する戻り導体経路を有する。リレースイッチコントローラ２０２によって提供されるそれぞれの信号によってリレースイッチ及びこれに対応するリターンリレースイッチが閉じられると、充電リレースイッチシステム１１４の端子間に回路ループを形成することができる。
【0026】
前述のように、充電器リレースイッチシステム１１４は、その端子の何れかのペアを接続することが可能である。リレースイッチ系１１４の端子は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６、ソケット１２０ｃ～１３４ｃ及びＥＶプラグ１１６にそれぞれ接続される。従って、リレースイッチシステム１１４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６、ソケット１２０ｃ～１３４ｃ、及び、ＥＶプラグ１１６のうちの何れか２つを接続することが可能である。例えば、リレースイッチシステムコントローラ２０２は、残りのリレーが開いている間、リレーＲ３及びＲ１３を閉じることができる。リレーＲ３及びＲ１３が閉じた状態では、ＤＣ電流は、電池パック１０２からＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６を介してプラグ１１６に流れることができ、又はその逆も同様とすることができる。リレーＲ１３及びＲ１４が開いている間、スイッチＲ３及びＲ１５は閉じることができる。これらのスイッチが閉じた状態では、ＤＣ電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６及びソケット１２０ｃを介して電池パック１０２からハブ（図示せず）に流れることができ、又はその逆も同様とすることができる。スイッチＲ１及びＲ２は、残りのリレースイッチが開いている間、閉じることができる。リレースイッチＲ１及びＲ２が閉じた状態では、ＡＣ電流は、電池パック１０２からＡＣ／ＤＣコンバータ１０４及びソケット１２０ｃを介してハブ（図示せず）に流れることができ、又はその逆も同様とすることができる。スイッチＲ２、Ｒ５、及びＲ７は、残りのリレースイッチが開いている間、閉じることができる。リレースイッチＲ２、Ｒ５、及びＲ７が閉じた状態では、ＡＣ電流は、電池パック１０２からＡＣ／ＤＣコンバータシステム１０４及びソケット１２２ｃを介してＡＣ送電網に流れることができ、又はその逆も同様とすることができる。スイッチＲ１、Ｒ４、Ｒ５、及びＲ６は、残りのリレースイッチが開いている間、閉じることができる。リレースイッチＲ１、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６が閉じた状態では、ＡＣ電流は、ハブ（図示せず）からＥＶプラグ１１６に流れることができ、又はその逆も同様とすることができる。他の例としては、リレースイッチＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１３、及びＲ１６を閉じられ、他の全てのリレースイッチが開かれた状態では、ＤＣ電流は、接続されたＥＶの電池からＤＣ／ＤＣコンバータシステムに流れ、電池パックをバイパスして、ＡＣ／ＤＣコンバータシステムに接続することができ、ここでＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換し、ソケット１２０ｃを介してハブ（図示せず）に渡し、その後、ＡＣ電力をグリッド上に加え、及びその逆もまた可能である。他の電流経路も想起される。以下でより完全に説明されるように、同時通電も可能である。
【0027】
図２を引き続き参照すると、このシステムが、他のＤＣ充電器によって典型的に利用される電圧である４８０ボルトＡＣ電力又はそれ以上を利用することによって機能する場合、リレースイッチシステムは、ＥＶを充電するためのソース電力をＡＣグリッド、電池パック１０２、又はＤＣグリッドから順不同で切り替えることができる。ソケット１２２ｃ～１２４ｃの何れかは、典型的な充電ステーションインフラストラクチャ（例えば、変圧器及び配電ユニット）から、又は前記インフラストラクチャのために構成され、前記インフラストラクチャに接続されたハブデバイス（図示せず）から、ソケット１２０ｃを介して充電器１００に４８０ボルトのＡＣ電力又はより高い電圧のＡＣ電力を受け入れるように構成することができる。例えば、充電器コントローラ１１０は、ＡＣグリッドからのＤＣ充電が最大の電力出力を生成すると決定するので、コントローラ１１０は、スイッチＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１３、及びＲ１６を閉じるようにリレースイッチコントローラ２０２に指示する。ＡＣ電力は、４８０ボルトの充電ステーションインフラストラクチャ（図示せず）からハブ（図示せず）へ、ソケット１２０ｃを介して充電器１００へ流れ、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４は、ＡＣグリッド電力をＤＣ電力に整流してＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６に渡し、このシステムはＥＶ電池パック（図示せず）の必要性に応じて電圧大きさを変換して、変換したＤＣ電力をプラグ１１６に渡す。このＡＣグリッド→ＡＣ－ＤＣ整流→ＤＣ－ＤＣ変換→ＥＶ電池パックという電力変換プロセスは、典型的なＤＣ充電器システムと実質的に同じである。しかしながら、先に述べたＡＣグリッドへの過度の要求は、電力出力の低下を招く可能性があり、充電器コントローラ１１０は、電力が電池パック１０２から供給される場合、電力出力がより大きくなり得ると決定することができる。このため、充電器コントローラ１１０は、リレースイッチコントローラ２０２に、全てのスイッチを開いてそれまでの電力変換プロセスを停止し、その後、スイッチＲ３及びＲ１３を閉じるように指示する。電池パック１０２からのＤＣ電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６で変換され、次いで、プラグ１１６を介してＥＶの電池パック（図示せず）に渡されることになる。いずれ電池パック１０２は消耗するが、他の充電器１００からの他の電池パックは、使用されていない完全に充電された電池パック１０２を有し、ＤＣマイクログリッド（図示せず）に接続されており、このＤＣマイクログリッドは、ＤＣマイクログリッドの一部でもあるソケット１２０ｃを介して充電器１００に接続されたハブ（図示せず）に接続されている。ＤＣグリッドからの電力がＡＣグリッドからの電力よりも大きな出力を提供するという決定を、充電器コントローラ１１０が下すと、ソケット１２０ｃのデータ通信を介してハブ（図示せず）にＤＣ電力を要求する。ハブ（図示せず）は、要求を検証し、そのＤＣ電力をハブに提供するように別の充電器に指示をし始め、ハブは、ソケット１２０ｃを介して充電器１００に電力をルーティングする。ハブからの検証により、充電器コントローラ１１０は、リレースイッチコントローラ２０２に、電池パック１０２からの電力転送を停止するために全てのスイッチを開き（前述）、スイッチＲ１３及びＲ１５を閉じるように指示する。ＤＣ電力は、他の充電器の電池パック（図示せず）からハブ（図示せず）を介してＤＣグリッド（図示せず）を介してソケット１２０ｃを介して充電器１００に、コネクタ１１６を介してＥＶの電池パック（図示せず）上に転送される。ＤＣグリッドからのＤＣ電力が転送されている間、充電器コントローラ１１０は、ハブ装置（図示せず）からソケット１２０ｃを介してデータ通信により、その電池パック１０２を充電するためのＡＣ電力を要求する。その要求が認められ、充電器コントローラ１１０は、リレースイッチコントローラにスイッチＲ１及びＲ２を閉じるように指示する。ＡＣグリッドからのＡＣ電力は、ハブ（図示せず）を介してソケット１２０ｃを介して充電器１００に流れ、ＡＣ／ＤＣコンバータシステム１０４が、電池パック１０２を充電するのに必要なＤＣ電力を供給する。ＡＣ電力及びＤＣ電力は、それぞれのＡＣグリッド及びＤＣグリッドから同時に充電器１００を流れている。他の電流経路も企図される。
【0028】
図１及び図２を引き続き参照すると、図３は、例示的な双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ・インバータ（ＡＣ／ＤＣコンバータ）１０４、及び例示的な電池パック１０２を示す。双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４は、双方向整流器３０２と、双方向バックブーストＤＣ／ＤＣコンバータ３０４とを含む。双方向整流器３０２は、パワースイッチＳ１～Ｓ４と、図示のように配置されたインダクタＬ１及びコンデンサＣ１からなるフィルタと、を含む。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４は、パワースイッチＳ５～Ｓ８、コンデンサＣ２、及び図示のように配置されたインダクタＬ２、Ｌ３のペアを含む。スイッチＳ１～Ｓ８のゲートは、ＡＣ／ＤＣコントローラ３０６によって制御され、このコントローラは、順に、図１及び図２に示す充電器コントローラ１１０とデータ通信を行い、これによって制御される。充電器コントローラ１１０は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４を多くの異なる構成のうちの何れか１つに配置することができる。例えば充電器コントローラ１１０は、レベル１充電又はレベル２充電で使用するためのＡＣ電圧を生成するように双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４を構成することができる。他の例示的な構成については後述する。また、他の双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ構成及び電池パック構成も企図される。
【0029】
図２及び図３を引き続き参照すると、整流器３０２は、電力導体３１０及び戻り導体３１２に結合されており、これらは、リレースイッチＲ２及び対応する戻りリレースイッチ（図示せず）にそれぞれ結合される。整流器３０２は、ＡＣ／ＤＣコントローラ３０６によって制御される。この構成に応じて、整流器３０２は、ＡＣ電圧ＶａｃをＤＣ電圧Ｖｄｃに整流することができ、又はその逆も可能である。ＡＣ電圧Ｖａｃは、上述のようなリレースイッチの構成に応じて、ソケット１２０ｃ～１３４ｃの何れかから受け取ることができ、又はソケット１２０ｃ～１３４ｃの何れかに供給することができる。
【0030】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４は、整流器３０２と電池パック１０２との間に結合される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４は、ＡＣ／ＤＣコントローラ３０６によって制御される。充電器コントローラ１１０は、ＡＣ／ＤＣコントローラ３０６を介して整流器３０２及びＤＣ／ＤＣコンバータ３０４を、多くの異なる構成のうちの何れか１つに配置することができる。その構成に応じて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４は、ＤＣ電圧ＶｄｃをＶｂａｔにバック又はブーストすることができ、又はその逆も可能である。
【0031】
電池パック１０２は、図示のように直列に配置された複数のリチウムイオンセル３２０を含むが、他のタイプのセル及び他のセル配置を利用してもよいことは理解される。電池パック１０２はまた、電池管理回路３２２、抵抗器Ｒ、及び電源スイッチＳ９及びＳ１０を含む。電池管理回路３２２は、メモリに格納された命令を実行する中央処理装置を有するマイクロコントローラ又は他のデータ処理デバイスを含む。電池管理回路３２２は、追加の構成要素（例えば、アナログ／デジタルコンバータ、サーミスタなど）を含むことができる。電池管理回路３２２は、充電器コントローラ１１０とデータ通信を行い、充電器コントローラ１１０によって制御される。この構成に応じて、電池管理回路３２２は、充電電流Ｉｃを介してセル３２０の充電を制御することができ、又は電池管理回路３２２は、放電電流Ｉｄを介してセル３２０の放電を制御できる。充電電流Ｉｃは、電池管理回路３２２がスイッチＳ１０を作動させ、スイッチＳ９を非作動にしたときにリチウムイオンセル３２０に流入し、放電電流Ｉｄは、イオンセル３２０電池管理回路がスイッチＳ９を作動させ、スイッチＳ１０を非作動にしたときにイオンセル３２０から流れることができる。電池管理回路３２２は、他の多くの機能を実行することができる。例えば、電池管理回路３２２は、安全な動作のために、アスペクトリチウムイオンセル３２０を集団的且つ個別に監視する。電池管理回路３２２は、全てが等しいか又はほぼ等しい電圧を有することを保証するリチウムイオンセル３２０間の電力バランスをとることができる（電池パックバランシングとしても知られている）。マイクロコントローラは、抵抗器Ｒを介してリチウムイオンセル３２０を流れる充電電流Ｉｃ及び放電電流Ｉｄを監視し、電流の最大値を超えないようにする。マイコンは、リチウムイオンセル３２０の温度を、予め定められた最大温度値に対して監視する。マイクロコントローラは、監視されたパラメータ（例えば、温度、Ｉｃ、Ｉｄなど）及び充電器コントローラ１１０から受信したコマンドに基づいて、スイッチＳ９及びＳ１０を制御する。マイクロコントローラは、リチウムイオンセル内の電荷が所定の閾値を下回るとマイクロコントローラが決定した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６又はＡＣ／ＤＣコンバータシステム１０４の何れかからリチウムイオンセル３２０を切り離すことができる。或いは、マイクロコントローラは、リチウムイオンセルの温度が所定の値を超えた場合、リチウムイオンセルをＡＣ／ＤＣコンバータシステム１０４又はＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６から切り離してもよい。更に、マイクロコントローラは、リチウムイオンセル３２０の充電のプロセスを制御してもよい。例えば、マイクロコントローラは、充電器コントローラ１１０からコマンドを受信することに応答して、所定のアルゴリズムに基づいてリチウムイオンセル３２０の再充電のプロセスを制御することができる。一実施形態では、リチウムイオンセル３２０は、最初は定電流を使用して再充電することができる。最終的に、電池管理回路３２２は、定電圧を使用してリチウムイオンセル３２０を再充電することに切り替えることができる。他の再充電アルゴリズムも企図される。
【0032】
図２及び図３を引き続き参照すると、図４は、電力導体４０２及びリターン導体４０４に結合されてこれらが順にリレースイッチＲ３及び対応するリターンリレースイッチ（図示せず）にそれぞれ結合される、例示の双方向バックブーストＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を示す。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は、電力スイッチＳ１１～Ｓ１４と、インダクタ３１０と、図示のように配置されたコンデンサＣ３及びＣ４のペアとを含む。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は、ＤＣ／ＤＣコントローラ４０６によって制御される。充電器コントローラ１１０は、ＤＣ／ＤＣコントローラ４０６を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を多くの異なる構成のうちの何れか１つに配置することができる。例えば、充電器コントローラ１１０は、レベル３充電で使用するためのＤＣ電圧を生成するように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を構成することができる。この構成に応じて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は、ＤＣ電圧ＶｂａｔをＤＣ電圧Ｖｏｕｔにバック又はブーストすることができ、又はその逆も可能である。ＤＣ電圧Ｖｏｕｔは、上述のようなリレースイッチの構成に応じて、ＥＶプラグ１１６又はソケット１２０ｃから受け取ることができ、又はＥＶプラグ１１６又はソケット１２０ｃに供給することができる。他の双方向バックブーストＤＣ／ＤＣコンバータの構成も企図される。
【0033】
充電器１００は、上述したように、ハブに接続することができる。図５は、例示的なハブ５００を例示するブロック図である。ハブ５００は、充電器１００よりもサイズが小さく、重量も軽くすることができる。充電器ハブ５００は、ハブリレースイッチシステム５０４とデータ通信するハブコントローラ５０２と、ユーザインタフェース５０６を含む。図示されていないが、ハブコントローラ５０２は、１又は２以上の充電器１００、別のハブ５００（ここではドメインハブと呼ぶ、図示せず）、又は他のデバイスとデータ通信を行うことができる。
【0034】
ハブリレースイッチシステム５０４は、電流をシステム５０４の内外に伝送することができる複数の端子を含む。ハブリレースイッチシステム５０４は、その端子の何れかのペアを接続することが可能である。ＡＣ電流、ＤＣ電流、又はＡＣ及びＤＣ電流は、接続された端子間で同時に流れることができる。充電器リレーシステム１１４は、ハブリレースイッチシステム５０４の端子と電気的に接続されるソケット１２０ｃを含む。充電器プラグ５１０は、ケーブルを介してハブリレースイッチシステム５０４の他の端子とそれぞれ電気的に接続される。各充電器プラグ５１０は、それぞれの充電器１００のソケット１２０ｃと電気的に接続されるように構成される。ハブコントローラ５０２は、これに接続されると、プラグ５１０を介して充電器コントローラ１１０と通信することができる。ハブコントローラ５００は、それぞれのプラグ５１０を介して複数の充電器コントローラ１１０とデータ通信が可能である。ハブコントローラ１１０は、マイクロコントローラ又は他のデータ処理デバイスを含むことができ、このデバイスは、メモリ内に格納された命令を実行する中央処理ユニットを含む。ハブコントローラ１１０は、それが受け取るデータ又はコマンドを処理し、メモリ内に格納された命令を実行することに応答してコマンドを生成するように構成される。例えば、ハブコントローラ１１０は、ハブリレースイッチシステム５０４を構成するためのコマンドを送出することができる。
【0035】
上述のように、ハブリレースイッチシステム５０４の各端子は、ソケット１２０ｈ～１２４ｈ、及び充電器プラグ５１０のうちのそれぞれの１つに接続される。ソケット１２０ｈは、別のハブ（すなわち、図５には示されていない「ドメインハブ」）に接続するように構成されている。ＡＣ電流、ＤＣ、又はＡＣ及びＤＣ電流は、ソケット１２０ｈに、又はソケット１２０ｈから同時に流入することができる。ソケット１２２ｈは、第１のＡＣ送電網（例えば、ＡＣ１２０Ｖ）への接続のために構成される。ＡＣ電力は、ソケット１２２ｈに流入し又はソケット１２２ｈから流出することができる。ソケット１２４ｈは、第２のＡＣ送電網（例えば、ＡＣ２４０Ｖ）に接続するように構成されている。ＡＣ電力は、ソケット１２４ｈに流入又は流出することができる。ソケット１２２ｈ又は１２４ｈは、４８０Ｖ ＡＣ又はそれより多くを受け入れるように再設定することができる。
【0036】
図６は、図５のハブリレースイッチシステム５０４の一実施形態を示している。この実施形態では、ハブリレースイッチシステム５０４は、クロスバーコントローラ６０４によって提供されるそれぞれの信号ｃｓ１～ｃｓ１７によって制御されるリレースイッチＣＲ１～ＣＲ１７からなるクロスバー切替マトリックス６０２を含む。閉じた状態のリレースイッチＣＲ１～ＣＲ１２は、ＡＣ電流（例えば、１Ａ、１０Ａ、１００Ａ、又はそれ以上）を伝送することができ、リレースイッチＣＲ１３～ＣＲ１７は、ＤＣ電流（例えば、１Ａ、１０Ａ、１００Ａ、又はそれ以上）を伝送することができる。なお、図示しないが、リレースイッチＣＲ１～ＣＲ１７の各々は、対応する帰還リレースイッチを有する。クロスバーコントローラ６０４から供給されるそれぞれの信号によってリレースイッチとこれに対応するリターンリレースイッチが閉じられると、クロスバー切り替えマトリックス６０２の端子間に回路ループが形成することができる。本実施形態では、電力をルーティングするためのスイッチング方法としてリレーを使用しているが、リレーに代わる他のスイッチング方法を一部又は全部使用してもよく、例えば、ＭＯＳＦＥＴＳを使用することができる。
【0037】
前述のように、ハブリレースイッチシステム５０４は、その端子の何れかのペアを接続することが可能である。ハブリレースイッチシステム５０４の端子は、ソケット１２０ｈ～１２４ｈ及び充電器プラグ５１０にそれぞれ接続される。従って、ハブリレースイッチシステム５０４は、ソケット１２０ｈ～１２４ｈ及び充電器プラグ５１０のうちの何れか２つを接続することが可能である。例えば、クロスバーコントローラ６０４は、残りのリレーが開いている間にリレースイッチＣＲ７及びＣＲ８を閉じることができ、ＡＣ電力は、ソケット１２２ｈを介してＡＣグリッドからプラグ５１０ｃ及び５１０ｄを介してそれぞれの充電器１００へ通過することができる。リレーＣＲ１３及びＣＲ１４が閉じた状態では、ＤＣ電流は、プラグ５１０ａ及び５１０ｂにそれぞれ接続された充電器１００のペア間に流れる可能性がある。スイッチＣＲ７、ＣＲ１３、及びＣＲ１４は、残りのリレーが開いている間、閉じることができる。これらのスイッチが閉じた状態では、ＤＣ電流は、プラグ５１０ａ及び５１０ｂにそれぞれ接続された充電器１００のペア間で流れることができ、ＡＣ電流は、プラグ５１０ｃに接続された第３の充電器１００とソケット１２２ｈを介してＡＣ送電網との間で流れることができる。ＡＣグリッド電力とＤＣグリッド電力の両方が、ハブ５００を同時に流れている。他の構成も企図される。
【0038】
充電器１００の電池パック１０２、より具体的にはセル３０２は、ＥＶ充電ステーション、公共送電網、他の充電器１００、ＥＶの電池パック、ソーラーパネルなどを含む多くの異なるソースの何れかからの電力で再充電することができる。或いは、充電器１００は、ＥＶの電池パック、他の充電器１００、ＡＣ電力を使用する家庭用電化製品、公共送電網など、多くの異なる先の何れかに電力を供給するために使用することができる。図１～４を引き続き参照しながら、図７～２５は、充電器１００が電力の供給源又は供給先として使用できる幾つかの例を示している。
【0039】
多くのＥＶオーナーにとって、定置式充電ステーションは数が少なく、ごく希である可能性がある。上述したように、走行距離恐怖心症は、ＥＶの普及のための制限要因である。充電器１００は、走行距離恐怖心症に対処することができる。充電器１００は、ポータブル充電器として構成され、ＥＶのトランクに格納され、定置充電ステーションが近くにない場合にＥＶの電池を再充電するために必要に応じて使用することができる。図７は、例示的なＥＶ７００にプラグ接続された充電器１００を示す。図７は、充電器１００の電池パック１０２と、ＥＶ７００の電池パック７０２も示している。電池パック１０２は、図７において完全に充電された状態で示されており、一方、電池パック７０２は、充電がほぼ空である。ＥＶプラグ１１６がＥＶ７００の適切なソケットに受け入れられた後、ユーザは、ＤＣレベル３充電などの幾つかの異なる充電方法のうちの何れか１つを使用してパック７０２を充電するように充電器１００を構成することができる。一実施形態では、ユーザインタフェース１１２は、充電器１００を制御するためのアプリケーションを実装しているユーザのスマートフォンと無線データ通信を行う。スマートフォン上で起動したときのこのアプリケーションは、充電器１００を使用して電池パック７０２を充電するための幾つかの異なる方法のうちの１つを提案することができる。例えば、アプリケーションは、ＤＣレベル３充電を使用して電池パック７０２を再充電することを提案することができる。スマートフォン及びユーザインタフェース１１２を介してコマンドを受信することに応答して、充電器コントローラ１１０は、電池パック７０２に適した大きさでＶｂａｔをＶｏｕｔに変換するためにＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６を構成する。更に、充電器コントローラ１１０は、リレースイッチコントローラ２０２にコマンドを送信する。これに応答して、リレースイッチコントローラ２０２は、制御信号ｓ３及びｓ１３をアサートし、これによりリレースイッチＲ３及びＲ１３がそれぞれ閉じられる。これらのリレースイッチが閉じると、充電器コントローラ１１０は電池管理回路３２２にコマンドを送り、これに応答して電池管理回路はスイッチＳ９を作動させ、これとスイッチＳ１０のダイオードを通してＤＣ／ＤＣコンバータ１０６とプラグ１１６を介して電池パック１０２から電池パック７０２にＤＣ電流Ｉｄｃが流れるようにする。図８は、ＤＣ電流Ｉｄｃが電池パック７０２を充電している様子を示している。充電は、電池パック１０２の充電が最小閾値に達するまで続けられ、その時点で電池管理回路３２２はスイッチＳ９を非活性化し、充電プロセスは停止する。図８は、電池パック１０２が実質的に枯渇し、電池パック７０２が部分的に再充電された状態を示す。ＤＣレベル－３充電を提案する代わりに、アプリケーションは、ＡＣレベル－１充電を使用して電池パック７０２を再充電することを提案することができる。ＡＣレベル－１充電を実施するために、充電器コントローラ１１０は、ＤＣ電圧ＶｂａｔをＡＣレベル－１充電に適した大きさのＡＣ電圧Ｖａｃに変換するためのＡＣ／ＤＣコンバータシステム１０４を構成する。更に、充電器コントローラ１１０は、リレースイッチコントローラ２０２にコマンドを送信する。これに応答して、リレースイッチコントローラ２０２は、制御信号ｓ２、ｓ５、ｓ６、及びｓ４をアサートし、これによりリレースイッチＲ２、Ｒ４、Ｒ５、及びＲ６がそれぞれ閉じられる。これらのリレースイッチが閉じられると、次に充電器コントローラ１１０は電池管理回路３２２にコマンドを送り、これに応答して電池管理回路はスイッチＳ９を作動させ、これによりＤＣ電流Ｉｄｃが電池パック１０２からＡＣ／ＤＣコンバータ１０４に流れ、ここで電池パック７０２を充電するためのＡＣ電流に変換される。
【0040】
図９は、ＥＶ７００に差し込まれた充電器１００を示す。図９はまた、１２０ＶのＡＣプラグ８０４を介して家庭用配電システム８０２に差し込まれた充電器１００を示す。家庭用配電システム８０２は、ユーティリティドロップ８００を介して送電網に接続されている。当初、電池パック１０２及び７０２は実質的に空である。充電器１００は、例えば、ＡＣレベル１充電を使用して、電池パック７０２を再充電することができる。充電器コントローラ１１０からのコマンドの受信に応答して、リレースイッチコントローラ２０２は、スイッチリレーＲ４、Ｒ６及びＲ７を閉じ、一方、図２に示す他のスイッチリレーは開いたままである。スイッチリレーＲ４、Ｒ６及びＲ７が閉じた状態では、１２０Ｖ、ＡＣ電流Ｉａｃは、ユーティリティドロップ８０２から家庭用配電システム８０２及び充電器１００を介してＥＶ電池パック７０２に伝送することができる。Ｉａｃは、ＥＶ電池７０２が再充電されるまで流れ続ける。図１０に示すようにＥＶ電池７０２が再充電されると、充電器１００はその電池パック１０２を再充電することができる。このため、リレースイッチコントローラ２０２は、充電器制御装置１１０からコマンドを受信することに応答して、スイッチリレーＲ６及びＲ４を開き、スイッチリレーＲ２、Ｒ５、及びＲ７を閉じる。ＡＣ／ＤＣコンバータシステム１０４は、充電器コントローラ１１０によって、プラグ８０４を介してソケット１２２ｃに供給される１２０ＶのＡＣ電力を、充電アルゴリズムに従って電池パック１０２を充電するのに適した大きさを有するＤＣ電圧Ｖｂａｔに変換するように構成される。電池管理回路３２２が、セル３２０を横切る電圧が適切な充電状態に達したことを検出すると、電池管理回路３２２はスイッチＳ１０を非活性化し、電池パック１０２を再充電するためのプロセスは停止する。図１０は、完全に充電された後の電池パック７０２と、充電中の電池パック１０２を示す。
【0041】
図１１は、プラグ１１６を介してＥＶ７００に、プラグ１１０２及びソケット１２６ｃを介して定置型充電ステーション１１００にプラグ接続された携帯型に構成された充電器１００を示している。図示の例では、定置型充電ステーション１１００は、ＡＣレベル１充電のみを提供する。当初、ＥＶ７００の電池パック７０２は、電池パック１０２が満杯であるのに対して、一部が空である。図２を引き続き参照すると、充電器コントローラ１１００からコマンドを受信したことに応答して、リレースイッチコントローラ２０２は、ＤＣレベル－３充電を使用して電池パック７０２を再充電するために、スイッチリレーＲ３及びＲ１３を閉じる。ＤＣ／ＤＣコンバータシステム１０６は、充電器コントローラ１１０によって、Ｖｂａｔを、ＤＣレベル－３充電とＥＶ電池パック７０２の充電プロファイルとに適合する大きさのＤＣ電圧Ｖｏｕｔに変換するように構成される。最後に、電池管理回路３２２は、充電器コントローラ１１０からのコマンドを受信することに応答して、ＤＣ電流Ｉｄｃが電池パック１０２から電池パック７０２に流れることができるように、スイッチＳ９を閉じる。充電器電池パック１０２は、ＥＶ電池パック７０２を完全に再充電するのに十分なエネルギーを有してはいない。電池管理回路３２２が、セル３２０が最小閾値電圧まで枯渇したことを検出すると、電池管理回路はスイッチＳ９を非アクティブ化する。リレースイッチコントローラ２０２は、充電器制御装置１１０からコマンドを受信することに応答して、スイッチリレーＲ３を開き、スイッチリレーＲ４、Ｒ６、及びＲ９を閉じる。リレースイッチＲ４、Ｒ６、Ｒ９が閉じた状態では、ＡＣ充電Ｉａｃは、図１２に示すように、固定充電器１１００から充電器１００を経てＥＶ７００に流れる。ＥＶ７００は、充電器１１００によって提供されるＡＣ電流を、電池パック１０２を充電するためのＤＣ電力に変換する内部ＡＣ／ＤＣコンバータを有することに留意されたい。リレースイッチコントローラ２０２は、充電器制御装置１１００が電池パック７０２が完全に充電されたことを知った後、スイッチリレーＲ６及びＲ４を開く。リレースイッチコントローラ２０２は、ＥＶ電池パック７０２が完全に充電されたことを知った後、充電器制御装置１１００からコマンドを受信することに応答して、スイッチリレーＲ９、Ｒ５、及びＲ２を除く全てのリレースイッチを開放させる。充電器コントローラ１１０からコマンドを受信することに応答して、電池管理回路３２２は、スイッチＳ１０を作動させる。次に、充電器コントローラ１１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４を構成して、定置式充電器１１００によって提供されるＡＣ電圧を、電池パック１０２のセル３０２の充電に適合する大きさを有するＤＣ電圧Ｖｂａｔに変換する。電池管理回路３２２が、セル３２０を横切る電圧が適切な状態に達したことを検出すると、電池管理回路３２２はスイッチＳ１０を非活性化し、電池パック１０２を再充電するためのプロセスは停止する。図１３は、完全に充電された時点の電池パック１０２を示す。
【0042】
ハブは、電力転送を可能にする。複数の充電器１００は、図６に示すようなハブを介して相互に接続することができる。ハブは、充電器間の電力分配を可能にする。図１４は、ハブ５００によって相互接続された充電器１００のペアを示し、このハブは、プラグ８０４を介して家庭用電気配電システム８０２に接続されている。図２及び図６を引き続き参照すると、図１４は、充電器１００ａのソケット１２０ｃ－ａによって受け取られるプラグ５１０ａ、及び充電器１００ｂのソケット１２０ｃ－ｂによって受け取られるプラグ５１０ｂを示す。図１４はまた、充電器１００の電池パック１０２が満杯であることを示す。電池パック１０２は、例えば、停電時に家庭用配電システム８０２に電力を供給することができる。電力は、充電器１００から直接、又はハブ５００を介して間接的に供給することができる。図１４及び図１５は、ハブ５００を介して家庭用配電システム８０２に電力を供給する充電器１００を参照しながら説明する。
【0043】
ユーザのスマートフォン又は他のデバイスから受信したコマンドに応答して、ハブコントローラ５０２は、スイッチリレーＣＲ１を閉じるようにクロスバーコントローラ６０４を構成し、その結果、プラグ５１０ａに接続される。ハブコントローラ５０２から適切なコマンドを受信したことに応答して、充電器コントローラ１１０ａは、充電器１１０ａのＡＣ／ＤＣコンバータ１０４、電池管理システム３２２ａ、及びリレースイッチシステム１１４ａを構成する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０４ａは、電池パック１０２ｂによって提供されるＶｂａｔを、システム８０２に適切な電圧の大きさを有するＶａｃに変換するように構成される。電池管理システム３２２ａは、スイッチＳ９を作動させる。リレースイッチコントローラ２０２ａは、スイッチリレーＲ１及びＲ２を閉じる。この構成において、ＡＣ電流Ｉａｃは、図１４に示すように、電池パック１０２ａからプラグ５１０ａ及び８０４を介してハブ５００を介してシステム８０２に伝送される。図１５に示すように電池パック１０２ａが枯渇した後、ハブコントローラ５０２は、クロスバーコントローラ６０４にスイッチリレーＣＲ１を開き、スイッチリレーＣＲ２を閉じるよう指示する。次に、ハブコントローラ５０２は、充電器１００ｂが家庭用配電システム８０２にＡＣ電力を供給できるように、実質的に同じ方法で充電器１００ｂを構成するように充電器コントローラ１１０ｂに指示する。充電器１００ｂが構成されると、ＡＣ電流Ｉａｃは、電池パック１００ｂからハブ５００及びプラグ８０４を介してシステム８０２に流れる。図１５は、電池パック１０２ｂから流れるＡＣ電流Ｉａｃを示す。電池管理回路３２２ｂは、セル３２０間の電圧レベルが所定値を下回ったことを検出すると、スイッチＳ９を開閉し、充電器コントローラに通知する。
【0044】
図１４及び図１５は、充電器１００から供給されるＡＣ電流を伝送するハブ５００を示す。ハブ５００は、ＤＣ電流を伝送するように構成することができる。図１６は、図１４及び図１５の充電器１００のペアと、充電器１００ｂに接続されているＥＶ７００とを示す。充電器１００の電池パック１０２は、最初は満タンである。電池パック１０２ａ及び１０２ｂは、ＤＣレベル３充電のためにＥＶ７００にＤＣ電力を供給することができる。ユーザのスマートフォン又は他のデバイスから受信したコマンドに応答して、ハブコントローラ５０２は、クロスバーコントローラ６０４を構成して、順番にプラグ５１０ａ及び５１０ｂに接続されているスイッチリレーＣＲ１３及びＣＲ１４を閉じる。ハブコントローラ５０２から適切なコマンドを受信することに応答して、充電器コントローラ１１０ａは、充電器１１０ａのＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ａ、電池管理システム３２２ａ、及びリレースイッチ系１１４ａを構成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ａは、電池パック１０２ａによって提供されるＶｂａｔを、電池パック７０２のＤＣレベル３充電に適切な大きさを有するＤＣ電圧Ｖｏｕｔに変換するように構成される。電池管理システム３２２ａは、スイッチＳ９を作動させる。リレースイッチコントローラ２０２ａは、スイッチリレーＲ１５及びＲ３を閉じる。リレースイッチコントローラ２０２ｂは、その後ハブ制御装置５０２からコマンドを受信していた充電器制御装置１１０ａからコマンドを受信すると、充電器１００ｂのスイッチリレーＲ１３及びＲ１５を閉じる。この構成において、ＤＣ電流Ｉｄｃは、図１６に示すように、電池パック１０２ａからハブ５００、及びプラグ５１０ａ、５１０ｂを介して電池パック７０２に伝送される。電池パック１０２ａが消耗した後、充電器コントローラ１１０ａは、電池パック１０２ａが完全に放電されたことをハブコントローラ５０２に通知する。ハブコントローラ５０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ｂ、電池管理システム３２２ｂ、及びリレースイッチシステム１１４ｂを構成して、充電器１００ｂからのＤＣ電流で電池パック７０２を充電するよう充電器コントローラ１１０ｂに指示する。図１７は、充電器１００ｂから供給されるＤＣ電流Ｉｄｃで充電される電池パック７０２を示す。
【0045】
電池管理回路３２２ｂは、セル３２０ｂの電圧レベルが所定値を下回ったことを検出すると、スイッチＳ９を開放又は非活性化し、充電器コントローラ１１０ｂに通知する。これに応答して、充電器コントローラ１１０は、電池パック１０２ｂが完全に放電されたことをハブコントローラ５０２に通知する。ハブコントローラ５０２は、電池パック７０２が完全に再充電されていないことを検出する。応答して、ハブコントローラ５０２は、レベル１充電のためにシステム８０２からＥＶ電池パック７０２にＡＣ電力を転送するようにハブ５００を構成する。これに応答して、クロスバーコントローラ６０４は、ソケット１２４ｈとプラグ５１０ｂとを接続するスイッチリレーＣＲ２を除く全てのスイッチリレーを開く。ハブ５００のこの構成では、グリッド配電システム８０２からＥＶ７００にＡＣ電力を送信する。更に、ハブコントローラ５０２は、ハブ５０２ ＥＶ７００からプラグ１１６ｂを介してＡＣ電力を転送するように充電器１００ｂを構成する。充電器コントローラ１１０ｂからの命令を受信することに応答して、リレースイッチコントローラ２０２ｂは、スイッチリレーＲ１、Ｒ４、Ｒ５、及びＲ６を閉じ、これによってソケット１２０ｃ－ｂとＥＶプラグ１１６ｂとの間に導電経路を形成する。その後、ＡＣ電流Ｉａｃは、図１８に示すように、システム８０２からＥＶ７００に流れる。最終的に、ＥＶ７００は、その電池７０２が完全に充電されると、充電器１００ｂに通知する。空の電池パック１０２ａ及び１０２ｂは、その後、図１０及び１３を参照して上述したのと実質的に同じ方法で、ハブ５００及び充電器１００ａ及び１００ｂを介してそれぞれ再充電できる。
【0046】
ハブ５００は、これに接続された充電器１００の複数のユーザからの入力に基づいて、電力転送を動的に調整することができる。図２０は、駐車場２１０４のような建物の送電網２１０２からＡＣ電力を受信するように接続及び構成されたハブ５００を示す。ハブ５００は、充電器１００ａ～１００ｄのそれぞれのソケット１２０ｃ－ａ～１２０ｃ－ｄにそれぞれ挿入されるプラグ５１０ａ～５１０ｄを含む。これにより、ハブ５００は、充電器１００ａ～１００ｄの間で電力を転送することができる。初期状態では、電池パック１０２ａ～１０２ｄは完全に充電されている。充電器１００ａ～１００ｄは、それぞれプラグ１１６ａ～１１６ｄを介して、ＥＶ７００ａ～７００ｄに差し込まれる。電池パック７０２ａ～７０２ｄは、実質的に充電量が空である。
【0047】
ハブ５００のハブコントローラ５０２は、ＥＶ７００ａ～７００ｄの所有者からスマートフォンを介して充電依頼を受ける。人のユーザが、電池パック７０２ｂ、７０２ｃ、７０２ｄのＡＣレベル２充電を要求している。最後のユーザは、電池パック７０２ａのＤＣレベル３の急速充電を要求する。これらの要求の受信に応答して、ハブコントローラ５０２は、送電網２１０２に接続されているソケット１２２ｈをプラグ５１０ｂ～５１０ｄに接続するようにハブリレースイッチシステム５０４を構成する。また、ハブ５００は、充電器１００ａ～１００ｄを構成する。このため、ハブコントローラ５０２は、充電器１００ａ～１００ｄの各充電器コントローラ１１０にそれぞれのコマンドを送信する。充電器コントローラ１１０ｂ～１１０ｄは、それぞれのコマンドを受信したことに応答して、充電器１００ｂ～１００ｄを構成して、送電網２１０２によって提供される電力によるＡＣレベル２充電を用いて、それぞれ、電池パック７０２ｂ～７０２ｄを充電する。充電器コントローラ１１０ａは、そのコマンドを受信したことに応答して、充電器１００ａを、電池パック１０２ａによって提供される電力でＤＣレベル－３充電を使用して電池パック７０２ａを充電するように構成する。図２０は、充電器１００ａ～１００ｄがハブコントローラ５０２によって構成された後の電力転送を示す。図示のように、電池パック７０２ｂ～７０２ｄは、ＡＣレベル－２電力を使用してハブ５００を介して充電されており、一方、電池パック７０２ａは、ＤＣレベル－３電力を使用して充電されている。
【0048】
最終的に、充電器電池パック１０２ａは枯渇する。しかしながら、ＥＶ電池パック７０２ａは、完全に充電されていない状態を維持する。充電器１００ａは、電池パック１０２ａが枯渇していることをハブコントローラ５０２に通知する。ハブコントローラ５０２は、これに応答して、そのリレースイッチシステム１１４及び充電器１００ｂを再設定する。ハブコントローラ５０２は、充電器１００ｂにコマンドを送り、電池パック１０２ｂによって提供されるＤＣ電力でＤＣレベル３充電を用いて電池パック７０２ａを充電し、電池パック７０２ｂはＡＣレベル２電力で充電を継続する。図２１は、ハブコントローラ５０２によって充電器１００ｂが再設定された後の電力転送を示す。電池パック７０２ｂ、７０２ｃ及び７０２ｄは、ＡＣレベル－２電力を使用してハブ５００を介して充電され続け、一方、電池パック７０２ａは、充電器１００ｂによって提供されるＤＣレベル－３電力を使用して充電される。一方、ハブコントローラ５０２は、電池バック１０２ａを再充電するためにＡＣ電力を提供しても、パック７０２ｂ、７０２ｃ、及び７０２ｄのレベル２充電の電力出力に影響しないと決定し、パック１０２ａの再充電に使用するためにＡＣ電力を充電器１００ａに指示する。最終的に、充電器電池パック１０２ｂは枯渇する。しかしながら、ＥＶ電池パック７０２ａは、部分的にしか再充電されないままである。充電器１００ｂは、電池パック１０２ｂが枯渇したことをハブコントローラ５０２に通知する。ハブコントローラ５０２は、これに応答して、そのリレースイッチシステム６０２と充電器１００ｂ及び１００ｃを再構成する。ハブコントローラ５０２は、充電器１００ｃにコマンドを送り、電池パック１０２ｃから供給される電力でＤＣレベル３充電を用いて電池パック７０２ａを充電し、電池パック７０２ｃはＡＣレベル２電力で再充電を継続する。図２２は、ハブコントローラ５０２によって充電器１００ｂ及び１００ｃが再構成された後の電力転送を示す。電池パック７０２ｂ、７０２ｃ、及び７０２ｄは、ＡＣレベル２電力を使用してハブ５００を介して充電され続け、一方、電池パック７０２ａは、充電器１００ｃによって提供されるＤＣレベル３電力を使用して充電されている。最終的に、充電器電池パック１０２ｃは枯渇する。しかしながら、ＥＶ電池パック７０２ａは、部分的にしか充電されないままである。充電器１００ｃは、電池パック１０２ｃが枯渇したことをハブコントローラ５０２に通知する。ハブコントローラ５０２は、これに応答して、そのリレースイッチシステム６０２、及び充電器１００ｃ及び１００ｄを再設定する。ハブコントローラ５０２は、充電器１００ｄにコマンドを送り、電池パック１０２ｄから供給される電力でＤＣレベル３充電を用いて電池パック７０２ａを充電し、電池パック７０２ｄはＡＣレベル２電力で再充電を継続する。図２３は、ハブコントローラ５０２によって充電器１００ｃ及び１００ｄが再設定された後の電力転送を示す。電池パック７０２ｂ、７０２ｃ、及び７０２ｄは、ＡＣレベル２電力を使用してハブ５００を介して充電され続け、一方、電池パック７０２ａは、充電器１００ｄによって提供されるＤＣレベル３電力を使用して充電される。最終的に、充電器電池パック１０２ｄは枯渇する。しかしながら、ＥＶ電池パック７０２ａは完全に再充電されるようになった。充電器１００ｄは、電池パック１０２ｄが枯渇したことをハブコントローラ５０２に通知する。ハブコントローラ５０２は、これに応答して、そのリレースイッチシステム６０２、及び充電器１００ａ及び１００ｄを再設定する。図２４は、ハブコントローラ５０２によって充電器１００ａ及び１００ｄが再設定された後の電力転送を示す。電池パック７０２ｂ～７０２ｄは、ＡＣレベル２電力を用いてハブ５００を介して充電され続ける。
【0049】
図２０～図２４のハブ５００は、ユーザから受信した入力に基づいて、充電器１００の間で動的に電力を分配する。ハブはまた、サブハブ間で動的に電力を分配することができる。図解するために、図２５は、ハブ５００ａ及び５００ｂに接続され、ハブ５００ａ及び５００ｂを制御するように構成された「ドメインハブ」５００ｃを示す。ドメインハブ５００ｃは、ハブ５００ａ及び５００ｂによってそれぞれ定義される電力サブネットワーク間で動的に電力を分配することができる電力ネットワークを作成する。ハブ５００ａは、充電器１００ａ及び１００ｂを相互接続し、これらの充電器は、順にＥＶ７００ａ及び７００ｂに接続される。更に、ハブ５００ａは、送電網２１０２及びドメインハブ５００ｃに接続されている。ハブ５００ｂは、１００ｃ及び１００ｄを相互接続し、これらは順番にＥＶ７００ｃ及び７００ｄに接続される。また、ハブ５００ｂは、送電網２１０２及びドメインハブ５００ｃに接続されている。
【0050】
ドメインハブ５００ｃは、電力サブネットワーク間の電力転送を可能にする。例示すると、ＥＶ７００ａの所有者は、電池パック７０２ａのＤＣレベル－３充電を要求する。充電器１００ａ及び１００ｂのそれぞれの電池パック１０２ａ及び１０２ｂは、枯渇しており、電池パック７０２ａを充電するＤＣレベル－３の電力を提供することができない。しかしながら、電池パック１０２ｃは、完全に充電されており、ＤＣレベル－３充電のための電力を提供することができる。所有者の要求を受信したことに応答して、ドメインハブコントローラ５０２ｃは、ハブ５００ａ及び５００ｂを接続するためにハブリレースイッチシステム６０２ｃを構成する。ドメインハブコントローラ５０２ｃはまた、ハブ５００ａ及び５００ｂ、並びに充電器１００ａ及び１００ｃを構成して、図２５に示すように、ＤＣ電流が電池パック１０２ｃからドメインハブ５００ｃを介して７０２ａに伝送できる伝導経路を形成する。構成されると、ＤＣ電流が電池パック７０２ａに伝送され、直流レベル３充電が行われる。
【0051】
本発明を幾つかの実施形態に関連して説明してきたが、本発明は、本明細書に記載された特定の形態に限定されるものではない。むしろ、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に適度に含めることができる、代替物、修正物、及び均等物を保護することが意図されている。
【符号の説明】
【0052】
１００ 充電器
１０２ 電池パック
１０４ ＡＤ／ＤＣコンバータシステム
１０６ ＤＣ／ＤＣコンバータシステム
１１０ 充電器コントローラ
１１２ ユーザインタフェース
１１４ 充電器リレースイッチシステム
１１５ 外部デバイス
１１６ ＥＶプラグ
１０２ 電池パック
１０４ ＡＤ／ＤＣコンバータシステム
１０６ ＤＣ／ＤＣコンバータシステム
１１０ 充電器コントローラ
１１２ ユーザインタフェース
１１４ 充電器リレースイッチシステム
１１５ 外部デバイス
１１６ ＥＶプラグ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【国際調査報告】