JPH11503599A - 誘導結合による牽引用バッテリー充電 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気車両を充電するための方法および装置。充電エネルギーは、所定の電圧および１０−２００ｋＨｚの範囲の所定の周波数で、充電ステーションから供給される。充電エネルギーは、充電ステーションに接続している一次側と、車両に装着されている二次側とを備えている、誘導結合器及び車両に装着され、二次側と充電される牽引用バッテリーとの間に設置されている整流装置を通して車両に供給される。電気車両が充電ステーションに接続されると、車両に搭載されている充電制御装置の性質を判断するための問い合わせが行われ、車両に搭載されている充電制御装置の性質およびタイプに応じた、特定のモードを設定するための決定が行われる。それ故、車両のバッテリーへの充電エネルギーの供給は、完全に車両に搭載されている充電制御装置の制御下で行われるか、または車両の制御モジュールがあまり新しくないタイプのものである場合には、充電エネルギーの供給は、充電ステーションに設置されている充電制御モジュールの制御下で行われる。それ故、初期充電電流の数値は、車両の搭載バッテリー充電制御モジュールか、または充電ステーションに設置されている充電制御モジュールにより設定される。他の方法としては、充電電流の初期値は、充電ステーションで予め設定される。パラメータおよび供給される充電電流の量は、充電ステーションのデータ・インターフェースにカードを挿入することにより設定することができる。被制御状態で、設定された優先順位基準に従って、任意の車両にエネルギーを分配することにより、複数の車両を複数の充電ステーションを含む一つの施設で充電することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 誘導結合による牽引用バッテリー充電 発明の分野 本発明は、電気車両バッテリーを急速再充電するための装置および方法に関す る。本発明は、特に車両に搭載されている充電制御装置の種類が何であろうと、 電気車両用バッテリーに充電エネルギーを供給することができる、車両用バッテ リーを充電するための充電ステーションおよび方法を提供する。より詳細に説明 すると、本発明は、１０ｋＨＺから２００ｋＨｚの範囲の交流充電エネルギーを 、充電ステーションから電気車両に供給する充電ステーションおよび方法を提供 する。充電エネルギーの供給量の制御は、車両に搭載されているバッテリー充電 制御モジュールの性質および改良の度合い、または充電ステーションに設置され ている充電制御モジュールの制御によって決まる種々の基準により違ってくる。 発明の背景 バッテリーの急速充電は現在広く知られている。以後の説明においては、本出 願人が所有する、バッテリーの急速充電の種々の態様が記載されているいくつか の特許を参照する。種々の理由から、電気車両は広く知られている。事実、車両 メーカ１社が販売する車両の中のある割合、特に運転者を含めて２−９人乗りの 乗用車であって，従来通り内燃機関を搭載している車両の中の特定の数の車両は 、いわゆる「排出ゼロ」車両でなければならないとの規制により、多かれ少なか れ電気車両を使用しなければならない状態になっている。このことは、上記車両 は有毒ガスを排出してはならないことを意味し、上記の厳しい基準に適合する最 も普通のタイプの車両は電気車両である。電気車両はバッテリーを動力源とする ものであるが、解決しなければならない多くの問題および困難を抱えている。 これら問題の中でかなり困った問題は、電気車両が走行することができる距離 を実用的なものにするには、車両に搭載されているバッテリーがかなりのエネル ギーを蓄積することができるものでなければならないという問題である。電気車 両を運転する場合には、バッテリーから供給されるエネルギーを使用し、そのエ ネルギーを駆動力に変換して車輪に伝えるので、バッテリーを再充電しないで走 行することができる距離および時間は限られたものになる。 個人所有であれ、法人所有であれ、異なる目的に使用される車両の各グループ に関しては別の問題が起こってくる。例えば、大規模の製造工場、販売用倉庫等 では、かなりの数のバッテリーを動力とするフォークリフト・トラック、他の牽 引装置等が使用されている。ゴルフ・コースでも、ゴルフを楽しむプレイヤーに 多数のゴルフ・カートが貸し出される。事実、あるコースの場合には、プレイヤ ーはゴルフ・カートを使用しなければならない。上記以外のそのような車両グル ープとしては、限られた区域で毎日使用される郵便配達車両、または宅配便等が ある。これら種類の電気車両のすべては、本発明の充電ステーションを使用する ようになるものと思われる。 本発明の他の態様としては、商業用「サービス・ステーション」が関連してく る。すなわち、電気車両の使用がさらに普及するにつれ、また電気車両が本質的 に道路を走っている普通の乗用車とはその他の点では区別できないので、自宅か らさらに遠く離れた場所で電気車両が運転されたり、または特定の場所へ行く人 がレンタ・カーとして電気車両を運転するするような事態が生じる。いずれの場 合でも、ガソリン車両が給油のためにサービス・ステーションに立ちよるのと同 じ感覚で、電気車両がサービス・ステーションに立ちよることができるようにす る必要がますます増大している。しかし、電気車両の場合には、ガソリンを車の 燃料タンクに入れる代わりに、電気的エネルギーが車両のバッテリーに供給され る。 上記の説明から理解できると思うが、利用できるかなりの数の充電ステーショ ンが必要になる一方で、それぞれの充電ステーションは車両のバッテリーにでき るだけ急速に電気的エネルギーを供給することができなければならない。電気車 両の運転者は、十分な量の電気的エネルギー（例えば、２０ｋＷｈ−５０ｋＷｈ ）の供給を受けるのに１０分または２０分ならぜんぜんイライラしないで待つこ とができるだろうが、電気車両の再充電のために何時間もの間待つことには我慢 できないだろう。 しかし、高い周波数の交流を使用して充電エネルギーを送ることにより、エネ ルギー移送構成部分および配線を小型にまた細くすることができ、交流エネルギ ー移送の分野で進歩している構成部分および技術を利用することができることが 次第に明らかになりつつある。さらに、充電ステーションと電気車両との間に設 置されている、電磁結合変圧器の一次側を通してのバッテリー充電エネルギーの 供給を工夫することにより、電磁結合変圧器または誘導結合器の一次側に高電圧 、低電流を使用し、二次側に低電圧、高電流エネルギーを使用することができる 。しかし、これらの装置を収容するには、変圧器の二次側が設置されている車両 にスロットまたは他のソケットが装着されていなければならないし、誘導結合器 を設置することができるように、上記のスロットまたはソケットに挿入すること ができるプローブまたはプラグに変圧器の一次側が接続していなければならない 。 上記装置の一つの特定の利点は、一次側または電磁結合インターフェースの充 電ステーションの側の電圧および周波数条件を、車両に搭載されている牽引用バ ッテリーの電流受け入れ特性およびターミナル電圧がどのようなものであろうと 、すべての充電ステーションに対して一定に設定することができるということで ある。それ故、車両内の特定の牽引用バッテリーに対する電圧および電流要件は 、車両に搭載されている変圧器の二次側を適合するように設計することにより、 自動的に収容することができる。それ故、車両、すなわち、誘導結合器の二次側 は、各車両およびそれに搭載されている牽引用バッテリーに対して、バッテリー および車両に特有なものになる。 もちろん、車両搭載ソケットに対する物理的要件と、電磁結合変圧器の二次側 および一次側を形成している充電ステーションのエネルギー移送プラグに対する 要件が標準化されている場合には、これにより、車両のオーナ／運転者は、どの 充電ステーションであろうと、自分の車両の牽引用バッテリーの再充電を確実に 完全に行うことができる。 本発明は、非常に短時間の間に安全で効率的な再充電の必要性、そしてもちろ ん充電ステーションが１０−２０分間に電気車両のバッテリーに２０−５０ｋＷ ｈを充電できるようにするために、１００−３００ｋＷ程度の高い電力を持たな ければればならないことを実際に証明する。このような充電ステーションおよび バッテリー充電装置は、各ガレージに設置されているという程度には広く普及し ていない。さらに、地方で使用できる電力分配グリッドへのこのような大電力の 接続装置が、ガソリン給油サービス・ステーションが現在分布している様子とは 、そんなに違わない状態で、承認され、もっと広い間隔で、ダウンタウンの公共 駐車場等に設置されるものと思われる。 しかし、このことは、電気車両に関連して明白な別の問題を生じる。その問題 というのは、自動車および配達用のバン等のような電気車両のバッテリー容量、 バッテリー電圧は非常に種々様々である。バッテリー・タイプすら実に種々様々 であるということである。 それ故、すでに説明したように、本発明は、特に、充電作業中の初期充電電流 および初期電圧条件を含む、種々のパラメータの範囲にわたって、種々の電気自 動車および電気車両を充電することができる、万能型充電ステーションを供給す ることによって、上記問題を克服するものである。 さらに、すでに説明したように、車両を本発明の充電ステーションに接続する ことができるように、適切で互換性のある電力コネクタまたはソケットが必要で あることは極めて明かである。それ故、電気車両を充電ステーションに接続する ための電力コネクタは、供給電圧で、供給される充電電流の最大値を通すことが できる少なくとも二本のワイヤが必要になる。さらに、後で詳細に説明するよう に、バッテリーと充電ステーションとの間で、充電中のバッテリーの充電状態に 関するデータを送ることができる通信手段も必要になる。 もちろん、当然、すべてのバッテリーは、１Ｃより大きい電流量で、すなわち 、バッテリーのアンペア・アワーによる容量より大きいアンペア単位の電流量で 、初期充電電流を受け入れることができなければならない。 将来、大部分の電気車両が、バッテリー・エネルギー管理制御セクション・シ ステム（ＢＥＭＳ）を装備するようになることが予想される。このようなシステ ムは、本発明の譲受人である、ノーヴィック・テクノロジー社がミニット・チャ ージャー（ＭＩＮＩＴ−ＣＨＡＲＧＥＲ）という商品名で開発し、市販されてい る充電アルゴリズムを使用するために、プログラムすることができる。もちろん 、他のアルゴリズム、または他のバッテリー充電制御装置も、以下に説明するよ う に使用することができる。 本発明は、高度のバッテリー・エネルギー管理システム、または他の制御装置 を搭載していてもいなくても、または制御装置を全然搭載していなくても、非常 に種々の電気車両を充電することができる万能型充電ステーションを提供する。 従って、本発明の万能型ステーションは、それ自身、その唯一の機能がバッテリ ー、およびその目的については後で説明する充電制御モジュールに、充電エネル ギーを供給することである電力ステーションを備えている。本発明の万能型充電 ステーションの動作モードは、そのモードを順位に従って並べると、以下のよう になる。 第一に、充電ステーションは、電気車両に搭載されているバッテリー充電制御 モジュールの制御下で、被制御電流源として機能することができる。この場合、 充電ステーションの制御装置部分は、従来のマスター−スレーブ構成の形で、電 気車両に搭載されている充電制御モジュールに対してスレーブとして働く。 次に、本発明の充電ステーションは、実質的にミニット・チャージャー技術に 従って機能し、それにより、バッテリーに最初に供給される最大充電電流を少な くとも識別するモジュールが搭載されているかどうかを判断するために、電気車 両をポーリングすることによって、最大初期充電電流のパラメータが、多かれ少 なかれ、自動的に設定される。 最後に、高度化が進んでいない場合には、本発明の万能型充電ステーションは 、手動、またはデータをコード化することができるカードを挿入することによっ て、データ・インターフェースを通して、最大初期充電電流のパラメータを入力 したモードで動作することができる。 もちろん、これらの基準は、電磁結合変圧器を使用するエネルギー移送に基づ いて決定され、論議される。それ故、最大初期充電電流、または充電電流の制御 は、変圧器の特性、特にその二次側の特性に基づいて予想される。何故なら、変 圧器の一次側は、すべての充電ステーションで一定であり、それにより、電磁結 合変圧器の一次側には、低電流、高電圧エネルギーが供給された場合でも、充電 中の牽引用バッテリーに供給される直流充電エネルギーは、通常、高電流、低電 圧エネルギーである。通常、電磁結合変圧器の二次側は、充電されるバッテリー の仕様によってきまる、７２−３２４ボルトの範囲内の公称充電電圧が供給され るようになっている。一次側電圧は、８００ボルトの範囲内にあるが、工業規格 によっては、６００ボルト以下、恐らく１，２００ボルト以上に設定される場合 もある。いずれの場合でも、電流制御は、供給、すなわち、一次側の電流値を制 御することにより行われる。 第一の例の場合、電気車両に搭載されている車載充電制御モジュールが決定を 行い、充電電流の大きさおよびタイミングについての信号を充電ステーションに 送る。後の二つの例の場合には、充電機能の制御は充電ステーション内に設置さ れている充電制御モジュールによって行われる。 それ故、本発明のガイドラインによる充電ステーションは、そのいくつかの特 徴により、非常に「ユーザにとって使いやすい」ものになっている。例えば、上 記特徴は、インターフェースの貸し借りを含み、それにより、小売り店の経営者 は、自分の電気車両のバッテリーに供給されたエネルギーに対する支払を簡単に 、容易に行うことができる。充電ステーションは、レジスタを含むことができ、 それにより、初期充電電流を手動で行うことができ、また充電ステーションは、 データ・インターフェースを含むことができ、それにより電気車両に搭載されて いる特定のバッテリーに必要な充電パラメータ設定によりコード化されるカード を、決してミスまたはオペレータ・エラーが起こらないように、データ・インタ ーフェース内に挿入することができる。このカードは、カード・インターフェー スが任意の上記カードに対して互換性を持つものと仮定して、磁気ストライプ、 またはメモリ・チップのような手段、またはパンチによる孔、またはエンボスに よる凹凸によりコード化された公称充電電圧および最大充電電流のデータを含む ことができる。 さらに、本発明の充電ステーションは、予め指定したエネルギー量が充電され たか、予め指定した金額分のエネルギーが充電された場合、どちらが最初に起こ っても、充電電流の供給をストップする適当な遮断手段と一緒に、バッテリーに 充電するエネルギーの量、バッテリーに充電するエネルギーの価格を前もって指 定するメータを備えることができる。さらに、エネルギーの金額の単位を、充電 ステーション内の制御装置により変えることができ、それにより、そこから供給 される電エネルギーの単位価格を時間によって変えることができる。その地方に 電力会社からの電気的エネルギーの供給に対する需要が非常に高い通常の昼間の 充電エネルギーの供給価格の単価が、多くの事務所、商店等が閉まる夕方よりも 高いことは理解できるだろう。実際、後で説明するように、地方の電力会社は、 充電ステーションにユーティリティ・インターフェースの設置を求め、それによ り単価谷間価格を設定および再設定するために、自社の電力ラインにより、上記 インターフェースと通信することができる。 車両運行会社に電気車両に供給した充電エネルギーのコストを課金し、充電ス テーション等を運営する適当な機関を除いて、充電エネルギーの盗難を防止する ために、規定を連携するための施設のような他の負荷管理および他の機能を使用 することもできる。 それ故、充電ステーションの概念をサービス・ステーションまで拡張した場合 には、複数の電気車両を収容することができるように、相互に物理的に分離され ている多数の類似の充電ステーション、すなわち、「自動充電装置」が存在する ことになる。後で説明するように、そのすべてが一つの充電ステーションに便宜 上接続され、そこから電力の供給を受ける複数の充電ステーションの前に複数の 電気車両を駐車することができる。いずれの場合でも、その状況に従って、一度 に一台の電気車両を充電するために、順次作動することもできるし、一度に供給 される充電エネルギーの量が所定の最大値を超えない場合には、数台の充電ステ ーションを同時に作動することもできる。いずれの場合も、共通整流源に接続し ている複数の充電ステーションを確実に効率的に使用することができるように、 優先権または他の機能制御を課することができる。もちろん、負荷を均等にする ために、また地方の電力会社から供給される分配電力グリッドから供給されるピ ーク電力を制限するために、フライホイール装置またはスタンバイ・バッテリー のような局部エネルギー貯蔵装置を設置することができる。 全体的に本発明による充電ステーションの動作機能は、少なくとも部分的には 、非常に迅速にオン／オフするための、充電ステーションの電力部の性能により 異なることも理解できるだろう。さらに、充電中の電気バッテリーと、電力ステ ーションとの間のデータ通信リンクを監視するための監視システムを設置するこ と ができるし、充電制御モジュールを、これらのモジュールが絶えず周期的に、例 えば、０．５−２秒間隔で信号を監視し、交換するように設定することもできる 。監視システムは、所定の時間、例えば、４−６秒間の間に通信リンクを通して 通信またはデータの送信があったかどうかを決定し、もしあった場合には、バッ テリーへの過充電による重大な故障を避けるために、充電動作をストップするた めに信号を発生する。 もちろん、１０−２００ｋＨｚの周波数で、誘導結合器の一次側に充電エネル ギーを供給するには、充電ステーションは選択した一次電圧および選択した周波 数で、エネルギーを供給するように配置されている、適当に設計された、適切な 大きさのスイッチング・インバータを備えていなければならない。各車両は、車 両に搭載されている各牽引用バッテリーに、適切であると判断される電圧レベル および充電電流量で充電エネルギーを供給するために、適切に設計された、適切 な大きさの誘導結合器および整流装置を備えている。 従来技術の説明 本発明をさらによりよく理解してもらうために、また本発明が適用される基本 的技術および／または関連環境をさらに詳細に論じるために、本出願人は、下記 の特許を引用する。 最初に、１９９３年１月１２日付けのＮＯＲの米国特許第５，１７９，３３５ 号は、急速充電バッテリー充電装置の基本を開示している。この特許は、充電電 力の中断中にバッテリーの内部抵抗フリー電圧を検出することができるように、 バッテリーに供給された電気充電電力が、所定の時間の間周期的に中断されるバ ッテリー充電装置を開示している。内部抵抗フリー電圧を予め選択した基準電圧 と比較するための回路が設置されている。またバッテリーの内部抵抗フリー電圧 が予め選択した基準電圧を超えた場合に、バッテリーに供給中の電力を低減する ための追加回路が設置されている。それ故、バッテリーの充電速度は次第に低下 する。 １９９３年４月１３日付けのＮＯＲの米国特許第５，２０２，６１７号は、電 気車両用の基本的充電ステーションを開示している。この特許の場合、電気車両 バッテリーは、搭載制御装置の制御下で充電されるか、充電動作を手動で制御す ることができる。この特許は、車両に接続するためのコネクタと関連電力ケーブ ルと、車両と充電ステーションの電力制御装置との間で、状態および／または制 御信号を運ぶための信号ケーブルを備えたインターフェースと、電力コネクタを 正しく接続した場合を除いて、車両への電力の供給を禁止するロックアウトとを 必要とする。充電動作が搭載制御装置に制御下で行われている場合には、充電ス テーションの動作パラメータは、バッテリーにより変化し、それ故、充電ステー ションの動作パラメータは、各電気車両毎に異なる。 ＮＯＲ他の、１９９３年４月２０日付けの米国特許５、２０４、６１１号は、 さらに進歩したバッテリー充電装置に関する。この特許の場合、バッテリーの抵 抗フリー・ターミナル電圧は、充電電流が中断され、独立の基準電圧と比較され るときの期間中に検出される。しかし、基準電圧は、周囲温度、または内部温度 、またはバッテリー圧の関数として、または、充電電流が所定の範囲内にあると き、充電電流の関数として、任意の瞬間に、所定の時間内に充電電流の数値が特 定の変化をした場合に変化する場合がある。種々の装置は、例えば、熱の逃げを 防止し、最初の瞬間に充電を受け入れることができるならば、最初にバッテリー 充電装置に接続したときの状態がどのようなものであっても、必ず非常に急速に 、完全に充電を行う。 また、１９９３年４月２７日付けのＮＯＲの米国特許第５，２０６，５７８号 は、各モジュールの両端の電圧をモジュールを形成しているターミナルのペアの ところで測定することができるように、ターミナルをモジュールの隣接するペア 間におよび各バッテリーのターミナルに設置するための、充電および放電中のバ ッテリー用の監視システムを開示している。いくつかのモジュールまたは全部の モジュールは、マルチプレクサを適当に動作するなどして、周期的に検査を受け る。モジュール電圧が所定の範囲を超えた場合には、アラームが鳴る。実際、こ の試験は、バッテリーが充電中であろうと、放電中であろうと、継続して行われ る。 ＮＯＲ他の米国特許出願第０８／２７５，８７８号は、１９９４年７月６日に 出願されたもので、電気車両用バッテリー用の万能型充電ステーションを開示し ている。この出願は、作動状態に従って、一台または複数の車両に直流充電エネ ルギーを供給する方法および装置を開示している。この場合、充電電流の初期レ ベルおよび初期充電電圧は、搭載バッテリー充電制御装置または充電ステーショ ンの充電制御装置によるパラメータに従って設定および決定されるか、これらパ ラメータの手動または自動設定により行われる。しかし、すでに説明したように 、充電ステーションは直流電圧作動装置に限定される。 他の米国特許出願としては、１９９５年１月１７日に出願されたＮＯＲの第０ ８／３７２，９３６号がある。この出願は、充電中でも放電中でも長いチェーン 状のバッテリーを監視することができるバッテリー・エネルギー監視回路を開示 している。特定のセルまたはバッテリー用の監視モジュールは、相互に且つバッ テリー・モジュールから独立させることができ、周期的な中断中に行われる重要 な電圧および／または電流の標本化を確実に行い、または他の標本化の周期がそ の瞬間の充電または放電反応の平衡を表示するように配置される。電気車両の急 速加速またはブレーキの作動中、または本質的に安定している状態を除く他の状 況下での誤った読みが捨てられるように、または無視されるような仕掛になって いる。バッテリーの使用可能なエネルギーが指定のレベル以下に下がった場合に 、バッテリーにまだ残っているエネルギーについて警告を与える装置も設けられ ている。また、放電率またはバッテリーの再生充電が、決して牽引用バッテリー の充電受け入れ特性が定める所定の限界を、超えないようにするための別の手段 が設置されている。 本発明で使用することができる電磁結合変圧器からなる特定のプラグおよびソ ケットの設計と機能の詳細を開示しているいくつかの特許および特許出願は周知 である。これら特許および特許出願の中には、ＭｃＬＹＭＡＮの１９８７年４月 ７日付けの米国特許特許第４，６５６，４１２号が含まれている。しかし、この 特許は、入力交流電圧の周波数に比例する出力電圧を供給する電圧調制回路を含 む鉄共振フラックス結合バッテリー充電装置を開示している。この鉄共振回路は 、出力、可飽和コア変圧器、および高周波コンバータからの交流電圧の第三高調 波に共振するように同調する第一の線形インダクタおよびコンデンサを含む。出 力ターミナルの電圧を基準電圧と比較し、それにより出力ターミナルの電圧を所 定 の数値に維持するために、交流電圧の周波数を制御するフィードバック回路が設 置されている。充電中のバッテリーの充電受け入れの関数として、充電電流を制 御する方法についてはここでは説明していない。 ＫＬＯＮＴＺ他の１９９２年１０月２０日付けの米国特許第５，１５７，３１ ９号は、電源からの電力を高周波電力に変換するための一次コンバータを含む無 接点バッテリー充電システムを開示している。電気車両には二次コンバータが搭 載されていて、高周波電力をバッテリーまたはエネルギー貯蔵装置に供給する充 電電力に変換するために、バッテリーに接続している。この充電システムは、２ −５０ｋＨｚの周波数範囲で動作し、かなりの量の電気的エネルギーを供給する ことができる。しかし、この発明は、特に、誘導結合器の特定の構造に関してい る。充電電流の制御の仕組みについては検討していない。 １９９３年６月１日付けのＣＡＲＯＳＡの米国特許第５，２１６，４０２号は 、もう一つの誘導結合器を開示している。この特許の誘導結合器は、一次および 二次コイルが一致すると、漏洩インダクタンスが非常に低い変圧器が形成される ようになっている。この変圧器を使用すると、金属と金属とを接触させないで、 電力を移送することができ、それにより変圧器から一次および二次コイルを容易 に取り除くことができる。この変圧器は、約４０ｋＨｚの周波数領域で作動し、 約２５．８立方インチの容積を持つ誘導結合器を通して、約６，０００ワットの 電力を移送し、それにより１立方インチ当たり２３０ワットの電力密度を生み出 す。誘導結合器は、その推進バッテリーを再充電するために、電気車両のような 負荷に電力を供給する全天候型の装置を提供する。しかし、充電電流の制御方法 についてはここでは触れていない。 ＫＬＯＮＴＺ他は、またＩＥＥＥの出版物第０−７８０３−１９９３−１／９ ４号の１０４９−１０５４ページに、「電気車両を急速充電するための能動冷却 １２０ＫＷ共軸巻線変圧器」という名称の論文を発表している。上記論文の目的 は、１５−２００ｋＨｚで動作するもう一つの変圧器構造体を開示し、２５ｋＷ ／ｋｇの範囲の電力密度を持つ非常に効率的な変圧器を提供することである。そ の構造は、同軸巻線変圧器である。ここでもまた、充電電流制御の仕組みについ ては触れていない。 発明の概要 本発明の一つの側面は、電気車両のバッテリーを充電するための方法およびそ の装置を提供する。この場合、バッテリーは１Ｃ以上の量の初期充電電流を受け 入れることができ、バッテリーに充電エネルギーを供給する充電ステーションは 、通常、所定の電圧で、また１０−２００ｋＨｚの範囲内の供給周波数で、充電 エネルギーを供給するようになっている。充電エネルギーは、充電ステーション に接続している一次側と、車両に装着されている二次側とを持つ誘導結合器を通 して車両に送られ、そこから車両に装着されている整流装置を通して牽引用バッ テリーに送られる。 この方法は次のステップからなる。 （ａ）車両に誘導結合器の二次側を設置し、それにより充電エネルギーを車両 に送り、そこから整流装置を通して、牽引用バッテリーに、誘導結合器の二次側 の変圧特性によって決まる充電電圧で、直流として送るステップ。充電電流のレ ベルは、充電電圧を充電中のバッテリーに対して適切なものにするために、誘導 結合器の一次側に供給された充電エネルギーの所定の電圧および供給周波数に基 づいている。 （ｂ）その間で電磁結合を行うために、誘導結合器の一次側および二次側を物 理的に空間関係に配置するステップ。 （ｃ）通信手段を確立し、バッテリーと充電ステーションとの間で、充電中の バッテリーの充電状態に関するデータを移送することができるようにするステッ プ。 （ｄ）車両のバッテリーに関連する充電制御モジュールが存在するかどうかを 判断するため、または車両に、可能な限りの最も短い時間内で、所定の充電電圧 により、少なくともバッテリーの充電が行われる最大充電電流の基準を識別する モジュールが存在するかどうかを判断するために、またはバッテリーに関連する 充電モジュールが存在しない場合、可能な限りの最も短い時間内で、所定の充電 電圧により、少なくともバッテリーの充電が行われる最大充電電流の基準を識別 するモジュールが存在しない場合に、充電中のバッテリーのターミナル電圧の数 値を測定するための少なくとも監視手段が車両に存在するかどうかを判断するた めに、車両が通信手段を通して問い合わせを行うステップ。 上記方法は、さらに下記のステップの中の一つを含む。 （ｅ）バッテリー充電制御モジュールが車両に設置されている場合には、バッ テリー充電制御モジュールの制御下で、誘導結合器および整流装置を通して充電 電流を供給することによりバッテリーを充電するステップ。バッテリーへの充電 電流の供給は、バッテリー充電制御モジュールが発生するその目的のための信号 に従って停止する。その後、誘導結合器の一次および二次側は、充電ステーショ ンからバッテリーを切り離すために、物理的に相互に分離される。 （ｆ）あるいは、少なくとも最大充電電流を識別するモジュールが車両に設置 されている場合に、最初最大充電電流で、誘導結合器および整流装置を通して充 電電流を供給することによってバッテリーを充電するステップ。周期的に、充電 電流の供給が停止され、充電電流の供給が停止した各時間間隔の間のバッテリー の瞬間抵抗フリー・ターミナル電圧が測定され、充電ステーションに設置されて いる充電制御モジュールに記憶されている基準電圧と比較される。充電電流は、 充電ステーションに設置されている充電制御モジュールの制御下で誘導結合器の 一次側に供給されている充電エネルギーの電流を低減することにより少なくなる 。誘導結合器および整流装置を通してのバッテリーへの充電電流の供給は、充電 ステーションに設置されている充電制御モジュールが発生する信号に従って停止 する。その後、誘導結合器の一次および二次側は、充電ステーションからバッテ リーを切り離すために、物理的に相互に分離される。 （ｇ）さらに他の代案としては、車両に少なくとも充電中のバッテリーのター ミナル電圧の数値を測定するための監視手段が設置されている場合に、充電ステ ーションを、所定の電圧で、充電エネルギーの電流の所定の許容数値に予め設定 するステップ。同様に、バッテリーへ供給することができる充電エネルギーの最 大量も予め設定することができる。周期的に、充電電流の供給が停止され、充電 電流の供給が停止した各時間間隔の間のバッテリーの瞬間抵抗フリー・ターミナ ル電圧が測定され、充電ステーションに設置されている充電制御モジュールに記 憶されている基準電圧と比較される。充電電流は、充電ステーションに設置され ている充電制御モジュールの制御下で誘導結合器の一次側に供給されている充電 エネルギーの電流を低減することにより少なくなる。誘導結合器および整流装置 を通してのバッテリーへの充電電流の供給は、充電ステーションに設置されてい る充電制御モジュールが発生する信号に従って停止する。その後、誘導結合器の 一次および二次側は、充電ステーションからバッテリーを切り離すために、物理 的に相互に分離される。 ステップ（ｅ）において、充電ステーションからの充電電流の供給を制御する ための信号が、通信手段によって供給される。（ｆ）および（ｇ）の各ステップ において、バッテリーの瞬間ターミナル電圧を示すデータが、通信手段によりバ ッテリーと充電ステーションとの間で交換される。 誘導結合器の二次側は、車両に標準化されたソケットが設置されるように装着 される。このソケットには、分離可能なコア変圧器を形成するために、誘導結合 器の一次側が挿入される。 さらに、上記分離可能なコア変圧器は高い巻線比を持ち、そのため車両に設置 されている整流装置を通してバッテリーに供給中の充電電圧および電流と比較す ると、一次電圧は高く、一次電流は低い。 図面の簡単な説明 本発明の実施形態を、例として、添付の図面を参照しながら説明する。 図１は、本発明の万能型充電ステーションから電気車両を充電する際に行われ る問い合わせおよび種々の充電計画を示す論理フローチャートである。 図２は、車両のバッテリーが充電ステーションにより充電されている際の、通 常の動作状況での単一の充電ステーションと単一の車両とを示す。 図３は、本発明の複数車両グループ充電ステーションの代表的な概略図である 。 図４は、本発明の複数車両サービス・ステーションの代表的な概略図である。 図５（ａ）は、出力が全波整流装置に接続している、電磁結合を行うために相 互に物理的および電気的に近接している誘導結合器の一次および二次側を示す略 図である。 図５（ｂ）は、図５（ａ）類似の図であるが、ブリッジ接続整流装置が使用さ れている。 好適な実施形態の詳細な説明 図１−図５を参照する。 最初に、図１について説明すると、この図は本発明の充電ステーションの動作 の代表的な論理フローチャート２０である。２２がスタートで、２４において車 両が充電ステーションに接続しているかどうかの判断が行われる。もし接続して いれば、２６において、車両にバッテリー・エネルギー管理システムが搭載され ているかどうかを判断するために、車両に問い合わせが行われる。返事がノーで あれば、２８において、他の任意の互換性を持つ充電制御モジュールを搭載して いるかどうかを判断するために、車両に問い合わせが行われる。返事がノーであ れば、３０において、少なくとも最短時間でバッテリーを充電することができる 状況における最大充電電流の基準を識別することができる「パーソナリティモジ ュール」が搭載されているかどうかを判断するための問い合わせが行われる。パ ーソナリティモジュールが搭載されていない場合には、３２において、充電ステ ーションを手動で操作できるかどうかについての判断が行われる。手動で操作で きない場合には、論理ループは２４に戻り、そこで実際に車両が充電ステーショ ンに接続しているかどうかの判断が行われる。３２で手動操作が選択された場合 には、少なくとも充電中のバッテリーのターミナル電圧を測定する監視手段が搭 載されていなければならない。 ２６または２８のどちらかのステップで、バッテリー専用充電制御モジュール が搭載されていると判断された場合には、充電ステーションが３４からスタート する。オペレータ３６および３８は、被制御電流源としての充電ステーションを 充電制御装置が作動させ、搭載制御装置がいかなる瞬間においても、充電電流の 数値についてのすべての決定を行っていることを表示する。例えば、毎秒毎に発 行されるスタートおよびストップ・コマンドがあり、これらのコマンドは、充電 ステーションが正常に動作しているかどうか、また任意の瞬間の充電電流に対し て定めた基準が依然として守られているかどうかを判断する監視機能の一部であ る。遅かれ、速かれ、通常バッテリーの充電時に、４０において充電動作を停止 するための判断が行われる。停止の判断が行われると、充電ステーションは、車 両が切り離されているかどうかを判断するために４２において問い合わせを行う 。切り離されている場合には、４４において充電動作が終了する。 ３０において、パーソナリティモジュールが搭載されていると判断された場合 には、４６でスタートの決定が行われる。４８で最大電流値が読み取られ、５０ で制御が充電ステーションに渡される。５０で、充電ステーションは、上記米国 特許第５，２０２，６１７号および第５，２０４，６１１号に詳細に記載されて いる充電手順および方法を行う。 前と同じように、ストップ・コマンドが、例えば、毎秒毎に周期的発行され、 ５２において、遅かれ、速かれ、バッテリーが完全に充電されたので充電動作の 停止が決定される。再び、車両が切り離されているかどうか、また切り離されて いれば４４で充電動作を終了すべく、充電ステーションは自分自身に４２で問い 合わせを行う。 最後に、３２で手動操作を選択した場合には、５４において車両識別カードが 充電ステーションのデータ・インターフェースに挿入されたかどうかの判断が行 われる。上記車両識別カードにより、充電ステーションは最大電流を設定するこ とができる。車両識別カードが挿入されている場合には、５６でその手順が行わ れる。 車両識別カードが、充電ステーションのデータ・インターフェースに挿入され ていない場合には、５８において手動スタートの決定を行わなければならない。 その決定が行われた場合には、６０において最大充電電流を充電ステーションの レジスタに入力しなければならない。 ステップ５６または６０終了後、充電ステーションの充電制御モジュールは６ ２に引き継がれる。再び多くの決定ステップを行わなければならない。その中の 最初のステップは６４で行われる。ここでバッテリーに供給される全ｋＷｈの予 め設定された数値に到達しているかどうか、またはエネルギーの所定の価格に達 しているかどうかについての決定が行われる。答がイエスである場合には、充電 機能は直ちに停止し、充電ステーションは、４２において、車両が切り離されて いるかどうかについて判断するために、自分自身に問い合わせる。バッテリーに 供給されるエネルギーの所定の価格または数量に達していない場合には、６６に おいて、例えばバッテリーが特定のターミナル電圧に達したかどうかの如く、任 意の特定の目標値に達したかどうかについての判断が行われる。達していた場合 には、再び、充電機能は終了し、４２において、充電ステーションは車両が切り 離させているかどうかについて自分自身の問い合わせる。最後に、６４または６ ６における問い合わせにより充電作業が終了しない場合には、その間前と同じよ うに、充電ステーションの充電制御モジュールは周期的にストップ・コマンドの 発行を行う。遅かれ、速かれ、そのストップ・コマンドは受け付けられ、６８に おいて、充電機能の終了の決定が行われる。上記の説明から、ステップ４０、５ ２および６８も、それぞれの場合において、手動による介入を示し、それにより 手動停止コマンドが与えられることがわかる。 もちろん、搭載バッテリー充電制御モジュールの高度な性能、または充電ステ ーションの充電制御モジュールにより、またデータ通信ラインにより送信される データ量により、４０、５２、６６または６８において、充電機能の終了の決定 を行うことができ、それにより、バッテリーの内部温度、または内部圧が高くな りすぎた場合には、または上記米国特許第５，２０４，６１１号により詳細に記 載されている他の基準に従って、充電機能を終了させることができる。 図２について説明すると、車両８０は充電ステーション８２に接続している。 車両はバッテリー８４を搭載していて、バッテリー充電制御モジュールまたはバ ッテリー・エネルギー管理システム８６、または上記の他の監視装置またはモジ ュールを備えることができる。車両８０は、誘導結合器８８を通して充電ステー ション８２に接続している。誘導結合器８８とバッテリー８４の間には、整流装 置８５が接続している。この整流装置は、後で説明するように、全波整流装置で もよいし、ブリッジ・タイプの整流装置であってもよい。 一組のワイヤまたは同軸ケーブル９０が設置されている。整流装置８５を通し て誘導結合器８８へと送られ、そこからバッテリー８４に送られる高電圧、高周 波充電エネルギーをこのワイヤまたは同軸ケーブルが運ぶことができる。データ 通信手段９２も設置されているが、この通信手段は専用のデータ用ワイヤであっ てもよいし、電力線キャリヤ装置または光ファイバであってもよい。光学的カプ ラおよび関連データ移送手段を設置することもでき、または関連移送手段を備え た低電力誘導結合器を設置することもできる。他の方法としては、データ通信ラ インとして、車両８０および電力ステーション８２に適当に設置されている無線 周波数送信機および受信機を使用することもできる。必要な場合には、適当なワ イヤ、ケーブル、光学的カプラまたはファイバ・コネクタを設置することができ る。 電力ステーション８２は、ワイヤ９４のところでグリッドコネクションに接続 している。これは地方の電力会社が供給する交流電力ラインで、そこから電気的 エネルギーが供給される。但し、そのような装置は、通常５０または６０Ｈｚの 電力会社の周波数で動作する。電力ステーションの前面に、手動インターフェー スおよびキーパッド９６、または電力ステーション８２のデータ・インターフェ ースと通信するカード用スロット９８を取り付けることができる。いずれの場合 も、それにより供給され、キーパッド９６およびカード・スロット９８に関連す るレジスタまたはマイクロプロセッサが使用され、それにより最大充電電流の設 定を、手動またはカード・スロット９８に挿入されたカードにより設定すること ができる。すでに説明したように、カード・スロット９８に関連するカードおよ びデータ・インターフェースは互換性を持つもので、磁気ストライプ、パンチ孔 、または浮き彫りによる凹凸によりカードでコード化することができる最大充電 電流のような「個人データ」を読み取るような装置を使用することができる。供 給されるエネルギーの現時点の量を、ｋＷｈまたは、ドルのようなその国の通貨 単位による値段で表示する他の表示装置１００および１０２を設置することがで きる。 この点に関し、時間帯に従ってエネルギーの単価を設定するために、充電ステ ーションに、適当なプログラミング可能なレジスタなどを備えたユーティリティ ・インターフェースを充電ステーション８２の前面に設置するのが良い方法であ ると考えられてきた。時間帯によって異なる価格を使用することにより、電力会 社、充電ステーションのオペレータおよび消費者すべてが利益を得ている。何故 なら、昼間は電力の価格が高いので、日中のエネルギー消費のピーク時には、充 電ステーションの使用が減少する傾向にあるからである。おそらく、このことは 、 その地域の電力会社から充電ステーションの経営者に供給される電力の価格が、 時間帯により変化するからであろうと思われる。いずれにせよ、充電ステーショ ンがピーク時から外れた時間に使用されるなら、電力会社への需要が少なくなり 、消費者は電力代金を節約することができる。 また、車両８０に搭載されているバッテリー・エネルギー管理システム８６は 、またこのシステムと一緒に、米国特許第５，２０６，５７８号に開示されてい る充電および／または放電中にバッテリー８４を監視するための適当な監視手段 を備えることができることに留意されたい。 さらに、充電制御装置８６の代わりに、車両８０に搭載されるパーソナリティ モジュールは、バッテリー８４を充電ステーション８２に、あたかも周知の公称 電圧を持つ標準鉛／酸バッテリーのように思いこませるのが目的の、校正済み分 割装置ネットワークを提供するように設計することができる。もちろん、同時に 、パーソナリティモジュールにより最大充電電流が設定される。それ故、バッテ リー８４用に種々の電気化学システムを収容することができる。 図３について説明すると、この図は配達車両、フォークリフト・トラック、ゴ ルフ・カート、レンタ・カー等の多数の電気車両を所有する経営者が使用する通 常のシステムである。このシステムの場合、複数の電気車両１２４を接続するこ とができる複数のスイッチまたはコンタクタ（接触器）１２２の任意の一つに充 電エネルギーを分配することにより、複数の車両のバッテリーが、単一の充電ス テーション１２０により充電される。各車両１２４は、現在説明している、それ 自身の搭載バッテリー１２６、それ自身の搭載充電制御装置またはバッテリー充 電制御モジュール１２８を含む。さらに、各車両１２４は、それ自身の誘導結合 器１２７およびそれ自身の整流装置１２９を備える。また、通信カプラ１３１が 設置されていて、それにより各車両１２４に対して一意なデータが充電ステーシ ョン１２０に送られる。 充電ステーション１２０は、整流装置１３４を通して、１３０において分配グ リッドに接続している。ユーティリティ・インターフェース１３２は、その地方 の電力会社に対して、上記のように、単価を変更する目的で、充電ステーション と通信するため充電会社と連絡する手段を提供する。充電ステーション１２０に は、充電制御モジュール１３６、スイッチング・インバータ・モジュール１３８ 、ユーザ・インターフェース１４０および車両インターフェース１４２が設置さ れている。ユーザ・インターフェースとしては、例えば、図２に示すキーパッド ９６および／またはカード・スロット９８を使用することができる。車両インタ ーフェース１４２は、データ通信リンク１４４が、各通信カプラ１３１から充電 ステーション１２０に連絡するための手段を提供する。充電ステーションからの 充電装置出力は１４６において行なわれ、一組のワイヤまたは同軸ケーブル１４ ８を含む電力ラインは、各コンタクタ１２２に充電電流を供給する。 ここで、コンタクタ１２２の中の一つは、ある時点で選択的にオンになる。し かし、コンタクタ１２２のそれぞれは、例えば、参照番号１２２ａ、１２２ｂ， １２２ｃ，１２２ｄ等のように、それ自身の一意の参照番号を持つ。それ故、電 力ライン１４８をすべてのスイッチまたはコンタクタに接続させた状態で、コン タクタの任意の一つを選択的にオンにする手段が使用される。 スイッチング・インバータ・モジュールは、上記の本出願人の同時係属出願第 ０８／２７５，８７８号に開示されているスイッチング・インバータ・モジュー ルとは、かなり異なるものであることに留意されたい。この先行出願の場合には 、スイッチング・インバータ・モジュールの目的は、充電エネルギーの供給量を 制御するために、電流制御を行うことであることは明らかである。また、先行発 明のスイッチング・インバータは、分配グリッドから電力ラインを通してその入 力電力を受け取る充電ステーションから、直流電力出力を分離するために使用す ることができる。それ故、もっと単一の制御された直流電力を供給することがで き、分配グリッドから、電力充電ステーションに接続することができる任意の車 両を直流的に絶縁することができる。しかし、本発明の場合には、スイッチング ・インバータ・モジュールの目的は、１０−２００ｋＨｚの範囲内の周波数の高 電圧交流電流を供給することである。都合のよいことに、ほとんどの目的に適す る動作周波数は、約６０ＫＨｚであることが分かっている。それ故、充電装置出 力１４６からの出力は、高電圧、低電流、高周波数充電エネルギーである。 もちろん、図２の充電ステーション８２は、同様に充電ステーション１２０に 関連して説明したように、高周波スイッチング・インバータ・モジュールを含ん でいる。 スイッチまたはコンタクタ１２２ａ、１２２ｂ等の一回に一度づつ順次オンに なる順序に関する決定は、いくつかある優先順位通信規約のうちのいずれかに従 って設定される。例えば、当然、充電ステーションの経営者、すなわち、オーナ およびそれに接続しているすべての車両は、優先順位を設定しない方法を選択す ることもできるし、順次各スイッチまたはコンタクタ１２２ａ、１２２ｂ等を、 それぞれの一意な参照番号に従って、オンにするようにすることもできる。一方 、上記経営者、すなわち、オーナは、バッテリーの中のどれがより多くの充電エ ネルギーを必要とするか、またはより少ない充電エネルギーを必要とするかを判 断することによって、最初に充電するバッテリー１２６の中のどれかに優先順位 を与えることができる。その場合、他のバッテリーは、設定されたプロトコル（ 通信規約）に従ってより大きいか、より少ない各充電要件により、ランクづけが 行われる。他の方法としては、何らかの他のユーザが決定した優先順位プロトコ ルを設定することもできる。 図４について説明すると、この図は通常の公共サービス・ステーション１８０ を示す。この場合、複数の充電ステーションまたはアウトレット１８２が設置さ れていて、そのそれぞれに図２のとほとんど同じ方法で、また同じ装置を使用し て車両１８４を接続することができる。各充電ステーション１８２は、図２のと ころで説明した充電ステーション８２と本質的には同じ外観および動作を持つこ とができる。さらに、各車両１８４は、図２および図３のところで説明したよう に、それ自身の誘導結合器ソケット１８１および整流装置１８３を備えている。 サービス・ステーション１８０の各充電ステーション１８２は、例えば、１５ ０ｋＷの電力定格を持つことができる。しかし、各充電ステーション１８２に充 電電力を供給する単一で共通の被制御整流装置１８６は、３００ｋＷの定格を持 つことができる。もちろん、この整流装置は、それ自身のユーティリティ・イン ターフェース１８８およびそれ自身の課金インターフェース１９０を備えている 。ユーティリティ・インターフェースは、地域電力会社が供給する配電グリッド １９２への適当な接続装置を提供する。課金インターフェース１９０は、各充電 ステーション１８２に、クレジット・カードおよびデビット・カードの発行者に よ り運用されるデータ・ネットワークに課金し、それらを管理するためにインター フェース接続をする。 好きな時に一度に、一台以上の車両１８４を一台以上の充電ステーション１８ ２に接続することができる。その場合には、また関連する各電気車両バッテリー が、一度に最大充電電流を吸収している場合には、制御される整流装置１８６か らの出力は、その定格を超えることができる。その場合には、監督制御装置１８ ５は、制御される整流装置の出力を監視することができ、動作している各充電ス テーション１８２からの出力を低減するための信号、または制御される整流装置 からの出力が所定の許容最大出力以下に下がるときまで、他の充電ステーション １８２がラインに入り込む余地を排除するための信号を発行することができる。 同様に、負荷を平均化する手段を設けてもよく、それにより配電グリッド１９ ２からの、制御される整流装置１８６によるエネルギー要求を低減することがで きる。例えば、負荷平均化バッテリー１９６を使用することもできるし、または 負荷平均化フライホイール・エネルギー貯蔵装置１９８を使用することもできる 。この機能は、配電グリッドからのエネルギーの価格が低いときに、ピーク時間 帯でない時間にエネルギーを蓄積して、ピーク時間中の必要時に何時でも、サー ビス・ステーション１８０をサポートするようにするためのものである。明らか に、充電／放電制御装置１９４の目的は、負荷平均化バッテリー１９６が、ピー ク時間帯以外の時間に、必ずその最大容量まで再充電されるようにすることであ る。 充電エネルギーを充電ステーションから車両へ送ることができる各誘導結合器 が、一次および二次側からなっていることを説明してきた。図５（ａ）および図 ５（ｂ）は、それぞれ誘導結合変圧器または誘導結合器が設定される物理的およ び電気的構成の概略を示す。すでに説明したように、図５（ａ）の実施形態と図 ５（ｂ）の実施形態との違いは、車両で行われる整流方法の違いである。 参照番号２００は、誘導結合器全体を示す。この誘導結合器は、一次巻線２１ ０および二次巻線２１２を含む。一次巻線２１０と二次巻線２１２との間の巻線 比は大きい。都合のよいことに、一次側２１１および二次側２１３は、フェライ ト部材２１４およびフェライト部材２１６が、磁束を発生するように、また同時 にフェライト部材２１４がフェライト部材２１６およびそのハウジングにより形 成されるソケットまたはコンセント２１８に収容されるように、並べて設置する ことができるように、物理的に配置される。それ故、誘導結合器２００の物理的 組立は、プラグをコンセントに挿入するのと異なるものではない。 従って、コンセントおよびプラグの物理的設計を標準化することができ、さら に、誘導結合器の一次側２１１を、すべての電気充電ステーションに対して、同 じ物理的および電気的特性を持つ一定なものになるように、設計することができ る。それ故、二次側２１３の電気的特性を、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す ように、各整流装置２１７または２１９およびそれに関連するバッテリー２２０ または２２２に適用できるように、特別に設計することができる。バッテリー２ ２０の充電電圧および電流受け入れ特性は、バッテリー２２２のものとはかなり 異なる場合がある。しかし、誘導結合器の一次側が予め定められ、物理的および 電気的特性が設定されているにしても、バッテリー２２０または２２２を充電す るのに必要な直流電圧および直流電流を供給するように、二次側を構成すること ができる。 一台または複数の電気車両を充電するために、任意の電気車両を接続すること ができる充電ステーションが、搭載制御装置を備えている電気車両や、充電ステ ーションの充電制御装置に従うことができる電気車両の如く種々の電気車両に適 用することができるという点で、本質的に万能型である装置および方法について 説明してきた。充電ステーションにより車両に供給される充電エネルギーは、高 電圧および低電流の（１０−２００ｋＨｚ程度の）高周波である。この充電エネ ルギーは、車両で低電圧、高電流電力に変換整流される。 添付の請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明の装置の 設計および製造を種々に修正および変更することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｆ 【要約の続き】 テーションに設置されている充電制御モジュールにより 設定される。他の方法としては、充電電流の初期値は、 充電ステーションで予め設定される。パラメータおよび 供給される充電電流の量は、充電ステーションのデータ ・インターフェースにカードを挿入することにより設定 することができる。被制御状態で、設定された優先順位 基準に従って、任意の車両にエネルギーを分配すること により、複数の車両を複数の充電ステーションを含む一 つの施設で充電することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気車両バッテリーを充電するための方法であって、バッテリーが１Ｃより 大きいレートで初期充電電流を受け入れることができ、充電エネルギーをバッテ リーに供給する充電ステーションが所定の電圧と、１０ｋＨｚから２００ｋＨｚ の範囲のある供給周波数とで充電エネルギーを供給するよう構成されており、充 電エネルギーが、前記充電ステーションに接続される１次側と前記車両に装着さ れる２次側とを有する誘導結合器を経由し、次いで前記車両に装着された整流装 置を経由して前記バッテリーに供給される、前記方法が、 （ａ）前記車両に前記誘導結合器の２次側をつけ、充電エネルギーを前記車 両に供給し、前記整流装置を通じて前記バッテリーに直流として、前記充電ステ ーションが前記誘導結合器の前記１次側に供給する充電エネルギーの前記所定電 圧と供給周波数に基づいて、前記誘導結合器の前記２次側の変圧特性によって決 定される充電電圧で供給し、前記充電電圧を、充電される前記バッテリーに適し たものにするステップと、 （ｂ）前記誘導結合器の１次側と２次側とを、相互誘導結合を確立するよう な空間的関係で物理的に配置するステップと、 （ｃ）バッテリーと充電ステーションとの間で、充電されるバッテリーの充 電状態に関するデータを移送できる通信手段を確立するステップと、 （ｄ）前記車両において前記バッテリーに関連するバッテリー固有充電制御 モジュールが存在するか否か、少なくともバッテリーが前記所定充電電圧で最短 可能時間で充電できる最大充電電流の基準を特定するパーソナリティモジュール が前記車両に存在しているかを判断し、前記バッテリーに関連するバッテリー固 有充電モジュールや少なくともバッテリーが前記所定充電電圧で最短可能時間で 充電できる最大充電電流の基準を特定するパーソナリティモジュールが存在しな い場合には、充電されるバッテリーのターミナル電圧の数値を測定する監視手段 が少なくとも前記車両に存在しているかを判断するよう前記通信手段を通じて車 両に問い合わせるステップとを含み、 前記方法がさらに、 （ｅ）バッテリー固有充電制御モジュールが前記車両に存在している場合に は、前記バッテリー固有充電制御モジュールの制御の下で前記誘導結合器と前記 整流装置とを通じて充電電流を供給することによって前記バッテリーを充電し、 前記バッテリー固有充電制御モジュールによって発信される信号の指示に従って 前記バッテリーへの充電電流の供給を停止し、その後前記誘導結合器の１次側と ２次側とを物理的に外して前記バッテリーと前記充電ステーションとの接続を断 つステップか、または、 （ｆ）少なくとも最大充電電流を特定するパーソナリティモジュールが前記 車両に存在している場合には、前記誘導結合器と前記整流装置とを通じて、まず 前期最大充電電流で充電電流を供給することによって前記バッテリーを充電し、 周期的に充電電流の供給を中止して、充電電流の供給が中止されている各期間中 に前記バッテリーの瞬間抵抗フリーターミナル電圧を決定し、前記瞬間抵抗フリ ーターミナル電圧を、前記充電ステーションに存在する充電制御モジュールに保 存された基準電圧と比較し、前記充電ステーションに存在する前記充電制御モジ ュールの制御の下で前記誘導結合器の前記１次側に供給される前記充電エネルギ ーの電流を低減することによって充電電流を低減し、前記充電ステーションに存 在する前記充電制御モジュールによって発信される信号に従って前記誘導結合器 と前記整流装置とを通じた前記バッテリーへの充電電流の供給を停止し、その後 前記誘導結合器の前記１次側と２次側とを物理的に外して前記バッテリーと前記 充電ステーションとの接続を断つステップか、または （ｇ）充電されるバッテリーのターミナル電圧の数値を測定する監視手段が 前記車両に少なくとも存在している場合には、充電ステーションを前記所定電圧 の前記充電エネルギーの電流の所定許容値に予め設定し、かつ前記バッテリーへ の供給を許容される充電エネルギーの最大値を予め設定して、充電電流の供給を 周期的に中止して充電電流の供給が中止されている各期間中に前記バッテリーの 瞬間抵抗フリーターミナル電圧を決定し、前記瞬間抵抗フリーターミナル電圧を 、前記充電ステーションに存在する充電制御モジュ ールに保存された基準電圧と比較し、前記充電ステーションに存在する前記充電 制御モジュールの制御の下で前記誘導結合器の前記１次側に供給される前記充電 エネルギーの電流を低減することによって充電電流を低減し、前記充電ステーシ ョンに存在する前記充電制御モジュールによって発信される信号に従ってかまた は、充電エネルギーの前記予め設定された最大量が前記バッテリーに供給された とき、前記誘導結合器と前記整流装置とを通じた前記バッテリーへの充電電流の 供給を停止し、その後前記誘導結合器の前記１次側と２次側とを物理的に外して 前記バッテリーと前記充電ステーションとの接続を断つステップかの１つを含み 、 ステップ（ｅ）で、前記充電ステーションからの充電電流の供給を制御する 信号が前記通信手段を通じて供給され、ステップ（ｆ）および（ｇ）の各々で、 前記バッテリーの瞬間ターミナル電圧を示すデータが前記通信手段を通じて前記 バッテリーと前記充電ステーションとの間で移送される方法。 ２．請求項１に記載の方法において、前記誘導結合器の前記２次側が、選択され た寸法を有するソケットを提供するように前記車両に装着され、そこに前記誘導 結合器の前記１次側が挿入されて分離可能なコア変圧器を形成する方法。 ３．請求項２に記載の方法において、前記分離可能なコア変圧器が高い巻線比を 有し、それによって前記整流装置を通じて前記バッテリーに供給される充電電圧 および電流と比較すると前記１次電圧が高く前記１次電流が低い方法。 ４．請求項１に記載の方法において、前記通信手段が、専用データ・ワイヤ、電 力線キャリヤ装置、光ファイバ、光学的カプラと関連データ移送手段、誘導結合 器と関連移送手段、無線周波数送信機と受信機からなるグループから選択される 方法。 ５．請求項１に記載の方法において、充電ステーションを前記所定電圧の前記充 電エネルギーの電流の所定許容値に予め設定するステップが、前記充電ステーシ ョンに配置された数値レジスタに数値を手動で設定することか、または前記充電 ステーションに配置されたデータ・インターフェースを通じてデータを前記数値 レジスタに挿入することのいずれかによって達成され、前記 データ・インターフェースは、互換性を有する、磁気ストライプ、パンチによる 孔、浮き彫りによる凹みおよび浮き彫りによる突起のいずれかによってコード化 された電流の前記許容値を有するカードを読み取ることができる方法。 ６．請求項１に記載の方法において、前記バッテリーに供給される充電エネルギ ーの最大量を予め設定するステップは、計器を選択的に設定して、前記バッテリ ーに供給されるエネルギーの量を決定するか、または前記バッテリーに供給され るエネルギーの金銭的額を決定し、所定の量のエネルギーが供給されるか、また は所定の金銭的額のエネルギーが供給されるかしたときのいずれか早く生じたと き、前記所定の電圧の充電エネルギーの供給を終了させるようにすることによっ て達成され、エネルギーの金銭的単価は充電エネルギーが前記バッテリーに流れ る一日の内の時間によって変更できる方法。 ７．請求項１に記載の方法において、各々が固有の宛て先を有し、各々が対応す る誘導結合器の対応する１次側に接続された複数のスイッチまたはコンタクタの 任意の１つに充電エネルギーを分配し、任意のある時間に前記複数のスイッチま たはコンタクタの１つだけを閉じて複数の車両バッテリーの内の接続された１つ を充電することによって、複数の車両バッテリーが１つの充電ステーションから 充電される方法。 ８．請求項７に記載の方法において、前記スイッチまたはコンタクタを順次一時 に閉じる順序に関する決定が、（ａ）優先順位を確立せず、前記スイッチまたは コンタクタをその対応する固有の行き先に関する順序で閉じるか、（ｂ）対応す るスイッチまたはコンタクタと対応する誘導結合器の対応する１次側とを通じて 接続される対応するバッテリーが、要求する最大充電エネルギー量または最小充 電エネルギー量のいずれかの順序で最初に充電され、その後充電要求の順序で充 電されるかどうかに関して優先順位を確立するか、（ｃ）ユーザの決定する優先 順位プロトコルに従って最初に充電されるバッテリーを選択的に指定するか、の １つによって行われる方法。 ９．請求項１に記載の方法において、少なくとも前記バッテリーの瞬間ターミナ ル電圧を示すデータが前記通信手段を通じて周期的に移送され、そうした 通信が所定の周期内に行われない場合、前記誘導結合器への充電エネルギー供給 を停止する信号が発信され、前記バッテリーへの充電エネルギーの流れが停止す る方法。 10．電気車両用バッテリーを充電するための充電ステーションであって、バッテ リーが１Ｃより大きいレートで初期充電電流を受け入れることができ、前記充電 ステーションが所定の電圧でかつ、１０ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲のある供 給周波数で充電エネルギーを誘導結合器の１次側に供給するよう構成され、前記 誘導結合器の２次側と前記バッテリーの間に接続された整流装置と共に装着され る前記誘導結合器の２次側を有する車両に前記バッテリーが設置され、それによ って前記充電電流が前記バッテリーに供給される際の前記所定電圧が、前記誘導 結合器の前記１次側に供給される前記所定電圧と供給周波数に基づいて、前記誘 導結合器の前記２次側の変圧特性により決定され、それによって前記充電電圧を 、充電される前記バッテリーに適したものにする、前記充電ステーションが、 前記所定電圧で、かつ前記供給周波数でエネルギーを前記誘導結合器の前記 １次側に供給するための手段と、 前記バッテリーと前記充電ステーションとの間で、充電される前記バッテリ ーの充電状態に関するデータを移送できる通信手段と、 前記通信手段を通じて、バッテリーに関連するバッテリー固有の充電制御モ ジュールが車両に存在するか否か、またはバッテリーが前記所定充電電圧で最短 可能時間で充電できる最大充電電流の基準を特定するパーソナリティモジュール が車両に存在しているか否かを判断し、また前記バッテリーに関連するバッテリ ー固有充電モジュールやバッテリーが前記所定充電電圧で最短可能時間で充電で きる最大充電電流の基準を特定するパーソナリティモジュールが存在しない場合 には、充電されるバッテリーのターミナル電圧の数値を測定する監視手段が少な くとも車両に存在しているか否かを判断するよう前記車両に問い合わせるための 手段と、 バッテリー固有充電制御モジュールが前記車両に存在する場合には、前記車 両のバッテリー固有充電制御モジュールの制御の下で充電エネルギーを前 記誘導結合器に供給し、前記整流装置を通じて前記バッテリーに供給することに よって前記バッテリーを充電するための手段と、前記バッテリー固有充電制御モ ジュールによって発信される信号の指示に従って前記誘導結合器への充電エネル ギーの供給を停止するための手段と、 最大充電電流を少なくとも特定するパーソナリティモジュールが前記車両に 存在する場合には、初め最大充電電流で充電エネルギーを前記誘導結合器に供給 し、前記整流装置を通じて前記バッテリーに供給するための手段と、充電電流の 供給を周期的に中止し、充電電流の供給が中止されている各期間中前記バッテリ ーの瞬間抵抗フリーターミナル電圧を測定するための手段と、前記瞬間抵抗フリ ーターミナル電圧を前記充電ステーションに存在する充電制御モジュールに保存 された基準電圧と比較するための手段と、前記充電ステーションに存在する前記 充電制御モジュールの制御の下で前記誘導結合器の前記１次側に供給される前記 充電エネルギーの電流を低減することによって充電電流を低減するための手段と 、前記充電ステーションに存在する前記充電制御モジュールによって発信される 信号に従って、前記誘導結合器と前記整流装置とを経由する前記バッテリーへの 充電電流の供給を停止するための手段と、 充電されるバッテリーのターミナル電圧の数値を測定する監視手段が少なく とも前記車両に存在する場合、前記所定電圧で前記充電エネルギーの所定許容値 の電流を供給するように充電ステーションを予め設定するための手段と、前記バ ッテリーへの供給が許容される充電エネルギーの最大量を予め設定するための手 段と、充電電流の供給を周期的に中止するための手段と、充電電流の供給が中止 されている各期間中、前記バッテリーの瞬間抵抗フリーターミナル電圧を測定す るための手段と、前記瞬間抵抗フリーターミナル電圧を前記充電ステーションに 存在する充電制御モジュールに保存された基準電圧と比較するための手段と、前 記充電ステーションに存在する前記充電制御モジュールの制御の下で前記誘導結 合器の前記１次側に供給される前記充電エネルギーの電流を低減することによっ て充電電流を低減するための手段と、前記充電ステーションに存在する前記充電 制御モジュールによって発信 される信号に従ってまたは充電エネルギーの前記予め設定された数値が前記バッ テリーに供給されたとき、前記誘導結合器と前記整流装置とを経由する前記バッ テリーへの充電電流の供給を停止するための手段とを含み、 前記車両の前記バッテリー固有充電制御モジュールの制御の下での前記充電 ステーションからの充電エネルギーの供給を制御する信号が前記通信手段を通じ て供給され、前記バッテリーの瞬間ターミナル電圧を示すデータが前記バッテリ ーと前記充電ステーションの前記充電制御モジュールとの間で前記通信手段を通 じて移送される充電ステーション。 11．請求項１０に記載の装置において、前記誘導結合器の前記２次側が、選択さ れた寸法を有するソケットを提供するように前記車両に装着され、そこに前記誘 導結合器の前記１次側が挿入されて分離可能なコア変圧器を形成する装置。 12．請求項１１に記載の装置において、前記分離可能なコア変圧器が高い巻線比 を有し、それによって前記整流装置を通じて前記バッテリーに供給される充電電 圧および電流を比較すると、前記１次電圧が高く前記１次電流が低い装置。 13．請求項１０に記載の装置において、前記通信手段が、専用データ・ワイヤと 、電力線キャリヤ装置と、光ファイバと、光学的カプラおよび関連データ移送手 段と、誘導結合器および関連移送手段と、無線周波数送信機および受信機とから なるグループから選択される装置。 14．請求項１０に記載の装置において、充電ステーションを前記所定電圧での前 記充電エネルギーの電流の所定許容値に予め設定するための前記手段が、前記充 電ステーションの数値レジスタに数値を手動で設定するための手段と、データ・ インターフェースを通じてデータを前記数値レジスタに挿入するための前記充電 ステーションの前記データ・インターフェースとを含み、前記データ・インター フェースが、互換性を有する、磁気ストライプ、パンチによる孔、浮き彫りによ る凹み、浮き彫りによる突起のいずれかによってコード化された電流の前記許容 値を有するカードを読み取ることができる手段を有する装置。 15．請求項１０に記載の装置において、前記バッテリーに供給される充電エネル ギーの最大量を予め設定するための前記手段が、前記バッテリーに供給されるエ ネルギーの量を決定し、かつ前記バッテリーに供給されるエネルギーの金銭額を 決定する手段を有する計器と、所定の量のエネルギーが供給されるか、または所 定の金銭額のエネルギーが供給されるかしたときのいずれか早く生じたとき前記 所定電圧での充電エネルギーの供給を終了する手段とを含み、エネルギーの金銭 額単価が充電エネルギーが前記バッテリーに流れる一日の内の時間によって変更 可能である装置。 16．請求項１０に記載の装置において、複数の車両バッテリーが１つの充電ステ ーションから充電される手段と、各々が固有の宛て先を有し、各々が対応する誘 導結合器の対応する１次側に接続された複数のスイッチまたはコンタクタの任意 の１つに充電エネルギーを分配するための手段とを含み、前記装置が、前記複数 のスイッチまたはコンタクタの前記１つに接続された前記複数の車両バッテリー の１つを充電するように、任意のある時間に前記複数のスイッチまたはコンタク タの１つだけを選択的に閉じるための手段をさらに含む装置。 17．請求項１６に記載の装置において、前記スイッチまたはコンタクタを順次一 時に閉じる順序が、（ａ）前記スイッチまたはコンタクタをその対応する固有の 宛て先に関する順序で閉じるための手段、（ｂ）対応するスイッチまたはコンタ クタと対応する誘導結合器の対応する１次側とを通じて接続される対応するバッ テリーが、最初に充電されるべき充電エネルギーの最大量または最小量のいずれ かの充電エネルギーを要求する順序で充電され、その後充電の要求の順序で充電 されるかどうかに関して優先順位を確立するための手段、および（ｃ）ユーザの 決定する優先順位プロトコルに従って最初に充電されるバッテリーを選択的に指 定するための手段の内の１つによって決定される装置。 18．請求項１０に記載の装置において、前記通信手段を通じて少なくとも前記バ ッテリーの瞬間ターミナル電圧を示すデータを周期的に移送する手段と、前記通 信手段を通じてデータの移送を監視するための手段および所定の期間 内に前記通信手段を通じたデータの移送が発生しないかどうかを判断し、それに よって、前記監視手段が前記所定の期間内に前記通信手段を通じたデータの移送 を検出しない場合、前記誘導結合器への充電エネルギーの供給を停止する信号を 発信する手段とをさらに含む装置。