JP2011517261A - 電動車両を充電する燃料電池システム - Google Patents

Abstract

電動車両を充電する方法が、電動車両に関する情報を受信することを含む。この情報の少なくとも一部は、電動車両のバッテリを燃料電池システムと通電するように構成された車両インターフェースを介して受信される。充電が、直流−交流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータを使用せずに車両インターフェースを介して燃料電池システムから電動車両のバッテリに供給される。充電は、少なくとも部分的には上記情報に基づいて供給される。
【選択図】図１

Description

本出願は、２００８年２月１９日出願の米国特許仮出願第６１／０６４，１４３号の優先権を主張するものであり、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示の主題は概して、燃料電池システムおよび電気を供給する充電スタンドに関する。より具体的には、本開示は電力を電動車両に効率的に供給するシステムおよび方法に関する。

燃料電池システムは、直流（ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）信号を発生するよう構成された１以上の燃料電池の構造体であると言える。個別の燃料電池は、１以上の燃料電池コラムに配設することができ、燃料電池コラムはそれぞれ固体酸化物燃料電池スタックなどの１以上の燃料電池スタックを含んでもよい。燃料電池スタックは、電気的に直列に接続された複数の個別の燃料電池であると言える。ある一定の燃料電池システムを構成する個別の燃料電池の数は、その燃料電池システムに発生させようとする電力量によって異なる。あるいは、燃料電池システムは、個別の燃料電池のその他任意の構成を含んでもよい。従来の燃料電池システムは、建物、配電網、電気器具、照明ユニット、工具、温度制御ユニット、セキュリティシステム、演算ユニット等に電気を供給するため、直流−交流（ＤＣ／ＡＣ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ／ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータを利用してＡＣ信号を発生させている。実装方法に応じ、ＤＣ／ＡＣコンバータを燃料電池システムに組み込むか、または離して設置することが可能である。

車両を充電する例示的方法を提供する。この方法は、電動車両に関する情報を受信することを含む。この情報の少なくとも一部は、電動車両のバッテリを燃料電池システムと通電するように構成された車両インターフェースを介して受信される。充電は、直流−交流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータを使用せずに車両インターフェースを介して燃料電池システムから電動車両のバッテリに供給される。充電は、少なくとも部分的には上記情報に基づいて供給される。

更に、例示的充電スタンドが提供される。充電スタンドは、取引ユニット、車両インターフェース、および廃熱ユニットを備える。取引ユニットは、電動車両に関する情報を受信するように構成されている。車両インターフェースは、前記電動車両のバッテリを燃料電池システムと通電状態にするように構成されている。車両インターフェースは更に、燃料電池システムから電動車両のバッテリに充電を供給するように構成されている。廃熱ユニットは、充電を供給する期間の少なくとも一部において、電動車両に熱を供給するように構成されており、この熱は、燃料電池システムからの廃熱を含む。

更に、例示的燃料電池発電システムを提供する。燃料電池発電システムは、燃料電池システム、ＤＣ／ＤＣコンバータ、およびルータを備える。燃料電池システムは、直流（ＤＣ）信号を発生するように構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣ信号を燃料電池システムから受信し、ＤＣ信号を電動車両のバッテリ用の電圧に変換するように構成されている。ルータは、ＤＣ／ＤＣコンバータからの変換されたＤＣ信号の少なくとも一部を電動車両を充電するための充電スタンドに導くように構成されている。

その他の主要な特徴および利点は、以下の図面、詳細な説明および添付の特許請求の範囲を検討することにより当業者には直ちに明らかとなるであろう。

以下、添付の図面を参照して例示的実施形態を説明する。

例示的実施形態による電動車両を充電するシステムを示すブロック図である。

例示的実施形態による電動車両を充電するシステムが行う工程を示すフローチャートである。

本発明者らは、電動車両は直流（ＤＣ）で稼働するものであり、燃料電池システムはＤＣ出力（すなわち、ＤＣ電力出力）を供給するものであると理解した。そのため、本発明者らは、燃料電池システムを電動車両を充電するための充電スタンドと組み合わせて利用することは好都合であろうと理解した。燃料電池システムのＤＣ出力は、交流（ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）出力に変換することなく、つまり電力変換設備を使用することなく、電動車両に直接供給することができる。従って、燃料電池システムは、ＤＣ／ＡＣコンバータを利用せずに電動車両に接続してシステムの複雑さおよびコストを低減することができる。

図１は、例示的実施形態による電動車両を充電するシステムを示すブロック図である。本システムは、燃料電池発電システム１００、充電スタンド１０５、電動車両１１０、再生可能電源１１５、および負荷１２０を含んでいる。代替的実施形態においては、本システムは、これより多い、少ない、および／またはこれとは異なる構成要素を含んでいてもよい。例示的実施形態において、電動車両１１０は、電動車両１１０への電力供給に用いられる１以上の電気バッテリを充電するために充電スタンド１０５にアクセスし、これを利用することができる。一実施形態において、１以上の電気バッテリの充電に用いられる電気は、燃料電池発電システム１０によって発生可能である。

燃料電池発電システム１００は、燃料電池システム１２５、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０、ＤＣ／ＡＣコンバータ１３５、ルータ１３８、および制御ユニット１４０を含んでいる。代替的実施形態においては、燃料電池発電システム１００は、これより多い、少ない、および／またはこれとは異なる構成要素を含んでいてもよい。別の代替的実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、充電スタンド１０５に組み込まれていてもよい。燃料電池発電システム１００は、実施形態に応じ、複数の充電スタンドまたは単一の充電スタンドに電気を供給するのに利用することができる。

燃料電池システム１２５は、固体酸化物燃料電池システム、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ：ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）燃料電池システム、融解炭酸塩燃料電池システム、または当業者には周知のその他任意の種類の燃料電池システムとすることができる。燃料電池システム１２５は、当業者には周知の任意の構成に配設した複数の個別の燃料電池を含むことができる。例えば、燃料電池システム１２５は、１以上の燃料電池スタック、１以上の燃料電池コラム等を含んでいてもよい。一実施形態において、燃料電池システム１２５は、米国特許第７，０４５，２３８号、米国特許出願第１０／６５３，２４０号（米国特許出願公開第２００５／００４８３３４号として公開）、米国特許出願第１０／８６６，２３８号（米国特許出願公開第２００４／０２２４１９３号として公開）、および／または米国特許出願第１１／００２，６８１号（米国特許出願公開第２００５／０１６４０５１号として公開）に記載の固体酸化物燃料電池システムとすることができ、これらは全て参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

燃料電池システム１２５は、当業者には周知の任意の方法によって発電することができる。例示的実施形態においては、燃料電池システム１２５が発生させた電気は、分割（または中間）母線構成を用いて電動車両１１０または負荷１２０などの負荷に送ることができる。分割母線構成は、正母線、負母線、および中性母線を含むことができる。例示的な分割母線構成が、無停電燃料電池システム（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ）というタイトルで２００８年５月２日に出願された米国特許出願第１２／１４９，４８８号により詳細に記載されており、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。例示的実施形態において、分割母線は、４００ボルト（Ｖ）の電圧を供給するように構成することができる。あるいは、その他任意の電圧値を供給してもよい。別の代替的実施形態においては、単一母線またはその他任意の母線構成を使用して燃料電池システム１２５が発生させた電気を送ってもよい。

直流−直流（ＤＣ／ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ／ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ１３０は、燃料電池システム１２５が発生させたＤＣ電圧を上昇または低下させるように構成した任意の装置とすることができる。直流−直流コンバータ１３０は、燃料電池システム１２５の分割（または他の）母線から電力の供給を受けることができる。充電スタンド１０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０に電気的に接続することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０からの出力を受け取ることができる。代替的実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、燃料電池発電システム１００に含まれていなくてもよい。このような実施形態においては、ＤＣ電圧変換は、充電スタンド１０５の車両インターフェース１４５が行うことができる。別の代替的実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を車両インターフェース１４５と併用してＤＣ電圧変換を行うことができる。車両インターフェース１４５については、充電スタンド１０５に関連して以下でより詳細に説明する。一実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の出力は、充電スタンド１０５および／または負荷１２０に供給するためにルータ１３８に供給することができる。

例示的実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の出力を調節可能として、定格電圧の異なる複数のバッテリの充電を可能とすることができる。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の出力は、様々なバッテリに対応できるように０ボルト（Ｖ）から４００Ｖの調節範囲を有することができる。あるいは、その他任意の範囲（単数または複数）を用いてもよい。代替的実施形態においては、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、作業効率を向上させてもよい。例えば、第１のＤＣ／ＤＣコンバータが１００Ｖから１９９Ｖまで調節可能な出力を供給し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが２００Ｖから２９９Ｖまで調節可能な出力を供給し、第３のＤＣ／ＤＣコンバータが３００Ｖから３９９Ｖまで調節可能な出力を供給する、などとしてもよい。あるいは、その他任意の数のＤＣ／ＤＣコンバータおよび／または電圧範囲を用いてもよい。

一実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は双方向型とすることができる。このような実施形態においては、電動車両１１０の１以上のバッテリからの電力を、第２の電動車両（図示せず）を充電するのに用いるためにＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が受け取ることができる。電動車両１１０の１以上のバッテリからの電力を、負荷１２０に電力を供給するためにＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が受け取ることもできる。負荷１２０は、配電網、建物、燃料電池システム１２５の周辺機器（例えば照明、送風機、ファン等）、またはその他任意の電力を消費するものとすることができる。負荷１２０が交流（ＡＣ）負荷である場合、１以上のバッテリからの電力をＤＣ／ＡＣコンバータ１３５に供給してＡＣ信号に変換することができる。負荷１２０がＤＣ負荷である場合、１以上のバッテリからの電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０から負荷１２０に直接供給することができる。負荷１２０がＤＣ負荷である場合、燃料電池発電システム１００にＤＣ／ＡＣコンバータ１３５が含まれていなくてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が双方向型である場合、電動車両１１０の１以上のバッテリからの電力を、電気負荷の段階的変化（例えばモータ始動過渡電流）の燃料電池システム１２５に対する影響を軽減するために燃料電池システム１２５が使用することもできる。このような実施形態においては、再生可能電源１１５を使用しなくてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が双方向型ではない場合、こうした負荷の段階的変化の燃料電池システム１２５に対する影響を軽減するために再生可能電源１１５を利用することができる。再生可能電源１１５は、１以上のバッテリ、１以上の超コンデンサ、１以上の太陽電池、配電網、地熱ユニット、熱起電サブシステム、熱光起電サブシステム、並びに／または電気を発生および／もしくは蓄積するように構成されたその他任意の装置を含むことができる。再生可能電源１１５は実施形態に応じ、燃料電池システム１２５と物理的に一体化（すなわち、そのケーシングに装着）しても、燃料電池システム１２５から離して設置してもよい。例示的実施形態においては、電動車両１１０の所有者は、自分のバッテリの使用に対する対価を受け取ることができる。支払いは、運転予備力控除、直接控除、現金等の形態とすることができる。

ルータ１３８は、燃料電池システム１２５から充電スタンド１０５および／または負荷１２０へと電力を導くのに用いることができる。ルータ１３８は、再生可能電源１１５から充電スタンド１０５および／または負荷１２０へと電力を導くのにも用いることができる。燃料電池システム１２５が可逆式燃料電池システムである場合、燃料電池システム１２５が充電モードまたは電解モードで稼働するときに、ルータ１３８は、再生可能電源１１５から燃料電池システム１２５に電力を供給させることもできる。ルータ１３８は、コンピュータ制御、ソフトウェア制御、および／またはハードウェア制御であってもよい電力ルータとすることができる。実施形態に応じて、ルータ１３８は、燃料電池システム１２５のケーシングの内部または外部に配置することができる。代替的実施形態においては、ルータ１３８は含まれていなくてもよい。

制御ユニット１４０は、燃料電池発電システム１００の構成要素間の相互作用を制御するのに用いることができる。制御ユニット１４０は、ルータ１３８を用いて、電動車両１１０に分配される電力の量、負荷１２０に分配される電力の量、電動車両１１０から受け取る電力の量、および再生可能電源１１５から受け取る電力の量を制御することもできる。一実施形態において、制御ユニット１４０は、充電電力を燃料電池システム１２５から供給すべきか再生可能電源１１５から供給すべきか判断することができる。この判断は、時刻、周辺温度、燃料電池システム１２５が使用する燃料の価格、燃料電池システム１２５からの電力の利用可能性、再生可能電源１１５からの電力の利用可能性等に基づいて行うことができる。同様の要因を用いて、負荷１２０に供給する電力の量と供給源を決定することもできる。別の実施形態においては、制御ユニット１４０を充電スタンド１０５の取引ユニット１５０と通信状態として、電動車両１１０に分配するまたは電動車両１１０から受け取る電力の量を制御することができる。制御ユニット１４０は、メモリ、プロセッサ、およびユーザーインターフェースを含むことができる。メモリは、プロセッサによる実行時に燃料電池発電システム１００に本明細書に記載する工程を行わせるコンピュータ可読命令を格納するのに用いることができる。ユーザーインターフェースは、ユーザーによる制御ユニット１４０の制御、プログラムミング、および／または無効オーバーライドを可能にすることができる。あるいは、少なくとも制御ユニット１４０の一部を回路ベースのものとしてもよい。

電動車両１１０は、例えば乗用車、トラック、スポーツ汎用車（ＳＵＶ：ｓｐｏｒｔｓ ｕｔｉｌｉｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅ）、バス、列車、自動二輪車、全地勢走行車、スノーモービル、トラクター、芝刈機、原動機付自転車等の地上用乗物とすることができる。また、電動車両１１０は、例えばボート、ジェットスキー等の水上用乗物であってもよく、例えば飛行機、グライダー等の飛行用乗物であってもよい。電動車両１１０は、外部充電機能を有するハイブリッド自動車、または厳密な意味での電動車両であってもよい。電動車両１１０は、１以上のバッテリなどの蓄積装置に蓄えられた電荷を少なくとも部分的に利用して作動することができる。この１以上のバッテリは、鉛酸電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、亜鉛空気電池、溶融塩電池、および／または当業者に周知のその他任意の種類の電動車両用バッテリとすることができる。一実施形態においては、電動車両１１０は、フロー電池またはその他の液体電解質電池を含むことができる。

上記１以上のバッテリを充電するため、電動車両１１０を充電スタンド１０５に搬送することができる。充電スタンド１０５は、電動車両１１０を保管する、および／または電動車両１１０の１以上のバッテリの充電を維持するのに使用することもできる。充電スタンド１０５は、電動車両１１０を搬送して電動車両１１０の１以上のバッテリを再充電することができる区画、駐車場所、またはその他の領域とすることができる。例えば、充電スタンド１０５は、駐車場内に位置する駐車場所であってもよい。一実施形態においては、充電スタンド１０５は、ガソリンスタンドと同様の機能を果たす電気サービスステーションと組み合わせてもよい。あるいは、充電スタンド１０５は、従業員用駐車場、食料雑貨品店の駐車場、映画館の駐車場、スポーツイベント用駐車場、路上の駐車場所、ガレージ、修理場、および／または電動車両１１０を駐車してもよいその他任意の場所にあってもよい。充電スタンド１０５は、電動車両１１０を駐車してもよいセメント厚板または他の構造物／領域を含むことができる。更に、充電スタンド１０５は、周囲を囲まれていてもよく、または部分的に囲まれていてもよい。例としては、充電スタンド１０５は、周囲環境から電動車両１１０を保護する助けとなる板すだれ（ベネチアンブラインド）またはその他の側壁を含むことができる。充電スタンド１０５は更に、降雨から電動車両１１０を保護するための屋根またはその他の頭上構造物を含んでもよい。あるいは、充電スタンド１０５は、その他任意の構成を含んでもよい。

充電スタンド１０５は更に、車両インターフェース１４５、取引ユニット１５０、廃熱ユニット１５５、および冷却ユニット１６０を含んでいる。燃料電池発電システム１００は、充電スタンド１０５の車両インターフェース１４５を介して電動車両１１０に連結することができる。車両インターフェース１４５は、電動車両１１０の１以上のバッテリを充電することができるように電動車両１１０を燃料電池発電システム１００と通電状態とする任意のインターフェースとすることができる。本明細書において使用した場合、通電とは直接または間接的な任意の電気的接続のことを指す。一実施形態において、車両インターフェース１４５は、標準的または特注の電気ソケット／コンセント（またはプラグ）とすることができる。このような実施形態においては、電動車両１１０はこの電気ソケット／コンセント（またはプラグ）と連結するように構成された電気プラグ（またはソケット／コンセント）を備えることができる。車両インターフェース１４５は、電動車両１１０の１以上の充電ターミナルに接続されるように構成された１以上のバッテリクランプの形態としてもよい。

一実施形態において、車両インターフェース１４５は、少なくとも、変圧器（またはＤＣ／ＤＣコンバータ）の一次巻線を含むことができる。このような実施形態においては、電動車両１１０は、この変圧器の二次巻線を含むことができる。この変圧器は、一次巻線および二次巻線を直接接触させずに通電状態とすることができるようなパドルとして形成することができる。電動車両１１０を変圧器に接続するため、一次巻線を収容するパドルを二次巻線を収容するパドルに取り付けることができるようになっている。電気が電動車両１１０に送られるように、誘導結合を用いてこの一次巻線と二次巻線をリンクさせることができる。従って、この一次巻線と二次巻線は、直接接触させずに通電状態とすることができる。このような実施形態においては、各電動車両が特定のバッテリに対応した特定の電圧を供給するように構成された特有の二次巻線を有することができるため、多くの異なる電気バッテリ電圧に対応することができる。誘導結合を用いる変圧器を使用することにより、このパドル構成によって高電圧接続部が完全に絶縁されるという点において、安全機能を提供することもできる。

一実施形態において、電動車両１１０は、整流器を含むことができる。この整流器は、標準的なＡＣ電力コンセントを通じて車両を住宅で充電できるように、交流（ＡＣ）を直流に変換するのに用いることができる。整流器は、ＤＣ電力を電動車両１１０の１以上のバッテリに流すように構成することもできる。このような実施形態においては、車両インターフェース１４５は、電動車両１１０の整流器を燃料電池発電システム１００と通電とするように構成されたプラグ、ソケット、クランプ、ワイヤー、またはその他任意の構成要素を含むことができる。

取引ユニット１５０は、プロセッサ、メモリ、およびユーザーインターフェースを含むことができる。取引ユニット１５０を使用して、電動車両１１０および／または電動車両１１０の所有者に関する情報の識別、電動車両１１０を充電するために支払うべき金額の判断、および／または電動車両１１０の所有者からの支払いの受領を行うことができる。識別された情報は、将来の取引に備えて取引ユニット１５０のメモリに格納することができる。ユーザーインターフェースを電動車両１１０の所有者が使用して、本人確認を行ったり、車両情報を入力したり、命令を与えたり、支払いをしたり、タイミング情報を入力したりすること等ができる。取引ユニット１５０のプロセッサは、車両インターフェース１４５、廃熱ユニット１５５、および／または冷却ユニット１６０を制御するのに使用することができる。代替的実施形態においては、充電スタンド１０５内の構成要素同士の相互作用を制御するために別体の制御ユニットを利用してもよい。

取引ユニット１５０によって識別される電動車両１１０に関する情報は、電動車両１１０が備えるバッテリ（単数または複数）の種類、電動車両１１０におけるバッテリ（単数または複数）の状態または調子、電動車両１１０におけるバッテリ（単数または複数）に関する温度制約、電動車両１１０におけるバッテリ（単数または複数）に対する充電速度の制約、および／または電動車両１１０におけるバッテリ（単数または複数）に残っている充電量を含むことができる。この情報は、バッテリ（単数または複数）を分析することにより、電動車両１１０の製造者のウェブサイト、電動車両１１０に関する保存文書、ユーザーインターフェースを通じて受信した入力事項等から車両インターフェース１４５を介して受信することができる。

取引ユニット１５０によって識別される情報は更に、電動車両１１０の所有者が再充電前に走行する予定でいる距離、運転手の目的地、目的地への希望到着時刻、目的地への経路等を含むことができる。この距離、目的地、希望到着時刻、および／または経路は、電気バッテリはどのくらい充電が必要なのか、および／またはバッテリの充電スケジュールを判断するのに用いることができる。この情報は更に、所有者が電動車両１１０を充電させることができる時間を含むことができ、これはバッテリを充電する速度を判断するのに用いることができる。更にこの情報には、所有者が本システムに電動車両１１０のバッテリ（単数または複数）に蓄積された電力を使用する許可を与えているかどうかを含むことができる。取引ユニット１５０は、この識別される情報を使用して、バッテリ（単数または複数）を充電する電圧、バッテリ（単数または複数）を充電する速度、およびバッテリの充電に対して支払うべき金額を判断することができる。また、この識別される情報および周辺温度を取引ユニット１５０が使用して、電動車両１１０のバッテリ（単数または複数）を充電中に加熱すべきか冷却すべきかを判断することもできる。当業者には周知のように、電気乗用車のバッテリをカ氏０度（Ｆ）以下の温度で充電または放電させると、バッテリの寿命に深刻な影響を及ぼす場合がある。従って、低温時に充電する場合はバッテリ（単数または複数）を保温しておくことが望ましいこともある。また、よく知られていることだが、バッテリを充電すると、Ｉ^２×Ｒ加熱が起こる場合がある。ここで、Ｉは充電電流、Ｒはバッテリの内部抵抗である。従って、高温時に充電する場合はバッテリ（単数または複数）を冷却しておくことが望ましいこともある。環境制御が望ましいと判断された場合は、取引ユニット１５０は、廃熱ユニット１５５にバッテリ（単数または複数）を加熱させるか、または冷却ユニット１６０にバッテリ（単数または複数）を冷却させることができる。

廃熱ユニット１５５は、燃料電池システム１２５からの廃熱を利用して少なくとも電動車両１１０のバッテリ（単数または複数）を加熱することができる。廃熱は、燃料電池システム１２５のアノードまたはカソードの排気システム、燃料電池システム１２５の燃料電池から放出される熱等から得ることができる。一実施形態において、廃熱ユニット１５５は、バッテリ（単数または複数）を保温しておくために廃熱を電動車両１１０の下側で循環させる１以上のファンまたは送風機を含むことができる。あるいは、電動車両１１０を駐車させる舗装部または他の表面内で加熱した流体を循環させることによって電動車両１１０の下側に廃熱を導くことができる。充電スタンド１０５の板すだれ（ベネチアンブラインド）、壁、天井、および／またはその他任意の構造物を使用して、熱損失を防ぎ、電動車両１１０を保温する助けとすることもできる。また、一実施形態において、電動車両１１０の加熱／冷却システムによって廃熱を供給してもよい。このような実施形態においては、加熱した空気によって廃熱を電動車両１１０に供給することができ、加熱／冷却システムの送風機／ポンプを廃熱ユニット１５５によって起動させて、電動車両１１０全体に加熱した空気を循環させることができる。電動車両１１０がフロー電池またはその他の液体電解質電池を含む場合は、廃熱ユニット１５５がバッテリから液体電解質を圧送し、液体電解質を廃熱と接触させ、加熱された液体電解質をバッテリに還流することができる。

廃熱ユニット１５５は更に、所定の時期に電動車両１１０を暖機するように構成することができる。例えば、充電スタンド１０５が電動車両１１０の所有者の仕事場の駐車場にあるかもしれない。取引ユニット１５０は、（ユーザー入力またはパターン認識に基づいて）所有者が毎日午後１２：００に昼食に出掛け、毎日午後５：００に仕事を終えることを認識することができる。従って、取引ユニット１５０は、所有者が運転席に着く際に電動車両１１０が暖まっているように、毎日午後１２：００および午後５：００の数分（すなわち、５〜１０分）前に廃熱ユニット１５５に電動車両１１０を加熱させることができる。同様に、充電スタンド１０５は、食料雑貨品店の駐車場に位置しているかもしれない。取引ユニット１５０および／または廃熱ユニット１５５は、食料雑貨品店の清算システムから清算情報を受信することができる。従って、所有者が清算レジにいるという表示があり次第廃熱ユニット１５５を用いて電動車両１１０を加熱することができる。電動車両１１０を加熱するかどうか、どの程度加熱するかに関する判断を、少なくとも部分的には周囲外温度に基づいて行うこともできる。

周辺温度が高い場合は、取引ユニット１５０が冷却ユニット１６０を使用して電動車両のバッテリ（単数または複数）を保冷しておくことができる。一実施形態において、冷却ユニット１６０は充電条件を改善するために電動車両１１０のバッテリ冷却ファンを直接作動させることができる。冷却ユニット１６０は更に、バッテリ室内で空気を循環させて冷却を助けるために、１以上の外部ファンおよび／または送風機を使用することができる。電動車両１１０が電気式空調（Ａ／Ｃ）ユニットを備えている場合は、冷却ユニット１６０は、冷却を助けるために、および／または、電動車両１１０の所有者が充電中に電動車両１１０内に留まっている場合に、所有者を快適に保つために充電中にＡ／Ｃシステムを直接作動させることができる。あるいは、燃料電池発電システム１００は、Ａ／Ｃまたは他の冷却ユニットを用いて大規模に冷気を発生させてもよい。この冷気は、同軸配線接続部を用いて直接電動車両１１０に吹き付ける、および／または吹き込ませることも可能である。例としては、同軸配線接続部の中心（または内側部分）が冷却ユニット１６０をＡ／Ｃユニットまたは電動車両１１０の他の構成要素に電気的に接続する配線を含むことができ、同軸配線接続の外側部分（または外周）を冷気を電動車両１１０に送るチューブとすることができる。あるいは、冷気またはその他の冷却された流体を送るために、その他任意の構成を用いてもよい。冷却ユニット１６０は更に、所定の時期（すなわち、所有者がその日の仕事を終えて職場を去る準備ができる直前、所有者が店の清算レジにいるという表示があり次第、等）に電動車両１１０を冷却するために使用することができる。

取引ユニット１５０は更に、電動車両１１０の充電に対して支払うべき金額を判断するのに使用することができる。一実施形態において、取引ユニット１５０は、充電コストを判断するために費用モデルを生成することができる。費用モデルは、燃料電池システム１２５を稼働させるための燃料コスト、配電網を通じて供給される電気のコスト、燃料電池システム１２５を運転および／または維持することに付随するその他のコスト、二酸化炭素（ＣＯ_２）税および控除、次のバッテリの再充電までの予測走行距離、顧客の優先事項、顧客が求める充電量、バッテリの調子、要求充電速度（すなわち、速いか遅いか）、充電中に電動車両１１０を加熱すべきか冷却すべきか、等を含む種々の要因に基づくものとすることができる。

取引ユニット１５０は更に、電動車両１１０の所有者からの支払いを受けて充電取引を完了させることができる。支払いは、クレジットカード、デビットカード、現金、またはその他任意の方法で行うことができる。取引を完了させることは、取引情報を伴う領収書を電動車両１１０の所有者に発行することを含むことができる。取引情報は、取引日、供給された充電量、充電コスト、提供された加熱または冷却のコスト、ＣＯ_２税／控除情報、充電中のバッテリの使用に対する控除額、顧客の位置づけ（すなわち、常連客、得意客等）、値引きまたはポイント付与などの顧客の利益情報、支払い情報、バッテリの状態、および／またはその他任意の情報を含むことができる。また、顧客に加えて、設置場所経営者（すなわち、充電サービスを提供した事業体）、燃料電池発電システム１００の所有者もしくは経営者（所有者／経営者が設置場所経営者と同一ではない場合）、および／または車両製造者にも、取引情報を提供することもできる。車両製造者はこの取引情報を使用して電動車両１１０のバッテリ（単数または複数）を修理または交換すべきかどうか判断することができる。

代替的実施形態においては、車両インターフェース１４５、取引ユニット１５０、廃熱ユニット１５５、および冷却ユニット１６０のうちの一部または全部を燃料電池発電システム１００に組み込んでもよい。このような実施形態においては、充電スタンド１０５は単に、燃料電池発電システム１００と相互作用をするために電動車両１１０が置かれる表面および／または構造物とすることができる。別の代替的実施形態においては、燃料電池発電システム１００および／または充電スタンド１０５の上述の構成要素のいずれかを組み合わせて１以上の単一ユニットとしてもよい。別の代替的実施形態においては、充電スタンド１０５は、燃料電池システム１２５および再生可能電源１１５に問題が発生した場合に電動車両１１０を充電するのに利用できる再生可能または代替的電力源を含んでもよい。

図２は、例示的実施形態による電動車両を充電するシステムが行う工程を示すフローチャートである。代替的実施形態においては、これよりも多い、少ないおよび／またはこれとは異なる工程が行なわれてもよい。更には、フロー図の使用は、実行される工程の順序について制限することを意図したものではない。工程２００において、本システムは、電動車両の情報および／または電動車両の所有者（または運転手）に関する情報を受信する。電動車両（図１を参照して説明した電動車両１１０であってもよい）を、図１を参照して説明した充電スタンド１０５などの充電スタンドに配置することもできる。

受信される情報には、電動車両を充電するのに利用し得る任意の情報を含むことができる。例えば、受信される情報は、電動車両の種類、電動車両におけるバッテリの種類、電動車両におけるバッテリの電圧、電動車両におけるバッテリの充電に関する温度定格および／または制約、バッテリの状態もしくは調子、電動車両におけるバッテリの望ましいもしくは指定された充電速度、所有者（または運転手）が車両に戻ってくる予定の時刻等を含んでもよい。これらの情報は、電動車両の所有者（または運転手）から１以上のユーザー入力を介して、電動車両から電動車両に接続された車両インターフェースを介して、電動車両の製造者のウェブサイトから、保存文書から、以前の取引に関する保存情報から、および／またはその他任意の情報源から得ることができる。

一実施形態において、受信される情報は、電動車両の運転手が向かおうとしている目的地、目的地への経路、および／または目的地への希望到着時刻を含むことができる。目的地、経路、および／または希望到着時刻は、電動車両から、電動車両の運転手から、電動車両の全地球位置測定システム（ＧＰＳ：ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）から、運転手と関係のあるスケジュール管理ソフトウェアまたはスケジュール管理ウェブサイトから、例えばグーグルマップ、マップクエスト、ヤフーマップ等の地図ソフトウェアまたは地図ウェブサイトから、および／またはその他任意の情報源から受信してもよい。本システムおよび／または電動車両は、この目的地、経路、および／または希望到着時刻を使用して、この経路でこの希望到着時刻にこの目的地に到着するのに十分な充電を電動車両のバッテリ（単数または複数）が確実に得られるようにすることができる。本システムおよび／または電動車両は更に、バッテリ（単数または複数）に供給すべきであると判断された充電量に基づいて電動車両にとって適切な充電スケジュールを決定することができる。

例としては、電動車両は、目的地、経路、および／または運転手が目的地に到着しているはずの時刻に基づいて、望ましい充電量および充電が完了しているべき時刻を判断してもよい。電動車両は、目的地および到着時刻を運転手の電子カレンダーから受信してもよい。経路は、地図ウェブサイト、地図ソフトウェア、ＧＰＳシステム等から受信することができる。あるいは、目的地、経路、および／または希望到着時刻は、運転手による手入力から、予定管理／スケジュール管理ウェブサイトから、ＧＰＳシステムから、地図ウェブサイトおよび／または地図ソフトウェア等から得てもよい。電動車両は、本システムに提供するために望ましい充電量および望ましい出発時刻を判断することができる。本システムは、受信される情報に基づいて、適切な充電スケジュールを決定することができる。あるいは、電動車両が適切な充電スケジュールを決定してもよい。別の代替的実施形態においては、本システムは、目的地、経路、および／または到着時刻を電動車両および／または上記のその他の情報源のいずれから受信してもよい。このような実施形態においては、本システムは、望ましい充電量、望ましい出発時刻、および／または適切な充電スケジュールを判断することができる。

工程２０５において、本システムは、充電中に加熱または冷却を用いるべきかどうか判断する。この判断は、少なくとも部分的には、電動車両が置かれた充電スタンドの周辺温度に基づいて行うことができる。この判断は、少なくとも部分的には、電動車両におけるバッテリの温度定格に基づいて行うこともできる。加熱または冷却を用いるべきであると判断された場合は、本システムは工程２１０において加熱または冷却を行う。例示的実施形態において、廃熱ユニット１５５に関して説明した上記の方法のいずれかに従って加熱が行われる。あるいは、その他任意の加熱源および／または方法を用いてもよい。同様に、冷却ユニット１６０に関して説明した上記の上記の方法のいずれかに従って冷却が行われる。あるいは、その他任意の冷却方法を用いてもよい。

加熱または冷却が提供された際、あるいは工程２０５で加熱または冷却を用いるべきではないと判断された場合は、工程２１５において充電源が決定される。例示的実施形態においては、充電源は、図１を参照して説明した燃料電池システム１２５などの燃料電池システムとすることができる。あるいは、燃料電池システムと通電状態にある再生可能電源（例えば再生可能電源１１５）を使用してもよい。充電スタンドに関連する別体の電力源を使用してもよい。どの電源を使用するかに関しての判断は、時刻、周辺温度、燃料電池システムが使用する燃料の価格、燃料電池システムからの電力の利用可能性、再生可能電源からの電力の利用可能性等の要因に基づいて行うことができる。

工程２２０において、図１を参照して説明した車両インターフェース１４５などの車両インターフェースを介して電動車両が充電される。電動車両は、上記のような二個構成のパドル変圧器を介して、電動車両の整流器を介して、プラグおよびソケット構成を介して、バッテリクランプ構成を介して、および／またはその他任意の方法によって充電することができる。

工程２２５において、本システムは、所定の時期に加熱または冷却を行うべきかどうか判断する。この所定の時期は、運転手が電動車両に戻ってくる数分前とすることができ、工程２００において受信した情報に基づいて決定することができる。あるいは、所定の時期は店の清算システムまたはその他の外部情報源から受信した情報に基づいたものとすることができる。この決定は、少なくとも部分的には、充電スタンドの周辺温度および／または充電スタンド外の周辺温度に基づいて行うこともできる。加熱または冷却を行うべきであると判断された場合、工程２３０において所定の時期に加熱または冷却が行われる。例示的実施形態においては、加熱または冷却は、図１の廃熱ユニット１５５および冷却ユニット１６０に関して先に説明したいずれかの方法に従って行うことができる。あるいは、その他任意の加熱および／または冷却方法を用いてもよい。

加熱または冷却が提供された際、あるいは工程２２５で加熱または冷却を用いるべきではないと判断された場合は、工程２３５において取引を完了させる。取引を完了させることは、充電サービスのコストを判断すること、充電サービスに対する代金を受領すること、および／または取引情報を伴う領収書を電動車両の所有者（または運転手）に発行することを含むことができる。取引情報は、取引日、供給された充電量、充電コスト、提供された加熱もしくは冷却のコスト、ＣＯ_２税／控除情報、充電中のバッテリの使用に対する控除額、顧客の位置づけ（すなわち、常連客、得意客等）、値引きもしくはポイント付与などの顧客の利益情報、支払い情報、バッテリの状態、および／またはその他任意の情報を含むことができる。顧客に加えて、設置場所経営者（すなわち、充電サービスを提供した事業体）、燃料電池発電システム１００の所有者もしくは経営者（所有者／経営者が設置場所経営者と同一ではない場合）、および／または車両製造者にも取引情報を提供することもできる。

本明細書において記載した構成要素はいずれも、実施形態に応じてハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実装することができる。更には、本明細書において記載した制御プロセスおよび他のプロセスはいずれも、コンピュータ可読媒体に格納された命令として実施されてもよい。プロセッサによって実行される場合、この命令は説明したようなプロセスを計算装置に実装させることができる。典型的なコンピュータ可読媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、スマートカード、フラッシュメモリ素子等を挙げることができる。

典型的実施形態の上記説明は、例示および説明を目的として提示されたものである。開示された厳密な形態に関して網羅したり、またはこれらに限定することを意図したものではなく、上記の教示に照らして修正および変形が可能であり、あるいは開示された実施形態の実施から修正および変形が得られ得る。本発明の範囲は、添付の請求の範囲とその均等物によって規定されるものである。

Claims (31)

1. 電動車両を充電する方法であって、
   電動車両に関する情報を受信するステップであって、前記情報の少なくとも一部が、前記電動車両のバッテリを燃料電池システムと通電させるように構成された車両インターフェースを介して受信されるステップと、
   直流−交流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータを使用せずに前記車両インターフェースを介して燃料電池システムから前記電動車両のバッテリに充電を供給するステップであって、少なくとも部分的には前記情報に基づいて充電を供給するステップと、
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記情報の少なくとも第二の部分が、ユーザー入力、格納された情報、または前記電動車両の製造者から得られる方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記情報が、前記電動車両の種類、前記バッテリの種類、前記バッテリの充電速度、前記バッテリの温度定格、充電を供給すべき時間、または次の充電までの予測走行距離のうちの１以上を含む方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも部分的には前記情報に基づいて、前記電動車両の前記バッテリに前記充電を供給する間に前記電動車両に熱を供給すべきかどうかを判断するステップを更に含む方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記熱を供給すべきであると判断された場合に前記バッテリに前記熱を供給するステップを更に含み、前記熱は前記燃料電池システムからの廃熱を含む方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記廃熱が循環空気または循環流体によって前記バッテリに供給される方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、
   前記バッテリが液体電解質電池を備え、
   前記液体電解質電池から液体電解質を圧送するステップと、
   前記廃熱を前記液体電解質に加えるステップと、
   前記液体電解質を前記液体電解質電池に戻すステップと、
   を更に含む方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   少なくとも部分的には前記情報に基づいて、前記電動車両の前記バッテリに前記充電を供給する間に前記電動車両を冷却すべきかどうかを判断するステップを更に含む方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記電動車両を冷却すべきであると判断された場合に前記電動車両を冷却するステップを更に含み、
   前記電動車両の空調ユニットによって、または前記電動車両の外部で生成された冷気の循環によって、前記冷却がなされる方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、
    電動車両の運転手が前記電動車両に戻ってくることが予定されている所定の時期に少なくとも部分的には基づいて、前記電動車両を加熱または冷却するステップを更に含む方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記加熱が前記燃料電池システムからの廃熱を用いて行われる方法。
12. 充電スタンドであって、
    電動車両に関する情報を受信するように構成された取引ユニットと、
    前記電動車両のバッテリを燃料電池システムと通電状態にするとともに、前記燃料電池システムから前記電動車両の前記バッテリに充電を供給するように構成された車両インターフェースと、
    前記充電を供給する期間の少なくとも一部において前記電動車両に熱を供給するように構成された廃熱ユニットであって、前記熱が、前記燃料電池システムからの廃熱を含む廃熱ユニットと、
    を備える充電スタンド。
13. 請求項１２に記載の充電スタンドであって、
    燃料電池システムを更に備える充電スタンド。
14. 請求項１２に記載の充電スタンドであって、
    電動車両の運転手が前記電動車両に戻ると予測される所定の時期に少なくとも部分的には基づいて、前記廃熱が前記電動車両に供給される充電スタンド。
15. 請求項１２に記載の充電スタンドであって、
    前記情報が前記バッテリの温度定格を含み、更には、少なくとも部分的には前記温度定格に基づいて、および少なくとも部分的には周辺温度に基づいて、前記廃熱が前記電動車両に供給される充電スタンド。
16. 請求項１２に記載の充電スタンドであって、
    前記充電を供給する期間の少なくとも一部において前記電動車両の前記バッテリを冷却するように構成された冷却ユニットを更に備える充電スタンド。
17. 請求項１２に記載の充電スタンドであって、
    前記車両インターフェースが変圧器の第１の巻線を備え、更には、前記変圧器の第２の巻線が前記電動車両に搭載されている充電スタンド。
18. 請求項１７に記載の充電スタンドであって、
    前記第１の巻線と前記第２の巻線との間の誘導結合によって前記充電が前記バッテリに供給される充電スタンド。
19. 請求項１２に記載の充電スタンドであって、
    前記車両インターフェースが、前記電動車両に取り付けられた整流器に接続するように構成されたコネクタを備える充電スタンド。
20. 請求項１２に記載の充電スタンドであって、
    前記情報が、目的地および前記目的地への希望到着時刻を含み、前記充電ユニットが少なくとも部分的には前記目的地に基づいて、および少なくとも部分的には前記希望時刻に基づいて、充電スケジュールを決定するように構成されている充電スタンド。
21. 請求項２０に記載の充電スタンドであって、
    前記目的地および前記希望到着時刻が前記電動車両の運転手の電子カレンダーから受信される充電スタンド。
22. 請求項２０に記載の充電スタンドであって、
    前記情報が前記目的地への経路を更に含み、前記充電スケジュールが少なくとも部分的には前記経路に基づいて決定され、更には、前記経路が地図ソフトウェアまたは地図ウェブサイトの少なくとも一方から受信される充電スタンド。
23. 燃料電池発電システムであって、
    直流（ＤＣ）信号を発生するようにように構成された燃料電池システムと、
    前記ＤＣ信号を前記燃料電池システムから受信し、前記ＤＣ信号を電動車両のバッテリ用の電圧に変換するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの前記変換されたＤＣ信号の少なくとも一部を前記電動車両を充電するために導くように構成されたルータと、
    を備えるシステム。
24. 請求項２３に記載の燃料電池発電システムであって、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータが発生させた前記電圧が第１の電圧範囲内にあり、第２の電圧範囲内の電圧を発生させるように構成された第２のＤＣ／ＤＣコンバータを更に備える燃料電池発電システム。
25. 請求項２３に記載の燃料電池発電システムであって、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータが双方向型であり、前記電動車両のバッテリからの電力を、負荷過渡電流への対処または負荷への電力供給に用いるために受け取ることができる燃料電池発電システム。
26. 請求項２３に記載の燃料電池発電システムであって、
    前記燃料電池システム、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、および前記ルータを制御するように構成された制御ユニットを更に備える燃料電池発電システム。
27. 請求項２３に記載の燃料電池発電システムであって、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータが変圧器の第１の巻線を備え、前記変圧器の第２の巻線が前記電動車両に搭載されており、更には、前記第１の巻線と前記第２の巻線との間の誘導結合によって前記変換されたＤＣ信号が前記電動車両に供給される燃料電池発電システム。
28. 請求項２７に記載の燃料電池発電システムであって、
    前記変圧器の前記第２の巻線の大きさが少なくとも部分的には前記バッテリの電圧に基づいている燃料電池発電システム。
29. 請求項２３に記載の燃料電池発電システムであって、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータと通電状態にある再生可能電源を更に備え、前記ＤＣ信号の少なくとも一部が前記再生可能電源に由来する燃料電池発電システム。
30. 請求項２３に記載の燃料電池発電システムであって、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータが調節可能なＤＣ／ＤＣコンバータを備える燃料電池発電システム。
31. 請求項２３に記載の燃料電池発電システムであって、
    直流−交流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータを使用せずに前記電動車両を充電するために、前記ルータが前記変換されたＤＣ信号の少なくとも一部を前記ＤＣ／ＤＣコンバータから充電スタンドに導くように構成されている燃料電池発電システム。

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