JPH06225404A - 電気自動車へのエネルギー伝達デバイスおよび方法 - Google Patents

電気自動車へのエネルギー伝達デバイスおよび方法

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JPH06225404A
JPH06225404A JP5269053A JP26905393A JPH06225404A JP H06225404 A JPH06225404 A JP H06225404A JP 5269053 A JP5269053 A JP 5269053A JP 26905393 A JP26905393 A JP 26905393A JP H06225404 A JPH06225404 A JP H06225404A
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JP
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energy
electric vehicle
determining
energy transfer
charging
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JP5269053A
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English (en)
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Ronald I Sims
アイ．シムズ ロナルド
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Ford Motor Co
Original Assignee
Ford Motor Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】定置エネルギー源から電気自動車へエネルギー
を伝達する方法およびデバイスを提供する 【構成】定置エネルギー源１２から電気自動車へエネル
ギーを伝達する方法は、該電気自動車のエネルギー要求
を決定するステップと、エネルギー伝達速度を導出する
ステップと、前記エネルギー源１２から前記電気自動車
へ該速度でエネルギーを伝達するステップとを含む。こ
の方法を実施するためのエネルギー伝達デバイス１０
は、定置エネルギー源１２と、前記電気自動車のエネル
ギー要求を決定する手段１６と、該要求に基づきエネル
ギー伝達速度を導出する手段１６と、前記エネルギー源
１２から前記電気自動車へ該速度でエネルギーを伝達す
る手段２４とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気自動車へのエネルギ
ーの供給に関する。特に、本発明は、電気自動車へのエ
ネルギーの伝達を制御するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車を商業的に成功させるために
は、電気自動車の動作範囲を拡大することが所望され
る。これを実現する１つの方法は、使用中における電気
自動車のエネルギー要求を最小化することである。エネ
ルギーの使用を減少させるために、軽い材料、高効率の
モータ、および空気力学的設計が、これまで用いられて
きた。しかし、これらの特徴は、所望の内部車室の温度
を保持するためのエネルギー要求を減少または解消しな
い。米国特許第５，０００，１３９号には、内燃機関を
自動的に起動し、かつ後に所定の温度設定に基づいて気
温制御装置を制御するための遠隔制御タイマの使用が開
示されている。この装置は、通常の起動装置におけるよ
りも優れた、より快適な予暖房または予冷房をされた自
動車を、操縦者に対して提供する。タイマおよびそれら
の動作のための遠隔作動信号を用いる装置に関連する問
題は、それらが操作者による入力を継続的に必要とする
ことである。開示された装置は、操作者がタイマを手動
整定すること、および装置を作動させることを要求す
る。
【０００３】昼間エネルギー料金が割引かれる時間を最
大限に利用するために電気自動車の蓄電池の充電を最適
化すること、および自動車の予想される次の使用のため
の蓄電池の十分な充電を保証することもまた所望され
る。タイマは、蓄電池の充電状態、および最も効率的な
エネルギー伝達速度を可能ならしめる最適の充電パラメ
ータを考慮しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】利用可能な効率を自動
的に実現するのに必要な情報を自動的に決定しうる装置
が所望される。また、操作者により常に行われる入力に
依存することなく、いかなる効率をも自動的に実現しう
る装置が所望される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明においては、電気
自動車へエネルギーを供給する方法およびデバイスが開
示される。本発明は、定置エネルギー源から電気自動車
へエネルギーを伝達する方法を提供し、この方法は、該
電気自動車のエネルギー要求を決定するステップと、エ
ネルギー伝達速度を導出するステップと、前記エネルギ
ー源から前記電気自動車へ該速度でエネルギーを伝達す
るステップと、を含む。
【０００６】この方法を実施するエネルギー伝達デバイ
スは、定置エネルギー源と、前記電気自動車のエネルギ
ー要求を決定する手段と、該要求に基づきエネルギー伝
達速度を導出する手段と、前記エネルギー源から前記電
気自動車へ該速度でエネルギーを伝達する手段と、を含
む。
【０００７】この方法および装置はさまざまな用途を有
するが、特に意図されている２つの用途には、電気自動
車の蓄電池を充電することと、電気自動車の蓄電池では
なく定置エネルギー源からのエネルギーを使用して所望
の内部車室温度を実現することと、が含まれる。電気自
動車へエネルギーを供給する方法は、該電気自動車のエ
ネルギー要求を決定するステップと、エネルギー伝達速
度を導出するステップと、前記電気自動車へ該導出され
たエネルギー伝達速度でエネルギーを伝達するステップ
と、を含む。
【０００８】本発明は、電気自動車の次の予想される使
用が行われる場合の近似を行うために使用ログを用い
る。この特徴は、エネルギーの最も効率的かつ経済的な
利用を保証するプロセスの自動的な実行を可能ならしめ
る。本発明の、これらの、およびその他の諸目的および
諸利点は、添付図面および以下の説明、および特許請求
の範囲によって明らかにされる。
【０００９】
【実施例】本発明は、電気自動車へエネルギーを供給す
る方法およびデバイスとして以下に説明される。さらに
詳しくいうと、本発明は、電気自動車における蓄電池の
充電と、内部車室の予暖房または予冷房のためのエネル
ギーの自動的な決定および供給と、を行うものとして説
明される。これらは、本発明の可能な適用形式の例であ
って、限定ではなく例示を目的とするものである。
【００１０】本発明は、電気アウトレットなどの定置電
源と電気自動車との間の全てのエネルギーを処理する完
全なエネルギー伝達デバイスを提供しようとするもので
ある。これとは別に、本発明は、蓄電池の充電または温
度管理などのさまざまな成分を単に調節するためにも用
いられうる。
【００１１】本発明の装置が蓄電池の充電器として用い
られる時は、それは、割引かれたエネルギー料金を利用
すると同時に蓄電池の充電特性を最適化する機会を与え
る。電気自動車は、需要が最低である期間中における低
価格の電気を用いるのに適していることが期待される。
これらの低需要期間は、一般に夜間にある。本発明はま
た、充電される個々の電池に特別に適合するように設計
された充電アルゴリズムを可能ならしめる。例えば、電
気自動車は、毎日職場への往復に同じ距離を走る通勤車
として使用される傾向があると思われる。この用途は、
蓄電池を毎日同量だけ放電させる傾向がある。ある種類
の蓄電池、例えばニッケルカドミウム蓄電池は、同量ず
つ繰返して放電せしめられる時には、メモリ効果（ｍｅ
ｍｏｒｙｅｆｆｅｃｔ）を示す傾向がある。蓄電池の充
電状態を測定し、かつ次の予想される使用を予測するこ
とにより、蓄電池は、このメモリ効果を回避するように
充電されうる。これら全ての特徴は、操作者による入力
なしに実現されうる。
【００１２】図１には、エネルギー伝達デバイス１０の
概略図が示されている。デバイス１０は、電気自動車上
に配置されることが期待される。デバイス１０は、通常
はＡＣ電気アウトレットである定置エネルギー源１２に
接続されている。本発明はまた、ＤＣ充電または誘導形
充電においても有用である。デバイス１０は、ＡＣ電流
をエネルギー分配センタ１４内へ受ける。分配センタ１
４は、エネルギーを制御器１６へ供給する。制御器１６
は、電気エネルギーの量および分配を制御する。制御器
１６は、スイッチ１８によってオーバーライドされ（ｏ
ｖｅｒｒｉｄｄｅｎ）、使用者制御器２０を経て次の予
想される使用の時間すなわち長さなどの、使用者の所望
の整定を受けうる。制御器１６は蓄電池２２に接続され
ており、充電電流を供給する。蓄電池制御器２３は、蓄
電池２２と制御器１６との間に接続され、蓄電池の充電
状態を測定し、蓄電池の充電を制御する。
【００１３】制御器１６は、電気エネルギーを受け、ま
た送る入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス２４を含む。Ｉ／Ｏデ
バイス２４は、ソリッドステートまたは機械的スイッチ
ングデバイスを含みうる。コンピュータ処理ユニット２
６は、デバイス２４の動作を制御する。固定メモリ２８
は、制御器１６のための初期および全体的動作パラメー
タを与える。ランダムアクセスメモリ３０は、電気自動
車の使用上の必要に適合するように制御器１６の動作を
設計するための自動車の使用パラメータを記憶するのに
用いられる。
【００１４】図２は、本発明の装置の動作を表す概略的
フローチャートを示す。電気自動車は、実際に使用され
ていない時、定置電源１２に接続されている。センタ１
４は、スイッチ１８の位置を検知する。もし、オーバー
ライドスイッチ１８が作動されていれば、予想される使
用または１日内の時刻に関係なく、蓄電池は所定のエネ
ルギー伝達速度で充電される。この特徴は、好機会すな
わち好都合時における充電のために有用である。好機会
すなわち好都合時充電は、電気自動車が、その正規の夜
通しの駐車位置にない時に行われる。該所定の伝達速度
は、蓄電池をできるだけ短時間で再充電するために、通
常は全電力電流におけるものである。
【００１５】もしオーバーライドスイッチがオフ位置に
あれば、デバイス１０は蓄電池のエネルギー要求を決定
する。蓄電池制御器２３は、蓄電池２２の充電状態を、
オンになる基準に基づいて記録する。充電の状態および
日付および時刻は、デバイス１６へ供給されてメモリ３
０に記憶される。この情報は、次の予想される使用およ
び旅行期間を予測するためのデータベースを形成する。
例えば、コンピュータ２６は、１日内の何時に自動車が
使用されたかと、それぞれの個々の旅行およびそれぞれ
の往復旅行のために必要とされるエネルギーと、週内の
蓄電池が使用される曜日と、１日内の自動車が再充電を
受ける時刻とを知る。
【００１６】制御器２３は、蓄電池の充電状態の測定値
を制御器１６へ供給する。ＣＰＵ２６は、固定メモリ２
８に問い合わせを行って完全に充電された蓄電池のエネ
ルギーを確かめ、次に充電された蓄電池と測定された充
電との間の差を取って、蓄電池２２を完全な充電状態に
するのに要するエネルギーを決定する。ＣＰＵ２６は、
メモリ３０に問い合わせを行って、次に予想される自動
車の使用と、この次の使用のために要するエネルギーと
を確かめる。ＣＰＵ２６は、クロック３２に問い合わせ
を行って、次の予想される使用以前に充電のために利用
できる全時間を決定する。ＣＰＵ２６は次に、蓄電池２
２を充電するのに最も効果的かつ効率的な手段を決定す
る。一般に、蓄電池２２は、次の予想される自動車使用
を行うのに十分なレベルまで充電され、充電は、電気の
使用料金が最低になった時に開始される。もし電気自動
車が、この低料金の期間内に充電されえなければ、ＣＰ
Ｕ２６は入出力デバイス２４へ信号を送り、高料金の時
に早期に充電を開始して、自動車が次の予想される使用
のために少なくとも最小限に充電されることを保証す
る。
【００１７】特定の蓄電池に対する充電を最適化するの
には、さまざまな充電アルゴリズムが可能である。例え
ば、蓄電池は、それらの充電状態、温度、充電電圧およ
び電流、および他の諸因子に基づき、異なった充電を受
ける。これらのパラメータのそれぞれは、個々の蓄電池
における特定の充電アルゴリズムを最適化するように改
変されうる。例えば、ニッケルカドミウム蓄電池は、蓄
電池が同じ充電状態まで繰返し部分的に放電される時、
メモリ効果を示す。蓄電池は、その全体的エネルギー容
量を減ずる傾向を示す。このメモリ効果を避けるため
に、デバイス１６は、次の予想される使用を予測して、
蓄電池２２内にこの予想される使用に適合するのには十
分であるが、しかもなお蓄電池２２を完全な充電状態に
はしない、貯蔵エネルギーが存在するように保証しう
る。それが次に、その時正常である低充電状態まで放電
されるように、それは部分的にのみ充電される。これ
は、ニッケルカドミウム蓄電池を、毎日ほぼ同じ走行距
離を走る通勤車への応用に用いる時、特に重要である。
ＣＰＵ２６が、次の予想される使用がしばらくの間行わ
れないであろうことを認識した時には、それはデバイス
２４に信号を送って、蓄電池２２を完全な充電を受ける
前に放電させる。
【００１８】図３ａから図３ｃまでは、本発明を用いた
典型的な充電アルゴリズムを示す。図３ａは、好時機充
電を示す。自動車は、ある時間全電力で充電される。図
３ｃは、高エネルギー料金の間の低電力での充電と、次
の低料金の期間中における充電電力の高電流への増大
と、を示す。図３ｂは、高料金だが低電力レベルでの充
電の開始と、その後の低料金における電力レベルの増大
と、を示す。充電は、高料金になっても高電力レベルに
留まっているが、蓄電池が完全に充電される前に終了す
るので、全エネルギー伝達電力は気温（ｃｌｉｍａｔ
ｅ）制御デバイスへ送ることができる。
【００１９】蓄電池の充電と別個に、または一緒に、本
発明の装置は、自動車の内部区画室を暖房または冷房す
るための気温制御デバイスとしても使用できる。気温制
御デバイス３４は、自動車の内部車室を暖房または冷房
するためのエネルギーをデバイス２４から受け取る。自
動車の内部車室を暖房または冷房しうる適切な気温制御
デバイスは、熱電冷却器、熱ポンプ、抵抗性加熱器、お
よびモータ駆動圧縮器を含む。デバイス３４は、プロー
ブ３８および４０からそれぞれ内部および外部温度を受
け取る気温制御器３６と集積される。デバイス１６は、
制御器２０からの所望温度と共に気温情報を受け取る。
デバイス１６は、現在の内部車室温度と所望温度との差
を決定し、該車室を所望温度まで暖房または冷房するの
にデバイス３４が必要とするエネルギー量を計算する。
外部温度は、不必要な暖房または冷房を避けるためにモ
ニタされる。
【００２０】次の予想される使用の前に、デバイス１６
が、自動車を定置電源１２からのエネルギーによって予
暖房または予冷房しうるようにするために、メモリ３０
から１日内の時刻および週内の曜日の情報が問い合わせ
される。図３ｂには、蓄電池の充電と気温制御との双方
のためのエネルギー伝達のグラフが示されている。実線
は蓄電池の充電に用いられるエネルギーを示し、破線は
気温制御に用いられるエネルギーを示す。通常の住宅用
の配線は、全電力による蓄電池充電と気温制御とを同時
に行いえない。この状況においては、図３ｂのグラフに
示されているように、蓄電池充電を気温制御を始める前
に終了することが所望される。図３ｃのグラフは、同時
的な蓄電池充電と気温制御とを示しているが、これは低
電力レベルにおけるものである。伝達されるエネルギー
の総量が、関連する電気回路の電力処理能力を超えるこ
とはない。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、特定の応用における最も効率
的なエネルギーの使用が決定される、適応形または知能
形エネルギー伝達方式の使用を可能ならしめる。例え
ば、蓄電池が完全に充電される前に蓄電池充電を終了さ
せ、気温制御を開始することによって自動車の全走行距
離を増大させる方がより効率的でありうる。本装置はま
た、電気回路に過度の負担をかけないように、気温制御
が蓄電池充電と共に行われうるようにする。もし自動車
が熱エネルギー貯蔵デバイスを備えていれば、過剰な暖
房または冷房エネルギーを、低エネルギー料金の間にこ
の熱エネルギー貯蔵デバイスへ送り、後に自動車の動作
に用いうる。
【００２２】本発明は、以上においては、自動車の蓄電
池充電および温度制御の方法として説明された。スーパ
キャパシタの充電、内燃機関の予熱、ファン、モータ、
および他の電気デバイスの運転など、定置電源から自動
車へのエネルギー伝達を必要とする他の応用もまた、本
発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の構成を示す概略ブロック
図。
【図２】本発明の１実施例によるエネルギー伝達速度の
計算のフローチャート。
【図３】ａ、ｂ、およびｃは、本発明により導出された
代表的なエネルギー伝達速度を示すグラフ。
【符号の説明】
１０ エネルギー伝達デバイス １２ 定置エネルギー源 １６ 制御器 ２２ 蓄電池 ２４ 入出力デバイス ３４ 気温制御デバイス

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 定置エネルギー源から電気自動車へエネ
    ルギーを伝達する方法であって、 該電気自動車のエネルギー要求を決定するステップと、 エネルギー伝達速度を導出するステップと、 前記エネルギー源から前記電気自動車へ該速度でエネル
    ギーを伝達するステップと、 を含む、定置エネルギー源から電気自動車へエネルギー
    を伝達する方法。
  2. 【請求項２】 前記エネルギー要求決定ステップが、 使用ログを解析するステップと、 該使用ログを更新するステップと、 をさらに含む、請求項１記載のエネルギー伝達方法。
  3. 【請求項３】 前記エネルギー伝達速度導出ステップ
    が、 前記エネルギー源から利用可能なエネルギーを解析する
    ステップと、 該エネルギーを伝達する期間を決定するステップと、 該利用可能エネルギーおよび該期間を解析して前記エネ
    ルギー伝達速度を導出するステップと、 をさらに含む、請求項１記載のエネルギー伝達方法。
  4. 【請求項４】 前記エネルギー伝達ステップが、蓄電池
    を充電するステップをさらに含む、請求項１記載のエネ
    ルギー伝達方法。
  5. 【請求項５】 前記エネルギー伝達ステップが、前記電
    気自動車の気温制御デバイスを動作させて所望の内部区
    画室温度を実現するステップをさらに含む、請求項１記
    載のエネルギー伝達方法。
  6. 【請求項６】 電気自動車の蓄電池を充電する方法であ
    って、 該蓄電池のエネルギー要求を決定するステップと、 該エネルギー要求に基づいて蓄電池の充電速度を決定す
    るステップと、 該蓄電池へ該速度でエネルギーを伝達するステップと、 を含む、電気車両の蓄電池を充電する方法。
  7. 【請求項７】 前記エネルギー要求決定ステップが、 前記蓄電池のエネルギーを測定するステップと、 使用ログを解析して、予想される使用のための最小エネ
    ルギー量を決定するステップと、 前記測定および該最小エネルギー量を解析して前記エネ
    ルギー要求を決定するステップと、 をさらに含む、請求項６記載の充電方法。
  8. 【請求項８】 前記充電速度決定ステップが、 定置エネルギー源から利用可能なエネルギーを解析し
    て、電流時間を決定するステップと、 使用ログを解析して、前記電気自動車の予想される使用
    の時間を決定するステップと、 前記電流時間および該予想される使用に基づいて、充電
    期間を計算するステップと、 前記利用可能エネルギー、該充電期間、および前記エネ
    ルギー要求を解析して、前記充電速度を決定するステッ
    プと、 をさらに含む、請求項６記載の充電方法。
  9. 【請求項９】 電気自動車の気温制御装置へエネルギー
    を供給する方法であって、 該装置のエネルギー要求を決定するステップと、 該エネルギー要求に基づいてエネルギー伝達速度を決定
    するステップと、 該速度で前記装置へエネルギーを伝達するステップと、 を含む、電気自動車の気温制御装置へエネルギーを供給
    する方法。
  10. 【請求項１０】 前記エネルギー要求決定ステップが、 周囲温度を測定するステップと、 使用ログを解析して所望の温度を決定するステップと、 前記測定された温度および該所望温度を解析して、前記
    エネルギー要求を決定するステップと、 をさらに含む、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記エネルギー伝達速度決定ステップ
    が、 定置エネルギー源から利用可能なエネルギーを解析する
    ステップと、 電流時間を決定するステップと、 使用ログを解析して、前記電気自動車の予想される使用
    の時間を決定するステップと、 前記電流時間および該予想される使用に基づいて、温度
    調節期間を計算するステップと、 前記利用可能エネルギー、該温度調節期間、および前記
    エネルギー要求を解析して、前記エネルギー伝達速度を
    決定するステップと、 をさらに含む、請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 電気自動車のためのエネルギー伝達デ
    バイスであって、 定置エネルギー源と、 前記電気自動車のエネルギー要求を決定する手段と、 該要求に基づきエネルギー伝達速度を導出する手段と、 前記エネルギー源から前記電気自動車へ該速度でエネル
    ギーを伝達する手段と、 を含む、電気自動車のためのエネルギー伝達デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記エネルギー要求決定手段が、 エネルギー使用ログと、 該使用ログを更新する手段と、 を含む、請求項１２記載のエネルギー伝達デバイス。
  14. 【請求項１４】 前記エネルギー伝達速度導出手段が、 前記定置エネルギー源から利用可能なエネルギーを解析
    する手段と、 前記エネルギーを伝達する期間を決定する手段と、 前記利用可能エネルギーおよび該期間を解析して、前記
    エネルギー伝達速度を導出する手段と、 を含む、請求項１２記載のエネルギー伝達デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記エネルギー伝達手段が前記電気自
    動車上の蓄電池充電器をさらに含む、請求項１２記載の
    エネルギー伝達デバイス。
  16. 【請求項１６】 前記エネルギー伝達手段が、前記定置
    エネルギー源からエネルギーを受けて所望の内部区画室
    温度を実現するための、前記電気自動車の気温制御デバ
    イスをさらに含む、請求項１２記載のエネルギー伝達デ
    バイス。
  17. 【請求項１７】 前記気温制御デバイスが、 熱電デバイスと、 該熱電デバイスを制御して前記所望温度を実現する手段
    と、 を含む、請求項１６記載のエネルギー伝達デバイス。
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