(57)【要約】      （修正有）【課題】巻き取り式コードリールの発熱を管理する車両充電システムを提供する。【解決手段】巻き取り式コードリールの発熱を管理する車両充電システムであって、バッテリー充電アッセンブリは、負荷管理システムと、バッテリーコネクタを伴う充電コードと、コードの除去又は損傷を検出する回路で構成され、負荷管理システムは、充電コードの巻かれた部分における熱集積を監視しコードを通して流れる電流を制御するために対応する信号を発信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車に供給する電流に制限を設ける負荷管理機構を含む車両充電システム（１０）であって、前記システムは、
ａ）電気コード及び車両コネクタアッセンブリ（１６）と、
ｂ）前記電気自動車に供給される前記電流を調整するために前記電気コード及び車両コネクタアッセンブリを介して提供されるパイロット信号（２４）と、
ｃ）前記電気コード及び車両コネクタアッセンブリ（４２）における熱集積を測定するセンサーと、
ｄ）前記電気コード及び車両コネクタアッセンブリにおける前記熱集積に対応する前記センサーからの入力を受信する前記車両充電システムに位置するプロセサー（３８）であって、前記プロセサーは前記電気自動車に供給される前記電流の前記レベルを制限するようにこのような入力に基づいて前記パイロット信号を修正する、前記プロセサー（３８）と、
を備える車両充電システム。
【請求項２】
前記電気コード及び車両コネクタアッセンブリは、電気自動車に充電するための電気コードを巻きとり、伸長させるスプールを含む巻き取り式コードリールを備える、請求項１に記載の車両充電システム。
【請求項３】
前記電気コード及び車両コネクタアッセンブリの中の前記熱集積を測定する前記センサーは、前記巻き取り式コードリールが前記スプールからどの程度引き出されたかを測定するセンサーを備える、請求項２に記載の車両充電システム。
【請求項４】
前記電気コード及び車両コネクタアッセンブリの中の前記熱集積を測定する前記センサーは、前記スプールに近い場所の前記温度を測定するサーミスタを備える、請求項２に記載の車両充電システム。
【請求項５】
前記電気コード及び車両コネクタアッセンブリの中の前記熱集積を測定する前記センサーは、前記スプールに近い場所の前記温度を測定するデジタル温度センサーを備える、請求項２に記載の車両充電システム。
【請求項６】
コードにおける検出導体をさらに備え、前記検出導体は、一方の端部を前記プロセサーに動作可能なように接続し、他方の端部を前記車両コネクタアッセンブリにおける抵抗に動作可能なように接続する、請求項１に記載の車両充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して電力を供給する巻き取り式コードリール装置における発熱の管理に関し、より具体的にはリールに部分的又は完全にコイル状に巻かれ得るコードにおける電流の流れにより、コードに損傷を与え、その有用寿命を短縮し、またはユーザに危険を及ぼす過度の熱が発生するという結果になることを確実に防止することに関する。バッテリー、例えば、電気自動車用のバッテリーを充電するのに使用されるコードは、使用しないときにコードを安全に保管し風雨や損傷から保護するために巻かれることが多い。
【０００２】
巻き取り式コードリールは、例えば空港の駐車場又は家もしくはオフィスのガレージにある充電ステーションの一部であってもよい。この充電ステーションは、コードリール並びに関連回路を含むポスト又は他の適当な構造であってもよい。もし公共の場所で使用されるなら、リールにコードを保管することは、銅目当てのコードの盗難から保護するのに役立つ。なぜなら充電スタンドは充電スタンドの使用を許可するためのカード・キー又は類似の手段の使用を要求できるからである。
【０００３】
コードは、バッテリーを充電するのに使用される際、部分的にだけ繰り出し得る。コードが部分的に又は完全に巻かれているときは、電流の流れにより発生する熱が電流を流すコードから容易には外に出ない。リールに巻かれるコードの量が多くなるほど、多くの熱が閉じ込められる傾向にある。リールに巻きつけて保管するのではなくコードが単にフックの上に弧を描いて垂れる程度でも、過熱は生じ得る。
【０００４】
本願で説明するコードリールアッセンブリは、巻き取られたコードの温度を１つ又は複数の位置で検知し、コードの電流の流れを制限するがコードが大幅に又は全部繰り出された場合にはより大きな電流が許容される、改良された機構を含む。したがって、電流値を完全に巻かれたコードに適する不必要に低い値に制限する必要はない。より大きい電流、したがって、より短い充電時間が可能となる。
【背景技術】
【０００５】
巻き取り式コードリールは、様々な種類のケーブルを巻きとりにより格納する様々な応用に使用されてきた。通常、リールは固定された端部及び巻き取り可能な端部を有してもよく、この巻き取り可能な端部は、リールから伸長しリールに戻って格納することができ、例えば、電気自動車におけるバッテリーに接続することができる。リールの使用により、コードの便利な保管が可能となる。このリールは、コードを損傷から保護もする、なぜなら、これを地面に置いたままにしなくてもよいからである。コードへの損傷が減少する。損傷した電気コードによりユーザを危険にさらすことも回避される。
【０００６】
リールを使用することは、電流の流れがコードにおいて熱を発生させるため、デメリットがある。電流が大きいほど多くの熱を発生する傾向がある。１つの用途としては、電気自動車の充電スタンドがある。もしユーザが自身の電気自動車を充電スタンドに非常に近い場所に駐車するなら、又はその自動車が小さいなら、自動車のバッテリーコネクタに届くのに十分なコードの短い長さを超えてコードを繰り出す必要はないことがある。充電スタンドから自動車まで電流が流れる時は、熱はコード内で発生する。コードの大部分はリールに巻かれているから、熱は容易に外に発散することができず、そのコードの温度は場合により充電スタンドの機能、又はユーザの安全が脅かされる程度にまで上がり得る。追加の要因として、車両運転者の多くはこの部品についての経験又は知識が不足していることがある。
【０００７】
（用語の定義）
次の用語は、出願された本出願の特許請求の範囲に使用され、法律の要件に従って最も広く、平易で普通の意味をもつことが意図されている。
「巻き取り式コードリール」は、Ｂｕｒｋｅによる特許文献１（この内容は参照により本出願に組み込まれる）、及びＢｕｒｋｅ他による特許文献２（この内容は参照により本出願に組み込まれる）に記載される種類の巻いたコードを有するケーブル格納装置及びケーブル管理システムを参照する。
【０００８】
電気自動車とは、再充電可能なバッテリーにより駆動される車両、及び再充電可能なバッテリーを含むハイブリッド推進を使用する車両を含め、任意の車両を意味する。
【０００９】
別の意味が可能な場合、最も広い意味を意図している。規定された特許請求の範囲に使用された全ての文言は、通常の、慣習となっている文法および英語の用法を意図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，０９４，３９６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０２６２１８５号明細書
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、１つ又は複数の次の特徴、要素又はこれらの組み合わせに関する。
１つの開示された実施形態は、少なくとも部分的に再充電可能なバッテリに駆動される車両に使用されるものも含めて、バッテリー充電スタンドのための巻き取り式コードリールにおける改良を指向している。この充電スタンドは、電源に接続される電気コードを含む。このコードの端部は、車両コネクタアッセンブリを有する。制御回路は、充電されるバッテリーに供給される電流を調整する。このリールは、コードにおける熱集積を測定する１つ又は複数の温度センサーを有する。制御回路は、１つ又は複数のセンサーから入力信号を受信するプロセサーを含む。このプロセサーは、この１つ又は複数のセンサーからの入力信号に関する出力信号を発信する。この出力信号は、コードが過熱しないようにバッテリーに供給される充電電流を制限する。このコードに発生する熱は安全に消散する。
【００１２】
他の実施形態では、開示された装置は、繰り出されたコードの量を測定するセンサーを含む。繰り出されたコードの長さが増加するにつれ、プロセサーは、その繰り出されたコードの長さを表わす入力信号を受信し、最大許容電流を増加させる出力信号を充電されるバッテリーに送信する。
【００１３】
したがって、開示された発明の目的の１つは、バッテリー充電スタンド、特にその充電コードの過熱を回避する機構を提供することであると理解され得る。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、充電されるバッテリーに供給されるべき最大の充電電流を流すことが可能となることである。
【００１５】
本発明の他の目的は、コードの損傷、又はそのコードの除去を検出することである。
【００１６】
請求項に係る発明の実施形態の全てが上述した本発明の目的のそれぞれを達成するとは限らないことに注意すべきである。例えば、ある請求項に係る本発明の実施形態は温度検出デバイスを必要としない。加えて、本発明のさらなる目的は、本発明の概要、好ましい実施形態の詳細な説明、及び添付される図面に示されることに基づいて明らかになる。このような本発明の目的、特徴、利点は、後続する発明の最良の実施形態の詳細な説明、及び添付される図面に示されることを考慮すると一層明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態におけるコードリールアッセンブリを有する充電スタンドのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の別のセンサーの実施形態で使用されるプリント板アッセンブリのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１から分かるように、充電システム１０は、交流（ＡＣ）１２０ボルトの電源入力１２を含む。ＡＣ電源は、リレー１４に接続され、リレー１４はこの場合、電源入力１２及び車両コネクタ１６との間の接続をメーク又はブレイクする２極単投スイッチである。このリレーは、ＡＣライン及びＡＣ＿ニュートラル及び／またはライン２（レベル２充電器の場合）のいずれかまたは両方のための接続を含み得ることを当業者は理解できる。この実施形態では、バッテリーは車両の駆動に使用されるから、車両コネクタ１６は、電気自動車のためのソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）により発行されたＳＡＥサーフィス車両推奨案Ｊ１７７２（ＳＡＥ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  Ｊ１７７２）、「ＳＡＥ電気自動車コンダクティブ充電カップラー（ＳＡＥ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒ）」に従って構成される。電気自動車が関係しない異なる応用に対しては、コネクタ１６は、Ｊ１７７２に準拠する必要はなく、その設計は、意図した使用の必要に応じて修正され得る。
【００１９】
コネクタ１６は、アース１８、ＡＣライン２０、ＡＣニュートラル２２及びパイロット信号２４との電気的接続を含む。変流器２８は、負傷からユーザを保護するため接地故障遮断の目的で使用される。リレー１４と、パイロット信号２４と、変流器２８とは、プリント板アッセンブリ２６に接続される。プリント板アッセンブリ２６は、リレー１４が開放か接続かを制御する。プリント板アッセンブリ２６でリレー１４とマイクロコントローラ３８の間のＡＣ接続入力は、マイクロコントローラ３８にリレー１４が開放か接続を示す信号を送信し得る。
【００２０】
電気自動車の充電に使用するときは、本願で説明するシステムの好ましい実施形態は、その機能が、カリフォルニア大気資源委員会（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ａｉｒ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ  Ｂｏａｒｄ）により説明され、カリフォルニア規則コードのタイトル１３、１９９９年米国電気工事規程（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ）の６２５条、及びＳＡＥ国際規格において成文化されているような、レベル１の充電器である。このようなシステムは、より低い電圧を使用し、したがってより安価であり、家庭や他の１２０ボルトＡＣ電源が容易に利用可能である場所での使用に適している。比較的低い電圧のため、充電時間が比較的長く、場合により電気自動車バッテリーのフル充電のためには１０−１２時間ほどかかることがある。しかし、特許請求の範囲で定義された本発明は、レベル１充電器のみならず、（例えば）上記と同じ規格でレベル２と指定された充電器にも適用可能であると当業者は理解することができる。
【００２１】
ＳＡＥ標準Ｊ１７７２による電気自動車用途のパイロット信号は、周波数が１ＫＨｚ（キロヘルツ）の方形波信号である。プラスマイナス１２ボルトの間で振幅が変動する。１２ボルト電源３０は、パイロット信号２４のための基準電圧を提供する。電源３０は、プリント板アッセンブリ２６上のマイクロコントローラ３８にも電源を供給する。パイロット信号２４は、車両とプリント板アッセンブリ２６との間で通信する。パイロット信号２４は、充電される車両バッテリーに流す電流の量を制御する。電流の量は、方形波のデューティサイクル、すなわちパルス周期により分割されるパルス幅を変えることにより変更できる。電気自動車に記憶された参照テーブルは、所与の電流に必要なデューティサイクルの変動量を含むが、「臨機応変に」本発明の教示を用いてアルゴリズムにより代替的にデューティサイクルが生成され得ることを当業者は理解できる。例えば、２６．７％のデューティサイクルは、Ｊ１７７２標準によれば１６アンペアの電流に相当する。
【００２２】
デューティサイクルは、繰り出したコードの量に従って本願の実施形態において変動する。この量は、直接的に又は間接的に決定され得る。例えば、電位差計４６は、使用でき、この電位差計４６は、どれだけの長さのコードが繰り出されているかを示し、したがって間接的にコードの巻かれている部分において発生するであろう熱の量を示す。巻かれているコードにおける熱の直接的な測定は、図２に示されるようにコードリールに取り付けられるサーミスタ、熱電温度計、又はデジタル温度センサー４０により実行できる。第３に、変流器２８及びリール回転センサー４６は、繰り出されたコードの所定の長さに対する最大電流を特定するマイクロコントローラ３８に記憶された参照テーブルと共に使用されてもよい。
【００２３】
センサーの種類にかかわらず、センサー信号は、図２に示されるようにプリント板アッセンブリ２６に送信される。この実施形態では、プリント板アッセンブリ２６は、リレー１４を制御するＡＣリレー制御装置３２を含む。パイロットドライバ３４は、プリント板アッセンブリ２６上にある。ドライバ３４は、コードを通して車両バッテリーに流れる電流の量を制御するためにパイロット信号のデューティサイクルを変調する。プリント板アッセンブリ２６上のパイロット・レベル・シフタ３６は、例えば自動車バッテリーがフル充電になるのに必要な電流を確認又は決定するために信号を自動車から受信することができる。温度センサー入力４２は、図２に示されるように電位差計、サーミスタ又はデジタル温度センサー４０からの信号を受信する。接地故障検出回路４４は、変流器２８からの入力を受信する。故障の検出によりマイクロコントローラ３８は、開放リレー１４を開放し、電流を遮断する。
【００２４】
リレー制御装置３２、ドライバ３４、シフタ３６、センサー入力４２、及び検出回路４４は、当業者によりプログラミングされ得るマイクロコントローラ３８に接続される。
１つの適切なマイクロコントローラとしては、カリフォルニア州、サンホゼ市のＡｔｍｅｌ社による「Ａｔｍｅｌ  ＡＴＭＥＧＡ３２８Ｐ」がある。
【００２５】
本開示には様々な変更や代替形式を適用する余地があるが、この出願書類の特定の例示的な実施形態は、一例として図面に示されており、また詳細に説明されている。しかし、開示された特定の実施形態に本開示を限定する意図はなく、反対に特許請求の範囲に定義された本開示の主旨と権利範囲に当てはまる、全ての変更、均等物、及び代替手段も本開示に含まれることを意図するものであると理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
2015092808000001.pdf