(57)【要約】  いくつかの実施例において、本発明は、１以上の電源システムと、これに接続された単数または複数の電気車両を具え、当該単数または複数の車両に供給される電力量を変化させて負荷ベースの電力系統の周波数調整を提供する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車両に周波数応答充電を行う方法において：
ａ）電気車両充電設備を用いて外部電力のグリッド周波数を検知するステップと、
ｂ）検知されたグリッド周波数のファンクションに応じて電気車両の充電負荷（ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｌｏａｄ）を制御するステップと、を具えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、検知した周波数周波数を用いて、前記電気車両の充電負荷を、（ａ）グリッド周波数誤差、（ｂ）グリッド周波数誤差の微分、（ｃ）グリッド周波数誤差の積分、（ｄ）検知したグリッド周波数の他のファンクション、（ｅ）これらの組み合わせ、の少なくとも１に比例して変化させるステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記充電負荷を制御するステップは、（ａ）有線信号、（ｂ）無線信号、（ｃ）電力線信号、の少なくとも１を用いて車両チャージャを制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記充電負荷を制御するステップは、パルス幅変調パイロット信号を用いて前記車両チャージャを制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記電気車両の充電負荷を制御するステップは、パルス幅変調パイロット信号を用いるステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記電気車両の充電負荷を制御するステップは、前記外部電力のグリッド周波数誤差に応答して充電負荷を制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
ａ）前記電気車両充電設備を用いて前記グリッド周波数誤差を特定するステップと、
ｂ）前記電気車両内の充電負荷を前記グリッド周波数誤差に応じて制御するステップと、を具えることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記電気車両の充電負荷を制御するステップは、前記電気車両充電設備を用いて前記電気車両内の電気車両チャージャに指示するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記電気車両の充電負荷を制御するステップは、前記電気車両充電設備内の電気車両チャージャそ制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記充電負荷を制御するステップは、前記電気車両に許容された電流供給範囲内でチャージャ用の調整された供給電流の範囲を選択するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記充電負荷を制御するステップは、ターゲット周波数を中心とする公共電力のデッドバンド範囲内である周波数の値でグリッド周波数誤差を補償するように、チャージャへの供給電流の範囲を制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
公共電力の地域制御誤差の調整方法において、
ａ）電気車両充電設備を用いて公共電力のグリッド周波数を検知するステップと、
ｂ）検知したグリッド周波数のファンクションと、外部から供給された値のファンクションの組み合わせに応じて電気車両の充電負荷を制御するステップと、を具えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記制御は、検知した周波数のファンクションと外部から供給された交換誤差の双方に応じた制御を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記電気車両の充電負荷を制御するステップは、前記車両の充電負荷の周波数依存部分を、（ａ）グリッド周波数誤差、（ｂ）グリッド周波数誤差の微分、（ｃ）グリッド周波数誤差の積分、（ｄ）検知したグリッド周波数の他のファンクション、（ｅ）これらの組み合わせ、の少なくとも１に比例して変化させるステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、前記検知したグリッド周波数のファンクションに応じて制御するステップは、グリッド周波数誤差に応じて制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法において、前記検知したグリッド周波数のファンクションに応じて制御するステップは、グリッド周波数誤差に応じて制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
電気車両の充電方法において、
ａ）前記電気車両の外部の電気車両充電設備を用いて公共電力の周波数を検知するステップと、
ｂ）前記公共電力の周波数誤差を低減するように、前記電気車両充電設備を用いて、前記電気車両内のバッテリチャージャを制御するステップと、を具えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記制御は、前記バッテリチャージャに供給される充電負荷を調整するために、（ａ）グリッド周波数誤差、（ｂ）グリッド周波数誤差の微分、（ｃ）グリッド周波数誤差の積分、（ｄ）検知したグリッド周波数の他のファンクション、の少なくとも１を用いることを特徴とする方法。
【請求項１９】
電力グリッドに人工的な慣性（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｉｎｅｒｔｉａ）を供給する方法において、周波数誤差の微分を用いて公共電力グリッドに接続されたバッテリチャージャを制御して、前記バッテリチャージャが供給する充電負荷を、前記公共電力グリッドの周波数誤差の変化レートを低減するように調整するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記バッテリチャージャの制御は、前記公共電力グリッドの実際の電力の不均衡を保証するように制御することを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、前記充電負荷の制御は、電気車両内のチャージャの制御を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、前記充電負荷の制御は、電気車両充電設備内のチャージャの制御を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
周波数応答充電方法において、
ａ）電気車両充電設備を用いて公共電力の周波数を検知するステップと、
ｂ）接続された電気車両の最大充電レートパラメータと最小受電レートパラメータを検知することにより調整された充電範囲を特定するステップと、
ｃ）前記調整された充電範囲内で充電レートパラメータを調整して、検知されたグリッド周波数のファンクションに応じて電気車両の充電負荷を制御するステップと、を具えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１８に記載の方法において、最大充電レートパラメータの特定は、（ａ）最大充電電流の特定、または（ｂ）最大充電電力の特定、の少なくとも１を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１８に記載の方法において、前記充電レートパラメータの調整は、検知した周波数を用いて前記電気車両への充電パラメータを、（ａ）グリッド周波数誤差、（ｂ）グリッド周波数誤差の微分、（ｃ）グリッド周波数誤差の積分、（ｄ）検知したグリッド周波数の他のファンクション、（ｅ）これらの組み合わせ、の少なくとも１に比例して変化させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１８に記載の方法において、さらに、平均充電レートを増減する目的で、（ａ）最大充電レートパラメータまたは（ｂ）最小充電レートパラメータの少なくとも１を再設定するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
公共電力グリッドの周波数誤差を補償するシステムにおいて、
ａ）周波数変動を有する公共電源と、
ｂ）車両搭載チャージャを有する電気車両と、
ｃ）電気車両充電設備であって、
（ｉ）公共電力入力と、
（ｉｉ）電気車両供給出力と、
（ｉｉｉ）出力を有する周波数検出部と、
（ｉｖ）前記周波数検出部の出力に基づいて周波数誤差を特定し、当該周波数誤差に基づいて充電レートパラメータを特定するのに適合するプロセッサと、
（ｖ）電気車両の充電レートを前記周波数誤差に応じて制御するように、前記充電レートパラメータを前記電気車両に指示するのに適合する回路と、を具えることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
公共電力グリッドの周波数誤差を保証するシステムにおいて、
ａ）周波数変動を有する公共電源と、
ｂ）前記公共電源に接続された複数の電気車両充電設備と、
ｃ）車両搭載チャージャを有する電気車両を充電するための複数の電気車両チャージャと、
ｄ）周波数のファンクションに応じて前記電気車両の充電レートを制御するように、前記電気車両の充電負荷を設定するのに適合した電気車両充電設備と、を具えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ブルックスらによる２０１２年３月２８日提出の米国暫定特許出願第６１／６１７，０３９号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
電力系統（Ｕｔｉｌｉｔｙ  ｇｒｉｄｓ）において、周波数を一定に維持するために発電と負荷が平衡している必要がある。発電と負荷が不均衡である場合、グリッド周波数が変化する。グリッド周波数の調整は、発電所においてその発電出力を名目値から上下に変化させることで実現できる。しかしながら、発電所は調整コマンドに対する応答が比較的遅く、したがってこの方法におけるグリッドの修正も非常に遅くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１Ａ−Ｂは、本発明の１以上の実施例にかかる電気車両および電力系統に接続されたＥＶＳＥを示す。
【図２】図２Ａ−Ｂは、本発明の１以上の実施例にかかる電気車両電源設備のブロック図である。
【図３】図３Ａ−Ｃは、本発明の１以上の実施例にかかるグラフであり、検知されたグリッド周波数、算出された周波数変化レート、いずれも周波数誤差または周波数変化レートに比例する車両供給電力（ｖｅｈｉｃｌｅ  ｃｏｍｍａｎｄｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）とともに、最大および最小の充電値を示す。
【図４】図４Ａ、４Ｂは、本発明の１以上の実施例にかかる車両の応答例を示すグラフである。図４Ｃは、車両の充電力に対する検知されたグリッド周波数を示す車両応答例のグラフである。
【図５】図５は、グリッド障害による周波数偏位を示す周波数と時間のグラフである。
【図６】図６Ａ、６Ｂは、本発明の１以上の実施例にかかる、検知されたグリッド障害での負荷降下のグラフである。
【図７】図７は、本発明の１以上の実施例にかかる方法のフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の１以上の実施例にかかる方法のフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の１以上の実施例にかかる、ＥＶＳＥ最大可能電流と車両充電器電流の流れを示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の１以上の実施例にかかる充電電流値の定義を示す。
【図１１】図１１Ａ、１１Ｂは、本発明の１以上の実施例にかかる、開始時の自動較正と充電中の自動較正を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の１以上の実施例にかかる充電のケースの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
電力系統において、発電と負荷に不均衡が存在する場合、周波数レートの変化は不均衡の量に比例する。グリッドに結びつけられた回転発電所は慣性を有し、これが与えられた発電と負荷の不均衡での周波数変化レートを決定する。与えられた電力不均衡において、発電所の慣性が大きいほど周波数変化レートが遅くなる。
【０００５】
グリッドのオペレータは、グリッド周波数の調整を模索すべく制御ループを実行する。これらのループは、瞬間のグリッド周波数とターゲット周波数（米国では通常６０Ｈｚ）の差を入力として使用する。これらの制御ループには、周波数調整（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ、または単に調整）と呼ばれるグリッド補助サービスが設けられる。調整補助サービスにより、本サービスの提供を契約したグリッドのリソースの出力電力や負荷をグリッドオペレータが直接制御することができる。
【０００６】
一般に、調整コマンドは４秒毎に送出される。歴史的に調整は発電所によりその発電出力を名目値から上下に変化させて行われる。可変の負荷と蓄電システムも調整サービスを提供可能であり、抽出電力量の変化による負荷と、グリッドから取るかグリッドに戻される電力量の変化による蓄電である。
【０００７】
発電所は、調整コマンドに対する反応が比較的遅い。負荷と蓄電は、より早く反応して相対値を上げる可能性がある。近年の米国のポリシーの変更は、より早く正確な反応に報いる「パフォーマンスに払う」料金を指定している。
【０００８】
巨大発電所などの電力グリッドで、当該グリッドの発電のステップ変更となるずれなどの障害事象がたまにある。これは負荷に対する大きな瞬間発電の不均衡を生じ、これが図５、６に例示するグリッド周波数の非常に早い降下の原因となる。
【０００９】
従来の調整補助サービスは、これらの事象のうちの１つの最初の数秒に影響を与えるには遅すぎるかラグがありすぎる。これらの事象は即時に負荷を大幅に低減するか、および／または発電を増大させて周波数の過渡現象を最低限に抑える必要がある。これは、このような周波数の過渡現象が局所的に検知された場合に自動的に負荷を遮断するとともに、調整器を有する発電所ではターゲット周波数（例えば６０Ｈｚ）からの周波数誤差に比例して発電を増減することを通じて対処されてきた。
【００１０】
これらの短期障害の軽減評価の効率の基準が、グリッド周波数応答特性である：グリッド周波数の最大誤差（通常は１Ｈｚの数十分の一単位）に対する元のグリッド障害の電力欠損の比であり、例えば２００ＭＷ／０．１Ｈｚである。
【００１１】
発電所の調整器の応答は一般に、発電器に何も変化しないよう指令する周波数誤差デッドバンドを含めてプログラムされる。このデッドバンドは、明らかに小さくても（一般に０．０１から０．０２Ｈｚ）通常および障害の状況で応答品質を減じてしまう。
【００１２】
局所的に検知されたグリッド周波数に応じて上限と下限の間で平滑に出力電力を変更できる負荷は、非常に高品質のグリッドサービスを提供しうる。その早い反応のため、このようなサービスは２つの既存のサービスを同時に履行しうる：（１）グリッド障害への迅速な応答（一般に周波数応答と呼ばれ、４秒間隔で更新される電流調整サービスより早く動作する必要がある）、（２）伝統的な調整サービス、である。また負荷は発電器の調整器の周波数応答を補完するか完全に置換し、非常に反応が早く高品質であり、システムパフォーマンスを低下させるデッドバンドもない。
【００１３】
［周波数反応充電］
実施例において、本発明は１以上の電源システムと、これに接続された単数または複数の電気車両を具え、当該単数または複数の車両に供給される電力量を変化させて電力系統の周波数調整を提供する。このような電源システムは、電気車両充電設備（ＥＶＳＥ）であってよく、これは車両の外部で電気車両（ＥＶ）に接続するケーブルを作動させてバッテリを充電できる接触子やリレーを有する。ＥＶＳＥは、車両技術協会（ＳＡＥ）Ｊ１７７２（商標）標準に適合するものは、パルス幅変調パイロット信号で車両と利用可能な充電電流を通信するよう構成され、ここでパイロットパルス幅は利用可能な充電電流に一意の方法で関連している。他の実施例は、利用可能な充電電流をジタルで通信することを含んでもよく、例えばホームプラググリーンＰＨＹ（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈｏｍｅｐｌｕｇ．ｏｒｇ／ｔｅｃｈ／ｈｏｍｅｐｌｕｇ＿ｇｐ）などの電力線搬送標準などがある。ＥＶＳＥはまた、セーフティー機能として作用することができる。
【００１４】
図１Ａは、電気車両１２０および電力系統１３０に接続されたＥＶＳＥ１１０を示す。このＥＶＳＥ１１０は、ケーブル１１２と、ＥＶＳＥの電気接触子の回路１１６が閉じて回路が完成したときに車両１２０に電力を供給するコネクタ１１４とを具える。ＥＶＳＥ回路１１６はまた、図２Ａ、２Ｂおよび本書記載のようにマイクロプロセッサ、メモリ、センサ類を具える。図１Ａに戻ると、コネクタ１１４は車両のポート１２２に受けられ、ポート１２２は車両搭載チャージャ１２４に接続されている。このチャージャ１２４は車両のバッテリパック１２６に接続されている。
【００１５】
ＥＶＳＥ１１０は、電気車両１２０に、より具体的には車両搭載チャージャ１２４からグリッドＡＣ電力１３０に接続する装置である。代替的あるいは付加的に、図１Ｂに示すように、ＥＶＳＥ１５０はそれ自体が制御回路１５７に加えチャージャ１５８を有し、これにより電気車両１４０に、より具体的には車両のバッテリパック１４６に、ＤＣ電力を供給する（搭載チャージャ１４４を介して）。ＥＶＳＥ１５０はまた、図２Ａ、２Ｂおよび本書記載のようにマイクロプロセッサ、メモリ、センサ類を具えてもよい。
【００１６】
ＥＶＳＥは様々な安全機能を有し、ケーブルが車両に接続されて車両が電力供給可能となるまでケーブルの電力をオフに維持するようにしてもよい。車両搭載チャージャを用いる場合（ＥＶＳＥがＡＣ電力を供給する場合）、典型的に車両のチャージャはグリッドから供給される充電電力に主たる制御を有する。ＥＶＳＥは車両チャージャに、車両がどれだけの電力または電流を供給可能かの信号を送る（現在のＳＡＥＪ１７７２（商標）標準ではＥＶＳＥは電圧から独立した最大電流のみを示すことができる。後に、デジタル通信が用いられたら、示された最大電力の限界まで可能となる。しかしながら、一旦接続されたら、電圧は１の充電セッションでほぼ一定であり、電流はほぼ電力を示す）。最大電流の指示は、パルス幅変調パイロット信号を介して実現され、ここで利用可能な電力はパルス幅に対応（ｍａｐ）する。また、有線または無線のデジタル通信手段を用いてＥＶＳＥと車両の間で同じタスクを実現して、車両にどれだけの電力を供給可能かを示すようにしてもよい。このデジタル通信は充電電流または電力コマンドを車両に提供可能である。最大可能電流のＥＶＳＥ信号は伝統的にＥＶＳＥおよび／または接続された電力回路の容量に基づく。
【００１７】
図２Ａは、電気車両供給設備２００またはＥＶＳＥの簡略化したブロック図であり、パイロット信号サンプラを有し、これはいくつかの実施例ではパイロット信号検出部２５７とＡ／Ｄコンバータ２０５ａを具える。図２Ｂは、いくつかの補助回路に沿って電気系統を電気車両（図２Ｂには示さず）に接続するケーブル２０１の概略図を示す。図２Ｂの実施例では、ＥＶＳＥ２００はＬ１、Ｌ２、および接地Ｇの配線を有する。ケーブル２０１は、一方の端部２０１ｕを外部電力に、他方の端部２０１ｃを電気車両（図示せず）に接続する。ＥＶＳＥ２００は、電流変換器２１０、２２０を具える。電流変換器２１０は、線Ｌ１とＬ２の電流差を検出して漏電が検出された場合に示すよう較正された漏電遮断回路あるいはＧＦＩ回路２３０に接続されている。接触子２４０は、漏電検出に応じて回路を開いて外部電力が車両の線Ｌ１、Ｌ２（図２Ｂに示さず）に流れるのを遮断する。いくつかの実施例でグリッド周波数はＥＶＳＥのプロセッサ２０５が動作ソフトウェアを介して決定することができ、このため、既存のＥＶＳＥを改良してハードウェア変更を行うことなくファームウェアだけでこの機能を設けることができる。
【００１８】
図２Ａ、２Ｂを参照すると、電気車両充電設備２００は、外部電力Ｌ１、Ｌ２の入力と、電気車両への出力２０１ｃとを具える。ユーティリティ存在回路２８０内に周波数検出部２８０ａが設けられる。プロセッサ２０５（例えばマイクロコントローラ）は、周波数検出部からの出力に基づき周波数誤差を検出し、周波数誤差（より一般的には周波数誤差のファンクション）に基づいて充電電流または充電電力などの充電速度パラメータを決定するようプログラムされている。パイロット回路２５０などの回路が、プロセッサ２０５からのコマンドに応じて電気車両２９０への充電速度パラメータを提供し、これにより周波数誤差に応じて電気車両２９０の充電速度が制御される。
【００１９】
多様な実施例において、周波数検出部２８０ａは、入力公共電力を検知すべく接続された比較器を有するゼロクロッシング検出器を具えてもよい。この比較器は方形波のバイナリ出力を出力する。プロセッサ２０５は、プロセッサのクロックサイクルをゼロクロッシング検出器の出力間で数えることにより入力公共電力の周波数を決定するようプログラムされる。
【００２０】
本発明の実施例は、グリッド周波数またはその変化（すなわちターゲット周波数からの周波数誤差や、周波数の変化速度、あるいはこれら２つの組み合わせ）に応じて、車両および／またはその搭載チャージャがどれだけの電流または電力を供給可能かを示す信号を変更あるいは調整するＥＶＳＥを含む。すなわち、ＥＶＳＥの最大設計電力または電流より下の電力値または電流値が周波数または周波数の変化速度（または周波数の他のファンクション）に応じて動的に変更され、グリッドに有利な方法で車両の充電速度に影響する。
【００２１】
本発明の実施例では、ＥＶＳＥは、上述したものや公知技術を含む様々な手段のいずれかからグリッド周波数および／またはグリッド周波数の変化レートを検知して、車両に送られる可能な電力または電力量の対応する設定または変化を決定する。
【００２２】
ＥＶＳＥを利用する車両が異なれば最大および最小の充電容量が異なるため（これは搭載チャージャのサイズなどの制限や車両に予め規定された最小充電電流による）、ＥＶＳＥは接続された車両の最大と最小の充電電流を決定する。この決定は典型的には充電事象の開始時に行われ、利用可能な電流の充電範囲が規定される。ＳＡＥＪ１７７２プロトコルを採用するすべての車両で最小充電電流は６アンペアで一緒である。車両が１０アンペアの最小充電電流で構成されている場合、この車両はＥＶＳＥが１０アンペア以下で利用可能と示している場合には完全に充電を止めるべきである。
【００２３】
上述したＥＶＳＥの自己較正機能に加え、ＥＶＳＥはさらに再較正部を具え、これは充電開始してＥＶＳＥが最初に最小−最大範囲を規定した後、充電中に定期的にその範囲を更新する。すなわち、充電中に、ＥＶＳＥがどの時点かで車両がパイロット衝撃係数を介して許可された電流量を引き出していないことを検知した場合、ＥＶＳＥは最大充電電流を観察された実際の量または他の適切な量に調整またはリセットする。このような量の低減は車両の充電サイクルの終了に近い結果であり（すなわちバッテリがフルに近い）、あるいはバッテリの温度により充電速度の低下が生じていることを示す。
【００２４】
図１１Ａ、１１Ｂは、本発明の１以上の実施例にかかる開始時の自動較正と、充電中の自動較正を示す。
【００２５】
実施例では、ＥＶＳＥによる周波数調整ファンクションはゼロ（調整なし）と以下のいずれかの最小値で指示される最大値との間に設定される：
（ａ）車両充電器の最大充電電流より小さい車両充電器の最大電流；
（ｂ）パイロット信号を通して可能なＥＶＳＥ最小電流コマンドより小さい車両充電器の最大電流；
（ｃ）車両充電器の最小電流より小さい可能なＥＶＳＥ最大電流；
（ｄ）パイロット信号を通して可能なＥＶＳＥ最小電流コマンドより小さい可能なＥＶＳＥ最大電流。
調整能力の単位は電力であり、最大と最小の充電電流の平均と実際の最大または最小の充電電流の間で可能な電力偏差に基づいている。
調整能力＝［（Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇ＋Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ）／２−Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ］＊Ｖｒｍｓ
または、簡単に：
（Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇ−Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ）＊Ｖｒｍｓ／２
（ここに示す例は単相電力に適用可能である。三相電力には適切な調整を加えることができる）。実施例では、最も大きい全体範囲を用いて、ある範囲を車両あるいはＥＶＳＥの最大と最小の充電電流より低く規定することができ、これが最大のグリッド周波数調整とグリッドに最大の利益をもたらすことに注目されたい。この範囲はドライバまたは設備が車両をどれだけ早く充電するのを望むかによって動的に設定することができる。例えば、より早い充電速度が望まれる場合、最小充電電流を車両またはＥＶＳＥの最小値より高く設定し、平均充電電流を上げる（調整余地は低減する）。同様に、より遅い充電速度を求める場合、最大充電電流をＥＶＳＥまたは車両のものより低くし、平均充電電流を下げて調整余地を低減する。
【００２６】
ＥＶＳＥの充電電流範囲の特定と自己較正９４２の実施例をここに説明するとともに図９のグラフ９００に示し、ＥＶＳＥは３０アンペアの最大可能電流を有する。点線はＥＶＳＥから車両への連絡を示し、実線は車両チャージャの電流の流れを示す。図９の例は説明目的で提供される。当業者は、他のアルゴリズムを用いて車両の最大と最小の充電電流または他のパラメータを求めることができる。
【００２７】
図９を参照すると、電気車両が９３２でＥＶＳＥに接続されると、ＥＶＳＥはパイロット信号を介して当該車両が最大３０アンペアまで供給可能であり、すなわちこれがＥＶＳＥ最大可能電流となる。次に、車両チャージャは９３４で充電を開始し、これは３０アンペアの値またはそれ以下で行われる（車両が３０アンペア以上供給可能であっても、ＥＶＳＥが車両に連絡した最大値に制限される。）その後ＥＶＳＥは９３６で、ＥＶＳＥの当初の最大可能電流に応じて供給される車両の電流量を測定し、この測定量を車両チャージャの最大電流に規定する。その後、可能な電流範囲を規定するために、ＥＶＳＥは車両チャージャの最小電流を求め、９３８から始まって、徐々に９１０でパイロット信号で車両に告げられたＥＶＳＥ最大可能電流へと減らし、得られた車両の反応９４０（車両が引き出している電流量）を測定して、９４４で車両が充電を終了する前の最も低い値を判定し、これが車両チャージャの最小電流となる（図９では１０アンペアを示す）。ＥＶＳＥは車両の最小電流を要求し、その後に９４６で車両の最小電流を測定する。多くの場合、車両チャージャはＳＡＥＪ１７７２（商標）標準によるパイロット信号でエンコードできる最小電流値に対応する６アンペアの最小値に動作を下げる。車両チャージャの電流範囲はこれにより車両チャージャの裁断電流と最小電流の差として決定される。車両チャージャの電流範囲を規定すると、ＥＶＳＥが周波数応答充電を行うことが可能となる。車両の充電中、９４８から始まり９５０でＥＶＳＥは周波数応答充の間に、電車両に通知されたＥＶＳＥ最大可能電流に応じて車両に供給される電流量を継続的にモニタする。ＥＶＳＥが差を測定した場合、自動的に最大値と最小値を再規定する。範囲の最小値はまたＥＶＳＥ自体あるいはユーザプリファレンス（例えば最小充電時間）により規定することができることに留意されたい。図９ではグラフが必ずしもスケール通りではなく、特に時間パラメータについてそうである。ＥＶＳＥコマンド電流に対する車両の応答は、視覚化の補助のためにより大きく示されている。また、車両チャージャ電流の最初の立ち上がりは非常に急峻に示されているが、実践ではこれはより遅い立ち上がりであり、ＥＶＳＥはこれをモニタして最大電流供給を決定する。
【００２８】
ＥＶＳＥと車両間のデジタル通信が存在する場合に、局所的に検知される周波数、および／または外部ソースからＥＶＳＥに通知される他のパラメータに基づき、ＥＶＳＥは可能な充電電流または可能な電力を決定する。車両への周波数ベースの電流コマンドは、限定しないが、周波数、グリッドに設定されたターゲット周波数（通常は６０Ｈｚ）、周波数誤差（測定周波数−ターゲット周波数）、グリッドの周波数誤差の時間積分を含む様々なファンクションに基づいてよい（いくつかの実施例では、ターゲット周波数はＥＶＳＥによって固定値であると考えることができる。例えば、ターゲット値は米国では通常の６０Ｈｚに固定されてもよい。他の実施例では、ターゲット周波数はグリッドオペレータや他の外部ソースから受信される可変の値であってもよく、これはときには特定の領域や国の一般的な値から上下してもよい）。
【００２９】
以下に、ＥＶＳＥのパラメータや式の例を示す。
初期値：
ａ．ｆｒｅｑ＿ｇｒｉｄ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝−５０ｍＨｚ
ｂ．ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ＿ｇｒｉｄ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝−２５ｍＨｚ／ｓ
パラメータ：
ｆｒｅｑ＿ｔａｒｇｅｔ：周波数設定値（ｍＨｚ）
ｆｒｅｑ＿ｇａｉｎ：Ｉｒｅｇ＿ｃａｐを周波数誤差で割った端数（１／ｍＨｚ）
ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ＿ｇａｉｎ：Ｉｒｅｇ＿ｃａｐをｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖで割った端数（１／ｍＨｚ／ｓ）
Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇ：最大充電電流（Ａ）
Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ：最小充電電流（Ａ）
ｆｒｅｑ＿ｇｒｉｄ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：ＥＶＳＥを無能化するｆｒｅｑ＿ｅｒｒｏｒ偏位閾値（ｍＨｚ）
ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ＿ｇｒｉｄ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：ＥＶＳＥを無能化するｇｒｉｄ  ｆｒｅｑ変化閾値（ｍＨｚ／ｓ）
式：
ｆｒｅｑ＿ｅｒｒｏｒ＝ｆｒｅｑ−ｆｒｅｑ＿ｔａｒｇｅｔ（ｍＨｚ）
ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ：周波数の時間微分（ｍＨｚ／ｓ）
符号規約：
ポジティブｆｒｅｑ＿ｅｒｒｏｒ＝＞電流増大
ポジティブｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ＝＞電流増大
Ｉ０＿ｒｅｇ＝（Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇ＋Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ）／２
Ｉ＿ｒｅｇ＿ｃａｐ＝（Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇ−Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ）／２
Ｉｃｍｄ＝Ｉ０＿ｒｅｇ＋ｆｒｅｑ＿ｇａｉｎ＊ｆｒｅｑ＿ｅｒｒｏｒ＊Ｉ＿ｒｅｇ＿ｃａｐ＋ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ＿ｇａｉｎ＊ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ＊Ｉ＿ｒｅｇ＿ｃａｐ
Ｌｉｍｉｔ  Ｉｃｍｄ  ｔｏ：Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇ＞Ｉｃｍｄ＞Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ
Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇ＜Ｉ＿ｍａｘ＿ｅｖｓｅ（３０Ａ）
Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ＞Ｉ＿ｍｉｎ＿ｅｖｓｅ（６Ａ）
Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇ＞Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇの場合、ＩｃｍｄをＩ＿ｍａｘ＿ｒｅｇにセット
特別なケース
いずれかの場合にグリッド周波数ストレスに応じて電流遮断：
ｆｒｅｑ＜ｆｒｅｑ＿ｇｒｉｄ＿ｆａｕｌｔの場合にＩｃｍｄ＝０（パイロット発振中止＆接触子開放）
ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ  ＜  ｆｒｅｑ＿ｄｅｒｉｖ＿ｇｒｉｄ＿ｆａｕｌｔの場合にＩｃｍｄ  ＝  ０  （パイロット発振中止＆接触子開放）
異常状況が消えた後（周波数がターゲット値またはいくつかの他の値に戻ったことが示される）、ランダムな時間を待ち（例えば１０秒に１−６０のうちのランダム秒を足す）、パイロット発振を再稼働し接触子を閉じる。
【００３０】
図１０は、本発明の１以上の実施例にかかる充電電流値の定義を示す。図１０は、上の段落に示した式に対する充電電流値の関係を示している。
【００３１】
図３Ａ−Ｃは、検知された周波数のグラフ（図３Ａ）、周波数変化の算出レート（図３Ａ）、周波数誤差（図３Ｂ）または周波数変化レート（図３Ｃ）に比例した車両指示電流、を示す。図４Ａ、４Ｂは、ＥＶＳＥに指示された充電電流への車両の応答例を示す（本例では指示電流は周波数誤差に比例している）。図４Ｃは、図３Ａ−４Ｂで明らかになった車両充電電力に対する検知されたグリッド周波数の関係の例を示す。検知されたグリッド周波数が６０Ｈｚを越えると、これに応じて充電電力が階段状関数でほぼ線形に増加する。同様に、検知されたグリッド周波数がターゲット周波数の６０Ｈｚを下回ると、充電電流が階段状関数でほぼ線形に減少する。階段状関数は本例では、離散インクリメントで充電電流を制御する車両搭載チャージャの特性による。
【００３２】
ＥＶＳＥは、算出された可能充電電流または電力をパイロット信号に乗せて、および／または能力があればデジタルで車両へ供給する。特に、ＥＶＳＥや車両から指示された電流の通信はパイロット信号パルス幅を通して、あるいはケーブル内の電力線あるいはケーブル内のパイロット線でデジタル電力線搬送方法を通して行うことができ、また他の配線や無線通信によってもよい。車両は新たなコマンドに比較的迅速に返答し、通常約２秒以内である。調整能といった全体的なパフォーマンス測定基準、あるいはコマンドからのｒｍｓ誤差品質測定基準は、モニタリングや認証／支払などのために外部機関に送られてもよい。
【００３３】
ＥＶＳＥは、検知された配線電圧のゼロクロッシング間のプロセッサクロックサイクル数を計数することにより周波数を測定することができ、平均で毎秒６０回のサイクル時間を提供する。関連する周波数の値はサイクル時間から簡単に算出することができる。これらの周波数の値は平滑でノイズの少ない信号を提供するためにデジタルフィルタでろ過することができる。デジタルフィルタの例は以下の通りである。
2015512607.tif 000003
【００３４】
周波数変換の時間レートは、フィルタリングを提供する多くの方法を用いて算出することができる。参考：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｏｌｏｂｏｒｏｄｋｏ．ｃｏｍ／ｐａｖｅｌ／ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ｍｅｔｈｏｄｓ／ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ／ｓｍｏｏｔｈ−ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｏｒｓ／
【００３５】
車両搭載チャージャに指示を送るＥＶＳＥの利用について、特定の焦点を提供したが、本発明の実施例は、チャージャが車両搭載ではなくＥＶＳＥ内にあるか、そうでなくてもＥＶＳＥに制御されているＥＶＳＥも含む。ＥＶＳＥにチャージャがある場合でも、ＥＶＳＥはグリッド周波数を検知して同じ周波数応答充電を実行することができる。さらに、オフボードのチャージャは一方向または双方向に電力を供給して周波数応答を実現することができる。
【００３６】
図７はステップ７１０、７２０、７３０を具える方法のフローチャートであり、７１０で電気車両供給設備を用いて公共電力の周波数を検知し、７２０で電気車両供給設備を用いて公共電力の周波数誤差を特定し、７３０で公共電力の周波数誤差に応答して電気車両内の充電負荷を制御する。
【００３７】
図８は、ステップ８１０、８２０を含む方法のフローチャートであり、８１０で電気車両供給設備を用いて公共電力の周波数を検知し、８２０で公共電力の周波数誤差を低減するように電気車両供給設備を用いて車両内のバッテリチャージャを制御する。
【００３８】
図１２は、本発明の１以上の実施例にかかる充電の複数ケースの例を示す。ケース１２０１は、車両チャージャがＥＶＳＥレーティングより小さい場合である。ケース１２０２は車両チャージャがＥＶＳＥレーティングと同等以上である場合である。ケース１２０３はケース１２０２と似ているが、Ｉ＿ｍｉｎ＿ｒｅｇが大きく早い充電がなされる。ケース１２０４はケース１２０２と似ているが、Ｉ＿ｍａｘ＿ｒｅｇが小さく充電が遅い。バー１２１１、１２１２、１２１３、１２１４は平均充電レートＩ０＿ｒｅｇを示す。
【００３９】
［グリッド障害応答］
実施例において、ＥＶＳＥはさらに、グリッド障害応答機能を提供する。検知した周波数が閾値以下となった場合、あるいは周波数の変化レートが（負の方向に）閾値を超えたら、ＥＶＳＥは接触子を開放し、即座に車両への電力供給を中止する。これは通常グリッド障害の開始から１秒以内に行われる。トリガとなる周波数の値（閾値または変化レート）はシステム内で予め規定されてもよいし、固定でもよく（例えばハードワイヤード、ルックアップテーブル等）、あるいは外部ソースから受信および／または更新される動的なものであってよい。
【００４０】
グリッド障害の回復は、名目上のグリッド周波数に戻るまで通常数十秒から数分かかる。この回復期間の間、ＥＶＳＥ接触子は開いたままとなり、ＥＶＳＥは周波数を監視する。充電は所定の条件が整ったら再開される：これには、ある期間待つか（固定量にランダム量をプラス）、周波数が特定値に戻ってからランダムの時間待つ（ゼロから特定の秒数）ことが含まれる。例えば、ＥＶＳＥはグリッド周波数が所定のターゲットに達したことを検知したら、ＥＶＳＥはタイマーを開始して最小限と最大限の間のランダム期間を待つ。この期間が経過したら、ＥＶＳＥは接触子を閉じてグリッド障害の直前まで行っていた充電を再開する。
【００４１】
他の実施例では、ターゲット周波数が再び得られるまで充電の再開を待ち、その後最小レートで充電を開始し、固定期間にできるある期間にわたり、あるいは最初の事象からターゲット周波数が回復するまでの経過期間に最大レートまで調整能を立ち上げる。
【００４２】
グリッド障害応答の例が図５、６Ａ、６Ｂに示されている。図５は、時点Ａで事象が始まり時点Ｃまで周波数が降下し、その後時点Ｂへと回復が開始する周波数偏位を示す。図６Ａ、６Ｂは、６１０で検知されたグリッド障害での負荷降下６２０を示す。ここで図６Ａは６１０でターゲット周波数（本例では６０Ｈｚ）からグリッド周波数が降下し、６３０で徐々に戻る。図６Ｂでは、６１０のグリッド障害に応答して６２０で充電電流コマンドがゼロになる。６１０で周波数の大きな変化レートが検知されてＴ＋４秒間充電コマンドがゼロにセットされる。図６Ｂに示すように、６２４でＥＶＳＥの接触子を開放することにより充電がゼロになり、これで車両チャージャがパイロット信号を把握した場合よりも迅速に電流が停止する（数秒以内）。６３０で充電電流は周波数がターゲット値（６０Ｈｚ）に回復するまでゼロに維持され、この時点からランダム選択された追加時間６４０の時点までゼロから何らかの規定された上限値の間に維持される。この上限は固定値であってもよいし、最初の障害と周波数が６０Ｈｚを回復する間の時間であってもよい（本例では約３３３秒）。充電を再開するまでにランダムな遅延を用いてもよい。
【００４３】
［ハイブリッドグリッド周波数調整］
グリッド調整は、地域制御誤差（Ａｒｅａ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｒｒｏｒ）またはＡＣＥの量をゼロのターゲット値に調整することに基づく。ＡＣＥは一般に２つの意味の組み合わせを含み、グリッド周波数誤差と、交換誤差（ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ  ｅｒｒｏｒ）とがある。交換誤差は隣接コントロールエリアとの予定された交換と実際の交換との違いである。
【００４４】
本発明の実施例では、交換誤差のタームは様々な通信形態（ネットワーク、インターネット、ワイヤレス、ＲＤＳのような放送、ＦＭラジオ局から送出される低レートデジタル放送システムなど）でＥＶＳＥにより受信され、これは局所的に検知されたグリッド周波数の値とともに、あるいは加えて用いられ、チャージャへの電流または電力コマンドが決定される。
【００４５】
これを行うために、ＥＶＳＥは交換誤差に基づく外部電力コマンドを受信する。これらの外部コマンドは局所的な周波数応答電力計算で合算されて負荷への電力コマンド全体が得られる。一般に、交換誤差のタームは周波数タームより遅く変化し、したがって交換誤差のタームはより遅い更新レートで車両に送られる。
【００４６】
上述したいずれかの方法でＥＶＳＥに送出された交換誤差のタームは、ＥＶＳＥおよび／または車両のそれぞれでカスタマイズされてもよく、複雑さを回避するとともにユニークなデータ通信のために、すべてのＥＶＳＥで同じであるか、ＥＶＳＥのいくつかのグループで同じであってもよい。
【００４７】
周波数調整のリソースは、生成、保存、または負荷のいずれかであってよい。生成は、生成される電力量を生成の上限と下限の間で上下に変化させて調整し、保存のリソースは、通常はほぼ対称量（プラスまたはマイナス１０ＭＷ）をグリッドに加えるか差し引くことにより調整を行い、負荷とは上限と下限の間で負荷を変化させることである（本発明の場合と同様）。ハイブリッドの一般の場合の方法は、定期的に調整リソースに交換誤差のタームを通知し、これが局所的に測定されたグリッド周波数に基づき計算されたより高い周波数算出電力値に加えられる。
【００４８】
ターゲットの、あるいは予定されたグリッド周波数は、ＥＶＳＥが行う周波数ベースの調整に通信（放送）されてもよい（例えば、０：００から２：００に５９．９９ｈｚで単に１回通信する）。このターゲットグリッド周波数は、特定のクロックや他のデバイス用に正確な計時を維持するために日々の合計数を調整する目的で、ときには６０．０００Ｈｚ以外にセットされる。
【００４９】
［ユーザ／第三者の動作制御］
本発明の実施例において、ユーザまたは何れかの第三者はＥＶＳＥのグリッド周波数応答充電および／またはグリッド障害応答機能に制限付あるいは全体の制御が可能である。
【００５０】
周波数応答充電は指示可能な電流または電力レベルの範囲を有するべきであるため、ＥＶＳＥは、周波数応答充電機能を提供しても当該ＥＶＳＥの最大充電容量あるいはその近くまで電気車両を充電することができない。このため、車両の充電の全体時間は周波数応答充電の運用では有意に長くなることがある。
【００５１】
例えば住宅での夜通しの充電といった多くの場合、充電に利用できる時間は十分にあり、車両オペレータにとって問題とならない。しかしながら、充電時間に限りがあるような場合は、ユーザは周波数応答充電を切ってもよい。実施例では、これはユーザが操作可能なボタンがＥＶＳＥにあるか、ＥＶＳＥのオペレーティングシステムのソフトウェア設定である（例えばユーザによる遠隔設定）。さらに、ユーザが例えばスライドスケール（例えば０−１００％）で充電中にどの度合いで周波数応答充電を用いるかを選択できるようにしたり、ユーザが充電完了時間を設定できるようにしてもよい。充電完了時間を設定すると、ＥＶＳＥには実際の（ＥＶＳＥと車両の間に十分な通信が要求される）、あるいは予測される車両の充電レベルが与えられ、最小充電レベルをより高い値に設定し、結果として車両における平均充電電力が指定された時間に車両が充電されるようにする。これはもちろんＥＶＳＥが提供する周波数応答充電の量を減らすことになる。この時間または前に車両がフルになることが望まれるような限定的な場合、車両かＥＶＳＥの最大限のいずれかに最大レートでの充電が許容されていれば可能である。この場合、最小充電電力レベルは最大充電電力レベルと同じに設定され、これにより周波数応答充電は提供されず最大レートで車両が充電される。
【００５２】
グリッド運用で周波数応答充電の利点を考慮すると、ユーザはこの応答充電をオンにすると利益（例えば電気料金の低減）が与えられる。ユーザが周波数応答充電の利用を管理する代わりに、公共設備やサービス提供者といった第三者がこれを管理してユーザに与えられた利益と交換してもよい。このような管理は、発電の全体供給が限界に近い場合に充電電力の最大限界を３倍低減する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
2015512607.tif 000016
【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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