CN102447294A - 具有充电效率控制及自适应充电服务功能的车辆充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆充电系统，具有至少一充电站，该充电站包含一个插座断路器。当充电站的充电枪与车辆的充电座上的插座锁的连接不安全或是车辆的充电电流太大时，插座断路器会打开使得车辆的充电座上的插座锁断电，使得充电枪不能够继续对车辆充电。此外，充电站包含一自适应充电控制电路及一电源管理器，其能够根据车辆的充电需求或是智能型电网/公用电网的电力负载，调节提供给车辆的充电电流。因此充电站能够提供有弹性的自适应充电服务给车辆。

Description

具有充电效率控制及自适应充电服务功能的车辆充电系统
技术领域
本发明涉及一种车辆充电系统，尤其涉及一种具有充电效率控制及自适应(adaptive)充电服务功能的车辆充电系统。
背景技术
随着地球上的石油与天然气储量的持续减少，使用电气马达来驱动的电动车辆也越来越普及。电动车辆(electric vehicle)为一种使用电力作为推动车子的能量来源的交通工具。当电动车辆的蓄电池的电力不足时，便需要对电动车辆的电池进行充电以补充其蓄电量。电动车辆一般利用传统的电源插座或专用充电站来充电，其充电时间通常需要持续数个小时。为了让大众能够有效率地利用电网来对电动车辆进行充电，许多电动车辆的充电服务提供厂商在美国、欧洲、澳洲、日本、新加坡等国家设置电动车辆网络(electricvehicle network)来提供签订契约的电动车辆驾驶人对电动车辆进行充电或更换蓄电池。关于电动车辆网络的计费方法以及充电站的配置，已经有许多技术提出来以满足消费者的需求。例如公开号为US2009/0177580的美国专利提出电动车辆充电消费税金的征收方法，以及美国专利公开号第2009/0174365提出电动车辆的网络控制充电服务方法与系统。然而，直至目前，现行的充电站的设备仅提供一电源转换模块、一电表、一简单使用接口以让电动车辆的消费者控制充电的开始与停止，或是提供一网络模块以及通信接口，以供用户进行认证或计算价格。因此目前的车辆充电系统无法针对单一或一群充电站进行整体充电效率控制，或是提供自适应的充电服务。
申请人有鉴于此，提出一种具有充电效率控制及自适应充电服务的车辆充电系统。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有充电效率控制及自适应充电服务功能的车辆充电系统。
本发明的主要实施方式由一车辆充电系统来实现，其包含一电网，至少一充电站，经由一电力传输接口连接至该电网，用以接收该电网所提供的一第一电源并将该第一电源转换成一第二电源，以对一电动车辆进行充电，以及一管理中心，经由一网络远程连接至该充电站，用以记录与管理隶属于该车辆充电系统的会员及其电动车辆的信息，记录与管理会员对于其电动车辆的充电服务相关的偏爱选择及充电特性，并且记录该至少一充电站的收费标准，其中该至少一充电站包含一插座断路器，用以控制该至少一充电站是否准许对该电动车辆充电，并且在该至少一充电站拒绝对该电动车辆充电，该插座断路器会打开使得该电动车辆的一充电座上的一插座锁没有电源供应而解除其锁定状态，借此停止该至少一充电站对该电动车辆充电。此外，该至少一充电站包含一电源模块，用以接收该电网所提供的该第一电源并将该第一电源转换成该第二电源，以对该电动车辆进行充电，一自适应充电控制电路，用以根据该电动车辆所需充电的电能的命令来发出充电命令以控制该电动车辆的充电作业，以及一电源管理器，用以根据该自适应充电控制电路所发出的代表车辆的充电需求的充电命令，或是根据所获得的该电网的电力负载，来管理该电源模块，借此调节与限制提供给该电动车辆的充电电流。
本发明的有益效果在于，本发明的车辆充电系统是一种具有充电效率控制及自适应充电服务的车辆充电系统，其中充电效率的控制经由在充电站中设置一个插座断路器来实现。当充电站的充电枪与车辆的充电座上的插座锁的连接不安全或是车辆的充电电流太大时，插座断路器会打开使得车辆的充电座上的插座锁断电，使得充电枪不能够继续对车辆充电。此外，自适应充电服务经由在充电站中设置自适应充电控制电路及电源管理器来实现。因此本发明的充电站可根据车辆的充电需求或是智能型电网/公用电网的电力负载，调节提供给车辆的充电电流。因此充电站能够提供有弹性的自适应的充电服务给车辆。
附图说明
图1：本发明的车辆充电系统的方框图；以及
图2：图1的车辆充电系统的详细方框图。
其中，附图标记说明如下：
100：车辆充电系统
110：互联网/企业内部网络(Internet/Intranet)
121：智能型电网/公用电网
122：充电站
123：充电站导引与路线指示装置
124：管理中心
125：实时定位系统装置
126：电动车辆
127：银行
200：车辆充电系统
210：TCP/IP网络
220：电力传输接口
221：网络适配器
222：无线网络模块
249：主程序
223：计量器
224：自适应充电控制电路
225：电源管理器
226：电源模块
227：辅助电源
228：人机接口
229：RFID智能卡模块
230：转账卡模块
247：芯片卡模块
231：计费模块
232：商业广告附加模块
233：门板锁
234：插座断路器
235：传感器
236：充电站与车辆之间的连接通路
237：电动车辆通信接口
248：控制电路
240：高峰时间与充电效率数据库
241：会员数据库
242：电网差别电价数据库
243：电动车辆充电数据库
244：网络服务
245：地图服务
246：会计程序
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一个典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
图1显示本发明的一第一实施例的车辆充电系统100的电路方框图。需注意的是在本份说明书中，相似的元件以相同的元件编号来表示。在图1中，车辆充电系统100包含一智能型电网/公用电网(smart grid/utility grid)121、至少一个充电站122、实时定位系统装置125、充电站导引与路线指示装置123、管理中心124，其组态设定为对电动车辆126进行充电。图1的车辆充电系统100的各个单元经由互联网/企业内部网络(Internet/Intranet)110来互相通信，并且经由银行127完成充电服务的金融交易。关于图1的车辆充电系统100的各个单元的结构与工作原理，将在底下说明。
图2显示图1的车辆充电系统的详细电路图，其中TCP/IP网络210为车辆充电系统100的通信骨干。需注意相同的元件编号指向相同的元件。在图2中，车辆充电系统200的各个单元经由TCP/IP网络210互相通信，其中TCP/IP网络210的一较佳例子为图1的因特网/企业内部网络(Internet/Intranet)110。车辆充电系统200包含智能型电网/公用电网121以及至少一个充电站122，其中智能型电网/公用电网121经由一电力传输接口220，例如以太网络供电(Power over Ethernet，PoE)接口或Zigbee接口来经由电力线传送电力与数据给充电站122。充电站122包含一网络适配器(NIC)221及一无线网络模块222，其用来接收来自TCP/IP网络210的封包以及经由TCP/IP网络210发送封包至所想要通信的装置。无线网络模块222可为WiFi模块、Zigbee模块、GPRS模块或CDMA模块。此外，网络适配器(NIC)221及无线网络模块222经由电力传输接口220来查询智能型电网/公用电网121的状态。若是采用公用电网来作为充电的电源，无线网络模块222可以通过网络适配器221及经由电力传输接口220来监视公用电网的剩余电力存量，并将公用电网的剩余电力存量通知管理中心124。若是采用智能型电网来作为充电的电源，无线网络模块222可以通过网络适配器221及经由电力传输接口220向智能型电网获取智能型电网的剩余电力存量，并且将智能型电网的剩余电力存量通知管理中心124。此外，无线网络模块222可以通过网络适配器221及TCP/IP网络210向管理中心124查询使用者与充电站服务供货商所签订的契约中所规范的充电总电量。
在图2中，充电站122包含一主程序249，其组态设定为用来协调所有充电站122内部单元的作业并且处理自TCP/IP网络210接收的数据。充电站122还包含一计量器(Meter)223用来显示目前充电站122提供给电动车辆126的充电电能。充电站122还包含一自适应充电控制电路(adaptive chargingcontrol circuit)224，其根据电动车辆126上的电池管理系统(BMS，图中未显示)所告知需要充电的电能的命令来发出充电命令以控制充电作业。充电站122还包含一电源模块(power module)226用来将公用电网/智能型电网121所提供的电力，例如交流电压，转换成电动车辆126的蓄电池所需要的电力，例如直流电压。充电站122还包含一电源管理器(power manager)225用来根据自适应充电控制电路224所发出的代表电动车辆126的充电需求的充电命令，及经由电力传输接口220获得的智能型电网/公用电网121的电力负载，来管理电源模块226的电源转换作业，借此调节及限制提供给电动车辆126的充电电流。充电站122还包含一辅助电源(auxiliary power)227以提供所有单元的工作电能。因此，充电站122可利用自适应充电控制电路224、电源管理器225及电源模块根据电动车辆126的充电需求或是智能型电网/公用电网121的电力负载，借此调节提供给电动车辆126的充电电流。因此充电站122能够提供有弹性的自适应的充电服务给电动车辆126。
充电站122还包含一人机接口(human machine interface，HMI)228，其为用户操作充电站的接口而由按钮及液晶显示屏幕(未显示)所组成。充电站122还包含RFID智能卡(RFID smart card)模块229、转账卡(sweep card)模块230与芯片卡(IC card)模块247，其用来经由主程序249的操作以进行充电服务收费及使用者认证。充电站122还包含一计费模块(billing module)231用来计算充电服务的费用。充电站122还包含一商业广告附加模块(businessAD add-on module)232，用来在充电站上展示商业广告以进行促销。充电站122还包含一系列的传感器(sensor)235，用来检测使用者是否打开充电站122的维修门。若使用者打开充电站122的维修门，传感器235便会送出信号至主程序249来关闭充电站122的作业。传感器235也可以用来检测充电站122的充电头是否遭到破坏，或是检测人机接口228的液晶显示屏幕的光线强弱来改变液晶显示屏幕的亮度，或是检测充电站122的湿度以便在充电站122的湿度超过某一个默认值时关闭充电站122的作业。充电站122还包含一个门板锁(door lock)233来控制使用者是否能够存取充电站122的充电枪(charging pump，图中未显示)。在当用户经过用户认证且主程序249准许用户可以对电动车辆126进行充电时，门板锁233解除锁定让使用者能够取出充电站122的充电枪来对电动车辆126充电。充电站122还包含一个插座断路器(socket breaker)234来控制充电站122的充电枪是否能够对电动车辆126充电。当使用者将充电枪接上电动车辆126的充电座(图中未显示)，用户需要将充电座上的插座锁上锁来进行充电。电动车辆126的充电座上的插座锁为电子锁且其工作电源为充电站122所提供。若主程序249判断充电枪与电动车辆126的充电座上的插座锁的连接不安全或是充电电流太大因而拒绝对电动车辆126继续进行充电，插座断路器234会打开使得车辆126的充电座上的插座锁没有电源供应而解除其锁定状态，使得充电枪停止对电动车辆126继续充电。此外，充电站122可经由一电动车辆通信接口237与电动车辆126通信，其中电动车辆通信接口237可为以太网络供电(Power overEthernet，PoE)接口或Zigbee接口，借此充电站能够明了电动车辆126的充电需求。
充电站122包含一控制电路248，其设置于跨接于电动车辆126与充电站122之间的连接通路236上，其由脉冲宽度调制控制器(PWM controller，图中未显示)、光耦合器(photo coupler，图中未显示)以及机械开关所组成，用以控制充电站122对电动车辆126的充电作业。充电站122与电动车辆126的电池管理系统经由电动车辆通信接口237来进行沟通。
此外，本发明的车辆充电系统200还包含一实时定位系统装置125，较佳者可为全球定位系统(GPS)装置，以显示车辆的实时位置以及道路地图，以及一充电站导引与路线指示装置123，用以指示最近的充电站位置以及最快的行进路线，以及邻近的充电站的充电额度。实时定位系统装置125及充电站导引与路线指示装置123可设置在电动车辆126上。
此外，本发明的车辆充电系统200还包含一管理中心124，用以存储多个数据库，包含高峰时间与充电效率数据库240，用以记录每个充电站的使用高峰时间以及充电效率的数据，以及一会员数据库241，用以记录契约用户对于电动车辆充电的偏爱选择(preference)。管理中心124还存储一电网差别电价数据库242，用以记录在不同时段、不同地点及不同充电站的收费标准，以及一电动车辆充电数据库243，用以记录在充电站充电的车辆的充电特性。此外，管理中心124还提供网络服务244，以提供指示者关于充电站的最新消息以及服务公告，以及地图服务245，用以提供充电站的地理信息。管理中心124还提供一会计程序246，用以根据数据库240-243的数据提出能够以最低价格以及最少时间让契约使用者能够将电动车辆126充电完毕的解决方案，并且将这个解决方案经由TCP/IP网络210通知电动车辆126的使用者。
综合上述，本发明提出一种具有充电效率控制及自适应充电服务的车辆充电系统，其中充电效率的控制经由在充电站中设置一个插座断路器来实现。当充电站的充电枪与车辆的充电座上的插座锁的连接不安全或是车辆的充电电流太大时，插座断路器会打开使得车辆的充电座上的插座锁断电，使得充电枪不能够继续对车辆充电。此外，自适应充电服务经由在充电站中设置自适应充电控制电路及电源管理器来实现。因此本发明的充电站可根据车辆的充电需求或是智能型电网/公用电网的电力负载，调节提供给车辆的充电电流。因此充电站能够提供有弹性的自适应的充电服务给车辆。
本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种车辆充电系统，其包含：
一电网；以及
至少一充电站，经由一电力传输接口连接至该电网并与该电网通信，并且经由一电动车辆通信接口与一电动车辆通信，以对该电动车辆进行充电；
其中该至少一充电站包含：
一电源模块，以接收该电网所提供的该第一电源并将该第一电源转换成该第二电源；
一自适应充电控制电路，以根据由该电动车辆所需充电的电能的命令来产生充电命令以控制该电动车辆的充电作业；以及
一电源管理器，以根据该自适应充电控制电路所发出的代表车辆的充电需求的充电命令，及根据所获得的该电网的电力负载，来管理该电源模块，借此调节与限制提供给该电动车辆的充电电流。
2.如权利要求1所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含一计量器，以显示该至少一充电站提供给该电动车辆的充电电能。
3.如权利要求1所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含：
一插座断路器，以控制该至少一充电站是否准许对该电动车辆充电，并且在该至少一充电站拒绝对该电动车辆充电时，该插座断路器会打开使得该电动车辆的一充电座上的一插座锁断电而解除其锁定状态，借此停止该至少一充电站对该电动车辆的充电；以及
一门板锁，以控制该电动车辆的使用者是否能够存取该至少一充电站来对该电动车辆充电。
4.如权利要求1所述的车辆充电系统，其特征在于，该电力传输接口为以太网络供电接口或Zigbee接口。
5.如权利要求1所述的车辆充电系统，其特征在于，该电动车辆通信接口为以太网络供电接口或Zigbee接口。
6.如权利要求1所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含一辅助电源，以提供该至少一充电站的内部单元的工作电源。
7.如权利要求1所述的车辆充电系统，其特征在于，该车辆充电系统还包含一控制电路，设置于该至少一充电站及该电动车辆之间，以控制该电动车辆的充电作业。
8.如权利要求1所述的车辆充电系统，其特征在于，该车辆充电系统还包含一管理中心，经由一网络远程连接至该至少一充电站，以记录与管理隶属于该车辆充电系统的会员及其电动车辆的信息，记录与管理会员对于其电动车辆的充电服务相关的偏爱选择及充电特性，并且记录该至少一充电站的收费标准。
9.如权利要求8所述的车辆充电系统，其特征在于，该网络为TCP/IP网络。
10.一种车辆充电系统，其包含：
一电网；以及
至少一充电站，经由一电力传输接口连接至该电网，以接收该电网所提供的一第一电源并将该第一电源转换成一第二电源，以对一电动车辆进行充电；
其中该至少一充电站包含一插座断路器，用以控制该至少一充电站是否准许对该电动车辆充电，并且在该至少一充电站拒绝对该电动车辆充电时，该插座断路器会打开使得该电动车辆的一充电座上的一插座锁断电而解除其锁定状态，借此停止该至少一充电站对该电动车辆的充电。
11.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该电力传输接口为以太网络供电接口或Zigbee接口。
12.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站以一电动车辆通信接口与该电动车辆通信，并且其中该电动车辆通信接口为以太网络供电接口或Zigbee接口。
13.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含：
一计量器，以显示该至少一充电站提供给该电动车辆的充电电能；
一电源模块，以接收该电网所提供的该第一电源并将该第一电源转换成该第二电源，以对该电动车辆进行充电；
一自适应充电控制电路，以根据该电动车辆所需充电的电能的命令来发出充电命令以控制该电动车辆的充电作业；以及
一电源管理器，以根据该自适应充电控制电路所发出的代表车辆的充电需求的充电命令，或是根据所获得的该电网的电力负载，来管理该电源模块，借此调节与限制提供给该电动车辆的充电电流。
14.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含一辅助电源，用以提供该至少一充电站的内部单元的工作电源。
15.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该车辆充电系统还包含一控制电路，设置于该至少一充电站及该电动车辆之间，以控制该电动车辆的充电作业。
16.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含一门板锁，以控制该电动车辆的使用者是否能够存取该至少一充电站来对该电动车辆充电。
17.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含一RFID智能卡模块、一转账卡模块与一芯片卡模块，以进行充电服务收费及使用者认证。
18.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含一传感器，以检测该至少一充电站的维修门是否被打开，并且若检测到该至少一充电站的维修门被打开，送出一信号来关闭该至少一充电站的作业。
19.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含：
一计费模块，以计算充电服务的费用；以及
一商业广告附加模块，以在该至少一充电站上展示商业广告。
20.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该车辆充电系统还包含一管理中心，经由一网络远程连接至该至少一充电站，以记录与管理隶属于该车辆充电系统的会员及其电动车辆的信息，记录与管理会员对于其电动车辆的充电服务相关的偏爱选择及充电特性，并且记录该至少一充电站的收费标准。
21.如权利要求20所述的车辆充电系统，其特征在于，该网络为TCP/IP网络。
22.如权利要求10所述的车辆充电系统，其特征在于，该至少一充电站还包含一人机接口，以提供该电动车辆的使用者操作该至少一充电站的操作接口。
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