CN102792547B - 用于电网集成车辆的汇聚服务器 - Google Patents

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Abstract

公开了用于汇聚电网和电动车辆之间的电力流的方法、系统和装置。一种用于汇聚电力流的装置可以包括存储器和耦接到存储器的处理器,该处理器用于从多个电动车辆设备(EVE)接收EVE属性,汇聚EVE属性,基于EVE属性预测总可用容量,并且将总可用容量的至少一部分调度到电网。通过从每个EVE接收EVE操作参数,汇聚接收到的EVE操作参数,基于汇聚的EVE操作参数预测总可用容量,并且将总可用容量的至少一部分调度到电网。

Description

用于电网集成车辆的汇聚服务器
相关申请的交叉引用
本申请要求在2010年2月18日提交的题为“Grid-Aware Electric VehicleSupply Equipment and Vehicle Link For Grid-Integrated Vehicle”的美国专利申请第61/305,743号和在2010年9月21日提交的题为“Aggregation Server for Grid-Integrated Vehicles”的美国专利申请第12/887,064号的优先权,其整体内容通过引用合并于此。
本申请涉及题为“Electric Vehicle Station Equipment For Grid-IntegratedVehicle”的美国专利申请(美国专利申请第12/887,013;Attorney Docket#UOD-307US)和题为“Electric Vehicle Equipment For Grid-Integrated Vehicle”的美国专利申请(美国专利申请第12/887,038;Attorney Docket#UOD-308US),这两个美国专利申请均在2010年9月21日提及,其整体内容通过引用合并于此。
此外,本申请涉及分别题为“System and Method for Assessing Vehicle toGrid(V2G)Integration”和“Hierarchical Priority And Control Algorithms For TheGrid-Integrated Vehicle”的美国专利申请公布第2007/0282495号和第2009/0222143号,其整体内容通过引用合并于此。
关于美国联邦政府资助研究的声明
本发明是在美国能源部的支持下进行的(基金编号DOE DE-FC26-08NT01905)。美国政府享有本发明的权利。
背景技术
传统上,电动车辆(例如,电池供电车辆和插电式混合动力车辆)按照与用于对大部分可再充电电池供电设备充电相似的方式进行充电。就是说,操作者将车辆电池的充电器插入连接到公用事业公司的电力网(电网)的电气插座中并且车辆的充电器立即开始对车辆的电池充电。车辆电池的充电速率典型地是充电器的电子装置和车辆电池的变化的内阻所强加的电流限制的结果。车辆的充电器可以包含用于改变充电速率以便延长车辆电池的寿命的显性逻辑或部件。典型地,不存在由其他因素确定的关于充电速率控制的额外部件。
发明内容
本发明被实施成用于汇聚电动车辆和电网之间的电力流的方法、系统和装置。
一种用于汇聚电网和电动车辆之间的电力流的示例性装置可以包括存储器和耦接到存储器的处理器,该处理器用于从电动车辆设备(EVE)接收EVE属性,汇聚EVE属性,基于EVE属性预测总可用容量,并且将总可用容量的至少一部分调度到电网。
一种用于汇聚电网和电动车辆之间的电力流的示例性方法可以包括从每个EVE接收EVE操作参数,汇聚接收到的EVE操作参数,基于汇聚的EVE操作参数预测总可用容量,并且将总可用容量的至少一部分调度到电网。
一种用于汇聚电网和电动车辆之间的电力流的示例性系统可以包括用于从每个EVE接收EVE操作参数的部件,用于汇聚接收到的EVE操作参数的部件,用于基于汇聚的EVE操作参数预测总可用容量的部件,以及用于将总可用容量的至少一部分调度到电网的部件。
附图说明
通过接合附图阅读下面的详细描述可以最佳地理解本发明,其中相同的元件具有相同的附图标记。当存在多个相似元件时,可以将单个附图标记分配给多个相似元件,其中小写字母标记指示特定元件。当共同地指示元件或者指示非特定的一个或多个元件时,可以放弃小写字母标记。字母“n”可以表示非特定数目的元件。这强调了,根据惯例,附图的各种特征并非依比例绘制。相反地,各种特征的尺寸为了清楚起见而被任意放大或缩小。在附图中包括如下各图:
图1是图示根据本发明的方面的电力传输系统的框图,其包括汇聚服务器、电动车辆设备和电动车辆站设备;
图2是图示根据本发明的方面的用在图1的电力传输系统内的示例性电动车辆设备的框图;
图2a是图示根据本发明的方面的用于车辆对车辆的充电的示例性电动车辆设备的框图;
图3是图示根据本发明的方面的用在图1的电力传输系统内的示例性电站设备的框图;
图4是图示根据本发明的方面的用在图1的电力传输系统内的示例性汇聚服务器和各种实体之间的通信的框图;
图5是示出根据本发明的示例性方面的由电动车辆设备执行的示例性步骤的流程图;
图6是示出根据本发明的示例性方面的由电动车辆设备执行的示例性步骤的另一流程图;
图7是示出根据本发明的示例性方面的由电动车辆设备执行的示例性步骤的另一流程图;
图8是示出根据本发明的示例性方面的由电动车辆设备执行的示例性步骤的另一流程图;
图9是示出根据本发明的示例性方面的由电动车辆站设备执行的示例性步骤的流程图;
图10是示出根据本发明的示例性方面的由电动车辆站设备执行的示例性步骤的另一流程图;
图11是示出根据本发明的方面的由汇聚服务器执行的示例性步骤的流程图;
图12是示出根据本发明的方面的由汇聚服务器执行的示例性步骤的另一流程图;以及
图13是示出根据本发明的方面的由汇聚服务器执行的示例性步骤的另一流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例性实施例的电力传输系统100。图示系统100包括电动车辆设备(EVE)102、电动车辆站设备(EVSE)104、汇聚服务器106和电网108。作为总体概况,EVE 102位于车辆内,用于将车辆链接到EVSE 104。EVE 102包括车辆链接(VL)103,其提供从外部实体到典型地在电动车辆中找到的部件的链接,这将在下文详细描述。
允许电力通过EVSE 104在电网108和车辆的EVE 102之间流动。汇聚服务器106监视电网电力流需要以及电网108和多个车辆(每个车辆包括EVE 102)之间的电力流,并且与电网108通信以分配车辆的供电容量和需求。基于所确定的容量和需求,电力传输系统100除其他之外,使得车辆能够在电网108上的需求低时的时间段期间充电并且在电网108上的需求高时的时间段期间向电网108供电。
EVE 102和EVSE 104之间(连接线路110a)以及EVSE 104和电网108之间(连接线路110b)的粗连接线路110表示电力流,并且VL 103和EVSE 104之间(连接线路112a)、VL 103和汇聚服务器106之间(连接线路112b)以及汇聚服务器106和电网108之间(连接线路112c)的细连接线路112表示通信/数据流。尽管未示出,但是可以使用其他通信/数据路径用于建立与其他部件的通信。例如,VL 103可以经由EVSE 104间接地与汇聚服务器106通信。在该示例中,可以省略VL 103和汇聚服务器106之间的直接通信,并且可以添加EVSE 104和汇聚服务器106之间的直接通信路径。本领域技术人员将通过这里的描述理解其他通信策略。
现将定义这里使用的术语。
电网108指示从发电到电气插座的电力系统。这包括发电机、传送和配电线路、变压器、接电装置以及“现场”(例如,住宅、建筑物、停车场和/或其他停车位置,从关于该位置的电表通过配电板到电气插座)处的配线。传感器、计算逻辑和通信装置可以位于电网内的一个或多个位置以监视与电网相关联的功能,并且车辆的电气系统可以满足电网的一个或多个功能。
电网集成车辆通常指示用于运送乘客、货物或设备的移动机器。电网集成车辆具有“车载”能量存储系统(诸如电化学、蒸馏石油产品、氢和/或其他存储)和用于通过来自电网108的电力对车载存储(例如,电池、电容器或飞轮、电解氢)进行再充电或补充的电网连接系统。电网集成车辆还可以插入电网108中以从车辆的车载存储向电网108提供电力。
电动车辆设备(EVE)102通常指示位于电网集成车辆中的用于实现通信和电力流的设备。在示例性实施例中,EVE 102接收EVSE属性(下文描述)并且基于例如EVSE属性、车辆的车载存储的状态、预期的驾驶需要和驾驶员期望来控制去往和来自电网集成车辆的电力流和电网服务。EVE 102可以包括车辆链接(VL)103,其还被称为车辆智能链接(VSL),该链接提供了EVSE 104和电网集成车辆的车辆管理系统(VMS)之间的接口,该VMS通常在未使用时(例如,停在车库中时)控制电网集成车辆中的电气和电子系统。
EVE属性通常指示可以传送到车辆所连接的EVSE 104、汇聚服务器106或者另一电网集成车辆的、描述电网集成车辆的信息。这些可以包括:(1)唯一电网集成车辆ID,(2)所允许的计费和其他商业关系,(3)该车辆的授权,诸如用于反孤岛的IEEE 949证书,以及(4)车辆的技术能力,包括最大电力输出、是否能够与电网电力无关地产生电力(紧急电力模式)等。
电动车辆站设备(EVSE)104通常指示用于使EVE 102与电网108接驳的设备。EVSE104可以位于例如建筑物或停车库处、街道附近、或者与机动车辆停车位相邻。具有车载存储以及电力递送和信息连接的电网集成车辆内的EVE 102可以连接到EVSE 104。EVSE 104存储EVSE属性并且可以将这些属性传送到电网集成车辆的EVE 102或其他设备。
EVSE属性是与EVSE相关的信息,诸如其状态、位置和其他信息。EVSE属性通常指示传送到电网集成车辆的EVE 102的、与EVSE 104相关的信息。这可以包括:(1)EVSE的物理能力的特性;(2)法律和行政许可;(3)法律和行政限制;(4)唯一EVSE ID;(5)(EVSE和电网集成车辆参与的)所允许的计费和其他商业关系;(6)在该特定EVSE 104位置可以授权(允许)的电网服务,等等。
充电销售商通常指示管理EVSE 104的管理实体。在一个实施例中,EVSE 104可以不具有任何充电销售商。例如,用于从家庭中其他电器使用的相同电源对家庭所有者的车辆充电的家庭车库中的EVSE 104。在其他实施例中,充电销售商可以具有与EVSE 104的实时通信或延迟通信,可以提供用于对连接到电网的电网集成车辆充电的实施授权,并且可以需要对充电进行支付。
停车运营商通常指示例如通过一个或多个相邻的EVSE 104控制可以停放车辆的车位的公司或团体。停车运营商可以对该车位的使用收费,在停车之前需要身份识别,和/或可以用车位的使用交换EVSE 104的使用。
汇聚服务器106指示直接地和/或经由EVSE 104从EVE 102与电网集成车辆通信,向这些车辆发出用于充电、放电和其他电网功能的请求,并且向电网运营商、配电公司、更高级汇聚服务器、发电机或其他电气实体提供电网服务的软件、硬件和管理过程。汇聚服务器106还可以从EVE102和/或EVSE 104接收关于电网服务和充电的报告。汇聚器是管理汇聚服务器106的商业实体。汇聚服务器106可以管理(控制)去往/来自连接到电网108的电网集成车辆的电力以汇聚电力并且向电网运营商出售电力(例如,兆瓦电力(MW))。集成服务器106还可以管理关于其他实体的信息,包括充电销售商、本地配电公司等。
电网运营商可以包括例如:(1)配电系统运营商(DSO);(2)传送系统运营商(TSO)或独立系统运营商(ISO);(3)发电机;(4)独立发电厂(IPP);和/或(5)可再生能量运营商。
电网服务通常指示在电网集成车辆和电网108之间提供的服务,其中电力通过EVSE 104流动。电网服务可以包括,除其他之外:(1)本地建筑服务,诸如紧急电力;(2)配电系统服务,诸如:(i)提供无功功率,(ii)排除峰值消耗,(iii)均衡三相系统上的负荷,(iv)提供需求响应,(v)提供配电支持(例如,通过在配电系统达到极限时推迟消耗或者释放能量,或者通过使用诸如变压器温度的条件监视来减少通过该变压器的电力);以及(3)传送和发电系统支持,诸如:(1)提供频率调节,(ii)提供时度间调整,(iii)提供热备用;和/或(4)可再生能量支持,诸如(i)提供风均衡,(ii)提供斜变速率减少,(iii)提供能量从太阳峰值到负荷峰值的移位,(iv)当超过负荷时吸收风或太阳功率。例如,电网服务可以包括在非峰值时间进行充电,调节电网电力的质量,快速地和充分地产生电力以防止电网故障或中断,并且使发电稳定以防止诸如风源和太阳源的可再生能量源波动。
电网位置通常指示其中EVSE 104连接的电气系统位置。这可以是电气系统中的分级位置(例如,电气位置),并且可以不与物理位置对应。在本发明的示例性实施例中,可以基于以下中的一个或多个来限定电网位置:(1)EVSE 104连接并且熔接的建筑物电路;(2)EVSE 104连接的架空引入线和仪表;(3)EVSE 104连接的配电变压器;(4)EVSE的配电馈线;(4)EVSE的子站;(5)EVSE的传送节点;(6)EVSE的本地配电公司;(7)EVSE的传送系统运营商;(8)EVSE的子区;以及(9)EVSE的区域、ISO或TSO。由于分级结构中的配电电路开关(例如,重新配置)中间位置可以动态改变,使得在配电开关断开和接通时EVSE的电网位置可以例如从一个配电馈线移动到另一个配电馈线,即使EVSE的物理位置不变。
图2示出了用在电网集成车辆中的示例性EVE 102并且图3示出了EVE 102可以连接的示例性EVSE 104。EVE 102包括连接器250并且EVSE 104包括用于与连接器250配合的相应的连接器350。在各种示例性实施例中,软线可以附接到EVSE 104,连接器350在该软线的末端,或者可以提供分离的软线从EVSE连接器350连接到EVE连接器250。
参照图2,EVE 102包括VL 103、电池202、功率电子模块(PEM)204、车辆管理系统(VMS)206和车辆配合入口250。VL 103包括微计算机210、存储器212和命令模块214。VL 103可以被配置成传递、确定电网服务的供给,控制这些供给。
在示例性实施例中,PEM 204、VMS 206和电池202是在传统的电动车辆中找到的典型部件并且根据本发明并入VL 103以使得该车辆能够接收/提供电网服务。除了通过其他车辆控制进行VMS 206的控制之外,VMS 206在LV 103的指导下直接控制电池管理、充电并且可能控制驾驶功能。VMS 206的功能可以集成到诸如PEM 204的其他设备中,或者可以由一个或多个设备执行。
VL 103可以在制造过程期间集成到电网集成车辆中或者在制造之后添加(翻新)到车辆。尽管被示出为单个设备,但是VL 103可以是电网集成车辆中的分离位置中的两个或更多个设备。在一些示例性实施例中,VL 103的一些功能可以由其他设备提供并且VL103可以被构造为仅具有(在其他设备中未由原始汽车制造商提供的)附加功能。其可以替选地是使用例如VMS 206和/或PEM 204内的现有的车辆计算机实现的用于执行功能的软件系统。根据本发明的包括可以适于作为微计算机210、存储器212和命令模块214操作的部件的适当设备是由美国佛蒙特州South Burlington的Logic Supply公司制造的Mini-ITX。
命令模块214直接地(未示出)或者经由VMS 206控制PEM 204(和/或控制分离的电池管理系统)以在变化的功率水平和变化的功率因数处充电、放电和/或提供无功功率。
微计算机210被配置并编程为提供如下功能:(1)与EVSE 104的双向通信;(2)处理从EVSE 104接收到的EVSE属性;(3)执行存储器212中存储的指令:(a)断定性地对EVE 102的使用建模并且跟踪与电网集成车辆的驾驶员的交互;(b)评估电网、电池和车辆条件,以及(c)确定是否以及何时命令EVE 102吸收或提供有效功率或无功功率。微计算机210可以包括编程/通信端口211,用于与显示器、触摸屏幕或者用于对VL 103编程的编程设备(未示出)通信。
VL 103将电网集成车辆属性(EVE属性)存储在存储器212中,并且可以将这些属性传送到EVSE存储器306(下文参照图3描述)或者另一连接车辆中的EVE存储器212。车辆属性包括,例如:(1)唯一电网集成车辆ID,(2)所允许的计费和其他商业关系,诸如用于购买电力和停车时间的有效账号或者授权码,(3)该车辆的授权和合格证书(code compliancecertifications),诸如用于反孤岛的IEEE 949证书,以及(4)车辆的技术能力,包括最大功率输出、是否能够与电网电力无关地产生电力(紧急电力模式)等,(5)是否被批准用于汇聚服务器的调度,(6)当由车辆提供电力时确保(或不确保)中性,以及(7)用于对电网服务借贷的任何账户和授权。EVE属性可以是静态的,诸如唯一车辆ID,或者是动态的,诸如电池的充电状态,或者电网集成车辆当前是否用作其他本地连接车辆的本地汇聚服务器。
VL 103可以经由VMS 206控制电池202的充电和放电和/或可以控制其他电网服务的供给。更具体地,VL 103可以:(1)与例如墙壁安装或路边安装的EVSE 104通信;(2)从EVSE 104接收EVSE属性;(3)评估EVSE属性以设置和控制电池的充电、电力的支付或其他电网服务,(4)经由VMS 206或经由诸如CAN总线的其他车载车辆通信,或者直接通过驾驶员输入,或者经由其他车辆通信或输入,从电池202、PEM 204、VMS 206、车载电流传感器220、仪表板设定和其他车辆系统接收信息;(5)向车辆发送关于充电、放电、无功功率和其他电网相关电力的命令;以及(6)向其他车辆系统发送关于乘客舱、电池的加热或冷却以及其他车辆系统的任何其他动作的命令。
参照图3,EVSE 104包括接触器302、微处理器304、存储器306、地故障中断(GFI)传感器308、电流测量传感器310和车辆配合连接器350。存储器306可以并入到微处理器304中或者维持作为分离的部件。可选地,EVSE 104可以包括微处理器320,路由器,或者用于通过WAN或路由器连接322和本地条件检测传感器连接324来处理分组交换信号、与外部网络通信并且运行程序的其他设备。本领域技术人员将根据这里的描述理解适当的寄存器、微处理器、存储器、GFI处理和传感器。
EVSE 104可以被配置为部署在车库、公共停车位、路边或者用于停放汽车的其他位置处。EVSE 104可以提供:(1)从电网集成车辆EVE 102到电网108的电气连接;(2)EVSE属性,以及(3)用于对电网服务进行计费/借贷的机制。
EVSE 104维持与EVSE 104相关联的属性,诸如其状态、电网位置以及用于由电网集成车辆经由VL 103使用以控制电力流并且提供有价值的电网服务的其他信息。在示例性实施例中,微处理器304将EVSE属性存储在存储器306中并且从存储器306有选择地取回EVSE属性用于递送到VL 103。EVSE属性可以包括静态和动态属性。静态属性可以包括:电网位置信息;收费商业模型,诸如关于电能和电气服务的支付或借贷的规定、关于占用物理停车位的补偿以及其他信息;唯一EVSE身份(ID);正向流极限;反向流极限;紧急电力标志;和/或授权CAN总线码。动态属性可以包括断路状态、电网电力状态、车辆标识符、变压器过载、电路开关断开/接通、建筑物负荷、账户授权、车辆能力和车辆授权。
微处理器304包括例如编程/通信端口305,用于在EVSE 104的安装期间下载关于建筑物、电气、电路、安全授权、配电公司、仪表账户的静态信息以及其他信息。一些该信息可以仅由DSO电工或电气检验员授权。静态信息可以包括:(1)指示EVSE 104在电网网络内的位置的电网位置信息;(2)指示车辆的充电免费、收费还是上述其他选项的收费商业模型;(3)唯一EVSE ID;(4)来自建筑物或EVSE位置的互联网连接是否具有固定IP地址,并且如果是这样,则IP号码是多少,或者由DHCP或其他互联网协议分配的动态IP;(5)指示从EVSE 104进入电网集成车辆的EVE 102的最大允许电力流的正向流极限;(6)指示从电网集成车辆的EVE 102进入EVSE 104的最大允许电力流的反向流极限;(7)指示是否可以由电网集成车辆204的EVE 102向EVSE 104提供紧急电力的紧急电力标志(紧急电力标志的静态信息设定可能需要检验员验证该位置处是否已安装隔离开关);(8)指示CAN总线协议是否可以延伸到EVSE104的授权CAN总线标志。
(在适当的情况下)可以从EVSE 104通过车辆CAN总线对CAN总线连接进行授权。可以基于具有或不具有加密密钥的EVSE序列号或模型号码对EVSE 104进行授权以使其具有对车辆CAN总线的完全接入。如果电网集成车辆的EVE 102没有批准该授权,则电网集成车辆可以仅提供EVSE 104和VL 103之间的隔离CAN总线通信而非针对整个车辆CAN总线的CAN总线通信。
EVSE微处理器304或可选的EVSE微计算机320可以例如经由端口322接收关于如下内容的动态信息:(1)服务于EVSE 104的断路开关的当前状态(例如,当前是连接的还是断路的);(2)电网当前是否通电;(3)所连接的电网集成车辆的车辆标识符。可以从不同的电网设备/传感器传送该动态信息。例如,EVSE 104可以包括用于监视电网是否通电的电压传感器。来自断路开关的信号可用于监视其状态(例如,断开还是接通)。VL 103可以经由引脚250d/350d、输入/输出通信端口312和微处理器304将车辆标识符提供给存储器306。可以按预定间隔(例如,每秒一次到一分钟一次)重复地传送动态信息。
在某些示例性实施例中,存储器306中存储的EVSE属性可以包括用于控制电网服务的附加信息。例如,存储器306可以存储:(1)EVSE 104的唯一序列号;(2)建筑物电表序列号;和/或(3)建筑物账户。
在各种示例性实施例中,紧急电力标志可以指示,紧急电力:(1)不再被授权;(2)总是被授权;或者(3)基于某些条件而被授权,诸如如果电网集成车辆的EVE 102兼容IEEE929。EVSE 104可以包括至少一个接触器和变压器(未示出),用于在被EVSE激活用于EVE产生的紧急电力时使EVE电力产生与建筑物负荷匹配。
在某些示例性实施例中,正向和反向流极限可以是由建筑物传感器、诸如变压器过流检测器的智能电网元件提供的、或者由DSO经由微处理器320提供的动态额定值。在这些情况下,动态额定值可以覆写存储器306中存储的任何静态信息并且还可以覆写由SAEJ1772控制导引以信号形式通知的单个最大安培。来自DSO 230的动态信息可以是主动DSO维修策略和管理过程的一部分,例如,与电路负荷一致地限制或增加功率,关于电路过载的释放的反馈,或者在与配电线路的断开、接通和维修一致的时间提供紧急电力。
在EVSE中示出了设计用于单相的单个接触器302。本领域技术人员将看到通过向接触器302添加额外的极点并且添加额外的配线,该设计如何适于简单的三相系统。再者,可以考虑使用额外的接触器,或者可以使用具有额外的极点或掷点(throw)的接触器,使得电网集成车辆可以连接在多相电网系统的任何相位之间。在该布置中,DSO可以提供存储器306中存储的信息以指示相位连接。可以使用编程/通信端口305由DSO将该信息定期地更新到EVSE 104。
在一些示例性实施例中,EVSE 104可以在没有来自充电销售商或汇聚服务器106的任何授权的情况下控制电力的调度。
在一些示例性实施例中,可以提供计费机制,使得计费被收费或借贷到关于电网服务和关于停车的财务账户,并且可以在离开时被记表并且计费到该账户而没有分离的费用。替选地,如果电网集成车辆正在提供电网服务(停车和电网服务可以彼此抵消账款)或者允许免费充电(诸如车辆所有者自己的住宅),可以可以不存在计费机制。
在其他示例性实施例中,电网集成车辆的EVE 102可以提供有效账号以便通电。如果未提供有效账号,则EVSE将不会通电和/或可能招致停车违规。在这些情况下,可以在EVSE处包括读卡器或者钞票和硬币读取器以授权支付或者借贷到财务账户或者用于预支付。可能需要关于借贷账户的充电销售商授权。当预支付用尽时,EVSE 104可以断电和/或可以激活停车违规指示器。
在各种示例性实施例中,建筑物电气检验员、负荷服务实体的代表、或者其他授权方可以安装EVSE 104并且经由端口305设置EVSE属性,其包括:
1.在某些示例性实施例中,EVSE 104的缺省设定可以被配置成在连接时授权以低电流对具有EVE 102的电网集成车辆进行充电(例如,插头呈现信号证实电网集成车辆连接到EVSE 104),即使没有输入授权的EVSE 104设置。
2.电气检验员可以检查电路配线、断路器和主电源,并且可以经由端口305将关于根据建筑物负荷规定的最大电流汲取的EVSE属性输入到微处理器304中,用于存储在EVSE静态存储器306中。
3.电气检验员可以经由端口305将指示电气位置的EVSE属性输入到微处理器304中,用于存储在EVSE静态存储器306中。电气位置可以包括例如,EVSE分表(如果有的话)、建筑物电路、架空引入线极点编号、配电变压器、配电馈线电路、变电站、负荷服务实体ID、节点边际价格节点和传送系统(TSO或ISO)。这些关联可以记录在EVSE中的介质上,并且连同其他属性一起被发送到EVE中的VL中。此外,这些关联可以在指定的时间被发送到充电销售商(EVSE 104维护人员或供应商)以及一个或多个汇聚服务器106。电气检验员或者记录和报告关联的其他现场人员保证EVSE属性的准确性并且可能需要连同EVSE属性一起输入雇员ID或者其他代码用于确认。
4.负荷服务实体的代表可以检验(确定)配电变压器的尺寸和建筑物负荷并且可以经由端口305将关于反向流极限(例如,电网集成车辆到电网的电流极限)的EVSE属性输入到微处理器304中,用于存储在EVSE静态存储器306中。反向流极限可以被设定在与正向流极限不同的水平(并且可以比正向流极限高)。反向流极限可以被设定到零以指示不允许从具有EVE 102的电网集成车辆到EVSE 104的供电。反向流极限授权可以取决于被证实为符合IEEE 929反孤岛的车辆类型。
5.负荷服务实体的代表可以检验所批准的隔离开关或者微电网切换的存在,并且如果批准,可以将关于紧急电力的EVSE属性设定为“真”,指示当在建筑物处发生停电时,电网集成车辆EVE 102可以向建筑物供电,并且当隔离开关已被激活时,使建筑物与电网隔离。
可以通过经由编程端口305连接的便携式现场设备使用防篡改处理设定EVSE属性。例如,可以通过雇员ID或密码来保护或授权上述第2、3、4和5项,因此授权的人以外的人不能改变它们。诸如所使用的互联网协议的其他信息可以有意地不受保护,或者可以具有较低水平的保护,使得建筑物居住者或建筑物IT管理者可以改变它们。
可以使用数字签名将与安全性或授权相关的一些EVSE属性,例如上文的第2、3、4和5项记录在存储器中,并且连同数字签名一起传送到EVE 102。因此,EVE 102和汇聚服务器106可以在插入时确认数据已被授权方输入到EVSE 104中。如果没有授权或者数字签名无效,则下文针对图6、8和10描述的授权判定将产生“否”。
EVE 102可以插入到EVSE 104中,这可以导致双向信息流和单向或双向电力流。
尽管EVSE 104被示出为独立(完整)的设备,但是可以考虑,本发明的EVSE 104部件,诸如EVSE属性的存储和发送、连接器250d上的数字信号、与WAN的通信等,可以被配置为附加设备,以通过向这些设备添加如这里描述的信息和通信能力,作为SAE J1772或其他相容电动车辆供电设备装置的一部分而被包括。
参照图2和3,在示例性实施例中,连接器250/350符合美国汽车工程师学会(SAE)标准J1772、国际电工委员会(IEC)标准62196-2或者其他的美国或国际标准,以实现电网集成车辆与电网108的连接。本发明依赖于在2010年通过的SAE J1772和草案IEC 62196-2中描述的标准,本段中描述这些标准以备参考并且区分根据本发明的方面的这些连接器的额外使用。配合连接器250/350包括用于EVE 102的第一配合连接器250和用于EVSE 104的第二配合连接器。可以被称为“入口”的第一配合连接器250包括五个公配合引脚/接触250a、250b、250c、250d和250e。第二配合连接器350包括相应的母配合引脚/接触350a、350b、350c、350d和350e,它们被配置成分别与公配合引脚250a、250b、250c、250d和250e配合。根据草案IEC 62196-2的用于三相和中性的额外的电力接触也可以并入在连接器250/350中。例如如SAE J1772中描述的,在使用中,EVSE104在数字信号线上通过配合引脚250d/350d以信号形式向EVE 102通知可用的充电量。传统的插头呈现开关(未示出)可以并入到引脚350e中。例如如SAE J1772中描述的,EVSE 104可以以信号形式向EVE 102通知连接器250/350响应于插头呈现引脚350e接纳引脚250e而配合。
SAE J1772和IEC 62196-2规定了在接触器中的引脚上提供的电力响应于指示与电网集成车辆EVE 102的连接的导引信号。根据本发明的方面,电力可以由接触器302接通,并且添加该接触器可以执行的额外的控制,具体地,指示没有地故障的地故障检测信号,指示电流汲取不是过度的电流过载检测,以及指示该电网集成车辆EVE 102从该EVSE 104汲取电力的授权的账户授权信号。接触器302可以是常断设备,使得除非每个信号指示接触器302将接通,否则接触器302保持断开以停止电网和电网集成车辆之间的电力流。
尽管图示了包括五个接触(引脚或插槽)的单个配合连接器250/350集合,但是本领域技术人员将根据这里的描述理解,可以使用不同数目的这样的连接/接触。例如,对于三相电力可以使用七个连接:每个相位一个连接、一个地连接和两个数据连接。或者,可以提供用于电力和信令的连接器以允许DC充电而非AC充电。这里描述的本发明可以依赖上述标准或者可以是具有不同数目和规格的连接器、电力线路或信号线路的配合连接器变化方案的一部分。
图4示出了示例性汇聚服务器106和相关联的针对用于提供电网服务的其他部件的连接。图示的汇聚服务器106包括微计算机402和可由微计算机402访问的、用于存储和取回数据的存储器404。汇聚服务器106额外包括用于建立与VL 103的通信的通信部件(未示出)并且可选地包括TSO 412、DSO 414、充电销售商416和停车运营商418中的一个或多个。在示例性实施例中,与汇聚服务器106的通信经由广域网(WAN)450。本领域技术人员将根据这里的描述理解适当的服务器、微计算机、存储器和通信部件。
当若干个EVSE 104一起处于单个停车运营商或充电销售商的空间中时(它们处于物理停车场、公司、市区或其他实体中),停车运营商或充电销售商可以操作汇聚服务器106自身,或者可以将汇聚服务器的某些功能并入到本地集中控制中。在一个示例性实施例中,汇聚服务器的一些功能将处于停车库处的集中支付站中,并且支付或者借贷的接收可以在支付站处进行而非直接经由VL 103或EVSE 104进行。
总体上参照图1至4,VL 103可以通过如下方式接收EVSE属性:(1)VL 103查询微处理器304以获得存储器306中存储的EVSE属性,或者(2)微处理器304可以例如基于来自EVE的导引信号,确定EVE 102已连接到EVSE 104,并且微处理器304可以随后在连接到EVE 102的线路中的一个线路上广播EVSE属性。在任一情况下,EVE 102的属性经由相互处理传送到EVSE。
可以使用由微处理器304编码的信号传递EVSE属性,通过配合连接器250/350的配合接触250d和350d以及VL 103的输入/输出端口216,经由输入/输出端口312发送EVSE属性。替选地,可以通过例如电力接触250a和350a由电力线路载波信号发送EVSE属性。接收到的EVSE属性被存储在VL 103的存储器212中。VL 103可以向EVSE 104、汇聚服务器106、充电销售商或停车运营商传送关于支付或借贷账户授权的账户、计费、累积kWh和/或车辆标识符。
除其他之外,VL 103可以经由如下之一与EVSE 104通信:(1)电力线路载波(PLC);(2)CAN总线,(3)导引线路上的串行通信(150D/250D),和/或(4)导引数字脉宽信号上的负侧的信号。EVE 102可以包括蜂窝通信设备(未示出),用于提供蜂窝信号作为针对汇聚服务器106的备份通信。还可以使用其他通信技术(未示出),诸如低功率无线电、或者针对其他汽车中的发挥作用的VL 102的电力线路上的低频载波。
VL 103可以实时地或者近似实时地与汇聚服务器106通信。该通信可以通过从VL103到EVSE 104的有线连接的WAN,或者EVE 102可以具有与汇聚服务器106通信的蜂窝或其他无线能力。在前者的情况下,连接仅在EVE 102连接到具有工作的LAN通信的EVSE 104时生效。本发明可以适于在所有这些情况下实施。
在示例性实施例中,VL 103将尝试使用每种可用的通信方法与汇聚服务器106通信,首先尝试通过连接器250和350的直接连接,接着尝试其他非订户服务,并且再次尝试蜂窝通信。如果针对汇聚服务器106的通信不可用,则VL 103进入下文参照图7描述的自动模式。
在示例性实施例中,VL 103确定(跟踪)驾驶员的关于操作电网集成车辆的先前行程、需要或者限定的期望并且预测可能的下一行程的进度(下一行程预测可以包括关于一个或多个未来行程的、可能开始时间、可能距离以及所需的费用和目的地)。预测模型可以基于EVE依据先前车辆使用的预测,其可以基于驾驶员或车队管理员输入的显性进度信息,或者可以基于通过车辆使用和驾驶员反馈改进其自身的通用预测模型。驾驶员输入可以借助如下方式:对车辆的控制、便携式数字助理、基于浏览器的车辆进度日历、或者针对车辆驾驶员或车队操作者已使用的其他进度系统的扩展或添加。车辆的使用由VL 103记录并且可以被用作下一预测的一个数据源。驾驶员输入可以通过连接到VL 103的车上控制,可以通过寄放在汇聚服务器106上的进度软件或者来自另一车辆支持平台的数据,或者可以通过个人数字助理或者与VL 103、WAN、汇聚服务器106或其他入口通信的其他无线设备。不论进度数据获取的手段和渠道如何,预测进度可以存储在例如存储器212中的VL 103以及汇聚服务器106两者上。因此,EVE可以使用下一行程预测,以例如确保汽车在需要例如用于运输和/或加热时充分充电,确定最经济的充电时间等。汇聚服务器106可以使用下一行程预测来规划将在什么时间、在电网上的什么位置提供用于电网服务的电容量的数量。
VL 103和汇聚服务器106还具有使用下一行程预测来提供附加服务的能力。例如,在极端温度下,可以使用下一预测驾驶时间来对乘客舱进行预加热或预冷却,使得在预期使用时处于舒适的温度。该温度控制可以在接通电网电力时由车辆加热/冷却系统执行,减少从车辆电池汲取能量用于初始加热或冷却。此外,由于加热和冷却可以常常存储在比电气存储成本更低并且更小的设备中,因此加热或冷却可以基于下一行程预测以及当前温度或下一行程预测时的气象温度预测而存储在车辆中的热存储中。预测模型的另一用途是其结合电池温度感测的应用,以便在驾驶之前对电池进行预加热或预冷却,以改进操作并且延长电池寿命。预测模型还可以用于提供其他驾驶员服务。例如,由于下一行程目的地是已知的,因此可以在到达时预留停车位或EVSE。最后,如果行程接近或超出车辆的电池范围,则可以识别途中的再充电位置并且建议给驾驶员。
VL 103和汇聚服务器106还使用下一行程预测对电池充电进行最优化以获得最大电池寿命。最大电池寿命可以是VL 103的主要目标,或者其可以是联合最优化的若干个目标之一,例如,确保下一行程以及提供电网服务的充分充电。最大电池寿命的管理基于如下原理:充电速率、充电状态(SOC)、电池在每个SOC处停留的时间、温度以及其他因素极大地影响电池寿命。例如,通常停留在最大SOC的40%和60%之间的电池将比频繁充满电的电池使用更久。传统的车辆电池充电系统(现有技术)将最高和最低SOC限制到例如最大SOC的10%和90%之间,然而,每当车辆插入时它们总是充电到该最大允许SOC。本发明的方面使用下一行程预测来确定所需的充电量以及达到该充电量的时间。例如,取现有的SOC数值作为说明,如果下一行程是仅需要电池的20%的短程,则VL 103或汇聚服务器106可以将电池仅充电到60%,在行程结束时预期SOC将是40%,因为这将可靠地满足驾驶需要,同时对电池强加了极小的损耗。替选地,对于不常见的长行程,EVE 103可以授权充电到通常的推荐数量以上,在该说明性示例中,充电到90%以上,但是由于下一行程时间是已知的,因此电池仅在该状态保持极短的时间,即刚好在下一预测行程时间之前,因此使范围最大,同时再次使实现该范围的损耗最小。
由于VL 103和汇聚服务器106包含预测进度的副本,因此这些功能可以由任一方执行:由哪个设备进行控制的选择可以例如使用该时间连接的设备(在驾驶期间如果没有蜂窝链路,则使用汇聚服务器)或者最接近的并且具有最相关的本地信息的设备(在充电期间使用EVE)来进行最优化。根据专利申请公布第2009/0222143号,该设计还实现了“功能退化”,例如可以由VL 103执行针对准备预测行程的充电,即使针对汇聚服务器106和/或EVSE104的通信故障。
当停车并连接时,VL 103和/或汇聚服务器106可以控制(进行关于其的判定)充电和提供电网服务的速率和定时。驾驶员可以向EVSE 104或汇聚服务器106或者向管理EVSE104的充电销售商传输信息(例如,账号)。该信息可以预存储在EVE 102中,或者由EVSE 104自身上的信用卡或优盾(key fob)刷卡器经由电子或磁读取器(未示出)或个人数字助理(PDA)提供。一旦EVSE 104或汇聚服务器106或者充电销售商证实该信息,则EVSE 104可以接收使接触器302通电的授权,例如用于对包括EVE 102的电网集成车辆充电。
EVSE 104可以代表充电销售商使用接触器302拒绝充电直至驾驶员或EVE 102提供可接受的ID或者用于购买充电的账户信息。再者,EVSE104可以代表停车运营商拒绝充电或者可以发出警报(例如,EVSE处的可听信号或者传送到停车运营商的电子信号),除非驾驶员或EVE提供用于购买停车时间的可接受的账户信息。在示例性实施例中,接触器302不能打开和关闭电网服务。相反其用作紧急情况的保险(例如,用于地故障的GFCI,加上过流保护)并且防止电力盗用(在充电之前获得ID)。更复杂的电网服务以及充电和放电速率的控制可以由EVE 102进行。
VL 103可以包括(或者可以访问)电表(例如,收入级仪表)以测量去往和来自EVSE104的每个方向上的积累能量。该仪表可以集成到基于电流传感器220的EVE 102中,集成在建筑物(未示出)上,或者集成到基于电流传感器310的EVSE 104中。收入仪表可用于测量电网服务或者单纯积累的充电能量或净充电能量。VL 103可以包括电力管理,使得VL 103可以(1)总是接通,(2)仅在车辆插入时接通,或者(3)仅在需要电网服务时接通。VL 103可以在EVE 102已被拔出超过阈值时间量之后断开,或者在一些自动模式中在电池被充电到期望水平之后断开,以减少当停车并且断路长时间段时的电池漏电。使用包括EVSE ID的EVSE属性确定在该位置充电、电网服务和其他服务是否可用,并且该车辆是否应为它们进行支付和/或被支付。车辆ID可以例如连同经由充电销售商的账户查找一起,额外地由EVSE使用。对于给定的EVSE充电属性,所采取的动作包括:
1.EVSE属性“无限制充电”:在导引信号表明车辆的EVE 102连接到EVSE 104之后,微处理器304向EVE 102发送属性并且接通接触器302,使得车辆可以开始充电。不需要ID或账户信息,甚至不需要从车辆接收属性的确收。该“无限制充电”情况的一个示例性实例是未修改的SAE J1772标准EVSE和车辆,其中EVSE不发送属性,并且在没有来自车辆的任何属性信息的情况下接通接触器。
2.EVSE属性“已知的居住者/工作者/成员的免费充电。”在车辆的EVE 102连接到EVSE 104之后,微处理器304向EVE 102发送EVSE属性并且等待车辆ID。EVE 102向EVSE 104发送车辆ID。EVSE 104查找车辆ID,并且如果其被EVSE 104识别,则EVSE 104接通接触器302并且车辆可以开始充电。在变化方案中,EVE 102向EVSE 104发送车辆ID,并且EVSE 104查询充电销售商以接收批准。如果接收到批准,则EVSE 104随后接通接触器302。
3.EVSE属性“批准的账户持有者的充电。”在连接之后,微处理器304向EVE 102发送EVSE属性并且等待账号和可能的额外的代码或授权。EVE 102可以发送代码,诸如具有数字签名的账户代码,其随后由EVSE 104处理,例如通过将其发送到充电销售商用于批准来处理。如果EVSE 104批准该代码,则其接通接触器302并且记载用于充电的时间和能量的数量(kWh)。为了执行该功能,EVSE 104使用基于电流传感器310的仪表、微计算机320中的电压测量和标准信号处理(未示出)、或者例如由EVSE 104经由安全通信访问的分离的收入仪表。车辆账户可以不被计费,可以按时间计费,可以按kWh计费,和/或可以针对借贷进行计费。其一个变化方案是使用账户支付停车位的使用。如果EVE 102不发送批准代码,则EVSE104不接通接触器302,和/或可以通过声音、光或电子信号指示在该位置停车是不允许的。
4.EVSE属性“具有这里许可的V2G的电网服务。”在连接之后,EVSE微处理器304向EVE 102发送EVSE属性并且接通接触器302。VL 103访问EVSE属性,将电网位置和电容量传递到汇聚服务器106。VL 103随后将电池202的充电状态与预测的下一行程时间和距离进行比较,并且与关于最小范围需要的任何其他驾驶员参数和驾驶员偏好进行比较,以使电网集成车辆(GIV)收入相对最大范围对比最大电池寿命最优化。基于这些考虑,VL 103将其能力登记到汇聚服务器106以提供一个或多个电网服务,在该位置每个电网服务在零或更大的容量处提供指定的时间段。当EVE 102正在提供电网服务时,其可以使用车载仪表,该车载仪表可以基于电流回路220以及其他测量和处理,或者可以是PEM 204的一部分。
5.在任何EVSE 104处,不论EVSE 104是否具有任何以上能力,对于在该EVSE处为电力支付的实体,VL 103可以选择,或者可以提供、退还或借贷充电成本。为了退还或借贷充电成本,VL 103识别EVSE位置、建筑物仪表账户或者为电力支付的实体的其他标识符。可以使用EVSE属性,特别是EVSE ID和/或建筑物仪表编号来完成识别。不具有针对VL 103识别其自身的能力的EVSE 104可以是例如符合SAE J1772或IEC 62196-2,但是不具有这里描述的额外能力的EVSE,或者可以是具有适配器的简单电气插座。对于没有针对EVE 102识别其自身的能力的EVSE,EVE 102可以使用额外的识别手段。一种方法是具有来自建筑物内部的设备的不同的数字签名的电子“探索(ping)”,诸如X19传送器。根据本实施例,传送器可以被置于建筑物中并且其创建可由插入到同一配电变压器内的任何EVSE 104或任何插头的所有车辆的VL 103读取的电子签名。用于识别为电力支付的实体的第二方法是结合VL103或汇聚服务器106中存储的已知充电位置的列表来使用GPS。GPS对于诸如反馈和紧急电力的安全相关服务和授权所需的可靠性而言不够精确,但是对于计费或借贷用于对电力收费的收入仪表账户而言是充分可靠的。
6.基于以上描述,上述各项的变化方案和组合对于本领域技术人员是明显的。
VL 103可以包括车辆到车辆通信模块(未示出),用于经由低功率短程无线电,或者经由电网108或电力线上的电力线路载波(PLC)经由低频信号(例如,1至300KHz)与其他车辆通信。信号频率可以被选择为能够通过一个或多个配电变压器。该通信出于如下原因是有用的:(1)使得多个汽车可以协作地提供电网服务,(2)在通过EVSE的正常信号故障的情况下,或者(3)为了增加带宽,本地通信的一组车辆可以以信号形式向汇聚服务器通知仅需要一个互联网信号就可以激活本地通信车辆的集群或本地汇聚并且从其接收报告。
当直接与其他车辆通信时,EVE 102可以用作具有授权对等设备的代理。车辆到车辆通信可用于补偿针对汇聚服务器106的直接通信的损失,或者执行来自其他附近的授权车辆的命令以集中使用带宽用于实时调度和返回报告。例如,一个电网集成车辆的EVE 102可以被指定用作本地联合代表。该本地联合代表接收来自汇聚服务器106的通信,将其解析成单独的车辆部分,向附近的或相邻的车辆广播相应的命令。作为响应,这些附近的车辆均独立地响应它们的命令,随后均向本地联合代表发送响应,本地联合代表添加或积累这些响应报告,并且将它们作为组合总响应报告给汇聚服务器。
在某些示例性实施例中,EVSE 104可以被OEM(汽车制造商)批准用于CAN总线连接性。在这些实施例中,EVE 102可以包括用于经由例如配合接触250d和350d将电网集成车辆EVE 102中的CAN总线的数字连接扩展到EVSE 104的设备。该扩展可以取决于由EVSE存储器306中的“授权CAN总线”代码指示的授权。
在某些示例性实施例中,其中向PEM 204提供三相电力,EVE 102可以跨越三相电力提供负荷均衡。例如,PEM 204可以能够从两相汲取电力。VL 103可以检测跨越任何两相的最高电压,并且使PEM 204切换到使用来自这两相的电力。这可以通过并入适当的滞后的EVE 102并且考虑跨越PEM 204从中汲取电力的两相的预期压降来实现。在该实施例中,EVE102提供动态三相负荷均衡。
图2A示出了车辆到车辆充电系统。根据示例性实施例,第一车辆的VL 103a(“供应方”车辆)包括能够使其呈现为针对第二车辆(“接收方”车辆)的VL 103b的EVSE的额外功能。包括每个末端上的用于附接到连接器250a至250d的相同连接器的通信线缆290实现了供应方和接收方车辆之间的信号流以及从供应方车辆到接收方车辆的电力流。
供应方车辆EVE 102a可以包括用于生成安培容量信号的电路,如同SAE J1772相容EVSE,或者IEC 62196-2相容EVSE等。供应方车辆EVE 102a可以具有检测接收方EVE 102b作为待充电EVE的电路。此外,供应方车辆中的EVE 102a可以能够激活120a中的PEM和电池以便从电池202的直流电力生成类似电网的交流电力。EVE 102a或通信线缆290提供用于插头呈现的无源信号。因此,EVE 102a和通信线缆290一起呈现给接收方车辆的EVE 102b,如同其是EVSE。这意味着具有该功能的车辆和通信线缆可以对另一车辆进行充电而无需连接到电网。接收方车辆不需要除了标准SAE J1772或IEC 62196-2相容性以外的额外功能。可选地,EVE 102b可以具有附加的编码/解码设备,用于SAE J1772中未规定的通信,其包括如下一个或多个:控制引脚的负侧的数字信令、CAN总线或单线以太网的负侧的数字信令、和/或针对EVSE 104的电力线上的电力线路载波以太网。
在示例性实施例中,在车辆对车辆充电期间未进行任一车辆与大地的连接。这减少了大地的地和车辆上的任何热、中性或地盘的地之间的电位(电压差)的任何风险,并且减少了对GFI保护的需要。在另一示例性实施例中,可以向供应方车辆添加GFI保护。
在另一示例性供应方车辆实施例中,EVE 102a可以具有物理开关、软件按钮、数值输入或者其他输入设备(未示出),其允许用户以信号形式通知关于哪个车辆将成为供应方的意图,并且还允许用户设定对将要进行的最大能量传输的例如以kWh为单位的数值限制。
回来参照图1至4,EVE 102可以在其存储器212中存储车辆属性,包括账号、公用事业公司仪表账户、授权码、车辆标识符或其他标识符中的一个或多个,任何车辆属性可以被加密,以便对电力流和/或与EVSE104、充电销售商310、建筑物所有者或其他本地耗电者、停车运营商311或汇聚服务器的财务交易进行授权。此外,EVE 102可以具有车辆动态属性,包括在每个方向上积累的kWh能量的记录、其记载的电网服务提供以及其占用停车位的时间,并且可以使用这些动态属性以便计算支付或借贷。EVE 102可以与EVSE 104、充电销售商310和汇聚服务器300通信,用于财务交易、账单或者能量和电网服务的收据。如果EVE 102由于例如在完成借贷或支付的计算时WAN 330断开连接而不能进行通信,则该信息可以存储在EVE中并且在以后WAN连接330恢复时传递。支付或结账可以包括商品和服务,诸如充电能量的kWh、充电分钟数、诸如“非峰值率”或“吸收多余风速”的基于时间的或者系统相关的计费分量、诸如“绿色功率”的非电气属性、本地控制电网服务、以及诸如停车的非电气服务。
图5是根据本发明的实施例的用于管理电力流的示例性步骤的流程图500。为了便于讨论,参照EVE 102和EVSE 104描述流程图500的步骤。
在步骤502中,EVE 102建立与EVSE 104的通信。在步骤504中,EVE 102从EVSE 104接收EVSE属性。在步骤506中,EVE 102基于EVSE属性管理EVE 102和EVSE 104之间的电力流。
图6是出于EVE 102的角度与EVSE 104接驳用于管理电力流的示例性步骤的流程图。
在步骤602中,EVE 102检测插入事件。在示例性实施例中,EVE 102例如基于引脚250e生成的插头呈现信号,通过EVE 102的相应的连接器250检测EVSE 350的存在。如果检测到插入,则处理前往步骤604。否则,EVE 102继续等待插入事件。
在步骤604中,EVE 102从EVSE 104接受电力容量。在示例性实施例中,当EVSE 104插入到EVE 102中时,EVSE 104例如根据SAE J1772和/或IEC 62196-2自动地在导引信号中将其插头容量传送到EVE 102。
在步骤606中,EVE 102建立与EVSE 104的通信。在示例性实施例中,根据上述方法之一建立通信。
在步骤608中,EVE 102确定来自EVSE 104的EVSE属性是否可用。如果EVSE属性可用,则处理前往步骤610。如果EVSE属性不可用,则处理前往步骤614。
在步骤610中,EVE 102接收EVSE属性。在示例性实施例中,VL 103通过以上方法之一,诸如负侧导引信号上的串行通信或者电力线路载波,直接从EVSE 104接收EVSE属性。在示例性实施例中,EVSE属性包括电网位置、收费商业模型、唯一EVSE身份识别、动态正向流极限、动态反向流极限以及紧急电力标志。
在步骤612中,EVE 102设定关于EVSE 104的属性的本地副本。在示例性实施例中,VL 103将从EVSE接收到的属性复制到存储器212中的这些属性的副本。
在EVSE属性不可用的情况下到达的步骤614中,EVE 102将关于EVSE的属性的本地副本设定为缺省设置。在示例性实施例中,VL 103在本地存储器212中设定缺省设置;缺省设置可以包括允许车辆充电,但是不允许来自车辆的反馈或紧急电力的属性。
在步骤616中,EVE 102向EVSE 104发送EVE属性。在示例性实施例中,VL 103向EVSE 104发送如下示例性属性:(1)唯一电网集成车辆ID;(2)所允许的计费和其他商业关系,诸如用于购买电力和停车时间的有效账号或授权码,(3)该车辆的合格,诸如用于反孤岛的IEEE949证书,以及(4)车辆的技术能力,包括最大电力输出、是否能够与电网电力无关地产生电力(紧急电力模式)等,(5)是否被批准由汇聚服务器进行调度,(6)当由车辆提供电力时确保(或不确保)中性,以及(7)用于对电网服务借贷的任何账户和授权。
在步骤618中,EVE 102确定其操作参数。在示例性实施例中,VL 103确定操作参数,其包括基于EVSE电力容量的例如以千瓦为单位的充电和放电电力容量、EVE电力容量、EVSE属性、电池kWh和充电状态以及驾驶进度。例如,一个操作参数,即充电和放电电力容量,可以部分地由电池110的当前能量水平(电池能量)和将电池110充满电所需的额外能量水平(电池净空)确定。
在步骤620中,EVE 102确定EVSE 104的位置是否已知。在示例性实施例中,VL 103确定位置信息是否存在于EVSE属性中。如果位置已知,则处理前往步骤626。如果位置未知,则处理前往步骤622。
在步骤622中,EVE 102接收GPS数据。在示例性实施例中,EVE 102从传统的GPS接收器接收GPS位置数据。
在步骤624中,EVE 102确定EVSE 104的位置。在示例性实施例中,VL 103通过将GPS数据与已知的EVSE 104位置进行比较来确定EVSE的位置并且将GPS位置数据最近的已知位置识别为EVSE 104的位置。如果已推断位置或者位置基于GPS,则EVE在存储器212中设定位置“不确定”标志,就是说,较之由EVSE属性设定的情况,该位置不太可靠。
在步骤626中,EVE 102检查授权。在示例性实施例中,VL 103通过检查在EVSE的属性中识别的电账户或者充电销售商信息来处理授权。如果电账户或充电销售商信息可用,则处理前往框628。否则,EVE 102在步骤627中将授权识别为不确定。
在步骤628中,EVE 102处理授权。在示例性实施例中,如果来自EVSE的电账户或充电销售商信息可用,则VL 103取回账户和授权信息并且如果需要,处理该信息用于支付。如果未提供账户信息,但是位置已知或者推断了位置,并且该位置处的建筑物电账户被授权,则VL 103可以推断账户信息。此外,VL 103可以例如基于来自EVSE 104的属性,确定是否已接收到例如使用与其正常汇聚服务器不同的汇聚服务器的额外的授权,是否允许反馈,以及是否允许提供紧急电力。
在步骤630中,如果被授权,则EVE 102将尝试连接到汇聚服务器106。在示例性实施例中,如果EVSE 104需要使用本地汇聚服务器并且车辆用户已被授权使用替代汇聚服务器,则VL 103将尝试连接本地汇聚服务器。否则,VL 103将尝试为车辆使用正常汇聚服务器。
在步骤632中,EVE 102实现电力流。在示例性实施例中,VL 103通过经由VMS 206指令PEM 204来实现电力流。
图7是EVE 102在建立与汇聚服务器106的连接的情况下与汇聚服务器106接驳,或者在未建立与汇聚服务器的连接的情况下自动操作的示例性步骤的流程图700。在任一情况下,流程图700示出了出于EVE 102的角度管理电力流。
在步骤702中,EVE 102确定是否处于与汇聚服务器106的通信。在示例性实施例中,VL 103确定是否存在与汇聚服务器106的通信。如果存在与汇聚服务器106的通信,则处理前往步骤704。如果不存在与汇聚服务器106的通信,则处理前往步骤726,EVE 102在自动模式中进行操作。
在步骤704中,EVE与汇聚服务器106“握手”以建立通信。在示例性实施例中,VL103与汇聚服务器106握手以设定通信协议并且将其存在登记到汇聚服务器106。该请求由汇聚服务器处理。参见例如,下文描述的流程图1100的步骤1106。
在步骤706中,EVE 102向汇聚服务器106发送EVE操作参数。在示例性实施例中,VL103可以向汇聚服务器EVE发送操作参数,包括由VL 103计算的操作参数,以及从EVE属性复制的操作参数和从EVSE属性复制的操作参数。
在步骤708中,EVE 102使其驾驶进度同步,还被称为“下一行程预测”。在示例性实施例中,VL 103和汇聚服务器106均维持关于其中EVE102所在的车辆的驾驶进度。驾驶进度可以是基于人类输入和可选地计算机预测的未来行程的预测。在示例性实施例中,人类输入是在输入时戳记的时间,并且驾驶进度被同步,使得在EVE上的进度相对汇聚服务器上的进度之间出现冲突的情况下,人类输入覆写计算机预测并且较近期的人类输入覆写较旧的输入。在步骤708中未明确示出的另一示例性实施例中,如果汇聚服务器未知并且未被信任,则EVE 102可以将发送限制到有限的驾驶进度,例如,仅向停车运营商的汇聚器发送下一出发时间。
在步骤710中,EVE 102可选地将保存的数据传送到汇聚服务器。在示例性实施例中,VL 103检查在EVE 102例如由于先前与汇聚服务器106的通信故障而在下文参照流程图700的步骤726至736描述的自动模式中操作时存储的数据。存储的数据可以包括在VL 103未与汇聚服务器106通信时,先前执行的并且存储在存储器212中的日志中的充电或电网服务。
在步骤712中,EVE 102确定其可用容量。在示例性实施例中,VL 103基于EVE操作参数,接着基于电池能量、电池净空、驾驶进度、EVE属性和EVSE属性,确定可用电力容量。驾驶进度可以以多种方式影响可用容量。例如,如果车辆被安排在小于一小时内驾驶需要其电池能量的75%的距离,则VL 103可以确定少于满电力容量的电力容量当前可用或者没有容量当前可用。在示例性实施例中,EVE 102(例如,基于电池制造商规格)确定达到和维持各种充电水平对电池的影响并且使可用容量计算基于将电池充电到仅足以使电动车辆执行针对驾驶进度确定的预测行程的水平,同时使电池的损耗最小,以便延长电池寿命。
在步骤714中,EVE 102向汇聚服务器106报告其可用容量。在示例性实施例中,VL103将可用容量传递到汇聚服务器106。
在步骤716中,EVE 102从汇聚服务器106接收调度信号。在示例性实施例中,VL103从汇聚服务器106接收调度信号。来自汇聚服务器的调度信号包括接收电力或者向电网108提供电力的的请求。如下文参照流程图1300的步骤1304和1306提及的,汇聚服务器将不会在大于它们报告的容量下请求去往或来自车辆的电力。
在步骤718中,EVE 102控制EVE 102和电网108之间的电力流。在示例性实施例中,VL 103基于在716中处理的调度信号通过EVSE 104控制EVE 102和电网108之间的电力流。电力流可以去往或来自电网108。
在步骤720中,EVE 102测量实际电力流。在示例性实施例中,VL 103从PEM 204接收指示EVE 102和电网108之间的实际电力流的电力流信号。在另一实施例中,VL使用电流传感器220和来自PME 204的电压,对此两者进行组合以计算电力,来直接测量电力。
在步骤722中,EVE 102报告测量的电力流。在示例性实施例中,VL 103向汇聚服务器106报告测量的电力流。
在步骤724中,EVE 102确定对调度的响应是否应结束。如果否,则处理前往更新关于容量的报告的框712或者接收另一调度信号的框716。如果是,则处理结束。如果EVE确定仅应转移到充电,如果存在EVE 102和汇聚服务器106之间的断路、车辆被拔出、存在电网电力的损失和/或发生故障,则处理可以结束。
如果电力流将继续,则在步骤725中,VL 103确定是否调整步骤714中的报告容量。如果将调整报告容量,则处理可以定期地在步骤712中继续,例如每15分钟,和/或响应于调度信号中指定的容量和在步骤720中的实际电力测量之间的差异而继续。如果不调整报告容量,则处理可以定期地在步骤716中继续,例如每5分钟,和/或响应于在步骤716中接收的调度信号中指定的结束时间而继续。
在EVE 102不能建立与汇聚服务器106的通信的情况下到达的步骤726中,EVE 102进入自动模式。
在步骤728中,EVE 102关闭汇聚服务器的控制并且打开自动控制。在示例性实施例中,VL 103关闭所有汇聚器控制的电网服务并且打开基于本地信息的电网服务,例如基于诸如本地频率检测和无功功率的本地检测或者简单地基于非峰值充电的充电和提供服务。
在步骤729中,EVE 102确定是否充电和/或提供哪些本地服务。在示例性实施例中,VL 103基于EVE操作参数,包括VL存储器212中的EVSE属性和驾驶进度,通过感测诸如频率、电压或无功功率的本地电网条件,来判定提供本地电网服务。在另一示例性实施例中,VL 103可以根据存储器212中的EVE操作参数确定将充电电流设定为零并且等待非峰值电费率,随后当这些费率生效时充电到下一行程开始所需的电量。
在步骤730中,EVE 102控制电力流(例如,充电或放电)。在示例性实施例中,VL103基于在步骤729中进行的确定来进行充电和放电。
在步骤732中,EVE 102可选地提供本地电网服务。
在步骤734中,EVE 102记载电力流交易。在示例性实施例中,VL 103记载在EVE102与汇聚服务器106断开连接时的所有电力流交易和本地电网服务用于随后在建立或重新建立与汇聚服务器106的通信时(参见步骤710)进行报告。
在步骤736中,EVE 102结束自动处理模式。在示例性实施例中,VL 103响应于重新建立与汇聚服务器的连接或者将EVE 102从EVSE104拔出来结束自动处理。
图8是在停电的情况下从EVE 102提供电力的示例性步骤的流程图800。
在步骤802中,EVE 102确定是否存在电网电力丢失。在示例性实施例中,PEM 204以传统方式检测电力丢失并且VL 103通过与PEM 204的通信确定存在电网电力丢失。如果存在电网电力丢失,则处理前往步骤804。否则VL 103继续定期检查电网电力丢失,同时执行流程图700的其他处理步骤。
在步骤804中,EVE 102停止针对电网108的电力流。在示例性实施例中,VL 103立即指令PEM 104不递送电力(这是典型的反孤岛规定)。这在任何处理之前完成并且在一个示例性实施例中可以在较低层级的硬件处执行或者借助其他手段执行以确保故障安全切断。
在步骤806中,EVE 102确定EVSE 104是否授权它在电网电力丢失的情况下的使用,并且其是否有能力这样做。在示例性实施例中,VL 103确定是否已接收到指示EVSE 104被授权在电网电力丢失的情况下接收电力(例如,已被电工批准为具有所安装的适当设备)的EVSE属性。如果EVSE 104被授权,则处理前往步骤812。否则,VL 103中断供电/将不从EVE102向EVSE 104提供电力。
在步骤808中,EVE 102确定EVSE 104是否与电网108隔离。在示例性实施例中,VL103基于来自EVSE 104或者来自例如手动或自动建筑物隔离开关的另一设备的肯定指示,确定EVSE 104是否被隔离。如果EVSE 104被隔离,则处理前往步骤810。否则,VL 103中断供电,或者将不从EVE 102向EVSE 104提供电力。现有的电工规程需要隔离开关使建筑物负荷与死电网隔离。这些规程需要在启动紧急发电机使建筑物或负荷侧通电之前实现这样的与电网108的隔离。在示例性实施例中,EVSE104处理所需的来自隔离开关的隔离证明,并且以信号形式向EVE 102通知其随后应成为电力生成的源。
标准隔离开关或改进隔离开关可用于检测电网电力的丢失,使建筑物/住宅或负荷从电网108断开连接。并且经由标有例如“启动发电机”的、连接到EVSE 104的导线以信号形式通知该隔离已实现。通过设定指示合格电工已确认隔离开关被正确安装,正确连接到EVSE 104,并且可能提供了如下文指定的中心抽头变压器的例如“紧急电力标志”的静态EVSE属性,可以将EVSE 104配置用于紧急电力使用。此外,可以使用三个动态属性以信号形式通知发电就绪,例如(1)指示来自隔离开关的“启动发电机”或相似信号接通的动态EVSE属性,(2)指示中心抽头变压器由接触器连接的动态EVSE属性,以及(3)指示当前插入的车辆能够具有该类型的发电模式的动态EVSE属性。对于其他EVSE属性,这些静态和动态属性被传送到EVE 102。在本发明的一个示例性实施例中,EVE102将不指令车辆产生电力,除非这些EVSE属性被正确设定,并且除非指示隔离开关正在工作的属性继续接通。对于单相中心抽头中性电气连接,电力额定值与EVSE电路的最大输出相同的中心抽头240V电感器可以被添加到EVSE 104。中心抽头240V电感器可以经由接触器或继电器相对EVSE 104常断。当电网集成车辆正在提供紧急电力时,电感器可以跨越来自车辆的240VAC连接。该配置使得车辆能够向中心抽头中性建筑物电气系统提供240伏但是没有中心抽头中性。本领域技术人员将根据这里的描述理解,三相建筑物如何相似地以Y或Δ配置使用相应的变压器。
在步骤810中,EVE 102向EVSE 104提供电力。在示例性实施例中,VL 103指令PEM204向EVSE 104递送电力,例如用于在例如电力故障的情况下向住宅供电。
在步骤812中,EVE 102确定是否应终止提供紧急电力。在示例性实施例中,当检测到故障、检测到电网电力或者电池电量下降到阈值以下,例如15%以下时,VL 103确定EVE102应停止提供紧急电力。如果EVE102确定应继续提供紧急电力,则处理前往步骤806。
在步骤814中,EVE 120中断提供电力。在示例性实施例中,VL 103指令PEM 204中断从EVE 102向EVSE 104提供电力或者不提供电力。如果由于低电池电量达到阈值,则VL103可以额外关闭EVE 102以便节约电池电力。
尽管本发明的实施例被示出用于控制去往电网集成车辆的电力,但是VL 103可用于控制具有存储能力并且具有关于需要从存储取回能量的时间的某种预测能力的其他设备。例如,本发明的实施例可以应用于存储空间加热器或存储炉,它们相似地具有可预测的使用(在寒冷天气中)并且可以通过定时能量输入而充电(通过热)以便提供电网服务。在这些实施例中,热存储可以被配置成使得仅提供针对存储空间加热器的单向电力流,而不从热存储提取电力。EVE 102如本发明中所述那样操作,具有诸如将参数反向流极限设定为零的调节,并且不同于预测电池容量、行程的定时和时长,相反EVE 102预测建筑物或居住者对诸如空间加热、冷却、热水或洗碗的热服务的需要。VL 103可以相似地控制牵涉能量存储,并且因此牵涉诸如速冻或水加热的势能管理的其他建筑物电力使用。
现在提供用于实现上文参照图6至8描述的步骤的配置EVE 102内的VL 103的示例性算法。
示例性VL算法
车辆插入EVSE中之后调用的处理
经由导引信号接收EVSE电力容量
如果EVSE通信,
则获得EVSE属性,向EVSE发送车辆属性
否则使用关于属性的缺省设置
基于EVSE电力容量、EVE电力容量、EVSE属性、电池kWh和充电状态、驾驶进度等,计算以kW为单位的充电和放电电力容量
如果EVSE属性中的电网位置
则处理来自EVSE的电网位置
否则获得GPS位置并且推断或近似位置参数
如果来自EVSE的电账户、充电销售商等可用
则获得账户和授权
否则进行关于账户的最佳推断,标为不确定
处理来自EVSE的授权包括:
可以充电、需要/不需要支付、允许反馈、对电网电力损失的行动、所需的汇聚服务器、本地IP地址
如果EVSE需要本地汇聚器并且驾驶员已授权替代
则尝试与本地汇聚服务器通信
否则尝试使用车辆的通常的汇聚服务器
如果完成针对任何汇聚器的连接
则连接模式(实时命令和报告),
如果正常汇聚器
则允许私有数据传输
否则限制数据传输
否则自动模式(例如,记载数据)
当连接到汇聚器时,连接模式
与汇聚服务器握手
如果允许私有数据传输
则使VL和汇聚服务器上的驾驶进度同步
在断路时向汇聚服务器传送关于先前充电或电网服务的任何保存的数据
基于驾驶进度、EVE和EVSE属性等确定现在可用的电力容量
向汇聚服务器报告电力容量
重复
从汇聚器接收调度信号
命令VMS对电池进行充电或放电
测量得到的去往/来自电网的电力流
向汇聚器报告电力流
基于先前的n个响应、电池充电状态等调整报告的电力容量
直至汇聚器断开连接、车辆拔出、电网电力丢失或者故障
自动模式,插入到EVSE但是没有连接到汇聚服务器
进入自动模式
断开所有自动发电控制(AGC)服务
基于本地信息接通电网服务,包括
充电、基于例如本地频率检测的本地检测提供服务以及正确的无功功率
重复
基于天时、驾驶进度和服务的充电/放电
尽可能提供本地电网服务
记载所有交易用于以后在重新连接时报告
直至重新连接到汇聚器或者从EVSE断开连接
电网电力丢失之后的处理
停止从EVE到电网的任何电力流(反孤岛保护)
如果没有授权的本地紧急电力
则切断车辆电力
否则
重复
如果确认建筑物与电网隔离
则从EVE向建筑物供电
直至故障或者建筑物未隔离或者电网电力恢复或者电池电量过低VL算法结束
图9是根据本发明的方面的用于管理电力流的EVSE采取的示例性步骤的流程图900。
在步骤902中,EVSE 104维持EVSE属性。在示例性实施例中,维持EVSE属性可以包括静态EVSE属性和授权人员的数字签名的初始化,以及通过EVSE微处理器304更新动态EVSE属性。
图10是出于EVSE 104的角度的使EVSE 104与EVE 102接驳以管理电力流的示例性步骤的流程图1000。
在步骤1002中,EVSE 104检测插入事件。在示例性实施例中,EVSE104例如基于引脚350e生成的插头呈现信号通过EVSE 104的相应的连接器350检测EVE连接器250的存在。如果检测到插入,则处理前往步骤1004。否则,EVSE 104继续等待插入事件。
在步骤1004中,EVSE 104建立与EVE 102的通信。在示例性实施例中,根据上述方法之一建立通信。
在步骤1006中,EVSE 104传输属性。在示例性实施例中,微处理器304从存储器306取回EVSE属性并且将EVSE传送到VL 103。此外,EVSE 104从EVE 102接收EVE属性并且将它们存储在EVSE存储器306中。
在步骤1008中,EVSE 104确定是否需要支付。如果不需要支付,则处理前往步骤1012。如果需要支付,则处理前往步骤1010。
在步骤1010中,EVSE 104确定充电是否被授权。如果例如响应于账号查找、刷卡、投币等,充电被授权,则处理前往步骤1012。如果充电未被授权,则EVSE 104等待授权。在示例性实施例中,EVSE 104可以例如通过向EVE 102发送用于显示给车辆内的驾驶员的消息或者在与EVSE 104相关联的显示器(未示出)上显示消息,并且等待替选的支付方法,来警告车辆的用户是否接收到授权。
在步骤1012中,EVSE 104使连接器通电。在示例性实施例中,微处理器304通过闭合接触器302来使连接器350通电。可选地,EVSE 104记录能量使用。在示例性实施例中,微处理器304记录接触器302闭合的时间段期间的使用。此外,如果车辆正在提供电网服务以获得停车特权,则EVSE 104可以记录这一点。EVSE还可以可选地定期地向充电销售商报告。
在步骤1014中,EVSE 104使连接器断电。在示例性实施例中,微处理器304通过断开接触器302使连接器350断电。可选地,EVSE 104记载记录的使用。在示例性实施例中,微处理器304在存储器306中记载记录的使用。EVSE 104可以计算总电力流交易,例如净能量使用、停车时长等。
在步骤1016中,EVSE 104将记录的使用传送到充电销售商。在示例性实施例中,微处理器304从存储器306取回记录的使用并且传送到充电销售商。此外,EVSE 104可以向充电销售商和停车运营商报告断路以及计算的总能量交易信息。
现在提供用于实现上文参照图10描述的步骤的用于配置EVSE 104的示例性算法。
示例EVSE连接算法
在示例性实施例中,EVSE通过如下三部分算法与车辆通信。车辆的插入和断开是事件驱动的。
在车辆插入之后
如果控制线上的通信(例如,串行编码、CAN总线或单线以太网)
则向VL发送EVSE属性并且接收EVE属性
如果不需要支付
则使车辆电力通电
否则
等待来自车辆的授权、驾驶员的本地动作(例如,刷卡、投币)或者来自充电销售商的授权
如果被授权
则使车辆电力通电
否则向驾驶员写入信息并且警告停车运营商
在车辆成功通电之后
提供授权的用于充电和/或电网服务的渠道
如果EVSE具有计量
则定期向充电销售商报告
如果车辆正在提供电网服务以获得停车
则定期向停车运营商报告
在车辆断开连接之后
使车辆连接器断电
如果EVSE具有计量,则计算总交易:净能量使用、停车时长等
如果EVSE具有通行能力
则向充电销售商和停车运营商报告断开连接和总交易
等待下一车辆的插入
EVSE算法结束
图11是出于汇聚服务器106的角度的EVE 102与汇聚服务器106接驳以管理电力流的示例性步骤的流程图1100。
在步骤1102中,汇聚服务器106启动并且在步骤11104中,汇聚服务器106加载配置参数。在示例性实施例中,汇聚服务器106从本地存储加载DSO地图、登记的充电位置(DSO位置和账户)的列表、(具有账户的)登记的VL 103的列表以及关于每个登记的VL 103的账号和最后已知的驾驶进度(还被称为下一行程预测)。此外,汇聚服务器可以在互联网上从TSO(电网服务购买者的姓名、市场规则和信令规则)、DSO(更新的DSO电路和系统地图,以及开关状态)和/或IPP(发电机状态、发动机需要的存储资源)取回信息。
在步骤1106中,汇聚服务器106从车辆接收连接请求(即,呼入请求或重拨/重连请求)。
在步骤1108中,汇聚服务器106接收包括EVE属性的EVE操作参数。在示例性实施例中,汇聚服务器106从VL 103接收EVE操作参数。在示例性实施例中,EVE属性包括唯一EVEID、唯一EVSE ID,以及在EVE算法的步骤618和628中计算的所有操作参数。
在步骤1110中,汇聚服务器106汇聚一个或多个EVE属性和EVE操作参数。在示例性实施例中,汇聚服务器106汇聚电力容量、电池能量、电池净空和驾驶进度信息。
在步骤1112中,汇聚服务器106预测来自一个或多个连接的EVE的汇聚的总可用容量。在示例性实施例中,汇聚服务器106基于每个连接的EVE的能量、净空和进度来预测总可用容量。在示例性实施例中,汇聚服务器106识别在特定的时间段(例如,6分钟、10分钟、15分钟、1小时、2小时等)中很可能可用的EVE 102。汇聚服务器106可以选举不使用被安排为在所安排的时间段之后立刻从电网108断开连接的车辆,例如如果车辆被安排用于周一下午2:10的行程。对于未来的时间段,汇聚服务器108还可以包括基于驾驶进度被预测为可用的车辆容量,即使在执行步骤1112时未连接。汇聚服务器106随后对来自在每个时间段期间可用的车辆的容量求和。例如,汇聚服务器106可以基于特定时间段(例如周一下午2点和3点之间)期间的日历信息对诸如来自每个车辆的可用的电力、电池电量和电池净空的容量求和。例如,如果存在1200台车辆并且其中1000台被预测在周一下午2点和3点之间可用并且每台车辆能够在该时间段期间平均递送10kW,则总预测电力容量将是10MW。汇聚服务器106可以额外地使总容量减少特定的百分比,例如15%,以在考虑车辆可能在它们的进度指示它们可用的时间段期间断开连接(例如,未规划的和未预测的行程)的同时,实现可靠的电力容量供应。例如,总共10MW的容量可以减少到8.5MW作为报告的总可用容量。可以基于汇聚服务器向电网提供容量的历史能力以及未能提供所开价的容量的惩罚量来确定百分比调整。例如,如果在调度的99.9%的时间内递送总可用容量,则减少百分比可以下降(例如,下降到10%)。另一方面,如果在调度的10%的时间内未能递送10%的总可用容量,则减少百分比可以增加(例如,增加到25%)。
在步骤1114中,汇聚服务器识别预测的总可用容量的市场。在示例性实施例中,汇聚服务器106(或其运营商)使用关于每个时间段的汇聚EVE容量来分析可用市场信息以确定能够满足的关于电网服务的可获得的最高价格。
在步骤1116中,汇聚服务器106向一个或多个识别的市场提供总可用容量。
在步骤1118中,汇聚服务器106确定所供应的总可用容量是否被电网108接受。如果电网108接受该供应,则处理前往步骤1120,将所供应的总可用容量登记到电网108用于调度。汇聚服务器的处理随后可以根据参照图13描述的流程图1300的步骤进行。如果电网不接受该供应,则处理返回步骤1114以识别另一市场。
图12示出了出于汇聚服务器106的角度的从电网108去除EVE 102的示例性步骤的流程图1200。
在步骤1202中,汇聚服务器106确定车辆是否仍连接。在示例性实施例中,当与VL103的通信丢失时或者当在阈值时间段中未接收到通信时,汇聚服务器106确定车辆断开连接。如果车辆不再连接,则处理前往步骤1204。否则,汇聚服务器从车辆断开连接开始等待,同时继续根据流程图1100和1300的步骤的处理。
在步骤1204中,汇聚服务器106从步骤1110中的汇聚计算去除车辆(图11)。
图13是出于汇聚服务器106的角度的调度车辆总可用容量的示例性步骤的流程图1300。
在步骤1302中,汇聚服务器106确定电网108是否发出调度信号。在示例性实施例中,从TSO、DSO或IPP接收电网调度信号。如果电网108已发出调度信号,则处理前往步骤1304。否则,汇聚服务器等待调度信号。
在步骤1304中,汇聚服务器106在所连接的车辆之中分配待调度的容量。例如,如果来自电网108的调度信号需要10000瓦特并且有20台汽车已指示它们均能够提供1000瓦特,则汇聚服务器可以将500瓦特分配给每台连接的车辆。在更复杂的示例性实施例中,分配可以基于其他EVE属性和操作参数,包括驾驶进度和电网位置。
在步骤1306中,汇聚服务器106按每台车辆的分配容量来调度车辆。在示例性实施例中,汇聚服务器106根据所分配的容量向VL 103发出调度命令。
在步骤1308中,汇聚服务器106从车辆接收报告。车辆报告可以包括例如实际递送的瓦特。如果实际递送的瓦特在所分配的数量以下,则汇聚服务器可以尝试在步骤1304中在车辆之中重新分配。
在步骤1310中,汇聚服务器106对在步骤1308中接收到的报告求和,在步骤1312中将报告发送到电网108,例如电网运营商,诸如发出调度请求的TSO/、DSO或IPP。
在步骤1314中,汇聚服务器106确定汇聚的递送电力是否足以满足调度请求。在示例性实施例中,汇聚服务器将总分配容量与在报告中识别的实际容量进行比较。如果调度是足够的,则处理前往步骤1302用于下一次调度。如果调度不足,则处理前往步骤1304,汇聚服务器106尝试重新分配可用容量以满足来自电网108的调度数量。在根据市场规则的例如15分钟到1小时的较长的时间框架上,如步骤1314中确定的不足的调度将导致在步骤1116中供应给电网的容量的减少。
现在给出用于实现上文参照图11至13描述的步骤的配置汇聚服务器106的示例性算法。
用于电网集成车辆的汇聚器的示例性算法
汇聚服务器的高级描述包括服务器开机(启动)以及三个不同的操作循环。每个操作循环给出了括号中的近似定时。这三个循环不需要是排他的,例如,它们可以通过适当的信号机同时运行。
服务器开机(启动之后或新程序加载)
从二级存储(例如,从其硬盘)加载:
DSO地图
具有DSO位置和账户的登记的充电位置的列表
具有账户的登记的VL的列表
关于每个VL的账号和最后已知的驾驶进度
经由互联网外部连接,并且加载如下信息:
TSO:电网服务购买者的姓名以及市场/信令规则
DSO:更新的DSO电路和系统地图,以及开关状态
IPP:发电机状态、发电机需要的存储资源
登记和解除登记车辆/VL的循环(事件驱动)
在VL呼入汇聚服务器,或者重拨/重连之后
接收并且本地存储VL操作参数:
汽车ID、EVSE ID、电网位置、电力容量、电池能量(尺寸和当前电量状态)、预测的下次使用、范围缓冲器等
计算可用于电网服务的时间
计算该VL能够供应的电力容量,估计时间
在服务器的汇聚容量中计入该VL
在丢失先前连接的来自VL的连接之后
从服务器的汇聚容量去除汽车的容量
规划和供应容量的循环(例如,按小时的循环)
更新车辆容量计算
按每个区域汇聚所有车辆的容量
运行预测,计算下一小时或目标时段期间的固定容量
评估替选的潜在市场
确定最优市场,或者最优市场数目(n)
向市场供应容量
如果供应被接收,
则登记接受的供应用于调度
返回循环的顶部“以规划和供应容量”
关于调度的循环(例如,一秒的循环)
等待来自TSO、DSO或IPP的调度信号
在来自TSO/DSO/IPP的调度信号之后
在车辆之中分配响应,考虑所有以下信息:
下一行程的时间
基于历史体验和评估算法的关于误差的裕度
响应分配可以是区域的或本地的,例如在正确的TSO、本地价格节点、分站或配电馈线
经由针对每个分配的VL的命令来调度功率
从分配列表中的每个VL接收报告
按区域和本地电网位置对来自VL的报告求和
如果响应不等于要求的容量,则更新登记的容量
发送关于递送到TSO、DSO和/或IPP的汇聚电力的报告
回到“等待调度信号”
注意,关于调度的循环的一个变化方案是套利,包括夜间充电。在该变化方案中,调度依据价格,定时不是关键的,并且报告可以是可选的或者延迟到记账或计费时段的终点。
汇聚算法结束
尽管这里参照具体实施例图示和描述了本发明,但是本发明并非旨在限于所示出的细节。相反,可以在不偏离本发明的情况下,在权利要求的等同物的范围内进行细节上的各种修改。

Claims (25)

1.一种用于汇聚电网和连接到电动车辆站设备EVSE的电动车辆的电动车辆设备EVE之间的电力流的方法,所述方法包括:
从多个电动车辆设备EVE中的每个接收EVE操作参数;从多个EVSE中的每个接收EVSE属性;
基于接收的EVE操作参数和EVSE属性,计算每个EVE以瓦特计的电力容量;
基于EVE操作参数、EVSE属性和针对每个的电力容量计算,计算以瓦特计的总可用电力容量;以及
将以瓦特计的电力的汇聚量调度到所述电网,所述电力的汇聚量小于或等于计算的所述总可用电力容量;
其中,所述EVSE属性包括电网位置,所述电网位置包括子站、配电馈线、变压器和建筑物电路中的一个或更多个。
2.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
将所述以瓦特计的总可用电力容量供应给所述电网并登记所述总可用电力容量用于所述调度;
接收关于供应的总可用容量的至少一部分的电网调度;以及
向所述多个EVE分配所述电网调度;
其中所述的调度步骤包括指令所述多个EVE调度它们的所分配的容量,用于递送到所述电网。
3.根据权利要求2所述的方法,进一步包括:
识别用于供应所述总可用容量的至少一部分的市场。
4.根据权利要求2所述的方法,进一步包括:
从所述多个EVE接收以瓦特计的实际递送的电力的报告;
对接收到的实际递送的电力的报告求和;以及
将所求和的接收到的报告发送到电网运营商。
5.根据权利要求4所述的方法,进一步包括:
确定所求和的实际递送电力是否与所述电网调度请求的电力匹配。
6.根据权利要求5所述的方法,进一步包括:
如果所求和的实际递送容量不与所述调度请求匹配,则调整所分配的容量。
7.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
将关于所述多个EVE中的每个的驾驶进度存储在存储器中;以及
使所存储的驾驶进度与所述多个EVE存储的远程驾驶进度同步。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述方法进一步包括:
预测与所述多个EVE中的一个相关联的电动车辆的行程,所述车辆具有电池;
确定达到并维持各种充电水平对所述电池的影响;以及
将所述电池充电到足以使所述电动车辆执行预测的行程的水平,同时使所述电池的损耗最小,以便延长电池寿命。
9.根据权利要求7所述的方法,其中所述方法进一步包括:
预测所述电动车辆的行程;
确定当前温度;以及
基于所预测的行程和当前温度对所述电动车辆的至少一部分进行预加热或预冷却。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述预加热或预冷却进一步基于关于所预测的行程的预期天气。
11.一种用于汇聚电网和连接到电动车辆站设备EVSE的电动车辆的电动车辆设备EVE之间的电力流的系统,所述系统包括:
用于从多个电动车辆设备EVE中的每个接收EVE操作参数、以及从多个EVSE中的每个接收电动车辆站设备EVSE属性的部件;
用于基于接收到的EVE操作参数和EVSE属性计算每个EVE的以瓦特计的电力容量的部件;
用于基于汇聚的EVE操作参数、EVSE属性和针对每个的电力容量计算,来计算以瓦特计的总可用电力容量的部件;以及
用于将以瓦特计的电力的汇聚量调度到所述电网的部件,所述汇聚量小于或等于计算的总可用电力容量。
12.根据权利要求11所述的系统,进一步包括:
用于将以瓦特计的所述总可用容量供应给所述电网并登记所述总可用电力容量用于所述调度的部件;
用于接收关于供应的总可用容量的至少一部分的电网调度的部件;以及
用于向所述多个EVE分配所述电网调度的部件;
其中所述的用于调度的部件包括用于指令所述多个EVE调度它们的所分配的容量,用于递送到所述电网的部件。
13.根据权利要求12所述的系统,进一步包括:
用于识别供应所述总可用容量的至少一部分的市场的部件。
14.根据权利要求12所述的系统,进一步包括:
用于从所述多个EVE接收实际递送的电力的报告的部件;
用于对接收到的实际递送的电力的报告求和的部件;以及
用于将所求和的接收到的报告发送到电网运营商的部件。
15.根据权利要求14所述的系统,进一步包括:
用于确定所求和的实际递送电力是否与所述电网调度请求的电力匹配的部件。
16.根据权利要求15所述的系统,进一步包括:
用于在所求和的实际递送容量不与所述调度请求匹配的情况下调整所分配的容量的部件。
17.根据权利要求11所述的系统,进一步包括:
用于将关于所述多个EVE中的每个的驾驶进度存储在存储器中的部件;以及
用于使所存储的驾驶进度与所述多个EVE存储的远程驾驶进度同步的部件。
18.根据权利要求17所述的系统,其中所述系统进一步包括:
用于预测与所述多个EVE中的一个相关联的电动车辆的行程的部件,所述车辆具有电池;
用于确定达到并维持各种充电水平对所述电池的影响的部件;以及
用于将所述电池充电到足以使所述电动车辆执行预测的行程的水平,同时使所述电池的损耗最小,以便延长电池寿命的部件。
19.根据权利要求17所述的系统,其中所述系统进一步包括:
用于预测所述电动车辆的行程的部件;
用于确定当前温度的部件;以及
用于基于所预测的行程和当前温度对所述电动车辆的至少一部分进行预加热或预冷却的部件。
20.一种用于汇聚电网和连接到电动车辆站设备EVSE的电动车辆的电动车辆设备EVE之间的电力流的装置,所述装置包括:
存储器;
耦接到所述存储器的处理器,所述处理器被配置成:从多个电动车辆设备EVE和EVSE接收EVE操作参数和EVSE属性;汇聚包括基于所述EVSE的电力容量的充电电力容量的EVE操作参数和EVSE属性;基于所汇聚的EVE操作参数和EVSE属性来计算以瓦特计的总可用容量;并且将被持续更新的当前总可用容量报告给所述电网。
21.根据权利要求20所述的装置,所述处理器被进一步配置成将所述总可用容量供应给所述电网,接收关于供应的总可用容量的至少一部分的电网调度,以及向所述多个EVE分配所述电网调度,其中所述处理器指令所述多个EVE调度它们的所分配的容量,用于递送到所述电网。
22.根据权利要求21所述的装置,所述处理器被进一步配置成识别用于供应所述总可用容量的至少一部分的市场。
23.根据权利要求21所述的装置,所述处理器被进一步配置成从所述多个EVE接收实际递送的以瓦特计的电力的报告,对接收到的实际递送的以瓦特计的电力的报告求和,以及将所求和的接收到的报告发送到关于所述电网的电网运营。
24.根据权利要求23所述的装置,所述处理器被进一步配置成确定所求和的实际递送的以瓦特计的电力是否与所述电网调度的所供应的总可用容量的至少一部分匹配。
25.根据权利要求24所述的装置,其中所述处理器被进一步配置成在所求和的实际递送容量不与所述电网调度的所供应的总可用容量的至少一部分匹配的情况下,调整所分配的容量。
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