CN102892617A - 用于与电动车辆交换能量的系统、设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于与电动车辆、特别是与其电池交换能量的系统，包括：至少一个能量交换站，其包括用于与能量源交换能量的至少一个端口、用于与车辆交换能量的至少一个端口、用于与车辆进行数据通信的至少一个端口、用于与数据处理设备进行数据通信的至少一个端口；数据处理设备，包括用于与能量交换站进行数据通信的至少一个端口、用于与至少一个配置设备进行数据通信的至少一个端口、至少一个配置设备，其包括用于与数据处理设备交换数据的至少一个端口；以及用于编辑配置细节的装置，诸如用户界面。本发明还涉及一种用于与电动车辆交换能量的方法和设备。

Description

用于与电动车辆交换能量的系统、设备和方法
本发明涉及与电动车辆交换能量。电动车辆可以包括诸如汽车或摩托车的道路车辆、供室内使用或工地使用的车辆，诸如（铲车）卡车、以及甚至用于水上、铁路轨道上或空中运输的车辆。
作为环境意识和有限的有机燃料源的结果，对电动车辆、即包括用于提供驱动力的电动引擎的车辆的兴趣正在增长。电动车辆具有明显的优点，在于与具有内燃机的车辆相比时的高功率效率，并且其不在其使用位置处造成污染性排放。然而，在特定情况下作用半径可能受到限制，并且对其电池充电可能—根据情况—是耗时的。此外，标准化的缺乏约束充电站的布置。并且，电池的处理、尤其是充电和放电情况对其循环寿命具有很大影响，并且充电站常常不适合与各种电池协作。已经提出了多个解决方案以（部分地）解决上述问题，但是其中没有一个达到令人满意的程度。因此本发明的目标是提供用于与电动设备交换能量的系统、设备和方法，其相对于现有技术而言是有益的，或者至少形成另外的有用替换。
本发明因此提供了一种用于与电动车辆、特别是其电池交换能量的系统，至少包括能量交换站、数据处理设备以及配置设备。
所述至少一个能量交换站包括用于与能量源交换能量的至少一个端口、用于与车辆交换能量的至少一个端口、用于与车辆进行数据通信的至少一个端口以及用于与数据处理设备进行数据通信的至少一个端口。
所述数据处理设备包括用于与能量交换站进行数据通信的至少一个端口、用于与至少一个配置设备进行数据通信的至少一个端口。在某些情况下，这些端口可以是同一个端口，例如数据处理设备的因特网连接。
所述至少一个配置设备包括用于与数据处理设备交换数据的至少一个端口；以及诸如用户接口的用于编辑配置细节的装置。
用于与能量源交换能量的能量交换站的端口可以包括允许（电）能量的传递的任何种类的耦合，诸如类似于连接器、磁耦合器等的导电耦合器。所述用于与车辆交换能量的至少一个端口可以是由（功率）电缆形成的电连接或例如用于电感功率传递的磁连接。所述用于与车辆进行数据通信的至少一个端口可以是用于通信线路的连接、无线数据交换装置、或者甚至诸如RFID或条形码或磁代码阅读器的单向通信装置。所述用于与数据处理设备进行数据通信的至少一个端口可以是因特网连接、或（专用）（电话）线路或其他通信装置。
能量源可以是公用或私用电力网、类似于风能量源的清洁或可再生能量源、太阳能电池板、重力能、由诸如换热器的能量转换器输送的能量、电池，诸如预充电电池或者甚至来自与要充电的车辆不同的车辆的电池，例如以获得电网的恒定负载。交换功率可以是单向或双向的，即系统的使用可以局限于在向能量源输送能量（返回）的同时从其对电池充电，或者从第二车辆的电池对第一车辆的电池充电，或者出于诸如维护的任何原因使电池放电。
通信端口可以是用以传递数据的任何装置，诸如因特网连接、电话或传真线路、VPN连接或专用通信线路，其可以是有线或无线的，或者仅仅是用于交换由数据线的二进制值所表示的简单命令的单个或几个数据线，所述简单命令例如开始/停止信号。通信可以连续地或以预定的间隔发生。
数据处理设备可以是专用计算机设备，诸如PC或（网络）服务器，而且可以是一组互连计算机设备，诸如计算机网络，其中，可以使用多个计算机来增加计算能力，增加设备的保真度，或使得能够实现云计算。可以将数据处理设备耦合到诸如因特网的任何数据网络或诸如VPN的专用网络或者形成其一部分。数据库可以被同一物理设备或由位于远程位置处的单独设备包括，并且其还可以由多个数据库来体现，该多个数据库例如可以分成电池方案（profile）数据库和配置细节数据库。
在实施例中，所述系统包括存储器装置，其用于至少存储配置细节和/或电池方案。例如可以存储的其他数据是ID和/或关于电网、电池、用户、车辆、充电机和功率交换站的细节。
可以用RAM或用（中心）数据库来体现存储器装置，并且可以将其定位于配置设备处，在数据处理设备处或形成单独实体。
中心数据库的使用提供能够高效地更新数据的优点，并且系统的各种用户能够利用它们。随着存储在数据库中的电池方案的数目增加，系统变得尤其有益。
要存储在存储器中或数据库中的数据是例如充电电流、电压、温度（电池和环境）、充电方案、连接到充电机的车辆类型、电网负载、电网极限、单元电压（cell voltages）、充电时间、用户帐户数据、电池的健康状态、车辆配置（标称范围、数据连接速度、电池的标称容量等）、来自充电站的能量仪表数据或来自充电站的能量划分（分布）数据的瞬间和历史值。
分布式架构的使用具有潜在地更加可靠的优点。
配置设备可以例如是远程位置处、例如位于最终用户控制中心处的计算机。其可以经由因特网连接或电话线或无线连接与数据处理设备通信，或者通信可以通过网站、操控应用程序以便编辑配置细节、读取记录的测量结果、设置、方案、统计数据等、或将数据分类、计算报告和/或图表而发生。配置设备的使用可以局限于其用户管理在数据处理设备或数据库处发生的特定用户。该配置可以适合于人用户，但是其还可以是自动化的，并且适合于基于来自例如其他数据库或数据流的输入来自动地修改数据库中的设置。出于该目的，可以由数据配置设备来提供应用编程界面（API）。
在实施例中，能量交换站被配置成向数据处理设备提供关于被耦合到端口以便与车辆交换能量的车辆的车辆信息。车辆信息可以包括车辆识别数据、描述车辆的技术配置（诸如所使用电池的类型或所使用的电池或车辆管理系统）的数据、或瞬时数据，诸如车辆的温度、电池的充电状态、或者在车辆使用之前、期间测量和/或生成的数据，特别是关于对电池充电和放电。
所提供的车辆信息因此可以包括电池信息，其可以是在车辆使用期间由车辆中的登记单元或在能量交换期间由能量交换站登记的，或者用于完成或编辑数据库中的电池方案。
在不存在车辆信息的情况下，可以将能量交换站配置成对车辆或其电池执行测试。可以例如通过向电池发送DC脉冲串来确定类似于电池电压、内部电池电阻或充电曲线的重要特性。通过在车辆上施加AC功率，可以确定其内部充电机的特性。可以使得这样确定的信息可用于第三方，或者被充电站使用以提供最佳充电服务。
基于此车辆信息和/或来自数据库的配置细节和/或电池方案，数据处理设备能够向能量交换站提供最优化能量交换设置。可以对可以由用户确定并存储在配置数据中的各种标准或对存储在数据库中、能量交换站中或者甚至在车辆的电池管理系统中的信息、数据或预设值完成最优化。可以将从在测试期间获得的充电和放电特性获得或从对其他车辆的测量结果获得的信息存储在数据库中，并用来由数据处理设备来计算最优化能量交换设置。
例如，根据与电池或车辆有关的至少一个参数来使能量交换设置最优化，诸如电池的类型或电池的实际能量状态、电池温度、预期电池寿命（例如用充电和/或放电循环数目来表示）、期望可用功率、或者可用或期望充电时间或作用半径（驱动范围）。
除来自需要与之交换能量的特定电池的信息之外，可以基于与被耦合到第二端口以进行能量交换站的能量交换的第二车辆有关的至少一个参数、或与被与第二端口耦合以进行能量交换站的能量交换的至少第二车辆有关的至少一个参数、或与电源有关的至少一个参数来使用于某个车辆的能量交换设置最优化。
在有利实施例中，系统被配置成特别是实时地由数据处理设备响应于与所述电池有关的参数的变化或与能量源有关的参数的变化来更新能量交换设置，并相应地更新在能量交换站与被耦合到其能量交换端口的车辆之间的能量交换。
通过将根据本发明的系统配置成适合于特定客户的特定需要或期望，用根据本发明的系统能够获得特定的益处。这例如是由提供以用于访问数据处理设备和/或配置设备的API实现的。下面，将借助于多个非限制性示例更详细地对此进行解释。
示例1：当由电网形成的电源具有比多个车辆的需求少的可用功率时，电网功率能够遍布在充电输出端上，例如根据车辆将开走的优先级。此优先级能够由用户应用程序在系统中输入，该用户应用程序通过API连接到配置设备或数据处理设备。系统的此应用程序可以是高级车队管理软件系统或其中用户能够输入在其必须再次开走之前其具有多长时间的简单用户界面。可用电网功率对于数据处理设备中的预编程设置而言可以是已知的，或者通过与电网提供商的软件（智能电网）相交互的API。当在系统中的任何地方输入或发生变化时，能量交换设置实时地动态地改变（最优化）。来自电网的功率到车辆的分布可以是成比例或不成比例的，并且通过在充电期间对车辆给定更紧急的优先级，能够同时地或连续地发生。
示例2：该系统（特别是数据处理设备或配置设备）能够通过API在运行于公用事业或其他能量提供商的计算机处的计费和支付应用程序之间相交互。同样地，系统能够基于用户针对能量输送所具有的订阅类型来限制特定充电插口处的充电功率的量。高级订阅可以例如意味着车辆能够接收50 kW充电功率且被非常快速地充电，而基本订阅可能意味着用户只能接收20 kW且更慢地充电。
示例3：如果该系统具有用于车辆的多个能量交换端口（电源插座）和用于电源的一个能量交换端口，诸如AC输入端，则系统能够计算电源插座上的功率分布。同样地，一个人需要在输入端处的仅1个经官方认证的AC能量消耗仪表，并且仍知道多少能量转到每个电源插座。
示例4：该系统可以基于电池寿命要求将充电方案最优化。一般规则是施加越快速的充电，发生对电池寿命的越高潜在影响。通过在数据处理设备或配置设备上通过API向系统中输入数据的用户应用程序，系统获得关于用于某个客户的电池寿命要求的信息。基于此要求，一旦客户将车辆连接到系统，则调整充电方案和速度。该系统进行电池寿命要求与可用时间之间的权衡以使电池被充满电。
示例5：该系统基于电的当前价格使充电速度减慢或使充电速度加快，例如当在不同的当天时间期间应用不同的费率时或者当已经达成峰值水平协议时。当超过预定阈值费率时，甚至可以取消充电。
示例6：该系统具有用于安装合作伙伴的界面，其提供关于系统的运行的信息。如果发生某些错误，则其经由API向本地安装合作伙伴发送错误代码，因此本地安装者知道运送哪个设备去进行修理。此类API还可以提供用于从远程位置测试和/或重配置设备的可能性。
示例7：当针对某个电池类型确定了新充电方案（能量交换设置将基于的电池方案）时，将其存储在数据库中。一旦在能量交换站中的一个处识别到该类型的电池，就将从数据处理设备向能量交换站发送已更新充电方案，并且充电过程将被最优化。
示例8：该系统一般依赖于数据处理端口和其中的互连，例如因特网连接。如果系统的因特网连接不在工作，则充电将根据所有当前设置而继续。如果连接了新的车辆，则所有设置将被修改成默认方案。
示例9：如果能量交换站具有多个输出端且用户比预期的更早地将车辆断开连接，则系统能够根据诸如操作计划表等判定规则使总功率重新分布在充电连接上，以产生考虑在该时间点为系统所已知的所有参数的新最佳情况。
示例10：该系统能够基于未来情况来调整设置，如果其通过车队管理连接知道新车辆将在10分钟内到达能量交换站，则其能够使一个或多个端口处的充电加速以确保在车辆到达时端口是可用的。
示例11：本地电网运营商可以在每个给定时间点管理每个区域、每个变电站或用于整个场所的本地电力不足。也可以甚至是全国性的、针对整个欧洲或全球。这可以通过例如因特网结构中的域或子域的使用来实现。该系统还将电网中或者甚至充电设施中的本地存储器（电池等）的存在考虑在内并基于这些参数进行最优化。
示例12：针对车队所有者的充电产生最大的可靠性：如果一个系统不再工作，则网络能够知道并且能够经由车队管理API将车辆指引到正确的能量交换站（例如仅仅充电机），并且基于具有不运行的一个或多个充电机的新情况使整体情况最优化。这同样能够适用于其中充电机仍然能够但仅以降低的功率工作的情况。
示例13：该系统基于固定的充电时间使充电最优化。能量交换站所有者可以将最快可能充电时间设置在预定量，诸如20分钟，以鼓励用户利用其提供的其他服务，即喝咖啡、吃小吃等。能量交换站可以提供充电将花费20分钟的保证并鼓励用户利用同时提供的其他服务。
示例14：该系统为用户提供购买绿色功率或选择功率的提供商的能力。
示例15：系统通过能量交换站的数据通信端口从车载车辆计算机或车载数据存储设备传输数据，并经由因特网通过充电机将其发送到数据处理设备。
示例16：服务器通过数据通信端口向车辆发送数据，诸如：增强操作方案、用户消息、设置、维修（service）和维护信息，或者修改电池中的操作DOD（放电深度）窗口，或修改实际DOD窗口与用户界面上的图形表示有关的方式。并且系统可以基于新的认识来修改车载充电机中的设置。系统还将一件新软件上传到车辆，其处理用户界面上的电池容量表示与电池的实际SOC（充电状态）之间的链路。为了影响电池中的DOD窗口，定义实际SOC与所表示的SOC之间的链路的算法也可以是可替换的。
示例17：充电系统装配有广告显示器。由于系统准确地知道汽车将在充电系统处停留多长时间，所以能够提供使得登广告者基于汽车将在充电机处停留的时间来修改显示器上的商业广告的API。
示例18：硬件是车载的，但是可以基于新的认识每天从远程服务器更新操作电池的整体方式：平衡算法、平衡速度、健康状态算法、充电状态算法。
示例19：作为能量交换站的一部分的功率转换设备全部或部分地在车辆内部。一旦汽车连接到非车载充电连接，则非车载部件基于与在其他示例中所述相同的非车载架构来告诉车载部件如何传递能量。
示例20：当充电开始时，系统能够执行多个测量充电脉冲以确定电池的健康状态：系统向电池中发送各种各样的脉冲并监视响应。基于这一点，服务器能够预测电池有多健康，或者系统能够找出关于电池的其他参数。
示例21：系统能够动态地用多个充电标准或通信协议进行工作：如果车辆被连接，则其检测哪种协议或连接在另一侧，然后其告诉服务器关于通信协议是什么的信息且充电机实现这一点并开始充电。这样，系统能够用还具有将在未来开发的标准的多个标准进行工作。
能量交换站可以包括至少一个电功率转换器，用于根据所提供的能量交换设置在用于与能量源的能量交换的至少一个端口和用于与车辆的能量交换的至少一个端口之间交换能量。由于能量源可以是AC（例如大多数电网）或者DC（例如太阳能电池板或电池），并且电池用DC进行操作，但是可能存在要求AC的车载充电机，所以电功率转换器可以是AC-AC转换器、AC-DC转换器、DC-AC转换器或DC-DC转换器中的任何一个。该设备可以专用于执行所述转换中的一个，或者可配置或可编程以执行其不同的一些。
在另一实施例中，能量交换站包括多个电功率转换器，用于根据各种能量交换设置经由用于与多个车辆交换能量的多个端口与多个可能车辆交换能量。
当存在不止一个车辆时，数据处理设备确定用于每个车辆的能量交换设置，并且能量交换站与被耦合到各种端口的车辆交换能量，每个能量交换根据相应的能量交换设置发生。
为了使得能够实现这一点，能量交换站包括连接矩阵，用于将能量转换器与用于与车辆交换能量的端口可变地耦合。此类矩阵由可控开关组成，允许将端口连接到电功率转换器的输出端。此外，可以要求用于使能能够实现与各种车辆的能量交换的可变物理连接器以及用于数据通信的可变物理连接器和/或用以根据各种协议进行通信的配置，以便使得能够实现与根据不同的标准制造的各种车辆的数据通信。在另又一实施例中，能量交换站装配有被附接于不同端口的不同连接器，例如常规加油站装配有用于各种燃料类型的分配器。
由于大多数电动车辆现在装配有电池管理系统和/或车辆管理系统，所以优选地将用于能量交换的数据通信的端口配置成使得能够实现与电池管理系统或车辆管理系统的数据交换。这些系统可以包括关于能量交换设置的数据，其可以被能量交换站使用。还可能的是车辆包括数据处理设备，例如充电机的控制系统，其被装配成传送从电池管理系统或从车辆管理系统获得的数据。
特别地，以下实施例可以形成本发明的一部分。
其中能量交换站与充电通信设备通信的实施例。此类设备可以用硬件或软件或其组合来实现，并且可以但不一定位于车上。此设备又与同至少一个电池相关联的设备（例如电池管理系统）和/或与车辆相关联的设备（例如车辆管理系统）通信。
在另一实施例中，该站与充电通信设备通信。此设备又与同车辆相关联的设备（例如车辆管理系统）通信，所述车辆又与同至少一个电池（例如电池管理系统）相关联的设备通信。
在又一实施例中，该站与同至少一个电池相关联的设备（例如电池管理系统）通信。
在另一实施例中，该站与同车辆相关联的设备（例如车辆管理系统）通信，所述车辆又与同至少一个电池（例如电池管理系统）相关联的设备通信。
在又一实施例中，该站与同至少一个车辆相关联的设备（例如电池管理系统）通信。与电池相关联的设备包含用以使该站正确地且最佳地运行的软件。
基于来自电池管理系统或车辆管理系统的关于电池（的一部分）的温度的特定信息，可以应用特殊能量交换模式来影响电池的温度。例如，可以使用AC电流或PWM（脉宽调制）来在充电或使用电池之前或期间增加电池的温度。如果可获得关于电池的不同单元（cells）（的温度）的详细信息，并且能够单独地分配这些单元（cells），则能量交换站甚至能够补偿例如由已被暴露于阳光的电池部分引起的沿着电池的温度差。
除车辆或电池信息之外，来自或关于电源的信息可用于确定能量交换设置。在作为能量源的电网的情况下，可以实现关于所消耗的峰值水平或特定时间间隔期间的成本的布置。在风能源或太阳能电池板的情况下，气象预测可以在确定能量交换设置中起作用。还可能的是基于能量源侧和/或车辆或电池侧的这些预测和/或峰值预期，在能量交换设置中包括多个能量源的使用。
能量交换站还可以被耦合或形成数据通信网络的一部分以用于维修，其中，其在已检测到其需要维护或已发生缺陷或故障时发送警报。
配置设备可以充当链路以结合外部影响，诸如预期能量峰值水平（在能量源和车辆侧）、例如电力公司的财物安排、或者甚至相对于各种车辆的逻辑考虑，例如来自一个车队所有者。
可以将配置设备与来自第三方的信息系统耦合，并且基于与这些系统交换的信息，将数据、诸如与关于来自至少一个电源的能量交换的能量峰值值或能量价格有关的数据存储在数据库中，以便由数据处理设备基于此来计算能量交换方案。还可以将配置设备例如从能量源耦合到计量设备，以监视已被交换的能量，或作为其上配置（的变化）的基础。
还可以将能量交换站配置成在车辆的相应数据通信端口与数据处理设备和/或配置设备之间交换数据，而不利用此数据本身。这样在车辆与数据处理单元和/或配置设备之间以隧道方式传输信息。这可以用来交换诸如软件或固件更新、交通信息、旅行登记等信息。这样，还可以从配置设备向车辆发送信息。特别地可以对隧道传输信息进行编码或加密，以保护其不被第三方截获。
系统可以包括不止一个配置设备，其可以与数据处理设备、还直接与其他配置设备通信。例如（电网）电力公司和车队所有者两者具有单独的配置设备，其传送峰值水平费率和/或价格水平。
现在将参考以下各图来阐述本发明，在所述附图中：
—图1a - h示出了根据本发明的系统的示意性概图。
—图2a - f示出了根据本发明的能量交换站的特定实施例。
图1a示出了根据本发明的充电站的总体布局1。该系统包括能量交换站2、数据处理设备3以及配置设备12。能量交换站包括用于与能量源交换能量7的端口、用于与车辆交换能量4的端口、用于与车辆的数据通信6的端口、以及用于与数据处理设备3的数据通信5的端口。数据处理设备3包括用于与能量交换站2的数据通信5的端口、用于通过API 13与至少一个配置设备12和15的数据通信8的端口、以及用于存储9至少配置细节和电池方案的数据库10。配置设备12和15包括用于通过API 13与数据处理设备3交换数据11、14的端口和用于编辑数据库10中的配置细节的装置，诸如用户界面。
图1b示出其中可用电网功率小于车辆所需的要求功率的情况。电网功率根据要开走的车辆的优先级分布在充电输出端上。此优先级可以是由连接到数据处理设备中的API的用户应用程序在系统中输入。此应用程序可以是高级车队管理软件系统或其中用户能够输入在其必须再次开走之前其具有多少时间的简单用户界面。可用电网功率对于数据处理设备中的预编程设置而言可以是已知的，或者通过与电网提供商的软件（智能电网）相交互（实时或半实时）的API。图中的数字指的是以下步骤：
- 101. 向配置设备计算机应用程序中输入每个车辆的优先级；
- 102. 数据处理设备将车辆优先级存储在数据库中；
- 103. 车辆连接到能量传递站的一个输出端并向能量传递站传输数据；
- 104. 能量传递站向数据处理设备发送参数（SOC/电池数据等）
105. 数据处理设备将电池数据存储在数据库中并识别能量传递站的特性（#输出端、总功率等）；
106. 数据处理设备经由API来请求电网中的最大可用功率；
107. 数据处理设备计算用于该输出端的最好充电方案，考虑所有条件（电池SOC、电网、优先级等）；
108. 数据处理设备将充电方案发送到能量传递站；
109. 能量传递站将功率重新分布在每个输出端上。
图1c示出其中系统基于电池寿命要求使充电方案最优化的情况。一般规则是充电越快，对电池寿命的潜在影响越高。通过经由数据处理设备API向系统中输入数据的用户应用程序，系统能够知道用于某个客户的电池寿命要求是什么。基于此要求，一旦客户将车辆连接到系统，就能够调整充电方案和速度。该系统还可以进行电池寿命要求与可用时间之间的权衡以使电池被充满电。
201. 用于特定电池的客户特定充电方案和一个一般充电方案通过应用程序被输入到数据处理设备中；
202. 每个车辆的最小要求循环寿命经由配置设备应用程序被输入到数据库中以基于循环寿命承诺将运载车辆与特定电池一起使用；
203. 数据处理设备存储新的充电方案和客户特定充电方案；
204. 车辆连接到能量交换站的一个输出端并将当前数据传输至能量交换站，并且还有数据日志文件；
205. 能量交换站向数据处理设备（SOC/电池数据等）发送参数，并且还接收存储在电池管理系统数据日志中的历史驱动数据；
206. 到达的驾驶员通过配置设备接口（FED-EX PDA、iPhone应用程序）输入其优选离开时间；
207. 数据处理设备知道哪个电池在每个输出端处，并且还知道将再次离开的优选时间。数据处理设备使其与循环寿命要求匹配。基于循环寿命要求和离开时间要求来计算正确的充电方案；
208. 数据处理设备将充电方案发送到能量交换站；
209. 能量交换站使功率重新分布在每个输出端上。
图1d示出了其中数据处理设备能够通过API在运行于公用事业或其他能量提供商的计算机处的计费和支付应用程序之间相交互。同样地，系统能够基于用户针对能量输送所具有的订阅类型来限制特定充电插口处的充电功率的量。例如，高级订阅可以例如意味着汽车能够接收50 kW充电功率且被非常快速地充电，而基本订阅可能意味着用户只能接收20 kW且充电慢得多。
301. 经由配置设备应用程序，由销售部将新客户的多个电池的ID号输入到数据库中；
302. 数据处理设备将电池ID存储在数据库中；
303. 公用事业公司具有特殊提供：基本订阅允许20 kW充电，高级订阅允许50 kW充电。公用事业公司应用程序使电池ID与个人和订阅类型匹配。针对每个单独电池，其将最大允许功率发送到数据处理设备；
304. 数据处理设备将用于每个电池的最大允许功率存储在数据库中；
305. 用户将车辆连接到能量交换站的一个输出端并向能量交换站传输包括其电池ID的数据；
306. 能量交换站向数据处理设备发送参数（电池ID/SOC/电池数据等）；
307. 数据处理设备使电池ID与最大功率匹配并计算用于该输出端的最好充电方案；
308. 数据处理设备将充电方案发送到能量交换站；
309. 能量交换站相应地控制充电；
图1e示出与来自图1d的情况类似的情况，但是在这里车辆不具有电池管理系统。该系统（数据处理设备）能够通过API在运行于公用事业或其他能量提供商的计算机处的计费和支付应用程序之间相交互。同样地，系统能够基于用户针对能量输送所具有的订阅类型来限制特定充电插口处的充电功率的量。例如，高级订阅可能例如意味着汽车能够接收50 kW充电功率且被非常快速地充电，而基本订阅可能意味着用户只能接收20 kW且更慢地充电。
401. 经由配置设备应用程序，由销售部将新客户的多个电池的ID号输入到数据库中；经由充电站中的智能卡系统来识别用户。此数据是通过第三方充电支付终端调制解调器发送的。连同充电位置一起来识别用户；
402. 公用事业公司具有特殊提供：基本订阅允许20 kW充电，高级订阅允许50 kW充电。公用事业公司具有包含哪个充电机位于哪里的数据库。其还包含智能卡和用户数据。一旦公用事业从其客户处接收到智能卡请求（1），其链接此数据并向数据处理设备发送最大功率设置；
403. 数据处理设备接收最大功率设置和充电使能信号；
404. 数据处理设备将充电使能信号发送到能量交换站；
405. 能量交换站连接到车辆和VMS数据流；
406. VMS向能量交换站发送充电功率请求；
407. 能量交换站将VMS请求发送到数据处理设备；
408. 数据处理设备使最大功率与所请求功率匹配并将结果发送到能量交换站；
409. 能量交换站告诉VMS其最多只能输送20 kW并开始输送功率。
图1f示出了具有用于提供关于系统运行的信息的本地（国际）安装合作伙伴的界面的系统。如果发生某些错误，则其可以向本地安装合作伙伴提供错误代码（经由数据处理设备API），因此本地安装者知道运送哪个设备去进行修理。
501. 在正常操作期间，能量交换站将关于其操作的数据发送到数据处理设备。这些数据用来进行高级分析；
502. 在某个时刻，在某个国家中，在充电机的音调功能方面发生某些错误。能量交换站向数据处理设备发送错误代码；
503. 数据处理设备存储所有操作和错误数据；
504. 该国家中的服务&安装合作伙伴具有接收该错误代码的服务软件。国内服务器基础设施向维护人员中的一个发送充电机需要被立即修理并带上备用电源的消息。充电机很快将可再次操作；
505. 经由配置设备维护应用程序，能够广泛地研究操作历史以理解什么原因造成该问题。
图1g示出了其中能够基于电池的历史数据来预测电池寿命并将此信息提供给租赁公司的示例。
601. 在正常操作期间，能量交换站将关于现场的电池的数据发送到数据处理设备；
602. 数据处理设备存储现场的电池的所有电池数据；
603. 经由配置设备电池寿命应用程序，软件系统能够研究现场的电池的行为并使软件分析电池寿命的趋势。其能够进行用于每个电池的预测并将其发送到数据处理设备；
604. 租赁公司接收用于现场的每个电池的实际电池寿命估计并将其用来实现财务模型。
图2a示出了根据本发明的供在能量传递站中使用的电功率转换器700的示例的示意图。能量传递站包括多相（例如三相）AC/DC转换器701，其被耦合到DC/DC转换器702，包括电流分隔。DC/DC转换器被耦合到多相（例如四）DC/AC转换器703。
图2b示出了来自图2a的转换器700的简化电方案，其中，相同的数字指示相同部分。转换器使用由微控制器（未示出）来控制的开关704。
图2c示出了其中能量交换站705在内部由多个功率转换器706（例如但不一定是AC/DC转换器）、连接矩阵707组成，用于将能量转换器可变地与用于与车辆交换能量的端口耦合。该端口由连接管理器708、管理一个特定连接的控制的系统、由数据和DC能量端口组成的输出端、充电电缆以及在充电电缆的末端处的用于将能量交换站耦合到车辆的连接器组成。
基于此配置，能够将每个功率转换器或多个功率转换器一起耦合到能量交换站的一个输出端。同样地，此配置能够使功率分布在一个能量交换站的多个输出端上，每个输出端处于不同的功率水平、电压水平或电流水平。
连接管理器每个将管理一个连接（数据传输、功率传输、安全），因此，此配置使得能够同时地在一个能量交换站上使用不同的连接标准、电缆和物理连接。另外，在没有附加努力的情况下，能够用另一个来替换一个连接管理器（加上其电缆和连接器）和因此的一个能量交换端口，因为所有特定协议和安全都是由该连接管理器处理的。这增加能量交换站对市场变化、特定充电系统的视场渗入等进行响应的灵活性。
图2d示出了能量交换站709的实施例，其在内部由具有被耦合（可能固定）到能量交换站的能量交换端口的多个输出端的可配置电源710单元组成。该端口再次地可以由连接管理器、管理一个特定连接的控制的系统、由数据和DC能量端口组成的输出端、充电电缆以及在充电电缆的末端处的用于将能量交换站耦合到车辆的连接器组成。
可配置电源能够调整每个输出端的电流、电压和功率水平。同样地，此配置还可以使功率分布在一个能量交换站的多个输出端上，每个输出端处于不同的功率水平、电压水平或电流水平。连接管理器可以与在前述实施例中描述的那些相同。
图2e示出了作为实施例1&2的组合的能量交换站711。能量交换站可以在内部由具有作为连接矩阵的多个输出端的可配置电源单元组成。
图2f示出了能量交换站712，以与输出端处的连接管理器相同的方式，这种连接管理器能够安装在充电站的功率输入端处，在那里，其单独地管理每个功率输入端的数据传输、功率传输和安全。
可以实现不同的连接管理器以连接并可选地与不同的源通信，诸如电网功率（由不同的电网所有者）、风力功率、太阳能功率、本地存储（紧急备用功率或负载平衡）或可想象的任何其他能源。当然，只有当该源还具有通信的手段时，才可能进行可选通信。
连接管理器是智能的，并且因此能够与电源（电网所有者）协商充电站的需要，或者告诉能量交换站关于当输入端中的一个是风车且存在比预测更多的风时的能量剩余（其能够用来加速充电）的信息。
除所示的实施例和示例之外，可以以各种方式来应用本发明，其落在如以下权利要求定义的保护范围内。 

Claims (25)

1.用于与电动车辆、特别是与其电池交换能量的系统，包括：
- 至少一个能量交换站，包括：
○ 用于与能量源交换能量的至少一个端口；
○ 用于与车辆交换能量的至少一个端口；
○ 用于与车辆进行数据通信的至少一个端口；
○ 用于与数据处理设备进行数据通信的至少一个端口；
○ 至少一个电功率转换器，用于在以下各项之间交换能量：
     ● 所述用于与能量源交换能量的至少一个端口；以及
     ● 所述用于与车辆交换能量的至少一个端口，
     ● 根据由数据处理设备提供的能量交换设置；
- 数据处理设备，包括：
○ 用于与能量交换站进行数据通信的至少一个端口；
○ 用于与至少一个配置设备进行数据通信的至少一个端口；
- 至少一个配置设备，包括：
○ 用于与数据处理设备交换数据的至少一个端口；以及
○ 用于编辑配置细节和或与车辆交换数据的装置，诸如用户界面。
2.根据权利要求1所述的系统，包括存储器装置，诸如存储器或用于存储至少以下各项的数据库：
○ 配置细节；
○ 电池方案。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述能量交换站被配置成向数据处理设备提供关于被耦合到用于与车辆交换能量的端口的车辆的车辆信息。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述提供的车辆信息包括在车辆使用期间或在能量交换期间由能量交换站或由车辆中的登记单元登记以便完成或编辑数据库中的电池方案的电池信息。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，所述数据处理设备被配置成用于基于车辆信息和/或配置细节和/或电池方案来向能量交换站提供最优化能量交换设置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，能量交换设置根据与电池或车辆有关的至少一个参数被最优化，诸如电池的类型或电池的实际能量状态、电池温度、电池电压水平、预期电池寿命（例如用充电和/或放电循环数目来表示）、期望可用功率、或者可用或期望充电时间或作用半径。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其中，用于与用于同车辆交换功率的端口耦合的车辆的能量交换设置基于与被耦合到用于能量交换站的能量交换的第二端口的至少第二车辆有关的至少一个参数，或与被与用于能量交换站的能量交换的第二端口耦合的至少第二车辆有关的至少一个参数，或与电源有关的至少一个参数被最优化。
8.根据权利要求5 - 7中的任一项所述的系统，其被配置成特别是实时地或准实时地由数据处理设备响应于与所述电池有关的参数的变化或与能量源有关的参数的变化来更新或控制能量交换设置，并相应地更新能量交换站与被耦合到其能量交换端口的车辆之间的能量交换。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述能量交换站包括根据各种能量交换设置的多个电功率转换器，用于经由用于与多个车辆交换能量的多个端口与多个车辆交换能量。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述能量交换站包括连接矩阵，用于将能量转换器与用于与车辆交换能量的端口可变地耦合。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述用于至少一个能量交换站的能量交换的至少一个端口包括用于使得能够实现与各种车辆的能量交换的可变物理连接器。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述用于与车辆的数据通信的至少一个端口包括可变物理连接，和/或被配置成用于根据各种协议的数据通信，以便使得能够实现与各种车辆的数据通信。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述用于数据通信的至少一个端口被配置成用于与电池管理系统或车辆管理系统的数据交换。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述配置设备被配置成管理、处理或存储关于与来自所述至少一个能量源的能量交换的能量峰值值或能量价格有关的数据。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述配置设备被从所述至少一个能量源耦合到至少一个计量设备或服务。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述能量交换站被配置成在车辆的相应数据通信端口与数据处理设备和/或配置设备之间交换数据。
17.能量交换站，供在根据前述权利要求中的任一项所述的系统中使用。
18.数据处理设备，供在根据前述权利要求中的任一项所述的系统中使用。
19.配置设备，供在根据前述权利要求中的任一项所述的系统中使用。
20.用于与电动车辆、特别是与其电池交换能量的方法，包括：
- 获得关于被耦合到能量交换站的车辆的车辆信息；
- 基于所获得的车辆信息和/或存储在数据库中的配置细节和/或电池方案，向能量交换站返回最优化能量交换设置；
- 根据所述能量交换设置，与所述车辆交换能量。
21.根据权利要求21所述的方法，其中，获得车辆信息包括在车辆使用期间或在能量交换期间由能量交换站或车辆中的登记单元登记电池信息，以便完成或编辑数据库中的电池方案。
22.根据权利要求21或22所述的方法，其中，使能量交换设置最优化包括根据与电池或车辆有关的至少一个参数进行最优化，诸如电池的类型或电池的实际能量状态、电池温度、预期电池寿命（例如用充电和/或放电循环的数目来表示）、期望可用功率或者可用或期望充电时间或作用半径。
23.根据权利要求21 - 23中的任一项所述的方法，其中，使能量交换设置最优化包括基于与被耦合到用于能量交换站的能量交换的至少第二端口的至少第二车辆有关的至少一个参数，或与电源有关的至少一个参数进行最优化。
24.根据权利要求21 - 24中的任一项所述的方法，包括特别是实时地由数据处理设备响应于与所述电池有关的参数的变化或与能量源有关的参数的变化来更新能量交换设置，并相应地更新能量交换站与被耦合到其能量交换端口的车辆之间的能量交换。
25.根据权利要求18所述的用于操作能量交换站的方法，包括在用于与电源交换能量的所述至少一个能量交换端口与用于与电动车辆交换能量的相应端口之间切换电功率转换器，以便与相应车辆交换电能，每个车辆根据特定的能量交换设置。
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