CN103166282A - 电动车辆充电系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动车辆充电系统，其中充电站和车辆各自都具有电力传输测量单元和用于至少从车辆向充电站传送数据的通信系统。基于由充电站和电动车辆控制系统进行的电力传输测量的比较，来控制电力输送。

Description

电动车辆充电系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在充电站处对电动车辆充电的系统和方法。
背景技术
电动汽车的使用预期随着技术发展和燃油成本的上涨而变得普遍。虽然电动汽车的充电可以在家中进行，但也会发展充电站以允许在途中对汽车进行充电。通过采用三相电源，比在家中更快速的充电是可行的，使得途中充电是可行的。
在目前提出的充电系统中，用户将在充电站处预先支付一定金额。充电站可以投币操作，因此不需要后端(back-end)，或者可以基于信用卡，或者需要预定充电服务。这些解决方案当然确实需要至后端系统的连接。
电动汽车充电的一个问题在于，相比于汽油或柴油，购买的真实感稍差，因为消费者不能容易地确定他们已经收到他们为之支付过的数量的能量。在柴油或汽油的情况中，用户知道油箱的大小，并且知道每单位汽油或柴油的成本，可以容易地对已经支付过的正确数量进行粗略估计。在电动汽车的情况中，更大的可能性是消费者没有意识到尚未收到已经支付过的电力传输。
需要一种能够在消费者和服务站之间自动实现信任的支付系统。
发明内容
根据本发明，提供了如在所附权利要求书中限定的电动车辆充电系统和方法。
电动车辆充电系统可以包括：
充电站，包括：
电力输送系统；
电力传输测量单元；和
用于与电动车辆通信的通信系统；和
安装在电动车辆中的充电监测器，包括：
电力传输测量单元；和
用于与充电站通信的通信系统，
其中，该系统包括控制器，所述控制器适于基于由充电站进行的电力传输测量和由电动车辆充电监测器进行的电力传输测量的比较，来控制从充电站到电动车辆的电力输送。
本发明在电动车辆和充电站之间建立信任。车辆和充电站可以就传输至车辆的电量达成一致。而且，该系统可以预防第三方试图在充电期间从车辆和充电站之间的链路偷电。本发明使得能够在各种位置采用各种充电站对电动车辆进行充电，而不需要安置大型设施，但允许局部的对等交易。
控制器可以适于在发现差异时中断电力传输。这样，如果存在可疑的不一致，则可以停止电力传输。
该系统优选地还包括车辆支付模块和充电站支付模块，其中车辆支付模块适于将资金转移至充电站支付模块。
这使得能够为对电动车辆充电而进行的支付提供安全的解决方案，并能够对测量和支付提供完全的控制。消费者可以将资金转移至车辆支付模块，并且随后在充电期间将这些资金转移至充电站。
控制器可以适于递增地实施电力输送，并且适于相应递增地实施资金转移。这样，如果发现不一致，则可能仅影响最后的电力输送增量。
车辆支付模块可以为车辆的一部分，充电站支付模块可以位于充电站中；或者
车辆支付模块和充电站支付模块可以位于充电站中，并具有供用户使用的至车辆支付模块的支付卡接口。
本发明还提供一种用于采用前述任一充电系统的电动车辆，包括充电监测器，该充电监测器包括电力传输测量单元和用于与充电站通信的通信系统。
本发明还提供一种用于实现所述充电系统的充电站，包括电力输送系统、电力传输测量单元、用于与电动车辆通信的通信系统、和控制器，控制器适于基于由充电站进行的电力传输测量和由电动车辆充电监测器进行的电力传输测量的比较，来控制从充电站到电动车辆的电力输送。
在充电系统处控制电力至电动车辆的输送的方法可以包括：
从充电站输送电力，并测量输送的电力；
在电动车辆中接收电力，并测量接收到的输送电力；
在电动车辆和充电站之间进行通信；
基于电力输送测量的比较，控制从充电站到电动车辆的电力输送。
附图说明
现在将参照附图详细描述本发明的示例，在附图中：
图1示意性地示出本发明的系统；
图2更详细地示出实施方案的第一示例；
图3更详细地示出实施方案的第二示例；以及
图4示出本发明的方法的示例。
发明内容
本发明提供了一种电动车辆充电系统，其中充电站和车辆中各自均具有电力传输测量单元以及至少从车辆向充电站传送数据的通信系统。基于由充电站进行的和由电动车辆进行的电力传输测量的比较，来控制电力输送。
这样，充电站和车辆都包含测量传输电量的功能。在充电过程期间，车辆和充电站因此可以连续地测量传输的电量。它们交换它们的测量结果，以进行比较。当两种测量之间出现差异(由测量差异或由试图偷电的第三方引起)时，车辆或充电站(即，存在损失的一方)可以中止电力输送过程。
图1示意性地示出本发明的系统，并示出正在服务站充电单元12处充电的汽车10(当然也可以为公共汽车、卡车、摩托车等)。电缆14将汽车连接至服务站单元12，使得电力能够传输至汽车。
汽车和充电站建立用于数据通信的安全可靠信道(SAC)。这可以通过单独的线缆从而在汽车处存在多插口连接器，或者数据通信可以通过相同线缆(采用电力线通信“PLC”)。数据通信甚至可以是无线的。
充电站和汽车都包括测量传输电量的功能。在充电过程期间，车辆和充电站可以连续地测量传输的电量。它们在数据链路上交换它们的测量结果，以进行比较。
当两种测量之间出现差异(由测量差异或由试图偷电的第三方引起)时，车辆或充电站(即，存在损失的一方)可以中止电力输送过程。
在图2中示出本发明的系统的第一示例。
充电站12包括电力输送系统16，电力输送系统16传输电力通过计量器20(其为电力传输测量单元)至线缆14。存在发射机/接收机单元形式的通信系统22用于与电动汽车通信。充电站还具有支付模块24。各种部件受控制器26的控制。
汽车与之相似，具有它自己的计量器28(电力传输测量单元)和用于与充电站通信的通信系统30。汽车也具有支付模块32。各种部件受控制器34的控制。车辆计量器28和通信系统30可以被认为形成充电监测器，该充电监测器用于测量充电流量并采用通信系统对此进行报告。
两个控制器26和34可以被认为一起限定系统控制器，系统控制器适于基于由充电站进行的和由电动汽车充电监测器进行的电力传输测量的比较，来控制从充电站到电动汽车的电力输送。
在最简单的实施方案中，用户可以支付充电费用，系统传输电荷，同时监测传输的电荷和接收的电荷是否对应。如在服务站处的常规加油的情况中一样，支付可以提前或推后。在这种最简单的实施方案中，不需要支付模块24、32，因为可以单独处理支付(如在当前汽油或柴机加油的情况中一样)。
服务充电站支付模块可以用来执行自动支付，如在目前的24小时汽油站中一样。
如果设置两个支付模块，则在支付模块之间可以进行对话。例如，可以获得针对最大转移金额的认证，随后进行电力输送不超过该最大金额，在结束时收取适当费用(可以小于该最大金额)。然而，如果检测到不匹配，则电力输送将停止。
在更先进的示例组中，存在交叉支付和充电，如下文所述。
为此目的，电动汽车装配有支付模块32，支付模块32能够向充电站交钱，并且驾驶员可以将一定量的金额存在支付模块32中。充电站则具有能够从电动汽车收钱的支付模块24。
当电动汽车连接至充电站时，电动汽车支付模块32通过控制器26、34的介入连接至充电充电站支付模块24(如，经由PLC)。电动汽车支付模块向充电站支付模块进行认证，以证明它实际上能够支付购买电力。这涉及双向数据传送。
驾驶员可以看到每单位电力他将被收取的金额。驾驶员随后可以指示他希望花费的最大金额和/或他希望购买的最大电量。
当电力开始流动时，电动汽车计量器28和充电站计量器20开始测量传输的电力。当支付模块一致认为已经传输一单位电力时，它们完成支付交易，电动汽车通过该支付交易支付该单位电力。随后传输、支付下一单位电力等。
每次支付交易支付的电力单位应选择为较小，使得一旦支付不成功，所涉及的金额都不大。例如，典型的完全充电可以对应于50至500单位。
当达到驾驶员指示的最大金额或电量时，充电停止。可替换地，如果电动汽车和充电站中支付模块对传输的电量或应付款未达成一致，则充电停止。如果支付交易不成功，则充电停止(因此可能未支付最后一单元电力)。
在改型中，当支付交易正在进行时，充电继续。这防止延迟并且意味着支付和下一单位电力的充电是并行发生的。存在的风险是，如果支付不成功(并且充电停止)，则可能未支付两个单位的电力，而不是一个单位的电力。
在图3(具有相同的附图标记)示出的改型中，两个支付模块24、32都位于充电站内。在充电可以开始之前，电动汽车用的支付模块由驾驶员加载/配置(如，通过加入智能卡，加载软件)。示出了为此目的的接口40。电动汽车用的支付模块和电动汽车计量器通过数据信道42安全地通信。
如上所述，在每单位电力传输结束时完成支付交易，或者在一个支付交易正在进行时，继续进行下一单位电力的充电。
作为另一示例，两个支付模块可以都位于电动汽车内。在充电可以开始之前，由充电站加载/配置充电站用的支付模块(如，通过将必要的数据传送至电动汽车)。充电站用的支付模块和充电站计量器同样通过数据信道安全地通信。
图4示出本发明的方法。
该方法在步骤50中开始。在步骤52中执行支付。在图4示出的示例中，仅为一单位的电力进行支付，从而该方法可以多次重复(包括支付步骤)。如上所述，在更简单的示例中，支付步骤可以为在电力输送过程开始或结束时仅单次执行的单个步骤。
在步骤54中从充电站开始输送电力，并且在步骤56中测量输送的电力。
在步骤58中在电动车辆中接收电力，并且在步骤60中测量接收到的电力。
在步骤62中，对电力输送测量值进行比较(采用电动车辆和充电站之间的通信)。如果发现差异，则停止从充电站到电动车辆的电力输送，并且该方法结束(步骤64)。如果一致，则为下一单位的电力重复该方法。如果已经由于差异而结束该方法，则将触发警报以引起服务站操作者进一步调查。
本发明的优点包括：
1.低成本
不需要大的后端接触设施。最初配置成本可以较低，因为充电站可以自主运行(不需要在线后端)。可以采用例如与道路收费系统的车载单元共用的硬件实现支付模块。通过测量比较过程暗中检测到偷电的第三方；不需要额外的硬件或软件。
2.灵活性
所有种类的支付方法都适用。车辆和充电站的所有者之间不需要预先存在关系。
3.安全性
汽车和充电站都测量传输的电量。只要它们不一致，传输都停止。如果交易量足够小，则最多可以从系统偷取单次交易量。在该情况中，第三方有很小的动机或没有动机来从该连接偷电，因此不需要附加的物理安全设施来防止从电线分接电力。
在优选的示例中，车辆和充电站都能够停止电力输送，并且在它们之间存在双向通信。然而，计量器读数的通信可以是仅从车辆到充电站，并且充电站随后具有用于判断是否存在失配的所有必要信息。然而，将存在与支付机制相关联的双向通信认证或握手协议。
本发明的概念可以应用在其中从他方电力给装置充电并且必须对此付费的任何应用。因此，该概念可以应用于移动装置，如移动电话和膝上型电脑的充电。
本发明可以应用于所有电动车辆，如电动自行车、水上飞车(Segway)、高尔夫推车、电动轮椅、电动船及其对应的充电站。对于一些商业模型，本发明可以应用于家用电力计量。
没有详细地描述实现本发明的系统所需要的各种单元。电力传输的测量是完全常规的；事实上，所有的消费电力单元基于抽取的电流和电压电平测量电力输送。伴随着金融交易的安全措施也是常规的。
本领域技术人员能够想到多种其它改型。

Claims (7)

1.一种电动车辆充电系统，包括：
充电站(12)，包括：
电力输送系统(16)；
电力传输测量单元(20)；和
用于与电动车辆(10)通信的通信系统(22)；和
安装在电动车辆(10)中的充电监测器，包括：
电力传输测量单元(28)；和
用于与充电站(12)通信的通信系统(30)，
其中，该电动车辆充电系统包括控制器(26，34)，所述控制器(26，34)适于基于由充电站(12)进行的电力传输测量和由电动车辆充电监测器进行的电力传输测量的比较，来控制从充电站(12)到电动车辆(10)的电力输送，
该电动车辆充电系统还包括车辆支付模块(32)和充电站支付模块(24)，其中所述车辆支付模块适于将资金转移至充电站支付模块，
其中控制器(26，34)适于按递增方式实施电力输送，并且适于按相应的递增方式实施资金转移。
2.根据权利要求1所述的系统，其中控制器(26，34)适于在发现差异时中断电力传输。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
车辆支付模块(32)位于电动车辆中，并且充电站支付模块(24)位于充电站中；或者
车辆支付模块(32)和充电站支付模块(24)位于充电站中，并具有供用户使用的至车辆支付模块(32)的支付卡接口(40)。
4.一种用于采用前述权利要求中任一项的电动车辆充电系统的电动车辆(10)，包括充电监测器控制系统，该充电监测器控制系统包括电力传输测量单元(28)和用于与充电站(12)通信的通信系统(30)。
5.一种用于实现权利要求1-3中任一项所述的充电系统的充电站，包括电力输送系统(16)、电力传输测量单元(20)、用于与电动车辆(10)通信的通信系统(22)、和控制器(26)，控制器(26)适于基于由充电站(12)进行的电力传输测量和由电动车辆充电监测器进行的电力传输测量的比较，来控制从充电站(12)到电动车辆(10)的电力输送。
6.一种在充电系统处控制电力至电动车辆的输送的方法，包括：
从充电站(12)输送电力，并测量输送的电力；
在电动车辆(10)中接收电力，并测量接收到的输送电力；
在电动车辆和充电站之间进行通信；
基于电力输送测量的比较，控制(54)从充电站到电动车辆的电力输送；
将资金从车辆支付模块转移至充电站支付模块(52)；
按递增的方式实施电力输送(54)，以及按相应的递增方式实现资金转移。
7.根据权利要求6所述的方法，包括当在电力输送测量之间发现差异时中断电力传输。
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