CN103384088B - 用于管理电网电力供应的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于管理电网电力供应的系统和方法。总体而言，本发明致力于一种新型汽车充电技术，其能够监视、控制和调节由安装在住宅或者商业设施中的充电点消耗的电能，以允许在不使从中对充电点馈电的断路器跳闸的前提下动态地调整由充电点吸取的充电电流。

Description

用于管理电网电力供应的系统和方法

技术领域

本发明属于电网电力管理领域，涉及一种用于管理针对充电点的电网电力供应的系统和方法。更具体地，本发明提供用于管理在住宅设施中工作的充电点的技术。

背景技术

电力通常以单相或者三相电力供应的形式通过主电力系统供应给住宅、商业和工业区中的用电站点(cites)和设施。电力通过服务引入电力线路从电网供应给这样的工业和住宅设施，并且通常通过电力服务面板(即，主电力板)分配到各个用电支路，每个用电支路用于供应特定的用电区域或者公共设施。

通常，使用诸如配置为检测短路、接地故障(泄露)或者过量电流消耗(drawing)(即，过载电流)的剩余电流装置(RCD)和电路断路器之类的保护装置，并且该保护装置在这种状况下断开(切断)供应给用电支路的电力。电力服务面板通常包括主断路器，该主断路器被设计为断开由将电力中继到数个支路断路器的面板接收的总电力供应。每个支路断路器被设计为切断对耦合到特定支路的电力供应。给住户、住宅和商业设施供应的电力通常用于起动和操作通常被认为是低功率电器的家用电器和装置(例如，洗涤器、烘干机、炉、烤箱、加热器、空调，等等)。

例如，典型的主电路断路器(MCB)可以被设计为每当由支路电路消耗的总电流超过25安培到40安培时断开电力供应，并且典型的支路断路器应每当由支路电路消耗的电流超过10到20安培时跳闸。这种断路器电路通常适用于供给给典型的住户消耗支路，而不适用于需要更高电流的更加耗电的电器。

发明内容

住宅设施现在通常可配备有用于为(例如用于电动车辆中的)重载电池再充电的充电点。由于充电点需要相对较高的电功耗才能在可接受的时段内将电池完全充电，故而操作住宅设施中的这种充电点是一项具有挑战性的任务。

与家用电器和装置相比，设置在住宅设施中的充电点可能会导致更大量的电流被消耗。另一方面，住宅的可用电量(electical capacity)受限，其可用电量通常由引入电力线路(drop power line)的导线容量设定。对于一些住宅来说，当多种电力装置(例如，洗涤器、烘干机、空调，炉、烤箱、电热器，等等)正同时使用时，在电力负载上增加充电点可能会引起住宅里的主断路器跳闸。

本领域需要一种新型汽车充电技术(并且该技术是有用的)，该技术能够监视、控制和调节由安装在住宅设施中的充电点消耗的电能，以允许在不使从中为该充电点馈电的断路器跳闸的前提下动态地调整由充电点吸取的充电电流。

住宅充电点用于允许电动车辆的用户在使用期之后或使用期中间，当停泊在其住宅附近时，对其车辆进行充电。在很多情况下，充电点安装在住户的现有设施连接中，这主要是由于部署专用于充电点的额外的、新的连接需要相对高的成本。因此，在很多情况下，充电点与其余的家用支路电路和电器共用同一主馈电电路。

这种重载充电点相对而言为一大消耗体，其标称功耗的范围在3KW(针对正常充电)到(最高达)22KW(针对快速充电)之间，其中最小充电功率为1.4KW。由于电动车辆的完全充电会话(session)通常为一耗时的过程，可能需要好几个小时，因此期望的是，在从同一个馈电支路馈电的其他电器操作期间，使由这种住宅充电点进行的充电会话能够在不使支路断路器电路跳闸的前提下，吸取最大可用电功率。

典型地，由安装在现有家用设施连接中的住宅充电点对电动车辆充电明显地增加了由过载事件导致的超过准许连接功率以及主电路断路器跳闸的可能性。尽管可以通过限制充电点在任意时刻可吸取的最大充电功率来避免主电路断路器跳闸，但是由于这种配置将导致充电过程极其耗时，故而是不可取的。

本发明旨在提供一种住宅充电点，其能够在住户中的所有电器和电路都在全力工作的最坏状况下调节所吸取的充电功率，该住宅充电点根据其它电器所消耗的电流，在不超过最大设施连接功率从而避免电路断路器跳闸的前提下，调配所吸取的充电功率。

因此，本发明提供通过如下方式来优化对现有家用设施连接的部署：在任何给定时间调节电动车辆可吸取的最大充电功率(电动车辆标准所固有地支持的特征)，提供现有住户设施连接的最优化布置，由此避免过载事件和消除将导致对于整个住户的电力断开的主馈电电路断路器的跳闸。

根据一些实施例，充电点可以安装在现有的电力基础设施内。充电点安装在主电路断路器的下游。相应地，充电点可以与其他的家用负载和电器并联连接，所述其他的家用负载和电器禁止充电点直接感测经上游支路通过主电路断路器馈送的总电流。

本发明通过提供一种新型住宅电力系统来满足上述需要，该新型住宅电力系统通过从本地电网获得电力的服务引入电力线路被供电。住宅电力系统被配置为控制电动车辆通过充电点可吸取的电流量。该控制基于对在电器支路和充电点(CS)上所吸取的电流量的测量来避免超过住宅的可用电量以及主电路断路器跳闸。

住宅电力系统一般包括电力服务面板、一个或更多电器、电动车辆充电点和控制系统。电力服务面板包括主电路断路器，该主电路断路器耦合到服务引入电力线路，并且被配置为用于将由所述服务引入电力线路供应的电力分给一个或更多电器支路和充电点支路。电器设置在电器支路中。电动车辆充电点设置在充电点支路中，并且被配置为用于给电动车辆的电池进行充电。控制系统被配置为控制电动车辆充电点为了给电池充电而吸取的电流。控制系统被配置为调整由充电点吸取的电流，以确保经过在主电路断路器下游的馈电线路所消耗的总电流在长于预定时段的时段内，不超过主电路断路器准许的标称/准许电流限制，从而避免主电路断路器跳闸。

在一些实施例中，电力服务面板也包括家用剩余电流装置、一个或者更多电器断路器、充电点剩余电流装置和充电点电路断路器。家用剩余电流装置设置在电器用电支路中主电路断路器的下游。电器电路断路器设置在电器用电支路中家用剩余电流装置的下游，并且通过家用剩余电流装置耦合到主电路断路器。充电点剩余电流装置设置在充电点支路中主电路断路器的下游。充电点电路断路器设置在充电点支路中充电点剩余电流装置的下游。充电点电路断路器通过充电点剩余电流装置耦合到主电路断路器。

控制系统包括电流感测元件和控制器电路，并且也可包括电流调节器。电流感测元件置于服务面板(其设置在馈电线路中主电路断路器的下游)中，并且被配置为用来测量由电器支路和充电点支路所吸取的总电流，并产生表示该总电流的电流传感器信号。使用时，电流调节器与正连接到充电点的控制电路并连接到充电点的电力输出的充电点相关联，并且该电流调节器也可连接到车辆的控制器/充电器(例如，设置在电动车辆充电点的关于向车辆供电方向的下游)。在该设置下，电流调节器被配置且可操作为调整由充电点吸取的电流。控制器电路电耦合到电流感测元件并且对电流传感器信号做出应答。控制器电路可以位于充电点处，并且可以耦合到电流调节器，或者可替代地，可以适于向车辆的充电器/控制器发出表示车辆可从馈电线路中吸取出的充电电流的控制信号。因此，控制器电路能够产生用于控制电流调节器的操作或者直接控制车辆的充电器/控制器的操作的控制信号。

如上所述，使用时，电流调节器与充电点相关联，例如，电流调节器内嵌/安装在充电点中，并且电流感测元件安装在电力服务面板中。在示范性实施例中，控制器电路驻留于充电点或者电力服务面板处，或者其设施分布于充电点和电力服务面板之间。因此，充电点和电力服务面板被配备有恰当的通信设施以用于这两者间的数据交换，例如，发送表示由电流感测元件感测的到控制器电路的电流的信号。

因此，根据本发明的一个大方面，提供一种住宅电力系统，通过服务引入电力线路被供电，该住宅电力系统包括：电力服务面板，其包括耦合到所述服务引入电力线路的主电路断路器，该主电路断路器被配置为用于在多个电器支路之间划分所述服务引入电力线路的电力供应，其中所述多个电器支路包括用于给电动车辆的电池充电的充电点支路；以及控制系统，其被配置为用于控制所述充电点为了给所述电池充电而可吸取的电流以避免所述主电路断路器跳闸，所述控制系统被配置且可操作为在使所述主电路断路器不断线的前提下提供所述主电路断路器的与所述充电点的电流供应状况相对应的最优电流-时间特性。

所述控制系统被配置且可操作为用于识别所述电器支路的总电流消耗，并用于按照如下方式定义所述充电点的所述电流供应状况：(i)在不影响电流值的前提下为所述电流供应状况确定一时间限制，(ii)确定对所述充电点的所述电流供应是否会被中断和(iii)确定是否应针对一预定时间段将供应给所述充电点的所述电流值降低。

所述控制系统可包括：电流感测元件，设置在与所述服务引入电力线路相关联的所述主电路断路器的下游，并且被配置为用于测量所述至少一个电器支路和所述充电点支路所吸取的总电流，并产生表示所述总电流的电流传感器信号；以及控制器电路，其电耦合到所述电流感测元件，并且用于响应于所述电流传感器信号而产生用于调节充电过程的控制信号。

在某些实施例中，所述控制系统包括电流调节器，该电流调节器连接到所述充电点的电力输出端和所述控制器电路，并且可连接到所述车辆的充电器，所述电流调节器被配置为调整在充电过程期间所吸取的充电电流。可替代地，在某些实施例中，所述控制系统可连接到所述车辆的充电器，并且所述控制器电路被配置且可操作为将控制信号传送给所述车辆的所述充电器，以调整由所述车辆在充电过程期间吸取的所述充电电流。

根据本发明的另一大方面，提供一种用于调节充电点通过电力消耗线路消耗的充电电流的方法，其中，所述电力消耗线路在电力服务面板处从服务引入电力线路中分支出，所述电力服务面板包括主电路断路器，所述方法包括：接收和分析表示通过所述服务引入电力线路供应给所述电力服务面板的电流的信号；在确定所述电流大于由所述主电路断路器限定的准许电流时，选择性地实施下列步骤：如果所述供应电流在容许偏差内(例如，低于容许偏差电流而高于所述准许电流)，则估计出一准许时段，并且允许在所述准许时段内用所述供应电流继续进行充电，其中在所述准许时段内，所述充电点能够在不使所述主电路断路器跳闸的前提下消耗与所述供应电流基本相等的电流；以及如果所述供应电流不在容许偏差内(例如，高于所述容许偏差电流)，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

在某些实施例中，所述方法包括：一旦所述准许时段耗尽，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

根据本发明的又一大方面，提供一种用于调节充电点通过电力服务面板的充电点支路消耗的充电电流的方法，其中所述电力服务面板包括主电路断路器，所述主电路断路器耦合到服务引入电力线路，并且被配置为用于在包括所述充电点支路在内的多个电器支路之间划分所述服务引入电力线路的电力供应，所述方法包括：接收和分析表示通过所述服务引入电力线路供应的电流的信号；为所述充电确定一不会导致通过所述服务引入电力线路供应的电流超过由所述主电路断路器限定的准许电流(例如，标称电流限制)的最大充电电流；指示所述充电点将所述充电电流限于所述最大充电电流；以及周期性地或者持续地接收和分析表示通过所述服务引入电力线路供应的电流的另外的信号，并且每当确定所述电流大于所述准许电流且低于容许偏差电流时，允许在基于所述另外的信号所确定的限制时段内，用所述最大充电电流继续进行所述充电。

所述方法可以包括：一旦所述限制时段耗尽，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

如果所述供应电流不在所述容许偏差内，则可以指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

在某些可用实施例中，所述电力服务面板通过一个或者更多个串联连接的上游电力服务面板连接到服务引入电力线路，每个上游电力服务面板包括耦合到馈电线路的主电路断路器，所述主电路断路器被配置为用于在多个电器支路之间划分所述馈电线路的电力供应。在这种配置中，如下所述，该方法可以包括：接收和分析表示通过一个或更多个串联连接的上游电力服务面板的馈电线路供应的电流的信号，并且基于所接收的信号，在通过上游电力服务面板的馈电线路中的一个或更多个馈电线路供应的电流大于标称/准许电流限制的情况下，确定充电电流和/或准许时段，以继续进行充电。

例如，所述电力服务面板的所述电力供应可通过级联连接的一个或者更多个上游电力服务面板来供应，每个上游电力服务面板包括相应的主电路断路器，该主电路断路器与其相应的服务引入电力线路相关联。在该配置中，所述控制系统可包括相应的一个或者更多个附加电流感测元件，每个附加电流感测元件被配置为用于对通过所述一个或者更多个上游电力服务面板之一的相应主电路断路器供应的总电流进行测量，并产生表示所测得的总电流的电流传感器信号。所述控制器电路可电耦合到相应的所述一个或者更多个附加电流感测元件，并且被配置且可操作为响应于来自所述电流感测元件和来自所述附加电流感测元件的所述电流传感器信号而产生在不使任何一个所述主电路断路器断线的前提下调节所述充电过程的控制信号。

一种用于调节充电点通过电力消耗线路消耗的充电电流的方法，其中所述电力消耗线路在包括主电路断路器在内的电力服务面板处从服务引入电力线路分支出，所述电力服务面板通过级联连接的一个或者更多个上游电力服务面板被供电，每个上游电力服务面板包括相应的主电路断路器，该主电路断路器与其相应的服务引入电力线路相关联，所述方法包括：接收和分析表示为每个电力服务面板通过其相应的服务引入电力线路供应的电流的信号；在确定所述电流中的一个或者更多个电流大于由其相应的主电路断路器限定的准许电流时，选择性地实施下列步骤：如果所述供应电流大于其相应的准许电流但在容许偏差内，则为每个所述供应电流估计出一准许时段，并允许在与所估计出的准许时段中的最小时段相等的时段内，用所述供应电流继续进行所述充电，其中在所述准许时段内，所述充电点能够在所述相应的服务引入电力线路的所述主电路断路器不跳闸的前提下，消耗与所述供应电流基本相等的电流；以及如果所述供应电流中的至少一个供应电流大于其相应的准许电流且不在所述容许偏差内，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

至此相当宽泛地概述了本发明较重要的特征，以便可以更好地理解下文的具体实施方式。本发明其他的细节和优势会在具体实施方式中进行阐述，并且部分将从下列描述中认识到，或者可通过实践本发明而获知。

附图说明

为了理解本发明和观察其在实际中怎样实施，现在将参照附图，仅以举非限定性示例的方式来对实施例进行描述，在附图中，相同的附图标记用于表示具有相同或相似功能的元件或动作，并且其中：

图1A和图1B是包括电动车辆充电点的住宅电力系统的示意性方框图；

图2是示意性示出一种根据某些实施例的用于调节由充电点供应的充电电流的系统的方框图；

图3是示意性示出一可用实施例的方框图，其中充电点通过数个主电路板连接到电网；以及

图4是依据本发明的可用实施例的例示调节充电功率的过程的流程图。

具体实施方式

参照附图和所附的描述，可以更好地理解根据本发明的住宅电力系统的原理和操作，其中该住宅电力系统可以控制电动车辆经由充电点所消耗的电流量。应该理解的是，下列的描述中给出的这些附图和示例仅用于图解说明的意图并且不意在限制。在本发明的描述中，相同的参考罗马数字和字母字符将始终用于表示该系统中共用的部件及其在附图中显示的部件。应该注意的是，图示说明了本发明的多个实施例的附图中的方框旨在仅作为功能实体，以此显示实体间的功能关系而不是任何物理连接和/或者物理关系。

如上所述，典型的住宅电力系统一般可以包括电动车辆充电点作为其电器/负载中的一个。然而，充电点会使更大量的电流被消耗，而住宅的可用电量受限，因此当同时使用多个电力装置(例如，洗涤器、烘干机、空调、炉、烤箱、电热器，等等)时，为传统电力系统增加一充电点可能会引起住宅中的主断路器跳闸。在这一点上，参照图1A和1B，其示意性地示出可包括电动车辆充电点11的典型住宅电力系统。

在图1A的示例中，可以安装在任何合适的住宅中(例如，独栋住宅、公寓，等等)的住宅电力系统10包括电动车辆充电点11，并且通过从本地电网(未示出)获取电力的三相服务引入电力线路12供电。服务引入电力线路12耦合到电力服务面板14的主电路断路器13。应该理解的是，如果主电路断路器13处于关断位置或者已经跳闸，则没有电力被提供给住宅里的电器。电力服务面板14在一个或者更多个电器支路15a、15b和充电点(CS)支路16之间划分电力供应。在图1A中仅示出两个电器支路15a、15b。用电支路15a、15b由三相电力线路馈电，并且被配置为用于给电器151a、151b提供电力，而CS支路16由单相线路馈电，并且被配置为用于给电动车辆充电点11馈电。相应地，因此充电点与电器151a、151b并联连接，它们可以共用公共馈电相。

电力服务面板14通常也包括家用剩余电流装置(RCD)17，其共用于电器支路15a、15b，并且设置在主电路断路器13的下游。电力服务面板14进一步包括设置在电器支路15a、15b中的一个或者更多个电器电路断路器18、18b，电器支路15a、15b对应地通过家用剩余电流装置(RCD)17耦合到主电路断路器13。电力服务面板14还包括设置在CS支路16中的充电点电路断路器19。CS断路器19通过CS剩余电流装置(RCD)170耦合到主电路断路器13。

图1B显示了典型住宅电力系统100的另一个示例性配置的示意性方框图，该系统可以包括电动车辆充电点11。住宅电力系统100与图1A所示的住宅电力系统10的区别是CS支路16被供应三相电而不是一相电。

现在参照图2，其示出根据本发明的配置和可操作为使电力能供应给电动车辆(EV)充电点21的住宅电力系统20的配置的示意性方框图。可以将住宅电力系统20安装在任何住宅(例如，独栋住宅、公寓，等等)，该住宅电力系统20通过从本地电网(未示出)获取电力的三相服务引入电力线路12被供电。住宅电力系统20包括电力服务面板24，该电力服务面板24将所供应的电力分成几个用电支路，例如一个或多个电器支路25a和25b以及充电点(CS)支路26。图1A中仅示出两个电器支路25a和25b。还应当理解，尽管图2中示出一个CS支路26用于一个相应的充电点21，但是根据需要可以使用多于一个充电点(CS)支路，其中每个CS支路用于一个相应的EV充电点。

服务引入电力线路22耦合到电力服务面板24的主电路断路器23。应该理解的是如果主电路断路器23处于关断位置或者跳闸，则没有电力被提供给住宅中的电器。电器支路25a和25b由单相或者多相电力线路馈电，并且被配置为用于对应地给电器251a，251b供电。应该理解的是，根据需要，每个支路25a或者25b可以包括因此与电器251a和/或251b连接的附加电器。在图2所示的示例中，支路25b包括因此与电器251b连接的附加电器252b和253b。然而也可以设想到电器连接的其他配置。

例如，参照图3，充电点21可以经过多个主电路板24a，24b，....，24n连接到电网(通过单相或者多相电力线路)。在本示例中，每个主电路板24a，24b，....，24n接收其相应的馈电线路22a，22b，....，24n(其可以是单相或者多相电力线路)，其中电力线路22a是服务引入电力线路22，电力是从本地电网通过服务引入电力线路22进行馈送的。在每个主电路板24a，24b，....，24n中，相应的馈电线路22a，22b，.....24n连接到相应的主电路断路器23a，23b，....，23n，而后馈电支路进入相应的电器255a，255b，....，255n。

在该特定示例中，主电路板24a，25b，....，24n串联连接，使得每个主电路板由先前的主电路板的支路馈电。充电点21和控制系统290连接到第n主电路板24n，该第n主电路板24n可以是按此类型的级联连接中的最后一个，或者是中间的主电路板。在该配置中，控制系统290配置为调节由充电点21消耗的充电电流，以防止任何上游主电路断路器23a，23b，....，23n跳闸。

为了此目的，馈送给每个上游主电路断路器23a，23b，....，23n的电流由相应的电流感测元件293a，293b，....，293n监控，电流感测元件293a，293b，....，293n被配置和可操作为测量通过相应的馈电线路22a，22b，....，22n馈送给相应的主电路板24a，24b，....，24n的电流。为此，每个电流感测元件293a，293b，....，293n可以包括相应的通信模块295a，295b，....，295n，所述通信模块295a，295b，....，295n被配置和可操作为发送表示测得的由与电流感测元件293a，293b，....，293n耦合的相应的馈电线路22a，22b，....，22n馈送的电流的信号。通信模块295a，295b，....，295n可以被配置为使用合适的传统信号通信技术(例如，下文所述的数据通信技术)发送其信号指示。

CS支路26由单相或者多相电力线路馈电，并且被配置为用于给电动车辆充电点21馈电。相应地，电动车辆(EV)电池充电器因此并联连接到住宅中的电器(例如，图2中的251a，251b，252b，253b)。应该可以理解的是，电器的数量是示例性的，并不限于图2或者图3中所示的电器的实施例。电器251a，251b，252b，253b(或者图3中的255a到255n)可以是电力装置(例如，洗涤器、烘干机、空调、炉、烤箱、加热器，等等)，其从服务引入电力线路22吸取电流。

电力服务面板24也包括家用剩余电流装置(RCD)27，其共用于电器用电支路25a和25b(图3中标明为25a/b)，并且设置在主电路断路器23的下游。电力服务面板24进一步包括设置在电器支路25a和25b中的一个或者更多电器断路器28a和28b(参看图2)，相应地，其通过家用剩余电流装置(RCD)27耦合到主电路断路器23。

电力服务面板24也包括设置在CS支路26中的主电路断路器23的下游的CS剩余电流装置(CS RCD)270。电力服务面板24也包括设置在CS用电支路26中的充电点电路断路器29。CS电路断路器29通过CS剩余电流装置270耦合到主电路断路器23。

根据本申请的实施例，根据动态电流限制算法(DCLA)来对由充电点21吸取的电流进行控制，该动态电流限制算法(DCLA)提供用于依据总住宅电流消耗来动态调整充电电流的指令。为了避免在高电力负载的情况下充电停止，DCLA考虑到每个传统电路断路器可以由一电流-时间特性(profile)特征化，该电流-时间特性定义了在高于标称/准许电流限制的给定电流值的情况下将住宅电网操作的特定时间限制。换句话说，大于标称/准许电流限制(本文中又称为容许偏差)的一定过量电流仍被电路断路器允许，但是仅仅是在一预定时段内被允许。

然而，当超过该时间限制时，电路断路器将跳闸(或者保险丝烧毁)。例如，当电流负载为135％时，电网可以在操作大约一个小时而主电路断路器不跳闸，但是当电流负载达到145％时，电网在主电路断路器不跳闸的前提下操作的时间限制可以降低到大约0.5小时。应该注意的是，电路断路器的电流-时间特性典型地与某个标准(其在不同的国家有所不同)相关联。应该注意的是，传统的电路断路器通常具有可以明显高于标称电流(例如，有时处于标称准许电流的三倍到十倍的量级，这取决于所使用的电路断路器的类型)的跳闸电流，这引起即时的(例如，在大约100毫秒的时段内)电流关断。

为了控制和调节由电器(图2中的251a，251b，252b，253b和图3中的255a-n)和充电点21消耗的总电能，则住宅电力系统20包括控制系统290，该控制系统290被配置为用来控制可以给电动车辆210的电池210b充电的充电点21所吸取的电流。例如，当由所有电器和充电点所吸取的电流量超过主电路断路器23可允许的标称电流限制时，控制系统将估计如果总消耗电流大致保持不变，那么主电路断路器将在多长时间(时间量T_trip)之后跳闸，并且相应地确定充电过程可在主电路断路器不跳闸的前提下进行的准许持续时间T(T＜T_trip)。一旦在总消耗电流无任何降低的前提下准许持续时间T耗尽，则控制系统290调整由充电点21吸取的电流，从而确保通过服务电力线路22消耗的总电流不超过该准许的标称准许电流限制，进而避免主电路断路器23跳闸。

换句话说，每当所测得的通过主馈电线路22消耗的总电流大于标称准许电流限制，但在预定容许偏差电流内时，控制器290分析所测得的消耗的总电流，并且相应地确定被允许用相同充电负载继续进行充电过程的特定准许时段T。由控制器290确定的准许时段需要短于主电路断路器对具体的所测量的总消耗电流的响应时间(T_trip)，以防止电流中断(跳闸)。

如果充电点21通过图3例示的级联配置类型连接到电网，并且所测得的经过馈电线路22a，22b，....，22n之一消耗的总电流大于标称准许电流限制，但在预定容许偏差电流内，则控制器290被配置为相应的上游主电路断路器确定特定准许时段T，并且使用该特定准许时段T进行计时，在该特定准许时段T内，充电电流可以在不改变充电负载的前提下继续下去。

如果所测得的通过馈电线路22a，22b，....，22n消耗的总电流中的两个或者更多个总电流大于标称准许电流限制，但在预定容许偏差电流内，则控制器290为相应的上游主电路断路器确定特定准许时段T，并且使用所确定的最小准许时段T进行计时。例如，如果所测得的通过馈电线路22a，22b，....，22n消耗的总电流中的所有总电流均大于其相应的主电路断路器23a，23b，....，23n的标称电流限制，但在其相应的预定容许偏差电流内，则控制器290为每个相应的上游主电路断路器23a，23b，....，23n确定相应的特定准许时段T_a，T_b，...，T_n，并且使用所确定的最小准许时段，即，最小(T_a，T_b，...，T_n)进行计时，在该最小准许时段内，充电电流可以在不改变充电负载/电流的前提下继续下去。

如果所测得的通过馈电线路22a，22b，....，22n一个或者更多个所消耗的总电流大于其相应的主电路断路器23a，23b，....，23n的容许偏差电流，则控制器290指示充电点21降低消耗的充电电流，或者可替代地，指示充电点21断开充电电流，直到所测得的馈电线路中的电流允许充电过程重新开始为止。

假如在允许持续时间T的计时期间，馈电线路中的任意一条中消耗的总电流增加，和所测得的电流仍旧在容许偏差电流内，则控制系统290可以操作下列操作中的一个：确定新的准许持续时间T以相应地用于计时；指示充电点21降低由充电点21消耗的充电电流；或者可替代地，停止/暂停充电过程，直到住宅电力消耗允许充电过程重新开始为止。控制系统290可以被配置为管理包括多个充电周期的充电过程，如与本申请的受让人相同的以色列专利申请No.218213所述的，该专利申请所公开的内容并入本文作为参考。

为此，控制系统290可以被配置为：

(a)优化暂停(在暂停期间，充电过程暂时停止)次数，以便在主电路板在充电过程期间不跳闸的前提下给电池充电。例如，控制系统可被配置为使得允许的暂停次数不超过允许的最小次数，否则充电过程可以被车辆的充电控制器停止；

(b)在充电过程期间最大化充电电流值(达到一特定最大值)；

(c)可选地，(i)将充电过程通知给充电点的用户，包括例如充电过程由于另一个电器的操作而被打断，以及(ii)将充电电流通知给电网的运营商，从而使供电商在需要时能管理全局的电网操作。

控制系统290包括电流感测元件(CSE)293，该感测元件(CSE)293设置在馈电线路230中主电路断路器23的下游，并且被配置为用于测量由包括电器支路25a和25b以及CS支路26在内的所有用电支路吸取的总电流。控制系统290也包括设置在EV充电点21的下游的电流调节器291，以及电耦合到电流感测元件293和电流调节器291的控制器电路292。

在操作中，控制器电路292对由所有用电支路吸取的电流的变化做出响应，并且被配置为生成针对电流调节器291的控制信号，以用于根据动态电流限制算法调整由充电点21吸取的电流。

根据实施例，DCLA包括两种操作模式：

正常模式，当馈电线路230中的总住宅电流消耗低于或者等于电路断路器可允许的标称电流限制(例如25A)时。在正常模式操作期间，只要需要，可以用充电点上的最大充电电流继续充电过程；以及

过流模式，当馈电线路230中的总住宅电流消耗大于标称电流限制(例如，25A)，但小于或者等于容许偏差电流(例如，25A×1.13＝28A)时。应该理解的是，在此情况下，在馈电线路230中用过量电流(即，大于标称电流限制)进行的充电过程仅可持续一定的时段。在该时段结束后，控制器电路292产生控制信号，该控制信号用于(例如，由电流调节器291)调整由充电点吸取的电流，以使总住宅电流不超过标称电流限制，从而避免主电路断路器23跳闸。

根据一些实施例，电流调节器291将车辆可吸取的可用充电电流的最大值通知给电动车辆210，电动车辆210通过调整其最大电流消耗来相应地作出响应。根据本发明的另一个备选实施例，在所测得的总消耗电流大于标称电流限制，但在容许偏差电流内，并且车辆210的预期响应时间太慢的情况下，则充电点21的控制器292可以简单地关闭提供给车辆210的电力供应26和给车辆210发出信号以指示断开事件。接着，可以以降低的充电电流限制重新开始充电过程。

控制系统290可以是例如根据DCLA预编程为包括与电流-时间特性相关的参考数据的计算机系统，并且该控制系统290适于根据所测得的数据改变和调整由充电点21吸取的电流，以防止电路断路器23跳闸。

一般地，系统可以被配置为对模拟电路断路器的电流-时间特性进行模仿/仿真，并且以足够的置信度预测在断路器不跳闸的前提下由充电点可以消耗的最大电流。

控制系统290可以被配置为识别电器的短期操作(例如，电热壶)和/或者周期性操作(例如，空调)，并且相应地调整在充电过程期间由充电点21吸取的电流，以优化充电过程和最大化充电电流值。控制系统290可以被配置且可操作为通过实施上述(a)和(b)要求中所述的操作来调整由充电点21吸取的充电电流。应该注意的是，在这一点上，要求(a)可以以牺牲要求(b)为代价得以满足。例如，基于对电器的周期性操作的识别和关于其操作时段的确定/假定，控制系统290可以决定在一特定持续时间内不改变充电电流，或者相反地，降低充电电流以避免需要停止充电过程。

应该理解的是，控制系统290可以是集成了传统住宅电力系统的专用模块。根据一些实施例，控制系统290的电流调节器291和控制器电路292位于充电点21处，电流感测元件293位于电力面板24内。在该配置中，传送到充电点21的数据并非正在消耗的电流，而是对于充电点21本身所允许的电流消耗。充电点21接着不得不通过如下方式来加强此限制：将新的电流限制通知给车辆210，或者(例如，通过电流调节器291)调节供应给车辆的电流，或者一起切断充电电流供应。当需要时，控制系统290中的一些元件(例如，控制器电路292和电流调节器291)可以位于电力服务面板24的外部。在此示例中，如图2所示，控制器电路292位于充电点21内。

在一些实施例中，CSE293是单独的装置，被配置和可操作为用于监视流经被监视的馈电线路230的电流，并且将表示通过被监视的馈电线路230的电流的数据传送到与远程充电点24相关联的控制系统290。所述数据可以使用标准无线数据传输技术(例如WLAN或者Zigbee)无线传送，或者经过有线通信链路(例如，脉宽调制，和/或使用任何传统的串行或并行数据总线通信)进行传送，或者可以使用标准电力线通信(PLC)技术通过干线完成传送。

CSE293可以通过直接测量被监视的线路(与之串联)或通过间接测量(例如，磁场感应)，来监视和测量流经被监视的馈电线路的电流。在直接测量的情况下，CSE293测量从与干线的直连供应的电力。在间接测量的情况下，感生电流可以用于为CSE293装置的操作供电。然而，在这两种情况下，也可以使用外接电源(例如，电池)作为备选方案。

根据本申请的一些实施例，CSE293可以被配置为被通过被监视线路的电流进行周期性地采样，并且相应地以周期性地发送表示采样电流的数据。在此种可能的实施例中，单向数据通信可以足够用于调节供应给充电点21的充电电力。

在本发明的其他实施例中，CSE293被配置为对经过服务引入电力线路22而消耗的电流进行动态采样，并且响应于一个或者更多触发事件而发送相应的指示数据。在此种可能的实施例中，可能需要双向通信。若触发事件没有重复周期性方法频繁，则使用此种事件(即，基于触发的方法)视为在功耗方面更有效率。

例如，触发事件可以包括下列事件：

充电点轮询，其对应于以下情形：充电点21例如由于电网限制而需要改变由电动车辆吸取的最大充电功率，因此这可能需要充电点21查询CSE293，以用于测量通过馈电线路22的电流(“可操作电流”)。

CSE中断事件，其对应于以下情形：充电点21可以为CSE293设置一定义电流强度阈值的触发，以使每当通过馈电线路22的电流大于预定义阈值，CSE293都可以将表示采样电流的数据发送给充电点，从而允许与充电点21相关联的控制系统290动态地响应在家用电器的总电流消耗的任何增加。

按照类似的方式，充电点21可以配置阈值，在低于该阈值时，CSE293需要传达给充电点21。这允许充电点21动态地响应总的生活用电量的减少。

根据本发明的一些实施例，CSE293可以被配置为以如下的各种方式基于电流样本确定电流强度，例如，计算在预定义的时段内采样的电流读数的平均值，或者指示在预定义的时段内采样的最大电流读数。上述用于确定电流强度的方法中的每一个(CSE293被配置为基于此进行操作)使充电点21能在不同的情形下改善其电网容量的使用率。

根据本申请的一些实施例，CSE293和充电点21可以包括将测量结果记入日志的功能，该日志随后可以被传送到中心服务器或者控制中心，以用于管理供应电力的电网或者任何其他的认可机构。日志数据可以承担大量负载特性剖析(profiling)和网格信息。

CSE293的一种可能实现可以使用电力线路技术的常规变型，以包括通过感应进行操作并且发送固定载波信号的发射器。载波信号的频率可以移位，并且可以与流过导线的电流成比例(即，对电流感测信号采取载波的频率调制)。CSE293的电路可以从感生电流供电，因此不需要到导线的任何物理连接，并可以用围绕线路230的现有导线的包皮实现。在此情况下，如果在与线路230相关联的导线中无电流流动或只有很小的电流流动，则CSE293的发射器不发送任何信号。

接收器端与调节充电点21的操作的控制系统290相关联。控制系统290感测供应线230中的电流，并检测来自CSE293的信号的载波频率。因此，可以基于从CSE293接收的信号的频率来估计电流负载。

根据本申请的一些实施例，CSE293是包括具有电流传感器的测量元件、简易控制器和电力线通信(PLC)接口的装置。该装置的电力供应从单相直连驱动，基于此对PLC信号被调制以用于与充电点通信。

充电点21可以通过已实现的通信接口(未示出)与CSE293进行通信，通过相关标准定义的控制导向功能来提取信息和确定EV所允许的最大功率，从而确保总消耗电流不超过使用的特定电路断路器的额定值。电路断路器的额定值可以配置给充电点21或者可以经过已针对此额定值进行预配置的CSE293进行传送。

现在参照图4，其中示出的流程图300举例说明了调节采用充电点21的电网系统中的充电功率的过程。在此示例中，假定车辆210中的电池和充电点21直接的电连接已被建立。在步骤301中，通过测量或者记录总住宅电流消耗I_c来启动充电过程。接着在步骤302中，根据所测得的总电流消耗I_c来确定准许充电电流水平。

通常，在步骤302中，确定准许充电电流以允许充电点和/或连接到该充电点的车辆的控制器在主电路断路器23不跳闸的前提下吸取最大充电功率。接着在步骤303中，将准许充电供应传送到充电点21和/或车辆的控制器210，以相应地调节充电。在此阶段，充电点21和/或者车辆控制器210根据步骤302中发送的指令调整充电供应，以使所吸取的充电电流不超过步骤302中确定的准许水平。

充电过程接着继续进行，并且在步骤304中，对总电流消耗I再次进行测量，以便在步骤305中检查总消耗电流I是否大于之前在步骤301中测量的电流I_c。如果当前测量的电流消耗低于之前测量的电流I_c，则将控制回到步骤301到303，以确定新的准许充电供应水平，并指示充电点21和/或者车辆控制器210以相应地调节充电电流。接着重复步骤304和305的测试以检查总消耗电流I是否大于在步骤301中测量的电流I_c。

如果确定总消耗电力电流I大于之前测量的电流I_c，则在步骤306中检查所测得的电流I是否大于准许的最大电流消耗限制I_max，若高于此限制则主电流断路器应该跳闸。在所测得的电流I没有超过准许的最大电流消耗限制I_max的情况下，则可以根据之前在步骤302中确定的准许充电电流水平继续进行充电过程而控制转向步骤304。只要所测得的电流I保持在准许的最大电流消耗限制I_max以下，则步骤304到306可以是持续或者周期性地实施。

如果在步骤306中确定所测得的电流I大于准许的最大电流消耗限制I_max，则控制器电路292(其是充电点21或者服务电路板24的一部分或者分布于两者之间)分析对连接到电力系统的所有电器的电流供应，并且操作为模拟用于主电路板中的电流断路器/引入电力线路的电流-时间特性，从而以足够的置信度预测在不断线的情况前提下由充电点消耗的最大电流。更具体地，控制器基于所测得的电流值识别是否存在在不改变充电电流的前提下允许充电过程继续进行的特定时间限制，充电过程是否应该停止，或者以降低的充电电流继续进行以避免需要停止充电过程。例如，当在步骤306中确定所测得的电流I大于准许的最大电流消耗限制I_max时，控制器基于对所测得的电流I的分析，选择下列步骤中的一个：

如果确定所测得的电流I的水平允许在时间断路器的电流-时间特性内继续进行充电过程，则在步骤306b中，控制器确定一时间限制T，该时间限制T定义了可以在不改变充电电流和主电路断路器不跳闸的前提下继续进行充电过程的时段；

如果确定虽然所测得的电流I达到了明显大于准许的最大电流消耗限制I_max的水平，但是通过将充电电流调整为与电流断路器的电流-时间特性相匹配，充电过程仍然可以继续进行，则在步骤306a中，相应地降低准许的充电电流，并且相应地指示充电点和/或车辆的控制器调节从电网吸取的充电电流；以及

如果所测得的电流I达到高到无法在主电路断路器不跳闸的前提下继续进行充电过程的水平，则在步骤306c中，控制器停止充电过程以防止主电路断路器跳闸，并且此后在步骤306d中，(例如，通过发出可听和/或可见指示，和/或通过在充电点或者车辆的显示装置中显示文本消息和/或对应的图像，和/或通过有线或无线通信发送此文本/图像)相应地通知用户。

在步骤306a或者306b被实施的情况下，该过程可以继续进行到步骤308，在步骤308中对所消耗的总电流I进行测量，以便在步骤309中检查消耗的电流是否仍旧大于准许的最大电流I_max。如果确定总消耗电流不大于最大准许电流，则控制回到步骤310到303，以确定新的准许充电电流。

如果在步骤309中确定总消耗电流大于最大准许电流，则在步骤310中检查是否应该对时间限制(T)或者充电电流(Ig)进行调整以允许充电过程在主电路断路器不跳闸的前提下继续进行。如果确定需要调整时间限制和/或充电电流来使充电过程继续进行，则控制依据上文所述的所测得的电流的水平传递到到步骤306a、306b或者306c。

如果确定充电过程可以在不调节时间限制和/或充电电流的前提下继续进行，则控制转到步骤311，其中检查时间限制T是否耗尽。如果在步骤311中确定充电过程可以继续进行(即，t＜T)，则控制进行到步骤308以重复步骤309和310的电流测量和电流水平检查，否则控制从步骤311转到步骤301到303以确定新的准许充电电流，如上文所述的。

按此，本发明所属的领域的技术人员可以明白，虽然围绕优选实施例对本发明进行了描述，但是本公开所基于的概念可以容易地用作设计用于实施本发明的其它结构和过程的基础。

可以将本发明的调节由充电点21消耗的电能以及在从中对充电点进行馈电的电路断路器不跳闸的前提下对由充电点吸取的充电电流的动态调整的概念，加上必要的修改，应用于任何公共设施，诸如公共停车场；商场停车场；酒店停车库，等等。

应该理解的是，也可以将调节的概念用于更高的网格层级的管理，从而控制各种各样的负载，例如，保护住宅街区中的变压器。

并且，应该理解的是本文采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该视为限制。

因此，重要的是，本发明的范围不应被解释为受到本文阐述的例示性实施例的限制。在所附权利要求中限定的本发明的范围之内可能存在其他变体。特征、功能、要素和/或属性的其他组合和子组合可以通过在本申请或者相关申请中修改现有权利要求或者提供新的权利要求来请求保护。这种修改后的权利要求或者新权利要求，无论其针对不同组合还是针对相同组合，无论其与原始权利要求的范围不同、更宽、更窄还是相等，也被视为包括在本描述的主题之内。

Claims (14)

1.一种用于调节充电点通过电力消耗线路消耗的充电电流的方法，其中，所述电力消耗线路在电力服务面板处从服务引入电力线路中分支出，所述电力服务面板包括主电路断路器，所述方法包括：

接收和分析表示通过所述服务引入电力线路供应给所述电力服务面板的电流的信号；

在确定所供应的电流大于由所述主电路断路器限定的准许电流时，选择性地实施下列步骤：

如果所供应的电流在容许偏差内，则估计出一准许时段，并且允许在所述准许时段内用所供应的电流继续进行充电，其中在所述准许时段内，所述充电点能够在不使所述主电路断路器跳闸的前提下消耗与所供应的电流基本相等的电流；以及

如果所供应的电流不在容许偏差内，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：一旦所述准许时段耗尽，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

3.根据权利要求1所述的方法，包括：持续或者周期性地接收和分析表示通过所述服务引入电力线路供应的电流的另外的信号。

4.根据权利要求3所述的方法，包括：每当所接收的另外的信号表明大于所述准许电流的所供应的电流已增大但依旧在所述容许偏差内时，估计出一新的准许时段。

5.根据权利要求4所述的方法，包括：每当所接收的另外的信号表明大于所述准许电流的所供应的电流已增大并且已变得大于所述容许偏差时，指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

6.根据权利要求3所述的方法，包括：每当所接收的另外的信号表明所供应的电流低于所述准许电流时，指示所述充电点增大所述充电电流。

7.一种用于调节充电点通过电力服务面板的充电点支路消耗的充电电流的方法，其中所述电力服务面板包括主电路断路器，所述主电路断路器耦合到服务引入电力线路，并且被配置为用于在包括所述充电点支路在内的多个电器支路之间划分所述服务引入电力线路的电力供应，所述方法包括：

接收和分析表示通过所述服务引入电力线路供应的电流的信号；

确定一不会导致通过所述服务引入电力线路供应的电流超过由所述主电路断路器限定的准许电流的、用于充电的最大充电电流；

指示所述充电点将所述充电电流限于所述最大充电电流；以及

周期性地或者持续地接收和分析表示通过所述服务引入电力线路供应的电流的另外的信号，并且每当确定所供应的电流大于所述准许电流且低于容许偏差电流时，允许在基于所述另外的信号所确定的限制时段内，用所述最大充电电流继续进行所述充电。

8.根据权利要求7所述的方法，包括：一旦所述限制时段耗尽，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

9.根据权利要求7所述的方法，包括：如果所供应的电流不在所述容许偏差内，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

10.根据权利要求7所述的方法，包括：每当所接收的另外的信号表明大于所述准许电流的所供应的电流已增大但依旧在所述容许偏差内时，估计出一新的准许时段。

11.根据权利要求10所述的方法，包括：每当所接收的另外的信号表明大于所述准许电流的所供应的电流已增大且变得大于所述容许偏差时，指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

12.根据权利要求7所述的方法，包括：每当所接收的另外的信号表明所供应的电流低于所述准许电流时，指示所述充电点增大所述充电电流。

13.一种用于调节充电点通过电力消耗线路消耗的充电电流的方法，其中所述电力消耗线路在包括主电路断路器在内的电力服务面板处从服务引入电力线路分支出，所述电力服务面板通过一个上游电力服务面板或级联连接的多个上游电力服务面板被供电，每个上游电力服务面板包括相应的主电路断路器，该主电路断路器与其相应的服务引入电力线路相关联，所述方法包括：

接收和分析表示为每个电力服务面板通过其相应的服务引入电力线路供应的电流的信号；

在确定所供应的电流中的一个或者更多个电流大于由其相应的主电路断路器限定的准许电流时，选择性地实施下列步骤：

如果所供应的电流大于其相应的准许电流但在容许偏差内，则为每个所供应的电流估计出一准许时段，并允许在与所估计出的准许时段中的最小时段相等的时段内，用所供应的电流继续进行充电，其中在所述准许时段内，所述充电点能够在不使所述相应的服务引入电力线路的所述主电路断路器跳闸的前提下，消耗与所供应的电流基本相等的电流；以及

如果所供应的电流中的至少一个供应电流大于其相应的准许电流且不在所述容许偏差内，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。

14.一种用于实施权利要求1或2所述的方法的控制系统，该控制系统用于调节充电点通过电力消耗线路消耗的充电电流，所述电力消耗线路在包括主电路断路器在内的电力服务面板处从服务引入电力线路分支出，所述控制系统包括：

电流感测元件，设置在与所述服务引入电力线路相关联的所述主电路断路器的下游，并且被配置为用于测量至少一个电器支路和所述充电点支路所吸取的总电流，并产生表示所述总电流的电流传感器信号；以及

分析器，被配置为并且可操作用于：分析表示通过所述服务引入电力线路供应给所述电力服务面板的电流的电流传感器信号，并且在确定所供应的电流大于由所述主电路断路器限定的准许电流时，选择性地实施下列步骤：

如果所供应的电流在容许偏差内，则估计出一准许时段，并且允许在所述准许时段内用所供应的电流继续进行充电，其中在所述准许时段内，所述充电点能够在不使所述主电路断路器跳闸的前提下消耗与所供应的电流基本相等的电流；以及

如果所供应的电流不在容许偏差内，则指示所述充电点减少或者断开所述充电电流。