CN103502041B - 用于对电动车辆进行充电的方法、系统以及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对电动车辆进行充电的方法，包括以下步骤：确定用于对所述电动车辆进行充电的适当充电算法；给所述充电器提供所述算法；以及根据所述算法对所述电动车辆进行充电。本发明进一步涉及一种用于电动车辆、被配置成具有可更新的充电算法集的充电器，并且特别地涉及一种被配置用于接收并执行形式为可执行脚本的充电算法的充电器。可以从与所述算法不同的源(例如数据库服务器、网络)接收用于所述充电算法的参数。

Description

用于对电动车辆进行充电的方法、系统以及设备
本发明涉及一种用于对电动车辆尤其是其电池进行充电的方法、系统以及设备。借助于充电器对电动车辆的电池进行充电而且还利用充电算法是众所周知的，所述充电算法根据时间和其他参数规定充电电流和电压。EP 1 455 431涉及一种车载充电器，其中当充电器需要能够在各种情况下对不同车辆进行充电时出现的特定技术困难不会发生。
US 6 483 272涉及一种车载自行车电池。
US 2010/161482涉及一种记账系统。
一些充电器甚至提供在针对不同情形或电池优化的多个充电算法之间选择的可能性。
然而，这些优选法在前面特别在充电器被制造时被实现。这具有若干缺点。充电器对于它被用于的实际情形可能不包括最佳算法，或者情形和情况可以改变，或者较好的算法可以在充电器的制造之后被开发。
这些缺点因非车载(off-board)充电器而发生，即充电器未被布置在车辆的板上并适于所述车辆或其电池，而是在充电站处。这些充电器未被针对一个特定车辆或电池优化，但需要能够满足到达待在充电站充电的各种车辆类型的要求。本发明涉及用于在充电站使用的非车载充电器，并且尤其是具有多个功率交换端口用于同时对多辆车辆进行充电的充电器。
本发明的目标是为上面提到的缺点提供解决方案。一般而言，本发明的另一个目标是根据本技术提供用于对电动车辆进行充电的方法、系统以及设备的有用的替代方案。
本发明另外提出了用于对电动车辆进行充电的方法，包括以下步骤：确定用于对电动车辆进行充电的适当充电；给充电器和/或车辆提供算法；以及根据所述算法对电动车辆进行充电。
在这里，充电算法将被理解为取决于充电参数例如电压、电流、时间以及温度来控制充电器的充电操作的程序。充电算法的示例是以恒定电流充电直到达到了电池的电压阈值为止，并且然后在预定时间期间以恒定电压充电。另一算法可能是脉冲充电。针对情形的最佳充电算法和/或充电参数取决于各参数，例如电网功率可用性、电动车辆的要求或建议、对其他充电端口或在实际充电器附近的其他充电器上的充电端口的价格和需求。
充电器可能是直流电充电器、交流电充电器、感应充电器或其任何组合。根据本发明，充电器并且在一些特定实施例中同样电动车辆应该被适配成能够接收算法，而且在本地存储算法。可更新的和/或可访问的存储器或数据存储装置另外应该是可得到的。充电器和电动车辆包括经由其能够提供算法和参数的通信装置是优选的。这些通信装置可以是无线装置，或例如集成在用于对电动车辆进行充电的电缆中的有线装置。被用于服务器、充电器与电动车辆之间的交互的协议可能适用于发送并接收算法和参数。
本发明由此提供算法能够被远程地更新或者替换的优点。充电器能够被用最新的充电算法升级。电动车辆还能够被用最新的充电算法升级，其然后能够当在更原始的充电站处充电时使用这些最佳算法。最后，延长电池寿命可能是本发明的目标。
在实施例中，所述方法包括给充电器和/或电动车辆提供用于与算法一起使用的参数。这些参数例如可以为电池和/或车辆的最大电流或电压，或与电网或者与在充电站的其他电动车辆有关的参数。
所述参数被嵌入在算法中并且连同算法一起被上载到充电器和/或电动车辆也是可能的。这在参数对于特定算法来说是优化参数时是特别有利的。
从与算法它本身不同的位置提供参数也是想象中可能的。例如，算法被从中央数据库发送到充电器，而参数得自电动车辆的车载控制器、存储器或数据储存器。
一般而言，根据本发明的方法可以包括从包括充电器的数据网络中的数据库中读取算法和/或参数。这个数据库可能是服务器上的中央数据库，所述服务器是充电器形成其部分的网络或至少充电器能够连接到的网络的一部分。
在另一实施例中，算法和/或参数被从待充电的电动车辆中的数据库或存储器中读取是想象中可能的。为此目的根据本发明的方法可以包括将算法上载到电动车辆的控制器中的步骤，以用于控制对电动车辆进行充电的充电器。另外，中央服务器可以包括实际的充电算法，所述充电算法当电动车辆在形成还包括该中央服务器的网络的一部分的充电器处正被充电时经由充电站的数据连接来发送。在这里应该注意的是，术语“中央服务器”还可以包括多个(互连的)服务器或数据库或云计算配置。
在另外的实施例中，所述方法可以包括提供形式为计算机可读脚本的算法，其中，电动车辆通过在作为车上充电器或电动车辆的控制器中执行脚本而被充电。根据本发明的充电器和电动车辆另外被配置成接收并执行采用脚本形式的充电算法。
充电算法可能是基于外部参数的，所述外部参数诸如电网功率可用性、车辆的要求或建议、对相同充电器的其他充电端口的价格和需求、或对另一充电器的充电端口的价格或需求。
在实施例中算法被以加密形式传送到车辆，加密密钥然后能够分别经由有线、无线(GPRS)或人工手段来递送。算法还能够被迫在车辆上执行，例如在抢劫案情况下车辆被迫运行慢充电算法。
如本发明中所想要的充电器可以是所谓的DC充电器，其中充电器包括能够将来自电网的AC功率转换为DC并且将这个DC功率直接地馈送到车辆中的一个或多个转换器。所述算法可以影响或者控制AC-DC转换器在充电器内部的功率输送(电压、电流)以生成特定的充电分布。
充电器还可以是将AC电流供应给车辆的AC充电系统。在这种情况下车辆将包含某种AC-DC转换设备。在这个实施例中，算法可以影响AC-DC转换设备在车辆内部的功率输送以生成特定的充电分布。
在另一实施例中本系统可能是所谓的感应充电系统，其中功率经由感应系统来转移。在这种情况下，通常，所述功率经由充电器内部的功率转换系统和连接到所述充电器的第一线圈而被迁移到作为车辆的一部分的第二线圈。在这种情况下，所述算法可以影响功率转换系统和第一线圈的功率输送以生成特定的充电分布。
继续地，本发明提供充电器中的算法能够被远程地更新或者改变、在车辆上的控制器能够被用最新的算法升级并且当在更原始的充电器处充电时使用这些最佳算法的优点，从而延长电池寿命，并且因为充电器中的存储器，它能够存储算法库，所以防止每当新车辆被连接到充电器时整个算法必须被传送。
现将参考以下图对本发明进行更详细的说明，其中：
- 图1示出了现有技术中的充电情形的示意图；
- 图2a-2b示出了本发明中的两个充电情形的示意图。
- 图3示出了本发明中的另一充电情形的示意图。
- 图4示出了可能的判定算法的流程图。
- 图5示出了可能的充电算法的流程图。
- 图6示出了可能的充电算法的另一流程图。
- 图7a-d示出了四个可能的充电算法的图表。
图1示出了现有技术，远程元件由能够包含用于充电或作出判定的算法的(中央)服务器1来体现，充电器3从服务器1接收参数2并使用这些参数2来对电动车辆5进行充电。当车辆5连接到充电器3时，参数6在充电开始之前和在充电期间在充电器3与电动车辆5之间交换。充电器与车辆之间的通信受充电控制协议的支配，所述充电控制协议在数据在充电器与车辆之间的转移中是限制因素。一个示例可能是迄今为止仅允许参数的转移的充电控制协议。电动车辆5还可以经由本地输入装置接收参数8。
图2a示出了本发明的实施例，远程元件由能够包含用于充电或作出判定的算法的(中央)服务器11来体现，充电器13采用修改固件从服务器11接收或者传送算法20并与参数12一起使用这些算法20来对电动车辆15进行充电。在更高级的配置中，将算法22从充电器13上载到用修改固件接收算法22的电动车辆15也是可能的。在充电启动之前参数16在充电器13与电动车辆15之间交换。电动车辆15和充电器13还可以经由本地输入装置接收参数(14, 18)。
图2b示出了其中电动车辆55已经在较早的充电会话中(例如从先前示例的图2a中的充电器33)接收到算法的情况。在车辆中存储的这个算法现在能够被用来控制它被连接到的充电器53或被配置成允许电动车辆掌控充电过程来自第三方的任何其他充电器。在充电启动之前参数56在充电器53与电动车辆55之间交换。电动车辆55和充电器53还可以经由本地输入装置接收参数58。这个构思还能够被应用于充电器中的其他采纳判定时刻或实体，诸如决定维护是否是必要的并要求它。
图3示出了其中它不仅可以从服务器31向充电器33并从充电器33向电动车辆35，而且从电动车辆35向充电器33并从充电器33向服务器31发送参数32和/或算法30，或者将参数34从本地基础设施发送到充电器33的情况。此外，参数36和算法42可以在充电器33与电动车辆之间交换。
在实施例中，算法能够被作为(优选可执行的)代码块(例如完整的充电器软件、补丁)发送到电动车辆35或者到服务器31(例如或辅助设备)，所述代码例如二进制代码、Java、Java字节码、C代码、库或程序设计语言或得自程序设计语言的语言。该算法还可以是脚本，例如具有跳转的线性脚本。
算法可以是由一组数字定义的有限状态机，和/或它能够被即时执行或者解释或者编译为能够被执行或者解释的另一形式。算法可能需要指令集，诸如“将充电电流设置为值x”。
这些充电参数例如“值x”能够被嵌入在算法中。例如定义安全操作区域的参数可以是算法的一部分，而不是被与充电算法相结合地使用的充电参数集的一部分。关于这个的有益效果是即使脚本遭遇诸如死锁、无限循环的未定义状态之类的错误安全也被维持。
算法还能够包括帮助使算法它本身保持通用的功能或扩展指令集。例如，来自电池组的最大单元电压能够由该电池组它本身来提供，或者它可以是电池组提供所有单元电压并且充电器需要在该阵列搜索最高值以得到最高的单元电压。这个能够用脚本但还在不同的段中实现，其从这样的辅助功能中清除充电算法。
特定充电参数的控制可以是一个挑战。一些控制需要为快的，诸如对高压起反应，然而其他控制可以是慢的诸如对温度起反应。可能这些不同类型的控制在充电脚本中，但同样可能它们处于不同的位置中。例如恒定电压算法可以是充电器的一部分，从而使得充电器能够对电压直接地控制，但它还可以是前述全局变量、指令集或函数头文件的一部分。可能特定控制遍布这些位置。例如控制能够具有小控制回路和大控制回路。小控制回路(例如使电流保持在设定值的裕度之内)可以是充电器的一部分，然而大控制回路(例如根据温度改变电流设定值)可以是在电动车辆中的脚本内。
充电算法可以是基于规则的，这意味着充电参数的关系是在算法文件(逻辑编程)中给出的。这个方法需要求解等式以达到正确结果的解算器。
在实施例中电动车辆35具有关于如何控制充电过程的判定算法(即充电算法)，所述判定算法能够从充电器或者通过充电器从远程服务器更新。充电器33具有关于基于电网可用性、车辆的要求或建议、对其他充电端口或在这个充电器附近的充电站的充电端口的价格或需求可得到多少功率的判定算法。在充电器33与车辆35之间存在能够由充电器和车辆中的判定算法所处理的协商过程。
图4示出了能够在本发明内使用的可能的判定算法的流程图。图4中所图示的算法可以用硬件、软件或固件或其组合加以实现。在步骤S1中充电器确定一辆或多辆车辆是否被连接到充电器。如果车辆被连接到充电器，则电池数据在步骤S2中被确定。接下来，在步骤S3中最大可用电网功率被确定。在步骤S4中可用电网功率与由车辆所需要的总功率进行比较。如果可用电网功率小于由车辆所需要的总功率，则控制移动到S5并且执行充电算法A。否则控制移动到步骤S6并且执行充电算法B。
图5示出了能够在本发明内使用的可能的充电算法的流程图。参考图7A-7B的波形在下文中对流程图进行说明。
[步骤S11]充电器开始以恒定电流(由图7A-7B中的Ia和Id给出)对车辆进行充电。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S12]当以恒定电流充电正继续时，所经过的时间被与所设置的最大充电时间(由图7A-7B中的tc和tf给出)进行比较。如果所经过的时间大于或者等于最大充电时间，则控制移动到步骤S18并且总充电过程被终止。否则控制移动到下一个步骤。
[步骤S13]电池电压被测量。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S14]电池电压被与所设置的最大电压(由图7A-7B中的Vb和Ve给出)进行比较。如果电池电压大于或者等于阈值电压则控制移动到下一个步骤，否则控制循环到步骤S12。
[步骤S15]恒定电流充电终止。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S16]充电器开始以所设置的最大电压(由图7A-7B中的Vb和Ve给出)对车辆进行充电。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S17]充电器继续以所设置的最大电压对车辆进行充电直到最大充电时间(由图7A-7B中的tc和tf给出)已经过了为止。控制然后移动到下一个步骤。
[步骤S18]总充电过程终止。
图6示出了能够在本发明内使用的可能的充电算法的另一流程图。参考图7C-7D的波形在下文中对该流程图进行说明。
[步骤S21]充电器开始以恒定电压(由图7C-7D中的Vb和Ve给出)对车辆进行充电。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S22]充电器继续以恒定电压对车辆进行充电直到最大充电时间(由图7C-7D中的tc和tf给出)已经过了为止。控制然后移动到下一个步骤。
[步骤S23]恒定电压充电终止。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S24]充电器开始以恒定电流(由图7C-7D中的Ia和Id给出)对车辆进行充电。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S25]电池电压被测量。控制无条件地移动到下一个步骤。
[步骤S26]电池电压被与所设置的最大电压(由图7C-7D中的Vb和Ve给出)进行比较。如果电池电压大于或者等于阈值电压则控制移动到下一个步骤，否则控制循环到步骤S25。
[步骤S27]总充电过程终止。
图7示出了能够在本发明内使用的四个可能的充电算法。图形将图示构思，并且与彼此相比不是按比例的。
在情形A中，充电算法被与一组充电参数结合。在这种情况下，充电算法描述了电池电流限于最大电流，电压限于最大电压并且充电的时间限于最大时间。参数a、b以及c被与充电算法相结合地使用从而产生用于如情形A的图中所示出的电池的充电的电流分布：电池以其最大电流充电直到达到了最大电压为止，然后电流下降以维持最大电压直到达到了时限为止并且充电完成。
在情形B中，使用了相同的充电算法，但具有不同的充电参数：d、e以及f。充电分布由于不同的参数而是不同的。
在情形C中，我们示出了不同的充电算法。在这种情况下使用了与情形A相同的参数a、b、c。该算法说明电池被以最大电压充电直到达到了最大时间为止，然后电池被以最大电流充电。当达到最大电压时充电完成。尽管相同的参数值被用于情形C，但是充电分布也不同于情形A。
情形D示出了针对具有情形B的参数的情形C的算法的充电分布。
这些示例图示了根据本发明更新算法如何能够影响在给定条件下发生的充电分布。
图8示出了系统的概要50，其中多辆车辆51-52被连接到相同的非车载充电器54。特定充电算法被从云58中的服务器57上载到非车载充电器54，并且基于由用户/操作员终端针对功率交换端口所设置的优先级和电网59功率可用性而被执行。例如可能在某一时刻不存在足够的电网59功率可用于以最高的充电速率对两辆车辆进行充电，在那种情况下快速地对车辆中的一辆进行充电而缓慢地对另一车辆进行充电的充电算法被执行。
图9示出了可以在本发明中使用来自图8的充电器54的详细视图。它由多个辅助端口60、61和AC/DC转换器62构成，所述多个辅助端口60、61用于将功率输送到车辆并与车辆交换数据，而所述AC/DC转换器62用于将由主要端口66所接收到的AC功率转换成DC。它包括用于上载和执行充电算法的控制器65，所述控制器通过用于接收充电算法的通信端口63与服务器云58交互。通信端口被进一步用于发送和接收参数。所述控制器还可以经由用于交换车辆参数或数据的端口60和61与车辆通信。非车载充电器还包括功率表67以测量在辅助交换端口上输送的总功率。当电网连接不足以在辅助端口上输送充足功率时或者当操作员想要补偿能源价格的增加时可以使用本地蓄电64。还可以测量车辆中电池组的温度，并且基于所测量的温度来选择充电算法。如果温度太低，则施加脉冲电流以在它从快速充电开始之前使电池变热的充电算法被执行。

Claims (24)

1.用于使用非车载充电器13对电动车辆进行充电的方法，包括：
A. 基于外部参数来确定用于对所述电动车辆进行充电的适当充电算法20、22，
其中
- 所述充电算法20、22包括用于取决于充电参数来控制充电器13的充电操作的程序；
B. 通过将充电算法上载到所述电动车辆的控制器中来给所述非车载充电器13和所述电动车辆中的至少一个提供所述充电算法，其中所述控制器可由对所述电动车辆进行充电的非车载充电器和所述电动车辆中的至少一个访问；
C. 根据所述算法20、22对所述电动车辆进行充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述外部参数包括电网功率可用性、对相同的非车载充电器13的其他充电端口的需求、或对另一充电器的其他充电端口的价格或需求。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述充电参数包括电压、电流、时间以及温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤B包括：
- B1. 给所述非车载充电器13提供供所述算法20、22使用的充电参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤B包括：
- B2. 从与所述算法20、22不同的位置提供所述参数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤B包括：
- B3. 从包括所述非车载充电器13的数据网络中的数据库中读取所述算法20、22和/或参数。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中步骤B包括：
- B4. 从待充电的所述车辆中的数据库或存储器中读取所述算法20、22和/或参数。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中步骤B包括：
- B6. 提供形式为计算机可读脚本的所述算法20、22，并且步骤C包括：
- C1：通过由所述非车载充电器13执行所述脚本来对所述电动车辆进行充电。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述算法20、22被设计为通用算法，所述通用算法引起扩展功能。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述算法20、22包括多个循环，其中，所述循环被存储在位于所述车辆中的不同位置上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述不同位置包括位于所述车辆中的中央数据库和/或存储器。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在步骤C期间所述算法20、22影响作为所述非车载充电器的一部分的功率转换器的功率输送。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在步骤C期间所述算法影响作为所述车辆的一部分的功率转换器的功率输送。
14.用于电动车辆的非车载充电器，包括：
存储器，用于存储基于外部参数用于对所述电动车辆进行充电的可更新的充电算法，所述可更新的充电算法包括多个充电算法；以及
电动车辆充电设备，所述电动车辆的充电算法由来自充电算法集的充电算法中的至少一个控制。
15.根据权利要求14所述的非车载充电器，其中，所述非车载充电器被配置用于接收并执行形式为可执行脚本的充电算法。
16.根据权利要求14或15所述的非车载充电器，其被配置成从与所述算法不同的源接收用于所述充电算法的参数。
17.根据权利要求14或15所述的非车载充电器，包括功率转换器，其中功率输送在根据算法20、22对所述电动车辆进行充电期间能够受到所述算法影响。
18.用于对电动车辆进行充电的系统，包括：
- 数据网络，其包括
- 用于从其读取算法和/或参数的数据库；
- 根据权利要求14-17中任一项的充电器，在充电站处被布置为非车载充电器。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述数据库是作为所述数据网络或至少所述非车载充电器能够连接到的网络的一部分的服务器上的中央数据库。
20.根据权利要求18或19所述的系统，其中所述网络是云网络，并且其中所述非车载充电器包括用于上载和执行所述充电算法的控制器，其中所述控制器通过用于接收所述充电算法20、22的通信端口与服务器云交互。
21.用于对电动车辆进行充电的系统，其包括：
- 至少一个用户/操作员接口，其用于接收所述用户偏好；
- 至少一个服务器，其保持充电算法的数据库并且基于外部参数选择待提供给非车载充电器的充电算法；
- 至少一个接口，其用于将充电算法上载到所述服务器数据库；
- 至少一个非车载充电器，其被适配成从所述至少一个服务器接收充电算法20、22，所述非车载充电器包括：
- 主要功率交换端口，其用于从电源接收功率；
- 至少一个辅助功率交换端口，其用于与电动车辆交换功率；
- 至少一个通信端口，其用于与车辆交换数据或信息；
- 至少一个功率转换器，其用于转换所述主要功率交换端口与所述至少一个辅助功率交换端口之间的所述功率；
- 控制器，其用于执行从所述服务器接收到的所述算法并且根据所执行的算法来控制所述功率转换器；
- 通信端口，其被通信地耦合到至少一个服务器，以用于接收所述充电算法并将它们递送到所述控制器；
- 设备，其用于测量指示输送到所述充电器的所述功率的变量，并且生成表示所测量到的功率的信号，被配置成将所述信号递送到所述控制器。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述外部参数包括电网功率可用性、对相同的非车载充电器13的其他充电端口的价格或需求、或对另一非车载充电器13的其他充电端口的价格或需求。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述至少一个辅助功率交换端口用于与电动车辆的电池交换功率。
24.根据权利要求21所述的系统，其中，储能系统被耦合到所述非车载充电器以用于当所述电源是不充足的时将功率供应给所述非车载充电器。
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