CN112421739B - 电动车交流充电系统 - Google Patents

Abstract

一种电动车交流充电系统，其是与一电网配合应用。电动车交流充电系统包括电力侦测模组、本地电源供应模组以及本地充电控制模组。电力侦测模组是与电网的第二区域电力转换装置耦接，以产生功率参数。多个本地电源供应模组是与电网的第二区域电力转换装置的电源输出侧耦接用以输出可控电源至电动车。本地充电控制模组是与电力侦测模组及本地电源供应模组耦接，并依据功率参数而分别控制本地电源供应模组提供的各可控电源。借此能够对电动车使用交流充电时，避免因为用电超载而影响电网的供电。

Description

电动车交流充电系统

技术领域

本发明关于一种充电系统，特别是关于一种电动车交流充电系统。

背景技术

电能由于使用方便，目前是世界上密度最高、分布最广并且使用最多的能源型态。鉴于电动车在行驶的时候不会排放废气，而且能量效率相较于汽柴油车更为优异，而可减低石化燃料的消耗，并且其电动马达所产生的声音以及废热极小，可以有效地降低噪音的产生以及都市热岛效应问题。因此，电动车的议题在近年来被广泛地讨论。

电动车是通过马达的驱动来行驶，而驱动马达所需的电能一般是由充电式电池所提供。当电池的电能消耗殆尽后则需要进行充电或更换作业。在现行的充电架构下，在对电动车的电池进行充电作业时，是通过与电网对电动车进行快充或慢充。

现有电动车交流充电使用充电桩，充电桩连接电网跟电动车，充电桩于车主设定完成后进行充电，直到完成车主设定的充电需求后停止，充电桩完成充电需求前不会主动停止充电。目前的充电架构下至少面临了下列两个问题：第一，现有充电桩的单价以及施工成本高昂，无法普遍设置；第二，当电动车越趋普及的时候，同时进行充电的电动车数量将会迅速的增加，如此一来，对于电网而言无疑是一个庞大的用电负载。如果在供电吃紧的状况下，电网除了要供应民生用电、工业用电之外，同时要供应数量庞大的电动车充电用电，将可能导致电网的崩溃。

再进一步说明，以中国台湾来说，目前电动车所使用的交流充电桩，以3KW功率交流充电桩为例，其单价约为8百美元至1千2百美元，属于高单价的产品，因此也增加了广设充电桩的困难度。

再者，发电的型态是即产即销，所以电网的电力产出跟人类的日常作息同步呈现日、周、年的尖峰离峰周期性变化。而尖峰与离峰的用电量相差30%是普遍发生的现象，甚至在用电高峰时还可能出现差异150%的状况。通常整个电网及其发电的设计规划及建设都是根据尖峰负载加上适当的余裕度而构建。因此，当用电需求较大的电动车的用电容量没有受到管控时，在用电尖峰期间将可能导致电网崩溃。

然而，电力的建设是长期持续规划以及近百年建设的成果，其中牵涉了土地、环境保护评估、高昂的建设费用以及冗长的建设时间，倘若要为了大量增加的电动车充电用电而变更发电架构，实是缓不济急的作法。因此，利用现行的电网架构而提供一种电动车的交流充电系统及充电管理方法，以避免电网因为大量电动车同时用电而危及供电状况，实属当前的重要课题。

发明内容

电动车在高速的长途旅行使用下，其电力供应必须以直流快充或换电为方向，本发明是以上下班通勤、购物等日常使用后的交流充电为主要的发明考量。将现有单独运作的交流充电桩，改变为由多个充电座配合一个控制单元而组成的电动车交流充电系统，其中心思想是期望每个停车位都有充电座，车辆停车后就有充电的机会，电动车的电池能以充满电的状态驶离停车位。交流充电系统是整合电网资讯利用预先设定的运作方式达成使用者方便、向上解决电网问题、向下解决充电座数量不足的三个目标。

2018年的中国，充电桩的车桩比为3.8比1，停车场只有少数停车位有充电桩，而电动车进入停车场为电池充电的步骤如下：

第一，车主驾车寻找有充电桩的停车位，并确认充电桩是功能正常同时可以执行付款动作；第二，车主由充电桩取下插头插入电动车；第三，车主对充电功率及电量确认并执行付款动作；第四，开始对电动车电池充电直到充饱后停止。

相较于一般的电子产品，由于电动车使用的电池容量较大，其充电的电力需求是相对庞大并且所需的时间较长。目前对于电动车的充电技术，区分为快充以及慢充两种，其中快充是使用直流电（Direct current, DC）多以集中于快充站的方式展现；而慢充则是使用交流电（Alternating current, AC）多以个别充电桩的方式展现。以30KWH的电池容量为例说明，依照现行的通常技术，使用快充大约需时30至50分钟以将电池充到八成满；而使用慢充则大约需时5至10小时才能将电池充满电。

一般车辆的静止时间是多于行驶时间的，因此善加利用车辆的静止时间对电动车进行慢充（交流充电），将能使电动车每次开出停车位保持在充足电能的状态，可以降低使用者的里程焦虑现象。然而，要达到随处皆可充电的目的，广设充电桩则成为必要手段。

电动车以每日平均行驶2小时、行驶距离约80公里为前提做规划，如此即可以满足大多数乘用车辆的需求。在前述的前提下，要满足连续行驶80公里所需的电力，以电动车5Km/KWh能效为例，其需要16KWH，等于必须用3KW的电力对电动车充电5.3小时，如此也只需要每日平均于停车位22小时的24%即可将电力耗尽的电动车再充满电。

由于电动车使用交流充电时，必须要配合装设车载交流转直流（AC to DC）电源转换器。以3KW的车载交流转直流电源转换器为例，其重约7公斤，若要增加交流充电电流以增快充电速度，车载交流转直流电源转换器的容量要增加，进而导致价格、重量以及体积的增加。电动车只需在停车位24%的时间可以充饱，采取大量现有标准3KW交流充电桩已足以满足绝大部分的日常需求。换言之汽车产业不需要追求较高充电功率的车载交流转直流电源转换器，可以让电动车的价格跟车跟功能得到进一步的提升。

为达上述目的，本发明提供一种电动车交流充电系统，其与一电网配合应用。该电网具有相互耦接的一第一区域电力转换装置及一第二区域电力转换装置。该第一区域电力转换装置的功率大于该第二区域电力转换装置的功率。交流充电系统包括一电力侦测模组、多个本地电源供应模组以及一本地充电控制模组。电力侦测模组是与第二区域电力转换装置耦接，以产生一功率参数。各本地电源供应模组通过一本地电源配线而与第二区域电力转换装置的一电源输出侧耦接，并且包括一电源输出单元、一切换单元以及一电流侦测单元。电源输出单元用以输出一可控电源至一电动车。切换单元分别耦接于电源输出单元与本地电源配线之间。电流侦测单元侦测电源输出单元的电流。本地充电控制模组与电力侦测模组及这些本地电源供应模组耦接，并依据第二区域电力转换装置的功率而分别控制本地电源供应模组提供的可控电源的输出。

多辆电动车分别通过一电源线连接至对应的该本地电源供应模组的该电源输出单元，并由该本地充电控制模组控制各电源输出单元对各电动车输出一可控电源进行充电作业。

于一实施例中，其中当该第二区域电力转换装置的功率增加达到一电力增加控制值时，该本地充电控制模组主动减少这些本地电源供应模组的充电总功率，当该第二区域电力转换装置的功率减少达到一电力减少控制值并且有充电需求时，该本地充电控制模组主动增加这些本地电源供应模组的充电总功率。

于一实施例中，其中该电力侦测模组与该第二区域电力转换装置的一电源输入侧耦接，以产生该功率参数，该功率参数为该第二区域电力转换装置的功率。

于一实施例中，一电网控制中心，通过一前级充电控制模组控制各本地充电控制模组的充电总功率，以调控该第二区域电力转换装置的功率。

于一实施例中，其中本地电源供应模组还包括一连接侦测单元，其是侦测外部电源连接器插入后由连接侦测单元送出连接讯号，本地充电控制模组在收到连接讯号才命令切换单元可以将电源输出单元连接到电网，避免产生触电的危险。连接侦测单元可使用机械式开关、磁性开关或者电子接点等作为侦测方式。其中电子接点可为专用充电线具有额外的讯号接头，连接充电线时额外的讯号接头作为电子接点形成回路产生连接讯号。

于一实施例中，其中本地电源供应模组与本地充电控制模组是通过有线或无线方式进行通讯，有线通讯例如通过电力线通信（Power Line Communication , PLC）技术等方式，而无线通讯例如通过Wi-Fi、zigbee等方式。

于一实施例中，充电系统还包括一前级充电控制模组，其是与本地充电控制模组耦接。前级充电控制模组是传送远方控制资讯至本地充电控制模组。本地充电控制模组是依据功率参数、本地控制资讯、车辆状态资讯及远方控制资讯而分别控各本地电源供应模组提供的各可控电源。

于一实施例中，第一区域电力转换装置为一变电所、一配电变电所或一变压器。第二区域电力转换装置为一变压器。

于一实施例中，电源输出单元为一交流电源输出插座。交流电源输出插座其中一个范例为跟当地国家、区域的220V~240V插座相容。

于一实施例中，其中连接该电源输出单元与该电动车的该电源线为该电动车端自备的一伸缩式卷轴电源线。

于一实施例中，其中该本地充电控制模组控制各本地电源供应模组对这些电动车以轮流方式进行充电作业，其中轮流充电方式是各电动车电性连接于对应的该电源输出单元时，该电源输出单元处于待充电或充电两种状态的排列组合。

于一实施例中，其中控制各电源输出单元输出该可控电源的方法包括由该本地充电控制模组指定对这些电动车的其中一个传送一阶段充电电流的资讯；由被指定电动车控制一车载交流转直流电源转换器，依照该阶段充电电流的命令进行充电；由该本地充电控制模组由指定的该本地电源供应模组的该电流侦测单元得到该被指定电动车的充电电流；以及确定该被指定电动车的充电电流和该阶段充电电流命令的误差在允许范围之内。

于一实施例中，其中于执行充电动作前，还包括确认这些电动车与该本地充电控制模组的一车辆状态资讯符合并有效。

本地充电控制模组可通过有线通讯、无线通讯和使用者或者车辆沟通。另外，本地充电控制模组还可通过人机介面（控制台）而与使用者互动，以完成启动、断开、收费等功能。

于一实施例中，当任一本地电源配线的功率增加达到一配线容量增加控制值时，该本地充电控制模组主动减少连接该配线的各本地电源供应模组的充电总功率，其中，当任一本地电源配线的功率减少达到一配线容量减少控制值时并且有充电需求时，该本地充电控制模组主动增加连接该配线的各本地电源供应模组的充电总功率。

于一实施例中，其中该配线容量增加控制值小于或等于配线容量上限，或该配线容量减少控制值小于或等于该配线容量增加控制值。

另外，为达上述目的，本发明提供一种电动车交流充电系统的运作方法是与上述的电动车交流充电系统配合应用。交流充电系统的运作方法包括下列步骤：由一电力侦测模组侦测第二区域电力转换装置的一电源输入侧的一功率参数；本地充电控制模组通过启动讯号和电动车建立联系通道；依据外部参数设定充电排程进行电动车充电作业；本地充电控制模组收到断开讯号后进行费用收取作业。其中，外部参数中的远方控制资讯由电网控制中心及一充电系统控制中心通过前级充电控制模组提供。

于一实施例中，当功率参数增加达到电力增加控制值时，本地充电控制模组会主动减少本地电源供应模组的充电总功率；当功率参数减少达到电力减少控制值并且有充电需求时，本地充电控制模组会主动增加本地电源供应模组的充电总功率。电力增加控制值以及电力减少控制值由第二区域电力转换装置容量或者远方控制资讯的终端阶段供电容量资讯决定，其中电力增加控制值以及电力减少控制值可能为相同的值。借着增加或减少充电总功率，达成保障第二区域电力转换装置安全或者避免电力网路的崩溃。

减少充电负载的总功率方法包括但不限于：一、多个本地电源供应模组以减少模组接通数量的方式，达到降低充电负载总功率的目的；二、多个本地电源供应模组以各模组减少充电功率的方式，达到减少充电总功率的目的；三、本地电源供应模组部分以减少接通模组数量以及部分以各模组减少充电功率的方式，达到减少充电总功率的目地。

另外增加充电负载总功率的方法包括但不限于：一、多个本地电源供应模组以增加模组接通数量的方式，达到增加充电负载总功率的目的；二、多个本地电源供应模组以各模组增加充电功率的方式，达到增加充电总功率的目的；三、本地电源供应模组部分以增加接通模组数量以及部分以各模组增加充电功率的方式，达到增加充电总功率的目地。

本发明还提供一种电动车交流充电系统，与一电网及一住家配合应用，该电网具有相互耦接的一第一区域电力转换装置及一第二区域电力转换装置，该第一区域电力转换装置的功率大于该第二区域电力转换装置的功率，其特征在于。电动车交流充电系统包括一电力侦测模组、一本地充电控制模组、至少一本地电源供应模组及一住家电力计费装置。电力侦测模组与第二区域电力转换装置耦接，以产生一功率参数。本地充电控制模组与电力侦测模组耦接，并依据第二区域电力转换装置的功率而分别控制本地电源供应模组提供的各可控电源输出。本地电源供应模组与电力侦测模组耦接，并通过一本地电源配线而与第二区域电力转换装置的一电源输出侧耦接。本地电源供应模组还包括一电源输出单元、一切换单元及一电流侦测单元。电源输出单元输出一可控电源对电动车进行充电。切换单元分别耦接于对应的各电源输出单元与本地电源配线之间。电流侦测单元侦测电源输出单元的一电流资讯，电流资讯通过本地充电控制模组加以计算得到住家充电总电量。住家电力计费装置设置于住家的本地电源供应模组与第二区域电力转换装置之间，以侦测住家的住家用电总电量。其中，住家电力计费装置的住家的用电总电量的费用计算分成两部分各自分开单独计算费用，其一为住家充电总电量，其二为住家非充电总电量，其中住家非充电总电量的计算式为：

住家非充电总电量=住家用电总电量-住家充电总电量。

于一实施例中，其中本地充电控制模组储存有一住家车辆识别资讯，而充电作业是在判断与电源输出单元连接的电动车符合住家车辆识别资讯后启动。

于一实施例中，其中第二区域电力转换装置到住家电力计费装置之间的电源配线，使用原来既有的电源配线。

另外，为达上述目的，本发明提供一种电动车交流充电系统的运作方法，其是由一电动车交流充电系统与一电网配合应用，包括侦测一第二区域电力转换装置的功率；电动车交流充电系统主动降低各电动车充电功率，使得该输出总功率小于第二区域电力转换装置的容量或使该输出功率小于一预设功率，以确保电网稳定性。

于一实施例中，第二区域电力转换装置的供电总功率包括用电用户的非充电总功率以及电动车交流充电系统的充电总功率。

于一实施例中，本地电源供应模组的输出功率是在零及预设功率的范围内被调整。

承上所述，本发明的一种电动车交流充电系统及其运作方法，是利用电力侦测模组来侦测区域电力转换装置的功率参数，以得知负载状态。并通过这个功率参数来控制交流充电系统的各本地电源供应模组所输出的可控电源的输出功率。当功率参数增加达到预先设定值时，本地充电控制模组会主动降低本地电源供应模组的充电总功率；当功率参数减少达到预先设定值并且有充电需求时，本地充电控制模组会主动增加本地电源供应模组的充电总功率。本发明依照前述运作方式达成保护区域电力转换装置以及增加电网使用效率的目的。并且通过利用一个本地充电控制模组控制多个电动车充电插座以达到保护输配电网路、提供低单价充电插座以及充分利用离峰电力的目标。

附图说明

图1A为依据本发明第一实施例的一种电动车的交流充电系统及其应用的电网架构示意图；

图1B为第一实施例的详细电力配线的示意图；

图2A以及图2B为电力侦测模组与第二区域电力转换装置的配置架构示意图；

图3A以及图3B为依据本发明第二实施例的一种电动车的交流充电系统的架构示意图；

图4A以及图4B为第二区域电力转换装置的供电架构示意图；

图5、图6以及图7为电动车的交流充电系统架构配置示意图；

图8为第二区域电力转换装置总功率和控制充电总功率方法的关系图；

图9A以及图9B为一实施例中，时间与即时功率、平均功率、实际平均功率的关系图表。

附图标记说明

10,30：交流充电系统

11,11a,11b：电力侦测模组

12,12a~12w：本地电源供应模组

121,121a,121b,121n：电源输出单元

122,122a,122b,122n：切换单元

123a：连接侦测单元

124a：电流侦测单元

13：本地充电控制模组

14：前级充电控制模组

15：充电系统控制中心

20：电网

201：第一区域电力转换装置

202：第二区域电力转换装置

203：电网控制中心

22,22a,22b,22n：电动车

24：第三方电力用户

241：民生用电用户

242：工业用电用户

APa,APb,APn：可控电源

PW1：第一电力

PW2：第二电力

PW21,PW22,PW221,PW23：第二电力配线

PW3：住家配线

I01：功率参数

I02：远方控制资讯

I03：负载控制资讯

I04：总负载资讯

I05：本地控制资讯

W1：一次侧绕组

W2：二次侧绕组

LP：本地电源配线

35：住家电力计费装置

36：延长线

402：区域电力转换装置。

具体实施方式

以下将参照相关附图，以说明本发明较佳实施例的电动车的交流充电系统及其运作方法。

于本实施方式中，所使用的名词定义如下，其中“耦接”包括电性连接，其可以是通过实质的机构相互连接，或是通过无线传输方式而相互连接，当然亦包括通过中介装置进而电性连接的意思。另外，其中“充电负载”是指利用本发明的电动车交流充电系统进行充电的负载，而其余的电力负载皆称为“非充电负载”。并且，其中“充电总功率”是指利用本发明的电动车交流充电系统进行充电的消耗功率，而其余的电力消耗皆称为“非充电总功率”。上述的非充电负载以及非充电总功率的适用对象包括但不限于民生用电以及工业用电。

请参照图1A所示，本发明第一实施例的电动车交流充电系统10是与一电网（powergrid）20以及多个电动车22a~22n配合应用。电动车交流充电系统10包括一电力侦测模组11、多个本地电源供应模组12a~12n、一本地充电控制模组13以及一前级充电控制模组14。

首先要说明的是，电网20至少包括一供电系统，其为地区性的电力输配网路，其可包括发电系统、输电系统以及配电系统。在本实施例中，电网20具有一第一区域电力转换装置201、一第二区域电力转换装置202以及一电网控制中心203。

第一区域电力转换装置201与第二区域电力转换装置202是以变压器为例，其分别具有一电源输入侧及一电源输出侧。于此，如图2A与图2B所示，电源输入侧例如为变压器的一次侧绕组（primary winding）W1，而电源输出侧例如为变压器的二次侧绕组（secondarywinding）W2。第一区域电力转换装置201的电源输出侧是与第二区域电力转换装置202的电源输入侧耦接，借此，第一区域电力转换装置201可将例如22KV电压等级的第一电力PW1输出至第二区域电力转换装置202，而第二区域电力转换装置202再将22KV的第一电力PW1降压为第二电力PW2输出，其中第二电力PW2包括但不限于380V、220V、110V的电压等级。上述的第一电力PW1以及第二电力PW2的符号在后续说明上，亦可分别对应到电力配线。

前述的电力等级的数字仅为举例性，因应不同国家、地区的电力条件不同，其可变更为适合于该国家、地区的电力条件。另外，第一区域电力转换装置201以及第二区域电力转换装置202除了为前述变压器的态样之外，还可分别为配电所或变电所。

现有电力配线由于其所有连接的用电设备并非同时使用，所以电力配线的容量都小于其所有连接用电设备的总容量，配线容量跟相连接的负载容量关系称为配线负载容量比，一般配线负载容量比是依据经验加上适当的设计宽容度而为之。本发明因为可以精准控制充电设备的使用状况，电动车辆交流充电系统可以一次施工完成，但是其中电力配线可以使用较小的容量，等待电动车的数量增加再增加配线的容量，节省系统的初始建设成本，换言之配线可以使用较小的配线负载容量比而由本地充电控制模组以控制负载功率的方法，达到安全并且节省成本的目的。参考图1B所示，本发明使用一个本地充电控制模组控制多个本地电源供应模组，一个拥有多个停车位的停车场于设置电动车交流充电系统时，一次将所有的停车位全部装上本地电源供应模组可以节省单位建设成本，电力配线PW2、PW21、PW211、PW3使用比较小容量的配线并且预留配线装设空间，以节省成本。例如一辆电动车以3KW@220V充电，则各配线容量需求为PW2/57KW@260A、PW21/30KW@136A、PW23/12KW@55A、PW22/15KW@68A、PW3/12KW@55A，表示充电负载装置容量为69KW@315A。假设现有第二区域电力转换装置202的容量为50KW，设计假设以最多允许50KW的50%作为设计充电负载的使用，代表充电负载设计允许容量为25KW，其中25KW/69KW=36%，其表示每个停车位都有等待充电的车辆时最多允许36%的车辆在“充电”状态，64%的车辆在“待充电”状态，所以配线能够以34%的负载装置容量做阶段性的装设，即为PW2/91A、PW21/48A、PW211/19A、PW22/24A、PW3/19A。由于配线的功率为所连接的各本地电源供应模组的充电功率总和，所以本地充电控制模组13可以设定每一条配线的负载容量上限，对每一条配线“待充电”跟“充电”的电动车数目进行管控，达到减少设备成本并保证安全的目的。

另外，假设本地电源供应模组12k~12o的停车位较易停满，这时也可以将配线PW22容量由24A改为68A并且更改本地电源控制模组13的设定，达到不同的配线能够以不同的充电容量比例做设计。以本实施例而言，配线PW22的容量比例和其他的配比例就显著不同。利用本地充电控制模组以控制负载功率的方法，配合配线容量比达到安全并且节省成本的目的。

其中，当任一配线的功率增加达到配线容量增加控制值时，本地充电控制模组是主动减少连接配线的本地电源供应模组的充电总功率。其中，当任一配线的功率减少达到配线容量减少控制值并有充电需求时，本地充电控制模组是主动增加连接配线的本地电源供应模组的充电总功率。其中配线容量增加控制值小于或等于配线容量上限，配线容量减少控制值小于或等于配线容量增加控制值。

当配线容量因为新增加的充电需求而不足时，因为先要求充电车辆的电池保有电量可能比较大或者后要求充电车辆的会员等级较高，所以用车辆状态资讯作为决定减少或增加任一配线中的本地电源供应模组充电总功率的方法比用要求充电次序先后的方法合理。本发明因为本地充电控制模组通过联系通道拥有每一个停车位上的车辆状态资讯，所以可以比较每一台等待充电车辆的车辆状态资讯，进而作出指定车辆的减少或增加功率的决定。例如以车辆状态资讯中的会员等级、电池容量、电池剩余电量、停车计画来决定。

当电动车数量逐渐增加，进而充电需求无法满足，可以增加第二区域电力转换装置202或者配线的容量，同步变更本地充电控制模组13的配线容量资讯，配线容量增加控制值或者配线容量减少控制值的设定，以系统的扩充性满足市场电动车数量逐渐增加的趋势。

再如图1A所示，电网控制中心203是依据一总负载资讯I04而产生并输出一负载控制资讯I03。总负载资讯I04包括第一区域电力转换装置201以及第二区域电力转换装置202至少其中一个的负载状态。通过电网控制中心203可以确保电网20的正常运作，并作适当的电力调配的用途。需注意的是，电网控制中心203可为单一阶的控制中心，亦可为包括多阶层的控制中心，于此未限制。

请同时搭配参照图1A及图2A，电力侦测模组11电性连接于第二区域电力转换装置202的输入侧，也就是变压器的一次侧绕组W1。电力侦测模组11的功能是侦测第一区域电力转换装置201的负载总功率（或功率参数）。其中，功率（P）等于电压（V）乘以电流（I）（P=VI，其中V为元件两端的电位差）。一般而言，电网20为电压源，其代表电压接近恒定值，代表功率跟电流成比例，因此其中的电流参数通过计算也可以获得功率参数。

电动车交流充电系统10的设计理念为控制充电总功率达到保护第二区域电力转换装置的目标，为了达到保护目标必须知道第二区域电力转换装置202的功率以及充电总功率。为了控制充电总功率必须了解个别电源输出单元的充电功率，了解个别充电功率也才有办法在需要充电功率作变化的时候做精准的判断。充电总功率、非充电总功率以及第二区域电力转换装置的功率的关系为：

区域电力转换装置功率=充电总功率+非充电总功率；

本发明需要知道3个参数中的任何两个，可以通过公式计算而获得需要的第二区域电力转换装置功率以及充电总功率。其中一个特殊的例子为第二区域电力转换装置只有充电负载，只需要1个参数，可以单独由电力侦测模组获得或者将各个电流侦测单元的电流相加而获得。

第二区域电力转换装置202的功率以及充电总功率，可由下列的方法得。

第一种方式，请参考图1A、图2A、图2B及图4A所示，第二区域电力转换装置202的功率由电力侦测模组11获得，充电总功率由本地充电控制模组13计算各电源输出单元的电流侦测单元电流相加而获得。

第二种方式，请参考图4B所示，充电总功率可由本地充电控制模组13计算各电源输出单元的电流侦测单元电流相加而获得，第二区域电力转换装置202的功率则由电力侦测模组11a加上充电总功率获得，其中电力侦测模组11a为侦测非充电总功率。

第三种方式，请参考图4B所示，充电总功率可由电力侦测模组11b获得，第二区域电力转换装置202的功率则由电力侦测模组11a加上电力侦测模组11b获得。这个方案需要两个电力侦测模组，相对可以省掉每个本地电源供应模组内部的电流侦测单元，缺点是在控制充电总功率时无法精准的控制以及确认每个本地电源供应模组的电流。

在电网20中，由于区域电力转换装置本身功率的损耗相对于本身传递功率的比例非常小，所以区域电力转换装置的输入总功率几乎等于输出总功率。另外，如图2B所示，电力侦测模组11亦可设置于第二区域电力转换装置202的输出侧，也就是变压器的二次侧绕组W2，也可以达到侦测区域电力转换装置的总功率的功能。值得一提的是，第二区域电力转换装置202的输出侧可以具有多个绕组，其必须将所有输出侧所有的功率相加才是第二区域电力转换装置202的总功率。

再进一步说明电力侦测模组11的连接方式，如图2A所示，电力侦测模组11耦接于第二区域电力转换装置202的输入侧绕组W1，借以获得电网20中，关于第二区域电力转换装置202的输入电压、输入总电流、输入总负载功率等资讯。换言之，电力侦测模组11是侦测第二区域电力转换装置201的输入总负载状况。另外，再如图2B所示，电力侦测模组11还可耦接于第二区域电力转换装置202的二组输出侧绕组W2，借以获得电网20中，关于第二区域电力转换装置202的两组输出电压、输出电流、计算以获得输出总负载功率等资讯。换言之，电力侦测模组11是侦测第二区域电力转换装置201的输出总负载状况。在本实施例中，电力侦测模组11可以为电流互感器（current transformer）、霍尔电流传感器（Hall currentsensor）或电阻感知器（current sense resistor）。

请参考图8所示，其中X轴为非充电总功率、Y轴为充电总功率、x1至x4举例分别为20KW、25KW、30KW以及35KW、y1至y4举例分别为15KW、20KW、25KW以及30KW、S1为变压器额定功率、S2为电力增加控制值以及S3为电力减少控制值，S1至S3举例分别为55KW、50KW以及40KW。本发明的其中一个目的为保护第二区域电力转换装置，第二区域电力转换装置一般为变压器，变压器标有额定功率（或容量）（S1）作为保护。一般使用状况为负载不超出容量，再加上适当的设计余裕度而产生的电力增加控制值（S2），设计余裕度为零时则S2等于S1。当区域电力转换装置的功率增加而到达电力增加控制值的时候必须减少充电负载作为保护。例如当充电总功率为20KW（y2），非充电总功率增加到大于30KW（x3,即x3,y2）时必须降低充电总功率。

变压器的组成为线圈与铁心，其并不会因为极短时间负载的超出容量而损坏，另外由于非充电负载变化大小以及时间长短的不可预估性，功率除了可以采用即时功率（量测值）之外，也可利用单位时间以不同方式计算再加以使用。例如平均功率（单位时间量测值的最大值跟最小值的平均）、实际平均功率（单位时间内基于时域（time-based）的累积功率的平均值）等计算方法。图9是以t轴的时间由-60s到+60s的即时功率为20KW、t轴的时间由+60s到+120s由20KW增加到40KW、t轴的时间由+120s到+180s由40KW减少到20KW、t轴的时间由+180s后为20KW，单位时间用120秒以不同方式计算所得的功率。

请同时参考图8以及图9A及图9B所示，其中，图9A中的X轴为时间，Y轴为非充电及时功率。若以电力增加控制值（S2）为50KW，充电总功率于t于+60s之前为20KW为例说明，图9B为非充电总负载功率可选择采用下列三种方式进行控制。第一种方式为功率采用即时功率，则于t于+90s时必须降低充电负载，而于t于+150之后如有需要可以恢复为20KW；第二种方式为功率采用平均功率，于t于+120s时必须降低充电负载，而于t于+240之后如有需要可以恢复为20KW；第三种方式为功率采用实际平均功率，则充电负载可以维持20KW不需做改变。本发明的精神为获得区域电力转换装置的功率以及充电的总功率，借着控制充电总功率达到保护区域电力转换装置的目的，功率可以采用不同的计算方式以达到最佳的效果。

请再参照图1A，本地电源供应模组12a、12b~12n分别通过一本地电源配线LPL而与第二区域电力转换装置202的电源输出侧耦接，并依据第二区域电力转换装置202所输出的第二电力PW2而输出可控电源APa、APb~APn至与其耦接的电动车22a、22b~22n，以对电动车22a、22b~22n所装载的电池执行充电作业。

为了便于说明，以下以本地电源供应模组12a为例，其具有一电源输出单元121a、一切换单元122a、一连接侦测单元123a以及一电流侦测单元124a。

电源输出单元121a例如为一插座（power outlet），更进一步定义其可为交流电源插座，其用以与欲充电的电动车22a电性连接，以输出电源APa至电动车22a，以对电动车22装载的充电电池充电。切换单元122a耦接于电源输出单元121a以及第二区域电力转换装置202的电源输出侧之间，接受本地充电控制模组的命令借以控制可控电源APa的输出。连接侦测单元123a是与电源输出单元121a耦接，其用以侦测是否有物件与电源输出单元121a电性连接，并且将其侦测结果输出至本地充电控制模组13。于本实施例中，物件例如为外部电源连接器，其可为由电动车拉出的电源线。电流侦测单元124a是耦接于电源输出单元121a与本地电源配线LPL之间，以侦测电源输出单元121a的电流，用以产生并输出对应于电源输出单元121a的充电电流资讯至本地充电控制模组13。

在本实施例中，切换单元122a可以由机械式接点或半导体式接点所组成，其中机械式接点例如继电器，而半导体式接点例如电晶体、闸流体、金属氧化物半导体场效电晶体；连接侦测单元123a可以为机械式开关、磁性开关或通过电子接点的电性接触以达成侦测的目的；电流侦测单元124a与电力侦测模组11相似，可以为电流互感器、霍尔电流传感器或电阻感知器。

由于本地电源供应模组12b~12n的组成与功效与本地电源供应模组12a相似或相同，故不再加以赘述。

本地充电控制模组13储存有一本地控制资讯，并且分别与电力侦测模组11以及本地电源供应模组12a~12n耦接。本地控制资讯可包括但不限于第二区域电力转换装置容量资讯或电源配线容量资讯。本地充电控制模组13是通过本地电源配线LPL而与本地电源供应模组12a~12n电性连接。在本实施例中，每一组对应的切换单元以及电源输出单元是单独受到本地充电控制模组13的控制而输出可控电源，因此各本地电源供应模组所输出的可控电源的输出功率是可相异的。值得一提的是，本地充电控制模组13与本地电源供应模组12a~12n之间是可通过电力线通信技术进行资讯传输，换言之，当电动车与电源输出单元电性连接之后，本地充电控制模组13还可通过电力线通信技术而得到关于电动车的车辆状态资讯。车辆状态资讯包括但不限于车辆识别资讯、会员等级、扣款资讯、电池容量、电池剩余电量、充电器最大功率、停车计画或再充电需求等。

值得一提的是，本地充电控制模组13具备有处理器，以处理所负责区域内的电动车充电相关作业（包括资讯判读、资费比对、费用运算、充电排程…等）。由于电动车充电作业的资讯数量有限（即使大型停车场，也仅约数百辆电动车），而现今处理器的运算能力强大，所以一个本地充电控制模组13可以连接非常大量的本地电源供应模组。在一个区域内，如欲增加充电座的数量，只要增加本地电源供应模组即可，此亦代表当充电座数量越多，则平均单价越低。

前级充电控制模组14是分别与本地充电控制模组13以及电网控制中心203耦接。前级充电控制模组14是接收由电网控制中心203所传送的负载控制资讯I03，并且传送一远方控制资讯I02至本地充电控制模组13。本地充电控制模组13则可至少依据功率参数I01、车辆状态资讯、本地控制资讯及远方控制资讯I02而分别控制各本地电源供应模组12a~12n所输出的各可控电源APa~APn的输出功率。简言之，电网控制中心203可依据负载控制资讯I03通过前级充电控制模组14间接控制本地电源供应模组12a~12n的输出功率，进而避免电网20的崩溃。在其他实施例中，前级充电控制模组14与本地充电控制模组13还可以为整合式的模组。

于此要说明的是，远方控制资讯I02a包括但不限于终端阶段供电容量资讯、时间电价资讯、车辆识别资讯、会员等级、扣款资讯等资讯，本地充电控制模组通过前级充电控制模组14取得。其中，终端阶段供电容量资讯、时间电价资讯等由电网控制中心送出，另外车辆识别资讯、会员等级、扣款资讯等由一充电系统控制中心15送出。充电系统控制中心15统合所有各电动车辆交流充电系统的资料，例如新加入会员的资料登记并传送到各交流充电系统等。据此可知，本地充电控制模组13以及前级充电控制模组14主要是用以维持最大电动车用户的充电权益以及维持电网20的总负载不致发生过载（overload）而崩溃的状况发生。

上述第一实施例的电动车交流充电系统10是可应用于一独立的停车场、一个区域内的停车位等，简言之，交流充电系统10中的线路以及各元件是为了多个停车位而建置。以下配合上述以说明第二实施例的电动车交流充电系统的运作方法，其包括程序P01~P06。电动车端必须预先准备以配合交流充电系统，例如输入车辆识别资讯、会员等级、扣款资讯等，启动讯号方式的确认跟相关硬体的设置。

程序P01为连接程序，连接程序包括实体的电源线连接跟通讯通道的连接。实体的连接为电动车22a利用电源线和电源输出单元121a连接。本发明的一个目标是以充电座的数量是电动车的两倍以上，再加上现有充电桩方式具有带线的插头也造成管理上的困难，所以带线的插头以车端为提供方为合理。车端自备伸缩式卷轴电源线（电缆自动收线器）是选择项目中的优先项，而所谓的伸缩式卷轴电源线是指电源线可自动收纳至特定位置的机构。

讯号的连接以充电控制模组收到启动讯号开始，本地充电控制模组以启动讯号开始充电的设定跟操作。启动讯号由人员送出，例如：人员以电源连接器插入电源输出单元后由连接侦测单元送出、人员以手机送出、人员由人机介面送出、人员通过电动车以电力线通讯技术利用充电线送出、人员通过电动车以无线通讯方式送出。

程序P02为联系通道建立程序，本地充电控制模组13在接收到启动讯号后，将通过有线传输或无线传输的方式与电动车22a建立联系通道。充电的设定跟操作都可由本地充电控制模组13和电动车的整车控制器（Vehicle Control Unit）自动进行，达成使用者方便的目标。

于本实施例中，启动讯号是以电源连接器插入电源输出单元后由连接侦测单元送出，电动车停入车位后只要进行充电电源线的连接，本地充电控制模组将自动完成所有的充电及计费动作，使用者更是方便。

本地充电控制模组和电动车的联系通道可由有线通讯例如通过电力线通信技术，或无线通讯例如通过Wi-Fi、zigbee、基地台等。本地充电控制模组13可通过联系通道和电动车22a进行双向沟通。电动车驾驶人也可用手机应用程式通过电动车利用联系通道提出充电需求的改变。

程序P03参数整合程序。本地充电控制模组13利用联系通道获得电动车22的车辆状态资讯，先确认电动车上的车辆状态资讯中的车辆识别资讯和本地充电控制模组的车辆识别资讯吻合并且有效，再依据功率参数I01、远方控制资讯I02、本地控制资讯及车辆状态资讯等资讯，进行整合后使用预先设定的运算方法建立充电排程，依充电排程依序分别控制提供给电动车22a~22n的可控电源APa~APn，以配合电网20的整体负载且符合个别电动车的需求。上述的充电排程的运算方法可为系统预设，更可后续通过不同的使用经验通过前级充电控制模组远端加以修改。其中一种运算方法，例如陆续将每一辆电动车的电池先行充到一半，其中会员等级较高者优先；再陆续将每一辆电动车的电池充满，其中会员等级较高者优先。

本地充电控制模组13根据充电排程对个别的电动车执行开始充电、停止充电、增加充电功率、减少充电功率等作业。在本实施例中，由于功率参数I01、电源输出单元的车辆增加或减少、本地控制资讯I05、车辆状态资讯或远方控制资讯I02等资讯可能会即时更新，因此充电排程也会随资讯更新而更新充电排程。这也表示停车位上的电动车在电池充饱或者离开停车位之前，可能经历多次的“待充电/充电/待充电/充电…”的循环。

充电排程制定已经建立联系通道的各电动车开始充电、停止充电、增加充电功率、减少充电功率等方法的次序。利用充电排程达到控制电动车充电总功率加上非电动车用电总功率小于区域电力转换装置容量或者小于终端阶段供电容量以确保电网安全，其中区域电力转换装置即时总功率由电力侦测模组得知。

程序P04充电程序。当电力侦测模组11所输出的功率参数I01通过本地充电控制模组13的判断后显示第一区域电力转换装置201的功率增加已达电力增加控制值时，此时，本地充电控制模组13将会更新充电排程，并主动降低由本地电源供应模组12a~12n输出至电动车22a~22n的可控电源APa~APn的充电总功率。充电总功率可降低本地电源供应模组12的总输出功率直到为零。换言之，本地电源供应模组12的输出功率是在零与一预设功率的范围内被调整，其中预设功率可以是区域电力转换装置的容量，或是通过人工设定的。再进一步说明，本地充电控制模组13可通过将充电总功率在最大充电总功率和零功率之间做调整控制，以确保区域电力转换装置以及电网20的安全。意即，当电网的负载过大时，本地充电控制模组13可以主动将充电总功率调整降低直到输出为零，以避免电网负载过大，借以确保电网安全。换言之，各电动车22a~22n的电池组在尚未充饱前，本地充电控制模组13可主动降低各电动车22a~22n的充电电流或停止充电，以达到最佳化的充电使用效率。

当电力侦测模组11所输出的功率参数I01通过本地充电控制模组13的判断后，显示第二区域电力转换装置202的功率减少已达电力减少控制值时，此时，本地充电控制模组13将会更新充电排程，并主动增加由本地电源供应模组12a~12n输出至电动车22a~22n的可控电源APa~APn的充电总功率。

本地充电控制模组控制电源输出单元的充电电流（功率）的方式如下，指定电动车插在指定停车位的指定本地电源供应模组电源输出单元上，本地充电控制模组13通过联系通道对指定电动车传送一阶段充电电流的资讯；指定电动车控制车载交流转直流电源转换器，依照阶段充电电流的命令进行充电；本地充电控制模组13由指定的本地电源供应模组电流侦测单元得到指定电动车的充电电流，并确定指定电动车充电电流和阶段充电电流命令的误差在允许范围之内，完成控制充电电流流程。如果误差超出允许范围，本地充电控制模组控制切换单元停止指定电动车的充电作业，确保本地充电控制模组对充电电流的控制，达成控制各充电座功率的目的。

本地充电控制模组以轮流控制指定电源输出单元，使得各电源输出单元121a~121n输出的可控电源APa~APn可分别被调整到本地充电控制模组要求的功率。第二区域电力转换装置202为电压源，而电源输出单元121的电流和功率是呈线性关系，因此，获得电流资讯则相当于获得功率资。

电动车交流充电系统的运作方式采用轮流的方式进行充电作业，轮流方式是指联系通道建立后的各电动车，于停车位在“待充电”与“充电”两种状态中做排列，例如“充电（充饱）/待充电”、“待充电/充电（充饱）/待充电”、“待充电/充电/待充电/充电（充饱）/待充电”，“充电（充饱）/待充电/充电”…等排列组合。其中，“充电”是指电源输出单元对连接的电动车进行充电，“待充电”是指电源输出单元对连接的电动车主动不进行充电。简言之，通过本发明的交流充电系统而进行充电的电动车，在连接上本系统至断开本系统之间可能不会被持续充电，而是在本系统的控制下在“待充电”与“充电”之间的状态变化。

其中，“充电（充饱）/待充电/充电”是其中一个特殊再充电需求的例子。原因是，燃油车需要启动引擎才能启动空调，若远端启动引擎将会产生废气，因此具有一定的危险性而不予采用。然而，电动车的空调系统是由电池组直接推动，因此电动车行驶前可以预先远端启动空调，并且在启动空调时同步进入充电模式，即可减少电池容量的损失，在此种使用例之下，会发生电池充饱再发生充电的状况，这是本发明多种新应用的其中一个。

在本实施例中，充电排程采用轮流充电的方式，其表示一个交流充电系统的各电源输出单元121a~121n的总容量可大于第二区域电力转换装置202的容量，而不会造成过载的问题。另外，交流充电系统采用轮流充电的方式更代表系统内的配线容量可以小于所连接的各电源输出单元121a~121n的总容量，可以更进一步降低充电座平均单价以及建设成本。

当本地充电控制模组13将电动车充电总功率降为零功率的状态时，负载等于零的电动车交流充电系统电如同一个开关关掉的电器用品，插到任何插座都没有问题，代表电动车的交流充电系统可以直接加到现有的电网运作。同时保证区域电力转换装置安全以及避免电网崩溃，高效率利用电网多余电力为电动车充电。

电源输出单元充电电流可以采用开（最大功率）或关（零功率）、或者在零功率跟最大功率之间的任何值。

程序P05为断开程序，电动车驾驶人决定结束充电便执行断开程序，断开程序包括实体的断开跟讯号的断开。实体为的断开为电动车22a和电源输出单元121a的电源线断开。断开讯号由人员送出，例如：人员从电源输出单元拔出电源连接线后由连接侦测单元送出、人员由手机送出、人员由人机介面送出、人员由电动车以无线方式或有线方式送出、人员将电动车驶离停车位造成联系通道断开因而获得。

程序P06为收费作业。本地充电控制模组于结束充电后进行收费作业，收费作业是指将电动车的充电功率、充电时间、时间费率等充电资讯进行费用计算后以获得费用资讯，其中时间费率可能没有变化。费用由多种方式收取，例如由人员通过与本地充电控制模组耦接的人机介面进行支付或由人员以手机支付等。亦可将费用资讯送到前级充电控制模组由指定帐户支付。

承上所述，通过本发明的低建设成本及低平均充电座单价，可以达成每个停车位都有充电座，燃油车占用充电停车位、电动车充电完毕占用停车位等的问题都自动消失，停车场管理者不只能够方便管理更额外增加了充电费用分享的收入。另外，每个停车位都有充电座可以在车辆移出停车位前再进行充电费用的结算，使用者只要连接充电线以及断开充电线，本地充电控制模组即可自动处理充电的作业，更达成使用者能够方便操作使用的目标。

现有充电桩的作法是先付出充电费用再进行充电作业，充电作业直到充电金额购买的充电容量到达而结束。本发明的一个目标为决充电座数量不足，但是停车场停车位即使全部装上充电座，也无法同时为太多电动车充电，原因是可能造成现有区域电力转换装置容量不足造成安全问题，或者发电以及输配电的容量于尖峰时刻不足。发电以及输配电容量增加需要比较长的时间，解决方案就是以轮流充电解决容量不足的问题。插在充电线座等待充电的电动车轮流充电是本发明技术的一个特征，因为轮流充电所以充电费用必需在停止充电后才进行计算，因此产生了充电过程结束再依据充电容量计费的另外一个技术特征，因此于建立联系通道后、执行充电动作前必须确认本地充电控制模组和连接车辆的车辆状态资讯吻合并有效避免发生无法收费的问题。

电动车交流充电系统的主要技术特征如下，使用电力侦测模组获得电网的最终端装置（第二区域电力转换装置）的功率（或电流）。控制充电负载确保第二区域电力转换装置的安全，控制方法以“轮流”方式控制个别本地电源供应模组的充电功率。每个本地电源供应模组配备电流侦测单元以及切换单元，达成控制每个电源输出单元的充电负载功率，进而达到控制充电总功率的目地。

电动车交流充电系统及其运作方式的目标以及需要解决的问题点，分述如下。一、利用低单价充电座（一个充电控制模组以及多个电源供应模组）来解决充电座数量不足的问题。二、利用电力侦测模组获得第二区域电力转换装置的功率来解决电网安全问题。三、利用轮流充电以及主动增加或减少充电总功率来解决电网容量问题。四、利用侦测每个插座的功率（电源输出单元以及电流侦测单元）来解决充电功率控制的问题。五、利用断开充电线之前才进行费用计算来解决充电费用计算问题。

一般用途的乘用车辆所处的位置为下班时的住家以及上班时的办公室为主，住家停车位是指住家车库或者住家附近的停车位。提供每一个电动车具有住家停车位充电座是电动车产业成功的一个必要条件。电动车交流充电系统也适合住家停车位充电，并针对住家充电提供运作方式，安排住家电动车轮流充电，避免区域电力转换装置或电网崩溃保障充电安全，同时充电者可以获得电价优惠。住宅区供电配置一般为一个区域电力转换装置供应多个住家，而区域电力转换装置和住家之间现有的配线可以充分利用以降低电动车交流充电系统的建置成本。以下是以第三实施例说明本发明的电动车交流充电系统应用于住家的一种专属应用实施方式。

请参照图3A所示，电动车交流充电系统30与第一实施例的电动车交流充电系统10相似，其包括一电力侦测模组31、一本地电源供应模组32a、一本地充电控制模组33以及一前级充电控制模组34。利用住家原有的住家配线PW3并且于住家电力计费装置35（即所谓的电表）之前的配线接到本地电源供应模组已包括在前面实施例中，于此不再加以赘述。

请再参照图3B所示，在本实施例中，电力侦测模组31、本地充电控制模组33可设置于住家附近的区域电力转换装置402旁。其中，区域电力转换装置402可相同于第一实施例中所述的第二区域电力转换装置202。本地电源供应模组32a可利用住家原有的住家配线PW3并且装于住家电表之后，其位置可在住家内、车库、住家旁固定停车位置或接近日常可能停车位置附近等。电动车交流充电系统30是利用原有区域电力转换装置402和住家之间现有的住家电力配线而进行运作。所谓的住家电力配线例如由区域电力转换装置402到住家电表，住家电表之后的内部电力配线等，本地电源供应模组32a可电性连接至区域电力转换装置402。

本地电源供应模组32a接受本地充电控制模组33的命令才将电源输出单元121接通电网，将住家车辆识别资讯储存在本地充电控制模组，本地充电控制模组33只对此住家车辆进行充电动作，可以将住家停车位充电座变成专属使用。住家车辆识别资讯可以通过前级充电控制模组34随时更新。

更可延伸使用前述特性，如果住家停车位是在住家附近，但并非固定，可以使用延长线36连接在本地电源供应模组32a的电源输出单元121，提供电动车充电。本地充电控制模组33可以利用前述的连接侦测单元123a、电流侦测单元124a、联系通道等方式确保充电安全。

住家符合申请条件可以申请装设智慧电表，电费计算可以享受时间电价的优惠，但是电费的计算还是采用累进制的计算方式。采用本发明的专属应用，将充电时间交由本地充电控制模组33控制，除了不用申请装设智慧电表可以享受时间电价的优惠更可进一步的可以将充电总电量分开计算，免除了累进制的费用增加。

本发明的电动车交流充电系统30可共用原来住家的电力配线，将本地电源供应模组置于住家电力计费装置35之后，也就是住家电力计费装置35位于本地电源供应模组32a跟区域电力转换装置402之间。本地充电控制模组33通过本地电源供应模组32a的电流侦测单元得到车辆充电功率，再由本地充电控制模组33依据充电功率、充电时间、时间费率等资讯加以计算后，可以得到住家充电总电量以及住家充电费用的资讯。其中住家充电费用资讯送到前级充电控制模组34，而由指定帐户支付，让电动车于住家充电得以享受时间电价优惠，提供住家装置电动车交流充电系统的诱因，共同避免电力网路崩溃以及提升电网使用效率。

如上所述得到住家充电总电量，另外住家用电总电量由住家电力计费装置记录而获得，住家非充电总电量可以通过计算获得，费用得以分开计算免除了累进制造成的费用增加。计算式如下：

住家非充电总电量 = 住家用电总电量 - 住家充电总电量；其中各总电量为相同时间区段取得。

前级充电控制模组34在处理电动车的充电费用时可以将住家充电总电量单独计算，同时将住家充电总电量送到电网控制中心，电网控制中心将住家用电总电量扣除住家充电总电量后得到住家非充电总电量，再据此计算住家非充电总电量的电费，达到住家用电电量不会因为电动车充电累进计算而增加。

以上运作方式可以享受时间电价优惠、免除累进计算、利用原来配线降低建设成本、本地电源供应模组施工容易等好处。电动车交流充电系统的住家停车位充电座运作方式达到电动车充电费用降低、电网离峰电力使用率增加达成双赢的结果。

请再参阅图4A所示，第二区域电力转换装置202的二次侧绕组W2除与前述的本地电源供应模组12的充电负载耦接之外，还与一第三方电力用户24的非充电负载耦接。所谓的第三方电力用户24例如是为民生用电用户241或工业用电用户242等，其是不受本发明的交流充电系统10所控制。于此是以一个变压器为例说明，其架构可以拓展于例如整个城市甚至国家的区域性电网中。

请再参照图5所示，其是显示电动车的交流充电系统中，一个前级充电控制模组14可以耦接多个本地充电控制模组13，而每个本地充电控制模组13更可以耦接多个本地电源供应模组12，以作为区域性的控制。

再如图6所示，更甚者，还可以将多个组前级充电控制模组14相互耦接，以形成一个交流充电系统。通过电动车的交流充电系统建构，对于电网可达到有效的负载调配，尤其当为数众多的电动车同时在进行充电作业时。

请再参照图7所示，为另外实施例，前级充电控制模组14可以和本地充电控制模组成为合并模组。其它本地充电控制模组可以通过有线或无线方式跟合并模组沟通，合并模组中的前级充电控制模组再通过有线或无线方式连接其它前级充电控制模组。

综上所述，依据本发明的一种电动车的交流充电系统及充电管理方法，电网控制中心通过前级充电控制模组达到控制各终端的区域性的电力转换装置的充电功率，借此系统及管理方法调配电网的负载状态。方法为各本地充电控制模组利用电力侦测模组，获得区域电力转换装置的功率，各本地充电控制模组将区域电力转换装置功率以及充电总功率的资讯，通过前级充电控制模组送达电网控制中心。电网控制中心依照获得的资讯以及电网供电量进行分配，将电网的阶段供电容量资讯送到各前级充电控制模组。前级充电控制模组进行分配后将终端阶段供电容量资讯送达各本地充电控制模组，本地充电控制模组依照资讯控制充电总功率。借此系统及管理方法，电网控制中心可以调配所有充电负载，对于用电需求较大的电动车的用电量以及充电数量能够在用电的尖离峰时段受到调控，以避免电网崩溃，并且能够产生最大经济效益。

进一步说明，本发明的电动车的交流充电系统及充电管理方法具有下列功效：第一，供电侧利用遍布各地的电动车的交流充电系统，可以获得所有充电负载以及相关非充电负载的讯息，也借着电动车的交流充电系统获得所有充电负载的管控能力，让用电端能够充分利用电网的发电能力以及配电能力，可以提高能源使用效率；第二，本地充电控制模组利用电力侦测模组获得第二区域电力转换装置功率，以及利用各本地电源供应模组的电流侦测单元获得充电总功率，使用轮流充电以及主动停止充电以保证区域电力转换装置使用安全；第三，借着用电端的低建设成本及低单价充电座以达成每个停车位都能达成具有充电座，也才能采用轮流充电的方式；第四，通过充电设定操作自动化，可以达成使用者简易操作，同时车场管理者能够方便管理的目标；第五，能够使电动车在充电的过程同时配合电网的电力需求而主动停止充电、主动开始充电，以弹性地调配电力。

总结说明，本发明对于电动车普及化所衍生的关于电网终端变压器容量不足、电网尖离峰用电以及充电座数量不足的问题以及解决方法，分述如下。

一、终端变压器（第二区域电力转换装置）容量不足的问题的解决方案，是通过电动车交流充电系统直接监视区域电力转换装置输出功率，主动降低 （或切断）电动车充电总功率。充电总功率降到零功率的状况就如同没有装置电动车交流充电系统，表示充电系统可以直接耦合到任何终端变压器，而不会造成任何终端变压器发生负载过大造成安全问题。

二、电网尖离峰用电问题的解决方案，是由电动车交流充电系统配合电网资讯，在电网尖峰用电容量不足时主动降低（或切断）电动车充电负载，无论多少数目的电动车连接在充电座上的都不会造成电网崩溃的社会事件。另外，再由电动车交流充电系统配合电网资讯，在离峰用电时主动增加电动车充电负载，以增加发电及电网的效率。

三、充电座数量不足问题的解决方案，是利用低成本的充电座设计（包括由一个本地充电控制单元控制多个插座、充电线变更设计到电动车端等）、利用现有配电电路以降低建设成本以及简化充电步骤以及相关设施。

本发明与现有应用的技术特征比较如下：一、正在充电中的充电座配合非充电负载功率、第二区域电力转换装置容量以及电网容量而主动降低或增加充电负载（现有电网的任何端点都可使用此方法），以系统方式与电网配合，相较于现有充电桩单独运作，更增加电网的安全性以及效率。二、电源线由电动车端拉出，而连接在充电座上，并且使用轮流的充电作业，轮流充电作业是指至少在“待充电”状态的前后都有“充电”状态，表示主动停止“充电”后再次进行“充电”的动作。三、充电过程结束才做费用结算的动作，相对于充电桩是先付费再充电更有应用上的弹性。四、依照外在条件运作的控制中心控制多个插座，主从式设计相较于现有单独运作的充电桩，具有更低的成本以及更友善的使用环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，自不能以此限制本发明的申请专利范围。举凡本领域技术人员，依本发明精神所作的等效修饰或变化，皆应包括于权利要求书范围内。

Claims (16)

1.一种电动车交流充电系统，与一电网配合应用，该电网具有相互耦接的一第一区域电力转换装置及一第二区域电力转换装置，该第一区域电力转换装置的功率大于该第二区域电力转换装置的功率，其特征在于，包括：

一电力侦测模组，与该第二区域电力转换装置耦接，以产生关联于该第二区域电力转换装置的输出功率的一功率参数；

至少一本地电源供应模组，通过一本地电源配线而与该第二区域电力转换装置的一电源输出侧耦接，该本地电源供应模组包括：一电源输出单元，输出一可控电源，其为一交流电源；一切换单元，耦接于该电源输出单元与该第二区域电力转换装置的该电源输出侧之间，以接通或断开该电源输出单元与该第二区域电力转换装置的该电源输出侧的连接；及一电流侦测单元，侦测该电源输出单元的电流资讯；以及

一本地充电控制模组，与该电力侦测模组及该电流侦测单元耦接，并依据该第二区域电力转换装置的该功率参数而控制该切换单元而使该本地电源供应模组输出该可控电源；

其中，一电动车通过一电源线连接至该本地电源供应模组的该电源输出单元，并由该本地充电控制模组控制该切换单元将该可控电源输出至该电动车进行一充电作业。

2.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中当该第二区域电力转换装置的输出功率增加达到一电力增加控制值时，该本地充电控制模组主动减少这些本地电源供应模组的充电总功率，当该第二区域电力转换装置的功率减少达到一电力减少控制值并且有充电需求时，该本地充电控制模组主动增加这些本地电源供应模组的充电总功率。

3.权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中该电力侦测模组与该第二区域电力转换装置的一电源输入侧或一电源输出侧耦接，以产生该功率参数，该功率参数为该第二区域电力转换装置的功率。

4.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，还包括：

一电网控制中心，通过一前级充电控制模组控制该本地充电控制模组的充电总功率，以调控该第二区域电力转换装置的功率。

5.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中该本地电源供应模组还包括一连接侦测单元，侦测该电源输出单元是否与一外部电源连接器连接，并且在未与该外部电源连接器连接的状况下不提供该可控电源。

6.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中该本地充电控制模组通过一前级充电控制模组获得一远方控制资讯，该远方控制资讯包含更新的一车辆状态资讯，该车辆状态资讯包含一车辆识别资讯以及一电池充电资讯，其中，该本地充电控制模组确认该电动车的该车辆识别资讯和该本地充电控制模组的该车辆识别资讯吻合，再根据该功率参数及该电池充电资讯始控制该电源输出单元对该电动车输出该可控电源进行该充电作业。

7.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中连接该电源输出单元与该电动车的该电源线为该电动车端自备的一伸缩式卷轴电源线。

8.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中在具有多个本地电源供应模组，并电性连接多辆电动车时，该本地充电控制模组控制各本地电源供应模组对这些电动车以轮流方式进行充电作业，并且各电源输出单元输出的该可控电源由该本地充电控制模组调整至所需的功率，其中轮流充电方式是各电动车电性连接于对应的该电源输出单元时，该电源输出单元处于待充电及/或充电两种状态的排列组合。

9.如权利要求8所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中控制各电源输出单元输出该可控电源的方法包括：

由该本地充电控制模组指定对这些电动车的其中一个传送一阶段充电电流的资讯；

由被指定电动车控制一车载交流转直流电源转换器，依照该阶段充电电流的命令进行充电；

由该本地充电控制模组由指定的该本地电源供应模组的该电流侦测单元得到该被指定电动车的充电电流；以及

确定该被指定电动车的充电电流和该阶段充电电流命令的误差在允许范围之内。

10.如权利要求8所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中于执行充电动作前，还包括确认这些电动车与该本地充电控制模组的一车辆状态资讯与储存于该本地充电控制模组的一特定车辆状态信息符合并有效。

11.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中当该充电作业结束后，依据一充电资讯进行费用计算及收费作业。

12.如权利要求1所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中，当任一本地电源配线的功率增加达到一配线容量增加控制值时，该本地充电控制模组主动减少连接该配线的各本地电源供应模组的充电总功率，其中，当任一本地电源配线的功率减少达到一配线容量减少控制值时并且有充电需求时，该本地充电控制模组主动增加连接该配线的各本地电源供应模组的充电总功率。

13.如权利要求12所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中该配线容量增加控制值小于或等于配线容量上限，或该配线容量减少控制值小于或等于该配线容量增加控制值。

14.一种电动车交流充电系统，与一电网及一住家配合应用，该电网具有相互耦接的一第一区域电力转换装置及一第二区域电力转换装置，该第一区域电力转换装置的功率大于该第二区域电力转换装置的功率，其特征在于,包括：

一电力侦测模组，与该第二区域电力转换装置耦接，以产生关联于该第二区域电力转换装置的输出功率的一功率参数；

至少一本地电源供应模组，通过一本地电源配线而与该第二区域电力转换装置的一电源输出侧耦接，包括：

一电源输出单元，输出一可控电源对一电动车进行充电，其中该可控电源为一交流电源；

一切换单元，耦接于该电源输出单元与该第二区域电力转换装置的该电源输出侧之间，以接通或断开该电源输出单元与该第二区域电力转换装置的该电源输出侧的连接；及

一电流侦测单元，侦测该电源输出单元的一电流资讯；

一本地充电控制模组，与该电力侦测模组及该电流侦测单元耦接，并依据该第二区域电力转换装置的该功率参数而控制该切换单元而使该本地电源供应模组输出该可控电源，并根据该电流侦测单元侦测的该电流资讯，加以计算而得到一住家充电总电量；以及

一住家电力计费装置，设置于该住家的该本地电源供应模组与该第二区域电力转换装置之间，以侦测该住家的住家用电总电量，其中，该住家电力计费装置的该住家的用电总电量的费用计算分成两部分各自分开单独计算费用，其一为该住家充电总电量，其二为一住家非充电总电量，其中该住家非充电总电量的计算式为：

住家非充电总电量=住家用电总电量-住家充电总电量。

15.如权利要求14所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中该本地充电控制模组储存有一住家车辆识别资讯，而充电作业是在判断与该电源输出单元连接的电动车符合该住家车辆识别资讯后启动。

16.如权利要求14所述的电动车交流充电系统，其特征在于，其中该第二区域电力转换装置到该住家电力计费装置之间的电源配线，使用原来既有的电源配线。