CN114312383A - 为电动车辆快速充电的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于为电动车辆充电的设备,包括插接命令中心,该插接命令中心具有识别可用于从第一电池电动车辆(BEV)的第一电池系统传送到第二BEV的能量的量的可用性的数据。充电适配器提供第一BEV的第一插头与第二BEV的第二插头之间的能量传送。V2V充电控制器传送识别第一BEV的电池系统电荷状态和第二BEV的电池系统电荷状态的数据,并且在多个可用的充电选项之间进行选择。

Description

为电动车辆快速充电的设备和方法
技术领域
本公开涉及用于电动汽车车辆的电池充电系统。
背景技术
电池电动车辆(Battery electric vehicles,BEV)需要定期对车辆的电池组进行再充电。再充电过程可能通常需要八到二十四小时。因此,已经开发了快速充电系统以减少充电时间,以便至少在不到一小时的时间内提供大量再充电。充电站的数量和可用性以及充电站之间的距离仍然限制了对BEV需求。因此,BEV客户的续航里程/充电焦虑阻碍了BEV的广泛使用。
虽然长续航里程BEV解决了这些挑战,但是支持充电基础设施对于向潜在客户营销BEV至关重要。公共DC快速充电(DCFC)站可以解决长续航里程问题,但其安装并不普遍。建设DCFC网络是非常资本密集型的,充电站的利用率很低。
因此,尽管当前BEV充电能力实现了其预期目的,但是仍然需要一种新的且改进的用于为电动车辆充电的系统和方法。
发明内容
根据若干方面,一种用于为电动车辆充电的设备包括位于云中的插接命令中心,该插接命令中心包括应用软件并且具有识别可用于从第一电池电动车辆(BEV)的第一电池系统传送到第二BEV的能量的量的可用性的数据。充电适配器提供第一BEV的第一插头与第二BEV的第二插头之间的能量传送。具有充电管理算法的车辆到车辆(V2V)充电控制器与dc-dc转换器集成在一起,或集成在汽车车辆中。V2V充电控制器传送识别第一BEV的第一电池系统电荷状态和第二BEV的第二电池系统电荷状态的数据,并且在多个可用的充电选项之间进行选择。
在本公开的另一方面,多个可用的充电选项包括将第一BEV和第二BEV连接到快速插头分配器的快速插头分配器选项,该快速插头分配器设置成充电接线盒的形式或设置成响应请求而提供电缆的分配器的形式,用于每小时或每天供应预定的量。
在本公开的另一方面,对于快速插头分配器选项,识别可用充电插头数目并且识别可用充电槽数量。
在本公开的另一方面,多个充电选项包括使用充电适配器将第一BEV直接连接到第二BEV的客户到客户选项,充电适配器限定连接在第一BEV的第一电池系统与第二BEV的第二电池系统之间的充电电缆,该充电电缆具有由第一BEV或第二BEV中的一者提供的紧凑型dc-dc转换器。
在本公开的另一方面,客户到客户选项还包括相对于包括第一BEV在内的一个或多个可用电荷可用车辆的位置来说的第二车辆的位置以及电荷可用车辆的电池状态。
在本公开的另一方面,设置在第一BEV或第二BEV中的一者中的充电适配器的控制设备,控制能量的传送,直到被请求的能量水平的全部量从第一BEV传送到第二BEV为止。
在本公开的另一方面,多个充电选项包括客户到企业选项,该客户到企业选项识别相对于包括第一BEV在内的一个或多个可用电荷可用车辆的位置来说的第二BEV的位置并且识别企业能量需求。
在本公开的另一方面,多个充电选项包括企业到客户选项,该企业到客户选项包括相对于包括第一BEV在内的一个或多个可用电荷可用车辆的位置来说的第二BEV的位置、电荷可用车辆的电池状态以及可用能量的目标价格。
在本公开的另一方面,充电适配器限定双向降压升压转换器,该双向降压升压转换器将第一BEV的电力系统电压和电池功率与第二BEV的电力系统电压和电池功率相匹配。
在本公开的另一方面,V2V充电控制器被适配成用于150VDC至高达约1200VDC之间的操作电压范围,并且包括充电控制装置和以下一者:单相V2V双向转换器;两相V2V双向转换器;以及可能限定三相V2V双向转换器的多相V2V双向转换器。
根据若干方面,一种用于为电动车辆充电的设备,包括充电适配器,该充电适配器通过连接到能量供应车辆的第一插头和连接到能量接收车辆的第二插头来提供能量传送。双向降压升压转换器将能量供应车辆的电力系统电压和电池功率与能量接收车辆的电力系统电压和电池功率相匹配。控制器在第一插头与第二插头之间通信,并且在多个可用充电选项之间进行选择。充电适配器包括:第一能量传送电缆对,其连接到第一插头和双向降压升压转换器;以及第二能量传送电缆对,其将双向降压升压转换器连接到第二插头。
在本公开的另一方面,通信链路将第一插头连接到控制器。车辆到车辆链路将控制器连接到第二插头。插接命令中心提供处理能力以基于从能量供应车辆可得的能量的量的目标价格和能量接收车辆可用充电时间,来识别能量接收车辆的最佳能量源。控制器监视能量分析并控制能量供应车辆与能量接收车辆之间的能量传送。
在本公开的另一方面,限定能量供应车辆的GPS坐标位置的第一车辆位置被自动传送到插接命令中心。能量接收车辆的电池系统中的低能量状态被能量接收车辆发送ping消息到插接命令中心。限定能量接收车辆的GPS坐标位置的第二车辆位置被自动传送到插接命令中心。
在本公开的另一方面,针对能量供应车辆和能量接收车辆计算最佳公共位置。插接命令中心使用第一车辆位置和第二车辆位置来计算该最佳公共位置。插接命令中心还将能量供应车辆和能量接收车辆引导到公共位置。
在本公开的另一方面,能量供应车辆包括第一电池系统。能量接收车辆包括第二电池系统。充电适配器在公共位置处连接在能量供应车辆的第一电池系统与能量接收车辆的第二电池系统之间。
在本公开的另一方面,多个可用充电选项包括将能量供应车辆和能量接收车辆连接到快速插头分配器的快速插头分配器选项。客户到客户选项使用由能量供应车辆或能量接收车辆中的一者提供的电缆,该电缆连接在能量供应车辆的第一电池系统与能量接收车辆的第二电池系统之间。客户到企业选项识别相对于包括能量供应车辆在内的一个或多个可用的电荷可用车辆的位置来说的能量接收车辆的位置,并且识别企业能量需求。企业到客户选项包括相对于包括能量供应车辆在内的一个或多个可用的电荷可用车辆的位置来说的能量接收车辆的位置、电荷可用车辆的电池状态以及从一个或多个可用的电荷可用车辆中的单独车辆可得的能量的量的目标价格。在完成能量传送之后,从能量接收车辆预定账户中的资金向能量供应车辆预定账户进行电子处理支付。
在本公开的另一方面,双向降压升压转换器限定车辆到车辆(V2V)双向降压升压转换器,该车辆到车辆(V2V)双向降压升压转换器具有生成交错电流的多个相位,从而降低了滤波要求。
根据若干方面,一种用于为电动车辆充电的方法,包括:使用具有数据的插接命令中心识别可用于从第一电池电动车辆(BEV)的第一电池系统传送到第二BEV的能量的量的可用性;使用充电适配器提供第一BEV的第一插头与第二BEV的第二插头之间的能量传送;使用V2V充电控制器传送识别第一BEV的电池系统电荷状态和第二BEV的电池系统电荷状态的数据;以及在多个可用充电选项之间进行选择。
在本公开的另一方面,该方法还包括操作插接命令中心;使用第一车辆位置和第二车辆位置计算第一BEV和第二BEV的最佳公共位置;以及将第一BEV和第二BEV引导到公共位置。
在本公开的另一方面,该方法还包括执行以下一者:将第一BEV和第二BEV连接到快速插头分配器;以及使用由第一BEV或第二BEV中的一者提供的跨接电缆,将第一BEV连接到第二BEV;以及使用双向降压升压转换器,将第一BEV的电力系统电压和电池功率与第二BEV的电力系统电压和电池功率相匹配。
从本文提供的描述中,另外的适用领域将变得显而易见。应当理解,所述描述和具体示例仅仅是为了说明的目的,而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的,并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据示例性方面的用于为电动车辆充电的设备和方法的示意图;
图2是图1的设备的充电适配器的示意图;
图3是用于图1的设备的单相转换器的示意图;
图4是用于图1的设备的两相转换器的示意图;
图5是用于图1的设备的多相转换器的示意图;以及
图6是用于操作图1的设备的方法步骤的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的,并且不旨在限制本公开、应用或使用。
参考图1,用于为电动车辆10充电的设备和方法提供了双向技术平台,以便于从多个不同充电源为电池电动车辆(BEV)充电。首先,在第一步骤中,第一BEV 12向插接命令中心14发送消息(ping),该插接命令中心消息具有识别可用于从第一BEV 12的第一电池系统18传送到另一BEV的能量的量16的可用性的数据。例如,能量的量16可能是大约10kWh。第一车辆位置20(例如,第一BEV 12的GPS坐标位置)也被自动传送到插接命令中心14。
同样在第一步骤期间,第二BEV 22也向插接命令中心14发送消息,并且识别第二BEV 22在第二BEV 22的第二电池系统26中具有低能量状态24。还传送第二BEV 22完成行进到预定目的地所必要的请求能量水平28。例如,请求能量水平28可能是大约8kWh。第二车辆位置30(例如,第二BEV 22的GPS坐标位置)也被自动传送到插接命令中心14。
一旦接收到上述数据,在第二步骤中,插接命令中心14识别三个充电操作中的哪一者能够提供用于将从第一BEV 12可得的能量的量16传送到第二BEV 22的最佳操作。
作为第一选项,通过首先将第一BEV 12和第二BEV 22两者引导到快速插头站34来执行第一充电操作32。快速插头站34不提供类似于已知的DC快速充电(DCFC)站的充电能量。快速插头站34提供必要的电力传送设备来调节第一BEV 12与第二BEV 22之间的能量传送。在快速插头站34处,由快速插头站34提供的、并在必要时由第一BEV 12或第二BEV 22中的至少一者所提供的充电跨接电缆补充的充电电缆组36,连接到车辆和快速插头站34。由此开始从第一BEV 12到第二BEV 22的能量传送。第一BEV 12或第二BEV 22的充电适配器中的参考图3描述的控制设备控制能量传送,直到请求能量水平28的全部量被传送为止。
作为第二选项,通过首先使用第一车辆位置20和第二车辆位置30,计算两个车辆的最佳公共位置40,并将第一BEV 12和第二BEV 22引导到公共位置40,来执行第二充电操作32。在到达公共位置40后,将第一BEV 12或第二BEV 22中的一者所提供的跨接电缆42连接在第一BEV 12的第一电池系统18与第二BEV 22的第二电池系统26之间。第一BEV 12或第二BEV 22的充电适配器中的参考图2描述的控制设备控制能量传送,直到请求能量水平28的全部量被传送为止。
作为第三选项,通过首先使用第一车辆位置20和第二车辆位置30计算最佳公共位置40,并将第一BEV 12和第二BEV 22两者引导到公共位置40来执行第三充电操作44。请注意,可能用BEV 46代替第一BEV 12,因为BEV 46可能是例如商用车辆(诸如出租车)、卡车、货车、营运车辆(诸如汽车)等。在到达公共位置40后,将第一BEV 12或BEV 46、或者第二BEV22中的一者所提供的跨接电缆42,连接在第一BEV 12或BEV 46的第一电池系统18与第二BEV 22的第二电池系统26之间。第一BEV 12或BEV 46的充电适配器中或者第二BEV 22中的参考图2描述的控制设备控制能量传送,直到请求能量水平28的全部量被传送为止。在完成能量传送之后,从第二BEV 22的操作者的预定账户中的资金通过电子方式传递到第一BEV12的预定账户进行支付48。
参考图2并再次参考图1,限定充电适配器50的用于为电动车辆10充电的设备和方法的能量传送部分,提供连接到限定第一BEV 12的能量供应车辆的第一插头52与连接到限定第二BEV 22的能量接收车辆的第二插头54之间的能量传送。充电适配器50包括连接到第一插头52和双向降压升压转换器(bi-directional buck boost converter)58的第一能量传送电缆对56,双向降压升压转换器58提供第一BEV 12的电力系统电压和电池功率与第二BEV 22的电力系统电压和电池功率的匹配。双向降压升压转换器58使用第二能量传送电缆对60连接到第二插头54。根据若干方面,双向降压升压转换器58限定车辆到车辆(V2V)双向降压升压转换器,该车辆到车辆(V2V)双向降压升压转换器具有生成交错电流的多个相位,从而降低了滤波要求。
充电适配器50的控制器62提供第一插头52与第二插头54之间的通信。根据若干方面,控制器62可能与车辆控制器或远离汽车的命令中心通信,或者同时与车辆控制器和命令中心两者通信。控制器62允许监视能量分析以及控制第一BEV 12与第二BEV 22之间的能量传送。通信链路64将第一插头52连接到控制器62,并且车辆到车辆链路66将控制器62连接到第二插头54。
参考图3并再次参考图2,限定车辆到车辆(V2V)充电控制器68的用于为电动车辆10充电的设备和方法的充电部分,可能使用充电电缆36或跨接电缆42连接到第一BEV 12和第二BEV 22。配备了V2V充电控制器68,以识别第一BEV 12的电池系统电荷状态和第二BEV22的电池系统电荷状态所必要的数据的无线通信。V2V充电控制器68可能是第一BEV 12和第二BEV 22中的一者或两者所设有的标准或任选部件。根据若干方面,V2V充电控制器68包括单相V2V双向转换器。单相V2V双向转换器可能包括单相V2V充电电路70,用于将能量从第一BEV 12的第一电池组72传送到第二BEV 22的第二电池组74。
根据若干方面,V2V充电控制器68可能包括排热装置75,根据若干方面,排热装置75可能限定位于V2V双向转换器表面上的风扇或风扇/散热器组合,以使V2V双向转换器散热。根据数个方面,V2V充电控制器68和单相V2V充电电路70被适配成用于150VDC至高达约1200VDC的操作电压范围。
参考图4并再次参考图3,根据若干方面,V2V充电控制器68包括两相V2V双向转换器。两相V2V双向转换器可能包括两相V2V充电电路76,用于将能量从第一BEV 12的第一电池组78传送到第二BEV 22的第二电池组80。根据若干方面,V2V充电控制器68和两相V2V充电电路76被适配成用于150VDC至高达约1200VDC的操作电压范围。
参考图5并再次参考图3和4,根据若干方面,V2V充电控制器68包括多相V2V双向转换器。多相V2V双向转换器包括多相V2V充电电路82,该电路82可能限定三相V2V充电电路,用于将能量从第一BEV 12的第一电池组84传送到第二BEV 22的第二电池组86。根据若干方面,V2V充电控制器68和多相V2V充电电路82被适配成用于150VDC至高达约1200VDC的操作电压范围。
继续参考图3、4和5,单相V2V充电电路70、两相V2V充电电路76和三相V2V充电电路82可能通过添加冷却特征,诸如冷却片(未示出),或独立的(self-contained)热管理系统(诸如排热装置75)来冷却。
参考图6并再次参考图1至5,系统流程图88标示由本公开的系统10执行的示例性方法步骤。在开始步骤90中,希望为第二BEV 22充电的第二BEV 22的客户或操作者启动系统的操作。在识别步骤92中,客户接着输入所需行驶里程数94和客户可用充电时间96,例如以分钟为单位的时间。
在计算步骤98中,系统控制器62基于所需行驶里程数94计算为第二BEV 22的第二电池系统26充电所必要的能量的量100。必要能量的量100部分地基于第二BEV 22的第二电池系统26的参数,包括电池电压102、电池电荷状态104和可用充电率106。
在通信步骤108中,系统控制器62基于第二车辆110的位置、来自第二BEV 22的一个或多个可用充电选项的能量供应112以及充电连接器114的可用性,来无线地识别可用的快速插头选项。系统控制器62发送可用充电选项的ping消息。根据若干方面,可用充电选项可能包括快速插头分配器116选项、客户到客户118选项、客户到企业120选项和企业到客户122选项。
对于快速插头分配器116选项,识别可用充电插头数目124。此外,还识别可用充电槽数量126。根据若干方面,用于快速插头分配器116选项的快速插头分配器可以是充电接线盒或响应请求提供而电缆的分配器,用于每小时或每天供应预定的量。
对于客户到客户118选项,识别相对于一个或多个可用电荷可用车辆130(诸如第一BEV 12)的位置128来说的第二车辆110的位置、和电荷可用车辆128的电池状态132。
对于客户到企业120选项,识别相对于一个或多个可用电荷可用车辆130(诸如第一BEV 12)的位置128来说的第二车辆110的位置、和企业能量需求134。
对于企业到客户122选项,识别相对于一个或多个可用电荷可用车辆130(诸如第一BEV 12)的位置128来说的第二车辆110的位置、和电荷可用车辆130的电池状态132以及可用能量的目标价格136。
在传输步骤138中,通信步骤108的结果被无线传输到插接命令中心14中。选择订购用于为电动车辆10充电的设备和方法的客户,可以使用快速插接命令中心14。快速插接命令中心14为以下处理和计算步骤提供处理能力。
在处理步骤140中,快速插接命令中心14识别客户车辆142的最佳能量源,其基于可用能量的目标价格136、客户可用充电时间96、第二BEV 22和一个或多个可用充电选项116、118、120、122两者的可用性以及另外特征。在处理步骤140期间,还执行多个计算以识别充电完成时间144、充电价格146、CO2足迹148和类似项目。
在传送步骤150中,限定快速插头充电选项的处理步骤140的结果被传送到第二BEV 22,以请求客户批准或不批准将要进行的充电操作。
在客户批准步骤152中,第二BEV 22中的客户批准或不批准继续充电操作。如果在批准步骤152期间,由批准信号154限定的批准被发送,则开始调度批准的快速插头方法156。如果在批准步骤152期间,由不批准信号158限定的不批准被发送,则在返回步骤160中,程序返回到主输入菜单以供第二BEV 22的客户输入一组新偏好。
充电适配器50包括紧凑型降压升压DC-DC转换器58和系统控制器62。V2V充电控制器68促进对等(P2P)充电事件。降压升压DC-DC转换器58是高效率DC-DC转换器,额定参数高达100kW和高达1200VDC,并且配有先进的冷却技术,诸如独立的热管理系统。
系统控制器62提供与多个车辆的通信并认证来自第二BEV 22的请求,并且管理用于将能量从限定第一BEV 12的主机车辆(host vehicle)传送到限定第二BEV 22的客户车辆(customer vehicle)的充电事件。
根据若干方面,系统控制器62和V2V充电控制器68可能包括一个或多个处理器,其在示例性方面中是微处理器。这些处理器在示例性方面中可能驻留在独立于系统控制器62或V2V充电控制器68的计算机中或者驻留在云中。这些处理器可能执行分布式或并行处理协议,并且可能包括,例如,专用集成电路、包括现场可编程门阵列在内的可编程门阵列、数字信号处理器或前端处理器。这些处理器还可能包括或访问存储在存储器中的信息,这些处理器单独与所述存储器操作性地耦接。存储器应理解为能够临时存储信息的物理装置(例如随机存取存储器的例子),或者能够永久存储信息的物理装置(例如只读存储器的例子)。代表性物理装置包括硬盘驱动器、固态驱动器、光盘或能够在网络上通过云访问的存储装置。
本公开的双向技术平台经由识别最佳充电方法来促进充电。充电适配器包括超紧凑型双向DC-DC转换器和智能充电控制装置。本公开的系统经由实时挖掘车辆信息和客户偏好的数据来动态评估充电方法。
本公开的用于为电动车辆10充电的设备和方法提供了若干优点,包括实现对等车辆充电的技术平台和充电适配器。在充电站未普及的情况下,这解锁了潜在BEV客户群,并且创造了新的收入来源。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的,并且不脱离本公开要点的变型旨在落入本公开的范围内。此类变型不应被视为脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于为电动车辆充电的设备,包括:
位于云中的插接命令中心,所述插接命令中心包括应用软件、并且具有识别能够用于从第一电池电动车辆(BEV)的第一电池系统传送到第二BEV的能量的量的可用性的数据;
充电适配器,提供所述第一BEV的第一插头与所述第二BEV的第二插头之间的能量传送;以及
车辆到车辆(V2V)充电控制器,具有充电管理算法,并与dc-dc转换器集成在一起或集成在汽车车辆中,所述V2V充电控制器,传送识别所述第一BEV的第一电池系统电荷状态和所述第二BEV的第二电池系统电荷状态的数据、并且在多个能用的充电选项之间进行选择。
2.根据权利要求1所述的用于为电动车辆充电的设备,其中所述多个能用的充电选项包括,将所述第一BEV和所述第二BEV连接到快速插头分配器的快速插头分配器选项,所述快速插头分配器设置成充电接线盒的形式,或设置成响应请求而提供电缆的分配器的形式,用于每小时或每天供应预定的量。
3.根据权利要求2所述的用于为电动车辆充电的设备,其中对于所述快速插头分配器选项,识别能用的充电插头数目并且识别能用的充电槽数量。
4.根据权利要求1所述的用于为电动车辆充电的设备,其中所述多个充电选项包括,客户到客户选项,所述客户到客户选项使用充电适配器将所述第一BEV直接连接到所述第二BEV,所述充电适配器限定连接在所述第一BEV的第一电池系统与所述第二BEV的第二电池系统之间的充电电缆,所述充电电缆具有由所述第一BEV或所述第二BEV中的一者提供的所述dc-dc转换器。
5.根据权利要求4所述的用于为电动车辆充电的设备,其中所述客户到客户选项还包括,相对于包括所述第一BEV在内的一个或多个能用的电荷能用车辆的位置来说的所述第二BEV的位置、以及所述电荷能用车辆的电池状态。
6.根据权利要求4所述的用于为电动车辆充电的设备,还包括设置在所述第一BEV或所述第二BEV中的一者的所述充电适配器中的控制设备,所述控制设备控制能量传送,直到被请求的能量水平的全部量从所述第一BEV传送到所述第二BEV为止。
7.根据权利要求1所述的用于为电动车辆充电的设备,其中所述多个充电选项包括客户到企业选项,所述客户到企业选项识别相对于包括所述第一BEV在内的一个或多个能用的电荷能用车辆的位置来说的所述第二BEV的位置、并且识别企业能量需求。
8.根据权利要求1所述的用于为电动车辆充电的设备,其中所述多个充电选项包括企业到客户选项,所述企业到客户选项包括,相对于包括所述第一BEV在内的一个或多个能用的电荷能用车辆的位置来说的所述第二BEV的位置、所述电荷能用车辆的电池状态以及能用的能量的量的目标价格。
9.根据权利要求1所述的用于为电动车辆充电的设备,其中所述充电适配器限定双向降压升压转换器,所述双向降压升压转换器将所述第一BEV的电力系统电压和电池功率与所述第二BEV的电力系统电压和电池功率相匹配。
10.根据权利要求1所述的用于为电动车辆充电的设备,其中所述V2V充电控制器被适配成用于150VDC至高达约1200VDC之间的操作电压范围,并且包括充电控制装置和以下一者:
单相V2V双向转换器;
两相V2V双向转换器;
三相V2V双向转换器;以及
多相V2V双向转换器。
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