CN115208039A - 控制器及充电设备、系统、充电方法、计算机设备和介质 - Google Patents

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CN115208039A CN202210303230.XA CN202210303230A CN115208039A CN 115208039 A CN115208039 A CN 115208039A CN 202210303230 A CN202210303230 A CN 202210303230A CN 115208039 A CN115208039 A CN 115208039A
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portable battery
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张东才
汤凯
傅斓
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Hong Kong University of Science and Technology HKUST
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Abstract

提供用于便携式电池包充电的控制器、包括其的充电设备以及相应的系统、充电方法、计算机设备和介质。根据本发明，使用便携式电池包作为独立的中间能量载体，先独立地对便携式电池包(PBP)充电，然后利用充电后的便携式电池包为电动车提供电力。就对便携式电池包充电而言，以太阳能转换来的电力作为主要充电电源，在需要时增加电网电力作为补充充电电源；即，当太阳能充足时，充分利用太阳能，当太阳能不足时，不足的部分使用电网的电能来补足。本发明是特别实用的，能提高利用太阳能为电动车提供电力的方便性和灵活性以及改善相关的用户体验，能避免用太阳能为电动车供电的现有技术的一些局限性和问题。

Description

控制器及充电设备、系统、充电方法、计算机设备和介质
技术领域
本发明涉及基于太阳能为电动车提供电力的领域，更具体地涉及用于便携式电池包(Portable Battery Pack，PBP)充电的控制器以及相应的充电设备、系统、充电方法、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术
尽管电动车是绿色的运输技术，但是当前用于为电动车供电的电力仍然是由化石燃料(例如，煤和天然气)产生的。燃烧这些化石燃料不仅会污染空气，还会排放大量二氧化碳。因此，仅提倡使用电动车不足以解决我们的环境问题。为了使空气清洁，为了将绿色能源与绿色交通相结合，最好的解决方案是基于太阳能为电动车供电。
目前，有两种主要的方法来使用太阳能为电动车充电。一种方法是将太阳能电池板安装在电动车的顶部。另一种方法是将太阳能发电机连接到充电桩，然后将充电桩用于为电动车充电，太阳能发电设备→充电桩→电动车。这两种常规方法具有严重的局限性。例如，安装在电动车顶部的太阳能电池板具有有限的面积，因此只能产生少量的太阳能。此外，与安装在屋顶上的太阳能电池板不同，当电动车在城市中行驶时，电动车的太阳能电池板并不是总是暴露在阳光下，因此它不能持续提供太阳能。另一方面，使用太阳能充电桩来为电动车充电也不方便，这种方法的一个重要缺点是，在充电时电动车必须闲置多个小时。一般的屋顶太阳能电池板产生的电流量不大，因此用充电桩为电动车充电所需的充电时间相对较长(多个小时)。这需要电动车长时间停在充电桩旁，这意味着电动车必须在一天中闲置多个小时。这对于电动车用户来说十分不方便。
另外，目前，当电动车在道路上用尽电力时，很难对其进行救援。需要叫拖车将电动车拖到充电地点，或者叫充电卡车在路边给电动车充电。两种方法都不方便且昂贵。
此外，目前，空气污染的一个主要来源是汽车尾气。推广电动车可以极大地帮助清洁我们的环境。但是，推广电动车使用的常见瓶颈是大多数城市缺乏充电桩。人们不愿购买电动车的主要原因之一是：由于缺乏可用的充电桩，难以为电动车方便地充电。
因此，需要一种改进方案以克服至少部分上文提及的目前基于太阳能为电动车充电的局限性和问题。
发明内容
本发明的目的是提供基于太阳能为电动车充电的改进方案，以克服至少部分上文提及的现有技术的问题。
为此，本发明提供至少以下方案：
1.一种用于便携式电池包充电的控制器，适于接收由太阳能转换来的第一电力和来自电网的第二电力，并适于连接到所述便携式电池包，所述控制器具有至少第一工作模式和第二工作模式，所述第二工作模式由所述控制器响应于接收到指示充电时间的第二模式选择信号而启用，所述第一工作模式由所述控制器响应于接收到指示纯太阳能充电的第一模式选择信号或未检测到任何模式选择信号而启用，所述控制器被配置为：
在所述第一工作模式下，仅建立所述便携式电池包与提供所述第一电力的第一电力源之间的第一充电路径；
在所述第二工作模式下，建立所述第一充电路径，以及仅在以下情况下建立所述便携式电池包与提供所述第二电力的第二电力源之间的第二充电路径：当确定所述第一电力达不到按在指示的所述充电时间内将所述便携式电池包充电至预定电量水平所要求的电力时，
其中，在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，由所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
2.根据方案1所述的控制器，其中，所述控制器包括智能开关块和程序控制块，
其中，所述智能开关块具有：
第一输入，适于接收所述第一电力；
第二输入，适于接收所述第二电力；和
第一输出，适于连接到所述便携式电池包，
其中，所述程序控制块适于接收所述模式选择信号，并适于与所述智能开关块通信，所述程序控制块被配置为：
在所述第一工作模式下，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第一充电路径；
在所述第二工作模式下，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第一充电路径，以及仅在以下情况下指示所述智能开关块建立所述第二输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第二充电路径：当确定所述第一电力达不到按在指示的所述充电时间内将所述便携式电池包充电至预定电量水平所要求的电力时。
3.根据方案1或2所述的控制器，其中，所述控制器还具有第三工作模式，并且还被配置为：
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，启用所述第三工作模式；
在所述第三工作模式下，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
4.根据从属于方案2时的方案3所述的控制器，其中，所述智能开关块还具有：第二输出，适于连接到所述第二电力源，
其中，所述程序控制块还被配置为：
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，进入所述第三工作模式；
在所述第三工作模式下，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第二输出之间的连接以建立所述馈电路径。
5.根据方案1所述的控制器，其中，所述预定电量水平是所述便携式电池包的满电量水平。
6.根据方案2或4所述的控制器，其中，
所述控制器为直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压，
或者，
所述控制器为交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
7.一种用于便携式电池包充电的充电设备，包括根据方案1-5中任一项所述的控制器。
8.根据直接或间接地引用方案2时的方案7所述的充电设备，其中，所述控制器是直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压。
9.根据引用方案4时的方案8所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在所述第二输出和所述电网之间，并将来自所述第二输出的直流电力转换成交流电后馈送到所述电网。
10.根据方案8或9所述的充电设备，还包括：
第一充电器，为DC-DC充电器，适于连接在光伏电源和所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一直流电力到所述第一输入；
第二充电器，为AC-DC充电器，适于连接在所述电网和所述第二输入之间，并由从所述电网接收的交流电提供用于充电的所述第二直流电力到所述第二输入，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
11.根据直接或间接地引用方案2时的方案7所述的充电设备，其中，所述控制器是交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
12.根据方案11所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在光伏电源与所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一交流电力到所述第一输入；
AC-DC充电器，适于连接在所述第一输出和所述便携式电池包之间，并用来自所述第一输出的交流电力为所述便携式电池包充电，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
13.一种用于便携式电池包充电的控制器，适于接收由太阳能转换来的第一电力和来自电网的第二电力，并适于连接到所述便携式电池包，所述控制器被配置为：
建立所述便携式电池包与提供所述第一电力的第一电力源之间的第一充电路径；
感测所述第一电力，并仅在感测的所述第一电力低于预定电力水平的情况下建立所述便携式电池包与提供第二电力的第二电力源之间的第二充电路径，
其中，用所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
14.根据方案13所述的控制器，其中，所述控制器包括智能开关块和程序控制块，
其中，所述智能开关块具有：
第一输入，适于接收所述第一电力；
第二输入，适于接收所述第二电力；和
第一输出，适于连接到所述便携式电池包，
其中，所述程序控制块适于与所述智能开关块通信，所述程序控制块被配置为：
指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第一充电路径；
感测所述第一电力，并仅在感测的所述第一电力低于所述预定电力水平的情况下指示所述智能开关块建立所述第二输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第二充电路径。
15.根据方案13或14所述的控制器，其中，所述控制器还被配置为：
响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
16.根据从属于方案14时的方案15所述的控制器，其中，所述智能开关块还具有：第二输出，适于连接到所述第二电力源，
其中，所述程序控制块还被配置为：
响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第二输出之间的连接以建立所述馈电路径。
17.根据方案14或16所述的控制器，其中，
所述控制器为直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压，
或者，
所述控制器为交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
18.一种用于便携式电池包充电的充电设备，包括根据方案11-16中任一项所述的控制器。
19.根据直接或间接地引用方案14时的方案18所述的充电设备，其中，所述控制器是直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压。
20.根据引用方案16时的方案19所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在所述第二输出和所述电网之间，并将来自所述第二输出的直流电力转换成交流电后馈送到所述电网。
21.根据方案19或20所述的充电设备，还包括：
第一充电器，为DC-DC充电器，适于连接在光伏电源和所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一直流电力到所述第一输入；
第二充电器，为AC-DC充电器，适于连接在所述电网和所述第二输入之间，并由从所述电网接收的交流电提供用于充电的所述第二直流电力到所述第二输入，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
22.根据引用方案14时的方案18所述的充电设备，其中，所述控制器是交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
23.根据方案22所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在光伏电源与所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一交流电力到所述第一输入；
AC-DC充电器，适于连接在所述第一输出和所述便携式电池包之间，并用来自所述第一输出的交流电力为所述便携式电池包充电，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
24.一种包括电动车的系统，包括：
根据方案7-12和18-23中任一项所述的充电设备；和
所述便携式电池包，
其中，所述充电设备用于为所述便携式电池包充电，充电后的所述便携式电池包适于整合到所述电动车的电池管理系统以直接为所述电动车供电，或适于安装在所述电动车中并连接到所述电动车的充电端口以为行驶中的所述电动车的车载电池充电，或适于连接到所述电动车的充电端口以为静止的所述电动车的车载电池充电。
25.一种用于便携式电池包的充电方法，由充电设备执行，所述方法包括：
响应于接收到指示充电时间的第二模式选择信号而启用第二工作模式；
响应于接收到指示纯太阳能充电的第一模式选择信号或未检测到任何模式选择信号而启用第一工作模式，
其中：
在所述第一工作模式下，仅建立所述便携式电池包与提供第一电力的第一电力源之间的第一充电路径，所述第一电力由太阳能转换来，
在所述第二工作模式下，建立所述第一充电路径，以及仅在以下情况下建立所述便携式电池包与提供第二电力的第二电力源之间的第二充电路径：当确定所述第一电力达不到按在指示的所述充电时间内将所述便携式电池包充电至预定电量水平所要求的电力时，所述第二电力来自电网；以及，
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，用所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
26.根据方案25所述的充电方法，还包括：
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述充电设备断开连接，启用第三工作模式，
其中，在所述第三工作模式下，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
27.根据方案25或26所述的充电方法，所述充电设备包括根据方案1-6中任一项所述的控制器，或所述充电设备是根据方案7-12中任一项所述的充电设备。
28.一种用于便携式电池包的充电方法，由充电设备执行，所述方法包括：
建立所述便携式电池包与提供第一电力的第一电力源之间的第一充电路径，所述第一电力由太阳能转换来；
感测所述第一电力，并仅在感测的所述第一电力低于预定电力水平的情况下建立所述便携式电池包与提供第二电力的第二电力源之间的第二充电路径，所述第二电力来自电网；以及，
用所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
29.根据方案28所述的充电方法，还包括：
响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述充电设备断开连接，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
30.根据方案28或29所述的充电方法，所述充电设备包括根据方案13-17中任一项所述的控制器，或所述充电设备是根据方案18-23中任一项所述的充电设备。
31.根据方案1-6和13-17中任一项所述的控制器或根据方案7-12和18-23中任一项所述的充电设备用于为便携式电池包充电的方法。
32.一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，所述计算机指令在由所述处理器执行时导致根据方案25-30中任一项所述的充电方法被执行。
33.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时导致根据方案25-30中任一项所述的充电方法被执行。
本发明降低了对阳光条件的依赖，减少了可能因阳光不足而导致的负面影响。具体地，本发明的一些方案在阳光不足的情况下增加电网电力作为补充充电源，由此即使在阳光不足的情况下，也能适当地对PBP充电，不影响与PBP相关联的电动车的使用。本发明的一些方案在阳光不足以在用户指定的充电时间内将PBP充电到预定电量水平的情况下增加电网电力作为补充充电源，由此可避免因阳光不足而造成用户不便或产生不良体验。
利用本发明，在没有足够阳光的情况下(例如在下雨天或在晚上)也能根据需要实现为电动车提供电力，因此本发明是特别实用的。
综上，本发明能提高利用太阳能为电动车提供电力的方便性和灵活性以及改善相关的用户体验，能避免用太阳能为电动车供电的现有技术的一些局限性和问题。
附图说明
以示例的方式参考以下附图描述本发明的非限制性且非穷举性实施例，其中：
图1A是示出应用根据本发明一实施例的充电设备的示例系统的示意图；
图1B是示出应用根据本发明另一实施例的充电设备的示例系统的示意图；
图2是示出应用根据本发明又一实施例的充电设备的示例系统的示意图；
图3是示出应用根据本发明另一实施例的充电设备的示例系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图及实施例进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。附图中所示出的特征未必按比例绘制。
在本文中描述的特征可以不同的形式体现，并且不应被解释为限于在本文中描述的示例。而是，提供在本文中描述的实施例仅仅是为了例示实施在本文中描述的装置、设备和/或系统的许多可能方式中的一些，这些可能方式在理解本申请的公开内容之后将是明显的。
如在本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及相关联的所列项中的任何两个或更多个的任何组合。
尽管在本文中可以使用诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语来描述各种构件、部件、部分或要素，但是这些构件、部件、部分或要素不受这些术语限制。而是，这些术语仅被用来将一个构件、部件、部分或要素与另一个构件、部件、部分或要素区分开。因此，在不偏离本发明的教导的前提下，在本文中提及的第一构件、部件、部分或要素也可以称为第二构件、部件、部分或要素。
在本文中使用的术语仅用于描述各个实施例，并且不用来限制本公开内容。除非上下文另有明确指示，否定则“一”、“一个”和“该”意在也可以包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”指定所陈述的特征、操作、构件、元件和/或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、操作、构件、元件和/或其组合。
概述
为了将绿色能源与绿色交通相结合，促进将太阳能方便地用于为电动车提供电力，本发明提出了一种新颖的构想。
该构想涉及使用一种便携式电池包作为中间能量载体，便携式电池包以独立于电动车的方式被提供，可独立于电动车存在和使用(包括充电)。根据该构想：先独立地(即，在电动车外部、独立于电动车)对便携式电池包充电；然后，将便携式电池包连接到电动车或插入到电动车内，以将其存储的电转移到电动车中，即利用充电后的便携式电池包为电动车提供电力。就对便携式电池包充电而言，以太阳能转换来的电力作为对便携式电池包充电的主要充电电源，在需要时，增加电网电力作为补充充电电源；即，当太阳能充足时，充分利用太阳能，当太阳能不足时，不足的部分使用电网的电能来补足。
为此，本发明提出用于为便携式电池包充电的新型充电设备——其在下文中被称为“1号充电子系统”，并设想了利用便携式电池包为电动车提供电力的设备——其在下文中被称为“2号充电子系统”。上述构想涉及以下两步：
(1)太阳能发电设备→1号充电子系统→便携式电池包；
(2)便携式电池包→2号充电子系统→电动车。
即，便携式电池包首先通过1号充电子系统以独立方式充电。便携式电池包充电后，可以将其插入电动车中并将其存储的电转移到电动车中。因此，便携式电池包的充电过程不会影响电动车的使用。在为便携式电池包充电时，可以正常驱动电动车。
需要说明的是，在第(1)步中，除使用来自太阳能发电设备的光伏电力外，根据需要还可能使用电网电力。
本发明的构思可以应用各种可能的1号充电子系统(即，充电设备)实现，如图1A和图1B中示例性示出的。在图1A中，电流控制器10a、太阳能充电器11a、AC-DC充电器12a以及可选的逆变器13a构成1号充电子系统。在图1B中，智能AC开关10b、逆变器16b和AC-DC充电器17b构成1号充电子系统。图1A和图1B中的1号充电子系统通过连接到电网电力线接收来自电网的电力，并通过连接到太阳能发电设备接收由太阳能转换来的电力。图1A和图1B还示出，经充电的PBP能被手提并插入电动车EV以传输电力到后者。稍后将进一步描述图1A和图1B中的1号充电子系统。
本发明涉及以下主要组件：
-太阳能发电设备，例如光伏电池板；
-便携式电池包(PBP)，作为可移动的能量载体；
-1号充电子系统；
-2号充电子系统；
-电动车。
下面，对这些组件进行描述。
太阳能发电设备
太阳能发电设备亦可以被称为“太阳能发电机”、“光伏发电机”、“光伏电源”，应被广义地理解为囊括各种可能的适于由太阳能提供电力的装置或设备，例如光伏电池板，包括市场上已有的太阳能电池板。本发明对太阳能发电设备没有特殊要求。
有利的是，太阳能发电设备配备有最大功率点追踪(Maximum Power PointTracking，MPPT)控制器。
在一个具体的实施例中，一个太阳能发电设备可以安装在屋顶上，由约15块太阳能电池板组成，占地约350平方英尺。在阳光充足的情况下，该太阳能发电设备每小时可产生约7千瓦时的电能，平均一天可以产生约22kWh的能量。给5kWh的PBP充电所需的时间约为1-3小时。
便携式电池包(PBP)
便携式电池包(PBP)充当为电动车充电或供电的中间能量载体，应被广义地理解为囊括各种适于存储电能并将存储的电能传输到电动车、具有便携性的电池组件，如现有技术中已有的用于电动车的各种便携式电池组件。
有利的是，该便携式电池包是高度便携的、具有高度的便携性(portability)。为了便于携带，该便携式电池包可以被设计为具有相对小的尺寸和重量，以便普通用户能够手动携带。另一方面，要使便携式电池包成为实用的能量载体，它应能存储预期量的电能，例如能驱动电动车(如轻型电动车)行驶一段预定长距离。因此，便携式电池包的尺寸和重量不能太小。在一个实施例中，便携式电池包被设计成使得，其被随身携带时重量不超过25公斤，且单个便携式电池包能存储足够轻型电动车行驶一段预定长距离的电量。这里，轻型电动车可以指重量不超过1000公斤的电动车。
一种可能的设计方案是，单个便携式电池包包括多个高能量密度的锂离子电池(例如圆柱形21700)，这些电池串联和/或并联连接，以产生足够高的工作电压(例如，180V–360V或更高的工作电压)，并存储足够的电能(例如，容量最高达5kWh或以上)以支持轻型电动车行驶一段预定长距离(约50km)。这里，假设轻型电动车具有较高的能源效率(例如，每千瓦时至少行驶10公里)。这些电池单元使用电池管理系统(Battery Management System，BMS)进行控制。便携式电池包可设置有冷却机制，如空气冷却装置、流体冷却装置、风冷散热装置等。
表1给出了本申请的发明人设想的几种PBP(PBP#1、PBP#2、PBP#3)及其相关信息。
表1
Figure BDA0003563671890000141
需要说明两点：
i.PBP#1、PBP#2、PBP#3所用的电池单元均是圆柱形锂离子电池(21700)，该锂离子电池具有如下参数：能量容量＝5Ah，额定电压＝3.7V，放电率：10-30A，重量＝60-65g。
ii.表1中的“电池单元的重量”指仅PBP所用的锂离子电池的重量，不包括PBP的其他部件(如，BMS及控制电子设备、连接器、外壳等)的重量。
目前，市售的锂离子电池的能量密度具有约260Wh/kg的极限(例如，三星21700)。但预期将来会有更高能量密度的锂电池。通过使用更高能量密度的锂电池，对于给定的容量要求，PBP可以具有更小的重量。这有利于本发明被更广泛地应用，如用于公共交通以促进绿色公共交通，进一步帮助改善空气质素。
有利的是，便携式电池包被构造成使得，无需特殊工具，即可用手将便携式电池包插入电动车或从电动车卸下。
1号充电子系统
1号充电子系统用于基于太阳能为便携式电池包充电，是本发明的核心，本文将详细描述。
为方便起见，下文中，本发明的1号充电子系统被称为“充电设备”。
总体而言，该充电设备包括控制器、充电器和其他可能的部件。控制器用于根据情况选择性地将光伏电力和电网电力中之一或二者接入作为为便携式电池包充电的充电电力，充电器用于实现用充电电源充电相关的功能。另外，该充电设备可以可选地提供馈电路径，以虑及将多余的太阳能馈入电网。
根据情况，控制器可以各种合适的原则确定对光伏电源和电网电源中每个的接入。
参照图1A，在系统1a中，电流控制器10a连接到太阳能充电器11a以经由其接收来自太阳能发电设备的光伏电力(下文中，亦可称为“第一电力”)，连接到电网电力线以接收电网电力(下文中，亦可称为“第二电力”)，并连接到PBP 14a。
在一个实施例中，电流控制器10a可以被配置为：建立PBP 14a与提供所述第一电力的太阳能发电设备(即，第一电力源)之间的第一充电路径；感测所述第一电力，并仅在感测的所述第一电力低于一预定电力水平的情况下建立该PBP与提供所述第二电力的电网电源(即，第二电力源)之间的第二充电路径。由此，仅所述第一电力源和所述第二电力源中的、与PBP之间建立了充电路径的电力源作为充电电源为PBP充电。该预定电力水平可以根据情况合适地设置，例如为零，或为大于零的某一电力水平。在前者的情况下，仅在无任何可用的光伏电力的情况下，用电网电力为PBP充电。
在另外的实施例中，电流控制器10a可以被不同地配置，例如在感测的光伏电力低于预定电力水平的情况下：不仅建立PBP 14a与电网电源之间的第二充电路径，而且断开该PBP与作为光伏电源的太阳能发电设备之间的第一充电路径，以仅用电网电力为该PBP充电。
图1A中的电流控制器接收并输出直流电力，在这个意义上可以被称为“直流控制器”。图1A中的充电设备适于以与PBP的输出电压(例如180V-420V)匹配的输出电压运行，在一个实施例中其额定电流高达20A。
对于图1B示出的系统1b中的充电设备，智能AC开关构成其控制器。该控制器接收并输出交流电力，在这个意义上可以被称为“交流控制器”。图1B中的交流控制器可以与图1A中的直流控制器相同或类似地，如上文所述地进行配置。
图1B中的交流控制器和图1A中的直流控制器均可以各种可能的方式实现，稍后将进一步描述。
就除控制器之外的其他部分而言，图1A的充电设备与图1B的充电设备是不同的。
图1A的充电设备还包括：连接在电流控制器10a和太阳能发电设备之间的太阳能充电器11a、连接在电流控制器10a和电网电力线之间的AC-DC充电器12a，以及可选的逆变器13a。太阳能充电器11a可以是DC-DC充电器，用于由来自太阳能发电设备的直流电提供为直流电的第一电力。AC-DC充电器用于由来自电网的交流电提供为直流电的第二电力。
一般的屋顶光伏发电设备的输出通常为12V/24V/48V的直流电。为保证控制器的安全和正常工作，将光伏电流通过一个太阳能充电器(在图1A中，太阳能充电器11a)提供给控制器是有利的。
在虑及将太阳能馈入电网的情况下可以设置逆变器13a。例如，电流控制器10a可以被配置为：在PBP充满电或与充电设备(在此，具体是电流控制器10a)断开连接的情况下，在太阳能充电器11a与逆变器13a之间建立馈电路径，以实现将来自太阳能充电器11a的为直流电的光伏电力传输到逆变器13a，以由逆变器13a转换为交流电后馈送至电网。
不同地，图1B的充电设备还包括：连接在智能AC开关(即，控制器)10b和太阳能发电设备之间的逆变器16b、连接在控制器10b和PBP 14b之间的AC-DC充电器17b。逆变器16b用于将来自太阳能发电设备的为直流电的光伏电力转换为交流电后作为第一电力提供给控制器10b。AC-DC充电器17b用于用控制器10b输出的为交流电的充电电力为PBP 14b充电。
尽管未示出，在图1B的情况下，也可以虑及将多余的太阳能馈入电网。例如，智能AC开关10b可以被配置为：在PBP 14b充满电或与充电设备(在此，具体是AC-DC充电器17b)断开连接的情况下，在逆变器16b与电网电力线之间建立馈电路径，以实现将来自太阳能发电设备的光伏电力馈送至电网。
图2是示出将根据本发明一实施例的示例充电设备用于为PBP充电的示意图。在示出的系统2中，该充电设备包括DC电流控制器20、太阳能充电器21、AC-DC充电器22，以及逆变器23。
智能开关块201和程序控制块202是DC电流控制器20的主要部件。智能开关块具有如下输入/输出：
输入1：接收来自光伏电源的电流输入；
输入2：接收来自电网电源的电流输入；
输出1：输出为PBP充电的电流输出；
输出2：输出向电网供电的电流输出。
除此以外，DC电流控制器20还包括模式选择器203、输入缓冲器(input coupling)205、输入缓冲器207、输出缓冲器(output coupling)206、输出缓冲器208、电流/电压调整器204。
输入缓冲器205、输入缓冲器207分别设置在电流控制器20的用于接收光伏电力和电网电力的输入端口处，具体地分别连接到智能开关块201的输入1和输入2。输出缓冲器206和输出缓冲器208分别设置在电流控制器20的用于输出电力的两个输出端口处，具体地分别连接到智能开关块201的输出1和输出2。来自太阳能充电器21的光伏电力通过输入缓冲器205被提供到智能开关块201的输入1，来自AC-DC充电器22的电网电力通过输入缓冲器207被提供到智能开关块201的输入2。电流/电压调整器204连接在智能开关块201的输出1处，并经由输出缓冲器206连接到PBP 24。逆变器23连接到电网，并经由输出缓冲器208连接到智能开关块201的输出2。
每个输入缓冲器可以在电流控制器20的接收电力的相应输入端起安全缓冲的作用，每个输出缓冲器可以在电流控制器20的提供电力的相应输出端处起安全缓冲的作用。尽管如此，这样的输入/输出缓冲器不是必需的。
每个缓冲器中可以设置有电流、电压探测器以探测相应的输入或输出端的电压和电流(例如，从太阳能充电器21输入电流控制器20的电压V1和电流I1；从电流控制器20输出的电压V3和电流I3)。每个缓冲器会把其探测的电流、电压信号传输给程序控制块202。在没有缓冲器的情况下，可以通过在电流控制器的接收电力的输入端和提供电力的输出端处设置电流、电压探测器来实现电流、电压探测。
图2中还示出了按电流方向而言分别设置在输入缓冲器205的输出处、输入缓冲器207的输出处、输出缓冲器206的输入处、输出缓冲器208的输入处的二极管，这有利于防止反向电流流动，但不是必需的。
模式选择器203用于接收指示用户期望工作模式的模式选择信号，可以被配置为适于由用户操作来输入多种模式选择信号中之一。模式选择器203适于与程序控制块202通信，以将用户输入的模式选择信号发送到程序控制块202，指示程序控制块202启用与模式选择信号对应的工作模式。程序控制块202还适于与智能开关块201通信以控制后者的运行。根据模式选择器的指示，程序控制块202决定DC电流控制器20的输入和输出路径，并相应地指示智能开关块201建立所确定的输入和输出路径。
根据情况，模式选择器203可以设置在程序控制块202本地，或相对于程序控制块202远程设置。在前者的情况下，模式选择器203可以被形成为程序控制块202的一部分作为程序控制块202的模式选择输入，或者与程序控制块202分开。根据情况，模式选择器203可以是本发明的充电设备的组成部分或不被包括在该充电设备中。
所述多种模式选择信号可以包括至少第一模式选择信号和第二模式选择信号。第一模式选择信号指示纯太阳能充电，对应于仅用光伏电力为PBP充电的第一工作模式。第二模式选择信号指示用户指定的充电时间，对应于在指定的充电时间内将PBP充电至预定电量水平的第二工作模式。该预定电量水平可以是针对第二工作模式设置的一个固定电量水平，如满电量水平；此时，该固定电量水平可以仅能由程序控制块202设置和改变。或者，该预定电量水平可以由用户通过第二模式选择信号指定，例如满电量水平或80％的满电量水平。
如果需要，所述多种模式选择信号还可以包括其他可能的模式选择信号，如指示纯电网电力充电的模式选择信号。
在一个实施例中，程序控制块202被配置为：响应于接收到第二模式选择信号而启用第二工作模式，响应于接收到第一模式选择信号或未检测到任何模式选择信号而启用第一工作模式。在第一工作模式下，程序控制块202指示智能开关块201仅建立其输入1与输出1之间的连接，以仅用来自太阳能充电器21的光伏电力为PBP 24充电。在第二工作模式下，程序控制块202指示智能开关块201建立其输入1与输出1之间的连接，以及仅在以下情况下指示智能开关块201建立其输入2与输出1之间的连接：当确定来自太阳能充电器21的光伏电力达不到按在指示的充电时间内将PBP充电至预定电量水平所要求的电力时。根据情况，此确定可以动态地进行，或静态地进行，或在第二工作模式的一部分期间动态地进行、在第二工作模式的一部分期间静态地进行，稍后将给出示例性说明。由此，在光伏电力充足的情况下，仅用光伏电力为PBP 24充电；在光伏电力不充足的情况下，用光伏电力和电网电力两者为该PBP充电——此时，若可用的光伏电力为零，实际上仅电网电力用于为该PBP充电。
在第二工作模式期间可用的光伏电能尽可能多地(例如，接近100％地)被用于为PBP充电是有利的，但对于本发明而言这不是必需的。
在第二工作模式期间，根据情况，程序控制块202可以各种合适的方式估计或计算按在所述充电时间内将PBP充电至预定电量水平所要求的电力，并且可以各种合适的方式确定可用的光伏电力是否达到所要求的电力。在此方面，可以考虑各种可能的因素中的至少一些，所述因素可以包括例如但不限于：启用第二工作模式时所在的时间，如季节、一天中的时段等；提供光伏电力的光伏电源所在处的阳光条件随时间变化的情况；对于特定的应用、可用的光伏电力随时间的变化；PBP的充电程序要求(例如但不限于恒流恒压(CC/CV)等)；等等。另外，可以预期进行各种可能的假设以简化处理，所述假设可以包括例如但不限于：在某个时段内可用的光伏电力随时间是恒定的或光伏电力随时间的变化可忽略；在为PBP充电的充电过程中的全部或部分时段内，提供给PBP的充电电力是恒定的；等等。
例如，在一个实施例中，在第二工作模式期间，程序控制块202计算在指示的充电时间内将PBP充电至预定电量水平所需的随时间变化的充电电力，并以一定的时间间隔(固定或非固定的时间间隔)持续感测可用的光伏电力，即来自太阳能充电器21的光伏电力。根据情况，可以各种可能的方式进行该计算，包括例如但不限于按照PBP的充电程序要求等计算。对于每个感测时间点，程序控制块202判断在该感测时间点感测到的光伏电力是否低于该感测时间点所对应的所需充电电力。若判断结果为肯定，程序控制块202确定光伏电力达不到按在所述充电时间内将PBP充电至预定电量水平所要求的电力；反之，程序控制块202确定光伏电力达到了按在所述充电时间内将PBP充电至预定电量水平所要求的电力。并且，每当确定光伏电力达不到按在所述充电时间内将PBP充电至预定电量水平所要求的电力时，程序控制块202指示智能开关块201建立PBP与电网之间的充电路径，以用电网电力补充相对于所需充电电力而言感测的光伏电力不足的部分；每当确定光伏电力达到了按在所述充电时间内将PBP充电至预定电量水平所要求的电力时，程序控制块202指示智能开关块201断开已建立的PBP与电网之间的充电路径(若存在)，或指示智能开关块201保持PBP与电网断开(若PBP与电网之间的充电路径尚未被建立)，以仅用光伏电力为PBP充电。这样做有利于尽可能充分地利用光伏电能，但不是必需的。
再如，在一个实施例中，在第二工作模式期间，程序控制块202计算按照PBP的充电程序要求在所述充电时间内将PBP充电至满电量水平所需的随时间变化的充电电力，并以一定的时间间隔持续感测来自太阳能充电器21的光伏电力。对于某个感测时间点，程序控制块202在该感测时间点感测到的光伏电力低于该感测时间点所对应的所需充电电力时确定光伏电力达不到按在所述充电时间内将PBP充满电所要求的电力，于是指示智能开关块201建立PBP与电网之间的充电路径，以用电网电力补充相对于所需充电电力而言感测的光伏电力不足的部分。一旦PBP与电网之间的充电路径已经被建立，若在某个后续感测时间点，程序控制块202感测到的光伏电力不低于该后续感测时间点所对应的所需充电电力，程序控制块202可以确定光伏电力达到了按在所述充电时间内将PBP充满电所要求的电力。此时，程序控制块202可以指示智能开关块201断开该充电路径，以断开电网电源；或者，程序控制块202可以选择不断开该充电路径，但将从电网电源提供至PBP的充电电流控制为基本上等于零。
又如，在一个实施例中，在第二工作模式期间，程序控制块202计算按照PBP的充电程序要求在所述充电时间内将PBP充电至满电量水平所需的平均充电电力，并仅在开始启用第二工作模式时感测来自太阳能充电器21的光伏电力的量。然后，程序控制块202判断感测的光伏电力是否低于所述平均充电电力。若判断结果为肯定，程序控制块202确定光伏电力达不到按在所述充电时间内将PBP充满电所要求的充电电力，于是指示智能开关块201建立PBP与电网之间的充电路径。在此实施例中，在第二工作模式期间，建立的PBP与电网之间的充电路径可以一直被保持。在PBP与电网之间建立了充电路径的情况下，根据情况，从电网提供至PBP的充电电力可以基本上为零或大于零。
可选地，程序控制块202还可以被配置为：在第一工作模式和第二工作模式中的任一工作模式下，响应于PBP 24充满电或与充电设备断开连接，启用第三工作模式。在第三工作模式下，程序控制块202指示智能开关块201建立其输入1和输出2之间的连接，以将来自太阳能充电器的光伏电力经由逆变器23馈送到电网。
程序控制块202还适于与电流/电压调整器204通信以控制后者的运行。电流/电压调整器204按照接收到的来自程序控制块202的命令，对其输出电流进行电流和电压调整。具体地，程序控制块202可以被配置为：指示电流/电压调整器204将来自智能开关块201的输出1的充电电流和/或电压调整为适合提供给PBP的期望电流和/或电压。
在一具体实施例中，DC电流控制器20具有上述第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，并且第二工作模式为在指示的以小时为单位的充电时间内将PBP充电至满电量水平。
下面，结合该具体实施例对图2中的充电设备作进一步描述。总体而言，智能开关块201根据程序控制块202的指令来决定光伏电源(输入1)和电网电源(输入2)的电流输入比例。理想地，基本上全部太阳能产生的电能(100％的输入1)都可通过智能开关块201输出。电网电源(输入2)的输入比例，则可根据具体需要由程序控制块202来决定。接下来，对以上三种模式作进一步描述。为方便起见，在该实施例中第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式分别被称为模式1或“全太阳能充电模式”、模式2或“N小时充满电模式”、模式3或“PBP已充满电模式”。
-全太阳能充电模式，即只用光伏电源为PBP充电。在这种情况下，光伏电源的电流输入为100％；电网的电流输入为0。
-N小时充满电模式，即PBP的充电需要在N小时内完成。在该情况下，理想地，基本上100％的光伏电能全部用于为PBP充电，不足的部分使用电网电能来补足。补充的这部分电网电能是多少由程序控制块202计算决定。
-PBP已充满电模式，在此模式下，PBP已经充满电，100％光伏电能通过逆变器23回馈到电网中。
在N小时充满电模式下，程序控制块202会整合来自模式选择器203的模式选择信号以及各个输入和输出端的电流、电压信息，然后做出电路连接决定，并传送相应的命令给智能开关块201。智能开关块201会依照该命令连接输入1、输入2、输出1、输出2中相应的输入和输出端口。
为直观起见，上述三种模式及与其相关的一些信息在表2中给出。
表2
Figure BDA0003563671890000221
Figure BDA0003563671890000231
另外，当为PBP 24充电时，程序控制块202还会根据该PBP的充电程序要求——例如但不限于恒流恒压(CC/CV)等，计算充电期间的不同时间需提供给该PBP的输出电流和电压，然后命令电流/电压调整器相应地执行电流和/或电压调整。
另外，当程序控制块202(诸如经由输出缓冲器206)接收到的来自智能开关块201的输出1的输出端信号表明PBP已经充满电时，程序控制块202会自动进入模式3——即PBP已充满电模式，并按此指示智能开关块201建立相应的连接以建立馈电路径。
在上述具体实施例中，模式选择器203提供以下两种PBP充电模式供用户选择：全太阳能充电模式；N小时充满电模式，其中N的数值由用户通过模式选择器203输入来指定。在用户通过输入选择了充电模式的情况下，模式选择器203会将相应的模式选择命令传送给程序控制块202。在没有接收到用户输入的情况下，该选择器会自动选择模式1。
如上文所述，根据不同的情景，DC电流控制器20具有三种不同的运作模式。
一般的屋顶光伏发电设备的输出通常为12V/24V/48V的直流电。为保证控制器的安全和正常工作，将光伏电流通过一个太阳能充电器(在图2中，太阳能充电器21)提供给控制器是有利的。
在图2中的电流控制器20中，光伏电流首先会进入输入缓冲器205。光伏电源电流通过输入缓冲器205后会来到智能开关块201。当完全利用光伏电源为PBP 24充电时，模式选择器203命令程序控制块202发送指令给智能开关块201，指示智能开关块201：切断该PBP与电网电源的连接，并将所有光伏电源电流(输出1)导向电流/电压调整器204。
在模式1，为PBP 24充电的所有电流都来自光伏电源。程序控制块202根据收集的电流、电压信息以及该PBP的充电程序要求(例如，CC/CV)，综合计算分析所需的充电电流、电压，并发送指令给电流/电压调整器204，让其对通过其的电流/电压进行调整以适应该PBP。最后，光伏电源电流经过输出缓冲器206流入PBP 24，为其充电。
在这个模式下，会保持输入1向输出1的电能流动方向，即：输入1→输出1；电网电源的输入电流和输出电流都是0，即：输入2＝0；输出2＝0。
在模式2，PBP 24的充电需要在N小时内完成，所有的光伏电能都会用于为该PBP充电，不足的部分使用电网的电能来补足。
当模式2被选择时，模式选择器203会传送相应的指令给程序控制块202。程序控制块202会首先计算N小时内充满电所需的电能Preq。例如，作为一个过度简化的例子，假设要在4小时内充满一个5kWh的PBP，即：Preq(t)～5kWh/4h。事实上，为了满足PBP 24的充电程序要求——比如恒流恒压充电，在不同的充电时间t，DC电流控制器20的功率也不同，即Preq是随时间变化的Preq(t)。在模式2中，所有的光伏电源电流都会被利用来为PBP充电，而不足的部分由电网电源提供。因此，Preq(t)的来源有两个，即：
Preq(t)＝P1(t)+P2(t)，
其中，Preq(t)是充电设备为完成对PBP充电所需要的电能；P1(t)是来自光伏电源的能量，由当时的阳光条件决定；P2(t)是来自电网电源的能量，由程序控制块202计算决定。程序控制块202控制智能开关块201使得所需的光伏电源与电网电源的电流通过智能开关块201，被引导进入电流/电压调节器205，最后经由输出缓冲器206为PBP充电。
在这个模式下，来自输入1和输入2的电流会流向PBP，即：输入1+输入2→输出1；输出2＝0。
当PBP充满电后(或无PBP连接到充电设备时)，程序控制块202会从输出缓冲器206接收到相应的电信号并进入模式3。在模式3，程序控制块202会指挥智能开关块201，让所有光伏电源的电流(输入1)为电网供电(输出2)。
在这个模式下，会保持输入1向输出2的电能流动方向，即：输入1→输出2；输入2＝0；输出1＝0。
太阳能充电器21、AC-DC充电器22以及逆变器23的其他方面，分别与参照图1A针对太阳能充电器11a、AC-DC充电器12a以及逆变器13a所描述的相同或类似，这里不再赘述。
智能开关块201可由适于直流运行条件的开关组成。
图3是示出将根据本发明另一实施例的示例充电设备用于为PBP充电的示意图。在示出的系统3中，该充电设备包括AC电流控制器30、逆变器36，以及AC-DC充电器37。逆变器36用于将为直流电的光伏电力转换为交流电后提供给AC电流控制器30。AC-DC充电器37用于用AC电流控制器30输出的为交流电的充电电力为PBP 34充电。
智能开关块301和程序控制块302是AC电流控制器30的主要部件。除此以外，AC电流控制器30还包括模式选择器303、输入缓冲器305、输入缓冲器307、输出缓冲器306、输出缓冲器308。
输入缓冲器305、输入缓冲器307分别设置在AC电流控制器30的用于接收光伏电力和电网电力的输入端口处，具体地分别连接到智能开关块301的输入1和输入2。输出缓冲器306和输出缓冲器308分别设置在AC电流控制器30的用于输出电力的两个输出端口处，具体地分别连接到智能开关块301的输出1和输出2。来自逆变器36的光伏电力通过输入缓冲器305被提供到智能开关块301的输入1，来自电网的电力通过输入缓冲器307被提供到智能开关块301的输入2。
图3中还示出了按电流方向而言分别设置在输入缓冲器305的输出处、输入缓冲器307的输出处、输出缓冲器306的输入处、输出缓冲器308的输入处的二极管，这有利于防止反向电流流动，但不是必需的。
不同于图2中的DC电流控制器20，图3中的AC电流控制器30不具有电流/电压调整器。智能开关块301的输出1经由输出缓冲器306连接到PBP 34。在图3的情况下，由AC-DC充电器37执行图2中的电流/电压调整器204的调整功能。具体地，AC-DC充电器37将来自智能开关块301的输出1的充电电流和/或电压调整为适合提供给PBP 34的期望电流和/或电压。
另外，不同于图2中的DC电流控制器20，AC电流控制器30的运行电压与电网相同，例如为220V/AC。
此外，不同于图2中的情况，图3中的程序控制块302仅发送指令到智能开关块301，以控制智能开关块301的运行。
智能开关块301可由适于交流运行条件的开关组成。
除了上述不同之处，图3中的AC电流控制器30在其他方面可以与图2中的DC电流控制器20相同或类似。所述其他方面可以参照上述关于图2所述，这里不再重复。
图2中示出的DC电流控制器20和图3中示出的AC电流控制器30也可以与上文结合图1A和图1B的控制器10a和10b描述的相同方式配置，此时图2和图3中的模式选择器可以省略。
参照图2描述的DC电流控制器20的示例内部组成也可以适用于图1A中的电流控制器10a；根据情况，图2中的模式选择器203可以保留或省略。
参照图3描述的AC电流控制器30的示例内部组成也可以适用于图1B中的电流控制器10b；根据情况，图3中的模式选择器303可以保留或省略。
相比于采用直流控制器(如图1A和图2)，在采用交流控制器的情况下(如图1B和图3)，本发明的充电设备可以相对更简单地实现，但可能存在与将光伏电力从直流电转换成交流电相关的能量损失。
对于本发明的充电设备，用于用电网电源充电的充电器——若有，可以基于现有的电动汽车家用充电器的设计。
2号充电子系统
2号充电子系统用于将存储在PBP中的电传输到电动车，其额定电压应与PBP的电压和电动车的固定电池电压匹配(例如为180-420V；或者为220V以适应使用普通家用电源充电的电动车)。为了让PBP快速为电动车充电，其电流额定值可以被设计为10-30A。
根据其构造，2号充电子系统可以采用多种不同的方式将电能从PBP传输到电动车。就此而言，可参见表3，描述了将电力从PBP传输到电动车的三种不同方式(方式1、方式2、方式3)以及一些与PBP、电动车相关的信息。
表3
Figure BDA0003563671890000271
Figure BDA0003563671890000281
方式1类似于使用PBP作为便携式的移动充电桩。此时，PBP可以连接电动车使用普通充电桩充电所用的充电端口为电动车充电；这类似于用于大多数电动车的现有充电方法。进行充电时，电动车处于停车的状态。连接PBP和电动车的充电端口可以基于用于现有充电桩的标准化连接器。
由于PBP可以放置在电动车内，为了节省时间，可以在电动车行驶时使用PBP为电动车的固定电池充电，即方式2。此时，2号充电子系统的目的是利用存储在PBP中的电量为该电动车(通常是轻型电动车)的车载固定电池充电，其可以是一个DC-DC充电器。其工作电压范围为180V至420V；其电流额定值在10A至30A的范围内。这个子系统的实现需要修改电动车现有的充电系统。
最后，PBP可以成为电动车的电源系统的一部分，允许PBP直接驱动电动车的电机，即方式3。此时，需要对电动车的电气控制系统进行修改。
如果使用上述方式2或方式3的电能传输方式，电动车无须处于停车状态，只需将PBP插入到电动车，电动车即可立刻上路。
利用本发明，电动车的充电过程可以变得更简单、方便、灵活、快捷。
电动车
“电动车”应被广义地理解为部分地或全部地以电能作为动力源的车辆，包括本领域普通技术人员熟知的混合动力车辆和纯电动车辆。本发明适用于能够以电能作为动力源的各种车辆，包括跑车、用于公共交通的车辆(如小型巴士)。
本发明降低了对阳光条件的依赖，减少了可能因阳光不足而导致的负面影响。具体地，本发明的一些方案在阳光不足的情况下增加电网电力作为补充充电源，由此即使在阳光不足的情况下，也能适当地对PBP充电，不影响与PBP相关联的电动车的使用。本发明的一些方案在阳光不足以在用户指定的充电时间内将PBP充电到预定电量水平的情况下增加电网电力作为补充充电源，由此可避免因阳光不足而造成用户不便或产生不良体验。
另外，利用本发明，在没有足够阳光的情况下(例如在下雨天或在晚上)也能根据需要实现为电动车提供电力，因此本发明是特别实用的。
本发明将便携式电池包用作中间能量载体。便携式电池包是以独立于电动车的方式被提供，可独立于电动车存在和充电，因此在为便携式电池包充电时，电动车可以正常使用、无须闲置、不受任何影响。当需要时，充好电的便携式电池包可以连接到和/或结合于电动车以提供电力到电动车。
另外，本发明提供了一种便捷的方法来对电动车进行应急救援。例如，当电动车在道路上用尽电力时，将已充电的便携式电池包插入到电动车即可为电动车提供电力，从而实现对电动车的救援。
此外，通过提供作为中间能量载体的便携式电池包，可以部分地解决因充电桩不足而造成的对推广电动车的不利。例如，当电动车用户找不到充电桩时，他或她只需将电动车上的便携式电池包取下，然后再使用已充电的便携式电池包为电动车充电。对于取下的便携式电池包，电动车用户可以带回去，然后使用家用电源对其进行充电。如此，即使没有可用的充电桩时，电动车用户也能照常用车、不受影响。即，本发明的方案允许电动车在不使用充电桩的情况下进行充电。这将使城市电动车用户更容易和方便地为他或她的汽车充电。再如，在一些城市如香港，大多数车主没有自己的车库；电动车晚上很难停到私人充电站。对于这种情况，通过利用本发明的方案为便携式电池包充电，然后将充电后的便携式电池包用于为电动车提供电力，电动车用户能容易、方便地为他或她的汽车充电。对于推广电动车的使用，找到一种能帮助电动车用户更容易、方便地为他或她的汽车充电的方案是很重要的。因此，本文提出的技术可以帮助政府推广电动车的使用。
电动车的救援问题以及电动车用户的体验对于促进电动车的广泛使用是很重要的。
综上，本发明能提高利用太阳能为电动车提供电力的方便性和灵活性以及改善相关的用户体验，能避免用太阳能为电动车供电的现有技术的一些局限性和问题，有利于促进电动车的推广和使用、促进绿色运输的发展，实现由此导致的益处，如改善空气质量和环境等。
本发明还提供用于便携式电池包充电的充电方法。上文关于本发明的充电设备及其控制器描述的各方面和细节适用于该方法。
本发明还提供相应的计算机设备，该计算机设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，所述计算机指令在由所述处理器执行时导致根据本发明的充电方法被执行。
本发明还提供相应的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时导致根据本发明的充电方法被执行。
本领域普通技术人员可以理解，本发明的方法的步骤可以通过计算机程序来指示相关的硬件如计算机设备或处理器完成，所述的计算机程序可存储于非暂时性计算机可读存储介质中，该计算机程序被执行时导致本发明的方法的步骤被执行。根据情况，本文中对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器的示例包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘等。易失性存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、外部高速缓冲存储器等。
以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。
最后应当说明的是，以上实施例仅为本发明的较佳实施例而已，而非对本发明保护范围的限制。本领域的普通技术人员应当理解，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (33)

1.一种用于便携式电池包充电的控制器，适于接收由太阳能转换来的第一电力和来自电网的第二电力，并适于连接到所述便携式电池包，所述控制器具有至少第一工作模式和第二工作模式，所述第二工作模式由所述控制器响应于接收到指示充电时间的第二模式选择信号而启用，所述第一工作模式由所述控制器响应于接收到指示纯太阳能充电的第一模式选择信号或未检测到任何模式选择信号而启用，所述控制器被配置为：
在所述第一工作模式下，仅建立所述便携式电池包与提供所述第一电力的第一电力源之间的第一充电路径；
在所述第二工作模式下，建立所述第一充电路径，以及仅在以下情况下建立所述便携式电池包与提供所述第二电力的第二电力源之间的第二充电路径：当确定所述第一电力达不到按在指示的所述充电时间内将所述便携式电池包充电至预定电量水平所要求的电力时，
其中，在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，由所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器包括智能开关块和程序控制块，
其中，所述智能开关块具有：
第一输入，适于接收所述第一电力；
第二输入，适于接收所述第二电力；和
第一输出，适于连接到所述便携式电池包，
其中，所述程序控制块适于接收所述模式选择信号，并适于与所述智能开关块通信，所述程序控制块被配置为：
在所述第一工作模式下，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第一充电路径；
在所述第二工作模式下，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第一充电路径，以及仅在以下情况下指示所述智能开关块建立所述第二输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第二充电路径：当确定所述第一电力达不到按在指示的所述充电时间内将所述便携式电池包充电至预定电量水平所要求的电力时。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述控制器还具有第三工作模式，并且还被配置为：
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，启用所述第三工作模式；
在所述第三工作模式下，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
4.根据从属于权利要求2时的权利要求3所述的控制器，其中，所述智能开关块还具有：第二输出，适于连接到所述第二电力源，
其中，所述程序控制块还被配置为：
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，进入所述第三工作模式；
在所述第三工作模式下，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第二输出之间的连接以建立所述馈电路径。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述预定电量水平是所述便携式电池包的满电量水平。
6.根据权利要求2或4所述的控制器，其中，
所述控制器为直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压，
或者，
所述控制器为交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
7.一种用于便携式电池包充电的充电设备，包括根据权利要求1-5中任一项所述的控制器。
8.根据直接或间接地引用权利要求2时的权利要求7所述的充电设备，其中，所述控制器是直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压。
9.根据引用权利要求4时的权利要求8所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在所述第二输出和所述电网之间，并将来自所述第二输出的直流电力转换成交流电后馈送到所述电网。
10.根据权利要求8或9所述的充电设备，还包括：
第一充电器，为DC-DC充电器，适于连接在光伏电源和所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一直流电力到所述第一输入；
第二充电器，为AC-DC充电器，适于连接在所述电网和所述第二输入之间，并由从所述电网接收的交流电提供用于充电的所述第二直流电力到所述第二输入，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
11.根据直接或间接地引用权利要求2时的权利要求7所述的充电设备，其中，所述控制器是交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
12.根据权利要求11所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在光伏电源与所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一交流电力到所述第一输入；
AC-DC充电器，适于连接在所述第一输出和所述便携式电池包之间，并用来自所述第一输出的交流电力为所述便携式电池包充电，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
13.一种用于便携式电池包充电的控制器，适于接收由太阳能转换来的第一电力和来自电网的第二电力，并适于连接到所述便携式电池包，所述控制器被配置为：
建立所述便携式电池包与提供所述第一电力的第一电力源之间的第一充电路径；
感测所述第一电力，并仅在感测的所述第一电力低于预定电力水平的情况下建立所述便携式电池包与提供第二电力的第二电力源之间的第二充电路径，
其中，用所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
14.根据权利要求13所述的控制器，其中，所述控制器包括智能开关块和程序控制块，
其中，所述智能开关块具有：
第一输入，适于接收所述第一电力；
第二输入，适于接收所述第二电力；和
第一输出，适于连接到所述便携式电池包，
其中，所述程序控制块适于与所述智能开关块通信，所述程序控制块被配置为：
指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第一充电路径；
感测所述第一电力，并仅在感测的所述第一电力低于所述预定电力水平的情况下指示所述智能开关块建立所述第二输入与所述第一输出之间的连接以建立所述第二充电路径。
15.根据权利要求13或14所述的控制器，其中，所述控制器还被配置为：
响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
16.根据从属于权利要求14时的权利要求15所述的控制器，其中，所述智能开关块还具有：第二输出，适于连接到所述第二电力源，
其中，所述程序控制块还被配置为：
响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述控制器断开连接，指示所述智能开关块建立所述第一输入与所述第二输出之间的连接以建立所述馈电路径。
17.根据权利要求14或16所述的控制器，其中，
所述控制器为直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压，
或者，
所述控制器为交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
18.一种用于便携式电池包充电的充电设备，包括根据权利要求11-16中任一项所述的控制器。
19.根据直接或间接地引用权利要求14时的权利要求18所述的充电设备，其中，所述控制器是直流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为直流电的第一直流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为直流电的第二直流电力，所述控制器还包括连接到所述第一输出的电流/电压调整器，其中，所述程序控制块适于与所述电流/电压调整器通信，并被配置为：指示所述电流/电压调整器将来自所述第一输出的直流电流和/或电压调整为适合提供给所述便携式电池包的期望电流和/或电压。
20.根据引用权利要求16时的权利要求19所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在所述第二输出和所述电网之间，并将来自所述第二输出的直流电力转换成交流电后馈送到所述电网。
21.根据权利要求19或20所述的充电设备，还包括：
第一充电器，为DC-DC充电器，适于连接在光伏电源和所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一直流电力到所述第一输入；
第二充电器，为AC-DC充电器，适于连接在所述电网和所述第二输入之间，并由从所述电网接收的交流电提供用于充电的所述第二直流电力到所述第二输入，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
22.根据引用权利要求14时的权利要求18所述的充电设备，其中，所述控制器是交流控制器，在所述第一输入处接收的所述第一电力是为交流电的第一交流电力，在所述第二输入处接收的所述第二电力是为交流电的第二交流电力。
23.根据权利要求22所述的充电设备，还包括：
逆变器，适于连接在光伏电源与所述第一输入之间，并由从所述光伏电源接收的直流电提供用于充电的所述第一交流电力到所述第一输入；
AC-DC充电器，适于连接在所述第一输出和所述便携式电池包之间，并用来自所述第一输出的交流电力为所述便携式电池包充电，
其中，所述第一电力源包括所述光伏电源，所述第二电力源包括所述电网。
24.一种包括电动车的系统，包括：
根据权利要求7-12和18-23中任一项所述的充电设备；和
所述便携式电池包，
其中，所述充电设备用于为所述便携式电池包充电，充电后的所述便携式电池包适于整合到所述电动车的电池管理系统以直接为所述电动车供电，或适于安装在所述电动车中并连接到所述电动车的充电端口以为行驶中的所述电动车的车载电池充电，或适于连接到所述电动车的充电端口以为静止的所述电动车的车载电池充电。
25.一种用于便携式电池包的充电方法，由充电设备执行，所述方法包括：
响应于接收到指示充电时间的第二模式选择信号而启用第二工作模式；
响应于接收到指示纯太阳能充电的第一模式选择信号或未检测到任何模式选择信号而启用第一工作模式，
其中：
在所述第一工作模式下，仅建立所述便携式电池包与提供第一电力的第一电力源之间的第一充电路径，所述第一电力由太阳能转换来，
在所述第二工作模式下，建立所述第一充电路径，以及仅在以下情况下建立所述便携式电池包与提供第二电力的第二电力源之间的第二充电路径：当确定所述第一电力达不到按在指示的所述充电时间内将所述便携式电池包充电至预定电量水平所要求的电力时，所述第二电力来自电网；以及，
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，用所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
26.根据权利要求25所述的充电方法，还包括：
在所述第一工作模式和所述第二工作模式中的任一工作模式下，响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述充电设备断开连接，启用第三工作模式，
其中，在所述第三工作模式下，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
27.根据权利要求25或26所述的充电方法，所述充电设备包括根据权利要求1-6中任一项所述的控制器，或所述充电设备是根据权利要求7-12中任一项所述的充电设备。
28.一种用于便携式电池包的充电方法，由充电设备执行，所述方法包括：
建立所述便携式电池包与提供第一电力的第一电力源之间的第一充电路径，所述第一电力由太阳能转换来；
感测所述第一电力，并仅在感测的所述第一电力低于预定电力水平的情况下建立所述便携式电池包与提供第二电力的第二电力源之间的第二充电路径，所述第二电力来自电网；以及，
用所述第一电力源和所述第二电力源中的、与所述便携式电池包之间建立了充电路径的电力源为所述便携式电池包充电。
29.根据权利要求28所述的充电方法，还包括：
响应于所述便携式电池包充满电或所述便携式电池包与所述充电设备断开连接，建立所述第一电力源与所述第二电力源之间的馈电路径以将所述第一电力馈送到所述电网。
30.根据权利要求28或29所述的充电方法，所述充电设备包括根据权利要求13-17中任一项所述的控制器，或所述充电设备是根据权利要求18-23中任一项所述的充电设备。
31.根据权利要求1-6和13-17中任一项所述的控制器或根据权利要求7-12和18-23中任一项所述的充电设备用于为便携式电池包充电的方法。
32.一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，所述计算机指令在由所述处理器执行时导致根据权利要求25-30中任一项所述的充电方法被执行。
33.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时导致根据权利要求25-30中任一项所述的充电方法被执行。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI842176B (zh) * 2022-11-03 2024-05-11 國立虎尾科技大學 交流及直流電源轉換設備

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