CN115366732A - 电动车辆充电系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种电动车辆电池充电系统，用于利用输入充电电源对多个充电站处的电动车辆进行电池充电，包括：输入充电电源；多个充电站，在每个充电站处具有用于将输入电源连接到用于用户连接需要电池充电的电动车辆的充电电源连接端口的电力切换设备；以及用于用户选择充电服务参数并观察充电状态的用户界面面板；用于测量输入充电电源的电流的电流感测设备，或用于测量每个电力切换设备处的电流的多个电流感测设备，或两者；网络切换控制器，用于控制输入充电电源和充电服务站之间的电力连接；以及网络切换控制器、充电站和电流感测设备之间的通信链路，用于获取电流测量值、用户输入、对充电站处的电力切换设备的控制以及可选地充电服务状态的发送。

Description

电动车辆充电系统及其操作方法
技术领域
此发明涉及公共或私人停车设施中电动车辆的充电。更具体地，此发明涉及用于构建基础设施的电力分配网络，用于从具有小得多的功率容量的输入充电电源为大量的充电位置提供服务。
背景技术
为了改善环境，电动车辆变得越来越普遍，以代替传统的内燃机车辆。支持电动车辆的广泛采用或普及的一个重要因素是在公共或私人停车位置对电动车辆的电池充电支持。
到今天为止，并不是每个停车位置都为电动车辆提供充电电源来为电池充电。另外，提供充电电源的停车位置通常可能被实际上不需要电池充电服务的其他车辆(例如，内燃机车辆或不需要电池充电的电动车辆)占用。这种情况降低了充电电源的利用率，并导致电动车辆在公共停车设施中排队等候带有充电电源的停车位。此外，如所讨论的那样，将充电电源布线以将基础结构建立到每个停车位会导致大量的投资，并且由于利用率低而不能容易地证明其合理性。
此发明的一个目的是，通过根据从需要实际的电池充电服务的充电服务位置产生的实时实际充电需求，将输入充电电源智能地动态地连接到需要充电操作的多个充电位置，从而可以大大提高输入充电电源的利用率，来解决或基本上缓解上述问题。这在概念上与电话切换网络相似，在电话切换网络中，只有在必要时才建立通信链路，以便可以用较少数量的物理电话线路为大量人口提供服务。在此发明中，如果充电电源具有足够的剩余电力(电流限制)来支持新的电池充电请求，则在必要时，输入充电电源将代替通信链路而被连接至电力充电请求位置，这样就不会发生过流电力故障。对于无法立即支持提出的新充电请求的充电位置，此新请求将存储在系统中的充电服务等待队列中。当有足够的剩余电流容量可用(其他充电位置在充电完成后从输入电源汲取的电流减少)时，系统将根据随后分配的优先级建立新的充电服务连接。在任何特定位置完成充电后，与输入充电电源的连接优选地断开。因此，不同的位置可以利用相同的输入充电电源来动态地充电。作为此发明的结果，大大提高了输入充电电源的利用率，因此输入充电电源的电流容量可以比同时操作所有充电位置所需的电流小得多。在此发明中，输入充电电源可以是AC或DC，以进一步将电力分配给充电位置。
发明内容
根据此发明的优选的设计实施例，提供了一种电动车辆电池充电系统，用于利用输入充电电源对多个充电位置处的电动车辆进行电池充电，包括：输入充电电源；多个充电站，在每个充电站处具有用于将输入电源连接到用于用户连接需要电池充电的电动车辆的充电电源连接端口的电力切换设备，以及用于用户选择充电服务参数并观察充电状态的用户界面面板；用于测量输入充电电源的电流的电流感测设备，或用于测量每个电力切换设备处的电流的多个电流感测设备，或两者；网络切换控制器，用于控制输入充电电源和充电服务站之间的电源连接；以及网络切换控制器、充电站和电流感测设备之间的通信链路，用于获取电流测量值、用户输入、对充电站处的电力切换设备的控制以及可选地充电服务状态的发送。
优选地，输入充电电源可以是AC或DC。
优选地，每个充电站包括经由通信链路在网络切换控制器的控制下，将输入充电电源连接至充电电源连接端口以用于用户将充电电源连接至需要电池充电的电动车辆的充电电源切换设备，以及用于用户选择充电服务类型并观察与充电服务有关的状态的用户界面面板。
优选地，电力切换设备可以是机电继电器、固态继电器或电力切换半导体设备，经由通信链路在网络切换控制器的控制下，具有断开或接通的连接状态。
优选地，用于测量通过每个电力切换设备的电流的电流感测设备可以位于输入充电电源侧和/或相应的电力切换设备的充电电源连接端口侧，其中测量的电流数据可以经由通信链路被发送至网络切换控制器。
优选地，网络切换控制器监视从充电电源和/或在进行充电操作的每个充电站得到的实际电流，以确保输入充电电源的额定电流与符合来自在进行充电操作的充电站的充电电力需求的持续电流相匹配，从而不会发生输入充电电源的过电流故障。
优选地，在输入充电电源处可获得足够的剩余电流容量的情况下，网络切换控制器在输入充电电源与经由相应的电力切换设备提出新的充电服务请求的充电站之间立即建立新的电力互连。
优选地，网络切换控制器维持由于输入充电电源的电力(电流)限制而不能基于请求而被立即连接到输入充电电源的请求充电服务的充电站的充电服务等待队列。当输入充电电源处的剩余电力(电流)容量由于其他充电站处的充电的完成而可用时，网络切换控制器在输入充电电源与根据优先级方案在充电服务等待队列中选择的充电站之间建立互连。
优选地，网络切换控制器的优先级方案根据队列中的等待时间、所请求的服务的类型(例如，快速/正常/缓慢充电等)和/或通过用户选择的收费充电方案的类型(例如高峰时段或经济时段)等中的任何一种或组合，从充电服务等待队列中选择新的连接充电站。
可选地，优先级方案可以可选地由电动车辆充电系统操作员经由系统操作员界面终端机/面板在网络切换控制器中定制。
优选地，网络切换控制器可以是具有适当固件的特殊制作的硬件或具有适当通信接口链接的计算机。
优选地，通信链路可以是诸如RS-232、USB、RS-485、互联网、内联网等的标准有线网络，或者诸如WiFi或其他无线数据网络的无线标准公共或专用网络，或其他类型的通信网络。
附图说明
现在将参考附图通过示例描述此发明的实施例，其中：
图1是此发明的电动车辆充电系统的框图；
图2是示出网络切换控制器的优选设计实施例的框图。
具体实施方式
图1是此发明的优选设计实施例的框图。在图1中，100是发明的电动车辆电池充电系统，包括连接到大量的充电站1031-n的输入充电电源101，以及用于测量从输入电源得到的实际电流的电流感测设备102或与多个电力切换设备1051-n串联连接用于测量流过电力切换设备1051-n中的每个电力切换设备的实际电流的电流感测设备1041-n，或两者。来自电力切换设备1051-n中的每个切换设备的电力输出线进一步连接到充电站1031-n中的相应充电站内的充电电源连接端口1061-n中的充电电源连接端口。电流感测设备1041-n和电力切换设备1051-n的不同分支中的串联连接顺序不是必需的，并且由于可替代的连接在电路上是等效的，因此可以颠倒。因此，电流感测设备1041-n的位置可以在输入充电电源101侧，或者在电力切换设备1051-n的充电电源连接端口1061-n侧。输入充电电源可以是AC或DC。测量从输入充电电源101得到的实际电流的电流感测设备102，或者用于测量在通往充电电源连接端口1061-n的每个分支处得到的实际电流的电流感测设备1041-n只需选其中之一。电流感测设备102和电流感测设备1041-n两者的共存提供了用于软件检查的冗余以及在硬件故障期间的作为后备的优点。用户使用在相应停车位处的充电站1031-n中的对应的充电站处的充电电源连接端口1061-n中的每个充电电源连接端口连接到需要电池充电服务的电动车辆。另外，在充电站1031-n中的任何特定充电站处，提供用户界面面板1071-n给用户使用，以供用户输入对充电服务参数(诸如但不限于快速/慢速充电服务、服务优先级等的类型、服务费支付选项等)的选择，以及查看实际的充电状态，诸如但不限于充电服务可用、充电服务等待、快速/正常/慢速充电进行中以及充电已完成。网络切换控制器108通过通信链路1091-n连接到电力切换设备1051-n，用于经由电力切换设备1051-n的断开和接通来控制输入充电源101和充电站1031-n之间的动态物理电力互连，以及通过电流感测设备1041-n中的相应电流感测设备获得实际电流测量数据。可替代地，取代经由通信链路1091-n从电流感测设备1041-n获得实际电流测量数据，可以使用另一通信链路110(或者可以被标记为1090或109n+1)来从电流感测设备102获得电流测量数据。获得两组实际电流测量数据提供了如前所述的冗余。网络切换控制器108、充电站1031-n、电力切换设备1051-n、电流感测设备1041-n和电流感测设备102之间的通信链路1091-n和通信链路110可以优选地是诸如RS-232、USB、RS-485、互联网、内联网等等的有线标准网络，或专有的有线网络，或无线标准公共或专用网络，诸如WiFi或其他特殊的无线数据网络，或来自此类候选项的组合，或其他类型的通信网络。
网络切换控制器108对由充电站1031-n产生的充电服务的需求的反应，经由电力切换设备1051-n的开/关控制来控制输入充电电源101与充电站1031-n中的充电电源连接端口1061-n之间的动态物理充电电源互连。网络切换控制器108通过监视来自各种电流感测设备102或/和1041-n的电流测量数据来确定是可以立即受理来自充电站1031-n中的特定充电站的新的充电服务请求，还是需要将其存储在充电服务等待队列中。可以通过经由通信链路110监视电流感测设备102的电流测量数据来通过网络切换控制器108进行对从输入充电电源101得到的实际总电流的监视，和/或通过经由通信链路1091-n监视电流感测设备1041-n的电流测量数据来进行对充电操作中的充电站中的各种充电电源连接设施处得到的电流的监视。由于输入充电源的电流容量是具有已知值的参数，因此确定是否可以立即受理具有相关电流要求的新的充电服务请求的第一种方法是计算输入充电电源电流限制值减去来自电流感测设备102的电流测量数据的值。如果结果大于从充电站1031-n中特定充电站产生的新充电请求所需的电流，则可以立即受理此新的充电服务请求。然后，网络切换控制器将经由通信链路1091-n中的相应通信链路发出命令，以接通电力切换设备1051-n中的相应电力切换设备，以将充电电力提供给充电站1031-n中的相应充电站处的充电电源连接端口106n中的相应充电电源连接端口。可替代地，网络切换控制器计算输入充电电源电流极限的值减去来自正在进行充电服务的电流感测设备1041-n的电流测量数据的总和的值。如果结果大于由充电站1031-n中的特定充电站产生的新的充电请求所需的电流，则可以立即受理此新的充电服务请求。然后，网络切换控制器将经由通信链路1091-n中的相应的通信链路发出命令，以接通电力切换设备1051-n中的相应的电力切换设备，以将充电电力提供给充电站1031-n中的相应充电站处的充电电源连接端口106n中的相应的充电电源连接端口。对于任何一种情况，只要不超过输入充电电源101的电流极限(不是过电流故障)，就可建立立即的电力连接，以满足充电站1031-n中的特定服务请求充电站产生的需求。如果不能对由充电站1031-n中的特定充电站产生的新的充电服务请求立即提供充电服务，则这样的请求将被存储在网络切换控制器108处保持的充电服务等待队列中。在充电站1031-n中其他充电站的充电操作完成之后，电力切换控制器108将基于释放的电流容量根据优先级方案从充电服务等待队列中选择候选者，以经由电力切换设备1051-n中的相应的电力切换设备建立新的电力连接。优先级方案可以基于以下因素中的一个或多个，诸如，充电服务等待队列中的等待时间、请求的充电服务的类型(例如，快速/慢速充电，高级收费/经济服务)或其他。优先级方案可以由系统操作员经由直接连接或通过通信链路连接到网络切换控制器108的终端机/面板在网络切换方控制器108中设置。电动车辆充电系统的运行状态也可以在系统操作员终端/面板上提供。
图2是示出网络切换控制器的优选设计实施例的框图。在图2中，网络切换控制器200具有用于操作通信链路1091-n或/和通信链路110或两者的通信接口201，用于控制电动车辆电池充电系统100的操作的控制单元202，用于操作软件/固件、操作数据和充电服务等待队列的存储器203，以及到系统操作员终端机/面板的可选的系统操作员界面204。网络切换控制器可以通过专门构建的硬件和固件来实现，或可替代地通过具有适当通信接口链接的计算机来实现。
本领域技术人员将认识到，可以对相对于特定实施例所示的此发明进行多种变化和/或修改，而不背离如权利要求中所限定的此发明的范围。因此，此发明的所描述的实施例在所有方面都是说明性的而不是限制性的。例如，图1中所示的电力切换设备1051-n和/或相关联的电流感测设备1041-n可以实际上位于充电站1051-n以外的地方，这在逻辑上等同于图1，因为这仅仅是系统重新划分。另一个示例是多个输入充电源，以在一个或多个网络切换控制器的控制下支持不同的充电类型(AC/DC)和/或不同的物理位置。这些是在此发明的范围内的电动车辆充电系统的典型示例。

Claims (12)

1.一种电动车辆电池充电系统，用于利用输入充电电源对多个充电位置处的电动车辆进行电池充电，包括：
输入充电电源；
多个充电站，在每个充电站处具有用于将输入电源连接到用于用户连接需要电池充电的电动车辆的充电电源连接端口的电力切换设备，以及用于用户选择充电服务参数并观察充电状态的用户界面面板；
用于测量输入充电电源的电流的电流感测设备，或用于测量每个电力开关设备处的电流的多个电流感测设备，或两者；
网络切换控制器，用于控制输入充电电源和充电站之间的电力连接；以及
网络切换控制器、充电站和电流感测设备之间的通信链路，用于获取电流测量值、用户输入、对充电站处的电力切换设备的控制以及可选地充电服务状态的发送。
2.根据权利要求1所述的电动车辆电池充电系统，其中，输入充电电源是AC或DC。
3.根据权利要求1所述的电动车辆电池充电系统，其中，每个充电站包括经由通信链路在网络切换控制器的控制下，将输入充电电源连接至充电电源连接端口以用于用户将充电电源连接至需要电池充电的电动车辆的电力切换设备，以及用于用户选择充电服务类型并观察与充电服务有关的状态的用户界面面板。
4.根据权利要求3所述的电动车辆电池充电系统，其中，电力切换设备是机电继电器、固态继电器或电力切换半导体设备，经由通信链路在网络切换控制器的控制下，具有断开或接通的连接状态。
5.根据权利要求1所述的电动车辆电池充电系统，其中，用于测量每个电力切换设备的电流的电流感测设备位于输入充电电源侧和/或电力切换设备的相应的充电电源连接端口侧，其中测量的电流数据经由通信链路被发送至网络切换控制器。
6.根据权利要求1所述的电动车辆电池充电系统，其中，所述网络切换控制器监视从充电电源得到的实际电流和/或在进行充电操作的每个充电站处得到的实际电流，以确保权输入充电电源的额定电流与符合来自充电站的充电电力需求的持续电流相匹配，从而不会发生输入充电电源的过电流故障。
7.根据权利要求6所述的电动车辆电池充电系统，其中，在输入充电电源处具有足够的剩余电流容量的情况下，所述网络切换控制器在输入充电电源与经由相应的电力切换设备提出新的充电服务请求的充电站之间立即建立新的电力互连。
8.根据权利要求6所述的电动车辆电池充电系统，其中，所述网络切换控制器维持由于输入充电电源的电流限制而不能立即连接到输入充电电源的请求充电服务的充电站的充电服务等待队列，以及当输入充电电源处的剩余电流容量由于其他充电站处的充电的完成而可用时，网络切换控制器根据优先级方案在输入充电电源与根据优先级方案在充电服务等待队列中选择的充电站之间建立互连。
9.根据权利要求8所述的电动车辆电池充电系统，其中，所述网络切换控制器的优先级方案根据队列中的等待时间、所请求的服务的类型(例如，快速/正常/缓慢充电等)和/或通过用户选择的收费充电方案的类型(例如高峰时段或经济时段)中的任何一种或组合，从充电服务等待队列中选择新的连接充电站。
10.根据权利要求9所述的电动车辆电池充电系统，其中，所述优先级方案能够由电动车辆充电系统操作员经由系统操作员界面终端机/面板在网络切换控制器中定制。
11.根据权利要求10所述的电动车辆电池充电系统，其中，所述网络切换控制器是具有适当固件的特殊制作的硬件或具有适当通信接口链接的计算机。
12.根据权利要求1所述的电动车辆电池充电系统，其中，所述通信链路是标准有线网络，或者专有有线网络，或者无线标准公共或专用网络，或者其他类型的通信网络。
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