CN218594163U - 电动车辆充电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于在充电时段期间执行充电过程的充电装置。所述充电装置包含一个或多个电动车辆(EV)充电器；能够控制所述一个或多个EV充电器的负载管理装置(LMS)；网络连接装置，包括用于将所述一个或多个EV充电器链接到所述负载管理系统的一个或多个有线或无线连接单元；和精确的基于时间和能量的控制装置，用于动态调节所述一个或多个EV充电器的输出功率，以满足预设充电曲线。所述充电时段被分成多个充电部分，并且所述LMS调节每个充电部分的所述充电输出功率，以弥补在先前充电部分中的充电能量不足。

Description

电动车辆充电装置
技术领域
本公开总体上涉及电动车辆充电装置。具体而言，本公开涉及电力装置，其中包含电源和负载管理控制，另外，本公开涉及IEC 62196-2标准和IEC 61851标准。
背景技术
当许多电动车辆(EV)充电器安装在停车场时，对电源的需求会是巨大的，即使不考虑多样性。因此，通常需要负载管理装置(LMS)来调节负载，以便减少对充电装置的电力供应，特别是对于一些电力供应有限的场所，且需要安装更多的EV充电器。当发生充电费用时，LMS计算充电服务成本的常用方法要么是基于充电时间的(即基于时间的)，要么是基于充电能量的(即基于能量的)。基于能量的支付方法更直接，但基于时间的方法(对于1小时充电服务是固定金额的)对于运营商和用户两者来说将更容易管理。然而，基于时间的方法可能有其缺点。例如，输出充电功率通常是固定的，但EV的功率吸收取决于不同的型号，因此如果输出功率受到运营商的限制，一些用户可能会抱怨充电能量低于他们的预期，或者如果运营商向充电器释出更多的输出功率，运营商可能会承受额外的电力成本。
因此，更期望有一种充电装置，其具有精确的基于时间和能量两者的控制流程来在固定时间段内调节充电器的输出功率，使得EV可以在所述时间内接收预设充电能量。此外，结合附图和本公开的背景技术，通过随后的详细描述和所附权利要求，其它期望的特征和特性将变得显而易见。
实用新型内容
鉴于前述背景技术，本公开的目的是提供一种充电装置，其具有精确的基于时间和能量的控制装置，用于动态调节用于EV的充电器的输出功率。所述基于时间和能量表示本申请的充电装置可以随着
在某些实施例中，提供了一种用于在向EV充电的充电时段期间执行充电过程的EV充电装置。所述EV充电装置包含：一个或多个EV充电器；能够控制所述一个或多个EV充电器的负载管理装置(LMS)；网络连接装置，包括用于将所述一个或多个EV充电器链接到所述负载管理装置的一个或多个有线或无线连接单元；和精确的基于时间和能量的控制装置，用于动态调节所述一个或多个EV充电器的输出功率，以满足预设充电曲线。其中，所述充电时段被分成多个充电部分，并且LMS被配置成根据所述充电能量控制装置来调节所述EV充电器在每个充电部分的输出功率，以补偿在先前充电部分中的能量不足。
根据本申请的技术方案，所述基于时间和能量的控制装置表示所述充电装置可以在充电时段期间随着时间来调整各个充电部分的输出功率，例如根据在先前充电部分时充电能量不足而增加在后充电部分时的充电能量，从而使电动车辆得到理想的预计充电能量。
在某些实施例中，所述精确的基于时间和能量的控制装置用于：收集EV充电器的数据，其包含电压、电流、相数、充电时间和充电能量；和在预定时间将EV充电器的输出功率控制到预定值。所述输出功率包括所述EV充电器输出的充电电流。
本实用新型内容被提供用于以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在以下的具体实施方式部分进一步描述。本实用新型内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。如下文的实施例所示，公开了本实用新型的其它方面和优点。
附图说明
附图包含进一步说明和阐明本公开的上述和其它方面、优点和特征的图。可以理解，这些附图仅描绘了本公开的某些实施例，并不旨在限制其范围。还可以理解，这些附图是为了简单和清楚而示出的，并且不一定是按比例描绘的。现在将通过使用附图以额外的特征和细节来描述和解释本公开，在附图中：
图1是根据本实用新型的一些实施例的充电装置的框图；
图2是示出了根据本实用新型的充电装置的一些实施例中的基本充电能量控制装置的控制算法的图表；
图3是示出了根据本实用新型的一些实施例的预设充电曲线的图表；
图4是图表，其示出了当充电能量轻度不足以满足预设充电曲线时的情况，以及如何通过所提出的根据本实用新型的一些实施例的充电能量控制装置中的控制算法来解决这一问题；
图5是图表，其示出了当充电能量重度不足以满足预设充电曲线时的情况，以及如何通过所提出的根据本实用新型的一些实施例的充电能量控制装置中的控制流程来解决这一问题；
图6是图表，其示出了当在充电时段中发生电力供应不足时的情况，以及如何通过所提出的根据本实用新型的一些实施例的充电能量控制装置中的控制流程来补救这种情况；
图7是所提出的根据本实用新型的一些实施例的基于时间和能量的充电能量控制装置中的控制流程的主程序流程图；并且
图8是所提出的根据本实用新型的一些实施例的基于时间和能量的充电能量控制装置中的控制流程的用于输出能量-电流表的子例程的流程图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开或其应用和/或用途。可以理解，存在大量的变型。详细描述将使本领域普通技术人员能够实施本公开的示例性实施例，而无需过度的实验，并且应当理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的功能和结构进行各种改变或修改。
益处、优点、对问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加显著的任何元素都不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或元素。本实用新型仅由所附权利要求限定，包含在本申请未决期间所做的任何修正以及所发布的那些权利要求的所有等同物。
在描述本实用新型的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个/一种”、“所述”和“至少一个”以及类似指示词的使用应被解释为均涵盖单数和复数，除非本文另有指示或者与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即，表示“包含但不限于”)。本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如“诸如”)的使用，仅仅旨在更好地说明本实用新型，而不是对本实用新型的范围进行限制，除非权利要求另有明确说明。除非本文另有指示，否则本文中的数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入所述范围内的每个单独数值的简略表达方法，并且每个单独数值都被并入到说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的元素对于本实用新型的实践是必不可少的。
如本文使用，术语“电动车辆”或缩写“EV”是指部分地(例如，混合动力车辆)或完全地基于存储的电力操作的任何车辆。这种车辆可以包含例如公路车辆(汽车、摩托车、卡车等)、轨道车辆和水下船只。
除非另有定义，否则说明书中使用的所有技术和科学术语应具有与本实用新型所属领域的普通技术人员所通常理解相同的含义。
鉴于背景技术，公开了本实用新型以提供一种充电装置，其具有精确的基于时间和能量的控制装置，用于动态调节EV充电器的输出功率以对EV充电。
图1是根据本实用新型的一些实施例的电动车辆充电装置，包括负载管理装置(LMS)100、一个或多个EV充电器101、网络连接装置102、和支付装置103，所述网络连接装置102包括用于将所述一个或多个EV充电器101链接到LMS 100的一个或多个有线或无线连接单元。支付装置103可以是分立的装置或与LMS 100集成的装置，以基于充电时间和能量向用户收取EV充电服务的费用。EV充电器101可以是单相交流(AC)充电器或3相AC充电器。EV充电器101不限于任何充电标准。
图2是根据本实用新型的充电装置的一些实施例中的充电能量控制装置的基本充电能量控制流程的图表。充电过程包括一个或多个充电时段200，其中每个充电时段200被分成n个充电部分203。在某些实施例中，充电时段200被定义为例如1小时的时间段。在充电时段200内的总充电能量201(如等式1中Eout所示)是每个充电部分202内的能量(如等式2中eout所示)的总和。总充电能量由充电器运营商定义，通常以kWh(千瓦时)为单位。
Figure BDA0003970707130000041
Figure BDA0003970707130000042
其中，Eout＝在充电时段内的充电能量，比如每小时的充电能量，
vout(t)＝充电电压(假设充电电压在整个充电时段内恒定)，
iout(t)＝充电电流，
n＝在一个充电时段内的充电部分的数量。
图3是根据本实用新型的一些实施例的预设充电曲线的图表，用于显示本实用新型中的充电能量控制装置的基本充电控制流程300，其将在充电时段内的充电过程分成三个充电阶段，即最大功率充电阶段301、降低功率充电阶段302和最小功率充电阶段303。每个充电阶段将进一步被分成几个充电部分。第一充电阶段是最大功率充电阶段301，其中输出电流极限将被设置为最大值。在某些实施例中，最大输出电流/输出功率是32A，如IEC61851中针对AC充电器所规定的。第二充电阶段是降低功率充电阶段302，其中充电电流将从最大极限逐渐降低到其最小极限。最后的充电阶段是最小功率充电阶段303，其中充电器将仅向EV输送最小充电电流/输出功率。在某些实施例中，最小充电电流是6A，如IEC 61851中所规定的。利用由运营商设置的每个充电时段的充电能量的限制，LMS100被配置成计算在输出能量中的阶跃变化，即Δeout 304，并且在降低功率充电阶段期间，每个充电部分的电流极限将降低Δeout÷vout。因此，总累积能量等于运营商的限定的总充电能量。
在本说明书中，术语“流程”只是便于描述本实用新型的充电能量控制装置的特征或操作。实际上，所述控制流程可以作为专用的控制模块或硬件被包含在所述充电能量控制装置中，使所述控制装置执行充电过程的三个充电阶段中的任一个、任两个或者全部三个充电阶段，以对电动车辆进行充电。替换地，所述控制流程也可以由软件、硬件、或者软件和硬件的结合来形成。例如，所述控制流程可以由计算机可读代码来形成，并且被写入或存储在所述充电能量控制装置中，所述计算机可读代码可以使所述控制装置执行上述特征或操作。
在图3中示出了当总电力供应大于总电力需求时的一般情况。然而，在某些情况下，总电力供应不足以满足电力需求，且会出现电力供应不足/缺乏。所述情况将会更复杂。能源不足有两种情形，即电力供应轻度不足/缺乏和电力供应重度不足/缺乏，如在图4和图5中所示的情况。
图4是在电力供应轻度不足400并且输出能量小于预设值时的情况。在这种情况下，LMS 100被配置成基于充电能量控制装置而在充电过程的后续充电部分中增加充电器的输出功率(即充电能量)，以便补偿由于在先前充电部分中的能量不足而导致的差异。然而，如果输出充电能量缺乏401发生在一些充电部分中，并且在后续充电部分中有充足的电力供应，则LMS 100被配置成基于充电能量控制装置而将充电器的输出功率提升到最大极限，并且这种额外的输出充电能量402尽可能快地填补先前的充电能量不足，以便调节在剩余充电部分的充电以满足预设充电曲线。
图5示出了在充电过程中电力供应严重不足500并且持续了几个充电部分时的另一种情况。输出充电能量缺乏发生在几个连续的充电部分中，并且累积了充电能量的大幅不足501。在这种情况下，LMS 100没有足够的电力供应来将充电器的输出功率提升到最大值，则LMS 100被配置成基于充电能量控制装置而保持将电流极限增加到任何允许的值。充电能量的这种补偿在一些充电部分内继续，并且额外的充电能量502足以填补在先前充电部分中的能量不足。此后，LMS 100被配置成基于充电能量控制装置而调节对于剩余充电部分的充电以满足预设充电曲线。
图6示出了在电力供应不足600持续很长时间(例如，几个小时)的情况。如果所述输出能量缺乏或不足601较小，则LMS 100被配置成基于充电能量控制装置而在预设充电能量之上添加额外的输出充电能量602，以便补偿在下一充电时段中的输出充电能量不足。然而，如果所述输出能量缺乏或不足603累积到相当大的量，则LMS 100被配置成基于充电能量控制装置而以总充电能量不足来增大充电能量极限。这一过程将在随后的充电部分中继续，直到实现预设输出充电能量。
图7是根据本实用新型的一些实施例的充电能量控制装置中的基于时间和能量的控制算法的主程序的流程图。基于时间和能量的充电能量控制装置可以形成LMS 100的一部分，其可以由运营商来启用701、或者在开始充电时自动启用。例如，所述充电能量控制装置可以被包括在LMS100中，其中所述控制流程700的主程序可以被包括在所述LMS 100的管理软件程序中。替换地，所述充电能量控制装置也可以是与LMS 10分开的装置。在一个备选实施例中，本实用新型的精确的基于时间和能量的控制流程700可以由一个或多个分开的本地处理器、云计算平台、电源管理基础设施或其任何组合来执行。基于时间和能量的控制流程700包括使所述充电能量控制装置：收集EV充电器的数据，其包含电压、电流、相数、充电时间和充电能量；和在预定时间将EV充电器的输出功率控制到预定值。
一旦基于时间和能量的控制装置中的控制流程700被启用，LMS 100被配置成每隔充电时段的n分之一基于充电能量控制装置而操纵充电过程702，并且预设充电能量被限定为Eout。为了释放LMS 100基于充电能量控制装置的电流控制能力，输出极限被设置为最大值703，比如在IEC61851中规定的32A。然后，所述主程序被配置成跟随子例程704，使所述充电能量控制装置导出时间、预期累积输出能量、输出电流极限的函数和下一充电部分的充电电流；其生成用于存储时间、预期累积输出能量和输出电流极限的函数以及充电过程中的下一充电部分或所有充电部分的充电电流的查找表。此外，子例程704进一步被配置成使所述充电能量控制装置确定预设输出充电能量是太小705还是太大706而无法实现。
一旦主程序的初始化完成，LMS 100被配置成基于所述充电能量控制装置进行能量消耗计算708。LMS 100首先计算在时间＝t/n累积的实际充电能量，然后确定在预期和实际输出充电能量之间的差，并减去在先前充电时段中的任何充电能量不足。对于充电电流的衰减，允许预定义容差水平。在一个实施例中，预定义容差水平是10％。如果输出充电能量差大于预定义容差水平709，则充电电流极限将减少Δeout(t)÷vout(t)710。如果所述输出充电能量差小于预定义容差水平711，则所述极限将增加(输出充电能量差)÷vout(t)以恢复在1/n充电时段中的充电能量不足。这个充电电流的增量是充电器在下一充电部分中重新获得所述能量不足的最大允许极限。当所述输出充电能量差在±10％之内时，将假定充电过程与所提出的充电曲线一致，并且所述极限被设置为下一充电部分的值，即iout(t+1)713。所述充电过程重复n次707、714，并结束715。
图8是根据本实用新型的一些实施例的充电能量控制装置中的基于时间和能量的控制流程的主程序中的用于输出能量-电流表的子例程800的流程图。所述子例程800使所述充电能量控制装置执行将充电过程分成三个充电阶段301、302和303。最大功率充电阶段301的第一阶段被分成nmax个充电部分801，且降低功率充电阶段302的第二阶段被分成ndescreasing个充电部分802，并且最小功率充电阶段303的最后的阶段也被分成nmin个充电部分803。所述充电部分的总数n 203是nmax、ndescreasing和nmin之和。然后，所述子例程将导出t、Σeout(t)和iout(t)的函数，并计算常数Δeout以及iout(t)的列表804，如果Δeout小于零，这意味着预设充电能量Eout太小而无法实现。相反，如果iout(t)大于最大电流极限，这暗示着Eout太大而无法达到。一旦Δeout和iout(t)可实现，则子例程800生成用于充电的能量-电流表809，并停止810。
上述这些内容说明了根据本实用新型的充电装置，其具有精确的基于时间和能量的控制装置，所述控制装置具有精确的基于时间和能量的控制流程，以用于调节充电器的输出功率，从而基于精确的时间和能量来向电动车进行充电。显而易见的是，上面公开的变体和其它特征和功能或其替代物可以组合成许多其它不同的系统或设备。因此，本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本公开的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示，因此，在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都旨在涵盖在权利要求中。

Claims (11)

1.一种电动车辆充电装置，用于在充电时段期间对电动车辆执行充电过程，所述充电装置包括：
一个或多个电动车辆充电器；
用于控制所述一个或多个电动车辆充电器的负载管理装置；
网络连接装置，包括用于将所述一个或多个电动车辆充电器链接到所述负载管理装置的一个或多个有线或无线连接单元；和
基于时间和能量的充电能量控制装置，用于动态调节所述一个或多个电动车辆充电器的输出功率，以满足预设充电曲线，
其中：
所述充电时段被分成多个充电部分；并且
所述负载管理装置被配置成根据所述充电能量控制装置来调节所述一个或多个电动车辆充电器在每个充电部分的所述输出功率，以补偿在先前充电部分中的能量不足。
2.根据权利要求1所述的电动车辆充电装置，其中，所述基于时间和能量的充电能量控制装置用于：
收集所述一个或多个电动车辆充电器的数据，包含电压、电流、相数、充电时间和充电能量；和
在预定时间将所述一个或多个电动车辆充电器的所述输出功率控制到预定值。
3.根据权利要求2所述的电动车辆充电装置，其中，所述一个或多个电动车辆充电器是单相交流充电器或3相交流充电器。
4.根据权利要求2所述的电动车辆充电装置，其中，所述充电过程被分成多个充电阶段，并且其中，所述多个充电阶段中的每一个充电阶段是可编程的。
5.根据权利要求4所述的电动车辆充电装置，其中，所述多个充电部分中的每一个充电部分是可编程的。
6.根据权利要求5所述的电动车辆充电装置，其中，所述预设充电曲线限定了所述一个或多个电动车辆充电器在所述多个充电阶段中的每个充电阶段和所述多个充电部分中的每个充电部分的所述输出功率。
7.根据权利要求2所述的电动车辆充电装置，其中，所述基于时间和能量的充电能量控制装置用于导出时间、累积充电能量、充电电流极限的函数和在下一充电部分的充电电流。
8.根据权利要求7所述的电动车辆充电装置，其中，所述基于时间和能量的充电能量控制装置用于生成查找表，所述查找表用于存储所述时间、所述累积充电能量、所述充电电流极限的函数和在所述下一充电部分的所述充电电流。
9.根据权利要求7所述的电动车辆充电装置，其中，如果累积充电能量小于由所述预设充电曲线定义的期望值，则所述负载管理装置增大所述一个或多个电动车辆充电器的充电电流极限。
10.根据权利要求7所述的电动车辆充电装置，其中，如果累积充电能量大于由所述预设充电曲线定义的期望值，则所述负载管理装置减小所述一个或多个电动车辆充电器的充电电流极限。
11.根据权利要求9或10所述的电动车辆充电装置，其中，所述负载管理装置调节所述充电电流，以便在所述充电时段内将所述一个或多个电动车辆充电器的输出功率在所述充电过程中与所述预设充电曲线保持一致。
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