TW201906272A - 電池充電系統和包含該系統的電動汽車充電站 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及新能源汽車技術，特別涉及用於為電動汽車充電的電池充電系統和包含該系統的電動汽車充電站。按照本發明的電池充電系統包含：一個或多個電池充電單元，每個包含：充電模組，所述充電模組配置為適於對多個電池組進行充電；動力切換模組，所述動力切換模組包含多個充電通道，其中，所述多個電池組的每一個經各自對應的充電通道與所述充電模組建立充電連接；通信切換模組，所述通信切換模組包含多個通信通道，其中，所述多個電池組的每一個經各自對應的通信通道與所述充電模組建立通信連接；以及本地監控模組，所述本地監控模組配置為與每個所述電池充電單元中的動力切換模組和通信切換模組相連。

Description

電池充電系統和包含該系統的電動汽車充電站
本發明涉及新能源汽車技術，特別涉及用於為電動汽車充電的電池充電系統和包含該系統的電動汽車充電站。
為了大幅減少汽車的二氧化碳排放量，汽車業正在投入大量的人力和物力來研發以電力作為動力源的新型汽車，例如電動汽車。由於對環境影響相對傳統汽車較小，新能源汽車的前景被廣泛看好。然而，純電動汽車市場的普及推廣還存在不少困難。例如電池的能量補充就是一個比較突出的問題。具體而言，在新型汽車中，電池被用來存儲電能，考慮到安全性、成本和使用壽命，目前開發的電動汽車的電池能量密度並不高，這限制了其每次充電後的續航距離，因此提供經濟高效的充電資源是使新能源汽車被市場接受的重要方面。 　　目前充電站常通過擴充充電機數量的辦法來滿足日益增多的充電需求。但是這種方式存在諸多缺點，例如由於充電設備價格較貴，營運商的投資和維護成本居高不下；再者，城市土地資源的緊張也使一個充電站內擁有的充電機數量受到限制。 　　因此提供經濟高效的充電設備是市場迫切需要的。
本發明的一個目的是提供一種電池充電系統，其能夠經濟高效地提供充電資源。 　　按照本發明一個方面的電池充電系統包含： 　　一個或多個電池充電單元，每個電池充電單元包含： 　　充電模組，所述充電模組配置為適於對多個電池組進行充電； 　　動力切換模組，所述動力切換模組包含多個充電通道，其中，所述多個電池組的每一個經各自對應的充電通道與所述充電模組建立充電連接； 　　通信切換模組，所述通信切換模組包含多個通信通道，其中，所述多個電池組的每一個經各自對應的通信通道與所述充電模組建立通信連接；以及 　　本地監控模組，所述本地監控模組被配置為與每個所述電池充電單元中的動力切換模組和通信切換模組相連，並且對於每個所述電池充電單元，所述本地監控模組還被配置為當確定需結束當前被充電的電池組的充電操作時，斷開與該電池組對應的充電通道和通信通道，並且 　　使對應於多個電池組內其它需要充電的電池組的充電通道和通信通道導通。 　　優選地，在上述電池充電系統中，所述本地監控模組確保每個所述電池充電單元的充電模組在充電時僅與所述多個電池組的其中一個建立相應的充電連接和通信連接。 　　優選地，在上述電池充電系統中，所述本地監控模組借助互鎖機制確保每個所述電池充電單元的充電模組在充電時僅與所述多個電池組的其中一個建立相應的充電連接。 　　優選地，在上述電池充電系統中，進一步包含通信開出板，所述本地監控模組經所述通信開出板與各個所述電池充電單元的動力切換模組和通信切換模組相連。 　　優選地，在上述電池充電系統中，所述本地監控模組根據當前被充電的電池組的狀態資訊確定是否需要結束充電操作。 　　優選地，在上述電池充電系統中，所述本地監控模組經所述通信切換模組與電池組的電池管理系統通信以接收充電請求和電池組的狀態資訊。 　　優選地，在上述電池充電系統中，每個所述充電通道包括常開直流接觸器，所述本地監控模組通過控制所述常開直流接觸器實現對所述充電通道的通斷狀態的控制。 　　優選地，在上述電池充電系統中，每個所述電池充電單元的充電模組與電池組的電池管理系統的通信以及與所述本地監控模組的通信採用CAN匯流排協定。 　　本發明的還有一個目的是提供一種電動汽車充電站，其能夠經濟高效地提供充電資源。 　　按照本發明一個方面的電動汽車充電站包含： 　　至少一個如上所述的電池充電系統；以及 　　遠端監控模組，所述遠端監控模組配置為與所述電池充電系統的本地監控模組通信。 　　優選地，在上述電動汽車充電站中，所述遠端監控模組與所述本地監控模組的通信採用乙太網通信協定。 　　與現有技術相比，按照本發明上述各個方面的電池充電系統可以在電池組之間自動切換充電操作，因此有效提高了充電設備的利用率，從而降低充電站的投資和運營成本。此外，在充電過程中，通過確保每個電池充電單元的充電模組僅與多個電池組的其中一個建立相應的充電連接和通信連接，提高了設備營運的安全性。再者，包含遠端監控模組和本地監控模組的層級監控架構使得使用者能夠根據實際需要採用相應的監控策略。
下面參照其中圖示了本發明示意性實施例的附圖更為全面地說明本發明。但本發明可以按不同形式來實現，而不應解讀為僅限於本文給出的各實施例。給出的上述各實施例旨在使本文的披露全面完整，以將本發明的保護範圍更為全面地傳達給本領域技術人員。 　　在本說明書中，諸如“包含”和“包括”之類的用語表示除了具有在說明書和申請專利範圍中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本發明的技術方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。 　　諸如“第一”和“第二”之類的用語並不表示單元在時間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區分各單元之用。 　　需要指出的是，本說明書中所述的電動汽車包括純電動汽車和插電混合動力汽車。 　　圖1為按照本發明一個實施例的電池充電系統的示意圖。 　　如圖1所示，按照本實施例的電池充電系統10包含充電模組110、動力切換模組120、通信切換模組130和本地監控模組140。 　　在圖1所示的電池充電系統10中，充電模組110為核心部件，其例如將外部電源的交流電能轉變為直流電能以實現對電池組B1-Bn的充電。如圖1所示，充電模組110至少包含兩個通信介面以分別與電池組B1-Bn的電池管理系統(未示出)和本地監控模組140通信。 　　參見圖1，動力切換模組120位於充電模組110與電池組B1-Bn之間。特別是，動力切換模組120包含多個通斷狀態可控的開關元件，每個開關元件連接在充電模組110與多個電池組B1-Bn的其中一個之間以形成相應的充電通道，由此使得充電模組110能夠選擇性地對多個電池組B1-Bn中的任意一個進行充電或與多個電池組B1-Bn的任意一個建立充電連接。 　　再次參見圖1，通信切換模組130位於充電模組110與電池組B1-Bn之間以使充電模組110能夠選擇性地與多個電池組B1-Bn的任意一個的電池管理系統進行通信。特別是，通信切換模組130包含多個通斷狀態可控的開關元件，每個開關元件連接在充電模組110與多個電池組B1-Bn的其中一個的電池管理系統之間以形成相應的通信通道。在充電過程中，借助于所建立的與電池管理系統的通信連接，充電模組110可以獲取電池組的狀態資訊並基於狀態資訊優化充電操作。 　　優選地，上述開關元件例如可以是直流接觸器，並且更好地，可以是常開直流接觸器。 　　優選地，充電模組110與電池組B1-Bn的電池管理系統的通信採用CAN匯流排協定。 　　本地監控模組140配置為與動力切換模組120和通信切換模組130相連以控制充電通道和通信通道的通斷狀態。例如本地監控模組140可通過控制直流接觸器實現充電通道和通信通道的導通和關斷。另一方面，本地監控模組140還可與電池組B1-Bn的電池管理系統通信以接收充電請求和電池組的狀態資訊。在本實施例中，如圖1所示，本地監控模組140經通信切換模組130與電池組B1-Bn的電池管理系統通信。優選地，本地監控模組140與電池管理系統的通信採用CAN匯流排協定。 　　此外，如圖1所示，本地監控模組140還可與充電模組110和遠端監控模組160通信。優選地，本地監控模組140與充電模組110的通信採用CAN匯流排協定，而與遠端監控模組160的通信採用乙太網通信協定。 　　優選地，圖1所示的電池充電系統10還包含通信開出板150。本地監控模組140可經該通信開出板150與動力切換模組120和通信切換模組130相連，從而對充電通道和通信通道的通斷狀態進行控制。 　　優選地，在對充電通道和通信通道的通斷狀態的控制中，本地監控模組140應確保充電模組110在工作時僅與多個電池組B1-Bn的其中一個建立相應的充電連接和通信連接。更好地，本地監控模組140例如可借助互鎖機制來確保單一的充電連接。 　　在本實施例中，優選地，充電模組110可在不同的電池組B1-Bn之間實現充電操作的自動切換。 　　圖2為可應用於圖1所示實施例的充電自動切換方法的流程圖。 　　圖2所示的流程圖開始於步驟201，在該步驟中，開啟本地監控模組140和充電模組110。可選地，在本步驟中，還可以開啟遠端監控模組160以提供遠端控制功能。隨後進入步驟202，查詢本地監控模組140、遠端監控模組160和充電模組110的狀態以確定是否能夠正常運行，如果能，則進入步驟203，否則進入步驟204，生成系統異常的報警消息。 　　在步驟203，本地監控模組140以輪詢方式從電池組B1-Bn的電池管理系統接收消息。例如，如圖1所示，本地監控模組140經通信開出板150和通信切換模組130與電池組B1-Bn的電池管理系統通信以接收可能的充電請求。 　　在步驟205，本地監控模組140判斷是否接收到來自電池組B1-Bn的電池管理系統的充電請求，如果存在充電請求，則進入步驟206，否則返回步驟203。 　　在步驟206，本地監控模組140經通信開出板150與發送充電請求的電池組的電池管理系統建立通信連接並且遮罩與其它電池組的電池管理系統的通信。需要指出的是，在本步驟中，當存在多個充電請求時，本地監控模組140可以根據設定的策略確定電池組的充電順序，並且與優選度最高的電池組的電池管理系統建立通信連接。 　　隨後進入步驟207，本地監控模組140例如經通信開出板150與動力切換模組120通信，指示動力切換模組120開啟與步驟206中已經建立通信連接的電池組相對應的充電通道並且將其餘的充電通道鎖死，與此同時，本地監控模組140還例如經通信開出板150與通信切換模組130通信，指示通信切換模組130僅僅開啟與步驟206中已經建立通信連接的電池組相對應的通信通道。 　　接著進入步驟208，本地監控模組140查詢處於充電狀態下的電池組的狀態資訊。這裡所述的狀態資訊例如包括但不限於電池的SOC、溫度等。 　　隨後，在步驟209，本地監控模組140根據電池組的狀態資訊判斷對電池組的充電是否完成，如果完成，則進入步驟210，否則返回步驟208。 　　在步驟210，本地監控模組140例如經通信開出板150與動力切換模組120和通信切換模組130通信，指示動力切換模組120和通信切換模組130將步驟207中導通的充電通道和通信通道切換至斷開狀態，並且取消對其它電池組的電池管理系統的遮罩。在完成步驟210之後，圖2所示的方法返回步驟203，以自動對下一個電池組進行充電。 　　需要指出的是，在圖2所示的方法流程中，可選地，本地監控模組140執行的全部或部分操作也可以由遠端監控模組160來執行。 　　雖然在圖1所示的實施例中，本地監控模組140僅對一個包含充電模組、動力切換模組和通信切換模組的電池充電單元的運行進行管理，但是本發明也可以拓展到本地監控模組140對兩個或更多個電池充電單元的運行進行控制和管理的情形。 　　圖3A為按照本發明另一個實施例的電池充電系統的示意框圖。在圖3A所示的電池充電系統10中，本地監控模組140，可以同時管理多個電池充電單元的充電操作。 　　圖3B為可應用於圖3A所示實施例的電池充電系統的電池充電單元的示意框圖。如圖3B所示，電池充電單元C1-Cn的每一個都包括充電模組110、動力切換模組120和通信切換模組30，這些模組具有與圖1和2所示實施例相同的特徵、功能和工作原理。特別是，本地監控模組140可按照與圖1和2所示實施例相同的方式控制每個電池充電單元中充電模組、動力切換模組和通信切換模組。 　　圖4為按照本發明另一實施例的電動汽車充電站的示意框圖。 　　如圖4所示，本實施例的電動汽車充電站1包含一個或多個按照上面借助圖1-3所述實施例的電池充電系統10A-10N和遠端監控模組20，其中，遠端監控模組20被配置為與電池充電系統10A-10N中的本地監控模組通信。 　　提供本文中提出的實施例和示例，以便最好地說明按照本技術及其特定應用的實施例，並且由此使本領域的技術人員能夠實施和使用本發明。但是，本領域的技術人員將會知道，僅為了便於說明和舉例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵蓋本發明的各個方面或者將本發明局限於所公開的精確形式。 　　鑒於以上所述，本公開的範圍通過以下申請專利範圍來確定。
10‧‧‧電池充電系統
10A‧‧‧電池充電系統
10B‧‧‧電池充電系統
10N‧‧‧電池充電系統
110‧‧‧充電模組
120‧‧‧動力切換模組
130‧‧‧通信切換模組
140‧‧‧本地監控模組
150‧‧‧通信開出板
160‧‧‧遠端監控模組
B1‧‧‧電池組
B2‧‧‧電池組
Bn‧‧‧電池組
C1‧‧‧電池充電單元
C2‧‧‧電池充電單元
Cn‧‧‧電池充電單元
本發明的上述和/或其它方面和優點將通過以下結合附圖的各個方面的描述變得更加清晰和更容易理解，附圖中相同或相似的單元採用相同的標號表示。附圖包括： 　　圖1為按照本發明一個實施例的電池充電系統的示意圖。 　　圖2為可應用於圖1所示實施例的充電自動切換方法的流程圖。 　　圖3A為按照本發明另一個實施例的電池充電系統的示意框圖。 　　圖3B為可應用於圖3A所示實施例的電池充電系統的電池充電單元的示意框圖。 　　圖4為按照本發明另一實施例的電動汽車充電站的示意框圖。

Claims (10)

  1. 一種電池充電系統，其特徵在於，包含： 　　一個或多個電池充電單元，每個該電池充電單元包含： 　　充電模組，該充電模組配置為適於對多個電池組進行充電； 　　動力切換模組，該動力切換模組包含多個充電通道，其中，該多個電池組的每一個經各自對應的充電通道與該充電模組建立充電連接； 　　通信切換模組，該通信切換模組包含多個通信通道，其中，該多個電池組的每一個經各自對應的通信通道與該充電模組建立通信連接；以及 　　本地監控模組，該本地監控模組被配置為與每個該電池充電單元中的該動力切換模組和該通信切換模組相連，並且對於每個該電池充電單元，該本地監控模組還被配置為當確定需結束當前被充電的電池組的充電操作時，斷開與該電池組對應的充電通道和通信通道，並且使對應於多個電池組內其它需要充電的電池組的充電通道和通信通道導通。
  2. 如申請專利範圍第1項的電池充電系統，其中，該本地監控模組確保每個該電池充電單元的充電模組在充電時僅與該多個電池組的其中一個建立相應的充電連接和通信連接。
  3. 如申請專利範圍第2項的電池充電系統，該本地監控模組借助互鎖機制確保每個該電池充電單元的充電模組在充電時僅與該多個電池組的其中一個建立相應的充電連接。
  4. 如申請專利範圍第1項的電池充電系統，其中，進一步包含通信開出板，該本地監控模組經該通信開出板與各個該電池充電單元的動力切換模組和通信切換模組相連。
  5. 如申請專利範圍第1項的電池充電系統，其中，該本地監控模組根據當前被充電的電池組的狀態資訊確定是否需要結束充電操作。
  6. 如申請專利範圍第5項的電池充電系統，其中，該本地監控模組經該通信切換模組與電池組的電池管理系統通信以接收充電請求和電池組的狀態資訊。
  7. 如申請專利範圍第1項的電池充電系統，其中，每個該充電通道包括常開直流接觸器，該本地監控模組通過控制該常開直流接觸器實現對該充電通道的通斷狀態的控制。
  8. 如申請專利範圍第6項的電池充電系統，其中，每個該電池充電單元的充電模組與電池組的電池管理系統的通信以及與該本地監控模組的通信採用CAN匯流排協定。
  9. 一種電動汽車充電站，其包含： 　　至少一個如申請專利範圍第1至8項中任意一項的電池充電系統；以及 　　遠端監控模組，該遠端監控模組配置為與該電池充電系統的本地監控模組通信。
  10. 如申請專利範圍第9項的電動汽車充電站，其中，該遠端監控模組與該本地監控模組的通信採用乙太網通信協定。
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