TWI531132B - 用於電動運載工具交換能量之系統、裝置及方法 - Google Patents

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Description

用於電動運載工具交換能量之系統、裝置及方法
本發明係有關於與電動運載工具之能量交換。電動運載工具可以包含路上的運載工具，諸如汽車或機車、室內使用或工地使用之運載工具，諸如(鏟式起貨)平臺車、以及甚至是用於水上、軌道上、或空中運輸之運載工具。
由於環保意識之覺醒以及有限的有機燃料資源，對於電動運載工具之興趣逐漸增加，意即，包含一電動引擎以提供驅動力的運載工具。相較於具有內燃式引擎的運載工具，電動運載工具在高能量效率上具有顯著之優勢，且對使用的場所不會造成汙染之排放。然而，其行動半徑(radius of action)在特定情況下可能受限，且其電池之充電-取決於環境-可能相當耗費時間。此外，標準化的缺乏亦對充電站的設置有所抑制。另外，電池的處置，特別是充電和放電的環境，對其循環壽命具有極大的影響，而充電站通常無法配合形形色色的各種不同電池。其曾提出一些解決方案以(部分地)解決上述問題，但無一完滿解決。本發明之一目標因此在於提出一種用於與一電動裝置交換能量之系統、裝置及方法，其相對於先前技術更具效益，或者至少可做為一有用之替代。
本發明因此提出一種用於與一電動運載工具交換能量之系統，特別是與其電池，該系統包含至少一能量交換站、一資料處理裝置、以及一組態裝置。
上述之至少一能量交換站包含至少一用以與一能量源交換能量之連接埠、至少一用以與一運載工具交換能量之連接埠、至少一用以與該運載工具進行資料通信之連接埠、以及至少一用以與一資料處理裝置進行資料通信之連接埠。
該資料處理裝置包含至少一用以與該能量交換站進行資料通信之連接埠、至少一用以與至少一組態裝置進行資料通信之連接埠。在某些情況下，該等連接埠可以是同一個相同的連接埠，例如，該資料處理裝置之一網際網路(internet)連接。
該至少一組態裝置包含至少一用以與該資料處理裝置交換資料之連接埠；以及諸如一使用者介面之用以編輯組態細節之裝置。
上述之能量交換站中之一用以與一能量源交換能量之連接埠可以包含允許(電氣)能量傳輸的任何種類之連結，諸如一像是連接器之導電性耦合器、磁性耦合器或類似的耦接裝置。上述之用以與一運載工具交換能量之至少一連接埠可以是一由(電力)纜線構成之電氣連接或者是例如一用以感應電力傳輸之磁性連接。上述之至少一用以與該運載工具進行資料通信之連接埠可以是一用於通信線路之連接、一無線資料交換裝置、或者甚至是一單向通信裝置，諸如一RFID或條碼或磁性編碼讀取器。上述之至少一用以與一資料處理裝置進行資料通信之連接埠可以是一網際網路連接、或一(專用)(電話)線路、或其他通信裝置。
該能量源可以是一公共或私人電力網(power grid；譯文以下將grid稱為電網)、一諸如風力能量源、太陽能面板、重力能源等無汙染或可再生之能量源、諸如一熱交換器(heat exchanger)之能量轉換器所發送之能源、一電池，諸如一預充電電池或甚至是一來自與待充電運載工具不同之運載工具之電池，例如取得一電網之一固定負載。交換電力可以是單向式或雙向式的，換言之，系統之使用可以是限於在將能量(回)送至該能量源時自其對電池充電，或者是自一第二運載工具之電池對一第一運載工具之電池充電，或是基於任何原因，諸如保修，對一電池進行放電。
此通信連接埠可以是任何用以傳輸資料之形式，諸如一網際網路連接、一電話或電傳線路、一VPN連接或一專設通信線路，其可以是有線或無線，或者僅是用以交換表示成資料線之二進位數值之簡單指令的單一或數條資料線，例如一開始/停止信號。該通信可以連續式地或以特定的間隔進行。
該資料處理裝置可以是一專用電腦裝置，諸如一PC或一(網路)伺服器，但亦可以是一群互連的電腦裝置，諸如一電腦網路，其中可以使用複數台電腦以增加計算能力、增加裝置的精確度、或者致能雲端運算(cloud computing)。該資料處理裝置可以耦接至任何資料網路或形成其一部分，諸如網際網路或是一諸如VPN之私人網路。資料庫可以是由同一實體裝置或一位於遠端位置之分離裝置構成，且其亦可以由多重資料庫實施而成，例如其可以被分割於一電池概況資料庫(battery profile database)和一組態細節資料庫之中。
在一實施例之中，上述之系統包含記憶體裝置，用以儲存至少該組態細節及/或電池概況。舉例而言，其它可以被儲存的資料包括ID及/或有關電網、電池、使用者、運載工具、充電器及電力交換站之細節。
該記憶體裝置可以是實施為RAM或一(中央)資料庫，且可以是位於組態裝置處、位於資料處理裝置處、或是形成一分離之實體。
使用一中央資料庫提供資料可以被有效率地更新之優點，且該系統的不同使用者均可以加以利用。當儲存於資料庫中的電池概況增加，系統變得特別具有效益。
儲存於記憶體或資料庫中之資料包括以下項目之瞬間及歷史數值，舉例而言，充電電流、電壓、溫度(電池及環境)、充電樣態(charge profile)、連接至充電器的運載工具種類、電網負載、電網限制、電池單體電壓、充電次數、使用者的帳戶資料、電池的健康狀態(state of health)、運載工具組態(理論行程、資料連接速度、電池的理論容量、等等)、來自充電站的能量計量資料、或是來自充電站的能量區分(分佈)資料。
使用一分散式架構可能具有更加可靠的優點。
前述之組態裝置可以是，例如，位於遠端位置之電腦，舉例而言，位於一終端使用者控制中心。其可以透過一網際網路連接或一電話線路或一無線連接與該資料處理裝置進行通信，或者該等通信之進行可以是藉由一網站，管控一應用程式以編輯組態細節、讀取每日錄誌之量測、設定、概況、統計資料等等、或是分類資料、計算報告及/或圖形。組態裝置之使用可以是限定於特定的使用者，其使用者管理係在資料處理裝置或資料庫處進行。該組態可以是適合於人類使用者，但其亦可以是自動化的，而適於依據來自例如其他資料庫或資料流的輸入而自動地改變資料庫中的設定。針對該用途，資料組態裝置可以提供一應用程式介面(API)。
在一實施例之中，該能量交換站被組態成提供運載工具資訊至該資料處理裝置，該資訊係有關於一運載工具，耦接至上述之用以與一運載工具交換能量之連接埠。運載工具資訊可以包含運載工具識別資料、描述該運載工具之技術架構之資料(諸如所使用的電池型態或者所使用的電池或運載工具管理系統)、或者即時資料，諸如運載工具之溫度、電池之充電狀態(state of charge)、或者是先前運載工具使用期間量測及/或產生的資料，特別是關於電池的充放電者。
所提供的運載工具資訊因此可以包含電池資訊，其可以是在該運載工具使用期間由該運載工具中之一記錄單元所記錄，或是能量交換期間由能量交換站記錄，用於完成或編輯資料庫中的電池概況。
在不存在運載工具資訊的情形中，能量交換站可以被組態成對該運載工具或其內之一電池執行一測試。舉例而言，其可以藉由傳送一DC脈衝串列至電池，而決定諸如電池電壓、電池內阻、或充電曲線等重要特性。藉由施加一AC電力於運載工具，可以決定其內部充電器之特性。如此決定之資訊可以提供予第三方，或者可被充電站運用以提供最佳的充電服務。
基於此運載工具資訊及/或組態細節及/或來自資料庫的電池概況，資料處理裝置可以將最佳化之能量交換設定提供至能量交換站。最佳化可以是針對各種判定標準達成，其可以是由一使用者預先設定並儲存於組態資料之中，或者是針對儲存於資料庫之中、能量交換站之中、或甚至是運載工具的電池管理系統之中的資訊、數據或預設值。由測試期間或對其他運載工具之量測所取得的充電及放電特性得到的資訊可以被儲存於資料庫之中並被資料處理裝置用以計算最佳化之能量交換設定。
舉例而言，能量交換設定被依據至少一有關電池或運載工具之參數進行最佳化，諸如電池之種類或電池之實際能量狀態、電池溫度、預期電池壽命(例如，表示為充電及/或放電循環之次數)、所欲可用電力、或可用或所欲之充電時間、或行動半徑(駕馭範圍)。
除了來自需要與其交換的特定電池能量的資訊之外，對一特定運載工具的能量交換設定之最佳化可以是基於有關於一第二運載工具之至少一參數，其耦接至一用於能量交換站之能量交換的第二連接埠，或者是有關於至少一第二運載工具之至少一參數，其耦接至一用於能量交換站之能量交換的第二連接埠，或者是有關於電力源之至少一參數。
在一有利的實施例之中，該系統被組態成，特別是即時性地，藉由該資料處理裝置回應於有關該電池之一參數之一變化或者是有關能量源之一參數之一變化以更新能量交換設定，並從而更新介於能量交換站與一耦接至該能量交換站之一能量交換連接埠之一運載工具之間的能量交換。
藉由將依據本發明之系統配合一特定顧客之需要或要求加以組態，可以得到特定之效益。例如，此係藉由提供用以存取資料處理裝置及/或組態裝置的API而達成。以下將輔以一些非限定之實例更詳盡地加以說明。
實例1：當由一電網構成之一電力源之可用電力低於一些運載工具的需求之時，其可以，舉例而言，依據待駛離的運載工具之優先性將該電網之電力分佈於充電輸出端。此優先性可以由一使用者應用程式輸入系統之中，該使用者應用程式經由一API連接至該組態裝置或該資料處理裝置。該系統之上述應用程式可以是一高階的車隊管理軟體系統或一簡單的使用者介面，使用者可以在其中輸入其必須再次駛離之前還剩多少時間。可用的電網電力可以是預知於資料處理裝置中之一預先編定的設定，或是透過與一電網提供者(智慧型電網(smart-grid))之軟體互動之一API。一旦改變被輸入或發生於系統中的任一處，能量交換設定即被動態地即時改變(最佳化)。藉由在充電期間給定一運載工具更迫切的優先性，從電網到運載工具的電力分佈可以是成比例或是不成比例的，且可以同時或循序發生。
實例2：系統(特別是資料處理裝置，或組態裝置)可以透過一介於計費與付費應用程式之間的API互動，該等應用程式執行於公用事業或其他能源提供者的電腦上。就此點而言，系統可以依據一使用者具有的能量輸送預訂型態在一特定之充電插槽處限制電力的充電量。例如，一高級型預訂可能表示一運載工具可以接收50 kW的充電電力且可以快速地充電，而一基本型之預訂可能意味使用者僅能接收20 kW且充電速度慢上許多。
實例3：若一系統具有多個能量交換連接埠(插座)提供予運載工具，以及一能量交換連接埠提供予一電力源，諸如一AC輸入端，則該系統可以估算在插座上的電力分佈。就此而言，其僅需要1個正式授權的AC能量耗用儀錶於輸入端，而仍然知悉有多少能量傳至每一個插座。
實例4：系統可以依據一電池壽命規格最佳化充電樣態。基本的準則在於，套用愈快速的充電，則對電池壽命產生愈高的潛在影響。經由一使用者應用程式透過資料處理裝置或一組態裝置上之一API輸入資料至系統，使得系統取得有關一特定顧客之電池壽命規格。依據此規格，當一顧客將運載工具連接至系統時，調整充電樣態及速度。系統在電池壽命規格和使電池完全充飽的可用時間之間加以權衡。
實例5：系統依據電力的目前價格讓充電變慢或使充電加速，例如，當每日的不同時間套用不同的價目之時，或者當做出峰值位準協議之時。當超過一特定門檻價目之時，甚至可以取消充電。
實例6：系統具有一安裝合作夥伴之介面，其提供有關系統功能之資訊。若某處出現錯誤，則其透過一API發送一錯誤碼至區域安裝合作夥伴，使得區域安裝者知悉應攜帶何種設備以進行維修。此一API亦可以提供自一遠端位置測試及/或重新組態設備的可能性。
實例7：當一針對某一電池種類的新充電樣態(能量交換設定所依據的電池概況)決定之時，其被儲存於資料庫之中。在一該種類之電池被在某一能量交換站被辨認出來時，該更新充電樣態將自資料處理裝置被發送至該能量交換站，而充電程序將被最佳化。
實例8：系統基本上有賴於資料通信連接埠以及其內的互連，例如網際網路連接。若系統的網際網路連接失效，充電將依據目前的所有設定繼續進行。若連接一新的運載工具，則所有設定將被改變成預設之概況。
實例9：若一能量交換站具有多個輸出且一使用者比預期提前抽離一運載工具，則系統可以依據諸如運作排程等決斷規則，考慮系統已知的所有參數在該時點產生一新的最佳狀態，而將總電力分佈於各個充電連接點。
實例10：系統可以依據未來的境況調整設定，若其經由一車隊管理連接知悉一新的車輛將在10分鐘之內抵達一能量交換站，則其可以在一或多個連接埠加速充電以確保該車輛抵達時有連接埠可用。
實例11：區域性電網操作者可以在每一特定時點針對地區、針對傳輸站或針對整個場所管理局部的電力短缺。甚至是整個國家，在全歐洲或全世界。此可以透過類似網際網路架構中的網域或次網域的方式實施。系統亦可以將電網中或甚至充電設施中現有的的局部儲存(電池或其他項目)列入考慮，並依據此等參數進行最佳化。
實例12：針對車隊擁有者之充電建立最大的可靠度：若一系統不再工作，則網路可以知曉且可以透過一車隊管理API將車輛導引至正確的能量交換站(例如，一恰當之充電器)並依據一或多個充電器無法作業的新局面將整個境況最佳化。在一充電器仍可運作但電力縮減之情況亦可以同樣適用。
實例13：系統依據一固定的充電時間將充電最佳化。一能量交換站擁有者可以將容許的最快速充電時間設定於一特定量，諸如20分鐘，以鼓勵使用者使用其提供的其他服務，例如，享用咖啡、食用點心、等等。能量交換站可以提出充電將耗時20分鐘的確認聲明，並鼓勵使用者在該時間中使用其提供的其他服務。
實例14：系統給予一使用者購買綠色電力的功能，或選擇電力的提供者。
實例15：系統自機上的運載工具電腦或一機上的資料儲存裝置經由能量交換站的資料通信連接埠傳輸資料，並經由充電器透過網際網路將其傳送至資料處理裝置。
實例16：伺服器經由資料通信連接埠傳送資料至運載工具，諸如：加強運作概況、使用者訊息、設定、維修及保養資訊、或者改變電池中的運作DOD(Depth of Discharge；放電深度)區間、或者改變實際DOD區間相對於使用者介面上之圖形表示的方式。系統亦可以依據新的構想改變機上充電器中的設定。系統亦可以上傳一件新軟體至運載工具，其處理介於使用者介面上電池容量表示方式與電池的實際SOC(State-Of-Charge；即充電狀態)之間的連結。為了對電池中的DOD區間產生影響，定義實際SOC與呈現的SOC之間的連結的演算法亦可以被置換。
實例17：該充電系統配備一廣告顯示器。由於系統知悉汽車將在充電系統停留多久，其可以提供一API，使廣告刊登者能夠依據汽車將停留於充電器處的時間改變顯示器上的商業廣告。
實例18：硬體係位於機上，但整個電池的操控方式：平衡演算法、平衡速度、健康狀態演算法、充電狀態演算法，均可以依據新的構想自遠端伺服器每日加以更新。
實例19：本身是能量交換站一部分的電力轉換裝置完全或局部地位於運載工具內部。當汽車連接至機外充電連接點，機外組件告知機上組件如何依據同一機外架構如其他實例中所述地傳輸能量。
實例20：當充電開始之時，系統可以執行一些量測充電脈衝以決定電池的健康狀態。系統將所有型態之脈衝傳送入電池並監測其反應。伺服器可以據此預測電池的健康程度，或者系統可以找出有關於該電池的其他參數。
實例21：系統可以動態地配合多種充電標準或通訊協定運作：若一運載工具連接進來，其偵測另一邊所用的是何種協定或連接，而後詢問伺服器通訊協定為何以及充電器對其如何實施，並開始充電。以此種方式，系統可以配合多種標準運作，包括將在未來開發出的標準。
能量交換站可以包含至少一電力轉換器，用以依據所提供的能量交換設定，在前述之至少一用於與一能量源交換能量之連接埠以及該至少一用於與運載工具交換能量之連接埠之間交換能量。由於能量源可以是AC(例如多數的電網是如此)或DC(例如太陽能面板或電池)，而電池以DC運作，但可能存在機上充電器，其需要AC，故上述的電力轉換器可以是一AC-AC轉換器、一AC-DC轉換器、一DC-AC轉換器或一DC-DC轉換器中的任何一種。該裝置可以是專用以執行上述的一種轉換，或者是可組態或可設定的，以執行不同的轉換。
在另一實施例之中，能量交換站包含複數個電力轉換器，用以依據各種能量交換設定，透過用以與複數個運載工具交換能量之複數個連接埠，與所容許的複數個運載工具交換能量。
當存在超過一運載工具之時，資料處理裝置決定每一運載工具的能量交換設定，而能量交換站與耦接至各個連接埠的運載工具交換能量，每一能量交換均依據所對應的能量交換設定進行。
針對上述情況之實現，能量交換站包含一連接矩陣，以可變換地將能量轉換器與用以與運載工具交換能量的連接埠耦接。此一矩陣係由可控制的開關組成，允許將連接埠連接至電力轉換器的輸出。此外，其可能需要用於致能與各種不同運載工具進行能量交換的可變換實體連接器，以及用於資料通信的可變換實體連接器，及/或一依據各種不同協定進行通信的組態，以依據不同標準致能與產製出的各種不同運載工具之資料通信。在又另一實施例中，一能量交換站配備不同連接器，接附至不同連接埠，如同一傳統加油站配備針對各種不同燃料型態的輸注器。
由於現今多數電動運載工具均配備有電池管理系統及/或運載工具管理系統，故用於能量交換之資料通信連接埠較佳之實施方式係被組態成使得可以與一電池管理系統或一運載工具管理系統進行資料交換。此等系統可以包含關於能量交換設定的資料，其可被能量交換站使用。運載工具同時亦有可能包含一資料處理裝置，舉例而言，充電器之一控制系統，配具以傳送取得自電池管理系統或取得自運載工具管理系統之資料。
特別是，以下實施例可以形成本發明的一部分。
能量交換站在其中與一充電通信裝置進行通信之一實施例。此一裝置可以實施為硬體或軟體或其組合，且可以，但不一定要，被置於機上。此裝置從而又與關聯至少一電池之裝置(例如，電池管理系統)及/或關聯運載工具之裝置(例如，運載工具管理系統)彼此通連。
在另一實施例之中，交換站與一充電通信裝置進行通信。此裝置又與關聯運載工具之裝置(例如，運載工具管理系統)彼此通連，該關聯運載工具之裝置又與關聯至少一電池之裝置(例如，電池管理系統)彼此通連。
在又另一實施例之中，交換站與關聯至少一電池之裝置(例如，電池管理系統)彼此通連。
在另一實施例之中，該交換站與關聯運載工具之裝置(例如，運載工具管理系統)彼此通連，該關聯運載工具之裝置又與關聯至少一電池之裝置(例如，電池管理系統)彼此通連。
在又另一實施例之中，交換站與關聯至少一運載工具之裝置(例如，電池管理系統)彼此通連。該關聯電池之裝置包含軟體以正確地配合交換站以最佳方式運作。
依據來自電池管理系統或運載工具管理系統之特定資訊，關於電池之(局部)溫度，可以套用特別的能量交換模式以影響電池之溫度。舉例而言，其可以採用一AC電流或PWM(pulse width modulation；脈衝寬度調變)以在電池充電或使用之前或者其充電或使用期間增加電池之溫度。若可以取得有關電池之不同單體之(溫度的)資訊，且該等電池單體可以被獨立地配置，則能量交換站甚至可以能夠補償電池間的溫度差異，例如，由於部分電池被暴露至陽光而造成的溫度差異。
除了運載工具或電池資訊之外，來自電力源或有關電力源的資訊對於能量交換設定之決定亦可能有用。在以一電網做為能量源的情形中，其可以對所消耗的峰值位準，或特定時間區間內的費用，加以配置。在風力能源或太陽能面板的情形中，氣象預測可以對能量交換設定之決定扮演一定的角色。其亦有可能將多種能量源之使用包含於能量交換設定之中，基於該等預測及/或能量源端及/或運載工具或電池端的預期峰值。
能量交換站可以進一步耦接至一用於維修之資料通信網路，或是構成其一部分，其中當其偵測到其需要保養維修之時，或是產生瑕疵或故障之時，即發送警示。
組態裝置可以做為一納入外部影響之連結，諸如預定之能量峰值位準(位於能量源及運載工具二者處)，與諸如電力公司之財務配置、或者甚至是相對於各種不同運載工具之後勤審度，例如，來自一車隊擁有者之考量。
該組態裝置可以連接來自第三方的資訊系統，且基於與該等系統交換的資訊儲存資料，諸如有關能量峰值的資料或者是關於自資料庫中至少一電力源能量交換的能源價格，以據此由資料處理裝置進行能量交換樣態之計算。其亦有可能將組態裝置耦接至一例如來自一能量源之儀錶裝置，以監測已交換完成之能量，並做為組態(改變)之依據。
能量交換站可以進一步被組態成在運載工具及個別的資料處理裝置及/或組態裝置資料通信連接埠之間交換資料，而不使用資料本身。資訊以此方式在運載工具和資料處理單元及/或組態裝置之間流通。此可以被用以進行諸如軟體或韌體更新、交通資訊、旅遊登記、及類似項目的資訊交換。以此種方式，其同時亦有可能自一組態裝置傳送資訊至一運載工具。可以針對流通的資訊特別加以編碼或加密，以防止其被第三方截取。
系統可以包含超過一個組態裝置，可以與資料處理裝置通信，亦直接與其他組態裝置通連。舉例而言，一(電網)電力公司及一車隊擁有者二者均具有其個別的組態裝置，進行峰值位準價目及/或價格水準之通信。
圖1a顯示一依據本發明之充電站的一般配置1。該系統包含一能量交換站2、一資料處理裝置3、以及一組態裝置12。能量交換站包含一用以與一能量源交換能量之連接埠7、一用以與一運載工具交換能量之連接埠4、一用以與該運載工具進行資料通信之連接埠6、以及一用以與一資料處理裝置3進行資料通信之連接埠5。資料處理裝置3包含一用以與該能量交換站2進行資料通信之連接埠5、一用以經由一API 13與至少一組態裝置12及15進行資料通信之連接埠8、以及一資料庫10，用以經由資料通信之連接埠9儲存至少組態細節及電池概況。組態裝置12及15包含一經由API 13與資料處理裝置3交換資料之連接埠11、14，以及諸如一使用者介面之用以編輯資料庫10中的組態細節之裝置。
圖1b顯示一實例，其中可用之電網電力小於運載工具要求之所需電力。電網電力依據待駛離運載工具之優先性被分佈於充電輸出端。此優先性可以由一使用者應用程式輸入系統之中，該使用者應用程式連接至資料處理裝置中之一API。該應用程式可以是一高階的車隊管理軟體系統或一簡單的使用者介面，使用者可以在其中輸入其必須再次駛離之前還剩多少時間。可用的電網電力可以是預知於資料處理裝置中之一預先編定的設定，或是透過與一電網提供者(智慧型電網)之軟體(即時性或半即時性)互動之一API。圖中的數字對應至以下之步驟：-　101.　將每一運載工具之優先性輸入一組態裝置電腦應用程式；-　102.　資料處理裝置將運載工具優先性儲存於資料庫之中；-　103.　一運載工具連接至能量傳輸站之一輸出並傳輸資料至該能量傳輸站；-　104.　能量傳輸站傳送參數至資料處理裝置(SOC/電池資料，等等)；105.　資料處理裝置將電池資料儲存於資料庫之中並辨認能量傳輸站之特性(#輸出、總電力，等等)；106.　資料處理裝置透過一API請求電網中的最大可用電力；107.　資料處理裝置考量所有狀況(電池SOC、電網、優先性、等等)計算輸出之最佳充電樣態；108.　資料處理裝置傳送充電樣態至能量傳輸站；109.　能量傳輸站將電力重新分佈至每一輸出。
圖1c顯示一實例，其中系統依據一電池壽命規格最佳化充電樣態。基本的準則在於，充電愈快，則對電池壽命的潛在影響愈高。經由一使用者應用程式透過一資料處理裝置API輸入資料至系統，使得系統可以知悉一特定顧客之電池壽命規格為何。依據此規格，當一顧客將運載工具連接至系統時，可以調整充電樣態及速度。系統亦可以在電池壽命規格和使電池完全充飽的可用時間之間加以權衡。
201.　客戶特定充電樣態和一特定電池之基本充電樣態經由一應用程式輸入資料處理裝置；202.　每一運載工具之最小必需循環壽命透過一組態裝置應用程式輸入資料庫，以依據一循環壽命之預期，配合特定電池使用一輸送之運載工具；203.　資料處理裝置儲存新的充電樣態以及客戶特定充電樣態；204.　一運載工具連接至能量交換站之一輸出並傳輸目前的資料至該能量交換站以及資料日誌檔；205.　能量交換站傳送參數至資料處理裝置(SOC/電池資料，等等)且同時亦接收儲存於電池管理系統資料日誌中的歷史驅動資料；206.　抵達的駕駛者經由一組態裝置介面(FED-EX PDA、iPhone應用程式)輸入其偏好的預定離開時間；207.　資料處理裝置知道在每一輸出處是哪一個電池且亦知道再次離開的偏好時間。資料處理裝置將此與循環壽命規格加以匹配。從而依據循環壽命規格以及預定離開時間之需求計算正確的充電樣態；208.　資料處理裝置傳送充電樣態至能量交換站；209.　能量交換站將電力重新分佈至每一輸出。
圖1d顯示一實例，其中資料處理裝置可以經由一API與計費及付費應用程式互動，該等應用程式運行於公用事業單位或其他能源提供者的電腦之中。就此點而言，系統可以依據一使用者具有的能量輸送預訂型態在一特定之充電插槽處限制電力的充電量。舉例而言，一高級型預訂可以表示其汽車可以接收50 kW的充電電力且可以極為快速地充電，而一基本型之預訂可能意味使用者僅能接收20 kW且充電速度慢上許多。
301.　透過一組態裝置應用程式，一新顧客的一些電池的ID編號被一業務部門輸入資料庫；302.　資料處理裝置將電池ID儲存於資料庫之中；303.　一公用事業公司具有特別的方案：基本型預訂允許20 kW之充電，而高級型預訂允許50 kW之充電。公用事業公司應用程式將電池ID與個人及預訂型態匹配。針對每一個別之電池，其傳送最大容許電力至資料處理裝置；304.　資料處理裝置將每一電池的最大容許電力儲存於資料庫之中；305.　使用者將運載工具連接至能量交換站之一輸出並傳輸資料至包含其電池ID的能量交換站；306.　能量交換站傳送參數至資料處理裝置(電池ID/SOC/電池資料，等等)；307.　資料處理裝置將電池ID與最大電力進行匹配並計算該輸出之最佳充電樣態；308.　資料處理裝置傳送充電樣態至能量交換站；309.　能量交換站據以控制充電；
圖1e顯示一類似圖1d實例之實例，但此處之運載工具並不具有一電池管理系統。此系統(資料處理裝置)可以經由一API與計費及付費應用程式互動，該等應用程式運行於公用事業單位或其他能源提供者的電腦之中。就此點而言，系統可以依據一使用者具有的能量輸送預訂型態在一特定之充電插槽處限制電力的充電量。舉例而言，一高級型預訂可以表示其汽車可以接收50 kW的充電電力且可以極為快速地充電，而一基本型之預訂可能意味使用者僅能接收20 kW且充電速度慢上許多。
401.　透過一組態裝置應用程式，一新顧客的一些電池的ID編號被一業務部門輸入資料庫；透過位於充電崗站中之一智慧卡系統識別一使用者。此資料透過第三方充電付費終端數據機傳送。使用者與充電位置一起被識別；402.　公用事業公司具有特別的方案：基本型預訂允許20 kW之充電，而高級型預訂允許50 kW之充電。公用事業公司具有一包含哪一充電器位於何處之資料庫。其亦包含智慧卡及使用者資料。當公用事業公司自其顧客接收到智慧卡請求(1)，其連結此資料並將最大電力設定傳送至資料處理裝置；403.　資料處理裝置收到該最大電力設定以及一充電致能信號；404.　資料處理裝置傳送充電致能至能量交換站；405.　能量交換站連接至運載工具及VMS資料流；406.　上述之VMS傳送一充電電力請求至能量交換站；407.　能量交換站傳送該VMS請求至資料處理裝置；408.　資料處理裝置將最大電力對請求電力進行匹配並將結果傳送至能量交換站；409.　能量交換站告知VMS其最大僅能輸送20 kW並開始輸送電力。
圖1f顯示一系統，具有一針對區域(國際)安裝合作夥伴的介面，其提供有關於該系統之功能的資訊。若某處出現錯誤，則其可以(透過一資料處理裝置API)發送一錯誤碼至區域安裝合作夥伴，使得區域安裝者知悉應攜帶何種設備以進行維修。
501.　正常運作期間，能量交換站將有關其運作之資料傳送至資料處理裝置。此等資料被用以進行高階分析；502.　在某一時刻，某一地區中的充電器之主要功能出現問題。能量交換站傳送一錯誤碼至資料處理裝置；503.　資料處理裝置儲存所有的運作及錯誤碼；504.　該地區中之一維修&安裝合作夥伴具有接收該錯誤碼之維修軟體。內部伺服器基礎建設傳送一訊息至某一保修人員，指出充電器需要立即進行修復，並攜帶一備用之電源供應裝置。充電器將迅速地再次回復運作；505.　透過一組態裝置保修應用程式，可以對運作之歷史進行大幅之研究以了解造成問題的原因。
圖1g顯示一實例，其中可以依據電池的歷史資料預測電池壽命，且此資訊被提供給租賃公司。
601.　正常運作期間，能量交換站將有關實地使用中的電池資料傳送至資料處理裝置；602.　資料處理裝置儲存所有實地使用中的電池之電池資料；603.　透過一組態裝置電池壽命應用程式，軟體系統可以研究實地使用中的電池之行為並以軟體分析電池壽命之趨勢。其可以對每一電池做出一預測並將其傳送至資料處理裝置；604.　一租賃公司接收每一實地使用中的電池的實際電池壽命估計，並可以加以使用以做出財務模型。
圖2a顯示依據本發明之使用於一能量傳輸站中之一電力轉換器700之一實例之示意圖。該能量傳輸站包含一多相(例如三相)AC/DC轉換器701，耦接至一DC/DC轉換器702，包含一電流隔離(galvanic separation)。該DC/DC轉換器耦接至一多相(例如四相)DC/AC轉換器703。
圖2b顯示圖2a之轉換器700之一簡化電路圖，其中相同之數字代表相同之部件。轉換器使用開關704，其受一微控制器(圖中未顯示)控制。
圖2c顯示一實例，其中能量交換站705內部包含數個電力轉換器706(例如，但不一定是，AC/DC轉換器)、一連接矩陣707，用以將能量轉換器以可變換的形式耦接至用以與運載工具交換能量的連接埠。該等連接埠包含一連接管理器708，一個管理一特定連接之控制的系統、一輸出端，由資料及DC能量連接埠構成、一充電纜線、以及位於充電纜線末端之一連接器，用以將能量交換站耦接至運載工具。
基於此組態，每一電力轉換器，或者多個電力轉換器一起，可以被耦接至能量交換站之一輸出。此組態可以據以將電力以每一輸出具有不同的功率位準、電壓位準、或電流位準的方式分佈於一能量交換站之多個輸出，。
上述之連接管理器將管理每一連接(資料傳輸、電力傳輸、安全性)，故此組態使其能夠在一能量交換站上同時使用不同的連接標準、纜線、以及實體連接。此外，在不付出額外的代價上，一連接管理器(加上其纜線及連接器)以及一能量交換連接埠從而可以被置換成另一個，因為所有特定的協定及安全性均由連接管理器管控。此增加一能量交換站之彈性，以對一特定充電系統之市場變化、市場滲透等有所反應。
圖2d顯示一能量交換站709之一實施例，其內部包含一可組態電力供應單元710，具有多個輸出耦接(可能是固定)至能量交換站之能量交換連接埠。該等連接埠同樣地可以包含一連接管理器，一個管理一特定連接之控制的系統、一輸出端，由資料及DC能量連接埠構成、一充電纜線、以及位於充電纜線末端之一連接器，用以將能量交換站耦接至運載工具。
該可組態電力供應可以調整每一輸出之電流、電壓以及功率位準。此組態亦可以據以將電力以每一輸出具有不同的功率位準、電壓位準、或電流位準的方式分佈於一能量交換站之多個輸出。該連接管理器可以與先前實施例所述者完全相同。
圖2e顯示一能量交換站711，其係實施例1 & 2之一結合。該能量交換站內部可以包含一可組態電力供應單元，具有多個輸出，其係連接矩陣。
圖2f顯示一能量交換站712，其輸出處與上述之連接管理器形式相同，此種連接管理器可以安裝於充電站的電力輸入處，於此處其分別管理每一電力輸入之資料傳輸、電力傳輸、以及安全性。
其可以實施不同的連接管理器以連接不同的能量源並選擇性地與其通信，諸如電網電力(來自不同電網擁有者)、風能電力、太陽能電力、區域性儲存(緊急電力或負載平衡)、或者任何其他可想到的能量源。當然，選擇性通信僅在該能量源同時亦具有通信之裝置才有可能。
該連接管理器係具有智能的，因而能夠與電力源(電網擁有者)協商充電站之需求，或者當其中之一輸入係一風車且風力超出預測之時，告知能量交換站能量過剩(此可以被用以加速充電)。
除了所顯示的實施例和實例之外，本發明可以利用許多不同的方式加以套用，其均落入申請專利範圍所界定的保護範疇之內。
1．．．充電站的一般配置
2．．．能量交換站
3．．．資料處理裝置
4．．．交換能量之連接埠
5．．．資料通信之連接埠
6．．．資料通信之連接埠
7．．．交換能量之連接埠
8．．．資料通信之連接埠
9．．．資料通信之連接埠
10．．．資料庫
11．．．交換資料之連接埠
12．．．組態裝置
13．．．應用程式介面/API
14．．．交換資料之連接埠
15．．．組態裝置
101-109．．．步驟
201-209．．．步驟
301-309．．．步驟
401-409．．．步驟
501-505．．．步驟
601-604．．．步驟
700．．．電力轉換器
701．．．多相AC/DC轉換器
702．．．DC/DC轉換器
703．．．多相DC/AC轉換器
704．．．開關
705．．．能量交換站
706．．．電力轉換器
707．．．連接矩陣
708．．．連接管理器
709．．．能量交換站
710．．．可組態電力供應單元
711．．．能量交換站
712．．．能量交換站
本發明之說明係參照後附圖式進行，其中：
圖1a顯示一依據本發明之充電站的一般配置。
圖1b顯示一實例，其中可用之電網電力小於運載工具要求之所需電力。
圖1c顯示一實例，其中系統依據一電池壽命規格最佳化充電樣態。
圖1d顯示一實例，其中資料處理裝置可以經由一API與計費及付費應用程式互動。
圖1e顯示一類似圖1d實例之實例，但此處之運載工具並不具有一電池管理系統。
圖1f顯示一系統，具有一針對區域(國際)安裝合作夥伴的介面。
圖1g顯示一實例，其中可以依據電池的歷史資料預測電池壽命。
圖2a顯示依據本發明之使用於一能量傳輸站中之一電力轉換器之一實例之示意圖。
圖2b顯示圖2a之轉換器之一簡化電路圖。
圖2c顯示一實例，其中能量交換站內部包含電力轉換器及連接矩陣。
圖2d顯示一能量交換站之一實施例。
圖2e顯示一能量交換站，其係實施例1 & 2之一結合。
圖2f顯示一能量交換站。
1．．．充電站的一般配置
2．．．能量交換站
3．．．資料處理裝置
4．．．交換能量之連接埠
5．．．資料通信之連接埠
6．．．資料通信之連接埠
7．．．交換能量之連接埠
8．．．資料通信之連接埠
9．．．資料通信之連接埠
10．．．資料庫
11．．．交換資料之連接埠
12．．．組態裝置
13．．．應用程式介面/API
14．．．交換資料之連接埠
15．．．組態裝置

Claims (25)

  1. 一種用於與一電動運載工具交換能量之系統，特別是與該電動運載工具中之一電池，該系統包含：至少一能量交換站，其包含：至少一用以與一能量源交換能量之連接埠；至少一用以與一運載工具交換能量之連接埠；至少一用以與該運載工具進行資料通信之連接埠；至少一用以與一資料處理裝置進行資料通信之連接埠；至少一電力轉換器，用以在下列項目之間交換能量：該至少一用以與一能量源交換能量之連接埠，以及該至少一用以與該運載工具交換能量之連接埠，依據由一資料處理裝置所提供之能量交換設定；一資料處理裝置，其包含：至少一用以與該能量交換站進行資料通信之連接埠；至少一用以與至少一組態裝置進行資料通信之連接埠；至少一組態裝置，其包含：至少一用以與該資料處理裝置交換資料之連接埠；以及諸如一使用者介面之用以編輯組態細節及/或與該運載工具交換資料之裝置。
  2. 依據申請專利範圍第1項之系統，其包含記憶體裝 置，諸如記憶體或一資料庫用以儲存至少：組態細節；以及電池概況。
  3. 依據申請專利範圍第1項之系統，其中該能量交換站係組態以提供運載工具資訊至該資料處理裝置，該資訊係有關於一耦接至該用以與一運載工具交換能量之連接埠的運載工具。
  4. 依據申請專利範圍第3項之系統，其中該提供之運載工具資訊包含用以完成或編輯該資料庫中該電池概況之電池資訊，其係在該運載工具的使用期間或能量交換期間，由該能量交換站，或由該運載工具中之一記錄單元記錄。
  5. 依據申請專利範圍第3項之系統，其中該資料處理裝置係組態以依據該運載工具資訊及/或組態細節及/或電池概況提供最佳化之能量交換設定至該能量交換站。
  6. 依據申請專利範圍第5項之系統，其中該能量交換設定係依據至少一有關該電池或該運載工具之參數進行最佳化，該參數諸如該電池之種類或該電池之一實際能量狀態、一電池溫度、一電池電壓位準、一預期電池壽命(例如，表示為充電及/或放電循環之次數)、一所欲可用電力、或一可用或所欲之充電時間、或行動半徑。
  7. 依據申請專利範圍第5項之系統，其中該用於一耦接該用以與一運載工具交換能量之連接埠的運載工具之能量交換設定係基於有關於至少一第二運載工具之至少一參 數，其耦接至一用於能量交換站之能量交換的第二連接埠，或者是有關於至少一第二運載工具之至少一參數，其與一用於能量交換站之能量交換的第二連接埠耦接，或者是有關於該電力源之至少一參數而最佳化。
  8. 依據申請專利範圍第5至7項中任一項之系統，係組態以，特別是即時性地或準即時性地，由該資料處理裝置回應有關該電池之一參數之一變化或者是有關該能量源之一參數之一變化而更新或控制該能量交換設定，並更新介於該能量交換站與一耦接至該能量交換站之一能量交換連接埠之一運載工具之間的能量交換。
  9. 依據申請專利範圍第1至7項中任一項之系統，其中該能量交換站包含複數個電力轉換器，用以依據各種能量交換設定，透過用以與複數個運載工具交換能量之複數個連接埠，與複數個運載工具交換能量。
  10. 依據申請專利範圍第9項之系統，其中該能量交換站包含一連接矩陣，用以可變換地將該能量轉換器與用以與運載工具交換能量的連接埠耦接。
  11. 依據申請專利範圍第1至7項中任一項之系統，其中該至少一用於該至少一能量交換站之能量交換之連接埠包含一用以致能與各種不同運載工具能量交換之可變換實體連接器。
  12. 依據申請專利範圍第1至7項中任一項之系統，其中該至少一用以與該運載工具進行資料通信之連接埠包含一可變換實體連接，且/或被組態成用以依據各種不同協定 進行資料通信，以致能與各種不同運載工具之資料通信。
  13. 依據申請專利範圍第1至7項中任一項之系統，其中該至少一用以進行資料通信之連接埠被組態成用以與一電池管理系統或一運載工具管理系統進行資料交換。
  14. 依據申請專利範圍第1至7項中任一項之系統，其中該組態裝置被組態成管理、處理或儲存有關能量峰值的資料或者是關於自該至少一電力源能量交換的能源價格。
  15. 依據申請專利範圍第1至7項中任一項之系統，其中該組態裝置係耦接至來自該至少一能量源之至少一儀錶裝置或服務。
  16. 依據申請專利範圍第1至7項中任一項之系統，其中該能量交換站係組態成在該運載工具及該資料處理裝置及/或該組態裝置個別的資料通信連接埠之間交換資料。
  17. 一種能量交換站，其係使用於依據申請專利範圍第1至16項中任一項之系統。
  18. 一種資料處理裝置，其係使用於依據申請專利範圍第1至16項中任一項之系統。
  19. 一種組態裝置，其係使用於依據申請專利範圍第1至16項中任一項之系統。
  20. 一種用於與一電動運載工具交換能量之方法，特別是與該電動運載工具中之一電池，該方法包含：取得關於一耦接至一能量交換站之運載工具的運載工具資訊；依據該取得之運載工具資訊及/或儲存於一資料庫中 的組態細節及/或電池概況，將最佳化之能量交換設定回傳至該能量交換站；依據該能量交換設定，與該運載工具交換能量。
  21. 依據申請專利範圍第20項之方法，其中取得運載工具資訊包含在該運載工具的使用期間或在能量交換期間，藉由該能量交換站，或是該運載工具中之一記錄單元記錄記錄電池資訊，以完成或編輯該資料庫中之該電池概況。
  22. 依據申請專利範圍第20項或第21項之方法，其中最佳化能量交換設定包含依據至少一有關該電池或該運載工具之參數，諸如該電池之種類或該電池之一實際能量狀態、一電池溫度、一預期電池壽命(例如，表示為充電及/或放電循環之次數)、一所欲可用電力、或一可用或所欲之充電時間或行動半徑，以進行最佳化。
  23. 依據申請專利範圍第20項或第21項之方法，其中最佳化能量交換設定包含依據至少一有關至少一耦接至至少一用於該能量交換站之能量交換之第二連接埠之第二運載工具之參數，或是依據至少一有關該電力源之參數進行最佳化。
  24. 依據申請專利範圍第20項或第21項之方法，包含，特別是即時性地，藉由該資料處理裝置回應於有關該電池之一參數之一變化或者是有關該能量源之一參數之一變化以更新該能量交換設定，並從而更新介於該能量交換站與一耦接至該能量交換站之一能量交換連接埠之運載工 具之間的能量交換。
  25. 一種用於操作一依據申請專利範圍第17項之能量交換站之方法，包含切換介於該至少一用以與一電力源交換能量之能量交換連接埠和分別用以與電動運載工具交換能量之連接埠之間的電力轉換器，以依據每一運載工具特定之能量交換設定與個別運載工具交換電氣能量。
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