TWI559649B - 電動車自動充放電控制系統及方法 - Google Patents

Description

電動車自動充放電控制系統及方法

本發明是一種關於控制電動車之充電或放電的技術領域，尤其是一種關於藉由控制電動車之充放電以調節負載之總耗電量之電動車自動充放電控制系統，以及因其系統而產生之方法。

隨著日漸升高的環保意識，於現有的科技中，如何減低石化能源的消耗，隨即產生的科技產物則是電動車，因為車輛是隨時隨地皆容易消耗能量且同時也是消耗能量高的工具，故電動車的出現應更優於使用傳統石化能源的車輛，電動車的不同應用以及設計會帶來不同的優點，以減少汙染、廢氣排放、提升電量使用效用、增強可靠度及較不依賴日漸不足的傳統燃料。

電動車的電池系統則須經常充電，然而目前對於電動車之使用最不利的原因也在於電動車的充電系統上，現有的電動車充電系統多數係考慮電池壽命及安全性的角度，以決定電動車電池充電策略，現有的電動車充電系統僅能採用一台充電器對一台電動車充電，電動車充電完成後仍需使用者手動移除充電器，再連接另一台電動車，且電動車需移動位置到充電器附近。除了一天之中時常需要駕馭車輛的駕駛外，絕大多數的人 皆會開車到一定點進行停車。最常見的則是停車但未連接充電裝置，或是停車也連接充電裝置，但駕駛通常停好車後，不太會選擇充電的時間，若對需要充電的電動車駕駛而言，往往是一停好車即開始充電，而多數人開車停車的時間皆為白天，也容易使電動車充電發生在一日用電量最大的時間。雖然電動車充電可以大量減少石化能源的消耗，但電動車的能量來源是電力，而電力的產生也是一種消耗能量的方式，他日若大量使用電動車替代傳統車輛時，大量充電的問題勢必會出現，若是無法有效控制一日之中的用電量消耗，在尖峰時間的耗電也會造成不必要的發電能量浪費，例如：因需要大量的電力，勢必在火力發電廠需要燃燒更大量的煤或是其他各種發電廠需要生產電能，以應付尖峰時段的電量消耗。

雖然現在有許多的智慧電網(Smart Grid)或是智慧居家電能管理等，可以控制整體耗電，但僅能控制市電來源的電力耗損，控制不必要的耗電。一般家庭用戶的電價係採用累進費率，使用的電量越多，每一度電的單價越高，如果使用者在夏季期間對電動車充電，必須支付高昂的充電費用，而電動車儲存的電能也僅能用來驅動電動車，無法發揮最大效用。且工業用電多採用時間電價，其最大用電量受到契約容量值的限制，使用者的用電量若超過契約容量值，電力公司會對使用者收取超約罰金。未來若電動車的普及率增加，工廠也可以提供員工的電動車輛充電的服務，則工廠的用電量可能會大增，導致超約用電並需支付大量超約罰金。

故，有鑑於習知技術之缺失，本發明提出一種電動車自動充放電控制系統及方法，藉由控制電動車的可充電及可放電，以平均用電至電動車及負載中。

本發明之主要目的係在提供一種電動車自動充放電控制系統及方法，其係利用一電動車自動充放電控制系統電性連接負載、電力源及電動車，可依照使用者與市電公司所簽的契約容量值，與所連接的電動車及負載之耗電量資訊進行計算，當耗電量快超過所簽訂的用契約容量值時，可以調配已充電之電動車的電力給負載使用，而當整體用電閒置時，耗電量低於所簽訂的契約容量值時，則對電動車進行充電，藉此平均一日之中所需的耗電量。

為了達到上述的目的，本發明提供一種電動車自動充放電控制系統，其係包含一電力量測器電性連接至至少一負載，並量測負載所消耗之電力，以取得一即時用電量；至少一充放電轉換器電性連接至少一電動車，以提供電力至電動車或接收電力自電動車；一控制器電性連接至少一充放電轉換器、至少一負載及一電力源，以接收電力源之電力，以將電力平均傳輸至充放電轉換器及負載之中，或接收電力自充放電轉換器及電力源中，以將電力平均傳輸至負載之中；一自動充放電控制裝置電性連接至少一充放電轉換器、控制器及電力量測器，以偵測該控制器及充放電轉換器之充放電資料及接收自電力量測器所傳輸之即時用電量。

為了達到上述之目的，本發明亦提供一種電動車自動充放電控制方法，其係藉由一電動車自動充放電控制系統控制至少一電動車、至少一負載及一電力源之電力轉換，並包括下列步驟：計算所欲充放電之電動車數量，讀取每一電動車之初始殘電量及即時殘電量之資料與一負載資訊、契約容量值、一用電時段電價資訊及一即時用電量，根據契約容量值、 用電時段電價資訊、每一電動車之初始殘電量及即時殘電量進行計算以產生一計算結果，並判斷計算結果是否超過契約容量值，若是則接收電力自電動車之中，並再將自電動車所得到之電力平均傳輸至負載之中，若否則將電力源之電力供電至電動車及負載之中。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10‧‧‧電動車自動充放電控制系統

12‧‧‧電力量測器

14‧‧‧充放電轉換器

16‧‧‧控制器

18‧‧‧自動充放電控制裝置

20‧‧‧負載

22‧‧‧充放電座

24‧‧‧選擇開關

26‧‧‧電動車

28‧‧‧電力源

第一圖為本發明的電動車自動充放電控制系統的電路架構示意圖。

第二圖為本發明的電動車自動充放電控制方法的流程示意圖。

本發明提出一種電動車自動充放電控制系統及方法，電動車可以透過與電力用戶簽定之充放電合約，由電力用戶提供電力源對電動車充電，增加電動車充電的便利性。電力用戶可以運用電動車的儲能放電來抑低最大用電，避免超約用電而被電力公司課以罰金。透過本發明可使電力用戶、電動車使用者及市電之電力公司皆得到最大的經濟效益。

首先，先詳述本發明的系統電性連接關係，請參照本發明第一圖所示，一種電動車自動充放電控制系統10，其係包含一電力量測器12、至少一充放電轉換器14，例如本實施例中以兩個充放電轉換器14為例、一控制器16及一自動充放電控制裝置18；一電力量測器12係可電性連接至一負載20，於本實施例之中電力量測器12係為電表；一充放電轉換器14係包含一選擇開關24及複數充放電座22，例如本實施例中以四個充放電座22為 例，選擇開關24係電性連接複數充放電座22及控制器16，以依序選擇每一充放電座22所電性連接之至少一電動車26，例如本實施例中以一個選擇開關24電性連接四個充放電座22，每一個充放電座22再電性連接一電動車26，則一充放電轉換器14可電性連接四台電動車26；一控制器16係電性連接至少一充放電轉換器14中之選擇開關24、至少一負載20及一電力源28，於本實施例之中電力源28係為市電，負載20係為室內電器產品或室外電器產品，例如：家裡的冰箱、冷氣機及電視等、工廠的員工停車場之電燈及工廠內的用電裝置等，或是住/商大樓之停車場等場所之各種用電裝置等；一自動充放電控制裝置18再電性連接至少一充放電轉換器14、控制器16及電力量測器12。上述之充放電轉換器14、充放電座22、電動車26及負載20之數量係為本實施例之說明數量，不以此數量為限制。

承接上段，在說明完本發明之電性連接關係後，接續詳述本發明之作動方式，電力量測器12係可量測負載20所消耗之電力，以得到一即時用電量，例如：可以馬上量測出家裡所有正在使用電器的用電量；接著，充放電轉換器14中的選擇開關24可依序將充放電座22之電力傳輸至電動車26中，或是接收電力自電動車26中；自動充放電控制裝置18則可偵測控制器16及充放電轉換器14之充放電資料，例如：當下連接多少台電動車，電動車中的即時殘電量、可充放電效率及初始殘電量、使用者或用戶與電力公司所簽訂之最高電費或是契約容量值、負載資訊及用電時段電價資訊等資訊，皆可傳輸至自動充放電控制裝置18中。自動充放電控制裝置18可接收自電力量測器12所傳輸之即時用電量，並與充放電資料進行比較：所有電動車的即時殘電量皆為100%時，則停止充電； 充電量+負載>契約容量值，則停止充電，或改為放電；充電量+負載<=契約容量值，且即時殘電量<100%，則充電；負載>契約容量值，且即時殘電量>初始殘電量，則放電；負載>契約容量值，且即時殘電量<=初始殘電量，則不動作。當充放電資料大於契約容量值時，自動充放電控制裝置18則控制充放電轉換器14所接收之電力傳輸至控制器16中，如充放電轉換器14中的充放電座22所接收電動車26釋放出的電力，再傳輸至控制器16中並將電力平均傳輸至負載20；當充放電資料小於契約容量值時，自動充放電控制裝置18則控制控制器16所接收之電力源28的電力，並由控制器16傳輸至充放電轉換器14及負載20之中，再由充放電座22將電力傳輸至電動車26之中，使電動車26充電。

在說明完本發明之電動車自動充放電控制系統之系統架構及作動方式之後，請在同時參照本發明第一圖及第二圖所示，以詳加說明本發明之電動車自動充放電控制方法。首先，如步驟S10所示，一電動車自動充放電控制系統10可控制共八台電動車26、一負載20及一電力源28之電力轉換，先計算所欲充電的電動車26數量，當每一充放電座22電性連接一電動車26數量後，自動充放電控制裝置18會偵測充放電轉換器14內的已電性連接電動車26之充放電座22數量。如步驟S12所示，自動充放電控制裝置18讀取每一電動車26的初始殘電量及即時殘電量的資料與負載資訊、契約容量值、用電時段電價資訊及即時用電量，負載資訊可以是使用者或是用戶所裝設的場所之一般電費費率或是用戶自行設定之最高電費費率。如步驟S14所示，根據契約容量值、用電時段電價資訊、即時用電量、每一電動 車的初始殘電量及即時殘電量進行計算，以產生出計算結果。如步驟S16所示，判斷計算結果是否超過契約容量值，若是則進行下一步驟。如步驟S18所示，當即時用電量大於契約容量值，則選取已充電量最多之電動車26釋放電力達到電動車之初始殘電量為止，所釋放之電力則傳輸至自動充放電控制系統10中的充放電座22，充放電座22再傳輸至控制器16，控制器16再結合電力源28所傳輸之電力，以將電力平均分散至負載20之中。若否則跳到步驟S20，如步驟S20所示，當即時用電量小於契約容量值，且用電時段電價資訊小於負載資訊時，或是當用電時段電價資訊大於負載資訊時，但所有電動車的充電量及負載總和不大於契約容量值，控制器16則將電力源28之電力依序供電至即時殘電量最小的電動車26之中，及傳輸電力至負載20之中。

本發明之電動車自動充放電控制系統及方法可應用於電動車數量固定或隨時變動的場合，例如工廠的員工車輛停車場、住/商大樓停車場、公/私有停車場等場所。可以減少電力用戶超約用電的機率，降低電力用戶的電費支出。本發明可提升電動車充電的便利性，並可以提升電動車儲能的使用效益，讓電動車的儲能不僅可以用來驅動電動車，也可以用來進行電力用戶的負載管理，並確保電動車在離開停車場時，其電池即時殘電量大於或等於停車時之電池初始殘電量，以提升電動車的使用方便性，最後還可以減少電力公司新設電源的壓力，使每一電動車可成為一活動電池，一旦當本發明所使用的場所用電量過大時，電動車則可放電並提供電力給所使用的場所，尖峰時段的使用電量就不會超過契約所訂定的電量值，靈活運用電力以帶給電力用戶龐大的經濟效應。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧電動車自動充放電控制系統

12‧‧‧電力量測器

14‧‧‧充放電轉換器

16‧‧‧控制器

18‧‧‧自動充放電控制裝置

20‧‧‧負載

22‧‧‧充放電座

24‧‧‧選擇開關

26‧‧‧電動車

28‧‧‧電力源

Claims (12)

1. 一種電動車自動充放電控制系統，其係包含：一電力量測器，其係可電性連接至至少一負載，以量測該至少一負載所消耗之電力，並可得一即時用電量；至少一充放電轉換器，其係具有複數充放電座及一選擇開關，該選擇開關係電性連接至該等充放電座，該選擇開關依序將該等充放電座對應電性連接至少一電動車，以藉由該等充放電座提供電力至該至少一電動車，或藉由該等充放電座接收電力自該至少一電動車；一控制器，其係電性連接該至少一充放電轉換器的該選擇開關、該至少一負載及一市電，該控制器係可接收該市電之電力，以將該電力平均傳輸至該至少一充放電轉換器的該選擇開關及該至少一負載之中，該選擇開關再傳輸該電力至該等充放電座中，或接收該電力自該至少一充放電轉換器的該選擇開關及該市電中，以將該電力平均傳輸至該至少一負載之中；及一自動充放電控制裝置，其係電性連接該至少一充放電轉換器、該控制器及該電力量測器，該自動充放電控制裝置係可偵測該控制器及該充放電轉換器之充放電資料、一契約容量值及接收自該電力量測器所傳輸之該即時用電量，當該即時用電量大於該契約容量值，該自動充放電控制裝置則控制該至少一充放電轉換器所接收之電力傳輸至該控制器中，以將電力平均傳輸至該至少一負載，當該即時用電量小於該契約容量值，該自動充放電控制裝置則控制該控制器所接收之電力至該至少一充放電轉換器及該至少一負載。
2. 如請求項1所述之電動車自動充放電控制系統，其中該電力量測器係為電表。
3. 如請求項1所述之電動車自動充放電控制系統，其中該充放電資料係可為負載資訊、用電時段電價資訊及電動車之初始殘電量與即時殘電量。
4. 如請求項1所述之電動車自動充放電控制系統，其中該至少一負載係為室內電器產品或室外電器產品。
5. 一種電動車自動充放電控制方法，其係藉由一電動車自動充放電控制系統控制至少一電動車、至少一負載及一市電之電力轉換，該電動車自動充放電控制方法包含下列步驟：計算所欲充放電之該電動車數量；讀取每一該電動車之一初始殘電量及一即時殘電量之資料與一負載資訊、一契約容量值、一用電時段電價資訊及一即時用電量；根據該契約容量值、該用電時段電價資訊、該即時用電量、每一該電動車之該初始殘電量及該即時殘電量進行計算，以產生一計算結果；及判斷該計算結果是否超過該契約容量值：若是則接收電力自該至少一電動車之中，並再將自該至少一電動車所得到之該電力及該市電之電力平均傳輸至該至少一負載之中；及若否則將該市電之該電力供電至該至少一電動車及該至少一負載之中。
6. 如請求項5所述之電動車自動充放電控制方法，其中該電動車自動充放電控制系統係電性連接該至少一電動車、該至少一負載及該市電。
7. 如請求項5所述之電動車自動充放電控制方法，其中該即時用電量小於該 契約容量值，且該用電時段電價資訊小於該負載資訊，則依序供電至該即時殘電量最小之該電動車之中。
8. 如請求項7所述之電動車自動充放電控制方法，其中該負載資訊係為一般電費費率或用戶自行設定之最高電費費率。
9. 如請求項5所述之電動車自動充放電控制方法，其中該即時用電量大於該契約容量值，則選取一已充電量最多之該電動車，該自動充放電控制系統則接收電力自該已充電量最多之該電動車，再將該電力平均分散至該至少一負載之中。
10. 如請求項9所述之電動車自動充放電控制方法，其中該已充電量最多之該電動車釋放電力達到該電動車之初始殘電量時，則停止該電動車釋放電力。
11. 如請求項5所述之電動車自動充放電控制方法，其中該用電時段電價資訊大於該負載資訊，但所有該電動車之充電量及負載總和不大於該契約容量值，該電動車自動充放電控制系統則供電至該即時殘電量最少之該電動車之中。
12. 如請求項5所述之電動車自動充放電控制方法，其中該至少一負載係為室內電器產品或室外電器產品。