TWM575211U - Charging station system - Google Patents

Abstract

一種充電站系統包含多個充電樁及一電連接該等充電樁的控制裝置。每一充電樁適用於供一待充電設備電連接。該控制裝置獲得多筆分別對應該等充電樁的輸出累計時間，每一輸出累計時間指示出對應之該充電樁持續地處於一輸出狀態的時間長度，該控制裝置至少根據該等輸出累計時間產生多個分別與該等輸出累計時間正相關且對應該等充電樁的輸出功率上限，該控制裝置並將該等輸出功率上限分別傳送至該等充電樁，以使每一充電樁於該輸出狀態時輸出的功率恆小於其所對應的該輸出功率上限，並使該等充電樁所輸出的功率的總和恆小於一總輸出功率上限值。

Description

充電站系統

本新型是有關於一種充電站系統，特別是指一種適用於電動車的充電站系統。

近年來由於環保意識抬頭，使得各家廠商積極地投入純電動車的開發，而在純電動車日漸普及的將來，充電站的需求量也必定水漲船高。

對於電力公司而言，若電能的需求量突然升得太高，可能會造成發電設備超載的情形，因此，對於充電站這種用電量較高的應用，電力公司會要求充電站的營運商簽訂每一充電站的契約容量。舉例來說，若一充電站的契約容量為20kW，則代表該充電站中所有充電樁的總輸出瞬時功率不得高於20kW，否則營運商便需支付額外的附加費用給電力公司。

對於該充電站的營運商而言，簽訂較高的契約容量雖然代表該充電站被允許輸出較高功率的電能，但每一期便需繳納較高的電費給電力公司，因此，為了節省成本，營運商所簽訂的契約容量通常會小於該充電站中所有充電樁滿載輸出時的總功率，在此情況下，如何使得該等充電樁在不超過契約容量的前提下仍能有效率地運作以滿足消費者的需求，便成為本案所欲解決的問題。

因此，本新型的目的，在於提供一種能解決先前技術之問題的充電站系統。

本新型充電站系統包含多個充電樁及一電連接該等充電樁且儲存一總輸出功率上限值的控制裝置。每一充電樁適用於供一待充電設備電連接，且能於一輸出電能至該待充電設備的輸出狀態及一不輸出電能的非輸出狀態之間切換。該控制裝置獲得多筆分別對應該等充電樁的電能輸出狀態資料，每一筆電能輸出狀態資料包含一輸出累計時間，該輸出累計時間指示出該筆電能輸出狀態資料所對應的該充電樁持續地處於該輸出狀態的累計時間長度，該控制裝置至少根據該等輸出累計時間產生多個分別與該等輸出累計時間正相關且分別對應該等充電樁的輸出功率上限，並將該等輸出功率上限分別傳送至對應的該等充電樁，以使每一充電樁於該輸出狀態時輸出的功率恆小於該充電樁所對應的該輸出功率上限，並使該等充電樁所輸出的功率的總和恆小於該總輸出功率上限值。

在本新型充電站系統的一些實施態樣中，每一充電樁包括一適用於電連接該待充電設備的輸出連接埠，以及一電連接該輸出連接埠的處理單元。每一電能輸出狀態資料是由該電能輸出狀態資料所對應之該充電樁的該處理單元所產生，且每一電能輸出狀態資料還包含一電流斜率值，該電流斜率值指示出由對應之該充電樁的該輸出連接埠輸出至該待充電設備的電流的單位時間變化量。該控制裝置是根據該等輸出累計時間及該等電流斜率值產生該等輸出功率上限，且該等輸出功率上限分別與對應的該等電流斜率值正相關。

在本新型充電站系統的一些實施態樣中，該控制裝置還儲存一基礎輸出功率值及一備用輸出功率值，且該總輸出功率上限值是等於該基礎輸出功率值乘以該等充電樁的數量再加上該備用輸出功率值，該控制裝置是先至少根據該等輸出累計時間決定出多個分別與該等輸出累計時間正相關且對應該等充電樁的權重百分比，再根據各該權重百分比、該基礎輸出功率值及該備用輸出功率值計算出對應各該權重百分比且大於等於該基礎輸出功率值的各該輸出功率上限。

在本新型充電站系統的一些實施態樣中，每一充電樁包括一適用於電連接一交流電源的輸入連接埠、一適用於電連接該待充電設備的輸出連接埠、一電連接於該輸入連接埠及該輸出連接埠之間的電能轉換單元，以及一電連接該電能轉換單元及該控制裝置的處理單元，當每一充電樁的該處理單元自該控制裝置接收到對應該充電樁的該輸出功率上限時，根據該輸出功率上限控制該電能轉換單元經由該輸出連接埠輸出至該待充電設備的功率恆小於該輸出功率上限。

本新型之功效在於：該控制裝置能根據該等充電樁的該等輸出累計時間計算出分別對應該等充電樁的該等輸出功率上限，藉此主動且動態地管理每一充電樁所輸出之功率的上限，如此一來，該充電站系統能在該等充電樁之輸出功率的總和恆小於該總輸出功率上限值的前提下更有效率地滿足消費者的需求。

在本新型被詳細描述之前應當注意，本專利說明書中所指的「電連接」是泛指電子設備/裝置/元件之間經由導體相連而達成的有線電連接，以及經由無線通訊進行資料傳輸的無線電連接，並且，本專利說明書中所指的「電連接」亦是泛指電子設備/裝置/元件之間的「直接電連接」及「間接電連接」。

參閱圖1及圖2，本新型充電站系統1的一實施例例如是一種適用於電動車的充電站系統1，且該充電站系統1包含多個適用於電連接一交流電源50的充電樁11，以及一電連接該等充電樁11的控制裝置12。

如圖2所示，每一充電樁11包括一適用於電連接該交流電源50的輸入連接埠111、一適用於電連接一待充電設備100的輸出連接埠112、一電連接於該輸入連接埠111及該輸出連接埠112之間的電能轉換單元113，以及一電連接該電能轉換單元113及該控制裝置12的處理單元114。在本實施例中，該輸入連接埠111例如被實施為能與該交流電源50之插座相配合的一電源插頭，該電能轉換單元113例如被實施為一AC/DC轉換器或者一AC/AC轉換器，該輸出連接埠112例如被實施為一適用於一待充電設備100的充電槍頭，且該待充電設備100例如為一電動車，但不以此為限。

在本實施例中，每一充電樁11能於一輸出狀態及一非輸出狀態之間切換。具體而言，當該充電樁11處於該非輸出狀態時，該處理單元114控制該電能轉換單元113不經由該輸出連接埠112輸出電能。而當該處理單元114偵測出該輸出連接埠112被連接至該待充電設備100的一充電孔而電連接至該待充電設備100的一可充電電池，且還偵測出該可充電電池的電量並未全滿時，該處理單元114控制該電能轉換單元113經由該輸出連接埠112輸出電能至該可充電電池以對該待充電設備100進行充電，而使得該充電樁11由該非輸出狀態切換至該輸出狀態。更具體地說，當該充電樁11處於該輸出狀態時，該處理單元114是控制該電能轉換單元113經由該輸入連接埠111接收來自該交流電源50的電能，並將來自該交流電源50的電能轉換為符合該待充電設備100之規格的電壓及電流，再將經過轉換後的電能經由該輸出連接埠112輸出至該待充電設備100的該可充電電池以對其充電。

補充說明的是，在本實施例中，該等充電樁11的數量可例如為四個，且每一充電樁11於該輸出狀態時的滿載輸出功率可例如為10kW，也就是說，若該四個充電樁11同時處於該輸出狀態且滿載輸出的一滿載總輸出功率為40kW，但不以此為限。補充說明的是，在其他實施例中，該等充電樁11的數量只要大於一即可實施，且每一充電樁11的滿載輸出功率也不限於10kW。

該控制裝置12可例如被實施為一伺服器、一工業電腦或者其他具有均等功能的電腦裝置，且該控制裝置12儲存一總輸出功率上限值、一基礎輸出功率值及一備用輸出功率值。在本實施例中，該總輸出功率上限值可例如為20kW，且是代表該充電站系統1所對應的一契約容量，並且，該總輸出功率上限值例如是等於該基礎輸出功率值乘以該等充電樁11的數量（在本實施例中為四個）再加上該備用輸出功率值，而能以下列的式1表示，但不以此為限。 [式1]

在式1中，W _Total代表該總輸出功率上限值，W _Basic代表該基礎輸出功率值，N代表該等充電樁11的數量，W _Spare則代表該備用輸出功率值。在本實施例中，該基礎輸出功率值例如為2kW，而該備用輸出功率值則例如為12kW，但不以此為限。

同時參閱圖1至圖3，以下示例性地詳細說明本實施例的該充電站系統1如何實施一輸出電能上限管理方法。

首先，進行步驟S1。在步驟S1中，每一充電樁11的該處理單元114產生一筆對應該充電樁11的電能輸出狀態資料，並將該電能輸出狀態資料傳送至該控制裝置12。

在本實施例中，每一電能輸出狀態資料包含一輸出累計時間及一電流斜率值。該輸出累計時間指示出該筆電能輸出狀態資料所對應的該充電樁11持續地處於該輸出狀態的累計時間長度，而該電流斜率值指示出對應之該充電樁11的該電能轉換單元113經由該輸出連接埠112輸出至該待充電設備100的電流的單位時間變化量。

在本實施例中，對於每一充電樁11而言，當該充電樁11與該待充電設備100電連接且由該非輸出狀態切換至該輸出狀態時，該處理單元114會進行計時，並且每隔一預定周期產生一筆電流紀錄。該預定周期可例如為一秒鐘，且每一筆電流紀錄包含一紀錄時間點及一對應該紀錄時間點的輸出電流值，但不以此為限。當該充電樁11處於該輸出狀態，且該充電樁11的該處理單元114要產生該電能輸出狀態資料時，該處理單元114是根據當前計時所累計的時間產生該輸出累計時間，因此，該輸出累計時間能指示出對應的該充電樁11對該待充電設備100持續充電的累計時間長度。另一方面，該處理單元114例如是根據該等電流紀錄中的最後兩筆電流紀錄計算出該電流斜率值，具體來說，該處理單元114是先將最後一筆電流紀錄的該輸出電流值減掉倒數第二筆電流紀錄的該輸出電流值，再除以最後一筆電流紀錄及倒數第二筆電流紀錄之該兩紀錄時間點之間的時間差，從而計算出該電流斜率值。補充說明的是，若該充電樁11處於該非輸出狀態，則該充電樁11的該處理單元114所產生的該輸出累計時間及該電流斜率值例如皆等於零，但不以此為限。

在該等充電樁11的該等處理單元114分別將該等電能輸出狀態資料傳送至該控制裝置12後，接著進行步驟S2。

在步驟S2中，當該控制裝置12自該等充電樁11接收到該等電能輸出狀態資料時，根據該等電能輸出狀態資料所包含的該等輸出累計時間及該等電流斜率值決定出多個分別對應該等充電樁11的權重百分比。具體而言，在本實施例中，該控制裝置12是根據下列的式2計算出每一權重百分比，但不以此為限。 [式2]

在式2中，N則代表該等充電樁11的數量（在本實施例為4），w _i%代表該N個充電樁11中第i個充電樁11的該權重百分比（i=1~N），ΔTi代表該第i個充電樁11所對應的該輸出累計時間，而ΔIi則代表該第i個充電樁11所對應的該電流斜率值。由式2可知，在本實施例中，每一權重百分比是與對應的該輸出累計時間及該電流斜率值呈正比，也就是說，任一充電樁11所對應的該輸出累計時間或該電流斜率值愈大，則該充電樁11所對應的該權重百分比也愈大。補充說明的是，在其他實施例中，每一權重百分比只要是與對應的該輸出累計時間及該電流斜率值正相關即可實施，或者，該控制裝置12也可僅根據該等充電樁11的該等輸出累計時間決定出該等權重百分比，而不以本實施例為限。

該控制裝置12計算出該等權重百分比後，接著進行步驟S3。

在步驟S3中，該控制裝置12根據該等權重百分比、該基礎輸出功率值及該備用輸出功率值計算出多個分別對應該等充電樁11的輸出功率上限，並將該等輸出功率上限分別傳送至對應的該等充電樁11。

具體而言，在本實施例中，該控制裝置12是根據下列的式3計算出每一輸出功率上限，但不以此為限。 [式3]

在式3中，W _{MAX_i}代表該第i個充電樁11所對應的該輸出功率上限（i=1~N），W _Spare代表該備用輸出功率值（在本實施例中為12kW），w _i%代表該第i個充電樁11的該權重百分比，W _Basic則代表該基礎輸出功率值（在本實施例中為2kW）。

在本實施例中，由於每一權重百分比與對應的該輸出累計時間及該電流斜率值呈正比，因此，由式3可知，利用該權重百分比所計算出的該輸出功率上限會與對應的該輸出累計時間及該電流斜率值正相關，也就是說，任一充電樁11所對應的該輸出累計時間或該電流斜率值愈大，則該充電樁11所對應的該輸出功率上限也愈大。

該控制裝置12將該等輸出功率上限分別傳送至該等充電樁11後，接著進行步驟S4。

在步驟S4中，對於每一充電樁11而言，當該充電樁11的該處理單元114自該控制裝置12接收到對應該充電樁11的該輸出功率上限時，該處理單元114例如是根據該輸出功率上限及該充電樁11之該電能轉換單元113的一輸出電壓計算出一輸出電流上限，再根據該輸出電流上限控制該電能轉換單元113經由該輸出連接埠112所輸出的電流恆小於該輸出電流上限，如此一來，該處理單元114相當於是控制該電能轉換單元113輸出至該待充電設備100的功率恆小於該充電樁11所對應的該輸出功率上限。接著，於經過一預定時間後再次進行步驟S1，該預定時間可例如為10秒鐘，但不以此為限。

補充說明的是，由式1至式3可知，在本實施例中，所有該等充電樁11所對應之該等輸出功率上限的加總會剛好等於該總輸出功率上限值，也就是說，即便每一充電樁11皆輸出符合對應之該輸出功率上限的功率，所有該等充電樁11所輸出之功率的加總也不會超過該總輸出功率上限值（亦即不會超過該契約容量）。

值得注意的是，在本實施例中，每一輸出功率上限的最小值會等於該基礎輸出功率值（在本實施例中為2kW），也就是說，即使其中一充電樁11所對應的該權重百分比為0%，所述的該充電樁11仍會有2kW的輸出功率上限，也就是說，每一充電樁11的該電能轉換單元113只要由該非輸出狀態切換至該輸出狀態，就至少能輸出符合該基礎輸出功率值之大小的功率。如此一來，本實施例能確保每一充電樁11隨時具有能輸出2kW的餘裕，而能避免只有其中二或三個充電樁11就耗盡該契約容量，而導致其餘充電樁11再輸出功率就會超過該總輸出功率上限值的情形。

並且，對於每一充電樁11而言，當該充電樁11處於該輸出狀態時，該處理單元114會在該電能轉換單元113所輸出的功率不超過對應之該輸出功率上限的前提下，根據該待充電設備100的可充電電池的剩餘電量改變該電能轉換單元113輸出的電流大小，藉此調整該電能轉換單元113所輸出的功率。具體來說，當該處理單元114偵測出該可充電電池的剩餘電量介於一預定範圍內時（例如10%~90%之間），該處理單元114會控制該電能轉換單元113以相對較大的電流對該可充電電池充電，以提升對可充電電池充電的速度。而若該可充電電池的剩餘電量低於該預定範圍的下限或高於該預定範圍的上限，則該處理單元114會控制該電能轉換單元113以相對較小的電流對該可充電電池充電，以避免對該可充電電池造成傷害。由於該可充電電池的剩餘電量與該電能轉換單元113輸出之電流之間的關係並非本案技術的重點，故在此不再詳述其細節。

該控制裝置12以該輸出累計時間計算該權重百分比的功效在於：當任一充電樁11所對應的該輸出累計時間愈大，代表使用者使用該充電樁11進行充電所經過的時間愈長，亦即已等待的時間愈久。因此，假設每一充電樁11都正在對一待充電設備100進行充電（亦即所有充電樁11都正在使用中），且假設該等待充電設備100當前的剩餘電量彼此相同，藉由令該權重百分比與該輸出累計時間正相關，能夠使該輸出累計時間最長的該充電樁11獲得相對於其他充電樁11較高的該輸出功率上限，並以相對於其他充電樁11較高的功率對已充電較久的該待充電設備100充電，以使得等待較久之使用者的充電程序能夠盡快完成。

該控制裝置12以該電流斜率值計算該權重百分比的功效在於：假設每一充電樁11都正在對一待充電設備100進行充電（亦即所有充電樁11都正在使用中），且假設該等充電樁11的該等輸出累計時間彼此相同（亦即該等充電樁11是同時開始充電），當其中一充電樁11所對應的該電流斜率值相對較大，代表所述的該充電樁11所電連接之該待充電設備100的可充電電池剩餘電量較低，另一方面，當其中另一充電樁11所對應的該電流斜率值相對較小甚至為負值，則代表所述的另該充電樁11所電連接之該待充電設備100的可充電電池剩餘電量較高。因此，藉由令該權重百分比與該電流斜率值正相關，能使得連接剩餘電量最低之待充電設備100的充電樁11獲得相對於其他充電樁11較高的該輸出功率上限，而使得該充電樁11能輸出較高的功率對該待充電設備100充電以提升充電速度。

綜上所述，藉由實施該輸出電能上限管理方法，本實施例的該控制裝置12能根據該等充電樁11的該等輸出累計時間及該等電流斜率值計算出分別對應該等充電樁11的該等輸出功率上限，藉此主動且動態地管理每一充電樁11所輸出之功率的上限，如此一來，本實施例的該充電站系統1能在該等充電樁11之輸出功率的總和恆小於該總輸出功率上限值的前提下更有效率地滿足消費者的需求，故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧充電站系統

11‧‧‧充電樁

111‧‧‧輸入連接埠

112‧‧‧輸出連接埠

113‧‧‧電能轉換單元

114‧‧‧處理單元

12‧‧‧控制裝置

50‧‧‧交流電源

100‧‧‧待充電設備

S1~S4‧‧‧步驟

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本新型充電站系統之一實施例與一交流電源相配合的一硬體方塊示意圖； 圖2是一硬體方塊示意圖，繪示該實施例的一充電樁如何與該交流電源、一待充電設備以及該實施例中的一控制裝置連接；及 圖3是一流程圖，示例性地說明該實施例如何實施一輸出電能上限管理方法。

Claims (4)

1. 一種充電站系統，包含： 多個充電樁，每一充電樁適用於供一待充電設備電連接，且能於一輸出電能至該待充電設備的輸出狀態及一不輸出電能的非輸出狀態之間切換；及 一控制裝置，電連接該等充電樁且儲存一總輸出功率上限值，該控制裝置獲得多筆分別對應該等充電樁的電能輸出狀態資料，每一筆電能輸出狀態資料包含一輸出累計時間，該輸出累計時間指示出該筆電能輸出狀態資料所對應的該充電樁持續地處於該輸出狀態的累計時間長度，該控制裝置至少根據該等輸出累計時間產生多個分別與該等輸出累計時間正相關且分別對應該等充電樁的輸出功率上限，並將該等輸出功率上限分別傳送至對應的該等充電樁，以使每一充電樁於該輸出狀態時輸出的功率恆小於該充電樁所對應的該輸出功率上限，並使該等充電樁所輸出的功率的總和恆小於該總輸出功率上限值。
2. 如請求項1所述的充電站系統，其中： 每一充電樁包括一適用於電連接該待充電設備的輸出連接埠，以及一電連接該輸出連接埠的處理單元； 每一電能輸出狀態資料是由該電能輸出狀態資料所對應之該充電樁的該處理單元所產生，且每一電能輸出狀態資料還包含一電流斜率值，該電流斜率值指示出由對應之該充電樁的該輸出連接埠輸出至該待充電設備的電流的單位時間變化量； 該控制裝置是根據該等輸出累計時間及該等電流斜率值產生該等輸出功率上限，且該等輸出功率上限分別與對應的該等電流斜率值正相關。
3. 如請求項1所述的充電站系統，其中，該控制裝置還儲存一基礎輸出功率值及一備用輸出功率值，且該總輸出功率上限值是等於該基礎輸出功率值乘以該等充電樁的數量再加上該備用輸出功率值，該控制裝置是先至少根據該等輸出累計時間決定出多個分別與該等輸出累計時間正相關且對應該等充電樁的權重百分比，再根據各該權重百分比、該基礎輸出功率值及該備用輸出功率值計算出對應各該權重百分比且大於等於該基礎輸出功率值的各該輸出功率上限。
4. 如請求項1所述的充電站系統，其中，每一充電樁包括一適用於電連接一交流電源的輸入連接埠、一適用於電連接該待充電設備的輸出連接埠、一電連接於該輸入連接埠及該輸出連接埠之間的電能轉換單元，以及一電連接該電能轉換單元及該控制裝置的處理單元，當每一充電樁的該處理單元自該控制裝置接收到對應該充電樁的該輸出功率上限時，根據該輸出功率上限控制該電能轉換單元經由該輸出連接埠輸出至該待充電設備的功率恆小於該輸出功率上限。