專利名稱：用于充電的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的實(shí)施例通常涉及電動(dòng)車輛，并且更具體地說，涉及用于為包括電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的車輛充電的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
響應(yīng)有關(guān)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛的使用的增加的燃 料成本和包括空氣污染的提高的環(huán)境關(guān)注兩者，電動(dòng)車輛和混合車輛的使用已經(jīng)增加。結(jié)果，能量需求將很可能以電能的形式增加，該電能用于為在這樣的車輛中使用的電池或其他能量存儲(chǔ)設(shè)備充電。電動(dòng)車輛或者包括電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的車輛在本文中定義為車輛，該車輛從能量存儲(chǔ)設(shè)備(例如從電池)得到用于推進(jìn)車輛的功率的一些部分。電動(dòng)車輛可以包括，但不限于，完全依靠存儲(chǔ)在電池中的功率來驅(qū)動(dòng)推進(jìn)車輛的電機(jī)(例如牽引電動(dòng)機(jī))的車輛，包括用于存儲(chǔ)用來驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)的功率的電池并且還包括驅(qū)動(dòng)用來對電池進(jìn)行再充電的發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的車輛，以及包括電和化石燃料產(chǎn)生動(dòng)力的組件的結(jié)合的車輛(例如混合車輛)。混合車輛的示例包括并聯(lián)式混合車輛、串聯(lián)式混合車輛以及混合式混合車輛。在并聯(lián)式混合車輛中，內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)機(jī)械地與牽引系統(tǒng)耦合。在串聯(lián)式混合車輛中，內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)機(jī)械地與發(fā)電機(jī)和牽引系統(tǒng)耦合。此外，混合式混合車輛是并聯(lián)式混合車輛和串聯(lián)式混合車輛的結(jié)合，其中內(nèi)燃機(jī)可以機(jī)械地耦合到牽弓I系統(tǒng)。目前，多個(gè)充電電平可用于為包括在電動(dòng)車輛內(nèi)的電池充電。在汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)標(biāo)準(zhǔn)J1772-SAE電動(dòng)車輛及插入式混合電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電耦合器中描述了不同充電電平的不例。第一和第二充電電平可以被稱為低速交流(AC)充電。為了使用第一充電電平來充電，電動(dòng)車輛通過AC到AC連接器耦合到車輛充電站，或到標(biāo)準(zhǔn)住宅電插座，以美國為例，標(biāo)準(zhǔn)住宅電插座提供大約15-20安培的120伏特交流電(VAC)。以第一充電電平充電可以需要8至24小時(shí)來完全地對電動(dòng)車輛充電。為了使用第二充電電平來充電，電動(dòng)車輛通過AC到AC連接器耦合到車輛充電站，該車輛充電站提供例如大約30-32安培的240VAC。與通過標(biāo)準(zhǔn)插座提供相比，第二充電電平的更高功率有利于用于電動(dòng)車輛的更快的充電周期。例如，以第二充電電平充電可以需要4至10小時(shí)來完全地對電動(dòng)車輛充電。典型地，電動(dòng)車輛包括只專用于充電的AC到直流(DC)轉(zhuǎn)換器。AC到DC轉(zhuǎn)換器提供DC功率給電池用于充電。附加的充電電平可以被稱為“快速充電”電平。典型地，快速充電電平供應(yīng)DC功率給電動(dòng)車輛。例如，快速充電系統(tǒng)可以直接地供應(yīng)DC功率給在電動(dòng)車輛內(nèi)的DC母線。更具體地說，在車輛充電站接收到高電壓(例如在美國的480VAC或者在歐洲的690VAC)的AC功率。車輛充電站包括AC到DC轉(zhuǎn)換器并且通過DC線纜提供AC到DC轉(zhuǎn)換器的DC功率輸出給電動(dòng)車輛。提供給電動(dòng)車輛的DC功率可以在60千瓦(kW)到150千瓦(kW)的范圍內(nèi)，并且允許電動(dòng)車輛在大約10-15分鐘內(nèi)達(dá)到50%充電電平
發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，提供一種電動(dòng)車輛充電站。該充電站包括配置用于與AC電源耦合的輸入連接器，以及配置用于與電動(dòng)車輛耦合的輸出連接器。該充電站還包括可變輸出變壓器，該可變輸出變壓器包括初級端和次級端。初級端耦合到輸入連接器，以及次級端耦合到輸出連接器并且配置成與能量存儲(chǔ)設(shè)備選擇性電磁通信，該能量存儲(chǔ)設(shè)備與電動(dòng)車輛相關(guān)聯(lián)。該充電站還包括耦合到變壓器的并且配置成確定提供給電動(dòng)車輛的電壓電平的控制器。在另一方面中，提供了一種用于控制電動(dòng)車輛充電站用來為電動(dòng)車輛充電的方法。該方法包括在可變輸出變壓器處接收AC功率并且確定將從可變輸出變壓器輸出的、用于電動(dòng)車輛使用的電壓電平。在又一方面中，提供了一種包括電機(jī)和至少一個(gè)DC能量存儲(chǔ)設(shè)備的裝置，該DC能量存儲(chǔ)設(shè)備配置成為電機(jī)提供功率。該裝置還包括具有DC連接器和AC連接器的功率轉(zhuǎn)換器。DC連接器耦合到至少一個(gè)DC能量存儲(chǔ)設(shè)備。電動(dòng)車輛還包括耦合到用于與AC電源耦 合的AC連接器的連接設(shè)備。電動(dòng)車輛還包括具有第一位置和第二位置的切換設(shè)備，其中第一位置耦合AC連接器和電機(jī)，并且第二位置耦合AC連接器和連接設(shè)備。


圖I是示例電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)的示意圖。圖2是用于為多個(gè)電動(dòng)車輛充電的不例電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)的框圖。圖3是圖2所示的電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)的備選實(shí)施例的框圖。圖4是用于控制圖1-3所示的電動(dòng)車輛充電站的示例方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本文中描述的方法和系統(tǒng)可以有利于可以例如包括在電動(dòng)車輛內(nèi)的DC能量存儲(chǔ)設(shè)備的快速充電?？梢允褂帽疚闹忻枋龅姆椒ê拖到y(tǒng)來充電的電動(dòng)車輛可以例如包括，耦合在DC能量存儲(chǔ)設(shè)備和電動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)之間的牽引電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器。本文中描述的方法和系統(tǒng)可以使用牽引電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器，以還將提供給牽引電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器的AC功率轉(zhuǎn)換為用于為DC能量存儲(chǔ)設(shè)備充電的DC功率。雙向地使用牽引電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器可以排除對只在DC能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電期間使用的分離功率轉(zhuǎn)換器的需求。在電動(dòng)車輛中排除分離電池充電功率轉(zhuǎn)換器可以減少電動(dòng)車輛的總體重量，其可以提高電動(dòng)車輛的效率。排除包括在DC電動(dòng)車輛充電站內(nèi)的分離AC到DC轉(zhuǎn)換器也可以降低充電站的成本和復(fù)雜度。此外，包括在電動(dòng)車輛內(nèi)的牽引電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器可以額定為處理高電壓，當(dāng)將其應(yīng)用于為DC能量存儲(chǔ)設(shè)備充電時(shí)，可以減少為DC能量存儲(chǔ)設(shè)備充電所需要的時(shí)間并且擴(kuò)展?fàn)抗璉電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器的使用。本文中描述的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)可讀媒體的技術(shù)效果包括下列中的至少一項(xiàng)(a)從AC電源接收AC功率；(b)確定提供給電動(dòng)車輛的電壓電平；以及(C)以所確定的電壓電平提供AC功率給功率轉(zhuǎn)換器。圖I是示例電動(dòng)車輛充電站20和電動(dòng)車輛40的示意圖，該電動(dòng)車輛40配置用于使用電動(dòng)車輛充電站20進(jìn)行充電。在該示例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛充電站20被稱為“快速充電”交流(AC)電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)。充電站20可以配置成提供AC功率給電動(dòng)車輛40，例如但并不限于，在從50千瓦(kW)到IOOkW的范圍內(nèi)變動(dòng)。在該示例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛充電站20包括用于與AC電源52耦合的至少一個(gè)輸入連接器50。例如，AC電源52可以包括但不限于AC電網(wǎng)。輸入連接器50可以包括配置成將充電站20置為與AC電源52電通信的多個(gè)終端，有利于充電站20與AC電源52的感應(yīng)耦合的組件，和/或?qū)⒊潆娬?0置于與AC電源52電磁通信的任何其他類型的連接器。取決于在分配/傳輸過程內(nèi)的位置，AC電網(wǎng)被維持在不同的電壓電平。在示例實(shí)施例中，AC電源52給充電站20提供480伏特3相的AC功率，該AC功率是在位于美國的電網(wǎng)上可用的典型電壓電平。備選地，AC電源52可以給充電站20提供690伏特3相的AC功率，該AC功率是在位于例如歐洲國家的電網(wǎng)上可用的典型電壓電平。在該示例實(shí)施例中，電源52從變壓器54中接收功率，該變壓器54將來自配電網(wǎng)56的電壓電平從33kV降低到480伏特或690伏特。盡管被描述為接收480伏特或690伏特AC功率，但是充電站20可以接收具有任何適合的電壓電平的功率，該電壓電平允許充電站20如本文所描述的那樣運(yùn)行。在示例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛充電站20還包括多個(gè)導(dǎo)體(例如安置在AC線纜60 內(nèi))。在示例實(shí)施例中，AC線纜60包括輸出連接器62，并且電動(dòng)車輛40包括對應(yīng)的輸入連接器(例如包括在連接設(shè)備64內(nèi))用于將充電站20耦合到電動(dòng)車輛40。在備選的實(shí)施例中，AC線纜60由使用者提供，在這種情況下，電動(dòng)車輛充電站20包括配置用于與AC線纜60耦合的輸出連接器62。輸出連接器62可以包括配置成將充電站20置于與電動(dòng)車輛40電通信的多個(gè)終端，有利于充電站20和電動(dòng)車輛40的感應(yīng)耦合的組件，和/或選擇性池將充電站20置于與電動(dòng)車輛40電磁通信的任何其他類型的連接器。在不例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛40包括電機(jī)70和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備,該至少一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備例如但不限于配置成為電機(jī)70提供功率的電池72。電機(jī)70耦合到電動(dòng)車輛40的牽引系統(tǒng)(在圖I中沒有示出)并且也可以被稱為牽引電動(dòng)機(jī)。本文中所提及的電池72可以包括單個(gè)電化學(xué)電池，耦合形成電池陣列的多個(gè)電化學(xué)電池或者化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的任何其他適合的配置。在示例實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器74耦合電池72和電機(jī)70。更具體來說，轉(zhuǎn)換器74包括耦合到電池72的DC連接器76和耦合到電機(jī)70的AC連接器78。在示例實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器74是取向轉(zhuǎn)換器，該雙向轉(zhuǎn)換器配置成將來自電池72的DC功率轉(zhuǎn)換為用于為電機(jī)70提供功率的AC功率。此外，功率轉(zhuǎn)換器74還配置成將由電動(dòng)車輛充電站20提供的AC功率轉(zhuǎn)換為用于為電池72充電的DC功率。在示例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛40還包括切換設(shè)備82。在第一位置，切換設(shè)備82將AC連接器78耦合到電機(jī)70。在第二位置，切換設(shè)備82將AC連接器78耦合到連接設(shè)備64，并且將AC連接器78從電機(jī)70去耦合。切換設(shè)備82可以基于由使用者提供的人工信號或者自動(dòng)生成的信號(例如但不限于，當(dāng)電動(dòng)車輛40耦合到充電站20時(shí)生成的信號)來操作。切換設(shè)備82可以包括但不限于，固態(tài)組件和/或機(jī)電促動(dòng)組件。在示例實(shí)施例中，充電站20包括可變輸出變壓器100。在備選實(shí)施例中，可變輸出變壓器100被包括在變電站中，例如，變壓器54(在圖I中示出)可以是可變輸出或者多抽頭變壓器。該可變輸出變壓器100包括初級端102和次級端104。初級端102耦合到輸入終端50并且次級端104耦合到AC線纜60。可變輸出變壓器100可以包括自動(dòng)變壓器和/或具有多抽頭線圈的變壓器?？勺冚敵鲎儔浩?00的輸出是固定頻率的可變輸出功率。換句話說，可變輸出變壓器100的電壓輸出是可調(diào)節(jié)的。例如，可變輸出變壓器100可以包括多個(gè)由頭106。多個(gè)抽頭106中的每個(gè)抽頭對應(yīng)于不同的輸出電壓。AC線纜60被耦合到對應(yīng)于期望輸出電壓的抽頭。在示例實(shí)施例中，變壓器100包括基于功率電子器件的抽頭變換器108，該抽頭變換器108改變耦合到AC線纜60的抽頭?；诠β孰娮悠骷某轭^變換器108可以包括，但不限于，基于機(jī)電和/或半導(dǎo)體的電子器件。在示例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛充電站20從AC電源52接收高電壓。例如，電動(dòng)車輛充電站20可以被耦合到(例如，在美國可用的)480伏特電網(wǎng)或(例如，在很多歐洲國家可用的)690伏特電網(wǎng)。高分配電壓考慮了在給定功率·電平下電流的減小，其有利于最小化用于分配功率的線纜的成本。此外，由于可變輸出變壓器100能夠降低AC電壓電平，AC電壓電平可以適應(yīng)于包括在電動(dòng)車輛40內(nèi)的能量存儲(chǔ)設(shè)備和/或電動(dòng)車輛40的充電技術(shù)，并且充電站20可以被直接地耦合到電動(dòng)車輛40。在示例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛充電站20還包括耦合到變壓器100的充電站控制器110。在示范實(shí)施例中，充電站控制器110包括處理器112和存儲(chǔ)器設(shè)備114。如本文中使用的術(shù)語處理器指的是中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路和能夠執(zhí)行本文中描述的功能的任何其他電路或者處理器。由電動(dòng)車輛充電站20提供的電壓電平可以比電動(dòng)車輛40能用于充電的電壓電平更高?？刂破?10配置成確定提供給電動(dòng)車輛40的電壓電平。將最快地為包括在電動(dòng)車輛中的電池充電的電壓電平因車輛的不同而變化。將最快地為電池充電的電壓電平可以取決于電機(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)、電池電壓和包括在電動(dòng)車輛內(nèi)的半導(dǎo)體器件而變化。例如，將最快地為電池充電的電壓電平取決于電池DC電壓。匹配AC饋送電壓到電池DC電壓最小化功率轉(zhuǎn)換器74的切換損失。此外，控制器110配置成選擇性地耦合變壓器100內(nèi)的多個(gè)抽頭106，以提供所確定的電壓電平給電動(dòng)車輛40。電動(dòng)車輛40還包括耦合到功率轉(zhuǎn)換器74的系統(tǒng)控制器120，并且該控制器配置成控制功率轉(zhuǎn)換器74的操作。系統(tǒng)控制器120也發(fā)送電壓電平信號給連接設(shè)備64和AC充電站20。電壓電平信號對應(yīng)于為電池72充電的最大電壓電平。系統(tǒng)控制器120發(fā)送電壓電平信號到充電站20，該充電站20使用電壓電平信號作為充電站20將提供給電動(dòng)車輛40來為電池72充電的最大電壓電平。例如，系統(tǒng)控制器86可以調(diào)制功率轉(zhuǎn)換器74的切換頻率來對用于發(fā)送到充電站20的電壓電平信號進(jìn)行編碼。功率轉(zhuǎn)換器74提供了脈寬調(diào)制(PWM)信號給充電站20，該脈寬調(diào)制信號包括關(guān)于充電電壓的信息，當(dāng)應(yīng)用該充電電壓到功率轉(zhuǎn)換器74時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器74將最快地為電池72充電。當(dāng)AC功率被應(yīng)用到連接設(shè)備64時(shí)，切換設(shè)備82將電機(jī)70從轉(zhuǎn)換器74中斷開。在示例實(shí)施例中，控制器110可以基于從電動(dòng)車輛40接收的電壓電平信號來確定提供給電動(dòng)車輛40的電壓電平。從電動(dòng)車輛40接收的電壓電平信號包括用于為電池72充電的最大電壓電平。在示例實(shí)施例中，控制器110檢測和解調(diào)功率轉(zhuǎn)換器74的切換頻率來確定提供給電動(dòng)車輛40的電壓電平。例如，功率轉(zhuǎn)換器74可以生成具有固定占空比的PWM信號。當(dāng)PWM信號被濾波時(shí)，DC值對應(yīng)于每單元電池電壓。備選地，“確定電池電壓的一個(gè)其他方式是應(yīng)用功率電橋的某切換矢量；例如，以對于上部IGBT (開關(guān)關(guān))并且對于下部IGBT(關(guān)開開)的2級3相逆變器的形式。備選地，系統(tǒng)控制器120也可以使用其他通信協(xié)議來發(fā)送電壓電平信號到連接設(shè)備64和AC充電站20，其他通信協(xié)議包括但并不限于專用通信信道、輸電線通信和/或允許充電站20如本文中描述的那樣運(yùn)行的任何其他類型的信號發(fā)送。然而，在已調(diào)制切換頻率內(nèi)包括電壓電平信號，或者使用輸電線通信來發(fā)送電壓電平信號，有利于電動(dòng)車輛40和充電站20之間的信息發(fā)送，而無需分離數(shù)據(jù)通信導(dǎo)體的使用。這樣既降低了用于將車輛40耦合到充電站20的導(dǎo)體的數(shù)量，也降低了用于將車輛40耦合到充電站20的線纜的成本。標(biāo)準(zhǔn)功率連接器(即，插座和插頭)是廣泛可用的。然而，特別結(jié)合的功率和數(shù)據(jù)線纜沒有那么廣泛可用，因此，它們的使用可以限制電動(dòng)車輛的普遍采用。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，變壓器100的功率輸出的電壓電平是迭代地增加的，例如從零伏特開始直到達(dá)到最大電壓電平。至少一個(gè)傳感器130配置成測量由變壓器100輸出的電壓和電流的至少一個(gè)。例如，充電站控制器110可以監(jiān)視由電動(dòng)車輛40提取的電流電平。更具體地說，在第一實(shí)施例中，充電站控制器110以第一電壓電平提供AC功率給電動(dòng)車輛40，測量可變輸出變壓器100的功率輸出，以及增加提供給電動(dòng)車輛40的AC功率的電壓電平直到變壓器100的功率輸出被電動(dòng)車輛40限制。隨著電壓增加，電動(dòng)車輛40提取增加的電流的電平。然而，電動(dòng)車輛40限制它提取的電流的電平。一旦電流被電動(dòng)車輛40限制，即使充電站20繼續(xù)增加輸出電壓，充電站20的功率輸出的增加將要比假如電壓和電流正增加時(shí)更少。充電站控制器110感測到功率增加率中的這個(gè)降低，并且輸出功率 的電壓電平在充電站20被設(shè)置。在第二實(shí)施例中，最大電流電平被儲(chǔ)存在充電站存儲(chǔ)設(shè)備114中。通過充電站20輸出的功率的電壓從例如零伏特增加到X伏特，其中X伏特是當(dāng)由電動(dòng)車輛40提取的電流是在最大電流電平時(shí)的電壓電平。更具體地說，控制器110配置成以第一電壓電平提供AC功率給電動(dòng)車輛40，測量由電動(dòng)車輛40提取的電流的電平，以及增加提供給電動(dòng)車輛40的AC功率的電壓電平，直到由電動(dòng)車輛40提取的電流的電平等于最大電流電平。功率轉(zhuǎn)換器74配置成抵抗在特定時(shí)間點(diǎn)處的高速率的電壓變化(即，高dV/dt)。例如，在功率轉(zhuǎn)換器74內(nèi)可以包括絕緣體來阻止由高dV/dt引起的對功率轉(zhuǎn)換器74的損害。此外，為了阻止將由功率轉(zhuǎn)換器74生成的諧波含量應(yīng)用到電網(wǎng)52，變壓器100配置成包括高電感，該高電感限制將高頻率和最后的短路電流組件應(yīng)用到電網(wǎng)52。在備選實(shí)施例中，可以放置有源濾波器或無源濾波器(在圖I中沒有示出)，例如，位于充電站20內(nèi)，在充電站20和電網(wǎng)52之間的相互連接點(diǎn)處，和/或在有利于阻止將由功率轉(zhuǎn)換器74生成的諧波含量應(yīng)用到電網(wǎng)52的任何其他位置處。在示例實(shí)施例中，控制器110可以調(diào)節(jié)電動(dòng)車輛充電站20的功率輸出。例如，控制器110可以調(diào)節(jié)充電站20的功率輸出，以使其不超過預(yù)定義的功率電平?？刂破?10監(jiān)視可用于由充電站20使用的功率電平，并且限制充電站20的功率輸出不超過預(yù)定功率電平。至少一個(gè)傳感器132配置成測量由變壓器54輸出并且提供給電網(wǎng)52的電壓和電流的至少一個(gè)。預(yù)定功率電平取決于來自AC電源52的可用的功率和保留以供非車輛充電負(fù)載使用的功率。例如，在由商人提供充電站20供由商人的顧客使用的情況下，與商人的設(shè)施(例如，商店)相關(guān)聯(lián)的負(fù)載也可以被耦合到電網(wǎng)52并且接收來自從電網(wǎng)52的功率。本文中這樣的負(fù)載被稱為非車輛充電負(fù)載。例如，非車輛充電負(fù)載的所需的功率存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備114中。在示例實(shí)施例中，控制器110從傳感器132接收電壓電平信號和電流電平信號中的至少一個(gè)，其對應(yīng)于由AC電源52提供給輸入終端50的功率的電壓電平和電流電平中的至少一個(gè)?？刂破鱅io基于來自傳感器132的電壓電平信號和電流電平信號確定可用功率電平?？刂破?10還通過將可用功率與保留以供非車輛充電負(fù)載使用的功率電平比較來確定預(yù)定義的功率電平。此外，控制器110將電動(dòng)車輛充電站20的功率輸出限制于可用功率電平和預(yù)定功率電平之間的差。通過限制充電站20的輸出電壓(例如通過控制可變輸出變壓器100來限制輸出電壓)，實(shí)現(xiàn)了限制電動(dòng)車輛充電站20的功率輸出。在很多情況下，即使限制充電站20的輸出電壓，提供給電動(dòng)車輛40的功率將會(huì)保持比，例如與慢速AC充電相關(guān)聯(lián)的功率電平更高。在備選實(shí)施例中，中央控制器140調(diào)節(jié)電動(dòng)車輛充電站20的功率輸出，并且也調(diào)節(jié)耦合到電網(wǎng)52的附加充電站的功率輸出，例如，電動(dòng)車輛充電站142和144。在備選實(shí)施例中，中央控制器140限制了充電站20、142和144的總功率輸出，以致通過充電站20、142和144輸出的功率不超過預(yù)定義的功率電平。此外，電動(dòng)車輛充電站20，并且更具體地說控制器110可以配置成有利于從電池72提取能量并且將能量應(yīng)用到電網(wǎng)52。從電池72提取的能量可以對電網(wǎng)控制有幫助，包括但不限于，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。例如，如果在電網(wǎng)52中存在意外事故，控制器110可以從電池·72提取能量并且將能量應(yīng)用到電網(wǎng)52來維持電網(wǎng)52的操作在電網(wǎng)操作者需要的值內(nèi)，因此避免了負(fù)載脫落(shedding)或共享。圖2是用于為多個(gè)電動(dòng)車輛152充電的示例電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)150的框圖。如上面關(guān)于單個(gè)電動(dòng)車輛所描述的，電動(dòng)車輛充電站20也可適用于多個(gè)車輛的充電。在示例實(shí)施例中，電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)150包括多個(gè)電動(dòng)車輛充電站20，每個(gè)都耦合到AC電源52。僅僅為了舉例，電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)150可以位于停車場和/或停車建筑物處。例如，可以使電動(dòng)車輛充電站成為對提供到停車場和/或建筑物的訪問的商人的顧客可用，以便顧客能夠在光顧商人的設(shè)施時(shí)為他們的電動(dòng)車輛充電。在另一個(gè)示例中，可以通過雇主允許雇員在他們工作時(shí)為他們的電動(dòng)車輛充電，使電動(dòng)車輛充電站成為可用的。如上所述，充電站控制器110 (在圖I中示出)和/或中央控制器140 (在圖I中示出)調(diào)節(jié)充電站20的功率輸出，以便不超過預(yù)定義的功率電平。調(diào)節(jié)充電站20的功率輸出確保充電站20的操作不會(huì)負(fù)面地影響用于非車輛充電負(fù)載的功率。圖3是電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)150的備選實(shí)施例180的框圖。在備選實(shí)施例中，電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)180包括配置成為多個(gè)電動(dòng)車輛(例如，第一電動(dòng)車輛184、第二電動(dòng)車輛186和/或第三電動(dòng)車輛188)充電的中央電動(dòng)車輛充電站182。電動(dòng)車輛充電站182可以位于變電站190處或在其之內(nèi)。電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)180包括多個(gè)連接站，例如第一連接站192、第二連接站194和第三連接站196，通過這些連接站電動(dòng)車輛184、186和188可以耦合到電動(dòng)車輛充電站182。電動(dòng)車輛充電站182可以包括多個(gè)可變輸出變壓器，例如用于連接站192,194和196中的每一個(gè)的一個(gè)可變輸出變壓器。電動(dòng)車輛充電站182確定耦合到充電站182的電動(dòng)車輛的每一個(gè)的最大電壓電平并且以最大電壓電平提供功率給每個(gè)相應(yīng)的電動(dòng)車輛。備選地，電動(dòng)車輛充電站182可以包括單個(gè)可變輸出變壓器和至少一個(gè)切換設(shè)備198。切換設(shè)備198控制連接站192、194和196中的哪個(gè)接收功率。例如，可以確定，將首先提供功率給電動(dòng)車輛186，其次為電動(dòng)車輛184提供功率，以及再次為電動(dòng)車輛188提供功率。電動(dòng)車輛充電站182首先確定提供給電動(dòng)車輛186的最大電壓電平以及相應(yīng)地提供功率給第二連接站194。一旦電動(dòng)車輛186的充電結(jié)束，或者當(dāng)預(yù)定的時(shí)間限制結(jié)束時(shí)，切換設(shè)備198將第二連接站194從電動(dòng)車輛充電站182斷開。電動(dòng)車輛充電站182確定提供給電動(dòng)車輛184的最大電壓電平以及相應(yīng)地提供功率給第一連接站192。盡管將切換設(shè)備198描述為包括在電動(dòng)車輛充電站182內(nèi)，但電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)180可以包括多個(gè)切換設(shè)備，這些切換設(shè)備例如位于連接站192、194和196處并且被控制以供給功率給選擇的連接站192、194和196。此外，可以使切換設(shè)備位于電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)180內(nèi)任何合適的位置處，以允許系統(tǒng)180如本文中描述的那樣運(yùn)行。圖4是用于控制電動(dòng)車輛充電站(例如，電動(dòng)車輛充電站20(在圖I中示出))的示例方法210的流程圖200。如上所述，電動(dòng)車輛充電站20配置用于為例如電動(dòng)車輛40 (在圖I中示出)的電動(dòng)車輛充電。在示例實(shí)施例中，方法210是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，例如，通過充電站控制器110(在圖I中示出)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。在另一個(gè)示例實(shí)施例中，包含在計(jì)算機(jī)可讀媒體上的計(jì)算機(jī)程序包括至少一個(gè)代碼段，當(dāng)通過計(jì)算機(jī)(例如，充電站控制器110)執(zhí)行該代碼段時(shí)，執(zhí)行方法210。當(dāng)通用計(jì)算機(jī)配置成執(zhí)行本文中描述的指令時(shí)，本發(fā)明的方面將該通用計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ｓ糜?jì)算設(shè)備。 在示例實(shí)施例中，方法210包括在可變輸出變壓器(例如，變壓器100(在圖I中示出))處，從AC電源(例如，電源52 (在圖I中示出))接收212AC功率。方法210還可以包括確定214將從變壓器100輸出以供電動(dòng)車輛40使用的電壓電平。例如，控制器110可以至少部分地基于從電動(dòng)車輛40接收的電壓電平信號來確定214電壓電平?？刂破?10可以檢測功率轉(zhuǎn)換器74的調(diào)制的切換頻率并且解調(diào)切換頻率來確定214提供給電動(dòng)車輛40的電壓電平。此外，控制器110可以使用通信信道、輸電線通信和/或允許充電站20如本文中描述的那樣運(yùn)行的任何其他類型的信號發(fā)送，以接收來自電動(dòng)車輛40的電壓電平信號。方法210還包括以所確定的電壓電平提供216AC功率給功率轉(zhuǎn)換器74。在示例實(shí)施例中，方法210還包括提供220切換促動(dòng)信號給切換設(shè)備,例如位于功率轉(zhuǎn)換器74和電機(jī)70之間的切換設(shè)備82 (在圖I中示出)。當(dāng)收到切換促動(dòng)信號時(shí)，切換設(shè)備82將電機(jī)70從功率轉(zhuǎn)換器74去耦合，并且將功率轉(zhuǎn)換器74耦合到電動(dòng)車輛充電站20。在示例實(shí)施例中，方法210還可以包括調(diào)節(jié)224電動(dòng)車輛充電站20的功率輸出。例如，控制器110可以調(diào)節(jié)224充電站20的功率輸出，以使其不超過預(yù)定義的功率電平或預(yù)定義的電壓電平。在示例實(shí)施例中，預(yù)定義的功率電平取決于來自AC電源52的可用的功率和被保留用于由非電動(dòng)車輛充電負(fù)載使用的功率的量。更具體地說，除電動(dòng)車輛充電負(fù)載以外的所有負(fù)載所需求的功率電平可以被存儲(chǔ)在，例如存儲(chǔ)器設(shè)備114(在圖I中示出)中。調(diào)節(jié)224充電站20的功率輸出可以包括接收來自至少一個(gè)傳感器(例如，傳感器132)的電壓電平信號和電流電平信號中的至少一個(gè)，該傳感器配置成測量AC電源52的輸出功率。調(diào)節(jié)224功率輸出還可以包括確定來自AC電源52的可用的功率電平并且將可用功率電平與作為非電動(dòng)車輛充電應(yīng)用需求的預(yù)定義的功率電平進(jìn)行比較。調(diào)節(jié)224還可以包括基于可用功率電平和預(yù)定義的功率電平之間的差，來確定電動(dòng)車輛充電站20的功率輸出(例如，確定將提供的充電電壓)。這也可以被稱為通過充電站20提供給電動(dòng)車輛的充電電壓的扼流(throttle)?？刂破?10，或者分離的中央控制器(例如，中央控制器140)可以配置成調(diào)節(jié)提供給多個(gè)電動(dòng)車輛(例如，多個(gè)電動(dòng)車輛152(在圖2和圖3示出))的功率，以便預(yù)定義的功率電平對非電動(dòng)車輛充電負(fù)載可用。應(yīng)當(dāng)注意到，本文中存在的實(shí)施例不限于用于執(zhí)行所描述的處理任務(wù)的任何具體的處理器。當(dāng)本文中使用術(shù)語“處理器”時(shí)，該術(shù)語“處理器”打算指代能夠執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)所必需的計(jì)算或運(yùn)算的任何機(jī)器。術(shù)語“處理器”還打算指代能夠接受結(jié)構(gòu)化輸入、并且根據(jù)所規(guī)定的規(guī)則處理該輸入以產(chǎn)生輸出的任何機(jī)器。還應(yīng)當(dāng)注意到，本文中使用的短語“配置成”意指處理器配備有硬件和軟件的結(jié)合用于執(zhí)行本文中存在的實(shí)施例的任務(wù)，這些將被本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解。本文中存在的實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀媒體，其中每個(gè)媒體可以配置成包括或在其上包括數(shù)據(jù)或用于操縱數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、對象、程序、例程、算法和可以通過處理系統(tǒng)訪問的其它程序模塊，該處理系統(tǒng)例如與能夠執(zhí)行各種不同功能的通用計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)或者與能夠執(zhí)行有限數(shù)量功能的專用計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令引起處理系統(tǒng)執(zhí)行具體的功能或者功能組，并且是用于實(shí)現(xiàn)本文中公開的方法的步驟的程序代碼方式的示例。此外，可執(zhí)行指令的具體序列提供了對應(yīng)的動(dòng)作的示例，該動(dòng)作可以用于實(shí)現(xiàn)這樣的步驟。計(jì)算機(jī)可讀媒體的·示例包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、可編程只讀存儲(chǔ)器(“PR0M”)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(“EPR0M”)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(“EEPR0M”)、壓縮盤只讀存儲(chǔ)器(“CD-ROM”)或者能夠提供可以通過處理系統(tǒng)訪問的數(shù)據(jù)或可執(zhí)行指令的任何其他設(shè)備或組件。本文中描述的是用于為電動(dòng)車輛充電的示例方法和系統(tǒng)。更具體地說，本文所描述的方法和系統(tǒng)可以有利于利用包括在電動(dòng)車輛內(nèi)的牽引電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器的電動(dòng)車輛的快速AC充電。本文中描述的方法和系統(tǒng)可以確定提供給電動(dòng)車輛的功率的最大電壓電平，并且包括可調(diào)節(jié)變壓器來以所確定的電平提供電壓。此外，可調(diào)節(jié)變壓器可以有利于調(diào)節(jié)電動(dòng)車輛充電站的功率輸出，以便作為非車輛充電負(fù)載需要的預(yù)定義的功率電平對那些負(fù)載保持可用。本文中描述的方法和系統(tǒng)可以有利于電動(dòng)車輛的高效且經(jīng)濟(jì)的充電。在本文中詳細(xì)地描述和/或示出了方法和系統(tǒng)的示例實(shí)施例。方法和系統(tǒng)并不限于本文中描述的特定實(shí)施例，而是相反，每個(gè)系統(tǒng)的組件，以及每個(gè)方法的步驟可以與本文中描述的其他組件和步驟獨(dú)立地并且分離地利用。每個(gè)組件和每個(gè)方法步驟也可以結(jié)合其他組件和/或方法步驟使用。當(dāng)介紹本文中描述和/或示出的方法和裝置的元件/組件/等時(shí)，冠詞“一”，“該”和“所述”打算意指存在元件/組件/等的一個(gè)或多個(gè)。術(shù)語“包括”，“包含”和“具有”打算是包括的并且意指除了列出的元件/組件/等，可以存在附加的無件/組件/等。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，并還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求定義，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權(quán)利要求字面語言無不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求字面語言無實(shí)質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們規(guī)定為在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種裝置(20)，包括: 輸入連接器(50)，所述輸入連接器配置用于與交流(AC)電源(52)耦合； 輸出連接器(62)，所述輸出連接器配置用于與電動(dòng)車輛(40)耦合； 可變輸出變壓器(100)，所述可變輸出變壓器包括初級端(102)和次級端(104)，其中所述初級端耦合到所述輸入連接器，以及所述次級端耦合到所述輸出連接器并且配置成與能量存儲(chǔ)設(shè)備(72)選擇性電磁通信，所述能量存儲(chǔ)設(shè)備與所述電動(dòng)車輛相關(guān)聯(lián)；以及控制器(110)，所述控制器耦合到所述變壓器并且配置成確定提供給所述電動(dòng)車輛的電壓電平。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置(20)，其中所述可變輸出變壓器(100)還包括多個(gè)抽頭(106)，并且其中所述輸出連接器￠2)通過固態(tài)器件和機(jī)電設(shè)備(108)中的至少一個(gè)選擇性地耦合到所述多個(gè)抽頭，以提供所確定的電壓電平給所述電動(dòng)車輛(40)。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置(20)，其中所述控制器(110)配置成從所述電動(dòng)車輛(40)接收對應(yīng)于最大電壓電平的電壓電平信號。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置(20)，其中所述控制器(110)配置成 接收切換頻率，調(diào)制所述切換頻率以發(fā)送所述電壓電平信號；以及 解調(diào)所調(diào)制的切換頻率以確定提供給所述電動(dòng)車輛(40)的所述電壓電平。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置(20)，其中所述控制器(110)還配置成 以第一電壓電平提供AC功率給所述電動(dòng)車輛(40)； 測量所述變壓器(100)的功率輸出；以及 增加提供給所述電動(dòng)車輛的所述AC功率的所述電壓電平，直到所述變壓器的所述功率輸出被所述電動(dòng)車輛所限制。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置(20)，其中所述控制器(110)包括存儲(chǔ)器設(shè)備(114)，所述存儲(chǔ)設(shè)備配置成存儲(chǔ)最大電流電平，并且其中所述控制器配置成 以第一電壓電平提供AC功率給所述電動(dòng)車輛(40)； 測量通過所述電動(dòng)車輛提取的電流的電平；以及 增加提供給所述電動(dòng)車輛的所述AC功率的所述電壓電平，直到通過所述電動(dòng)車輛提取的所述電流的電平等于所述最大電流電平。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置(20)，其中所述控制器(110)配置成 接收對應(yīng)于由所述AC電源(52)提供給所述輸入連接器(50)的功率的電壓電平和電流電平中的至少一個(gè)的電壓電平信號和電流電平信號中的至少一個(gè)； 基于電壓電平信號和電流電平信號中的所述至少一個(gè)來確定可用功率； 將所述可用功率與作為非車輛充電負(fù)載需求的預(yù)定義的功率電平比較，所述非車輛充電負(fù)載也從所述AC電源接收功率；以及 將所述可變輸出變壓器(100)的所述功率輸出限制到所述可用功率電平和所述預(yù)定義的功率電平之間的差。
8.如權(quán)利要求I所述的裝置(20)，其中所述輸出連接器(62)配置用于與電動(dòng)車輛轉(zhuǎn)換器(74)耦合，其中所述電動(dòng)車輛轉(zhuǎn)換器是雙向轉(zhuǎn)換器，其配置成將來自所述能量存儲(chǔ)設(shè)備(72)的DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率、以用于為電動(dòng)車輛牽引電動(dòng)機(jī)(70)提供功率，并且將來自所述可變輸出變壓器(100)的所述AC功率轉(zhuǎn)換為DC功率、以用于為所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電。
9.一種裝置(40)，包括 電機(jī)(70)； 至少一個(gè)直流(DC)能量存儲(chǔ)設(shè)備(72)，所述直流能量存儲(chǔ)設(shè)備配置成為所述電機(jī)提供功率； 功率轉(zhuǎn)換器(74)，所述功率轉(zhuǎn)換器包括DC連接器(76)和AC連接器(78)，所述DC連接器耦合到所述至少一個(gè)DC能量存儲(chǔ)設(shè)備； 連接設(shè)備(64)，所述連接設(shè)備選擇性地耦合到用于與AC電源(20)耦合的所述AC連接器；以及 切換設(shè)備(82)，所述切換設(shè)備包括第一位置和第二位置，其中所述第一位置耦合所述AC連接器和所述電機(jī)，并且所述第二位置耦合所述AC連接器和所述連接設(shè)備。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置(40)，其中所述電機(jī)(70)、所述至少一個(gè)DC能量存儲(chǔ)設(shè)備(72)、所述功率轉(zhuǎn)換器(74)、所述連接設(shè)備(64)、以及所述切換設(shè)備(82)都包括在電動(dòng)車輛(40)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明為“用于充電的系統(tǒng)和方法”。描述了一種電動(dòng)車輛充電站(20)。該充電站包括配置用于與交流(AC)電源(52)耦合的輸入連接器(50)和配置用于與電動(dòng)車輛(40)耦合的輸出連接器(62)。該充電站還包括具有初級端(102)和次級端(104)的可變輸出變壓器(100)。初級端耦合到輸入連接器，以及次級端耦合到輸出連接器并配置成與能量存儲(chǔ)設(shè)備(72)選擇性電磁通信，該能量存儲(chǔ)設(shè)備(72)與電動(dòng)車輛相關(guān)聯(lián)。該充電站還包括控制器(110)，該控制器耦合到變壓器并配置成確定提供給電動(dòng)車輛的電壓電平。
文檔編號H02M5/12GK102931701SQ20121041028
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者Y·N·M·埃爾南德斯, S·F·S·埃爾-巴巴里, P·維亞斯 申請人:通用電氣公司