本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01280041847.3、題為“具有可變功率分配的多端口車(chē)輛dc充電系統(tǒng)”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，其母案申請(qǐng)日為2012年6月5日。
本發(fā)明總體上涉及電池充電系統(tǒng)，并且尤其涉及用于分配電力以從單個(gè)源向一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)和混合動(dòng)力車(chē)輛進(jìn)行充電的方法和裝置。
背景技術(shù)：
如今全球大部分車(chē)輛是使用內(nèi)燃機(jī)利用汽油來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。使用這樣的車(chē)輛尤其是使用依賴(lài)于例如汽油的礦物燃料的車(chē)輛產(chǎn)生了兩個(gè)問(wèn)題。首先，由于這樣的燃料的數(shù)量有限以及受限的地區(qū)可用性，汽油成本的主要價(jià)格的波動(dòng)以及基本上升的價(jià)格趨勢(shì)是常見(jiàn)的，這二者對(duì)于消費(fèi)者層面都具有劇烈影響。第二，礦物燃料燃燒是二氧化碳(一種溫室氣體)的主要來(lái)源之一，因此是導(dǎo)致全球變暖的主要原因之一。因此，已經(jīng)在尋找在個(gè)人和商業(yè)車(chē)輛中使用的替代驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面付出了相當(dāng)?shù)呐Α?/p>
電動(dòng)車(chē)輛由于其更為清潔且更為有效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而提供了使用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系的車(chē)輛的最具前景的替代形式之一。然而，要獲得成功，電動(dòng)車(chē)輛必須要滿(mǎn)足用戶(hù)有關(guān)性能、范圍、可靠性、壽命和成本的預(yù)期。進(jìn)而，這些預(yù)期就使得電動(dòng)車(chē)輛的可充電電池的設(shè)計(jì)、配置和實(shí)施相當(dāng)重要。很明顯，特別是從消費(fèi)者的角度來(lái)看，可充電電池的關(guān)鍵方面是可以在家中、辦公地點(diǎn)或公共充電站對(duì)電池進(jìn)行充電的便利性和可靠性。
在討論依靠燃油車(chē)輛的社會(huì)和大幅依賴(lài)電動(dòng)車(chē)輛的社會(huì)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，討論經(jīng)常轉(zhuǎn)向?qū)τ诔潆娫O(shè)施需求，該充電設(shè)施將使得電動(dòng)車(chē)輛所有者在遠(yuǎn)離其主要充電站(例如，家庭充電站)時(shí)便于對(duì)其車(chē)輛進(jìn)行充電。不幸的是，當(dāng)前的充電設(shè)施十分有限。例如，在大型停車(chē)場(chǎng)或建筑中，最多會(huì)有一個(gè)或兩個(gè)提供接入充電系統(tǒng)以便對(duì)電動(dòng)車(chē)輛的電池進(jìn)行充電的停車(chē)位。而這種情況對(duì)于當(dāng)前電動(dòng)車(chē)輛數(shù)量可能是足夠的，而隨著電動(dòng)車(chē)輛更為廣泛地被接受，對(duì)于更好的充電站接入的需求將變得更為必要。
圖1圖示了一種預(yù)期在大型停車(chē)場(chǎng)中增加充電站接入能力的一種方法。在該方法中，充電站位于停車(chē)場(chǎng)各處而使得每個(gè)充電站都處于多個(gè)停車(chē)位的到達(dá)范圍之內(nèi)。例如，在所圖示的停車(chē)場(chǎng)100的部分中，遍布十二個(gè)所圖示的停車(chē)位分配有三個(gè)充電站101-103，因此允許每個(gè)充電站處于四個(gè)不同車(chē)位的范圍之內(nèi)，即充電站101處于車(chē)位1、2、7和8的范圍內(nèi)；充電站102處于車(chē)位3、4、9和10的范圍內(nèi)；而充電站103處于車(chē)位5、6、11和12的范圍內(nèi)。
如圖1所示的充電站位于停車(chē)場(chǎng)或建筑內(nèi)的中央提供了多部車(chē)輛對(duì)單個(gè)沖電源的物理接入，明顯提高了接入能力并因此提高了用戶(hù)便利性。如果每個(gè)充電系統(tǒng)101-103包括多個(gè)端口而因此允許同時(shí)對(duì)多部車(chē)輛進(jìn)行充電，則能夠獲得進(jìn)一步的改進(jìn)。如圖2所示，在常規(guī)的多端口系統(tǒng)中，通過(guò)將四個(gè)充電電路201-204整合在單個(gè)系統(tǒng)205內(nèi)而實(shí)現(xiàn)了同時(shí)充電。充電電路201-204耦合至源207(例如，電網(wǎng))并且分別耦合至不同車(chē)輛端口209-212。在常規(guī)的多端口充電站中，充電電路201-204互相獨(dú)立，即一個(gè)充電電路的操作或功率輸出并不影響充電站205內(nèi)的其它充電電路的操作或功率輸出。雖然這種方法可以被用來(lái)明顯改善車(chē)輛對(duì)于沖電源的接入，但是其由于充電電路201-204的重復(fù)而是相對(duì)低效且高成本的方法。因此，需要一種從單個(gè)充電站對(duì)多部車(chē)輛同時(shí)充電的高效方式。本發(fā)明提供了一種這樣的充電系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種電池充電站，其包括多個(gè)充電端口、多個(gè)功率級(jí)，其中每個(gè)功率級(jí)包括ac至dc轉(zhuǎn)換器，并且其中每個(gè)功率級(jí)提供該充電站的最大可用充電功率的一部分，被用來(lái)將功率級(jí)的輸出耦合至充電端口的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)(例如，由多個(gè)接觸器或多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)所組成)，確定當(dāng)前充電站和端口狀態(tài)的系統(tǒng)監(jiān)視器，和依據(jù)預(yù)定義的功率分配規(guī)則集合并且依據(jù)當(dāng)前充電站和端口狀態(tài)對(duì)該開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的操作進(jìn)行控制的控制器。優(yōu)選地，該開(kāi)關(guān)系統(tǒng)和/或控制器防止一個(gè)充電端口被直接耦合至另一個(gè)充電端口，由此防止耦合至第一充電端口的車(chē)輛連接至耦合至第二充電端口的車(chē)輛。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，如果該充電站具有兩個(gè)充電端口，則該控制器將依據(jù)預(yù)定義的功率分配規(guī)則集合以及當(dāng)前充電站和車(chē)輛狀態(tài)而選擇功率級(jí)的第一部分耦合至第一端口并且選擇功率級(jí)的第二部分同時(shí)耦合至第二端口，其中該第一和第二部分表示多個(gè)功率級(jí)的不同功率級(jí)；可替換地，如果充電站具有三個(gè)充電端口，則該控制器將將依據(jù)預(yù)定義的功率分配規(guī)則集合以及當(dāng)前充電站和車(chē)輛狀態(tài)而選擇功率級(jí)的第一部分耦合至第一端口，功率級(jí)的第二部分同時(shí)耦合至第二端口，并且功率級(jí)的第三部分同時(shí)耦合至第三端口，其中該第一、第二和第三部分表示多個(gè)功率級(jí)的不同功率級(jí)；可替換地，如果充電站具有四個(gè)充電端口，則該控制器將將依據(jù)預(yù)定義的功率分配規(guī)則集合以及當(dāng)前充電站和車(chē)輛狀態(tài)而選擇功率級(jí)的第一部分耦合至第一端口，功率級(jí)的第二部分同時(shí)耦合至第二端口，功率級(jí)的第三部分同時(shí)耦合至第三端口，并且功率級(jí)的第四部分同時(shí)耦合至第四充電端口，其中該第一、第二、第三和第四部分表示多個(gè)功率級(jí)的不同功率級(jí)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，多個(gè)功率級(jí)被分組在一起以形成多個(gè)功率模塊，其中每個(gè)功率模塊由三個(gè)功率級(jí)所組成，并且其中該開(kāi)關(guān)系統(tǒng)可以把從零個(gè)功率模塊到全部功率模塊之間耦合至任意充電端口。
該系統(tǒng)監(jiān)視器可以監(jiān)視(i)每個(gè)充電端口的車(chē)輛到達(dá)時(shí)間，其中預(yù)定義功率分配規(guī)則集合基于所監(jiān)視的到達(dá)時(shí)間授予功率分配優(yōu)先級(jí)；(ii)將車(chē)輛耦合至充電端口而支付的充電器使用費(fèi)，其中預(yù)定義功率分配規(guī)則集合基于充電器使用費(fèi)授予功率分配優(yōu)先級(jí)；(iii)車(chē)輛優(yōu)先級(jí)信息，其中預(yù)定義功率分配規(guī)則集合基于車(chē)輛優(yōu)先級(jí)信息授予功率分配優(yōu)先級(jí)；(iv)顧客優(yōu)先級(jí)信息，其中預(yù)定義功率分配規(guī)則集合基于顧客優(yōu)先級(jí)信息授予功率分配優(yōu)先級(jí)；(v)耦合至充電端口的每部車(chē)輛的電池組soc，其中預(yù)定義功率分配規(guī)則集合基于電池組soc授予功率分配優(yōu)先級(jí)；和(vi)耦合至充電端口的每部車(chē)輛的預(yù)期離開(kāi)時(shí)間，其中預(yù)定義功率分配規(guī)則集合基于預(yù)期離開(kāi)時(shí)間授予功率分配優(yōu)先級(jí)。預(yù)定義功率分配規(guī)則集合可以基于例如到達(dá)時(shí)間和車(chē)輛優(yōu)先級(jí)信息的所監(jiān)視信息的組合授予功率分配優(yōu)先級(jí)。預(yù)定義功率分配規(guī)則集合可以使得功率分配以令充電器輸出最大化為基礎(chǔ)。充電站可以包括鍵盤(pán)(例如，物理鍵盤(pán)和/或觸摸屏鍵盤(pán))，其例如可以被用來(lái)輸入優(yōu)先級(jí)信息或預(yù)期離開(kāi)時(shí)間信息。充電站可以接受充電端口預(yù)約并且可以包括用于顯示充電端口預(yù)約信息的顯示器。
通過(guò)參考說(shuō)明書(shū)的其余部分以及附圖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的特性和優(yōu)勢(shì)的進(jìn)一步理解。
附圖說(shuō)明
圖1提供了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的利用中央定位充電站的停車(chē)場(chǎng)的一部分的圖示；
圖2提供了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多端口充電系統(tǒng)的圖示；
圖3圖示了包括九個(gè)并行功率級(jí)和兩個(gè)充電器端口的充電器；
圖4以圖形圖示了圖3所示的充電器的示例性使用情形；
圖5圖示了用于隨諸如圖3所示充電器的充電器使用的具體接觸器配置；
圖6圖示了可替換的接觸器配置；
圖7圖示了另一種可替換的接觸器配置；
圖8圖示了另一種可替換的接觸器配置；
圖9圖示了圖5所示的接觸器配置，其被擴(kuò)展以包括附加功率級(jí)和附加端口，其中接觸器被打開(kāi)/關(guān)閉以說(shuō)明示例使用配置；和
圖10圖示了在向本發(fā)明的電池充電站的各個(gè)充電端口分配功率時(shí)所使用的基本方法。
具體實(shí)施方式
在下文中，術(shù)語(yǔ)“電池(battery)”、“電池(cell)”、“電池(batterycell)”可以互換使用并且可以指代任意的各種不同電池類(lèi)型、化學(xué)成分和配置，其包括但并不局限于鋰離子(例如鋰離子磷酸鹽、鋰氧化鈷、其它鋰金屬氧化物等)、鋰離子聚合物、鎳金屬氫化物、鎳鎘、鎳氫、鎳鋅、銀鋅或者其它電池類(lèi)型/配置。術(shù)語(yǔ)“電池組”在這里被用來(lái)指代多個(gè)個(gè)體電池，它們典型地包含在單塊或多塊的外殼之內(nèi)，該個(gè)體電池電氣互連以實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用所期望的電壓和容量。術(shù)語(yǔ)“電池”和“電池系統(tǒng)”可以互換使用并且在這里被用來(lái)指代電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，其具有諸如電池、電池組、電容器或超級(jí)電容器之類(lèi)的被充電和放電的能力。術(shù)語(yǔ)“電動(dòng)車(chē)輛”在這里被用來(lái)指代也被稱(chēng)作ev的全電動(dòng)車(chē)輛、也被稱(chēng)作phev的插電式混合動(dòng)力車(chē)輛或者混合動(dòng)力車(chē)輛(hev)，其中混合動(dòng)力車(chē)輛采用其中之一為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的多個(gè)推進(jìn)源。應(yīng)當(dāng)理解的是，在多個(gè)附圖上使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指代相同的組件或者等同功能的組件。此外，附圖僅意在對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行說(shuō)明而非限制并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是依比例繪制的。
本發(fā)明的實(shí)施例通?？蓱?yīng)用于采用電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，更具體地而非排他性地，可應(yīng)用于使用多相電動(dòng)機(jī)(例如感應(yīng)電動(dòng)機(jī))的電動(dòng)車(chē)輛。電動(dòng)車(chē)輛使用例如電池組之類(lèi)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)能量源來(lái)向車(chē)輛提供電能。該能量至少部分被用來(lái)推進(jìn)車(chē)輛。所存儲(chǔ)的能量還可以被用來(lái)提供其它車(chē)輛系統(tǒng)所需的能量，例如車(chē)輛照明、乘客分區(qū)的加熱、通風(fēng)和空調(diào)(hvac)系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)(例如，傳感器、顯示器、導(dǎo)航系統(tǒng)等)、車(chē)輛娛樂(lè)系統(tǒng)(例如，無(wú)線電、dvd、mp3等)等。常規(guī)電動(dòng)車(chē)輛包括載客車(chē)輛和被設(shè)計(jì)為運(yùn)輸貨物的車(chē)輛，其示例包括乘用車(chē)、卡車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)和休閑船只。電動(dòng)車(chē)輛還包括專(zhuān)用的工作車(chē)輛和推車(chē)，其中的一些可以整合有諸如叉車(chē)、剪刀式升降機(jī)、升降和/或曲臂空中作業(yè)平臺(tái)、街道清潔系統(tǒng)、傳送帶和平板搬運(yùn)平臺(tái)。
圖3圖示了依據(jù)本發(fā)明的充電系統(tǒng)300的基本元件。這里還被稱(chēng)作充電站的充電器300耦合至例如電網(wǎng)的ac線路電壓源301。充電器300包括多個(gè)并行功率級(jí)303-311，其中每一個(gè)包括ac至dc轉(zhuǎn)換器。將要意識(shí)到的是，充電器300可以包括更少數(shù)量或更多數(shù)量的并行功率級(jí)，該數(shù)量取決于可從源301獲得的功率、最大期望充電功率、所期望的充電靈活性水平以及充電端口的數(shù)量。在圖3所示的示例性實(shí)施例中，充電器300包括一對(duì)充電端口313/314，但是依據(jù)本發(fā)明的充電器能夠使用多于兩個(gè)的充電端口，因此允許同時(shí)對(duì)多于兩部的車(chē)輛進(jìn)行充電。
在本發(fā)明的至少一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中并且如圖3所示，并行功率級(jí)被一起分組為三組。因此在該實(shí)施例中功率級(jí)303-305被一起分組為功率模塊315；功率級(jí)306-308被一起分組為功率模塊316；并且功率級(jí)309-311被一起分組為功率模塊317。分組為三個(gè)模塊有助于確保三相位ac側(cè)保持平衡。如果允許不平衡，則功率級(jí)無(wú)需被分組在一起，因此允許功率分配為更小的離散功率步長(zhǎng)。
來(lái)自每個(gè)功率模塊315-317的輸出經(jīng)由開(kāi)關(guān)系統(tǒng)319而耦合至充電器端口313/314。開(kāi)關(guān)系統(tǒng)319包括多個(gè)接觸器或半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或者其它開(kāi)關(guān)器件，其允許來(lái)自每個(gè)功率模塊的輸出被電連接至任一充電器端口。優(yōu)選地，開(kāi)關(guān)系統(tǒng)319或?qū)﹂_(kāi)關(guān)系統(tǒng)319進(jìn)行操作的控制系統(tǒng)并不允許例如端口313的一個(gè)充電端口耦合至例如端口314的另一個(gè)充電端口。使用開(kāi)關(guān)系統(tǒng)319，經(jīng)由充電器端口耦合至特定車(chē)輛的功率量可以根據(jù)車(chē)輛需求、充電器端口使用、車(chē)輛充電優(yōu)先級(jí)、費(fèi)用等進(jìn)行定制。耦合至開(kāi)關(guān)系統(tǒng)319的控制器321通過(guò)應(yīng)用存儲(chǔ)器323中所記錄的預(yù)定義分配規(guī)則集合而確定從功率模塊到充電器端口的功率分配。在至少一個(gè)實(shí)施例中，控制器321是基于處理器的控制系統(tǒng)(例如微處理器)而存儲(chǔ)器323是閃存、固態(tài)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或其它存儲(chǔ)器類(lèi)型或者存儲(chǔ)器類(lèi)型的組合。系統(tǒng)監(jiān)視器325也耦合至控制器321，其對(duì)包括車(chē)輛/端口狀態(tài)在內(nèi)的充電系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視。具體地，系統(tǒng)監(jiān)視器325對(duì)端口313/314進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視以便確定車(chē)輛何時(shí)耦合至充電系統(tǒng)。優(yōu)選地，系統(tǒng)監(jiān)視器325還通過(guò)端口獲取車(chē)輛信息，但是這樣的信息也可以經(jīng)由其它手段(例如，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、諸如rfid標(biāo)簽的車(chē)輛id等)來(lái)獲得。優(yōu)選地，通過(guò)這些手段所獲得的車(chē)輛信息將包括車(chē)輛電池容量、當(dāng)前充電狀態(tài)(soc)、所期望soc、電池充電容量、電池溫度等。優(yōu)選地，系統(tǒng)監(jiān)視器325還耦合至如所示出的功率級(jí)或功率模塊以便獲得每個(gè)級(jí)和/或模塊的功率輸出/容量，對(duì)級(jí)/模塊內(nèi)的變化輸出狀態(tài)或問(wèn)題的監(jiān)視。在至少一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)監(jiān)視器325還監(jiān)視輸入線路以便檢測(cè)線路問(wèn)題。系統(tǒng)監(jiān)視器325還可以包括或耦合到確定充電費(fèi)用的子系統(tǒng)327。充電費(fèi)用可以基于每日時(shí)間、源301所提供的功率成本或者基于其它條件而變化。優(yōu)選地，系統(tǒng)監(jiān)視器325還包括一個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)329，其用于從最終用戶(hù)接受金錢(qián)，并且在至少一些情況下用于確定最終用戶(hù)所輸入的金額。例如子系統(tǒng)329能夠給從最終用戶(hù)接受現(xiàn)金并且確定輸入了多少金額。子系統(tǒng)329還能夠接受信用卡或借記卡或者其它形式的非現(xiàn)金支付。優(yōu)選地，系統(tǒng)監(jiān)視器325還包括子系統(tǒng)331，其用于更新充電器300的分配指令或其它方面。子系統(tǒng)331可以包括無(wú)線或有線互聯(lián)網(wǎng)連接。子系統(tǒng)331還可以利用不同通信系統(tǒng)/協(xié)議來(lái)獲得系統(tǒng)更新。
在如圖3所示的具有三個(gè)功率模塊的充電器中，并且假設(shè)每個(gè)功率模塊被配置為輸出相同數(shù)量的功率，則能夠以四個(gè)不同水平來(lái)分配功率：0輸出、1/3pmax、2/3pmax和pmax，其中pmax等于來(lái)自充電器300的最大可用功率，即所有三個(gè)功率模塊都耦合至單個(gè)端口。作為這種設(shè)計(jì)的結(jié)果并且如以上所提到的，控制器321能夠根據(jù)控制器系統(tǒng)用來(lái)確定功率分配的標(biāo)準(zhǔn)而以各種不同比率將可用功率分配至耦合到充電器端口的車(chē)輛。
圖4以圖形圖示了充電器300的可能使用情形。該情形僅意在說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的充電系統(tǒng)可以如何被用來(lái)向兩個(gè)車(chē)輛“a”和“b”分配功率而非對(duì)其進(jìn)行限制。提供至車(chē)輛a和b的充電功率分別由曲線401和403所表示。在該示例中，假設(shè)最初在時(shí)間t0僅車(chē)輛a例如經(jīng)由充電端口313耦合至充電器300。這樣，控制器321最初將整個(gè)輸出pmax耦合至端口313。這由曲線401的第一部分所示出。隨后，在時(shí)間t1，車(chē)輛b耦合至充電端口314。在該示例中，從時(shí)間t1到時(shí)間t2，車(chē)輛b沒(méi)有從端口314接收到充電功率。這可能是因?yàn)榻o予車(chē)輛a的優(yōu)先級(jí)或者出于其它一些原因。在時(shí)間t2，可從充電器300獲得的功率在車(chē)輛a和b之間進(jìn)行劃分，其中車(chē)輛a降至2/3pmax而車(chē)輛b則接收1/3pmax。在時(shí)間t3，來(lái)自充電器300的功率對(duì)車(chē)輛a和b的劃分被反轉(zhuǎn)，其中車(chē)輛a現(xiàn)在接收1/3pmax而車(chē)輛b現(xiàn)在接收2/3pmax。該反轉(zhuǎn)可能是由于車(chē)輛a減少了其對(duì)充電功率的要求。可替換地，并且如以下詳細(xì)討論的，控制器321可以使用一些其它標(biāo)準(zhǔn)來(lái)改變來(lái)自充電器300的功率對(duì)于兩部車(chē)輛的分配。在時(shí)間t4，所有功率即pmax被發(fā)送至車(chē)輛b。這例如可能是因?yàn)檐?chē)輛a由于車(chē)輛a內(nèi)的電池被完全充電而從充電器300脫離耦合。
圖5-7圖示了用于在諸如充電器300的充電器中使用的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)319的三種不同配置。如之前所提到的，本發(fā)明并不局限于僅九個(gè)并行功率級(jí)，也并不局限于僅使用兩個(gè)端口。由此，系統(tǒng)500-700僅意在說(shuō)明可以被用來(lái)向經(jīng)由端口313/314耦合至充電器的一部或多部車(chē)輛提供充電功率的靈活分配的一些開(kāi)關(guān)配置。
在系統(tǒng)500中，多個(gè)接觸器501-512或者其它開(kāi)關(guān)器件(例如，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))被用來(lái)控制從充電模塊315-317到端口313/314的功率分配。在使用中，控制器321(該圖中未示出)基于預(yù)設(shè)即預(yù)定義的分配指令集合而確定哪些功率模塊要被耦合至哪些端口。如以下詳細(xì)討論的，這里也被稱(chēng)作分配規(guī)則的各種分配指令被用來(lái)確定有多少可用功率要被提供至每個(gè)充電器端口。將要意識(shí)到的是，系統(tǒng)500的12個(gè)接觸器的配置可以被用來(lái)向端口313/314提供輸出功率的任意組合。例如，通過(guò)關(guān)閉接觸器501、503、506、508、510和512，功率模塊315被耦合至端口313(因此向端口313提供1/3pmax)，并且功率模塊316和317耦合至端口314(因此向端口314提供2/3pmax)。
在系統(tǒng)600中所示出的可替換接觸器中，每個(gè)功率模塊315-317使用一對(duì)三位置接觸器(即，接觸器601-606)來(lái)確定功率被耦合至端口313、端口314還是不耦合至任一端口。在系統(tǒng)600中，為了實(shí)現(xiàn)之前所描述的功率分配(即，對(duì)端口313的1/3pmax以及對(duì)端口314的2/3pmax)，要求接觸器601/602耦合至端口313(即，通過(guò)接觸“a”觸頭)而接觸器603-606則被耦合至端口314(即，通過(guò)接觸“b”觸頭)。
在系統(tǒng)700中所示的可替換接觸器配置中，功率模塊315-317使用八個(gè)接觸器701-708被可控地耦合至端口313/314。雖然這種方法提供了簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，但是其自身并不適用于具有多于兩個(gè)端口的充電器。為了實(shí)現(xiàn)之前所描述的功率分配(即，對(duì)端口313的1/3pmax以及對(duì)端口314的2/3pmax)，要求接觸器701、702和705-708閉合而接觸器703/704保持?jǐn)嚅_(kāi)。
如之前所提到的，雖然優(yōu)選將功率級(jí)疊加為三個(gè)分組而使得三相ac側(cè)保持平衡，但是如果不要求平衡，則本發(fā)明可同樣被應(yīng)用于非疊加配置。雖然任意的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)可以利用非疊加功率級(jí)進(jìn)行配置，但是該方法通過(guò)修改系統(tǒng)500中所示的配置而在圖8中進(jìn)行圖示。在系統(tǒng)800中，與每個(gè)模塊使用兩對(duì)雙位置接觸器相反，每個(gè)功率級(jí)使用兩對(duì)雙位置接觸器。結(jié)果，對(duì)于相同數(shù)量的功率級(jí)以及相同的雙端口配置而言，接觸器的數(shù)量從系統(tǒng)500所示的12個(gè)接觸器(即接觸器501-512)增加為系統(tǒng)800所示的36個(gè)接觸器(即接觸器801-836)(注意，雖然所有36個(gè)接觸器都在圖8中示出，但是為了使得示圖更具可讀性?xún)H標(biāo)記了接觸器801和836)。因此，雖然系統(tǒng)800所圖示的方式提供了更大的功率分配靈活性，但是發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該額外的靈活性與額外的開(kāi)關(guān)復(fù)雜度和相關(guān)成本相比通常并不值得。
雖然已經(jīng)使用僅三個(gè)功率模塊和兩個(gè)車(chē)輛端口對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了闡述，但是本發(fā)明在功率模塊和車(chē)輛端口方面可輕易進(jìn)行擴(kuò)展。例如，圖9所示的系統(tǒng)900基于圖5所示的基本配置，其被修改為包括4個(gè)功率模塊901-904以及四個(gè)端口905-908。如所示出的，優(yōu)選地每個(gè)功率模塊901-904都由三個(gè)功率級(jí)(即，級(jí)909-920)所組成，這是為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)三相ac側(cè)上的平衡以及利用最小的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)復(fù)雜度提供所期望的功率水平。注意到，在所圖示的實(shí)施例中，接觸器921和925被示為閉合以便向端口905提供1/4pmax；接觸器930和934被示為閉合以便向端口906提供1/4pmax；并且接觸器940、944、948和952被示為閉合以便向端口908提供1/2pmax。如所示出的，當(dāng)前沒(méi)有功率被耦合至端口907。
耦合至該開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的控制器在確定如何向耦合至充電器端口的車(chē)輛分配可從功率模塊或功率級(jí)獲得的功率時(shí)可以使用各種標(biāo)準(zhǔn)。圖10圖示了控制器(例如，控制器321)在向各個(gè)端口分配功率時(shí)所應(yīng)用的基本方法。通常，充電器控制器連續(xù)監(jiān)視系統(tǒng)(例如，充電系統(tǒng)、充電端口和/或附接至充電端口的車(chē)輛)以便檢測(cè)影響充電器的變化(步驟1001)。無(wú)論系統(tǒng)何時(shí)檢測(cè)到可能會(huì)影響功率分配的變化(步驟1003)，控制器就基于預(yù)定義分配指令集合和當(dāng)前所監(jiān)視的狀態(tài)來(lái)確定適當(dāng)分配功率(步驟1005)。常見(jiàn)的影響功率分配的變化包括但并不局限于車(chē)輛經(jīng)由充電器端口之一耦合至充電器或與之?dāng)嚅_(kāi)耦合或者改變要應(yīng)用于耦合至充電器的一部或多部車(chē)輛的充電要求。影響功率分配的較不常見(jiàn)的變化示例包括(i)經(jīng)過(guò)時(shí)間，例如在分配指令包括時(shí)間要求的情況下；(ii)所要充電的車(chē)輛之一的狀態(tài)變化，例如在充電周期開(kāi)始時(shí)所支付的費(fèi)用已經(jīng)用盡的情況；和/或(iii)電池溫度或其他車(chē)輛狀態(tài)出現(xiàn)的不期望的變化。
將要意識(shí)到的是，本發(fā)明的充電系統(tǒng)可以經(jīng)由預(yù)定義分配指令進(jìn)行配置而基于各種狀態(tài)向耦合至充電系統(tǒng)的各車(chē)輛分配功率，并且本發(fā)明并不局限于以下所描述的示例性分配指令。可以被本發(fā)明控制器用來(lái)從充電器的功率級(jí)/功率模塊向接合至充電器的車(chē)輛分配功率的示例性功率分配指令包括：
到達(dá)時(shí)間優(yōu)先級(jí)：在功率分配基于到達(dá)時(shí)間的充電器中，系統(tǒng)監(jiān)視經(jīng)由其端口之一耦合至充電器的每部車(chē)輛的到達(dá)時(shí)間，并且基于所監(jiān)視的到達(dá)時(shí)間授予優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先車(chē)輛被提供以最大量的可用功率，其限制僅在于車(chē)輛電池的需求。因此，例如，在依據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例所設(shè)計(jì)并進(jìn)行操作的多端口充電器中，耦合至充電器的第一車(chē)輛被給予最大可用功率。假設(shè)第一車(chē)輛要求最大可用功率，則在第一車(chē)輛之后耦合至充電器的車(chē)輛將不會(huì)接收到充電功率。然后，隨著第一車(chē)輛的需求逐漸減小并且功率變?yōu)榭捎?，耦合至充電器的第二?chē)輛被提供以剩余功率。當(dāng)?shù)谝卉?chē)輛的電池完全充電或者被充電至預(yù)設(shè)soc時(shí)，在假設(shè)第二車(chē)輛能夠使用最大可用功率的情況下，向第二車(chē)輛提供最大可用功率。在優(yōu)先級(jí)基于到達(dá)充電器的時(shí)間的情況下，這種向優(yōu)先車(chē)輛提供最大可用功率的過(guò)程針對(duì)耦合至充電器的每部車(chē)輛繼續(xù)進(jìn)行。作為這種方法的結(jié)果，第一部耦合至充電器的車(chē)輛是第一部進(jìn)行充電的車(chē)輛，第二部耦合至充電器的車(chē)輛是第二部進(jìn)行充電的車(chē)輛，等等。
基于費(fèi)用的優(yōu)先級(jí)：在可替換實(shí)施例中，基于最終用戶(hù)所支付的費(fèi)用即充電器使用費(fèi)而給予優(yōu)先級(jí)，因此允許用戶(hù)通過(guò)為使用充電器支付更多費(fèi)用來(lái)獲得充電優(yōu)先級(jí)。在一種情況下，無(wú)論用戶(hù)的車(chē)輛需要多少功率，充電器都從用戶(hù)接收每次充電過(guò)程的一次性?xún)?yōu)先費(fèi)用。在可替換情況下，優(yōu)先顧客為充電期間所使用的每千瓦功率(或其它量度)支付更高費(fèi)用。將要意識(shí)到的是，基于費(fèi)用的優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)可以應(yīng)用簡(jiǎn)單的兩層成本費(fèi)用結(jié)構(gòu)或者采用多層成本費(fèi)用結(jié)構(gòu)，后者更適用于包括多于兩個(gè)充電器端口的充電器。通常，使用基于費(fèi)用的優(yōu)先級(jí)方案分配充電功率的充電器使用另一種優(yōu)先級(jí)方案，例如以上所描述的基于到達(dá)時(shí)間的優(yōu)先級(jí)方案，而用戶(hù)能夠通過(guò)支付優(yōu)先費(fèi)用而繞過(guò)該優(yōu)先級(jí)方案。實(shí)際上，該方案允許用戶(hù)通過(guò)支付更多而跳過(guò)其他用戶(hù)。注意到，如果兩個(gè)或更多用戶(hù)支付了優(yōu)先費(fèi)用，假設(shè)他們支付了相同的優(yōu)先費(fèi)用，則優(yōu)選地該充電系統(tǒng)依賴(lài)于基本優(yōu)先級(jí)方案。因此，例如在具有三個(gè)或更多端口的充電器中，如果基本優(yōu)先級(jí)方案是基于到達(dá)時(shí)間的優(yōu)先級(jí)方案并且第一部車(chē)輛支付了基本費(fèi)率而耦合至充電器的第二部和第三部車(chē)輛支付了相同的優(yōu)先級(jí)費(fèi)費(fèi)用，則即使他們支付了相同的優(yōu)先費(fèi)用，第二部車(chē)輛也將被給予高于第三部車(chē)輛的優(yōu)先級(jí)。顯然，這種方法的修改和變化被發(fā)明人所預(yù)期。
優(yōu)先顧客：在可替換實(shí)施例中，某些車(chē)輛被自動(dòng)給予高于其它車(chē)輛的優(yōu)先級(jí)。例如，優(yōu)先級(jí)可以基于特定車(chē)輛廠商(即，制造商)或模型。可替換地，優(yōu)先級(jí)可以被給予屬于例如美國(guó)汽車(chē)協(xié)會(huì)即aaa的特定俱樂(lè)部或協(xié)會(huì)的充電器顧客。可替換地，可以為使用某種支付形式(例如，相對(duì)于信用卡的現(xiàn)金)或特定信用卡(例如，相對(duì)于
預(yù)約：在可替換實(shí)施例中，用戶(hù)能夠預(yù)約充電器端口，例如針對(duì)具體時(shí)間和日期在具體充電站進(jìn)行預(yù)約。優(yōu)選地，充電器包括能夠用來(lái)向潛在用戶(hù)通知端口不可用的顯示器或其它器件。在至少一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制器在預(yù)約時(shí)間或預(yù)約時(shí)間之前使得最后一個(gè)剩余的可用端口無(wú)效，并且例如在充電系統(tǒng)顯示器上顯示該最后的剩余端口已經(jīng)被預(yù)約的通知消息。該通知顯示允許開(kāi)車(chē)趕到的用戶(hù)快速確認(rèn)該端口無(wú)法供其使用。預(yù)約端口的通知例如也可以在充電站運(yùn)營(yíng)商所維護(hù)的網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行發(fā)布。優(yōu)選地，用戶(hù)能夠使用互聯(lián)網(wǎng)基于web的系統(tǒng)針對(duì)具體日期和時(shí)間預(yù)約具體充電器上的端口。通常，興趣方例如使用基于web的充電器位置服務(wù)首先定位所期望位置處的充電站，并且隨后使用運(yùn)營(yíng)所選擇充電器的公司或第三方服務(wù)提供商所提供的服務(wù)(例如，基于web的服務(wù))來(lái)預(yù)約端口。
預(yù)約功率分布：在之前所描述的基于預(yù)約的優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)的小幅修改形式中，預(yù)約方還能夠預(yù)約具體的充電分布(profile)。例如，最終用戶(hù)可能希望不僅預(yù)約充電器端口而且還預(yù)約對(duì)其車(chē)輛進(jìn)行快速充電的功能。可替換地，最終用戶(hù)可能希望確保特定充電站可以使用，該充電站例如其家、酒店、公司等附近的站點(diǎn)，但是同時(shí)認(rèn)識(shí)到其車(chē)輛將在該位置停留很長(zhǎng)一段時(shí)間周期，例如整夜。在這種情況下，用戶(hù)僅需要預(yù)約充電器端口而無(wú)需預(yù)約以加快速率進(jìn)行充電的功能。
基于車(chē)輛需求的功率分配：在可替換實(shí)施例中，充電器控制器在車(chē)輛耦合至充電站時(shí)例如通過(guò)確認(rèn)該車(chē)輛的soc和充電容量來(lái)確定每部車(chē)輛的需求。在確定功率分布時(shí)還可以使用每部車(chē)輛的電池組的溫度。優(yōu)選地，該信息由所耦合的車(chē)輛使用協(xié)商的通信協(xié)議而提供給充電器控制器。使用該信息，控制器向耦合至充電器的車(chē)輛分配功率，例如基于需求，或者基于盡可能快地使得所有耦合車(chē)輛達(dá)到預(yù)定最低soc水平，或者基于使得所有耦合車(chē)輛達(dá)到表示該車(chē)輛的總電池容量的預(yù)定百分比的soc水平來(lái)分配可用充電功率。
基于用戶(hù)需求的功率分配：在可替換實(shí)施例中，當(dāng)用戶(hù)將其車(chē)輛耦合至充電系統(tǒng)時(shí)，它們向控制器輸入可以在確定最優(yōu)功率分配時(shí)使用的信息。例如，用戶(hù)可以輸入其預(yù)期離開(kāi)時(shí)間，因此允許控制器確定有多少時(shí)間可用于對(duì)該特定車(chē)輛進(jìn)行電池充電。當(dāng)車(chē)輛耦合至具有不同離開(kāi)時(shí)間的充電器時(shí)，例如一部車(chē)輛有兩小時(shí)進(jìn)行充電而另一部車(chē)輛可能有十二小時(shí)來(lái)充電，則控制器能夠?qū)捎霉β实氖褂眠M(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選地，如果沒(méi)有輸入或收集到可被充電器控制器用來(lái)優(yōu)化功率分配的信息，則系統(tǒng)依賴(lài)于缺省數(shù)據(jù)集合。
基于最大充電器輸出的功率分配：在可替換實(shí)施例中，不同于例如基于到達(dá)時(shí)間、費(fèi)用、車(chē)輛優(yōu)先級(jí)等向特定車(chē)輛或顧客給予優(yōu)先級(jí)，控制器使得充電器輸出最大化。車(chē)輛優(yōu)先級(jí)僅被作為次要考慮因素。例如，假設(shè)充電系統(tǒng)具有如圖3和5-7所示的三個(gè)功率模塊并且其中每個(gè)模塊具有30kw的輸出，并且假設(shè)耦合至端口313和314的車(chē)輛分別請(qǐng)求35kw和50kw，并且耦合至端口313的車(chē)輛具有比其它車(chē)輛更高的優(yōu)先級(jí)(例如，由于到達(dá)時(shí)間或其它原因)，如果充電系統(tǒng)在這種模式下進(jìn)行操作，則控制器將會(huì)把一個(gè)功率模塊耦合至端口313并且將兩個(gè)功率模塊耦合至端口314，因此使用可用的90kw中的80kw。在諸如之前所描述的功率分配基于優(yōu)先級(jí)而非使得充電器輸出最大化的那些可替換配置中，兩個(gè)功率模塊將會(huì)被耦合至與端口313耦合的較高優(yōu)先級(jí)的車(chē)輛以便為該車(chē)輛提供以所請(qǐng)求的35kw。結(jié)果，該可替換配置將僅使用可用的90kw中的65kw。注意到，在當(dāng)前所描述的以及如以上所提到的配置中，如果充電器的最大輸出在若干分配方案下相同，則優(yōu)選地使用次要考慮因素(諸如到達(dá)時(shí)間優(yōu)先級(jí))來(lái)確定適當(dāng)功率分配。例如，在之前的說(shuō)明中，如果兩部車(chē)輛都要求35kw，則控制器將會(huì)把兩個(gè)功率模塊耦合至與端口313耦合的車(chē)輛，因?yàn)樵撥?chē)輛具有更高優(yōu)先級(jí)而且反轉(zhuǎn)該分配且將兩個(gè)功率模塊耦合至端口314將不會(huì)產(chǎn)生更高的充電器輸出。
如之前所提到的，本發(fā)明的充電器控制器應(yīng)用預(yù)定義的功率分配規(guī)則集合以便確定由于功率級(jí)/模塊的使用而在離散步驟中可用的充電功率如何在耦合至充電器的充電器端口的車(chē)輛之間進(jìn)行分配。雖然已經(jīng)對(duì)可以單獨(dú)或相結(jié)合應(yīng)用的各種功率分配規(guī)則進(jìn)行了描述，但是將要意識(shí)到的是，本發(fā)明并不局限于功率分配規(guī)則的特定集合并且這里所提供的意在使得本發(fā)明的應(yīng)用清楚而非對(duì)其進(jìn)行限制。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，即使在車(chē)輛為耦合至本發(fā)明的多端口充電器的僅有車(chē)輛的情況下，預(yù)定義的功率分配規(guī)則集合也可能對(duì)應(yīng)用于該車(chē)輛的充電功率加以限制。例如，如果分配規(guī)則僅在支付優(yōu)先費(fèi)用時(shí)才提供最大充電功率或者如果所涉及車(chē)輛/用戶(hù)為優(yōu)先車(chē)輛/用戶(hù)，則可能會(huì)出現(xiàn)這種結(jié)果。
已經(jīng)在總體上將系統(tǒng)和方法描述為有助于理解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。此外，已經(jīng)給出了各種具體細(xì)節(jié)以提供本發(fā)明實(shí)施例的總體理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行實(shí)踐，或者利用其它裝置、系統(tǒng)、配件、方法、組件、材料、部分等進(jìn)行實(shí)踐。在其它情況下，并未特別示出或詳細(xì)描述公知結(jié)構(gòu)、材料和/或操作以避免對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的各方面造成混淆。
因此，雖然在此已經(jīng)參考其特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是將要意識(shí)到的是，本發(fā)明可以以其它具體形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如針對(duì)特定情形或材料或組件進(jìn)行調(diào)適，而并不背離其精神或必要特征。因此，這里的公開(kāi)和描述意在作為以下權(quán)利要求中所給出的本發(fā)明范圍的說(shuō)明而非限制。