專利名稱:電池充電控制方法、電動車輛充電方法、電池充電設備以及可再充電電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本公開涉及電池充電控制方法、電動車輛充電方法、電池充電設備以及可再充電電池系統(tǒng)。
背景技術:
對電能量的消耗和依靠幾乎在每一生活方面都無處不在。商業(yè)、娛樂活動、通信等都在很大程度上依賴于用于進行基礎操作的電能量。最近,在運輸應用中使用的電能量增加且預期會進一步增加。例如,一些類型的電動車輛和混合動力電動車輛使用可再充電的電池來供應動力??稍俪潆婋姵剡€用于除了運輸裝置之外的許多其它電力設備(例如,膝上型筆記本電腦、便攜式媒介裝置等)。這種使用可再充電電池進行運輸和其它應用的預期的增加電能量使用,以及傳統(tǒng)應用上的增加使用,可導致對電力配電基礎架構的需求增加。配電系統(tǒng)或配電網(wǎng)給家庭、商業(yè)、生產設備、醫(yī)院等提供電能量。一些電力配電系統(tǒng)是常變的動態(tài)系統(tǒng),而操作通常與用負載進行配平發(fā)電相關。具體的,通過控制與上述系統(tǒng)相耦聯(lián)的發(fā)電機的操作來執(zhí)行對電力配電系統(tǒng)的狀態(tài)的控制。例如,在需求增加的時候,發(fā)電機的輸出可增加和/或可將其它發(fā)電機聯(lián)機以便有助于供應電能量。此外,可使用熱儲備來應付對電能量的非預期的明顯波動的需求
發(fā)明內容
下面參照附圖對本公開的示例性實施例進行描述。圖I是根據(jù)一個實施例的電池系統(tǒng)和電力配電系統(tǒng)的框圖;圖2是根據(jù)一個實施例的控制器的框圖;圖3是不出與根據(jù)一個實施例的電池充電設備和電力配電系統(tǒng)f禹聯(lián)的電動車輛的解釋說明圖;圖4是根據(jù)一個實施例的電池充電系統(tǒng)的流程圖;圖5是示出圖5A和圖5B是如何被拼裝到一起的圖。一旦拼裝后,圖5A-5B示出根據(jù)另一實施例的電池充電方法的流程圖。
具體實施方式
本公開服從于對美國專利法律“為了促進科學和有益技術的發(fā)展(to promotethe progresss of science and usefull arts)”(第 I 章,第 8節(jié))的法制目的的推動。根據(jù)一個實施例,電池充電控制方法包括獲取關于在電力配電系統(tǒng)上在若干不同時刻存在的電能量的缺乏和過剩的至少其中之一的信息,以及利用該信息,控制對從電力配電系統(tǒng)提供給可再充電電池以便給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)。根據(jù)另一實施例,電動車輛充電方法包括將具有電荷耗盡狀態(tài)的電動車輛與電力配電系統(tǒng)耦聯(lián),利用來自電力配電系統(tǒng)的電能量對電動車輛充電,監(jiān)測來自電力配電系統(tǒng)的電能量的電力特性,以及作為監(jiān)測結果,調節(jié)從電力配電系統(tǒng)提供的用于給電動車輛充電的電能量。根據(jù)另一實施例,電池充電設備包括處理電路,處理電路被配置成獲取指示在電力配電系統(tǒng)上存在電能量的缺乏和過剩的至少其中之一的信息,以及利用該信息控制對從電力配電系統(tǒng)提供給可再充電電池以便給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)。根據(jù)另一實施例,可再充電電池系統(tǒng)包括充電器和處理電路,充電器與電力配電系統(tǒng)耦聯(lián),以及被配置成從電力配電系統(tǒng)提供電能量給可再充電電池以便給可再充電電池充電,處理電路被配置成監(jiān)測在電力配電系統(tǒng)上電能量的缺乏和過剩的至少其中之一的存在,以及作為監(jiān)測檢測在電力配電系統(tǒng)上電能量的缺乏和過剩的至少之一的存在的結果,控制充電器來調節(jié)從電力配電系統(tǒng)提供給可再充電電池的電能量。本發(fā)明的至少一些方面涉及可有助于將電力配電系統(tǒng)配平的方法和設備。在論述于此的一些示例性實施例中,可對消耗電能量的負載的操作進行調節(jié)以便執(zhí)行上述配平。在更具體的示例性實施例中,可以調節(jié)與給可再充電電池充電相關的操作。在描述于此的至少一個實施例中,在給可再充電電池進行充電的過程中利用與電力配電系統(tǒng)相關的信息以便執(zhí)行配平。在下述的一種配置中,利用關于在電力配電系統(tǒng)上的電能缺乏或過剩的信息來控制可再充電電池的一種或多種充電操作。在此描述一些方面和實施例,且上述一些方面和實施例由權利要求涵蓋。參照圖1,示出與電力配電系統(tǒng)10耦聯(lián)的電池系統(tǒng)12的一個實施例。雖然在圖I的實施例中僅僅示出一個電池系統(tǒng)12,但是在其它實施例中多個附加的電池系統(tǒng)可與電力配電系統(tǒng)10耦聯(lián)。在一個實施例中,電力配電系統(tǒng)10被配置成將電能提供給電池系統(tǒng)12,以便給電池系統(tǒng)12的一個或多個可再充電電池16充電。在下述的一些實施例中,可利用一個或多個可再充電電池16來為電動車輛(例如,充電式電力混合車輛(PHEV)、電動車輛(EV)等)提供電力。在其它實施例中,可再充電電池16可被用于其它負載、設備和/或不同應用中。在一個實施例中,電力配電系統(tǒng)10包括被配置成將來自電源的家庭用、商業(yè)用、工業(yè)用以及其它電能量傳送給耗電器或用電設備的任意合適的電能傳送系統(tǒng)。電力配電系統(tǒng)10被配置成提供由電池系統(tǒng)12消耗(例如,用于操作和用于給可再充電電池16再充電)的電能量。電力配電系統(tǒng)10可被設置成一個或多個配置成產生電能量的電源(例如,發(fā)電機或其它結構)。根據(jù)電能的使用,發(fā)電機可單獨地被置為聯(lián)機或脫機,或者可調節(jié)其輸出。電力配電系統(tǒng)10可包括配電網(wǎng),其可包括若干轉換站、變壓器以及布置成將來自電源的電能傳輸給電池系統(tǒng)12和其它負載的電傳輸線。在一些設置中,電傳輸線可利用跨過 地理位置很遠的距離的位置之間的長距離(例如,成百上千米)的高壓線來傳輸電能。在一個實施方式中,電力配電系統(tǒng)10被設置成在系統(tǒng)頻率為50或60Hz的情況下提供交流電能量。系統(tǒng)頻率是在一個實施例中的系統(tǒng)電壓的頻率。在示例性的布置中,電力配電系統(tǒng)10可提供在示例性電壓120/240VAC(家庭用)、120/208VAC(商業(yè))、277/480VAC(工業(yè)用)或其它合適電壓下的電能。如上所述,在當前所述的實施例中,電池系統(tǒng)12包括一個或多個可再充電電池16??稍俪潆婋姵?6可被用于各種電力設備中,包括電動車輛、膝上型筆記本電腦、移動電話、其它便攜電子設備等??稍俪潆婋姵?6可具有用于不同執(zhí)行方式(例如,在一些實例中的鉛酸、鎳氫、鋰離子)的不同構造。在使用過程中,可再充電電池16的充電狀態(tài)降低時,電力配電系統(tǒng)10被配置成供應電能量以便給可再充電電池16再充電到增加的充電狀態(tài)。此外,在一個實施例中,電池系統(tǒng)12還包括電池充電設備14。在所示的實施例中,電池充電設備14耦聯(lián)在電力配電系統(tǒng)10和可再充電電池16之間。在一個實施例中,電池充電設備14被配置成利用來自電力配電系統(tǒng)10的電能量來執(zhí)行可再充電電池16的充電操作。 在所不實施例中,電池充電設備14包括充電器18和控制器20。充電器18被配置成接收來自電力配電系統(tǒng)10的電能量,以及被配置成將電能提供給可再充電電池16以便給可再充電電池16充電。如在此根據(jù)一個實施例所述的那樣,充電器18可將不同量的電能應用于可再充電電池16,以便改變不同時刻的充電速率。在下面更加詳細論述的一個實施例中,控制器20被配置成獲取關于電力配電系統(tǒng)10和可再充電電池16的信息。在一些布置中,控制器20可獲取在可再充電電池18的充電過程中的若干時刻的信息。此外,控制器20可利用所獲取的信息來控制由充電器18提供給電池16以便執(zhí)行不同充電速率的電能量。在下述的一個更具體的示例性實施例中,控制器20被配置成獲取關于在電力配電系統(tǒng)10上的電能量的過剩或缺乏的信息,以及被配置成利用所獲取的信息(例如,過?;蛉狈π畔?經(jīng)由給電池16充電的充電器18來控制對由配電系統(tǒng)10提供的電能量的調節(jié)。此外,在示例性實施例中,控制器20可獲取用于控制充電速率的其它信息。例如,控制器20可獲取充電速率信息、關于可再充電電池的充電電流狀態(tài)的充電狀態(tài)信息、以及用戶輸入的用于控制提供給電池16的電能量的信息(例如,電池16被充滿的將來時間點)。在其它實施例中,還可由控制器20利用附加信息來控制提供給電池16的電能量。參照圖2,示出控制器20的一個實施例。在所示實施例中,所示的示例性實施例20包括處理電路22、儲存電路24、外部接口 26以及用戶界面。在其它實施例中,控制器20可包括更多、更少和/或替換的組件。在一個實施例中,處理電路22布置成如下述執(zhí)行控制器20的操作。例如,處理電路22可處理數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)獲取和儲存、發(fā)出命令和控制其它所需的操作。例如,在一個實施例中,處理電路22被配置成獲取關于在電力配電系統(tǒng)10上的電能量的過剩和/或缺乏的信息、關于可再充電電池16的充電狀態(tài)和充電速率的信息、以及用戶輸入的信息。在一個實施例中,處理電路22可利用所獲取的關于可再充電電池16的信息來控制充電器18的充電操作。在至少一個實施例中,處理電路22可包括被配置成執(zhí)行由合適的媒介提供的所需程序的電路。例如,處理電路22可作為一個或多個處理器和/或配置成執(zhí)行可執(zhí)行指令的其它結構來執(zhí)行,可執(zhí)行指令例如包括軟件和/或固件指令,和/或硬件電路。處理電路22的示例性實施例包括單獨的硬件邏輯、PGA、FPGA、ASIC、狀態(tài)機和/或其它結構或與處理器的組合。處理電路22的這些實例是用于解釋說明的,但是其它構造也是可能的。儲存電路24配置成存儲諸如可執(zhí)行編碼或指令(例如,軟件和/或固件)、電子數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫或其它數(shù)字信息的程序,以及可包括處理器可用的媒介。例如,在一個實施例中,處理電路22可控制存儲電路24以便存儲從系統(tǒng)10、電池16獲取的信息和/或用戶輸入的信息。在示例性實施例中,處理器可用的媒介可具體化為任意計算機程序產品或制品25,其可包含、存儲或保持由包括處理電路的指令執(zhí)行系統(tǒng)使用的程序、數(shù)據(jù)和/或數(shù)字信息,或與由包括處理電路的指令執(zhí)行 系統(tǒng)相結合。例如,示例性處理器可用的媒介可包括任意一種物理媒介,諸如電子、磁性、光學、電磁、紅外或半導體媒介。處理器可用媒介的一些更具體實例包括但不限于便攜的磁性計算機盤片(諸如軟式磁盤片)、ZIP磁盤、硬盤驅動器、隨機存取存儲器、只讀存儲器、閃存、高速緩沖存儲器、和/或能夠存儲程序、數(shù)據(jù)、或其它數(shù)字信息的其它構造。可利用存儲于上述合適存儲電路24內的以及配置成控制合適處理電路的程序來執(zhí)行描述于此的至少一個實施例或方面。例如,程序可經(jīng)由合適的媒介提供,合適的媒介例如被包含且具體化在制品25內。在一個實施例中,外部接口 26被設置為執(zhí)行外部通信,包括控制器20的數(shù)據(jù)采集。例如,在一個實例中,外部接口 26可與電力配電系統(tǒng)10、可再充電電池16以及充電器18耦聯(lián)。外部接口 26可以網(wǎng)卡(NIC)、串行或并行連接、USB端口、火線接口、閃存接口、軟盤驅動器、ZigBee接口、Home Plug接口、X-IO接口、或任意其它合適的配置。用戶界面28被配置成用戶交互,包括將數(shù)據(jù)傳輸給用戶(例如,顯示數(shù)據(jù)以便由用戶觀察,將數(shù)據(jù)以可聽的方式通信給用戶等)以及接收來自用戶的輸入(例如,觸覺輸入、聲音輸入等)。因此,在一個示例性實施例中,用戶界面28可包括配置成顯示視覺信息的顯示器(例如,陰極射線管、LCD等)以及語音系統(tǒng)、以及鍵盤、鼠標和/或其它輸入裝置。還可以使用適于與用戶交互的任意其它合適設備。在一種布置中,用戶可輸入信息以便控制由充電器18進行的充電。例如,用戶可明確電池16將充滿或或獲得所需的一些其它充電狀態(tài)的將來時間點。在一個實施例中,如上參照圖I所述,控制器20被配置成關于電池16控制電池充電設備14的充電器18的充電速率。在一個實施例中,電池充電設備14可利用各種來源的信息來執(zhí)行對充電的控制。在一個實施例中,控制器20被配置成利用下述的一個或多個關于在電力配電系統(tǒng)10上的電能狀態(tài)的信息、關于可再充電電池16的充電速率和充電狀態(tài)的信息、和/或關于可再充電電池16充滿以便由充電器18控制對可再充電電池16進行充電的所需時間點的信息。在一個實施例中,控制器20獲取關于在電力配電系統(tǒng)10上的電能狀態(tài)的信息,該信息指示是否在電力配電系統(tǒng)10中的若干時刻存在電能量的過?;蛉狈?。在一種配置中,控制器20被配置成在不同時刻監(jiān)測電力配電系統(tǒng)10,以便確定在系統(tǒng)10上不同時刻的電能狀態(tài)。例如在一個實施例中,控制器20可通過監(jiān)測在電池系統(tǒng)12的位置處從配電系統(tǒng)10接收的電能,以及在不與電力配電系統(tǒng)10進行數(shù)據(jù)通信的情況下來獲取關于配電系統(tǒng)10的信息。在其它實施例中,電池充電設備14利用與通過監(jiān)測來自系統(tǒng)10的電能不同的方法來獲得關于電力配電系統(tǒng)10狀態(tài)的信息。例如,在另一實施例中,控制器20可接收來自配電系統(tǒng)10本身(例如,來自合適公用設施實體的指示在配電系統(tǒng)10上在不同時刻的電能量過?;蛉狈Φ囊蛱鼐W(wǎng)數(shù)據(jù)通信)或來自一些其它合適電源的配電系統(tǒng)10狀態(tài)的信息。上述實例是獲取關于配電系統(tǒng)10狀態(tài)的信息的一些方法。根據(jù)一個實施例配置成監(jiān)測系統(tǒng)10上的電能量以便確定上述配電系統(tǒng)10的電能狀態(tài)的控制器20可被認為是被動系統(tǒng)。與利用來自具有電池系統(tǒng)12的配電系統(tǒng)10的實體或其它電源的通信的布置相比,該實施方式可具有成本節(jié)約的益處,因此與基礎架構通信不需要執(zhí)行監(jiān)測操作如上所述,在一個實施例中控制器20可監(jiān)測配電系統(tǒng)10。在一個更具體的實例中,控制器20可監(jiān)測在不同時刻從系統(tǒng)10接收到的電能量的一或多個電特性,以便確定在不同時刻在系統(tǒng)10上的電能狀態(tài)(例如,確定關于在系統(tǒng)10上的電能量過剩或缺乏的信息)。如上所述,電力配電系統(tǒng)10提供在基本相應于額定頻率(例如,50或60Hz)的系統(tǒng)頻率(電能電壓的)下的電能。當電力配電系統(tǒng)10基本配平(也就是,所產生的電能量與被消耗掉的電能量基本匹配)時,此時在系統(tǒng)10上的電能的系統(tǒng)頻率為額定頻率。但是,由于在給定時間內在電力產生和消耗上的波動,系統(tǒng)頻率可變化以及可從額定頻率偏離。例如,如果所產生的電能量超過所消耗的電能量,那么系統(tǒng)頻率上升,以及如果所產生的電能量低于所消耗的電能量,則系統(tǒng)頻率下降。因此在一個實施例中,控制器20被配置成監(jiān)測電力配電系統(tǒng)10的系統(tǒng)頻率以便獲取關于在系統(tǒng)10上的電能量狀態(tài)的信息(例如,在配電系統(tǒng)10上存在電能量的過?;蛉狈?。在另一實施例中,控制器20可經(jīng)由數(shù)據(jù)通信來從另外的裝置(諸如智能表、先進計量基礎架構(AMI)或配電系統(tǒng)10本身)獲取頻率信息。在一個實施例中,如果數(shù)據(jù)在高于所需的采樣速率下獲得,可利用均值或低通濾波器來有效地將數(shù)據(jù)減少到所需的采樣速率。關于監(jiān)測電力配電系統(tǒng)10頻率的附加細節(jié)在轉讓給本受讓人的標題為“ElectricalPower Distribution Control Methods, Electrical Energy Demand MonitoringMethods, And Power Management Devices” 的美國專利 No. 7,149,605 中有所描述,其教導結合于此作為參考。在其它實施例中,可監(jiān)測系統(tǒng)10的電能的其它電特性以便確定在系統(tǒng)10上的電能量的過?;蛉狈?。例如,可監(jiān)測電壓或諧波。在一個實施例中,控制器20持續(xù)將在給定時刻的系統(tǒng)10的電能量的電壓的瞬時系統(tǒng)頻率(也成為當前頻率)與系統(tǒng)10的電能量的電壓的額定頻率進行比較,以便確定在相應時刻的配電系統(tǒng)10的狀態(tài)。在一個實施例中,固定值(例如,60Hz)可用作額定頻率。在下述的另一實施例中,額定頻率可計算為在一段時間內的系統(tǒng)頻率的平均值,例如使用
滑動窗。如果所監(jiān)測的頻率在給定時刻高于額定頻率,那么在給定時刻在配電系統(tǒng)10上存在電能量的過剩,顯示電能量的產生超過電能的消耗。如果所監(jiān)測的頻率在給定時刻低于額定頻率,那么在給定時刻在配電系統(tǒng)10上存在電能量的缺乏,顯示電能量的消耗超過電能量的產生。因此在一個實施例中,控制器20可將關于在不同時刻的當前頻率的信息與額定頻率比較以便確定在配電系統(tǒng)10上的電能量在不同時刻的過?;蛉狈?。
如根據(jù)一個實施例的描述于此的那樣,電池系統(tǒng)12可用作試圖配平在配電系統(tǒng)10上的電能量產生和消耗的調節(jié)系統(tǒng),其可將配電系統(tǒng)10上的壓力最小化。在一個實施例中,控制器20可利用關于配電系統(tǒng)10的信息(例如,利用當前頻率與額定頻率的比較結果)來控制對由充電器18提供的以便給電池16充電的電能量的調節(jié),以便試圖減少在系統(tǒng)10上的電能量的缺乏或過剩的量,從而配平系統(tǒng)10。在一個更具體的實例中,如果所獲取的信息指示在系統(tǒng)10上的電能在某一時刻過剩,則控制器20可控制用于給電池16充電的電能量的增加,如果所獲取的信息指示在系統(tǒng)10上的電能在另外的某一時刻缺乏,則控制器20可控制用于給電池16充電的電能量的減少。因此,在一個實施例中,包括電池充電設備14的電池系統(tǒng)12可被認為是一種調節(jié)裝置,其可通過試圖減少在系統(tǒng)10上的電能量的過剩或缺乏來試圖穩(wěn)定系統(tǒng)10。如上所述,在一個實施例中, 關于電池16充電速率的信息也可被用于控制關于電池16的充電操作。在一個實施例中,控制器20可在電池16的充電過程中監(jiān)測電池16的充電速率。例如,控制器20可獲取在電池16充電過程中的在若干不同時刻的電池16的充電信息狀態(tài),以便確定電池16充電的實際速率。在一些實施例中,希望避免出現(xiàn)電池16快速充滿到滿電荷的狀態(tài)。更具體的,一旦電池16充滿,如果在系統(tǒng)10上存在電能過剩,由充電器18可用的電能量會大幅減少(例如,可能僅有相對少量的能量用于點滴式充電)以及電池充電設備14用作調節(jié)裝置的能力可類似地減少。根據(jù)一個實施例,控制器20將充電信息的實際速率與電池16的所需充電速率進行比較,以及作為比較的結果來控制充電器18的操作。更具體的,在一個實施例中,用戶可輸入將可再充電電池充滿(或另外充電到不同的所需充電狀態(tài))的所需將來時間點??刂破?0可利用該所需的時間點來確定從當前時間到所需時間點剩余的時間量,從而確定電池16的所需充電速率(例如,稱為在下述實例中的所需充電速率)。作為比較的結果,如果電池16相對于所需的充電速率充電過快,控制器20可控制充電器18來減少用于給電池16充電的電能量。如果與所需的充電速率相比,電池16充電過慢,控制器20可控制充電器18來增加用于給電池16充電的電能量。與不監(jiān)測充電速率的布置相比,對于充電過程中的延長時間段而言,上述實例的充電允許電池系統(tǒng)12提供作為系統(tǒng)12調節(jié)裝置的電池充電功能。在另一實施例中,控制器20還可監(jiān)測直到電池16在將來所需時間點充電到所需充電狀態(tài)的剩余時間量以便試圖滿足用戶的需求。如果電池16充電過慢,則控制器20可增加充電速率,以便試圖使得在將來的所需時間點電池16處于所需的充電狀態(tài)。參照圖3,關于為包括一個或多個可再充電電池16的電動車輛30形式的負載來描述電池系統(tǒng)12的充電操作的一個實施例。圖3的電池系統(tǒng)12的布置是解釋說明性的以便解釋本發(fā)明的一些方面,但是其它布置是可能的。例如,電池系統(tǒng)12的電池充電設備14可安裝在家中、單位或任意其它位置,只要上述需要執(zhí)行可再充電電池16的充電以及可從電力配電系統(tǒng)10獲得用于消耗的電能量即可。此外,可再充電電池16可被用于除了車輛30之外的其它應用中,且其可通過電池充電設備14來充電。在外,在其它實施例中,電池系統(tǒng)12的一個或多個組件可以不同的方式執(zhí)行。在一些實施方式中,電池充電設備14還可位于車輛30內。在一些實施例中,電池16可從由電池充電設備14供電且與其f禹聯(lián)的裝置移除。
參照圖4,示出根據(jù)一個實施例的用于給電池充電的方法。在一種布置中,可執(zhí)行所示方法或另外由控制器20實施所示方法。在一個實施例中,在電池的充電周期中可重復執(zhí)行所示方法。包括更多、更少和/或附加動作的其它方法是可能的。在動作AlO處,用戶將電池系統(tǒng)連接到電力配電系統(tǒng)。例如,當用戶從單位回到家時,用于可將他的電動車輛連接到電力配電系統(tǒng)以便再充電。控制器在步驟AlO處檢測上述連接。
在動作A12處,控制器獲取用戶輸入的信息。例如,所輸入的信息可明確希望車輛充滿(或充電的一些其它所需狀態(tài))時的所需將來時間點。在動作14處,控制器例如從內部時鐘獲取當前時間以及當車輛充滿時的所需將來時間點,以及利用當前時間以及當車輛充滿時的所需將來時間點來計算所需的充電速率。在動作A16處,控制器獲取關于電力配電系統(tǒng)的信息。例如,控制器可獲取關于系統(tǒng)的瞬時頻率和系統(tǒng)平均頻率的信息。在動作A18處,控制器確定在電力配電系統(tǒng)10上是否存在電能量的過?;蛉狈Α@?,控制器可將關于系統(tǒng)瞬時頻率的信息與系統(tǒng)的平均頻率相比較以便確定在系統(tǒng)上是否存在電能量的過?;蛉狈?。如果動作A18是肯定的,控制器進行到動作A20。在動作A20處,控制器根據(jù)在系統(tǒng)上的電能量的過?;蛉狈砀淖冇糜诮o電池充電的電能量。例如,如果存在電能量的過剩,則控制器可增加用于給可再充電電池充電的電能量。如果存在電能量的缺乏,則控制器可減少用于給可再充電電池充電的電能量。在一個實施例中,控制器還可指示執(zhí)行充電的時間信息。例如,如果用戶在一天中的臨界峰值時間(例如,當可使用空調時的下午)連接電池,控制器可延遲充電的開始時間直到臨界峰值時間過去。在一個實施例中,控制器可獲取臨界峰值時間的時間表(例如,內在的或來自實體的)以便控制何時開始充電。如果動作A18是否定的,控制器進行到動作A22以便確定電池是否按時充電。例如,控制器可將實際充電速率與所需的充電速率進行比較以便確定適于當前充電周期的充電過程是否按時充電。如果動作A22是否定的,控制器進行到動作A24,以便根據(jù)實際充電速率來改變用于給電池充電的電能量。在一個實施例中,如果電池充電速率快于所需充電速率,則控制器可減少用于給可再充電電池充電的電能量,或者如果電池充電速率慢于所需充電速率,則控制器可增加用于給可再充電電池充電的電能量。如果動作A22是否定的,控制器進行到動作A26,以便利用合適的電能量來控制電池的充電。參照圖5A和圖5B,示出根據(jù)一個實施例的用于給電池充電的另一方法。在一種布置中,可執(zhí)行所示方法或另外由控制器20實施所示方法。在一個實施例中,在電池的通常充電周期中可重復執(zhí)行所示方法。包括更多、更少和/或附加動作的其它方法是可能的。在動作A30處,用戶將電池系統(tǒng)連接到電力配電系統(tǒng)??刂破髟诓襟EA30處檢測上述連接。在動作A32處,控制器獲取關于電池的當前充電狀態(tài)的信息以及確定電池是否充滿。如果動作A32是肯定的,控制器進行到動作A34,在該動作A34處不利用電池充電設備執(zhí)行充電。如果動作A32是否定的,控制器進行到動作A36以便確定電力配電系統(tǒng)是否在經(jīng)受低頻率事件。在一個實施例中,控制器在動作A36處監(jiān)測明顯低頻率事件的存在。在具體實例中,控制器將當前頻率與一個閾值相比較,該閾值相應于低于額定頻率的當前頻率偏離值。對于具有60Hz額定頻率的示例性系統(tǒng)而言,在一個實施例中閾值可為指示相對明顯低頻率事件的59. 95Hz。在其它實施例中,可使用其它閾值。如果動作A36是肯定的,控制器進行到動作A34,在動作A34處利用電池充電設備執(zhí)行最低的充電(例如,在一種布置中充電器不執(zhí)行充電)。如果動作A36是否定的,控制器進行到動作A38以便確定電力配電系統(tǒng)是否在經(jīng)受高頻率事件。在一個實施例中,控制器在動作A38處監(jiān)測明顯高頻率事件的存在。在具體實例中,控制器將電能的當前頻率與一個閾值相比較,該閾值相應于高于額定頻率的當前頻率偏離值。對于具有60Hz額定頻率的示例性系統(tǒng)而言,在一個實施例中閾值可為指示相對明顯高頻率事件的60. 05Hz。在其它實施例中,可使用其它閾值。如果動作A38是肯定的,控制器進行到動作A40,在動作A40處由電池充電設備利用最大量的電能量執(zhí)行充電(例如,充電器以其最大速率充充電)。如果動作A38是否定的,控制器進行到動作A42,以便確定在標準的調節(jié)時間段內電池的再充電時都在當前進行充電。在一個實施例中,標準的調節(jié)時間段可對應于在開始充電之后直到在電池希望被充滿時的時間點之前的固定時間段閾值(例如,三十分鐘)的充電周期的時間段。在一個實施例中,控制器計算用于從當前時間到用于充滿的所需將來時間點的用于充電的剩余時間量,以及將該剩余時間量與該閾值進行比較以便確定充電是否是在標準的調節(jié)時間段(例如,用于充電的剩余時間段長于閾值)內進行的。如果動作A42的狀態(tài)是否定的,控制器進行到動作A44,在動作A44處控制器增加充電速率(例如,增加用于給電池充電的電能量)。在一個實施例中,控制器按比例調整所需的充電速率(也就是,所需的充電速率可限定為由例如利用電池容量信息的所需將來時間點、達到充滿的剩余時間以及充電器效率來實現(xiàn)充滿而所需的充電速率)。在一個實施例中,在動作A44處,控制器可將所需的充電速率乘以I. 01來提供新的所需充電速率,以及其增加電池的充電速率。在一個實施例中,如果A42的結果是肯定的,控制器可在進行到動作A46之前將充電預設到所需的充電速率。在一個實施例中,在動作A46處控制器將實際充電速率與所需的充電速率進行比較。在一個更具體的實例中,對于動作A46的狀態(tài)而言,控制器確定調節(jié)比值是否大于調節(jié)高偏離限值。在一個實施例中,調節(jié)比值是由(所測量的充電速率-所需的充電速率)除以充電器的最大充電速率來計算的,其中所測量的充電速率是在一時間段(例如,5分鐘)內所測量的充電器的平均充電速率。該計算結果可乘以100%以便提供調節(jié)比值。在一個實施例中,在一個實施例中,調節(jié)高偏離限值是可超過所需充電速率的充電速率高于實施例中所需充電速率的限值(例如,在一個實施例中,諸如15%的百分比)。 在動作A46中的處理之后,控制器經(jīng)由動作A46之外的是或否分支,沿著若干線路進行以便設定平均充電速率、以及高和低充電速率,上述速率基于配電系統(tǒng)的偏離于所述實施例中額定頻率的電能頻率來按比例或計劃調節(jié)充電器的輸出。在一個實施例中,高和低充電速率限制調節(jié)到平均充電速率,上述調節(jié)利用關于電力配電系統(tǒng)的系統(tǒng)頻率的信息控制充電器的輸出。在一個實施例中,平均充電速率是當電力配電系統(tǒng)的系統(tǒng)頻率為實施例中額定頻率時的充電器輸出。取決于系統(tǒng)頻率相對于額定頻率是否調高或調低而在隨后的動作中調高或調低,如下面進一步分別所述的那樣。換言之,高和低充電速率基于從額定頻率的頻率偏移來確定充電器的最低和最高輸出。在一個實施例中,高和低充電速率的確定可利用關于給電池充電的剩余時間量的信息來確定。如果動作A46的狀態(tài)是肯定的,控制器進行到動作A48以便減小充電速率(例如,減少用于給電池充電的電能量),動作A48延續(xù)電池充電設備14可作為調節(jié)裝置以便有助于配平電力配電系統(tǒng)的時長。在一個實施例中,控制器確定所需的充電速率是否大于充電器的最高充電速率,以及如果所需的充電速率大于充電器的最高充電速率,控制器將所需的充電速率限制到最高充電速率。控制器將平均充電速率設定為等于所需的充電速率。在動作A48之后,控制器進行到動作A45,以便確定給電池充電的剩余時間是否為最短。例如,如果與給電池充電的剩余時間段相比,充電器設定成最大充電輸出的話,控制器可將時間剩余比率確定為適于將電池充滿的時間量??刂破鞔_定剩余時間比率是否大于臨界限值(例如,在一個實例中為98. 5% )。如果動作A50的狀態(tài)是肯定的,控制器進行到動作A52以便通過將高和低充電速率設定成允許充電器的充電速率增加來增加充電速率。例如,高充電速率設定成最大的充電速率減去平均充電速率,以及低的充電速率設定成平均充電速率X (I-剩余時間比率)。如果動作A50的狀態(tài)是否定的,控制器進行到動作A54以便執(zhí)行標準的按比例充電。在動作A54處,如果到達充滿的剩余時間量大于閾值(諸如30分鐘),由于隨后的頻率分析,控制器將充電速率限制為上調。如果剩余時間量大于閾值,如果平均充電速率大于最大的充電速率,控制器將高充電速率設為零。此外,高充電速率設為(最大的充電速率-平均充電速率)。控制器還將低充電速率設定為平均充電速率。如果剩余時間量小于閾值,控制器可將高和低充電速率限制為接近平均充電速率。在一個具體實例中,控制器將低充電速率設定為平均充電速率除以3。對于高充電速率而言,控制器確定最大充電速率除以2后的值是否大于平均充電速率。如果結果為“是”,控制器將高充電速率設定為等于由(充電器的最大充電速率-平均充電速率)/3來確定的一個值。如果結果為“否”,控制器將高充電速率設為最大充電速率減去平均速率的值。再次參照動作A46的狀態(tài),如果動作A46的狀態(tài)是否定的,控制器將平均速率設定為所需的充電速率(如果合適的話,由充電器的最大充電速率按比例調節(jié))以及并行進行到動作A61和A62。在動作A60處,將高充電速率設定為最大的充電速率減去平均充電速率。在動作A62處,控制器確定給電池充電的剩余時間是否為最短(類似于動作A50)。如上所論述的,如果與給電池充電的剩余時間段相比,充電器設定成最大充電輸出的話,控制器可將時間剩余比率確定為適于將電池充滿的時間量??刂破鞔_定剩余時間比率是否大于臨界限值(例如,在一個實例中為98. 5% )。 如果動作A62的狀態(tài)是肯定的,控制器進行到動作A64以便通過將低充電速率設定成允許充電器的充電速率增加來增加充電速率。在一個實施例中,低的充電速率等于平均充電速率X (I-剩余時間比率)(類似于動作A52)。如果動作A62的狀態(tài)是否定的,在一個實施例中,將低充電速率設定為平均充電速率,以及控制器進行到動作A70。在動作A70處,控制器獲取充電器的參數(shù)。在所述的實例中,這些參數(shù)包括先前確定的平均充電速率、以及高和低充電速率。
在動作A72處,其通過將配電系統(tǒng)的電能的當前頻率與配電系統(tǒng)的電能的額定頻率相比較來確定在配電系統(tǒng)上的電能的頻率偏離。在一個實施例中,計算電能的平均頻率以及將其用作額定的頻率。用于從在電池充電設備的位置處所接收的電能的直接測量值來獲得平均頻率信息的一個示例性方法可利用有限脈沖響應(FIR)濾波器的簡單遞歸執(zhí)行方式。在一個實施例中,該濾波器計算適于在執(zhí)行所述方法之前的預定時間量的平均頻率。在一個實施例中,用于確定平均頻率采用的測量時間量為5分鐘。在一些布置中,如果系統(tǒng)頻率明顯低于或高于平均頻率(例如,如果頻率以明顯量低于或超過前述的頻率閾值,諸如當閾值為60. 05Hz時,測量值為61. 5Hz的情況下),濾波器可重新進行初始化。在動作A74處,控制器將充電速率按比例調節(jié)到充電器的輸出。如果當前頻率大于平均頻率,根據(jù)(當前頻率-平均頻率)/(最大頻率-平均頻率)來將當前頻率測量值標準化到歷史頻率測量值,其中最大頻率可為在前述時間量(諸如2分鐘)內的系統(tǒng)頻率的最大值。然后該標準化的輸出可乘以先前所計算的高充電速率以及增加到平均充電速率以便確定合適的充電速率。如果當前頻率小于平均頻率,根據(jù)(當前頻率-平均頻率)/(平均頻率-最小頻率)來執(zhí)行標準化,其中最小頻率可為在前述時間量(諸如2分鐘)內的系統(tǒng)頻率的最小值。然后該標準化的輸出可乘以先前所計算的低充電速率以及增加到平均充電速率以便確定應用于電池的合適充電速率。下面在表A中示出包括C-編碼的示例性程序,該程序用于對控制器20進行控制以便執(zhí)行的根據(jù)一個實施例的描述于此的方法。在其它實施例中,可以使用其它程序。為了遵守法規(guī),本發(fā)明將以或多或少具體為結構性和系統(tǒng)性特征的語言來進行描述。但是,應該理解,本發(fā)明并不限于所示和所述的具體特征,因此在此所述的裝置包括有效執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選形式。因此本發(fā)明的任意形式或變型落入由所附權利要求限定的根據(jù)等同物教導進行合適解釋的合適范圍內。此外,在此所述的方面給構造和/或操作本公開的示例性實施例提供指導。在此申請人認為這些所述的示例性實施例還包含、公開和描述除了那些明確公開之外的另外的發(fā)明性方面。例如,附加的發(fā)明方面可包括在示例性實施例中所述之外的更多、更少和/或替換的特征。在更具體的實例中,申請人認為本公開包含、公開和描述包括除了明確公開的那些方法之外的更多、更少和/或替換步驟的方法以及包括除了明確公開結構之外的更多、更少和/或替換結構的設備。表 A
權利要求
1.電池充電控制方法,其包括 獲取關于在電力配電系統(tǒng)上在若干不同時刻存在電能缺乏和過剩的至少其中之一的"[目息;以及 利用該信息,控制對從電力配電系統(tǒng)提供給可再充電電池,以便給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中所述獲取包括監(jiān)測從電力配電系統(tǒng)提供的電能的電力特性。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法,其中所述監(jiān)測包括監(jiān)測包括頻率的電能的電特性,以及進一步包括將電能的頻率與電力配電系統(tǒng)的額定頻率相比較,以及其中所述控制包括作為比較的結果來對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量進行控制。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中所述獲取包括接收來自電力配電系統(tǒng)的信息。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中作為信息指示在電力配電系統(tǒng)上存在電能過剩的結果,所述控制包括控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的增加。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法,還包括檢測電能的過剩超過閾值,以及其中作為檢測電能的過剩超過閾值的結果,所述控制包括將從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量調節(jié)到最大量。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中作為信息指示在電力配電系統(tǒng)上存在電能的缺乏的結果,所述控制包括控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的減少。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法,還包括檢測電能的缺乏超過閾值,以及其中作為檢測電能的缺乏超過閾值的結果,所述控制包括將從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量調節(jié)到最小量。
9.根據(jù)權利要求I所述的方法,進一步包括 獲取為了使得可再充電電池達到所需充電狀態(tài)的所需將來時間點; 監(jiān)測直到所需時間點的剩余時間量;以及 作為監(jiān)測剩余時間量的結果,對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)進行控制。
10.根據(jù)權利要求I所述的方法,還包括將電能提供給具有可再充電電池的電動車輛。
11.根據(jù)權利要求I所述的方法,還包括監(jiān)測可再充電電池的充電速率,以及作為監(jiān)測可再充電電池的充電速率的結果,對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)進行控制。
12.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中所述控制包括在可再充電電池的通常充電周期中的若干不同時刻對電能量的調節(jié)進行控制,以及其中所述控制還包括在通常充電周期的第一時刻控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的增加,以及在通常充電周期的第二時刻控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的減少。
13.電動車輛充電方法,其包括 將具有電荷耗盡狀態(tài)的電動車輛與電力配電系統(tǒng)耦聯(lián);利用來自電力配電系統(tǒng)的電能量對電動車輛充電; 監(jiān)測來自電力配電系統(tǒng)的電能量的電力特性;以及 作為監(jiān)測結果,調節(jié)從電力配電系統(tǒng)提供的用于給電動車輛充電的電能量。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法,其中所述監(jiān)測包括在不與電力配電系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信的情況下,被動地在電動車輛的位置處進行監(jiān)測。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法,其中所述監(jiān)測包括監(jiān)測包括頻率的電能的電特性,以及進一步包括將電能量的頻率與電力配電系統(tǒng)的額定頻率相比較,以及其中所述調節(jié)包括作為比較的結果來對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量進行調節(jié)。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法,其中所述調節(jié)包括作為在第一時刻檢測到電能的頻率大于額定頻率的比較結果,對在第一時刻的從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的增加進行調節(jié),以及作為在第二時刻檢測到電能的頻率小于額定頻率的比較結果,對在第二時刻的從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的減少進行調節(jié)。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法,進一步包括 監(jiān)測直到使可再充電電池具有所需充電狀態(tài)的所需將來時間點的剩余時間量;以及 作為監(jiān)測剩余時間量的結果,對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量進行調節(jié)。
18.電池充電設備,其包括 處理電路,被配置成獲取指示在電力配電系統(tǒng)上存在電能量的缺乏和過剩的至少其中之一的信息,以及利用該信息對從電力配電系統(tǒng)提供給可再充電電池以便給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)進行控制。
19.根據(jù)權利要求18所述的設備,其中處理電路被配置成監(jiān)測從電力配電系統(tǒng)接收的電能量的電特性以便獲取信息。
20.根據(jù)權利要求19所述的設備,其中處理電路被配置成監(jiān)測包括頻率的電能量的電特性,將電能的頻率與電力配電系統(tǒng)的額定頻率相比較,以及作為比較的結果來對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)進行控制。
21.根據(jù)權利要求18所述的設備,其中處理電路被配置成作為信息指示在第一時刻在電力配電系統(tǒng)上存在電能量過剩的結果,控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的增加,以及作為信息指示在第二時刻在電力配電系統(tǒng)上存在電能量缺乏的結果,控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的減少。
22.根據(jù)權利要求21所述的設備,其中處理電路被配置成作為電能量的過剩超過第一閾值的結果,將從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)控制到最大量,以及作為電能量缺乏超過第二閾值的結果,將從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)控制到最小量。
23.根據(jù)權利要求18所述的設備,其中處理電路被配置成獲取使可再充電電池具有所需充電狀態(tài)的所需將來時間點,監(jiān)測直到所需時間點的剩余時間量,以及作為監(jiān)測剩余時間量的結果,對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)進行控制。
24.根根據(jù)權利要求18所述的設備,其中處理電路被配置成監(jiān)測可再充電電池的充電速率,以及作為監(jiān)測可再充電電池的充電速率的結果,對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)進行控制。
25.根根據(jù)權利要求18所述的設備,其中處理電路被配置成在可再充電電池的一般充電周期中的若干不同時刻對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)進行控制,以及其中處理電路被配置成在一般充電周期的第一時刻控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的增加,以及在一般充電周期的第二時刻控制從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的減少。
26.可再充電電池系統(tǒng),其包括 充電器,與電力配電系統(tǒng)耦聯(lián)以及被配置成從電力配電系統(tǒng)提供電能量給可再充電電池以便給可再充電電池充電;以及 處理電路,被配置成監(jiān)測在電力配電系統(tǒng)上電能量的缺乏和過剩的至少其中之一的存在,以及作為監(jiān)測檢測在電力配電系統(tǒng)上電能量的缺乏和過剩的至少其中之一的存在的結果,控制充電器來調節(jié)從電力配電系統(tǒng)提供給可再充電電池的電能量。
27.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng),其中處理電路被配置成在不與電力配電系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信的情況下,被動地監(jiān)測在可再充電電池系統(tǒng)的位置處的過剩和缺乏的至少其中之一的存在。
28.根據(jù)權利要求27所述的系統(tǒng),其中處理電路被配置成監(jiān)測電能的電特性,以便監(jiān)測電能量的過剩和缺乏的至少其中之一的存在。
29.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng),其中處理電路被配置成監(jiān)測包括頻率的電能量的電特性,以便監(jiān)測電能量的過剩和缺乏的至少其中之一的存在,將電能量的頻率與電力配電系統(tǒng)的額定頻率相比較,以及作為比較的結果來對充電器進行控制以便對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量進行調節(jié)。
30.根據(jù)權利要求29所述的系統(tǒng),其中處理電路被配置成作為在第一時刻檢測到電能的頻率大于電力配電系統(tǒng)的額定頻率的比較結果,控制充電器,以便在第一時刻提供從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的增加,以及作為在第二時刻檢測到電能的頻率小于額定頻率的比較結果,控制充電器,以便在第二時刻提供從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量的減少。
31.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng),其中處理電路被配置成監(jiān)測直到使可再充電電池具有所需充電狀態(tài)的所需將來時間點的剩余時間量,以及作為監(jiān)測剩余時間量的結果,控制充電器,以便對從電力配電系統(tǒng)提供的用于給可再充電電池充電的電能量進行調節(jié)。
32.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng),還包括可再充電電池。
33.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng),其中充電器被配置成將電能量提供給電動車輛的可再充電電池。
全文摘要
描述了一種電池充電控制方法、電動車輛充電方法、電池充電設備和可再充電電池系統(tǒng)。根據(jù)一個方面,電池充電控制方法包括獲取關于在電力配電系統(tǒng)上在若干不同時刻存在電能缺乏和過剩的至少其中之一的信息;以及利用該信息,控制對從電力配電系統(tǒng)提供給可再充電電池,以便給可再充電電池充電的電能量的調節(jié)。
文檔編號H02J7/34GK102625972SQ201080021358
公開日2012年8月1日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權日2009年5月15日
發(fā)明者唐納德·J·哈默斯特倫, 弗朗西斯·K·塔夫納, 理查德·M·普拉特, 邁克爾·C·W·肯特納梅耶 申請人:巴特爾紀念研究院