具有可变功率分配的多端口车辆DC充电系统技术方案

提供了一种电池充电站和使用方法。该充电站包括多个充电端口以及多个功率级，其中每级提供该站点的最大可用充电功率的一部分。开关系统基于充电站和车辆状态以及预定义的功率分配规则集合将功率级的输出耦合至充电端口。当前充电站和车辆状态可以包括车辆到达时间、使用费、车辆/顾客优先级信息、SOC和预期离开时间。该方法包括步骤：监视和确定电池充电站状态，响应于当前充电状态并依据预定义的功率分配规则集合确定电池充电站和充电端口的功率分配，并且依据该功率分配将功率级耦合至充电端口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可变功率分配的多端口车辆DC充电系统
本专利技术总体上涉及电池充电系统，并且尤其涉及用于分配电力以从单个源向一个或多个电动和混合动力车辆进行充电的方法和装置。
技术介绍
如今全球大部分车辆是使用内燃机利用汽油来运转。使用这样的车辆尤其是使用依赖于例如汽油的矿物燃料的车辆产生了两个问题。首先，由于这样的燃料的数量有限以及受限的地区可用性，汽油成本的主要价格的波动以及基本上升的价格趋势是常见的，这二者对于消费者层面都具有剧烈影响。第二，矿物燃料燃烧是二氧化碳（一种温室气体）的主要来源之一，因此是导致全球变暖的主要原因之一。因此，已经在寻找在个人和商业车辆中使用的替代驱动系统方面付出了相当的努力。电动车辆由于其更为清洁且更为有效的驱动系统而提供了使用内燃机驱动系的车辆的最具前景的替代形式之一。然而，要获得成功，电动车辆必须要满足用户有关性能、范围、可靠性、寿命和成本的预期。进而，这些预期就使得电动车辆的可充电电池的设计、配置和实施相当重要。很明显，特别是从消费者的角度来看，可充电电池的关键方面是可以在家中、办公地点或公共充电站对电池进行充电的便利性和可靠性。在讨论依靠燃油车辆的社会和大幅依赖电动车辆的社会之间的转换时，讨论经常转向对于充电设施需求，该充电设施将使得电动车辆所有者在远离其主要充电站（例如，家庭充电站）时便于对其车辆进行充电。不幸的是，当前的充电设施十分有限。例如，在大型停车场或建筑中，最多会有一个或两个提供接入充电系统以便对电动车辆的电池进行充电的停车位。而这种情况对于当前电动车辆数量可能是足够的，而随着电动车辆更为广泛地被接受，对于更好的充电站接入的需求将变得更为必要。图1图示了一种预期在大型停车场中增加充电站接入能力的一种方法。在该方法中，充电站位于停车场各处而使得每个充电站都处于多个停车位的到达范围之内。例如，在所图示的停车场100的部分中，遍布十二个所图示的停车位分配有三个充电站101-103，因此允许每个充电站处于四个不同车位的范围之内，即充电站101处于车位1、2、7和8的范围内；充电站102处于车位3、4、9和10的范围内；而充电站103处于车位5、6、11和12的范围内。如图1所示的充电站位于停车场或建筑内的中央提供了多部车辆对单个冲电源的物理接入，明显提高了接入能力并因此提高了用户便利性。如果每个充电系统101-103包括多个端口而因此允许同时对多部车辆进行充电，则能够获得进一步的改进。如图2所示，在常规的多端口系统中，通过将四个充电电路201-204整合在单个系统205内而实现了同时充电。充电电路201-204耦合至源207（例如，电网）并且分别耦合至不同车辆端口209-212。在常规的多端口充电站中，充电电路201-204互相独立，即一个充电电路的操作或功率输出并不影响充电站205内的其它充电电路的操作或功率输出。虽然这种方法可以被用来明显改善车辆对于冲电源的接入，但是其由于充电电路201-204的重复而是相对低效且高成本的方法。因此，需要一种从单个充电站对多部车辆同时充电的高效方式。本专利技术提供了一种这样的充电系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电池充电站，其包括多个充电端口、多个功率级，其中每个功率级包括AC至DC转换器，并且其中每个功率级提供该充电站的最大可用充电功率的一部分，被用来将功率级的输出耦合至充电端口的开关系统（例如，由多个接触器或多个半导体开关所组成），确定当前充电站和端口状态的系统监视器，和依据预定义的功率分配规则集合并且依据当前充电站和端口状态对该开关系统的操作进行控制的控制器。优选地，该开关系统和/或控制器防止一个充电端口被直接耦合至另一个充电端口，由此防止耦合至第一充电端口的车辆连接至耦合至第二充电端口的车辆。在本专利技术的一个方面，如果该充电站具有两个充电端口，则该控制器将依据预定义的功率分配规则集合以及当前充电站和车辆状态而选择功率级的第一部分耦合至第一端口并且选择功率级的第二部分同时耦合至第二端口，其中该第一和第二部分表示多个功率级的不同功率级；可替换地，如果充电站具有三个充电端口，则该控制器将将依据预定义的功率分配规则集合以及当前充电站和车辆状态而选择功率级的第一部分耦合至第一端口，功率级的第二部分同时耦合至第二端口，并且功率级的第三部分同时耦合至第三端口，其中该第一、第二和第三部分表示多个功率级的不同功率级；可替换地，如果充电站具有四个充电端口，则该控制器将将依据预定义的功率分配规则集合以及当前充电站和车辆状态而选择功率级的第一部分耦合至第一端口，功率级的第二部分同时耦合至第二端口，功率级的第三部分同时耦合至第三端口，并且功率级的第四部分同时耦合至第四端口，其中该第一、第二、第三和第四部分表示多个功率级的不同功率级。在本专利技术的另一个方面，多个功率级被分组在一起以形成多个功率模块，其中每个功率模块由三个功率级所组成，并且其中该开关系统可以把从零个功率模块到全部功率模块之间耦合至任意充电端口。该系统监视器可以监视（i）每个充电端口的车辆到达时间，其中预定义功率分配规则集合基于所监视的到达时间授予功率分配优先级；（ii）将车辆耦合至充电端口而支付的充电器使用费，其中预定义功率分配规则集合基于充电器使用费授予功率分配优先级；（iii）车辆优先级信息，其中预定义功率分配规则集合基于车辆优先级信息授予功率分配优先级；（iv）顾客优先级信息，其中预定义功率分配规则集合基于顾客优先级信息授予功率分配优先级；（v）耦合至充电端口的每部车辆的电池组SOC，其中预定义功率分配规则集合基于电池组SOC授予功率分配优先级；和（vi）耦合至充电端口的每部车辆的预期离开时间，其中预定义功率分配规则集合基于预期离开时间授予功率分配优先级。预定义功率分配规则集合可以基于例如到达时间和车辆优先级信息的所监视信息的组合授予功率分配优先级。预定义功率分配规则集合可以使得功率分配以令充电器输出最大化为基础。充电站可以包括键盘（例如，物理键盘和/或触摸屏键盘），其例如可以被用来输入优先级信息或预期离开时间信息。充电站可以接受充电端口预约并且可以包括用于显示充电端口预约信息的显示器。通过参考说明书的其余部分以及附图可以实现对本专利技术的特性和优势的进一步理解。附图说明图1提供了依据现有技术的利用中央定位充电站的停车场的一部分的图示；图2提供了依据现有技术的多端口充电系统的图示；图3图示了包括九个并行功率级和两个充电器端口的充电器；图4以图形图示了图3所示的充电器的示例性使用情形；图5图示了用于随诸如图3所示充电器的充电器使用的具体接触器配置；图6图示了可替换的接触器配置；图7图示了另一种可替换的接触器配置；图8图示了另一种可替换的接触器配置；图9图示了图5所示的接触器配置，其被扩展以包括附加功率级和附加端口，其中接触器被打开/关闭以说明示例使用配置；和图10图示了在向本专利技术的电池充电站的各个充电端口分配功率时所使用的基本方法。具体实施方式在下文中，术语“电池（battery）”、“电池（cell）”、“电池（batterycell）”可以互换使用并且可以指代任意的各种不同电池类型、化学成分和配置，其包括但并不局限于锂离子（例如锂离子磷酸盐、锂氧化钴、其它锂金属氧化物等）、锂离子聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池充电站，包括：至少两个充电端口，其中所述至少两个充电端口中的第一端口可耦合至第一车辆并且所述至少两个充电端口中的第二端口可耦合至第二车辆；多个功率级，其中所述多个功率级中的每个功率级由AC至DC转换器所组成，并且其中所述多个功率级中的每个功率级提供所述电池充电站的最大可用充电功率中的一部分；开关系统，其中所述开关系统可以通过将从零个功率级到所述多个功率级中的全部之间的功率级耦合到所述至少两个充电端口中的任意端口，而将从零功率到所述最大可用充电功率之间的功率耦合至所述至少两个充电端口中的任意端口；系统监视器，其中所述系统监视器确定当前充电站和车辆状态，其中所述充电站和车辆状态随时间而变化；和控制器，其耦合至所述开关系统和所述系统监视器，其中所述控制器依据预定义功率分配规则集合并且响应于当前充电站和车辆状态而对所述开关系统的操作进行控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.02 US 13/224,506;2011.09.02 US 13/224,3681.一种电池充电站，包括：至少两个充电端口，其中所述至少两个充电端口中的第一充电端口可耦合至第一车辆并且所述至少两个充电端口中的第二充电端口可耦合至第二车辆；多个功率级，其中所述多个功率级中的每个功率级由AC至DC转换器所组成，并且其中所述多个功率级中的每个功率级提供所述电池充电站的最大可用充电功率中的一部分；开关系统，其中所述开关系统通过将从零个功率级到所述多个功率级中的全部之间的功率级耦合到所述至少两个充电端口中的任意端口，而将从零功率到所述最大可用充电功率之间的功率耦合至所述至少两个充电端口中的任意端口；系统监视器，其中所述系统监视器确定当前充电站和车辆状态，其中所述充电站和车辆状态随时间而变化；和控制器，其耦合至所述开关系统和所述系统监视器，其中所述控制器依据预定义功率分配规则集合并且响应于当前充电站和车辆状态而对所述开关系统的操作进行控制；其中所述系统监视器针对所述至少两个充电端口中的每个端口监视车辆到达时间，并且其中所述预定义功率分配规则集合基于所监视的到达时间授予功率分配优先级；或者，所述系统监视器监视车辆或顾客优先级信息，并且其中所述预定义功率分配规则集合基于所述车辆或顾客优先级信息授予功率分配优先级。2.根据权利要求1的电池充电站，其中所述控制器依据所述预定义功率分配规则集合并且响应于所述当前充电站和车辆状态，而选择所述多个功率级中的第一部分以耦合至所述第一充电端口，并且选择所述多个功率级的第二部分以同时耦合至所述第二充电端口，其中所述第一部分和所述第二部分表示所述多个功率级的不同部分。3.根据权利要求1的电池充电站，其中所述至少两个充电端口进一步包括可耦合至第三车辆的第三端口，其中所述控制器依据所述预定义功率分配规则集合并且响应于所述当前充电站和车辆状态，而选择所述多个功率级中的第一部分以耦合至所述第一充电端口，选择所述多个功率级的第二部分以同时耦合至所述第二充电端口，并且选择所述多个功率级的第三部分以同时耦合至所述第三端口，其中所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分表示所述多个功率级的不同部分。4.根据权利要求1的电池充电站，其中所述至少两个充电端口进一步包括可耦合至第三车辆的第三端口和可耦合至第四车辆的第四端口，其中所述控制器依据所述预定义功率分配规则集合并且响应于所述当前充电站和车辆状态，而选择所述多个功率级中的第一部分以耦合至所述第一充电端口，选择所述多个功率级的第二部分以同时耦合至所述第二充电端口，选择所述多个功率级的第三部分以同时耦合至所述第三端口，并且选择所述多个功率级的第四部分以同时耦合至所述第四端口，其中所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分和所述第四部分表示所述多个功率级的不同部分。5.根据权利要求1的电池充电站，其中所述多个功率级被分组在一起以形成多个功率模块，其中每个功率模块由所述多个功率级的三个功率级所组成，并且其中所述开关系统将从零个功率模块到所述多个功率模块的全部之间的功率模块耦合至所述至少两个充电端口中的任意端口。6.根据权利要求1的电池充电站，其中所述开关系统防止所述至少两个充电端口中的第一充电端口被直接耦合至所述至少两个充电端口中的第二充电端口。7.根据权利要求1的电池充电站，其中所述控制器防止所述至少两个充电端口中的第一充电端口被直接耦合至所述至少两个充电端口中的第二充电端口。8.根据权利要求1的电池充电站，其中所述开关系统由多个接触器所组成。9.根据权利要求1的电池充电站，其中所述开关系统由多个半导体开关所组成。10.根据权利要求1的电池充电站，其中所述系统监视器监视为了耦合至所述至少两个充电端口中的每个端口而支付的充电器使用费，并且其中所述预定义功率分配规则集合进一步基于所述充电器使用费授予功率分配优先级。11.根据权利要求10的电池充电站，其中所述系统监视器针对所述至少两个充电端口中的每个端口监视车辆到达时间，并且其中如果所述充电器使用费相等，则所述预定义功率分配规则集合基于所监视的到达时间授予功率分配优先级。12.根据权利要求1的电池充电站，进一步包括安装至所述电池充电站的键盘，其中所述车辆或顾客优先级信息经由所述键盘输入。13.根据权利要求11的电池充电站，其中所述系统监视器针对所述车辆或顾客优先级信息监视无线标识系统。14.根据权利要求1的电池充电站，其中所述系统监视器针对所述至少两个充电端口中的每个端口监视车辆到达时间，并且其中如果没有检测到车辆或顾客优先级信息，则所述预定义功率分配规则集合基于所监视的到达时间授予功率分配优先级。15.根据权利要求1的电池充电站，其中所述系统监视器针对所述至少两个充电端口中的每个端口监视车辆到达时间，并且其中如果并未基于车辆或顾客优先级信息而确定充电优先级，则所述预定义功率分配规则集合基于所监视的到达时间授予功率分配优先级。16.根据权利要求1的电池充电站，其中所述系统监视器针对耦合至所述至少两个充电端口中的每个端口的每部车辆监视电池组充电状态，并且其中所述预定义功率分配规则集合基于所述电池组充电状态分配功率。17.根据权利要求1的电池充电站，其中所述系统监视器针对耦合至所述至少两个充电端口中的每个端口的每部车辆监视预期离开时间，并且其中所述预定义功率分配规则集合进一步基于所述预期离开时间优化功率分配。18.根据权利要求17的电池充电站，进一步包括安装至所述电池充电站的键盘，其中所述预期离开时间经由所述键盘输入。19.根据权利要求1的电池充电站，所述电池充电站进一步包括安装至所述电池充电站的显示器，其中所述系统监视器监视充电端口预约，并且其中所述控制器将对应于所述充电端口预约的信息显示在所述显示器上。20.根据权利要求1的电池充电站，其中所述预定义功率分配规则集合使得所述电池充电站的输出功率最大化。21.一种用于在电池充电站的多个充电端口之间分配充电功率的方法，其中所述电池充电站包...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·A·尼尔加尔德，M·苏库普，K·J·唐豪，C·H·范戴克，W·K·K·王，
申请(专利权)人：特斯拉汽车公司，
类型：发明
国别省市：美国;US