电动车辆充电设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201922396376.X (22)申请日 2019.12.26 (30)优先权数据 1900342.5 2019.01.10 GB (73)专利权人 萨派纳摩有限公司 地址 英国伦敦市 (72)发明人 蒂莫西彼得马丁 (74)专利代理机构 北京维澳专利代理有限公司 11252 代理人 王立民曾晨 (51)Int.Cl. B60L 53/30(2019.01) B60L 53/67(2019.01) B60L 53/63(2019.01) (54)实用新型名称 电动车辆充电设备。

2、 (57)摘要 本申请公开了一种电动车辆充电设备， 包括 从电网(102)接收市电的电源单元(101)和向一 个或多个电动车辆提供充电电能的充电站(111 116)。 切换装置(117)选择性地将电源单元连接 到每个所述充电站， 并且每个充电站包括用于存 储从电源接收的电能并将充电电能供应给至少 一个电动车辆的本地电池。 切换装置记录充电站 使用的细节， 并且被配置为优先给记录的最高使 用水平的电池充电。 权利要求书1页 说明书6页 附图7页 CN 212195123 U 2020.12.22 CN 212195123 U 1.一种电动车辆充电设备， 包括： 电源单元， 被配置为从电网接收市电。

3、； 多个充电站， 被配置为向一个或多个电动车辆提供充电电能； 以及 用于选择性地将所述电源单元连接到每个所述充电站的切换装置， 其中 每个所述充电站包括用于存储从所述电源接收的电能并将充电电能供应给至少一个 电动车辆的本地电池， 其特征在于： 所述切换装置记录充电站使用的细节； 以及 所述切换装置被配置为优先给记录的最高使用水平的所述电池充电。 2.根据权利要求1所述的电动车辆充电设备， 其特征在于， 所述电源单元被配置为从所 述电网接受交流电， 并且向所述充电站供应直流电。 3.根据权利要求1所述的电动车辆充电设备， 其特征在于， 所述充电站被配置为位于停 车场内的交叉位置处， 并且设置有四。

4、个充电接口。 4.根据权利要求3所述的电动车辆充电设备， 其特征在于， 所述充电接口选择性地从相 应的本地电池接收电能。 5.根据权利要求1所述的电动车辆充电设备， 其特征在于， 从所述电源单元到所述充电 站的传输电缆位于限定了停车场内停车位的分隔线的位置处。 6.根据权利要求1所述的电动车辆充电设备， 其特征在于， 所述切换装置从所述电池接 收指示以识别每个所述电池的充电状态。 7.根据权利要求6所述的电动车辆充电设备， 其特征在于， 所述切换装置被配置为优先 给指示为最差充电状态的电池充电。 8.根据权利要求1所述的电动车辆充电设备， 其中， 数据处理系统被配置为在一个日循 环内的根据使用。

5、预期给充电的优先级排序。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212195123 U 2 电动车辆充电设备 技术领域 0001 本申请涉及一种电动车辆充电设备。 本申请还涉及一种对电动车辆充电的方法。 背景技术 0002 如本申请人的专利GB 2552769所描述的， 通过电网供电来给电动车辆充电是已知 的。 该专利示出了用于给多个电动车辆充电的设备包括可与电网连接的第一多个的n个电 源单元。 而且， 提供了第二多个的m个充电站， 其中， 充电站的数量m大于电源单元的数量n。 每个电源单元被配置为以比标准家用电源可提供的更快的速率对电动车辆充电。 每个充电 站具有至少一个用于连接到需要充电的车辆。

6、的充电接口。 另外， 提供了一种从n个电源单元 中的相应一个选择性地向m个充电站中的最大n个供电的切换系统。 充电站被分成n组， 以使 得n个电源单元中的每一个选择性地向一个组中的充电站供电。 数据处理系统计算充电操 作的持续时间， 激活切换系统并将输出数据提供给车辆用户。 0003 但是， 根据可以同时充电的车辆数量存在限制(基于电源单元的可用性)。 这反过 来可能导致排队的情况， 在这种情况下， 即使已经连接到充电站， 车辆用户可能被迫等待， 直到电源单元可用为止。 0004 为了提供额外的充电能力， 如本申请人的专利GB 2533176中所述描述的， 还已知 通过蓄电池对电动车辆进行充电。

7、。 该专利示出了包含蓄电池和可在不同位置之间手动移动 的装置的充电设备， 以为需要的车辆充电。 这增加了总体的充电能力， 但是给车辆用户带来 很大负担。 因此， 这也是电动车辆的潜在用户不喜欢使用这种类型的移动装置的一个原因。 0005 尽管可估计电网架构在全国范围内为电动车辆的充电提供了重要的支持， 但其特 别是在大量车辆需要充电时在能量传输速率方面仍存在重大问题。 因此， 无论是在私人公 司范围内， 或者是在特定设施的客户或公众可以使用的范围内， 可以向车辆充电的停车场 成为了极具吸引力的场所。 因此， 可提供汽车充电的环境的超市或机场的停车场广受欢迎。 但是， 这样的设置存在两个实质性的。

8、问题。 第一， 停车场使用者通常倾向于在需求的设施的 附近停车。 例如， 这可以是在超市或诸如ATM的分配机器的入口处。 在时间紧张时， 他们的大 部分注意力可能都集中在确定可用的空间上， 可能不会注意到更为复杂的可以为车辆充电 的空间。 0006 第二， 还存在一个实质性的问题是充电的需求在二十四小时的时期内会发生变 化， 由于传输的限制导致在高峰时段无法分配总的可用电能。 因此， 即便可以增加实际充电 站的数量， 电源单元的可用性仍具有很大的限制。 例如， 在高峰时段， 即便能产生能量， 电网 自身在满足大量车辆充电需求的这些能量的传输速率上仍存在限制。 因此， 如果不破坏大 多数车辆用户。

9、的日常活动， 则这种状况会导致形成现有的基础设施承受巨大压力的环境。 实用新型内容 0007 根据本申请的一个方面， 提供了一种电动车辆充电设备， 包括： 电源单元， 被配置 为从电网接收市电(mains electricity)； 多个充电站， 被配置为向一个或多个电动车辆提 说明书 1/6 页 3 CN 212195123 U 3 供充电电能； 以及用于选择性地将所述电源单元连接到每个所述充电站的切换装置， 其中， 每个所述充电站包括用于存储从所述电源接收的电能并将充电电能供应给至少一个电动 车辆的本地电池， 其特征在于： 所述切换装置记录充电站的使用细节； 以及所述切换装置被 配置为优先。

10、给记录的最高使用水平的所述电池充电。 0008 因此， 本申请解决了现有系统中的相关问题。 切换系统以与专利GB 2533176所描 述的基本相同的方式， 选择性地将可用电能从中央电源导向各个充电站。 然而， 除了在所有 可用的存储器都充满电时， 该可用电能不直接用于车辆充电。 本申请考虑到了这种存在可 能性很少的环境情况。 因此， 通过包括用于在每个充电站存储电力的本地电池来部署本申 请。 从电源单元接收的电能主要用于电池未给车辆充电时给这些电池充电。 0009 本系统为本地电池充满电， 接着使得充电站可为车辆充电。 以这种方式， 可在高峰 时段传输大量的电能， 同时不断地从电网获取最大的可。

11、用能量。 此外， 还可进行额外的改 进， 使得在少量车辆需要充电的非高峰时段从电网汲取更多的电能， 而在繁忙的充电时段， 可减少从电网获取的实际能量。 还可以预料到， 这种类型的环境可受益于例如风能或太阳 能的其他本地充电源。 0010 本申请的实施例将参照附图仅以示例的方式描述。 详细的实施例示出了发明人已 知的最佳模式， 并为所要求保护的发明提供了支持。 但是， 它们仅是示例性的， 不应用于解 释或限制权利要求的范围。 其目的是为本领域技术人员提供一种教导。 以诸如 “第一” 和 “第 二” 之类的序数词区别的组件和过程不一定定义任何顺序或等级。 附图说明 0011 图1示出了电动车辆充电。

12、的环境； 0012 图2示出了各充电站； 0013 图3示出了图2所示的环境的另一视角； 0014 图4示出了街道停车的实施例； 0015 图5示出了图3所示类型的电池模块； 0016 图6示出了图1所示的数据处理系统执行的程序； 0017 图7示出了图6中的检查优先级规则的程序的细节； 0018 图8示出了图7中的选择日期表的程序的细节； 0019 图9示出了图8中的日子/日期表的细节； 以及 0020 图10示出了图6中的生成最终充电列表的程序的细节。 具体实施方式 0021 在图1中示出了电动车辆充电的环境。 电源单元101被配置为从电网102接收电能。 该环境包括多个充电站， 出于说明。

13、的目的， 图1中示出了标识为第一充电站111至第六充电 站116的六个充电站。 切换装置117将电源单元101选择性地连接至各充电站111至116。 出于 说明的目的， 通过为每个相应的充电站111至116提供一个由第一开关121至第六开关126 组成的开关阵列来标识该切换装置。 然而， 应当理解， 在大多数实施中， 考虑到所部署的电 压和电流的水平， 很可能需要使用具有适当的接触器和接地装置的更复杂的切换装置。 0022 在该装置中， 仅有一个开关(121-126)在任一时刻均闭合。 因此， 出于说明的目的， 说明书 2/6 页 4 CN 212195123 U 4 第一开关121被示为处于。

14、闭合状态， 而其余的开关122至 126被示为处于断开状态。 这样， 来 自电源单元101的所有可用电能都被用于对第一充电站111进行充电。 0023 切换装置117执行的操作由数据处理系统127控制， 如第一数据链路 128所示， 该 数据处理系统127保持与电源单元101的双向通信。 数据处理系统127还保持与切换装置117 (如第二数据链路129所示)的双向通信， 并如第三数据链路130所示， 实现与外部设备和数 据库的通信。 0024 每个充电站包括第一指示器131和第二指示器132。 在一个实施例中， 第一指示器 131发出绿光， 以指明该充电站本身是将要发起的车辆充电会话的优选选择。

15、。 假设该充电站 的电池中可能有最多的可用电量， 或者该充电站的电池实际上已充满电， 在图1示出的例子 中， 第三充电站113存在这种情况， 因此其第一指示器131发出绿光。 0025 类似地， 第一充电站111正在接收电能， 因此其第二照明装置132发出红光。 这样， 绿色指示可用于表明该充电站是优选选择， 红色指示可用于表明某个特定的充电站不可 用， 并且其它充电站由于没有正在接收电能而没有显示出指示， 因此可用于给车辆充电。 但 是， 当充电站无法立即为车辆充电时， 鉴于其本地电量相对较低或不存在， 则仍可以基于充 电站本身将在整个充电周期内接收电能的基础上与充电站连接。 充电站本身充电。

16、后， 便会 开始为车辆充电。 0026 在一个实施例中， 电源单元101可以执行一定程度的电压转换， 然后以转换后的电 压向各个充电站111至116提供交流电。 在另一个实施例中， 还在电源单元101处提供整流， 以给充电站供应直流电。 出于说明的目的， 每个充电站111至116示出了具有相应的单个充 电接口151至156。 0027 图2示出了布置在停车场中的第一充电站111、 第二充电站112和第三充电站113。 在停车场内已经设立了停车位， 包括第一停车位201、 第二停车位202、 第三停车位203、 第四 停车位204和第五停车位205。 出于说明的目的， 图2中示出了第六至第十二停。

17、车位(206至 212)， 可以理解的是， 这种类型的装置还可以包括更多大量的停车位。 0028 停车位201至212由包括第一分割线221、 第二分割线222和第三分割线223的分割 线标识。 这些基本正交的分割线形成了包括第一交叉点231、 第二交叉点232、 第三交叉点和 第四交叉点234的交叉点。 充电站放置在这些交叉点的选定示例上， 从而使得第一充电站 111位于第一交叉点231 处， 第二充电站112位于在第三交叉点233处。 这样， 可以将充电站 定位在停车场内， 而不会减少车辆停放的可用空间。 此外， 在这些定位处， 每个充电站可以 给停放的四辆车辆充电。 0029 因此， 电。

18、源单元101被配置为从电网接收市电， 并且切换装置选择性地将电源连接 到每个充电站。 在充电站处， 第一本地电池通过来自供应单元101的电能充电。 充电单元接 着被配置为从包含在充电站中的本地电池对经由充电接口151连接到充电站的电动车辆充 电。 然后， 充电站中的本地电池从电源单元101充电。 0030 如图2所示， 第二电动车辆、 第三电动车辆和第四电动车辆可分别经由第二、 第三 和第四充电接口连接到充电站。 在一个实施例中， 充电站被配置为同时对第一、 第二、 第三 和第四车辆充电。 在另一个实施例中， 四辆车辆被依次选择， 使得在任何指定时间只有一辆 车辆接受充电， 并且继续对这辆车辆。

19、进行充电直到充电需求满足为止。 之后， 选择下一个连 接的车辆。 说明书 3/6 页 5 CN 212195123 U 5 0031 可选的， 可以采用时分多路复用方法， 在此期间， 每辆车辆在规定的时间(例如十 分钟)内接收充电电流， 此后， 在基本相似的时间段内选择下一辆车辆。 一段时间后， 本地电 池将在预定的范围内耗尽电量， 这将导致其绿光(如果先前已亮)熄灭。 内部系统将继续评 估是否可以连接其它车辆， 并且当评估结果表明没有足够的电量可用于进行其它连接时， 本地的第二指示器132将发出红光。 此后， 在最终断开连接时， 将安排充电站从电源单元101 进行充电。 0032 图3示出了。

20、图2所示的环境的另一视角。 该环境通过在停车场内设立停车位203、 204来改善提供电动车辆充电的方法， 在停车场内分隔线221、 223形成了交叉点231。 在这 些交叉点的选定示例上构建了充电站111、 112、 113， 其中， 每个充电站都包括一个本地电 池。 在图3示出的实施例中， 每个充电站由包括第一电池模块301、 第二电池模块302和第三 电池模块303 的电池模块构成。 这样， 通过生产基本上相似的模块， 使设计变化最小化， 这 些模块可以组合成不同的配置， 以实现可用存储总量和提供的充电接口数量上的变化。 0033 如图1的描述所述， 电源单元被配置为从电网接收市电， 并且。

21、还包括了用于选择性 地将电源单元连接到充电站111至113中的每一个的切换装置。 本地电池从电源单元充电。 在图3示出的实施例中， 可以向包括第一电池模块301至第三电池模块303的每个电池模块 并行地供应充电电流。 在另一个实施例中， 包括切换装置， 如本申请人的专利GB 1501886.4 所描述的， 允许每个模块独立选择充电或放电。 0034 在图3中示出了用于连接到第一车辆的第一充电接口151， 但是， 在该实施例中， 充 电站111包括用于第二电动车辆、 第三电动车辆和第四电动车辆的类似的充电接口。 在一个 实施例中， 充电站被配置为同时对第一、 第二、 第三和第四车辆充电。 然而，。

22、 在另一个实施例 中， 充电站被配置为对第一、 第二、 第三和第四车辆顺序充电。 0035 如图1的描述所述， 第一视觉指示器131表明这是优选的充电站， 而第二指示器132 表明充电站当前不可用。 还提供了第三指示器313， 以指示车辆正在充电时的电流流动。 0036 在该实施例中， 从电源单元到充电站的传输电缆位于限定了停车场内停车位的分 隔线223的位置处。 这样， 传输线可在位于地下的同时保持位置的可见性。 充电站本身可以 被固定， 但用于充电安装的基础设施的总量很少。 因此， 如果需要， 可以将整个系统重新安 置， 而不会影响至停车位的实际面积。 0037 在另一个实施例中， 如图4。

23、所示， 多个充电站可以线性分布在街道停车位处。 例如 为第一街道停车位401的街道停车位设置在路边的一侧， 并且非常靠近街道充电站402。 街 道充电站402包括第一电池模块403、 第二电池模块404和第三电池模块405， 以及充电接口 406。 0038 在图4示出的环境中提供了电源单元， 但是该单元在任何时候可用的电量都是受 限的。 因此， 每个充电站都包括本地电池， 使得可以连续地从电源单元接收电能， 从而利用 所有可用电能， 同时能够向多辆车辆提供明显更高的充电能量。 0039 图5中示出了第一电池模块301。 该第一电池模块301包括许多独立的电池组501， 其中独立的电池串联连接。

24、形成了组并且这些组并联连接， 从而为执行的充电和放电操作提 供适当的电。 0040 电池模块全都基本相似， 并且包括了第一连接接口502和在图5中被遮盖的第二连 接接口503。 因此， 提供这些接口是为了方便模块的互连以及由此获得充电站与电源单元的 说明书 4/6 页 6 CN 212195123 U 6 连接。 0041 图6中示出了由数据处理系统127执行的程序。 该程序的主要目的是连续地从电网 接收可用电能， 从而使设施所输送的总能量最大化。 此外， 考虑到不可能在所有时间内保持 所有的站点都充满电， 程序的第二个目的是确保最受欢迎的站点优先于不那么受欢迎的站 点充电。 在这种电能分配的。

25、自适应方法中， 公认的是， 最优选的停车位在一个运营日内不会 保持不动。 而且， 还应当理解， 由于不同活动的停车需求不同， 某些日子会与其它日子有所 不同。 0042 在一个实施例中， 通过收集数据以从驾驶员的角度确定特定停车位具有的吸引力 为大或小的时间。 然后， 如图8和图9的描述所述， 读取该数据， 并与图10的描述所述的充电 的当前评估相结合。 0043 在步骤601中， 询问是否可从电网获取电能， 并且如果回答为否， 则不会进行任何 进一步的动作并且过程将终止。 当能获取电能时， 在步骤602 中检查充电状态。 因此， 在步 骤603中依次检查每个充电站， 以准备临时列表。 该临时。

26、列表根据充电站需要充电的程度对 充电站进行排名。 因此， 在临时列表中， 优先考虑对耗电量最大的站点进行充电， 而具有较 高电量水平的站点的优先级较低。 这样， 在充电周期中， 高优先级站点将优先于低优先级站 点接收电能。 0044 在一个实施例中， 可以仅基于接收电能的需求来生成充电安排表。 然而， 在本实施 例中， 通过在步骤604中检查优先级规则来引入更高层次的复杂度， 以在步骤605中生成实 际的充电列表。 因此， 将步骤603中准备的临时列表作为起点， 并且在适当的情况下， 进行更 改以调整赋予所执行的充电操作的顺序的优先级。 特别地， 在选定的时期内， 考虑到充电站 位于环境中理想。

27、的停车位处， 未完全耗尽电量的充电站可以获得更高的优先级。 此外， 如前 所述， 这些优选的停车位可以在不同的工作日和工作日期间内进行改变。 0045 在步骤605中已经生成了最终的充电列表后， 在步骤606中选择第一站点， 并且在 步骤607中对切换装置117进行适当的调整。 然后在步骤608 中执行充电过程， 以达到选定 的电量值。 0046 在步骤608中充电站自身已经接受充电后， 在步骤609中询问充电列表上是否存在 另一个站点。 因此， 当得到肯定的回答时， 在步骤606中从充电列表中选择下一站点， 并且重 复该程序， 直到充电列表中的所有站点都已充电并且在步骤609中的询问得到否定。

28、的回答 为止。 0047 在步骤610中， 询问是否要停止该过程， 并且当回答为否时， 控制返回到步骤602， 并再次检查充电状态。 0048 在图7中示出了用于检查优先级规则的程序604。 在步骤701中， 读取实时时钟， 并 且在步骤702中， 询问这是否表示新的一天。 如果在702 得到了否定的回答， 则继续以适当 的增量再次读取在先前迭代中读取的数据， 以在步骤605中生成充电列表。 0049 如果在步骤702中得到了肯定的回答， 则表示该程序现在处于新的二十四小时周 期的开始， 将在步骤703中询问这是否表示特殊日期。 这些特殊日期是消费者活动发生变化 的日期， 典型示例是黑色星期五。

29、、 圣诞节和银行假期等。 可以选择任意日期作为特殊日期， 并为其创建合适的日子表 (day table)。 0050 如果在步骤703中得到了否定的回答， 则表示所标识的日期并不代表特殊日期， 将 说明书 5/6 页 7 CN 212195123 U 7 在步骤705中采用更常规的程序选择日子表。 因此， 如果该日期不代表特殊日期， 则基于星 期几选择日子表。 0051 图8中的箭头801示出了用于选择日期表(date table)的程序704和用于选择日子 表的程序705。 在802中示出了选定的表， 然后在步骤605 中使用选定的表来生成充电列表。 0052 在图8的示例中， 可将表811。

30、(可为星期一的表)以及剩余天的表812 至817标识为 七个日子表。 此外， 在该示例中， 提供了分别标识为日期表 821至日期表824的四个日期表。 0053 出于说明的目的， 假定日期已被识别为并不是特殊的并且该日已被识别为星期 六， 从而选定了日子表816。 该表中的权重反映了与例如为办公室和教育机构的停车设施相 比， 购物设施附近的停车位在这一天将更受欢迎。 驾驶员将发现购物设施附近的停车位特 别吸引人， 因此特别是在商用设施开放期间将给这些停车位优先充电。 0054 图9示出了日子表802的细节。 在该示例中， 每个可用的充电站均设置了标识为111 到115的行901。 此外， 为二。

31、十四小时营业周期内的每一个小时的时隙定义了列902。 因此， 该 表中的每个数据条目代表工作日的每个营业小时内特定充电站的权重W。 0055 在图10中示出了用于生成最终充电列表的程序605。 在图6的步骤603 中确定的临 时列表已经根据充电站接受电能的需求对充电站进行了排名。 这被转换为初始权重， 使得 每个初始临时值与充电站需要充电的程度成正比， 而与当前可用的充电电量成反比。 0056 在步骤1001中， 选定时间段， 该时间段在第一次迭代中可以是时间段 01， 其表示 从午夜到上午1点的间隔。 此后， 在步骤1002中， 选择下一个站点， 该站点在第一次迭代中为 站点111。 因此，。

32、 这允许在步骤1003中可读取权值W。 0057 在步骤1004中， 通过将旧的优先级值与在步骤1003中读取的权值W 相乘， 计算出 新的优先级值。 这样， 以这种方式， 高优先级站点(对于一天中的特定时间)将被赋予较高的 权值， 并且将在步骤1004中赋予更高的优先级值。 但是， 也要考虑旧优先级值(通过这些值 的乘积的计算)， 以便将最高优先级赋予给那些已耗尽电量并且具有高权重因子W的站点。 0058 在步骤1005中， 更新优先级数据， 并在步骤1006中再次询问是否存在另一个站点。 这样， 当得到肯定的回答时， 在步骤1002中选择下一个站点(第二次迭代中的站点112)， 并 且重复。

33、该过程， 直到考虑了所有的站点为止。 这将导致步骤1006中的询问最终得到否定的 回答， 此后在步骤 1007中给充电列表排序， 使得可以如图6的描述所述的在步骤6006中进 行适当的选择。 0059 本申请允许在电动车辆从本地存储系统接受快速充电的环境中优化利用可用的 电网能量。 从电网到实际充电站的电缆基础设施也可以得到优化， 这样就不需要承载全部 的充电电流。 0060 还可以提供多个能够连接到充电站的停车位。 这样， 驾驶员可以在不受充电站可 用性限制的情况下停车， 同时也不必在这些停车位中的每一处提供完全的并网充电能力。 0061 作为进一步的改进， 在一个实施例中预测了停车趋势并且。

34、允许在每一小时的期间 内部署权重， 同时考虑到一周中的日子， 并且在另一个实施例中考虑到可能存在不同停车 布署的特殊日子。 说明书 6/6 页 8 CN 212195123 U 8 图1 图2 说明书附图 1/7 页 9 CN 212195123 U 9 图3 图4 说明书附图 2/7 页 10 CN 212195123 U 10 图5 说明书附图 3/7 页 11 CN 212195123 U 11 图6 说明书附图 4/7 页 12 CN 212195123 U 12 图7 说明书附图 5/7 页 13 CN 212195123 U 13 图8 说明书附图 6/7 页 14 CN 212195123 U 14 图9 图10 说明书附图 7/7 页 15 CN 212195123 U 15 。