СИСТЕМА, УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБМЕНА ЭНЕРГИЕЙ С ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ
SYSTEM, DEVICE AND METHOD FOR ENERGY EXCHANGE WITH VEHICLE

Настоящее изобретение относится к обмену энергией с электротранспортным средством. Электротранспортные средства могут представлять собой дорожные транспортные средства, такие как автомобили или мотоциклы, транспортные средства для эксплуатации в помещениях или на площадках, такие как вилочные погрузчики, и даже речные и морские транспортные средства, транспортные средства, перемещающиеся по железной дороге или по воздуху.
Вследствие осознания важности экологических проблем и в обстановке сокращения ресурсов органического топлива растет интерес к электротранспортным средствам, т.е. транспортным средствам, содержащим электродвигатель для обеспечения движущей силы. Электротранспортные средства имеют очевидные преимущества, а именно имеют высокий коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и не загрязняют окружающую среду. Однако радиус действия может быть ограничен в определенных случаях и зарядка их аккумуляторов - в зависимости от обстоятельств - требует больших затрат времени. Более того, отсутствие стандартизации требует размещения зарядовых станций. Также особенности обслуживания аккумуляторов, особенно условия зарядки и разрядки, оказывают большое влияние на их срок службы, и зарядовые станции обычно не могут обслуживать различные типы аккумуляторов. Несколько решений было предложено (частично) для решения вышеописанных задач, но ни одно из них не удовлетворяло требованиям. Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение системы, устройства и способа обмена энергией с электротранспортным средством, что пойдет на пользу предыдущему уровню техники или, по меньшей мере, создаст полезную альтернативу.
Изобретение, следовательно, обеспечивает систему для обмена энергией с электротранспортным средством, конкретно, с его аккумуляторной батареей, которая содержит, по меньшей мере, станцию обмена энергией, устройство обработки данных и конфигурирующее устройство.
По меньшей мере, одна станция обмена энергией содержит, по меньшей мере, один порт для обмена энергией с источником энергии, по меньшей мере, один порт для обмена энергией с транспортным средством, по меньшей мере, один порт для обмена данными с транспортным средством и, по меньшей мере, один порт для обмена данными с устройством обработки данных.
Устройство обработки данных содержит, по меньшей мере, один порт для обмена данными со станцией обмена энергией, по меньшей мере, один порт для обмена данными, по меньшей мере, с одним конфигурирующим устройством. В определенных случаях данные порты могут быть одним и тем же портом, например, для подключения устройства обработки данных к сети Интернет.
По меньшей мере, одно конфигурирующее устройство содержит, по меньшей мере, один порт для обмена данными с устройством обработки данных; и средство, такое как интерфейс пользователя для редактирования описания конфигурации.
Порт станции обмена энергией для обмена энергией с источником энергии может содержать любой вид связи, который позволяет передавать (электрическую) энергию, такой как проводящий элемент связи, например соединительный разъем, электромагнитная муфта или т.п. По меньшей мере, один порт для обмена энергией с транспортным средством может осуществлять электрическую связь по проводам или, например, магнитное соединение для передачи индукционной мощности. По меньшей мере, один порт для обмена данными с транспортным средством может представлять собой соединение для обеспечения линии связи, средство обмена данными по беспроводной связи или даже средство однонаправленной связи, такое как RFID, или штрихкодирование, или устройство для считывания магнитного кода. По меньшей мере, один порт для обмена данными с устройством обработки данных может представлять собой соединитель к Интернету, или выделенной (телефонной) линии, или другое коммуникационное средство.
Источником энергии может быть общенациональная энергетическая компания или частная энергетическая компания, экологически чистый источник энергии или возобновляемые источники энергии, такие как источники ветровой энергии, панели солнечной батареи, гравитационная энергия, энергия, получаемая от преобразователя энергии, такого как теплообменник, аккумулятор, такой как предварительно заряженный аккумулятор или даже аккумулятор транспортного средства, который заряжен от другого транспортного средства, например, полученной от постоянной нагрузки электросети. Обмен энергией может быть однонаправленным или двунаправленным, т.е. использование системы может быть ограничено при зарядке аккумуляторов во время поставки энергии (возврата) от источника энергии или зарядка аккумулятора первого транспортного средства от аккумулятора второго транспортного средства, или разрядка аккумулятора по любой причине, например при техническом обслуживании.
Коммуникационный порт может представлять собой любое средство передачи данных, такое как Интернет-соединение, телефонная линия или факсимильная связь, VPN соединение или выделенный канал связи, который может быть как проводным, так и беспроводным, или просто представлять собой одну или несколько линий передачи данных для обмена простыми командами, представленными двоичными числами линий передачи данных, например сигнал пуска/сигнал остановки. Коммуникация может осуществляться как непрерывно, так и через заданные интервалы.
Устройство обработки данных может представлять собой выделенный для специальных целей компьютер, такой как PC или (web) сервер, а также группу сопряженных вычислительных устройств, таких как компьютерная сеть, в которой множество компьютеров могут быть использованы для увеличения вычислительной мощности, увеличения качества работы устройства или способности вычисления в облаке. Устройство обработки данных может быть связано или образовывать часть любой сети передачи данных, с Интернет или частной сетью, такой как VPN. База данных может быть составлена теми же физическими устройствами или отдельными устройствами на удаленном расстоянии и может быть также реализована путем сложения баз данных, которые могут, например, быть разделены на базу данных о профиле аккумулятора и базу данных описания конфигурации.
В варианте осуществления система содержит средства памяти для хранения, по меньшей мере, описания конфигурации и/или профили аккумулятора. Кроме того, могут храниться дополнительные данные, например ID и/или описание деталей электрической сети, аккумуляторов, пользователей, транспортных средств, зарядных устройств и станций обмена энергией.
Средство памяти может быть воплощено в виде RAM или в виде (центральной) базы данных и может быть размещено на конфигурирующем устройстве, на устройстве обработки данных или может быть размещено в отдельном блоке. Использование центральной базы данных дает преимущество в том, что данные могут эффективно обновляться и различные пользователи данной системы могут иметь к ним доступ. Система становится особенно полезной при увеличении количества хранящихся профилей аккумуляторов.
В памяти или в базе данных могут храниться мгновенные и ранее фиксированные значения тока зарядки, напряжений, температур (аккумулятора и окружающего воздуха), профили зарядки, типы транспортных средств, подключенных к зарядовому устройству, нагрузки сети, ограничения сети, напряжения ячеек аккумулятора, время зарядок, учетные данные пользователей, степень заряженности аккумуляторной батареи, конфигурация транспортного средства (номинальный диапазон, скорость информационной связи, номинальная емкость аккумулятора и т.п.), данные измерителя энергии, полученные из зарядной станции, или данные энергетического распределения, полученные из зарядной станции.
Использование распределительной архитектуры имеет преимущество быть потенциально более надежным.
Конфигурирующее устройство может быть, например, компьютером на удаленном пункте, например, расположенным в центре управления конечного пользователя. Конфигурирующее устройство может взаимодействовать с устройством обработки данных через Интернет-соединение, или телефонную линию, или по беспроводной связи, или осуществлять связь через веб-сайт, хостинг-приложения для редактирования описаний конфигурации, считывание загруженных замеров, установок, профилей, статистических данных и т.п. или сортировку данных, обработку сообщений и/или графиков. Использование конфигурирующего устройства может быть ограничено для определенных пользователей, которые установлены пользователем, при осуществлении измерения на устройстве обработки данных или базы данных. Конфигурация может быть использована пользователями вручную, но работа может быть также автоматизирована и пригодна для автоматической настройки параметров в базе данных на основании ввода, например, данных из других баз данных или информационных потоков. Для этой цели конфигурирующее устройство данных может иметь программный интерфейс приложения (API).
В варианте осуществления станция обмена энергией выполнена с возможностью обеспечивать транспортное средство информацией для устройства обработки данных, транспортного средства, соединенного с портом для обмена энергией с транспортным средством. Информация транспортного средства может содержать идентификационные данные транспортного средства, данные, описывающие техническую конфигурацию транспортного средства (такую как тип используемого аккумулятора, или аккумулятор, или используемую систему управления транспортным средством), или текущую информацию, такую как температура внутри транспортного средства, уровень заряда аккумулятора или измеренные данные и/или полученные заранее, во время использования транспортного средства, в частности во время зарядки и разрядки аккумулятора.
Полученная информация транспортного средства может, таким образом, содержать информацию о состоянии аккумулятора, которая может быть зарегистрирована во время использования транспортного средства регистрирующим устройством транспортного средства, или во время обмена энергией, осуществляемого станцией обмена энергией, или для завершения или редактирования профилей аккумулятора в базе данных.
В случае отсутствия информации транспортного средства станция обмена энергией может быть выполнена с возможностью осуществлять тестирование транспортного средства или его аккумулятора. Важные характеристики, такие как напряжение аккумуляторной батареи, внутренне сопротивление аккумулятора или кривая заряда, могут быть определены, например, посредством посылки серии импульсов DC в аккумулятор. Применяя питание переменного тока на транспортном средстве, могут быть определены характеристики его внутреннего зарядного устройства. Определенную таким образом информацию возможно предоставить для использования третьим лицам или для использования зарядовой станцией для обеспечения оптимального уровня сервиса.
На основании данной информации о транспортном средстве и/или описании конфигурации и/или профилей аккумулятора из базы данных устройство обработки данных может обеспечить оптимальные параметры обмена энергией для станции обмена энергией. Оптимизация может быть осуществлена на основании различных критериев, которые могут быть установлены пользователем и храниться в данных конфигурации или на основании информации данных, или хранимые по умолчанию в базе данных, в станции обмена энергией или даже в системе управления аккумулятором транспортного средства. Информация, полученная из характеристик заряда и разряда, полученная при проведении тестов, или полученные в результате измерений на других транспортных средствах, могут храниться в базе данных и использоваться для расчета оптимальных установочных параметров обмена энергией устройством обработки данных.
Например, установочные параметры обмена энергией оптимизируются согласно, по меньшей мере, одного параметра, относящегося к аккумулятору или транспортному средству, такие как тип аккумулятора или фактический уровень заряда аккумулятора, температура аккумулятора, предполагаемый эксплуатационный срок службы аккумулятора (например, выраженный в количестве циклов заряда и/или разряда), желаемая располагаемая мощность или располагаемая или желаемая продолжительность заряда или радиус действия (дистанция пробега).
Кроме информации от конкретного аккумулятора о потребности в энергии, установочные параметры обмена энергией для определенного транспортного средства могут быть оптимизированы на основании, по меньшей мере, параметра, относящегося ко второму транспортному средству, соединенному со вторым портом для обмена энергией станции обмена энергией, или, по меньшей мере, параметра, относящегося, по меньшей мере, ко второму транспортному средству, соединенному со вторым портом для обмена энергией станции обмена энергией, или, по меньшей мере, параметра, относящегося к источнику энергии.
В предпочтительном варианте осуществления система выполнена с возможностью, в особенности в масштабе реального времени, обновлять установочные параметры обмена энергией устройством обработки данных в ответ на изменения параметра, относящегося к упомянутому аккумулятору, или изменения параметра, относящегося к источнику энергии, и обновлять обмен энергией между станцией обмена энергией и транспортным средством, связанным, соответственно, с портом обмена энергией.
Конкретные преимущества могут быть получены от использования данной системы согласно изобретению, посредством адаптации работы системы к конкретным потребностям или желаниям конкретного пользователя. Таким образом, например, посредством использования API′s, обеспечивается доступ к устройству обработки данных и/или конфигурирующему устройству. В дальнейшем, будет дано подробное объяснение этого с помощью нескольких не лимитирующих примеров.
Пример 1: когда источник энергии, представленный энергосетью, имеет значение мощности ниже требуемой для нескольких транспортных средств, мощность энергосети может быть распределена по выходам заряда, например, согласно приоритету времени в пути транспортных средств. Данный приоритет может быть введен в систему через приложение пользователя, которое подключает конфигурирующее устройство или устройство обработки данных через API. Данное приложение системы может представлять собой передовую систему программного обеспечения управлением парком автотранспортных средств или быть простым интерфейсом пользователя, где пользователь может ввести данные о продолжительности использования транспортного средства до очередной зарядки. Существующая мощность энергосистемы может быть известна для программируемых установочных параметров в устройстве обработки данных или через API, который взаимодействует с программным обеспечением провайдера энергосистемы (интеллектуальная энергосистема). При вводе измененных данных или при их возникновении в системе установочные параметры обмена энергией динамично изменяются (оптимизируются) в реальном масштабе времени. Мощность может быть распределена из энергосистемы к транспортным средствам пропорционально и непропорционально и может осуществляться синхронно или последовательно предоставлением транспортному средству первоочередного приоритета во время зарядки.
Пример 2: система (в частности, устройство обработки данных или конфигурирующее устройство) может взаимодействовать через API между биллинг приложением и приложением производства платежа, установленных на компьютерах энергетической компании или других провайдеров энергии. В таком качестве система может ограничить величину мощности зарядки на конкретной разъеме на основании типа договора обслуживания пользователя, который устанавливает параметры поставки энергии. Привилегированный тип договора обслуживания может предусматривать, например, условие, по которому транспортное средство может принять 50 kW мощности зарядки в короткий промежуток времени, тогда как типовой тип договора обслуживания предусматривает условие, при котором пользователь может принять только 20 kW с продолжительным временем заряда.
Пример 3: если система имеет группу портов обмена энергией для транспортных средств (выводы) и один порт обмена энергией для источника энергии, такой как АС вход, система может рассчитать распределение мощности по выводам. В таком качестве необходимо иметь только один официально сертифицированный счетчик энергопотребления АС на входе и получать информацию о поставленной энергии на каждый вывод.
Пример 4: система может оптимизировать профиль заряда на основании требования к сроку службы аккумулятора. В обычной практике высокая скорость заряда потенциально вызывает сокращение срока службы аккумулятора. Пользователь вводит данные в систему через API в устройстве обработки данных или конфигурирующее устройство, и система получает информацию о требовании к продолжительности эксплуатационного срока службы аккумулятора для определенного клиента. Основываясь на данном требовании, профиль заряда и скорость заряда корректируются при подключении транспортного средства клиента к системе. Система принимает компромиссное решение между требованием к сроку службы аккумулятора и располагаемым временем для осуществления полного заряда.
Пример 5: система ускоряет заряд или повышает скорость заряда на основании текущей стоимости электроэнергии, например, когда применяются различные тарифы во время различного времени суток или при достижении оговоренного пикового значения. Процесс заряда может даже быть прекращен при условии превышения заданного граничного значения тарифа.
Пример 6: система имеет интерфейс для связи с сервисной организацией, которая обеспечивают наличие информации о функционировании системы. Если возникает сбой в работе, система посылает код неисправности в местную сервисную организации через API, и данная местная сервисная организация имеет информацию о вышедшем из строя оборудовании, которое необходимо отремонтировать. Так API может также обеспечить возможность дистанционного проведения тестирования и/или реконфигурацию оборудования.
Пример 7: новый профиль заряда (установка профиля аккумулятора к базовым установочным параметрам обмена энергией) для определенного типа аккумулятора хранится в базе данных. Как только тип аккумулятора распознается одной станцией обмена энергией, обновленный профиль заряда посылается из устройства обработки данных в станцию обмена энергией, и процесс заряда будет оптимизирован.
Пример 8: система, в основном, работает через порты передачи данных и их взаимные соединения, например Интернет-соединения. Если Интернет-соединение системы не работает, процесс зарядки будет продолжен согласно всем текущим установкам. Если новое транспортное средство подключается, то все установки будет изменены на профили, установленные по умолчанию.
Пример 9: если станция обмена энергией имеет множество выводов и пользователь отключает транспортное средство раньше установленного срока, система может перераспределить общую мощность по всем выводам заряда согласно установленному операционному графику и т.д. с целью создания новой оптимальной ситуации, принимая во внимание все известные параметры на тот момент времени.
Пример 10: система может регулировать установочные параметры на основании будущих ситуаций, если система управлением парком транспортных средств информирует о том, что новое транспортное средство прибудет на станцию обмена энергией в пределах 10 минут, система может ускорить заряд на одном или более портов и тем самым обеспечить порт для осуществления зарядки ко времени прибытия транспортного средства.
Пример 11: локальный оператор энергосистемы может управлять энергодефицитом в каждой области, на каждой трансформаторной подстанции или для всего района на каждой заданной точке в заданный срок. Это можно реализовать также и в национальном масштабе, например, для Европы или во всем мире с использованием доменов и субдоменов по аналогии со структурой Интернета. Система также принимает во внимание наличие местного энергодефицита (аккумуляторы или т.п.) в сети энергоснабжения или даже в установке для заряда и может оптимизировать работу на основании данных параметров.
Пример 12: для собственника парка транспортных средств создаются условия для максимальной надежности функционирования процесса заряда: если одна система больше не работает, сеть может получить информацию об этом и может перенаправить транспортное средство через API системы управления парком транспортных средств на работающую станцию обмена энергией (например, просто зарядное устройство) и оптимизировать ситуацию в целом на основании возникшей ситуации, при которой одно или более зарядных устройств не работают. Аналогично может возникнуть для ситуации, в которой зарядное устройство может работать только на пониженной мощности.
Пример 13: система оптимизирует процесс заряда на основании фиксированного времени заряда. Собственник станций обмена энергией может установить максимально короткий срок заряда на установленный уровень, например 20 минут, предлагая пользователю воспользоваться другими услугами, т.е. выпить чашечку кофе, перекусить и т.п. Станция обмена энергией может гарантировать, что заряд будет осуществлен в течение 20 минут и пользователь успеет воспользоваться предлагаемыми другими услугами в данный промежуток времени.
Пример 14: система предлагает пользователю возможность приобрести экологически чистую энергию или выбрать провайдера электроэнергии.
Пример 15: система передает данные из бортового компьютера транспортного средства или бортового устройства памяти данных через порт передачи данных станции обмена энергией и посылает их через зарядное устройство по Интернету в устройство обработки данных.
Пример 16: сервер посылает данные в транспортное средство через порт передачи данных, такие как улучшенные операционные профили, сообщения пользователя, установочные параметры, информацию об обслуживании и сервисе, или информацию об изменении диапазона рабочих режимов DOD (глубина разрядки) в аккумуляторе, или информацию об изменении способа фактического рабочего режима DOD, которая устанавливает связь с графическим представлением на интерфейсах пользователя. Также система может изменить параметры установки на бортовом зарядном устройстве на основании новой уникальной информации. Система может также загрузить новую часть программного обеспечения в транспортное средство, которое обеспечивает связь между данными о емкости аккумулятора на интерфейсе пользователя и фактическим SOC (уровнем заряженности) аккумулятора. Фактор состояния DOD аккумулятора, алгоритм, который определяет связь между фактическим SOC и представленным SOC, могут быть также взаимозаменяемыми.
Пример 17: система заряда оснащается демонстрационным дисплеем. В связи с тем что система имеет точную информацию о времени нахождения автомобиля на зарядной станции, API может быть предложено, использовать дисплей для демонстрации рекламных материалов во время нахождения автомобиля на зарядовой станции.
Пример 18: аппаратное оборудование установлено на транспортном средстве, но полностью работает от аккумулятора: балансировка алгоритмов, балансировка скорости, алгоритмы уровня заряженности аккумулятора, алгоритмы состояния работоспособности могут ежедневно обновляться удаленным сервером на основании новой уникальной информации.
Пример 19: устройство преобразования электроэнергии, которое является частью станции обмена энергией, полностью или частично находится на транспортном средстве. Как только автомобиль подключается к внешнему разъему зарядного устройства, внешние компоненты передают информацию бортовым компонентам о способе передачи энергии на основании аналогичной внешней архитектуре, так отмечено в других примерах.
Пример 20: при начале процесса заряда система может выполнить несколько измерений импульсами заряда для определения работоспособности аккумулятора. Система посылает такие импульсы в аккумулятор и контролирует ответные сигналы. На основании этого сервер прогнозирует рабочее состояние аккумулятора или может произвести замер других параметров аккумулятора.
Пример 21: система может работать динамично в стандартах группового заряда или протоколах передачи данных: если транспортное средство подключается и определяется несоответствие протокола или соединения, то система запрашивает сервер о протоколе передачи данных и зарядное устройство осуществляет зарядку. Данным образом система может работать в разнообразных стандартах также в стандартах, которые будут разработаны в будущем.
Станция обмена энергией может содержать, по меньшей мере, один силовой преобразователь для обмена энергией, по меньшей мере, между одним портом для обмена энергией с источником энергии и, по меньшей мере, одним портом для обмена энергией с транспортным средством, согласно имеющимися установочными параметрами обмена энергией. Источниками энергии могут быть как АС (большинство энергосетей), так и DC (панели солнечной батареи или аккумуляторы), и аккумуляторы работают на DC, но наличие бортового зарядного устройства требует наличие АС. Силовой преобразователь может иметь разнообразные виды, такие как АС-АС преобразователь, AC-DC преобразователь, DC-AC преобразователь или DC-DC преобразователь. Устройство может быть предназначено для осуществления одной упомянутой функции преобразования или иметь конфигурацию или программу для осуществления различных функций такого преобразования.
В дополнительном варианте осуществления станция обмена энергией содержит множество силовых преобразователей, предназначенных для обмена энергией с множеством потенциальных транспортных средств через множество портов для обмена энергией с множеством транспортных средств, согласно различным установочным параметрам обмена энергией.
При наличии более чем одного транспортного средства устройство обработки данных устанавливает установочные параметра обмена энергией для каждого транспортного средства и станция обмена энергией осуществляет обмен энергией с транспортными средствами, подключенным к различным портам, каждый процесс обмена энергией происходит согласно соответствующим установочным параметрам обмена энергией.
Для реализации этого станция обмена энергией содержит коммуникационную матрицу для смены соединения силового преобразователя с портами обмена энергией с транспортными средствами. Такая матрица состоит из управляемых переключателей, позволяющих подключать порты к выводам силовых преобразователей. Более того, может быть востребован сменный физический разъем для осуществления обмена энергией с различными транспортными средствами, также как сменные физические разъемы для передачи данных и/или конфигурации для связи согласно различным протоколам для осуществления обмена данными с различными транспортными средствами, изготовленными по различным стандартам. И еще в другом варианте осуществления станция обмена энергией оснащается различными разъемами, прикрепленными к различным портам, по аналогии с типовыми автозаправочными станциями, которые оборудованы раздаточными аппаратами для различных типов топлива.
Большинство современных электротранспортных средств оснащены системами управления аккумуляторной батареей и/или системами управления транспортным средством, порт для передачи данных обмена энергией предпочтительно выполнен с возможностью осуществлять обмен данными с системой управления аккумуляторной батареей или системой управления транспортным средством. Данные системы могут содержать данные относительно установочных параметров обмена энергией, которые могут быть использованы станцией обмена энергией. Также возможно, что транспортное средство содержит устройство обработки данных, например систему управления зарядным устройством, которым оснащается для передачи данных, полученных из системы управления аккумуляторной батареей или из системы управления транспортным средством.
В частности, следующие варианты осуществления могут формировать часть изобретения.
Вариант осуществления, в котором станция обмена энергией взаимодействует с устройством зарядовой связи. Такое устройство может быть реализовано в аппаратном оборудовании, или в программном обеспечении, или в их комбинации, и возможно, но не обязательно, быть размещено на транспортном средстве. Данное устройство, в свою очередь, взаимодействует с устройствами, ассоциированными, по меньшей мере, с одним аккумулятором (системой управления аккумуляторной батареей) и/или устройствами, ассоциированными с транспортным средством (например, системой управления транспортным средством).
В другом варианте осуществления станция взаимодействует с устройством зарядовой связи. Данное устройство, в свою очередь, взаимодействует с устройствами, ассоциированными с транспортным средством (например, Система Управления Транспортным Средством), которая, в свою очередь, взаимодействует с устройствами, ассоциированными, по меньшей мере, с одним аккумулятором (например, Система Управления Аккумуляторной Батареей).
В ином варианте осуществления станция взаимодействует с устройствами, ассоциированными, по меньшей мере, с одним аккумулятором (например, Система Управления Аккумуляторной Батареей).
В дополнительном варианте осуществления станция взаимодействует с устройствами, ассоциированными с транспортным средством (например, Система Управления Транспортным Средством), которая, в свою очередь, взаимодействует с устройствами, ассоциированными, по меньшей мере, с один аккумулятором (например, Системой Управления Аккумуляторной Батареей).
В дополнительном варианте осуществления станция взаимодействует с устройствами, ассоциированными, по меньшей мере, с один транспортным средством (например, Система Управления Аккумуляторной Батареей). Устройства, ассоциированные с аккумулятором, содержат программное обеспечение, которое предназначено для организации безошибочной и оптимальной работы со станцией.
На основании конкретной информации, переданной системой управления аккумуляторной батареей или системой управления транспортным средством, а именно температуры аккумулятора или его части, могут быть применены специальные конфигурации обмена энергией с целью оказания влияния на температуру аккумулятора. Например, АС ток или PWM (широтно-импульсная модуляция) могут быть использованы для увеличения температуры аккумулятора до или во время заряда или во время ее эксплуатации. Если детальная информация доступна относительно (температур) различных ячеек аккумулятора и данные ячейки могут быть расположены отдельно, станция обмена энергией может даже компенсировать разность температур во всем аккумуляторе, например, вызванную нахождением части аккумулятора на солнце.
Кроме того, информация о транспортном средстве или об аккумуляторе, информация из или относительно источника энергии может быть полезна для определения установочных параметров обмена энергией. В случае использование электросети в качестве источника энергии настройки могут быть выполнены на пиковых значениях потребления или стоимости электроэнергии во время конкретных временных интервалах. В случае использования энергия ветра или панелей солнечных батарей в качестве источника энергии прогнозы погоды могут играть роль в определении установочных параметров обмена энергией. Существует вероятность того, что использование множественных источников энергии состоит из определения установочных параметров обмена энергией на основании прогнозов и/или ожиданий пиковых нагрузок источника энергии и/или на транспортном средстве или на аккумуляторе.
Станция обмена энергией может дополнительно быть связана или образовывать часть сети обслуживания канала передачи данных, в котором станция посылает сообщения при определении потребности в техническом обслуживании или при обнаружении дефекта или сбоя в работе.
Конфигурирующее устройство может служить линией связи, объединяющей влияние внешних факторов, таких как ожидаемые пиковые нагрузки (как на источнике энергии, так и на транспортном средстве), осуществление финансовых расчетов, например, с энергетическими компаниями или даже проведение логистических операций с различными транспортными средствами, например, одним собственником парка транспортных средств.
Конфигурирующее устройство может быть связано с информационными системами контрагента и на основании обмена информацией, осуществляемого данными системами, хранящихся данных, таких как данные о пиковых значениях нагрузки или стоимости электроэнергии относительно обмена энергией, по меньшей мере, из одного источника энергии в базе данных для последующего расчета профилей обмена энергии устройством обработки данных. Также возможно соединить конфигурирующее устройство с измерительным устройством, например, из источника энергии для мониторинга процесса обмена энергией и к базовой (изменения в) конфигурации.
Станция обмена энергией может дополнительно быть выполнена с возможностью обмениваться данными между соответствующими портами передачи данных транспортного средства и устройством обработки данных и/или конфигурирующим устройством без использования самих данных. Информация туннелируется, таким образом, между транспортным средством и устройством обработки данных и/или конфигурирующим устройством. Это могло быть использовано для обмена информацией, такой как программное обеспечение или обновление встроенной программы, информация о графике, определение графика поездок и т.п. При этом также возможно послать информацию из конфигурирующего устройства в транспортное средство. Передаваемая информация может, в частности, быть закодирована или зашифрована для того, чтобы предотвратить несанкционированный доступ к данной информации.
Система может содержать более чем одно конфигурирующее устройство, которые могут взаимодействовать с устройством обработки данных, но также непосредственно с другими конфигурирующими устройствами. Например, энергетическая компания и собственник парка транспортных средств имеют различные конфигурирующие устройства, которые обмениваются данными о тарифах пиковых значений и/или ценах на электроэнергию.
Данное изобретение будет пояснено со ссылкой на следующие чертежи, в которых:
фиг.1a-h показывают схематичный вид системы согласно настоящему изобретению;
фиг.2a-f показывают частные варианты осуществления станции обмена энергией согласно изобретению.
Фиг.1а показывает общий вид зарядовой станции согласно настоящему изобретению. Система содержит станцию 2 обмена энергией, устройство 3 обработки данных и конфигурирующее устройство 12. Станция обмена энергией содержит порт для обмена энергией 7 с источником энергией, порт для обмена энергией 4 с транспортным средством, порт для обмена 6 данными с транспортным средством и порт для обмена 5 данными с устройством 3 обработки данных. Устройство 3 обработки данных содержит порт для обмена 5 данными со станцией 2 обмена энергией, порт для обмена 8 данными, по меньшей мере, с одним конфигурирующим устройством 12 и 15 через API 13 и базу 10 данных для хранения 9, по меньшей мере, описания конфигурации и профилей аккумулятора. Конфигурирующие устройства 12 и 15 содержат порт для обмена данными 11, 14 с устройством 3 обработки данных через API 13 и средство, такое как интерфейс пользователя, для редактирования описаний конфигураций в базе 10 данных.
Фиг.1b показывает случай, в котором доступная мощность, поставляемая энергетической компанией, ниже требуемой для зарядки транспортного средства. Данная мощность распределяется по зарядовым выводам согласно приоритету заряда транспортного средства в зависимости от его пробега. Данный приоритет может быть введен в систему через приложение пользователя, которое подключается через API в устройстве обработки данных. Данное приложение может представлять собой современное программное обеспечение системы управления парком транспортных средств или простой интерфейс пользователя, где пользователь может ввести время пробега до следующей зарядки. Доступная мощность энергетической компании может быть известна до программирования установочных параметров в устройстве обработки данных или через API, который взаимодействует (в реальном масштабе времени или в частично - реальной масштабе времени) с программой энергетической компании (интеллектуальная энергосистема). Номера позиций, указанные на чертежах, ссылаются на следующие этапы:
101. Приоритет каждого транспортного средства вводится в компьютерное приложение конфигурирующего устройства;
102. Устройство обработки данных хранит профили транспортных средств в базе данных;
103. Транспортное средство подключается к одному выводу станции передачи энергии и передает данные в станцию передачи энергии;
104. Станция передачи энергии посылает параметры в устройство обработки данных (SOC/данные аккумулятора и т.п.);
105. Устройство обработки данных хранит данные аккумулятора в базе данных и распознает характеристики станции передачи данных (№выводов, общая мощность, т.п.);
106. Устройство обработки данных запрашивает через API максимально доступную мощность в сети;
107. Устройство обработки данных рассчитывает наилучший профиль заряда с учетом всех условий (SOC аккумулятора, энергосети, профили и т.п.);
108. Устройство обработки данных посылает профили заряда в станцию передачи энергии;
109. Станция передачи энергии перераспределяет мощность по выводам. Фиг.1с показывает случай, в котором система оптимизирует профиль заряда на основании требований к эксплуатационному сроку службы аккумулятора. Как правило, чем быстрее скорость заряда, тем выше возможное влияние на срок службы аккумулятора. Используя приложение пользователя, осуществляется ввод данных в систему через API устройства обработки данных, и система может получить информацию о требовании к эксплуатационному сроку службы для определенного потребителя. На основании данного требования профиль заряда и скорость заряда может быть откорректирован для одного пользователя, подключив транспортное средство к системе. Система может также осуществить обмен информацией о требовании к сроку службы аккумулятора и доступным временем, необходимым для осуществления полного заряда аккумулятора;
201. Профили заряда для конкретного клиента и базовый профиль заряда для конкретных аккумуляторов вводятся в устройство обработки данных через приложение;
- 202. Минимально требуемый циклический ресурс для транспортного средства вводится в базу данных через приложение конфигурирующего устройства для использования средства доставки с конкретными аккумуляторами на основании введенного циклического ресурса;
203. Устройство обработки данных хранит новые профили заряда и профили заряда конкретного клиента;
204. Транспортное средство подключается к одному выводу станции обмена энергией и передает текущие данные в станцию обмена энергией и также данные протокольного файла;
205. Станция Обмена Энергией посылает параметры в устройство обработки данных (SOC/данные об аккумуляторе и т.п.) и также принимает хронологические данные пробега транспортного средства, хранящиеся в каталоге системы управления аккумулятором;
206. Водитель, который планирует прибыть на станцию, вводит данные согласно его временной преференции, т.е. времени, остающегося до прибытия транспортного средства на станцию, через интерфейс конфигурирующего устройства (FED-EX PDA, iPhone-приложение);
207. Устройство обработки данных имеет информацию, какой аккумулятор находится на каждом выводе и также о предпочтительном времени окончания заряда. Устройство обработки данных сопоставляет это с требованием циклического ресурса. Корректные профили заряда рассчитываются на основании требований циклического ресурса и требований к времени, остающегося до прибытия на станцию;
208. Устройство обработки данных посылает данные о профилях заряда в станцию обмена энергией;
209. Станция обмена энергией перераспределяет мощность по каждому выводу.
Фиг.1d иллюстрирует случай, в котором устройство обработки данных может взаимодействовать через API между биллинговыми приложениями и приложениями осуществления платежа, которые установлены на компьютерах энергетических компаний или других энергетических провайдеров. С учетом того, что система может ограничивать величину мощности заряда на конкретном разъеме на основании условий договора обслуживания пользователя на поставку энергии. Например, наилучшие условия договора могут означать, что автомобиль может принять 50 kW мощности заряда с высокой скоростью заряда, но базовый договор может иметь условия, согласно которым пользователь может принять 20 kW мощности при низкой скорости заряда;
301. Через приложение конфигурирующего устройства ID номер нескольких аккумуляторов нового клиента вводятся в базу данных сотрудниками отдела продаж;
302. Устройство обработки данных хранит ID аккумуляторов в базе данных;
303. У энергетической компании есть специальные предложения: ТИПОВОЙ договор обслуживания, по которому предлагается поставка 20 kW мощности заряда. На условиях привилегированного договора обслуживания мощность заряда составляет 50 kW. Энергетическая компания определяет соответствие ID Аккумулятора конкретного клиента с типом договора обслуживания. Энергетическая компания передает сигнал о максимально разрешенной мощности заряда для каждого конкретного аккумулятора в устройство обработки данных;
304. Устройство обработки данных хранит информацию о максимально разрешенной мощности для каждого аккумулятора в базе данных;
305. Пользователь подключает транспортное средство к выводу станции обмена энергией, и данные, включающие в себя информацию об ID аккумулятора, передаются на станцию обмена энергией;
306. Станция обмена энергией посылает значения параметров в устройство обработки данных (ID Аккумулятора/SOC/данные аккумулятора и т.п.);
307. Устройство обработки данных сопоставляет ID аккумулятора со значением максимальной мощности и рассчитывает наилучший профиль заряда;
308. Устройство обработки данных посылает информацию о профиле заряда в станцию обмена энергией;
309. Станция обмена энергией соответственно управляет процессом заряда.
Фиг.1е показывает случай, по аналогии со случаем, показанным на фиг.1d, где транспортное средство не оборудовано системой управления аккумулятором. Система (устройство обработки данных) может взаимодействовать через API между биллинговом приложением и приложением осуществления платежа, установленные на компьютерах энергетической компании или у других провайдерах электроснабжения. В этом качестве данная система может ограничивать величину мощности заряда на конкретном зарядовом разъеме на основании вида договора обслуживания пользователя. Например, привилегированный вариант договора обслуживания может означать, что автомобиль может принять 50 kW мощности заряда при высокой скорости, а базовый вариант договора обслуживания может означать, что пользователь может принять только 20 kW при низкой скорости заряда;
401. Через приложение конфигурирующего устройства номер ID нескольких аккумуляторов нового клиента вводятся в базу данных специалистами отдела продаж; пользователь идентифицируется через систему смарт-карт на зарядовом выводе. Данные посылаются через модем терминала платежа за услуги зарядки посредника. Пользователь устанавливается одновременно с месторасположением вывода заряда;
402. Энергетическая компания имеет специальные предложения: согласно базовому варианту договора обслуживания поставляется 20 kW мощности заряда. Привилегированный вариант договора обслуживания предполагает поставку 50 kW мощности заряда. Энергетическая компания имеет базу данных, содержащую месторасположение зарядного устройства. Кроме того, там содержатся информация о смарт-картах и данные пользователя. Как только энергетическая компания принимает запрос 1 смарт-карты от ее владельца, устанавливается связь, и эти данные посылаются в устройство обработки данных для установки максимальной мощности;
403. Устройство обработки данных принимает установочные параметры максимальной мощности и формирует сигнал готовности заряда;
404. Устройство обработки данных посылает сигнал готовности заряда в станцию обмена энергией;
405. Станция обмена энергией подключает транспортное средство и VMS поток информации;
406. VMS посылает сигнал запроса мощности заряда в станцию обмена энергией;
407. Станция обмена энергией посылает сигнал запроса VMS в устройство обработки данных;
408. Устройство обработки данных сопоставляет значение максимальной мощности с запрашиваемой мощности и посылает сигнал в станцию обмена энергии;
409. Станция обмена энергией информирует VMS о том, что возможно поставить только максимум 20 kW, и начинает поставку энергии.
Фиг.1f показывает систему с интерфейсом с местной (международной) сервисной компанией, которая обеспечивает информацией о функционировании системы. В случае сбоя в работе система посылает код неисправности в местную сервисную компанию (через API устройства обработки данных), информируя о неисправности оборудования;
501. Во время работы в типовом режиме станция обмена энергией посылает данные относительно функционирования оборудования в устройство обработки данных. Эти данные используются для осуществления анализа работоспособности;
502. В случае неисправности в работе зарядовое устройство сигнализирует о неисправности. Станция обмена энергией посылает сигнал кода неисправности в устройство обработки данных;
503. Устройство обработки данных хранит все эксплуатационные данные и коды неисправности;
504. Сервисная и установочная компания в конкретной стране посредством использования программы принимает сигнал кода неисправности. Сервер внутренней структуры посылает сообщение в службу технической поддержки о потребности в обслуживании зарядного устройства, которое незамедлительно фиксируется и определяется, какие запасные части оборудования следует использовать. Таким образом, зарядное устройство будет быстро введено в строй;
505. Посредством использования приложения технического обслуживания конфигурирующего устройства возможно внимательно изучить случаи поломок и выяснить причины их возникновения.
Фиг.1g показывает пример, в котором срок службы аккумулятора может быть заранее известен на основании статистических данных эксплуатации аккумуляторов и данная информация предлагается для использования лизинговым компаниям;
601. Во время нормального режима эксплуатации станция обмена энергией посылает данные о состоянии аккумуляторов в устройство обработки данных;
602. Устройство обработки данных хранит все данные об аккумуляторах, находящиеся в процессе эксплуатации;
603. Через приложение конфигурирующего устройства о сроке службы аккумулятора, с использованием программного обеспечения систем, может изучить данные о работоспособности аккумуляторов в процессе их эксплуатации и осуществить анализ результатов тренда срока службы аккумуляторов. Таким образом, существует возможность предвидеть окончание эксплуатационного срока каждого аккумулятора и послать эти данные в устройство обработки данных;
604. Лизинговая компания принимает информацию о фактическом состоянии каждого аккумулятора и о его возможном сроке эксплуатации и использует эти данные для коммерческих целей.
Фиг.2а показывает схематический вид примера силового преобразователя 700 для использования в станции передачи энергии согласно изобретению. Станция передачи энергии содержит многофазовый (например, трехфазовый) AC/DC преобразователь 701, который соединен с DC/DC преобразователем 702, содержащий гальваническую развязку. DC/DC преобразователь соединяется с многофазовым (например, четырех) DC/AC конвертером 703.
Фиг.2b показывает упрощенную электрическую схему преобразователя 700, показанного на фиг.2а, в котором соответствующие ссылочные номера указывают на соответствующие части. Преобразователь использует переключатели 704, которые управляются микроконтроллером (не показан).
Фиг.2с показывает пример, в котором станция 705 обмена энергией состоит из внутренних нескольких силовых преобразователей 706 (например, но не обязательно AC/DC преобразователи), коммуникационной матрицы 707 для сменного соединения силовых преобразователей с портами для обмена энергии с транспортными средствами. Порты состоят из диспетчера 708 соединений, системы, которая осуществляет управление одного конкретного соединения, вывода, состоящего из порта данных и DC энергии, кабеля для зарядного устройства и на конце кабеля для зарядного устройства - разъем для соединения станции обмена энергией с транспортным средством.
На основании конфигурации каждый силовой преобразователь или многофазные силовые преобразователи совместно могут быть подключены к одному выводу станции обмена энергией. В данном качестве такая конфигурация может распределить мощность по многочисленным выводам станции обмена энергией и на каждом выводе, устанавливая различные уровни мощности, напряжения или тока.
Диспетчеры соединений будут управлять каждым соединением (передачей данных, передачей мощности, выполнением мероприятий по технике безопасности), таким образом, данная конфигурация способна использовать одновременно различные стандарты соединений, кабелей и физических разъемов на одной станции обмена энергией. Дополнительно, без дополнительных усилий, один диспетчер соединений (плюс кабель и разъем) и, следовательно, один порт обмена энергией может быть заменен другим, так как все соответствующие протоколы и мероприятия по выполнению техники безопасности осуществляются диспетчером соединений. Это увеличивает гибкость в работе станции обмена энергией в ответ на требования клиентов, кроме того, позволит проникнуть на рынок конкретных систем зарядных устройств и т.п.
Фиг.2d показывает вариант осуществления станции 709 обмена энергией, которая состоит из внутреннего конфигурируемого блока 710 питания, имеющий множество выводов, которые соединены (возможно, закреплены) с портами обмена энергией станции обмена энергией. Данные порты, в свою очередь, состоят из диспетчера соединений, системы, которая управляет одним конкретным соединением, вывода, состоящего из порта данных и DC энергии, кабеля для зарядного устройства, на конце кабеля для зарядного устройства установлен разъем для соединения станции обмена энергией с транспортным средством.
Конфигурируемый блок питания может корректировать силу тока, напряжение и уровень мощности на каждом выводе. По существу, данная конфигурация может также распределять мощность по множеству выводов станции обмена энергией на разных уровнях мощности, напряжения или силу тока на каждый вывод. Диспетчера соединений могут быть идентичны описанным в предыдущих вариантах осуществлений.
Фиг.2е показывает станцию 711 обмена энергией, которая представляет собой комбинацию вариантов осуществления 1 и 2. Станция обмена энергией может состоять из внутреннего конфигурируемого блока питания, имеющий множество выводов, который представляет собой коммуникационную матрицу.
Фиг.2f показывает станцию 712 обмена энергией, в которой диспетчеры соединений могут быть установлены на силовых входах станции заряда, где диспетчеры управляют передачей данных, передачей мощности и выполнения техники безопасности на каждом силовом входе индивидуально.
Различные диспетчеры соединений могут быть имплементированы для соединения и оптимального взаимодействия с различными источниками, такими как энергетические компании (различные энергетические компании), источниками энергии ветра, источниками энергии, выработанной панелью солнечной батареи, локальные накопители энергии (аварийное питание, выравнивание нагрузки) или любой другой источник энергии. Оптимальное взаимодействие возможно только в случае наличия у источника энергии коммуникационного средства.
Диспетчеры соединений оснащены микропроцессором и могут, следовательно, осуществлять обмен информацией между зарядовой станцией и источником энергии (энергетической компанией) или информировать станцию обмена энергией об избытке энергии (которая может быть использована для ускорения процесса заряда), когда один из входов является ветровой турбиной и сила ветра превышает прогнозируемое значение.
Кроме того, варианты осуществления и примеры показали, что настоящее изобретение может быть применено различными способами, которые находятся в пределах объема охраны, как определено в нижеследующей формуле изобретения.