用于管理電網電力供應的系統的制作方法

用于管理電網電力供應的系統的制作方法
【專利摘要】本申請涉及用于管理電網電力供應的系統。總體而言，本實用新型致力于一種新型汽車充電技術，其能夠監視、控制和調節由安裝在住宅或者商業設施中的充電點消耗的電能，以允許在不使從中對充電點饋電的斷路器跳閘的前提下動態地調整由充電點吸取的充電電流。
【專利說明】用于管理電網電力供應的系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電網電力管理領域，涉及一種用于管理針對充電點的電網電力供應的系統。更具體地，本實用新型提供用于管理在住宅設施中工作的充電點的技術。
【背景技術】
[0002]電力通常以單相或者三相電力供應的形式通過主電力系統供應給住宅、商業和工業區中的用電站點(cites)和設施。電力通過服務電力線路從電網供應給這樣的工業和住宅設施，并且通常通過電力服務面板(即，主電力板)分配到各個用電支路，每個用電支路用于供應特定的用電區域或者公共設施。
[0003]通常，使用諸如檢測短路、接地故障(泄露)或者過量電流消耗(drawing) (S卩，過載電流)的剩余電流裝置(RCD)和電路斷路器之類的保護裝置，并且該保護裝置在這種狀況下斷開(切斷)供應給用電支路的電力。電力服務面板通常包括主斷路器，該主斷路器被設計為斷開由將電力中繼到數個支路斷路器的面板接收的總電力供應。每個支路斷路器被設計為切斷對耦合到特定支路的電力供應。給住戶、住宅和商業設施供應的電力通常用于起動和操作通常被認為是低功率電器的家用電器和裝置(例如，洗滌器、烘干機、爐、烤箱、加熱器、空調，等等)。
[0004]例如，典型的主電路斷路器(MCB)可以被設計為每當由支路電路消耗的總電流超過25安培到40安培時斷開電力供應，并且典型的支路斷路器應每當由支路電路消耗的電流超過10到20安培時跳閘。這種斷路器電路通常適用于供給給典型的住戶消耗支路，而不適用于需要更高電流的更加耗電的電器。
實用新型內容
[0005]住宅設施現在通常可配備有用于為(例如用于電動車輛中的)重載電池再充電的充電點。由于充電點需要相對較高的電功耗才能在可接受的時段內將電池完全充電，故而操作住宅設施中的這種充電點是一項具有挑戰性的任務。
[0006]與家用電器和裝置相比，設置在住宅設施中的充電點可能會導致更大量的電流被消耗。另一方面，住宅的可用電量(electical capacity)受限,其可用電量通常由服務電力線路(power line)的導線容量設定。對于一些住宅來說，當多種電力裝置(例如，洗滌器、烘干機、空調，爐、烤箱、電熱器，等等)正同時使用時，在電力負載上增加充電點可能會引起住宅里的主斷路器跳閘。
[0007]本領域需要一種新型汽車充電技術(并且該技術是有用的)，該技術能夠監視、控制和調節由安裝在住宅設施中的充電點消耗的電能，以允許在不使從中為該充電點饋電的斷路器跳閘的前提下動態地調整由充電點吸取的充電電流。
[0008]住宅充電點用于允許電動車輛的用戶在使用期之后或使用期中間，當停泊在其住宅附近時，對其車輛進行充電。在很多情況下，充電點安裝在住戶的現有設施連接中，這主要是由于部署專用于充電點的額外的、新的連接需要相對高的成本。因此，在很多情況下，充電點與其余的家用支路電路和電器共用同一主饋電電路。
[0009]這種重載充電點相對而言為一大消耗體，其標稱功耗的范圍在3KW (針對正常充電)到(最高達)22KW (針對快速充電)之間，其中最小充電功率為1.4KW。由于電動車輛的完全充電會話(session)通常為一耗時的過程，可能需要好幾個小時，因此期望的是，在從同一個饋電支路饋電的其他電器操作期間，使由這種住宅充電點進行的充電會話能夠在不使支路斷路器電路跳閘的前提下，吸取最大可用電功率。
[0010]典型地，由安裝在現有家用設施連接中的住宅充電點對電動車輛充電明顯地增加了由過載事件導致的超過準許連接功率以及主電路斷路器跳閘的可能性。盡管可以通過限制充電點在任意時刻可吸取的最大充電功率來避免主電路斷路器跳閘，但是由于這種配置將導致充電過程極其耗時，故而是不可取的。
[0011 ] 本實用新型旨在提供一種住宅充電點，其能夠在住戶中的所有電器和電路都在全力工作的最壞狀況下調節所吸取的充電功率，該住宅充電點根據其它電器所消耗的電流，在不超過最大設施連接功率從而避免電路斷路器跳閘的前提下，調配所吸取的充電功率。
[0012]因此，本實用新型提供通過如下方式來優化對現有家用設施連接的部署:在任何給定時間調節電動車輛可吸取的最大充電功率(電動車輛標準所固有地支持的特征)，提供現有住戶設施連接的最優化布置，由此避免過載事件和消除將導致對于整個住戶的電力斷開的主饋電電路斷路器的跳閘。
[0013]根據一些實施例，充電點可以安裝在現有的電力基礎設施內。充電點安裝在主電路斷路器的下游。相應地，充電點可以與其他的家用負載和電器并聯連接，所述其他的家用負載和電器禁止充電點直接感測經上游支路通過主電路斷路器饋送的總電流。
[0014]本實用新型通過提供一種新型住宅電力系統來滿足上述需要，該新型住宅電力系統通過從本地電網獲得電力的服務電力線路被供電。住宅電力系統控制電動車輛通過充電點可吸取的電流量。該控制基于對在電器支路和充電點(CS)上所吸取的電流量的測量來避免超過住宅的可用電量以及主電路斷路器跳閘。
[0015]住宅電力系統一般包括電力服務面板、一個或更多電器、電動車輛充電點和控制系統。電力服務面板包括主電路斷路器，該主電路斷路器耦合到服務電力線路，并且用于將由所述服務電力線路供應的電力分給一個或更多電器支路和充電點支路。電器設置在電器支路中。電動車輛充電點設置在充電點支路中，并且用于給電動車輛的電池進行充電。控制系統控制電動車輛充電點為了給電池充電而吸取的電流。控制系統調整由充電點吸取的電流，以確保經過在主電路斷路器下游的饋電線路所消耗的總電流在長于預定時段的時段內，不超過主電路斷路器準許的標稱/準許電流限制，從而避免主電路斷路器跳閘。
[0016]在一些實施例中，電力服務面板也包括家用剩余電流裝置、一個或者更多電器斷路器、充電點剩余電流裝置和充電點電路斷路器。家用剩余電流裝置設置在電器用電支路中主電路斷路器的下游。電器電路斷路器設置在電器用電支路中家用剩余電流裝置的下游，并且通過家用剩余電流裝置耦合到主電路斷路器。充電點剩余電流裝置設置在充電點支路中主電路斷路器的下游。充電點電路斷路器設置在充電點支路中充電點剩余電流裝置的下游。充電點電路斷路器通過充電點剩余電流裝置耦合到主電路斷路器。
[0017]控制系統包括電流感測元件和控制器電路，并且也可包括電流調節器。電流感測元件置于服務面板(其設置在饋電線路中主電路斷路器的下游)中，并且用來測量由電器支路和充電點支路所吸取的總電流，并產生表示該總電流的電流傳感器信號。使用時，電流調節器與正連接到充電點的控制電路并連接到充電點的電力輸出的充電點相關聯，并且該電流調節器也可連接到車輛的控制器/充電器(例如，設置在電動車輛充電點的關于向車輛供電方向的下游)。在該設置下，電流調節器調整由充電點吸取的電流。控制器電路電耦合到電流感測元件并且對電流傳感器信號做出應答。控制器電路可以位于充電點處，并且可以耦合到電流調節器，或者可替代地，可以適于向車輛的充電器/控制器發出表示車輛可從饋電線路中吸取出的充電電流的控制信號。因此，控制器電路能夠產生用于控制電流調節器的操作或者直接控制車輛的充電器/控制器的操作的控制信號。
[0018]如上所述，使用時，電流調節器與充電點相關聯，例如，電流調節器內嵌/安裝在充電點中，并且電流感測元件安裝在電力服務面板中。在示范性實施例中，控制器電路駐留于充電點或者電力服務面板處，或者其設施分布于充電點和電力服務面板之間。因此，充電點和電力服務面板被配備有恰當的通信設施以用于這兩者間的數據交換，例如，發送表示由電流感測元件感測的到控制器電路的電流的信號。
[0019]因此，根據本實用新型的一個大方面，提供一種住宅電力系統，通過服務電力線路被供電，該住宅電力系統包括:電力服務面板，其包括耦合到所述服務電力線路的主電路斷路器 ，該主電路斷路器用于在多個電器支路之間劃分所述服務電力線路的電力供應，其中所述多個電器支路包括用于給電動車輛的電池充電的充電點支路；以及控制系統，其用于控制所述充電點為了給所述電池充電而可吸取的電流以避免所述主電路斷路器跳閘，所述控制系統在使所述主電路斷路器不斷線的前提下提供所述主電路斷路器的與所述充電點的電流供應狀況相對應的最優電流-時間特性。
[0020]所述控制系統用于識別所述電器支路的總電流消耗，并用于按照如下方式定義所述充電點的所述電流供應狀況:(i)在不影響電流值的前提下為所述電流供應狀況確定一時間限制，(?)確定對所述充電點的所述電流供應是否會被中斷和(iii)確定是否應針對一預定時間段將供應給所述充電點的所述電流值降低。
[0021]所述控制系統可包括:電流感測元件，設置在與所述服務電力線路相關聯的所述主電路斷路器的下游，用于測量所述至少一個電器支路和所述充電點支路所吸取的總電流，并產生表示所述總電流的電流傳感器信號；以及控制器電路，其電耦合到所述電流感測元件，并且用于響應于所述電流傳感器信號而產生用于調節充電過程的控制信號。
[0022]在某些實施例中，所述控制系統包括電流調節器，該電流調節器連接到所述充電點的電力輸出端和所述控制器電路，并且可連接到所述車輛的充電器，所述電流調節器調整在充電過程期間所吸取的充電電流。可替代地，在某些實施例中，所述控制系統可連接到所述車輛的充電器，并且所述控制器電路將控制信號傳送給所述車輛的所述充電器，以調整由所述車輛在充電過程期間吸取的所述充電電流。
[0023]相應地，在某些實施例中，所述系統可用于調節充電點通過電力消耗線路消耗的充電電流，其中，所述電力消耗線路在電力服務面板處從服務電力線路中分支出，所述電力服務面板包括主電路斷路器。所述控制器電路執行以下步驟:接收和分析表示通過所述服務電力線路供應給所述電力服務面板的電流的信號；在確定所述電流大于由所述主電路斷路器限定的準許電流時，選擇性地實施下列步驟:如果所述供應電流在容許偏差內(例如，低于容許偏差電流而高于所述準許電流)，則估計出一準許時段，并且允許在所述準許時段內用所述供應電流繼續進行充電，其中在所述準許時段內，所述充電點能夠在不使所述主電路斷路器跳閘的前提下消耗與所述供應電流基本相等的電流；以及如果所述供應電流不在容許偏差內(例如，高于所述容許偏差電流)，則指示所述充電點減少或者斷開所述充電電流。
[0024]在某些實施例中，一旦所述準許時段耗盡，所述控制器則指示所述充電點減少或者斷開所述充電電流。
[0025]根據某些實施例，提供一種用于調節充電點通過電力服務面板的充電點支路消耗的充電電流的系統，其中所述電力服務面板包括主電路斷路器，所述主電路斷路器耦合到服務電力線路，主電路斷路器在包括所述充電點支路在內的多個電器支路之間劃分所述服務電力線路的電力供應。在某些實施例中，所述控制器電路被配置且可操作為執行以下操作:接收和分析表示通過所述服務電力線路供應的電流的信號；為所述充電確定一不會導致通過所述服務電力線路供應的電流超過由所述主電路斷路器限定的準許電流(例如，標稱電流限制)的最大充電電流；指示所述充電點將所述充電電流限于所述最大充電電流；以及周期性地或者持續地接收和分析表示通過所述服務電力線路供應的電流的另外的信號，并且每當確定所述電流大于所述準許電流且低于容許偏差電流時，允許在基于所述另外的信號所確定的限制時段內，用所述最大充電電流繼續進行所述充電。
[0026]所述控制器電路可以用于一旦所述限制時段耗盡，則指示所述充電點減少或者斷開所述充電電流。
[0027]如果所述供應電流不在所述容許偏差內，則所述控制器電路可以指示所述充電點減少或者斷開所述充電電流。
[0028]在某些可用實施例中，所述電力服務面板通過一個或者更多個串聯連接的上游電力服務面板連接到服務電力線路，每個上游電力服務面板包括耦合到饋電線路的主電路斷路器，所述主電路斷路器用于在多個電器支路之間劃分所述饋電線路的電力供應。在這種配置中，如下所述，該控制器可以用于接收和分析表示通過一個或更多個串聯連接的上游電力服務面板的饋電線路供應的電流的信號，并且基于所接收的信號，在通過上游電力服務面板的饋電線路中的一個或更多個饋電線路供應的電流大于標稱/準許電流限制的情況下，確定充電電流和/或準許時段，以繼續進行充電。
[0029]例如，所述電力服務面板的所述電力供應可通過級聯連接的一個或者更多個上游電力服務面板來供應，每個上游電力服務面板包括相應的主電路斷路器，該主電路斷路器與其相應的服務電力線路相關聯。在該配置中，所述控制系統可包括相應的一個或者更多個附加電流感測元件，每個附加電流感測元件用于對通過所述一個或者更多個上游電力服務面板之一的相應主電路斷路器供應的總電流進行測量，并產生表示所測得的總電流的電流傳感器信號。所述控制器電路可耦合到相應的所述一個或者更多個附加電流感測元件，并且用于響應于來自所述電流感測元件和來自所述附加電流感測元件的所述電流傳感器信號而產生在不使任何一個所述主電路斷路器斷線的前提下調節所述充電過程的控制信號。
[0030]至此相當寬泛地概述了本實用新型較重要的特征，以便可以更好地理解下文的【具體實施方式】。本實用新型其他的細節和優勢會在【具體實施方式】中進行闡述，并且部分將從下列描述中認識到，或者可通過實踐本實用新型而獲知。【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了理解本實用新型和觀察其在實際中怎樣實施，現在將參照附圖，僅以舉非限定性示例的方式來對實施例進行描述，在附圖中，相同的附圖標記用于表示具有相同或相似功能的元件或動作，并且其中:
[0032]圖1A和圖1B是包括電動車輛充電點的住宅電力系統的示意性方框圖；
[0033]圖2是示意性示出一種根據某些實施例的用于調節由充電點供應的充電電流的系統的方框圖；
[0034]圖3是示意性示出一可用實施例的方框圖，其中充電點通過數個主電路板連接到電網；以及
[0035]圖4是依據本實用新型的可用實施例的例示調節充電功率的過程的流程圖。【具體實施方式】
[0036]參照附圖和所附的描述，可以更好地理解根據本實用新型的住宅電力系統的原理和操作，其中該住宅電力系統可以控制電動車輛經由充電點所消耗的電流量。應該理解的是，下列的描述中給出的這些附圖和示例僅用于圖解說明的意圖并且不意在限制。在本實用新型的描述中，相同的參考羅馬數字和字母字符將始終用于表示該系統中共用的部件及其在附圖中顯示的部件。應該注意的是，圖示說明了本實用新型的多個實施例的附圖中的方框旨在僅作為功能實體，以此顯示實體間的功能關系而不是任何物理連接和/或者物理關系。
[0037]如上所述，典型的住宅電力系統一般可以包括電動車輛充電點作為其電器/負載中的一個。然而，充電點會使更大量的電流被消耗，而住宅的可用電量受限，因此當同時使用多個電力裝置(例如，洗滌器、烘干機、空調、爐、烤箱、電熱器，等等)時，為傳統電力系統增加一充電點可能會引起住宅中的主斷路器跳閘。在這一點上，參照圖1A和1B，其示意性地示出可包括電動車輛充電點11的典型住宅電力系統。
[0038]在圖1A的示例中，可以安裝在任何合適的住宅中(例如，獨棟住宅、公寓，等等)的住宅電力系統10包括電動車輛充電點11，并且通過從本地電網(未示出)獲取電力的三相服務電力線路12供電。服務電力線路12耦合到電力服務面板14的主電路斷路器13。應該理解的是，如果主電路斷路器13處于關斷位置或者已經跳閘，則沒有電力被提供給住宅里的電器。電力服務面板14在一個或者更多個電器支路15a、15b和充電點(CS)支路16之間劃分電力供應。在圖1A中僅示出兩個電器支路15a、15b。用電支路15a、15b由三相電力線路饋電，并且用于給電器151a、151b提供電力，而CS支路16由單相線路饋電，并且用于給電動車輛充電點11饋電。相應地，因此充電點與電器151a、151b并聯連接，它們可以共用公共饋電相。
[0039]電力服務面板14通常也包括家用剩余電流裝置(RCD)17，其共用于電器支路15a、15b，并且設置在主電路斷路器13的下游。電力服務面板14進一步包括設置在電器支路15a、15b中的一個或者更多個電器電路斷路器18、18b，電器支路15a、15b對應地通過家用剩余電流裝置(RCD) 17耦合到主電路斷路器13。電力服務面板14還包括設置在CS支路16中的充電點電路斷路器19。CS斷路器19通過CS剩余電流裝置(RCD) 170耦合到主電路斷路器13。
[0040]圖1B顯示了典型住宅電力系統100的另一個示例性配置的示意性方框圖，該系統可以包括電動車輛充電點11。住宅電力系統100與圖1A所示的住宅電力系統10的區別是CS支路16被供應三相電而不是一相電。
[0041]現在參照圖2，其示出根據本實用新型使用的使電力能供應給電動車輛(EV)充電點21的住宅電力系統20的配置的示意性方框圖。可以將住宅電力系統20安裝在任何住宅(例如，獨棟住宅、公寓，等等)，該住宅電力系統20通過從本地電網(未示出)獲取電力的三相服務電力線路12被供電。住宅電力系統20包括電力服務面板24，該電力服務面板24將所供應的電力分成幾個用電支路，例如一個或多個電器支路25a和25b以及充電點(CS)支路26。圖1A中僅示出兩個電器支路25a和25b。還應當理解，盡管圖2中示出一個CS支路26用于一個相應的充電點21，但是根據需要可以使用多于一個充電點(CS)支路，其中每個CS支路用于一個相應的EV充電點。
[0042]服務電力線路22耦合到電力服務面板24的主電路斷路器23。應該理解的是如果主電路斷路器23處于關斷位置或者跳閘，則沒有電力被提供給住宅中的電器。電器支路25a和25b由單相或者多相電力線路饋電，并且用于對應地給電器251a，251b供電。應該理解的是，根據需要，每個支路25a或者25b可以包括因此與電器251a和/或251b連接的附加電器。在圖2所示的示例中，支路25b包括因此與電器251b連接的附加電器252b和253b。然而也可以設想到電器連接的其他配置。
[0043]例如，參照圖3，充電點21可以經過多個主電路板24a，24b，....，24η連接到電網(通過單相或者多相電力線路)。在本示例中，每個主電路板24a, 24b,接收其相應的饋電線路22a ，22b，….，24η (其可以是單相或者多相電力線路)，其中電力線路22a是服務電力線路22，電力是從本地電網通過服務引入電力線路22進行饋送的。在每個主電路板24a，24b，....,24η中，相應的饋電線路22a，22b，....，24η連接到相應的主電路斷路器23a, 23b,....，23η，而后饋電支路進入相應的電器255a，255b，....，255n。
[0044]在該特定示例中，主電路板24a，25b，….，24η串聯連接，使得每個主電路板由先前的主電路板的支路饋電。充電點21和控制系統290連接到第η主電路板24η，該第η主電路板24η可以是按此類型的級聯連接中的最后一個，或者是中間的主電路板。在該配置中，控制系統290用于調節由充電點21消耗的充電電流，以防止任何上游主電路斷路器23a，23b,....，23η 跳閘。
[0045]為了此目的，饋送給每個上游主電路斷路器23a，23b，-.,23η的電流由相應的電流感測元件293a，293b，....，293η監控，電流感測元件293a，293b，….，293η用于測量通過相應的饋電線路22a，22b，....，22η饋送給相應的主電路板24a，24b，....，24n的電流。為此，每個電流感測元件293a，293b，....，293η可以包括相應的通信模塊295a，295b，....，295η，所述通信模塊295a，295b，….，295η用于發送表示測得的由與電流感測元件293a，293b，....，293η耦合的相應的饋電線路22a，22b，….，22η饋送的電流的信號。通信模塊295a，295b，....，295η可以用于使用合適的傳統信號通信技術(例如，下文所述的數據通信技術)發送其信號指示。
[0046]CS支路26由單相或者多相電力線路饋電，并且用于給電動車輛充電點21饋電。相應地，電動車輛(EV)電池充電器因此并聯連接到住宅中的電器(例如，圖2中的251a，251b，252b，253b)。應該可以理解的是，電器的數量是示例性的，并不限于圖2或者圖3中所示的電器的實施例。電器251a，251b，252b，253b (或者圖3中的255a到255n)可以是電力裝置(例如，洗滌器、烘干機、空調、爐、烤箱、加熱器，等等)，其從服務電力線路22吸取電流。
[0047]電力服務面板24也包括家用剩余電流裝置(RCD) 27，其共用于電器用電支路25a和25b(圖3中標明為25a/b)，并且設置在主電路斷路器23的下游。電力服務面板24進一步包括設置在電器支路25a和25b中的一個或者更多電器斷路器28a和28b (參看圖2)，相應地，其通過家用剩余電流裝置(RCD) 27耦合到主電路斷路器23。
[0048]電力服務面板24也包括設置在CS支路26中的主電路斷路器23的下游的CS剩余電流裝置(CS RCD) 270。電力服務面板24也包括設置在CS用電支路26中的充電點電路斷路器29。CS電路斷路器29通過CS剩余電流裝置270耦合到主電路斷路器23。
[0049]根據本申請的實施例，根據動態電流限制算法(DCLA)來對由充電點21吸取的電流進行控制，該動態電流限制算法(DCLA)提供用于依據總住宅電流消耗來動態調整充電電流的指令。為了避免在高電力負載的情況下充電停止，DCLA考慮到每個傳統電路斷路器可以由一電流-時間特性(prof ile)特征化，該電流-時間特性定義了在高于標稱/準許電流限制的給定電流值的情況下將住宅電網操作的特定時間限制。換句話說，大于標稱/準許電流限制(本文中又稱為容許偏差)的一定過量電流仍被電路斷路器允許，但是僅僅是在一預定時段內被允許。
[0050]然而，當超過該時間限制時，電路斷路器將跳閘(或者保險絲燒毀)。例如，當電流負載為135%時，電網可以在操作大約一個小時而主電路斷路器不跳閘，但是當電流負載達到145%時，電網在主電路斷路器不跳閘的前提下操作的時間限制可以降低到大約0.5小時。應該注意的是，電路斷路器的電流-時間特性典型地與某個標準(其在不同的國家有所不同)相關聯。應該注意的是，傳統的電路斷路器通常具有可以明顯高于標稱電流(例如，有時處于標稱準許電流的三倍到十倍的量級，這取決于所使用的電路斷路器的類型)的跳閘電流，這引起即時的(例如，在大約100毫秒的時段內)電流關斷。
[0051]為了控制和調節由電器(圖2中的251a，251b，252b，253b和圖3中的255a-n)和充電點21消耗的總電能，則住宅電力系統20包括控制系統290，該控制系統290用來控制可以給電動車輛210的電池21 Ob充電的充電點21所吸取的電流。例如，當由所有電器和充電點所吸取的電流量超過主電路斷路器23可允許的標稱電流限制時，控制系統將估計如果總消耗電流大致保持不變，那么主電路斷路器將在多長時間(時間量Ttaip)之后跳閘，并且相應地確定充電過程可在主電路斷路器不跳閘的前提下進行的準許持續時間T(IXTtaip)。一旦在總消耗電流無任何降低的前提下準許持續時間T耗盡，則控制系統290調整由充電點21吸取的電流，從而確保通過服務電力線路22消耗的總電流不超過該準許的標稱準許電流限制，進而避免主電路斷路器23跳閘。
[0052]換句話說，每當所測得的通過主服務電線路22消耗的總電流大于標稱準許電流限制，但在預定容許偏差電流內時，控制器290分析所測得的消耗的總電流，并且相應地確定被允許用相同充電負載繼續進行充電過程的特定準許時段T。由控制器290確定的準許時段需要短于主電路斷路器對具體的所測量的總消耗電流的響應時間(Iteip)，以防止電流中斷(跳閘)。
[0053]如果充電點21通過圖3例示的級聯配置類型連接到電網，并且所測得的經過饋電線路22a，22b，....,22n之一消耗的總電流大于標稱準許電流限制，但在預定容許偏差電流內，則控制器290為相應的上游主電路斷路器確定特定準許時段Τ，并且使用該特定準許時段T進行計時，在該特定準許時段T內，充電電流可以在不改變充電負載的前提下繼續下去。
[0054]如果所測得的通過饋電線路22a，22b，....，22η消耗的總電流中的兩個或者更多個總電流大于標稱準許電流限制，但在預定容許偏差電流內，則控制器290為相應的上游主電路斷路器確定特定準許時段Τ，并且使用所確定的最小準許時段T進行計時。例如，如果所測得的通過饋電線路22a，22b，-.,22η消耗的總電流中的所有總電流均大于其相應的主電路斷路器23a，23b，....,23η的標稱電流限制，但在其相應的預定容許偏差電流內，則控制器290為每個相應的上游主電路斷路器23a，23b，....，23η確定相應的特定準許時段Ta，Tb,…，Tn，并且使用所確定的最小準許時段，即，最小(Ta，Tb,…，Tn)進行計時，在該最小準許時段內，充電電流可以在不改變充電負載/電流的前提下繼續下去。
[0055]如果所測得的通過饋電線路22a，22b，....，22η—個或者更多個所消耗的總電流大于其相應的主電路斷路器23a，23b，....,23η的容許偏差電流，則控制器290指示充電點21降低消耗的充電電流，或者可替代地，指示充電點21斷開充電電流，直到所測得的饋電線路中的電流允許充電過程重新開始為止。
[0056]假如在允許持續時間T的計時期間，饋電線路中的任意一條中消耗的總電流增加，和所測得的電流仍舊在容許偏差電流內，則控制系統290可以操作下列操作中的一個:確定新的準許持續時間T以相應地用于計時；指示充電點21降低由充電點21消耗的充電電流；或者可替代地，停止/暫停充電過程，直到住宅電力消耗允許充電過程重新開始為止。控制系統290可以 用于管理包括多個充電周期的充電過程，如與本申請的受讓人相同的以色列專利申請N0.218213所述的，該專利申請所公開的內容并入本文作為參考。
[0057]為此，控制系統290可以用于執行以下操作:
[0058](a)優化暫停(在暫停期間，充電過程暫時停止)次數，以便在主電路板在充電過程期間不跳閘的前提下給電池充電。例如，控制系統可限制允許的暫停次數不超過允許的最小次數，否則充電過程可以被車輛的充電控制器停止；
[0059](b)在充電過程期間最大化充電電流值(達到一特定最大值);
[0060](C)可選地，⑴將充電過程通知給充電點的用戶，包括例如充電過程由于另一個電器的操作而被打斷，以及(ii)將充電電流通知給電網的運營商，從而使供電商在需要時能管理全局的電網操作。
[0061]控制系統290包括電流感測元件(CSE) 293，該感測元件(CSE) 293設置在饋電線路230中主電路斷路器23的下游，并且用于測量由包括電器支路25a和25b以及CS支路26在內的所有用電支路吸取的總電流。控制系統290也包括設置在EV充電點21的下游的電流調節器291，以及電耦合到電流感測元件293和電流調節器291的控制器電路292。
[0062]在操作中，控制器電路292對由所有用電支路吸取的電流的變化做出響應，并且用于生成針對電流調節器291的控制信號，以用于根據動態電流限制算法調整由充電點21吸取的電流。
[0063]根據實施例，DCLA包括兩種操作模式:
[0064]正常模式，當饋電線路230中的總住宅電流消耗低于或者等于電路斷路器可允許的標稱電流限制(例如25A)時。在正常模式操作期間，只要需要，可以用充電點上的最大充電電流繼續充電過程；以及
[0065]過流模式，當饋電線路230中的總住宅電流消耗大于標稱電流限制(例如，25A)，但小于或者等于容許偏差電流(例如，25AX 1.13=28A)時。應該理解的是，在此情況下，在饋電線路230中用過量電流(S卩，大于標稱電流限制)進行的充電過程僅可持續一定的時段。在該時段結束后，控制器電路292產生控制信號，該控制信號用于(例如，由電流調節器291)調整由充電點吸取的電流，以使總住宅電流不超過標稱電流限制，從而避免主電路斷路器23跳閘。
[0066]根據一些實施例，電流調節器291將車輛可吸取的可用充電電流的最大值通知給電動車輛210，電動車輛210通過調整其最大電流消耗來相應地作出響應。根據本實用新型的另一個備選實施例，在所測得的總消耗電流大于標稱電流限制，但在容許偏差電流內，并且車輛210的預期響應時間太慢的情況下，則充電點21的控制器292可以簡單地關閉提供給車輛210的電力供應26和給車輛210發出信號以指示斷開事件。接著，可以以降低的充電電流限制重新開始充電過程。
[0067]控制系統290可以是例如根據DCLA預編程為包括與電流-時間特性相關的參考數據的計算機系統，并且該控制系統290適于根據所測得的數據改變和調整由充電點21吸取的電流，以防止電路斷路器23跳閘。
[0068]一般地，系統可以用于對模擬電路斷路器的電流-時間特性進行模仿/仿真，并且以足夠的置信度預測在斷路器不跳閘的前提下由充電點可以消耗的最大電流。
[0069]控制系統290可以用于識別電器的短期操作(例如，電熱壺)和/或者周期性操作(例如，空調)，并且相應地調整在充電過程期間由充電點21吸取的電流，以優化充電過程和最大化充電電流值。控制系統290可以用于通過實施上述(a)和(b)要求中所述的操作來調整由充電點21吸取的充電電流。應該注意的是，在這一點上，要求(a)可以以犧牲要求(b)為代價得以滿足。例如，基于對電器的周期性操作的識別和關于其操作時段的確定/假定，控制系統290可以決定在一特定持續時間內不改變充電電流，或者相反地，降低充電電流以避免需要停止充電過程。
[0070]應該理解的是，控制系統290可以是集成了傳統住宅電力系統的專用模塊。根據一些實施例，控制系統290的電流調節器291和控制器電路292位于充電點21處，電流感測元件293位于電力面板24內。在該配置中，傳送到充電點21的數據并非正在消耗的電流，而是對于充電點21本身所允許的電流消耗。充電點21接著不得不通過如下方式來加強此限制:將新的電流限制通知給車輛210，或者(例如，通過電流調節器291)調節供應給車輛的電流，或者一起切斷充電電流供應。當需要時，控制系統290中的一些元件(例如，控制器電路292和電流調節器291)可以位于電力服務面板24的外部。在此示例中，如圖2所示，控制器電路292位于充電點21內。
[0071]在一些實施例中，CSE293是單獨的裝置，用于監視流經被監視的饋電線路230的電流，并且將表示通過被監視的饋電線路230的電流的數據傳送到與遠程充電點24相關聯的控制系統290。所述數據可以使用標準無線數據傳輸技術(例如WLAN或者Zigbee)無線傳送，或者經過有線通信鏈路(例如，脈寬調制，和/或使用任何傳統的串行或并行數據總線通信)進行傳送，或者可以使用標準電力線通信(PLC)技術通過干線完成傳送。[0072]CSE293可以通過直接測量被監視的線路(與之串聯)或通過間接測量(例如，磁場感應)，來監視和測量流經被監視的饋電線路的電流。在直接測量的情況下，CSE293測量從與干線的直連供應的電力。在間接測量的情況下，感生電流可以用于為CSE293裝置的操作供電。然而，在這兩種情況下，也可以使用外接電源(例如，電池)作為備選方案。
[0073]根據本申請的一些實施例，CSE293可以用于通過被監視線路的電流進行周期性地采樣，并且相應地以周期性地發送表示采樣電流的數據。在此種可能的實施例中，單向數據通信可以足夠用于調節供應給充電點21的充電電力。
[0074]在本實用新型的其他實施例中，CSE293用于對經過服務電力線路22而消耗的電流進行動態采樣，并且響應于一個或者更多觸發事件而發送相應的指示數據。在此種可能的實施例中，可能需要雙向通信。若觸發事件沒有重復周期性方法頻繁，則使用此種事件(即，基于觸發的方法)視為在功耗方面更有效率。
[0075]例如，觸發事件可以包括下列事件:
[0076]充電點輪詢，其對應于以下情形:充電點21例如由于電網限制而需要改變由電動車輛吸取的最大充電功率，因此這可能需要充電點21查詢CSE293，以用于測量通過饋電線路22的電流(“可操作電流”)。
[0077]CSE中斷事件，其對應于以下情形:充電點21可以為CSE293設置一定義電流強度閾值的觸發，以使每當通過饋電線路22的電流大于預定義閾值，CSE293都可以將表示采樣電流的數據發送給充電點，從而允許與充電點21相關聯的控制系統290動態地響應在家用電器的總電流消耗的任何增加。
[0078]按照類似的方式，充電點21可以設置閾值，在低于該閾值時，CSE293需要傳達給充電點21。這允許充電點21動態地響應總的生活用電量的減少。
[0079]根據本實用新型的一些實施例，CSE293可以用于以如下的各種方式基于電流樣本確定電流強度，例如，計算在預定義的時段內采樣的電流讀數的平均值，或者指示在預定義的時段內采樣的最大電流讀數。上述用于確定電流強度的技術中的每一個(CSE293基于此進行操作)使充電點21能在不同的情形下改善其電網容量的使用率。
[0080]根據本申請的一些實施例，CSE293和充電點21可以包括將測量結果記入日志的功能，該日志隨后可以被傳送到中心服務器或者控制中心，以用于管理供應電力的電網或者任何其他的認可機構。日志數據可以承擔大量負載特性剖析(profiling)和網格信息。
[0081]CSE293的一種可能實現可以使用電力線路技術的常規變型，以包括通過感應進行操作并且發送固定載波信號的發射器。載波信號的頻率可以移位，并且可以與流過導線的電流成比例(即，對電流感測信號采取載波的頻率調制)。CSE293的電路可以從感生電流供電，因此不需要到導線的任何物理連接，并可以用圍繞線路230的現有導線的包皮實現。在此情況下，如果在與線路230相關聯的導線中無電流流動或只有很小的電流流動，則CSE293的發射器不發送任何信號。
[0082]接收器端與調節充電點21的操作的控制系統290相關聯。控制系統290感測供應線230中的電流，并檢測來自CSE293的信號的載波頻率。因此，可以基于從CSE293接收的信號的頻率來估計電流負載。
[0083]根據本申請的一些實施例，CSE293是包括具有電流傳感器的測量元件、簡易控制器和電力線通信(PLC)接口的裝置。該裝置的電力供應從單相直連驅動，基于此對PLC信號被調制以用于與充電點通信。
[0084]充電點21可以通過已實現的通信接口(未示出)與CSE293進行通信，通過相關標準定義的控制導向功能來提取信息和確定EV所允許的最大功率，從而確保總消耗電流不超過使用的特定電路斷路器的額定值。電路斷路器的額定值可以被記錄在充電點21中或者可以經過已針對可被設計為包括此額定值CSE293進行傳送。
[0085]現在參照圖4，其中示出的流程圖300舉例說明了調節采用充電點21的電網系統中的充電功率的過程。在此示例中，假定車輛210中的電池和充電點21直接的電連接已被建立。在步驟301中，通過測量或者記錄總住宅電流消耗I。來啟動充電過程。接著在步驟302中，根據所測得的總電流消耗I。來確定準許充電電流水平。
[0086]通常，在步驟302中，確定準許充電電流以允許充電點和/或連接到該充電點的車輛的控制器在主電路斷路器23不跳閘的前提下吸取最大充電功率。接著在步驟303中，將準許充電供應傳送到充電點21和/或車輛的控制器210，以相應地調節充電。在此階段，充電點21和/或者車輛控制器210根據步驟302中發送的指令調整充電供應，以使所吸取的充電電流不超過步驟302中確定的準許水平。
[0087]充電過程接著繼續進行，并且在步驟304中，對總電流消耗I再次進行測量，以便在步驟305中檢查總消耗電流I是否大于之前在步驟301中測量的電流I。。如果當前測量的電流消耗低于之前測量的電流I。，則將控制回到步驟301到303，以確定新的準許充電供應水平，并指示充電點21和/或者車輛控制器210以相應地調節充電電流。接著重復步驟304和305的測試以檢查總消耗電流I是否大于在步驟301中測量的電流I。。
[0088]如果確定總消耗電力電流I大于之前測量的電流I。，則在步驟306中檢查所測得的電流I是否大于準許的最大電流消耗限制1_，若高于此限制則主電流斷路器應該跳閘。在所測得的電流I沒有超過準許的最大電流消耗限制1_的情況下，則可以根據之前在步驟302中確定的準許充電電流水平繼續進行充電過程而控制轉向步驟304。只要所測得的電流I保持在準許的最大電流消耗限制1_以下，則步驟304到306可以是持續或者周期性地實施。
[0089]如果在步驟306中確定所測得的電流I大于準許的最大電流消耗限制1_，則控制器電路292 (其是充電點21或者服務電路板24的一部分或者分布于兩者之間)分析對連接到電力系統的所有電器的電流供應，并且操作為模擬用于主電路板中的電流斷路器/引入電力線路的電流-時間特性，從而以足夠的置信度預測在不斷線的情況前提下由充電點消耗的最大電流。更具體地，控制器基于所測得的電流值識別是否存在在不改變充電電流的前提下允許充電過程繼續進行的特定時間限制，充電過程是否應該停止，或者以降低的充電電流繼續進行以避免需要停止充電過程。例如，當在步驟306中確定所測得的電流I大于準許的最大電流消耗限制Imax時，控制器基于對所測得的電流I的分析，選擇下列步驟中的一個:
[0090]如果確定所測得的電流I的水平允許在時間斷路器的電流-時間特性內繼續進行充電過程，則在步驟306b中，控制器確定一時間限制T，該時間限制T定義了可以在不改變充電電流和主電路斷路器不跳閘的前提下繼續進行充電過程的時段；
[0091]如果確定雖然所測得的電流I達到了明顯大于準許的最大電流消耗限制Imax的水平，但是通過將充電電流調整為與電流斷路器的電流-時間特性相匹配，充電過程仍然可以繼續進行，則在步驟306a中，相應地降低準許的充電電流，并且相應地指示充電點和/或車輛的控制器調節從電網吸取的充電電流；以及
[0092]如果所測得的電流I達到高到無法在主電路斷路器不跳閘的前提下繼續進行充電過程的水平，則在步驟306c中，控制器停止充電過程以防止主電路斷路器跳閘，并且此后在步驟306d中，(例如，通過發出可聽和/或可見指示，和/或通過在充電點或者車輛的顯示裝置中顯示文本消息和/或對應的圖像，和/或通過有線或無線通信發送此文本/圖像)相應地通知用戶。
[0093]在步驟306a或者306b被實施的情況下，該過程可以繼續進行到步驟308，在步驟308中對所消耗的總電流I進行測量，以便在步驟309中檢查消耗的電流是否仍舊大于準許的最大電流1_。如果確定總消耗電流不大于最大準許電流，則控制回到步驟310到303，以確定新的準許充電電流。
[0094]如果在步驟309中確定總消耗電流大于最大準許電流，則在步驟310中檢查是否應該對時間限制(T)或者充電電流(Ig)進行調整以允許充電過程在主電路斷路器不跳閘的前提下繼續進行。如果確定需要調整時間限制和/或充電電流來使充電過程繼續進行，則控制依據上文所述的所測得的電流的水平傳遞到到步驟306a、306b或者306c。
[0095]如果確定充電過程可以在不調節時間限制和/或充電電流的前提下繼續進行，則控制轉到步驟311，其中檢查時間限制T是否耗盡。如果在步驟311中確定充電過程可以繼續進行(即，t〈T)，則控制進行到步驟308以重復步驟309和310的電流測量和電流水平檢查，否則控制從步驟311轉到步驟301到303以確定新的準許充電電流，如上文所述的。
[0096]按此，本實用新型所屬的領域的技術人員可以明白，雖然圍繞優選實施例對本實用新型進行了描述，但是本公開所基于的概念可以容易地用作設計用于實施本實用新型的其它結構和過程的基礎。
[0097]可以將本實用新型的調節由充電點21消耗的電能以及在從中對充電點進行饋電的電路斷路器不跳閘的前提下對由充電點吸取的充電電流的動態調整的概念，加上必要的修改，應用于任何公共設施，諸如公共停車場；商場停車場；酒店停車庫，等等。
[0098]應該理解的是，也可以將調節的概念用于更高的網格層級的管理，從而控制各種各樣的負載，例如，保護住宅街區中的變壓器。
[0099]并且，應該理解的是本文采用的措辭和術語是為了描述的目的，而不應該視為限制。
[0100]因此，重要的是，本實用新型的范圍不應被解釋為受到本文闡述的例示性實施例的限制。在所附權利要求中限定的本實用新型的范圍之內可能存在其他變體。特征、功能、要素和/或屬性的其他組合和子組合可以通過在本申請或者相關申請中修改現有權利要求或者提供新的權利要求來請求保護。這種修改后的權利要求或者新權利要求，無論其針對不同組合還是針對相同組合，無論其與原始權利要求的范圍不同、更寬、更窄還是相等，也被視為包括在本描述的主題之內。
【權利要求】
1.一種用于管理電網電力供應的系統，該電網通過服務電力線路被供電，該系統包括:電力服務面板，其包括耦合到所述服務電力線路的主電路斷路器，該主電路斷路器用于在多個電器支路之間劃分所述服務電力線路的電力供應，其中所述多個電器支路包括用于給電動車輛的電池充電的充電點支路，其特征在于，該系統包括:控制系統，其用于控制所述充電點為了給所述電池充電而可吸取的電流以避免所述主電路斷路器跳閘，并且在使所述主電路斷路器不跳閘的前提下設置所述主電路斷路器的與所述充電點的電流供應狀況相對應的最優電流-時間特性。
2.根據權利要求1所述的用于管理電網電力供應的系統，其特征在于，所述控制系統位于所述電力服務面板內或所述充電點內。
3.根據權利要求1或2所述的用于管理電網電力供應的系統，其特征在于，所述控制系統包括:電流感測元件，設置在與所述服務電力線路相關聯的所述主電路斷路器的下游，用于測量所述至少一個電器支路和所述充電點支路所吸取的總電流，并產生表示所述總電流的電流傳感器信號；以及控制器電路，其電耦合到所述電流感測元件，并且用于響應于所述電流傳感器信號以識別所述電器支路的總電流消耗，并用于按照如下方式定義所述充電點的所述電流供應狀況:(i)在不影響電流值的前提下為所述電流供應狀況確定一時間限制，(ii)確定對所述充電點的所述電流供應是否會被中斷和(iii)確定是否應針對一預定時間段將供應給所述充電點的所述電流值降低，并且相應地產生用于調節充電過程的控制信號。
4.根據權利要求3所述的用于管理電網電力供應的系統，其特征在于，所述控制系統包括電流調節器，該電流調節器連接到所述充電點的電力輸出端和所述控制器電路，并且可連接到所述車輛的充電器，所述電流調節器用于調整所吸取的充電電流。
5.根據權利要求3所述的用于管理電網電力供應的系統，其特征在于，所述控制系統可連接到所述車輛的充電器，并且所述控制器電路將控制信號傳送給所述車輛的所述充電器，以調整由所述車輛吸取的所述充電電流。
6.根據權利要求3所述的用于管理電網電力供應的系統，其特征在于，所述電流感測元件位于所述電力服務面板中。
7.根據權利要求3所述的用于管理電網電力供應的系統，其特征在于，所述控制器電路位于所述電動車輛充電點中。
8.根據權利要求3所述的用于管理電網電力供應的系統，其特征在于，所述電力服務面板的所述電力供應通過級聯連接的一個或者更多個上游電力服務面板來供應，每個上游電力服務面板包括相應的主電路斷路器，該主電路斷路器與其相應的服務電力線路相關聯，所述控制系統包括相應的一個或者更多個附加電流感測元件，每個附加電流感測元件用于對通過所述一個或者更多個上游電力服務面板之一的主電路斷路器供應的總電流進行測量，并產生表示所述總電流的電流傳感器信號，所述控制器電路電耦合到相應的所述一個或者更多個附加電流感測元件，用于響應于來自所述電流感測元件和來自所述附加電流感測元件的所述電流傳感器信號而產生在不使任何一個所述主電路斷路器跳閘的前提下調節所述充電過程的控制信號。
【文檔編號】H02J7/00GK203537062SQ201320156058
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年3月29日 優先權日:2012年3月29日
【發明者】埃朗·甘澤爾, 艾麗·堪赫尼, 莫迪·科恩, 亞龍·斯特拉施納維 申請人:佳境有限公司