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CN102931701B - 用于充电的系统 - Google Patents

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CN102931701B CN201210410284.2A CN201210410284A CN102931701B CN 102931701 B CN102931701 B CN 102931701B CN 201210410284 A CN201210410284 A CN 201210410284A CN 102931701 B CN102931701 B CN 102931701B
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Abstract

本发明涉及用于充电的系统。描述了一种电动车辆充电站(20)。该充电站包括配置用于与交流(AC)电源(52)耦合的输入连接器(50)和配置用于与电动车辆(40)耦合的输出连接器(62)。该充电站还包括具有初级端(102)和次级端(104)的可变输出变压器(100)。初级端耦合到输入连接器，以及次级端耦合到输出连接器并配置成与能量存储设备(72)选择性电磁通信，该能量存储设备(72)与电动车辆相关联。该充电站还包括控制器(110)，该控制器耦合到变压器并配置成确定提供给电动车辆的电压电平。

Description

用于充电的系统
技术领域
本文描述的实施例通常涉及电动车辆，并且更具体地说，涉及用于为包括电化学能量存储设备的车辆充电的方法和系统。
背景技术
响应有关传统内燃机车辆的使用的增加的燃料成本和包括空气污染的提高的环境关注两者，电动车辆和混合车辆的使用已经增加。结果，能量需求将很可能以电能的形式增加，该电能用于为在这样的车辆中使用的电池或其他能量存储设备充电。电动车辆或者包括电化学能量存储设备的车辆在本文中定义为车辆，该车辆从能量存储设备(例如从电池)得到用于推进车辆的功率的一些部分。电动车辆可以包括，但不限于，完全依靠存储在电池中的功率来驱动推进车辆的电机(例如牵引电动机)的车辆，包括用于存储用来驱动牵引电动机的功率的电池并且还包括驱动用来对电池进行再充电的发电机的内燃机的车辆，以及包括电和化石燃料产生动力的组件的结合的车辆(例如混合车辆)。混合车辆的示例包括并联式混合车辆、串联式混合车辆以及混合式混合车辆。在并联式混合车辆中，内燃机和电机机械地与牵引系统耦合。在串联式混合车辆中，内燃机和电机机械地与发电机和牵引系统耦合。此外，混合式混合车辆是并联式混合车辆和串联式混合车辆的结合，其中内燃机可以机械地耦合到牵引系统。
目前，多个充电电平可用于为包括在电动车辆内的电池充电。在汽车工程师协会(SAE)标准J1772-SAE电动车辆及插入式混合电动车辆传导充电耦合器中描述了不同充电电平的示例。第一和第二充电电平可以被称为低速交流(AC)充电。为了使用第一充电电平来充电，电动车辆通过AC到AC连接器耦合到车辆充电站，或到标准住宅电插座，以美国为例，标准住宅电插座提供大约15-20安培的120伏特交流电(VAC)。以第一充电电平充电可以需要8至24小时来完全地对电动车辆充电。为了使用第二充电电平来充电，电动车辆通过AC到AC连接器耦合到车辆充电站，该车辆充电 站提供例如大约30-32安培的240VAC。与通过标准插座提供相比，第二充电电平的更高功率有利于用于电动车辆的更快的充电周期。例如，以第二充电电平充电可以需要4至10小时来完全地对电动车辆充电。典型地，电动车辆包括只专用于充电的AC到直流(DC)转换器。AC到DC转换器提供DC功率给电池用于充电。
附加的充电电平可以被称为“快速充电”电平。典型地，快速充电电平供应DC功率给电动车辆。例如，快速充电系统可以直接地供应DC功率给在电动车辆内的DC母线。更具体地说，在车辆充电站接收到高电压(例如在美国的480VAC或者在欧洲的690VAC)的AC功率。车辆充电站包括AC到DC转换器并且通过DC线缆提供AC到DC转换器的DC功率输出给电动车辆。提供给电动车辆的DC功率可以在60千瓦(kW)到150千瓦(kW)的范围内，并且允许电动车辆在大约10-15分钟内达到50％充电电平。
发明内容
在一个方面中，提供一种电动车辆充电站。该充电站包括配置用于与AC电源耦合的输入连接器，以及配置用于与电动车辆耦合的输出连接器。该充电站还包括可变输出变压器，该可变输出变压器包括初级端和次级端。初级端耦合到输入连接器，以及次级端耦合到输出连接器并且配置成与能量存储设备选择性电磁通信，该能量存储设备与电动车辆相关联。该充电站还包括耦合到变压器的并且配置成确定提供给电动车辆的电压电平的控制器。
在另一方面中，提供了一种用于控制电动车辆充电站用来为电动车辆充电的方法。该方法包括在可变输出变压器处接收AC功率并且确定将从可变输出变压器输出的、用于电动车辆使用的电压电平。
在又一方面中，提供了一种包括电机和至少一个DC能量存储设备的装置，该DC能量存储设备配置成为电机提供功率。该装置还包括具有DC连接器和AC连接器的功率转换器。DC连接器耦合到至少一个DC能量存储设备。电动车辆还包括耦合到用于与AC电源耦合的AC连接器的连接设备。电动车辆还包括具有第一位置和第二位置的切换设备，其中第一位置耦合AC连接器和电机，并且第二位置耦合AC连接器和连接设备。
附图说明
图1是示例电动车辆充电系统的示意图。
图2是用于为多个电动车辆充电的示例电动车辆充电系统的框图。
图3是图2所示的电动车辆充电系统的备选实施例的框图。
图4是用于控制图1-3所示的电动车辆充电站的示例方法的流程图。
具体实施方式
本文中描述的方法和系统可以有利于可以例如包括在电动车辆内的DC能量存储设备的快速充电。可以使用本文中描述的方法和系统来充电的电动车辆可以例如包括，耦合在DC能量存储设备和电动牵引电动机之间的牵引电动机功率转换器。本文中描述的方法和系统可以使用牵引电动机功率转换器，以还将提供给牵引电动机功率转换器的AC功率转换为用于为DC能量存储设备充电的DC功率。双向地使用牵引电动机功率转换器可以排除对只在DC能量存储设备的充电期间使用的分离功率转换器的需求。在电动车辆中排除分离电池充电功率转换器可以减少电动车辆的总体重量，其可以提高电动车辆的效率。排除包括在DC电动车辆充电站内的分离AC到DC转换器也可以降低充电站的成本和复杂度。此外，包括在电动车辆内的牵引电动机功率转换器可以额定为处理高电压，当将其应用于为DC能量存储设备充电时，可以减少为DC能量存储设备充电所需要的时间并且扩展牵引电动机功率转换器的使用。
本文中描述的方法、系统和计算机可读媒体的技术效果包括下列中的至少一项：(a)从AC电源接收AC功率；(b)确定提供给电动车辆的电压电平；以及(c)以所确定的电压电平提供AC功率给功率转换器。
图1是示例电动车辆充电站20和电动车辆40的示意图，该电动车辆40配置用于使用电动车辆充电站20进行充电。在该示例实施例中，电动车辆充电站20被称为“快速充电”交流(AC)电动车辆充电系统。充电站20可以配置成提供AC功率给电动车辆40，例如但并不限于，在从50千瓦(kW)到100kW的范围内变动。
在该示例实施例中，电动车辆充电站20包括用于与AC电源52耦合的至少一个输入连接器50。例如，AC电源52可以包括但不限于AC电网。输入连接器50可以包括配置成将充电站20置为与AC电源52电通信的多 个终端，有利于充电站20与AC电源52的感应耦合的组件，和/或将充电站20置于与AC电源52电磁通信的任何其他类型的连接器。取决于在分配/传输过程内的位置，AC电网被维持在不同的电压电平。在示例实施例中，AC电源52给充电站20提供480伏特3相的AC功率，该AC功率是在位于美国的电网上可用的典型电压电平。备选地，AC电源52可以给充电站20提供690伏特3相的AC功率，该AC功率是在位于例如欧洲国家的电网上可用的典型电压电平。在该示例实施例中，电源52从变压器54中接收功率，该变压器54将来自配电网56的电压电平从33kV降低到480伏特或690伏特。尽管被描述为接收480伏特或690伏特AC功率，但是充电站20可以接收具有任何适合的电压电平的功率，该电压电平允许充电站20如本文所描述的那样运行。
在示例实施例中，电动车辆充电站20还包括多个导体(例如安置在AC线缆60内)。在示例实施例中，AC线缆60包括输出连接器62，并且电动车辆40包括对应的输入连接器(例如包括在连接设备64内)用于将充电站20耦合到电动车辆40。在备选的实施例中，AC线缆60由使用者提供，在这种情况下，电动车辆充电站20包括配置用于与AC线缆60耦合的输出连接器62。输出连接器62可以包括配置成将充电站20置于与电动车辆40电通信的多个终端，有利于充电站20和电动车辆40的感应耦合的组件，和/或选择性池将充电站20置于与电动车辆40电磁通信的任何其他类型的连接器。
在示例实施例中，电动车辆40包括电机70和至少一个能量存储设备，该至少一个能量存储设备例如但不限于配置成为电机70提供功率的电池72。电机70耦合到电动车辆40的牵引系统(在图1中没有示出)并且也可以被称为牵引电动机。本文中所提及的电池72可以包括单个电化学电池，耦合形成电池阵列的多个电化学电池或者化学能量存储设备的任何其他适合的配置。在示例实施例中，功率转换器74耦合电池72和电机70。更具体来说，转换器74包括耦合到电池72的DC连接器76和耦合到电机70的AC连接器78。在示例实施例中，功率转换器74是取向转换器，该双向转换器配置成将来自电池72的DC功率转换为用于为电机70提供功率的AC功率。此外，功率转换器74还配置成将由电动车辆充电站20提供的AC 功率转换为用于为电池72充电的DC功率。
在示例实施例中，电动车辆40还包括切换设备82。在第一位置，切换设备82将AC连接器78耦合到电机70。在第二位置，切换设备82将AC连接器78耦合到连接设备64，并且将AC连接器78从电机70去耦合。切换设备82可以基于由使用者提供的人工信号或者自动生成的信号(例如但不限于，当电动车辆40耦合到充电站20时生成的信号)来操作。切换设备82可以包括但不限于，固态组件和/或机电促动组件。
在示例实施例中，充电站20包括可变输出变压器100。在备选实施例中，可变输出变压器100被包括在变电站中，例如，变压器54(在图1中示出)可以是可变输出或者多抽头变压器。该可变输出变压器100包括初级端102和次级端104。初级端102耦合到输入终端50并且次级端104耦合到AC线缆60。可变输出变压器100可以包括自动变压器和/或具有多抽头线圈的变压器。可变输出变压器100的输出是固定频率的可变输出功率。换句话说，可变输出变压器100的电压输出是可调节的。例如，可变输出变压器100可以包括多个由头106。多个抽头106中的每个抽头对应于不同的输出电压。AC线缆60被耦合到对应于期望输出电压的抽头。在示例实施例中，变压器100包括基于功率电子器件的抽头变换器108，该抽头变换器108改变耦合到AC线缆60的抽头。基于功率电子器件的抽头变换器108可以包括，但不限于，基于机电和/或半导体的电子器件。
在示例实施例中，电动车辆充电站20从AC电源52接收高电压。例如，电动车辆充电站20可以被耦合到(例如，在美国可用的)480伏特电网或(例如，在很多欧洲国家可用的)690伏特电网。高分配电压考虑了在给定功率电平下电流的减小，其有利于最小化用于分配功率的线缆的成本。此外，由于可变输出变压器100能够降低AC电压电平，AC电压电平可以适应于包括在电动车辆40内的能量存储设备和/或电动车辆40的充电技术，并且充电站20可以被直接地耦合到电动车辆40。
在示例实施例中，电动车辆充电站20还包括耦合到变压器100的充电站控制器110。在示范实施例中，充电站控制器110包括处理器112和存储器设备114。如本文中使用的术语处理器指的是中央处理单元、微处理器、 微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和能够执行本文中描述的功能的任何其他电路或者处理器。由电动车辆充电站20提供的电压电平可以比电动车辆40能用于充电的电压电平更高。控制器110配置成确定提供给电动车辆40的电压电平。将最快地为包括在电动车辆中的电池充电的电压电平因车辆的不同而变化。将最快地为电池充电的电压电平可以取决于电机技术、设计、电池电压和包括在电动车辆内的半导体器件而变化。例如，将最快地为电池充电的电压电平取决于电池DC电压。匹配AC馈送电压到电池DC电压最小化功率转换器74的切换损失。此外，控制器110配置成选择性地耦合变压器100内的多个抽头106，以提供所确定的电压电平给电动车辆40。
电动车辆40还包括耦合到功率转换器74的系统控制器120，并且该控制器配置成控制功率转换器74的操作。系统控制器120也发送电压电平信号给连接设备64和AC充电站20。电压电平信号对应于为电池72充电的最大电压电平。系统控制器120发送电压电平信号到充电站20，该充电站20使用电压电平信号作为充电站20将提供给电动车辆40来为电池72充电的最大电压电平。例如，系统控制器86可以调制功率转换器74的切换频率来对用于发送到充电站20的电压电平信号进行编码。功率转换器74提供了脉宽调制(PWM)信号给充电站20，该脉宽调制信号包括关于充电电压的信息，当应用该充电电压到功率转换器74时，功率转换器74将最快地为电池72充电。当AC功率被应用到连接设备64时，切换设备82将电机70从转换器74中断开。
在示例实施例中，控制器110可以基于从电动车辆40接收的电压电平信号来确定提供给电动车辆40的电压电平。从电动车辆40接收的电压电平信号包括用于为电池72充电的最大电压电平。在示例实施例中，控制器110检测和解调功率转换器74的切换频率来确定提供给电动车辆40的电压电平。例如，功率转换器74可以生成具有固定占空比的PWM信号。当PWM信号被滤波时，DC值对应于每单元电池电压。备选地，“确定电池电压的一个其他方式是应用功率电桥的某切换矢量；例如，以对于上部IGBT(开关关)并且对于下部IGBT(关开开)的2级3相逆变器的形式。
备选地，系统控制器120也可以使用其他通信协议来发送电压电平信号到连接设备64和AC充电站20，其他通信协议包括但并不限于专用通信信道、输电线通信和/或允许充电站20如本文中描述的那样运行的任何其他类型的信号发送。然而，在已调制切换频率内包括电压电平信号，或者使用输电线通信来发送电压电平信号，有利于电动车辆40和充电站20之间的信息发送，而无需分离数据通信导体的使用。这样既降低了用于将车辆40耦合到充电站20的导体的数量，也降低了用于将车辆40耦合到充电站20的线缆的成本。标准功率连接器(即，插座和插头)是广泛可用的。然而，特别结合的功率和数据线缆没有那么广泛可用，因此，它们的使用可以限制电动车辆的普遍采用。
在另一个备选实施例中，变压器100的功率输出的电压电平是迭代地增加的，例如从零伏特开始直到达到最大电压电平。至少一个传感器130配置成测量由变压器100输出的电压和电流的至少一个。例如，充电站控制器110可以监视由电动车辆40提取的电流电平。更具体地说，在第一实施例中，充电站控制器110以第一电压电平提供AC功率给电动车辆40，测量可变输出变压器100的功率输出，以及增加提供给电动车辆40的AC功率的电压电平直到变压器100的功率输出被电动车辆40限制。随着电压增加，电动车辆40提取增加的电流的电平。然而，电动车辆40限制它提取的电流的电平。一旦电流被电动车辆40限制，即使充电站20继续增加输出电压，充电站20的功率输出的增加将要比假如电压和电流正增加时更少。充电站控制器110感测到功率增加率中的这个降低，并且输出功率的电压电平在充电站20被设置。在第二实施例中，最大电流电平被储存在充电站存储设备114中。通过充电站20输出的功率的电压从例如零伏特增加到X伏特，其中X伏特是当由电动车辆40提取的电流是在最大电流电平时的电压电平。更具体地说，控制器110配置成以第一电压电平提供AC功率给电动车辆40，测量由电动车辆40提取的电流的电平，以及增加提供给电动车辆40的AC功率的电压电平，直到由电动车辆40提取的电流的电平等于最大电流电平。
功率转换器74配置成抵抗在特定时间点处的高速率的电压变化(即，高dV/dt)。例如，在功率转换器74内可以包括绝缘体来阻止由高dV/dt引 起的对功率转换器74的损害。此外，为了阻止将由功率转换器74生成的谐波含量应用到电网52，变压器100配置成包括高电感，该高电感限制将高频率和最后的短路电流组件应用到电网52。在备选实施例中，可以放置有源滤波器或无源滤波器(在图1中没有示出)，例如，位于充电站20内，在充电站20和电网52之间的相互连接点处，和/或在有利于阻止将由功率转换器74生成的谐波含量应用到电网52的任何其他位置处。
在示例实施例中，控制器110可以调节电动车辆充电站20的功率输出。例如，控制器110可以调节充电站20的功率输出，以使其不超过预定义的功率电平。控制器110监视可用于由充电站20使用的功率电平，并且限制充电站20的功率输出不超过预定功率电平。至少一个传感器132配置成测量由变压器54输出并且提供给电网52的电压和电流的至少一个。预定功率电平取决于来自AC电源52的可用的功率和保留以供非车辆充电负载使用的功率。例如，在由商人提供充电站20供由商人的顾客使用的情况下，与商人的设施(例如，商店)相关联的负载也可以被耦合到电网52并且接收来自从电网52的功率。本文中这样的负载被称为非车辆充电负载。例如，非车辆充电负载的所需的功率存储在存储器设备114中。
在示例实施例中，控制器110从传感器132接收电压电平信号和电流电平信号中的至少一个，其对应于由AC电源52提供给输入终端50的功率的电压电平和电流电平中的至少一个。控制器110基于来自传感器132的电压电平信号和电流电平信号确定可用功率电平。控制器110还通过将可用功率与保留以供非车辆充电负载使用的功率电平比较来确定预定义的功率电平。此外，控制器110将电动车辆充电站20的功率输出限制于可用功率电平和预定功率电平之间的差。通过限制充电站20的输出电压(例如通过控制可变输出变压器100来限制输出电压)，实现了限制电动车辆充电站20的功率输出。在很多情况下，即使限制充电站20的输出电压，提供给电动车辆40的功率将会保持比，例如与慢速AC充电相关联的功率电平更高。
在备选实施例中，中央控制器140调节电动车辆充电站20的功率输出，并且也调节耦合到电网52的附加充电站的功率输出，例如，电动车辆充电站142和144。在备选实施例中，中央控制器140限制了充电站20、142和 144的总功率输出，以致通过充电站20、142和144输出的功率不超过预定义的功率电平。
此外，电动车辆充电站20，并且更具体地说控制器110可以配置成有利于从电池72提取能量并且将能量应用到电网52。从电池72提取的能量可以对电网控制有帮助，包括但不限于，维持电网稳定。例如，如果在电网52中存在意外事故，控制器110可以从电池72提取能量并且将能量应用到电网52来维持电网52的操作在电网操作者需要的值内，因此避免了负载脱落(shedding)或共享。
图2是用于为多个电动车辆152充电的示例电动车辆充电系统150的框图。如上面关于单个电动车辆所描述的，电动车辆充电站20也可适用于多个车辆的充电。在示例实施例中，电动车辆充电系统150包括多个电动车辆充电站20，每个都耦合到AC电源52。仅仅为了举例，电动车辆充电系统150可以位于停车场和/或停车建筑物处。例如，可以使电动车辆充电站成为对提供到停车场和/或建筑物的访问的商人的顾客可用，以便顾客能够在光顾商人的设施时为他们的电动车辆充电。在另一个示例中，可以通过雇主允许雇员在他们工作时为他们的电动车辆充电，使电动车辆充电站成为可用的。如上所述，充电站控制器110(在图1中示出)和/或中央控制器140(在图1中示出)调节充电站20的功率输出，以便不超过预定义的功率电平。调节充电站20的功率输出确保充电站20的操作不会负面地影响用于非车辆充电负载的功率。
图3是电动车辆充电系统150的备选实施例180的框图。在备选实施例中，电动车辆充电系统180包括配置成为多个电动车辆(例如，第一电动车辆184、第二电动车辆186和/或第三电动车辆188)充电的中央电动车辆充电站182。电动车辆充电站182可以位于变电站190处或在其之内。电动车辆充电系统180包括多个连接站，例如第一连接站192、第二连接站194和第三连接站196，通过这些连接站电动车辆184、186和188可以耦合到电动车辆充电站182。电动车辆充电站182可以包括多个可变输出变压器，例如用于连接站192、194和196中的每一个的一个可变输出变压器。电动车辆充电站182确定耦合到充电站182的电动车辆的每一个的最大电压电平并 且以最大电压电平提供功率给每个相应的电动车辆。
备选地，电动车辆充电站182可以包括单个可变输出变压器和至少一个切换设备198。切换设备198控制连接站192、194和196中的哪个接收功率。例如，可以确定，将首先提供功率给电动车辆186，其次为电动车辆184提供功率，以及再次为电动车辆188提供功率。电动车辆充电站182首先确定提供给电动车辆186的最大电压电平以及相应地提供功率给第二连接站194。一旦电动车辆186的充电结束，或者当预定的时间限制结束时，切换设备198将第二连接站194从电动车辆充电站182断开。电动车辆充电站182确定提供给电动车辆184的最大电压电平以及相应地提供功率给第一连接站192。尽管将切换设备198描述为包括在电动车辆充电站182内，但电动车辆充电系统180可以包括多个切换设备，这些切换设备例如位于连接站192、194和196处并且被控制以供给功率给选择的连接站192、194和196。此外，可以使切换设备位于电动车辆充电系统180内任何合适的位置处，以允许系统180如本文中描述的那样运行。
图4是用于控制电动车辆充电站(例如，电动车辆充电站20(在图1中示出))的示例方法210的流程图200。如上所述，电动车辆充电站20配置用于为例如电动车辆40(在图1中示出)的电动车辆充电。在示例实施例中，方法210是计算机实现的方法，例如，通过充电站控制器110(在图1中示出)执行的计算机实现的方法。在另一个示例实施例中，包含在计算机可读媒体上的计算机程序包括至少一个代码段，当通过计算机(例如，充电站控制器110)执行该代码段时，执行方法210。当通用计算机配置成执行本文中描述的指令时，本发明的方面将该通用计算机转变为专用计算设备。
在示例实施例中，方法210包括在可变输出变压器(例如，变压器100(在图1中示出))处，从AC电源(例如，电源52(在图1中示出))接收212AC功率。方法210还可以包括确定214将从变压器100输出以供电动车辆40使用的电压电平。例如，控制器110可以至少部分地基于从电动车辆40接收的电压电平信号来确定214电压电平。控制器110可以检测功率转换器74的调制的切换频率并且解调切换频率来确定214提供给电动车 辆40的电压电平。此外，控制器110可以使用通信信道、输电线通信和/或允许充电站20如本文中描述的那样运行的任何其他类型的信号发送，以接收来自电动车辆40的电压电平信号。方法210还包括以所确定的电压电平提供216AC功率给功率转换器74。
在示例实施例中，方法210还包括提供220切换促动信号给切换设备，例如位于功率转换器74和电机70之间的切换设备82(在图1中示出)。当收到切换促动信号时，切换设备82将电机70从功率转换器74去耦合，并且将功率转换器74耦合到电动车辆充电站20。
在示例实施例中，方法210还可以包括调节224电动车辆充电站20的功率输出。例如，控制器110可以调节224充电站20的功率输出，以使其不超过预定义的功率电平或预定义的电压电平。在示例实施例中，预定义的功率电平取决于来自AC电源52的可用的功率和被保留用于由非电动车辆充电负载使用的功率的量。更具体地说，除电动车辆充电负载以外的所有负载所需求的功率电平可以被存储在，例如存储器设备114(在图1中示出)中。调节224充电站20的功率输出可以包括接收来自至少一个传感器(例如，传感器132)的电压电平信号和电流电平信号中的至少一个，该传感器配置成测量AC电源52的输出功率。调节224功率输出还可以包括确定来自AC电源52的可用的功率电平并且将可用功率电平与作为非电动车辆充电应用需求的预定义的功率电平进行比较。调节224还可以包括基于可用功率电平和预定义的功率电平之间的差，来确定电动车辆充电站20的功率输出(例如，确定将提供的充电电压)。这也可以被称为通过充电站20提供给电动车辆的充电电压的扼流(throttle)。控制器110，或者分离的中央控制器(例如，中央控制器140)可以配置成调节提供给多个电动车辆(例如，多个电动车辆152(在图2和图3示出))的功率，以便预定义的功率电平对非电动车辆充电负载可用。
应当注意到，本文中存在的实施例不限于用于执行所描述的处理任务的任何具体的处理器。当本文中使用术语“处理器”时，该术语“处理器”打算指代能够执行本发明的任务所必需的计算或运算的任何机器。术语“处理器”还打算指代能够接受结构化输入、并且根据所规定的规则处理该输入以产生 输出的任何机器。还应当注意到，本文中使用的短语“配置成”意指处理器配备有硬件和软件的结合用于执行本文中存在的实施例的任务，这些将被本领域内技术人员理解。
本文中存在的实施例包括一个或多个计算机可读媒体，其中每个媒体可以配置成包括或在其上包括数据或用于操纵数据的计算机可执行指令。计算机可执行指令包括数据结构、对象、程序、例程、算法和可以通过处理系统访问的其它程序模块，该处理系统例如与能够执行各种不同功能的通用计算机相关联的处理系统或者与能够执行有限数量功能的专用计算机相关联的处理系统。计算机可执行指令引起处理系统执行具体的功能或者功能组，并且是用于实现本文中公开的方法的步骤的程序代码方式的示例。此外，可执行指令的具体序列提供了对应的动作的示例，该动作可以用于实现这样的步骤。计算机可读媒体的示例包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、可编程只读存储器(“PROM”)、可擦除可编程只读存储器(“EPROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、压缩盘只读存储器(“CD-ROM”)或者能够提供可以通过处理系统访问的数据或可执行指令的任何其他设备或组件。
本文中描述的是用于为电动车辆充电的示例方法和系统。更具体地说，本文所描述的方法和系统可以有利于利用包括在电动车辆内的牵引电动机功率转换器的电动车辆的快速AC充电。本文中描述的方法和系统可以确定提供给电动车辆的功率的最大电压电平，并且包括可调节变压器来以所确定的电平提供电压。此外，可调节变压器可以有利于调节电动车辆充电站的功率输出，以便作为非车辆充电负载需要的预定义的功率电平对那些负载保持可用。
本文中描述的方法和系统可以有利于电动车辆的高效且经济的充电。在本文中详细地描述和/或示出了方法和系统的示例实施例。方法和系统并不限于本文中描述的特定实施例，而是相反，每个系统的组件，以及每个方法的步骤可以与本文中描述的其他组件和步骤独立地并且分离地利用。每个组件和每个方法步骤也可以结合其他组件和/或方法步骤使用。
当介绍本文中描述和/或示出的方法和装置的元件/组件/等时，冠词 “一”，“该”和“所述”打算意指存在元件/组件/等的一个或多个。术语“包括”，“包含”和“具有”打算是包括的并且意指除了列出的元件/组件/等，可以存在附加的无件/组件/等。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
部件列表
20电动车辆充电站
40电动车辆
50输入终端
52AC电源
54变压器
56分布式电网
60AC线缆
62输出终端
64连接设备
70电机
72能量存储设备
74功率转换器
76DC连接器
78AC连接器
82切换设备
100可变输出变压器
102初级端
104次级端
106多个抽头
110充电站控制器
112处理器
114存储器设备
120系统控制器
130传感器
132传感器
140中央控制器
142电动车辆充电站
144电动车辆充电站
150电动车辆充电系统
152多个电动车辆
180电动车辆充电系统
200流程图
210用于控制电动车辆充电站的方法
212从AC电源接收AC功率
214确定提供给电动车辆的电压电平
216以所确定的电压电平提供AC功率给功率转换器
220提供切换促动信号给切换设备
224调节电动车辆充电站的功率输出

Claims (10)

1.一种装置(20)，包括：
输入连接器(50)，所述输入连接器配置用于与交流(AC)电源(52)耦合；
输出连接器(62)，所述输出连接器配置用于与电动车辆(40)耦合；
可变输出变压器(100)，所述可变输出变压器包括初级端(102)和次级端(104)，其中所述初级端耦合到所述输入连接器，以及所述次级端耦合到所述输出连接器并且配置成与能量存储设备(72)选择性电磁通信，所述能量存储设备与所述电动车辆相关联；以及
控制器(110)，所述控制器耦合到所述变压器并且配置成确定提供给所述电动车辆的电压电平；其中，所述电动车辆包括切换设备(82)，所述切换设备设置于所述电动车辆内的功率转换器和电机之间，其中，所述切换设备选择性地将所述功率转换器耦接到所述可变输出变压器或者是所述电机。
2.如权利要求1所述的装置(20)，其中所述可变输出变压器(100)还包括多个抽头(106)，并且其中所述输出连接器(62)通过固态器件和机电设备(108)中的至少一个选择性地耦合到所述多个抽头，以提供所确定的电压电平给所述电动车辆(40)。
3.如权利要求1所述的装置(20)，其中所述控制器(110)配置成从所述电动车辆(40)接收对应于最大电压电平的电压电平信号。
4.如权利要求3所述的装置(20)，其中所述控制器(110)配置成：
接收切换频率，调制所述切换频率以发送所述电压电平信号；以及
解调所调制的切换频率以确定提供给所述电动车辆(40)的所述电压电平。
5.如权利要求1所述的装置(20)，其中所述控制器(110)还配置成：
以第一电压电平提供AC功率给所述电动车辆(40)；
测量所述变压器(100)的功率输出；以及
增加提供给所述电动车辆的所述AC功率的所述电压电平，直到所述变压器的所述功率输出被所述电动车辆所限制。
6.如权利要求1所述的装置(20)，其中所述控制器(110)包括存储器设备(114)，所述存储设备配置成存储最大电流电平，并且其中所述控制器配置成：
以第一电压电平提供AC功率给所述电动车辆(40)；
测量通过所述电动车辆提取的电流的电平；以及
增加提供给所述电动车辆的所述AC功率的所述电压电平，直到通过所述电动车辆提取的所述电流的电平等于所述最大电流电平。
7.如权利要求1所述的装置(20)，其中所述控制器(110)配置成：
接收对应于由所述AC电源(52)提供给所述输入连接器(50)的功率的电压电平和电流电平中的至少一个的电压电平信号和电流电平信号中的至少一个；
基于电压电平信号和电流电平信号中的所述至少一个来确定可用功率；
将所述可用功率与作为非车辆充电负载需求的预定义的功率电平比较，所述非车辆充电负载也从所述AC电源接收功率；以及
将所述可变输出变压器(100)的功率输出限制到所述可用功率电平和所述预定义的功率电平之间的差。
8.如权利要求1所述的装置(20)，其中所述输出连接器(62)配置用于与电动车辆转换器(74)耦合，其中所述电动车辆转换器是双向转换器，其配置成将来自所述能量存储设备(72)的DC功率转换为AC功率、以用于为电动车辆牵引电动机(70)提供功率，并且将来自所述可变输出变压器(100)的所述AC功率转换为DC功率、以用于为所述能量存储设备充电。
9.一种装置(40)，包括：
电机(70)；
至少一个直流(DC)能量存储设备(72)，所述直流能量存储设备配置成为所述电机提供功率；
功率转换器(74)，所述功率转换器包括DC连接器(76)和AC连接器(78)，所述DC连接器耦合到所述至少一个DC能量存储设备；
连接设备(64)，所述连接设备选择性地耦合到用于与AC电源(20)耦合的所述AC连接器；以及
切换设备(82)，所述切换设备包括第一位置和第二位置，其中所述第一位置耦合所述AC连接器和所述电机，并且所述第二位置耦合所述AC连接器和所述连接设备。
10.如权利要求9所述的装置(40)，其中所述电机(70)、所述至少一个DC能量存储设备(72)、所述功率转换器(74)、所述连接设备(64)、以及所述切换设备(82)都包括在电动车辆(40)内。
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