CN102403759A - 充电控制设备 - Google Patents

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小林美佐世
长谷川祐也
饭田享
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

充电控制设备存储机动车辆的每一个的预期行驶开始时间，并且以到相应的预期行驶开始时间时能够完成对安装在机动车辆的每一个的电池的充电的方式控制机动车辆的充电操作。充电控制设备包括存储单元，用于存储机动车辆的每一个的预期行驶开始时间；以及控制单元，用于搜索机动车辆以找出到预期行驶开始时间时其充电预期能够完成的特定机动车辆，并且使该特定机动车辆放出电力以用于对除了该特定机动车辆之外的机动车辆中的至少一个的充电。

Description

充电控制设备
技术领域
本发明涉及用于控制安装在诸如电动车的机动车辆上的电池的充电操作的充电控制设备。
背景技术
最近几年中，存在可用的装备有电池和发动机的机动车辆，诸如电动车和插入式(plug-in)混合动力汽车。由于多个机动车辆在集合住宅或商业机构同时进行充电，所以在特定时段(time zone)(例如，在晚上)，功耗高峰以及其他电器的功耗可能会剧增。
在日本专利申请公开No.80071(JP10-80071A)中公开的现有技术示例中，试图通过将多个机动车辆的充电开始时间点在商业电力系统(电力公司)的电价保持相对便宜的时段(午夜-电流时段)中进行分配以使功耗的高峰均匀。
然而，如果像JP10-80071A中公开的现有技术示例一样分配充电开始时间点，则在延迟的充电时间点开始充电操作的机动车辆应当在延迟的充电结束时间点完成充电。随着机动车辆的数量变大，充电操作很可能甚至在预期行驶开始时间过去时仍然没有完成。
发明内容
鉴于以上所述，本发明提供了一种能够使到预期行驶开始时间时不能完成充电的机动车辆的数量降低的充电控制设备。
根据本发明的一个实施例，提供了一种充电控制设备，用于存储机动车辆的每一个的预期行驶开始时间，并且以到相应的预期行驶开始时间时能够完成对安装在所述机动车辆的每一个的电池的充电的方式控制所述机动车辆的充电操作。所述充电控制设备包括存储单元，用于存储所述机动车辆的每一个的所述预期行驶开始时间；以及控制单元，用于搜索所述机动车辆以找出到所述预期行驶开始时间时其充电预期能够完成的特定机动车辆，并且使所述特定机动车辆放出电力以用于对除了所述特定机动车辆之外的所述机动车辆中的至少一个的充电。
所述控制单元包括信息获取单元，用于从所述机动车辆的每一个获取关于电池剩余量和电池容量的信息；估计单元，用于估计将所述机动车辆的每一个充电至目标充电量所需要的时间，其中，所述目标充电量是通过从所述电池容量中减去所述剩余量而获得的；以及打开-关闭单元，用于打开或关闭通向所述机动车辆的充电线路。所述控制单元可以基于所述估计单元的估计结果搜索所述机动车辆以找出到所述预期行驶开始时间时能够被大约充电至至少所述目标充电量的可及时充电机动车辆，以及到所述预期行驶开始时间时不能够被充电至所述目标充电量的延误充电机动车辆，然后控制所述打开-关闭单元以形成从所述可及时充电机动车辆延伸到所述延误充电机动车辆的放电线路。
所述控制单元可以控制所述打开-关闭单元以优先地对所述目标充电量比其余机动车辆的更小的所述机动车辆中的一个进行充电。
所述充电控制设备还可以包括电力供应线，其从所述机动车辆延伸到除了所述机动车辆之外的电器。所述控制单元还可以包括电力供应线打开/关闭单元，用于打开或关闭所述电力供应线并且控制电力供应线打开/关闭单元以将从所述机动车辆放出的电力供应到所述电器。
本发明的充电控制设备具有减少到预期行驶开始时间时不能完成充电的机动车辆数量的效果。
附图说明
根据结合附图给出的对实施例的以下描述，本发明的目标和特征将会变得显而易见，在附图中：
图1A是根据本发明的一个实施例的包括充电控制设备的充电系统的系统配置图，图1B是示出充电控制设备的框图，以及图1C是示出充电控制设备的控制单元的示意结构的框图；
图2A和2B是用于解释充电控制设备中车辆充电容量、目标充电量、剩余量和保留(reserve)量之间的关系的说明性视图；
图3A和3B是用于解释充电控制设备中时帧和最大电力的说明性视图；
图4A和4B是用于解释充电控制设备中逐个用户的车辆使用模式的说明性视图；
图5是表示用于当在充电控制设备中生成计划(schedule)时确定保留量的目标函数和约束的视图；以及
图6是表示用于当在充电控制设备中生成计划时确定保留量的目标函数和约束的另一视图。
具体实施方式
图1A示出了根据本发明的一个实施例的包括充电控制设备CT的充电系统的系统配置。充电系统用于对安装在诸如集合住宅或商业机构的建筑物BD中的多个机动车辆(例如，电动车或插入式混合动力汽车)EV的电池(未示出)进行充电。本实施例中使用的机动车辆EV的每一个包括电池；充电器，用于使用从外部电源(机动车辆外部的)供应的电力(交流电)对电池进行充电；放电器，用于将从电池放出的直流电转换成交流电，然后将该交流电输出到外部；以及充电-放电控制单元，用于控制充电器和放电器。
在建筑物BD中，电线分支到主配电盘MB(main distribution board)和辅助配电盘SB中，其中，商业交流电力系统AC通过所述电线供应交流电。尽管在附图中没有示出，但是主断路器和多个分支断路器容纳在用于主配电盘MB的盒子中。通过从各个分支断路器分支的电线将电力供应到建筑物BD中的电器(例如，照明设备和空调设备)。
类似地，主断路器和多个分支断路器容纳在用于辅助配电盘SB的盒子中。辅助配电盘SB的分支断路器由远程控制的断路器RBi(i＝1，2，…或n)构成。经由远程控制的断路器RBi将交流电供应到多个插座CSi(i＝1，2，…或n)。充当电力供应线的充电线缆Lx是可移除地连接到插座CSi的，其中通过所述充电线缆Lx以下述的方式将电力供应到机动车辆EV。
如图1B中所示，充电控制设备CT包括计划创建单元1、控制单元2、电力测量单元3、存储单元4、操作输入接收单元5和信息呈现单元6。电力测量单元3测量从主配电盘MB供应的和由建筑物BD中的电器消耗的电力(使用中电力)以及从辅助配电盘SB供应的并且充到机动车辆EV的电力(充电电力)。通过计划创建单元1将电力测量单元3的测量结果保存在存储单元4中。
存储单元4由诸如闪速存储器的电可重写非易失性半导体存储器构成并且设计用于存储电力测量单元3的测量结果、后面阐述的计划和关于机动车辆EV的各种信息。操作输入接收单元5包括输入设备，诸如键盘、触摸板或IC卡读取器。操作输入接收单元5用于接收通过输入设备输入的各种操作输入并且将操作输入传送到计划创建单元1。
信息呈现单元6包括诸如液晶显示器的显示设备。信息呈现单元6通过在显示设备上显示字母或图像来向用户呈现各种信息。信息呈现单元6可以被提供有扬声器，用于通过扬声器输出声音来呈现信息。
计划创建单元1创建用于对机动车辆EV的电池进行充电的计划。根据由计划创建单元1准备的计划，控制单元2通过控制线L2远程地控制辅助配电盘SB的远程控制的断路器RBi，由此独立地打开或关闭通向各个机动车辆EV的充电线路，并且最终开始或结束各个机动车辆EV的充电操作。
此外，控制单元2具有检测插座CSi和充电线缆Lx的连接状态的功能。各个插座CSi的连接状态检测结果被传送到计划创建单元1。控制单元2能够将特定标识符号(用户ID)分配给机动车辆EV的各个用户。计划创建单元1基于用户ID识别机动车辆EV。用户ID的ID号(1，2，…和M)存储(登记)在充电控制设备CT的存储单元4中。
计划创建单元1、控制单元2和电力测量单元3由诸如中央处理单元和存储器的硬件和用于执行计划创建单元1、控制单元2和电力测量单元3中的处理的软件(程序)构成。
通常基于由与电力公司的合同所指定的电力来确定建筑物BD的主配电盘MB和辅助配电盘SB能够接收的最大电力。如果在建筑物BD中提供了诸如太阳能发电系统或燃料电池系统的发电装置，则通过将由发电装置生成的电力与由与电力公司的合同中指定的电力相加来确定最大电力。关于建筑物BD的最大电力的信息(最大电力值)存储在充电控制设备CT的存储单元4中。
参考图3A和图3B，计划创建单元1基于小时将从上午12:00开始计数的二十四小时分割成二十四个时段(时帧)，并且将从1到24的帧号分配给二十四个时帧(见图3A)。计划创建单元1使用多个方块(square)(在所说明的示例中为八个垂直排列的方块)来区分各个时帧中的最大电力值。尽管最好基于三十分钟或更少的单位(基于十分钟是更优选的)来分割时帧，但是为了描述的简洁，在本实施例中基于一小时单位来分割时帧。
在本实施例中，一方块的电能量等价于2kWh。在图3B中将对应于通过主配电盘MB供应到建筑物BD中的电器的电能量的方块划上阴影线。因此，图3B中没有划阴影线的空方块对应于可以用于通过辅助配电盘SB对机动车辆EV进行充电的电能量。
例如，在图3B中示出的12:00与13:00之间的一小时时段(帧号为1的时帧)中，电能量对应于由电器消耗的6个阴影方块(2×6＝12kWh)。因此，对应于剩余的两个没有划阴影线的方块的电能量(2×2＝4kWh)可以用于在不超过最大电力的范围内对机动车辆EV进行充电。然而，由于在计划的创建之后消耗的使用中电力基本上是未知的，所以计划创建单元1根据使用中电力的以往记录、季节和天气来估计各个时段(时帧)的使用中电力，然后使用估计结果创建计划。
现在参考图2A，假设安装在机动车辆EV的每一个的电池的剩余量为AkWh，其目标充电量为BkWh，其充电容量是CkWh以及保留量为EkWh。计划创建单元1基于时段将最大电力和使用中电力之间的差值电力(由图3B中未划阴影线的方块指示)分配给各个机动车辆EV，并且创建用于将机动车辆EV的每一个充电至充电量(B-E)的计划，其中，所述充电量(B-E)是通过从目标充电量B中减去指定的保留量E获得的。
尽管很期望将所有的机动车辆EV满充电至充电容量C，但是由于机动车辆EV的数量、最大电力和充电时间之间的关系，在实现这一点时会遇到困难。此外，如果逐个对各个机动车辆EV充电，则后面轮流的机动车辆EV表现出极低的充电量。这可能使得这些车辆的用户感到不满意。
因此，试图同时对尽可能多的机动车辆EV进行充电并且即使在机动车辆EV没有充满时减轻用户的不满意度，执行充电至通过从由各个机动车辆EV的用户输入的目标充电量B中减去指定的保留量E而获得的量(不同的量)。由各个用户平均分担目标充电量B的不足。在以下的描述中，假设保留量E是在所有机动车辆E中平均设置的(见图2B)。
接着，将对使用计划创建单元1创建计划的处理作出描述。
如果一辆机动车辆EV到达建筑物BD，用户通过充电线缆Lx将车辆EV连接到插座CSi中的一个。使用充电控制设备CT的操作输入接收单元5，用户输入他或她自己的ID号、离开时间(预期行驶开始时间)和目标充电量B。作为响应，操作输入接收单元5将ID号、离开时间和目标充电量B传送到计划创建单元1。可以通过输入预期行驶距离km和使得计划创建单元1基于相关机动车辆EV的行车里程(mileage)km/kWh和预期行驶距离km计算目标充电量B来确定目标充电量BkWh。
同时，控制单元2检测充电线缆Lx到插座CSi中的一个的连接并且向计划创建单元1通知充电线缆Lx的连接。然后，计划创建单元1使得存储单元4以与从操作输入接收单元5接收的ID号相匹配的关系存储由控制单元2通知的连接时间(到达时间)、离开时间和目标充电量B(见图4A)。此时，可以通过充电线缆Lx在机动车辆EV的充电-放电控制单元和控制单元2之间传输数据，由此使得控制单元2能够获取关于安装到机动车辆EV的电池的剩余量的信息(剩余量A)。
因此，计划创建单元1使得存储单元4以与ID号相匹配的关系存储由控制单元2获取的剩余量A。如图4A所示，在存储单元4中，将各个用户的ID号和关于由各个用户使用的机动车辆EV的到达时间、离开时间、目标充电量B和剩余量A的信息(下文中称为“充电保留信息”)存储到数据表中。
计划创建单元1通过用时帧的帧号(1至24)来替代到达时间和离开时间并且用对应于电能量的方块的数量替代目标充电量B和剩余量A来如图4B中所示转换存储单元4的充电保留信息。例如，如果假设在ID号为1的转换前充电保留信息中，到达时间为18:00，离开时间为第二天7:00，目标充电量B是20kWh，并且剩余量A为8kWh，则在转换后的充电保留信息中，到达时间的帧号被转换为7，离开时间的帧号被转换为20，目标充电量B的方块数为10并且剩余量A的方块数为4。
根据转换后充电保留信息和前面提及的使用中电力的估计结果，计划创建单元1创建计划以用于使控制单元2打开或关闭远程控制断路器RBi，以使得保留量E能够变得尽可能小并且能够在所有用户(机动车辆EV)中是平均的(最好是相等的)。
具体地说，可以使用最优化问题分析方法，所述最优化问题分析方法用于在如图5中所示的指定的约束下求出使目标函数(所有机动车辆EV的保留量E的和)最小所需要的最优解。最优化问题分析方法是公知的，因此将不进行详细地描述。
计划创建单元1通过从目标充电量B中减去保留量E来确定各个机动车辆EV的充电量，并且创建计划，在该计划中，在各个时段或时帧中可用于对机动车辆EV充电的电力的方块被分配给各个机动车辆以使得满足充电量。
然而，在所有的机动车辆EV中，保留量E并不是必然被设置的彼此相等。例如，保留量E可以被设置为具有与机动车辆EV的每一个的剩余量A和目标充电量B的差值有关的恒定比例。在这种情况中，如图6所示，计划创建单元可以使用通过改变图5中表示的约束中的一些求出的最优解来创建计划。如另一示例，保留量E可以被设置为具有与目标充电量B有关的恒定比例。在这种情况下，可以通过假设在图6中表示的约束中的剩余量A′为0来求出最优解。
可以假设由于用户未能输入目标充电量B或其他原因导致充电控制设备CT不能够获得目标充电量B。在这种情况下，可以使用机动车辆EV的每一个的充电容量C替代目标充电量B来设置保留量E。当设置保留量E和创建计划时，可以通过用充电容量C′替代上述约束中的目标充电量B′来求出最优解。
取决于机动车辆的类型，有时是这种情况，即充电控制设备CT的控制单元2不能从机动车辆EV获取关于电池的剩余量A的信息。如果是这种情况的话，可以通过将剩余量A算作为0来设置剩余量E。当设置剩余量E和创建计划时，可以在上述约束中的剩余量A′等于0的假设下求出最优解。在本实施例的充电控制设备CT中，控制单元2根据计划仅关闭或打开充电线路。这有助于提高具有较大剩余量A的机动车辆EV被充电至满量(充电容量C)的可能性。
可以假设由于用户未能输入信息或其他原因导致充电控制设备CT不能够获取关于离开时间、目标充电量B和剩余量A的信息。此外，如果用户的车辆使用模式(例如，离开时间、到达时间和行驶距离)是大体上固定的，则省略这种信息的输入是可取的。原因是对于用户来说每次(每天)都输入诸如目标充电量B的信息是费力的和耗时的。
在这种情况下，各个用户可以预先将关于其车辆使用模式的信息(例如，离开时间，到达时间和行驶距离)登记在充电控制设备CT中。计划创建单元1可以基于事先登记的车辆使用模式信息创建计划。计划创建单元1可以使用存储在存储单元4中的用户的车辆使用模式(例如，离开时间，到达时间和行驶距离)的以往记录(历史)来创建计划，而不是使用户登记关于其车辆使用模式的信息。例如，计算和使用以往离开时间、以往到达时间和以往目标充电量的平均值是可取的。
在这一点上，最好是计划创建单元1根据在操作输入接收单元5接收的操作输入设置目标充电量B，估计目标充电量B与通过从目标充电量B中减去保留量E所获得的充电量(B-E)的比(其被称为完成比：(B-E)/B％)，然后使信息呈现单元6来呈现估计的完成比。换句话说，当用户输入目标充电量B时，信息呈现单元6向用户呈现指示预期实际充电量的大约值(approximation)(完成比)。这使得用户能够事先重新定义目标充电量B或知道完成比，从而为用户提供增强的方便性。
还最好的是，当控制单元2根据计划控制远程控制的断路器RBi时，计划创建单元1使得信息呈现单元6向用户适当地呈现关于计划的信息，例如机动车辆EV的每一个的带电量(剩余量)、预期充电结束时间、充电异常和以往充电记录，这为用户提供了增强的方便性。
接着，将根据本发明的主旨给出描述。认为上文所述的完成比是基于车辆而变化的。例如，随着机动车辆EV的每一个从到达时间到离开时间的停留时间的变短以及随着机动车辆EV的每一个的目标充电量B变高，完成比预期会变低。
考虑到这一点，本实施例的充电控制设备CT被配置用于将电力从具有高完成比的机动车辆EV供应到具有低完成比的机动车辆EV，从而提高后者的完成比。具体而言，充电控制设备CT的控制单元2搜索机动车辆EV以找出到预期行驶开始时间其充电预期能够完成的特定机动车辆，并且使该特定机动车辆放出电力以用于对除了该特定机动车辆之外的机动车辆中的至少一个进行充电。
充电控制设备CT的控制单元2可以包括信息获取单元21，用于从机动车辆EV的每一个获取关于电池剩余量和电池容量的信息；估计单元22，用于估计将机动车辆EV的每一个充电至通过从电池容量中减去剩余量而获得的目标充电量所需要的时间；以及打开-关闭单元23，用于打开或关闭通向机动车辆EV的充电线路。
控制单元2基于估计单元的估计结果搜索机动车辆EV以找出到预期行驶开始时间时能够被大约充电到至少目标充电量的可及时充电机动车辆和到预期行驶开始时间时不能被充电至目标充电量的延误充电机动车辆，然后控制打开-关闭单元23来形成从可及时充电机动车辆延伸到延误充电机动车辆的放电线路。此外，控制单元2控制打开-关闭单元23以优先地对目标充电量比其余机动车辆EV的更小的机动车辆EV中的一个进行充电。
例如，假设存在具有离开时间为上午6:00并且完成比为60％的一个机动车辆EV1和具有离开时间为上午9:00并且完成比为100％的一个机动车辆EV2。控制单元2打开远程控制断路器RB1和RB2以使机动车辆EV1和EV2所连接的插座CS1和CS2互连，然后向具有完成比为100％的机动车辆EV2的充电-放电控制单元输出控制命令，指示充电-放电控制单元将充电操作切换为放电操作。此时，其他远程控制断路器RB3等保持关闭。
如果机动车辆EV2的充电-放电控制单元响应于控制命令而停止充电器并且操作放电器，则从机动车辆EV2放出的电力仅被供应到机动车辆EV1。这是因为机动车辆EV2的放电器输出电压被设置的高于交流电力系统AC的系统电压(例如，有效值为100V)。因此，与仅用交流电力系统AC的电力对机动车辆EV1进行充电的情况相比，可以增加机动车辆EV1的完成比。因此，减少到离开时间(预期行驶开始时间)时未能完成充电(至目标充电量B)的机动车辆EV的数量成为可能。
在本实施例中，电力直接从机动车辆EV1供应到机动车辆EV2。在替代实施例中，可以将从机动车辆EV1放出的电力充电至安置在主配电盘MB和辅助配电盘SB之间的电存储设备(例如，铅蓄电池)，以使得从电存储设备放出的电力可以被供应到机动车辆EV2。有时是这种情况，即如果存在多个具有高完成比的机动车辆EV，则由于计划导致机动车辆EV不能够同时放电。即使在这种情况中，仍然可以通过电存储设备的使用来解决在对机动车辆EV进行放电时所涉及的时滞问题。
如果所有的机动车辆EV都被充分地充电，并且如果在各个机动车辆EV的离开时间之前有相当长的时间段，则在电器的消耗电力可能超过与电力公司的合同中指定的约定的电力的容许范围时，可以将从机动车辆EV放出的电力供应到电器。这使得能够防止消耗电力超过约定的电力。具体地说，控制单元2可以打开远程控制断路器RBi以形成从各个机动车辆EV延伸到电器的电力供应线。
在本实施例中，充电控制设备CT还包括从机动车辆EV延伸到除了机动车辆EV之外的电器EA的电力供应线L1，以及控制单元2还包括电力供应线打开/关闭单元24，用于打开或关闭电力供应线L1。控制单元2控制电力供应线打开/关闭单元24以将从机动车辆EV放出的电力供应到电器EA。
在用于商业目的的车辆的情况中(送货车或出租车)，用户(驾驶员)与机动车辆EV不是一对一的对应。允许用户(例如，销售人员或送货人员)任意地选择和使用空闲的机动车辆EV。在这些情况下，如果从具有低剩余量的机动车辆EV1放出的电力被供应到具有高剩余量的机动车辆EV2以使得机动车辆EV2能够在短时间段内被充满，则对于在较早时间离开的用户来说使用机动车辆EV2变得可能。这有助于减少在机动车辆EV之间充电和放电的电能量，从而使得能够减少由于充电器和放电器中的电力转换而导致的电力损失。
尽管已经参考实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以在不脱离在所附权利要求中所定义的本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

Claims (4)

1.一种充电控制设备，用于存储机动车辆的每一个的预期行驶开始时间，并且以到相应的预期行驶开始时间时能够完成对安装在所述机动车辆的每一个上的电池的充电的方式控制所述机动车辆的充电操作，所述充电控制设备包括：
存储单元，用于存储所述机动车辆的每一个的所述预期行驶开始时间；以及
控制单元，用于搜索所述机动车辆以找出到所述预期行驶开始时间时其充电预期能够完成的特定机动车辆，并且使所述特定机动车辆放出电力以用于对除了所述特定机动车辆之外的所述机动车辆中的至少一个的充电。
2.根据权利要求1所述的充电控制设备，其中，所述控制单元包括：
信息获取单元，用于从所述机动车辆的每一个获取关于电池剩余量和电池容量的信息；
估计单元，用于估计将所述机动车辆的每一个充电至目标充电量所需要的时间，其中，所述目标充电量是通过从所述电池容量中减去所述剩余量而获得的；以及
打开-关闭单元，用于打开或关闭通向所述机动车辆的充电线路，
其中，所述控制单元基于所述估计单元的估计结果搜索所述机动车辆以找出到所述预期行驶开始时间时能够被大约充电至至少所述目标充电量的可及时充电机动车辆，以及到所述预期行驶开始时间时不能够被充电至所述目标充电量的延误充电机动车辆，然后控制所述打开-关闭单元以形成从所述可及时充电机动车辆延伸到所述延误充电机动车辆的放电线路。
3.根据权利要求2所述的充电控制设备，其中，所述控制单元控制所述打开-关闭单元以优先地对所述目标充电量比其余机动车辆的更小的所述机动车辆中的一个进行充电。
4.根据权利要求2或3所述的充电控制设备，还包括：
电力供应线，其从所述机动车辆延伸到除了所述机动车辆之外的电器，
其中，所述控制单元还包括电力供应线打开/关闭单元，用于打开或关闭所述电力供应线，并且所述控制单元还控制所述电力供应线打开/关闭单元以将从所述机动车辆放出的电力供应到所述电器。
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