CN103190051B - 用于电力供需调平***的电池信息输出设备 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，电池信息输出设备允许在电动车辆被调度投入使用时或之前，电力用户（2）的现在停靠的电动车辆（10）的驾驶员考虑到有关电动车辆的操作计划，输入在两个以上时间点所需的电池容量，并将在每个时间点的可用容量（即，最大容量减去在每个时间点所需的容量）发送到电力供/需管理中心（3），使得电池（17）的充电和放电由来自电力供/需管理中心（3）的充电/放电命令来控制，从而使用于电力供需调平的电池容量的使用在任何时间点均保持在可用容量内。

Description

用于电力供需调平***的电池信息输出设备
技术领域
本发明涉及电力供需调平***，其通过配电线将电力从电力公用事业公司（诸如电力公司）供应到电力用户（包括工厂、商业机构和家庭），并根据从电力供/需管理中心基于从电力公用事业公司发送的电力供/需信息输出的充电/放电命令，通过控制停靠在电力用户处的电动车辆的电池的充电/放电来调平电力供需。更具体地，本发明涉及用于为优化待创建并发送到电力用户侧的充电/放电命令而将与电动车辆有关的电池信息从电力用户侧发送到电力供/需管理侧的电池信息输出设备。在本说明书中，电力公用事业公司不仅是指充当公用事业公司的电力公司，而且是指电网运营商，诸如ISO（独立***运营商）、TSO（输电***运营商）和IESO（独立电力***运营商）。
背景技术
用于调平电力供需的这种类型的***包括使用设置在电力用户中的固定电池的***。该***在夜间电力需求相对低时给电池充电，以及在白天电力需求处于其高峰时给电池放电，从而调平电力供需。然而，使用固定电池的这一电力供需调平***需要大尺寸安装。这使其难以低成本利用该***。
为解决这一问题，近来已建议利用一种使用安装在电动车辆或混合动力车辆（下文中，统称为电动车辆）中的电池来代替使用固定电池的电力供需调平***。考虑到用于交换至作为电力用户的商业机构和从作为电力用户的商业机构交换的电动车辆在白天电力需求处于其高峰时保持停靠并因此有可用电池容量的这一事实，制造了这样的电力供需调平***。
该***旨在通过在需求高峰时段期间利用从电力供/需管理中心发送的充电/放电命令给停靠在工厂、企业等的营业场所的电动车辆的电池放电从而补偿供电不足，以及在相对于电力供应容量具有较低需求的晚上或在夜里回家之后给它们充电来调平电力供需，而无需像在使用固定电池的情况下那样投入大量初期投资。
例如，专利文献1提出了通过来自电力供/需管理中心的充电/放电命令来控制电池充电和放电的一个实例。在专利文献1公开的电力供需调平***中，若停靠的电动车辆的电池容量高于预设标准，则电池被放电至用于电力供需调平的预设标准容量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP4426504B
发明内容
本发明要解决的问题
然而，专利文献1公开的电力供需调平***中的电池充电和放电控制是粗略的；它并不总是能有效利用电动车辆的电池。具体地，专利文献1公开的以预设标准均匀控制电池充电和放电的技术可防止电池过度放电，但无法以用于电力供需调平的预设标准容量来利用存储在电池中的电力。简单降低标准可能导致电池过度放电。
什么程度的电池容量可被用于电力供需调平，或者换言之，电池达到什么容量可被放电以用于电力供需调平与有关电动车辆的操作计划紧密相连。例如，若电动车辆投入使用不久，则需要抑制电池放电以确保足够高的容量，以便不影响电动车辆操作，以及若不是这样，则将电池放电到相当低容量将不会影响电动车辆操作。
很明显，专利文献1公开的不考虑有关电动车辆的操作计划的技术无法满足两个要求：防止电池过度放电以及有效利用用于电力供需调平的电池容量。
已做出本发明来解决以上问题。本发明的目的是提供用于电力供需调平***的电池信息输出设备，该电池信息输出设备能使电力用户现在停靠的电动车辆的电池的充电和放电被适当控制，使得在防止影响电动车辆操作的过度放电的同时，最佳利用电池容量来用于电力供需调平。
用于解决问题的方法
为实现以上目的，本发明提供了用于电力供需调平***的电池信息输出设备，在该电力供需调平***中，电力经由配电线从电力公用事业公司供应到电力用户，且当电力用户的电动车辆停靠并连接至配电线时，与电动车辆的电池有关的充电/放电命令从电力供/需管理装置被发送到电力用户，以通过使用电力用户的充电/放电控制器来控制用于电力供需调平的电动车辆的电池的充电和放电，该电池信息输出设备包括输入装置，其用于考虑电力用户的有关电动车辆的操作计划而输入多个时间以及用于在电动车辆连接至配电线之后的每个时间点通过控制电池的充电和放电而进行电力供需调平的电池的可用容量；以及输出装置，其用于将利用输入装置输入的在每个时间点的可用容量发送到电力供/需管理装置，其中，输入装置和输出装置各自被设置到至少电动车辆或电力用户的停靠电动车辆的地方。
期望地，输出装置接收至少用于限制供应到电池和从电池供应的累积电力的累积电力限值或用于限制供应到电池和从电池供应的最大供电速率的最大速率限值，并将所接收的限值发送到具有在每个时间点的可用容量的电力供/需管理装置。
期望地，电池信息输出设备还包括限值校正装置，其用于根据至少电池使用的持续时间或电池的温度来校正累积电力限值或最大速率限值，其中，输出装置发送由限值校正装置校正的累积电力限值或最大速率限值。
期望地，输入装置被设计为通过在由时间轴和电池的可用容量的轴组成的坐标系中指定两个以上的点来输入。
本发明的有益效果
如上所述，考虑到有关电动车辆的操作计划，在电动车辆连接到配电线以使电池可用于电力供需调平之后，根据本发明的用于电力供需调平***的电池信息输出设备允许电力用户利用输入装置输入多个时间和在每个时间点的电池可用容量，其中，在每个时间点输入的可用容量通过输出装置发送到电力供/需装置。这能使电力用户的电动车辆的电池的充电和放电由来自电力供/需装置的充电/放电命令来控制，使得电池容量的使用在任何时间点均保持在可用容量内。因此，本发明使在防止影响电动车辆操作的电池过度放电的同时最佳利用电池容量来用于电力供需调平成为可能。
由于输出装置接收并发送至少用于限制供应到电池和从电池供应的累积电力的累积电力限值或用于限制供应到电池和从电池供应的最大供电速率的最大速率限值至电力供/需管理装置，所以电力供/需管理装置可不仅基于在每个时间点的可用容量而且基于累积电力限值和/或最大速率限值来创建充电/放电命令。通过以此方式创建的充电/放电命令，防止电力用户的电池如此频繁的充电和放电而超过了累积电力限值和/或电力用户的电池如此快速的充电和放电而超过了最大速率限值，且因此，电池劣化得到限制。
通过根据电池使用的持续时间和/或电池温度（各自均为影响由充电和放电导致电池劣化的程度的因素）来校正累积电力限值和/或最大速率限值，不管电池使用的持续时间和/或电池温度，电池的充电和放电被限制于适当频率和适当速率。因此，电池劣化得到限制并增加了可靠性。
被设计为通过在由时间轴和电池可用容量轴组成的坐标系中指定两个或更多点来输入的电池信息输出设备提供了简易的理解和输入，且因此增加了便利。
附图说明
图1是应用电池信息输出设备的一种实施方式的电力供需调平***的整个配置视图。
图2是示出对于每个时钟时间的电池可用容量的输入的一个实例的曲线图。
具体实施方式
[第一实施方式]
现将描述作为本发明的一种实施方式的用于电力供需调平***的电池信息输出设备。
图1是示出应用电池信息输出设备的一种实施方式的电力供需调平***的整个配置的示意图。
电力供需调平***（所谓的智能电网；下文中也称为“智能电网”）由电力公用事业公司1（诸如电力公司）、多个电力用户2（包括家庭或工厂和商业机构）（构成智能电网）和电力供/需管理中心（电力供/需管理装置）3形成，电力供/需管理中心3调节和调平智能电网中的电力供需。
每个电力用户2通过配电线4连接至电力公用事业公司1。在电厂（未示出）产生的电力通过配电线4从电力公用事业公司1供应到电力用户2。若电力用户2中的一个具有发电设备，诸如太阳能电池板和风力发电机，并且从其生成由发电设备产生的多余电力且未被电力用户2使用，则多余电力通过电力公用事业公司1从配电线4供应到其它电力用户2。
图1是示出作为电力用户的一个实例的标准家庭的详细图。在该情况下，来自电力公用事业公司1的电力通过家庭中的电力线6供应到用作AC-DC转换器的电力控制器5（下文中，称为PCS）和电力负载7（诸如位于家庭中的TV和冰箱）。
在该实例中，太阳能电池板8置于屋顶上。由太阳能电池板8产生的电力通过经由PCS5供应到电力负载7来二次使用。
连接端口9设置于电力用户2的预定位置，例如在家庭情况下设置于房屋外墙中。连接端口9被用于在电力用户2与停靠在电力用户2处的电动车辆10之间输入和输出用于电池充电的电力，且也被用于输入和输出下文所述的电池信息。
更具体地，家庭的PCS5通过电力线11和信号线12连接至连接端口9，以及还通过信号线14连接至能量管理***13（下文中，称为EMS），该能量管理***13调节家庭内的电力供需。
连接端口9与电力线15和信号线16（实际在车辆外部结合为单根线）任意连接，电力线15和信号线16均从电动车辆10延伸。在车辆内部，电力线15连接至电池17，以及信号线16连接至ECU18（电子控制单元），ECU18以整合方式进行用于开动车辆的电机控制、车辆行驶期间对电池17的剩余容量的管理、空调控制、对放置于驾驶员座椅中的导航仪的控制等。
如下文所述，电动车辆10的电池17被用于平衡智能电网中的电力供需。为此，即使电池充电没有必要，也建议在车辆10回到家或者到达工厂或商业机构之后，电池17立即连接至连接端口9。
尽管未示出，但ECU18由输入/输出装置、用于存储控制程序、控制图等的存储器单元（ROM、RAM等）、中央处理单元（CPU）、计时器等形成。ECU18的输入侧与导航仪的触摸屏显示器19连接，使得驾驶员可利用显示器19任意输入信息到ECU18中。
电力用户2的EMS13通过信号线20（诸如电话线）连接至电力供/需管理中心3。EMS13通过连接端口9和PCS5从电动车辆10的ECU18输入电池信息。电池信息被输出到电力供/需管理中心3。
电力供/需管理中心3通过信号线21（诸如电话线）连接至电力公用事业公司1。电力公用事业公司1发送电力供/需信息到电力供/需管理中心3，以告知智能电网中电力供/需不足或过剩（对于每个电力用户2的电力供/需）。
因此，电力供/需管理中心3可掌握每个电力用户2的电动车辆10是否停靠，以及若电动车辆10停靠，则电力供/需管理中心3掌握电池信息，并且还根据电力供/需信息掌握智能电网中的电力供应不足或过剩。
对于电力供需调平，通过从电力供/需管理中心3发送到每个电力用户2的EMS13的充电/放电命令以使PCS5用作AC-DC转换器（充电/放电控制器），给电力用户2的停靠的电动车辆10的电池17充电和放电。
对于电力供需调平，停靠的电动车辆10的电池17经由电力用户2的EMS13来充电和放电。然而，如标题为“本发明要解决的问题”的部分中所提及，若不适当控制电池17的充电和放电，则会导致电池17的过度放电或过度限制放电；前者影响电动车辆10的操作，以及后者意味着未有效利用电池容量。
为解决该问题，本实施方式被设计为使电力用户2的现在停靠的电动车辆10的驾驶员考虑到有关电动车辆17的操作计划，预先输入电池17的什么程度的容量可用作在每个时间点用于电力供需调平的可用容量，从而电池17的充电和放电被控制为使得电池容量的使用在任何时间点均保持在可用容量内。接下来，将详细描述该过程。
图2是示出对于每个时钟时间的关于停靠在电力用户2处的电动车辆10的电池17的可用容量的输入的一个实例的曲线图。图2中纵轴示出与整个容量Cmax成比例的电池容量。图2中横轴示出从电动车辆10连接至电力用户2的连接端口9的时间点计数的时钟时间。
使用作为要确保的电池容量的所需容量（整个容量Cmax-可用容量）作为索引来进行对于每个时钟时间的电池17的可用容量的输入。在图2所示的输入实例中，电动车辆10未在时钟时间t1处或在时钟时间t1之前而是在时钟时间t2处被调度使用。实例示出了存在由于计划改变而使得使用电动车辆10的起始点将提前到时钟时间t1与时钟时间t2之间的时段内的可能性。
为此，在时钟时间t1之前未调度使用电动车辆10的时段期间，输入C1以确保最小电池容量，以及在时钟时间t1与时钟时间t2之间存在当计划改变时开始使用电动车辆10的可能性的时段期间，逐渐增加电池容量。在时钟时间t2之后几乎确定开始使用电动车辆10的时段期间，输入作为足够行驶的电池容量的C2（考虑行驶距离来确定）。
图2中通过在相应时钟时间处从整个容量Cmax减去所需容量C1和C2而获得的阴影区被设定为可用容量。例如，在时间t2处，Cmax减去C2为可用容量。因此，图2中的阴影区表示在每个时间点的可用容量。通过控制电池充电和放电使得电池容量的使用在任何时间点均保持在该区域内，可最佳利用电池容量来用于电力供需调平，而不会有电池17的过度放电风险。
不必说，图2仅是可用容量的输入的一个实例。可根据电动车辆10的操作条件来设定具有各种特性的曲线图。在上述实例中，输入了直到下一次使用开始之前可用的容量。然而，也可以输入在下一次使用之后直到电动车辆10开始使用之前可用的容量或者根据电动车辆10下一个月的行驶计划而对下一个月可用的容量。
例如，由驾驶员使用导航仪的触摸屏显示器19（输入装置）来执行实际输入。更具体地，与图2相似的空曲线图（仅包括纵轴和横轴）被显示在显示器19上。驾驶员顺序触摸在电动车辆10开始使用的时钟时间与针对这些时钟时间的所需容量之间的交叉点处的点，从而确定t1、C1、t2和C2。通过自动连接交叉点来制作曲线图。然而，对于每个时钟时间的可用容量的输入不限于本实例。例如，可利用按键来输入时钟时间t1和t2以及所需容量C1和C2。
如上所述设定的对于每个时钟时间的可用容量通过连接端口9和PCS5从ECU18输入到EMS13，并从EMS13传送到电力供/需管理中心3（输出装置）。电力供/需管理中心3基于从电力用户2侧发送的可用容量来创建充电/放电命令，并将其发送到电力用户2侧以用于电力供需调平。通过以此方式创建的充电/放电命令，电力用户2的电动车辆10的电池17的充电和放电被控制为使得电池容量的使用在任何时间点均保持在可用容量内。
图2通过虚线示出电池17的充电/放电条件。例如，当智能电网中的电力供应过剩时，电池17被电力用户2控制到充电侧，以利用多余电力给电池17充电。当智能电网中电力供应不足时，电池17被控制到放电侧以补偿电力不足。在任何情况下，这些充电/放电控制在可用容量范围内被实施。
例如，如图2中的时钟时间t1与t2之间所示，当在放电期间电池容量偏离可用容量下限（低于所需容量）时，电池容量被控制到可用容量下限。在图2中，电动车辆10的使用起始点从估计的时钟时间t2延迟到t2’。这种行驶起始点估计的时间滞后经常发生。然而，在时钟时间t2之后继续确保可用于行驶的电池容量C2，使得在没有问题的情况下可开始车辆的行驶。
如上所述，用于电力供需调平***的电池信息输出设备的本实施方式被设计为使电力用户2的现在停靠的电动车辆10的驾驶员考虑到有关电动车辆10的操作计划，输入在每个时间点用于电力供需调平的电动车辆10的电池17的可用容量，其中，在每个时间点输入的可用容量从电池信息输出设备被发送到电力供/需管理中心3。
基于从电力用户2侧发送的在每个时间点的可用容量，电力供/需管理中心3创建充电/放电命令以控制电力用户2的车辆10的电池17的充电和放电，使得电池容量的使用在任何时间点均保持在可用容量内。通过利用该充电/放电命令来控制电力用户2的电池17的充电和放电，在防止影响电动车辆10的操作的电池17的过度放电风险的同时，最佳利用电池容量来用于电力供需调平。
当电力用户2是工厂、企业等且具有两个或更多个电动车辆时，单个电力用户的这两个或更多个电动车辆10可在某一时间连接至智能电网。在该情况下，连接的电动车辆分别经历充电和放电控制。
[第二实施方式]
接下来，将描述根据本发明的用于电力供需调平***的电池信息输出设备的第二实施方式。
电池信息输出设备的第二实施方式在基本配置上与第一实施方式相似；它们的区别在于前者具有用于限制电池17劣化的措施。具体地，如针对第一实施方式所述，给电池17充电和放电不仅用于开动车辆，而且用于电力供需调平。因此，期望使通过充电和放电引起的电池劣化最小化。因此，本实施方式被配置为防止电池17的频繁和/或快速充电和放电，以便不会加速电池劣化，如下文所述。
如图1所示，安装到电池17上的温度传感器31连接到ECU18的输入端，使得由温度传感器31检测到的电池温度被馈送到ECU。
ECU18将用于限制供应到电池17和从电池17供应的累积电力的累积电力限值以及用于限制电池17的最大充电或放电速率的最大速率限值保存在其存储器中。基于新电池17在正常服务温度下的特性来确定这些限值。
供应到电池17和从电池17供应的累积电力是在每次充电或放电过程中供应到电池17或从电池17供应的电量的总和，其中，从电池供应的电力以及供应到电池的电力被处理为正值。较大累积电力可被视为指示更频繁充电和放电。最大充电或放电速率是容量变化对时间的最大速率。较大容量变化速率意味着更快速充电或放电。
累积电力限值和最大速率限值各自被设定为接近不会导致不可接受的电池17的快速劣化的极限，且各自对电池17特有。然而，适当的累积电力限值以及适当的最大速率限值根据电池17通过使用已劣化多少以及电池17的温度与正常服务温度相差多远而变化。例如，对于通过使用劣化较多或具有比正常服务温度高或低较大程度的温度的电池，充电和放电负担更大。因此，这种电池需要更低限值以避免加速劣化。
因此，除累积电力限值和最大速率限值之外，ECU18将用于根据电池17使用的持续时间和电池17的温度来校正这些限值的图保存在其存储器中。这里，由ECU18通过将对用于车辆开动或电力供需调平的电池17执行的充电和放电的持续时间求和来获得电池17使用的持续时间。
对于电池17的充电和放电的控制，ECU18根据通过如上所述对充电和放电的持续时间求和获得的电池17使用的持续时间以及由温度传感器31（限值校正装置）检测到的电池17的温度来校正累积电力限值和最大速率限值，并将校正限值连同上述在每个时间点的可用容量一起发送到电力供/需管理中心3。
这允许电力供/需管理中心3不仅基于在每个时间点的可用容量而且基于累积电力限值和最大速率限值来创建用于电力用户2的电池17的充电/放电命令。通过以此方式创建的充电/放电命令，电力用户2的电池17的充电和放电被控制为使得供应到电池和从电池供应的累积电力不超过最大电力限值，且最大充电和放电速率不超过最大速率限值。
更具体地，例如，若在充电或放电期间供应到电池17或从电池17供应的累积电力达到累积电力限值，则充电或放电立即被停止。即使电力供/需信息表明需要电池17的快速充电或放电以处理电力过剩或不足的情况，电池17的最大充电或放电速率被限制于最大速率限值。以此方式，防止电池17的频繁和/或快速充电和放电，以限制电池17劣化。
根据电池17使用的持续时间和电池17的温度来校正累积电力限值和最大速率限值，电池17使用的持续时间和电池17的温度是影响电池通过充电和放电劣化多少的因素。这确保了不管电池使用的持续时间和电池的温度，电池的充电和放电被限制于适当频率和适当速率。因此，电池劣化得到限制且增加了可靠性。
在上文中，已描述了本发明的实施方式。然而，本发明不限于所述实施方式。例如，在所述实施方式中，在安装于电动车辆10上的触摸屏显示器19上输入在每个时间点的可用容量，且输入的信息经由安装于家庭中的EMS13被发送到电力供/需管理中心3。然而，本发明不限于该输入和发送信息的方式。
例如，可以将家庭中的输入装置连接到EMS13并代替安装于电动车辆10上的触摸屏显示器19而利用该输入装置输入在每个时间点的可用容量。也可以将通信装置安装于电动车辆10上，以将在触摸屏显示器19上输入的在每个时间点的可用容量不经由EMS13发送到电力供/需管理中心3。
在所述实施方式中，电池17的充电和放电被控制为不超过累积电力限值或最大速率限值。然而，这些限制并不绝对必要：限制中的两个或一个可省略。取决于电池17使用的持续时间和电池17的温度的累积电力限值和最大速率限值的校正并不绝对必要，或者两者择一；限值中的两个或一个的校正可省略。
本发明的应用不限于在所述实施方式中示例的类型的电动车辆10；其也适用于插电式混合动力车辆。
附图标记说明
1电力公用事业公司
2电力用户
3电力供/需管理中心
4配电线
10电动车辆
13EMS（输出装置、充电/放电控制器）
17电池
18ECU（限值校正装置）
19触摸屏显示器（输入装置）

Claims (7)

1.一种用于电力供需调平***的电池信息输出设备，在所述电力供需调平***中，电力经由配电线从电力公用事业公司供应到电力用户，且当电力用户的电动车辆停靠并连接至所述配电线时，与所述电动车辆的电池有关的充电/放电命令从电力供/需管理装置发送到所述电力用户，以通过使用充电/放电控制器来控制所述电动车辆的所述电池的充电和放电以用于智能电网内的电力供需调平，所述电池信息输出设备包括：
输入装置，其用于考虑所述电力用户的有关所述电动车辆的操作计划，通过在由时间轴和所述电池的可用容量的轴组成的坐标系中指定两个以上的点，而输入多个时间以及所述电池的所述可用容量，以便通过在所述电动车辆连接至所述配电线之后在所述时间的每个点控制所述电池的充电和放电而进行电力供需调平，以及
输出装置，其用于将利用所述输入装置输入的在每个时间点的所述可用容量发送到所述电力供/需管理装置，其中，
所述输入装置和所述输出装置各自被设置到至少所述电动车辆或所述电力用户的停靠所述电动车辆的地方。
2.根据权利要求1所述的电池信息输出设备，其中，
所述输出装置接收用于限制供应到所述电池和从所述电池供应的累积电力的累积电力限值，并将所述累积电力限值发送到具有在每个时间点的所述可用容量的所述电力供/需管理装置。
3.根据权利要求2所述的电池信息输出设备，还包括限值校正装置，其用于根据所述电池使用的持续时间来校正所述累积电力限值，其中，
所述输出装置发送由所述限值校正装置校正的所述累积电力限值。
4.根据权利要求2所述的电池信息输出设备，还包括限值校正装置，其用于根据所述电池的温度来校正所述累积电力限值，其中，
所述输出装置发送由所述限值校正装置校正的所述累积电力限值。
5.根据权利要求1所述的电池信息输出设备，其中，
所述输出装置接收用于限制供应到所述电池和从所述电池供应的最大供电速率的最大速率限值，并将所述最大速率限值发送到具有在每个时间点的所述可用容量的所述电力供/需管理装置。
6.根据权利要求5所述的电池信息输出设备，还包括限值校正装置，其用于根据所述电池使用的持续时间来校正所述最大速率限值，其中，
所述输出装置发送由所述限值校正装置校正的所述最大速率限值。
7.根据权利要求5所述的电池信息输出设备，还包括限值校正装置，其用于根据所述电池的温度来校正所述最大速率限值，其中，
所述输出装置发送由所述限值校正装置校正的所述最大速率限值。
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