家用能量存储装置的车辆再充电的制作方法

1.本公开涉及一种与电动车辆协调的家用能量管理系统。


背景技术：

2.家用能量生态系统(hee)可以包括各种部件，诸如家用能量存储装置(hes)、电动车辆、电器、恒温器、太阳能电池板以及经由家用能量管理系统(hems)操作和控制的其他装置。hems可以协调生态系统的各种部件以增强便利性，提高效率并降低能量成本。在停电(例如，公用设施服务升级)的情况下，hems可以使用存储在hes中的能量来暂时向住户提供电力。然而，由于hes的容量有限，因此hems可能无法连续地为住户供电，直到电力恢复为止。


技术实现要素：

3.在本公开的一个或多个说明性实施例中，一种用于管理建筑物的能量的系统包括控制器，所述控制器与充电器通信并且被配置为：响应于预测到(i)预期持续时间的即将到来的停电和(ii)车辆的电池和电能存储装置的总能量储备小于所述建筑物在所述预期持续时间期间要使用的预期能量大小，指示所述车辆在目标充电站处对所述电池进行再充电并在所述能量存储装置的存储能量下降到预定义值以下之前返回，并且响应于遇到所述停电，命令所述充电器从所述电池和电能存储装置向所述建筑物供应电能。
4.在本公开的一个或多个说明性实施例中，一种用于管理建筑物的能量的方法包括：经由充电器将所述建筑物的电力线连接到车辆的电池；响应于停电的发生，从所述电池和从与所述车辆分开的能量存储装置向所述建筑物供应电能；以及指示所述车辆对所述电池进行再充电并在所述能量存储装置的存储能量下降到预定义值以下之前返回到所述建筑物。
5.在本公开的一个或多个说明性实施例中，一种用于建筑物的能量管理系统包括：控制器，所述控制器与一个或多个耗电装置、电能存储装置和充电器通信，所述充电器被配置为连接到具有电池的电动车辆，其中所述控制器被配置为响应于检测到停电并且所述电池和能量存储装置的能量储备小于预定义阈值，暂停向被分类为非必需品的耗电装置的供电并继续向被分类为必需品的耗电装置供电。
附图说明
6.图1是示出传动系和能量存储部件(包括电机)的电动化车辆的图式。
7.图2是与电动车辆相关联的hems的图式。
8.图3是用于hems的过程的流程图。
9.图4是用于hems的另一过程的流程图。
10.图5a和图5b是hes和车辆电池荷电状态的波形图。
具体实施方式
11.本文中描述了本公开的各实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以各种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一附图示出和描述的各个特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，符合本公开教导的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实施方式可能是期望的。
12.图1描绘了可被称为插电式混合动力电动车辆(phev)的电动化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可以包括机械地联接到混合动力变速器116的一个或多个电机114。电机114可能够作为马达或发电机来操作。此外，混合动力变速器116机械地联接到发动机118。混合动力变速器116还机械地联接到驱动轴120，所述驱动轴机械地联接到车轮122。电机114可在发动机118开启或关闭时提供推进和制动能力。电机114还可充当发电机，并且可通过回收原本通常在摩擦制动系统中作为热量损失的能量来提供燃料经济性益处。电机114还可通过允许发动机118以更有效的转速操作以及允许在某些状况下在发动机118关闭的情况下以电动模式操作混合动力电动车辆112来减少车辆排放。电动化车辆112还可为电池电动车辆(bev)。在bev配置中，可能不存在发动机118。
13.牵引电池或电池组124存储可由电机114使用的能量。车辆电池组124可提供高压直流(dc)输出。牵引电池124可以电联接到一个或多个电力电子模块126(诸如牵引逆变器)。一个或多个接触器142可在断开时将牵引电池124与其他部件隔离，并且在闭合时将牵引电池124连接到其他部件。电力电子模块126还电联接到电机114，并且提供在牵引电池124和电机114之间双向传递能量的能力。例如，牵引电池124可提供dc电压，而电机114可利用三相交流(ac)操作以起作用。电力电子模块126可以将dc电压转换为三相ac电流来操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可将来自充当发电机的电机114的三相ac电流转换为与牵引电池124兼容的dc电压。
14.车辆112可以包括电联接在牵引电池124和电力电子模块126之间的可变电压转换器(vvc)(未示出)。所述vvc可以是被配置为增大或升高由牵引电池124提供的电压的dc/dc升压转换器。通过增加电压，可降低电流要求，从而导致电力电子模块126和电机114的布线大小减小。此外，电机114可以更好的效率和更低的损耗操作。
15.除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可为其他车辆电气系统提供能量。车辆112可以包括dc/dc转换器模块128，所述dc/dc转换器模块将牵引电池124的高压dc输出转换为与低压车辆负载兼容的低压dc供应。dc/dc转换器模块128的输出端可电联接到辅助电池130(例如，12v电池)以用于对辅助电池130充电。低压系统可电联接到辅助电池130。一个或多个电气负载146可联接到高压总线/轨。电气负载146可具有在适当时操作和控制电气负载146的相关联的控制器。电气负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
16.电动化车辆112可以被配置为从外部电源136对牵引电池124再充电。外部电源136可以是到电气插座的连接。外部电源136可电联接到充电器或电动车辆供电装备(evse)
138。外部电源136可以是由电力公共事业公司提供的配电网络或电网。evse 138可以提供电路和控件以调节和管理在电源136与车辆112之间的能量传递。外部电源136可向evse 138提供dc或ac电力。evse 138可具有用于插入到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为将电力从evse 138传递到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可电联接到充电器或车载电力转换模块132。电力转换模块132可调节从evse 138供应的电力，以向牵引电池124提供恰当的电压和电流电平。电力转换模块132可与evse 138对接以协调到车辆112的电力输送。evse连接器140可具有与充电端口134的对应凹槽配合的插脚。替代地，被描述为电联接或连接的各种部件可使用无线感应耦合来传递电力。另外，车辆112可以被配置为在诸如电力转换模块132之类的控制器的控制下经由evse 138和evse连接140从牵引电池124向非车载电力存储装置(未示出)提供电力。替代地，可以在不利用电力转换模块132的情况下执行从牵引电池124到非车载负载(例如，hes)的电力传递，因为牵引电池124和hes都是dc电力。牵引电池124可以直接连接到充电端口以传递和/或接收dc电力。例如，evse 138可以与具有hes作为备用电源的家庭集成或相关联。车辆112可以充当便携式电力存储装置以将电力传递进出由hems(将在下面详细描述)协调的hes。
17.可以提供一个或多个车轮制动器144以用于制动车辆112并防止车辆112的运动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某种组合。车轮制动器144可为制动系统150的一部分。制动系统150可以包括用于操作车轮制动器144的其他部件。出于简单起见，附图描绘了制动系统150与车轮制动器144中的一者之间的单个连接。暗示了制动系统150与其他车轮制动器144之间的连接。制动系统150可以包括用于监测并且协调制动系统150的控制器。制动系统150可监测制动部件并且控制车轮制动器144以使车辆减速。制动系统150可响应于驾驶员命令，并且还可自主操作以实施诸如稳定性控制的特征。制动系统150的控制器可在由另一个控制器或子功能请求时实施施加所请求的制动力的方法。
18.车辆112内的电子模块可经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线，诸如控制器局域网(can)。车辆网络的信道中的一个可以包括由电气和电子工程师协会(ieee)802系列标准限定的以太网。车辆网络的附加的信道可以包括模块之间的离散连接并且可以包括来自辅助电池130的电力信号。可以通过车辆网络的不同信道传递不同的信号。例如，视频信号可以通过高速信道(例如，以太网)传递，而控制信号可以通过can或离散信号传递。车辆网络可以包括有助于在模块之间传递信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未在图1中示出，但是可以暗示车辆网络可连接到车辆112中存在的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(vsc)148来协调各种部件的操作。
19.图2描绘了与电动车辆相关联的家用能量管理系统的图式。本示例中的hee 200可以针对房屋202而实施。房屋202可以经由配电板(switch board)206从电网204获取电力，所述配电板被配置为经由内部电力线234向hee 200的各种部件提供电力。例如，hee 200可以包括被配置为消耗电力并向住户提供各种特征的一个或多个电气装备210(例如，电器)。hee 200还可以包括被配置为存储电能的hes 208。hes 208可以以各种形式实施。作为示例，hes 208可以包括可再充电电池(例如，锂离子电池)以存储从电网204接收的电能并且每当需要时向内部电力线234提供电能。由于电能可以作为dc电力存储在hes 208中，因此可以向一个或多个dc/ac逆变器提供hes 208以便于电力转移。
20.继续参考图1，内部电力线234可以进一步连接到evse 138，所述evse被配置为利用电动车辆112传递电能。evse 138可以安装在房屋202内或附近(例如，在车库中)并且适于具有由配电板206支持的预定义电压和最大电流的家用电能配置。如参考图1所讨论的，evse 138可以被配置为经由充电端口134连接到车辆112以对牵引电池124进行充电。另外，evse 138还可以被配置为从车辆112的牵引电池124汲取电力以向hee 200供电。例如，在电网204停电的情况下，evse 138可以被配置为从车辆112汲取电力以向房屋202的部件供电。hee 200的电力管理可以由与房屋202相关联的hems控制器212控制和协调。hems控制器212可以以各种方式实施。例如，hems控制器212可以是专用控制器，所述专用控制器位于房屋202内并且经由有线或无线连接(未示出)连接到家用能量生态系统或智能家居装置hee 200的部件。替代地，hems控制器212可以由被配置为运行过程和程序以执行控制器操作的台式计算机或膝上型计算机来实施。替代地，hems控制器212可以与家用能量生态系统hee 200的一个或多个部件(诸如evse 138)集成。替代地，hems控制器212可以通过互联网经由云服务器远程实施，并且被配置为监测和控制家用能量生态系统hee 200的部件的操作。在任何或所有上述实施方式示例中，hems控制器212可以被设置有软件以监测和控制家用能量生态系统hee 200的各种部件的操作。hems控制器212还可以被设置有与输入和输出装置相关联的接口以与hee 200的用户交互。hems 212还可以经由公共或专用网络连接到云232，以与诸如公用事业公司和气象机构之类的其他实体通信，以促进对hee 200的规划和控制。
21.继续参考图1，车辆112还可以包括各种部件以便于电池124与evse 138之间的电力交易。车辆112可以包括系统控制器148，所述系统控制器被配置为执行支持本文描述的过程的指令、命令和其他程序。例如，系统控制器148可以包括一个或多个处理器，并且被配置为执行车辆应用程序228的指令以提供诸如无线通信和电力管理之类的特征。可以使用多种计算机可读存储介质226以非易失性方式维护此类指令和其他数据。计算机可读介质226(也称为处理器可读介质或存储装置)可以包括参与提供可以由系统控制器148使用的指令或其他数据的任何非暂时性介质(例如，有形介质)。可以根据使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序来编译或解译计算机可执行指令，所述各种编程语言和/或技术包括但不限于以下的单独或组合形式：java、c、c++、c#、objective c、fortran、pascal、java script、python、perl和pl/sql。
22.车辆112还可以通过导航控制器224而被设置有导航和路线规划特征，所述导航控制器被配置为响应于例如经由hmi控件(未示出)进行的用户输入而计算导航路线，并且经由诸如扬声器或显示器(未示出)之类的输出装置输出所规划路线和指令。导航所需的位置数据可从全球导航卫星系统(gnss)控制器216收集，所述gnss控制器被配置为与多个卫星通信并计算车辆112的位置。gnss控制器216可以被配置为支持各种当前和/或未来的全球或区域定位系统，诸如全球定位系统(gps)、伽利略卫星、北斗卫星、全球导航卫星系统(glonass)等。用于路线规划的地图数据可以作为车辆数据230的一部分存储在存储装置226中。导航软件可以作为车辆应用程序228的一部分存储在存储装置226中。
23.车辆112还可以被配置为经由无线收发器214与各种数字实体进行无线通信。例如，车辆112可以被配置为经由无线收发器214与hems控制器212进行通信以执行各种操作。另外或替代地，车辆112与hems控制器之间的通信可以通过与充电端口134联接的evse连接
器140来实现，所述充电端口被配置为支持数字通信协议。无线收发器可以被配置为支持由与无线收发器214通信的无线控制器(未示出)实现的各种无线通信协议。作为几个非限制性示例，无线控制器可以包括wi-fi控制器、蓝牙控制器、射频识别(rfid)控制器、近场通信(nfc)控制器以及其他装置，诸如zigbee收发器、irda收发器、超宽带(uwb)收发器等。
24.车辆112还可以被设置有远程信息处理控制单元(tcu)218，所述tcu被配置为通过无线连接236使用调制解调器220控制车辆112与云232之间的远程通信。无线连接236可以呈各种通信网络(例如，蜂窝网络)的形式。通过无线连接236，车辆112可以出于各种目的而访问云232的一个或多个服务器以访问各种内容。车辆112还可以经由自主驾驶控制器(adc)222而被设置有自主驾驶特征。adc 222可以被配置为结合导航控制器224使用存储在存储装置226中的地图数据和来自云232的实时数据来执行车辆112的自主驾驶。应注意，术语云在本公开中用作通用术语，并且可以包括涉及被配置为存储数据和执行数据处理功能并促进各实体之间的通信的载体、路由器、计算机、服务器等的任何计算网络。
25.上面介绍的车辆112的各种部件可以经由车内网络238彼此连接。作为一些示例，车内网络238可以包括但不限于控制器局域网(can)、以太网网络和面向媒体的系统传输(most)中的一者或多者。
26.参考图3，示出了用于hems的过程300的示例性流程图。继续参考图1和图2，可以经由家用能量生态系统hee 200的hems控制器212来实施过程300。在操作302处，hems控制器212收集与预期(例如，计划的或预测的)电网204停电相关的数据。与预期停电相关的数据可以由系统预定义。作为几个非限制性示例，与停电相关的数据可以包括从云232接收的天气预报、从云232接收的公用设施规划维护、经由hmi控制器212的界面进行的用户输入、一年当中的季节、从云232接收的本地和区域输配电系统上的当前和预测的电气负载，以及从云232接收的政府通告。在接收到数据时，hems控制器212可以确定任何计划的停电。另外，hems控制器212可以分析数据以预测停电。例如，hems控制器212可以基于天气预报或电气负载来计算停电概率，并将所述概率与预定阈值(例如，50％)进行比较以预测是否可能发生停电。在操作304处，如果hems控制器212确定可能不会发生停电，则所述过程进行到操作306，并且hems控制器212保持当前电力计划不变并且可以继续使用来自hes 208的能量。
27.否则，如果hems控制器212确定计划的或预测的停电是可能的，则所述过程进行到操作308，并且hems控制器212基于停电时长和家庭202的功耗来计算需要多少能量储备。例如，hems控制器212可以基于规划的维护时间表(例如，一小时)来获得停电时长。替代地，hems控制器212可以使用在先前操作处接收的数据来预测停电时长。由于所述预测取决于各种不定因素，因此与来自公用事业公司或政府的停电时间表相比，预测的持续时间可能不太准确。然而，持续时间预测对于提前提供备用电源规划的近似估计可能仍然是有用的。hems控制器212可以通过评估电气装备210的额定功率和配电板206处的当前功率输出来获得功耗。例如，hems控制器可以经由有线或无线连接与一个或多个电气装备210进行通信以确定它们的平均或当前功耗。替代地，hems控制器212可以被配置为确定电力计划以在停电期间实施备用供应模式，以减少和限制某些不必要的电力输出。例如，在停电期间，hems控制器212可以使用来自hes 208的备用/储备能量来为家庭202供电。hems控制器212可以暂停向evse 138和/或一些预定义的非必需电气装备210输出电力，以延长备用电源的时间。基于计划的/预测的停电时长，hems 212可以动态地调整备用电源计划以决定继续或暂停
向电力装备供电。例如，对于预期的短暂停电，hems控制器可以被配置为仅暂停向evse 138供电，同时继续照常从hes 208向家庭202的所有其他装备210供电。随着停电时长的增加，hems控制器212可以决定暂停向被分类为非必需品的其他预定义装备210(诸如游戏机、音乐播放器、花园灯等)供电。
28.另外，在操作310处，hems控制器212基于预期针对停电而使用的备用电源计划来计算hes 208的电力储备阈值。例如，在没有预期停电的正常状况下，hes储备阈值可以被设置为30％。响应于预期停电，hems控制器212可以计算hes储备阈值并将其增加到90％。初始hes储备阈值低可能有各种原因。作为示例，提供电力的公用事业公司可以对覆盖房屋202的区域应用灵活定价。价格在正常时间(例如，上午7点至晚上11点)期间可能较高，而在规定时间后(afterhours)(例如，晚上11点至上午7点)期间可能较低。在价格较低时的规定时间后期间，hems控制器212可以对hes 208进行再充电，而在正常时间期间使用hes 208向hee 200供电以节省成本。在操作312处，hems控制器212对hes 208实施所计算出的新阈值。在操作314处，响应于如预期遇到停电，hems控制器212实施在操作308处确定的备用电源计划，以从hes 208向hee 200的必需装备210(诸如抽水泵、电器、电话、互联网路由器等)供电。
29.作为替代示例，图3中所示的过程300可以被简化并应用于其中停电不可预期的情况。例如，停电可能在没有任何事先通知的情况下发生。响应于停电，hems控制器212可以切换到备用模式并从hes 208和/或车辆112向hee 200供电。hems控制器212可以优先考虑首先使用牵引电池124，以在hes 208中留下足够多电力存储。响应于hes 208和牵引电池124两者的总能量存储下降到预定义阈值以下并且停电继续，hems 212可以指示车辆112对牵引电池124进行再充电并在hes 208耗尽之前返回房屋202。在车辆112设置有自主驾驶特征的情况下，可以提供自主驾驶指令。hms控制器212可以重复所述过程，直到电力恢复为止。
30.参考图4，示出了用于本公开的另一个实施例的hems的过程400的流程图。与参考图3所示的过程300不同，在本示例中，电动车辆112参与备用电源规划。继续参考图1至图3，本文描述的过程400可以经由hems控制器212单独地或结合系统控制器148来实施。替代地，车辆112的系统控制器148可以被配置为执行过程400的任何或所有操作。为了简单起见，将仅参考hems控制器212进行以下描述。在操作402处，类似于在302处执行的操作，hems控制器212收集与停电相关的数据。在操作404处，hems控制器212确定停电是否已经发生或预期停电。如果答案为否，则所述过程返回至操作402。如果答案为是，则所述过程进行到操作406，并且hems控制器212估计停电期间所需的能量大小并确定备用电源计划，这类似于在过程300的操作308处执行的操作。在操作408处，hems控制器212估计可以经由evse 138从车辆传递到hes 208的可用能量。可以经由当前荷电状态(soc)和/或牵引电池124的能量大小来估计来自车辆112的可用能量大小。在当执行估计时正在使用车辆的情况下，hems控制器212可以在到达房屋时使用从云232接收的车辆112的当前位置和路线来计算估计的soc，并且使用估计的soc或能量大小来计算可用能量以提供近似估计。在操作410处，hems控制器212计算hes 208能够存储以在停电期间提供备用电源的能量大小。在hes 208未充满电的情况下，在操作412处，hems控制器212协调经由evse 138从牵引电池124到hes 208的能量传递。
31.在操作414处，hems控制器212确定存储在hes 208和车辆电池124两者中的能量是
否足以如预期的那样持续整个停电的持续时间。如果答案为是，则所述过程进行到操作418，并且hems控制器212操作hes 208以在实施在操作406处计算的备用电源计划的停电期间向hee 200提供备用电源。然而，如果操作414处的答案为否，则所述过程进行到操作416。hems控制器212向车辆用户通知电池电量不足，并指示用户在hes 208按照计算耗尽之前对车辆进行再充电并返回房屋202。由hems控制器212提供的指令可以包括不受停电影响的充电站的位置。所述指令还可以包括被计算以优化备用电源计划的开始驾驶到充电站的时间。在目标充电站接受预约的情况下，hems控制器212还可以向目标充电站预约估计到达时间，以使车辆112可以及时充电的机会最大化。在车辆112被设置有自主驾驶特征的情况下，所述指令还可以包括用于使adc 222引导车辆112自主驾驶到目标充电站的驾驶指令。如果车辆112当前不在家并且电池124具有容纳更多电荷的容量，则hems控制器212可以指示车辆112在回家之前停在目标充电站旁边。
32.参考图5a和图5b，示出了本公开的实施例的hes 208和车辆电池124的soc波形图。继续参考图1至图4，图5a示出了车辆电池在备用电源模式期间足够并且不需要再充电(对于图4的操作414为“是”)的实施例的波形图，而图5b示出了车辆112在备用电源模式期间驾驶到目标充电站并进行再充电(对于图4的操作414为“否”)的实施例的波形图。参考图5a，hes 208响应于在时间0处遇到停电而开始放电。如通过波形502所示，在放电期间，hes 208的soc从时间0处的90％降低到时间10小时处的30％，此时车辆112在hems控制器212(和/或车辆112的系统控制器148)的控制下开始将hes 208再充电到90％soc。如车辆电池124的对应波形504所示，电池124的soc在不从电池124汲取电力期间从时间0至10小时内维持在80％。在大约10小时的时间点处，车辆电池124开始供电以对hes 208充电，并且在第一次车辆电池放电完成之后降低到大约70％。hes/车辆电池充电/放电过程根据由hems控制器212计算的备用电源计划而重复，直到恢复从电网204供电为止。
33.图5b示出了替代的hes/车辆电池供电过程。在该示例中，hems控制器212确定hes 208和车辆电池124的soc可能不足以撑过停电，并且命令车辆112对电池124进行再充电以向hems电源备用提供进一步的供电。hes 208的波形506总体上与图5a中的相同。然而，响应于车辆电池124在第一次放电之后降低到20％soc，将车辆驾驶到目标充电站以按规划进行再充电。如波形508所示，车辆电池124的soc在再充电期间从20％增加到大约90％，并且车辆112返回房屋202进行第二次放电以继续向hee 200供电。
34.虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。相反，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可将各种实施实施例的特征进行组合，以形成本发明的另外的实施例。
35.根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为使用从云服务器接收的数据基于所述目标充电站是否在经历所述即将到来的停电的位置处来识别所述目标充电站。
36.根据实施例，所述控制器还被配置为在所述目标充电站处进行预约。
37.根据实施例，上述发明的特征还在于，响应于检测到所述车辆远离所述建筑物，基于由所述电池存储的当前能量大小和所述车辆行驶到所述建筑物的规划路线来计算所述电池的所述可用能量。
38.根据实施例，上述发明的特征还在于，在所述目标充电站处进行预约。
39.根据实施例，所述控制器还被配置为指示所述电动车辆对所述电池进行再充电并在所述能量存储装置的存储能量下降到预定义值以下之前的预定义时间返回到所述建筑物。