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CN113613943A - 用于家庭用户管理包括其电动车辆的不同负载之间的功率的带有功率管理系统的转换器 - Google Patents

用于家庭用户管理包括其电动车辆的不同负载之间的功率的带有功率管理系统的转换器 Download PDF

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CN113613943A
CN113613943A CN202080022467.XA CN202080022467A CN113613943A CN 113613943 A CN113613943 A CN 113613943A CN 202080022467 A CN202080022467 A CN 202080022467A CN 113613943 A CN113613943 A CN 113613943A
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CN
China
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power
user
converter
drawn
electrical inlet
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CN202080022467.XA
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H·瓦赫迪
J-H·德舍纳
M-A·佛盖特
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Desibel Co
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Abstract

本公开提供了一种用于管理转换器的功率输出的装置和方法，所述装置具有：电气入口功率传感器，其用于测量由家庭的电气入口汲取的功率；汲取功率增加预测模块；功率预算控制器，其管理功率分配以限制由所述功率转换器输出的电流水平，从而在汲取的功率出现最大可能跃变时防止所述电气入口汲取的功率超过预定限制；用户界面，其允许用户请求改变由功率转换器输出的所述电流水平以向电动车辆充电，其中，所述功率预算控制器向所述用户提出调整所述汲取的功率的建议，并使所述用户确认所述改变，以便根据所述用户的调整重新分配所述分配。

Description

用于家庭用户管理包括其电动车辆的不同负载之间的功率的 带有功率管理系统的转换器
本申请要求于2019年3月19日提交的美国临时专利申请No.62/820,659的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本申请的主题一般涉及功率管理系统领域，更具体地，涉及与诸如EV充电器的功率转换器一起工作的功率管理系统。
背景技术
本部分旨在提供权利要求中所叙述的本发明的背景或上下文。本文的描述可以包括可继续讨论的概念，但不一定是先前已经构思或讨论的概念。因此，除非本文另有说明，否则本部分中描述的内容在本申请中不是具体实施方式和权利要求的现有技术，并且不因纳入在本部分中而被承认为现有技术。
随着越来越多的人对使用太阳能电池板这种可再生且环保的能源资源产生兴趣，电动车辆变得越来越受欢迎。在大多数情况下，此类技术需要连接到电网或家庭电线并与其一起工作。此外，在一天中不同时间电价不同的地区，如果消费者能够管理自己消费和生产的能源以受益于更便宜的能源价格，那么使用电动车辆和/或太阳能可能对他们更有吸引力。
太阳能电池板或光伏(以下简称“PV”)系统作为一种能源，具有无污染、无排放的特殊优势，其通常可以产生DC电力。为了将这种能量用于家用装备，通常使用逆变器。逆变器是一种电气转换器，它将光伏(PV)太阳能电池板的可变直流(DC)输出转换为可输入商业电网或由本地离网电网使用的公共频率交变电流(AC)。太阳能电池板使用的逆变器有几种类型，诸如独立逆变器、并网逆变器、备用电池逆变器和智能混合逆变器。
由于太阳能电池板的发电量是波动的，并且可能不容易与负载的用电量同步，因此在没有太阳能发电时，有必要在例如电池或其他存储系统中存储能量以备后用，从而通过智能混合(智能电网)逆变器管理能量存储和消耗。
此外，电动车辆(“EV”)变得越来越受欢迎。新的“3级”充电系统，诸如申请人在2019年4月18日公布为WO2019/071359的序列号为PCT/CA2018/051291的国际PCT专利申请中公开的充电器，除了AC电力之外，还能够为家庭充电单元提供DC电力。必须提到的是，尽管生产DC电力，但是PV板的输出不能直接供给到EV车辆以对其电池充电。
对于2级功耗，车辆充电会导致住宅电气入口(residential electrical entry)或主电路面板消耗超过其允许的功率预算(从而使主断路器跳闸，导致面板与配电变压器断开)的概率非常低。然而，当将大于7kW的负载添加到大多数家用电源板并且持续数小时，家用电源板的总功率预算将被超过的风险会增加。同样，使用多个AC单元或其他高使用率的电器可能会给家庭的电力预算带来高负荷。
因此，需要能量管理系统，该系统允许用户基于他们的优先级来管理他们的能耗(包括给他们的电动车辆充电)，而不会使他们的家庭电网超载，也不会超出为家庭限定的预算。
另一方面，尽管EV的电池和太阳能电池板是很好的能源，但目前很难使用它们来降低功率负载和/或受益于更低的电价。
此外，还需要能够管理不同负载和电源之间的功率的功率管理系统，以最小化家庭能源支出和/或根据需要帮助电网。
发明内容
本专利申请提供了可以单独或组合应用的补充改进。
一种改进涉及功率转换器，诸如双向EV电池充电器，其向用户提供调整充电器向一个或多个EV和/或其他负载提供的功率水平的建议，从而避免在消耗的最大可能跃变发生时超过电气入口的标称预算。因此，据此，可以基于非充电负载功耗的建模和/或历史监控进行基于时间的非充电负载功耗的预测，即最大可能跃变。
在一个广泛的方面，本公开提供了一种功率转换装置，其包括：AC端口；至少一个DC端口；功率转换器；电气入口功率传感器，其用于测量由家庭的电气入口汲取的功率；汲取功率增加预测模块，其具有用于接收汲取的功率值的输入和提供在电气入口汲取的功率的最大可能跃变的值的输出；功率预算控制器，其管理功率分配以限制由功率转换器输出的电流水平，从而在汲取的功率出现最大可能跃变时防止电气入口汲取的功率超过预定限制；用户界面，其允许用户请求改变由功率转换器输出的电流水平。功率预算控制器向用户提出建议以调整所汲取的功率，并使用户确认这些改变，以便根据用户的调整来重新分配功率分配。
本文的家庭的入口可以指连接到一个或多个功率负载和/或电源的任何电力馈送。例如，当作为充电器工作时，其将包含本地网络，该网络将本地发电机、电池或任何其他电源连接到一些功率负载，诸如转换器。.
在一些实施例中，转换装置还包括可选的可卸负载开关以减少用户，并且其中建议包括断开可卸负载开关以减少家庭汲取的功率，从而实现所请求的对电流水平输出的改变。
在一些实施例中，功率预算控制器提出的建议可以包括降低另一电动车辆的充电强度，以实现所请求的对电流水平输出的改变。
在一个实施例中，功率预算控制器提出的建议包括通过切换特定用电装置来减少家庭负载，以实现所请求的对电流水平输出的改变。
在一些实施例中，功率预算控制器提出的建议包括使用电池，以实现所请求的对电流水平输出的改变。在一个实施例中，电池可以是另一电动车辆的电池。
在一些实施例中，可以基于关于消耗模式的长期观察数据来确定最大可能增加。
在一些实施例中，功率预测器可以预测最大可能增加的更激进的量，直到它收集到关于可用消耗模式的足够数据。
在一些实施例中，功率转换装置还可以包括显示器，其示出了EV充电速率、汲取的总功率和功率限制。
在一些实施例中，功率转换装置还可以包括显示在电气入口处汲取的功率的最大可能跃变的值。
在一些实施例中，功率转换装置还可以包括示出从本地发电来源(例如太阳能、风能、微型水力发电机或内燃机发电机)接收的功率。
在一些实施例中，功率转换装置还可以包括功率转换器中的逆变器和整流器以及用户输入选项以从一个EV汲取DC电力来对另一个EV进行快速充电。
在一个实施例中，功率预算控制器提出的建议是使用户关闭家庭负载，并且用户界面接收确认关闭的输入，并且功率预算控制器通过在增加EV的充电速率之前快速降低由电气入口功率传感器测量的汲取的功率来确认关闭。
在一些实施例中，功率转换用户界面的用户界面包括与装置相关联的壁挂式单元上的显示器。
在一些实施例中，用户界面包括与功率预算控制器进行网络通信或无线通信的网络浏览器或应用程序界面。
在一些实施例中，功率转换装置的功率转换器电源可以包括至少一个转换模块。转换模块包括用于在高电压下存储电力的至少一个高压电容器以及电路。电路本身包括：至少一个电感器，其与AC端口、低压电容器、连接在第一AC输入端子和高压电容器的相反端部之间的两个二极管或高压开关串联连接；以及连接在高压电容器的相反端部和低压电容器的相反端部之间的两个中间低压开关，以及连接在低压电容器的相反端部和第二AC端子之间的两个端子低压开关，其中DC负载可连接到高压电容器的相反端部；以及控制器，该控制器具有用于感测电路中的电流和/或电压的至少一个传感器并且连接到两个中间低压开关和两个端子低压功率开关的栅极输入。
在一些实施例中，转换模块的控制器可以操作而用于使电路在升压模式下工作，其中高压电容器的电压高于AC输入的峰值电压，并且两个中间低压功率开关和两个端子低压功率开关响应于存在于低压电容器处的电压的测量值而以冗余开关状态进行切换，以便将低压电容器保持在高压电容器的期望电压的预定分数处，并且因此将高压电容器保持在期望的高电压，其中整流器电路供应DC负载并且吸收功率作为在AC输入上具有低谐波的五电平有源整流器。
在一个实施例中，转换装置包括机架，该机架容纳多个转换模块插座或连接器，所述模块中的每个模块包括电路，所述模块并联工作以向负载提供DC电力。
在一些实施例中，电路可以是双向整流器/逆变器电路，其包括：与AC端口串联连接的电感器、低压电容器、连接在第一AC端子和高压电容器的相反端部之间的两个高压功率开关、连接在高压电容器的相反端部和低压电容器的相反端部之间的两个中间低压功率开关、以及连接在低压电容器的相反端部和第二AC端子之间的两个端子低压功率开关；其中DC端口可连接到高压电容器的相反端部；控制器是用于整流器模式的第一控制器，其具有用于感测双向整流器/逆变器中的电流和/或电压的至少一个传感器并且连接到两个高压功率开关、两个中间低压功率开关和两个端子低压功率开关的栅极输入，以使整流器电路在升压模式下工作，其中高压电容器的电压高于AC输入的峰值电压，并且控制两个高压功率开关以AC输入的频率接通和断开，并且两个中间低压功率开关和两个端子低压功率开关响应于存在于低压电容器处的电压的测量值以冗余开关状态进行切换，从而将低压电容器保持在高压电容器的期望电压的预定分数，并且因此将高压电容器保持在期望的高电压，其中整流器电路供应DC负载并且吸收功率作为在AC输入上具有低谐波的五电平有源整流器；并且所述功率转换器还包括用于逆变器模式的第二控制器，其连接到两个高压功率开关、两个中间低压功率开关和两个端子低压功率开关，并且配置成产生并向两个高压功率开关、两个中间低压功率开关和两个端子低压功率开关施加信号波形，所述信号波形包括：第一控制信号，其用于使低压电容器与DC端口和AC端口串联连接，并充电到与DC端口的电压成比例的预定值；以及第二控制信号，其用于使低压电容器与DC端口断开并与AC端口串联连接，从而使低压电容器放电。
在一些实施例中，转换器可以包括处理器和非暂时性计算机可读介质，非暂时性计算机可读介质包含指令，当由所述至少一个处理器执行时，这些指令使得所述至少一个处理器执行：测量由家庭的电气入口汲取的功率；使用测量的汲取的功率确定汲取的功率的最大可能跃变值；管理功率分配以限制由所述功率转换器输出的电流水平，从而在汲取的功率出现最大可能跃变时防止电气入口汲取的功率超过预定限制；响应于从用户接收到改变由功率转换器输出的电流水平的请求，向用户提供调整所述汲取的功率的建议；从用户接收关于调整的确认；根据所述用户的请求重新分配所述功率分配。
在一个广泛的方面，本公开提供了一种用于管理具有功率转换器的家庭的功耗的方法。该方法包括：测量由家庭的电气入口汲取的功率；使用测量的汲取的功率确定汲取的功率的最大可能跃变的值；管理功率分配以限制由所述功率转换器输出的电流水平，从而在汲取的功率出现最大可能跃变时防止电气入口汲取的功率超过预定限制；响应于从用户接收到改变由功率转换器输出的电流水平的请求，向所述用户提供调整汲取的功率的建议；从用户接收关于调整的确认；根据所述用户的请求重新分配所述功率分配。
在一些示例中，从所述用户接收关于调整的确认可以包括：接收关于所述建议的用户指令，基于所述用户指令实现所述建议。
在一个实施例中，提供调整汲取的功率的建议包括提供调整所述转换器的功率分配的建议。在其他实施例中，建议可以包括提供调整一个或多个其他厂用负载的功耗的建议。
在本方法的一些示例中，调节功率分配以降低连接到所述转换器的第一EV的充电器强度，从而增加连接到所述转换器的第二EV的充电强度。
在另一个广泛的方面，本公开提供了一种功率转换装置，其包括：AC端口；至少一个DC端口；功率转换器；电气入口功率传感器，其用于测量由家庭的电气入口汲取的功率；以及处理器，其具有存储器，该存储器具有指令，当由处理器执行时，这些指令通过接收汲取的功率值并提供在电气入口处汲取的功率的最大可能跃变值来预测汲取的功率增加；管理功率分配以限制由功率转换器输出的电流水平，从而在汲取的功率出现最大可能跃变时防止电气入口汲取的功率超过预定限制；接收请求改变由功率转换器输出的电流水平的用户输入；建议用户调整汲取的功率，并让用户确认变化，以便根据用户的调整重新分配功率分配。
在方法的一些示例中，为了确定所汲取的功率的最大可能跃变的值，也可以使用先前收集的关于电气入口的总功耗的数据。在一些示例中，这可以包括使用不同的人工智能或机器学习算法来预测消耗的最高可能跃变。
在一个示例中，方法还可以包括基于从本地电源接收的功率来调整所述功率分配。
附图说明
参考下面的附图将更好地理解本示例：
图1A是家用EV充电系统的物理安装示意图，该系统包括：杆顶变压器；住宅电气入口，其带有负载传感器和主断路器面板；240V AC电源线，其在面板和装置之间；两条电缆连接，其在装置和电动车辆(EV)之间延伸；CAN总线连接，其在EV和装置之间；以及太阳能电池板连接；
图1B是示出根据本公开一个实施例的功率预算控制器的框图；
图2A示出了根据实施例的具体示例的具有工作在整流器模式下的5电平拓扑电路的转换电路的电路图；
图2B示出了根据本公开的一个实施例的具有工作在逆变器模式下的5电平拓扑电路的电池装置转换器的电路图；
图3示出了根据本公开的一个实施例的装置的框图，其中装置分配功率预算来为一辆电动车辆进行充电。
图4示出了根据本公开的一个实施例的装置的框图，其中装置分配功率预算以在家用和两个电动车辆之间分配功率。
图5示出了根据本公开的一个实施例采取的步骤的流程图，以调整多个负载之间的功率分配来符合用户请求。
图6示出了根据本公开的一个实施例的能够给两个电动车辆充电的装置的示例，所述两个电动车辆具有带显示器的界面。
图7示出了根据一个实施例的转换器的界面的截屏，其示出了界面上可用的多个选项、主菜单。
图8示出了根据一个实施例的界面的截屏，其示出了2个EV车辆的EV消耗模式。
图9示出了根据一个实施例的转换器的界面的截屏，其示出了转换器的EV用户的CO2排放模式和资金储蓄。
图10示出了根据一个实施例的转换器的界面的截屏，其示出了天气条件、太阳能电池板效率和EV充电状态。
图11示出了根据一个实施例的转换器的界面的截屏，其示出了包括用于两个不同EV的充电模式的能源和分配。
图12示出了转换器的界面的截屏，其示出了具有相似系统的用户的社交网络页面，所述相似系统包括每个用户的环保点(Ecopoint)及其排名。
图13A示出了转换器的界面的截屏，其示出了家庭的总能耗。
图13B示出了转换器的界面的截屏，其具有关于充电进度和EV范围的信息。
图14示出了根据一个实施例的转换器的界面的截屏，其示出了用户的环保点和邻居排名。
图15示出了转换器的界面的截屏，其示出了转换器的客户支持选项。
图16示出了根据一个实施例的转换器的界面的截屏，其示出了太阳能电池板信息、EV充电器信息和气候的概述。
具体实施方式
在整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”或类似言语的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构、特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似言语可以但不一定都指同一实施例。
此外，本发明的所述特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或多个实施例中。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明范围的情况下，可对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖本发明提供的修改和变化，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。现在将详细参考本发明的优选实施例。
在本申请中，术语“EV 2级装置”指单相AC EV装置，以及术语“EV 3级装置”指DCEV装置。
图1A示出了实施例的物理环境，其中分离单相主电力从电线杆杆顶变压器输送，这是北美最常见的电力输送类型。变压器通常从配电线路接收14.4kV或25kV单相电力，并且变压器可处理大约50kVA至167kVA的电力作为分相240VAC输送到少量家庭或电气入口。每个电气入口通常配置成在240VAC下处理100A至200A的电力，即大约24kVA至48kVA(通常假设1kVA相当于1kW)。如图所示，转换装置或设备经由AC连接而连接到网络，并且可连接到多个车辆和/或太阳能电池板。这可以通过装置的双向(整流器/逆变器)特性来实现，其通过从一个端口接收AC或DC电力以及从其他端口提供AC或DC的能力来提供。
电气入口通常包括：电量表；主断路器，其额定值对应于总允许负载(例如100A或200A)；以及面板，其具有用于每个家用电路的断路器，可以从分相240VAC输入获得240VAC电力或120VAC电力。虽然大多数断路器的容量在15A到30A之间，但对于大型电器来说，有些断路器可更低(即10A)，并且有些断路器可以更高，诸如40A。在一些国家，电气入口的容量较低，诸如40A到60A，在其中所有家用电路为240VAC的国家，电力不是分相，而是常规的单相240VAC(使用的电压水平可从大约100V变化到250V)。
应当理解，实施例不限于分开的单相240VAC电力系统，并且本文公开的实施例可适用于使用中的电网，这些电网是输送到家庭或企业的电气入口的任何现有AC电压的单相或三相。
如图1A所示，转换装置通过具有较大额定电流(诸如40A至80A)的断路器连接到主面板的断路器，尽管如果需要，所公开的装置可消耗超过100A。装置专用断路器的需求由电气规范决定。将装置连接到面板的电缆额定电流相当高。与电源板的连接可以是直接的固定布线，或者高压插座可安装并连接到电源板，使得装置使用电缆和插头连接到电源板，例如，那些类似于用于如烤箱或干衣机的电器的电缆和插头。装置示出为连接到单个负载传感器，该传感器感测包括该装置的整个电源板所承受的负载。装置电缆可是现有技术中已知的传统装置电缆和插头。
在一些实施例中，转换器可以是受益于单向或双向模块化转换器电路的模块化多电平电路。在一个实施例中，转换器电路或模块可以是多电平转换器拓扑，其包括三电平、五电平或七电平拓扑。申请人已经在公开号为WO2019/071359、序列号为PCT/CA2018/051291的国际PCT专利申请中公开了可以与本公开的不同实施例一起使用的5电平封装的U型电池(PUC 5)的细节。
如前所述，转换器可能采用5电平封装的U型电池拓扑，其在整流器模式工作，以提供带功率因数校正的有源整流器。与其他类型的转换器相比，该装置具有几个值得注意的优势，并具有升压模式操作，其允许超AC峰值输出，同时减少或消除输入侧电流谐波。
如图2A所示，在整流器模式下工作的转换电路100包括AC输入105、与AC输入105串联连接的感应滤波器110以及5电平拓扑电路115。
本非限制性示例中的感应滤波器110是2.5mH电感器。对于典型的1至3kW的输送功率范围(在全功率至欠功率的所有充电状态期间)，1mH线路电感提供了符合现有标准的良好结果。对于较高的功率范围，可以减小电感；例如，对于高瓦数(例如大于2kW，并且优选大于3kW，并且更优选约5kW)的额定功率，电感滤波器110可以改为使用500μH电感器。方便地，部分由于感应滤波器110的小尺寸，本设计允许整个功率转换电路100的小几何形状。感应滤波器110可根据基于应用、额定功率、实用电压谐波、开关频率等选择的设计而变化。虽然最简单的此种滤波器是单个电感器，但是在替代实施例中，感应滤波器110可以包括电感器和电容器的组合，例如电感器(例如2mH)连接到电容器(例如30F)，其本身是接地的。滤波器的选择对设计的整体尺寸和损耗有影响，其中较大的滤波器会增加整体设计的尺寸，并且通常会导致更多的损耗。
5电平电路包括：高压电容器120；至少一个低压电容器125；两个高压功率开关130a、130b，其连接在第一端子135和高压电容器120的相应相反端部145a、145b之间；两个中间低压功率开关140a、140b，其各自连接在高压电容器120的两个相反端部145a、145b中的相应端部和低压电容器125的相应的相反端部155a、155b之间；以及两个端子低压功率开关150a、150b，其各自连接在第二输入端子160和低压电容器125的相反端部155a、155b中的相应端部之间。
参考图2B，示出了根据一个实施例的在逆变器模式下工作的5电平功率转换器的拓扑100。AC负载202连接在第一端子135和第二端子160上，这两个端子仅对应于其中仅连接了开关元件的电路中的节点。在第一端子135和第二端子160之间产生的电压是逆变器输出电压(V)，其说明性地是五电平脉宽调制(PWM)波形。
申请人已经在公开号为WO2019/071359、序列号为PCT/CA2018/051291的国际PCT专利申请中公开了PUC 5电路如何在整流器和逆变器开关中作用的细节以及关于PUC 5的开关状态的细节。
在一些实施例中，本公开提供了一种允许实现用户请求的功率管理系统。在图1B中示出了框图，其示出与充电器一起工作的功率预算控制器。
记录模块1904在存储器中存储至少一个参数，该参数由传感器1102测量的汲取的电流减去在每天的各个子周期中由整流器电路随时间汲取的任何功率而得出。该参数可是当前时间段的非充电负载和当前非充电负载的最大可能增加。一个或多个电器的启动会导致负载的跃增。AC电机，诸如热泵和空调压缩机电机，通常在启动时汲取其至少两倍的稳态电流。如可理解的，所汲取的功率增加的概率可在期望的可能性内，诸如在97％的概率内。
可用功率预测计算器1108接收当前汲取值和记录模块参数，并将最大充电负载值提供给功率预算控制器1906作为预定电气入口最大功率负载的函数。可使用用户界面设置电气入口的最大负载值。
功率预算控制器1906接收最大充电负载值，并从电池管理界面接收期望的充电电压值和期望的充电电流值，并将控制输入提供给整流器电路。
在一个实施例中，基于长期观察数据确定最大可能增加。在获得此类数据之前，可用功率预测器可以表现得更加保守，并且随着关于预测的确定性的增加，预测计算器可更加激进地作用。
在另一个实施例中，分析功耗的变化以确定主要家庭负载的数量和大小。然后，检测这些负载的行为模式。预计启动的负载只能被关闭，使得它们不会导致增高总负载的风险。负载启动的概率基于其他负载的状态、在一天中的时间和在一年中的时间。例如，如果热水器处于关闭状态，那么由于用水，它在早上7点到8点之间的任何给定时刻开启的可能性会高于晚上11点到次日6点之间的可能性。在夏天，电加热负载不太可能启动，而空调更有可能启动，冬天则可能相反。基于行为模式和当前对负载的估计，可用功率预测器可预测功率的最大可能立即增加。
功率预算控制器1906考虑功率最大可能增加的风险，以确定什么功率可用于充电器消耗，并且功率预算控制器使得整流器电路和/或DC-DC降频转换器在所请求的功率太大时调整输送给EV的DC电力。
此外，当设置充电速率时，功率预算控制器1906可考虑电池劣化。这可包括参考预定的最大充电电流或功率值。如下所述，也可参考用户选择的充电激进级别。
在一个实施例中，当可用功率预测器模块1108预测功率增加可能有超过功率预算(入口限制)的风险时，可选的可卸负载开关1922可用于防止会导致超过功率预算的明显的负载汲取功率。这可延迟或转移增加的负载，以避免超过电气入口的功率预算。可卸负载开关可包括线电压功率开关，其连接在一个或多个电负载和电源板(例如热水器)之间，以防止负载从电源板汲取电流，此种额外的负载具有可能超过功率预算的风险。优选地，负载开关包括传感器，例如电流传感器，以测量负载当前是否正在汲取功率。以这种方式，功率预算控制器可检测所讨论的负载是否正在汲取功率。当断开时，可卸负载开关可配备传感器，以检测断开的负载何时寻求汲取功率，在这种情况下，功率预算控制器可然后在相应地降低DC充电功率后决定重新连接负载。
汲取高电流的一些负载包括控制电子器件，其在待机状态下汲取小负载，例如，小于大约100瓦。在这种情况下，当可卸负载开关断开时，可以将旁路低功率AC引入可卸负载。低功率AC旁路连接的示例是隔离变压器，其配置成向可卸负载的电子器件提供大约十到几十瓦的功率。当负载接通时，可卸负载开关模块可检测隔离变压器的负载侧上的功率汲取，然后向功率预算控制器发送信号，以决定是否降低DC充电功率以允许可卸负载重新连接到全AC电力，或者是否应该以相同速率继续DC充电。当DC充电负载需求结束然后允许时，可重新连接可卸负载。
在一些实施例中，在系统设置所有限制以避免超出预算之后，用户仍然可以提交更改此设置的请求。例如，用户可能要求EV充电速度快于系统所允许的速度。在此类情况下，系统可以使用汲取功率增加预测模块1108和记录模块中可用的数据向用户提出建议，以减少家庭负载并实现以更高的充电激进级别向车辆充电的可能性。
在一个示例中，系统可以针对不同的负载使用不同的传感器，或者使用智能家居系统来识别不同的负载并相应地发送所需的建议。
在一些实施例中，在系统根据用户的请求改变转换器功率余量预算之前，用户可能需要实施改变并向转换器确认已经实施了改变。
在实施例中，对于建议中的一些建议，系统可能能够在接收到来自用户的确认时实施改变。例如，如果两个EV同时充电，并且用户想要增加其中一个EV的充电强度，则转换器可以建议降低另一个EV的充电强度，并且在用户确认后实施此种改变。在另一个示例中，负载可以是家用电器，如与智能家居系统一起工作的烘干机。一旦接收到确认，转换器可以与智能家居系统通信，以关闭该特定负载，从而增加充电强度。
在一个示例中，转换器可以独立地与某些电器通信，或者如前所述具有可卸负载开关，以减少家庭负载并应对用户建议。
本领域技术人员将理解，模块可以是保存在一个或多个非暂时性计算机可读介质上的指令，并且可以由一个或多个处理器来执行。这可以包括连接到转换器电路或位于远程位置(诸如在云技术中)的控制转换器的计算机设备。
图3中的实施例可以包括充电功率程序模块，当用户不急于给EV充电时，该模块响应用户输入以抑制充电速率。虽然EV能够允许快速充电，并且本文公开的实施例可允许以大约25kVA的功率充电，但是电池寿命可能由于重复快速充电而缩短。此外，充电功率程序模块可以用于选择充电的时间程序，即根据随时间变化的能量成本和/或配电网络内的功率可用性来延迟和/或调整功耗。充电连接器可例如提供用户界面以用于选择激进级别，即当电池请求高速充电时充电速率的可变水平。或者，可提供网络界面，以允许将远程用户界面用于设置充电功率程序参数。
在一个实施例中，用户可以请求转换器的能量管理系统以最小化家庭的电力耗费。同样，系统可以提出具体的建议，并要求用户确认以实施它们。
例如，能源管理系统可以认识到电费在某些时候较高，并且为了减少能源账单，建议用户在电费高峰时间减少一些负载。在一些其他示例中，系统可能建议在高峰时段使用本地能源，如备用电池或EV电池作为家庭能源。这样，备用电池或EV电池在电费较低时充电，并且可以在高峰时段使用以减少家庭的能源耗费，或者甚至在能耗高峰时段帮助网络。
网络接口1902可以是与计算机相关联的传统数据接口，诸如以太网、Wi-Fi等。记录模块1904、功率预算控制器1906、可用功率预测器1908和充电功率程序模块1910可在计算机存储器中存储的软件中实现并由计算机处理器执行，以执行如下所述的操作。
图3示出了装置1100的实施例，该装置具有连接到电气入口的传感器1102。汲取功率预测模块1108接收关于能耗模式的信息，并且在一个实施例中，可以存储该信息用于预测最大功率汲取。功率预算模块1106接收来自传感器1102的预测以及总负载和来自功率转换器1104的信息，并管理用于给电动车辆充电的功率预算。
当用户请求车辆快速充电时，例如通过在图11所示的界面屏幕上触摸“快速/经济”充电符号，如果没有足够的可用功率，则系统可以提供关于如何能够增加EV充电预算的建议。这可以包括使用可卸负载开关1922断开一些可卸负载，或者要求用户断开具有特定负载的某些设备。系统可以使用传感器识别这种关闭，或者可以要求用户确认。
在一个实施例中，装置可连接到电气设备，并远程控制它们以减少负载。这可以通过用户确认来完成，或者设置为完全自动完成。
图4示出了其中装置1100管理两个电动车辆的充电的场景。在这种场景下，功率预算控制器1106必须管理两辆车辆的充电预算。除了上述选项之外，当用户请求车辆快速充电或升压充电时，系统可以降低另一辆EV的充电速率，或者甚至使用另一辆EV的电池对已经其中请求快速充电的EV的电池进行快速充电。图6中示出了用于给两个车辆充电的装置1100的示例。
参考图5，示出了由本公开采取的步骤的示例，以管理转换器的管理系统采取的步骤的功率分配，从而确保从电气入口汲取的功率不超过预定限制。至少一个传感器可以用于测量入口(例如家庭)处汲取的功率。该数据可以在历史数据收集或记录模块中收集。该数据可以包括测量家庭不同部分或者甚至每个电器或设备的功耗的多个其他传感器。在一个示例中，可以从在适当位置具有必要传感器的智能家居系统中获取数据，以提供所需数据。在另一个示例中，转换器可以作为智能中心工作，管理不同的电器，并与它们直接交互，并测量它们的消耗和其他所需信息，诸如使用时间、基于温度和特定季节特征的使用频率、基于星期几、月份和季节的消耗模式以及天气预报。此外，用户可以在记录模块或历史数据收集器中添加或删除可能导致消耗增加或减少的特定事件。某些特定事件可能包括房屋空置或发生特定事件的时间，或者其中EV可能需要充满电的时段，诸如工作日的早晨。
这样，可以计算出汲取功率的最大可能跃变值。使用这些数据和当前汲取的功率，转换器分配它可以提供给不同设备的功率量，诸如EV、备用电池或任何其他负载。可以通过从例如太阳能电池板、本地发电机或备用电池的电源接收的能量来调节这个量。
如果用户请求改变该功率分配，转换器功率管理器可以向用户提供不同的建议，并且可以要求用户确认建议。这可能包括要求用户实现改变并确认它们的实施，或者要求允许以实施改变。另一方面，如果用户没有确认改变，转换器可能会给出不同的建议，但会继续以同样的方式工作直至收到确认。
在一些实施例中，转换器可以向用户请求许可以在类似情况下实施相同建议。在另一个实施例中，用户可以使用界面来区分选项的优先级，并因此改变建议的顺序和/或设置系统来自动接受某些建议。
在一个实施例中，系统可以从接受的建议中学习，并基于先前的用户确认模式修改改变的顺序。在一些示例中，系统可以使用本领域已知的机器学习和AI算法来修改这些建议。
图7至图16示出了界面，以及用户如何使用移动应用程序、计算机或任何其他终端设备(甚至远程地)来管理和观察系统。
如图7所示，系统可以提供有关太阳能电池板、EV电池或连接到系统的其他电池(备用电池)、家庭消耗等信息，并允许用户相应地管理它们。
在图8中，系统向用户提供关于一个或多个EV充电、电力消耗和其他必要信息的信息。
图9示出了向用户提供的关于消耗的能量的碳排放和用户节省的钱的信息。如图10所示，该界面还可以提供天气预报信息，并将其用于管理功率余量。例如，天气变暖可能表明用户使用了AC，或者阴天可能表明太阳能电池板的发电量较低。
图11示出了界面，这里是移动应用程序，其分配接收和消耗的能量。
在一些实施例中，图11中的显示器可以示出以下信息中的一个或多个：每个EV的存储容量；每个EV的充电百分比；每个EV的充电调度(例如，经济、快速或可选的不同级别的快速充电)；是否从EV汲取DC电力以提供更多的功率预算而向另一个EV充电；来自电网以外的来源(例如，太阳能、蓄电池、风能等)的电力贡献；总功率预算，即在只有电网功率的情况下，主电气入口断路器值；在从家庭负载的电力入口处汲取的功率的最大可能跃变；关于已经卸载以给出更多EV充电容量等的负载的信息。此外，当请求改变例如EV车辆的充电强度时，可以在显示器上显示建议，该建议可以在用户确认之后实施或者由用户实施并在屏幕上确认。
参考图12，转换器界面的截屏示出了具有相似系统的用户的社交网络页面，包括每个用户的环保点及其排名。如图所示，邻居或社区中的用户可以有他们自己的简档，并且可以交换包括他们的能耗模式的数据。这可以包括使邻居安排他们的能耗，以避免配电网络出现任何问题。此外，它可以允许成员根据他们的需要相互使用(包括购买或出售)他们的能量。
图13A是示出家庭总能耗的转换器界面。图13B示出了转换器的界面的截屏，其具有关于充电进度和EV范围的信息。图14示出了根据一个实施例的转换器的界面，其示出了用户的环保点和邻居排名。图15示出了转换器的界面的截屏，其示出了转换器的客户支持选项。图16示出了根据一个实施例的转换器的界面的截屏，其示出了太阳能电池板信息、EV充电器信息和气候的概述。
在一个实施例中，装置可以具有校准模式，其中它可以了解每个电气设备如何影响总家庭负载。它可能要求用户启动和关闭家中的设备，以测量和记录其对总负载的影响，然后相应地给出建议。它还可以在屋内的不同地方安装传感器来测量消耗并相应地给出建议。
如图6所示，装置1100上可以具有屏幕，这使得能够在装置本身上具有界面。
虽然上面的描述是参考特定的示例提供的，但是这是为了说明而不是限制本发明的目的。

Claims (25)

1.一种功率转换装置，其包括：
-AC端口；
-至少一个DC端口；
-功率转换器；
-电气入口功率传感器，其用于测量由家庭的电气入口汲取的功率；
-汲取功率增加预测模块，其具有用于接收所述汲取的功率的值的输入和提供在所述电气入口处汲取的功率的最大可能跃变的值的输出；
-功率预算控制器，其管理功率分配以限制所述功率转换器输出的电流水平，从而在汲取的功率出现所述最大可能跃变时防止所述电气入口汲取的功率超过预定限制；
-用户界面，其允许用户请求改变由所述功率转换器输出的所述电流水平来给电动车辆充电；
其中，所述功率预算控制器建议所述用户调整所述汲取的功率，并使所述用户确认所述改变，以便根据所述用户的调整来重新分配所述分配。
2.根据权利要求1所述的装置，所述转换装置还包括可选的可卸负载开关以减少所述用户，并且其中，所述建议包括断开所述可卸负载开关，以减少所述家庭汲取的所述功率，从而实现所请求的对所述电流水平输出的改变。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述建议包括降低另一电动车辆的充电强度，以实现所请求的对所述电流水平输出的改变。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述建议包括通过切换特定耗电装置来减少家庭负载，从而实现所请求的对所述电流水平输出的改变。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述建议包括使用电池来实现所请求的对所述电流水平输出的改变。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率转换单元，其中，所述电池是另一电动车辆的电池。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述最大可能增加是基于关于消耗模式的长期观察数据来确定的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述功率预测器能够预测所述最大可能增加的更激进的量，直到它收集到关于可用消耗模式的足够数据。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其还包括显示器，所述显示器示出EV充电速率、汲取的总功率和功率限制。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其还包括显示在所述电气入口处汲取的功率的所述最大可能跃变的值。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其还包括显示从本地发电来源接收的功率，所述本地发电来源例如是太阳能、风能、微型水力发电机或内燃机发电机。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其还包括所述功率转换器中的逆变器和整流器，以及用户输入选项，以用于从一个EV汲取DC电力来对另一个EV进行快速充电。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，建议用户关闭家庭负载，并且所述用户界面接收确认关闭的输入，并且功率预算控制器通过在增加所述EV的充电速率之前快速降低由所述电气入口功率传感器测量的所述汲取的功率来确认所述关闭。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述用户界面包括与装置相关联的壁挂式单元上的显示器。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其中，所述用户界面包括与所述功率预算控制器进行网络通信或无线通信的网络浏览器或应用程序界面。
16.一种使用功率转换器管理电气入口中的功耗的方法：
-测量在所述电气入口处汲取的功率，以确定连接到所述电气入口的网络的总功耗；
-使用所述电气入口处的所述总功耗来确定汲取的功率的最大可能跃变的值；
-管理所述转换器的功率分配，以限制所述功率转换器的功率输出，从而在汲取的功率出现所述最大可能跃变时防止所述电气入口汲取的功率超过预定限制；
-响应于从用户接收到请求以将改变应用到所述功率分配，向所述用户提供调整所述汲取的功率的建议；
-从所述用户接收关于所述调整的确认；
-基于所述请求相应地重新分配所述功率分配。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，从所述用户接收关于所述调整的确认包括：
-接收关于所述建议的用户指令；以及
-基于所述用户指令实施所述建议。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，提供调整所述汲取的功率的建议包括提供调整所述转换器的所述功率分配的建议。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中，所述提供调整所述汲取的功率的建议包括提供调整连接到所述电气功率入口的一个或多个负载的功耗的建议。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
-调整所述功率分配以降低连接到所述转换器的第一EV的充电速率，从而增加连接到所述转换器的第二EV的充电速率。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括基于从本地电源接收的功率来调整所述功率分配。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述本地电源是太阳能电池板。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述本地电源是备用电池。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述本地电源是连接到所述转换器的所述第一EV的电池。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的方法，其中，使用所述电气入口处的所述总功耗来确定所汲取的功率的所述最大可能跃变的值还包括使用先前收集的关于所述总功耗的数据。
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