ES1268869U - ELECTRIC CHARGING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
SISTEMA DE RECARGA ELÉCTRICA PARA VEHÍCULOS ELÉCTRICOSELECTRIC CHARGING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere al campo técnico de los sistema de carga eléctrica, más concretamente a las estaciones de recarga de vehículos eléctricos con diferentes opciones de potencia de recarga que se adaptan a la demanda de los vehículos conectados.The present invention relates to the technical field of electric charging systems, more specifically to electric vehicle charging stations with different charging power options that adapt to the demand of the connected vehicles.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Actualmente, el auge de los vehículos eléctricos demanda de la industria soluciones eficaces para la recarga de estos vehículos. Al ser una tecnología todavía en fase de crecimiento e ir implantándose de forma gradual al mismo tiempo que se continua desarrollando, las potencias de recarga de los vehículos son diferentes entre ellos y requieren de un poste de recarga diseñado específicamente con una etapa de potencia concreta.Currently, the rise of electric vehicles demands from the industry effective solutions for recharging these vehicles. Being a technology still in the growth phase and gradually being implemented while it continues to develop, the recharging powers of vehicles are different from each other and require a specifically designed charging post with a specific power stage.
Debido en parte a lo anterior, el estado del arte tiene un gran problema para dimensionar las estaciones de recarga que, normalmente se diseñan además para dar servicio a cada vehículo de una manera individual, diseñando así las estaciones de recarga con un número fijo y predeterminado de postes de recarga para cada tipo de vehículo. Cada poste está asociado a su etapa de potencia, que solo será usada cuando el usuario de ese poste concreto requiera una recarga eléctrica.Due in part to the foregoing, the state of the art has a great problem in sizing the charging stations, which are normally also designed to serve each vehicle in an individual way, thus designing the charging stations with a fixed and predetermined number. of charging posts for each type of vehicle. Each pole is associated with its power stage, which will only be used when the user of that specific pole requires an electrical recharge.
Teniendo en cuento la dificultad de poder prever con antelación cuál va a ser la demanda concreta de cada tipo de vehículo, es fácil imaginarse estaciones de recarga con varios postes de recarga libres, mientras que los postes de recarga más demandados acumulan largas colas de vehículos esperando su turno. La solución para evitar esas colas es sobredimensionar las estaciones a sabiendas de que la mayor parte del tiempo serán infrautilizadas, lo cual es claramente ineficiente tanto por costes como ecológicamente.Taking into account the difficulty of being able to anticipate in advance what the specific demand for each type of vehicle will be, it is easy to imagine charging stations with several free charging posts, while the most popular charging posts accumulate long queues of vehicles waiting. your turn. The solution to avoid these queues is to oversize the stations knowing that most of the time they will be underused, which is clearly inefficient both cost and ecologically.
Un ejemplo del estado del arte es la solicitud CA3069877A1, donde se divulga un sistema de carga de 10 postes que cuenta con una unidad de booster (refuerzo). Así, en momentos de alta demanda, la unidad central que gestiona los contactores del sistema, puede conectar la unidad booster (refuerzo) para suministrar picos momentáneos de más potencia de la que pueden ofrecer las etapas DC/DC. El problema de esta configuración es la baja eficiencia de la unidad booster (refuerzo), ya que la mayor parte del tiempo estará infrautilizada o incluso sin uso.An example of the state of the art is the application CA3069877A1, which discloses a 10-post charging system that has a booster unit. Thus, in times of high demand, the central unit that manages the system contactors can connect the booster unit to supply momentary peaks of more power than the DC / DC stages can deliver. The problem with this setup is the low efficiency of the booster unit, as most of the time it will be underused or even unused.
Por tanto, el estado de arte echa en falta soluciones flexibles que sean capaces de optimizar las recargas y adaptarse a la demanda puntual que requieran los usuarios de una manera eficiente que aproveche todos los recursos de la estación de carga sin necesidad de sobredimensionar la estación de recarga.Therefore, the state of the art lacks flexible solutions that are capable of optimizing recharging and adapting to the specific demand required by users in an efficient way that takes advantage of all the resources of the charging station without the need to oversize the charging station. recharge.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invención describe, en un primer aspecto un sistema de carga eléctrica para vehículos eléctricos que comprende:In order to achieve the objectives and avoid the drawbacks mentioned above, the present invention describes, in a first aspect, an electric charging system for electric vehicles comprising:
- una pluralidad de etapas de potencia DC/DC configuradas cada una de ellas para convertir la potencia suministrada desde una fuente de potencia;- a plurality of DC / DC power stages each configured to convert the power supplied from a power source;
- una pluralidad de postes de carga eléctrica configurados para conectarse a un vehículo eléctrico;- a plurality of electric charging posts configured to connect to an electric vehicle;
- una pluralidad de contactores dispuestos como elementos de unión conmutables entre la pluralidad de etapas de potencia y la pluralidad de postes de carga eléctrica; y- a plurality of contactors arranged as switchable connecting elements between the plurality of power stages and the plurality of electrical charging posts; Y
- un módulo de control central configurado para determinar la conmutación de al menos uno de los contactores y establecer uniones temporales entre las etapas de potencia y al menos uno de los postes de carga eléctrica, para la carga de un vehículo conectado al poste.- a central control module configured to determine the switching of at least one of the contactors and establish temporary connections between the power stages and at least one of the electric charging posts, for charging a vehicle connected to the post.
Las etapas de potencia DC/DC se contemplan con una topología aislada. Específicamente, de acuerdo a una de las realizaciones de la invención, las etapas de potencia tienen una topología de full bridge (puente completo) aislado.The DC / DC power stages are considered with an isolated topology. Specifically, according to one of the embodiments of the invention, the power stages have an isolated full bridge topology.
En una realización de la invención, se contempla que el módulo de control central, la pluralidad de etapas de potencia y la pluralidad de contactores se agrupen en una única envolvente conectada mediante cableado con la pluralidad de postes de carga. In one embodiment of the invention, it is contemplated that the central control module, the plurality of power stages, and the plurality of contactors are grouped into a single enclosure connected by wiring to the plurality of charging posts.
En una realización de la invención, se contempla al menos una agrupación de etapas de potencia y postes de carga en configuración simétrica.In one embodiment of the invention, at least one grouping of power stages and charging posts in symmetrical configuration is contemplated.
En una realización de la invención, se contempla al menos una agrupación de etapas de potencia y postes de carga en configuración asimétrica.In one embodiment of the invention, at least one grouping of power stages and charging posts in asymmetric configuration is contemplated.
Adicionalmente, en una realización de la invención, se contemplan unos medios de comunicación cableados configurados para comunicar el módulo de control central con la pluralidad de postes de recarga y con la pluralidad de etapas de potencia.Additionally, in one embodiment of the invention, wired communication means configured to communicate the central control module with the plurality of recharging posts and with the plurality of power stages are contemplated.
Como consecuencia de todas las características anteriores, la presente invención presenta varias ventajas, entre las que se encuentra la alta modularidad que ofrece, permitiendo a los usuarios múltiples configuraciones y un gran abanico de soluciones para distintos requerimientos. Especialmente ventajoso resulta el aprovechamiento que permite del número total de etapas disponibles, adecuándose al número de solicitantes de carga, maximizando la potencia instalada y minimizando el tiempo de carga del usuario en todo momento. Ninguna etapa queda desaprovechada y las estaciones de carga resultan por tanto, más eficientes.As a consequence of all the above characteristics, the present invention presents several advantages, among which is the high modularity it offers, allowing users multiple configurations and a wide range of solutions for different requirements. Especially advantageous is the use that it allows of the total number of available stages, adapting to the number of load applicants, maximizing the installed power and minimizing the user's charging time at all times. No stage is wasted and the charging stations are therefore more efficient.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización de la misma, se acompaña un conjunto de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:To complete the description of the invention and in order to help a better understanding of its characteristics, according to a preferred example of its embodiment, a set of drawings is attached where, by way of illustration and not limitation, they have been represented the following figures:
- La figura 1 representa una realización del sistema con veinte etapas DC/DC en distribución 10x [2 a 2].- Figure 1 represents an embodiment of the system with twenty DC / DC stages in 10x distribution [2 to 2].
- La figura 2 representa una realización del sistema con 18 etapas DC/DC en distribución 6x [3 a 2].- Figure 2 represents an embodiment of the system with 18 DC / DC stages in 6x distribution [3 to 2].
- La figura 3 representa una realización del sistema con 18 etapas DC/DC en distribución 2x [9 a 3]. - Figure 3 represents an embodiment of the system with 18 DC / DC stages in 2x distribution [9 to 3].
- La figura 4 representa una misma configuración [6 a 2] implementada simétricamente 3 a 3 (izquierda) y asimétricamente 4 a 2 (derecha).- Figure 4 represents the same configuration [6 to 2] implemented symmetrically 3 to 3 (left) and asymmetrically 4 to 2 (right).
- La figura 5 representa una topología de las etapas de potencia de full bridge (puente completo) aislado.- Figure 5 represents a topology of the isolated full bridge power stages.
- La figura 6 muestra un ejemplo de máquina de estados que modela el comportamiento de la presente invención- Figure 6 shows an example of a state machine that models the behavior of the present invention
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
La presente invención divulga un sistema de recarga eléctrica de vehículos eléctricos con alta flexibilidad en su configuración.The present invention discloses an electric vehicle charging system with high flexibility in its configuration.
De acuerdo a una realización preferente, se dispone una pluralidad de elementos de unión (contactores 3) para realizar agrupaciones de etapas de potencia 1 de la estación de carga eléctrica en función de la demanda instantánea. Esto es lo que permite de una manera dinámica que la instalación se adapte permanentemente a la demanda que está siendo requerida por los usuarios y repartir así la potencia total disponible entre todos los vehículos que están repostando simultáneamente.According to a preferred embodiment, a plurality of junction elements (contactors 3 ) are arranged to create groupings of power stages 1 of the electric charging station as a function of instantaneous demand. This is what allows in a dynamic way that the installation adapts permanently to the demand that is being required by the users and thus distribute the total available power among all the vehicles that are refueling simultaneously.
De acuerdo, a diferentes realizaciones de la invención, la pluralidad de etapas de potencia DC/DC aisladas disponibles se configura para permitir grupos de las etapas que se deseen, de los que las figuras 1-3 son un ejemplo.According to different embodiments of the invention, the plurality of available isolated DC / DC power stages is configured to allow groups of stages as desired, of which Figures 1-3 are an example.
La figura 1 representa combinaciones de dos etapas en una realización del sistema de veinte etapas DC/DC 1 con distribución 10x [2 a 2]. Las etapas 1 dan servicio a los postes de recarga 2 de manera individual o en combinación gracias los contactores 3 dispuestos entre ellas. Figure 1 depicts two-stage combinations in an embodiment of the twenty-stage DC / DC 1 system with 10x distribution [2 to 2]. The stages 1 serve the charging posts 2 individually or in combination thanks to the contactors 3 arranged between them.
La Figura 1 representa otro ejemplo de realización de un sistema de 18 etapas con distribución 6x [3 a 2]. Es decir, se pueden realizar combinaciones de hasta tres etapas 1 para dar servicio a los postes de recarga 2 que requieran más potencia, gracias a la disposición de contactores 3. Figure 1 represents another embodiment of an 18-stage system with 6x distribution [3 to 2]. That is, combinations of up to three stages 1 can be made to service the charging posts 2 that require more power, thanks to the arrangement of contactors 3 .
La Figura 3 representa un tercer ejemplo de realización, también para un sistema de 18 etapas 1, pero esta vez con una distribución 2x [9 a 3]. Es decir, la configuración permite establecer combinaciones de hasta nueve etapas DC/DC para dar mayor servicio de potencia cuando sea requerido. Figure 3 represents a third embodiment example, also for an 18-stage system 1 , but this time with a 2x [9 to 3] distribution. That is, the configuration allows to establish combinations of up to nine DC / DC stages to provide greater power service when required.
A modo de ejemplo práctico, se plantea el escenario en el que un vehículo eléctrico se conecta a la manguera de uno de los postes eléctricos en la configuración de la figura 1 (máximo dos etapas de potencia agrupadas). En ese caso, siempre que la estación no se encuentre completa, el sistema conecta dos etapas de potencia gracias al contactor correspondiente y procede a recargar el vehículo con el doble de potencia que si solo dispusiese de una etapa aislada. De esta manera una estación con 20 etapas de potencia puede dar servicio simultáneo a 20 vehículos tal y como lo haría una estación cualquiera del estado del arte con 20 postes independientes, pero ventajosamente, si se conectasen simultáneamente solo 10 coches, éstos 10 coches pueden cargarse al doble de potencia, ya que la potencia total del sistema se divide entre los vehículos conectados. Es decir, siempre que la ocupación de la estación no sea total, la presente invención permite un aprovechamiento mayor de la energía y optimización de los tiempos de recarga gracias a la posibilidad de agrupar etapas de potencia que no están en uso.As a practical example, the scenario is presented in which an electric vehicle is connected to the hose of one of the electric poles in the configuration of figure 1 (maximum two grouped power stages). In this case, whenever the station is not complete, the system connects two power stages thanks to the corresponding contactor and proceeds to recharge the vehicle with twice the power than if it only had one isolated stage. In this way, a station with 20 power stages can provide simultaneous service to 20 vehicles, as would any station of the state of the art with 20 independent posts, but advantageously, if only 10 cars are connected simultaneously, these 10 cars can be charged. twice the power, since the total power of the system is divided between the connected vehicles. In other words, as long as the station is not fully occupied, the present invention allows greater use of energy and optimization of recharging times thanks to the possibility of grouping power stages that are not in use.
Aparte de las configuraciones explicadas en las figuras 1-3, la presente invención puede adoptar muchas otras. En la siguiente tabla se incluyen diferentes combinaciones de agrupaciones de etapas de potencia DC/DC que contempla la presente invención para dar servicio a los postes de recarga. Las combinaciones se expresan mediante la expresión como Z x [x a Y], siendo Z el número de agrupaciones posibles y entre corchetes la relación entre el número de etapas de potencia que se combinan y los postes de recarga (Y). Por ejemplo una combinación 10x[2 a 2] quiere decir que se pueden hacer 10 agrupaciones de 2 etapas de potencia combinadas para 2 postes de carga. Una combinación 6x[3 a 2] quiere decir que se pueden realizar 6 agrupaciones de 3 etapas de potencia para 2 postes de carga.Apart from the configurations explained in Figures 1-3, the present invention can adopt many others. The following table includes different combinations of DC / DC power stage groupings contemplated by the present invention to service the charging posts. The combinations are expressed by the expression as Z x [x to Y], where Z is the number of possible groupings and in brackets the ratio between the number of power stages that are combined and the charging posts (Y). For example a 10x [2 to 2] combination means that 10 groupings of 2 combined power stages can be made for 2 charging posts. A 6x [3 to 2] combination means that 6 groupings of 3 power stages can be made for 2 charging posts.
Las combinaciones anteriores pueden ser simétricas o asimétricas. Por ejemplo, una configuración [6 a 2] puede realizarse simétricamente 3 a 3, como en la figura 4 (izquierda) o realizarse asimétricamente 4 a 2 (derecha).The above combinations can be symmetrical or asymmetric. For example, a [6 to 2] configuration can be made 3 to 3 symmetrically, as in Figure 4 (left) or 4 to 2 asymmetrically (right).
Además de las combinaciones de unidades individuales, se pueden generar infinidad de configuraciones mixtas entre distintas de las opciones anteriores, Por ejemplo, se puede generar una estación con 2 postes de 8 a 1 y 4 postes de 1 a 1. Se puede generar una estación con 2 postes de 6 a 1 y 2 postes de 4 a 1. Se puede generar una estación con 2 postes de 6 a 2, asimétricos 4 a 2, y 2 postes de 4 a 1.In addition to the combinations of individual units, an infinity of mixed configurations can be generated between different from the previous options, For example, a station can be generated with 2 posts from 8 to 1 and 4 posts from 1 to 1. A station can be generated with 2 posts from 6 to 1 and 2 posts from 4 to 1. A station can be generated with 2 posts from 6 to 2, asymmetrical 4 to 2, and 2 posts from 4 to 1.
Las etapas de potencia se disponen preferiblemente todas juntas en una única envolvente, junto con los contactores que gestionan su agrupamiento, de manera que constituyen un sistema distribuido en el que las tomas finales a las que se enganchan los vehículos a recargar sólo consisten en un poste con la manguera y el correspondiente módulo de control. The power stages are preferably arranged all together in a single enclosure, together with the contactors that manage their grouping, so that they constitute a distributed system in which the final outlets to which the vehicles to be recharged are hooked only consist of a pole. with the hose and the corresponding control module.
La topología de las etapas de potencia es una topología aislada. En concreto, como se muestra en el esquema de la figura 5, es un full bridge (puente completo) aislado que permite la paralelización de etapas de potencia DC/DC sin ningún tipo de recirculaciones.The power stage topology is an isolated topology. Specifically, as shown in the diagram in figure 5 , it is an isolated full bridge that allows the parallelization of DC / DC power stages without any type of recirculation.
Para la gestión de las diferentes agrupaciones posibles de etapas de potencia se dispone de un módulo de control central, dispuesto preferiblemente en la misma envolvente junto con las etapas de potencia. El módulo de control central dispone de comunicación directa (mediante Ethernet en una de las realizaciones) con cada uno de los postes de recarga y con cada una de las etapas de potencia, de manera que este módulo de control gestiona la corriente de los contactores para adaptar la potencia entregada en cada solicitud de recarga, tanto a la demanda de corriente y tensión que le llega desde el poste de carga, como a la disponibilidad de etapas de potencia de la estación.To manage the different possible groupings of power units, there is a central control module, preferably arranged in the same enclosure together with the power units. The central control module has direct communication (via Ethernet in one of the embodiments) with each of the charging posts and with each of the power stages, so that this control module manages the current of the contactors to adapt the power delivered in each recharge request, both to the current and voltage demand that comes from the charging post, and to the availability of the station's power stages.
La secuencia completa de pasos ejecutados en un procedimiento de carga de la presente invención, cuando se conecta un vehículo eléctrico a la manguera de uno de los postes de recarga es la siguiente: en primer lugar el poste reconoce la conexión de un coche y solicita su carga; a continuación el módulo de control central determina la combinación de etapas a la que se va a transicionar para optimizar la carga y ejecuta la transición; y finalmente la nueva posición activa comienza el suministro. Las cargas previas pueden perder potencia disponible pero no interrumpirán su carga.The complete sequence of steps executed in a charging procedure of the present invention, when an electric vehicle is connected to the hose of one of the charging posts is as follows: first, the post recognizes the connection of a car and requests its load; then the central control module determines the combination of stages to which it is going to transition to optimize the load and executes the transition; and finally the new active position starts supplying. Previous loads may lose available power but will not interrupt your load.
En la figura 6 se muestra un ejemplo de máquina de estados que modela el comportamiento de la presente invención. Se trata de una máquina circular que reposará en el estado ready (listo) 10 y se ejecutará en cada transición. Así, al habilitarse la actualización de la máquina, se pasa a un estado parada de módulo 11 , donde se detienen las etapas de potencia DC/DC necesarias para llevar a cabo la transición indicada en la actualización. Una vez se recibe el feedback desde las etapas correspondientes, se pasa a un estado de distribución combiner (combinador) contactores 12, en el que se modifica la configurabilidad de las conexiones internas. Una vez se recibe el feedback desde los contactores correspondientes, se pasa a un estado reconfiguración de modulo 13, en el que se rearrancan los módulos ya con la nueva disposición. La máquina circular vuelve finalmente al estado de reposo ready (listo) 10 tras un tiempo preestablecido. Figure 6 shows an example of a state machine that models the behavior of the present invention. It is a circular machine in the ready state rest (ready) 10 and run on each transition. Thus, when the machine update is enabled, it goes to a stopped state of module 11 , where the DC / DC power stages necessary to carry out the transition indicated in the update are stopped. Once the feedback is received from the corresponding stages, it goes to a contactors 12 combiner distribution state, in which the configurability of the internal connections is modified. Once the feedback is received from the corresponding contactors, it goes to a reconfiguration state of module 13 , in which the modules are restarted with the new arrangement. Circular machine returns finally the rest state ready (ready) 10 after a preset time.
La presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la invención queda definido por las siguientes reivindicaciones. The present invention should not be limited to the embodiment described herein. Other Configurations can be made by those skilled in the art in light of the present description. Accordingly, the scope of the invention is defined by the following claims.
Claims (7)
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Family Applications (1)
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