ES1268869U

ES1268869U - Sistema de recarga electrica para vehiculos electricos

Info

Publication number: ES1268869U
Application number: ES202130714U
Authority: ES
Inventors: Lillo David Salvo; Lillo Abelardo Salvo; Aguilar Josue Juan; Soriano Jose Luis Camps; Parra Miguel Angel Gargallo
Original assignee: Power Electronics Espana SL
Current assignee: Power Electronics Espana SL
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2021-05-31
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: ES1268869Y

Abstract

Sistema de carga eléctrica para vehículos eléctricos caracterizado por que comprende: - una pluralidad de etapas de potencia DC/DC (1) configuradas cada una de ellas para convertir la potencia suministrada desde una fuente de potencia; - una pluralidad de postes de carga eléctrica (2) configurados para conectarse a un vehículo eléctrico; - una pluralidad de contadores (3) dispuestos como elementos de unión conmutables entre la pluralidad de etapas de potencia y la pluralidad de postes de carga eléctrica; y - un módulo de control central configurado para determinar la conmutación de al menos uno de los contadores 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.

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA DE RECARGA ELÉCTRICA PARA VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

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.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

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.

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.

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.

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.

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.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

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:

- una pluralidad de etapas de potencia DC/DC configuradas cada una de ellas para convertir la potencia suministrada desde una fuente de potencia;

- una pluralidad de postes de carga eléctrica configurados para conectarse a un vehículo eléctrico;

- 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

- 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.

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.

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.

En una realización de la invención, se contempla al menos una agrupación de etapas de potencia y postes de carga en configuración simétrica.

En una realización de la invención, se contempla al menos una agrupación de etapas de potencia y postes de carga en configuración asimétrica.

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.

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.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

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:

- La figura 1 representa una realización del sistema con veinte etapas DC/DC en distribución 10x [2 a 2].

- La figura 2 representa una realización del sistema con 18 etapas DC/DC en distribución 6x [3 a 2].

- La figura 3 representa una realización del sistema con 18 etapas DC/DC en distribución 2x [9 a 3].

- La figura 4 representa una misma configuración [6 a 2] implementada simétricamente 3 a 3 (izquierda) y asimétricamente 4 a 2 (derecha).

- La figura 5 representa una topología de las etapas de potencia de full bridge (puente completo) aislado.

- La figura 6 muestra un ejemplo de máquina de estados que modela el comportamiento de la presente invención

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La presente invención divulga un sistema de recarga eléctrica de vehículos eléctricos con alta flexibilidad en su configuración.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de carga eléctrica para vehículos eléctricos caracterizado por que comprende:

- una pluralidad de etapas de potencia DC/DC (1) configuradas cada una de ellas para convertir la potencia suministrada desde una fuente de potencia;

- una pluralidad de postes de carga eléctrica (2) configurados para conectarse a un vehículo eléctrico;

- una pluralidad de contactores (3) dispuestos como elementos de unión conmutables entre la pluralidad de etapas de potencia y la pluralidad de postes de carga eléctrica; y

2. Sistema de acuerdo a la reivindicación 1 donde las etapas de potencia tienen una topología aislada.

3. Sistema de acuerdo a la reivindicación 2 donde las etapas de potencia tienen una topología de puente completo aislado.

4. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el módulo de control central, la pluralidad de etapas de potencia y la pluralidad de contactores se agrupan en una única envolvente conectada mediante cableado con la pluralidad de postes de carga.

5. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una agrupación de etapas de potencia y postes de carga en configuración simétrica.

6. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una agrupación de etapas de potencia y postes de carga en configuración asimétrica.

7. Sistema de acuerdo a cualquier de las reivindicaciones anteriores que además comprende 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.