СИСТЕМА, УСТРОЙСТВА И СПОСОБ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2015 года по МПК B60L11/18 H02J7/00 

Настоящее изобретение относится к системе, устройствам и способу зарядки аккумулятора электротранспортного средства, в частности, для зарядки аккумулятора электротранспортного средства либо от источника переменного тока (АС), либо от источника электроэнергии постоянного тока (DC).

Популярность электротранспортных средств растет, так как запасы энергоносителей минерального происхождения истощаются, кроме того, существует необходимость в снижении уровня загрязнения выхлопными газами, особенно в городах. Однако недостатком использования электрической энергии является необходимость зарядки аккумуляторов электротранспортных средств, что невозможно еще обеспечить повсеместно. Одной причиной, сдерживающей размещение станций зарядки электротранспортных средств, является отсутствие нормативно-правового регулирования и стандартизации. Аккумуляторы поставляют электроэнергию постоянного тока и, когда они разряжаются, для заряда аккумулятора требуется источники постоянного тока с напряжениями, величины которых зависят от типа заряжаемого аккумулятора. Так как большинство энергосетей являются источниками переменного тока, то в данных случаях требуются различные типы силовых преобразователей в качестве части зарядного устройства аккумулятора. При этом существует вероятность того, что транспортные средства подключаются к станции зарядки электротранспортных средств, которая не соответствует типу требуемого источника электроэнергии для конкретного транспортного средства или аккумулятора.

Чтобы иметь возможность изменить источник электроэнергии зарядки на источник питания переменного тока, было предложено решение оборудовать электротранспортные средства бортовыми зарядными устройствами, содержащими AC/DC преобразователь. Однако размер и вес данных преобразователей увеличивается при увеличении требуемой мощности зарядки, или снижается предусмотренное время зарядки, что приводит к снижению коэффициента полезного действия, нежелательно также перевозить громоздкое и тяжелое зарядное устройство на транспортном средстве.

Целью настоящего изобретения является обеспечение системой, устройствами и способом зарядки аккумулятора электротранспортного средства для того, чтобы преодолеть, по меньшей мере, вышеописанные недостатки и/или представить полезную альтернативу существующему уровню техники.

Данное изобретение предлагает к рассмотрению станцию обмена энергией для аккумулятора, по меньшей мере, одного электротранспортного средства, которая содержит, по меньшей мере, один выход мощности для транспортного средства, по меньшей мере, один порт обмена данными для коммуникации с электротранспортным средством с целью определения возможности осуществления зарядки транспортного средства от напряжения переменного тока (АС) и/или от напряжения постоянного тока (DC), множество источников электропитания, которое содержит, по меньшей мере, один источник питания переменного тока (АС) и, по меньшей мере, один источник питания постоянного тока (DC) и/или DC источник питания, по меньшей мере, на одном выходе мощности. Коммуникация может в связи с этим осуществляться с использованием системы связи, установленной на транспортном средстве. На основании обмена данными между транспортным средством и станцией обмена энергии определяется факт наличия возможности транспортного средства принять питание переменного тока, постоянного тока или обоих источников.

В конкретном варианте осуществления АС источник питания может быть подключен напрямую к АС контакту в разъеме, тогда как DC источник питания может быть подключен напрямую к DC контакту в разъеме. Для управления подачей DC электроэнергии в транспортное средство система может управлять DC источником питания (который может состоять из AC-DC преобразователя), который поставляет DC электроэнергию в диапазоне от нуля (поставлено 0 watt) до максимального значения мощности источника питания. Управляя подачей АС электроэнергии в транспортное средство, станция обмена энергией может использовать коммуникационный канал с транспортным средством для осуществления управления или оказания воздействия на передаваемую мощность бортовым зарядным устройством, установленным на транспортном средстве. Коммуникация с бортовым зарядным устройством, установленным на транспортном средстве, могла бы осуществляться посредством любого коммуникационного протокола, такого как последовательно-передаваемые данные, PWM ШИМ-сигнал, PLC (связь по линиям электропередач) или даже через интернет соединение. Бортовое зарядное устройство имеет диапазон управления мощностью заряда от 0 (нет питания) до максимального значения мощности. Когда на бортовое зарядное устройство поступила команда не передавать мощность заряда и DC источник питания поставляет некоторое количество DC электроэнергии, то зарядка транспортного средства осуществляется через DC источник питания. Когда на бортовое зарядное устройство поступила команда передать некоторое количество АС электроэнергии и DC источник электроэнергии не поставляет электроэнергию, то транспортное средство заряжается от АС источника. Возможны также любые комбинации использования АС и DC источников питания.

"Станция обмена энергией может быть оснащена одним единственным разъемом для использования АС и DC источников питания или отдельными разъемами для АС и DC, которые напрямую соединены с АС источником питания и DC источником питания соответственно, и также использует тот же способ управления переключением между АС источником питания и DC источником питания.

Изобретение дополнительно предлагает использовать станцию обмена энергией для зарядки аккумулятора электротранспортного средства, которая содержит, по меньшей мере, один выход мощности для транспортного средства, по меньшей мере, один порт обмена данными для коммуникации с электротранспортным средством для определения возможности осуществить зарядку аккумулятора с использованием АС напряжения и/или DC напряжения; множество поставщиков энергии, которые содержат, по меньшей мере, один АС источник питания и, по меньшей мере, один DC источник питания, по меньшей мере, один управляемый переключатель для подключения, по меньшей мере, одного выхода мощности к любому из поставщиков энергии и контроллер переключателя, который управляет переключателем, по меньшей мере, на основании данной процедуры определения. Необходимо отметить здесь, что оба поставщика энергии и выводы мощности могут быть реверсивными.

Транспортное средство оборудовано средством передачи данных для осуществления коммуникации с целью извлечения более и более подробной информации относительно возможностей зарядки транспортного средства, нежели чем средством определения согласно существующему уровню техники.

Это потому, что могут быть использованы точные спецификации, хранящиеся в памяти транспортных средств, которые, например, могут находиться в системе управления транспортным средством. В качестве примера можно представить, что помимо возможности осуществить зарядку аккумулятора от АС или DC источников энергии транспортное средство может получать данные о частоте АС источника питания, о величине АС напряжения, о количестве фаз, используемых бортовым АС зарядным устройством, или о максимальной общей величине АС мощности. Что касается DC источника питания, транспортное средство получает данные о максимальной величине постоянного тока, максимальной и минимальной величинах DC напряжения и максимальном уровне DC мощности, которая может быть принята транспортным средством, или о максимальной продолжительности использования DC тока заряда в период заряда.

Станция обмена энергией согласно изобретению, которая может, например, быть воплощена в качестве зарядовой станции для электротранспортных средств, дает преимущество в том, что оба АС и DC источника питания могут использоваться для зарядки аккумулятора на одном и том же месте. АС электроэнергия может быть получена непосредственно из энергосистемы, в то время как DC энергия может быть получена из энергосистемы с использованием силового преобразователя. Так как силовой преобразователь располагается на месте зарядки, он может быть рассчитан на поставку DC большой мощности и в течение продолжительного времени заряда.

В случае когда транспортное средство не имеет возможности осуществить зарядку аккумулятора от DC источника питания или когда доступная мощность энергосистемы находится на низком уровне, например, по причине мгновенного потребления большой мощности другим потребителем энергосистемы или наличием другого транспортного средства, которое получает питание на том же месте, АС электроэнергия может быть подана на транспортное средство, которое затем использует бортовое зарядное устройство для зарядки собственного аккумулятора. Так как бортовые зарядные устройства обычно имеют низкую номинальную мощность, переключение на АС источник зарядки понижает нагрузку энергосистемы. В случае когда определяется очень мощное бортовое зарядное устройство, система может переключить на более управляемый DC источник питания, чтобы снизить нагрузку энергосистемы.

В варианте осуществления средство для определения выполнено с возможностью определять наличие бортового зарядного устройства для зарядки аккумулятора, и контроллер выполнен с возможностью переключать выход на АС силовой вход, когда определяется бортовое зарядное устройство.

Таким образом, осуществляется оптимальное использование установленного на транспортном средстве оборудования, в то время как преобразователи, находящиеся на зарядовой станции, могут быть использованы для зарядки транспортных средств, на которых отсутствует бортовое зарядное устройство, или транспортных средств, которые получили приоритет в зарядке аккумулятора по какой-либо причине.

В другом варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью переключать аккумулятор на зарядку от АС источника питания после некоторого интервала времени, когда аккумулятор сначала быстро заряжался от DC источника питания и затем процесс зарядки был продолжен от АС источника питания при низкой скорости зарядки аккумулятора. Высокая мощность DC источника питания, который используется для зарядки аккумулятора, может, например, быть использована до момента достижения, так называемой, величины постоянного напряжения в кривой зарядки аккумулятора, и затем процесс зарядки переключается на АС источник питания для завершения процесса зарядки аккумулятора с использованием бортового зарядного устройства, запитанного от АС источника питания, и, таким образом, освобождая DC источник питания для зарядки других транспортных средств. Это приводит к дополнительной оптимизации использования оборудования. Тем более что бортовые зарядные устройства имеют ограниченную мощность, но все же достаточную мощность, чтобы завершить процесс заряда с момента достижения постоянной величины напряжения за приемлемое время.

В другом варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью обеспечить зарядку транспортного средства от АС источника питания в течение установленного времени. Во время данного периода станция обмена энергией определяет характеристики бортового зарядного устройства, например его номинальную мощность. Используя эти данные, можно принять решение об источнике питания АС или DC, который может быть использован для зарядки аккумулятора, или, когда это будет выгодно, изменить источник питания АС на DC, который используется для зарядки или vice versa.

В еще другом варианте осуществления станция обмена энергией выполнена с возможностью поставлять АС электроэнергию и DC энергию одновременно. В дополнение, существует множество выводов для осуществления подключения к выводам множества транспортных средств, в котором каждое из транспортных средств может быть подключено либо к АС источнику энергии, либо к DC источнику энергии.

Возможно также, что АС и DC энергия поставляются на один и тот же вывод для зарядки аккумулятора транспортного средства непосредственно от DC энергии и через бортовое зарядное устройство получать АС энергию не напрямую. Для этой цели транспортное средство может быть подключено к системе параллельного соединения, или данная система может быть выполнена с возможностью поставлять DC энергию от совмещенного компонента АС источника питания.

В еще другом варианте осуществления станция обмена энергией может обеспечить оба АС и DC источника питания одновременно, где используется DC энергия для заряда аккумулятора, в то время как АС энергия используется для питания бортовой системы, работающей на АС энергии, такой как кондиционер, отопительная система или другие устройства. Также возможно использовать DC энергию для питания других устройств и АС энергию для зарядки аккумулятора через бортовое зарядное устройство.

DC источник питания может содержать силовой преобразователь для поставки переключенной DC энергии. Более того, в частности, станция обмена энергией может содержать несколько силовых преобразователей для поставки соответствующего типа DC энергии (например, переключенной или с установленным напряжением) к каждому порту, к которому подключено транспортное средство. Как здесь отмечено, DC энергия в смысле настоящего изобретения не только содержит постоянный DC источник питания, но также переключаемые виды, как PWM (широтно-импульсная модуляция), PDM (временная импульсная модуляция) и градиенты напряжения и тока, также как случайные сигналы (фоновый шум) и сигналы с временным разделением.

Переключатель дополнительно может управляться на основании внешних параметров, таких как наличие мощности, по меньшей мере, на одном их силовых входов, и/или мощностью, затребованной электротранспортным средством на дополнительных выходах мощности. Переключатель может, например, управляться на основании данных, предоставленных устройством обработки данных, таким как центральный, удаленный или внешний веб-сервер, база данных или сервер управления. Так, устройство обработки данных может накапливать данные, поступающие от многих транспортных средств, зарядовых станций и/или информации от текущей энергосистемы, и/или других установочных параметров, таких как приоритеты, предоставленные различным транспортным средствам оператором или собственником парка транспортных средств. Станция обмена энергий дополнительно может быть выполнена с возможностью осуществлять обмен данными с транспортным средством для определения способов зарядки транспортного средства.

Станция обмена энергией может содержать разъем для подключения транспортного средства к выходу, данный разъем выполнен с возможностью передавать энергию от обоих АС и DC источников питания. В частности, данное изобретение относится к обмену многофазовой АС энергией через множественные силовые контакты силового разъема при осуществлении заряда транспортного средства от АС источника энергии; и обмену DC энергий через, по меньшей мере, два контакта упомянутого силового разъема при осуществлении заряда транспортного средства от DC источника питания. АС источник питания может быть двух- или трехфазным, но возможно также использование конфигураций до шести или более фаз.

Использование одного разъема для передачи АС и DC электроэнергии позволяет эксплуатировать станцию обмена энергией более удобно. При осуществлении обмена энергией с транспортным средством, в частности во время зарядки его аккумулятора, пользователю нет необходимости выбирать конкретный разъем, который соответствует (contra) разъему на транспортном средстве. Более того, один разъем позволяет станции обмена энергией переключать АС и DC источника питания между собой во время передачи энергии без дополнительных действий пользователя. Это может быть реализовано со всеми соединениями или разъемами, которые могут содержать множество соединений, как будет объяснено далее.

Изобретение дополнительно относится к использованию силового разъема в станции обмена энергией, как было описано выше. Использование согласно изобретению содержит использование, по меньшей мере, трех силовых контактов для обмена АС энергией по трем фазам и общая линия заземления, в котором, по меньшей мере, имеет одну пару контактов для подачи DC энергии через них. Силовые разъемы пригодны для использования IEC62196 стандарта, например, REMAREV-3. Другим пригодным разъемом является разъем 63A Mennekes СЕЕ.

В дополнительном варианте осуществления изобретение относится к использованию силового разъема, который содержит, по меньшей мере, 4 силовых контакта, из которых две пары контактов рассчитаны таким образом, чтобы DC энергия могла быть подана через них. Для поставки АС энергии используются три из четырех контактов, а четвертый может быть использован в качестве общей линии заземления. Что касается DC энергии, то одна пара формирует «плюс», а другая пара - «минус». В частности, изобретение позволяет использовать силовой разъем, посредством которого передается DC током 126 ампер.

В дополнительном варианте осуществления, по меньшей мере, одно соединение для передачи данных осуществляется с использованием разъема. Данное соединение может представлять собой соединение, через которое данные передаются последовательно, или соединение согласно протоколу передачи данных, или просто простая двоичная сигнализация, в которой конкретный разъем соответствует заданным данным. Например, пара разъемов для передачи данных может быть выполнена с возможностью быть замкнуто накоротко, когда транспортное средство приспособлено для зарядки от АС источника питания. Короткое замыкание может быть также осуществлено посредством пассивного элемента цепи, такого как резистор, дроссель или конденсатор. Такое сопротивление или импеданс может быть использовано для определения конфигурации для АС или DC коммуникации, которая может быть осуществлена посредством тех же соединений (или использование некоторых контактов), как и для АС энергии и/или для DC энергии. Это может быть достигнуто наложением коммуникационного сигнала на сигнал мощности.

Один разъем обеспечивает преимущество того, что для транспортного средства требуется только одно отверстие для присоединения разъема в данном случае и требуется только один стандарт при использовании одного типа разъема. Существуют несколько типов АС разъемов, которые могут быть использованы для передачи DC энергии согласно настоящему изобретению.

Изобретение дополнительно относится к электротранспортному средству, которое содержит аккумулятор, бортовое зарядное устройство, силовой вход для приема энергии зарядки, переключатель для подключения силового входа к аккумулятору или бортовому зарядному устройству и контроллер для управления переключателем.

В основном контроллер такого транспортного средства может определять источник зарядки либо от АС источника питания, либо от DC источника питания. Контроллер может быть подключен к или даже образовывать часть бортового логического устройства, такого как система управления транспортным средством, или система управления аккумулятором, или датчики для определения наличия на входе либо АС энергии, либо DC энергии, но может также быть подвержено влиянию внешних воздействий, например, посредством обмена данными со станцией обмена энергией или устройством обработки данных, таким как база данных и/или центральный управляющий сервер.

Контроллер может быть выполнен с возможностью подключать силовой вход к бортовому зарядному устройству при определении наличия АС энергии на силовом входе и может дополнительно быть выполнен с возможностью подключать силовой вход к аккумулятору, когда определено наличие DC энергии на силовом входе.

Изобретение будет далее пояснено со ссылкой на следующие нелимитирующие фигуры, на которых:

- фигура 1 показывает общий вид системы согласно настоящему изобретению, к которой подключено транспортное средство;

- фигура 2 показывает обобщенный общий вид системы, показанной на фигуре 1, с множеством транспортных средств, подключенных к ней, во время зарядки либо от АС источника питания, либо от DC источника питания;

- фигура 3 показывает обобщенный внешний вид системы, показанной на фигуре 1;

- фигура 4 показывает схематический внешний вид системы, согласно настоящему изобретению;

- фигура 5 показывает укрупненный вид настоящего изобретения в транспортном средстве;

- фигура 6 показывает схематический вид 600 подачи энергии из зарядного устройства на разъем;

- фигура 7 показывает вариант осуществления с множеством транспортных средств;

- фигура 8 показывает вариант осуществления, в котором станция обмена энергией имеет выходы мощности, которые не направляются через переключатель;

- фигура 9 показывает вариант осуществления, который иллюстрирует возможность использования станции обмена энергии для поставки энергии из аккумуляторов транспортных средств в энергосистему;

- фигура 10 показывает вариант осуществления, в котором преобразователь используется для зарядки одного или более транспортных средств от DC энергии аккумулятора другого одного или более транспортных средств;

- фигура 11 показывает вариант осуществления, в котором DC источник питания поставляет DC энергию в DC/AC преобразователь;

- фигура 12 показывает станцию зарядки, имеющую более выходов;

- фигуры 13a-h показывают различные блок-схемы способа согласно настоящему изобретению; и

- фигура 14 показывает вариант осуществления системы обмена энергией согласно настоящему изобретению, в которой вместо переключателя используется контроллер.

Фигура 1 показывает общий вид станции обмена энергией для аккумулятора системы 100 электротранспортного средства, соответствующей настоящему изобретению, к которой подключено транспортное средство 300 и которая содержит выход мощности для транспортного средства 300, образованный разъемом 200. Станция содержит средство (не показано явным образом) для определения возможности осуществить зарядку транспортного средства АС напряжением и/или DC напряжением и АС силовой вход 101 и DC силовой вход 102. В данном случае DC источник питания представлен в виде силового преобразователя 102, который получает АС энергию из АС силового входа 101 основной сети питания. Станция обмена энергией дополнительно содержит управляемый переключатель 103 для подключения выхода 200 мощности к любому из силовых входов 101 или 102.

Транспортное средство 300 содержит аккумулятор 303 и зарядное устройство 302, а также переключатель 301. Переключатель подключает силовой вход от разъема 200 к зарядному устройству 302, когда подключен вход АС энергии, и непосредственно к аккумулятору 303, когда подключен вход DC энергии.

Переключатель 301 определяет наличие DC энергии, например, при помощи обмена данными с переключателем 103 и затем может перенаправить соединение, с тем чтобы подать DC энергию непосредственно в аккумулятор 303. Переключатель 103 определяет наличие связи с переключателем 301 (путем обмена данными) и затем обеспечивает подачу DC энергии в случае соответствия.

Фигура 2 показывает станцию 100 обмена энергией, показанную на фигуре 1, в которой множество транспортных средств 300a-300d подключены к станции с использованием отдельных разъемов (не показаны). Транспортное средство 300 с заряжается от DC источника питания, транспортные средства 300а, 300b, 300d заряжаются от АС источника питания. Такая конфигурация может быть использована, когда существует одно транспортное средство, которому требуется быстрая зарядка, и множество транспортных средств, которые оборудованы бортовыми зарядными устройствами, или когда станция зарядки имеет только один доступный лимитированный DC источник питания.

Фигура 3 показывает другой вариант осуществления, где существует (в настоящий момент) только один АС источник 101 питания на станции 100 обмена энергией, который переключается к транспортным средствам 300а и 300b. Данные транспортные средства поставляют DC энергию, которая переключается станцией обмена энергией на транспортное средство 300 с. Таким образом, станция обмена энергией может быть использована для передачи энергии из одного транспортного средства к другому, например, когда последнее не оснащено бортовым зарядным устройством.

Фигура 4 показывает систему распределения потоков энергии, которая содержит систему 400 обмена энергией согласно изобретению. Когда транспортные средства 300а и 300b подключены к станции обмена энергией, существует возможность осуществлять коммуникацию с контроллером станции через линию передачи данных. Результат проверки идентичности транспортных средств 300а и 300b (возможно с их техническими требованиями) направляется в сервер принятия решения. На основании технических требований (и требований других подключенных транспортных средств), сервер направляет сообщение управления в контроллер станции зарядки подключить матрицу связности для подключения одного или более AC/DC преобразователей к выводу транспортного средства или последовательности выводов для переключения к АС энергии. При отсутствии коммуникации система может использовать АС энергию по умолчанию или использовать знания местных особенностей (т.е. пользователей, которые пользуются услугами станции многократно) для установления подходящего профиля.

Когда данные о транспортном средстве будут добавлены в систему или удаляться из нее, то обновленные данные поступают в сервер принятия решения, который устанавливает затем последовательность обновленного оптимального распределения мощности.

Как показано выше, станция обмена энергией может иметь множество выводов, и имеет множество AC/DC преобразователи 401-405. Данные DC преобразователи могут, через матрицу связности быть динамически подключены к любому выходу 406-410 мощности и один выход мощности может через туже матрицу, чтобы быть подключенным к одному или более DC преобразователям. Дополнительно, каждый выход может быть подключен к цепи поставки АС энергии вместо DC матрицы связности.

Станция обмена энергией подключается к центральному серверу 411 принятия решения, который рассчитывает оптимальное решение о распределении мощности к подключенным транспортным средствам, на основании их требований к мощности, возможных «премиальных счетов» их собственников, стоимости электроэнергии, наличия питания энергосистемы, мощности бортовых зарядных устройств и других параметров. На данном основании центральный сервер рассчитывает оптимальное решение и последовательности для контроллера 412 станции обмена энергии для осуществления подключения транспортных средств данным способом. Ввиду наличия возможности обеспечить наличие АС энергии на выводах некоторая DC мощность может быть зарезервирована для зарядки других транспортных средств путем переключения АС энергии для транспортного средства, которое оборудовано бортовым зарядным устройством. По прибытии или отправлении одного или более транспортных средств возможно возникновение необходимости в оптимизации решения. Когда это случается, полная конфигурация станции может динамически быть изменена на промежуточном этапе процесса зарядки.

Станция обмена энергией также имеет локальный накопитель энергии (DC), который имеет возможность компенсировать пиковые нагрузки (например, в час-пик) и может быть заряжен в отсутствии транспортных средств или при их незначительном количестве (или когда данные транспортные средства предпочтительно заряжаются от АС источника питания). Таким образом, следующие преимущества могут быть достигнуты.

- Все транспортные средства гарантировано могут быть заряжены в оптимальный промежуток времени на основании их типа аккумулятора, условий договора (премиальные условия могут оговаривать быструю зарядку), наличия других транспортных средств и доступности энергосистемы.

- Когда транспортное средство имеет более мощное бортовое зарядное устройство, чем доступная DC энергия, данная система может переключить АС источник питания для того транспортного средства, освобождая DC энергию для других транспортных средств.

- Когда мощность энергосистемы незначительна в данном регионе, где расположена станция зарядки, мощность зарядки может быть снижена.

- Транспортное средство может быть только заряжено через его собственное бортовое зарядное устройство, которое может также быть подключено к данной системе.

- Благодаря наличию данных может быть предоставлена информация о времени, остающемся до прибытия транспортного средства в пункт назначения.

- Когда уже инфраструктура зарядки от АС источника питания существует, то как АС, так и DC источники питания легко могут быть усовершенствованы, так как только необходимо переключить выводы между АС и DC питанием.

- Когда (ток высокого напряжения) СС фаза зарядки аккумулятора заменяется (слабым током) CV фазой зарядки, мощность может быть переключена от DC источника питания высокой мощности на бортовое зарядное устройство (низкая мощность), освобождая DC энергию для использования другими подключенными транспортными средствами.

Фигура 5 показывает вариант осуществления электрической системы 500, установленной в транспортном средстве. Через разъем может поставляться как DC энергия, так и АС энергия. В данном случае представлено однофазовая схема, но в данной системе можно также легко использовать двух, трех и более фазное подключение. В данном примере переключатель мощности может переключать мощность либо на бортовое зарядное устройство в случае поставки АС энергии или даже по умолчанию, либо непосредственно в аккумулятор. В некоторых случаях бортовое зарядное устройство может быть подключено к разъему постоянно в связи с возможностью работать при наличии DC энергии на его входе.

Фигура 6 показывает схематический общий вид 600, как разъем принимает энергию из зарядного устройства. Мощность может быть АС, многофазовая АС или DC. Контроллер зарядного устройства принимает информацию (через систему обмена данными транспортного средства или некоторых других источников информации, таких как система определения) о том, какой источник питания находится на линии, либо АС, либо DC. При поставке АС энергии, силовая шина системы отключается от переключателя мощности (и, таким образом, от зарядного устройства) и Бортовое зарядное устройство включается контроллером зарядного устройства. Если поставляется DC энергия к разъему, бортовое зарядное устройство отключается и DC энергия направляется напрямую в силовую шину транспортных средств. В некоторых случаях бортовое зарядное устройство может быть подключено к разъему постоянно, потому что оно может выполнять операции при наличии DC энергии на его входе или даже в некоторых ситуациях работать при наличии DC энергии на его входе.

Фигура 7 показывает вариант осуществления с множеством переключателей, в котором некоторые переключатели выполнены с возможностью заряжать одно транспортное средство и некоторые переключатели выполнены с возможностью заряжать несколько транспортных средств одновременно.

Фигура 8 показывает вариант осуществления, в котором станция обмена энергией имеет выходы мощности, которые не запитываются через переключатель. Кроме того, могут быть в наличии совместно используемые или специально выделенные внешние зарядные устройства.

Фигура 9 показывает вариант осуществления, иллюстрирующий станцию зарядки, которая может также использоваться для поставки энергии из аккумуляторов транспортных средств в энергосистему. Это может быть реализовано преобразованием DC энергии аккумулятора в бортовом зарядном устройстве и подачи ее в энергосистему или передачей DC энергии аккумулятора из, по меньшей мере, одного транспортного средства в, по меньшей мере, одно внешнее зарядное устройство (102) или один или более DC/AC преобразователей (103), доставки энергии в АС энергосиловую сеть.

Фигура 10 показывает вариант осуществления, в котором (многоканальный вход) DC/AC преобразователь (102 и/или 103) используется для зарядки одного или более транспортных средств от DC энергии аккумуляторов другого одного или более транспортных средств. В данном случае АС энергосиловая сеть и/или силовой преобразователь (102) не требуются. В связи с тем что транспортные средства и станция зарядки содержит AC/DC, DC/AC и DC/DC преобразователи, в данной конфигурации транспортные средства, которые поставляют энергию, могут быть АС или DC (или микс) и транспортные средства, которые принимают энергию, могут получать АС или DC энергию.

Фигура 11 показывает вариант осуществления, в котором DC источник (104) питания (например, локальный накопитель энергии или PV панель), который поставляет DC энергию в DC/AC преобразователь (102), который преобразовывает ее в АС энергию для поставки в энергосиловую сеть или поставляет в одно из бортовых зарядных устройств.

Фигура 12 показывает, что станция зарядки может иметь более выходов, чем это необходимо для подачи DC энергии. Представлен вариант осуществления, где количество подключений транспортных средств превышает количество входов DC энергии. Например, внешнее зарядное устройство может иметь 3 выхода DC энергии. Станция может иметь 5 соединений для осуществления зарядки.

Фигура 13а показывает блок-схему алгоритма, в которой система определяет на основании информации, полученной от клиента (затребованное время до отправки), и информации от энергосистемы (максимально возможная мощность) наилучший вариант зарядки. В данном примере максимальна DC мощность, которую система может обеспечить, равна 50 kW. Более того, система оснащена устройством обработки данных для выработки управляющего сигнала и устройствами ввода данных, в данном случае терминалом пользователя и подключением к компьютеру интеллектуальной энергосистемы.

Фигура 13b показывает систему, которая оборудована средством управления бортовым зарядным устройством транспортных средств через информационное соединение (проводное или беспроводное) с транспортным средством. В данном примере максимальная DC мощность зарядки системы обмена энергией ограничена до 50 kW. Два транспортных средства прибывают на станцию. Одно имеет 50kW DC способность зарядки. Другое транспортное средство имеет 30kW бортовое зарядное устройство и DC способность зарядки.

Фигура 13 с показывает станцию обмена энергией, оборудованную двумя соединениями зарядки с 50 kW DC выходной мощностью и возможностью поставить 40kW АС на выход. 50kW DC мощность генерируется посредством использования 50 kW AC/DC преобразователя. Система целиком подключена к соединению энергосистемы, которая может поставить максимально 100 kW мощности.

Фигура 13d показывает случай, в котором станция обмена энергией не может определить мощность бортового зарядного устройства и поставляет АС энергию в транспортное средство, измеряя мощность, которую транспортное средство может принять. После замера данной мощности в течение еще некоторого времени устройство обработки данных может установить величину мощности бортового зарядного устройства.

Фигура 13е показывает случай, в котором транспортное средство может иметь бортовую систему (такую так система кондиционирования воздуха), которая может быть запитана АС энергией во время осуществления зарядки.

Фигура 13f показывает станцию обмена энергией, передающую DC энергию из аккумулятора в энергосистему.

Фигура 13g показывает, как станция обмена энергией использует бортовое зарядное устройство для зарядки второго транспортного средства, подключенного ко второму выводу.

Фигура 13h показывает, как силовая нагрузка на энергосистему управляется путем включения и выключения бортового зарядного устройства, если нет возможности управлять мощностью зарядки бортового зарядного устройства.

Фигура 14 показывает станцию 600 обмена энергией для аккумулятора 603, по меньшей мере, одного электротранспортного средства 602, которая содержит, по меньшей мере, один выход 606 мощности для транспортного средства, по меньшей мере, один порт обмена данными для осуществления коммуникации с электротранспортным средством 602 для определения возможности зарядки транспортного средства 602 или АС напряжением, и/или DC напряжением. В данном случае DC источник питания осуществлен в виде силового преобразователя 604, получающего АС энергию от энергосиловой сети, с АС силового входа 601. Станция обмена энергией дополнительно содержит контроллер 605 для управления поставляемой энергии из АС источника питания и/или DC источника питания, по меньшей мере, через один выход 606 мощности. Контроллер 605 подключен к порту 607 передачи данных для осуществления коммуникации с электротранспортным средством. В конкретном варианте осуществления контроллер 605 может взаимодействовать с контроллером в электротранспортном средстве (не показан) для определения возможности зарядки транспортного средства либо от АС источника питания, либо от DC источника питания. В данном случае контроллер в электротранспортном средстве будет также подключен к бортовому силовому преобразователю 609 для управления DC энергией, поставляемой в аккумулятор 603.

Станция обмена энергией может быть оснащена одним разъемом 608 для АС и DC энергии, который может дополнительно содержать одну или более коммуникационных линий для порта 607 передачи данных.

Изобретение относится к зарядке электромобиля. Станция обмена энергией для аккумулятора электротранспортного средства содержит выход мощности для транспортного средства, порт обмена данными для определения способности транспортного средства заряжаться переменным и/или постоянным током и множество источников питания. Источники питания включают в себя источник питания переменного тока и источник питания постоянного тока, а также контроллер для управления мощностью. Станция обмена содержит управляемый переключатель для подключения выхода мощности к любому из источников питания. Контроллер управляет переключателем на основе результата указанного определения. В способе зарядки аккумулятора электротранспортного средства определяют, способно ли транспортное средство, подключенное к выходу мощности, заряжаться переменным и/или постоянным напряжением, и подключают выход мощности к соответствующему силовому входу. Повышается эффективность зарядки. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Станция обмена энергией для аккумулятора по меньшей мере одного электротранспортного средства, содержащая:
по меньшей мере один выход мощности для транспортного средства;
по меньшей мере один порт обмена данными для коммуникации с электротранспортным средством для определения способности транспортного средства заряжаться от напряжения переменного тока (АС) и/или от напряжения постоянного тока (DC);
множество источников питания, включающее в себя:
по меньшей мере один источник питания переменного тока (АС) и
по меньшей мере один источник питания постоянного тока (DC);
контроллер для управления мощностью, подаваемой от источника питания переменного тока (АС) и/или от источника питания постоянного тока (DC) по меньшей мере на один выход мощности;
отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один управляемый переключатель для подключения указанного по меньшей мере одного выхода мощности к любому из источников питания,
причем контроллер выполнен с возможностью управления переключателем, по меньшей мере, на основе результата указанного определения.

2. Станция обмена энергией по п.1, в которой контроллер выполнен с возможностью подключения по меньшей мере к одному порту обмена данными для коммуникации с электротранспортным средством.

3. Станция обмена энергий по п.1, в которой указанный по меньшей мере один порт обмена данными используется для управления бортовым зарядным устройством транспортного средства.

4. Станция обмена энергией по п.1, в которой порт обмена данными выполнен с возможностью обмениваться данными с системой связи транспортного средства.

5. Станция обмена энергией по п.1, в которой порт обмена данными выполнен с возможностью обмениваться данными посредством: двоичной сигнализации, соединения, через которое данные передаются последовательно, передачи информации по электрическим сетям, PWM сигналом, беспроводной связи, шины сети локальных контроллеров, локальной сети или коммуникации согласно протоколу обмена данными.

6. Станция обмена энергией по п.1, в которой:
указанное средство определения выполнено с возможностью обнаруживать наличие бортового зарядного устройства аккумулятора транспортного средства,
при этом контроллер выполнен с возможностью переключать указанный выход на АС источник питания при обнаружении бортового зарядного устройства аккумулятора и с возможностью переключать указанный выход на DC источник питания при установлении непосредственного подключения к аккумулятору.

7. Станция обмена энергией по п.1, в которой контроллер выполнен с возможностью переключать указанный выход на АС источник питания после того, как в течение временного интервала выход был подключен к DC источнику питания, для первоначальной быстрой зарядки аккумулятора DC энергией и затем продолжения зарядки аккумулятора АС энергией при более низкой скорости зарядки.

8. Станция обмена энергией по п.1, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью выводить АС мощность и DC мощность одновременно.

9. Станция обмена энергией по п.8, в которой АС и DC энергия подается на один и тот же выход для зарядки аккумулятора транспортного средства напрямую DC энергией и для зарядки АС энергией не напрямую, через бортовое зарядное устройство аккумулятора.

10. Станция обмена энергией по п.1, в которой DC источник питания содержит силовой преобразователь для подачи подключенной DC энергии.

11. Станция обмена энергией по п.1, в которой управление переключателем дополнительно основано на внешних параметрах, таких как доступная мощность по меньшей мере на одном из силовых входов и/или величина запрашиваемой мощности электротранспортными средствами на дополнительных выходах мощности.

12. Станция обмена энергией по п.1, в которой управление переключателем осуществляется на основе данных, выработанных устройством обработки данных, таким как внешнее устройство принятия решений.

13. Станция обмена энергией по п.1, выполненная с возможностью управлять бортовым зарядным устройством транспортного средства, в частности, мощностью зарядки бортового зарядного устройства через соединение для обмена данными с транспортным средством.

14. Станция обмена энергией по п.1, дополнительно содержащая разъем для подключения транспортного средства к указанному выходу, причем разъем выполнен с возможностью передавать как АС энергию, так и DC энергию.

15. Станция обмена энергией по п.1, в которой передача данных осуществляется по меньшей мере через некоторые контакты разъема, используемого для обмена АС энергией и/или DC энергией, путем наложения коммуникационного сигнала на поток обмена энергией.

16. Станция обмена энергией по п.1, содержащая силовой разъем, выполненный с возможностью:
осуществлять обмен многофазовой АС энергии через множество силовых контактов силового разъема, когда транспортное средство заряжается от АС энергии; и
осуществлять обмен DC энергией по меньшей мере через два контакта указанного упомянутого силового разъема, когда транспортное средство заряжается DC энергией.

17. Станция обмена энергией по п.16, выполненная с возможностью осуществлять обмен DC энергией через два комплекта контактов, причем каждый комплект содержит по меньшей мере один контакт, используемый для обмена АС энергией.

18. Станция обмена энергией по п.16, выполненная с возможностью осуществлять коммуникацию по меньшей мере через некоторые контакты, используемые для обмена АС энергией и/или DC энергией, например, путем наложения коммуникационного сигнала на сигнал мощности.

19. Станция обмена энергией по п.16, в которой силовой разъем содержит по меньшей мере соединение для передачи данных.

20. Станция обмена энергией по п.16, в которой силовой разъем содержит пару контактов для передачи данных, выполненных с возможностью произвести короткое замыкание, когда транспортное средство выполнено с возможностью осуществлять зарядку АС энергией.

21. Электротранспортное средство, способное заряжаться через станцию обмена энергией, по любому из пп.1-20, содержащее:
аккумулятор;
бортовое зарядное устройство;
силовой вход для приема энергии зарядки;
переключатель для подключения силового входа непосредственно к аккумулятору или через бортовое зарядное устройство к аккумулятору;
контроллер для управления переключателем;
средство передачи данных для передачи в станцию обмена протоколов зарядки, подходящих для транспортного средства.

22. Транспортное средство по п.21, в котором определение наличия АС или DC обеспечивается посредством указанного средства передачи данных транспортного средства и станции обмена энергией, при этом контроллер выполнен с возможностью подключать силовой вход к устройству зарядки, когда определено наличие АС энергии в источнике питания, и подключать силовой вход к аккумулятору, когда определено наличие DC энергии на силовом входе.

23. Способ зарядки аккумулятора электротранспортного средства, характеризующийся тем, что
определяют, способно ли транспортное средство, подключенное к выходу мощности, заряжаться АС напряжением и/или DC напряжением, и
подключают выход мощности к АС силовому входу или к DC силовому входу в соответствии с этим.

24. Способ по п.23, в котором при выполнении указанного определения
подключают выход мощности к АС силовому входу, когда установлено наличие
бортового зарядного устройства, и
подключают выход мощности к DC силовому входу, когда наличие бортового зарядного устройства не установлено.

25. Способ по п.24, в котором при выполнении указанного определения
подключают выход мощности к DC силовому входу, когда возможно непосредственное соединение с аккумулятором, и
подключают выход мощности к АС силовому входу, когда невозможно прямое соединение с аккумулятором и установлено наличие бортового зарядного устройства.

26. Способ по любому из пп.23-25, в котором управление переключателем осуществляют на основе входных данных, полученных с помощью устройства обработки данных, такого как внешнее устройство принятия решения.