СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗАРЯДНЫМ КОМПЛЕКСОМ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ Российский патент 2017 года по МПК H02J7/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к зарядной системе для зарядки электроэнергией электромобилей, реализованной на основе трехфазных комплектных распределительных устройств для электроснабжения промышленных предприятий, жилищно-коммунальных и общественных объектов.

Уровень техники

В настоящее время с ростом популярности электромобилей возникает потребность в их периодической подзарядке и создании инфраструктуры зарядных станций. При этом создание отдельной инфраструктуры зарядных станций приводит к увеличению финансовых затрат на создание и размещение таких станций на определенной территории. Также для отдельной инфраструктуры зарядных станций их необходимо обеспечить преобразователями энергии с увеличенной мощностью, что требует использования различных охлаждающих средств, чтобы предотвратить их перегрев. Таким образом, такие зарядные станции имеют излишний шум при низкой энергетической эффективности и существует потребность в преодолении указанных проблем.

Известны конструкции трансформаторных подстанций, монтируемые по типовым проектам, например, типа "киоск" (КТП), которые представляют собой электротехническое устройство для приема, преобразования по уровню напряжения при помощи силовых трансформаторов, передачи и распределения электрической энергии. КТП предназначена для обеспечения электроснабжения городских, коммунальных, сельскохозяйственных объектов, газовых и нефтяных месторождений. К оборудованию КТП предъявляются высокие качественные требования, в частности оно должно быть прочным и устойчивым к внешнему воздействию, обладать высокими техническими показателями, а также соответствовать экологическим, противопожарным нормам.

Также из уровня техники, патент RU 130459 U1, известна зарядная станция, которая содержит: корпус, во внутренней полости которого расположены исполнительный и управляющий модуль, приемо-передающий модуль, устройство защитного отключения подачи электричества, средство для подключения зарядного кабеля электротранспорта, связанное с управляющим модулем, устройство идентификации пользователя, датчики перемещения и наклона корпуса станции для контроля и регистрации механического воздействия на корпус. Станция также содержит светодиодный модуль внешней индикации состояния станции, связанный с управляющим модулем, и световое табло на внешней поверхности корпуса. Исполнительный модуль соединен с управляющим модулем и с розеткой для подключения зарядного кабеля электротранспорта к зарядной станции. Управляющий модуль выполнен как блок управления и блок анализа поступающей информации. На корпусе станции расположено гнездо для индивидуальной карты пользователя с устройством идентификации пользователя. Счетчик измеряет показатели электроэнергии в процессе зарядки электротранспорта и передает полученные значения на управляющий модуль и далее на удаленный сервер для обработки, учета и принятия диспетчерских решений для обеспечения возможности автоматического технологического управления зарядной станцией на основе данных о состоянии питающей электросети: перекос потребления по фазам, превышение реактивной составляющей заданного порога.

Недостатками такой зарядной станции являются низкая эффективность и электробезопасность при эксплуатации.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является патент RU 2509667 C1, защищающий преобразовательную подстанцию электротранспорта, в которой зарядный терминал через канал связи дает запрос управляющему блоку на начало заряда. Управляющий блок через канал связи подает сигнал начала заряда блоку защиты и через канал связи источнику тока блока соответствующему зарядному терминалу. Напряжение, подаваемое на контактную сеть с выхода выпрямителя, попадает на рабочий вход источника тока через блок защиты. Инвертор источника тока преобразует постоянное напряжение в переменное с частотой, задаваемой сигналами на управляющем входе, подключенном по каналу связи к управляющему блоку, и на сигнальном входе, подключенном к датчику выходного тока. Переменное напряжение с выхода инвертора поступает на первичную обмотку развязывающего трансформатора и с его вторичной обмотки на вход выпрямителя, который преобразует переменное напряжение на входе в постоянное на выходе. Выход выпрямителя через датчик тока подключен к выходу источника тока. Уровень выходного постоянного напряжения на выходе источника тока задается сигналом на управляющем входе и сигналом от датчика тока на входе. Выход источника тока подключен к входу зарядного терминала. Зарядный ток задается управляющим блоком через управляющий вход и стабилизируется на заданном уровне по сигналу от датчика тока.

Такая подстанция хотя и использует инфраструктуру контактной сети, но также имеет низкую эффективность и электробезопасность при эксплуатации.

Соответственно, необходимо разработать способ и систему управления и контроля зарядным комплексом электромобилей, в частности, для комплектной трансформаторной подстанции киоскового типа с расширенными функциями зарядки для электромобилей на основе широко распространенной инфраструктуры распределительных электросетей. Это не требует создания инфраструктуры отдельно расположенных зарядных станций и позволяет повысить безопасность эксплуатации зарядной станции и предотвратить ее выхода из строя при возникновении недопустимых перегрузок и внештатной ситуации. Также обеспечивается высокий уровень качества электрической энергии, поскольку зарядная станция расположена максимально близко к преобразующему оборудованию электросети и не влияет на работу электрического оборудования потребителей. Таким образом, предложенное изобретение позволяет устранить недостатки предшествующего уровня техники, расширить функциональные возможности и повысить равномерность энергопотребления.

Сущность изобретения

Предложена система и способ управления и контроля по меньшей мере одной зарядной станцией для электромобиля. Система содержит трансформаторную подстанцию, например, киоскового типа, в которой расположены соединенные кабельными линиями: силовой трансформатор; блок распределительных устройств высшего напряжения; блок распределительных устройств низкого напряжения; и по меньшей мере одну зарядную станцию переменного или постоянного тока с терминалом подключения электромобиля к зарядной станции, при этом указанная по меньшей мере одна зарядная станция соединена с блоком промышленного логического контроллера для ограничения загрузки зарядной станции, причем блок промышленного логического контроллера выполнен с интерфейсом шины RS-485 и осуществляет этапы: а) в режиме реального времени считывает информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора; б) на основе которой вычисляет суммарную мощность в цепи на выходе силового трансформатора; в) сравнивает вычисленную суммарную мощность с заранее заданным максимальным значением мощности, г) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то вычисляет величину снижения мощности, потребляемой электромобилем, необходимую для выполнения условия не превышения заранее заданного максимального значения мощности; д) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора не превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то повторяют этапы а)-в); е) вычисляет необходимое снижение величины зарядного тока с учетом заранее определенного количества фаз подключения при зарядке электромобиля; ж) передает на по меньшей мере одну зарядную станцию управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока.

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является то, что блок промышленного логического контроллера считывает информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора через шину RS-485 от датчиков фазных токов, посредством токовых трансформаторов;

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является то, что блок промышленного логического контроллера передает, через шину RS-485, на по меньшей мере одну зарядную станцию управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока, где снижение осуществляется заданными дискретными значениями.

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является то, что зарядка электромобилей осуществляется в режиме mode 1, который использует «медленную» зарядку электромобилей с напряжением до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении и/или режиме mode 3, который использует «медленную» и/или «стандартную» зарядку с напряжением до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении и до 400 В и силой тока до 32 А при трехфазном подключении.

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является то, что зарядная станция по сигнальному проводу зарядного кабеля, подключенному к электромобилю, передает управляющий сигнал с новой величиной зарядного тока, который может потребляться электромобилем, после чего зарядное устройство электромобиля настраивает свой рабочий цикл так, чтобы потребляемый ток не превышал новой величины зарядного тока.

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является то, что, если после передачи упомянутого управляющего сигнала в зарядную станцию общая мощность на выходе силового трансформатора не уменьшается до или ниже величины заранее заданного максимального значения мощности, блок промышленного логического контроллера определяет, что был подключен, и заряжается еще один или более электромобилей и повторяет этапы а)-е).

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является то, что если после этапов а)-е) или их повторения, суммарная мощность в цепи на выходе силового трансформатора не уменьшается и/или превышает величину заранее заданного максимального значения мощности, то такая ситуация считается аварийной, и блок промышленного логического контроллера передает управляющий сигнал на управляемый контактор, соединенный с указанной по меньшей мере одной зарядной станцией для ее аварийного отключения.

Проведенный анализ уровня техники позволяет определить, что предложенное изобретение является новым и не очевидно специалисту из уровня техники, а возможность его использования в промышленности определяет его как промышленно применимым.

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными и будут объяснены со ссылками на чертежи и варианты осуществления, описанные в дальнейшем.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 и 2 показаны соответственно общий вид в разрезе спереди и сверху предложенной системы управления и контроля зарядным комплексом электромобилей на основе комплектной трансформаторной подстанции (КТП).

На фиг. 3 показана блок схема взаимосвязей модуля управления и контроля (МУиК).

На фиг. 4 показана блок-схема алгоритма работы МУиК.

На фиг. 5 показана схема организации зарядки электроэнергией электромобиля.

Подробное описание изобретения

Так фиг. 1 и 2 иллюстрируют общий вид предложенной КТП с возможностью зарядки электромобилей, в которой корпус состоит из крыши (1), боковых панелей (2), основания (3) и разделен на: отсек распределительных устройств (РУ) высшего напряжения (РУВН) РУ-10(6) кВ (4), отсек распределительных устройств низкого напряжения (РУНН) РУ-0,4 кВ (5), отсек силового трансформатора (6), отсек зарядных станций (ЗС) (7). Все отсеки изолированы друг от друга и разделены перегородками (8) из негорючего материала внутри корпуса и имеют отдельные входы, расположенные на соответствующей стороне корпуса. Корпус может быть выполнен из монолитного бетона или из сэндвич-панелей.

В отсеке РУВН (4) расположено распределительное устройство 10(6) кВ, типа камеры сборной одностороннего обслуживания серии КСО-201.3 с верхним вводом шин от башни воздушного ввода, с боковым выводом шин для питания силового трансформатора. Внутри отсека располагаются предохранители, разъединитель.

В отсеке РУНН (5) расположено вводно-распределительное устройство РУ-0,4 кВ, в котором расположено оборудование низкого напряжения, блок учета потребляемой электрической энергии, блок питания собственных нужд КТП. В отсеке установлено рабочее освещение, розетки 220 В, розетки 12 В для подключения оборудования.

Башня воздушного ввода (10) КТП выполнена со съемными листами, в ней расположены шины 10(6) кВ, например шины алюминиевые сечением 50×5 мм. В верхней части конструкции расположены проходные изоляторы 10(6) кВ для подключения к ВЛ-10(6) кВ. Ограничители перенапряжений (ΟΠΗ) располагаются в конструкции башни воздушного ввода, параллельно проходным изоляторам.

В отсеке ЗС (7) расположено оборудование зарядной станции переменного тока (11) (шкаф ЗС), соединенное кабельными линиями (КЛ) с выводом КЛ-0,4 кВ от распределительной секции РУНН. Как вариант, показано на фиг. 2 пунктиром, имеется место для установки блока зарядной станции постоянного тока (12), который соединен кабельными линиями (КЛ) с выводом КЛ-0,4 кВ от распределительной секции РУНН.

В корпусе КТП устанавливаются РУ-10(6) кВ на базе ячейки КСО РУ 0,4 кВ и другие щиты 0,4 кВ. На заводе также выполняется: внутренний контур заземления с двумя выводами для присоединения к наружному контуру; высоковольтные шинные перемычки для соединения РУВН с силовым трансформатором; кабельные перемычки (КЛ) 0,4 кВ от силового трансформатора до вводного автоматического выключателя РУ 0,4 кВ; цепи освещения и вторичной коммутации. Перемычка ВН между РУ-10(6) кВ и силовым трансформатором выполняется, например, одножильными кабелями марки АПвПуг-10. Кабели прокладываются в клипах от РУ-10(6) кВ КТП до отсека силового трансформатора. Перемычка 0,4 кВ выполняется, например, одножильным кабелем ВВГнг-LS с креплением его в клицах по потолку трансформаторного отсека и отсека РУ-0,4 кВ.

Внутренний контур заземления КТП также выполняется на заводе. В качестве внешнего защитного заземляющего устройства (ВЗЗУ) используется контур заземления, состоящий из 19-ти вертикальных заземлителей, глубинных электродов-металлический стержень, соединенных между собой горизонтальными заземлителями. ВЗЗУ обеспечивает нормируемое сопротивление растеканию тока Rh=4 Ом; 2 Ом; 1 Ом; 0,66 Ом (в зависимости от типа питающей сети). ВЗЗУ рассчитано для грунта с удельным сопротивлением 100 Ом*м и выполняется общим для КТП с устанавливаемой концевой опорой ВЛ-10(6) кВ с разъединителем. Защита от перенапряжений осуществляется ΟΠΗ 10(6) кВ в составе башни воздушного ввода. Принимая во внимание повышенные требования к электробезопасности, допустимое значение нормируемого сопротивления растеканию тока ВЗЗУ рассчитано, исходя из значения напряжения прикосновения Uпр=20 B (в соответствии ГОСТ 12.1.038-82 и ПУЭ). При изменении значения удельного сопротивления грунта необходимо откорректировать состав заземляющего устройства в части количества вертикальных заземлителей, для обеспечения нормируемого сопротивления растеканию тока Rн=4 Ом; 2 Ом; 1 Ом; 0,66 Ом.

В электрической части КТП содержит следующее оборудование: РУВН, например КСО-201.3; двухобмоточный силовой трансформатор, например ТМГэ-160/10(6); РУНН; оборудование собственных нужд (СН); оборудование зарядной станции. Также могут использоваться дополнительные защитные средства, например комплект резиновых ковриков; инвентарная подставка; штанга оперативная до 10 кВ с крючком, тип ШО-10У1.

Оборудование собственных нужд (СН) КТП состоит из: блока питания СН КТП, систем электроосвещения, отопления и вентиляции и учета электроэнергии в КТП.

Блок питания собственных нужд КТП (СН-ЭСС) располагается в составе РУ-0,4 кВ КТП и осуществляет питание 220/380/12 В всех цепей собственных нужд подстанции, а также оборудования для осуществления пуско-наладочных работ (предусмотрена возможность присоединения внешних потребителей с номинальным током до 63А, подключаемых к лабораторным клеммам СН (клеммы выведены на фасад шкафа РУ-0,4 кВ). Для защиты подключаемых к блоку СН цепей от перегрузки и коротких замыканий установлены автоматические выключатели на номинальные токи 63, 25, 16 и 6А. Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, розетка 220 В подключена через устройство защитного отключения. Питание блока СН осуществляется от автоматического выключателя, расположенного в РУ-0,4 кВ.

Электроосвещение в КТП выполняется по схеме: а) рабочее напряжение ~220 В, с настенными светильниками типа НПП03 со светодиодными лампами мощностью 6,5 Вт, типа 6,5W Е27; б) ремонтное и переносное напряжение ~12 В (предусмотрено наличие переносного светильника, типа РВО-42, со шнуром 10 м). Питание внутреннего освещения отсеков КТП осуществляется от блока питания СН в составе РУ-0,4 кВ.

Отопление и вентиляция в отсеках КТП осуществляется печами, например, типа Etalon 05UB, управление которыми осуществляется в автоматическом режиме, посредством встроенных электронных термостатов или в ручном режиме обслуживающим персоналом. Печи устанавливаются в отсек РУНН и отсек зарядных станций (ЗС). Режим работы системы отопления должен обеспечивать температуру в отсеках не ниже 5°С. Вентиляция трансформаторной камеры выполнена естественная. Для этого на фасаде КТП имеются жалюзийные решетки для притока холодного и оттока горячего воздуха, которые обеспечивают требуемый температурный режим работы трансформатора.

Учет электроэнергии в КТП производится на вводе в РУ 0,4 кВ, где устанавливаются сертифицированные и рекомендованные к применению энергосбытовыми организациями для учета трансформаторы тока. Вторичные выводы трансформаторов тока подключаются к счетчику электрической энергии, который установлен в отдельном шкафу учета (напольного исполнения ШУ), который устанавливается отсеке РУНН. Для подключения счетчика электрической энергии в шкафу учета установлена испытательная коробка. Также учет потребляемой электрической энергии производится на отходящих линиях к зарядным станциям, на отходящих линиях, питающих потребителей 0,4 кВ КТП, где устанавливаются сертифицированные и рекомендованные энергосбытовыми организациями для коммерческого учета трансформаторы тока. Вторичные выводы трансформаторов тока подключаются к счетчикам электрической энергии (счетчику ЗС переменного тока и к счетчику ЗС постоянного тока; к счетчику отходящей линии 1, 2, 3, которые установлены в шкафу учета (ШУ) напольного исполнения), совместно с прибором учета потребляемой электроэнергии на вводе КТП. Для подключения счетчиков в щите учета установлены испытательные коробки. Подвод электроэнергии к электротехническому оборудованию осуществляется через указанные кабели и системы сборных шин.

В качестве РУВН применяется камера сборная одностороннего обслуживания типа КСО-201.3, которая состоит из выключателя нагрузки ВНА-10(6)/630, предохранителя ПКТ-10(6)-20. В камере используются блокировки: от открывания двери при включенных главных ножах выключателя нагрузки (механическая); от включения заземляющих ножей при включенных главных ножах выключателя нагрузки, от включения главных ножей выключателя нагрузки при включенных заземляющих ножах (механическая).

В КТП применяется силовой трансформатор 160 кВА; 250 кВА, например, серии ТМГэ (трехфазный, герметичный, с масляным охлаждением), схема соединения Y/Zн-11, что обеспечивает уменьшение потерь при несимметричном режиме работы трансформатора. Трансформатор предназначен для работы в электросетях 10(6) кВ в электроустановках в условиях умеренного климата и служит для понижения высокого напряжения питающей электросети до установленного уровня потребления.

В качестве РУНН применяется сборка НН 380/220 В с вводом верхним КЛ-0,4 кВ от силового трансформатора и с выводом КЛ-0,4 кВ от распределительной секции как сверху, так и снизу шкафа. РУ-0,4 кВ комплектуется автоматическими выключателями типа ВА04-31Про; ВА04-35Про; ВА50-39Про, трансформаторами тока для учета потребляемой электрической энергии. Также в состав РУ-0,4 кВ входит оборудование блока собственных нужд СН-ЭСС.

В КТП установлена зарядная станция переменного тока (11), оборудование которой размещается в отдельном металлическом шкафу. Питание оборудования зарядной станции производиться от шкафа питания зарядной станции (ШПЗС), который соединен кабельными линиями (КЛ) с выводом КЛ-0,4 кВ от распределительной секции РУНН. На фасаде КТП устанавливается терминал подключения электромобилей (9), представляющий из себя металлический щит, например, навесной с размещенным в нем оборудованием контроля и индикации и с выведенными на поверхность щита разъемами для подключения электромобилей. Зарядная станция предназначена для зарядки электромобилей через штепсельные разъемы под переменным напряжением до 240/400 В, силой тока до 32/80А, частотой 50 Гц. Штепсельные разъемы зарядной станции оснащены элементами защиты от поражения электрическим током и блокировками от ошибочных действий. При этом возможно применение зарядных станций с функцией внешнего проводного управления.

Зарядка электромобилей осуществляется предпочтительно: в режиме Mode 1, который использует «медленную» зарядку электромобилей (до 10 часов) посредством подключения через разъем к электросети переменного тока с напряжением до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении; и режиме Mode 3, который использует «медленную» или «стандартную» зарядку электромобилей в зависимости от способа подключения к электросети (до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении; до 400 В и силой тока до 32 А при трехфазном подключении). Контроль процесса зарядки электромобиля осуществляется модулем управления и контроля (МУиК), который предназначен для ограничения загрузки зарядной станции и регулирования потребляемой, подключенным к зарядной станции электромобилем мощности в зависимости от загрузки КТП. МУиК представляет собой широкоизвестный промышленный программируемый логический контроллер (ПЛК), например, см. https://www.maximintegrated.com/en/solutions/industrial/control-and-automation/plc.html/tb_ab2, который выполнен с возможностью подключения к компьютеру с помощью витой пары R-J45, при этом в настройках соединения указывается IP адрес как 10.10.10.179, Mask 255.255.255.0.

На фиг. 3-4 показаны блок-схема и алгоритм работы МУиК. Настройка МУиК осуществляется путем задания параметров файла props.txt. Ограничение загрузки фидера, к которому подключены зарядные станции (ЗС1, ЗС2), происходит следующим образом: ПЛК в реальном времени получает информацию о фазных токах, протекающих в цепи на выходе силового трансформатора. ПЛК по входу соединен через автоматический выключатель (Q1.0) питающей кабельной линией с фазной линией (L1…L3), нулевой линией (N) и совмещенной нулевой защитной и нулевой рабочей линии (PEN). По выходу ПЛК соединен кабельной линией с управляемым контактором (КМ1), к которому подключены зарядные станции (ЗС1, ЗС2), при этом они также соединены по шине RS-485 с ПЛК, который соединен шиной RS-485 с устройством энергоанализатора (ЭА), измеряющего величины токов посредством токовых трансформаторов (ТА4…6). Автоматические выключатели (Q1.0, Q1.1, QF1(AB)), устройство защитного отключения (FA1(УЗО)), линия заземления (РЕ). ПЛК в реальном времени, например, каждые 50 мс считывает данные с шины RS-485, получает абсолютные значения фазных токов, вычисляет суммарную мощность в общей цепи и сравнивает ее с заранее заданным максимальным значением MUIK_P_MAX (устанавливается в конфигурационном файле props.txt). Если при зарядке электромобиля мощность на выходе трансформатора превышает заранее заданное максимальное значение, ПЛК вычисляет величину снижения мощности, потребляемой электромобилем, необходимую для выполнения условия не превышения величины MUIK_P_MAX, вычисляет необходимое снижение величины тока с учетом количества фаз подключения MUIK_PHASES (которое устанавливается в конфигурационном файле props.txt) и по цифровой шине RS-485 посылает на зарядные станции управляющий сигнал о снижении зарядного тока. Снижение осуществляется дискретными значениями вплоть до полного отключения станции, например 32А, 30А, 20А, 16А, 13А, 10А, 6А, 0A. В свою очередь зарядная станция по сигнальному проводу зарядного кабеля сообщает подключенному к ней электромобилю новую величину максимального тока, который может потребляться электромобилем, после чего зарядное устройство электромобиля, обеспечивающее зарядку его тяговых аккумуляторов, настраивает свой рабочий цикл так, чтобы потребляемый ток не превышал нового значения максимального тока. В случае если после передачи устройством управляющего сигнала в зарядную станцию общая мощность на выходе силового трансформатора не уменьшается до или ниже величины MUIK_P_MAX, то ПЛК предполагает, что за время исполнения команды был подключен и начал заряжаться еще один или более электромобилей. ПЛК производит еще одну итерацию снижения мощности. Если после второй итерации общая мощность на выходе силового трансформатора не уменьшается и превышает величину MUIK_P_MAX, то такая ситуация считается аварийной и ПЛК отправляет управляющий сигнал на управляемый контактор (КМ1) для аварийного отключения фидеров зарядных станций (ЗС1, ЗС2) от энергоснабжения.

В целом алгоритм работы с зарядной станцией переменного тока для электромобиля можно охарактеризовать следующим образом. Водителю электромобиля (пользователю) необходимо припарковаться на выделенном парковочном месте возле КТП с зарядной станцией, как показано на фиг. 5. Необходимо проверить состояние работоспособности зарядной станции, если светодиодный индикатор зарядной станции горит красным, то зарядная станция находится на техническом обслуживании и зарядная сессия не возможна. При зеленом (горит постоянно) светодиодном индикаторе состояния пользователю необходимо приложить зарегистрированную RFID-карту к устройству считывания RFID и идентификации для идентификации данных о пользователе. Информация о пользователе с карты поступает на модуль управления и контроля, который проводит их проверку (регистрацию, наличие средств на счету для получения услуги) и формирует ответ процедуры идентификации. Если идентификация (на начало зарядки) положительна, то светодиодный индикатор начинает мигать как зеленый-синий, при этом напряжение 380 В на контакты розетки зарядной станции пока не подается. Далее пользователю необходимо вставить соответствующие разъемы зарядного кабеля в розетку зарядной станции и в розетку электромобиля в заданной последовательности. При этом сработает блокиратор розетки зарядной станции, что предотвратит отсоединение вилки и розетки до завершения зарядной сессии. При исправном зарядном кабеле напряжение 380 В на контакты розетки зарядной станции будет подано и начнется зарядная сессия, при этом светодиодный индикатор зарядной станции переключится в режим постоянного свечения синим цветом.

Зарядная станция обеспечивает регулирование потребляемой электромобилем мощности в зависимости от загрузки КТП. Так ПЛК зарядной станции получает информацию о токах, протекающих в цепи на выходе силового трансформатора. Информация поступает в ПЛК от токовых трансформаторов, измеряющих величины этих токов. ПЛК вычисляет мощность в общей цепи и сравнивает ее с заранее заданным максимальным значением. Если при зарядке электромобиля мощность на выходе трансформатора превышает заранее заданное максимальное значение, ПЛК посылает в зарядную станцию управляющий сигнал о снижении зарядного тока на такую величину, чтобы мощность на выходе трансформатора была меньше или равна максимальному значению. При дальнейшем снижении мощности на выходе трансформатора из-за падения нагрузки на других фидерах ПЛК увеличит зарядный ток, но без превышения общей мощностью максимального значения. Для завершения зарядной сессии необходимо повторно приложить RFID-карту, использованную для начала зарядной сессии, к считывателю. При этом светодиодный индикатор может гореть синим (электромобиль еще заряжается) или мерцающим синим светом (зарядный ток менее 30 мА). При успешной авторизации RFID-карты блокиратор розетки зарядной станции разблокирует вилку зарядного кабеля, после чего его можно будет отсоединить от зарядной станции, при этом прекращена подача напряжения 380 В на контакты розетки зарядной станции.

Более подробно алгоритм, показанный на фиг. 4, прописывается следующим образом:

1. Запуск программы происходит автоматически при включении ПЛК, во время запуска происходят все основные инициализации.

2. Чтение параметров из файла props.txt, который хранится в папке /mnt/ufs/usr/.

3. Запуск основного цикла, инициализация соединений с устройствами.

4. Задержка выполнения основного цикла.

5. Чтение требуемых значений с энергоанализаторов.

6. Если отключен контактор цепи питания электромобиля, то вычисляем необходимый ток для зарядки электромобиля и включаем контактор, если требуется изменение параметров, вычисляем необходимое значение тока и переходим на следующий шаг.

7. Подготовка значений.

8. База данных представляет собой файл в формате csv (дата записи, значение понижения, ошибка ответа) с глубиной хранения информации в 4 дня.

9. Передача управления подпрограмме для отправки на контроллер зарядной станции.

10. Если контроллер ответил положительно, то проверяем снижение потребления.

11. Если снижение потребления произошло, то переходим к началу цикла.

12. Иначе осуществляем отключения контактора цепи питания зарядной станции с целью предотвращения перегрузки трансформатора, при физическом выходе из строя зарядной цепи электромобиля (зарядного кабеля, встроенного зарядного устройства).

13. Счетчик ошибочных ответов.

14. Проверка порогового значения.

15. Если на шаге 10 контроллер ответил отрицательно, то отключаем при помощи управляемого контактора цепь энергоснабжения зарядной станции с целью предотвращения перегрузки трансформатора при физическом выходе из строя канала передачи данных в направлении ЗС или самой зарядной станции.

16. Запись информации о происшествии в том же файле логов /mnt/ufs/usr/log/log.csv

Зарядная станция обеспечивает: надежную измерительную систему потребления энергии для конечного пользователя; доступ к зарядке конечного потребителя осуществляется посредством идентификационной карточки RFID; программируемое время работы зарядной станции с учетом анализа пиковых нагрузок городской электросети; защиту от превышения максимально допустимого тока кабеля, что предохраняет электромобиль от перегрузки, определяя тип подключенного к ЗС электромобиля.

Вышеописанные различные варианты осуществления изобретения представлены только для понимания и в качестве примера, при этом не должны ограничиваться этими примерами. Специалисты в данной области техники способны создавать альтернативные варианты осуществления без отрыва от объема приложенной формулы, но в пределах сущности изобретения, отраженной в описании.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и безопасности эксплуатации зарядной станции. Согласно изобретению зарядная станция встроена в трансформаторную подстанцию с силовым трансформатором и соединена с блоком промышленного логического контроллера, который осуществляет этапы: а) в режиме реального времени считывает информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора; б) на основе которой вычисляет суммарную мощность в цепи на выходе силового трансформатора; в) сравнивает вычисленную суммарную мощность с заранее заданным максимальным значением мощности, г) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то вычисляет величину снижения мощности, потребляемой электромобилем, необходимую для выполнения условия не превышения заранее заданного максимального значения мощности; д) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора не превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то повторяет этапы а)-в); е) вычисляет необходимое снижение величины зарядного тока с учетом заранее определенного количества фаз подключения для зарядки электромобиля; ж) передает на зарядную станцию управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система управления и контроля по меньшей мере одной зарядной станцией для электромобиля, отличающаяся тем, что содержит трансформаторную подстанцию для зарядки электромобиля, в которой расположены соединенные кабельными линиями: силовой трансформатор; блок распределительных устройств высшего напряжения; блок распределительных устройств низкого напряжения; и по меньшей мере одну зарядную станцию с терминалом подключения электромобиля к зарядной станции, при этом указанная по меньшей мере одна зарядная станция соединена с блоком промышленного логического контроллера для ограничения загрузки зарядной станции, причем блок промышленного логического контроллера осуществляет этапы:

а) считывает информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора;

б) на основе указанной информации вычисляет суммарную мощность в цепи на выходе силового трансформатора;

в) сравнивает вычисленную суммарную мощность с заранее заданным максимальным значением мощности,

г) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то вычисляет величину снижения мощности, потребляемой электромобилем, необходимую для выполнения условия не превышения заранее заданного максимального значения мощности;

д) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора не превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то повторяет этапы а)-в);

е) вычисляет необходимое снижение величины зарядного тока с учетом заранее определенного количества фаз подключения для зарядки электромобиля;

ж) передает на по меньшей мере одну зарядную станцию управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок промышленного логического контроллера выполнен с интерфейсом шины RS-485 и считывает указанную информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора через шину RS-485 от датчиков фазных токов, посредством токовых трансформаторов.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что зарядка электромобиля осуществляется в режиме, который использует «медленную» зарядку с напряжением до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении и/или альтернативном режиме, который использует «медленную» и/или «стандартную» зарядку с напряжением до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении и до 400 В и силой тока до 32 А при трехфазном подключении.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок промышленного логического контроллера передает на по меньшей мере одну зарядную станцию управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока через шину RS-485.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое снижение зарядного тока осуществляется дискретными значениями.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что зарядная станция по сигнальному проводу зарядного кабеля, подключенному к электромобилю, передает управляющий сигнал с новой величиной зарядного тока с учетом указанного снижения величины зарядного тока, который может потребляться электромобилем, после чего зарядное устройство электромобиля, настраивает свой рабочий цикл так, чтобы потребляемый ток не превышал новой величины зарядного тока.

7. Система по любому из пп. 1 или 6, отличающаяся тем, что, если после передачи упомянутого управляющего сигнала в по меньшей мере одну зарядную станцию, общая мощность на выходе силового трансформатора не уменьшается до или ниже величины заранее заданного максимального значения мощности, блок промышленного логического контроллера определяет, что был подключен и заряжается еще один или более электромобилей и производит повторение этапов а)-е).

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что если после повторения этапов а)-е) суммарная мощность в цепи на выходе силового трансформатора не уменьшается и/или превышает величину заранее заданного максимального значения мощности, то такая ситуация считается аварийной, и блок промышленного логического контроллера передает управляющий сигнал на управляемый контактор, соединенный с указанной по меньшей мере одной зарядной станцией для ее аварийного отключения.

9. Способ управления и контроля по меньшей мере одной зарядной станцией для электромобиля, размещенной в трансформаторной подстанции с силовым трансформатором, при котором осуществляют этапы:

а) в режиме реального времени считывают информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора;

б) на основе указанной информации вычисляют суммарную мощность в цепи на выходе силового трансформатора;

в) сравнивают вычисленную суммарную мощность с заранее заданным максимальным значением мощности,

г) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то вычисляют величину

снижения мощности, потребляемой электромобилем, необходимую для выполнения условия не превышения заранее заданного максимального значения мощности;

д) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора не превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то повторяют этапы а)-в);

е) вычисляют необходимое снижение величины зарядного тока с учетом заранее определенного количества фаз подключения для зарядки электромобиля;

ж) передают на по меньшей мере одну зарядную станцию управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что считывают указанную информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора от датчиков фазных токов посредством токовых трансформаторов через шину RS-485.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока на по меньшей мере одну зарядную станцию передают через шину RS-485.

12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что зарядку электромобиля осуществляют в режиме, который использует «медленную» зарядку с напряжением до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении и/или альтернативном режиме, который использует «медленную» и/или «стандартную» зарядку с напряжением до 230 В и силой тока до 16 А при однофазном подключении и до 400 В и силой тока до 32 А при трехфазном подключении.

13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что упомянутое снижение зарядного тока осуществляют дискретными значениями.

14. Способ по п. 9, отличающийся тем, что зарядная станция передает электромобилю управляющий сигнал с новой величиной зарядного тока с учетом указанного снижения величины зарядного тока, который может потребляться электромобилем, после чего зарядное устройство электромобиля, настраивает свой рабочий цикл так, чтобы потребляемый ток не превышал новой величины зарядного тока.

15. Способ по любому из пп. 9 или 14, отличающийся тем, что если после передачи упомянутого управляющего сигнала в по меньшей мере одну зарядную станцию общая мощность на выходе силового трансформатора не уменьшается до или ниже величины заранее заданного максимального значения мощности, то определяют, что был подключен и заряжается еще один или более электромобилей и повторяют этапы а)-ж).

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что если после повторения этапов а)-ж) суммарная мощность в цепи на выходе силового трансформатора не уменьшается и/или превышает величину заранее заданного максимального значения мощности, то такая ситуация считается аварийной, и передают управляющий сигнал на по меньшей мере одну зарядную станцию для ее аварийного отключения.