ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЗАРЯДНАЯ СТАНЦИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2024 года по МПК B60L53/51 

Изобретение относится к области зарядных станций для наземного электротранспорта, в частности для электромобилей, и может быть использовано для создания зарядных станций быстрого заряда постоянным током, в которых вся или основная часть энергии вырабатывается фотоэлектрическими (солнечными) модулями.

В настоящее время основную часть зарядных станций электромобилей составляют инверторные станции. Они содержат в своем составе AC-DC-инвертор, обеспечивающий преобразование энергии сети переменного тока (АС) с напряжением 380 В и частотой 50 Гц, в энергию постоянного тока (DC) повышенного напряжения 500-1000 В, необходимого для быстрого заряда электромобилей. AC-DC-инвертор также обеспечивает необходимую для обеспечения безопасности функцию гальванической развязки от сети переменного тока. Являющийся одним из основных элементов зарядной станции AC-DC-инвертор, как правило, выполняется на основе мостовой топологии, содержащей в своем составе минимум четыре быстродействующих силовых ключа с необходимыми элементами управления, высокочастотный трансформатор и выходной выпрямитель большой мощности. Для повышения КПД инвертора его выходной выпрямитель, как правило, выполняется в виде синхронного выпрямителя, содержащего в своем составе минимум два ключа с необходимыми элементами управления. Большое число силовых ключей, наличие мощного высокочастотного трансформатора и сложная внутренняя структура определяют высокую стоимость инверторных зарядных станций электромобилей несмотря на массовость изготовления данных устройств.

Инверторная зарядная станция всю энергию потребляет из сети переменного тока и требует большой мощности подключения к сетевой инфраструктуре на уровне 50-200 кВт на один зарядный пост, что не всегда возможно технически и целесообразно экономически, поскольку требует наличия свободных мощностей у ближайших сетевых подстанций и значительных затрат подключения, включающих дорогостоящий силовой кабель и оплату строительно-монтажных работ по его подведению и подключению. Эти факторы приводят к необходимости географической привязки инверторных зарядных станций к существующей энергосети подстанций с наличием свободных мощностей, что существенно ограничивает возможности формирования зарядной инфраструктуры.

Потребление энергии от сети инверторной зарядной станцией имеет характер периодических во времени пиковых нагрузок большой мощности, которые являются причиной значительных транспортных потерь в линиях передач, величина которых пропорциональна квадрату потребляемой мощности и может достигать 5-10% от общего объема потребления. При этом инверторные зарядные станции являются достаточно энергоемким объектом и в зависимости от числа зарядных постов зарядной станции и мощности поста необходимая мощность подключения может составлять несколько сотен киловатт, что ограничивает возможности расширения сети станций. Кроме этого инверторные зарядные станции не являются экологическим решением, поскольку энергия промышленной сети произведена в основном с использованием традиционных невозобновляемых источников энергии загрязняющих окружающую среду.

Актуальной является задача создания зарядных станций, имеющих малое энергопотребление (среднее и пиковое) от сети, что снижает требования к необходимой мощности подключения, а также станций, полностью автономных от энергосети, питание которых осуществляется от возобновляемых источников энергии. Достижение этой цели возможно благодаря использованию в составе зарядных станций возобновляемых источников энергии, в частности использованию фотоэлектрических (солнечных) модулей совместно с накопителями энергии. Этому посвящено значительное количество работ и патентов.

В настоящее время существуют две основных архитектуры построения зарядных станций электромобилей с использованием солнечных модулей и накопителей энергии - с общей шиной переменного тока (АС-шина) и с общей шиной постоянного тока (DC-шина) [1].

Использование общей шины переменного тока (АС-шина) позволяет применять массовые серийно выпускаемые DC-AC инверторы солнечных батарей со встроенными МРРТ-контроллерами и широко распространенные и серийно выпускаемые инверторные зарядные станции, питание которых осуществляется от сети переменного тока. Общим недостатком подобных систем является двойное преобразование энергии из постоянного тока, вырабатываемого солнечными модулями в переменный ток общей шины и последующее обратное преобразование переменного тока в постоянный, которым осуществляется зарядка электромобилей. Кроме этого при условии серийного изготовления себестоимость изготовления DC-AC инверторов, в особенности двунаправленных существенно выше себестоимости DC-DC конверторов, поскольку они содержат существенно меньшее количество компонентов.

Решения с общей шиной постоянного тока (DC-шина) лишены этих недостатков, но существующие решения построения зарядных станций имеют в своем составе значительное количество DC-DC конверторов и значительно число этапов преобразования электрической энергии одного напряжения в другое напряжение, что снижает энергетическую эффективность (КПД) станции. Это обусловлено тем, что каждый из элементов преобразования имеет свой КПД и результирующий КПД системы является произведением КПД каждого из звеньев преобразования энергии. Соответственно при большом числе звеньев преобразования мультипликативно уменьшается и результирующий КПД системы. Кроме этого пропорционально числу и конструктивной сложности увеличивается и стоимость системы.

В работе [2] представлены типовые структуры зарядных станций с общей шиной постоянного тока. Структура автономной зарядной станции включает в себя батарею солнечных модулей, подключенную к общей шине постоянного тока однонаправленным DC-DC конвертором, выполняющим функцию МРРТ-контроллера, аккумуляторный накопитель энергии подключенный к общей шине через двунаправленный DC-DC конвертор, однонаправленный зарядный DC-DC конвертор, непосредственно осуществляющий процесс заряда электромобиля и модуль управления зарядной станцией определяющий алгоритм энергетического менеджмента. Существует и там же описан вариант структуры зарядной станции с подключением к промышленной сети переменного тока для обеспечения заряда внутреннего аккумуляторного накопителя энергии в периоды низкой инсоляции (облачность, утренние и вечерние часы, зимнее время года) и или полного отсутствия инсоляции в ночное время суток. Общим недостатком данного решения является обусловлено значительное число циклов преобразования энергии и наличие дорогостоящего двунаправленного DC-DC конвертора большой мощности, соединяющего аккумуляторный накопитель станции с общей шиной постоянного тока. Энергия, вырабатываемая солнечными модулями первый раз, преобразуется DC-DC конвертором с МРРТ-функцией до рабочего напряжения шины постоянного тока. Данный конвертор является однонаправленным, при этом его рабочая мощность должна соответствовать установленной мощности солнечных батарей и сравнительно невелика (20-30% от мощности шины постоянного тока). Таким образом, данный элемент не вносит существенного вклада в общую стоимость системы. Далее, при отсутствии электромобиля, подключенного к станции, энергия солнечных модулей, проходя по общей шине, преобразуется второй раз двунаправленным DC-DC конвертором большой мощности и поступает в аккумуляторный накопитель станции. Максимальная мощность заряда накопителя лимитируется мощностью вырабатываемой солнечными модулями и, как правило, не превышает 20-30% от мощности DC-DC конвертора. То есть в данной архитектуре он используется не полностью. При подключении к зарядной станции электромобиля энергия преобразуется третий и четвертый раз, проходя через двунаправленный DC-DC конвертор накопителя и однонаправленный зарядный DC-DC конвертор. Таким образом, в данной архитектуре происходит четырехкратное преобразование энергии, что существенно снижает энергетическую эффективность работы зарядной станции. Кроме этого, двунаправленный DC-DC конвертор накопителя является дорогостоящим элементом и может составлять существенную долю в стоимости станции.

В работе [3] также представлена структура зарядной станции электромобилей с использованием фотоэлектрических модулей на основе шины постоянного тока. Архитектура зарядной станции построена вокруг общей шины постоянного тока. К общей шине через DC-DC конвертор с функцией МРРТ-контроля подключается батарея солнечных модулей, подключается аккумуляторный накопитель через двунаправленный DC-DC конвертор, подключается DC-DC конвертор осуществляющий заряд электромобиля. Кроме этого к общей шине также подключен сетевой AC-DC инвертор для обеспечения возможности дополнительного заряда накопителя от сети, а также передачи избытков выработанной энергии в сеть. Недостатком данного решения является большое число DC-DC-конверторов, при этом минимум один из них (соединенный с аккумулятором) является двунаправленным. Двунаправленные DC-DC-конверторы имеют минимум в два раза больше ключевых элементов по сравнению с однонаправленными, что обуславливает их большую стоимость [4].

Схожее решение сетевой солнечной зарядной станции представлено в работе [5] в которой использованы двунаправленные зарядные DC-DC конверторы, обеспечивающие возможность передачи энергии от аккумулятора электромобиля в общую шину и двунаправленный AC-DC инвертор обеспечивающий возможность передачи энергии в сеть. Несмотря на расширенные возможности энергетического менеджмента, данная система обладает повышенной сложностью и имеет высокую стоимость за счет использования двунаправленных конверторов и инверторов.

В работе [6] представлен ряд архитектур построения солнечных зарядных станций. Описано решение, в котором используется внутренняя общая линия переменного тока с рабочей частотой 50 Гц соединенная с промышленной сетью. К общей шине переменного тока подключен DC-AC инвертор, соединенный с батареей солнечных модулей. К этой же шине подключается и зарядная станция, работающая от сети переменного тока. Данная топология формируется из доступных на рынке и типовых решений инверторов солнечных модулей и серийных зарядных станций со входом переменного тока. Несмотря на очевидность этого подхода, недостатком решения является необходимость двойного преобразования электроэнергии из постоянного тока, вырабатываемого фотоэлектрическими модулями, в переменный ток и затем обратное преобразование из переменного тока в постоянный, которым осуществляется заряд электромобилей. Это существенно снижает результирующий КПД зарядной станции, кроме этого за счет использования DC-AC инверторов, имеющих более высокую стоимость по сравнению с DC-DC конверторами, стоимость всей системы возрастает. Кроме этого в работе [6] представлены решения с использованием общей шины постоянного тока с двунаправленными DC-DC конверторами как описано ранее в [3], и предложено решение с использованием мультипортовых силовых конверторов, обеспечивающих возможность построения систем как с общей шиной постоянного тока, так и общей шиной переменного тока и подключения к ним различных типов зарядных станций и контроллеров солнечных модулей, как с выходом переменного тока, так и с выходом постоянного тока. Несмотря на универсальность данного решения это приводит фактически к тройному преобразованию энергии в одном из звеньев цепи, что уменьшает энергетическую эффективность и приводит к значительному удорожанию системы.

Известна зарядная станция с солнечными модулями представленная в заявке [7] включающая солнечные модули, DC-DC конвертор регулятор, AC-DC инвертор, аккумуляторный накопитель и систему управления обеспечивающую мониторинг выходной мощности солнечных модулей и текущего уровня заряда накопителя. Недостатком системы является низкая энергетическая эффективность, обусловленная многократным преобразованием энергии.

Известна автономная фотоэлектрическая система зарядки электромобиля [7] включающая батарею солнечных модулей, фотоэлектрический контроллер, аккумуляторный накопитель энергии, систему мониторинга состояния компонентов зарядной станции и параметров окружающей среды, массива зарядных устройств электромобилей, а также систему аварийной зарядки, которую можно использовать для электробусов и других видов наземного транспорта с электрической тягой. Предложенная в патенте структура отличается возможностью заряда аккумуляторного накопителя непосредственно от DC-DC контроллера солнечных модулей, что сокращает количество этапов преобразования энергии с четырех в стандартном решении с общей шиной постоянного тока до трех, но для данной системы все еще присутствуют значительные энергетические потери. При этом однонаправленный DC-DC конвертор солнечных модулей должен иметь два выхода на различные рабочие напряжения (соответствующие рабочим напряжениям заряда накопителя и общей шины), что усложняет реализацию системы и повышает ее стоимость.

Известно решение сетевой зарядной станции, устанавливаемой на парковке электромобилей и содержащее множество независимых сборок солнечных модулей, каждый из которых соединен со своим сетевым DC-DC-конвертором, которые в свою очередь соединены в сеть отдельной общей шиной постоянного тока [8]. В данной системе отсутствует накопитель энергии и сетевым DC-DC конвертор непосредственно осуществляет заряд электромобиля. Недостатком системы является непостоянная во времени мощность заряда, обусловленная уровнем инсоляции, который в условиях облачности может изменяться в течение суток несколько раз. При этом если протоколом заряда не поддерживается динамический режим изменения заряжающей мощности, то это может привести к обрывам зарядных сессий. Кроме нестабильности заряжающей мощности другим недостатком системы является сравнительно малая мощность заряда и соответственно, длительное время заряда, что ограничивает применение данного решения только на парковках.

Наиболее близким аналогом является устройство, описанное в патенте US 10857897 B2 [9]. Описанный вариант решения солнечной зарядной станции электромобилей включает батарею солнечных модулей, первичный повышающе-понижающий однонаправленный DC-DC конвертор, выполняющий функцию МРРТ-контроллера, энергетический буфер в виде батареи конденсаторов, вторичный DC-DC конвертор, соединенный с общей шиной постоянного тока. К общей шине постоянного тока через двунаправленный DC-DC конвертор подключен аккумуляторный накопитель энергии. Отличительной особенностью данного решения зарядной станции является непосредственное соединение общей шины постоянного тока с аккумулятором электромобиля в процессе его заряда. При этом в процессе заряда двунаправленный DC-DC конвертор накопителя одновременно выполняет функцию зарядного DC-DC конвертора, кроме этого при наличии инсоляции функцию зарядного конвертора является и вторичный DC-DC конвертор солнечных модулей. Дополнительно в состав зарядной станции входит AC-DC инвертор, обеспечивающий возможность передачи энергии в сеть и питания локальных потребителей, стандартизированных под параметры промышленной сети переменного тока. Недостатком решения является значительные энергетические потери из-за четырехкратного преобразования энергии по линии «солнечные модули» - «первичный DC-DC конвертор» - «вторичный DC-DC конвертор» - «двунаправленный DC-DC конвертор накопителя» «аккумуляторный накопитель» «двунаправленный DC-DC конвертор накопителя» «аккумуляторная батарея электромобиля».

Технический результат достигаемый заявляемым техническим решением, заключается в повышении энергетической эффективности зарядной станции, упрощении конструкции фотоэлектрической зарядной станции и повышении ее эксплуатационных характеристик и эффективности ее работы.

Технический результат достигается тем, что фотоэлектрическая зарядная станция постоянного тока включающая в себя модуль управления, батарею фотоэлектрических модулей, первичный DC-DC конвертор, аккумуляторный накопитель энергии, и вторичный зарядный DC-DC конвертор характеризуется тем, что батарея солнечных модулей, по линии постоянного тока подключается непосредственно к первичному понижающему DC-DC конвертору, совмещающему функцию отбора максимальной мощности вырабатываемой солнечными батареями и функцию управления зарядом аккумуляторного накопителя, выход первичного DC-DC конвертора подключен к аккумуляторному накопителю энергии, выполняющему функцию накопителя электрической энергии и соединен с вторичным зарядным понижающим DC-DC конвертором, осуществляющим функцию заряда электрического транспорта.

При этом в предлагаемой фотоэлектрической зарядной станции могут быть использованы однонаправленные DC-DC конверторы. При этом в некоторых вариантах исполнения фотоэлектрической зарядной станции первичный DC-DC конвертор выполнен повышающим или вторичный DC-DC конвертор выполнен повышающим.

В некоторых вариантах исполнения фотоэлектрической зарядной станции в структуру станции может быть включен коммутатор постоянного тока, переключающий во время зарядных сессий электромобиля выход первичного DC-DC конвертора непосредственно к аккумулятору электромобиля. Также в структуру станции может быть включен дополнительный сетевой AC-DC конвертор, выход которого подключается к аккумуляторному накопителю энергии.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 3.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой фотоэлектрической зарядной станции постоянного тока, где 1 - модуль управления; 2 - батарея солнечных модулей; 3 - первичный DC-DC конвертор; 4 - аккумуляторный накопитель энергии; 5 - вторичный зарядный DC-DC конвертор; 6 - аккумуляторная батарея электромобиля.

На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемой фотоэлектрической зарядной станции постоянного тока, содержащая коммутатор постоянного тока, который во время зарядных сессий электромобиля подключает выход первичного DC-DC конвертора непосредственно к аккумулятору электромобиля, где 1 - модуль управления; 2 - батарея солнечных модулей; 3 - первичный DC-DC конвертор; 4 - аккумуляторный накопитель энергии; 5 - вторичный зарядный DC-DC конвертор; 6 - аккумуляторная батарея электромобиля; 8 - коммутатор постоянного тока.

На фиг. 3. представлена структурная схема предлагаемой фотоэлектрической зарядной станции постоянного тока, содержащая сетевой маломощный AC-DC инвертор, выход которого соединен непосредственно с аккумуляторным накопителем, где 1 - модуль управления; 2 - батарея солнечных модулей; 3 - первичный DC-DC конвертор; 4 - аккумуляторный накопитель энергии; 5 - вторичный зарядный DC-DC конвертор; 6 - аккумуляторная батарея электромобиля; 7 - AC-DC инвертор.

Сущность изобретения заключается в использовании последовательной структуры фотоэлектрической зарядной станции. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой фотоэлектрической зарядной станции постоянного тока. Предложенная последовательная структура включает в себя батарею солнечных модулей 2 соединенную с первичным однонаправленным DC-DC конвертором 3, выполняющим также функцию МРРТ-контролера. Выход первичного DC-DC конвертора подключен непосредственно к аккумуляторному накопителю энергии 4 и соединен с выходным мощным однонаправленным DC-DC конвертором 5, непосредственно осуществляющим заряд аккумуляторной батареи электромобиля 6. Управление станцией и реализация алгоритма энергетического менеджмента осуществляется модулем управления 1. В данной реализации зарядной станции число этапов преобразования электрической энергии вырабатываемой солнечными модулями сокращено до двух, что повышает энергетическую эффективность зарядной станции. Первое преобразование энергии осуществляется первичным DC-DC конвертором, выполняющим функцию МРРТ-контроллера и обеспечивающим согласование выходного напряжения сборки солнечных модулей с напряжением аккумуляторной батареи накопителя. Второе преобразование энергии осуществляется выходным зарядным DC-DC конвертором, непосредственно осуществляющим процесс заряда аккумулятора электромобиля постоянным током. Таким образом, упрощается конструкции зарядной станции и достигается высокая энергетическая эффективность работы зарядной станции, что подтверждает достижение заявляемого технического результата.

Кроме этого, в данной системе отсутствуют пути реверсной передачи энергии, что делает возможным использование более простых, надежных однонаправленных DC-DC конверторов, что также позволяет упростить конструкцию зарядной станции.

Мощность первичного DC-DC конвертора должна соответствовать установленной мощности батареи солнечных модулей. Это относительно небольшой уровень мощности, составляющий, согласно расчетам, 20-50% от мощности выходного DC-DC конвертора. Мощность выходного DC-DC конвертора должна соответствовать выходной мощности зарядной станции. Данное решение предпочтительно использовать для построения быстрых зарядных станций электромобилей с выходной мощностью зарядного поста порядка 25-150 кВт. Емкость накопителя необходимо рассчитывать исходя из установленной мощности солнечных батарей, условий годовой инсоляции в выбранном географическом месте расположения зарядной станции и величины, и динамики нагрузки.

Для обеспечения стабильной работы зарядной станции с данной структурой целесообразно, чтобы в процессе активной работы зарядной станции выходное напряжение сборки солнечных модулей всегда превышало напряжение аккумуляторного накопителя, изменяющееся в зависимости от степени его заряда. В данном случае обеспечивается высокая стабильность работы алгоритма МРРТ-контроля. Это предполагает использование понижающего первичного DC-DC конвертора. Использование здесь повышающего типа DC-DC конверторов допустимо, но при условии, что напряжение сборки солнечных модулей в процессе эксплуатации станции будет всегда ниже напряжения на накопителе. Это приведет к увеличению массогабаритных характеристик и не является рациональным. Кроме этого, для снижения массогабаритных параметров выходного DC-DC конвертора также целесообразно использовать понижающий тип DC-DC конвертора.

При подключенном к зарядной станции электромобиля, вся мощность, вырабатываемая солнечными модулями, идет не на заряд накопителя, а через выходной зарядный DC-DC конвертор и обеспечивает заряд аккумулятора электромобиля. Добавочный уровень мощности обеспечивается разрядом накопителя через тот же выходной зарядный DC-DC конвертор. При этом аккумуляторный накопитель выполняет роль энергетического буфера при низкой или переменной инсоляции обеспечивая постоянство выходной мощности зарядной станции. При отключении электромобиля мощность солнечных модулей полностью идет на заряд аккумуляторного накопителя.

Дополнительно, как показано на фиг. 2, с целью увеличения энергетической эффективности фотоэлектрическая зарядная станция может содержать коммутатор постоянного тока 8, который во время зарядных сессий электромобиля подключает выход первичного DC-DC конвертора 3 непосредственно к аккумулятору электромобиля 6. При этом осуществляется параллельная работа двух DC-DC конверторов и повышение энергетической эффективности работы зарядной станции за счет сокращения одного звена преобразования энергии во время зарядных сессий. Кроме этого это позволяет реализовывать гибкую политику ценообразования стоимости зарядных сессий в зависимости от их длительности.

С целью более стабильной эксплуатации станции в периоды низкой инсоляции целесообразно дополнение структуры зарядной станции сетевым маломощным AC-DC инвертором 7 выход которого соединен непосредственно с аккумуляторным накопителем 4. Инвертор будет обеспечивать функцию дополнительного источника энергии для заряда накопителя, что особенно актуально при низкой инсоляции и в ночные часы.

Предложенное решение фотоэлектрической зарядной станции может быть использовано для создания сети зарядных станций электромобилей с быстрым зарядом электромобилей постоянным током в районах с высокой солнечной инсоляцией и/или отсутствием возможности большой мощности подключения к промышленной сети.

Таким образом, существенные признаки заявляемого технического решения позволяют повысить энергетическую эффективность зарядной станции, упростить ее конструкцию, повысить эксплуатационные характеристики и эффективность ее работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. PREM, P., SIVARAMAN, P., SAKTHI SURIYA RAJ, J. S., JAGABAR SATHIK, M., & ALMAKHLES, D. (2020). FAST CHARGING CONVERTER AND CONTROL ALGORITHM FOR SOLAR PV BATTERY AND ELECTRICAL GRID INTEGRATED ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATION. AUTOMATIKA, 61(4), 614-625.

2. CHEDDADI, YOUSSEF & ERRAHIMI, FATIMA & ES-SBAI, NAJIA & ALAOUI, CHAKIB. (2018). A TECHNOLOGICAL REVIEW ON ELECTRIC VEHICLE DC CHARGING STATIONS USING PHOTOVOLTAIC SOURCES. IOP CONFERENCE SERIES: MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING. 353. 012014.

3. BHATTI, A.R., SALAM, Z., AZIZ, M. J. B. A., & YEE, K. P. (2015). A CRITICAL REVIEW OF ELECTRIC VEHICLE CHARGING USING SOLAR PHOTOVOLTAIC. INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY RESEARCH, 40(4), 439-461.

4. AFONSO, J.L. & CARDOSO, LUIZ ALBERTO & PEDROSA, DELFIM & SOUSA, TIAGO & MACHADO, LUÍS & TANTA, MOHAMED & MONTEIRO, VITOR. (2020). A REVIEW ON POWER ELECTRONICS TECHNOLOGIES FOR ELECTRIC MOBILITY. ENERGIES. 13. 6343

5. SAVIO, A. & JULIET, VIMALA & BHARATIRAJA, C. & SANJEEVIKUMAR, P. & HOLM-NIELSEN, JENS & BLAABJERG, F. (2019). PHOTOVOLTAIC INTEGRATED HYBRID MICROGRID STRUCTURED ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATION AND ITS ENERGY MANAGEMENT APPROACH. ENERGIES. 10.3390/EN12010168.

6. SAVIO, A. & JULIET, VIMALA & BHARATIRAJA, C. & SANJEE VIKUMAR, P. & HOLM-NIELSEN, JENS & BLAABJERG, F. (2019). PHOTOVOLTAIC INTEGRATED HYBRID MICROGRID STRUCTURED ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATION AND ITS ENERGY MANAGEMENT APPROACH. ENERGIES. 10.3390/EN12010168.

7. PATENT CN 102340150 A. ELECTRIC VEHICLE CHARGFNG STATION AND METHOD FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLE.

8. PATENT US 2010/0181957 A1. SOLAR POWERED, GRID INDEPENDENT EV CHARGING SYSTEM

9. PATENT US 10857897 B2. ENERGY GENERATION AND STORAGE SYSTEM WITH ELECTRIC VEHICLE CHARGING CAPABILITY

Изобретение относится к фотоэлектрической зарядной станция постоянного тока. Зарядная станция содержит: модуль управления, батарею фотоэлектрических модулей, однонаправленный первичный DC-DC конвертор, аккумуляторный накопитель энергии и однонаправленный вторичный зарядный DC-DC конвертор. Батарея солнечных модулей, по линии постоянного тока подключена непосредственно к первичному понижающему DC-DC конвертору. Первичный DC-DC конвертор совмещает функцию отбора максимальной мощности вырабатываемой солнечными батареями и функцию управления зарядом аккумуляторного накопителя. Выход первичного DC-DC конвертора подключен к аккумуляторному накопителю энергии, выполняющему функцию накопителя электрической энергии и соединен с вторичным зарядным понижающим DC- DC конвертором, осуществляющим функцию заряда электрического транспорта. Достигается повышение энергетической эффективности зарядной станции. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фотоэлектрическая зарядная станция постоянного тока, включающая модуль управления, батарею фотоэлектрических модулей, первичный DC-DC конвертор, аккумуляторный накопитель энергии, и вторичный зарядный DC-DC конвертор, характеризующаяся тем, что в ней использованы однонаправленные DC-DC конверторы, при этом батарея солнечных модулей, по линии постоянного тока подключается непосредственно к первичному понижающему DC-DC конвертору, совмещающему функцию отбора максимальной мощности вырабатываемой солнечными батареями и функцию управления зарядом аккумуляторного накопителя, выход первичного DC-DC конвертора подключен к аккумуляторному накопителю энергии, выполняющему функцию накопителя электрической энергии и соединен с вторичным зарядным понижающим DC- DC конвертором, осуществляющим функцию заряда электрического транспорта.

2. Фотоэлектрическая зарядная станция по п.1, отличающаяся тем, что первичный DC- DC конвертор выполнен повышающим.

3. Фотоэлектрическая зарядная станция по п.1, отличающаяся тем, что вторичный DC- DC конвертор выполнен повышающим.

4. Фотоэлектрическая зарядная станция по п.1, отличающаяся тем, что в структуру станции включен коммутатор постоянного тока переключающий, во время зарядных сессий электромобиля, выход первичного DC-DC конвертора непосредственно к аккумулятору электромобиля.

5. Фотоэлектрическая зарядная станция по п.1, отличающаяся тем, что в структуру станции включен дополнительный сетевой AC-DC конвертор, выход которого подключается к аккумуляторному накопителю энергии.