Станция для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств Российский патент 2024 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к зарядным станциям для электрических транспортных средств и может быть использовано в транспортной отрасли промышленности.

В настоящее время неуклонный рост числа электрических транспортных средств обуславливает потребность в разработке и производстве зарядных станций. При этом требуется, чтобы время заряда аккумуляторных батарей электрического транспортного средства существенно не превышало время, затраченное для заливки топлива в транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания. Таким образом, возникает потребность в станциях для быстрого заряда аккумуляторной батареи электрических транспортных средств.

Известна станция для заряда аккумуляторной батареи электрического транспортного средства, содержащая ввод для подключения к источнику переменного тока, преобразователь переменного тока, получаемого из внешнего источника, в постоянный ток для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства; соединитель для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства; блок управления, выполненный с возможностью зарядки аккумуляторной батареи транспортного средства до определенного заранее уровня, которая обеспечивается блоком управления на основе сравнения емкости аккумуляторной батареи электрического транспортного средства с заложенной в память блока управления эталонной величиной [DE 4014696 C3, дата публикации: 17.07.2003 г.].

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности одновременного заряда аккумуляторных батарей двух разных транспортных средств из-за отсутствия отдельных электротехнических компонентов, направленных на раздельный заряд и динамическую балансировку процесса заряда аккумуляторных батарей двух разных транспортных средств, что приводит к ограничению функциональных возможностей зарядной станции для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства и возможному увеличению длительности заряда транспортных средств, и образованию заторов и очередей в зонах установок таких станций для заряда электрических транспортных средств.

В качестве прототипа выбрана станция для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств, содержащая: ввод для подключения к источнику переменного тока, преобразователь переменного электрического тока в постоянный электрический ток; блок управления, выполненный с возможностью управления получением электрической энергии из внешнего источника питания и по меньшей мере два соединителя для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства [RU 2750477 C9, дата публикации: 28.06.2021].

Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является возможность одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств за счет наличия по меньшей мере двух соединителей, а также возможности динамической балансировки и распределения зарядного тока за счет преобразователя постоянного тока, что расширяет функциональные возможности станции для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства и снижает длительность заряда транспортных средств, снижая риск образования заторов и очередей в зонах установок таких станций для заряда электрических транспортных средств.

Однако недостатком прототипа является высокий риск выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств из-за высокой нагрузки на преобразователь переменного тока при одновременном заряде двух и более электрических транспортных средств, что в свою очередь может привести к повреждению электропроводки, выходу из строя блока управления либо преобразователя переменного тока, что в свою очередь ведет к возможному возникновению возгорания и пожара, существенным образом ухудшая эксплуатационные характеристики станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств за счет возможности заряда аккумуляторной батареи одного электрического транспортного средства посредством одновременного задействования двух преобразователей электрического тока или заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств посредством двух преобразователей электрического тока.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Станция для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств содержит ввод для подключения к источнику переменного тока, преобразователь переменного тока, получаемого из источника переменного тока, в постоянный ток для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства, и по меньшей мере два соединителя для заряда аккумуляторных батарей транспортных средств. В отличие от прототипа станция содержит дополнительный преобразователь переменного тока, получаемого из источника переменного тока, в постоянный ток для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства, а блок управления подключен к преобразователям тока и управляемым контакторам посредством схемы управления током и выполнен с возможностью задействования двух преобразователей тока для заряда аккумуляторной батареи одного или одновременно двух электрических транспортных средств на основе характеристик тока на датчиках тока, при этом задействование одновременно двух преобразователей тока для заряда аккумуляторной батареи одного транспортного средства обеспечивается при условии, что значение силы тока на одном датчике тока превышает максимальный допустимый выходной ток одного преобразователя тока, а задействование одновременно двух преобразователей тока для заряда аккумуляторных батарей двух транспортных средств обеспечивается при условии, что значение силы тока на одном из датчиков тока не превышает максимальный допустимый выходной ток одного преобразователя тока.

Предлагаемое устройство представляет собой станцию для зарядки аккумуляторных батарей одного или одновременно двух электрических транспортных средств. Данные транспортные средства могут быть представлены в виде транспорта личного пользования, авиатранспорта, коммунального транспорта, промышленного транспорта, а также других разновидностей транспорта, использующего в качестве источника энергии аккумуляторные батареи. Ввод для подключения к источнику переменного тока обеспечивает возможность подключения станции к внешнему источнику напряжения, благодаря чему ток поступает к преобразователям переменного тока. Данный компонент может представлять собой штепсельную вилку, фидер, разъемы стандарта IEC, и др.

Преобразователи переменного тока, получаемого из внешнего источника напряжения, обеспечивают возможность преобразования переменного тока в постоянный ток для заряда транспортного средства. Они могут быть представлены в виде стандартного модуля преобразования, выпрямителя или инвертора.

Блок управления обеспечивает возможность задействования одного или двух преобразователей переменного тока для заряда аккумуляторной батареи одного или одновременно двух электрических транспортных средств, исходя из условий, задаваемых на основе показаний потребляемого тока на соединителях. Задействование преобразователей обеспечивается посредством схем управления током и контакторов, в то время как получение данных о возникновении того или иного условия для задействования преобразователей обеспечивается посредством датчиков тока.

В случае заряда аккумуляторной батареи одного транспортного средства блок управления обеспечивает обработку данных, получаемых от датчика тока и сравнение зарядного тока, передаваемого через соединитель, с максимальным возможным отдаваемым током одного преобразователя. В случае превышения зарядным током величины максимального возможного отдаваемого тока преобразователя схема управления током передает сигнал на оба контактора, благодаря чему происходит заряд аккумуляторной батареи одного электрического транспортного средства посредством одновременно двух преобразователей тока. При этом в случае отсутствия превышения зарядным током величины максимального возможного отдаваемого тока преобразователя схема управления током передает сигнал на один контактор, благодаря чему происходит заряд аккумуляторной батареи одного электрического транспортного средства посредством только одного преобразователя тока.

В случае заряда аккумуляторных батарей двух транспортных средств блок управления обеспечивает обработку данных, получаемых от датчика тока на обоих датчиках тока и сравнение зарядных токов, передаваемых через соединители с нулевым значением. В случае, если зарядный ток обоих соединителей больше нулевого значения и не превышает величину максимально возможного отдаваемого тока преобразователей, схема управления током передает сигнал на оба контактора, благодаря чему происходит одновременный заряд аккумуляторных батарей обоих электрических транспортных средств.

Блок управления может быть представлен в виде микропроцессора, контроллера, микроконтроллера, схемы управления, процессора. Подключение блока управления к преобразователю может обеспечиваться любым образом, однако преимущественно он может обеспечиваться посредством CAN-шины.

Датчики тока обеспечивают возможность получения сигнала от соединителей и передачи данных о величине тока на схему управления током. Датчик тока может быть представлен в виде любого элемента для измерения и контроля тока, например, электромагнитной катушкой индуктивности и датчиком Холла.

Схема управления током может быть реализована на базе транзистора или операционного усилителя. При этом для дополнительного снижения риска выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств схема управления током может содержать определители нулевого тока, инвертирующие определители допустимого тока и логические элементы, выполняющие функцию «И».

Контакторы обеспечивают возможность коммутации зарядной цепи между преобразователями тока и соединителями. Контактор может быть представлен в виде силового реле, транзистора, или магнитного пускателя. При этом для дополнительного снижения риска выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств отрицательные выводы катушек управления контакторов могут быть объединены на общий отрицательный вывод блока управления.

Соединитель обеспечивает возможность передачи тока от аккумуляторной батареи на датчик тока, а также обеспечивает возможность передачи сведений о подключаемой батарее в блок управления. Подключение каждого соединителя к блоку управления может обеспечиваться любым образом, однако преимущественно он может обеспечиваться посредством CAN-шины. При этом для упрощения схемотехнической конструкции станции и снижения риска выхода ее компонентов из строя отрицательные выводы соединителей для заряда аккумуляторных батарей транспортных средств могут быть объединены между собой. Каждый соединитель может быть представлен в виде разъема CHAdeMo, GB/T DC, Type 2, CCS 2, Type 1, Tesla и др.

Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, характеризующей представленную станцию для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств, которая благодаря наличию сигнала от датчиков тока и преобразователей тока, передающих его на схему управления током и на блок управления, которые в свою очередь управляют контакторами, в случае получения блоком управления сигнала о подключении аккумуляторной батареи к одному из соединителей, а также получению сигнала о превышении допустимого тока, выдаваемого одним из преобразователей тока, задействовать одновременно два преобразователя тока для заряда аккумуляторной батареи одного транспортного средства, а в случае получения блоком управления сигнала о подключении обеих аккумуляторных батарей к соединителям, использовать преобразователи тока для раздельного заряда каждой аккумуляторной батареи каждого транспортного средства.

Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств за счет возможности заряда аккумуляторной батареи одного электрического транспортного средства посредством одновременного задействования двух преобразователей электрического тока или заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств посредством двух преобразователей электрического тока, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств.

Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники известна станция для заряда аккумуляторной батареи электрического транспортного средства и станция для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух и более электрических транспортных средств, имеющие в своем составе по одному преобразователю тока.

Однако из уровня техники не известна станция для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств, которая имеет в своем составе два преобразователя тока, которые задействуются контроллером по заранее заложенному алгоритму, позволяющему заряжать аккумуляторную батарею одного электрического транспортного средства одновременно двумя преобразователями в том случае, если потребляемый батареей ток превышает возможный допустимый ток преобразователя, а также заряжать аккумуляторные батареи одновременно двух электрических транспортных средств двумя преобразователями по отдельности. Представленные существенные признаки изобретения, равно как и эффект от их применения не известны из уровня техники.

Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется следующими фигурами.

Фиг. 1 - Функциональная схема зарядной станции.

Фиг. 2 - Алгоритм работы блока управления.

Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.

Станция для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств содержит корпус 10, с входными клеммами 11-13; два преобразователя 100 и 110 тока с входами 101-103 и 111-113, выходами 104, 105, 114, 115; контакторы 150-153; датчики 200 и 210 тока, с входами 201 и 211, выходами 202, 203 и 212, 213; выходные соединители 300 и 310 станции с входами 301, 302 и 311, 312; схемы 400 и 410 управления током, имеющие входы 401-404 и 411-414, выходы 405, 406 и 415, 416, включающие в себя: определители 420 и 430 нулевого тока, инвертирующие определители 440 и 450 допустимого тока, логические элементы 460, 470, 480, 490 выполняющие функцию «И», и соответственно имеющие входы 461, 462, 471, 472, 481, 482, 491, 492, и выходы 463, 473, 483, 493; катушки 500, 510, 520, 530 управления выходных контакторов 150-153; блок управления 600 имеющий четыре CAN-шины 610, 620, 630, 640 и выходы 601-605.

Изобретение работает следующим образом.

Зарядную станцию 10 подключают к внешнему источнику напряжения и через входные клеммы 11-13 трехфазное напряжение сети электроснабжения поступает на входы 101-103 и 111-113 преобразователей тока 100 и 110, которое преобразуется из напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. В случае подключения электрического транспортного средства к первому 300 и/или второму 310 соединителям, на блок управления 600 поступает информация по шинам 630 и 640 о заданных максимальных значениях зарядного тока и напряжения, которую он передает по шинам 620 и 610 в соответствующие преобразователи 100 и 110 тока.

При поступлении информации по шине 640 о подключении электрического транспортного средства к первому соединителю 300 блоком управления 600 формируются логические единицы на выходах 601 и 602, которые поступают на вторые логические входы 462 и 472 элементов 460 и 470 «И». При этом на первый логический вход 461 элемента 460 «И» поступает логическая единица, когда ток, протекающий через второй соединитель 310, не превышает допустимого значения преобразователя тока, что фиксируется инвертирующим определителем допустимого тока 440 посредством аналогового сигнала, поступающего от второго датчика 210 тока. В этом случае логический элемент 460 «И» формирует положительный выходной сигнал на катушку 500, под действием чего силовые контакты контактора 150 замыкаются и выходной ток преобразователя 100 тока поступает на первый соединитель 300. В тоже время на первый логический вход 471 элемента 470 «И» поступает логическая единица, когда отсутствует ток, протекающий во второй соединитель 310, что фиксируется определителем 420 нулевого тока посредством аналогового сигнала, поступающего от второго датчика 210 тока. В этом случае логический элемент 470 «И» формирует положительный выходной сигнал на катушку 510, под действием чего силовые контакты контактора 153 замыкаются и дополнительно выходной ток преобразователя 110 тока поступает на первый соединитель 300.

В результате, в зависимости от величины тока, протекающего во второй соединитель 310, к первому соединителю 300 могут быть подключены только первый преобразователь 100 тока, или первый 100 и второй 110 преобразователи тока, или никакие преобразователи тока.

При поступлении информации по шине 630 о подключении электромобиля к второму соединителю 310 блоком управления 600 формируются логические единицы на выходах 604 и 605, которые поступают на вторые логические входы 482 и 492 элементов 480 и 490 «И». При этом на первый логический вход 481 элемента 480 «И» поступает логическая единица, когда ток, протекающий в первый соединитель 300, не превышает допустимого значения преобразователя тока, что фиксируется инвертирующим определителем 450 допустимого тока посредством аналогового сигнала, поступающего от первого датчика 200 тока. В этом случае логический элемент 480 «И» формирует положительный выходной сигнал на катушку 520, под действием чего силовые контакты контактора 151 замыкаются и выходной ток преобразователя 110 тока поступает на второй соединитель 310. В тоже время на первый логический вход 491 элемента 490 «И» поступает логическая единица, когда отсутствует ток, протекающий в первый соединитель 300, что фиксируется определителем 430 нулевого тока посредством аналогового сигнала, поступающего от первого датчика 200 тока. В этом случае логическим элементом 490 «И» формируется положительный выходной сигнал на катушку 530, под действием чего силовые контакты контактора 152 замыкаются и дополнительный выходной ток преобразователя 100 тока поступает на второй соединитель 310.

В результате, в зависимости от величины тока, протекающего в первый соединитель 300, к второму соединителю 310 могут быть подключены только второй преобразователь 110 тока, или первый 100 и второй 110 преобразователи тока, или никакие преобразователи тока.

При этом блоком управления 600 формируется номер режима N от 1 до 4 согласно алгоритму, приведенному на Фиг. 2, где I₃₀₀ и I₃₁₀ - выходной ток выходных соединителей 300 и 310; I_m максимальный допустимый выходной ток одного преобразователя тока; ΔТ - заданная временная задержка.

По номеру режима блоком управления 600, на выходах 601, 602, 604, 605, вырабатываются положительные напряжения U_k согласно Таблице 1, под действием которых замыкаются соответствующие контакторы (150-153).

Таким образом, преобразователями 100 и 110 тока с учетом заданных максимальных значений зарядных токов и напряжений осуществляется заряд подключенных электрических транспортных средств через контакты выходных контакторов 150-153, которые замкнуты в зависимости оттоков, протекающих в соединители 300 и 310. При этом при замкнутых контактах контакторов 150, 153 или 151, 152 двумя преобразователями 100 и 110 заряжается аккумуляторная батарея только одного электрического транспортного средства, а при только замкнутых контактах контакторов 150 и/или 151 каждый преобразователь 100 или 110 тока заряжает аккумуляторные батареи каждого из подключенных электрических транспортных средств. В результате снижается риск выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств, что обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств.

Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств, за счет возможности заряда аккумуляторной батареи одного электрического транспортного средства посредством одновременного задействования двух преобразователей электрического тока или заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств посредством двух преобразователей электрического тока, тем самым улучшаются эксплуатационных характеристики станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств.

Изобретение относится к электротехнике, в частности зарядным станциям для электрических транспортных средств, и может быть использовано в транспортной отрасли промышленности. Сущность изобретения заключается в станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска выхода из строя компонентов станции для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств. Технический результат достигается за счет возможности заряда аккумуляторной батареи одного электрического транспортного средства посредством одновременного задействования двух преобразователей электрического тока или заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств посредством двух преобразователей электрического тока. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Станция для одновременного заряда аккумуляторных батарей двух электрических транспортных средств, содержащая ввод для подключения к источнику переменного тока, первый преобразователь переменного тока, получаемого из источника переменного тока, в постоянный ток для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства, и по меньшей мере два соединителя для заряда аккумуляторных батарей транспортных средств, отличающаяся тем, что содержит второй преобразователь переменного тока, получаемого из источника переменного тока, в постоянный ток для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства, две схемы управления током и четыре управляемых контактора, первый из которых подключен между первым преобразователем тока и первым соединителем для заряда аккумуляторных батарей, второй подключен между вторым преобразователем тока и вторым соединителем для заряда аккумуляторных батарей, третий подключен между первым преобразователем тока и вторым соединителем для заряда аккумуляторных батарей, четвертый подключен между вторым преобразователем тока и первым соединителем для заряда аккумуляторных батарей, при этом каждая из схем управления током содержит определитель нулевого тока и инвертирующий определитель допустимого тока, входы которых подключены к одному из датчиков тока, а выходы через два логических элемента «И» подключены к двум катушкам управления контакторами, при этом вторые входы двух логических элемента «И» подключены к блоку управления, который выполнен с возможностью задействования двух преобразователей тока для заряда аккумуляторной батареи одного или одновременно двух электрических транспортных средств на основе значения силы тока на датчиках тока, при этом задействование одновременно двух преобразователей тока для заряда аккумуляторной батареи одного транспортного средства обеспечивается при условии, что значение силы тока на одном датчике тока превышает максимальный допустимый выходной ток одного преобразователя тока, а задействование одновременно двух преобразователей тока для заряда аккумуляторных батарей двух транспортных средств обеспечивается при условии, что значение силы тока на одном из датчиков тока не превышает максимальный допустимый выходной ток одного преобразователя тока.

2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что отрицательные выводы соединителей для заряда аккумуляторных батарей транспортных средств объединены между собой.

3. Станция по п.1, отличающаяся тем, что преобразователи переменного тока, получаемого из источника переменного тока, в постоянный ток для заряда аккумуляторной батареи транспортного средства подключены к блоку управления посредством CAN-шины.

4. Станция по п.1, отличающаяся тем, что соединители для заряда аккумуляторных батарей транспортных средств подключены к блоку управления посредством CAN-шины.

5. Станция по п.1, отличающаяся тем, что катушки управления контакторов объединены на общий отрицательный вывод блока управления.