ES2926686T3 - Estación de carga con red de distribución de alta frecuencia - Google Patents

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Abstract

Una estación de carga (10) para vehículos eléctricos (38) comprende una parte central (12) para convertir un voltaje de CA de red de una red eléctrica (18) en un voltaje de CA de alta frecuencia; una red de distribución (16) para distribuir el voltaje de CA de alta frecuencia; y una pluralidad de bobinas (26, 36) conectadas directamente a la red de distribución (16), donde cada bobina (26, 36) está adaptada para transferir energía a un vehículo eléctrico (38). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Estación de carga con red de distribución de alta frecuencia
Campo de la invención
La invención se refiere a una estación de carga para vehículos eléctricos.
Antecedentes de la invención
Con el creciente número de vehículos eléctricos, la importancia de las estaciones de carga para estos vehículos es cada vez mayor. Se prevé que, en el futuro, las necesidades de carga de un automóvil sean superiores a 350 kW. Debido a que el consumo total de energía de una estación de carga puede llegar a ser de varios megavatios, la densidad de energía de una red de distribución de la estación de carga es cada vez más importante.
A estos niveles de potencia, es habitual la utilización de un transformador de baja frecuencia para reducir la tensión desde una red de CA de media tensión. Además, puede usarse un transformador de baja frecuencia para proporcionar un aislamiento en el poste de carga entre un automóvil y la red para propósitos de seguridad. Sin embargo, los transformadores voluminosos para una red de distribución convencional basada en 50 Hz normalmente requieren un gran espacio para la estación de carga.
El documento US 2017/158064 A1 describe un sistema de suministro de energía sin contacto y muestra una fuente de alimentación de alta frecuencia para suministrar una tensión de CA de alta frecuencia, una red de salida que conecta los transformadores y múltiples bobinas primarias. Cada bobina puede transferir energía a un vehículo eléctrico, cuando la bobina primaria y la bobina secundaria en el vehículo están una frente a la otra.
Descripción de la invención
Un objetivo de la invención es reducir el espacio ocupado por una estación de carga y los costes de la misma. Un objetivo adicional de la invención es aumentar la densidad de potencia de una estación de carga.
Estos objetivos se consiguen mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Otras realizaciones ejemplares son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes y la siguiente descripción.
La invención se refiere a una estación de carga para vehículos eléctricos. Un vehículo eléctrico puede ser un medio de transporte terrestre, acuático o aéreo, que comprende un accionamiento alimentado con energía eléctrica. Esta energía puede almacenarse en baterías que son cargadas por la estación de carga.
Por ejemplo, un vehículo eléctrico puede ser un automóvil, un autobús, una moto, un barco, un avión, etc.
Según una realización de la invención, la estación de carga comprende una parte central para convertir una tensión de red de CA desde una red eléctrica a una tensión de CA de alta frecuencia, una red de distribución (CA) para distribuir la tensión de CA de alta frecuencia, y múltiples bobinas conectadas directamente a la red de distribución, en el que cada bobina está adaptada para transferir energía a un vehículo eléctrico.
Para una operación respetuosa con la red, la estación de carga puede incorporar una interconexión adicional con almacenamientos y/o fuentes de energía renovable adicionales. La estación de carga puede proporcionar también soporte de red a la red eléctrica para cumplir con las normas de la red.
La parte central puede comprender una carcasa, en la que están alojados componentes tales como convertidores y un transformador. Es posible que la parte central comprenda componentes que están alejados unos de otros, es decir, que la parte central sea un sistema distribuido.
La parte central puede estar conectada a una red eléctrica. La frecuencia de la tensión de CA de la red puede ser menor de 100 Hz, tal como de 50 Hz o 60 Hz. La tensión de CA de la red puede ser una media tensión de más de 3 kV, por ejemplo, comprendida en el intervalo de 3,3 kV a 20 kV.
La tensión de CA de alta frecuencia puede tener una frecuencia de más de 10 veces la frecuencia de la tensión de CA de la red. Por ejemplo, la frecuencia de la tensión de CA de alta frecuencia es mayor de 400 Hz, por ejemplo, mayor de 10 kHz. La tensión de CA de alta frecuencia puede ser una baja tensión, tal como una tensión menor de 3 kV, por ejemplo, comprendida en un intervalo entre 230 V y 690 V.
Cada bobina, que está conectada a la red de distribución, puede ser una bobina primaria de un transformador, por ejemplo, de un poste de carga y/o una bobina para la transferencia inalámbrica de energía a través de un espacio de aire.
La red de distribución puede ser una red bifásica, que interconecta las bobinas con la parte central. Es posible que las bobinas estén dispuestas alejadas de la parte central, tal como a más de 10 m de distancia desde la parte central. La red de distribución puede conectar las bobinas en paralelo, por ejemplo, puede tener la forma de un bus de distribución. La red de distribución puede tener líneas que interconectan una carcasa de la parte central y carcasas en las que están dispuestas las bobinas, tal como una carcasa de un poste de carga o una carcasa de una bobina de tierra para la transferencia inalámbrica de energía.
También es posible que la red de distribución esté provista solo en el interior de una carcasa de la estación de carga y/o su parte central. En este caso, es posible que los convertidores para convertir la tensión de CA de alta frecuencia a una tensión de CC estén provistos en esta carcasa, que, a continuación, puede distribuirse a los postes de carga. Como resultado, el poste de carga puede incluir solo un panel de control y/o un convertidor de CC-a-CC para controlar la velocidad de carga de una batería y/o componentes tales como fusibles, desconectores y disyuntores.
Con la provisión de una parte central y una red de distribución de alta frecuencia, puede aumentarse la densidad de energía de la estación de carga, ya que puede reducirse el tamaño de todos los componentes inductivos conectados a la red de distribución de alta frecuencia. Dichos inductores comprenden transformadores y bobinas.
Con la distribución de baja tensión y alta frecuencia, el convertidor electrónico de potencia de un poste de carga puede hacerse más simple, más eficiente y más fiable, ya que puede reducirse el número de etapas de potencia.
Cabe señalar que la parte central puede ser modular y comprende al menos dos unidades convertidoras, que pueden conectarse en serie y/o en paralelo con sus entradas. La interconexión de las unidades convertidoras puede seleccionarse en base a la potencia a procesar y/o el nivel de su tensión de entrada.
Según la realización principal de la invención, la parte central comprende un transformador en su lado de salida conectado a la red de distribución. El transformador puede ser un transformador de alta frecuencia, que puede ser menos voluminoso que un transformador de baja frecuencia.
Es posible que la parte central comprenda un convertidor CA-a-CA de tipo matricial. En este caso, el convertidor eléctrico de la parte central puede implementarse con un solo transformador. También es posible que una red de CC de media tensión esté disponible como una red troncal para dar soporte a una red eléctrica de CA. En este caso, la estación de carga puede implementarse solo con un convertidor de CC-a-CA.
Según una realización de la invención, la parte central comprende al menos dos transformadores que tienen bobinas secundarias conectadas en paralelo a la red de distribución. Los lados primarios de los transformadores pueden estar conectados a diferentes unidades convertidoras de la parte central.
Según una realización de la invención, la parte central comprende un convertidor de CA-a-CC del lado de la red para recibir la tensión de la red y al menos un convertidor de CC-a-CA del lado de la red, que están interconectados a través de un enlace de CC. Ambos convertidores pueden ser convertidores activos, es decir, pueden tener conmutadores controlables. Ambos convertidores pueden estar interconectados con un enlace de CC, que puede comprender un condensador.
El convertidor del lado de la red puede ser un convertidor modular y/o puede comprender al menos dos unidades convertidoras, lo que puede resultar en un fácil escalado de potencia. Las unidades convertidoras pueden conectarse en paralelo con sus lados de entrada al enlace de CC. También puede ser posible que las unidades convertidoras estén conectadas en serie con sus lados de entrada y que cada unidad convertidora esté conectada en paralelo a una sección de un enlace de CC dividido.
Los uno o más transformadores de salida de la parte central pueden estar interconectados entre el convertidor de CC-a-CA y/o las unidades convertidoras y la red de distribución.
Según una realización de la invención, la parte central comprende al menos dos convertidores de CC-a-CA que están conectados al enlace de CC a través de una red de distribución de CC.
Los convertidores de CC-a-CA pueden estar alejados unos de otros y/o del convertidor de CA-a-CC. El convertidor de CA-a-CC y los convertidores de CC-a-CA pueden estar interconectados con una red de distribución de CC. La red de distribución de CC puede tener líneas, que pueden tener una longitud mayor de 10 m. Es posible que la energía se transfiera a través de la red de distribución de CC para reducir la longitud de una línea en la red de distribución de CA.
Cada convertidor de CC-a-CA puede tener una o más unidades convertidoras y/o uno o más transformadores de salida, tal como se ha descrito anteriormente y se describe más adelante. Cada convertidor de CC-a-CA puede interconectarse con una red de distribución de CA de alta frecuencia diferente, tal como se ha descrito anteriormente y se describe más adelante.
En el caso de un convertidor de CA-a-CC y un convertidor de CC-a-CA de la parte central, ambos convertidores pueden alojarse en una carcasa y/o pueden estar cerca uno del otro.
Según una realización de la invención, el convertidor de CC-a-CA está compuesto por al menos una unidad convertidora, que es una de entre un tipo anclado a punto neutro, un tipo T, un tipo de condensador flotante y un tipo convertidor modular de múltiples niveles.
Según una realización de la invención, el convertidor de CC-a-CA está compuesto por al menos dos unidades convertidoras, que están conectadas en serie con sus entradas. Las unidades convertidoras pueden ser de los tipos descritos anteriormente y que se describen más adelante. Cada una de las unidades convertidoras en serie puede conectarse a una sección de un enlace de CC dividido. El enlace de CC dividido puede comprender dos o más condensadores conectados en serie. Cada condensador puede proporcionar una sección del enlace de CC dividido.
Según una realización de la invención, el convertidor de CC-a-CA está compuesto por al menos dos unidades convertidoras, que están conectadas en paralelo con sus entradas. Una vez más, las unidades convertidoras pueden ser de los tipos descritos anteriormente y que se describen más adelante. Con una conexión en paralelo, puede aumentarse la potencia a procesar.
Según una realización de la invención, dos unidades convertidoras, tales como dos unidades convertidoras del convertidor de CC-a-CA, están conectadas con sus salidas a través de una bobina primaria de un transformador de la parte central. De esta manera, es posible que las dos unidades convertidoras deban conmutarse para generar tensiones de salida opuestas.
Según una realización de la invención, el sistema de carga puede comprender un tanque resonante. Dicho tanque resonante puede comprender un condensador y un inductor. Un tanque resonante puede aumentar la eficiencia de conversión de alta potencia y/o puede reducir las pérdidas por conducción en la red de distribución. Además, un tanque resonante puede resultar en una conmutación más suave para un rectificador en el interior de un poste de carga conectado a la red de distribución. Además, el uso de un tanque resonante puede resultar en buenas características de regulación cruzada para múltiples salidas (tales como postes de carga o bobinas de transferencia inalámbrica de energía). Además, puede implementarse un funcionamiento en bucle abierto para el convertidor de la estación de carga central.
Según una realización de la invención, el tanque resonante está conectado en la red de distribución.
Según una realización de la invención, el tanque resonante está conectado entre un transformador de la parte central y las bobinas. El tanque resonante puede estar conectado entre una salida de la parte central y las bobinas alimentadas por la red de distribución. El tanque resonante puede estar conectado a un lado secundario de uno o más transformadores de salida de la parte central.
Según una realización de la invención, el tanque resonante está conectado entre una unidad convertidora de la parte central y un transformador de la parte central. El tanque resonante puede estar conectado a un lado primario de uno o más transformadores de salida de la parte central. Es posible que cada transformador de salida tenga un tanque resonante propio en su lado primario.
Tal como se ha indicado ya, la red de distribución puede usarse para alimentar bobinas de alta frecuencia, que se usan para transferir energía a los vehículos eléctricos sin acoplamiento galvánico.
Según una realización de la invención, dicha bobina puede ser la bobina primaria de un transformador integrado en un poste de carga. Dicho transformador puede ser un transformador de alta frecuencia.
Además, el poste de carga puede comprender uno o más convertidores para convertir la tensión de CA de alta frecuencia a una tensión de CC de carga para cargar un vehículo eléctrico.
Según una realización de la invención, el poste de carga comprende un convertidor de CA-a-CC para recibir una tensión desde el transformador, en el que el convertidor de CA-a-CC del poste de carga alimenta un convertidor de CC-a-CC para generar una tensión de carga.
Los postes de carga pueden estar también interconectados a la red de distribución en paralelo para aumentar la capacidad de carga o la velocidad de carga de la batería.
Según una realización de la invención, una bobina conectada a la red de distribución es una bobina para la transferencia inalámbrica de energía a través de un espacio de aire. Por ejemplo, dicha bobina puede ser una bobina enterrada, sobre la cual puede estacionarse y cargarse un vehículo eléctrico con una bobina correspondiente. Además, los vehículos eléctricos en movimiento pueden cargarse con dichas bobinas, que pueden colocarse en el interior de una calle.
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de las realizaciones descritas a continuación y se aclararán con referencia a las mismas.
Breve descripción de los dibujos
El objeto de la invención se explicará más detalladamente en el siguiente texto con referencia a realizaciones ejemplares que se ilustran en los dibujos adjuntos.
La Fig. 1 muestra esquemáticamente una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 2 muestra esquemáticamente una estación de carga según una realización adicional de la invención.
La Fig. 3 muestra esquemáticamente una estación de carga según una realización adicional de la invención.
La Fig. 4 muestra esquemáticamente un convertidor de CC-a-CA para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 5 muestra esquemáticamente un convertidor de CC-a-CA adicional para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 6 muestra esquemáticamente un convertidor de CC-a-CA adicional para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 7 muestra esquemáticamente una unidad convertidora para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 8 muestra esquemáticamente una unidad convertidora adicional para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 9 muestra esquemáticamente una unidad convertidora adicional para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 10 muestra esquemáticamente una unidad convertidora adicional para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 11 muestra esquemáticamente un convertidor de CC-a-CA adicional para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 12 muestra esquemáticamente un convertidor de CC-a-CA adicional para una estación de carga según una realización de la invención.
La Fig. 13 muestra esquemáticamente una estación de carga según una realización adicional de la invención.
La Fig. 14 muestra esquemáticamente una estación de carga según una realización adicional de la invención.
Los símbolos de referencia usados en los dibujos y sus significados se enumeran de manera resumida en la lista de símbolos de referencia. En principio, en las figuras se proporcionan los mismos símbolos de referencia a las partes idénticas.
Descripción detallada de realizaciones ejemplares
La Fig. 1 muestra una estación 10 de carga, que comprende una parte 12 central y múltiples postes 14 de carga, que están interconectados con la parte 12 central a través de una red 16 de distribución de CA de alta frecuencia.
La parte 12 central está conectada con una red 18 eléctrica, que puede ser trifásica, y la red 16 de distribución CA, que puede ser monofásica. La parte 12 central convierte una media tensión desde la red 18 de, por ejemplo, de 3,3 kV a 20 kV, a una baja tensión de, por ejemplo, de 230 V a 690 V, que se suministra a la red 16 de distribución. La tensión de entrada desde la red 18 eléctrica puede tener una frecuencia de 50 Hz o 60 Hz. La frecuencia de la tensión en la red 16 de distribución de CA puede ser una alta frecuencia mayor de 400 Hz, por ejemplo, mayor de 10 kHz.
La parte 12 central puede estar compuesta por un convertidor 20 de CA-a-CC y un convertidor 22 de CC-a-CA, que están interconectados a través de un enlace 21 de CC. De manera alternativa, la parte 12 central puede comprender un convertidor de CA-a-CA directo, que puede tener una estructura de una sola etapa, por ejemplo, mediante la utilización de una topología de convertidor de tipo matricial.
Para el convertidor 20 de CA-a-CC puede usarse un rectificador de media tensión activo o pasivo, tal como un rectificador de múltiples pulsos con diodos o tiristores. El convertidor 20 de CA-a-CC puede ser también un convertidor multinivel y/o un convertidor modular multinivel.
El convertidor 22 de CC-a-CA puede ser un convertidor multinivel y/o un convertidor multinivel modular. El convertidor 22 de CC-a-CA puede estar compuesto por varias unidades convertidoras, tal como se describirá más detalladamente a continuación.
Un poste 14 de carga comprende un transformador 24, que está conectado directamente con su bobina 26 primaria con la red 16 de distribución de CA. Un convertidor 30 de CA-a-CC, tal como un rectificador de diodo pasivo, está conectado a una bobina 28 secundaria del transformador 24. También es posible que el convertidor de CA-a-CC sea un rectificador activo. Un poste 14 de carga puede comprender también un convertidor 32 de CC-a-CC, por ejemplo, un convertidor reductor/elevador, que es alimentado por el convertidor 30 de CA-a-CC. Puede conectarse un vehículo eléctrico al convertidor 32 de CC-a-CC o al convertidor 30 de CA-a-CC para cargar el mismo.
En la Fig. 1, los componentes 20, 22 de la parte 12 central pueden proporcionarse en una casa y/o un edificio.
Tal como se muestra en la Fig. 2, los componentes 20, 22 de la parte 12 central pueden estar también distribuidos en varias casas y/o edificios. También es posible que al menos dos convertidores 22 de CC-a-CA, tales como los descritos con respecto a la Fig. 1, estén conectados al enlace de CC proporcionado por el convertidor 20 de CA-a-CC.
El convertidor 20 de CA-a-CC y los al menos dos convertidores 22 de CC-a-CA pueden estar interconectados con una red 34 de distribución de CC. La tensión de CC en la red 34 de distribución de CC puede ser de media tensión, por ejemplo, de entre 3,3 kV y 20 kV. Por ejemplo, en una estación 10 de carga bastante grande, una única red 16 de distribución de CA de baja tensión y alta frecuencia puede conducir a grandes pérdidas por conducción en la red 16 de distribución de CA. Con el fin de conseguir una distribución altamente eficiente, puede incluirse la red 34 de distribución de CC intermedia. Es decir, puede usarse una tensión de CC de media tensión, que está disponible tras rectificar una tensión de CA de media tensión con el convertidor 20 de CA-a-CC, para la distribución para reducir las pérdidas por conducción a larga distancia. La estación 10 de carga y su parte 12 central pueden estar divididas en varias sub-áreas de carga y cada sub-área de carga puede estar equipada con un convertidor 22 de CC-a-CA, que puede convertir la media tensión de CC a una tensión de CA de baja tensión y de alta frecuencia para la distribución local.
La Fig. 3 muestra una estación 10 de carga, por ejemplo, como en la Fig. 1, donde los postes 14 de carga han sido sustituidos por bobinas 36 para la transferencia inalámbrica de energía. Por ejemplo, dichas bobinas 36 pueden proporcionarse en un suelo debajo de una plaza de aparcamiento de un vehículo 38 eléctrico o en una calle.
Además, puede usarse una red 16 de distribución de CA de alta frecuencia como un lado principal para una transferencia inalámbrica de energía a vehículos 38 en movimiento. En este caso, mediante la instalación de la red 16 de distribución de CA de alta frecuencia a lo largo de una carretera, pueden cargarse incluso vehículos 38 eléctricos en movimiento.
Una bobina 37 secundaria del vehículo 38 eléctrico puede acoplarse mediante un campo magnético con la bobina 36 primaria (por ejemplo, a través de un espacio de aire). Entonces, el propio vehículo 38 eléctrico puede tener un convertidor 30 de CA-a-CC y opcionalmente un convertidor 32 de CC-a-CC, tal como se describe con respecto a la Fig. 1 y/o como se describe a continuación.
Cabe señalar que las bobinas 36 de transferencia inalámbrica de energía, tal como se describe con respecto a la Fig. 3, pueden combinarse con la estación 10 de carga de la Fig. 1, donde, por ejemplo, algunos de los postes 14 de carga pueden sustituirse por dichas bobinas 36. También puede ser posible que parte o la totalidad de los postes 14 de carga de la Fig. 2 conectados a un convertidor 22 de CC-a-CA se sustituyan por bobinas 36 para la transferencia inalámbrica de energía.
En cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una fuente de energía renovable, tal como una estación de generación de energía fotovoltaica, y/o un sistema de almacenamiento en baterías pueden conectarse directamente a la red 16 de distribución de CA de alta frecuencia y/o a la red 34 de distribución de CC. La fuente de energía renovable y/o el almacenamiento en baterías pueden conectarse a la red 16 de distribución de CA de alta frecuencia a través de un convertidor de CA-a-CC, análogo al convertidor 22. La fuente de energía renovable y/o el almacenamiento en baterías pueden conectarse a la red 34 de distribución de CC a través de un convertidor de CC-a-CC. Este convertidor de CC-a-CC puede ser también de tipo modular.
En las realizaciones mostradas en las Fig. 1 a 3 de la estación 10 de carga, la potencia nominal de la parte 12 central puede ser menor que la suma de las potencias nominales de los postes 14 de carga y/o de las bobinas 36, cuando se supone que solo parte de los postes 14 de carga y/o de las bobinas 36 se usan para la carga.
Por ejemplo, con respecto a la Fig. 1, la estación 10 de carga puede tener tres postes 14 de carga y la potencia nominal de un poste de carga individual puede ser de 300 kW. Debido a que es muy raro que todos los postes 14 de carga estén funcionando al mismo tiempo, la potencia nominal de la parte 12 central puede diseñarse para una potencia menor que la potencia máxima requerida. Por ejemplo, aunque la potencia nominal total de todos los postes 14 de carga sea de 900 kW, la parte 12 central puede diseñarse con una potencia nominal de 600 kW o incluso de 300 kW. La potencia nominal total instalada de la electrónica de potencia puede reducirse con la red de distribución de CA de alta frecuencia alimentando más de un poste 14 de carga y/o una bobina 36.
La Fig.4 muestra un convertidor 22 de CC-a-CA que puede usarse en las estaciones 10 de carga. tal como se muestra en las Figs. 1 a 3.
El convertidor 22 de CC-a-CA comprende un enlace 21 de CC con un condensador 39, una unidad 40 convertidora conectada en paralelo con sus entradas 42 al enlace 21 de CC y un transformador 46, que está conectado con su bobina 48 primaria a una salida 44 de la unidad 40 convertidora. La bobina 50 secundaria del transformador 46 está conectada a la red 16 de distribución de CA de alta frecuencia. Puede interconectarse un condensador 52 de bloqueo de CC entre la salida 44 y la bobina 48 primaria.
Tal como se muestra en la Fig. 5, en el caso de tensiones más altas, dos o más unidades 40 convertidoras pueden conectarse en serie con su entrada 42. Cada una de estas unidades 40 convertidoras puede conectarse en paralelo a un condensador 39 de un enlace 21 de CC dividido, que está compuesto por condensadores 39 conectados en serie. En el caso de la Fig. 5, las salidas 44 de dos unidades 40 convertidoras pueden conectarse entre sí mediante la bobina 48 primaria del transformador 46.
Tal como se muestra en la Fig. 6, en el caso de corrientes más elevadas, dos o más unidades 40 convertidoras pueden conectarse en paralelo con sus entradas 42 y en paralelo al enlace 21 de CC. Como en la Fig. 5, las salidas 44 de dos unidades 40 convertidoras pueden conectarse entre sí mediante la bobina 48 primaria del transformador 46.
Las Figs. 7 a 8 muestran posibles topologías para las unidades 40 convertidoras, tal como se muestra en las Figs. 4 a 6 y a continuación.
Las Figs. 7 a 9 muestran unidades 40 convertidoras, que comprenden 4 conmutadores 54 semiconductores conectados en serie, que están interconectados entre las entradas 42. En el punto medio, los conmutadores 54 proporcionan la salida 44. Cada unidad 40 convertidora puede comprender y/o puede estar interconectada con un enlace 56 de CC, que puede comprender uno o más condensadores 58 conectados en serie.
La Fig. 7 es una unidad 40 convertidora fijada al punto neutro, en la que dos puntos medios intermedios entre dos conmutadores 54 superiores y dos inferiores están conectados a través de diodos 60 con un punto medio de un enlace 56 de CC dividido.
La Fig. 8 es una unidad 40 convertidora de tipo T, donde el punto medio entre los conmutadores 54 que proporcionan la salida 44 está interconectado a través de dos conmutadores 62 conectados en anti-serie con el punto medio del enlace 56 de CC dividido.
La Fig. 9 es una unidad 40 convertidora de tipo condensador flotante, en la que dos puntos medios intermedios entre dos conmutadores 54 superiores y dos inferiores están conectados entre sí a través de un condensador 64.
La Fig. 10 muestra una unidad 40 convertidora modular multinivel, que comprende múltiples módulos 66 convertidores conectados en serie, que están interconectados entre las entradas 42. La salida 44 se proporciona en un punto medio entre los módulos 66 convertidores. Cada módulo 66 convertidor puede comprender un puente 68 convertidor compuesto por dos conmutadores 70 y un condensador 72 conectado en paralelo al puente 68 convertidor.
La Fig. 11 y la Fig. 12 muestran dos ejemplos adicionales de un convertidor 22 de CC-a-CA. Múltiples unidades 40 convertidoras (en este caso 4) están conectadas en serie con sus entradas 42. Cada una de estas unidades 40 convertidoras está conectada en paralelo a un condensador 39 de un enlace 21 de CC dividido, que está compuesto por condensadores 39 conectados en serie.
En la Fig. 11, cada unidad 22 convertidora está asociada con un transformador 46. La salida 44 de cada unidad 22 convertidora está conectada a través de la bobina primaria del transformador 46 con una de sus entradas 42. Todos los transformadores 46 están conectados en paralelo con sus bobinas secundarias.
En la Fig. 12, dos unidades 22 convertidoras están asociadas con un transformador 46. La salida 44 de una primera unidad 22 convertidora está conectada a través de la bobina primaria del transformador 46 respectivo con la salida 44 de una segunda unidad 22 convertidora. Una vez más, la los transformadores 46 están conectados en paralelo con sus bobinas secundarias.
La Fig. 13 y la Fig. 14 muestran ejemplos adicionales de estaciones de carga, en los que hay provisto un tanque 74 resonante en la sección de alta frecuencia. El funcionamiento resonante puede usarse para la red 16 de distribución de CA de alta frecuencia.
El tanque 74 resonante puede comprender un condensador 76 resonante y un inductor 78 resonante y/o puede usarse para hacer que la forma de onda actual en la red 16 de distribución sea una forma más sinusoidal. Con un funcionamiento resonante, puede conseguirse una conmutación suave para las unidades 40 convertidoras del convertidor 22 de CC-a-CA.
Tal como se muestra en la Fig. 13, una forma de implementar el funcionamiento resonante es insertar el tanque 74 resonante directamente en la red 16 de distribución. El tanque 74 resonante puede conectarse entre los uno o más transformadores 46 de la parte 12 central y los transformadores 24 de los postes 14 de carga (y/o las bobinas 36 para la transferencia inalámbrica de energía).
Tal como se muestra en la Fig. 14, uno o más tanques 74 resonantes pueden conectarse entre la salida 44 de una unidad 40 convertidora y el transformador 46. En este caso, puede proporcionarse un tanque 74 resonante para cada transformador 46. En general, el condensador 52 de bloqueo de CC y una inductancia 78 de fuga del transformador 46 pueden usarse para el tanque 74 resonante.
La Fig. 14 muestra además un diagrama de circuito general ejemplar de una estación 10 de carga. Para cada fase de la media tensión desde la red 18, el convertidor 20 de CA-a-CC de la parte 12 central comprende un convertidor multinivel modular, tal como se muestra en la Fig. 10, que está compuesto por módulos 66 convertidores, tal como se muestra en la Fig. 10. Estos convertidores multinivel modulares están conectados en paralelo al enlace 21 de CC.
En general, el convertidor 20 de CA-a-CC de la parte 12 central puede ser de cualquier tipo de etapa rectificadora. Al igual que el convertidor 22 de CC-a-CA, pueden usarse un convertidor modular y/o los tipos de convertidor mostrados en las Figs. 7 a 10.
En resumen, la red 16 de distribución de CA de alta frecuencia, en particular, en combinación con un convertidor 22 de CC-a-CA modular de la parte 12 central de la estación 10 de carga puede resultar en un espacio ocupado pequeño y una alta densidad de potencia para los transformadores 46, 24 de alta frecuencia. Es posible un fácil escalado con respecto a la media tensión proporcionada por la red 18, debido a la modularidad del convertidor 22 de CC-a-CA. Además, puede reducirse la potencia nominal de la parte 12 central y la solución es compatible con la interconexión de una fuente de energía renovable y un almacenamiento de energía para las funcionalidades de soporte de red y micro-red.
Aunque la invención se ha ilustrado y descrito detalladamente en los dibujos y en la descripción anterior, dicha ilustración y dicha descripción deben considerarse ilustrativas o ejemplares y no restrictivas; la invención no está limitada a las realizaciones descritas. En las reivindicaciones, la expresión "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. Un único procesador o controlador u otra unidad puede cumplir las funciones de varios elementos enumerados en las reivindicaciones. El mero hecho de que determinadas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que no pueda usarse de manera ventajosa una combinación de estas medidas. Ningún signo de referencia en las reivindicaciones debería interpretarse como una limitación del alcance.
Lista de símbolos de referencia
10 estación de carga
12 parte central
14 poste de carga
16 red de distribución de CA de alta frecuencia
18 red eléctrica
20 convertidor de CA-a-CC
21 enlace de CC
22 convertidor de CC-a-CA
24 transformador
26 bobina primaria
28 bobina secundaria
30 convertidor de CA-a-CC
32 convertidor CC-a-CC
34 red de distribución de CC
36 bobina para transferencia inalámbrica de energía
37 bobina secundaria de vehículo eléctrico
38 vehículo eléctrico
39 condensador de enlace de CC
40 unidad convertidora
42 entrada
44 salida
46 transformador
48 bobina primaria
50 bobina secundaria
52 condensador de bloqueo de CC
54 conmutador semiconductor
56 enlace de CC
condensador
diodo
conmutador semiconductor
condensador
módulo convertidor
puente convertidor
conmutador semiconductor
condensador
tanque resonante
condensador
inductor

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Estación (10) de carga para vehículos (38) eléctricos, comprendiendo la estación (10) de carga:
una parte (12) central para convertir una tensión de CA de red desde una red (18) eléctrica a una tensión de CA de alta frecuencia;
una red (16) de distribución para distribuir la tensión de CA de alta frecuencia;
múltiples bobinas (26, 36) conectadas directamente a la red (16) de distribución, en la que cada bobina (26, 36) está adaptada para transferir energía a un vehículo (38) eléctrico;
en la que la parte (12) central comprende un convertidor (20) de CA-a-CC del lado de la red para recibir la tensión de la red y al menos un convertidor (22) de CC-a-CA del lado de la red, que están interconectados a través de un enlace (21) de CC;
caracterizada porque
la parte (12) central comprende al menos un transformador (46) en su lado de salida, que está conectado a la red (16) de distribución;
el convertidor (22) de CC-a-CA comprende dos unidades (40) convertidoras, que están conectadas a través del al menos un transformador (46) de la parte (12) central con sus salidas (44).
2. Estación (10) de carga según la reivindicación 1,
en la que la parte (12) central comprende al menos dos transformadores (46) que tienen bobinas (50) secundarias conectadas en paralelo y/o en serie a la red (16) de distribución.
3. Estación (10) de carga según la reivindicación 1 o 2,
en la que la parte (12) central comprende al menos dos convertidores (22) de CC-a-CA, que están conectados al enlace (21) de CC a través de una red (34) de distribución de CC.
4. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que el convertidor (22) de CC-a-CA está compuesto por al menos una unidad (40) convertidora, que es una de entre el tipo anclado a punto neutro, el tipo T, el tipo de condensador flotante, el tipo de convertidor multinivel modular.
5. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que el convertidor (22) de CC-a-CA está compuesto por al menos dos unidades (40) convertidoras, que están conectadas en serie con sus entradas (42); y/o
en la que el convertidor (22) de CC-a-CA está compuesto por al menos dos unidades (40) convertidoras, que están conectadas en paralelo con sus entradas (42).
6. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que un tanque (74) resonante que comprende un condensador (76) y un inductor (78) está conectado en la red (16) de distribución.
7. Estación (10) de carga según la reivindicación 6,
en la que el tanque (74) resonante está conectado entre un transformador (46) de la parte (12) central y las bobinas (26, 36).
8. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que un tanque (74) resonante que comprende un condensador (76) y un inductor (78) está conectado entre una unidad (40) convertidora de la parte (12) central y un transformador (46) de la parte (12) central.
9. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que la tensión de red es una media tensión mayor de 3 kV; y/o
en la que la tensión de CA de alta frecuencia es una baja tensión menor de 3 kV.
10. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que la frecuencia de la tensión de CA de la red es menor de 100 Hz; y/o
en la que la frecuencia de la tensión de CA de alta frecuencia es mayor de 400 Hz.
11. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que al menos algunas de las bobinas (26) forman parte de un transformador (24) integrado en un poste (14) de carga.
12. Estación (10) de carga según la reivindicación 11,
en la que el poste (14) de carga comprende un convertidor (30) de CA-a-CC para recibir una tensión desde el transformador (24);
en la que el convertidor (30) de CA-a-CC del poste (14) de carga alimenta un convertidor (32) de CC-a-CC para generar una tensión de carga.
13. Estación (10) de carga según una de las reivindicaciones anteriores,
en la que al menos algunas de las bobinas son bobinas (36) para la transferencia inalámbrica de energía a través de un espacio de aire.
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