ES2949955T3 - Un sistema y método para la distribución dinámica de carga de fase al cargar vehículos eléctricos - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un conjunto de carga trifásico y a un método para proporcionar dicho conjunto, para un uso óptimo de la energía eléctrica disponible al cargar vehículos eléctricos, EV. El conjunto de carga comprende un cable de distribución principal que suministra energía mediante conductores aislados subsidiarios para cada fase (L 1 in, L 2 in, L 3 in) y un conductor neutro (N in), al menos un equipo de alimentación de vehículos eléctricos, EVSE. , comprendiendo cada uno un circuito interno con una entrada conectada eléctricamente a uno o más de los conductores aislados subsidiarios (L 1 de entrada, L 2 de entrada, L 3 de entrada) de dicho cable de distribución principal, y una salida (L 1 de salida, L 2 de salida, L 3 out) conectable eléctricamente a al menos un vehículo eléctrico para proporcionar energía para la carga. Cada EVSE comprende una pluralidad de relés primarios (R5, R7, R9) configurado para conectar o desconectar la energía eléctrica proporcionada por los conductores para cada fase (L 1 in, L 2 in, L 3 in) en la entrada; una pluralidad de relés secundarios (R6, R8, R10 - R16) configurados en una matriz de relés para permitir el redireccionamiento de cada uno de los conductores de salida (L 1 de salida, L 2 de salida, L 3 de salida) a cualquier fase (L 1 de entrada). , L 2 in, L 3 in) en la entrada, y un sistema de control que comprende medios de comunicación, en donde el sistema de control está configurado para conectar o desconectar cada uno de dichos relés primario y secundario (R5 - R16) y para transmitir y recibir el estado del relé. información hacia y desde el EVSE. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un sistema y método para la distribución dinámica de carga de fase al cargar vehículos eléctricos
Campo Técnico
La presente invención se refiere a un conjunto de carga trifásica y más específicamente a un sistema y método para el uso óptimo de la potencia eléctrica disponible, basado en la distribución dinámica de carga de fase, al cargar baterías para vehículos eléctricos.
Antecedentes y estado de la técnica
En un conjunto de carga trifásica de arte previo común para un vehículo eléctrico (EV), el equipo de suministro de vehículo eléctrico (EVSE) que proporciona potencia a un enchufe de una estación de carga está conectado permanentemente a una fase específica, lo que provoca un riesgo de error debido al desequilibrio cuando más de tres EV están cargando. Las regulaciones requieren que, en ausencia de un arreglo dedicado configurado para evitar la sobrecarga de fusibles, el circuito debe permitir la desconexión de un EVSE de una línea de distribución cuando se utiliza la máxima potencia disponible. En la práctica, la mayoría de los electricistas de EVSE tienen que limitar el número de puntos de carga correspondientes al número de unidades de EVSE, o limitar la potencia máxima de carga para cada unidad de EVSE, o actualizar la potencia disponible para la carga.
La Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema del estado de la técnica que incluye cuatro vehículos eléctricos (EV) siendo cargados a través de una red trifásica conectada a una red eléctrica mediante una caja de fusibles con fusibles que definen la potencia máxima disponible para la carga. La figura muestra un total de 12 unidades EVSE que están conectadas a una red trifásica a través de un riel común o cable de distribución. En el peor de los casos, cada una de las unidades EVSE está conectada rígidamente a la misma fase. En una red de 230 V con una corriente nominal de 32 A, un escenario de trabajo como se muestra en la Figura 1 proporcionará una potencia de distribución para vehículos eléctricos de solo 7,4 kW. Cada vehículo eléctrico puede recibir así una potencia de carga máxima de aproximadamente 1800 W, ya que cualquier carga que supere este nivel haría saltar el fusible. Por lo tanto, debido a la distribución rígida de carga, no se puede utilizar toda la capacidad potencial proporcionada por todas las fases en el circuito.
La Figura 2 muestra una configuración alternativa de varias unidades EVSE conectadas a una fase (monofásica) de una red trifásica. A diferencia de la configuración de la Figura 1, el conjunto de carga trifásica comprende una red trifásica que se divide en varias líneas de distribución monofásicas en paralelo con EVSE conectados. Esta configuración resulta en una mayor necesidad de cables, así como una limitación significativa del nivel máximo de carga para cada unidad. Este último es una consecuencia de las regulaciones mencionadas anteriormente relacionadas con el requisito de proporcionar suficiente potencia desde la fuente principal para soportar la carga teórica completa.
El principio de distribución dinámica de carga monofásica en una red trifásica es conocido. El documento WO 2012/175332 A1 describe un ejemplo de esto en el que un dispositivo está configurado para controlar un interruptor para seleccionar cualquier fase para suministrar potencia a un componente eléctrico. La fase seleccionada depende de la carga respectiva de cada fase en la red de potencia trifásica.
Las soluciones del estado de la técnica, sin embargo, carecen de enrutamiento automático y sin interrupciones de cargas monofásicas y trifásicas a través del mismo cable de distribución trifásico para un equilibrio óptimo de carga y uso de la potencia disponible, y donde esto se basa en información diferente como la carga total en el cable de distribución trifásico, la carga en cada fase, la potencia total disponible para la carga, la potencia y el tiempo requeridos para la carga de los vehículos eléctricos conectados, etc.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema que permita una distribución y equilibrio de carga más efectiva y sin interrupciones de la potencia disponible en un conjunto de carga trifásica, asegurando que haya potencia excedente disponible para una carga rápida cuando pocos vehículos eléctricos estén conectados, y que la potencia máxima consumida sea inferior a la potencia máxima disponible, representando así un riesgo bajo o nulo cuando muchos vehículos eléctricos estén conectados.
Otro objetivo de la presente invención es redirigir automáticamente la potencia disponible en el conjunto de carga trifásica para priorizar necesidades específicas de dispositivos conectados a la misma fuente de alimentación trifásica, y/o otros requisitos de potencia definidos por operadores de redes locales o regionales debido, por ejemplo, a escasez de potencia, sobrecalentamiento en transformadores, problemas técnicos locales, etc.
El documento US2015084434 A1 describe un sistema de conmutación para conmutar entre fases en un sistema de distribución de potencia de múltiples fases que incluye un interruptor para conectar selectivamente una línea lateral a conductores de alimentación de diferentes fases en un sistema de distribución de potencia de múltiples fases.
El documento WO2010089396 A2 describe un dispositivo para conectar una red de suministro de usuario final a una red de distribución de potencia de múltiples fases en el que se utilizan interruptores de relé R1 y R2 para conectar un lado de suministro de entrada de 3 fases (Li, L2, L3) a un lado de salida (02) a través de relés de conmutación de salida.
El documento US9168839 B2 se refiere a un método para distribuir electricidad en un sistema que comprende, entre otras cosas, una red de distribución de electricidad, terminales de recarga de vehículos eléctricos y vehículos eléctricos.
Sumario de la invención
La presente invención se define por el objeto de las reivindicaciones principales, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la invención.
Varias modalidades ventajosas del conjunto de carga trifásica se definen en las reivindicaciones dependientes. En la siguiente descripción, se introducen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de las modalidades del sistema y método reivindicados. Un experto en la técnica pertinente reconocerá, sin embargo, que estas modalidades pueden ser llevadas a cabo sin uno o más de los detalles específicos, o con otros componentes, sistemas, etc. En otros casos, no se muestran o no se describen en detalle estructuras u operaciones conocidas para evitar oscurecer aspectos de las modalidades reveladas.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es un esquema que muestra un conjunto de carga trifásica de la técnica anterior, donde varios EVSE están conectados a un único cable de distribución que comparte un fusible común de 32A, este último está conectado a un fusible principal de una red eléctrica trifásica.
La Figura 2 es un esquema de un conjunto de carga trifásica de la técnica anterior, donde varios EVSE están conectados en paralelo a un fusible principal de una red trifásica a través de fusibles separados de 16 A.
La Figura 3 es un esquema de un conjunto de carga trifásica de acuerdo con la invención, donde varios EVSE están conectados a lo largo de un cable de distribución único que comparte un fusible común de 32 A, este último está conectado a un fusible principal de una red eléctrica trifásica.
La Figura 4 es un esquema de un conjunto de carga trifásica de acuerdo con la invención, donde grupos de hasta 15 EVSE (Z) están conectados a cada uno de una pluralidad de cables de distribución que comparten fusibles comunes de 32 A, y donde la pluralidad de fusibles comunes de 32 A están conectados en paralelo a un fusible principal de la red de la red eléctrica trifásica.
La Figura 5 es un diagrama de circuito de una red trifásica que tiene una configuración de relé que garantiza la conexión y desconexión específica de fase desde la fuente de alimentación principal.
La Figura 6 es un diagrama de circuito de una red trifásica que tiene una configuración de relé que garantiza tanto la conexión como la desconexión específica de fase de la fuente de alimentación principal, así como las reconfiguraciones entre los sistemas IT, TN y TT.
Descripción detallada de la invención
Como se muestra tanto en la Figura 1 como en la Figura 3, varias unidades de EVSE están conectadas a la misma red trifásica a través de un cable de distribución común. Sin embargo, a diferencia de la solución del estado de la técnica mostrada en la Figura 1, los EV mostrados en la Figura 3 están conectados a unidades EVSE que comprenden un sistema inteligente de distribución de fases según la presente invención. Basándose en las mediciones de potencia trifásica dentro de cada una de las unidades EVSE y en el intercambio de datos, que comprende esta información, entre cada unidad EVSE dentro de un cierto período de tiempo, es posible utilizar cada fase de la trifásica de la manera más eficiente.
Como ejemplo, el primero de los cuatro EV en la Figura 3 está conectado a la fase que tiene la capacidad disponible más alta medida por el EVSE al que está conectado el EV. Las mediciones de potencia idénticas son realizadas por los EVSE restantes y cada EV está conectado a su vez a la fase que proporciona la mejor capacidad en el momento de la conexión.
Las características de las mediciones de potencia están integradas en cada EVSE y el flujo de información entre cada EVSE, que comprende esta información de potencia, se utiliza en un algoritmo de distribución de potencia que se describirá más adelante. Esto es controlado y monitoreado mediante una unidad de control como un sistema de comunicación de línea eléctrica (PLC) conectado a una red (por ejemplo, una red de área local inalámbrica (WLAN)) o cualquier variación de la misma. Esto también puede estar conectado a Internet para garantizar el control remoto de la distribución de potencia. Un sistema PLC se puede utilizar para interconectar lógicamente unidades EVSE. En lugar de un PLC, se puede utilizar una línea de comunicación separada, que se ejecuta en paralelo a las líneas de potencia convencionales. La implementación y uso de los EVSE según la invención es la base para la distribución de potencia en un conjunto de carga trifásica.
Después de intercambiar información, cada EVSE conectará un EV a una fase específica de las líneas de alimentación trifásicas de acuerdo con la capacidad y la carga de corriente detectada en la fase. El propósito es el uso óptimo de la capacidad de cada fase de un sistema trifásico.
Un ejemplo de uso óptimo de la capacidad de un sistema trifásico es cuando el primer EV recibe 32 A en la fase 1, un segundo EV recibe 32 A en la fase 2 y un tercer y cuarto EV reciben 16 A en la fase 3, lo que resulta en una potencia total de 22 kW (230 V x 32 A x 3) distribuida a los EV conectados. Por lo tanto, la red inventiva puede suministrar una potencia total que es aproximadamente 3 veces la potencia disponible en la red trifásica del estado de la técnica descrita anteriormente con referencia a la Figura 1.
La Figura 2 y la Figura 4 muestran una red donde varios fusibles están conectados en paralelo a un fusible principal. Sin embargo, a diferencia de la solución del estado de la técnica mostrada en la Figura 2, la potencia distribuida a los diferentes vehículos eléctricos (EV) mostrados en la Figura 4 es controlada y optimizada por el algoritmo de distribución de potencia de manera similar a como se describe arriba con referencia a la Figura 3.
Para lograr una distribución de carga específica de fase deseada, un nuevo sistema según la invención puede emplear uno o más de los siguientes:
- un mayor número de interruptores de potencia integrados, es decir, relés y electrónica de control asociada en comparación con una red convencional,
- un sistema de control que interconecta lógicamente la mayoría o todas las unidades EVSE conectadas al mismo circuito/subcircuito que comparten el mismo fusible,
- medios para identificar automáticamente la conexión de un nuevo EVSE al mismo circuito/subcircuito,
- medios para identificar automáticamente el reemplazo de un EVSE,
- medios para leer la capacidad de almacenamiento de potencia y el nivel de carga actual de cada uno de los EV conectados.
Ejemplos de medios para identificar automáticamente la conexión de un nuevo EVSE pueden basarse en RFID (Identificación por Radiofrecuencia) prerregistrado o cualquier otro medio para identificar y rastrear automáticamente etiquetas vinculadas a objetos.
Además, los medios para identificar automáticamente el reemplazo de un EVSE pueden ser Bluetooth, Bluetooth de baja potencia u otros sistemas similares instalados en enchufes o puntos de alimentación dedicados.
Y finalmente, los medios para leer la capacidad de almacenamiento de potencia y el nivel de carga actual de cada uno de los vehículos eléctricos conectados pueden ser un sistema PLC o WiFi/Bluetooth o iniciar sesión en un vehículo eléctrico a través de GPRS (Servicio General de Radio por Paquetes) u cualquier otro servicio de datos móviles orientado a paquetes. Esto último se puede lograr iniciando sesión en el EV utilizando un nombre de usuario y contraseña, si eso está disponible en un perfil en línea de un usuario.
Esto será parte del flujo de información entre los diferentes EVSE y es la base para determinar a qué fase conectar un EV específico.
La información sobre la capacidad de almacenamiento de potencia y el nivel de carga también puede ser una ayuda para identificar necesidades específicas durante un procedimiento de carga, y por lo tanto será un parámetro al establecer reglas de prioridad en el algoritmo de distribución de potencia mencionado anteriormente.
Las Figuras 5 y 6 muestran modalidades específicas de configuraciones de circuitos según la invención, permitiendo la desconexión específica de fase de la fuente de alimentación principal de un sistema de red trifásico, lo que permite la carga de EV tanto monofásica como trifásica. La desconexión específica de fase implica la desconexión controlada por el usuario o automática de cargas monofásicas o trifásicas del sistema de red trifásica mediante la operación de uno o más relés. Los circuitos y componentes dentro de los marcos punteados en las figuras se integran preferiblemente en una unidad EVSE. Al distribuir los relés en una matriz como se indica en las figuras, es posible una distribución dinámica de la potencia disponible entre los vehículos eléctricos (EV) posicionados aleatoriamente, tanto para la carga trifásica como monofásica. Además, un sistema de carga trifásica puede decidir si un vehículo eléctrico debe cargar en monofásico o trifásico, dependiendo de la potencia disponible en la red. Una de las ventajas de la distribución dinámica de potencia es el hecho de que un vehículo eléctrico típico no puede cargar con una corriente inferior a 6 A, independientemente del número de fases. La potencia mínima por vehículo eléctrico para la carga trifásica es significativamente mayor a 6 A, limitando así el número de cargas simultáneas de vehículos eléctricos. Cuando la corriente requerida está disponible en una de las fases del sistema trifásico según la invención, un vehículo eléctrico (EV) conectado a uno de los equipos de carga de vehículos eléctricos (EVSE) se conecta automáticamente a esa fase.
La presente invención se define por un conjunto de carga trifásica para el uso óptimo de la potencia eléctrica disponible al cargar EV. El conjunto comprende un cable principal de distribución que suministra potencia mediante conductores aislados subsidiarios para cada fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) y un conductor neutro (N de entrada). Además, comprende al menos un equipo de suministro de vehículo eléctrico, EVSE, cada uno con circuitos internos con una entrada conectada eléctricamente a uno o más de los conductores aislados subsidiarios (L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) del cable principal de distribución, y una salida (Li de salida, L2 de salida, L3 de salida) conectable eléctricamente a al menos un EV para proporcionar potencia para la carga.
Cada EVSE comprende una pluralidad de relés primarios (R5, R7, R9) configurados para conectar o desconectar la potencia eléctrica proporcionada por los conductores de cada fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) en la entrada.
Cada EVSE además comprende una pluralidad de relés secundarios (R6, R8, R10 - R16) configurados en una matriz de relés para permitir el reenrutamiento de cada uno de los conductores de salida (Li de salida, L2 de salida, L3 de salida) a cualquier fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) en la entrada.
Los relés primarios (R5, R7, R9) son preferiblemente relés no bloqueantes, y los relés secundarios (R6, R8, R i0 -R i6) son relés bloqueantes.
Cada EVSE además comprende un sistema de control que comprende medios de comunicación, en donde el sistema de control está configurado para conectar o desconectar cada uno de los relés primarios y secundarios (R5 -R i6) y para transmitir y recibir información sobre el estado de los relés hacia y desde otros EVSE. Esta información puede ser comunicada entre cada EVSE, al menos entre los EVSE conectados al mismo circuito subsidiario de una fase, y/o a través de dispositivos conectados a Internet.
El método según la invención para cargar vehículos eléctricos, EV, con la utilización óptima de la potencia eléctrica disponible comprende varios pasos. Los primeros pasos consisten en proporcionar un cable de distribución principal que suministre potencia mediante conductores aislados subsidiarios para cada fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) y un conductor neutro (N de entrada). Además, se proporciona al menos un equipo de suministro de vehículo eléctrico, EVSE, cada uno con circuitos internos con una entrada conectada eléctricamente a uno o más de los conductores aislados subsidiarios (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) del cable principal de distribución, y una salida (Li de salida, L2 de salida, L3 de salida) conectable eléctricamente a al menos un vehículo eléctrico para proporcionar potencia para la carga.
El siguiente paso del método es proporcionar a cada EVSE una pluralidad de relés primarios (R5, R7, R9) que están configurados para conectar o desconectar la potencia eléctrica proporcionada por los conductores para cada fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) en la entrada. Además, se proporciona a cada EVSE una pluralidad de relés secundarios (R6, R8, Ri0 - R i6) que están configurados en una matriz de relés para permitir el reenrutamiento de cada uno de los conductores de salida (Li de salida, L2 de salida, L3 de salida) a cualquier fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) en la entrada, y se proporciona a cada EVSE un sistema de control que comprende medios de comunicación, en donde el sistema de control está configurado para conectar o desconectar cada uno de dichos relés primarios y secundarios (R5 - R i6) y para transmitir y recibir información de estado de los relés hacia y desde otros EVSE.
El último paso habilitante del método inventivo es conectar al menos un EV a los conductores de salida (Li de salida, L2 de salida, L3 de salida) de al menos un EVSE. En una modalidad, varios EV están conectados a una pluralidad de EVSE.
La innovadora unidad de carga trifásica emplea además un método para montar, asegurar la calidad, registrar y, si corresponde, activar la encriptación RFID de enchufes/puntos de alimentación dedicados antes de la instalación del EVSE. Esto debería ser preferentemente realizado por personal calificado, y el resultado puede ser informado utilizando un programa de computadora instalado en un dispositivo con acceso a internet, por ejemplo, una aplicación móvil, incluyendo información como la fecha de Internet, la localización GPS, el nombre del contratista de instalación y el valor del relé (por ejemplo, 32 A, 64 A, etc.).
En una modalidad de la invención, el sistema de red funciona tanto para redes de IT como para redes de TN, teniendo tensiones de fase a fase de 230 V y 400 V respectivamente, con el fin de garantizar una alta flexibilidad. Además, a menudo se considera beneficioso actualizar la red de un sistema IT de 230 V a un sistema TN de 400 V. De manera similar, también es factible una configuración que incluya una red TT.
La Figura 5 muestra una modalidad de la invención con un circuito eléctrico que comprende al menos un relé primario (R5, R7, R9) y al menos un protector de sobrecorriente, por ejemplo, tiristores como NTC, que está conectado entre cada conductor de fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) del sistema de red trifásico y un enchufe de corriente monofásico o trifásico, representando una línea eléctrica estándar de un sistema trifásico. Además, se conecta un conductor con al menos un relé (R4) entre el conductor de entrada neutro (N de entrada) y la toma de corriente neutra (N de salida) de la línea eléctrica estándar. Esta configuración garantiza que todos los tipos de sistemas de cargadores puedan ser conectados al sistema trifásico.
Para permitir la conexión y desconexión controlada por el usuario o automática del sistema de red, se pueden agregar líneas eléctricas adicionales con relés. Más específicamente, se conectan nueve líneas eléctricas adicionales con relés secundarios asociados (R6, R8, R10 - R16) a los conductores de fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) como se muestra en la Figura 5. Tres de las líneas eléctricas adicionales (R6, R8, R10) están conectadas desde cada uno de los conductores de fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) de la fuente de alimentación principal a los conductores de fase correspondientes de la línea eléctrica estándar, conectando sus relés (R5, R7, R9).
Dos líneas eléctricas adicionales (R11 - R12) están conectadas desde el conductor de fase 2 (L2 de entrada) a la fase 1 de la línea eléctrica estándar y a la fase 1 de la línea eléctrica adicional, respectivamente, conectando sus relés. Dos líneas eléctricas adicionales (R13 - R14) están conectadas desde el conductor de fase 3 (L3 de entrada) a la línea eléctrica estándar de fase 1 y a la línea eléctrica adicional de fase 1, respectivamente, conectando sus relés. Dos líneas eléctricas adicionales (R15 - R16) están conectadas al conductor neutro desde el conductor de fase 2 (L2 de entrada) y el conductor de fase 3 (L3 de entrada), respectivamente, puenteando su relé.
La Figura 6 muestra otra modalidad de la invención con un ejemplo de una configuración de circuito que permite tanto la desconexión trifásica, proporcionada por relés de potencia (R1 - R3) en cada conductor de fase (L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada), como la desconexión monofásica de las cargas de la fuente de alimentación principal, como se explicó anteriormente con referencia a la Figura 5. La configuración del circuito también admite el equilibrio de carga durante y después de la conexión o desconexión monofásica. La configuración del circuito es similar a la de la Figura 5, pero el circuito también admite todos los sistemas de puesta a tierra, es decir, TT, TN e IT. Se proporcionan fusibles adicionales en cada conductor de fase de entrada (L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada). Una línea eléctrica estándar con al menos un relé (R4) está conectada entre un conductor de entrada neutro (N de entrada) y una toma de corriente neutra (N de salida) del EVSE. Los protectores de sobrecorriente están conectados en serie con al menos un relé primario (R5, R7, R9). La Figura también muestra una línea de comunicación separada (PE de entrada, PE de salida), para comunicarse con los EVSE, que se ejecuta en paralelo a las líneas de alimentación convencionales.
Todos los relés necesarios, así como cualquier otro componente eléctrico que no forme parte del conjunto de carga trifásica, como protectores de sobrecorriente, se integran preferiblemente en los respectivos EVSE. Como se mencionó anteriormente, los relés pueden ser una combinación de relés convencionales de no retención y relés de retención, siendo estos últimos ventajosos para la parte de la configuración del circuito de matriz, ya que estos tipos no consumen potencia una vez que se establecen en una posición deseada, por ejemplo, mediante un impulso eléctrico. Tenga en cuenta que la unidad EVSE debe preferiblemente utilizar relés no bloqueantes debido al cumplimiento de las regulaciones de seguridad.
En muchas jurisdicciones, una unidad EVSE debe ser capaz de desconectarse rápidamente de una fuente de alimentación, incluso cuando no hay potencia disponible. En estos casos, los relés no bloqueantes son la opción preferida, ya que los relés bloqueantes necesitan potencia para cambiar su estado.
Un relé de retención normalmente tiene un imán interno que mantiene los interruptores de un relé en una posición fija. Solo se necesita un pulso corto para cambiar un relé de retención de un estado a otro, por ejemplo, de encendido a apagado, lo que ahorra potencia al no requerir una bobina alimentada continuamente. Algunos relés de retención tienen dos bobinas, una para el ajuste y otra para el restablecimiento, mientras que otros solo tienen una bobina y dependen de la inversión de la polaridad de la corriente para ajustar y restablecer el relé. Los relés de retención mantienen su estado después de ser accionados. No tiene una posición predeterminada y permanece en su última posición establecida cuando cesa el flujo de corriente de accionamiento, reduciendo así la potencia.
Según la invención, un elemento clave que permite una distribución óptima y dinámica de la carga al cargar vehículos eléctricos en un conjunto de carga trifásica es el sistema de control con medios de comunicación incluidos en los EVSE, que permiten un flujo continuo de datos entre cada EVSE y una unidad de control. Basado en los datos de carga medidos, el sistema de control en un EVSE controla la conexión o desconexión de los relés primarios y secundarios a (R5 - R16) de manera que se logre el mejor equilibrio de carga posible entre cada fase de la fuente de alimentación trifásica.
Según una modalidad de la invención, el conjunto de carga de potencia trifásica además comprende medios de comunicación externos que permiten la comunicación externa de datos entre los sistemas de control incluidos en cada uno de los EVSE.
La comunicación externa puede realizarse, en una modalidad, mediante comunicación a través de la línea eléctrica (PLC), lo que permite la transmisión de datos entre los sistemas de control incluidos en cada uno de los al menos un EVSE y un dispositivo externo. La comunicación entre los EVSE y los dispositivos externos puede realizarse de forma inalámbrica o por cable utilizando métodos conocidos en el campo. Un dispositivo externo de manejo de datos puede contener información pre-registrada que identifica a cuál de la pluralidad de circuitos subsidiarios de una fase está conectado cada EVSE, por ejemplo, a través de un fusible asociado de una fase. Un dispositivo externo de manejo de datos puede contener además información sobre al menos una de las siguientes: la ubicación física de cada EVSE, la identificación de la persona que instaló cada EVSE y la fecha de instalación.
Al configurar un conjunto completo de carga trifásica de acuerdo con la invención, se deben tener en cuenta los siguientes detalles sobre la comunicación entre los EVSE individuales y la unidad de control:
- Uno o más de los EVSE preferiblemente comprenden medios para comunicarse con los EVSE cercanos, en particular si están ubicados en el mismo subcircuito, es decir, compartiendo el mismo fusible.
- La comunicación puede realizarse localmente entre los EVSE, por ejemplo, mediante el uso de un maestro dedicado y/o a través de Internet. La comunicación posterior se considera la más preferible y puede implicar una identificación basada en la nube con un sistema de acoplamiento y control asociado.
- Si la comunicación es basada en Internet, el conjunto de carga contiene preferentemente datos predefinidos para cada una de las posiciones de los EVSE en función del subcircuito y su valor de fusible asociado. De esta manera, el sistema de control puede, en cualquier momento, tener conocimiento de la configuración eléctrica y física del conjunto.
- También es útil registrar la posición física exacta de cada EVSE, así como el ID del técnico de servicio, la fecha, etc., con miras a posibles tareas de mantenimiento del sistema y/o calificación/re-calificación con fines de aprobación.
- La unidad de carga debería tener preferiblemente la posibilidad de anular (es decir, cambiar el consumo de potencia), por ejemplo, cuando la red local de suministro de potencia tiene una cantidad reducida de potencia disponible o si el fusible principal está sobrecargado. Esto puede hacerse automáticamente mediante la monitorización de dispositivos dentro de la red eléctrica o dentro de cajas de fusibles a través de Internet y/o red local. El monitoreo puede aplicar tecnología conocida como Sistemas de Medición Automática de Consumo de potencia (sistemas AMS).
- La comunicación puede realizarse a través de comunicación por línea eléctrica (PLC), línea de comunicación serie (como RS485, RS422 o RS232) y/o de forma inalámbrica, por ejemplo, WiFi, Bluetooth, Bluetooth de baja potencia, Zig-Bee, Z-wave, etc.
En una modalidad de la invención, un EVSE específico está configurado para funcionar como una unidad maestra que controla la comunicación de datos hacia y desde los otros medios de comunicación. Basándose en los datos recibidos, que incluyen al menos el estado del relé, de otros EVSE identificados conectados al mismo cable de distribución de potencia, una unidad maestra procesará los datos y enviará instrucciones específicas a los sistemas de control de cada uno de los otros EVSE. Basándose en el resultado de los datos procesados, la unidad principal decidirá el uso óptimo de la potencia eléctrica disponible al cargar vehículos eléctricos mediante dichos EVSE. El sistema de control en cada EVSE recibirá las instrucciones y, si es relevante, redirigirá una o más fases del conector de salida a cualquier fase en el conector de entrada, es decir, uno o más conductores de salida (Li de salida, L2 de salida, L3 de salida) se conectan a cualquier fase (L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) en la entrada del EVSE mediante la conexión o desconexión de cada uno de los relés primarios y secundarios (R5 - R16) en el EVSE.
En otra modalidad de la invención, un dispositivo externo, distinto de un EVSE, puede funcionar como una unidad maestra para controlar la comunicación de datos hacia y desde al menos un EVSE.
En una modalidad, cada EVSE comprende medios para medir el consumo de potencia trifásica y la carga de corriente, y está configurado para transmitir esta información junto con su estado de relé y su identificación. Esta información será enviada a una unidad maestra y servirá de base para el reenrutamiento de cada uno de los conductores de salida (Li de salida, L2 de salida, L3 de salida) en al menos un EVSE hacia cualquier fase (Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada) de la fuente de alimentación trifásica. La información de carga actual de todos los EVSE incluidos en el mismo conjunto se transmitirá y evaluará por la unidad maestra, proporcionando la base para un equilibrio de carga óptimo y la utilización de la potencia disponible de cada fase de la fuente de alimentación trifásica.
En una modalidad de la invención, los medios para medir la carga de corriente se montan en el cable principal de distribución que suministra potencia al menos a un EVSE, y donde esta información se transmite desde una unidad maestra, comprendida en medios de comunicación externos o medios de comunicación de línea de potencia, al menos a un EVSE.
Esta configuración es favorable cuando solo se utiliza un EVSE en el conjunto de carga trifásica según la invención. Esto puede ser el caso en una instalación doméstica privada que tenga un suministro de potencia trifásico. Diferentes electrodomésticos en una casa pueden estar conectados a diferentes fases del suministro eléctrico, cargando las fases de manera diferente en diferentes momentos del día. La potencia disponible para una fase específica para cargar un vehículo eléctrico puede verse limitada cuando se va a realizar la carga. Si un EV está conectado a una fase específica sin conocer la potencia ya consumida de esa fase, el fusible principal puede saltar. Según una modalidad de la invención, un medidor de corriente, instalado después del fusible principal, para medir la corriente instantánea que circula en cada fase, proporcionará información sobre cuál de las fases tiene la mejor capacidad en ese momento. Esto puede ser realizado por un medidor AMS. Los datos de medición se transmitirán al sistema de control en el EVSE y proporcionarán la base para determinar a qué fase conectarse. Los datos pueden ser transmitidos al EVSE mediante comunicación por línea eléctrica o de forma inalámbrica. Esto puede ser un proceso dinámico que garantiza que el EVSE siempre esté conectado a la fase que tenga la mejor capacidad.
Este es un ejemplo de una instalación según la invención con solo un EVSE instalado, por ejemplo, en una casa privada, cabaña o empresas más pequeñas, para proporcionar un uso óptimo de la potencia eléctrica disponible al cargar vehículos eléctricos.
El potencial completo de la invención se realiza cuando se incluyen varios EVSE en una instalación según la invención.
Todos los datos, incluyendo la potencia disponible para la carga, la carga actual de las diferentes fases de un suministro de potencia trifásico, los intervalos de tiempo en los que se puede realizar la carga, el consumo de potencia de los vehículos eléctricos que se están cargando, etc., se definen en un algoritmo de distribución de potencia que sirve de base para controlar cada punto de carga de vehículos eléctricos (EVSE, por sus siglas en inglés), es decir, cuándo se puede utilizar el EVSE para la carga, cuánta potencia está disponible, a qué fase conectarse, etc.
El sistema de carga trifásica descrito anteriormente puede permitir preferentemente el manejo automático de la carga basado en la información disponible, ya sea para los EV o no, así como para determinar qué EV recibirán potencia adicional para calefacción y deshielo, por ejemplo, antes de la partida, y/o proporcionar la distribución y priorización de la potencia disponible requerida para este propósito en particular.
En particular, cuando se extrae una potencia máxima de la red durante la carga de muchos vehículos eléctricos, puede ser ventajoso utilizar protocolos de compartición de tiempo. Estos protocolos pueden activarse automáticamente si el número de vehículos eléctricos conectados supera el número máximo de vehículos eléctricos posible en proporción a la potencia de carga mínima permitida por vehículo eléctrico.
Al medir tanto la corriente resistiva como la corriente reactiva antes y/o durante la carga, el conjunto de carga trifásica permite una estimación automática de si un vehículo eléctrico debe tener una corriente de carga que exceda la corriente mínima de carga normal antes de iniciar la carga.
Una "huella digital" de un vehículo eléctrico (EV) puede ser registrada basándose en al menos uno de:
- el tiempo antes del impacto de un relé.
- el tiempo antes de que comience la carga en sí misma, el tiempo de aumento gradual hasta que se alcanza la potencia de carga.
- el tiempo de respuesta durante el cambio de nivel de potencia (por ejemplo, desde el cambio de señal PWM a EV)
- corriente reactiva a diferentes potencias de carga y
- diferencia en la corriente reactiva durante la carga monofásica y, si corresponde, trifásica.
Cuando se registra la "huella dactilar", es posible evaluar aún más, e incluso decidir, el tipo y modelo de un vehículo eléctrico conectado, lo que permite el ajuste técnico del progreso de carga.
La vigilancia del consumo de potencia en función de la potencia disponible, ya sea localmente de acuerdo con un valor de fusible o ajustado al valor de un medidor AMS local o una combinación de ambos, es posible mediante una solución que utiliza almacenamiento en la nube.
La unidad de carga trifásica también permite preferiblemente disminuir o aumentar la potencia de carga entre algunos o todos los EVSE mediante un servicio de almacenamiento en la nube manual o automatizado. Dicho ajuste de la potencia de carga puede ser realizado por cualquier parte, como el proveedor del EVSE, la planta eléctrica, el encargado del edificio, etc. Los ajustes representan una forma eficiente de evitar la sobrecarga más adelante en la red, por ejemplo, en estaciones transformadoras, etc., y/o regular en cuanto a la tarifa de red o la potencia máxima suministrada a edificios, estacionamientos, etc.
Según la invención, tanto las funciones de seguridad requeridas como la distribución de fases para proporcionar un equilibrio de carga se realizan completamente.
Las estaciones de carga adicionales provistas con EVSE según la invención se pueden agregar a la fuente de alimentación trifásica de las estaciones de carga existentes sin necesidad de realizar modificaciones, lo que hace que el sistema sea rentable y flexible. No se requiere interacción humana para configurar y mantener el uso óptimo de la potencia eléctrica disponible al cargar varios vehículos eléctricos. En la práctica, diferentes vehículos que requieren diferentes niveles de potencia y períodos de tiempo para ser cargados se conectarán y desconectarán del cable/línea de distribución trifásica. La innovadora unidad de carga instruirá automáticamente y sin problemas al sistema de control en cada EVSE, incluido en la unidad, para que se conecte o cambie a una fase específica, cuánta potencia puede extraer de esa fase, etc. Esto se realizará de forma continua basándose en evaluaciones de la carga actual en las diferentes fases del suministro de potencia trifásico, la hora del día, la potencia asignada proporcionada a una pluralidad de EVSE en ese momento, etc.
En la descripción anterior, se han descrito varios aspectos del conjunto según la invención con referencia a modalidades ilustrativas. A efectos de explicación, se presentaron números, sistemas y configuraciones específicas con el fin de proporcionar una comprensión completa del aparato y su funcionamiento. Sin embargo, esta descripción no pretende ser interpretada en un sentido restrictivo. Se considera que varias modificaciones y variaciones de la modalidad ilustrativa, así como otras modalidades del aparato, que son evidentes para las personas expertas en el campo técnico al que se refiere el tema divulgado, se encuentran dentro del alcance de la presente invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de carga trifásica para cargar vehículos eléctricos, EV, que comprende:
-un cable de distribución trifásico que suministra potencia mediante conductores aislados subsidiarios para cada fase L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada y un conductor neutro N de entrada.
- al menos un equipo de suministro de vehículo eléctrico, EVSE, cada uno compuesto por circuitos internos con una entrada conectada eléctricamente a uno o más de los conductores aislados subsidiarios L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada, N de entrada de dicho cable de distribución trifásico, y una salida L1 de salida, L2 de salida, L3 de salida, N de salida conectable eléctricamente a al menos un EV para proporcionar potencia para la carga.
caracterizado porque cada EVSE además comprende:
- relés primarios R5, R7, R9 configurados para conectar o desconectar la potencia eléctrica proporcionada por los conductores de cada fase L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada en la entrada a las respectivas salidas L1 de salida, L2 de salida, L3 de salida, donde al menos un protector de sobrecorriente está conectado en serie con cada relé primario R5, R7, R9.
- relés secundarios R6, R8, R10 - R16, donde los relés R6, R8, R10 están conectados entre L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada y L1 de salida, L2 de salida, L3 de salida respectivamente, y donde los relés secundarios R11 -R14 permiten la conexión de una carga monofásica en la salida L1 de salida a las fases L2 de entrada, L3 de entrada, en donde un relé R11 está conectado desde el conductor de fase 2 L2 de entrada a la protección contra sobrecorriente conectada a R5, un relé secundario R12 está conectado desde el conductor de fase 2 L2 de entrada al conductor de fase 1 L1 de salida en la salida, el relé secundario R13 está conectado desde el conductor de fase 3 L3 de entrada a la protección contra sobrecorriente conectada a R5, un relé secundario R14 está conectado desde el conductor de fase 3 L3 de entrada al conductor de fase 1 L1 de salida en la salida, los relés secundarios R15 - R16 están conectados a un conductor neutro N de salida desde el conductor de fase 2 L2 de entrada y el conductor de fase 3 L3 de entrada, respectivamente, y al menos un relé R4 está conectado entre un conductor neutro N de entrada y el conductor neutro N de salida,
-un sistema de control que comprende medios de comunicación, en donde el sistema de control está configurado para conectar o desconectar cada uno de los relés primarios R5, R7, R9 y los relés secundarios R6, R8, R10 - 16 según la capacidad y la carga de corriente detectada en las fases, y para transmitir y recibir información de estado de los relés hacia y desde el EVSE.
2. El conjunto de carga trifásica de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado además porque comprende relés de potencia R1 - R3 en cada conductor de fase L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada.
3. El conjunto de carga trifásica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
caracterizado además porque comprende fusibles en cada conductor de fase de entrada L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada.
4. El conjunto de carga trifásica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los relés primarios R5, R7, R9 son relés no bloqueantes, y los relés secundarios R6, R8, R10 - R16 son relés bloqueantes.
5. El conjunto de carga trifásicade acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado además porque comprende medios de comunicación externos que permiten la comunicación de datos entre los sistemas de control incluidos en cada EVSE.
6. El conjunto de carga trifásicade acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado además porque comprende comunicación de línea de potencia, PLC, mediante una unidad de control, que permite la comunicación de datos entre los sistemas de control incluidos en cada EVSE.
7. El conjunto de carga trifásicade acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un EVSE está configurado para funcionar como una unidad maestra que controla la comunicación de datos hacia y desde los EVSE u otros medios de comunicación comprendidos en el mismo conjunto de carga trifásica mediante el procesamiento de los datos recibidos, que comprenden al menos el estado del relé, de los EVSE y enviar instrucciones específicas a un sistema de control en cada uno de los otros EVSE para controlar la ruta de las fases de salida a las fases de entrada en cada EVSE mediante la conexión y desconexión de cada uno de los relés primarios y secundarios en los EVSE.
8. El conjunto de carga trifásica de acuerdo con la reivindicación 5 o 6,
caracterizado porque los medios de comunicación externos o los medios de comunicación de línea de potencia están configurados para funcionar como una unidad maestra que controla la comunicación de datos hacia y desde al menos un EVSE.
9. El conjunto de carga trifásica de acuerdo con la reivindicación 7 o 8,
caracterizado porque la unidad maestra está configurada para controlar la carga monofásica en la salida Li hacia cualquier fase Li de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada en la entrada de los EVSE comprendidos en el mismo conjunto de carga trifásica, transmitiendo instrucciones al sistema de control de los EVSE.
10. El conjunto de carga trifásicade acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende medios para medir la carga de corriente en cada fase de las líneas eléctricas del cable de distribución trifásico y donde esta información se utiliza para realizar un equilibrio de carga de potencia disponible mediante la conexión y desconexión de cada uno de los relés primarios y secundarios en los EVSE.
11. El conjunto de carga trifásica de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque al menos una EVSE comprende medios para medir la carga de corriente en cada fase de sus líneas de entrada eléctrica L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada conectadas al cable de distribución trifásico, y donde esta información se utiliza para realizar un equilibrio de carga de potencia disponible.
12. El conjunto de carga trifásica de acuerdo con la reivindicación 7 o 8, caracterizado porque la unidad maestra está configurada para recibir datos de carga de otros dispositivos conectados a, y que consumen potencia del mismo cable de distribución trifásico que suministra potencia a los EVSE, donde dichos datos de carga definen la carga de corriente en cada fase L1 de entrada, L2 de entrada, L3 de entrada.
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