RS67062B1

RS67062B1 - Sistem za brzo punjenje za električna vozila

Info

Publication number: RS67062B1
Application number: RS20250047A
Authority: RS
Inventors: Agim Gjinali; Brian Joseph O'connor; Rron Gjinali
Original assignee: Agim Gjinali; Oconnor Christine; Rron Gjinali
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2025-08-29
Also published as: CN108202641A; CN104919673B; CA2895066A1; HUE070196T2; US9637016B2; EP2932576B1; EP2932576A4; US20140167694A1; PL2932576T3; EP2932576C0; ES3009369T3; WO2014093237A1; US20180009324A1; US10814734B2; EA201591142A1; CN104919673A; CN108202641B; EP2932576A1; EA032517B1; HRP20250046T1

Description

Opis

OSNOV PRONALAZAKA.

OBLAST TEHNIKE.

[0001] Primeri izvođenja koji su ovde opisani i za koje se traži zaštita, uopšteno se odnose na sisteme, aparate i postupke za istovremeno punjenje baterija više električnih vozila. Preciznije, najmanje neki od ovde opisanih primera izvođenja odnose se na sisteme, aparate i postupke za punjenje električnih vozila nezavisno od električne mreže, koristeći tečni prirodni gas (koji se ovde naziva „LNG“) ili prirodni gas („NG“) kao izvor energije.

STANJE TEHNIKE.

[0002] Problematika globalnih klimatskih promena i sve veće cene benzina ponovo su podstakle interesovanje javnosti i potražnju za „zelenom“ tehnologijom. Upotreba električnih pogonskih sistema u vozilima ima potencijal da bude jeftina i da u velikoj meri smanji emisiju gasova staklene bašte. Međutim, veruje se da električna vozila nikada neće biti uspešna sve dok se ne obezbede osećaj koji daju obična vozila sa pogonom na benzin. Proizvođači su počeli da se bave ovim problemom. Na primer, neki električni automobili „puze” kada se noga skine sa kočnice, baš kao i običan automobil. Za ovo nema razloga osim da se obezbedi osećaj koji daje obično vozilo.

[0003] Jedna oblast koja predstavlja manjkavost industrija električnih vozila je vreme potrebno da se električno vozilo sasvim napuni. Smatra se da je postojećim sistemima za punjenje koji se oslanjaju na električnu mrežu (čak i onima koji su označeni kao „brzi“ sistemi za punjenje) potrebno trideset (30) minuta ili više da bi se električno vozilo u potpunosti napunilo. Veruje se da javnost neće u velikoj meri prihvatiti električna vozila sve dok ne postane moguće da se električnim vozilom doveze do servisne stanice, da se ono uključi na punjenje, provuče kreditna kartica, uđe na šolju kafe, izađe, isključi električno vozilo i odveze, baš kao što to može da se radi sa običnim vozilom. Takođe se veruje da primena postojećih sistema za punjenje ne može da bude široko rasprostranjena na isplativ način zbog toga što se intenzivno oslanjaju na električnu mrežu. Postojeći sistem za proizvodnju i distribuciju električne energije nije u stanju da obezbedi punjenje značajnog broja električnih vozila u špicu. Proširenje sistema za proizvodnju i distribuciju električne energije biće neophodno. Pošto brzo punjenje predstavlja veoma veliko opterećenje za mrežu, komunalna preduzeća će verovatno nametnuti značajno više tarife, u zavisnosti od potražnje, za svako punjenje.

[0004] Dakle, postoje najmanje dva nedostatka postojećih sistema za punjenje koji se oslanjaju na električnu mrežu: vreme potrebno za punjenje i krajnja cena električne energije iz mreže. Sistem za brzo punjenje koji je ovde otkriven i za koji se traži zaštita, rešava oba ova problema.

[0005] WO 2009/105448 A2 je usmeren na sistem gorivnih ćelija pogodan za punjenje električnog vozila u kome se punjenje isporučuje iz sistema gorivnih ćelija do baterije električnog vozila preko interfejsa vozila bez upotrebe pretvarača jednosmerne struje u naizmeničnu struju.

[0006] US 2005/0287404 A1 je usmeren na sistem gorivnih ćelija i sistem za uklanjanje nečistoća iz katalizatora.

KRATAK OPIS PRONALAZAKA.

[0007] Sistem za brzo punjenje obezbeđuje postupak za istovremeno punjenje baterija više električnih vozila, u velikoj meri nezavisno od električne mreže (struja koja se koristi za punjenje električnih vozila ne potiče iz mreže; međutim, određene komponente primera izvođenja koji su ovde opisani i za koje se traži zaštita, mogu da se napajaju iz mreže), koristeći LNG ili NG kao izvor energije. On može efikasno da obezbedi jednosmernu struju za punjenje prilagođenu zahtevima pojedinačnih vozila koja se pune. Procenjuje se da vozilo sa kapacitetom baterije od 85 kWh može potpuno da se napuni za manje od 10 minuta ako se koristi sistem za brzo punjenje.

[0008] U prvom primeru izvođenja, obezbeđeno je postrojenje za punjenje električnih vozila koje sadrži komponentu za generisanje struje, za generisanje jednosmerne električne struje, pri čemu komponenta za generisanje struje sadrži više gorivnih ćelija uključujući stek od oko deset pojedinačnih gorivnih ćelija sa membranama od polimernog elektrolita, koje funkcionišu nezavisno, gorivnu komponentu koja snabdeva gorivom komponentu za generisanje struje, komponentu za punjenje koja je električno povezana sa komponentom za generisanje struje, za punjenje električnog vozila koristeći jednosmernu električnu struju, pri čemu komponenta za punjenje sadrži prvu korisničku stanicu za punjenje i komponentu kontrolnog sistema, pri čemu komponenta kontrolnog sistema sadrži procesor, memoriju i instrukcije deponovane u memoriji koje procesor može da izvrši kako bi se aktivirao veći broj gorivnih ćelija pojedinačno i u nizu, kako bi se zadovoljila potreba za energijom komponente za punjenje, a na osnovu informacija u vezi sa količinom punjenja i brzinom punjenja koju šalje prva korisnička stanica za punjenje, izračunala potrebna količina goriva i prilagodio maseni protok goriva od gorivne komponente do komponente za generisanje struje.

[0009] U jednom primeru je obezbeđeno postrojenje za punjenje električnih vozila koje uključuje komponentu za generisanje struje, gorivnu komponentu, komponentu za punjenje i komponentu kontrolnog sistema. Komponenta za generisanje struje proizvodi jednosmernu električnu struju i uključuje veći broj gorivnih ćelija kapaciteta između približno 400 kW i približno 500 kW. Gorivna komponenta snabdeva komponentu za generisanje struje prirodnim gasom. Komponenta za punjenje je električno povezana sa komponentom za generisanje struje, za punjenje električnih vozila korišćenjem jednosmerne električne struje i uključuje najmanje jednu korisničku stanicu za punjenje. Komponenta za generisanje struje takođe uključuje pretvarač za pretvaranje najmanje dela jednosmerne električne struje u naizmeničnu električnu struju. Komponenta kontrolnog sistema sadrži procesor, memoriju i instrukcije deponovane u memoriji koje procesor može da izvrši kako bi se aktivirao veći broj gorivnih ćelija u nizu, kako bi se zadovoljila potreba za energijom komponente za punjenje.

[0010] Smatra se da drugi primeri izvođenja koji uključuju neku kombinaciju karakteristika razmatranih prethodno u tekstu i u nastavku teksta, kao i druge karakteristike koje su poznate u tehnici, spadaju u patentne zahteve čak i ako ovi primeri izvođenja nisu ovde posebno identifikovani i razmatrani.

KRATAK OPIS NEKOLIKO PRIKAZA CRTEŽA.

[0011] Ove i druge karakteristike, aspekti, objekti i prednosti ovde opisanih primera izvođenja za koje se traži zaštita bolje će se razumeti nakon razmatranja detaljnog opisa koji sledi, priloženih patentnih zahteva i pratećih crteža gde:

Slika 1 je blok dijagram koji prikazuje nekoliko komponenti sistema za brzo punjenje; Slika 1A je rašireni prikaz gorivne komponente 200 sistema za brzo punjenje;

Slika 1A-1 je rašireni prikaz gorivne komponente 200 i komponente 300 za generisanje struje sistema za brzo punjenje;

Slika 1A-2 je rašireni prikaz komponente 400 za punjenje sistema za brzo punjenje;

Slika 2 je dijagram toka koji prikazuje proces pokretanja transakcije prema prvom primeru izvođenja;

Slika 3 je dijagram toka koji prikazuje proces amortizacije gasnog toka prema prvom primeru izvođenja;

Slika 4 je dijagram toka koji prikazuje proces praćenja pritiska za rezervoar za amortizaciju gasa prema prvom primeru izvođenja;

i,

Slika 5 je dijagram toka koji prikazuje proces praćenje i završetka transakcija.

[0012] Trebalo bi razumeti da crteži nisu nužno u razmeri i da su primeri izvođenja ponekad ilustrovani grafičkim simbolima, bledim ili isprekidanim linijama, prezentovnjem putem dijagrama i fragmentarnim prikazima. U određenim slučajevima, detalji koji nisu neophodni za razumevanje ovde opisanih primera izvođenja za koje se traži zaštita, ili zbog kojih postaje teško da se shvate drugi detalji, možda su izostavljeni. Trebalo bi razumeti, naravno, da pronalasci koji su ovde opisani nisu nužno ograničeni na konkretne ilustrovane primere izvođenja. Zapravo, očekuje se da stručnjaci u oblasti mogu da osmisle niz alternativnih konfiguracije koje su slične i ekvivalentne ovde prikazanim i opisanim primerima izvođenja, bez odstupanja od duha i obima patentnih zahteva.

[0013] Isti referentni brojevi će se koristiti za označavanje istih ili sličnih delova od slike do slike u detaljnom opisu crteža koji sledi.

[0014] //

[0015] //

DETALJAN OPIS PRONALAZAKA.

[0016] Pozivajući se prvo na sliku 1, blok dijagram prikazuje prvi primer izvođenja sistema 1 za brzo punjenje. Sistem 1 za brzo punjenje uključuje četiri glavne komponente, komponentu 100 automatizovanog kontrolnog sistema, gorivnu komponentu 200, komponentu 300 za generisanje struje i komponentu 400 za punjenje. Komponenta 100 automatizovanog kontrolnog sistema kontroliše sistem. Gorivna komponenta 200 skladišti LNG i pretvara ga, kontrolisanom i promenljivom brzinom, u prirodni gas koji će se koristiti za proizvodnju jednosmerne struje za punjenje električnih vozila. U alternativnom primeru izvođenja, gorivna komponenta 200 može da obezbedi NG u cevovodu pod niskim pritiskom umesto da skladišti i pretvara LNG. Komponenta 300 za generisanje struje, koristeći prirodni gas iz gorivne komponente 200, proizvodi, kontrolisanom i promenljivom brzinom, jednosmernu struju 302 za komponentu 400 za punjenje i toplu vodu 502 koju koristi gorivna komponenta 200, i može opciono da proizvodi naizmeničnu struju 304 koja može da se vrati u mrežu uz naknadu ili da se koristi u druge svrhe u postrojenju. Komponenta 400 za punjenje je element koji se koristi za isporuku jednosmerne struje 302 korisniku putem zasebnih korisničkih stanica 410A, 410B za punjenje (prikazane na slici 1A-2).

[0017] Pozivajući se sada na sliku A1-1, komponenta 100 automatizovanog kontrolnog sistema kontroliše sistem. Na individualnoj korisničkoj stanici 410A, 410B za punjenje, korisnici će izabrati vreme punjenja, pri čemu je cena viša, što je vreme kraće. Tačnije, korisnik unosi vreme i količinu punjenja. Na primer, korisnik može da izabere vreme punjenja od 15 minuta i ukupno punjenje od 80% ukupnog kapaciteta sistema baterije vozila. Alternativno, korisniku se može da se prikaze veći broj opcija za punjenje koje predstavljaju različita vremena punjenja, različite ukupne napunjenosti, različite brzine punjenja i različite cene, od kojih korisnik može da bira. Utikač za povezivanje vozila sa stanicom 410A, 410B za punjenje će saopštiti nivo napunjenosti u sistemu vozila pre nego što punjenje počne, kao i karakteristike i mogućnosti sistema baterije vozila. Automatizovani kontrolni sistem 100 će registrovati informacije o plaćanju korisnika, količinu i brzinu punjenja, i izračunati zapreminu prirodnog gasa 273 potrebnu da bi komponenta 300 za generisanje struje generisala jednosmernu struju 302 potrebnu za punjenje svih vozila na stanici i količinu LNG neophodnu za proizvodnju tog prirodnog gasa 273. Tačnije, automatizovani kontrolni sistem 100 izračunava količinu struje koja je potrebna za punjenje baterije korisnika u odabranom vremenu. Potrebna zapremina prirodnog gasa 273 bazira se na efikasnosti i produktivnosti gorivne ćelije(a) 310. Potrebna zapremina LNG bazira se na efikasnosti i produktivnosti brzog transformatora tečnog u prirodni gas (koji se ovde označava sa „LNFT ") 230.

[0018] Automatizovani kontrolni sistem 100 takođe kontroliše i nadgleda druge komponente u sistemu. Komponenta automatizovanog kontrolnog sistema 100 takođe prati LNG snabdevanje LNG, obezbeđuje sistem izračunavanja i naplate i prati performanse različitih komponenti. Sistem 1 za brzo punjenje može da se nadgleda lokalno, na daljinu ili na oba načina.

[0019] U prikazanom primeru izvođenja na slici 1A, gorivna komponenta 200 skladišti LNG i konvertuje ga, kontrolisanom i promenljivom brzinom, u prirodni gas 273 koji će se koristiti za proizvodnju jednosmerne struje 302 za punjenje električnih vozila. Gorivna komponenta 200 se sastoji od tri elementa - rezervoara 210 za skladištenje LNG, LNFT 230 i sistema 250 za amortizaciju protoka gasa.

[0020] Rezervoar 210 za skladištenje LNG je standardni LNG kriogeni kontejner sa dvostrukim zidom koji može da održava LNG 214 na potrebnoj temperaturi. Rezervoar 210 za skladištenje LNG je konvencionalni ili standardni rezervoar. LNG 214 se skladišti na približno -260 stepeni F. Iako na toj temperaturi postoji pri atmosferskom pritisku, rezervoari za LNG obično su ocenjeni na 200 psig. LNG 214 se obično skladišti na 40 psig. Veličina rezervoara zavisiće od tržišta na lokaciji instalacije, kao i od učestalosti isporuke zamene za LNG 214. Očekuje se da ni u kom slučaju rezervoar neće biti veći od onog sa kapacitetom od oko 3000 galona LNG.

[0021] Rezervoar 210 za skladištenje LNG može da sadrži unutrašnju potopljenu pumpu 212 promenljive brzine, za slanje LNG 214 u LNFT 230. Veličina pumpe 212 promenljive brzine zavisiće od broja stanica 410A, 410B za punjenje, kapaciteta LNFT 230 i očekivanog tržišta. Za punjenje baterije od 85 kWh u roku od približno pet minuta biće potreban istovremeni rad jednog steka gorivnih ćelija od 500 kW ili pet stekova gorivnih ćelija od 100 kW. U oba slučaja, gorivni stek(ovi) će zahtevati približno 1⁄2 galona LNG po minuti energije. Ako bi instalacija servisne stanice imala deset stekova gorivnih ćelija od 100 kW, tada bi maksimalni protok iz pumpe sa promenljivom brzinom bio 1 galon u minuti. Nivo pritiska potreban za pumpu biće specifična za dizajn cevi na pojedinačnoj lokaciji. Kao opcija, pumpa 212 može da bude eksterna ili uključena unutar LNFT 230.

[0022] LNFT 230 proizvodi gorivo (prirodni gas 243) potrebno za komponentu 300 za generisanje struje, brzom i automatizovanom transformacijom, uz kontrolu pritiska i protoka, LNG 214 u prirodni gas 243. Upumpani LNG 214 se prihvata u LNFT 230, a zatim interno pojačava pumpom 232 visokog pritiska i šalje u vaporizator 234. Veličina pumpe 232 zavisiće od specifičnog gubitka pritiska u cevovodu na lokaciji, kao i od specifičnih zahteva vaporizatora 234 po pitanju pritiska. Zagrevanje pojačanog LNG 233 u vaporizatoru 234 se u početku vrši pomoću električnog otpora, a kasnije toplom vodom 502 iz sistema za rekuperaciju toplote u adaptiranoj gorivnoj ćeliji 310. Vaporizator 234 je sličan LNG vaporizatoru sa vodenim kupatilom koje ima električni grejač, a koga proizvodi kompanije DenEB Solutions, ili ekvivalentan, modifikovan da prihvata toplu vodu 502 koja se zagreva korišćenjem regenerisane toplote iz komponente 300 za generisanje struje. Iz vaporizatora 234, prirodni gas 235 se šalje u grejač 236 za gas. Umesto da se ispušta u okolinu, ispareni gas (koji se ovde označava kao „BOG“, engl. Boil Off Gas)) 216 iz rezervoara 210 za skladištenje LNG se izvlači, prima ga LNFT 230 i šalje direktno u BOG kompresor 238. Komprimovani BOG 239 se šalje pomoću BOG kompresora 238 u grejač 236 za gas. Zagrevanje gasa 235, 239 u grejaču 236 za gas takođe se inicijalno obavlja pomoću grejanja uz električni otpor i kasnije toplom vodom 502 iz sistema za rekuperaciju toplote u gorivnim ćelijama. Svrha grejača za gas je da zagreje kombinovani gas iz vaporizatora 234 i BOG kompresora 238 do temperature ambijentalnog vazduha, ili u okviru zahteva sklopa stekova gorivnih ćelija po pitanju temperature ulaznog gasa. Posle 236 grejača za gas, protok i pritisak prirodnog gasa 240 se kontrolišu interno od strane jedinice 242 za kontrolu protoka i pritiska. Jedinica 242 za kontrolu protoka i pritiska je standardni deo svih standardnih sklopova vaporizatora.

[0023] Sistem za amortizaciju protoka gasa 260 je namenjen da obezbedi trenutni protok prirodnog gasa 243 od gorivne komponente 200 do komponente 300 za generisanje struje po pokretanju sistema i da omogući brzo podešavanje protoka goriva prigušivanjem uskladištenog komprimovanog prirodnog gasa 267 iz rezervoara 266 za amortizaciju gasa. Prirodni gas 243 sa kontrolisanim protokom i pritiskom prihvata se u sistem 260 za amortizaciju protoka gasa i može da se pošalje komponenti 300 za generisanje struje direktno ili indirektno. U direktnoj ruti, prirodni gas 243 prolazi kroz senzor 263 pritiska i protoka gasa, senzor 265 temperature gasa, linijski grejač 270 gasa i kontrolni ventil 272 za izlaz gorivne komponente. Svrha sistema 260 za amortizaciju gasa je da amortizuju protok prirodnog gasa i da može brže da menja protok, a da ne bude nužno povećanje ukupnog kapaciteta. Protok prirodnog gasa 273 koji izlazi iz gorivne komponente 200 zavisiće od potražnje komponente 300 za generisanje struje. Ako bi postojalo deset stekova gorivnih ćelija od 100 kW koje rade istovremeno sa maksimalnim izlazom, onda bi protok prirodnog gasa bio približno 120 kubnih stopa u minuti, kao što je prikazano u tabeli u nastavku teksta.

Temperatura prirodnog gasa 273 trebalo bi da da bude bliska temperaturi okoline i u okviru radnih parametara sistema gorivnih ćelija. Pritisak bi trebalo da bude blizu atmosferskog pritiska.

[0024] U indirektnoj ruti, prirodni gas 243 zaobilazi senzor 263 pritiska i protoka gasa, i usmerava se kroz dovodni ventil 264 sistema za amortizaciju gasa na putu do rezervoara 266 za amortizaciju gasa, za kasniju upotrebu od strane komponente 300 za generisanje struje. Pritisak u rezervoaru 266 za amortizaciju gasa se nadgleda pomoću uređaja 261 za detekciju pritiska. Rezervoar 266 za amortizaciju gasa omogućava trenutni odgovor kada korisnik zatraži punjenje jednosmernom strujom. Iako postoji skoro trenutni odgovor od strane komponente 300 za generisanje struje (npr. ako se koristi gorivna ćelija sa membranom od polimernog elektrolita), što znači da kada se gas uvede u adaptiranu gorivnu ćeliju 310, struja se generiše skoro trenutno, što nije slučaj sa procesom regasifikacije u LNFT 230. Rezervoar 266 za amortizaciju gasa, sa druge strane, može trenutno da obezbedi prirodni gas 273 za komponentu 300 za generisanje struje, ostavljajući vremena da LNFT 230 dostigne pun radni potencijal. Pored toga, tokom perioda trenutne potražnje koja premašuje kapacitet LNFT 230, ili za stabilizaciju masenog toka prirodnog gasa 273 do komponente 300 za generisanje struje, uskladišteni prirodni gas 267 može da se priguši putem ispusnog ventila 268 rezervoara za amortizaciju gasa na izlaznoj strani senzora 263 za pritisak i protok gasa. Rezervoar 266 za amortizaciju gasa bi trebalo da bude rezervoar za skladištenje CNG tipa 1 koji može da skladišti do 10000 cu. Ft. prirodnog gasa ispod 5000 psi, što je industrijski standard. Prirodni gas 246 može da se skladišti u rezervoaru za amortizaciju na približno 3600 psi. Kada prirodni gas izađe iz rezervoara 266, biće hladan dok se širi do atmosferskog pritiska i biće neophodno da se zagreje. Potrebna količina zagrevanja zavisiće od stvarnog pritiska u rezervoaru 266 za amortizaciju. Linijski grejač 270 za gas je standardni sistem za tretman gasa. Iz sistema 260 za amortizaciju protoka gasa, prirodni gas 273 se isporučuje u sistem 312 za preradu goriva u komponenti 300 za generisanje struje.

[0025] U alternativnom primeru izvođenja, gorivna komponenta 200 izostavlja LNG, LNG rezervoar 210, LNFT 230 i sistem 260 za amortizaciju gasa, i umesto toga jednostavno snabdeva prirodni gas niskog pritiska kroz cevovode odgovarajuće veličine sa regulatorima protoka i drugim neophodnim komponentama poznatim u stanju tehnike u vezi sa komponentom 300 za generisanje struje. U ovom primeru izvođenja, prirodni gas bi da se gorivna komponenta bi se snabdevala prirodnim gasom, na primer, od strane lokalnog preduzeća za prirodni gas kroz cevovode velikog kapaciteta.

[0026] Komponenta 300 za generisanje struje, koristeći prirodni gas 273 iz gorivne komponente 200, proizvodi, kontrolisanom i promenljivom brzinom, jednosmernu struju 302 za komponentu 400 za punjenje, toplu vodu 323 koja se koristi u LNFT 230 za konverziju LNG 214 u prirodni gas 243, i, opciono, naizmeničnu struju 304, koja, kada je to pogodno, može da se vrati u mrežu uz naknadu. Komponenta 300 za generisanje struje, prikazana na slici 1A-1, sastoji se od sistema 312 za obradu goriva, sklopa 314 gorivne ćelije i termičkog kontrolnog sistema 320. Sistem 312 za obradu goriva izvlači vodonik iz prirodnog gasa pomoću procesa katalitičkog reforminga, ili drugog odgovarajućeg postupka. Vodonik 313 se šalje u sklop 314 gorivne ćelije na približno atmosferskom pritisku za proizvodnju jednosmerne struje 301. Sklop 314 gorivnih ćelija se sastoji od steka od i do približno deset pojedinačnih gorivnih ćelija sa membranom od polimernog elektrolita (PEM), od kojih je svaka sposobna da proizvede do 100 kW. Ove gorivne ćelije rade nezavisno i aktiviraju se pojedinačno i u nizu, od strane komponente 100 automatizovanog kontrolnog sistema, kako bi se ispunile energetske potrebe komponente 400 za punjenje. U ovom primeru izvođenja, ne bi bilo neophodno da komponenta 200 za generisanje struje proizvodi naizmeničnu struju 304 , jer izlazna snaga sklopa 314 gorivnih ćelija može lako da se prilagodi zahtevima komponente 400 za punjenje. Rad svake gorivne ćelije sklopa gorivnih ćelija može da se randomizuje kako bi se izjednačilo habanje različitih jedinica. Struja 301 koju proizvode pojedinačne gorivne ćelije u sklopu gorivnih ćelija, šalje se u centralni monitor 316 DC električnog sistema komponente 300 za generisanje struje i odatle u komponentu 400 za punjenje.

[0027] Alternativno, sklop 314 gorivne ćelije može da sadrži jednu ili više adaptiranih gorivnih ćelija, od kojih je svaka sposobna da proizvede do, na primer, približno 400-500 kW jednosmerne struje, dizajnirane da rade sa drugim komponentama sistema za brzo punjenje. U ovom slučaju, smatra se da će gorivna ćelija raditi sve vreme. Višak kapaciteta koji ne koristi komponenta 400 za punjenje bi se konvertovao u naizmeničnu struju 304 i ili koristio u postrojenju, ili bi se vraćao u mrežu uz naknadu. Za ovaj primer izvođenja, sistem 260 za amotrizaciju protoka gasa ne bi bio neophodan.

[0028] PEM gorivne ćelije uobičajeno rade na 50 do 100 stepeni Celzijusa. Termički kontrolni sistem 320 vraća višak toplote koju generišu gorivne ćelije za upotrebu u procesu vaporizacije LNG. Sistem 500 vodenog hlađenja sa zatvorenom petljom, prikazan na slici 1A-1, koristi se sa izmenjivačem 322 toplote za hlađenje gorivnih ćelija sklopa 314 gorivnih ćelija i za obezbeđivanje tople vode u LNFT 230 za konverziju LNG u prirodni gas. Pumpa 504 za toplu vodu povlači visokotemperaturnu izlaznu vodu 502 iz izmenjivača toplote 322. Izlazna voda pumpe se usmerava ka vaporizatoru 234 i grejaču 236 gasa, koji su paralelno poređani.

Niskotemperaturna izlazna voda 505 iz LNFT 230 se tretira u sistemu 506 za tretiranje vode pre nego što se vrati nazad u izmenjivač 322 toplote adaptirane gorivne ćelije 310. Svrha tretmana je u osnovi filtriranje vode kojim se uklanjanju bilo kakve čestice ili nečistoće koje su u nju možda dospele pri protoku kroz proces vaporizatora.

[0029] Komponenta 400 za punjenje je element koji se koristi da se jednosmerna struja 302 dodeeli korisniku preko zasebnih korisničkih stanica 410A, 410B za punjenje. Prikazane su dve korisničke stanice 410A, 410B za punjenje, iako može da bude obezbeđen bilo koji broj. Korisnička stanica 410A, 410B za punjenje može da bude bilo koji tip odgovarajućeg uređaja za komunikaciju sa komponentom 100 automatizovanog kontrolnog sistema. Korisnička stanica za punjenje može da uključuje jedan ili više procesora, memorija i komunikacionih interfejsa, koji su svi međusobno komunikacijski povezani. Svaki procesor može da uključuje, na primer, jedan ili više mikroprocesora integrisanog kola, a svaka memorija može da bude ROM, fleš memorija, nepromenljiva memorija, optička memorija, magnetni medijum, kombinacije ovih navedenih ili bilo koja druga pogodna memorija. Svaka memorija može da uključuje više od jednog fizičkog elementa, a takođe može da uključuje i brojne softverske rutine, programske korake ili module koje procesor može da izvršava kako bi izvodio različite funkcije i procese opisane u ovom tekstu.

[0030] Tipična lokacija će uključivati od četiri do osam korisničkih stanica 410A, 410B za punjenje. Pošto napon jednosmerne struje 302 koju generiše komponenta 300 za generisanje struje varira po veličini, on mora da se konvertuje pomoću izolovanog DC/DC pretvarača 402 unutar komponente 400 za punjenje. Svaka korisnička stanica za punjenje će imati sopstveni regulator 412A , 412B konstantnog napona, modul 414A, 414B za praćenje kontrole struje i korisnički uređaj 416A, 416B za unos podataka i merenje.

[0031] Komponenta 100 automatizovanog kontrolnog sistema obezbeđuje interfejs 110 za obračun i naplatu, sistemsku kontrolu 140 i sistemski monitor 170. Komponenta 100 automatizovanog kontrolnog sistema može da uključuje jedan ili više procesora, memorija i komunikacionih interfejsa, koji su svi međusobno komunikaciono povezani. Svaki procesor može da sadrži, na primer, jedan ili više mikroprocesora integrisanog kola, a svaka memorija može da bude ROM, fleš memorija, nepromenljiva memorija, optička memorija, magnetni medijum, kombinacije ovih navedenih ili bilo koja druga pogodna memorija. Svaka memorija može da sadrži više od jednog fizičkog elementa, a takođe može da uključuje i brojne softverske rutine, programske korake ili module koje procesor može da izvršava kako bi izvodio različite funkcije i procese opisane u ovom tekstu.

[0032] Sistemska kontrola 140 komunicira sa i/ili kontroliše unutrašnju potopljenu pumpu 212 promenljive brzine, senzor 263 za pritisak i protok gasa, senzor 265 za temperaturu gasa, dovodni ventil 262 sistema za amortizaciju gasa, ispusni ventil 268 rezervoara za amortizaciju gasa, kompresor 264 za gas, uređaj 261 za detekciju pritiska, DC/AC pretvarač 318 i korisnički uređaj 416A, 416B za unos podataka i merenje. Sistemski monitor 170 komunicira sa i/ili nadgleda nivo LNG u rezervoaru 210 za skladištenje LNG, senzor 263 za pritisak i protok gasa, senzor 265 za temperaturu gasa, uređaj 261 za detekciju pritiska, DC električni sistem 316 i korisnički uređaj 416A, 416B za unos podataka i merenje. Mrežne međusobne veze između komponente 100 automatizovanog kontrolnog sistema i ostalih komponenti sistema za brzo punjenje mogu se implementirati preko zajedničke, javne ili privatne mreže i obuhvataju široko ili lokalno područje. Mreža se može implementirati putem bilo koje pogodne kombinacije žičnih i/ili bežičnih komunikacionih mreža. Na primer, mreža se može implementirati putem mreže širokog područja (WAN), lokalne mreže (LAN), intraneta ili interneta.

[0033] Pozivajući se sada na sliku 2, dijagram toka prikazuje proces pokretanja transakcije prema prvom primeru izvođenja. Proces pokretanja transakcije počinje nakon što je korisnik odabrao vreme punjenja i izvršio plaćanje (npr. gotovina) ili uneo informacije o plaćanju (npr. broj debitne ili kreditne kartice) na korisničkoj stanici 410A, 410B za punjenje. U inicijalnom koraku 602, stanica 410A, 410B za punjenje šalje informacije u interfejs 110 za obračun i naplatu komponente 100 automatizovanog kontrolnog sistema u vezi sa raspoloživim sredstvima i naplatom, količinom punjenja i brzinom punjenja. U sledećim koracima 604, 606, 608, interfejs 110 za obračun i naplatu izračunava jednosmernu struju potrebnu za transakciju, izračunava vrednost transakcije na osnovu predefinisanih cena struje i proverava kredite i limite. U sledećem koraku 610, interfejs 110 za obračun i naplatu određuje da li je kredit dovoljan. Ako nije, u sledećem koraku 612, interfejs 110 za obračun i naplatu odbija prodaju zbog nedovoljnog kredita. Ako je kredit dovoljan, u sledećem koraku 614, interfejs 110 za obračun i naplatu izračunava potrebnu količinu goriva i prenosi tu informaciju sistemskoj kontroli 140. U sledećem koraku 616, sistemska kontrola 140 aktivira i podešava pumpu 212 u rezervoaru 210 za skladištenje LNG za dodavanje toka LNG u LNFT 230. U koraku 618, sistemska kontrola 140 dopunjuje tok prirodnog gasa 243 iz LNFT 230, ako je potrebno, dodavanjem prirodnog gasa 267 iz rezervoara 266 za amortizaciju gasa putem procesa amortizacije toka gasa koji je prikazan na slici 3 i opisan u nastavku teksta. U koraku 620, sistemska kontrola 140 podešava maseni protok prirodnog gasa 270 od gorivne komponente 200 do komponente 300 za generisanje struje, tako što podešava kontrolni ventil 272 izlaza gorivne komponente. U koraku 622, sistemski monitor 170 prati jednosmernu struju 302. Predviđeno je da se koraci 616, 618, 620 i 622 odvijaju istovremeno, ali mogu da se iniciraju bilo kojim redosledom. U finalnom koraku jednosmerna struja 302 se isporučuje u korisničku stanicu 410A, 410B za punjenje.

[0034] Pozivajući se sada na sliku 3, dijagram toka prikazuje proces amortizacije protoka gasa prema prvom primeru izvođenja. U koraku 632, sistemska kontrola 140 automatizovanog kontrolnog sistema 100 kontinuirano proverava da li je prirodni gas 273 neophodan za komponentu 300 za generisanje struje, kako bi obezbedila dovod jednosmerne struje 302 za transakciju koja je u toku. Proces amortizacije protoka gasa se završava kada jednosmerna struja 302 više nije potrebna za transakciju koja je u toku. U koraku 634, sistemski monitor 170 automatizovanog kontrolnog sistema 100 kontinuirano prati brzinu protoka i pritisak prirodnog gasa 243 preko senzora 263 za pritisak i protok gasa. U koraku 636, sistemska kontrola 140 kontinuirano utvrđuje da li su pritisak i protok dovoljni. Ako nisu, u koracima 638 i 640, sistemska kontrola 140 otvara ispusni ventil 268 rezervoara za amortizaciju gasa, a sistemski monitor 170 meri temperaturu gasa preko senzora 265 za temperaturu gasa. U koraku 642, sistemska kontrola 140 kontinuirano utvrđuje kada je temperatura gasa prihvatljiva za komponentu 300 za generisanje struje. Generalno, ovo će biti temperatura okoline, iako će zavisiti od specifikacije proizvođača gorivnih ćelija. Ako nije, u koraku 644, sistemska kontrola 140 aktivira linijski gasni grejač 270. Ako se u koraku 642 utvrdi da je temperatura gasa prihvatljiva, sistemska kontrola 140 otvara kontrolni ventil 272 za izlaz gorivne komponente u koraku 646. U koraku 648, prirodni gas 273 se šalje do komponente za generisanje struje. Ako se u koraku 636 utvrdi da su pritisak i protok dovoljni, inicira se korak 646.

[0035] Pozivajući se sada na sliku 4, dijagram toka prikazuje proces praćenja pritiska rezervoara 266 za amortizaciju gasa, koji obezbeđuje da se rezervoar za amortizaciju gasa održava pod adekvatnim pritiskom. Predviđeno je da se rezervoar 266 za amortizaciju gasa održava na oko 500 psi kako bi se izbegla potreba za zagrevanjem prirodnog gasa 267 kada se prigušuje za upotrebu u komponenti 300 za generisanje struje. Međutim, prirodni gas 267 bi mogao da se skladišti na mnogo višem pritisku, na primer, 3000 psi, ali u tom slučaju grejač 270 za gas će najverovatnije biti neophodan da zagreje prirodni gas 273 pre nego što se pošalje do komponente 300 za generisanje struje. U koraku 650, sistemski monitor 170 automatizovanog kontrolnog sistema 100 kontinuirano prati pritisak gasa u rezervoaru 266 za amortizaciju gasa preko uređaja 261 za detekciju pritiska. U koraku 652, sistemska kontrola 140 automatizovanog kontrolnog sistema 100 određuje da li je pritisak dovoljan. Ako jeste, ponovo se inicira korak 650. Ako pritisak gasa nije dovoljan, sistemska kontrola 140 otvara dovodni ventil 262 sistema za amortizaciju gasa u koraku 654 i aktivira kompresor za gas u koraku 656. U koraku 658, sistemski monitor 170 prati pritisak gasa u rezervoaru 266 za amortizaciju gasa tokom proces punjenja. U koraku 660, sistemska kontrola 170 određuje da li je rezervoar 266 za amortizaciju gasa pun (tj. da li je pritisak dostigao predefinisani prag). Ako nije, proces se vraća na korak 658. Ako se utvrdi da je rezervoar 266 za amortizaciju gasa pun, sistemska kontrola 140 deaktivira kompresor 264 za gas i zatvara dovodni ventil 262 sistema za amortizaciju gasa u koracima 662 i 664. U ovom trenutku, proces se vraća na korak 650.

[0036] Pozivajući se sada na sliku 5, dijagram toka prikazuje proces praćenja i završetka transakcije. U koraku 670, korisnička stanica 410A, 410B za punjenje šalje informacije, uključujući kompletnost naplate, u vezi sa statusom naplate, sistemskom monitoru 170 komponente 100 automatizovanog kontrolnog sistema. Na primer, ako je korisnik izabrao 75% napunjenosti, a vozilo je sada 60% napunjeno, te informacije se saopštavaju automatizovanom kontrolnom sistemu. U koraku 672, sistemska kontrola 140 komponente 100 automatizovanog kontrolnog sistema određuje da li je punjenje dostiglo 95% puta do završetka. Ako nije, sistemska kontrola 140 nastavlja punjenje u koraku 674 i proces se vraća na korak 670. Ako punjenje dostigne 95% potpune napunjenosti, sistemska kontrola 140 određuje da li je punjenje dostiglo 100% potpune napunjenosti. Ako nije, sistemska kontrola 140 u koraku 678 usporava proces punjenja smanjujući za 50% protok LNG potreban za transakciju do LNFT 230 podešavanjem brzine pumpe 212 u rezervoaru 210 za skladištenje LNG, i u koraku 680 podešava izlazni kontrolni ventil gorivne komponente tako da nadomesti smanjenje toka prirodnog gasa 273 do komponente 300 za generisanje struje. U koraku 682, sistem 1 za brzo punjenje nastavlja da puni vozilo korisnika sa smanjenom brzinom. Proces se zatim neprekidno kreće u petlji između koraka 670, 672, 676, 680 i 682 dok se u koraku 676 ne utvrdi da je punjenje 100% završeno. Kada se to desi, sistemska kontrola 140 u koraku 684 smanjuje izlaz jednosmerne struje 302 iz komponente 300 za generisanje struje za iznos koji je dodeljen transakciji (ako se nijedno drugo vozilo ne puni, jednosmerna struja 302 će biti smanjena na nulu; ako se druga vozila pune, jednosmerna struja 302 će biti smanjena na kumulativni iznos potreban za druge transakcije). U koracima 686 i 688, sistemska kontrola 140 podešava izlazni kontrolni ventil 272 gorivne komponente kako bi se eliminisao tok prirodnog gasa 273 od gorivne komponente 200 do komponente 300 za generisanje struje i podešava brzinu pumpe 212 kako bi se eliminisala brzina protoka LNG 214 potrebnog za transakciju (ako se druga vozila ne pune, ventil 272 za kontrolu izlaza gorivne komponente će se potpuno zatvoriti i pumpa 212 će se isključiti; ako se druga vozila pune, ventil 272 za kontrolu izlaza gorivne komponente će biti prigušen i brzina pumpe 212 će se smanjiti da bi se obezbedila kumulativna količina LNG 214 i prirodnog gasa 273 koji su potrebni za druge transakcije). U koraku 690, interfejs 110 za obračun i naplatu naplaćuje cenu transakcije sa kreditne ili debitne kartice klijenta. U koraku 692, punjenje je okončano i transakcija je završena.

[0037] Pronalazak je definisan predmetom patentnih zahteva.

[0038] Iako su pronalasci koji su ovde opisani i za koje se traži zaštita, opisani u velikoj meri detaljno, sa referencom na određene primere izvođenja, stručnjak u oblasti će razumeti da ovde opisani pronalasci za koje se traži zaštita mogu da se praktikuju i u drugim primerima izvođenja osim ovih koji su predstavljeni u cilju ilustrovanja, a ne ograničenja. Otuda obim priloženih patentnih zahteva ne bi trebalo da bude ograničen na opis primera izvođenja sadržanih u ovom tekstu.

Claims

Patentni zahtevi

1. Postrojenje za punjenje električnih vozila koje sadrži:

komponentu (300) za generisanje struje, za generisanje jednosmerne električne struje, pri čemu komponenta (300) za generisanje struje sadrži veći broj gorivnih ćelija, uključujući stek sa do oko deset pojedinačnih gorivnih ćelija sa membranom od polimernog elektrolita, koje rade nezavisno;

gorivnu komponentu (200) koja snabdeva gorivom komponentu (300) za generisanje struje;

komponentu (400) za punjenje, električno povezanu sa komponentom (300) za generisanje struje, za punjenje električnih vozila korišćenjem jednosmerne električne struje, pri čemu komponenta (400) za punjenje sadrži prvu korisničku stanicu (410A) za punjenje; i

komponentu (100) kontrolnog sistema, pri čemu komponenta (100) kontrolnog sistema sadrži procesor, memoriju i instrukcije deponovane u memoriji, koje procesor može da izvršava, za aktiviranje većeg broja gorivnih ćelija (310) pojedinačno i u nizu, kako bi bile zadovoljene potrebe za energijom komponente (400) za punjenje i na osnovu informacija u vezi sa količinom punjenja i brzinom punjenja koju šalje prva korisničke stanica za punjenje, izračunava količinu potrebnog goriva i podešava maseni protok goriva od gorivne komponente do komponente za generisanje struje.

2. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što instrukcije dalje mogu da se izvršavaju od strane procesora omogućavajući da se rad svake od većeg broja gorivnih ćelija (310) suštinski randomizuje kako bi bila zadovoljena potreba za energijom komponente (400) za punjenje.

3. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačeno time što dalje instrukcije deponovane u memoriji mogu da se izvršavaju od strane procesora, za kontrolu veličine jednosmerne električne struje koja se isporučuje, u skladu sa zahtevima električnog vozila.

4. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačeno time što dalje instrukcije deponovane u memoriji mogu da se izvršavaju od strane procesora, za primanje informacija od komponente (400) za punjenje koje daju indikacije napunjenosti električnog vozila, i za smanjenje jednosmerne električne struje koja se isporučuje, kada napunjenost električnog vozila dostigne graničnu vrednost.

5. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačeno time što navedena komponenta (400) za punjenje sadrži veći broj korisničkih stanica (410A, 410B) za punjenje, pri čemu veći broj korisničkih stanica (410A, 410B) za punjenje uključuje prvu korisničku stanicu (410A, 410B) za punjenje.

6. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što komponenta (300) za generisanje struje uključuje pretvarač za pretvaranje najmanje dela jednosmerne električne struje u naizmeničnu električnu struju.

7. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što je gorivo prirodni gas.

8. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 7, naznačeno time što se prirodni gas obezbeđuje za gorivnu komponente (200) iz cevovoda za prirodni gas visokog kapaciteta.

9. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 7, naznačeno time što gorivna komponenta (200) sadrži rezervoar za skladištenje goriva za skladištenje tečnog prirodnog gasa i transformator tečnog prirodnog gasa u prirodni gas, za transformaciju tečnog prirodnog gasa u prirodni gas.

10. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 9, naznačeno time što gorivna komponenta (200) uključuje sistem za rekuperaciju iscurelog gasa, za rekuperaciju iscurelog gasa iz rezervoara za skladištenje goriva, za upotrebu od strane komponente za generisanje struje.

11. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 9 ili 10, naznačeno time što gorivna komponenta (200) uključuje sistem (260) za amortizaciju gasa, za skoro trenutno obezbeđivanje prirodnog gasa za komponentu (300) za generisanje struje, pri čemu sistem (260) za amortizaciju gasa uključuje rezervoar za skladištenje gasa i kompresor za skladištenje prirodnog gasa na povišenom pritisku.

12. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema bilo kom od patentnih zahteva 9 do 11, koje dalje sadrži sistem za rekuperaciju toplote koji prenosi na prirodni gas toplotu koju generiše sklop (314) gorivnih ćelija.

13. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 12, naznačeno time što transformator tečnog prirodnog gasa u prirodni gas uključuje grejač sa električnim otporom, za zagrevanje prirodnog gasa, i gde je komponenta (100) kontrolnog sistema postrojenja za punjenje električnih vozila dalje raspoređena za aktiviranje električnog grejača tokom pokretanja sistema i za prelazak sa grejača sa električnim otporom na sistem za rekuperaciju toplote nakon određenog vremenskog perioda.

14. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema patentnom zahtevu 12, naznačeno time što je sistem za rekuperaciju toplote zatvorena petlja sa vodom, koja prima toplotu iz sklopa (314) gorivne ćelije preko prvog izmenjivača toplote i prenosi toplotu na prirodni gas preko drugog izmenjivača toplote.

15. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što svaka od većeg broja gorivnih ćelija (310) ima maksimalni kapacitet od približno 100 kW ili manje.

16. Postrojenje za punjenje električnih vozila prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 14, naznačeno time što svaka od većeg broja gorivnih ćelija (310) ima kapacitet između približno 400 kW i približno 500 kW.