BR102018070504A2 - Uso de dois conversores chopper cc/cc no sistema eletrônico de potência de uma estação de carregamento ou de um ponto de abastecimento de corrente - Google Patents

Uso de dois conversores chopper cc/cc no sistema eletrônico de potência de uma estação de carregamento ou de um ponto de abastecimento de corrente Download PDF

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Abstract

uso de dois conversores chopper cc/cc no sistema eletrônico de potência de uma estação de carregamento ou de um ponto de abastecimento de corrente. a invenção fornece um sistema eletrônico de potência com as características seguintes: um primeiro conversor de corrente contínua (11), um primeiro conversor chopper (12) ligado ao primeiro conversor de corrente contínua (11) para conectar uma bateria (21, 22) à estação de carregamento (10) e um segundo conversor chopper (13) ligado ao primeiro conversor de corrente contínua (11) para conectar um veículo elétrico à estação de carregamento (10). a invenção fornece ainda um ponto de abastecimento de corrente correspondente. (fig.)

Description

“USO DE DOIS CONVERSORES CHOPPER CC/CC NO SISTEMA
ELETRÔNICO DE POTÊNCIA DE UMA ESTAÇÃO DE CARREGAMENTO OU DE UM PONTO DE ABASTECIMENTO DE CORRENTE” [0001] A presente invenção se refere ao uso de dois conversores Chopper CC/CC no sistema eletrônico de potência de um ponto de abastecimento de corrente. A presente invenção se refere ainda a uma estação de carregamento ou a um ponto de abastecimento de corrente correspondente.
Estado da técnica [0002] Uma estação de carregamento na tecnologia eletrônica designa qualquer dispositivo estacionário ou sistema elétrico, que serve para alimentar energia em aparelhos, máquinas ou veículos operados por acumuladores móveis por simples colocação ou encaixe, sem remoção obrigatória do dispositivo de armazenamento de energia - por exemplo, a bateria de tração de um veículo elétrico. As estações de carregamento para veículos elétricos são ainda designadas por “pontos de abastecimento de corrente” e podem compreender vários pontos de carregamento.
[0003] Neste caso, são particularmente conhecidos sistemas de carregamento rápido de corrente contínua (high performance charging, HPC) como, por exemplo, o sistema de carregamento chamado de combinado (combined charging system, CCS) vastamente conhecido na Europa. No caso de um carregamento de corrente contínua desta natureza a corrente contínua da coluna de carregamento é alimentada diretamente no veículo e, para este efeito, disponibilizada por meio de um retificador potente a partir da rede de energia ou por meio de acumuladores tampão, por exemplo, em pontos de abastecimento de energia solar. No veículo se encontra um
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2/6 sistema de gerenciamento de bateria, que comunica diretamente ou indiretamente com a coluna de carregamento, para adaptar a intensidade de corrente ou concluir o procedimento no caso do alcance de um limite de capacidade. [0004] O sistema eletrônico de potência neste caso, geralmente, se encontra na coluna de carregamento. Considerando que as conexões de corrente contínua da coluna de carregamento são ligadas diretamente com conexões correspondentes da bateria de tração, podem ser transmitidas correntes de carregamento elevadas com poucas perdas, o que permite tempos de carregamento reduzidos.
[0005] Nas diferentes estações de carregamento, que são usadas a nível mundial, são usadas as mais diferentes topologias para o sistema eletrônico de potência. São particularmente conhecidas estações de carregamento, que usam adicionalmente um dispositivo de armazenamento de energia sob a forma de uma bateria. Para a ligação de uma bateria no sistema eletrônico de potência também são possíveis várias topologias.
[0006] Assim, por exemplo, os documentos US 2015202973 e WO 15103164 divulgam estruturas de conversores para uma estação de carregamento para veículos elétricos, que permitem instalar baterias de armazenamento de energia adicionais em cada estação de carregamento. A disposição é constituída respectivamente por um retificador conectado à rede, seguido por um conversor de corrente contínua ou um conversor Chopper. Cada bateria, por um lado, está ligada à rede de corrente e, por outro lado, à estação de carregamento.
[0007] Os documentos JP 2012019602, US 2015328999 e US
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2012074901 descrevem colunas de carregamento adicionais para carregar veículos elétricos com baterias de armazenamento de energia adicionais.
[0008] Os documentos US 2015061569 e US 2008067974 finalmente explicam respectivamente uma estação de carregamento para veículos com dispositivo de armazenamento de energia adicional e uma conexão de rede ligada por meio de um conversor.
Divulgação da invenção [0009] A presente invenção divulga dois conversores
Chopper CC/CC em uma estação de carregamento para um ponto de abastecimento de corrente e um ponto de abastecimento de corrente correspondente de acordo com as reivindicações dependentes.
[00010] A solução aqui apresentada com dois conversores
Chopper CC/CC de acordo com a separação galvânica apresenta a vantagem de um dos conversores Chopper CC ser responsável apenas pela bateria e o outro para o carregamento do veículo. Por conseguinte, a gama de tensão da bateria pode ser aproveitada de forma ótima. Isto, por sua vez, permite usar a capacidade de bateria máxima para o carregamento.
[00011] Uma topologia desta natureza, à primeira vista, é pouco comum, considerando que pode ser gerada a impressão de que se pode economizar conversores Chopper CC/CC; no entanto, representa uma solução muito eficaz.
[00012] A abordagem sugerida se baseia no reconhecimento de que a incorporação de uma bateria de armazenamento na coluna de carregamento pode ser realizada em muitas ligações diferentes na topologia do sistema eletrônico de potência. Neste caso, tem de ser tido em consideração que a bateria de
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4/6 armazenamento seja incorporada de forma eficaz. Além disso, esta deverá ser integrada de forma que a bateria de armazenamento esteja disposta na mesma carcaça que o restante sistema eletrônico de potência, para permitir um dispositivo compacto.
[00013] Além disso, a presente invenção se baseia no fato de a maior parte das soluções de carregamento conhecidas oferecerem colunas de carregamento, que vão buscar a energia de carregamento necessária diretamente à rede e, por conseguinte, não apresentam quaisquer dispositivos de armazenamento adicionais. Um dispositivo de armazenamento adicional no caso destas colunas de carregamento pode ser adicionado de forma simples, pelo fato de no lado AC ser ligado à rede e à coluna de carregamento. Esta não é necessariamente a solução mais eficaz. Os dispositivos de armazenamento adicionais frequentemente não estão dispostos na mesma carcaça que a coluna de carregamento, o que requer uma maior complexidade de instalação. Frequentemente as colunas de carregamento apresentam uma determinada dimensão mínima, considerando que são usadas tecnologias IGBT desatualizadas. Estas são econômicas e, no entanto, requerem mais espaço de construção. Os dispositivos de armazenamento integrados adicionalmente nem sempre são integrados de forma que sejam completamente usados a gama de tensão e, por conseguinte, a capacidade de armazenamento óptima.
[00014] Uma preferência da presente invenção reside na possibilidade em aberto, de montar o dispositivo de armazenamento de energia - neste caso a bateria - na mesma carcaça que a coluna de carregamento, para minimizar a complexidade de instalação. A solução geral é muito compacta,
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5/6 para não prejudicar significativamente a visibilidade no tráfego rodoviário. Isto requer o uso de topologias de conversor muito rápidas com frequências de comutação elevadas, o que, por sua vez, condiciona o uso de módulos SiC-MOS. Neste caso, a bateria está disposta na parte CC, o que melhora a eficácia da estação de carregamento e diminui os respectivos custos de produção.
[00015] As demais modalidades vantajosas da presente invenção são enunciadas nas reivindicações dependentes. Breve descrição das figuras [00016] A figura representa um exemplo de realização da presente invenção que é mais detalhadamente descrito em seguida.
[00017] A única figura apresenta uma constelação de conversores de acordo com a presente invenção.
Modalidades da presente invenção [00018] A figura ilustra exemplificativamente um ponto de abastecimento de corrente equipado com uma estação de carregamento (10) de acordo com a presente invenção. Um retificador (AC/DC converter) não representado na figura, neste caso, geralmente serve para a conexão à rede de baixa tensão TN ou TT. Um primeiro conversor de corrente contínua (DC/DC converter 11), ligado ao referido retificador transpõe a tensão para a proteção contra erros de ligação a terra para a rede IT interna da estação de carregamento (10). [00019] Neste ponto, no interior da estação de carregamento se separam, essencialmente, duas trajetórias de potência essenciais da presente invenção: Um primeiro conversor Chopper (12) alimenta a bateria (21, 22) compreendendo dois cabos condutores (21, 22), conectada, e
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6/6 permite a realimentação da energia armazenada desta forma para o carregamento acelerado de veículos conectados. Para o respectivo abastecimento estão previstos um segundo conversor chopper (13), no caso do exemplo de realização com um filtro DC-EMV (14) conectado a jusante e um segundo conversor de corrente contínua (15) - preferencialmente, operado em fluxo descontínuo (discontinuous current mode, discontinuous conduction mode, DCM), que dispõem de linhas de conexão protegidas adequadamente para a transmissão de potência. Em função do padrão e da tensão de carregamento a linha piloto (17) associada pode estar provida de uma proteção contra sobretensão (18).
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Claims (6)

REIVINDICAÇÕES
1. Estação de carregamento (10) para um ponto de abastecimento de corrente, caracterizada pelo fato de apresentar as características seguintes:
- um primeiro conversor de corrente contínua (11);
- um primeiro conversor Chopper (12) ligado ao primeiro conversor de corrente contínua (11) para conectar uma bateria (21, 22) à estação de carregamento (10) e
- um segundo conversor Chopper (13) ligado ao primeiro conversor de corrente contínua (11) para
conectar um veículo elétrico à estação de carregamento (10). 2. Estação de carregamento (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de apresentar a
característica seguinte:
- um filtro EMV (14) conectado a jusante do segundo conversor Chopper (13).
2/2 característica seguinte:
- uma bateria (21, 22) conectada ao primeiro conversor Chopper (12).
3. Estação de carregamento (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de apresentar a característica seguinte:
- um segundo conversor de corrente contínua (15) configurado para um fluxo descontínuo, conectado a jusante do filtro EMV (14).
4. Ponto de abastecimento de corrente, caracterizado pelo fato de apresentar a característica seguinte:
- uma estação de carregamento (10), conforme definido na reivindicação 3.
5. Ponto de abastecimento de corrente, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de apresentar a
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6. Ponto de abastecimento de corrente, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de apresentar a característica seguinte:
- a bateria (21, 22) compreende vários cabos condutores (21, 22).
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