BR112012022307B1

BR112012022307B1 - estação de troca de energia para uma bateria de pelo menos um veículo elétrico e método para carregar uma bateria de um veículo elétrico

Info

Publication number: BR112012022307B1
Application number: BR112012022307A
Authority: BR
Inventors: Bouman Crijn
Original assignee: Abb Bv
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2019-12-10
Also published as: EP2542445A2; WO2011108925A2; BR112012022307B8; RU2571847C2; RU2012142347A; US20130049677A1; CA2792238A1; TW201203778A; NL2004350C2; CN102917909A; TWI528676B; CA2792238C; WO2011108925A3; EP2542445B1; JP2013521756A; US9371008B2; BR112012022307A2; JP5657708B2; CN102917909B

Abstract

sistema dispositivos e método para carregar uma bateria de um veículo elétrico. estação de troca de energia para uma bateria de um veículo elétrico, que compreende pelo menos uma saída de energia para um veículo, um meio para determinar se um veículo acoplado na pelo menos uma saída de emergia é capaz de ser carregado com uma voltagem ca e/ou uma voltagem cc, uma pluralidade de entradas de energia, que compreende pelo menos uma entarda de energia ca; e pelo menos uma entrada de energia cc e pelo menos um comutador controlável, para comutar a pelo menos uma saída de energia para qualquer uma das entradas de energia de um controlador para o comutador, para controlar o comutador pelo menos com base na determinação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTAÇÃO DE TROCA DE ENERGIA PARA UMA BATERIA DE PELO MENOS UM VEÍCULO ELÉTRICO E MÉTODO PARA CARREGAR UMA BATERIA DE UM VEÍCULO ELÉTRICO".

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema, dispositivos e método para carregar uma bateria de um veículo elétrico, especificamente para carregar uma bateria de um veículo elétrico com energia ou CA ou CC.

[0002] A popularidade de veículos elétricos aumenta, conforme o combustível fóssil torna-se mais raro, assim como um resultado de um desejo de diminuir a poluição de descarga, especialmente em áreas urbanas. Uma desvantagem, no entanto, é que o carregamento de veículos ainda não é possível em todas as localizações. Uma razão de desacelera a colocação de estações de carregamento para os veículos elétricos é uma falta de normalização e padronização. As baterias fornecem CC quando estas são descarregadas e requerem fontes de energia CC com voltagens que dependem do tipo de bateria a ser carregada. Como a maioria das grades são CA, vários tipos de conversores de energia são requeridos como parte de um carregador de bateria nestes casos. Aqui, um risco está presente que os veículos são acoplados a uma estação de carregamento que não estão em conformidade com a energia requerida para o veículo ou bateria específico.

[0003] De modo a ser capaz de carregar um veículo de uma grade CA, a solução para prover os veículos elétricos com carregadores integrados que compreendem um conversor CA/CC foi proposta. No entanto, o tamanho e o peso destes conversores aumentam conforme a potência de recarregamento requerida aumenta, ou o tempo de carregamento permitido diminui, e por razões de eficiência de energia, é indesejado carregar carregadores volumosos e pesados juntamente com o veículo.

[0004] É um objetivo da presente invenção prover um sistema, dispositivos e método para carregar uma bateria de um veículo elétrico que superem pelo menos parte das desvantagens acima, e/ou forneça uma alternativa útil para a melhor técnica moderna.

[0005] A invenção também propõe uma estação de troca de energia para uma bateria de pelo menos um veículo elétrico, que compreende pelo menos uma saída de energia para um veículo, pelo menos uma porta de comunicação de dados para comunicação com o veículo elétrico para determinar se um veículo é capaz de ser carregado com uma voltagem CA e/ou uma voltagem CC, uma pluralidade de fontes de alimentação, que compreende pelo menos uma fonte de alimentação CA e pelo menos uma fonte de alimentação CC, e um controlador, para controlar a energia suprida da fonte de alimentação CA e/ou da fonte de alimentação CC para a pelo menos uma saída de energia.

[0006] A comunicação pode especificamente acontecer com um sistema de comunicação dentro do veículo. Com base nesta comunicação para o veículo a estação de troca de energia pode ficar sabendo que o veículo tem a capacidade de receber energia CA, energia CC, ou ambas.

[0007] Em uma modalidade específica, a fonte de alimentação CA pode estar conectada direta nos pinos CA no conector enquanto que a fonte de alimentação CC pode estar diretamente acoplada nos pinos CC no conector. Para controlar o fornecimento de energia CC para o veículo o sistema pode controlar a fonte de alimentação CC (a qual pode consistir em um conversor CA-CC) para fornecer a energia CC na faixa de zero (0 Watt fornecidos) até a potência máxima da fonte de alimentação. Para controlar o fornecimento de energia CA para o veículo a estação de troca de energia pode utilizar o canal de comunicação para o veículo para controlar ou influenciar a energia extraída pelo carregador integrado montado dentro do veículo. A comunicação para o carregador integrado dentro do veículo pode ser através de qualquer protocolo de comunicação tal como dados seriais, um sinal de PWM, PLC (comunicação de linha de energia) ou mesmo um tipo de conexão de Ethernet. O carregador integrado pode ser controlado para extrair qualquer coisa entre 0 (nenhuma potência) e a potência máxima do carregador integrado. Quando o carregador integrado é controlado para não extrair nenhuma energia e a fonte CC para fornecer algum nível de CC o resultado é carregar o veículo através de energia CC. Quando o carregador integrado é controlado para extrair um certo nível de energia CA e a fonte de alimentação CC for controlada para não fornecer nenhuma energia, o resultado é carregar o veículo através de energia CA. Qualquer combinação de CA e CC é também possível.

[0008] A estação de troca de energia pode estar equipada com um único conector para energia CA e CC, ou conectores separados para CA e CC os quais estão diretamente acoplados na fonte de alimentação CA e na fonte de alimentação CC, respectivamente, e ainda utilizar o mesmo método de controle para comutar entre a energia CA e CC.

[0009] A invenção ainda propõe uma estação de troca de energia para carregar uma bateria de um veículo elétrico, que compreende pelo menos uma saída de energia para um veículo, pelo menos uma porta de comunicação de dados para comunicação com o veículo elétrico para determinar se o veículo é capaz de ser carregado com uma voltagem CA e/ou uma voltagem CC; uma pluralidade de fontes de alimentação, que compreende pelo menos uma fonte de alimentação CA e pelo menos uma fonte de alimentação CC, pelo menos um comuta-dor controlável, para comutar a pelo menos uma saída de energia a qualquer uma das fontes de alimentação e um controlador para o co- mutador, para controlar o comutador pelo menos com base na determinação. Precisa ser aqui destacado que ambas as fontes de alimentação e saídas de potência podem ser bidirecionais.

[00010] Provendo um meio de comunicação de dados para comunicação com o veículo elétrico, cada vez mais informações detalhadas referentes às possibilidades de carregamento do veículo podem ser recuperadas do que através de meios de detecção de acordo com a técnica.

[00011] Isto é porque as especificações exatas armazenadas na memória de um veículo, as quais podem estar presentes em um sistema de gerenciamento de veículo, por exemplo, podem ser utilizadas. Como um exemplo pode-se imaginar que além da capacidade de ser carregada com CA ou CC poderia se comunicar a frequência de energia CA, o nível de voltagem CA, a quantidade de fases utilizadas pelo carregado integral CA ou a energia CA total máxima. Para a energia CC poderia se imaginar comunicar a corrente CC máxima, a voltagem CC mínima e máxima e o nível de energia CC máximo o qual pode ser aceito pelo veículo ou a duração máxima de aplicar uma corrente de carga CC em uma seção de carga.

[00012] A estação de troca de energia de acordo com a invenção, a qual pode, por exemplo, ser incorporada como uma estação de carregamento para um veículo elétrico, oferece a vantagem que tanto um carregamento CA quanto CC pode estar provido na mesma localização. A energia CA pode ser derivada diretamente da grade, enquanto que a energia CC pode ser derivada da grade por meio de um conversor de energia elétrica. Como este conversor de energia fica em uma localização de carregamento, este pode ser dimensionado para fornecer uma alta energia CC, e, como um resultado, baixos tempos de carregamento.

[00013] Em um caso que um veículo a ser carregado não prove nha a possibilidade de receber energia CC, ou quando a energia de grade disponível for baixa, por exemplo, devido a uma absorvência de energia de pico momentânea em outro local na grade ou devido à presença de outro veículo a ser carregado na mesma localização, a energia CA pode ser provida para o veículo, o qual então utiliza o seu carregador integrado para carregar a sua bateria. Como os carregadores integrados geralmente têm uma potência nominal mais baixa, comutando para o carregamento CA diminui a carga de grade. Quando um carregador integrado muito potente é detectado, o sistema poderia comutar para a fonte de alimentação CC melhor controlável de modo a diminuir a carga de grade.

[00014] Em uma modalidade, o meio para determinar está configurado para detectar a presença de um carregador de bateria integrado do veículo, e o controlador está configurado para comutar a saída para uma entrada de energia CA quando um carregador de bateria integrado é detectado.

[00015] Deste modo, um ótimo uso é feito do hardware presente no veículo, enquanto que os conversores em uma estação de carregamento poderiam ser utilizados para carregar veículos que não possuem um carregador integrado, ou veículos que foram decididos obter prioridade por qualquer razão.

[00016] Em outra modalidade, o controlador está configurado para comutar para a energia CA após um intervalo de ser comutado para energia CC, para primeiramente carregar a bateria rapidamente na energia CC, e segundamente continuar carregando a bateria mais lentamente na energia CA. O carregamento CC de alta potência pode, por exemplo, ser aplicado até que um assim denominado ponto de voltagem constante na curva de carregamento da bateria seja alcançado, e posteriormente, o carregamento é comutado para CA, para finalizar o carregamento da bateria pelo carregador integrado do veículo, ali mentado pela fonte de energia CA, e assim liberando a fonte de energia CC para o carregamento de outros veículos. Isto resulta em uma otimização adicional do hardware disponível. Especialmente já que os carregadores integrados usualmente têm uma potência limitada, mas ainda suficiente para finalizar o carregamento do ponto de voltagem constante adiante em uma quantidade de tempo aceitável.

[00017] Em outra modalidade, o controlador está configurado para carregar o veículo da fonte de alimentação CA por um tempo predeterminado. Durante este tempo a estação de troca de energia determina as características do carregador incorporado, por exemplo, a sua potência nominal. Deste conhecimento, a decisão pode ser feita para carregar em CA ou CC ou quando seria benéfico mudar do carregamento utilizando CA para CC ou vice-versa.

[00018] Em ainda outra modalidade, a estação de troca de energia está configurada para fornecer energia CA e energia CC simultaneamente. Também, uma pluralidade de saídas pode estar presente, para acoplar múltiplos veículos na saída, em que cada um dos veículos pode ser acoplado ou em energia CA ou CC.

[00019] É também imaginável que a energia CA e CC sejam fornecidas para a mesma saída, para carregar uma bateria de um veículo diretamente com energia CC, e através de um carregador de bateria integrado com energia CA indiretamente. Para este propósito, o veículo pode estar acoplado no sistema por múltiplos conectores ou sistema pode estar configurado para fornecer energia CC com um componente CA sobreposto.

[00020] Em ainda outra modalidade a estação de troca de energia pode prover tanto energia CA quanto CC ao mesmo tempo onde a energia CC é utilizada para carregar a bateria enquanto que a energia CA é utilizada para alimentar um sistema alimentado por CA incorporado tal como um condicionador de ar, aquecedor ou outro dispositivo. É também imaginável que a energia CC seja utilizada para estes outros dispositivos e a energia CA para carregar a bateria através do carregador incorporado.

[00021] A fonte de energia CC pode compreender um conversor de energia, para fornecer uma energia CC comutada. Mais especificamente, a estação de troca de energia pode compreender um número de conversores de energia, para fornecer uma forma adequada de energia CC (por exemplo, comutada ou com uma voltagem predeterminada) para cada porta na qual um veículo está acoplado. É aqui destacado que a energia CC no sentido da presente invenção não somente compreende uma energia CC constante, mas também formas comutadas como PWM (Modulação de Largura de Pulso), PDM (Modulação de Duração de Pulso) e gradientes de voltagem e corrente, assim como sinais randômicos (randômico / ruído) e sinais de multi-plexação de divisão de tempo.

[00022] O controle da comutação pode estar ainda baseado em parâmetros externos, tal como a energia disponível em pelo menos uma das entradas de energia, e/ou a energia requerida de veículos elétricos em saídas de energia adicionais. A comutação pode ser, por exemplo, controlada com base em uma entrada por um dispositivo de processamento de dados, tal como um servidor da web central, remoto ou externo, um servidor de banco de dados ou de controle. Tal dispositivo de processamento de dados pode coletar os dados de múltiplos veículos, estação de carga e/ou informações de grade de corrente, e/ou outros ajustes, tal como prioridades dadas a vários veículos por um operador ou proprietário de frota. A estação de troca de energia pode estar ainda configurada para comunicação de dados com o veículo para recuperar as informações sobre os meios que o veículo pode ser carregado.

[00023] A estação de troca de energia pode compreender um co nector para conectar o veículo na saída o conector sendo configurado para transferência de energia tanto CA quanto CC. Especificamente, a invenção refere-se a trocar energia CA de múltiplas fases através de múltiplos contatos de energia do conector de energia quando um veículo é carregado com energia CA; e trocar energia CC através de pelo menos dois contatos do dito conector de energia quando carregando um veículo com energia CC. O suprimento de energia CA pode ser bi ou trifásico, mas configurações de até seis ou mais fases são imagináveis também.

[00024] A utilização de um único conector para transferência de energia tanto CA quanto CC torna a utilização da estação de troca de energia mais conveniente. Quando trocando energia com um veículo, especificamente quando o carregando, um usuário não precisa escolher um conector específico que corresponda a um (contra) conector de seu veículo. Mais ainda, um único conector permite que a estação de troca de energia comute entre as fontes de energia CA e CC durante a transferência de energia sem requerer uma interação do usuário. Isto pode ser feito sobre as mesmas conexões, ou o conector pode compreender múltiplas conexões, como será explicado a seguir.

[00025] A invenção ainda se refere à utilização de um conector de energia em uma estação de troca de energia como acima descrito. A utilização de acordo com a invenção compreende utilizar pelo menos três contatos de energia para trocar energia CA trifásica e um terra comum, em que pelo menos um par de contatos é utilizado para alimentar uma energia CC através destes. Os conectores de energia adequados para serem utilizados são o padrão IEC62196, por exemplo o REMA REV-3. Outro conector adequado é o conector 63A Men-nekes CEE.

[00026] Em uma modalidade adicional, a invenção refere-se à utilização de conector de energia que compreende pelo menos 4 conta tos de energia, dos quais dois pares de contatos estão dimensionados de modo que uma energia CC possa ser alimentada através destes. Para fornecer a energia CA, três dos quatro contatos são utilizados, e um quarto pode ser utilizado como um terra comum. Para a energia CC, um par forma a conexão positiva, e outro par forma a conexão negativa. Especificamente, a invenção faz uso de um conector de energia que é adequado para transferir uma corrente CC de 126 Ampères. [00027] Em uma modalidade adicional, pelo menos uma conexão para transferência de dados é feita utilizando o conector. A conexão pode ser uma conexão de dados serial ou uma conexão de acordo com qualquer protocolo de comunicação de dados, ou apenas uma simples sinalização binária, em que um conector específico corresponde a dados específicos. Por exemplo, um par de conectores para transferência de dados pode estar configurado para ser curto-circuitado quando o veículo é adequado para carregamento CA. O curto circuito pode também ser formado por um elemento de circuito passivo. tal como um resistor, um indutor ou um capacitor. Tal resistência ou impedância pode ser utilizada para detectar uma configuração para CA ou CC. A comunicação pode acontecer sobre as mesmas conexões (ou utilizando alguns dos pinos) que a energia CA e/ou CC. Isto pode ser conseguido sobrepondo o sinal de comunicações por sobre o sinal de energia.

[00028] Um único conector provê a vantagem que o veículo requer somente uma abertura para acoplar um conector neste caso, e somente um padrão é requerido quando um único tipo de conector é utilizado. Diversos conectores CA estão disponíveis que poderiam ser utilizados para a transferência de energia CC de acordo com a presente invenção.

[00029] A invenção ainda se refere a um veículo elétrico, que compreende uma bateria, um carregador integrado, uma entrada de energia, para receber a energia de carregamento e um comutador, para acoplar a entrada de energia na bateria ou no carregador integrado, e um controlador, para controlar o comutador.

[00030] Em geral, o controlador de tal veículo pode determinar se o veículo é carregado com energia CA ou CC. O controlador pode estar acoplado na ou mesmo formar parte da lógica integrada tal como um sistema de gerenciamento de veículo, ou um sistema de gerenciamento de bateria, ou a sensores para determinar se uma energia CA ou CC está presente na entrada, mas este pode também ser influenciado por entradas externas, por exemplo, através de comunicação de dados com uma estação de troca de energia ou um dispositivo de processamento de dados tal como um banco de dados e/ou servidor de controle central.

[00031] O controlador pode estar configurado para acoplar a entrada de energia no carregador incorporado quando uma energia CA é determinada estar presente na entrada de energia, e este pode ainda estar configurado para acoplar a entrada de energia na bateria quando uma energia CC é determinada estar presente na entrada de energia.

[00032] A invenção será agora elucidada com referência às figuras não limitantes seguintes, em que: a figura 1 mostra uma vista geral de um sistema de acordo com a presente invenção, no qual um veículo está acoplado; a figura 2 mostra uma vista geral de alto nível do sistema da figura 1, com múltiplos veículos acoplados a este, sendo carregados com energia ou CA ou CC; a figura 3 mostra uma vista geral de alto nível do sistema da figura 1; a figura 4 mostra uma vista geral esquemática de um sistema de acordo com a presente invenção; a figura 5 mostra uma vista detalhada sobre a presente in- venção em um veículo; a figura 6 mostra uma vista geral esquemática 600 como um conector obtém energia do carregador; a figura 7 mostra uma modalidade com múltiplos comutado-res; a figura 8 mostra uma modalidade em que a estação de troca de energia tem saídas de energia que não são direcionadas através do comutador; a figura 9 mostra uma modalidade que mostra que a estação de energia pode também ser utilizada para fornecer energia das baterias dos veículos para a grade; a figura 10 mostra uma modalidade em que um conversor é utilizado para carregar um ou mais veículos da energia de bateria CC de outro ou mais veículos; a figura 11 mostra uma modalidade onde uma fonte de energia CC fornece energia CC para um conversor CC/CA; a figura 12 mostra uma estação de carregamento que tem mais entrada que esta pode servir com energia CA; as figuras 13a-h mostram vários fluxogramas de um método de acordo com a presente invenção; e a figura 14 mostra uma modalidade de sistema de troca de energia de acordo com a presente invenção, em que ao invés de um comutador, um controlador é utilizado.

[00033] A figura 1 mostra uma vista geral de uma estação de troca de energia para uma bateria de um sistema de veículo elétrico 100 de acordo com a presente invenção, ao qual um veículo 300 está acoplado, compreendendo uma saída de energia para o veículo 300, formada por um conector 200. A estação compreende um meio (não explicitamente mostrado) para determinar se o veículo 300 é capaz de ser carregado com uma voltagem CA e/ou uma voltagem CC, e uma entrada de energia CA 102 e uma entrada de energia CC 103. Neste caso, a fonte de energia CC está incorporada por um conversor de energia 102 derivado pela entrada de energia CA 101, formado pela rede principal. A estação de troca de energia ainda compreende um comutador controlável 103, para comutador a saída de energia 200 para qualquer uma das entradas de energia 101, 102.

[00034] O veículo 300 compreende uma bateria 303 e um carregador 302, assim como um comutador 301. O comutador acopla a entrada de energia do conector 200 no carregador 302 quando existe uma entrada CA, e diretamente 303 na bateria quando existe uma entrada CC.

[00035] O comutador 301 detecta se a energia CC está disponível, por exemplo, comunicando com o comutador 103 e pode rerrotear a conexão diretamente para a bateria 303. O comutador 103 detecta se um comutador 301 está presente (por comunicação) e pode prover energia CC se aplicável.

[00036] A figura 2 mostra a estação de troca de energia 100 da figura 1, em que múltiplos veículos 300a-300d estão acoplados na estação por meio de conectores separados (não mostrado). O veículo 300c é carregado com energia CC, os veículos 300a, 300b, 300d são carregados com energia CA. Tal configuração pode ser utilizada quando existe um veículo que requeira um carregamento rápido, e múltiplos veículos que têm carregador integrado, ou quando a estação de carregamento tem somente uma fonte de energia CC limitada disponível.

[00037] A figura 3 mostra outra modalidade, onde existe (momentaneamente) somente uma fonte de energia CA 101 disponível na estação de troca de energia 100, que está comutada aos veículos 300a e 300b. Estes veículos fornecem energia CC, a qual é comutada pela estação de troca de energia para o veículo 300c. Deste modo, a estação de troca de energia pode ser utilizada para transferir a energia de um veículo para outro, por exemplo, quando o último não tem um carregador integrado.

[00038] A figura 4 mostra um sistema de roteamento de energia que compreende um sistema de troca de energia 400 de acordo com a invenção. Quando um veículo 300a, 300b está conectado na estação de troca de energia, este pode comunicar com o controlador de estação através de uma linha de dados. A identidade do veículo 300a, 300b (possivelmente com os seus requisitos) é então enviada para o servidor de tomada de decisão. Com base nos requisitos (e os requisitos dos outros veículos conectados) o servidor ordena que o controlador de estação de carga faça a matriz de conexão conectar um ou mais conversores CA/CC na saída do veículo, ou ordena à saída para comutar para energia CA. Quando nenhuma comunicação pode ser estabelecida o sistema pode utilizar CA como uma opção padrão, ou utilizar o conhecimento local (isto é, usuários que retornam mais de uma vez) para determinar o perfil apropriado.

[00039] Quando um veículo é adicionado ao sistema ou sai, isto é atualizado para o servidor de decisão, o qual então ordena uma nova distribuição de energia ótima.

[00040] Como mostrado acima, a estação de troca de energia pode ter múltiplas saídas e tem uma multiplicidade de conversores CA/CC 401-405. Estes conversores CC podem, através de uma matriz de conexão, ser dinamicamente designados a qualquer saída de energia 406-410, e uma saída de energia pode, através da mesma matriz, ser conectada a um ou mais conversores CC. Além disso, cada saída pode ser conectada na cadeia de suprimento CA ao invés da matriz de conexão CC.

[00041] A estação de troca de energia está conectada a um servidor de tomada de decisão central 411, o qual calcula a divisão ótima de energia sobre os veículos conectados, com base nos seus requisi tos de energia, "contas premium" possíveis de seus proprietários, custos de energia, disponibilidade de grade, energia de carregadores integrados, e outros parâmetros. Com base nisto o servidor central calcula a solução ótima e ordena ao controlador de estação de troca de energia 412 para conectar os veículos neste modo. Devido à possibilidade das saídas proverem CA, parte da energia CC disponível pode ser reservada para outros veículos comutando para CA para um veículo que tem um carregador integrado. Quando da partida ou chegada de um ou mais veículos pode ocorrer que a solução ótima mude. Quando isto acontece a configuração inteira da estação pode ser dinamicamente mudada no meio da carga.

[00042] A estação de troca de energia também tem um armazenamento local (CC) para ser capaz de compensar pelas cargas de pico (por exemplo, hora do rush) o qual pode ser carregado quando nenhum ou poucos veículos estão conectados (ou quando estes veículos preferem CA). Deste modo, as seguintes vantagens podem ser conseguidas.

[00043] - A todos os veículos pode ser garantido um tempo de carga ótima, com base no seu tipo de bateria, conta (a premium pode-ria fornecer uma carga mais rápida), outros veículos presentes e disponibilidade de grade.

[00044] - Quando um veículo tem um carregador integrado mais potente do que a energia CC restante disponível, este sistema pode comutar para energia CA para aquele veículo, liberando a energia CC para outros veículos.

[00045] - Quando a energia de grade é esparsa na região do car- regador, a energia de carga pode ser diminuída.

[00046] - Um veículo que pode somente ser carregado através de seu carregador integrado pode também conectar a este sistema.

[00047] - Como os dados estão disponíveis, uma indicação de tempo restante pode ser dada para o proprietário do veículo.

[00048] - Quando uma infraestrutura de carregamento CA já está presente, esta pode facilmente ser modernizada para suprir tanto CA quanto CC, já que as saídas somente precisam comutar entre a energia CA e CC.

[00049] - Quando a fase de carregamento CC (alta corrente) de uma bateria é substituída por uma fase de carregamento CA (corrente mais baixa), a energia pode ser comutada dos suprimentos CC de alta energia para o carregamento integrado (energia mais baixa), liberando a energia CC para ser utilizada por outros veículos conectados.

[00050] A figura 5 mostra uma modalidade 500 do sistema elétrico dentro de um veículo. O conector pode carregar energia ou CC ou CA. Neste caso uma solução de fase única é apresentada, mas esta pode ser facilmente lida como um sistema que utiliza uma conexão de duas, três ou mais fases. Neste exemplo, o seletor de energia pode comutar energia ou para um carregador integrado, no caso de energia CA ou mesmo por padrão, ou diretamente para a bateria. Em alguns casos o carregador integrado pode estar conectado no conector o tempo todo, porque este pode suportar CC na sua entrada ou este pode mesmo operar sob esta condição.

[00051] A figura 6 mostra uma vista esquemática 600 de como um conector recebe energia do carregador. A energia pode ser CA, CA multifásica ou CC. O controlador de carga sabe (através de um sistema de comunicação de veículo ou alguma outra fonte de informações, tal como um sistema de detecção) se energia CA ou CC está na linha. Quando uma corrente CA é suprida, o barramento de energia do sistema está desconectado do seletor de energia (e assim do carregador) e o carregador integrado é ligado pelo controlador de carga. Se energia CC for suprida para o conector, o carregador integrado é desligado e a energia CC é roteada diretamente para o barramento de energia do veículo. Em alguns casos, o carregador integrado pode estar conectado no conector o tempo todo, porque este pode suportar a energia CC na sua entrada ou mesmo em algumas situações operar com CC na sua entrada.

[00052] A figura 7 mostra uma modalidade com múltiplos comutadores em que alguns comutadores estão configurados para carregar um único veículo, e alguns comutadores estão configurados para carregar múltiplos veículos de cada vez.

[00053] A figura 8 mostra uma modalidade em que a estação de troca de energia tem saída de energia que não direcionadas através do comutador. Também, carregadores externos compartilhados ou dedicados podem estar presentes.

[00054] A figura 9 mostra uma modalidade que mostra que a estação de energia pode também ser utilizada para fornecer energia das baterias dos veículos para a grade. Isto pode acontecer convertendo a energia CC de bateria no carregador integrado para a grade ou transferindo a energia de bateria CC de pelo menos um veículo para o pelo menos um carregador externo (102) ou um ou mais conversores CC/CA (103), para fornecer a energia para a rede principal CA.

[00055] A figura 10 mostra uma modalidade em que um conversor CC/CC (múltiplas entradas) (102 e/ou 103) é utilizado para carregar um ou mais veículos da energia de bateria CC de outro ou mais veículos. Neste caso, a rede CA e/ou o conversor de energia 102 não são requeridos serem utilizados. Como os veículos e a estação de carregamento compreendem conversores CA/CC, CC/CA e CC/CC, nesta configuração os veículos que fornecem energia podem ser CA ou CC (ou uma mistura) e os veículos que recebem energia podem obter CA ou CC.

[00056] A figura 11 mostra uma modalidade em que uma fonte de energia CC (por exemplo, armazenamento local ou painel PV) (104) fornece energia CC para um conversor CC/CA (102) o qual a converte para CA para suprir a rede principal ou suprir um dos carregadores integrados.

[00057] A figura 12 mostra que a estação de carregamento pode ter mais saídas do que esta pode servir com energia CC. Esta é uma modalidade onde o número de conexões de veículo excede o número de entradas de energia CC. Por exemplo, o carregador externo pode ter 3 saída de energia CC. A estação pode ter 5 conexões de carga.

[00058] A figura 13a mostra um fluxograma em que o sistema decide com base na entrada do cliente (tempo solicitado antes de sair) e na entrada da grade de eletricidade (energia disponível máxima) qual a melhor estratégia de carregamento é. Neste exemplo a energia CC máxima a qual o sistema pode prover é 50 kW. Mais ainda, o sistema está equipado com um dispositivo de processamento de dados para tomada de decisões e dispositivos de entrada de dados. Neste caso um terminal de usuário e uma conexão a um computador de grade inteligente.

[00059] A figura 13b mostra um sistema o qual equipado com um meio para controlar o carregador integrado de veículos através de uma conexão de dados (com fio ou) sem fio com o veículo. Neste exemplo a potência de carregamento CC máxima no sistema de troca de energia está limitada a 50 kW. Dois veículos chegam na estação. Um tem uma capacidade de carregamento CC de 50 kW. O outro veículo tem um carregador integrado de 30 kW e uma capacidade de carregamento CC.

[00060] A figura 13c mostra uma estação de troca de energia equipada com duas conexões de carga com uma possibilidade de saída de potência CC de 50 kW e a possibilidade de fornecer 40 kW CA por saída. A potência CC de 50 kW é feita através da utilização de um conversor CA/CC de 50 kW. O sistema todo está conectado em uma conexão de grade a qual pode fornecer um máximo de 100 kW.

[00061] A figura 13d mostra um caso em que a estação de troca de energia não pode detectar qual energia de carregamento integrada disponível é, esta pode enviar CA para o veículo e medir a energia a qual o veículo consome. Após medir esta energia por algum tempo o dispositivo de processamento de dados pode determinar a energia do carregador integrado.

[00062] A figura 13e mostra um caso em que um veículo pode ter um sistema integrado (tal como um condicionador de ar) o qual pode ser alimentado por CA durante o carregamento.

[00063] A figura 13f mostra uma estação de troca de energia transferindo energia CC da bateria para a grade.

[00064] A figura 13g mostra como a estação de troca de energia utiliza o carregador integrado para carregar um segundo veículo conectado a uma segunda saída.

[00065] A figura 13h mostra como a carga de energia da grade é controlada ligando e desligando o carregador integrado se não for possível controlar a energia de carregamento do carregador integrado. [00066] A figura 14 mostra uma estação de troca de energia 600 para uma bateria 603 de pelo menos um veículo elétrico 602, que compreende pelo menos uma saída de energia 606 para um veículo, pelo menos uma porta de comunicação de dados 607 para comunicação com o veículo elétrico 602 para determinar se o veículo 602 é capaz de ser carregado com uma voltagem CA e/ou uma voltagem CC. Neste caso, a fonte de alimentação CC está incorporada por um conversor de energia 604 derivado da entrada de energia CA 601, formada pela rede principal. A estação de troca de energia ainda compreende um controlador 605 para controlar a energia suprida da fonte de alimentação CA e/ou fonte de alimentação CC para a pelo menos uma saída de energia 606. O controlador 605 está acoplado na porta de comunicação de dados 607 para comunicação com o veículo elétrico. Em uma modalidade específica o controlador 605 pode interagir com um controlador no veículo elétrico (não mostrado) para determinar se o veículo poderia ser carregado com CA e/ou CC. Neste caso o controlador no veículo elétrico será também acoplado no conversor de energia integrado 609 para controlar a energia CC fornecida para a bateria 603.

[00067] A estação de troca de energia pode estar equipada com um único conector 608 para energia CA e CC, o qual pode ainda compreender uma ou mais linhas de comunicação para a porta de comunicação de dados 607.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Estação de troca de energia para uma bateria de pelo menos um veículo elétrico, que compreende, - pelo menos uma saída de energia para um veículo; - uma pluralidade de fontes de alimentação, que compreende . pelo menos uma fonte de alimentaçã CA; e . pelo menos uma fonte de alimentação CC; - um controlador, para controlar a energia suprida da fonte de alimentação CA e/ou da fonte de alimentação CC para a pelo menos uma saída de energia, caracterizada por - pelo menos uma porta de comunicação de dados para comunicação com o veículo elétrico para determinar se um veículo é capaz de ser carregado com uma voltagem CA e/ou uma voltagem CC; - pelo menos um comutador controlável, para acoplar a pelo menos uma saída de energia a qualquer uma das fontes de alimentação; - e onde o controlador está configurado para controlar o comutador pelo menos com base na determinação, sendo que o controlador está acoplado a pelo menos uma porta de comunicação de dados para comunicação com um veículo elétrico.

2. Estação de troca de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma porta de comunicação de dados é utilizada para controlar o carregador integrado de veículos.

3. Estação de troca de energia de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a porta de comunicação de dados está configurada para comunicação com um sistema de comunicação no veículo.

4. Estação de troca de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a porta de comunicação de dados está configurada para comunicação por meio de: sinalização binária, comunicação de dados serial, comunicação de linha de energia, sinalização de PWM, comunicação sem fio, comunicação de barramento de CAN, comunicação sobre Ethernet ou comunicação de acordo com um protocolo de comunicação de dados.

5. Estação de troca de energia de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que, - o meio para determinar está configurado para detectar a presença de um carregador de bateria integrado do veículo; e onde - o controlador está configurado para comutar a saída para uma fonte de alimentação CA quando um carregador de bateria integrado é detectado; e onde - o controlador está configurado para comutar a saída para uma fonte de alimentação CC quando uma conexão direta para a bate-ria é determinado.

6. Estação de troca de energia de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que o controlador está configurado para comutar para a fonte de alimentação CA após um intervalo de ser comutado para a fonte de alimentação CC, para primeiramente carregar a bateria rapidamente em energia CC, e segundamente continuar carregando a bateria mais lentamente em energia CA.

7. Estação de troca de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizada pelo fato de que é configurada para emitir a energia CA e a energia CC simultaneamente, sendo que as energias CA e CC são fornecidas para a mesma saída, para carregar uma bateria de um veículo diretamente com energia CC, e através de um carregador de bateria integrado com energia CA indi- retamente.

8. Estação de troca de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizada pelo fato de que controlar o comutador está ainda baseado em parâmetros externos, tal como a energia disponível em pelo menos uma das entradas de energia, e/ou a energia requerida de veículos elétricos em saídas de energia adicionais.

9. Estação de troca de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizada pelo fato de que é configurada para controlar um carregador integrado de um veículo, especificamente a energia de carregamento do dito carregador integrado através de uma conexão de comunicação de dados com o veículo.

10. Estação de troca de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende um conector de energia, configurado para: - trocar energia CA multifásica através de múltiplos contatos de energia do conector de energia quando um veículo é carregado com energia CA; e - trocar energia CC através de pelo menos dois contatos do dito conector de energia quando carregando um veículo com energia CC - sendo que a troca de energia CC acontece através de dois conjuntos de contatos, cada conjunto compreendendo pelo menos um contato utilizado para troca de energia CA. - sendo que a comunicação de dados é executada sobre pelo menos alguns dos pinos utilizados para trocar energia CA e/ou CC, por exemplo, sobrepondo o sinal de comunicação por sobre um sinal de energia.

11. Método para carregar uma bateria de um veículo elétrico, caracterizado pelo fato de que compreende, - determinar se um veículo acoplado a uma saída de energia é capaz de ser carregado com uma voltagem CA e/ou uma voltagem CC pela comunicação através de pelo menos uma porta de comunicação de dados de uma estação de troca de energia; - comutar a saída de energia para a entrada de energia CA quando a presença de um carregador integrado é determinada, e - comutar a saída de energia para a entrada de energia CC quando nenhum um carregador integrado é determinado.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que controlar o comutador é executado com base na entrada por um dispositivo de processamento de dados, tal como uma instalação de tomada de decisões externa.