EA023215B1 - Электрическое зарядное устройство - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к зарядному устройству (1) для зарядки электрических аккумуляторов (28) электромобилей, содержащему блок (2) питания для подачи электроэнергии в электросеть (14) переменного напряжения, содержащий электрический промежуточный контур (6) постоянного напряжения для промежуточного аккумулирования электроэнергии с напряжением промежуточного контура и вентильный преобразователь (8) тока, предназначенный для преобразования постоянного тока и/или постоянного напряжения промежуточного контура (6) постоянного напряжения в переменный ток, для подачи в электросеть (14) переменного напряжения и для преобразования переменного тока из сети (14) переменного напряжения в постоянный ток и/или в постоянное напряжение для подачи в промежуточный контур (6) постоянного напряжения, и по меньшей мере один аккумуляторный блок (4) и/или по меньшей мере один разъем для зарядки при подключении аккумуляторного блока (4), по меньшей мере, для частичной зарядки одного из электрических аккумуляторов (28) из промежуточного контура (6) постоянного напряжения и/или, по меньшей мере, для частичной разрядки одного из электрических аккумуляторов (28) в промежуточный контур (6) постоянного напряжения.

Description

Настоящее изобретение относится к зарядному устройству для зарядки электрических аккумуляторов электромобилей. Кроме того, настоящее изобретение относится к ветроэнергетической установке и, кроме того, также к заправке для электромобилей, а также к использованию блока питания ветроэнергетической установки и к способу управления зарядным устройством, подключенным к сети переменного напряжения.

Из-за глобального дефицита энергии горючих полезных ископаемых в настоящее время, а также, как известно, из-за низкого коэффициента полезного действия двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси и даже дизельных двигателей все большее значение приобретают электромобили. При этом под электромобилем следует понимать, в частности, легковой автомобиль, приводимый в движение посредством одного или нескольких электродвигателей. Сюда могут быть включены также так называемые гибридные автомобили, которые могут двигаться с помощью не только электродвигателя, но и имеют другой дополнительный двигатель, как, например, двигатель внутреннего сгорания.

Такие электромобили часто накапливают свою энергию в электрических аккумуляторах, в частности в батареях. Под электрическими аккумуляторами, или батареями, согласно настоящему изобретению и последующему описанию, в частности, следует понимать электрические аккумуляторы, которые могут накапливать электроэнергию для одного тягового электродвигателя или для нескольких тяговых электродвигателей электромобиля. Электромобиль в этом смысле, в частности, можно назвать также электроавтомобилем. Емкости таких электрических аккумуляторов могут достигать, например, 30-50, обычно 35 кВт-ч.

Ниже электрический аккумулятор обозначают также аккумулятором.

Для зарядки таких аккумуляторов можно выделить две основные концепции. Согласно одной концепции аккумуляторы заряжаются прямо в автомобиле, причем аккумулятор остается в автомобиле или в другом электромобиле. По другой концепции предлагается обменивать полностью или частично разряженный аккумулятор на заряженный. Таким образом, соответствующий автомобиль отгоняют в пункт, где имеется по меньшей мере один аккумулятор аналогичной конструкции в заряженном состоянии и меняют полностью или частично разряженный аккумулятор на аккумулятор, готовый к употреблению. В этом случае оставленный полностью или частично разряженный аккумулятор может заряжаться, в то время как соответствующий электромобиль может уже продолжать движение.

Такая замена аккумуляторов предпочтительно может быть предусмотрена в централизованном пункте, как, например, на так называемой заправке для электромобилей. Таким образом, под заправкой для электромобилей следует понимать место, в котором электромобиль может потреблять электроэнергию. Для обеспечения определенной доступности такая заправка для электромобилей должна иметь в запасе множество аккумуляторов. Если исходить, например, из 50 аккумуляторов, имеющихся в запасе, которые необходимо заряжать при зарядной мощности 50-100 кВт на аккумулятор, то заправка для электромобилей, указанная в качестве примера, должна иметь зарядную мощность 2,5-5 МВт. Такая зарядная мощность предъявляет высокие требования не только к зарядному устройству как таковому, но и к подключению к сети электроснабжения, или к соответствующей ветви сети электроснабжения, ведущей к упомянутой заправке для электромобилей, т.е. к упомянутому зарядному устройству.

При этом следует иметь в виду, что при ожидаемом увеличении количества электромобилей необходимо предусмотреть не только одну заправку для электромобилей, а несколько заправок для электромобилей, оптимально распределенных повсеместно, т.е. что к такой обстановке для пользователей электромобилей следовало бы стремиться.

В качестве общего уровня техники можно указать следующие документы: ΌΕ 10331084 А1, νθ 2005/008808 А2, И8 2006/0192435 А1, ΌΕ 10008028 А1, а также публикацию Дирка Уве Зауэра Электрические аккумуляторы энергии в гибридных автомобилях и электромобилях, семинар по автомобильной и двигательной технике, Берлин, 29.01.2009 (Бйк Иус §аист ЕккЖсНс ЕпсгдюкрсюЬсг ίη НуЬпбииб ЕЕСгоГакг/сидсп. §сш1паг ίϋτ КгаПГакг/сид- ипб МоШтсйссЬтк ВстНи 29.01.2009).

Таким образом, в основу изобретения положена задача предложить решение по меньшей мере одной из вышеупомянутых проблем или требований. В частности, в основу изобретения положена задача предоставить эффективное решение для зарядки множества аккумуляторов с учетом особенностей задействованной сети электроснабжения.

В соответствии с изобретением предлагается зарядное устройство согласно пункту 1 формулы изобретения.

Такое зарядное устройство содержит блок питания для подачи электроэнергии в электросеть переменного напряжения и аккумуляторный блок или разъем для зарядки, предназначенный для подключения аккумуляторного блока для зарядки и/или разрядки одного из электрических аккумуляторов.

Блок питания содержит промежуточный электрический контур постоянного напряжения для промежуточного аккумулирования электроэнергии. В промежуточном электрическом контуре постоянного напряжения содержится напряжение промежуточного контура, причем это напряжение промежуточного контура не должно быть неизменным.

Кроме того, блок питания содержит вентильный преобразователь тока, именуемый также преобра- 1 023215 зователем частоты или инвертором, предназначенный для преобразования постоянного тока или постоянного напряжения из промежуточного контура постоянного напряжения в переменный ток для подачи в электросеть переменного напряжения. Точно так же вентильный преобразователь тока предназначен для преобразования переменного тока из сети переменного напряжения в постоянный ток и/или в постоянное напряжение для подачи в промежуточный контур постоянного напряжения или его зарядки.

Согласно настоящему изобретению зарядное устройство может быть предусмотрено только с одним аккумуляторным блоком или одним соответствующим разъемом. Тем не менее по соображениям эффективности следует исходить из нескольких, в частности множества аккумуляторных блоков. Каждый аккумуляторный блок предусмотрен для того, чтобы заряжать и/или разряжать один аккумулятор. При этом в дальнейшем под зарядкой или разрядкой понимается также частичная зарядка или разрядка. Наконец, зарядные устройства должны соответствовать данному аккумулятору, а также другим возможным краевым условиям.

Энергия для зарядки каждого подключенного аккумулятора отбирается из промежуточного контура постоянного напряжения. При этом следует упомянуть, что сам накопитель промежуточного контура обычно может аккумулировать небольшое количество энергии и, скорее, выполняет функции буфера.

При разрядке аккумулятора энергия, или разрядный ток, соответственно подается в промежуточный контур постоянного напряжения. Разрядка одного аккумулятора, или множества аккумуляторов, подключенных к зарядному устройству, предусмотрена для подачи электрической энергии, или электрической мощности, в сеть переменного напряжения. Как только в аккумуляторах накопится соответствующее количество энергии, ее подают для различных целей в сеть переменного напряжения. С одной стороны, может быть удовлетворена потребность в соответствующем количестве энергии. В частности, речь идет о подпитке во время пиковых нагрузок. Таким путем энергия из аккумуляторов во время пиковых нагрузок на короткое время может быть подана для покрытия потребности в энергии в сеть переменного напряжения. В конце такого времени пиковых нагрузок соответствующие аккумуляторы могут снова заряжаться из сети переменного напряжения.

Энергия аккумулятора электромобиля незначительна по сравнению с обычными энергиями, необходимыми в электросети переменного напряжения, в частности по сравнению с энергиями, предназначенными для покрытия дополнительной потребности в энергии во время пиковых нагрузок. Однако согласно изобретению возможно и предпочтительно предусмотрено подключение к одному зарядному устройству множества аккумуляторов, так что зарядное устройство для подачи энергии в сеть переменного напряжения может располагать соответственно большим количеством энергии или большой мощностью питания. Если к тому же принять во внимание использование нескольких, в частности множества зарядных устройств согласно изобретению, к которым соответственно подключено множество аккумуляторов, то может накапливаться значительное количество энергии и имеющейся в распоряжении мощности питания. В результате, если сложить соответствующие емкости аккумуляторов, может даже отпасть необходимость в газовой электростанции, предусмотренной на случай пиковых нагрузок.

Для технической реализации предлагается зарядное устройство согласно изобретению. Электроэнергия одного и, в частности, нескольких аккумуляторов может подаваться посредством соответствующих аккумуляторных блоков в промежуточный контур постоянного напряжения, а от вентильного преобразователя тока в сеть переменного напряжения.

Предпочтительно блок питания зарядного устройства предназначен для подачи в электросеть переменного напряжения реактивной мощности. Таким образом, возможно, чтобы зарядное устройство, кроме того, могло оказывать поддержку электросети переменного напряжения путем подачи реактивной мощности. Дополнительно в этом месте следует упомянуть, что подача реактивной мощности может производиться в пункте подачи электроэнергии для питания путем подачи электрического тока в соответствующей фазе по сравнению с фазой переменного напряжения в сети переменного напряжения. Детали специалисту понятны, и можно еще сослаться на соответствующую специальную литературу (см., например, Мохэн, Энделэнд, Роббинс Силовая электроника; Джон Уилей&сыновья; ΙδΒΝ: 0-47158408-8 (Мойаи, иибе1аиб, РоЬЬйъ Ро\\ег Е1ес1гошс8; 1ойи ХУПсу&Бош; ΙδΒΝ: 0-471-58408-8)). Как уже было описано выше, в основу настоящего изобретения и, в частности, варианта выполнения положено понимание того, что при соответствующем увеличении числа электромобилей можно рассчитывать на развитие так называемых заправок для электромобилей и тем самым зарядных устройств предпочтительно согласно изобретению; причем чтобы заправки для электромобилей были распределены повсеместно, как автозаправочные станции. Способность зарядного устройства поддерживать сеть переменного напряжения в этом случае предпочтительна особенно в местностях или областях, находящихся на большом удалении от мощного производителя энергии, например электростанции, питающей сеть переменного напряжения. Другими словами, благодаря повсеместному распространению зарядных устройств согласно изобретению, как это становится возможно благодаря заправкам для электромобилей, обеспечивается также соответствующая повсеместная поддержка электросети переменного напряжения.

Один из предпочтительных вариантов выполнения предлагает для зарядного устройства согласно изобретению использование блока питания ветроэнергетической установки.

При этом благоприятно, чтобы блоки питания современных ветроэнергетических установок зачас- 2 023215 тую уже в настоящее время были в состоянии целенаправленно подавать реактивную мощность в электросеть переменного напряжения. Более того, такие блоки питания и в других отношениях отвечают множеству требований потребителей, зачастую соответствуют РЛСТБ (Р1еХЫе АЙетиаБид СиггеШ Тгаи8т188юи §у81ет) (гибкая система передачи переменного тока) и, кроме того, опробованы для данной системы. Да и размеры такого блока питания, если учесть, что современные ветроэнергетические установки уже располагают номинальной мощностью более 5 МВт, подходят для его использования, например, в качестве зарядного устройства на заправке для электромобилей, упомянутой выше в качестве примера.

Кроме того, блоки питания ветроэнергетических установок часто имеют структуру, предложенную в соответствии с зарядным устройством согласно изобретению, а именно использование промежуточного контура постоянного напряжения с вентильным преобразователем тока или соответственно инвертором. Таким образом, для зарядки и/или разрядки аккумулятора требуется только согласовать каждый аккумуляторный блок с промежуточным контуром постоянного напряжения блока питания ветроэнергетической установки и произвести подключение к нему. При этом не возникает необходимости, но возможно, чтобы была предусмотрена сама ветроэнергетическая установка, то есть все компоненты, необходимые для соединения упомянутого промежуточного контура постоянного напряжения с генератором, а также генератор, ротор, включая сами лопасти ротора. Вместе с зарядным устройством согласно изобретению, естественно, может быть использован также трансформатор, согласованный с блоком питания ветроэнергетической установки.

Предпочтительно блок питания подготовлен для регулировки напряжения промежуточного контура на заданное значение. В общем случае для напряжения промежуточного контура в зависимости от режима работы имеется оптимальное значение. Для обеспечения максимально возможного срока службы задействованных полупроводниковых приборов оно должно быть возможно более низким. Однако вместе с тем это значение, в частности, для обеспечения возможности подпитки сети переменного напряжения должно выбираться настолько большим, насколько это необходимо.

Предпочтительно блок питания рассчитан на так называемый четырехквадрантный режим. Под этим в данном случае понимается режим, при котором активная мощность по выбору может подаваться в сеть переменного напряжения или отбираться из сети переменного напряжения. Кроме того, по выбору может подаваться в сеть переменного напряжения или отбираться из нее реактивная мощность. Обе возможности - для активной мощности, с одной стороны, и для реактивной мощности, с другой - могут комбинироваться, так что эксплуатация возможна в любом из четырех квадрантов. Естественно также, что активная мощность и/или реактивная мощность в определенный момент или в то же время может принимать значения, равные нулю.

Для обеспечения такого четырехквадрантного режима может быть предусмотрен, например, блок питания, который может обеспечить двунаправленный принцип работы, а именно подпитку сети переменного напряжения переменным током из промежуточного контура постоянного напряжения и - в другом направлении - подпитку или подачу постоянного тока в промежуточный контур постоянного напряжения из электросети переменного напряжения.

Согласно одному из вариантов выполнения зарядное устройство содержит интерфейс или соответственно интерфейс ввода для ввода заданного значения активной мощности для задания активной мощности, подаваемой в сеть переменного напряжения или отбираемой из нее, или для ввода заданного значения реактивной мощности для задания реактивной мощности, подаваемой в сеть переменного напряжения или отбираемой из нее. При этом, таким образом, предусмотрено, чтобы устанавливать это заданное значение активной и/или реактивной мощности извне. Затем зарядное устройство, насколько можно, преобразует эту заданную величину или соответственно величины. При этом заданные значения активной и реактивной мощности принципиально обрабатываются по-разному.

Предварительное задание заданного значения активной мощности первично является качественным показателем, а именно, в частности, можно ли подавать в сеть переменного напряжения или отбирать из нее активную мощность. Хотя величина отбираемой или подаваемой активной мощности в принципе также может быть задана, она все же значительно зависит также от емкости подключенных аккумуляторов. Предпочтительно соответствующим образом подается или отбирается максимальная активная мощность.

Заданное значение реактивной мощности содержит также информацию относительно необходимости подачи или отбора реактивной мощности из сети переменного напряжения, причем, однако, заданное значение реактивной мощности может принимать любые, предпочтительно количественные значения и, в частности, в заданных пределах. Другими словами, заданное значение в данном случае задается постепенно. Необходимо также принимать во внимание то, что подача или отбор реактивной мощности в принципе не зависят от емкости подсоединенных аккумуляторов.

Благодаря упомянутому внешнему заданию как номинального значения активной мощности, так и номинального значения реактивной мощности может осуществляться реагирование на потребности сети. Компенсация периодов пиковых нагрузок или отбор активной мощности при наличии избыточной мощности или соответственно избыточной энергии может быть достигнута, с одной стороны, по существу,

- 3 023215 независимо, а с другой стороны, одновременно с поддержкой сети переменного напряжения в отношении характеристики передачи электроэнергии в сети переменного напряжения или на соответствующем участке. Благодаря внешнему заданию обоих номинальных значений, которое может осуществляться, например, оператором сети, представляется, в целом, возможным координирование нескольких зарядных устройств, подключенных к сети переменного напряжения, и тем самым целенаправленное и дифференцированное воздействие на состояние сети.

Другой вариант выполнения предусматривает электрическое соединение по меньшей мере одного аккумуляторного блока, в частности каждого аккумуляторного блока, с промежуточным контуром постоянного напряжения, а также опционально предусмотрено выполнение зарядного устройства, в частности по меньшей мере одного аккумуляторного блока и предпочтительно всех аккумуляторных блоков, невосприимчивым(и) к изменениям амплитуды напряжения промежуточного контура. Таким образом, несмотря на подключенный аккумуляторный блок можно эксплуатировать блок питания так, чтобы было возможным изменение амплитуды напряжения промежуточного контура и тем самым регулировка соответственно оптимального значения напряжения промежуточного контура.

В целом, специалист знает, как достигается невосприимчивость, обозначаемая на профессиональном языке как надежность. Ясно, что аккумуляторный блок должен быть адаптирован к ожидаемому диапазону изменений. Другими словами, наряду с электрической прочностью аккумуляторный блок необходимо выполнять таким образом, чтобы при наименьшем ожидаемом напряжении промежуточного контура он мог еще управлять зарядным током, а также чтобы при наибольшем ожидаемом напряжении промежуточного контура аккумуляторный блок был в состоянии направлять разрядный ток в промежуточный контур постоянного напряжения.

Кроме того, динамический диапазон аккумуляторного блока необходимо согласовать с динамическим диапазоном блока питания. Это достигается тем, что динамический диапазон блока питания регулируется значительно быстрее, нежели динамический диапазон аккумуляторного блока. Другими словами, постоянные времени блока питания, такие, как например, выбор или соответственно согласование дросселя, емкости промежуточного контура, а также время управляющего воздействия и временные постоянные фильтров структур измерения и регулировки, выбираются по возможности небольшими, тогда как временные постоянные аккумуляторного блока выбираются соответственно большими. В результате желательно, чтобы блок питания обладал преобладающей временной постоянной, которая по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем временная постоянная аккумуляторного блока. Подобное выполнение известно как иерархизация, оно позволяет избежать нежелательных взаимных воздействий регулировок блока питания и регулировок аккумуляторного блока.

Согласно другому варианту выполнения предлагается, чтобы зарядное устройство включало в себя блок управления работой сети для координации управления блоком питания и по меньшей мере одним аккумуляторным блоком. Кроме того, блок управления работой сети в качестве основы может получать внешние заданные значения, как, например, заданные значения активной и реактивной мощностей. В частности, реализация заданного значения активной мощности нуждается в согласовании между блоком питания и аккумуляторными блоками, чтобы, в частности, активная мощность, поступающая в сеть, могла поставляться аккумуляторными блоками и тем самым аккумуляторами промежуточного контура постоянного напряжения или чтобы активная мощность, необходимая для зарядки аккумуляторов, отбиралась из сети. В частности, блок регистрации работы сети соединен с каждым аккумуляторным блоком, в частности с соответственно предусмотренным в данном случае блоком управления, а он соединен с блоком управления инвертором для управления инвертором или вентильным преобразователем тока.

Согласно одному из очередных вариантов выполнения аккумуляторный блок, или каждый аккумуляторный блок, содержит понижающий преобразователь, соединенный с промежуточным контуром постоянного напряжения, и/или повышающий преобразователь, соединенный с промежуточным контуром постоянного напряжения. Понижающий преобразователь предусмотрен для управления соответствующим зарядным током из промежуточного контура постоянного напряжения, в частности для зарядки подключенного аккумулятора согласно закону зарядки. Повышающий преобразователь предусмотрен, соответственно, для управления разрядным током и его подачей в промежуточный контур постоянного напряжения.

Таким образом, согласно одному из вариантов выполнения может быть предусмотрено зарядное устройство простой конструкции, в котором используется блок питания ветроэнергетической установки, причем ветроэнергетическая установка содержит промежуточный контур постоянного напряжения, а к этому промежуточному контуру постоянного напряжения для управления зарядным или разрядным токами подключены понижающий преобразователь и повышающий преобразователь для каждого параллельно заряжаемого аккумуляторного блока.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один аккумуляторный блок, в частности каждый аккумуляторный блок, содержал блок управления аккумулятором, регистрирующий зарядный и разрядный токи и/или соответствующее зарядное напряжение. Это зарядное напряжение, по существу, соответствует напряжению на подключенном аккумуляторном блоке. По этим измеренным значениям предпочтительно определяется степень заряженности подсоединенного аккумулятора. Кроме того, могут быть оп- 4 023215 ределены соответствующие зарядная и разрядная мощности подключенного аккумулятора.

Для полной или частичной зарядки и/или разрядки предпочтительно предусмотрены несколько аккумуляторных блоков. Каждый аккумуляторный блок в принципе готов к индивидуальной зарядке или разрядке подключенного аккумулятора. Индивидуальная зарядка или разрядка должна, в частности, учитывать соответствующую степень заряженности, а также тип подключенного аккумулятора. Важно, чтобы аккумуляторные блоки могли заряжать или разряжать подключенный аккумулятор независимо друг от друга. В зависимости от соответствующего заряжаемого или разряжаемого аккумулятора целесообразным может быть использование адаптированного соответствующим образом аккумуляторного блока. Однако все аккумуляторные блоки адаптированы к подключению к промежуточному контуру постоянного напряжения. При этом подача электрической мощности в сеть переменного напряжения или отбор необходимой мощности из сети переменного напряжения в значительной мере независимы от вида аккумуляторного блока. Учитываться, по существу, должна лишь зарядная емкость.

Согласно другому варианту выполнения предлагается, чтобы блок питания был приспособлен к подсоединению к ветроэнергетической установке для установления электрического соединения между ветроэнергетической установкой и промежуточным контуром постоянного напряжения. В частности, при использовании блока питания ветроэнергетической установки это реализовать просто. Благодаря этой мере достигается то, что электроэнергия, получаемая с помощью ветроэнергетической установки из энергии ветра, может быть использована для зарядки подключенных аккумуляторов. Впрочем, нет необходимости в обязательной адаптации ветроэнергетической установки. Например, даже зарядка аккумуляторов может быть осуществлена с помощью имеющейся в распоряжении энергии ветра. Точно так же электрическая мощность, по существу, известным образом полученная от ветроэнергетической установки, может быть подана в электросеть переменного напряжения.

Предпочтительно зарядное устройство содержит коммутационное средство для выбора режима работы с ветроэнергетической установкой или без нее и режима работы с аккумуляторным блоком, или несколькими аккумуляторными блоками, или без них. Таким образом, коммутационное средство может выбирать между четырьмя режимами работы, причем реализацию можно производить, например, также двумя коммутационными средствами, а именно выбором с помощью одного коммутационного средства режима с ветроэнергетической установкой или без нее и выбором режима с аккумуляторным блоком или без него с помощью другого коммутационного средства. Наличие такого коммутационного средства имеет то преимущество, что при изготовлении зарядного устройства еще не должно быть известно и тем самым не должно быть учтено, в какой конфигурации необходимо использовать зарядное устройство. Благодаря этому возможно сокращение вариаций изготовления. Кроме того, решение относительно выбора другого режима работы можно принимать и позднее. При этом особенно предпочтительно зарядное устройство, использующее при подключении аккумуляторного блока разъем для зарядки. Таким образом является возможным предусмотреть использование зарядного устройство для подачи вырабатываемой энергии в сеть переменного напряжения сначала только в режиме с ветроэнергетической установкой. При известных условиях решение о расположении аккумуляторных блоков для заряда аккумуляторов на ветроэнергетической установке или вблизи нее можно принимать, например, позднее.

Необходимо также отметить, что целесообразным может быть также один режим работы, как без ветроэнергетической установки, так и без аккумуляторных блоков, так как таким образом возможна поддержка сети в отношении подачи или отбора реактивной мощности. Предпочтительно устройство зарядки, в частности, блок питания соответствуют РАСТ8.

Под РАСТ8 (Р1ехТЬ1е АНетиайид Ситгей Тгап8Ш188юп §у81еш) понимается гибкая система передачи переменного тока. РАСТ8 определяется Институтом инженеров по электротехнике и электронике (ΙΕΕΕ) как система, основанная на силовых электронных устройствах и другом статическом оборудовании, осуществляющих управление одним или несколькими параметрами системы передачи переменного тока для улучшения управляемости и повышения способности передачи мощности (см. ргоро8е8 1етш8 апй бейш1юп8 Гог Г1ех|Ь1е АС 1тап8Ш188Юп 8у81еш8 (РАСТ8) (Предлагаемые термины и дефиниции для гибких систем передачи переменного тока), ΙΕΕΕ 1тап8аейоп8 оп ро\\ег беПуегу. уо1ише 12, 188ие 4, Ое1оЬет 1997, раде8 1848 1о 1853). Такие свойства РАСТ8 специалисту в принципе известны. При этом целенаправленная подача реактивной мощности в сеть переменного напряжения или ее отбор из последней являются аспектом указанного соответствия РАСТ8. Простая возможность реализации в соответствии с РАСТ8 заключается в использовании блока питания ветроэнергетической установки на основе РАСТ8.

Кроме того, согласно изобретению предлагается ветроэнергетическая установка для преобразования энергии ветра в электроэнергию, содержащая зарядное устройство согласно изобретению или компоненты такого зарядного устройства. Согласно варианту выполнения это означает, что ветроэнергетическая установка, включая блок питания ветроэнергетической установки, дополнительно оснащена по меньшей мере одним аккумуляторным блоком и/или одним разъемом для зарядки, предназначенным для подключения аккумуляторного блока, причем аккумулятор, подсоединенный к аккумуляторному блоку, может заряжаться и/или разряжаться посредством аккумуляторного блока и блока питания.

Кроме того, согласно изобретению предлагается заправка для электромобилей, содержащая зарядное устройство согласно изобретению и/или ветроэнергетическую установку согласно изобретению. До- 5 023215 полнительно заправка для электромобилей содержит по меньшей мере один электрический аккумулятор, подключенный к зарядному устройству. Электрическим аккумулятором предпочтительно является тот аккумулятор, который предусмотрен для замены в заряженном состоянии на полностью или частично разряженный аккумулятор электромобиля. Другими словами, аккумулятор, поставленный на зарядку, не находится в электромобиле, однако может быть установлен в нем.

Предпочтительно заправка для электромобилей содержит множество аккумуляторов и предназначена для одновременной зарядки и/или разрядки множества аккумуляторов.

Кроме того, согласно изобретению предлагается использовать в качестве блока питания зарядного устройства блок питания ветроэнергетической установки. В частности, использование предлагается в зарядном устройстве, содержащем один или несколько аккумуляторных блоков, соединяемых с блоком питания. Таким образом, может быть использован блок питания, который по всем своим характеристикам сначала предусмотрен для использования в ветроэнергетической установке, однако согласно изобретению используется для зарядного устройства. При известных условиях блок питания может быть адаптирован к использованию в зарядном устройстве таким образом, что по меньшей мере предусмотрены разъемы для подключения аккумуляторного блока.

Кроме того, согласно изобретению предлагается способ управления подсоединенным к сети переменного напряжения зарядным устройством, предназначенным для зарядки и/или разрядки аккумуляторов электромобилей. При этом принимается по меньшей мере одна заданная информация от одного устройства управления или подобного, причем заданная информация показывает, необходимо подавать или отбирать активную мощность из сети переменного напряжения и/или сколько ее необходимо подать или отобрать из сети переменного напряжения. Кроме того, заданная информация в порядке дополнения или альтернативы может показывать, должна ли реактивная мощность и/или в каком количестве она должна быть подана в сеть переменного напряжения или отобрана из нее. Такая информация периодически обновляется. Таким образом, речь идет предпочтительно не о разовой информации, а эта информация постоянно актуализируется, в частности передается зарядному устройству с поста управления. При этом такой пост управления может частично обеспечивать различной заданной информацией несколько зарядных устройств.

Затем в зависимости от заданной информации зарядное устройство управляется таким образом, чтобы в сеть переменного напряжения подавалась или из нее отбиралась соответственно активная мощность и/или чтобы в сеть переменного напряжения реактивная мощность подавалась и/или из нее отбиралась по возможности в соответствии с заданной информацией. В порядке дополнения или альтернативы зарядное устройство управляется таким образом, чтобы по меньшей мере частично заряжался или разряжался по меньшей мере один из подключенных аккумуляторов. В отношении подачи активной мощности в сеть постоянного тока или отбора активной мощности из нее предпочтительно согласование с управлением зарядкой и/или разрядкой подключенных аккумуляторов.

Предпочтительно к зарядному устройству подключены несколько аккумуляторов, заряжаемых или разряжаемых в индивидуальном порядке, в частности, независимо друг от друга. Эта независимость в основном относится к соблюдению соответствующих законов зарядки, задающих способ зарядки или разрядки соответствующего аккумулятора в зависимости от его типа и степени заряженности. В то же время в вопросе зарядки или разрядки предпочтение отдается согласованному управлению несколькими или всеми подсоединенными аккумуляторами. Таким образом, предпочтительно, чтобы или все аккумуляторы заряжались, или все аккумуляторы разряжались. Однако может быть предусмотрен режим, в котором синхронно несколько аккумуляторов заряжаются, а другие разряжаются.

Ниже изобретение в качестве примера более подробно поясняется на основе вариантов выполнения со ссылкой на приложенные фигуры, на которых фиг. 1 изображает структуру зарядного устройства согласно изобретению, фиг. 2 - другую структуру зарядного устройства согласно изобретению.

Зарядное устройство 1 содержит в основном блок 2 питания и множество аккумуляторных блоков

4. Аккумуляторные блоки 4 соединены с блоком 2 питания, так что между ними может иметь место как поток энергии, так и обмен информацией. На фиг. 1 в качестве примера изображены два аккумуляторных блока 4 и показано, что предусмотрено много аккумуляторных блоков 4, а именно их количество п. Теоретически могло быть достаточным использование только одного аккумуляторного блока 4.

Кроме того, зарядное устройство 1 содержит промежуточный контур 6 постоянного напряжения, посредством которого блок 2 питания энергетически соединен с аккумуляторными блоками 4. Энергия из промежуточного контура 6 постоянного напряжения может преобразовываться инвертором 8 в трехфазное переменное напряжение. Подсоединяется дроссель 10, с которого трехфазный переменный ток, полученный посредством инвертора 8, подается через трансформатор 12, причем полученное переменное напряжение по своей амплитуде повышается трансформированием. Наконец, трансформатор 12 соединен с сетью 14 переменного напряжения.

Точно так же энергия отбирается из сети 14 переменного напряжения и с помощью инвертора 8 подается в промежуточный контур 6 постоянного напряжения в качестве постоянного тока.

Для управления инвертором 8 при подаче электроэнергии в сеть 14 переменного напряжения пре- 6 023215 дусмотрен блок 16 управления инвертором. Он управляет инвертором 8 в отношении частоты, фазы и амплитуды полученного напряжения. Конкретное задание эталлонного импульса может быть предусмотрено в инверторе 8 как таковом или задано в блоке 16 управления инвертором. Для управления инвертором блоку 16 управления инвертором необходима информация о полученном переменном напряжении и/или о переменном напряжении из сети 14 переменного напряжения. Для этого предусмотрен сетевой анализатор 18, измеряющий в точке измерения переменного напряжения переменное напряжение между дросселем 10 и трансформатором 12, анализирующий и передающий соответствующую информацию, в частности информацию о частоте, фазе и амплитуде напряжения, в блок 16 управления инвертором.

Кроме того, измеренная и/или проанализированная информация передается из сетевого анализатора 18 в блок 22 управления работой сети.

Блок 22 управления работой сети в основном предусмотрен для координации работы блока 2 питания и аккумуляторного блока 4, среди прочего, в зависимости от заданных значений. Для этого устройство 22 управления по каналу 23 задания получает внешние заданные значения, в частности задание в отношении подачи или отбора активной мощности и/или подачи или отбора реактивной мощности. Эти заданные значения могут передаваться из внешней точки по этому каналу 23 задания.

Блок 22 управления работой сети передает соответствующую информацию, или управляющие команды, как в аккумуляторные блоки 4, а затем в блоки 30 управления аккумуляторами, так и в блок 2 питания, а затем, в частности, в блок 16 управления инвертором.

Кроме того, блок 22 управления работой сети в точке измерения 24 на промежуточном контуре получает информацию в отношении напряжения, тока и/или мощности промежуточного контура 6 постоянного напряжения. Соответствующая информация частично может передаваться дальше в блок 16 управления инвертором. Впрочем, возможно и непосредственное соединение блока 16 управления инвертором с точкой 24 измерения на промежуточном контуре. Кроме того, блок 22 управления работой сети через сетевой анализатор 18 получает информацию относительно напряжения сети. Кроме того, устройство 22 управления работой сети может также получать информацию, как, например, о степени заряженности или имеющейся емкости, от каждого аккумуляторного блока, в частности от блока 30 управления аккумуляторами.

Для учета заданных значений в отношении подаваемой или отбираемой реактивной мощности преимущественно или исключительно необходимо управление блоком 2 питания, в частности блоком 16 управления инвертором. Аккумуляторные блоки 4, по существу, не затрагиваются.

Для учета заданных значений в отношении подаваемой или отбираемой активной мощности предпочтительны или необходимы учет и координация работы как блока 2 питания, так и аккумуляторных блоков 4. При этом может учитываться также имеющаяся зарядная емкость каждого аккумулятора 8, подключенного к аккумуляторному блоку 4, а тем самым в результате и сумма всех имеющихся зарядных емкостей. Следует иметь в виду, что предусмотрено соединение между блоком 22 управления работой сети и каждым блоком 30 управления аккумулятором, то есть блоком 30 управления аккумулятором каждого аккумуляторного блока 4, что на фиг. 1 обозначено лишь частично.

Каждый аккумуляторный блок 4 соединен с промежуточным контуром 6 постоянного напряжения, так что энергия может протекать от блока 2 питания к каждому аккумуляторному блоку 4 и наоборот. Для этого каждый аккумуляторный блок 4 содержит повышающий и понижающий преобразователь, которые ниже именуются преобразователями-регуляторами 26 постоянного тока и соединены с промежуточным контуром 6 постоянного напряжения. В действительности в случае преобразователя-регулятора 26 постоянного тока речь идет не о присутствии соответствующих повышающего преобразователя и понижающего преобразователя в классическом смысле, а о том, чтобы регулятор постоянного тока мог управлять постоянным током как из промежуточного контура 6 постоянного напряжения в соответствующий аккумулятор 28, так и из аккумулятора 28 в промежуточный контур постоянного напряжения.

Для управления преобразователем-регулятором 26 постоянного тока предусмотрен блок 30 управления аккумулятором. Этот блок 30 управления аккумулятором получает управляющие значения, в частности управляющие заданные значения от блока 22 управления работой сети. В частности, он может получать управляющие заданные значения относительно того, должен ли соответствующий аккумулятор 28 заряжаться или разряжаться или же он не должен ни заряжаться, ни разряжаться.

Следует упомянуть, что блок 22 управления работой сети наряду с описываемыми путями прохождения сигнала может также содержать информацию, например, о степени заряженности одного или нескольких аккумуляторов.

Кроме того, для управления преобразователем-регулятором 26 постоянного тока блок 30 управления аккумулятором получает информацию о соответствующем зарядном или разрядном токе аккумулятора 28, а также информацию о зарядном напряжении, или напряжении аккумулятора 28. Для этого соответствующие напряжение и ток измеряются в точке 32 измерения на аккумуляторе и подаются в блок 30 управления аккумулятором. В точке измерения на аккумуляторе могут регистрироваться напряжение, ток и мощность.

На фиг. 1 в качестве примера изображены два аккумулятора 28. Предпочтительно в данном случае используются и соответственно заряжаются и/или разряжаются аккумуляторы, в частности литиево- 7 023215 ионные аккумуляторы электромобилей.

Для подключения зарядного устройства на фиг. 1 к ветроэнергетической установке предусмотрена точка 34 подключения. При этом ветроэнергетическая установка может быть соединена с промежуточным контуром 6 постоянного напряжения зарядного устройства 1. При этом один из вариантов выполнения предусматривает, чтобы энергия ветра посредством ротора и генератора преобразовывалась в переменный электрический ток, который после выпрямления может подаваться через точку 34 подключения в промежуточный контур 24 постоянного напряжения.

Зарядное устройство на фиг. 2 в основном соответствует зарядному устройству 1 на фиг. 1. Для лучшей наглядности последние две цифры или соответственно последняя цифра ссылочных позиций на фиг. 2 соответствуют аналогичным элементам зарядного устройства 1 на фиг. 1. Для пояснения соответствующих элементов даются ссылки на фиг. 1.

Таким образом, зарядное устройство 201 содержит блок 202 питания и множество аккумуляторных блоков 204, из которых, правда, в качестве примера изображен только один. Все соединения, показанные для аккумуляторного блока 204, изображенного в качестве примера, предусмотрены также для других, не показанных аккумуляторных блоков. Это относится также к электрическому аккумулятору 228, соединенному с аккумуляторным блоком 204. Аккумуляторный блок 204 содержит преобразователь-регулятор 226 постоянного тока, имеющий повышающий преобразователь и понижающий преобразователь и управляемый блоком 230 управления аккумулятором. Для регистрации напряжения, тока и мощности предусмотрена точка 232 измерения на аккумуляторе.

Преобразователь-регулятор 226 тока соединен через промежуточный контур 206 постоянного напряжения с блоком 202 питания и тем самым с инвертором 208. Управление инвертором 208 осуществляется с помощью блока 216 управления инвертором, регистрирующим напряжение, ток и/или мощность в точке измерения 224 на промежуточном контуре. Инвертор 208 обеспечивает поток (как активной, так и реактивной) мощности от промежуточного контура 206 постоянного напряжения до выхода 240 переменного трехфазного тока, к которому подсоединяются дроссель 210 и сетевой фильтр 242, и наоборот. Кроме того, в точке измерения для регистрации напряжения, в частности регистрации сетевого напряжения, предусмотрен выключатель 244, позволяющий отключать сеть 214 переменного тока. Регистрация сетевого напряжения, или регистрация сети, осуществляется сетевым регистратором 218, функционально сопоставимым с сетевым анализатором 18 зарядного устройства 1 на фиг. 1. Сетевой регистратор 218 тесно связан с так называемым управлением или устройством 222 управления на основе РАСТ8, сопоставимым с устройством 22 управления работой сети зарядного устройства 1 на фиг. 1. Блок 222 управления на основе РАСТ8 вместе с сетевым регистратором 218 могут рассматриваться как самостоятельный блок, сообщающийся как с блоком 202 питания, так и аккумуляторным блоком 204.

Впрочем, зарядное устройство 201 на фиг. 2 для соединения с сетью также использует трансформатор 212 для соединения с сетью 214 переменного тока.

Кроме того, на фиг. 2 показана возможная связь с ветроэнергетической установкой 250 через промежуточный контур 206 постоянного напряжения. Кроме того, ветроэнергетическая установка 250, от которой показана башня 256, содержит генератор 252 для получения трехфазного переменного электрического тока, выпрямляемого посредством выпрямителя 254. Таким образом, от выпрямителя 254 предусмотрены электрические связь и соединение 258 с промежуточным контуром 206 постоянного напряжения.

Управление ветроэнергетической установкой 250 осуществляется с помощью устройства 260 управления ветроэнергетической установкой. Над ним установлена плата 262 управления, которая также может посылать заданные значения в устройство 260 управления ветроэнергетической установкой. Такие заданные значения могут также задавать, должна ли активная мощность отдаваться в сеть 214 переменного тока или отбираться из нее и/или должна ли реактивная мощность и в каком объеме подаваться в сеть переменного напряжения или отбираться из нее.

Соответствующие заданные значения могут передаваться от устройства 260 управления ветроэнергетической установкой дальше в устройство 222 управления на основе РАСТ8. Кроме того, посредством устройства 222 управления возможны согласование разряда и/или заряда подключенных аккумуляторов 228 и подача в сеть переменного напряжения или отбор из нее активной и/или реактивной мощностей.

Claims (16)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Зарядное устройство (1) для зарядки электрических аккумуляторов (28) электромобилей, содержащее модуль (2) питания для передачи электроэнергии в электросеть (14) переменного напряжения от ветроэнергетической установки (250), содержащий электрический промежуточный контур (6) постоянного напряжения, содержащий накопитель, выполненный с возможностью промежуточного аккумулирования электроэнергии с напряжением промежуточного контура, и вентильный преобразователь (8) тока, выполненный с возможностью преобразования постоянного тока и/или постоянного напряжения промежуточного контура (6) постоянного напряжения в переменный ток для подачи в электросеть (14) пере- 8 023215 менного напряжения и преобразования переменного тока из сети (14) переменного напряжения в постоянный ток и/или в постоянное напряжение для подачи в промежуточный контур (6) постоянного напряжения, и по меньшей мере один аккумуляторный модуль (4), соединенный с электрическим промежуточным контуром (6) постоянного напряжения, и по меньшей мере один разъем для зарядки, выполненный с возможностью подключения аккумуляторного модуля (4), по меньшей мере, для частичной зарядки одного из электрических аккумуляторов (28) из промежуточного контура (6) постоянного напряжения и/или, по меньшей мере, для частичной разрядки одного из электрических аккумуляторов (28) в промежуточный контур (6) постоянного напряжения, причем упомянутый модуль (2) питания ветроэнергетической установки (250) выполнен с возможностью подачи реактивной мощности в электрическую сеть (14) переменного напряжения и регулировки напряжения электрического промежуточного контура (6) постоянного напряжения до заданного значения.
2. 2. Зарядное устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что модуль (2) питания выполнен с возможностью работы в четырехквадрантном режиме, а именно по выбору на подачу активной мощности в сеть (14) переменного напряжения или на ее отбор из сети переменного напряжения и/или на подачу реактивной мощности в сеть (14) переменного напряжения или на ее отбор из сети переменного напряжения.
3. 3. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что содержит интерфейс ввода для ввода заданного значения активной мощности для задания активной мощности, подаваемой в сеть (14) переменного напряжения или отбираемой из нее, или для ввода заданного значения реактивной мощности для задания реактивной мощности, подаваемой в сеть (14) переменного напряжения или отбираемой из нее.
4. 4. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что по меньшей мере один аккумуляторный модуль (4) электрически соединен с промежуточным контуром (6) постоянного напряжения и причем зарядное устройство (1) и, в частности, по меньшей мере один аккумуляторный модуль (4) может быть выполнен невосприимчивым к колебаниям напряжения промежуточного контура.
5. 5. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1-4, содержащее модуль (22) управления работой сети для координации управления модулем (2) питания и по меньшей мере одним аккумуляторным модулем (4).
6. 6. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что по меньшей мере один аккумуляторный модуль (4) содержит соединенный с промежуточным контуром (6) постоянного напряжения понижающий преобразователь (26), предназначенный для управления зарядным током, по меньшей мере, для частичной зарядки электрического аккумулятора (28), и/или соединенный с промежуточным контуром (6) постоянного напряжения повышающий преобразователь (26) для управления разрядным током, по меньшей мере, для частичной разрядки электрического аккумулятора (28).
7. 7. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что по меньшей мере один аккумуляторный модуль (4) содержит модуль (30) управления аккумулятором для управления повышающим преобразователем и/или для управления понижающим преобразователем и/или для регистрации зарядного или разрядного тока, электрического зарядного напряжения, в частности электрического аккумулятора, подключенного к аккумуляторному модулю, зарядной или разрядной мощности и/или степени заряженности электрического аккумулятора, подключенного к аккумуляторному модулю.
8. 8. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, для частичной зарядки и/или частичной разрядки соответствующего электрического аккумулятора (28) содержит несколько аккумуляторных модулей (4).
9. 9. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что модуль (2) питания для установления электрической связи между ветроэнергетической установкой (250) и промежуточным контуром (6) постоянного напряжения выполнен с возможностью подсоединения к ветроэнергетической установке (250).
10. 10. Зарядное устройство (1) по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что содержит коммутационное средство для выбора режима работы с ветроэнергетической установкой и аккумуляторным модулем (4), без ветроэнергетической установки и с аккумуляторным модулем (4), с ветроэнергетической установкой и без аккумуляторного модуля (4), без ветроэнергетической установки и без аккумуляторного модуля (4).
11. 11. Ветроэнергетическая установка (250) для преобразования энергии ветра в электроэнергию, содержащая зарядное устройство (1) по любому из пп.1-10 и/или компоненты зарядного устройства (1) по любому из пп.1-10.
12. 12. Заправка для электромобилей, содержащая

    - 9 023215 ветроэнергетическую установку (250) по п.11 и/или зарядное устройство (1) по любому из пп.1-10 и по меньшей мере один электрический аккумулятор (28), подключенный к зарядному устройству (1), причем предпочтительный электрический аккумулятор (28) выполнен с возможностью замены в заряженном состоянии на частично или полностью разряженный электрический аккумулятор (28) электромобиля.
13. 13. Модуль (2) питания зарядного устройства (1) для зарядки электрических аккумуляторов (28) электромобилей, содержащий электрический промежуточный контур (6) постоянного напряжения для аккумулирования электроэнергии с напряжением промежуточного контура посредством накопителя и соединенный по меньшей мере с одним аккумуляторным модулем (4), а также вентильный преобразователь (8) тока, выполненный с возможностью преобразования постоянного тока и/или постоянного напряжения в переменный ток для подачи в электросеть (14) переменного напряжения и для преобразования переменного тока из сети (14) переменного напряжения в постоянный ток и/или в постоянное напряжение для подачи в промежуточный контур (6) постоянного напряжения, причем аккумуляторный модуль (4), соединенный с промежуточным контуром (6) постоянного напряжения, используется соответственно, по меньшей мере, для частичной зарядки одного из электрических аккумуляторов (28) из промежуточного контура (6) постоянного напряжения и/или, по меньшей мере, для частичной разрядки одного из электрических аккумуляторов (28) в промежуточный контур (6) постоянного напряжения.
14. 14. Способ управления зарядным устройством (1) по любому из пп.1-10, подключенным к сети (14) переменного напряжения, для зарядки и/или разрядки электрических аккумуляторов (28) электромобилей, содержащий этапы:

    прием заданной информации от устройства управления для задания подачи активной мощности в сеть (14) переменного напряжения или для задания ее отбора из последней и/или для задания подачи реактивной мощности в сеть (14) переменного напряжения или для задания ее отбора из последней, управление зарядным устройством (1) для подачи активной мощности в сеть (14) переменного напряжения или для ее отбора из последней и/или для подачи реактивной мощности в сеть (14) переменного напряжения или для ее отбора из последней в зависимости от заданной информации и/или управление зарядным устройством (1) таким образом, чтобы в зависимости от заданной информации, по меньшей мере, частично заряжался или разряжался по меньшей мере один из электрических аккумуляторов (28).
15. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что к зарядному устройству (1) подключают несколько электрических аккумуляторов (28), в частности по одному электрическому аккумулятору к каждому аккумуляторному модулю (4), причем каждый из электрических аккумуляторов (28) заряжают или разряжают в индивидуальном порядке.
16. 16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что зарядное устройство (1) соединено с ветроэнергетической установкой (250) для производства электроэнергии из энергии ветра и что в зависимости от имеющейся энергии ветра и/или в зависимости от заданной информации по меньшей мере один из электрических аккумуляторов (28) заряжают электроэнергией, полученной из энергии ветра.