ES2879843T3

ES2879843T3 - Estación de carga y sistema de carga para vehículos eléctricos

Info

Publication number: ES2879843T3
Application number: ES18159787T
Authority: ES
Inventors: Andreas Hettich
Original assignee: EnBW Energie Baden Wuerttemberg AG
Current assignee: EnBW Energie Baden Wuerttemberg AG
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2038-03-02
Also published as: EP3533658B1; EP3533658A1

Abstract

Estación de carga (10, 10') para cargar una batería de un vehículo eléctrico (20), con: una unidad de conexión a la red (12) para conectar la estación de carga a una sección de red de media tensión (18) y para recibir una tensión de entrada de corriente alterna, siendo la tensión de entrada de corriente alterna una media tensión; una unidad de transformación (14) para transformar la tensión de entrada de corriente alterna y para proporcionar una tensión de carga de corriente alterna y una tensión de carga de corriente continua; y una unidad de carga (16) para el acoplamiento del vehículo eléctrico para cargar la batería del vehículo eléctrico con la tensión de carga de corriente alterna suministrada y/o la tensión de carga de corriente continua suministrada, estando configurada la estación de carga como columna de carga o como punto de recarga en pared.

Description

DESCRIPCIÓN

Estación de carga y sistema de carga para vehículos eléctricos

La presente invención se refiere a una estación de carga, así como a un sistema y un procedimiento para la carga de una batería de un vehículo eléctrico.

El desarrollo progresivo hacia la electromovilidad requiere la puesta a disposición de una infraestructura de carga correspondiente para la carga de vehículos eléctricos, como coches eléctricos, camiones eléctricos o también bicicletas eléctricas. Las estaciones de carga correspondientes están configuradas a este respecto por ejemplo como columnas de carga o también como puntos de recarga en pared (wallbox). Las estaciones de carga suministran la potencia eléctrica necesaria para la carga de las baterías. Los vehículos eléctricos pueden estacionarse generalmente cerca de la estación de carga y acoplarse para la duración del proceso de carga.

Las estaciones de carga pueden suministrar a este respecto corriente alterna (CA) o también corriente continua (CC). Para el proceso de carga de batería propiamente dicho, normalmente es necesaria la aplicación de una tensión continua a la batería. Si la estación de carga está configurada como estación de carga de corriente continua, dado el caso puede renunciarse a otra transformación y la tensión suministrada puede aplicarse directamente a la batería. El aparato de carga está integrado, por así decirlo, en la estación de carga. Los vehículos que se cargan con corriente alterna disponen de un aparato de carga montado en el vehículo que transforma la corriente alterna en corriente continua. La ventaja de un proceso de carga de corriente alterna es que la corriente alterna está disponible en la mayoría de los hogares en otros puntos. Por lo tanto, no es necesaria otra transformación. El inconveniente es la potencia de carga que puede conseguirse, que en muchos casos es más reducida. Los sistemas modernos de carga rápida están basados generalmente en una carga con corriente continua con una tensión elevada, por ejemplo de 400 u 800 V. Con tensiones de este tipo pueden conseguirse potencias de carga del orden de 50 kW, de modo que un proceso de carga de un vehículo eléctrico puede realizarse en un intervalo de tiempo de aproximadamente una hora. Las potencias que pueden conseguirse en estaciones de carga de corriente alterna son en muchos casos esencialmente más reducidas.

Desde el punto de vista de la red, las estaciones de carga están montadas hoy día en muchos casos sobre la base de recursos conocidos. En una estación distribuidora se transforma una media tensión (de por ejemplo 10, 20 o 30 kV) en una baja tensión (de por ejemplo 230, 400 o 1.000 V). La baja tensión se distribuye a continuación mediante una red distribuidora correspondiente. Mediante la red distribuidora de baja tensión se alimentan tanto consumidores finales conectados como estaciones de carga conectadas.

Para el operador de la red, en este contexto, el reto está en que, a medida que aumenta el número de estaciones de carga conectadas a un único mazo de cables de baja tensión, puede aumentar fuertemente el grado de utilización de este mazo de cables. Además, aumenta también la caída de tensión en el mazo de cables. En muchos casos se necesitan en el mismo momento, por ejemplo después de haber terminado el horario de trabajo, potencias elevadas para la carga de vehículos eléctricos conectados. Por lo tanto, por mazo de cables solo puede estar previsto un número determinado de estaciones de carga. En caso de necesitarse otras estaciones de carga, debe tenderse otro mazo de cables. Habitualmente, el flujo de corriente en la red de baja tensión está limitado a 250 A o 315 A por mazo de cables.

En las actuales redes de baja tensión se usan en las estaciones distribuidoras en muchos casos transformadores de 630 kVA. En enfoques habituales de planificación, un transformador de este tipo quedaría sobrecargado si se conectan 300 unidades de viviendas, de las que un 80 por ciento dispone de un vehículo eléctrico. Lo problemático del uso de transformadores más grandes es la creciente necesidad de espacio a medida que aumenta la potencia, que en la infraestructura existente y la construcción admisible en muchos casos no se puede cumplir.

En este contexto, el documento DE 102016 102053 A1 da a conocer un sistema de conmutación para una estación de carga, una estación de carga y un uso de una estación de carga. El sistema de conmutación está previsto para la carga de un acumulador de energía en un vehículo. El sistema de conmutación comprende un transformador con salidas de transformador galvánicamente separadas. Un primer subsistema y un segundo subsistema están conectados respectivamente a una de las salidas del transformador. El primer subsistema y el segundo subsistema comprenden respectivamente un rectificador, que está conectado delante de un convertidor de CC/CC. El convertidor de CC/CC está acoplado en su lado de entrada o en su lado de salida con una lógica de conmutación. En particular, está previsto que el primer subsistema esté conectado a una conexión en triángulo en la salida del transformador y el segundo subsistema con una conexión en estrella en la salida del transformador.

El documento US 2013/0020993 A1 se refiere a una estación de carga multimodal para vehículos eléctricos. Se suministra una estación de carga multimodal para vehículos eléctricos más pequeña y más sencilla, que permite al usuario elegir entre una salida CA y CC. A una fuente de tensión está conectado un convertidor CC/CC, que suministra a continuación a un bus CC o a una conexión eléctrica. El bus CC puede ser usado por un equipo de carga CC o un inversor CC/CA que está conectado a un equipo de carga CA, por lo que se ofrece una posibilidad de carga de CC y de CA.

El documento US 2011/0055037 A1 se refiere a un sistema de carga que puede conectarse a una fuente de energía. El documento DE 102015 110023 A1 se refiere a una estación de carga, así como a un procedimiento para cargar un automóvil enchufable en una columna de carga. La estación de carga comprende un transformador de potencia y módulos rectificadores. El transformador de potencia presenta en el lado secundario líneas de salida galvánicamente separadas. Las líneas de salida están conectadas al menos en parte a los módulos rectificadores. El transformador de potencia, así como los módulos rectificadores están configurados de tal modo que los módulos rectificadores suministran una tensión de baja tensión cuando se alimenta una media tensión al transformador de potencia.

El documento EP 2 185 913 A1 se refiere a un sistema de carga para vehículos eléctricos. El sistema de carga comprende una sección de entrada para la conexión con una red de tensión alterna y una sección de salida para la conexión con un vehículo eléctrico. Además, el sistema de carga comprende una sección de transformación para transformar una tensión alterna en una tensión continua, así como una unidad de control, que está configurada para controlar la sección de transformación.

Partiendo de ello, la presente invención está basada en el objetivo de permitir una carga eficiente de baterías de vehículos eléctricos teniendo en cuenta la infraestructura actual de la red eléctrica. Por un lado, debe garantizarse la seguridad de abastecimiento, también en una expansión creciente previsible de la electromovilidad y, por otro lado, deben limitarse a un mínimo las adaptaciones necesarias de la infraestructura de la red o los costes.

Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención con una estación de carga para cargar una batería de un vehículo eléctrico. La estación de carga comprende:

una unidad de conexión a la red para conectar la estación de carga a una sección de red de media tensión y para recibir una tensión de entrada de corriente alterna, siendo la tensión de entrada de corriente alterna una media tensión;

una unidad de transformación para transformar la tensión de entrada de corriente alterna y para suministrar una tensión de carga de corriente alterna y una tensión de carga de corriente continua; y

una unidad de carga para el acoplamiento del vehículo eléctrico para cargar la batería del vehículo eléctrico con la tensión de carga de corriente alterna suministrada y/o la tensión de carga de corriente continua suministrada, estando configurada la estación de carga como columna de carga o como punto de recarga en pared.

Otro aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para cargar una batería de un vehículo eléctrico con las etapas:

conexión de una estación de carga con una sección de red de media tensión y recepción de una tensión de entrada de corriente alterna, siendo la tensión de entrada de corriente alterna una media tensión;

transformación de la tensión de entrada de corriente alterna y suministro de una tensión de carga de corriente alterna y de una tensión de carga de corriente continua; y

acoplamiento del vehículo eléctrico para cargar la batería del vehículo eléctrico con la tensión de carga de corriente alterna suministrada y/o la tensión de carga de corriente continua suministrada,

estando configurada la estación de carga como columna de carga o como punto de recarga en pared.

Además, un aspecto de la invención se refiere a un sistema para cargar una batería de un vehículo eléctrico con: una estación de carga como se ha descrito anteriormente; y

una sección de red de media tensión a la que está conectada la estación de carga para recibir la tensión de entrada de corriente alterna.

En las reivindicaciones dependientes se indican configuraciones preferibles de la invención. Se entiende que la estación de carga, así como el sistema y el procedimiento pueden estar configurados de acuerdo con las configuraciones descritas en las reivindicaciones dependientes para la estación de carga y el sistema.

De acuerdo con la invención está previsto que la estación de carga esté conectada directamente a una sección (o parte) de la red de media tensión y que reciba una tensión de entrada de corriente alterna de esta red de media tensión. La red de media tensión es a este respecto preferentemente una red de 6, 10, 20 o 30 kV, a la que están conectadas por lo demás habitualmente solo estaciones de transformación que transforman la media tensión en baja tensión para abastecer a consumidores finales. En cambio, la unidad de conexión a la red de la estación de carga de acuerdo con la invención está configurada para una conexión directa con tensiones más elevadas. En particular, la unidad de conexión a la red dispone preferentemente de los equipos de seguridad y aislamiento necesarios.

La tensión de entrada de corriente alterna se transforma a continuación en la unidad de transformación, por un lado, en una tensión de carga de corriente alterna y, por otro lado, en una tensión de carga de corriente continua. En este sentido, la tensión se reduce preferentemente partiendo de la tensión más elevada entrante de la red de media tensión, por ejemplo a 400 o a 800 V.

Mediante la unidad de carga, a continuación pueden suministrarse las dos tensiones de carga generadas para permitir la carga de la batería del vehículo eléctrico. Por la expresión acoplamiento ha de entenderse en este contexto en particular una conexión separable, comprendiendo la unidad de carga preferentemente una clavija correspondiente, así como un cable, que puede conectarse al vehículo eléctrico (corresponde en este caso a un llamado vehículo eléctrico enchufable). No obstante, se entiende que la unidad de carga también puede estar configurada de otra manera, por ejemplo para la carga inductiva o para la carga de un módulo extraíble del vehículo eléctrico (acumulador intercambiable).

Por la expresión vehículo eléctrico se entienden en el presente documento en particular todos los tipos de vehículos accionados completa y parcialmente de forma eléctrica (eléctricos híbridos) con acumulador de energía recargable (acumulador), por ejemplo coches eléctricos, camiones eléctricos o también bicicletas eléctricas. El sistema de acuerdo con la invención comprende además de la estación de carga también una sección de una red de media tensión a la que está conectada la estación de carga.

En comparación con las estaciones de carga usadas hasta ahora, en las que se realizó una conexión con la red de baja tensión, la estación de carga de acuerdo con la invención se conecta directamente a la red de media tensión. Una transformación de la media tensión en la tensión de carga necesaria tiene lugar en el interior de la columna. De este modo se consigue que puedan suministrarse las potencias comparativamente elevadas para el proceso de carga, sin que se produzca una carga excesiva de la red por corrientes demasiado elevadas. Se evita que se carguen de forma excesiva las estaciones de transformación usadas hasta ahora para la transformación de la media tensión en la baja tensión. Ya no es necesario suministrar transformadores más grandes con grandes reservas de potencia. Puesto que, debido a la mayor tensión, un cable de media tensión puede transportar claramente más energía que un cable de baja tensión, el número posible de estaciones de carga que pueden conectarse por mazo de cables se vuelve muy grande.

En este sentido, la invención representa un enfoque descentralizado, en el que no es necesario efectuar en primer lugar la etapa intermedia pasando por la red de baja tensión. Gracias a que ya no existe la necesidad de un transformador central, el espacio necesario para la superficie de instalación se desplaza o se reduce. Se evita en gran medida una adaptación de la infraestructura existente, de modo que pueden reducirse los costes.

Además, la estación de carga de acuerdo con la invención permite una aplicabilidad flexible, gracias al suministro simultáneo de una tensión de carga de corriente alterna y de una tensión de carga de corriente continua. Es posible conectar y cargar un vehículo eléctrico, independientemente de si debe abastecerse un vehículo eléctrico con o sin aparato de carga integrado.

En una configuración preferible, la unidad de transformación está configurada como transformador de estado sólido, SST. Un SST permite generar al mismo tiempo una tensión alterna y una tensión continua. Por su modo de funcionamiento, un transformador de estado sólido necesita menos superficie de montaje en comparación con un transformador convencional de dos o tres devanados ofreciendo la misma potencia de transmisión. Además, la transformación puede realizarse de forma esencialmente más económica. En particular, un SST permite que se suministren al mismo tiempo una tensión de carga de corriente alterna y una tensión de carga de corriente continua. Es posible una alimentación del SST con alta tensión (media tensión). Puede garantizarse una integración escalable de estaciones de carga en redes existentes.

Preferentemente, la unidad de transformación comprende una unidad de transmisión para realizar una transmisión de media frecuencia para la transformación de tensión, preferentemente con una frecuencia entre 100 Hz y 50 kHz. Para la realización de una transmisión (transformación), la tensión de entrada de corriente alterna (media tensión) entrante puede ser transformada en una tensión de carga (preferentemente más baja). La transformación de tensión tiene lugar a este respecto preferentemente con una frecuencia entre 100 Hz y 50 kHz. Habitualmente se utilizan frecuencias del orden de varios kHz. Con frecuencias tan elevadas pueden transmitirse potencias elevadas con un espacio ocupado reducido. El mismo transformador o transmisor es esencialmente más pequeño ofreciendo una potencia comparable. De este modo se consigue que la unidad de transformación pueda integrarse en una columna de carga o en un punto de recarga en pared. Ya no existe la necesidad de un transformador externo entre la tensión de la red de media tensión y la tensión de la red de baja tensión.

En otra configuración preferible, la unidad de transformación comprende una unidad electrónica de potencia del lado primario, que está configurada para realizar una rectificación y una adaptación de frecuencia de la tensión de entrada de corriente alterna. Para adaptar la frecuencia de la tensión de entrada de corriente alterna entrante está prevista una electrónica de potencia en el lado de entrada (lado primario), que permite una adaptación de la frecuencia y una rectificación. La frecuencia aumenta. Habitualmente, la tensión de entrada de corriente alterna entrante tiene una frecuencia de 50 Hz. La tensión generada por la electrónica de potencia en el lado de entrada tiene una frecuencia esencialmente más elevada de por ejemplo varios kHz. Gracias al uso de una electrónica de potencia puede realizarse una rectificación y adaptación de frecuencia correspondientes.

En una configuración ventajosa, la unidad de transformación comprende una unidad electrónica de potencia del lado secundario que está configurada para realizar una adaptación de frecuencia para generar la tensión de carga de corriente continua; y para realizar una adaptación de frecuencia y una rectificación inversa para generar la tensión de carga de corriente alterna. En el lado de salida, es decir, en el lado secundario, la frecuencia vuelve a adaptarse para generar una tensión de carga. Para la tensión de carga de corriente continua es necesario adaptar una frecuencia. Para la tensión de carga de corriente alterna debe realizarse adicionalmente una rectificación inversa.

Ventajosamente, la tensión de entrada de corriente alterna es una tensión entre 1 kV y 52 kV, preferentemente entre 10 kV y 30 kV; y/o la tensión de carga de corriente alterna y/o la tensión de carga de corriente continua es una tensión entre 200 V y 1000 V, preferentemente entre 350 V y 450 V. Las redes de media tensión habituales funcionan con 10, 20 o 30 kV. Los procesos de carga de coches eléctricos modernos en muchos casos tienen lugar con tensiones de 400 u 800 V. Gracias al uso de tensiones más elevadas, las corrientes pueden limitarse, también en caso de potencias más elevadas. No es necesario el uso de cables gruesos.

En una configuración preferible, la estación de carga está configurada como columna de carga independiente. Las columnas de carga independientes de este tipo pueden usarse, por ejemplo, en el espacio público de circulación o también en aparcamientos o en garajes subterráneos. Gracias a una conexión de red de media tensión puede conseguirse una carga rápida.

En una configuración preferible, la estación de carga comprende una unidad de medición para determinar un valor de consumo que describe la energía de carga recibida por el vehículo eléctrico. La unidad de medición permite medir la energía de carga transferida al vehículo eléctrico. De este modo es posible la facturación de la potencia de carga recibida frente al operador de la red o frente al proveedor de la estación de carga. Preferentemente, la unidad de medición comprende un amperímetro. Gracias a la puesta a disposición de una unidad de medición directamente en el interior de la estación de carga puede efectuarse una facturación sencilla y garantizada. Se dificulta el fraude.

En otra configuración, la estación de carga comprende una unidad de control de carga para determinar una potencia de carga suministrada. Gracias al uso adicional de una unidad de control de carga puede limitarse, en particular, la potencia suministrada. Es posible que intervenga una instancia central para regular y/o controlar, para impedir una sobrecarga de las redes. Cuando deben cargarse, por ejemplo, al mismo tiempo una pluralidad de vehículos eléctricos, puede producirse una sobrecarga. Una unidad de control de carga permite, por así decirlo, una estrangulación de la potencia suministrada en una estación de carga individual. Se evita una sobrecarga.

En otra configuración ventajosa, la estación de carga comprende una unidad de control para controlar la unidad de conexión a la red para influir en la conexión con la sección de red de media tensión; la unidad de carga para influir en un proceso de carga del vehículo eléctrico; y/o la unidad de transformación para influir en la transformación. En este sentido, una influencia puede comprender en particular un control y/o una regulación. Es posible influir por separado tanto en la unidad de conexión a la red como en la unidad de carga y en la unidad de transformación. Por influencia se entiende a este respecto en particular un ajuste de parámetros para adaptar las funciones de las unidades. Se modifican las propiedades de las diferentes unidades en el funcionamiento. Se consigue que, según el tipo del vehículo eléctrico a cargar, pueda realizarse un proceso de carga optimizado. La unidad de control puede cooperar a este respecto, por ejemplo, con una control de carga. También es posible que la unidad de control realice funciones relevantes para la seguridad, como por ejemplo la separación de la red de media tensión.

En una configuración ventajosa, la estación de carga comprende una unidad de comunicación que está configurada preferentemente como unidad de comunicación móvil, para comunicar con un sistema de facturación para transmitir el valor del consumo; un sistema de control de carga para determinar parámetros de carga de la unidad de control de carga para determinar la potencia de carga; y/o un sistema de control para determinar parámetros de control de la unidad de control. La unidad de comunicación permite que se establezca un enlace de comunicación con otro sistema. En particular es posible comunicar con una instancia central (por ejemplo servidor central, sistema de control, etc.). Mediante una comunicación con un sistema de facturación puede realizarse por ejemplo una facturación de la potencia eléctrica recibida por el vehículo eléctrico. Un sistema de control de carga central puede efectuar una determinación de la potencia suministrada. Mediante la unidad de control puede realizarse un control central. Gracias a la unidad de comunicación es posible, por lo tanto, que pueda evitarse en gran medida un mantenimiento in situ, así como un acceso in situ a la estación de carga, de modo que se reducen los costes.

En otra configuración ventajosa, la unidad de conexión de la red comprende una unidad de seguridad para impedir y/o limitar el efecto de un arco de luz parásita; un medio aislante para aislar la tensión de entrada de corriente alterna; y/o una unidad de separación para separar la unidad de transformación de la tensión de entrada de corriente alterna. Pueden realizarse diferentes funciones de seguridad. Esto es necesario, en particular, puesto que la tensión de entrada de corriente alterna requiere otro tratamiento que la baja tensión hasta ahora habitual. Debe impedirse por ejemplo un arco de luz parásita o limitarse su efecto y usarse un medio aislante adecuado. Mediante la unidad de separación puede realizarse una separación de la red de media tensión, que es necesaria, por ejemplo, cuando debe realizarse una reparación en caso de un defecto o cuando debe cambiarse la unidad de transformación. La seguridad aumenta. Queda garantizada la mayor disponibilidad posible.

En una configuración ventajosa, el sistema de acuerdo con la invención comprende un sistema de facturación para recibir un valor de consumo para realizar una facturación basándose en este; un sistema de control de carga para transmitir parámetros de carga a una unidad de control de carga de la estación de carga para determinar la potencia de carga suministrada por la estación de carga; y/o un sistema de control para determinar parámetros de control de una unidad de control de una estación de carga para controlar una unidad de conexión a la red, una unidad de carga y/o una unidad de transformación de una estación de carga.

Se entiende que las características anteriormente indicadas que a continuación aún deberán ser explicadas, no solo pueden usarse en la combinación respectivamente indicada, sino que también pueden usarse en otras combinaciones o por sí solas sin abandonar el marco de la presente invención. A continuación, la invención se describirá y explicará más en detalle con ayuda de algunos ejemplos de realización seleccionados en relación con los dibujos adjuntos. Muestran:

la figura 1 una representación esquemática de una estación de carga de acuerdo con la invención para cargar una batería de un vehículo eléctrico;

la figura 2 una representación esquemática de una unidad de transformación para el uso en una estación de carga;

la figura 3 una representación esquemática de una unidad de conexión a la red para el uso en una estación de carga;

la figura 4 una representación esquemática de otra forma de realización de la estación de carga;

la figura 5 una representación esquemática de un sistema de acuerdo con la invención para cargar una batería de un vehículo eléctrico;

la figura 6 una representación esquemática de otra forma de realización del sistema; y

la figura 7 una representación esquemática de un procedimiento de acuerdo con la invención.

En la figura 1 está representada esquemáticamente una estación de carga 10 de acuerdo con la invención. La estación de carga comprende una unidad de conexión a la red 12, una unidad de transformación 14, así como una unidad de carga 16. Mediante la unidad de conexión a la red 12, la estación de carga 10 está conectada a una sección de red de media tensión 18, es decir con una red de media tensión (representada con línea de trazo interrumpido, puesto que no forma parte de la estación de carga 10). Mediante la unidad de carga 16 puede conectarse un vehículo eléctrico 20 para cargar la batería del vehículo eléctrico 20. En la unidad de transformación 14 se transforma la tensión de entrada, de modo que pueden suministrarse tanto una tensión de carga de corriente continua como también una de corriente alterna.

La estación de carga 10 de acuerdo con la invención está basada en que una conexión se realiza directamente con la red de media tensión. Por lo tanto, no se recurre a la red de baja tensión, sino que se usa directamente una tensión de entrada de corriente alterna con una tensión de por ejemplo 10, 20 o 30 kV. A continuación, tiene lugar una transformación en la unidad de transformación 14 o una transmisión a una tensión de carga esencialmente más baja.

Gracias a la conexión directa con la sección de red de media tensión 18 se consigue que a pesar de una potencia de carga eléctrica elevada solo deba recibirse una corriente de carga comparativamente reducida. Por lo tanto, puede recurrirse a secciones de cable comparativamente delgadas. Se cuida la red de baja tensión, que por su arquitectura en muchos casos no está concebida para permitir la carga simultánea de un número elevado de vehículos eléctricos. No es necesario que en las estaciones de transformación entre la red de media tensión y la de baja tensión se mantenga en reserva una capacidad suficiente para cargar dado el caso un número elevado de vehículos eléctricos.

La estación de carga 10 representada está configurada como columna de carga independiente. La columna de carga puede estar instalada a este respecto en particular en el espacio público de circulación, en un aparcamiento o en un edificio de aparcamientos. En particular, puede permitirse una carga rápida. La forma constructiva es suficientemente pequeña para permitir una instalación eficiente y flexible.

El suministro simultáneo de una tensión de carga de corriente alterna y de corriente continua permite un uso flexible de la estación de carga. Pueden cargarse vehículos eléctricos con o sin aparato de carga propio. Habitualmente está previsto un conmutador u otra posibilidad de ajuste para seleccionar la forma de tensión para el vehículo eléctrico que se acaba de conectar. Ventajosamente está previsto un equipo mediante el que se garantice que solo se transmita la forma de tensión respectivamente correcta a un vehículo eléctrico. Pueden usarse, por ejemplo, diferentes clavijas.

En la figura 2 está representada una forma de realización de la unidad de transformación 14 en una vista detallada esquemática. La unidad de transformación 14 está configurada como transformador de estado sólido (SST). Un SST de este tipo permite suministrar al mismo tiempo una tensión continua y una tensión alterna. A diferencia de un transformador con devanados convencional se realiza para ello una transmisión de media frecuencia.

En primer lugar se rectifica la tensión de entrada de corriente alterna entrante mediante una unidad electrónica de potencia en el lado de entrada (lado primario) 22 y se adapta su frecuencia. En particular, se realiza un aumento de la frecuencia. Además, por así decirlo, se genera una tensión continua pulsatoria mediante una interrupción periódica de la tensión de entrada. La frecuencia de impulsos aumenta a este respecto claramente en comparación con la tensión de entrada. Preferentemente se genera una frecuencia de varios kHz, por ejemplo de 5 kHz.

Además, la unidad de transformación 14 comprende en la forma de realización representada una unidad de transmisión 24 que está montada a continuación de la unidad electrónica de potencia del lado primario 22. La salida de la unidad electrónica de potencia del lado primario 22 está conectada a la unidad de transmisión 24. En la unidad de transmisión 24 tiene lugar el desacoplamiento galvánico propiamente dicho entre el lado primario y secundario. Se realiza una transformación o transmisión de alta frecuencia. La frecuencia puede estar situada a este respecto, por ejemplo, entre 100 Hz y 50 kHz, usándose preferentemente una transmisión del orden de kHz. Una transmisión de alta frecuencia de este tipo requiere que todo el tamaño constructivo de la unidad de transformación 14 se reduzca claramente en comparación con una estructura de transformador convencional.

A continuación de la unidad de transmisión 24 está montada en el lado de salida una unidad electrónica de potencia del lado secundario 26. Esta unidad electrónica de potencia del lado secundario 26 está acoplada con la salida de la unidad de transmisión 24 y es alimentada con la tensión transformada. La unidad de transmisión 24 suministra, por ejemplo, una tensión de 400 u 800 V. Se suministra una tensión continua (tensión continua pulsatoria). En primer lugar se adapta la frecuencia de esta tensión continua en la unidad electrónica de potencia del lado secundario 26, para ser suministrada como tensión de carga de corriente continua. Además, la unidad electrónica de potencia del lado secundario 26 está configurada para suministrar mediante una rectificación inversa también una tensión de carga de corriente alterna. Pueden usarse para la carga del vehículo eléctrico tanto la tensión de carga de corriente continua como también la tensión de carga de corriente alterna.

En la figura 3 se ve una representación esquemática más detallada de la unidad de conexión a la red 12. En la forma de realización representada, la unidad de conexión a la red está configurada para insertarla en una red en anillo. En este sentido hay una entrada de tensión 28 y una salida de tensión 30. Alternativamente, también sería posible el uso de una derivación, por ejemplo un manguito en T, aunque requeriría una implementación más compleja por la tensión comparativamente elevada.

En el interior de la unidad de conexión a la red hay una unidad de seguridad 32, mediante la que se impide un arco de luz parásita y/o se limitan sus efectos. En particular, la unidad de seguridad 32 comprende para ello un aislamiento correspondiente. Adicionalmente está previsto un medio aislante 34, mediante el que se aíslan el punto de conexión y todas las partes que conducen media tensión, es decir, en particular la clavija de conexión en la entrada de tensión 28, así como en la salida de conexión 30.

Para permitir una separación de la unidad de transformación, de modo que pueda realizarse, por ejemplo, un mantenimiento o un intercambio, la unidad de conexión a la red 12 comprende una unidad de separación 36. Esta unidad de separación está configurada, por ejemplo, como conmutador desmontable. Puede separarse una conexión entre la red de media tensión y la unidad de conexión a la red o la unidad de transformación. La media tensión más elevada requiere a este respecto una estructura más compleja de la conexión a la red en comparación con estaciones de carga o columnas de carga convencionales.

En la figura 4 está representada otra forma de realización de una estación de carga 10' de acuerdo con la invención configurada como columna de carga. La estación de carga 10' comprende una unidad de medición 38, una unidad de control 40, una unidad de control de carga 42, así como una unidad de comunicación 44. Se entiende que las unidades anteriormente indicadas son opcionales y que en otras formas de realización de la estación de carga 10' también es posible que solo esté incluida una selección de las unidades. También es posible que las funciones de las unidades que se mencionarán a continuación sean desempeñadas por unidades combinadas, es decir, que por lo tanto una única unidad desempeña la función de varias unidades. Además, se entiende que las funciones de dichas unidades pueden estar implementadas en parte o por completo en el hardware y/o en el software. En particular, puede estar previsto un microcontrolador que desempeña en parte o por completo diferentes funciones de las unidades anteriormente indicadas.

La unidad de medición 38 puede comprender, en particular, un amperímetro con el que puede medirse el flujo de corriente transmitido al vehículo eléctrico. Se mide la potencia de carga transmitida. Sobre la base de una medición de este tipo puede realizarse una facturación, es decir, un pago de la potencia de carga recibida por parte del propietario del vehículo eléctrico. Tanto la potencia suministrada mediante la tensión de carga de corriente alterna como también la potencia suministrada mediante la tensión de carga de corriente continua pueden ser medidas y supervisadas a este respecto en la unidad de medición 38.

Mediante la unidad de control pueden controlarse los diferentes parámetros de las unidades de la estación de carga 10'. Por ejemplo, puede determinarse que en la unidad de conexión a la red se separa la conexión con la red de media tensión. Además, pueden determinarse parámetros de la medición en la unidad de medición 38 (por ejemplo, frecuencia de medición, resolución, duración, etc.). También es posible que se conecten y desconecten salidas individuales. En particular, mediante la unidad de control 40 puede determinarse si se suministra una tensión continua o una tensión alterna. Se entiende que también deben permitirse otras funciones de control.

La unidad de control de carga 42 está configurada para determinar la potencia de carga suministrada. Por ejemplo, puede ser necesario que se limite temporalmente una potencia de carga máxima. Para ello, la unidad de control de carga 42 funciona como estrangulación. A este respecto, la unidad de control de carga 42 también puede estar integrada en la electrónica de potencia del lado primario o secundario.

Mediante la unidad de comunicación 44 puede establecerse un enlace de comunicación (alámbrico o inalámbrico) con un interlocutor de comunicación remoto. En particular, es posible que se establezca un enlace de comunicación con una unidad central. No obstante, también es posible que se establezca una comunicación con un sistema de comunicación correspondiente integrado en el vehículo eléctrico. A este respecto, la unidad de comunicación 44 puede estar implementada, por ejemplo, como unidad de comunicación móvil, es decir, como módulo GSM o similar. También es posible que la unidad de comunicación 44 esté configurada como unidad de comunicación de corto alcance de baja energía, por ejemplo como módulo Zigbee o Bluetooth.

En la figura 5 está representado un sistema 46 de acuerdo con la invención para cargar un vehículo eléctrico. Además de la al menos una estación de carga 10, el sistema 46 comprende una sección de red de media tensión 18. Por sección de red de media tensión 18 se entiende a este respecto una parte de una red de media tensión, en particular el cableado correspondiente en la zona de la estación de carga.

Como está representado, preferentemente está conectado un número de estaciones de carga 10 en serie (conexión en anillo). Cada estación de carga dispone a este respecto de una entrada de tensión y de una salida de tensión correspondientes. Una configuración de este tipo puede ser ventajosa, por ejemplo, en un aparcamiento o un área de descanso o en un entorno similar, cuando se necesitan varias estaciones de carga. El número de las estaciones de carga usadas está limitado a este respecto solo por un flujo de corriente máximo en la sección de la red de media tensión 18. Por ejemplo, un flujo de corriente máximo de este tipo puede ser del orden de 300 A, lo que resulta con una tensión de 20 kV en una potencia de carga potencialmente disponible en conjunto muy elevada.

En la figura 6, el sistema 46 de acuerdo con la invención está representado de otra manera. Aparte de la estacón de carga 10 y la sección de red de media tensión 18, el sistema 46 puede comprender adicionalmente un sistema de facturación 48, un sistema de control de carga 50, así como un sistema de control 52, que a su vez también pueden estar conectados a la sección de la red de media tensión 18.

El sistema de facturación 48 sirve a este respecto para la realización de una facturación. Por lo tanto, se facturan las potencias de carga recibidas, que se han medido en la estación de carga 10. Se comunica, por ejemplo, con un banco o un proveedor de tarjetas de crédito para realizar un traspaso de dinero correspondiente.

El sistema de control de carga 50 está conectado preferentemente también a la sección de la red de media tensión 18 y supervisa una tensión de la sección de la red de media tensión 18. En cuanto la tensión supervisada caiga por debajo de un valor umbral predeterminado, se reduce la potencia de estaciones de carga individuales. De este modo se consigue que no se produzca un fallo y que quede garantizada la seguridad de abastecimiento.

El sistema de control 52 sirve para comunicar con la unidad de control en la estación de carga 10 para ajustar los parámetros de control correspondientemente necesarios. En particular, puede realizarse un control partiendo del sistema de control 52. Pueden predeterminarse y actualizarse los parámetros de funcionamiento óptimos.

También los sistemas 48, 50 y 52 anteriormente mencionados pueden estar configurados individualmente o en combinación. Las funciones de los sistemas anteriormente indicados pueden ser desempeñadas, en particular, por un sistema central, que es operado por ejemplo por un operador de red. A este respecto, la comunicación puede realizarse por internet.

En la figura 7 se ilustra esquemáticamente el procedimiento de acuerdo con la invención. Las etapas de la conexión S10 de la estación de carga con la sección de la red de media tensión, de la recepción S12 de la tensión de entrada, de la transformación S14 de la tensión, del suministro S16 de las tensiones de carga y del acoplamiento S18 del vehículo eléctrico pueden ser realizadas por completo o en parte de forma automatizada.

La invención se ha descrito y explicado ampliamente con ayuda de los dibujos y la descripción. La descripción y la explicación han de entenderse a modo de ejemplo y no de forma limitativa. La invención no está limitada a las formas de realización dadas a conocer. Para el experto resultan otras formas de realización o variantes al usar la presente invención, así como en un análisis exacto de los dibujos, de la divulgación y de las reivindicaciones expuestas a continuación.

En las reivindicaciones, las expresiones "comprender" y "con" no excluyen la presencia de otros elementos o etapas. El artículo indefinido "un" o "una" no excluye la presencia de una pluralidad. Un elemento individual o una unidad individual puede desempeñar las funciones de varias de las unidades indicadas en las reivindicaciones. Las diferentes unidades pueden estar configuradas en parte o por completo en hardware o también en software. La mera mención de algunas medidas en varias reivindicaciones dependientes diferentes no ha de entenderse en el sentido de que no pueda usarse también de forma ventajosa una combinación de estas medidas. Las referencias en las reivindicaciones no han de entenderse de forma limitativa.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Estación de carga (10, 10') para cargar una batería de un vehículo eléctrico (20), con:

una unidad de conexión a la red (12) para conectar la estación de carga a una sección de red de media tensión (18) y para recibir una tensión de entrada de corriente alterna, siendo la tensión de entrada de corriente alterna una media tensión;

una unidad de transformación (14) para transformar la tensión de entrada de corriente alterna y para proporcionar una tensión de carga de corriente alterna y una tensión de carga de corriente continua; y

una unidad de carga (16) para el acoplamiento del vehículo eléctrico para cargar la batería del vehículo eléctrico con la tensión de carga de corriente alterna suministrada y/o la tensión de carga de corriente continua suministrada, estando configurada la estación de carga como columna de carga o como punto de recarga en pared.

2. Estación de carga (10, 10') según la reivindicación 1, estando configurada la unidad de transformación (14) como transformador de estado sólido, SST.

3. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la unidad de transformación (14) una unidad de transmisión (24) para realizar una transmisión de media frecuencia para la transformación de tensión, preferentemente con una frecuencia de entre 100 Hz y 50 kHz.

4. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la unidad de transformación (14) una unidad electrónica de potencia del lado primario (22), que está configurada para realizar una rectificación y una adaptación de frecuencia de la tensión de entrada de corriente alterna.

5. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la unidad de transformación (14) una unidad electrónica de potencia del lado secundario (26), que está configurada

para realizar una adaptación de frecuencia para generar la tensión de carga de corriente continua; y

para realizar una adaptación de frecuencia y una rectificación inversa para generar la tensión de carga de corriente alterna.

6. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores, siendo

la tensión de entrada de corriente alterna una tensión de entre 1 kV y 52 kV, preferentemente de entre 10 kV y 30 kV; y/o

la tensión de carga de corriente alterna y/o la tensión de carga de corriente continua una tensión de entre 200 V y 1000 V, preferentemente de entre 350 V y 450 V.

7. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores, estando configurada la estación de carga como columna de carga independiente.

8. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores con una unidad de medición (38) para determinar un valor de consumo que describe la energía de carga recibida por el vehículo eléctrico (20).

9. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores con una unidad de control de carga (42) para determinar una potencia de carga suministrada.

10. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores con una unidad de control (40) para controlar

la unidad de conexión a la red (12) para influir en la conexión a la sección de red de media tensión (18);

la unidad de carga (16) para influir en un proceso de carga del vehículo eléctrico (20); y/o

la unidad de transformación (14) para influir en la transformación.

11. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones 8 a 10 con una unidad de comunicación (44) que está configurada preferentemente como unidad de comunicación móvil, para comunicar con

un sistema de facturación (48) para transmitir el valor del consumo;

un sistema de control de carga (50) para determinar parámetros de carga de la unidad de control de carga (42) para regular la energía de carga; y/o

un sistema de control (52) para determinar parámetros de control de la unidad de control (40).

12. Estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la unidad de conexión a la red (12)

una unidad de seguridad (32) para impedir y/o limitar el efecto de un arco de luz parásita;

un medio aislante (34) para aislar la tensión de entrada de corriente alterna; y/o

una unidad de separación (36) para separar la unidad de transformación (14) de la tensión de entrada de corriente alterna.

13. Procedimiento para cargar una batería de un vehículo eléctrico (20) con las etapas:

conexión (S10) de una estación de carga (10, 10') según la reivindicación 1 a una sección de red de media tensión y recepción (S12) de una tensión de entrada de corriente alterna, siendo la tensión de entrada de corriente alterna una media tensión;

transformación (S14) de la tensión de entrada de corriente alterna y suministro (S16) de una tensión de carga de corriente alterna y de una tensión de carga de corriente continua; y

acoplamiento (S18) del vehículo eléctrico para cargar la batería del vehículo eléctrico con la tensión de carga de corriente alterna suministrada y/o la tensión de carga de corriente continua suministrada,

14. Sistema (46) para cargar una batería de un vehículo eléctrico (20) con:

una estación de carga (10, 10') según una de las reivindicaciones 1 a 12; y

una sección de red de media tensión (18) a la que está conectada la estación de carga para recibir la tensión de entrada de corriente alterna.

15. Sistema (46) según la reivindicación 14 con:

un sistema de facturación (48) para recibir un valor de consumo para realizar una facturación basándose en este; un sistema de control de carga (50) para transmitir parámetros de carga a una unidad de control de carga (42) de la estación de carga para regular la energía de carga suministrada por la estación de carga (10, 10'); y/o un sistema de control (52) para fijar parámetros de control de una unidad de control (40) de una estación de carga para controlar una unidad de conexión a la red (12), una unidad de carga (16) y/o una unidad de transformación (14) de una estación de carga.