ES2898603T3 - Procedimiento y sistema de control de consumo para cargadores de vehículos eléctricos - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de control de consumo para cargadores (C1, C2), particularmente para cargadores de vehículos eléctricos (V1, V2) adaptados para iniciar un proceso de carga tras conectarse un vehículo eléctrico al cargador, estando dichos cargadores conectados a una red eléctrica (1) con un nivel de consumo máximo prestablecido (IMAX) en la que puede haber otras cargas (L1,L2) conectadas, y presentando los cargadores un nivel de consumo máximo individual prestablecido (IC1MAX, IC2MAX) que determina su límite de consumo, comprendiendo el procedimiento una secuencia con un paso de transmitir una señal de control (i) de corriente desde un dispositivo emisor (4) provisto con medios para detectar un nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica a dispositivos receptores (5) de los cargadores con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo (l) de la red eléctrica con un valor de referencia predeterminado que corresponde al nivel de consumo máximo (IMAX) de la red eléctrica, caracterizado por que la secuencia comprende además el paso de variar el consumo en todos los cargadores en proceso de carga, dentro de sus límites de consumo, un mismo valor o porcentaje que se determina a partir de la señal de control de corriente recibida, reduciendo el consumo de los cargadores de modo que el consumo total esté por debajo del nivel de consumo máximo de la red eléctrica, donde el paso de transmitir la señal de control de corriente desde el dispositivo emisor a los dispositivos receptores de los cargadores se realiza mediante un lazo de corriente (7), donde el lazo de corriente interconecta todos los cargadores.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema de control de consumo para cargadores de vehículos eléctricos
Sector técnico de la invención
La invención se refiere a un procedimiento y un sistema de control de consumo para cargadores, particularmente para cargadores de vehículos eléctricos adaptados para iniciar un proceso de carga tras conectarse un vehículo eléctrico al cargador que permita aprovechar la potencia disponible en una red eléctrica, evitando sobrepasarla.
Antecedentes de la invención
Se conocen instalaciones para el control de un cargador de vehículo eléctricos, tal como la descrita en documento de patente US2011/0221393A1, que permiten ajustar el consumo del cargador del vehículo eléctrico en función de la potencia disponible en la red eléctrica a la que está conectado el cargador. No obstante, estas instalaciones solamente prevén la existencia de un único cargador de vehículo eléctrico, por lo que solamente precisan ajustar un único cargador. No es posible en dichas instalaciones añadir nuevos cargadores, ya que cada nuevo cargador tendería a regular su consumo para consumir la máxima potencia de la red eléctrica, sin considerar que puede existir otro o incluso una pluralidad de otros cargadores que causarían que el consumo total sobrepasara ampliamente la potencia disponible en la red eléctrica, causando el accionamiento del disyuntor de protección de dicha red debido al sobreconsumo. Por tanto, dichas instalaciones no permiten ampliar el número de cargadores conectados, solamente considerando que un cargador pueda tener salidas para uno o dos vehículos eléctricos, que para una vivienda puede ser suficiente pero no permite su utilización en espacios mayores en los que puede variar el número de cargadores conectados a la red eléctrica, tales como un aparcamiento de una comunidad de propietarios o un aparcamiento público.
Para solventar este problema, se conocen instalaciones que permiten el control de una pluralidad de cargadores, tales como la descrita en el documento de patente US2013/0141042A1. No obstante, dichas instalaciones precisan de un protocolo de comunicación que permita la comunicación bidireccional tanto entre dispositivos de medida de consumo y cargadores, como entre cargadores, de modo que puedan enviar y recibir información de cada uno e interpretarla para así acordar entre ellos la distribución de la potencia disponible en la red eléctrica. No obstante, dicha instalación precisa la realización de un protocolo digital complejo de comunicaciones y dotar tanto a los dispositivos de medida de consumo como a los cargadores de circuitos digitales complejos dedicados. El documento de patente WO2014096468A1 también describe una instalación provistas de una unidad central de control para regular un conjunto de cargas controlables mediante comunicación bidireccional a partir de información dinámica que se recibe de cada carga controlable en la unidad central de control, tal como su consumo instantáneo.
Se conocen también instalaciones como la descrita en el documento de patente JP200106978A que permiten controlar la conexión de una pluralidad de cargadores a una red eléctrica a partir del análisis de la corriente eléctrica total consumida mediante un transformador de corriente. Este documento presenta que cada cargador está provisto de un relé que permite establecer un estado conectado o desconectado entre cada cargador y la red eléctrica. En este documento se describe que la corriente eléctrica total consumida se monitoriza mediante una unidad de control conectada a un dispositivo limitador que controla el estado de los relés de cada cargador, de modo que cuando la unidad de control detecta que la corriente eléctrica total consumida alcanza un umbral superior determinado, actúa sobre los diferentes relés para mantener un nivel de corriente adecuado y evitar una demanda de corriente demasiado elevada, que podría ocasionar fallos en la instalación eléctrica o precisaría un mayor coste de contratación. Tal y como se describe en este documento, esta instalación es especialmente útil para empresas que utilizan varios vehículos eléctricos, tales como toros, que tras la jornada laboral deben ser recargados. Sin esta instalación, para cargar a la vez todos los vehículos eléctricos manteniendo el nivel de corriente óptimo en cada vehículo, la empresa tendría que contratar suficiente potencia y tener una red eléctrica preparada para soportar este pico de demanda si desea recargar a la vez los vehículos eléctricos con la corriente eléctrica necesaria para realizar una carga eficiente. Por tanto, mediante el uso de esta instalación se consigue recargar de manera secuencial todos los vehículos eléctricos, por ejemplo durante la noche, a la corriente de recarga ideal sin tener que contratar una mayor potencia ni precisar una instalación que soporte picos elevados de corriente.
El documento WO2013/157186 A1 describe una instalación con múltiples cargadores donde el consumo de cada cargador se gestiona independientemente para utilizar toda la potencia disponible en la instalación.
El documento WO2013/179182 A2 describe una instalación con un único cargador adaptado para utilizar toda la potencia disponible en la instalación.
El documento EP2744070 A1 describe un grifo inteligente, tal como una toma de corriente o un grifo para conectar un enchufe de uno o varios aparatos eléctricos y electrodomésticos.
Es por tanto un objetivo de la presente invención dar a conocer un procedimiento y un sistema que evite el accionamiento del disyuntor de protección durante el proceso de carga de vehículos eléctricos si por ejemplo se conectan otras cargas a la red eléctrica y optimizar el uso de la red eléctrica si se desconectan otras cargas mediante el uso de elementos sencillos y más económicos, permitiendo a la vez añadir o quitar cargadores a una instalación para ajustarla a la demanda de cargadores.
Explicación de la invención
La invención se establece mediante las reivindicaciones adjuntas.
El procedimiento de control de consumo para cargadores de la presente invención está particularmente destinada al control de consumo para cargadores de vehículos eléctricos adaptados para iniciar un proceso de carga tras conectarse un vehículo eléctrico al cargador. Dichos cargadores están conectados a una red eléctrica con un nivel de consumo máximo prestablecido en la que puede haber otras cargas conectadas, presentando los cargadores un nivel de consumo máximo individual prestablecido que determina su límite de consumo.
El procedimiento comprende además una secuencia con un paso de transmitir a los cargadores una señal de control con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica cuyo valor de referencia predeterminado corresponde al consumo máximo de la red eléctrica.
En esencia, el procedimiento se caracteriza por que la secuencia comprende además un paso de variar el consumo en cada cargador en proceso de carga, dentro de sus límites de consumo, un mismo valor o porcentaje que se determina a partir de la señal de control recibida. Se prevé que la fórmula o modo de determinar este mismo valor, que será el mismo en cada cargador, estará predefinido en todos los cargadores, este mismo valor puede ser tanto un valor absoluto, por ejemplo un número de amperios, que cada cargador debe incrementar o disminuir como un valor relativo tal como un porcentaje que indicará el porcentaje del consumo actual de cada cargador que debe ser variado, incrementando o disminuyendo el consumo en función de dicho porcentaje. Naturalmente, este procedimiento también funcionaría para un único cargador, que permitiría controlar el consumo tanto del único cargador como de otros cargadores que se fueran conectando a la red eléctrica y a la señal de control, sin precisar reconfigurar los componentes previamente conectados a la red eléctrica.
En una variante de la invención, el valor determinado a partir de la señal de control recibida es el porcentaje diferencial entre el valor de la magnitud y el valor de referencia predeterminado de la magnitud.
En una variante de realización, pasos de la secuencia se realizan iterativamente de manera periódica, de modo que el consumo en cada cargador pueda variarse en cada iteración, aplicando dicho valor que se determina a partir de la señal de control recibida.
En una otra variante de realización, se prevé que los pasos de la secuencia se realizan cuando se detecta un cambio en el nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica, de modo que no sea necesario modificar la señal de control si no hay cambios en el nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica.
La señal de control es una señal de corriente, que permite ser transportada mediante un enlace de conexión eléctrico tal como un cable eléctrico.
En otra variante de realización, la magnitud analógica es la amplitud de la señal, que permite ser generada y detectada mediante electrónica analógica simple. Dicha magnitud analógica también puede ser el valor eficaz de la señal, por ejemplo, el valor cuadrático medio, de la amplitud, por ejemplo, el valor cuadrático medios de la intensidad de corriente, permitiendo así evaluar señales en un intervalo. Naturalmente también se prevé el uso de otras magnitudes analógicas, tal como la frecuencia o la fase.
En otra variante de la invención, la señal eléctrica es un pulso o tren de pulsos, realizándose los pasos variar el consumo en cada cargador de manera sincronizada con el o los pulsos. De esta manera se consigue que el o los pulsos hagan la función de transmitir la magnitud analógica, por ejemplo mediante la amplitud de pulso, y la función de sincronización, por ejemplo mediante su flanco descendiente. Se prevé también que en lugar de un pulso o tren de pulsos se pueda utilizar otras formas de señal, tal como una señal diente de sierra o una señal sinusoidal rectificada, por ejemplo con una rectificación de onda completa de modo que se pueda realizar el sincronismo con los lóbulos de la señal sinusoidal rectificada. Naturalmente, también se contempla que el sincronismo se realice tras un número determinado de lóbulos o pulsos. Para sincronizar nuevos cargadores que se incorporen al sistema, se prevé que la señal eléctrica pueda incorporar o esté modulada con una señal de sincronismo, por ejemplo una señal alta frecuencia que se sume a la señal eléctrica para marcar cuando los dispositivos receptores deben realizar el cambio de consumo. Naturalmente, esta señal eléctrica de sincronismo deber ser demodulada y analizada correctarmente por los dispositivos receptores, que tras detectar esta señal de alta frecuencia realizarán el cambio de consumo de manera síncrona. También se prevé el uso de un reloj común o sincronizado entre los diferentes dispositivos receptores para realizar el cambio. Otra opción sería utilizar señales de diferente naturaleza para el sincronismo entre cargadores o entre dispositivos receptores, que podría ser mediante ondas de presión, tal como intercambio de sonidos o ultrasonidos, o mediante señales electromagnéticas, tales como destellos o ráfagas de luz infraroja, otros tipos invisible o incluso visible, de modo que cuando un cargador o dispositivo receptor decidiera variar el consumo, emitiría la señal correspondiente, que permitiría al resto de cargadores o dispositivos receptores conocer el momento de sincronismo. En este caso, se prevé que cada cargador o dispositivo receptor esté provisto tanto de un emisor como de un receptor de la señal de sincronismo, por ejemplo un diodo y un fototransistor o un altavoz y un micrófono.
El paso de transmitir a los cargadores la señal de control se realiza mediante un lazo de corriente que interconecta todos los cargadores.
En otra variante de realización, la secuencia se realiza de manera independiente en cada fase de la red eléctrica, de modo que, por ejemplo en instalaciones trifásicas pueda controlarse el consumo de cada cargador en cada fase.
Se da a conocer también un sistema de carga para vehículos eléctricos que comprende un dispositivo emisor y al menos un dispositivo receptor de control de cargadores conectados a una red eléctrica, estando dicho dispositivo emisor conectado a los dispositivos receptores, es decir, un sistema de control de consumo para cargadores que comprende uno o más cargadores, particularmente cargadores de vehículos eléctricos, provistos de dispositivos receptores de control, conectados a una red eléctrica, y un dispositivo emisor conectado a los dispositivos receptores, en los que el dispositivo emisor está provisto de medios para detectar el nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica y medios para transmitir a los dispositivo de control de cada cargador una señal de control con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica cuyo valor de referencia predeterminado corresponde al consumo máximo de la red eléctrica. Y cada dispositivo receptor de control en cada cargador o cargadores está provisto de medios para recibir la señal de control; y medios para variar el consumo del cargador o cargadores que controla, dentro de sus límites de consumo, un mismo valor que se determina a partir de la señal de control recibida. Naturalmente, se prevé que el sistema pueda tener un único dispositivo receptor, que controle el consumo de uno o más cargadores que tenga conectados, lo que permitiría controlar el consumo tanto de los cargadores que tenga conectados, como de otros cargadores provistos de un dispositivo receptor que se fueran conectando a la red eléctrica y a la señal de control, sin precisar reconfigurar los componentes previamente conectados a la red eléctrica. Se prevé que un dispositivo receptor pueda controlar un cargador para uno o más vehículos eléctricos, así como que pueda controlar varios cargadores o solamente un cargador.
En una variante de realización, el mismo valor se determina a partir de la señal de control recibida es el porcentaje diferencial entre el valor de la magnitud y el valor de referencia predeterminado de la magnitud.
Se da a conocer también un dispositivo emisor que forma parte del sistema, estando el dispositivo emisor provisto de medios para detectar el nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica; medios para transmitir una señal de control con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica con un valor de referencia predeterminado que corresponde al consumo máximo de la red eléctrica, estando el dispositivo emisor adaptado para ser conectado preferentemente mediante un lazo de corriente con uno o más dispositivos receptores.
Se da a conocer también un dispositivo receptor de control para un cargador, particularmente un cargador de vehículo eléctrico, que forma parte del sistema, estando el dispositivo receptor provisto de medios para recibir una señal de control; y medios para variar el consumo del cargador en proceso de carga, dentro de sus límites de consumo, un mismo valor o porcentaje que el resto de cargadores del sistema y que se determina a partir de la señal de control recibida. Ventajosamente, los cargadores que estén provistos cada uno de este dispositivo receptor pueden ser conectado o desconectado del sistema sin que sea necesario reconfigurar el resto de dispositivos receptores o el dispositivo emisor, o manipular el resto de elementos del sistema.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de ejemplo no limitativo el sistema de carga para vehículos eléctricos y el procedimiento de control de consumo para cargadores de la invención. En dichos dibujos:
La Fig. 1 presenta un esquema de un sistema que comprende una red eléctrica provista de una pluralidad de cargadores en los que pueden conectarse dispositivos para su carga, estando la red eléctrica provista además de otras cargas externas que pueden activarse;
la Fig. 2 presenta los parámetros del sistema de la Fig. 1 durante un procedimiento de control de consumo para cargadores según la presente invención;
la Fig. 3 muestra un gráfico con la evolución temporal del porcentaje de modificación de consumo de los cargadores durante el procedimiento de la Fig. 2;
la Fig. 4 muestra un gráfico con la evolución temporal del consumo de la red eléctrica durante el procedimiento de la Fig. 2;
la Fig. 5 muestra un gráfico con la evolución temporal de la señal de control durante el procedimiento de la Fig. 2; y la Fig. 6 muestra un gráfico con la evolución temporal de una variante de señal de control durante el procedimiento de la Fig. 2 provista de sincronismo.
Descripción detallada de los dibujos
La Fig. 1 muestra un esquema de un sistema de carga para vehículos eléctricos V1, V2 de la presente invención que comprende una pluralidad de cargadores C1, C2, particularmente cargadores C1, C2 de vehículos eléctricos V1, V2, conectados a una red eléctrica 1. Dichos cargadores permiten, de modo conocido, que cuando un vehículo eléctrico V1, V2 se conecta a uno de los cargadores C1, C2 el cargador consume energía de la red eléctrica 1 para transferirla a las baterías del vehículo eléctrico para su carga, siguiendo normalmente un ciclo de carga. De esta manera, los cargadores C1, C2 solamente consumen sensiblemente energía eléctrica cuando se encuentra en fase de carga, por ejemplo son conocidos cargadores que durante la fase de carga consumen un máximo de 32 amperios de la red eléctrica 1. Naturalmente, se prevé que los cargadores C1, C2 permitan finalizar la carga del vehículo eléctrico V1, V2 cuando detecten que sus baterías ya están cargadas. Al estar cargado el vehículo eléctrico, el cargador C1, C2 dejará de consumir sensiblemente energía eléctrica de la red eléctrica 1, consumiendo solamente la energía eléctrica para el funcionamiento de su electrónica interna, que será mucho menor.
Como se puede observar en la Fig. 1, la red eléctrica 1 en la que están conectados los cargadores C1, C2 está separada de la red pública eléctrica 2 mediante un disyuntor 3 que evita que los cargadores C1, C2 como otras cargas L1, L2 conectadas a la red eléctrica 1 superen un nivel de consumo máximo prestablecido Imax, estando dicho disyuntor configurado para desconectar la red eléctrica 1 de la red pública eléctrica 2 si se supera el consumo máximo prestablecido Imax durante demasiado tiempo. Los disyuntores 3 tienen cierta tolerancia, por lo que permiten que durante cierto periodo de tiempo se supere el consumo máximo prestablecido Imax sin desconectar la red eléctrica 1 de la red pública eléctrica 2, lo que conllevaría el apagado de toda la red eléctrica 1. Naturalmente, si se supera el consumo máximo prestablecido Imax durante demasiado tiempo, por ejemplo porque se han conectado demasiadas cargas L1, L2 a la red eléctrica cuyo consumo supera ampliamente el consumo máximo prestablecido Imax, el disyuntor 3 desconectar la red eléctrica 1 de la red pública eléctrica 2.
La red eléctrica 1 de la Fig. 1 presenta además de dos cargadores C1, C2, que pueden ser para vehículos eléctricos V1, V2 pero también podrían servir para cargar otros dispositivos o controlar baterías o acumuladores, y dos cargas L1, L2 conectadas a dicha red 1. Naturalmente se prevé que la red eléctrica 1 pueda ser mucho mayor y pueda presentar más cargadores C1, C2 y cargas L1, L2. Estas cargas L1, L2 pueden ser por ejemplo máquinas o electrodomésticos que pueden tener un consumo elevado, tales como una nevera, un calentador o el motor de un ascensor. Un usuario puede tener cierto conocimiento del consumo máximo prestablecido Imax de su red eléctrica 1 ya que se corresponde con la potencia contratada a la compañía eléctrica, por lo que podría llegar a intuir el número máximo de cargas que puede conectar a la vez, sabiendo su consumo, sin que se accione el disyuntor 3. No obstante, el usuario no siempre es tan previsor y es muy probable que si acciona cargas L1, L2 durante el proceso de carga de un vehículo eléctrico mediante los cargadores C1, C2 supere dicho consumo máximo prestablecido Imax durante suficiente tiempo para que se accione el disyuntor 3.
Como se puede observar en la Fig. 1, la red eléctrica 1 presenta un dispositivo emisor 4 conectado con respectivos dispositivos receptores 5 de cada cargador C1, C2. Naturalmente estos dispositivos receptores 5 pueden estar integrados en el cargador C1, C2 o ser un dispositivo accesorio de control de cada cargador C1, C2. El dispositivo emisor 4 está provisto de medios para detectar el nivel de consumo instantáneo 6 de la red eléctrica 1, formados por ejemplo por una bobina dispuesta alrededor de un cable de la red eléctrica 1 por la que fluye la corriente hacia los cargadores C1, C2 y las cargas L1, L2. En la bobina se inducirá una corriente proporcional a la corriente total consumida por la red eléctrica 1 de modo que el dispositivo emisor 4 conozca el consumo instantáneo de la red eléctrica 1. El dispositivo emisor 4 realizará una transformación en función del valor del consumo instantáneo de la red eléctrica 1 para generar una señal de control 'i' con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica 1 cuyo valor de referencia predeterminado corresponde al consumo máximo de la red eléctrica. Dicha señal de control 'i' será preferentemente una señal de corriente en la que la magnitud analógica será la amplitud de la señal de control 'i', facilitando así su detección. También se prevé que la magnitud analógica sea su valor eficaz, de modo que se puedan utilizar señales en las que no sea preciso determinar su amplitud en un instante determinado, sino que se pueda valorar el valor eficaz, tal como el valor cuadrático medio de la tensión o la corriente, tal como una señal sinusoidal rectificada. En la variante representada la transformación que se realizará será una multiplicación por 0,0002, de modo que cuando la corriente 'I' de la red eléctrica 1 sea de 100A, la amplitud de la señal de control 'i' será de 20mA, que será el valor de referencia predeterminado de la magnitud. Se prevé que en otras variantes de realización la transformación sea diferente. Por ejemplo, se ha observado que la relación puede ser tal que la amplitud máxima de la señal de control 'i' o su valor efectivo máximo sea de 50mA. Si se utiliza una señal cuyo valor efectivo máximo sea de 50mA en lugar de 20mA se consigue aumentar la inmunidad de la señal ante ruido, puesto que se prevé que el entorno en el que trabaje el sistema sea ruidoso y tenga un nivel elevado de interferencia de la red eléctrica 1. También utilizar una señal con mayor valor eficaz, por ejemplo una señal sinusoidal que puede estar preferentemente rectificada a onda completa, permite utilizar un transformador de corriente menor, que precisa menor relación de transformación y por tanto menor número de espiras, que reduce el uso de cobre y el tiempo de bobinado. Naturalmente, los dispositivos emisor 4 y receptores 5 tiene que previamente estar adaptados para utilizar un mismo tipo de señal de control 'i'. Al ser esta transformación una multiplicación, el consumo de corriente de la red eléctrica y la señal de control serán proporcionales, tal y como se podrá ver más adelante en las evoluciones temporales de un ejemplo de realización, ilustrados en las Figs. 4 y 5. El dispositivo emisor 4 enviará esta señal de control 'i' a través de unos medios para transmitir a los dispositivos receptores 5 de control de cada cargador, que pueden ser un lazo de corriente 7 tal y como se muestra en la Fig. 1.
Se prevé que el dispositivo emisor 4 presente un transformador provisto de una bobina que actúe a modo de medio para detectar el nivel de consumo instantáneo 6 de la red eléctrica 1. Este transformador puede seleccionarse en función del límite del interruptor magnetotérmico o disyuntor 3 de la red eléctrica 1, que es el que determinará el valor de corriente máximo que se permitirá en la red eléctrica 1 antes de su desconexión de la red pública eléctrica 2. De esta manera, se dispondrá de un dispositivo emisor 4 concreto para cada disyuntor 3, que podrá utilizarse en instalaciones provistas de un disyuntor con el mismo límite sin precisar ninguna adaptación. Esto permite ventajosamente poder fabricar un número reducido de modelos de dispositivo emisor 4 que pueden utilizarse en redes eléctricas 1 con cada uno de los disyuntores 3 conocidos.
Ventajosamente, el sistema y procedimiento de la presente invención permiten añadir o quitar cargadores C1, C2 simplemente conectándolos o retirándolos de la red eléctrica 1 y del lazo de corriente 7, sin tener que modificar o reconfigurar el resto de dispositivos del sistema, pues sus consumos se regularán automáticamente hasta alcanzar el nivel de consumo máximo prestablecido Imax de la red eléctrica 1. Esto permite que puedan añadirse o quitarse cargadores C1, C2 de una instalación ya montada con gran facilidad, pudiendo adaptar el número de cargadores C1, C2 de la instalación según convenga en cada momento. De esta manera se consigue ventajosamente que los cargadores C1, C2 puedan ser iguales y tener la misma programación y configuración, permitiendo su fabricación en cadena sin precisar adecuarlos a cada instalación antes de su instalación.
Además, se prevé que dispositivos emisores 4 y receptores 5 utilicen una misma señal de control 'i', es decir que estén adaptados para emitir y recibir respectivamente la misma señal para conseguir transmitir correctamente la información del nivel de consumo de la red eléctrica. Por ejemplo, dicha señal de control 'i' puede ser una señal sinusoidal de intensidad rectificada a onda completa con valor eficaz de 50mA, o de pico de 50mA, según se establezca y sea más conveniente. Esto favorece que pueda sustituirse un dispositivo emisor 4 o un dispositivo receptor 5 que controla un cargador C1, C2 averiado de una manera muy sencilla, simplemente sustituyéndolo, o sustituyendo el conjunto de cargador y dispositivo receptor si estos están integrados en un único componente, También esto favorece que puedan comercializarse individualmente tanto dispositivos emisores 4 como dispositivos receptores 5, integrados o no con un cargador C1, C2 para su integración en un sistema como el descrito.
Cada dispositivo receptor 5 de control de cada cargador C1, C2 está provisto de medios para recibir la señal de control 'i', por ejemplo una resistencia en la que medir la tensión en su extremo, que será proporcional a la amplitud de la señal de control 'i' o una bobina arrollada en el lazo de corriente, que inducirá una corriente proporcional a la amplitud de la señal de control 'i'. Los dispositivos receptores 5 también están provistos de medios para variar el consumo del cargador, tales como una electrónica que indique al cargador C1, C2 el consumo que debe tomar de la red eléctrica 1, dentro de sus límites de consumo, un mismo valor o porcentaje para todos los cargadores que se determina a partir de la señal de control 'i' recibida. Naturalmente los medios para variar el consumo del cargador pueden ser elementos internos del propio cargador C1, C2, tal y como se representa en la Fig. 1. Se prevé también que tanto los dispositivos receptores 5 como los medios para variar el consumo del cargador sea un elemento independiente, que esté conectado entre la red eléctrica 1 y el cargador C1, C2, entregando ya al cargador C1, C2 la corriente que debe consumir. De esta manera, se pueden incorporar dispositivos receptores 5 para que cargadores C1, C2 que no están diseñados para ajustar su consumo, tales como los que pudieran estar anteriormente disponibles en una instalación. Así, no es necesario sustituir los cargadores C1, C2 presentes en una instalación sino que estos pueden ser adaptados para funcionar según el procedimiento de la presente invención interponiendo el dispositivo receptor 5 con medios para variar el consumo del cargador entre el cargador C1, C2 y la red eléctrica 1. En instalaciones en las que hubiera cargadores C1, C2 anteriores que no estuvieran preparados para funcionar según el procedimiento de la presente invención y en los que dichos cargadores C1, C2 no hubieran sido adaptados según se ha indicado anteriormente, dichos cargadores C1, C2 se considerarían otras cargas L1, L2.
La Fig. 2 presenta una tabla con la evolución de los diferentes parámetros del sistema presentado en la Fig. 1 durante la realización del procedimiento de control de consumo para cargadores de la presente invención, y en el que, a modo de ejemplo, se han indicado diferentes eventos en diferentes instantes t-i, t2 , t3 , t4 , t5 de tiempo tales como conexión o desconexión de vehículos eléctricos V1, V2 para su carga como conexión o desconexión de otras cargas L1, L2 para poder ilustrar la evolución del consumo de la red eléctrica y cómo se ajustan los cargadores C1, C2 para adaptarse al resto de necesidades de la red eléctrica 1.
A partir de la evolución de los diferentes parámetros mostrados en la tabla de la Fig. 2, de los que los más representativos se ilustran gráficamente en las gráficas mostradas en las Figs. 3 a 5 para poder observar claramente el comportamiento del sistema durante la realización del procedimiento. Tal y como se puede observar, en todo momento se consigue satisfactoriamente ajustar el consumo de los cargadores C1, C2 en función de las demandas del resto de cargas L1, L2 aprovechando al máximo el consumo permitido por el disyuntor 3 de la red eléctrica 1, de modo que se ajuste el consumo de los cargadores C1, C2 cuando se conectan o desconectan otras cargas L1, L2.
Concretamente, partiendo de una situación inicial del sistema en la que solamente se encuentran conectadas a la red eléctrica 1 dos cargas L1, L2 cuyo consumo total Il1 Il2 es de 75A, siendo el nivel de consumo máximo prestablecido Imax de la red eléctrica 1 de 100A.
En un primer instante t1 se conecta un primer vehículo eléctrico V1 al primer cargador C1. En este primer momento, el cargador C1 consumirá de la red eléctrica 1 su nivel de consumo máximo individual prestablecido Ic1max que forma parte de las características intrínsecas de cada cargador C1, C2 y que será, en este caso de 32A. La finalidad de consumir inicialmente el consumo máximo individual prestablecido Ic-imax es proporcionar al vehículo eléctrico V1 conectado a dicho cargador C1 la mayor cantidad de energía disponible para su carga.
Como se puede ver, al consumir inicialmente el cargador C1 el consumo máximo individual prestablecido Icimax el consumo total 'I' de la red eléctrica 1 será de 107A, superior al nivel de consumo máximo prestablecido Imax de la red eléctrica 1, de 100A. Si esta situación se mantiene por un tiempo prolongado, el disyunto 3 desconectará la red eléctrica 1 de la red pública eléctrica 2, situación que sería un inconveniente para los usuarios de dicha red eléctrica 1, ya que todos los elementos conectados a la red eléctrica 1 dejarían de estar alimentados hasta que se restableciera la conexión del disyuntor 3, siendo además necesario desconectar alguna de las cargas L1, L2 o el propio cargador C1 para evitar que se repita de nuevo la desconexión del disyuntor 3 al rearmarlo.
Ventajosamente, el procedimiento comprende realizar iteraciones, por ejemplo cada 100ms, aunque podría aumentarse, por ejemplo cada 5 segundos, en las que en cada iteración se realiza el paso de transmitir a los cargadores C1, C2 una señal de control 'i' con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica 1 cuyo valor de referencia máximo corresponde al consumo máximo de la red eléctrica 1 y el paso de variar el consumo en cada cargador C1, C2 en proceso de carga, dentro de sus límites de consumo un porcentaje que se determina a partir de la señal de control 'i' recibida, concretamente en la variante de realización mostrada dicho porcentaje será el porcentaje diferencial entre el valor de la magnitud y un valor de referencia predeterminado de la magnitud, siendo el valor de referencia predeterminado de 20mA , cuya evolución temporal se muestra gráficamente en la Fig. 3. Con este intervalo de tiempo entre iteraciones se consigue que aunque el nivel de consumo de los cargadores C1, C2 supere ligeramente el nivel de consumo máximo prestablecido Imax de la red eléctrica 1, el disyuntor 3 se mantenga en su margen de tolerancia y este intervalo de tiempo entre iteraciones permita regular el consumo de los cargadores en iteraciones sucesivas ajustándolo al nivel de consumo máximo prestablecido Imax antes que el disyuntor 3 desconecte la red eléctrica 1. Naturalmente, se prevé que en otras variantes de realización la variación del consumo en cada cargador C1, C2 pueda ser un valor fijo, tal como un número predeterminado de amperios en los que debe aumentarse o disminuirse el consumo de cada cargador C1, C2 según la señal de control 'i' indique que debe aumentarse o disminuirse el consumo. También se prevé que la variación del consumo en cada cargador sea un porcentaje fijo, tal como un 10%, que será de incremento o reducción según la señal de control 'i' indique que debe aumentarse o disminuirse el consumo, por ejemplo, según sea el signo del porcentaje diferencial entre el valor de la magnitud y un valor de referencia predeterminado de la magnitud Este porcentaje debe ser suficientemente alto para permitir ajustar el sistema rápidamente en una situación de sobrecarga, pero no demasiado grande, pues el sistema oscilaría de manera inestable. También se prevé que el intervalo de tiempo entre iteraciones pueda ser diferente, pudiéndose ajustar este intervalo durante la configuración del sistema en función de las características del disyuntor 3, tales como su tolerancia de consumo o el tiempo que tarda en desconectar la red eléctrica 1 tras sobrepasar el nivel de consumo máximo prestablecido Imax. Naturalmente, el intervalo de tiempo entre iteraciones y el porcentaje fijo de variación irán asociados. Se ha observado que cuando el tiempo entre iteraciones es de 5 segundos y el porcentaje fijo a incrementar o reducir el consumo es de 10% se consigue un sistema estable y que permite que no se sobrecargue el sistema con los disyuntores conocidos. Se destaca que cuando el porcentaje fijo es del 10% se consigue que no se sobrecargue el sistema y que no oscile de manera inestable.
De esta manera, realizando iterativamente la secuencia en cada iteración, que se muestra en la Fig. 2 entre las iteraciones 1 y 6 se consigue que el primer cargador C1 vaya modificando y ajustando su consumo de acuerdo con porcentaje diferencial, de modo que el consumo total 'I' de la red eléctrica 1 tienda de manera asintótica a ser de 100A, tal como se puede observar en la Fig. 4. A su vez, se observa que el porcentaje que se determina a partir de la señal de control 'i', mostrado en la Fig. 3 tiende también asintóticamente a 0%, punto en el que el sistema estaría en equilibrio. Si se hubiera realizado más iteraciones sin realizar cambios en el sistema tras la iteración 6, se hubiera conseguido la situación de equilibrio en la que el consumo total 'I' de la red eléctrica 1 fuera 100A, siendo 75A el consumo de las cargas L1 y l2 y 25A el consumo del primer cargador C1.
No obstante, tras la iteración 6 y en un segundo instante t2 se desconecta una primera carga L1 cuyo consumo era de 25A, de modo que el consumo de las cargas L1 y L2 será ahora solamente de 50A. En este momento, al quedar 25A disponibles, se observa que el procedimiento ajusta el consumo del primer cargador C1 aumentando su consumo desde los 26A a los que estaba limitado en la iteración 7 hasta su consumo máximo 32A a los que llega en la iteración 8. En este punto, el consumo del primer cargador C1 no podrá aumentar aunque la señal de control 'i' lo permita ya que este habrá alcanzado su nivel de consumo máximo individual prestablecido Icimax. A partir de este momento, la señal de control 'i' seguirá indicando que es posible aumentar el consumo del primer cargador C1 pero no será posible, con lo que se llegará a un nuevo punto de equilibrio presentado como un tramo horizontal en las Figs. 3 a 5, así hasta llegar a la iteración 10.
Tras la iteración 10, en un tercer instante t3 se conecta un segundo vehículo eléctrico V2 al segundo cargador C2, de modo que o bien automáticamente al detectar la presencia del segundo vehículo eléctrico V2 conectado, o bien porque el usuario indica al segundo cargador C2 que tiene conectado un segundo vehículo eléctrico V2, por ejemplo mediante un pulsador, el segundo cargador C2 empieza a consumir electricidad de la red eléctrica 1. En la variante mostrada el segundo cargador C2 tiene el mismo nivel de consumo máximo individual prestablecido Ic2max que el primer cargador C1, 32A, aunque podría ser diferente. Por tanto, del mismo modo que anteriormente el primer cargador C1, el segundo cargador empieza consumiendo un valor igual a su consumo máximo individual prestablecido Ic2max, esto conlleva que junto con el resto de cargas conectadas L1, L2, el consumo de la red eléctrica se eleve hasta 114A. Ventajosamente, a partir de dicha iteración 11, el procedimiento de la presente invención permite ajustar el consumo tanto de los cargadores C1, C2, de modo que se consigue llegar a una situación de equilibrio en la iteración 19, en la que la carga L2 consume 50A, y tanto el primer cargador C1 como el segundo cargador 25A, siendo el consumo total 'I' de la red eléctrica 1 de 100A, es decir, el nivel de consumo máximo prestablecido Imax de la red eléctrica 1, siendo a partir de este momento la modificación del consumo de cada cargador del 0%, por lo que no es necesario su ajuste.
No obstante, tras la iteración 19 en la que el sistema está en equilibrio, en un cuarto instante t4 el primer cargador C1 finaliza la carga del primer vehículo eléctrico V1, por lo que deja de consumir de la red eléctrica. Esto permite que en las siguientes iteraciones, el consumo liberado por el primer cargador C1 pueda ser aprovechado ventajosamente por el segundo cargador C2, cuyo consumo aumenta hasta su límite de 32A, partir del cual no puede aumentar más y el sistema vuelve a quedar en equilibrio con un consumo de la red eléctrica de 75A.
Tras la iteración 22 en la que el sistema está en equilibrio, en un quinto instante t5 se conecta de nuevo la primera carga L1, que requiere 25A, por lo que el consumo de la red eléctrica 1 se eleva hasta 107A. Ventajosamente, como se puede ver en las siguientes iteraciones el consumo del segundo cargador C2 que todavía está consumiendo se regula de manera asintótica hasta reducirse hasta 25A, tendiendo así el consumo de la red eléctrica 1 a ser de 100A, evitando que el disyuntor desconecte la red eléctrica 1.
Se prevé que los cambios en todos los cargadores C1, C2 se realicen de manera síncrona y a la vez en todos ellos, por tanto, se prevé que puedan existir unos medios de sincronismo tales como un reloj común o relojes internos sincronizados entre sí para identificar el instante en el que se debe realizar una nueva iteración del procedimiento, realizándose una nueva iteración cada cierto tiempo de manera periódica. Se prevé que pueda ser la propia señal de control 'i' la que realice esta función de sincronismo, por ejemplo la señal de control 'i' presentada en la Fig. 6 en forma de tren de pulsos cuya amplitud es el valor de la magnitud a transmitir permitiría realizar el ajuste en todos los cargadores C1, C2 a la vez de manera sincronizada con su flanco de bajada, por ejemplo.
El tiempo entre sincronismos debe ser tal que permita suficiente tiempo para que se realice el ajuste y el vehículo haya podido reaccionar al nuevo valor de corriente, puesto que el cargador C1, C2 preferentemente deberá advertir al correspondiente vehículo V1, V2 del cambio de corriente de carga, por ejemplo de modo conocido en el Modo 3 mediante el cambio del pulso PWM de la señal de control piloto CP. No obstante, dicho tiempo entre sincronismos no debe ser excesivamente alto como para que se sobrecargue la instalación demasiado tiempo y acabe saltando el interruptor magnetotérmico. Se ha determinado que un tiempo entre sincronismos que permite que el vehículo se adapte y evite que acabe saltando el magnetotérmico es de 5 segundos, por tanto el periodo de la señal de control 'i' que puede utilizarse para controlar el sincronismo puede tener un periodo de 5 segundos.
Se prevé que esta señal de control 'i' sea una señal sinusoidal rectificada, por ejemplo, rectificada a onda completa, de modo que se pueda ventajosamente utilizar los lóbulos de la señal sinusoidal rectificada para controlar el sincronismo entre los cargadores C1, C2. Cuando los medios para detectar el nivel de consumo instantáneo 6 de la red eléctrica 1 son una bobina dispuesta alrededor de un cable de la red eléctrica 1, esta forma de señal sinusoidal se obtiene ya de manera ventajosa en dicha bobina, evitando tener que generar con posterioridad la señal y por tanto simplificando la generación de la señal de control 'i'. Naturalmente, la amplitud o valor eficaz de dicha señal eficaz se tendrá que adaptar para según sea necesario para transmitir la magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica.
Si se desea que la frecuencia de la señal de control 'i' sea diferente a la frecuencia de la red eléctrica 1, para establecer la frecuencia de sincronismo será necesario modular adecuadamente la señal directamente obtenida por la bobina, que será de 50Hz o 60 Hz, mediante su multiplicación por otra señal sinusoidal y posterior filtrado. Esta operación será similar a una modulación por amplitud, para obtener en primer lugar una señal sinusoidal cuyo periodo sea de 10 segundos, que tras rectificarse a onda completa doblará la frecuencia, disminuyendo el periodo a 5 segundos, que es el tiempo de sincronismo adecuado, adaptando la amplitud de cada lóbulo de modo que el valor eficaz de cada lóbulo sea la magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica 1 con el valor de referencia predeterminado que corresponde al consumo máximo de la red eléctrica 1.
Esta modulación puede realizarse de modo conocido mediante componentes analógicos, evitando así tener que introducir pasos digitales que encarecerían y complicarían el dispositivo emisor 4.. También ventajosamente, al rectificar la señal resultante en el dispositivo emisor 4 se evita tener que rectificar la señal de control 'i' en cada receptor 5, con lo que se simplifica la electrónica necesaria en cada receptor 5, además se evita que el transformador que incorpora el dispositivo emisor 4 vea diferentes puentes rectificadores, uno por cada dispositivo receptor 5, que harían que no fuera lineal.
Se prevé también que la señal de control 'i' se obtenga a partir de una señal sinusoidal que tenga la frecuencia de la red, por ejemplo 50Hz, evitando tener que variar la frecuencia de la señal obtenida por la bobina, y simplemente teniendo que variar su amplitud según convenga. De esta manera, la señal rectificada a onda completa, tendrá una frecuencia de 100Hz, siendo la duración de cada lóbulo de 10 ms, por lo que la actualización de cada cargador puede realizarse cada 500 lóbulos de manera síncrona, por ejemplo contándolos a partir de un mismo instante, para establecer iteraciones o sincronismo cada 5 segundos. Para cambiar el espacio entre iteraciones, se podría simplemente contar otro número de lóbulos, preestablecido o configurable, por ejemplo mediante una trama de configuración inyectada periódicamente en la señal de control 'i'. Naturalmente también se prevé que el sistema solamente disponga de un único cargador, en este caso no sería necesario contemplar el sincronismo entre cargadores o dispositivos receptores.5.
También se prevé que la secuencia se realice solamente cuando se detecte un cambio en el nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica 1, de modo que tras alcanzar una posición de equilibrio no se indique la necesidad de realizar una nueva iteración si no se detecta un cambio en el nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica 1.
Naturalmente, aunque el sistema mostrado en la Fig. 1 es un sistema eléctrico monofásico, en el que se realiza la secuencia en su única fase, se prevé que el sistema y el procedimiento pueda realizarse en circuitos trifásicos, realizando la secuencia de ajuste de manera independiente en cada fase de la red eléctrica.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. - Procedimiento de control de consumo para cargadores (C1, C2), particularmente para cargadores de vehículos eléctricos (V1, V2) adaptados para iniciar un proceso de carga tras conectarse un vehículo eléctrico al cargador, estando dichos cargadores conectados a una red eléctrica (1) con un nivel de consumo máximo prestablecido (Imax) en la que puede haber otras cargas (L1,L2) conectadas, y presentando los cargadores un nivel de consumo máximo individual prestablecido (Ic-imax, Ic2max) que determina su límite de consumo, comprendiendo el procedimiento una secuencia con
un paso de transmitir una señal de control (i) de corriente desde un dispositivo emisor (4) provisto con medios para detectar un nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica a dispositivos receptores (5) de los cargadores con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo (l) de la red eléctrica con un valor de referencia predeterminado que corresponde al nivel de consumo máximo (Imax) de la red eléctrica,
caracterizado por que la secuencia comprende además el paso de variar el consumo en todos los cargadores en proceso de carga, dentro de sus límites de consumo, un mismo valor o porcentaje que se determina a partir de la señal de control de corriente recibida, reduciendo el consumo de los cargadores de modo que el consumo total esté por debajo del nivel de consumo máximo de la red eléctrica, donde el paso de transmitir la señal de control de corriente desde el dispositivo emisor a los dispositivos receptores de los cargadores se realiza mediante un lazo de corriente (7), donde el lazo de corriente interconecta todos los cargadores.
2. - Procedimiento según la reivindicación anterior caracterizado por que el valor determinado a partir de la señal de control (i) recibida es el porcentaje diferencial entre el valor de la magnitud y su valor de referencia predeterminado.
3. - Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los pasos de la secuencia se realizan iterativamente.
4. - Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado por que los pasos de la secuencia se realizan iterativamente de manera periódica.
5. - Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los pasos de la secuencia se realizan cuando se detecta un cambio en el nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica.
6. - Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la magnitud es la amplitud o el valor eficaz de la señal de control (i) de corriente.
7. - Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que la señal de control (i) es un tren de pulsos o una señal sinusoidal rectificada, realizándose los pasos de variar el consumo en todos los cargadores (C1, C2) en proceso de carga de manera sincronizada con cada pulso del tren de pulsos o con cada lóbulo de la señal sinusoidal rectificada.
8. - Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la secuencia se realiza de manera independiente en cada fase de la red eléctrica (1).
9. - Sistema de control de consumo para cargadores (C1, C2) que comprende uno o más cargadores (C1, C2), particularmente cargadores de vehículos eléctricos (V1,V2), provistos de dispositivos receptores (5) de control, conectados a una red eléctrica (1), y un dispositivo emisor (4) conectado a los dispositivos receptores, en los que:
a) el dispositivo emisor está provisto de
- medios para detectar un nivel de consumo instantáneo de la red eléctrica;
- medios para transmitir una señal de control (i) de corriente con una magnitud proporcional al nivel de consumo instantáneo (l) de la red eléctrica con un valor de referencia predeterminado que corresponde al nivel de consumo máximo (Imax) de la red eléctrica y
b) cada dispositivo receptor de control está provisto de
- medios para recibir la señal de control (i) de corriente; y
- medios para variar el consumo de cada cargador en proceso de carga, dentro de sus límites de consumo, un mismo valor o porcentaje que se determina a partir de la señal de control (i) de corriente recibida, reduciendo el consumo de los cargadores de modo que el consumo total esté por debajo del nivel de consumo máximo de la red eléctrica;
donde el dispositivo emisor (4) está conectado a los dispositivos receptores (5) de los respectivos cargadores (C1, C2) mediante un lazo de corriente (7), que interconecta todos los cargadores, para transmitir la señal de control de corriente desde el dispositivo emisor a los dispositivos receptores de los cargadores.
10. - Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado por que los medios para variar el consumo del cargador en proceso de carga están adaptados para variar el consumo del cargador un porcentaje que es el porcentaje diferencial entre el valor de la magnitud y un valor de referencia predeterminado de la magnitud.
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