ES2957850A1 - Dispositivo cargador bidireccional, sistema y vehiculo que comprenden dicho dispositivo - Google Patents

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Abstract

Dispositivo cargador bidireccional, sistema y vehículo que comprenden dicho dispositivo. La presente invención se refiere a un dispositivo (100) de carga bidireccional de tamaño compacto, especialmente orientado a la carga de vehículos (4, 4') eléctricos bajo diferentes modos de tensión alterna o continua. Más concretamente, la invención se refiere a un dispositivo (100) cargador bidireccional que comprende: una entrada (1) de CA, conectable a una red (2) de suministro eléctrico; una salida (3) de CA conectable a un vehículo (4) eléctrico; un convertidor (5) CA/CC conectado a la entrada (1) de CA y a la salida (2) de CA; y un punto (6) de conexión bidireccional de CC, conectado al convertidor (5) CA/CC. La invención se refiere, asimismo, a un sistema (100') que comprende una pluralidad de dichos dispositivos (100) conectados en serie, y a un vehículo (19) cargador bidireccional que comprende al menos dicho dispositivo (100) o dicho sistema (100') alojado o embarcado en el citado vehículo (19).

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO CARGADOR BIDIRECCIONAL, SISTEMA Y VEHÍCULO QUE
COMPRENDEN DICHO DISPOSITIVO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca en el sector de la energía, con aplicación a la electrónica de potencia y, más concretamente, al sector de los dispositivos de suministro de energía a vehículos eléctricos u otros sistemas eléctricos, mediante una estación móvil de almacenamiento y entrega de energía eléctrica configurada como una microrred, equipada con entradas y salidas de tipología variable, bajo corriente alterna o continua.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Una de las grandes limitaciones en el acceso a la energía eléctrica limpia (esto es, energía eléctrica no contaminante) es la dificultad para poder ponerla a disposición de quien la necesita, en el momento y donde la necesita y sin incurrir en costes elevados. Ello se debe, a diferencia de las fuentes de energía eléctrica proveniente de fuentes contaminantes, a que la energía limpia depende de la existencia de una red para su adecuada distribución. A su vez, el acceso a esta energía viene condicionado por la potencia máxima que esta red puede suministrar.
Para aliviar este problema, en las últimas décadas se ha desarrollado una gran variedad de arquitecturas de microrredes, que proporcionan sistemas de generación eléctrica bidireccional que permite la distribución de electricidad desde los proveedores hasta los consumidores, utilizando tecnologías digitales y favoreciendo la integración de las fuentes de generación de origen renovable, con el objetivo de ahorrar energía, reducir costes e incrementar la fiabilidad de las redes implementadas. Típicamente, los elementos de los que consta una microrred son sistemas de generación distribuida, sistemas de almacenamiento de energía, sistemas para la gestión de cargas, y sistemas de monitorización y control del flujo de potencia.
A pesar de que el uso de microrredes permite proporcionar soluciones específicas locales de acumulación y suministro de energía eléctrica (por ejemplo, plantas de generación de energías renovables de origen solar o eólico, puntos de carga de vehículos eléctricos, edificios o complejos que requieren de suministro autónomo e independiente de la red eléctrica general por motivos de seguridad, etc.), adaptándose a necesidades concretas del entorno en el que se instalan, estas arquitecturas carecen, al igual que la red eléctrica general, de la capacidad de trasladarse o portarse a un lugar a otro de forma rápida y sencilla, realizando funciones de acumulación o suministro en diferentes localizaciones con flexibilidad y autonomía, bajo diferentes requisitos de potencia suministrada o recibida. Las microrredes tradicionales, son, por tanto, soluciones muy costosas y de grandes dimensiones.
Así pues, existe en el presente campo técnico una necesidad de disponer de dispositivos de generación y acumulación de energía eléctrica utilizables como servicio, de forma transportable y ágil. Dichos dispositivos deben estar, convenientemente, orientados a la demanda puntual de sus usuarios en contextos tales como la carga o descarga de vehículos eléctricos y estaciones de carga bajo diferentes modalidades de tensión, así como a la acumulación de energía con origen solar o eólico o la acumulación o suministro de energía eléctrica desde/a la red eléctrica general, entre otras aplicaciones, mejorando así las prestaciones de otras microrredes del estado de la técnica en cuanto a la velocidad de reacción ante dicha demanda.
La presente invención está orientada a satisfacer dicha necesidad, mediante un novedoso dispositivo, un sistema y un vehículo especialmente configurados para realizar labores de carga y descarga bajo diferentes modos de tensión, tanto en continua como en alterna, de forma sostenible tanto medioambiental como económicamente, y que pueden operar no solo conectados permanentemente, sino también desconectados de la red eléctrica general, funcionando de forma autónoma. De este modo, la invención permite, entre otras capacidades, el ahorro y el almacenamiento del término de potencia y picos de potencia, y también se puede usar en combinación con generadores no verdes, tales como generadores diésel u otros grupos electrógenos.
La invención permite trabajar, por tanto, como fuente de energía independiente o puede conectarse a otras unidades para aumentar su potencia y capacidad, de forma escalable y limpia. La invención, además, es transportable por todo tipo de vías, incluso rurales. Su peso (preferentemente inferior a 800 kg) y dimensiones (preferentemente, menos de 1 m de alto) permiten que sea cargada en un vehículo de tipo furgoneta, lo que proporciona una movilidad muy superior a la de otras microrredes conocidas. La invención, además, permite comunicarse con aplicaciones de gestión de energía (EMS), mediante el uso de protocolos y aplicaciones estándar, además de con otros sistemas que integren los datos de recarga y consumos de diferentes dispositivos conectados.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Según lo descrito anteriormente, un primer objeto de la invención se refiere a un dispositivo de carga bidireccional de tamaño compacto de tipo microrred, especialmente orientado, aunque sin limitación a otras aplicaciones, a la carga de vehículos eléctricos bajo diferentes modos de tensión. Dicho dispositivo se basa en cualquiera de las reivindicaciones del presente documento y comprende, preferentemente:
- una entrada de corriente alterna (CA), conectable a una red de suministro eléctrico;
- una salida de CA conectable a un vehículo eléctrico;
- un convertidor de corriente alterna a corriente continua (CA/CC), conectado a la entrada de CA y a la salida de CA; y
- un punto de conexión bidireccional de corriente continua (CC), conectado al convertidor CA/CC.
Gracias a esta combinación específica de las entradas, salidas y conexiones al convertidor CA/CC, el dispositivo de la invención permite, preferentemente, satisfacer al menos un triple propósito: i) recibir suministro eléctrico de una red externa (tal como por ejemplo la red eléctrica general); ii) proporcionar suministro eléctrico bajo una modalidad de CA deseada, igual o diferente a la recibida de la red externa; y iii) proporcionar o recibir suministro eléctrico como/de una fuente de CC, respectivamente. De esta forma, el dispositivo no sólo permite recibir suministro eléctrico de múltiples fuentes, tales como una red eléctrica en CA, una batería en CC, o una fuente de energía renovable externa tal como una fuente solar, etc., sino que también permite proporcionar dicho suministro en forma de CA o de CC, según se requiera. Asimismo y ventajosamente, su arquitectura de suministro, entrega y conexión permite combinar múltiples dispositivos en paralelo, de forma escalable en potencia. Ello permite, además, reducir el tamaño del convertidor CA/CC, de forma que éste sea transportable con facilidad hasta la localización donde se desea utilizar. En este sentido, el convertidor CA/CC posee una potencia nominal en el orden de los 25-75 kW /y, preferentemente, sustancialmente de 50 kW), lo que permite implementar sus funcionalidades esenciales en un dispositivo final de tamaño compacto, alojable en un vehículo de transporte de pequeño tamaño, de forma que el dispositivo tenga, preferentemente, un peso máximo inferior a 800 kg y/o un volumen total del orden de 0.5 2.5 m3. Estas características suponen una considerable mejora sobre el estado de la técnica, al no existir en el mercado un producto similar al aquí descrito que comparta su propósito.
En una realización preferente de la invención, la entrada de CA del dispositivo es de tipo trifásico (por ejemplo, de 400 V) o monofásico (por ejemplo, de 230 V) y frecuencia de red de 50-60 Hz ± 5 Hz. Ello permite recibir suministro eléctrico de una red general de CA, para su aprovechamiento posterior para proporcionar al menos una parte de dicho suministro en la salida de CA, con o sin modificación del tipo de corriente de salida respecto a la de entrada.
En otra realización preferente de la invención, la salida de CA del dispositivo es configurable en modo de fuente de corriente y fuente de tensión y, preferentemente, de tipo seleccionable entre trifásico (típicamente, con tensión de 400 V y corriente de fase máxima de 72 A, con potencia de 50 kW) y monofásico (típicamente, con tensión de 230 V y corriente de fase máxima de 45 A, con potencia de 10.3 kW). Ello permite proporcionar, por ejemplo, funciones de carga a vehículos eléctricos bajo los citados tipos de corriente monofásica y trifásica, por ejemplo mediante un estándar de carga "Modo 3” de CA, correspondiente a un modo de carga semi rápida similar a la disponible en cargadores de tipo “wallbox”.
En otra realización preferente de la invención, el convertidor bidireccional CA/CC está preferentemente configurado con una arquitectura electrónica de inversión basada en una pluralidad de transistores, preferentemente de efecto de campo de metal-óxido semiconductor, o MOSFET (por ejemplo, basados en carburo de silicio, o SiC). Dichos transistores se configuran, preferentemente, en ramas de pares MOSFET conectadas a la entrada de CA y a la salida de CA mediante hilos correspondientes. Asimismo, dichas conexiones de CA con el convertidor se realizan, preferentemente, a través de uno o más filtros de red de tipo LCL (inductor-capacitor inductor), con factor de potencia ajustable (por compensación de reactiva) y, preferentemente, con frecuencia de conmutación sustancialmente igual o superior a 20 kHz.
Por otra parte, el punto de conexión de CC del convertidor, que puede utilizarse tanto en modo de entrada como en modo de salida, posee preferentemente una potencia nominal del orden de los 25-75 kW /y, preferentemente, sustancialmente de 50 kW. Adicionalmente, la tensión máxima de entrada/salida de CC es sustancialmente igual o inferior a 800 V (con rangos de tensión óptima de 400-600 V), con una corriente máxima de entrada/salida de, sustancialmente, 125 A. La capacidad de salida de CC permite, en conexión directa, realizar por ejemplo la carga de un vehículo eléctrico en “Modo 4” de CC, por ejemplo mediante formatos de carga de CCS Combo, CHAdeMO, etc. Asimismo, la capacidad de entrada de CC permite, en conexión directa, recibir suministro eléctrico de fuentes basadas en este tipo de corriente, como son por ejemplo las provenientes de conjuntos de paneles fotovoltaicos, así como de otras basadas en energía solar, etc. Dicho suministro eléctrico de entrada en CC puede utilizarse, gracias al convertidor CA/CC, para convertirse en una salida de CA que pueda utilizarse, por ejemplo, para cargar un vehículo eléctrico en Modo 3, entregarse a la red eléctrica general, etc. Para la variación de los diferentes modos de operación de CA o CC en entrada o salida, el dispositivo está preferentemente configurado con seleccionadores integrados correspondientes. Ello supone, también, una mejora sustancial frente a los dispositivos de carga conocidos.
En otra realización preferente de la invención, el punto de conexión bidireccional de CC del dispositivo está conectado, en sus ramas de entrada/salida de CC, a al menos un convertidor bidireccional de corriente continua a corriente continua (CC/CC), destinado a modificar la tensión de dicha entrada/salida a/desde el convertidor CA/CC, de modo que su valor se adapte a diferentes aplicaciones tales como la recepción de suministro eléctrico, la carga directa de un vehículo eléctrico, la carga de una o más baterías recargables embarcadas en el dispositivo, etc. Preferentemente, el convertidor CC/CC posee una potencia nominal en el orden de los 25-75 kW /y, preferentemente, sustancialmente de 50 kW.
En una realización preferente de la invención, las baterías recargables embarcadas en el dispositivo pueden configurarse bajo cualquier tecnología de acumulación que, preferentemente, se encuentre comprendida en los límites óptimos de peso (por debajo de 800 kg) y/o volumen (entre 0.5-2.5 m3) globales del dispositivo. Dichas baterías poseen, más preferentemente, una capacidad comprendida entre 40-60 kWh y, aún más preferentemente, de sustancialmente 50 kWh. Asimismo, su tensión nominal preferente se encuentra en el rango de 300-420 Vcc, con valor más preferente de, sustancialmente, 340 Vcc, corriente máxima de carga de, sustancialmente, 50 A y corriente máxima de descarga de, sustancialmente 175 A. Las baterías pueden comprender, asimismo, medios de protección frente a cortocircuito, conexión inversa, control de carga y/o sobredescarga.
Por otra parte, el convertidor CC/CC del dispositivo está preferentemente configurado con una arquitectura electrónica de primario de CC y un secundario de CC, conectados por un circuito resonante, preferentemente de tipo transformador. Más preferentemente, dichos primario y secundario comprenden, al igual que el convertidor CA/CC, una pluralidad de transistores, preferentemente de tipo MOSFET (por ejemplo, basados en SiC). Dichos transistores se configuran, más preferentemente, en ramas de pares MOSFET conectadas a las entradas/salidas de CC, mediante hilos correspondientes. Asimismo, el secundario de CC se encuentra preferentemente conectado a un filtro de CC.
En otra realización preferente de la invención, el convertidor CA/CC, el convertidor CC/CC o cualquiera de los demás elementos del dispositivo está equipado con medios de disipación o refrigeración térmica, por ejemplo mediante ventilación forzada. Preferentemente, el rango de temperatura operativa óptima del dispositivo se encontrará comprendido entre, sustancialmente, -25° y 60° C, bajo un valor de humedad comprendida entre 0 y 95% sin condensación. Por otra parte, para su protección eléctrica el dispositivo está preferentemente equipado con interruptores magnetotérmicos, diferenciales, protectores contra sobretensiones, etc.
En otra realización preferente de la invención, el dispositivo comprende un módulo de monitorización conectado a la entrada/salida de CA, a la entrada/salida de CC, al convertidor CA/CC, al convertidor CC/CC y/o a las baterías embarcadas, estando dicho módulo equipado con sensores adaptados para la medición de los valores de tensión, corriente, potencia y/o temperatura de dichos elementos. Dicho módulo de monitorización puede estar conectado, en otras realizaciones preferentes de la invención, a uno o más medios de visualización tales, como por ejemplo, monitores, paneles de control LCD, paneles táctiles configurados con una o más interfaces gráficas, medios de señalización luminosa (por ejemplo, mediante LEDs), etc.
En otra realización preferente de la invención, el dispositivo comprende un módulo de comunicaciones para el envío y la recepción de información entre los diferentes componentes electrónicos del convertidor CA/CC, del convertidor CC/CC y/o de las baterías embarcadas, así como de cualesquiera elementos externos de entrada o salida conectados al dispositivo. Dicho módulo de comunicaciones puede estar basado en cualquier protocolo conocido, tal como RS485, GPRS, Wifi, Ethernet, etc.
Un segundo objeto de la invención se refiere a un sistema que comprende una pluralidad de dispositivos según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, donde dichos dispositivos se encuentran conectados eléctricamente en paralelo para la obtención de una potencia aumentada, de forma escalable.
Un tercer objeto de la invención se refiere a un vehículo que comprende un dispositivo o un sistema según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, donde dicho dispositivo o sistema se encuentra alojado o embarcado en dicho vehículo.
Finalmente, a lo largo del presente documento, la expresión “sustancialmente” se entenderá como idéntica o comprendida en un margen de variación de ±15%.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra un esquema general del dispositivo de la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 2 muestra un diagrama de diseño electrónico del convertidor CA/CC de la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 3 muestra, a título ilustrativo, una realización posible del convertidor CA/CC mostrado en la Figura 2, para una realización preferente de la invención.
La Figura 4 muestra un diagrama de diseño electrónico del convertidor CC/CC de la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 5 muestra, a título ilustrativo, una realización posible del convertidor CC/CC mostrado en la Figura 4, para una realización preferente de la invención.
La Figura 6 muestra, de forma esquemática, un sistema convertidor de carga bidireccional basado en una conexión en paralelo de una pluralidad de dispositivos según la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 7 muestra, de forma esquemática, un vehículo equipado con un dispositivo convertidor de carga bidireccional según la invención, en una realización preferente de la misma.
Las realizaciones mostradas en las figuras mencionadas se refieren, así pues, a ejemplos representativos de la invención pero que no limitan, en ningún caso, la interpretación general derivada de las reivindicaciones incorporadas en el presente documento ni, por tanto, su ámbito de protección.
Referencias numéricas utilizadas en los dibujos:
(1) Entrada de CA.
(2) Red de suministro eléctrico.
(3) Salida de CA.
(4, 4’) Vehículo eléctrico.
(5) Convertidor CA/CC.
(6) Punto de conexión bidireccional de CC.
(7) Batería recargable embarcada.
(8) Fuente de energía eléctrica renovable de CC.
(9) Transistores de efecto de campo.
(10) Ramas de pares de transistores.
(11) Hilos de conexión eléctrica.
(12) Filtro de red LCL del convertidor CA/CC.
(13) Convertidor CC/CC.
(14) Punto externo de carga o descarga de baterías.
(15) Primario del convertidor CC/CC.
(16) Secundario del convertidor CC/CC.
(17) Circuito resonante, transformador.
(18) Filtro de red del convertidor CC/CC.
(19) Vehículo equipado con dispositivo/sistema cargador bidireccional.
(100) Dispositivo cargador bidireccional.
(100’) Sistema cargador bidireccional.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Según lo descrito en las secciones anteriores, un primer objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo (100) convertidor de carga bidireccional que comprende, tal y como se representa en la Figura 1:
- una entrada (1) de CA, conectable a una red (2) de suministro eléctrico;
- una salida (3) de CA conectable a un vehículo (4) eléctrico;
- un convertidor (5) CA/CC conectado a la entrada (1) de CA y a la salida (2) de CA; y
- un punto (6) de conexión bidireccional de CC, conectado al convertidor (5) CA/CC, donde dicho punto (6) de conexión se encuentra conectado, por ejemplo, a una batería (7) recargable embarcada en el dispositivo (100), a un vehículo (4’) eléctrico, y/o a una fuente (8) de energía renovable externa, tal como una fuente solar, etc.
Preferentemente, el convertidor (5) CA/CC posee una potencia nominal comprendida entre 25-75 kWy, más preferentemente, siendo sustancialmente de 50 kW. El dispositivo (100) tiene, además, preferentemente un peso máximo inferior a 800 kg y/o un volumen total del orden de 0.5-2.5 m3.
En una realización preferente de la invención, la entrada (1) de CA del dispositivo (100) es de tipo trifásico (por ejemplo, de 400 V) o monofásico (por ejemplo, de 230 V) y frecuencia de red de 50-60 Hz ± 5 Hz. Ello permite recibir suministro eléctrico de la red (2) general de CA, para su aprovechamiento posterior proporcionando, al menos, una parte de dicho suministro en la salida (3) de CA, con o sin modificación del tipo de corriente de dicha salida (3) respecto a la de la entrada (1).
En otra realización preferente de la invención, la salida (3) de CA del dispositivo (100) es configurable en modo de fuente de corriente y fuente de tensión y, preferentemente, de tipo seleccionable entre trifásico (típicamente, con tensión de 400 V y corriente de fase máxima de 72 A, con potencia de 50 kW) y monofásico (típicamente, con tensión de 230 V y corriente de fase máxima de 45 A, con potencia de 10.3 kW). Más preferentemente, la salida (3) de CA está configurada mediante un estándar de carga de vehículo (4) eléctrico en "Modo 3” de CA.
En otra realización preferente de la invención, el convertidor (5) bidireccional CA/CC está preferentemente configurado con una arquitectura electrónica de inversión basada en una pluralidad de transistores (9) de efecto de campo, preferentemente de efecto de campo de metal-óxido semiconductor, o MOSFET (por ejemplo, basados en carburo de silicio, o SiC), tal y como se representa en la Figura 2 (donde se representan también diversos inductores y capacitores eléctricos, como L y C, respectivamente). Dichos transistores (9) se configuran, preferentemente, en ramas (10) de pares MOSFET conectadas a la entrada (1) de CA y a la salida (3) de CA mediante hilos (11) de conexión eléctrica correspondientes. Asimismo, las conexiones de CA con el convertidor (5) se realizan, preferentemente, a través de uno o más filtros (12) de red de tipo LCL (inductor-capacitor inductor), con factor de potencia ajustable (por compensación de reactiva) y, preferentemente, con frecuencia de conmutación sustancialmente igual o superior a 20 kHz. Una realización preferente de dicho filtro (12) LCL se representa en la Figura 3, donde dicho filtro (12) comprende dos inductores (L1, L2), dos capacitores (C1 y C2), y dos resistencias R1, R2. En la figura se representan, también, los terminales “gate” (G), “drain” (D) y “source” (S) del transistor (9) MOSFET y una salida de CC con un capacitor (C).
Por otra parte, el punto (6) de conexión de CC del convertidor (5) CA/CC, que puede utilizarse tanto en modalidad de entrada como de salida, posee preferentemente una potencia nominal en el orden de los 25-75 kW /y, preferentemente, sustancialmente de 50 kW. Adicionalmente, la tensión máxima de entrada/salida de CC es sustancialmente igual o inferior a 800 V (con rangos de tensión óptima de 400-600 V), y con una corriente máxima de entrada/salida de, sustancialmente, 125 A. La capacidad de salida de CC permite, en conexión directa, realizar por ejemplo la carga de un vehículo (4’) eléctrico en "Modo 4” de CC, por ejemplo mediante formatos de carga de CCS Combo, CHAdeMO, etc. Asimismo, la capacidad de entrada de CC permite, en conexión directa, recibir suministro eléctrico de fuentes (8) de energía renovable basadas en corriente continua, como son por ejemplo las provenientes de conjuntos de paneles fotovoltaicos, así como de otras basadas en energía solar, etc. Dicho suministro eléctrico de entrada en CC puede utilizarse, gracias al convertidor (5) CA/CC, para convertirse en una salida de (3) CA que pueda utilizarse, por ejemplo, para cargar un vehículo (4) eléctrico en Modo 3 (tal y como se ha descrito anteriormente), entregarse a la red (2) eléctrica general, etc. Para la variación de los diferentes modos de operación de CA o CC en entrada o salida, el dispositivo (100) de la invención está preferentemente configurado con seleccionadores integrados correspondientes.
En otra realización preferente de la invención, el punto (6) de conexión bidireccional de CC del dispositivo (100) está conectado, en sus ramas de entrada/salida de CC, a al menos un convertidor (13) bidireccional CC/CC, configurado para modificar la tensión de CC dicha entrada/salida a/desde el convertidor (5) CA/CC, de modo que su valor se adapte a diferentes aplicaciones, tales como la recepción de suministro eléctrico desde fuentes (8) renovables, la carga directa de un vehículo (4’) eléctrico, o la carga de una o más baterías (7) recargables embarcadas en el dispositivo (100), donde dichas baterías pueden, asimismo, conectarse a un punto (14) de carga o descarga externo. Preferentemente, el convertidor (13) CC/CC posee una potencia nominal en el orden de los 25-75 kW /y, preferentemente, sustancialmente de 50 kW.
En una realización preferente de la invención, las baterías (7) recargables embarcadas del dispositivo (100) pueden configurarse bajo cualquier tecnología de acumulación que, preferentemente, se encuentre comprendida en los límites óptimos de peso (por debajo de 800 kg) y/o volumen (entre 0.5-2.5 m3) globales del dispositivo (100). En este sentido, dichas baterías (7) poseen, más preferentemente, una capacidad comprendida entre 40 60 kWh y, aún más preferentemente, de sustancialmente 50 kWh. Asimismo, su tensión nominal preferente se encuentra en el rango de 300-420 Vcc, con valor más preferente de, sustancialmente, 340 Vcc, corriente máxima de carga de, sustancialmente, 50 A y corriente máxima de descarga de, sustancialmente 175 A. Las baterías (7) pueden comprender, asimismo, medios de protección frente a cortocircuito, conexión inversa, control de carga y/o sobredescarga.
Por otra parte, según una realización de la invención ilustrada por la Figura 4 del presente documento, el convertidor (13) CC/CC del dispositivo (100) está configurado preferentemente con una arquitectura electrónica de primario (15) de CC y secundario (16) de CC, conectados a través de un circuito (17) resonante, preferentemente de tipo transformador. Al igual que el convertidor (5) CA/CC, dichos primario (15) y secundario (16) comprenden una pluralidad de transistores (9), preferentemente de tipo MOSFET (por ejemplo, basados en SiC). Dichos transistores (9) se configuran, más preferentemente, en ramas (10) de pares MOSFET conectadas a uno o más puntos (6) de entrada/salida de CC, mediante hilos (11) correspondientes. Asimismo, el secundario (16) de CC se encuentra preferentemente conectado a un filtro (18) de CC. Una realización preferente de dicho filtro (18) de CC, basada en una disposición paralela de pares de inductores (L1, L2), pares de resistencias (R1, R2), y capacitores (C1, C2) conectados a un secundario (16) de CC basado en transistores (9) MOSFET se representa en la Figura 5.
En otra realización preferente de la invención, el convertidor (5) CA/CC, el convertidor (13) CC/CC o cualquiera de los demás elementos del dispositivo (100) está equipado con medios de disipación o refrigeración térmica, por ejemplo mediante ventilación forzada. Preferentemente, dichos medios de disipación o refrigeración mantienen el rango de temperatura operativa óptima del dispositivo (100) entre, sustancialmente, -25° y 60° C, bajo un valor de humedad comprendida entre 0 y 95% sin condensación. Por otra parte, para su protección eléctrica el dispositivo (100) está preferentemente equipado con interruptores magnetotérmicos, diferenciales, protectores contra sobretensiones, etc. (no mostrados en las figuras).
En otra realización preferente de la invención, el dispositivo (100) comprende un módulo de monitorización conectado a la entrada (1) o salida (3) de CA, a los puntos (6) de entrada/salida de CC, al convertidor (5) CA/CC, al convertidor (13) CC/CC y/o a las baterías (7) embarcadas, estando dicho módulo de monitorización equipado con sensores adaptados para la medición de los valores de tensión, corriente, potencia y/o temperatura de dichos elementos. En otras realizaciones preferentes de la invención, dicho módulo de monitorización puede estar conectado a uno o más medios de visualización tales como, por ejemplo, monitores, paneles de control LCD, paneles táctiles configurados con una o más interfaces gráficas (por ejemplo interfaces web), medios de señalización luminosa (por ejemplo, mediante LEDs), etc.
En otra realización preferente de la invención, el dispositivo (100) comprende un módulo de comunicaciones para el envío y la recepción de información entre los diferentes componentes electrónicos del convertidor (5) CA/CC, del convertidor (13) CC/CC y/o de las baterías (7) embarcadas, así como de cualesquiera elementos externos de entrada o salida conectados al dispositivo (100). Dicho módulo de comunicaciones puede estar basado en cualquier protocolo de comunicación conocido, tal como RS485, GPRS, Wifi, Ethernet, etc., ya sea mediante conexión por cable, inalámbrica, móvil, etc.
Un segundo objeto de la invención ilustrado en la Figura 6 se refiere, asimismo, a un sistema (100’) convertidor de carga bidireccional que comprende una pluralidad de dispositivos (100) según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, donde dichos dispositivos se encuentran conectados en paralelo, de forma que su potencia sea escalable mediante dicha conexión.
Finalmente, un tercer objeto de la invención se refiere a un vehículo (19) que comprende al menos un dispositivo (100) o un sistema según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, donde dicho dispositivo (100) o sistema (100’) se encuentra alojado o embarcado en dicho vehículo (19). Con ello se consigue una solución fácilmente transportable que puede proporcionar las funcionalidades de carga o de descarga de la invención en cualquier lugar y de forma rápida. En una realización preferente de la invención en la que el dispositivo (100) o el sistema (100’) posee un peso total inferior a 800 kg, y un volumen total comprendido entre 0.5-2.5 m3, dicho vehículo puede ser, por ejemplo, una furgoneta, furgón, coche o camioneta de pequeño tamaño, lo que resulta adecuado para proporcionar las citadas funcionalidades de carga o de descarga tanto en entornos rurales como urbanos.

Claims (23)

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo (100) cargador bidireccional que comprende:
- una entrada (1) de CA, conectable a una red (2) de suministro eléctrico;
- una salida (3) de CA, conectable a un vehículo (4) eléctrico;
- un convertidor (5) CA/CC, conectado a la entrada (1) de CA y a la salida (2) de CA; y
- un punto (6) de conexión bidireccional de CC, conectado al convertidor (5) CA/CC.
2. - Dispositivo (100) según la reivindicación anterior, donde el punto (6) de conexión bidireccional de CC se encuentra conectado a una batería (7) recargable embarcada en el dispositivo (100), a un vehículo (4’) eléctrico, y/o a una fuente (8) de energía renovable externa de origen solar y/o eólico.
3. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el convertidor (5) CA/CC posee una potencia nominal comprendida entre 25-75 kW
4. - Dispositivo (100) según la reivindicación anterior, donde el convertidor (5) CA/CC posee una potencia nominal de, sustancialmente, 50 kW.
5. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho dispositivo (100) posee un peso máximo inferior a 800 kg y/o un volumen total comprendido entre 0.5-2.5 m3.
6. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la entrada (1) de CA del dispositivo (100) es de tipo trifásico o monofásico y frecuencia de red de 50-60 Hz ± 5 Hz.
7. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la salida (3) de CA del dispositivo (100) es configurable en modo de fuente de corriente y fuente de tensión y de tipo seleccionable entre trifásico y monofásico.
8. - Dispositivo (100) según la reivindicación anterior, donde la salida (3) de CA está configurada mediante un estándar de carga de vehículo (4) eléctrico en "Modo 3” de CA.
9. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el convertidor (5) CA/CC está configurado con una arquitectura electrónica de inversión basada en una pluralidad de transistores (9) de efecto de campo.
10. - Dispositivo (100) según la reivindicación anterior, donde los transistores (9) se configuran en ramas (10) de pares de transistores (9) conectadas a la entrada (1) de CA y a la salida (3) de CA mediante hilos (11) de conexión eléctrica correspondientes, y donde dichas conexiones de CA con el convertidor (5) se realizan a través de uno o más filtros (12) de red de tipo LCL con factor de potencia ajustable y con frecuencia de conmutación sustancialmente igual o superior a 20 kHz.
11. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el punto (6) de conexión de CC del convertidor (5) CA/CC posee una potencia nominal en el orden de los 25-75 kW, con una tensión máxima de entrada/salida de CC sustancialmente igual o inferior a 700 V, y con una corriente máxima de entrada/salida de, sustancialmente, 125 A.
12. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el punto (6) de conexión de CC del convertidor (5) CA/CC está adaptado para realizar funciones de carga de un vehículo (4’) eléctrico en Modo 4 de CC mediante formato de carga CCS Combo y/o CHAdeMO.
13. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el punto (6) de conexión bidireccional de CC del dispositivo (100) está conectado a al menos un convertidor (13) bidireccional CC/CC, configurado para modificar la tensión de CC dicha entrada/salida a/desde el convertidor (5) CA/CC.
14. - Dispositivo según la reivindicación anterior, donde el convertidor (13) CC/CC posee una potencia nominal en el orden de los 25-75 kW y, preferentemente, sustancialmente de 50 kW.
15. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 13-14, donde dicho dispositivo (100) comprende una o más baterías (7) recargables embarcadas, conectadas al convertidor (13) CC/CC.
16. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 13-15, donde el convertidor (13) CC/CC está configurado con una arquitectura electrónica de primario (15) de CC y secundario (16) de CC, conectados por un circuito (17) resonante de tipo transformador, y donde dichos primario (15) y secundario (16) comprenden una pluralidad de transistores (9) de efecto de campo configurados en ramas (10) de pares de transistores
(9) conectadas a uno o más puntos (6) de entrada/salida de CC, mediante hilos (11) correspondientes.
17. - Dispositivo (100) según la reivindicación anterior, donde el secundario (16) de CC se encuentra conectado a un filtro (18) de red de CC.
18. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el convertidor (5) CA/CC y/o el convertidor (13) CC/CC está equipado con medios de disipación o refrigeración térmica.
19. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un módulo de monitorización conectado uno o más de los siguientes elementos de dicho dispositivo (100):
- una entrada (1) o salida (3) de CA;
- un punto (6) de entrada/salida de CC,
- un convertidor (5) CA/CC;
- un convertidor (13) CC/CC conectado al convertidor (5) CA/CC;
- una o más baterías (7) recargables embarcadas en el dispositivo (100);
estando dicho módulo de monitorización equipado con sensores adaptados para la medición de los valores de tensión, corriente, potencia y/o temperatura de dichos elementos.
20. - Dispositivo (100) según la reivindicación anterior, donde el módulo de monitorización está conectado a uno o más medios de visualización seleccionados entre monitores, paneles de control LCD, paneles táctiles configurados con una o más interfaces gráficas, medios de señalización luminosa.
21. - Dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un módulo de comunicaciones para el envío y la recepción de información entre uno o más componentes electrónicos del convertidor (5) CA/CC, de un convertidor (13) CC/CC conectado al convertidor (5) CA/CC y/o de una o más baterías (7) embarcadas en el dispositivo (100).
22. - Sistema (100) de carga bidireccional que comprende una pluralidad de dispositivos (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dichos dispositivos (100) se encuentran conectados eléctricamente en paralelo.
23.- Vehículo (19) de carga bidireccional que comprende al menos un dispositivo (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1-21, o un sistema según la reivindicación anterior, donde dicho dispositivo (100) o sistema (100’) se encuentra alojado o embarcado en dicho vehículo (19).
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