PT109778B

PT109778B - Carregador de veículos elétricos com várias entradas de alimentação

Info

Publication number: PT109778B
Application number: PT10977816A
Authority: PT
Inventors: Manuel Luzano De Quadros Flores António
Original assignee: Antonio Manuel Luzano De Quadros Flores
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2019-06-06
Also published as: PT109778A

Abstract

A CAPACIDADE MÁXIMA DE CARREGAMENTO DOS CARREGADORES DE VEÍCULOS ELÉTRICOS QUE PODEM SER LIGADOS DIRETAMENTE A TOMADAS CONVENCIONAIS ESTÁ LIMITADA À CORRENTE MÁXIMA ADMISSÍVEL QUE PODE SER FORNECIDA POR UMA TOMADA E QUE É CARATERIZADA PELAS ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DAS CANALIZAÇÕES E DAS TOMADAS DE UTILIZAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA. O PRESENTE INVENTO CONSISTE NA CONCEÇÃO DE UM CARREGADOR FIXO OU PORTÁTIL QUE PODE RECEBER ENERGIA SIMULTANEAMENTE A PARTIR DE VÁRIAS TOMADAS DOMÉSTICAS DE UM CIRCUITO RESIDENCIAL, SEM RECURSO A INSTALAÇÕES ESPECIAIS, AUMENTANDO A SUA CAPACIDADE DE CARREGAMENTO E CONSEQUENTEMENTE DIMINUINDO SIGNIFICATIVAMENTE O TEMPO DE CARREGAMENTO DAS BATERIAS DE UMA VIATURA ELÉTRICA, EM COMPARAÇÃO COM OS CARREGADORES DE ¿ENTRADA ÚNICA¿ EXISTENTES ATUALMENTE NO MERCADO.

Description

Carregador de veículos elétricos capaz de receber energia elétrica simultaneamente de várias tomadas domésticas.

Domínio técnico da invenção:

domínio técnico desta invenção abrange os carregadores de baterias de veículos elétricos. A solução apresentada é do domínio eletrotécnico e é relativa à conceção de um carregador de veículos elétricos que permite carregar as respetivas baterias a partir de tomadas vulgares de qualquer residência, em menos tempo e sem necessidade de recurso a instalações especiais.

A técnica anterior:

Os carregadores portáteis das baterias de veículos elétricos, atualmente disponíveis no mercado, têm a sua capacidade de corrente de carga limitada a 16 amperes, imposta pela sua ligação ao circuito elétrico das tomadas vulgares da habitação. Para maiores capacidades de corrente, o mercado oferece carregadores que se ligam a instalações elétricas com canalizações de maior secção e, consequentemente, a obrigatoriedade de utilização de fichas especiais e tomadas de elevada capacidade utilizadas habitualmente em instalações industriais. Estes carregadores de maior capacidade podem ser instalados em casa do cliente, mas não estão disponíveis normalmente nas habitações.

Fora das grandes cidades, na ausência de carregadores públicos de alta capacidade, quando o utilizador de uma viatura elétrica faz uma viagem e necessita de carregar a sua viatura a partir de uma instalação doméstica (com tomadas vulgares de 16 amperes) vê-se obrigado a esperar longos períodos de tempo (várias horas) até que o carregamento permita obter uma carga suficiente para prosseguir a viagem. Esta é, atualmente, uma das maiores limitações dos veículos elétricos.

Descrição das figuras:

FIG. 1 - Esquema de princípio de carregador de 30 amperes com dupla alimentação. (Legenda: 1- Tomada de usos gerais de 16 amperes; 2- Tomada de usos gerais de 16 amperes; 3Carregador; 4- Veículo automóvel elétrico; 5 e 6 - Cabo elétrico com condutores de 2,5mm² de secção do tipo FVV 3xG2.5mm² ; 7- Cabo elétrico com condutores de 6mm² de secção do tipo FVV 3xG6mm².)

FIG. 2 - Esquema de ligações elétricas do carregador com dupla alimentação. (Legenda: 1- Contactor de duplo contacto; 2- Microcontrolador; 3 e 4- Ficha de 230 volt, 16 amperes; 5- Ficha de ligação ao veículo elétrico; 6, 7, 8 e 9- Bobinas de comando dos contactores; 10- Linha de Terra; 11- Linha Piloto de comunicação de dados entre o carregador e o veículo elétrico; 12- Linha de Fase; 13- Linha de Neutro.)

Descrição pormenorizada da invenção:

Introdução

O presente invento é especialmente útil quando as deslocações da viatura elétrica são em localidades ou zonas do interior onde não existem carregadores rápidos.

Um veículo elétrico tem a sua autonomia limitada à energia elétrica armazenada nas suas baterias. Para o recarregamento dessas baterias é necessário um carregador, de modo a permitir a continuação da circulação da viatura se a viagem tiver de ultrapassar o limite de autonomia oferecida pelas baterias.

Quando o veiculo elétrico faz um percurso longo que ultrapasse metade da sua carga elétrica armazenada é necessário, obrigatoriamente, recarregar as suas baterias para que possa regressar ao seu ponto de origem. É de referir que, se a deslocação se fizer em estrada ou autoestrada a uma velocidade relativamente elevada (da ordem dos 120km/h), o consumo aumenta muito e a autonomia diminui, alterando o valor pré-estimado da autonomia à partida, o que pode criar perda de autonomia relativamente à previamente estimada pelo computador de bordo da viatura.

A capacidade máxima de carregamento dos carregadores que podem ser ligados diretamente a tomadas convencionais está limitada à corrente máxima admissível que pode ser fornecida por uma tomada e que é caraterizada pelas especificações técnicas das canalizações e das tomadas de utilização de corrente elétrica. Em viagens mais longas que obriguem a recarregamentos intermédios, a limitação da corrente máxima de carregamento das baterias (imposta pela corrente máxima de uma tomada) traduz-se num aumento da duração da viagem que pode tornar desinteressante a utilização da viatura elétrica nestas circunstâncias.

presente invento consiste na conceção de um carregador fixo ou portátil que pode receber energia simultaneamente a partir de várias tomadas domésticas de um circuito residencial, sem recurso a instalações especiais, diminuindo significativamente o tempo de carregamento das baterias de uma viatura elétrica, em comparação com os carregadores de entrada única existentes atualmente no mercado. A figura 1 representa o esquema de princípio do cenário de obtenção de uma corrente de carga de 32 amperes a partir de duas tomadas (apontadores 1 e 2 da figura 1) do tipo residencial de 16 amperes de corrente admissível cada.

Havendo necessidade de correntes de carga superiores pode recorrer-se a várias tomadas.

Por exemplo, se a viatura permitir correntes de carga de 48 amperes (3x16=48), esta pode receber energia diretamente de três tomadas residenciais, absorvendo uma corrente múltipla da capacidade de cada tomada, eliminando a necessidade de circuitos, tomadas e fichas especiais.

Descrição do funcionamento do carregador com várias entradas de alimentação carregador com várias entradas de alimentação recebe energia de vários circuitos ligados à mesma fase somando as respetivas intensidades de corrente.

Para a utilização deste carregador de várias entradas de alimentação é suficiente a instalação ter várias tomadas elétricas, ligadas cada uma a uma canalização independente ao quadro elétrico, no qual serão protegidas, também cada uma, por um disjuntor de 16 amperes independente, sendo todos alimentados pela mesma fase.

Nesta situação, é possível alimentar o carregador através de vários circuitos distintos que estão todos ligados à mesma fase, podendo aumentar a corrente total absorvida pelo carregador até um múltiplo da corrente máxima admissível de cada canalização com limite até à potência contratada da instalação.

circuito de controlo do carregador controla todos os fatores de segurança e faz o paralelo da alimentação após se certificar da correta polaridade desta e da ordem de início da carga enviada pelo veículo através do condutor de comunicação. Se for detetado um desequilíbrio das correntes dos circuitos de alimentação do carregador, este emite um aviso sinalizando a situação anormal, interrompe o circuito que sofreu uma diminuição de corrente e ajusta o novo valor de corrente total, respeitando o valor máximo admissível de corrente em cada circuito de alimentação.

Esquema elétrico

Na figura 2 apresenta-se o circuito elétrico de potência incluindo esquematicamente os condutores de fase (12), neutro (13) e terra (10) e as ligações ao microcontrolador o qual faz a comunicação com a viatura elétrica através do condutor piloto (11), gerindo a informação e controlando a abertura e fecho dos contactores de potência (1).

A existência dos contactores permite que o microcontrolador faça o paralelo das entradas corretamente, independentemente da posição em que as duas fichas de alimentação sejam ligadas nas respetivas tomadas.

Deste modo, sabendo a corrente máxima que se pode obter das tomadas, o carregador deve transmitir ao veículo, através do condutor piloto (11), o valor de corrente que a viatura deve absorver do carregador. Seguidamente, o veículo deve dar ordem ao controlador do carregador (2) para ligar os contactores de alimentação (6, 7, 8 e 9) de modo a este poder receber energia elétrica da rede. Na figura 2 ilustra-se o esquema elétrico em que esta situação daria origem ao fecho do contactores ligando os terminais de entrada do carregador (3 e 4) aos terminais de saída (5) a que poderiam corresponder num sistema monofásico respetivamente à fase (12) e ao neutro (13). Num sistema bifásico (caso da rede de

110 volts dos Estados Unidos da América) as duas entradas seriam ligadas a duas fases.

O sistema descrito com duas entradas permite uma corrente total de carga até 32 amperes sendo limitada pela corrente máxima admissível na canalização e pelo conjunto da tomada e da ficha doméstica de cada uma das duas entradas que é de 16 amperes.

O sistema da presente invenção permite, assim, aumentar a corrente disponibilizada pelo carregador, através da utilização de várias entradas de alimentação do carregador, sem ser necessário recorrer a instalações, tomadas e fichas especiais.

Compatibilização do carregador para várias marcas de veículos elétricos

O carregador pode ser apresentado com um cabo na saída, ligado a uma tomada específica de qualquer modelo de veículo elétrico.

De forma a ser possível compatibilizar o carregador com várias marcas de veículos elétricos, o carregador pode ter uma tomada universal na saída tal como a existente nos postos de carregamento público, o qual é compatível com os cabos de carregamento fornecidos com os diversos veículos.

Vantagens da invenção relativamente ao estado da arte

Este invento, referente ao carregador de veículos elétricos capaz de receber energia elétrica simultaneamente de várias tomadas domésticas, tem as seguintes vantagens relativamente aos existentes atualmente:

- Utiliza menos tempo para carregar o veiculo elétrico: necessita de metade do tempo se utilizar duas tomadas de alimentação, um terço do tempo se utilizar três tomadas de alimentação e assim sucessivamente, se o veiculo aceitar correntes mais elevadas;

- Recebe energia de tomadas domésticas residenciais (não necessita de tomadas especiais de alta capacidade do tipo industrial);

Utiliza os circuitos de tomadas de usos gerais (não necessita de instalação de circuitos especiais de alta potência com secções elevadas);

- É portátil, podendo ser transportado na viatura;

Permite adaptar o nivel de carregamento ao tempo disponível: a sua capacidade de regulação da corrente de carga permite ajustar a sua potência de acordo com o tempo disponível para carregamento;

Permite adaptar o nível de carregamento à potência disponível na instalação: a sua capacidade de regulação da corrente também permite ajustar a sua potência de carga de acordo com a potência disponível na instalação doméstica, sendo esta a diferença entre a potência contratada e a potência a ser utilizada nesse momento na residência;

- Melhora a usabilidade das viaturas elétricas em locais onde os carregadores rápidos não estão disponíveis: o facto de permitir carregar o veículo elétrico em, pelo menos, metade do tempo potência mais a sua utilização em zonas interiores do país;

- A sua maior rapidez de carregamento a partir de instalações residenciais aumenta a possibilidade do veículo elétrico ser utilizado em viagens longas, sem recurso obrigatório aos carregadores rápidos: quando o utilizador de um veículo elétrico se propõe fazer uma viagem longa, depara-se com o problema da autonomia que é normalmente resolvido com recurso aos carregadores rápidos; atendendo à escassez destes recursos, pode acontecer que o utilizador necessite de ficar em fila de espera enquanto outras viaturas acedem ao carregamento rápido. Embora os carregadores ditos de rápidos sejam mais rápidos que os outros, é sempre necessário entre meia hora e duas horas para realizar o carregamento, dependendo do modelo da viatura. Daqui se pode concluir que uma fila de alguns carros poderá facilmente obrigar a períodos de espera de cinco ou mais horas, associado à eventualidade de alguém não retirar a sua viatura do local de carga atempadamente. Somando a este cenário, a possibilidade do carregador rápido, que se espera estar funcional quando acionado, encontrar-se frequentemente fora de serviço por motivos vários, pode contribuir para aumentar a frustração do utilizador de veículos elétricos, que é frequentemente conotado de aventureiro.

Pelo exposto, conclui-se que este invento pode ser considerado um contributo válido para a versatilidade, autonomia, utilização e utilidade dos veículos elétricos.

Claims

1^a - Carregador de veículos elétricos constituído por:

- uma caixa onde está alojado o sistema de controlo, por microcontrolador,

- interface com o utilizador formada por ecrã e botões de pressão, entradas para cabos (ligados diretamente ou através de tomadas na caixa), incluindo N cabos de entrada de energia que terminam com fichas domésticas de 16 ampere (tipo Schuko) e um cabo de saída com ficha adequada para capacidade de pelo menos Nxl6 ampere incluindo os condutores Fase, Neutro, Terra e Piloto;

- em que o microcontrolador através do ecrã informa o estado do sistema e os parâmetros de programação definidos pelo utilizador através dos botões; o microcontrolador, através do protocolo de comunicação normalizado, informa a viatura a ser carregada, qual a corrente máxima que esta pode receber, e liga ou desliga o contactor de saída quando a viatura enviar o respetivo pedido; o microcontrolador verifica as condições de segurança e monitoriza todo o sistema; caraterizado por carregar rapidamente um veículo em locais remotos, tais como habitações, cafés, restaurantes, postos de abastecimento de combustível sem sistemas de carregamento elétrico, oficinas de automóveis, bombeiros, etc., sem recurso a instalações elétricas especiais, juntando a energia elétrica proveniente de várias tomadas monofásicas ligadas ao mesmo quadro elétrico, onde cada uma é alimentada por um circuito e disjuntor distinto.

2^a - Carregador de veículos elétricos de acordo com a reivindicação I^a caraterizado por permitir controlar pelo utilizador, em valor percentual, a corrente máxima utilizada de cada circuito elétrico de modo a permitir que a instalação existente continue em funcionamento com a capacidade restante.

3^a - Carregador de veículos elétricos, de acordo com a reivindicação I^a, caraterizado por permitir salvaguardar a segurança das pessoas e dos equipamentos, fazendo automaticamente as respetivas ligações após controlo das tensões, monitorizando as correntes associadas e desligando o sistema se detetar qualquer alteração anormal das grandezas em

4^a - Carregador de veículos elétricos, de acordo com a reivindicação I^a caraterizado por permitir, a partir dos parâmetros fornecidos pelo utilizador, nomeadamente capacidade total da bateria, percentagem de energia restante na bateria, tempo de carga disponível, número de cabos de entrada ligados e respetivo limite de corrente, calcular e programar o carregamento da viatura, transmitindo-lhe o valor da intensidade de corrente de carga calculado que minimiza o envelhecimento da bateria.

5^a - Carregador de veículos elétricos, de acordo com as reivindicações I^a e 4^a caraterizado por permitir, a partir dos parâmetros fornecidos e pela corrente de carga pré-definida pelo utilizador, informar o tempo necessário ao carregamento da bateria para se atingir uma dada percentagem preestabelecida do valor total da carga.

6^a - Carregador de veículos elétricos, de acordo com as reivindicações I^a caraterizado por permitir carregar em trifásico guando associado a um conversor de monofásico para trifásico.