SE534524C2 - Anläggning för batteriladdning - Google Patents

Abstract

SAM MANDRAG En anläggning för distribution av el till ett flertal tillfälligt parkeradeelbilar innefattande en parkeringsyta (13), ett flertal eluttag (12) och entransformatorstation innefattande en transformator (7), ettlågspänningsställverk (8) och ett högspänningsställverk (1) förinkoppling till ett kraftnät (2). Transformatorn (7) är placerad ianslutning till parkeringsytan. (Fig 1)

Description

534 524 2 Det avgörande för tillämpningen av denna uppfinning är att elektrisk energi kan laddas och lagras i fordonet.

Genom US 2007/0126395 (Suchar) är en automatisk laddnings- och dockningsstation för elbilar tidigare känd. Den kända stationen är avsedd att placeras på offentliga eller privata platser och innefattar en av fordonet buren prob som föres i kontakt med stationen varvid laddning sker. Proben innehåller en identitetsbärare som medger att ägaren kan faktureras i efterhand.

Genom US 5 548 200 (Nor et al) är en universell laddningsstation för laddning av batterier för elbilar tidigare känd. Laddningsstationens uppgift är att medge överföring av elektrisk energi till ett batteri så snabbt som möjligt. Problemet som laddningsstationen söker att övervinna är att förare inte skall behöva vänta flera timmar eller över natt för att få sin bil laddad. Den kända stationen innefattar en likriktare som förser ett flertal laddningsuttag med likström. Härvid är fordon och station anordnade att kommunicera med varandra för att kontrollera laddningsskedet.

De elbilar som utvecklas idag kommer vanligen att innefatta ett anslutningssnitt där en vanlig lågströmskontakt ansluts till ett eluttag.

Vanligtvis innefattar detta en hushållsström om ca 230 V växelström.

Denna kan variera med avseende på olika länder men håller sig inom området 100 till 500 volt. Elbilarna bär således med sig sin egen likriktare för omvandling av växelström till en för uppladdning av batteriet lämplig likström. Energitillgången i anslutningssnittet är emellertid kritiskt då ett flertal anslutna elbilar laddar sina batterier samtidigt. 534 524 3 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att anvisa utvägar för att frambringa en anläggning för tillhandahållande av en kraftig laddningsström till ett flertal tillfälligt anslutna elbilar.

Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningen av en anläggning enligt de i det oberoende kravets 1 kännetecknande del angivna särdragen samt med ett förfarande enligt de i det oberoende förfarandekravets 9 kännetecknande del angivna särdragen. Fördelaktiga utföringsformer anges i de kännetecknande delarna av de beroende kraven.

Enligt uppfinningen innefattar anläggningen en parkeringsyta med ett energiförsörjningssystem innehållande ett flertal anslutningspunkter för elbilar och en transformatorstation för direkt anslutning till ett distributionsnät. Med distributionsnät skall förstås ett kraftnät mellan 10 till 36 kv men även upp till 54 kV. Transformatorstationen innefattar förutom en transformator ett lågspänningsställverk och ett hög- spänningsställverk. Transformatorn utgör anläggningens tryckpunkt och placeras nära parkeringsytan. Högspänningsställverket placeras nära anslutningen till kraftnätet och förblnds med transformatorn med en högspänningskabel. Genom att på detta sätt separera transformatorn och högspänningsställverket undvikes förluster som vanligen uppstår vid lång transport av lågspänning. Högspänningsställverket är således placerat på avstånd från transformatorn. Märkdata för transformatorn kan vara 10-24/0,4 kV.

I en utföringsform innehåller anläggningen en transformator som är nedsänkt under mark. Transformatorn placeras därvid i en kassun av exempelvis betong som kan prefabriceras eller platsbyggas. Ett lock placeras över transformatorn varvid locket innehåller passagevägar för anslutning av ställverk och ventilation. Locket kan även innehålla en inspektionslucka. I en utföringsform är lågspänningsställverket placerat på locket till kassunen. I denna utföringsform innehåller lågspännings- 534 524 . 4 ställverkets kapsling även fläktar för ventilering av kassunen. I en annan utföringsform anordnas ventilationen separat.

Högspänningsställverket innefattar en T-avgrening och en på avgren- ingen anordnad brytare. Inkopplingen av högspänningsställverket sker således på ett sätt som inte inkräktar på distributionen i kraftnätet.

Oavsett om den anslutna brytaren är från- eller tillkopplad påverkas inte distributionen. Förutom normala till- och frånslag anordnas brytaren att bryta vid kortslutning och jordfel. Utlösningen sker inom en tidsfördröj- ning som är kortare än reaktionstiden hos brytare i distributionsnätet.

På detta sätt påverkar fel som ligger nedströms T-avgreningen inte kraftnätet. I en utföringsform betjänas brytarens mätanordning och utösningsanordning med ström från transformatorns lågspänningssida.

Vid ett elfel innehåller transformatorns sekundärsida tillräckligt med energi för att detektera felet och utlösa brytaren.

Parkeringsytan innehåller ett strömförsörjningssystem med ett flertal eluttag för anslutning av ett tillfälligt parkerat eldrivet fordon. I en utföringsform innehåller anläggningen ett nätverk av kablar som för- binder ett flertal eluttag med Iågspänningsställverket. I en ytterligare utföringsform innefattar ett eluttag en stolpe med en anslutningsmodul innehållande ett eller flera uttag. Parkeringsytan innefattar i en utföringsform ett grenverk av kabelskydd. Kabelskydden fästes till parkeringsytan och omgärdar kablarna. I en utföringsform utgör kabelskydden även stomme till stolparna. Genom att kablarna drages i kabelskydden behöver kablarna ej grävas ner, vilket erbjuder stor flexibilitet och låg anläggningskostnad.

Enligt en första aspekt av uppfinningen uppnås ändamålet av en anläggning för distribution av el till ett flertal tillfälligt parkerade elbilar innefattande en parkeringsyta, ett flertal eluttag och en transformator för inkoppling till ett kraftnät, varvid transformatorn är placerad i anslutning till parkeringsytan. Transformatoranläggningen innefattar 534 524 förutom transformatorn ett lågspänningsställverk och ett högspännings- ställverk, varvid högspänningsställverket är placerat vid högspännings- anslutningen. I en utföringsform innefattar högspänningsanslutningen en T-avgrening med en brytare som utlöses på kortare tid än övriga brytare i kraftnätet.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen uppnås ändamålet med ett förfarande vid en anläggning för distribution av el till ett flertal tillfälligt parkerade elbilar innefattande en parkeringsyta, ett flertal eluttag och en transformator för inkoppling till ett kraftnät, där transformatorn omvandlar högspänd växelström till lågspänd växelström för anslutning till elbilen, varvid transformatorn anordnas i anslutning till parkerings- ytan och matas med högspänning från ett på avstånd beläget kraftnät.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritningar, där Fig 1 är en schematisk visad anläggning för strömförsörjning av ett flertal eldrivna fordon enligt uppfinningen, Fig 2 är ett högspänningsställverk för en sådan anläggning kopplad till ett distributionsnät, Fig 3 är en transformatoranläggning enligt uppfinningen med transformatorn placerad under jord och förbundet med ett lågspänningsställverk placerat ovan jord, och Fig 4 är en utföringsform av ett strömförsörjningssystem med ett kabelskydd med stolpar innehållande eluttag för anslutning av en elbil. 534 524 6 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Anläggningen enligt figur 1 är anordnad för en infrastruktur såsom elförsörjning, mätning, styrning och betalningssystem för laddning av el- och elhybridbilar i samband med att de står uppställda på parkeringsplats.

Eftersom effektuttaget blir ganska stort från respektive bil och att det tar mindre än 5 - 6 tim att ladda ett batteri finns det oftast ingen möjlighet att dra fram elförsörjning från närmaste nätstation. Dels finns oftast inte kapaciteten och dels blir de lågspända kablarna långa och därmed både dyrbara och behäftade med stora förluster. Enligt uppfinn- ingen är anläggningen utformad så att den elektriska tryckpunkten, transformatorn, kommer i direkt anslutning till parkeringsplatsen.

Strömförsörjning hämtas medelst anslutning av ett högspännings- ställverk 1 med en T-avgrening på lämpligt ställe i en befintlig kabel- matad nätstationsslinga 2. Oftast ligger en sådan anslutning på 10 eller 24 kV. Anslutningspunkten väljes så att minimalt avstånd erhålls men också så att en lämplig lokal erhålls där ställverket kan installeras i samverkan med naturen. Ställverket innehåller en brytare 3 för till- och frånslag samt don 4 för utlösning av brytaren vid elfel. Speciell utformning av T-avgrening gör att dess yttermått blir begränsade och att den därmed kan få ställas upp utan byggnadslov.

Från högspänningsställverk 1 går en radiellt utmatande kabel 5, som är avsedd för 10-36 kV, till en transformatoranläggning 6 som med fördel placeras under mark då den därmed inte stjäl befintlig markyta och inte heller ändrar eller stör omgivningen estetiskt. I kassunen placeras en distributionstransformator 7, normalt med märkdata 10-36/0,4 kV.

Transformatorns lågspänningssida matar ett lågspänningsställverk 8 med ett flertal brytare 9 som placeras i en kapsling 21. Kapslingen kan utformas lika de kabelskåp som idag normalt förekommer. Till kassunen är kopplad en ventilationsanordning 10 som innefattar en eller flera 534 524 7 fläktar för ventilering av värmeförlusterna från transformatorn i transformatorkassunen.

Från lågspänningsställverket utgår lågspänningskablar 11 som försörjer skilda rader med eluttag 12 placerade på stolpar vid en parkeringsyta 13 innehållande ett flertal parkeringsrutor.

Högspänningsställverket 1 enligt figur 2 innehåller en brytarmodul 15 som innehåller en brytare 3. Modulen innehåller ett första mät- och detekteringsdon 4a för utlösning av kortslutningsfel. Modulen innehåller även ett andra mät- och detekteringsdon 4b för utlösning av kortslut- ningsfel. Donen är förbundna med lågspänningsställverket medelst en signalkabel 16 för elförsörjning och informationsutbyte med lågspänn- ingsställverket. I en utföringsform av uppfinningen innehåller donen en mikroprocessor och ett minne för lagring av data och programvara.

Högspänningsställverket är inkopplat på en högspänningskabel 2 som anslutningsmässigt går rakt igenom brytarmodulen 15. I det visade exemplet ansluts den inkommande kabeln 2a till brytarmodulen i en kabelanslutning 17.

Enligt uppfinningen är byggvolymen hos högspänningsställverket koncentrerad varvid bygghöjden kan göras liten. Högspänningsställ- verket är inneslutet i en kapsling 14 som kan vara en plåtkonstruktion eller en sammansatt konstruktion av plåt och betong. Med plåt avses här både en skiva av metall eller plast. Genom att placera delar av ställverket under markytan 18 erhålles en ytterligare förminskning av bygghöjden. De delar av ställverket som behöver betjänas placeras bakom öppningsbara dörrar 19 i kapslingen 14. Det lilla formatet och möjligheten att placera ställverket på ett sätt som inte menligt är inkräktande på naturen gör att byggnadslov kan undvikas.

Ett utföringsexempel av transformatoranläggningen 6 visas i figur 3. I en kassun 25 av betong eller likvärdigt material som kan vara plats- 534 524 8 byggd eller prefabricerad placeras transformatormodulen 7 under marknivån 18. Kassunen är försedd med ett lock 26 innehållande en inspektionslucka 20. Lågspänningsställverket 8 är i det visade exemplet placerat i en kapsling 21 som är gemensam för transformatorns ventil- ation 10. Ställverket är tillgängligt via en lucka 22 och ventilationen genom ett galler 23. I det visade exemplet är lågspänningskablarna 11 placerade under markytan 18 i ett skyddande rör 24.

Ett utföringsexempel av ett elförsörjningssystem med ett flertal eluttag för anslutning till ett flertal elbilar visas i figur 4. Ett kabelskydd 30 som i det visade exemplet är utformat med ett halvmånformat hölje av ett tåligt material. Skyddet skall motstå bland annat åverkan och påkör- ning. Kabelskyddet kan bestå av ett flertal moduler 41 som med fogar 31 byggs samman och fästs till underlaget med yttre fästanordningar 32. I en utföringsform fästes kabelskyddet med en inre fästanordning 33. Fästanordningarna kan fästas till underlaget med skruv- eller spikförband eller med lim eller likvärdig fästmassa. Genom att fästa kabelskyddet till parkeringsytan undviks grävning, vilket medför en kostnadsbesparing.

Kabelskydden utgör i det visade exemplet fundament för ett flertal stolpar 35 som uppbär var sin anslutningsmodul 36 med minst ett uttag. I en utföringsform innehåller anslutningsmodulen minst fyra uttag. Varje stolpe är försedd med en justeranordning 37 med vilken stolpen är justerbar till en lodrät position. I en utföringsform har anslutningsmodulen två uttag täckta med var sin låsbar lucka 38. Det visade exemplet innehåller också en betalnings- och styrmodul 39 genom vilken en kund kan betala eller identifiera sig med exempelvis ett kreditkort. Betalning kan även ske via Internet eller genom betalning via mobiltelefonabonnemang. I en utföringsform är lågspänningsställ- verket 8 och styrmodulen 39 inrymda i samma kapsling. Modulen innehåller också medel för trådlös kommunikation, varmed eluttagen kan styras eller information inhämtas från exempelvis en mobiltelefon. I 534 524 9 det visade exemplet innehåller ett eluttag en läsare 40 för ett kreditkort eller dylikt, varvid betalnings- och styrmodulen kan uteslutas.

Eluttagen 12 utformas med ett eller ett flertal uttagsarmaturer och en anordning för styrning av såväl laddningsström som eventuell tilläggs- värme i bilen. I en utföringsform är eluttaget spänningslöst så länge som ingen stickpropp sitter i uttaget. Detta för att hindra att fingrar kan beröra strömförande delar av uttaget och för att förhindra okontrollerat energiuttag. När stickproppen är instoppad i uttaget och spännings- försörjningen är aktiverad av bilföraren tillkopplas spänning samtidigt som en låsanordning förhindrar uttag av stickproppen eller åtkomst till eluttagen. Systemet utformas så att låsanordningar släpper vid generellt strömavbrott.

Bilföraren aktiverar laddningen genom att nyttja kreditkort, SMS-kod, kodlås eller annan anordning. Detta kan ske med hjälp av mobiltelefon eller vid en aktiveringsautomat 39. Samtidigt med aktiveringen påbörjas mätning som underlag för debitering av den gemensamma parkerings/ laddningstjänsten. Mätningen som kan bestå av tidmätning, energi- mätning eller både och avslutas i och med att tillkopplingen avaktiveras av bilföraren. Debitering sker genom fakturering via telefonräkningen eller på liknande sätt eller genom uttag på kreditkort. Värmeuttaget kan aktiveras med hjälp av SMS och mobiltelefon, tidur eller på liknande sätt.

Eftersom förhållandevis tunga tryckpunkter lokaliseras i befintliga stads- och bostadsområden är det fördelaktigt att placera transformatorn nära uttagen. Det är också fördelaktigt att införa en utrustning som tar liten plats. Speciellt är detta viktigt där byggnadslov krävs. Därför är T- anslutningen från 10kV kabeln inte större än ett förstorat kabelskåp.

Transformatorn placeras under jord medan lågspänningen sitter i ett vanligt kabelskåp. Förutsättningarna att erhålla ett generellt bygglov ökar därmed markant. Parkeringen har lägre prioritet än resten av 534 524 slíngan genom att den matas radiellt, men vid fel löser den ut före slingan, både för överström och för riktat jordfel. Inget batteri eller annan hjälpkraft behövs. Kablarna för 10kV är inte dimensionerade efter last utan korttidsström.

Claims (1)

1. 534 524 Ii PATE NTKRAV 1. Anläggning för distribution av el till ett flertal på en parkeringsyta (13) tillfälligt parkerade eldrivna fordon innefattande ett flertal eluttag (12), ett till eluttagen koppat lågspänningsställverk (8), en till lågspänningsställverket kopplad transformator (7), och ett till transformatorn kopplat högspänningsställverk (1) för inkoppling till ett kabelmatat kraftnät (2), k ä n n et e c k n a d a v att transformatorn (7) är placerad i anslutning till parkeringsytan, att högspänningsställverket är placerat i anslutning till kraftnätet, att högspänningsställverket och transformatorn är separerade från varandra så att ett avstånd dem emellan uppstår, och att högspänningsställverket är kopplat till transformatorn med en högspänningskabel (5). Anläggning enligt krav 1 eller 2, varvid högspänningsställverket (1) innefattar en T-avgrening innefattande en brytare (3) som utlöser på kortare tid än övriga brytare i kraftnätet. Anläggning enligt något av föregående krav, varvid högspännings- ställverket (1) är delvis placerat under markytan (18). Anläggning enligt något av föregående krav, varvid transformatorn (7) är belägen under markytan. Anläggning enligt något av föregående krav, varvid anläggningen innefattar en kassun (6) som inrymmer transformatorn (7). Anläggning enligt krav 5, varvid lågspänningsställverket (9) är placerat ovanpå kassunen. 10. 534 524 /2/ Anläggning enligt något av föregående krav, varvid minst ett eluttag (12) innefattar ett kabelskydd (30), en av kabelskyddet uppburen stolpe (35), och en av stolpen uppburen anslutnings- modul (36) innehållande minst ett uttag anslutet till lågspännings- ställverket med en elkabel (11). Förfarande för distribution av el till ett flertal på en parkeringsyta (13), tillfälligt parkerade eldrivna fordon innefattande en ett flertal eluttag (12) och en transformatorstation innefattande ett flertal eluttag (12), ett till eluttagen koppat lågspänningsställverk (8), en till lågspänningsställverket kopplad transformator (7), och ett till transformatorn kopplat högspänningsställverk (1) för inkoppling till ett kabelmatat kraftnät (2), k ä n n et. e c k n a t a v att transformatorn (7) placeras i anslutning till parkeringsytan (13), att högspänningsställverket placeras i anslutning till kraftnätet, att transformator och högspänningsställverk separeras så att ett avstånd dem emellan bildas, och att högspänningsställverket kopplas till transformatorn med en högspänningskabel (5). Förfarande enligt krav 8, varvid högspänningsställverket ansluts till kraftnätet med en T-avgrening, och att T-avgreningen bringas att innefatta en brytare (3) som utlöses på kortare tid än övriga brytare i kraftnätet. Användning av en anläggning enligt krav 1 till 7, eller ett förfarande enligt krav 8 eller 9 för uppladdning av batterier till ett eldrivet fordon vid en kommunal eller privat parkeringsplats, varvid tillförsäkras en tillräcklig energiförsörjning.