WO2018178473A1 - Procedimiento y sistema de recarga de vehículos eléctricos - Google Patents

Procedimiento y sistema de recarga de vehículos eléctricos Download PDF

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WO2018178473A1
WO2018178473A1 PCT/ES2018/070260 ES2018070260W WO2018178473A1 WO 2018178473 A1 WO2018178473 A1 WO 2018178473A1 ES 2018070260 W ES2018070260 W ES 2018070260W WO 2018178473 A1 WO2018178473 A1 WO 2018178473A1
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recharge
recharging
charging
point
management server
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PCT/ES2018/070260
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Inventor
Francisco José MARTÍNEZ DOMÍNGUEZ
Piedad GARRIDO PICAZO
Julio Alberto SANGÜESA ESCORIHUELA
Vicente TORRES SANZ
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Universidad De Zaragoza
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention is framed in the field of the electric vehicle industry. More specifically, the invention relates to a method and a system for recharging the batteries of said vehicles, designed primarily to obtain greater use and efficiency in recharging times, as well as to facilitate the management of energy resources and associated costs. to the same.
  • US 2015/0077054 A1 refers to a system and method for charging batteries in electric vehicles, whose main objective is to provide different charging patterns taking into account the conditions of the electricity grid or the demand for electricity in real time.
  • US 2015/0077054 A1 proposes a system for connecting the battery electric vehicle to a power source, using a charger configured to generate charging instructions based on a historical charging profile, historical temperature data, historical data solar behavior or information associated with the power grid, and provide charging instructions to said charger.
  • charging instructions can be calculated in the absence of network load data, in real time.
  • the described system can also be configured to automatically obtain historical load profiles, weather forecasts or other data through a cable and / or wireless data network.
  • the system may be configured to update information with vehicle data, different load profiles or process data from a remote source in real time.
  • the data can be updated hourly, daily, weekly or monthly.
  • the system can also be connected to a data network to which the vehicle and / or the load equipment belongs, where one or more of the components of said network can be located at a distance from the user's premises, for example by means of the use of services in a cloud of storage, or a data server connected to the Internet.
  • US 2013/0179057 A1 describes different network charging services, applicable to one or more electric vehicles.
  • the invention described in US 2013/0179057 A1 is proposed as an alternative to known driver assistance systems in determining the appropriate time to charge your electric vehicle, and for the location of en route charging points that fit your Real-time needs.
  • the document US 2013/0179057 A1 proposes a system configured by software, which allows to condition the processes of loading the vehicle to different sources of information, related for example with the patterns of use of the vehicle, the user's driving style , of the planned routes, of the existing traffic conditions, or of the current charge level of the vehicle's batteries, to determine if it will have sufficient scope to complete the proposed trip.
  • the system of US 2013/0179057 A1 comprises data processing means to provide information to the user regarding the points of loading of the vehicle, such as its proximity to one or more scheduled routes, to determine suitability of said points for vehicle loading, to check their availability or to make reservations for their use. It is also possible to use information related to electricity prices to suggest periods of charging during which it is cheaper, or also to allow configuring said charge only for a certain price range.
  • a client device for example, installed in the car itself, in a mobile terminal or on a computer
  • a remote central server said elements being communicated through a data network.
  • the SOC is, therefore, a value equivalent to the fuel tank indicator in a vehicle, but relative to the battery packs present in both battery electric vehicles (BEV), non-pluggable electric hybrid vehicles (HEV), or plug-in hybrid vehicles ( PHEV).
  • BEV battery electric vehicles
  • HEV non-pluggable electric hybrid vehicles
  • PHEV plug-in hybrid vehicles
  • DoD depth of discharge
  • the SOC is normally used when talking about the current situation of a battery in use, while the DoD is used more frequently when talking about battery life after repeated use.
  • each battery model has, in general, a unique and parameterizable recharge behavior, which shows variations compared to other battery models.
  • the battery recharge curve does not generally have a linear behavior, which makes some sections of charging require a longer time than others, until reaching a
  • the present invention is aimed at solving the aforementioned needs, by means of a new method and recharging system for electric vehicles that allow to overcome the limitations of the state of the art.
  • a main object of the present invention is, therefore, to provide means for managing the recharging of batteries in electric vehicles and, mainly, electric cars. More specifically, the invention relates to a method for optimizing the charging of electric vehicles, preferably applicable to a charging point connectable to an external data network, for the management of information associated with the users of said network, as well as of other factors such as the state of the load terminals, state of the power grid, etc., providing an optimized load in yields and costs.
  • Said object of the invention is realized, more specifically, by a recharging method of an electric vehicle, which comprises the use of a recharging system equipped with at least:
  • a charging point of the electric vehicle comprising a plug for connection to the electric vehicle, said charging point being equipped with hardware and / or software means for processing information associated with the charging, as well as for transmitting or receiving said information to / from a recharge management server; and with a interface for the introduction of recharging instructions to the system by a user;
  • a recharge management server connected to the recharge point and equipped with hardware and / or software means for controlling the recharge made by the plug, as well as for the planning and configuration of said recharge in time; wherein said recharge control means are configured to process data associated with at least one recharge curve of the vehicle's battery, based on the information stored in at least one database with information about said recharge curve of the battery and, at least, a source of information associated with the demand curves and / or present or future rates associated with the supply of electricity, the management server being connected to said database and said source of information.
  • said recharging process comprises performing at least the following steps:
  • the user connects his vehicle to the plug at the recharging point, giving instructions to start recharging the system, through the user interface, where these instructions include the time period available for recharging the vehicle and the recharging mode selected by the user;
  • the recharge point connects, through its hardware and / or software means, to the recharge server and transfers the user's request to it;
  • the recharging server connects to the database and obtains the recharge efficiency curve of the vehicle's battery to be recharged, temporarily storing said information;
  • the management server obtains the demand curve and / or the rates associated with electricity in the recharge period defined by the user at the recharging point, through a query to the database or through a query to the source of information associated with the demand or the state of the electricity grid;
  • the management server allocates the time sections, within the recharge period, that minimize the total price of electricity required for the recharge period according to the demand curve and / or tariffs based on, at least, the information obtained in step d) and the information obtained in step c);
  • the management server sends instructions to the recharge point with the programming of the calculated recharge sections
  • step e) the recharging point executes the recharge by means of the programmed control of the plug, through the processing means of said recharging point, until the recharging of the vehicle's battery is carried out in the terms calculated by the server.
  • the calculation made in step e) refers to the assignment of one or more temporary sections of the battery recharge curve, within the time available for charging the battery, to one or more sections of the demand curve. tariffs within that time, so that the recharge curve is assigned to those sections of the demand / rates curve that have lower values (and therefore associated with lower prices).
  • Said calculation which comprises numerically analyzing the set of both curves and their ideal distribution over time, can be carried out by means of different numerical optimization methods, for example by means of an associated function said curves (typically, their product), so that it over time it is minimized, by means of stochastic simulations of Monte Cario type, or by means of genetic algorithms, as described, for example, in the references “Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning” (DE Goldberg, 1989) or “Monte Cario Statistical Methods” (CP. Robert, 2004).
  • This type of mathematical problems and their numerical solution is well known in the art and therefore does not form an essential part of the invention.
  • step c) additionally comprises obtaining information associated with the date of recharging, the model and / or technical characteristics of the vehicle to be recharged, historical user recharge data, local temperature data or environment and / or weather data.
  • step d) additionally comprises obtaining information provided in real time by one or more operators or marketers of the electricity market.
  • the charging start instructions provided in step a) by means of the user interface additionally comprise the maximum recharge level of the battery to be reached, and where the calculation made in step e) includes the estimation of necessary sections until reaching said maximum recharge level.
  • the charging start instructions provided in step a) via the user interface additionally comprise the maximum price or maximum charge rate of the battery to be reached, and where the calculation made in step e) includes the estimation of sections necessary to remain below said total price or selected rate.
  • the recharge management server is configured with one or more additional recharge modes, selected via the user interface. More preferably, one of the additional modes comprises direct charging of the battery, without segment segmentation, from the sending of start instructions to the system by the user, until the total recharge of the battery is reached or up to a fixed recharge level by the user through the interface.
  • Another object of the invention relates to a smart electric vehicle charger management system, which allows users to recharge their vehicles efficiently, and which, taking advantage of the so-called valley rates (in which electricity is cheaper), allow to pay less for the electricity consumed.
  • Said management system can be installed in houses, garages or in private parking lots, and implements a recharging procedure according to any of the embodiments described herein.
  • the system preferably incorporates different recharge modes.
  • the user must select the desired recharge mode, and can also enter data about their vehicle. This data will be sent to a remote server, in which the different algorithms will be located that will allow you to select, according to the mode selected by the user, the optimal time to start recharging your vehicle. Once the server has obtained the best time to recharge the vehicle, it will send the information to the point recharging, which will be responsible for activating the mechanism that allows the vehicle to recharge its batteries.
  • said charging system of an electric vehicle comprises at least:
  • a charging point of the electric vehicle comprising a plug for connection to the electric vehicle, said charging point being equipped with hardware and / or software means for processing information associated with the charging, as well as for transmitting or receiving said information to / from a recharge management server; and with an interface for the introduction of recharging instructions to the system by a user;
  • a recharge management server connected to the recharge point and equipped with hardware and / or software means for controlling the recharge made by the plug, as well as for the planning and configuration of said recharge in time; where said recharge control means are configured to process data associated with the recharging of the vehicle, based on the information stored in at least one database with information about the vehicles, the battery to be recharged and the system user and, at least, a source of information associated with the demand and / or present or future rates associated with the supply of electricity, the management server being connected to said database and said source of information.
  • the hardware and / or software means of the recharge point and the system recharge management server are configured for the implementation of a procedure according to any of the embodiments described herein.
  • the charging point and the management server are connected remotely, via the Internet or a mobile network.
  • the user interface of the charging point comprises a button, a keyboard or a touch screen, to select the charging mode to be used and / or for the introduction of the different parameters corresponding to the period recharge, maximum desired battery level, maximum rate and / or total cost to pay.
  • the charging point comprises one or more visual, audible and / or haptic indicators, for example to indicate the selected charging mode, as well as its start or end, etc.
  • the system of the invention will be operable through the use of a mobile device (for example, a smartphone or a tablet device) or through a computer, for example a web service. This service can offer information to the user about their recharges, a history of recharges made, options with recharge methods that best fit their lifestyle, remote change option of recharge mode, etc.
  • the algorithms used will be at all times on the server, which will be responsible for performing the necessary calculations in each case.
  • the loader will preferably act according to the orders provided by the server, as selected by the user.
  • Figure 1 shows, by way of example, three price / demand curves associated with different rates of the state of the art, as a function of the time of day.
  • Figure 2 shows, by way of example, a typical recharge curve of an electric vehicle battery of the prior art.
  • Figure 3 shows, by way of illustration and not limitation, a scheme of the main elements of the process of the invention, as well as of the system used to carry out said process, in a preferred embodiment of said invention.
  • Figure 4 shows a second embodiment of the process of the invention, comprising an additional step of recharging the electric vehicle, for example, depending on the maximum recharging period allowed, or a recharging cost or maximum allowable rate.
  • Figure 5 shows, schematically, a possible embodiment of the loading point of the system of the invention, representing its main elements.
  • a charging point (1) of the electric vehicle preferably comprising a plug (2) for connecting to the electric vehicle.
  • Said charging point (1) is additionally equipped with hardware and / or software means for processing information associated with the recharge, as well as for transmitting or receiving said information to / from a recharge management server (3), to the which is connected locally or remotely, for example through the Internet or a mobile network.
  • the recharging point (1) also includes a user interface (4) for the introduction of instructions to the system, such as the duration of the recharging period, characteristics of the vehicle to be recharged, or recharging parameters for carrying out Different modalities of it.
  • a recharge management server (3) connected to the recharge point (1) and equipped with hardware and / or software means for recharging control performed by the plug (2), as well as for planning and configuration of said recharge in time.
  • the hardware / software means of the management server (3) are preferably configured to process data associated with the recharging of the vehicle, based on the information stored in at least one database (5) with information about the vehicles and / o of the users of the system and, at least, a source (6) of information associated with the demand and / or present or future tariffs associated with the supply of electrical energy.
  • Said source of information may be, for example, information provided in real time by one or more operators or marketers of the electricity market.
  • the management server (3) will be able to process, in real time and through its connection to the database (5), the local data associated with the vehicle to be loaded or its owner, such as the temporary availability slots of the vehicle for recharging, the model and characteristics of the vehicle to be recharged, the charging curves of its battery (i.e. the battery charge performance profile as a function of time), historical user recharge data, data local or ambient temperature, meteorological data, user habits, loss of recharge efficiency data due to temperature or climatic or seasonal effects, offline data related to the commercialization of electric energy, parameterization data of different recharge techniques , etc. Additionally, the management server (3) will also process the specific information associated with the demand of the electricity network in real time, thanks to its connection to the source (6) of information associated with the state of said network. Concrete examples of this information can be, for example, the daily rate curves as a function of time, provided by electric power operators or marketers.
  • the system of the invention can program the recharging procedure in the available period indicated by the user, so that such recharging is carried out in those time periods, within the aforementioned period, whose price is lower depending on the current rates, but also of the behavior of the battery or the vehicle according to its charging performance.
  • the management server (3) will be able to calculate which are the ideal sections for carrying out the recharging of the vehicle, reducing its total costs and optimizing the performance of the battery to be recharged.
  • the option that the recharge management server (3) is remotely connected to the recharge point (1) allows to reduce the physical space that this point occupies, either in public places such as in the home or garage where the vehicle is parked. Said connection also allows the data used by the server (3) and, therefore, the system recharge modes to be updated at all times, both for tariff and technical or functional reasons for the user.
  • the charging procedure starts at the charging point (1), where the user connects his vehicle to the plug (2) and gives charging instructions (7) to the system , by means of the user interface (4).
  • These instructions will include the time period available for recharging (for example, from 8:00 p.m. to 8:00 a.m.) and, typically, a selected recharge mode, in case of counting a variety of them.
  • the recharge point (1) is connected to the recharge server (3) and transfers (8) to it the user's request.
  • the server (3) With said reception (8) of recharge instructions by the server (3), it connects to the database (5) and obtains (9) the data associated with the user, the vehicle and / or the selected charging mode , depending on the instructions generated by that user.
  • the data used may be different, said data will always comprise, at least, information relating to the performance or charging behavior of the battery to be recharged and, more preferably, will comprise information related to the typical recharge curves of said battery.
  • other usable data include, without limitation, one or more of the following: date, model and technical characteristics of the vehicle to be recharged, historical user recharge data, local or ambient temperature data and / or meteorological data.
  • the management server (3) will obtain (10, 10 ') information about the demand and / or the rates associated with the electric power in the recharge period defined by the user at the charging point (1). These rates will be obtained, for example, through a query (10 ') to the database (5) in case they are not subject to market variations (for example, in those cases where the price is fixed or of "flat rate"), or by means of a query (10) to the source (6) of information associated with the demand or the state of the electricity grid (for example, when the price of electricity depends on the curves of Daily charging of the operator or the electric power retailer.
  • the management server (3) will calculate (11) the sections, within said recharging period, which minimize the price of electricity based on, at least, the rates obtained in step (10, 10 ') and the time efficiency curves of the vehicle's battery to recharge. Also, in the event that the recharge period enabled is less than the time required to fully charge the battery, the calculation (1 1) of the server (3) will optionally include the limited charge option according to the limits defined by the user through the interface (4), based on criteria related to load efficiency and / or applicable rates.
  • the recharge procedure of the invention saves between 54% and 73%. % (depending on the recharged time periods studied and the efficiency curves used in the simulation) of the cost of energy with respect to Traditional methods of recharging the state of the art. Said savings are produced through the optimized planning and allocation of battery recharge times to those available sections that have lower prices or demand within the corresponding curve.
  • the reduction of the recharge cost associated with the present invention stems mainly from the difference between applying an optimized recharge, taking into account the battery recharge curves and the demand / price curves, and not applying any optimization in them, instead applying the direct loading method.
  • the application of specific or other numerical methods to achieve this optimization may additionally present small differences between them due to their particular efficiency, all of them are generally included in the range of improvement described against Non-optimized methods
  • limits or recharging conditions may be, in different embodiments of the invention, taken into account in a general way in the procedure used, for example in cases where the user does not wish to recharge his vehicle above a certain rate. , or if you only want to recharge the vehicle battery to a certain level of charge.
  • This last loading mode is illustrated as an example in Figure 4, where an additional calculation step (9 ") of recharging sections is performed depending on the setting of the top-up recharge value that the system will perform.
  • the management server (3) After carrying out the calculation (11) of the appropriate sections within the recharge period enabled by the user, the management server (3) will send (12), finally, the programming of the procedure to be performed to the recharge point (1), which will be received and processed by the means of processing it. With this, the plug (2) of said charging point (1) will recharge the vehicle's battery in the terms calculated by the server (3).
  • the described procedure can be combined, in different embodiments of the invention, with other charging modes, such as an optional fast charging mode, where the only criterion to be applied is the partial or total recharge of the battery, in the shortest possible time.
  • an optional fast charging mode where the only criterion to be applied is the partial or total recharge of the battery, in the shortest possible time.
  • the selection of this recharge mode by the user, through the interface (4), will start the procedure in these terms, until the recharge level of the selected battery is reached.
  • the plug (2) that connects to the vehicle can be any commercial plug, for example Schuko type, NEMA type, Type C, type D, Type E, SI-32, AS 3112, SEV 101 1, Afsnit or other plugs used according to the industrial standards or norms of the country of application. It could also be changed to connectors of type SAE J1772, Mennekes, CSS, Scame or CHAdeMO, either directly or through adapters, in order to connect the electric vehicle directly to the aforementioned charging point (1).
  • the charging point (1) can also include a push-button (13), a keyboard (13 ') or a touch screen (13 "), which will be used to select the charging mode to be used from among the different modes available, as well as for the introduction of the different parameters corresponding to the recharging period, maximum desired battery level, maximum rate or total cost to be paid, etc.
  • the recharging point (1) may include one or more indicators (14 ) visual, sound or haptic, for example to indicate the selected recharge mode, as well as its start or end, etc.
  • a user terminal for example, a mobile phone, mobile device) type tablet, computer, etc.
  • a recharge control applications for example, a mobile phone, mobile device type tablet, computer, etc.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de recarga de baterías de vehículos eléctricos, donde dicho sistema comprende un punto de recarga (1) equipado con un enchufe (2) y con medios de hardware y/o software para procesar información; y un servidor (3) de gestión de recargas, conectado al punto de recarga (1) y equipado con medios de hardware y/o software para el control de la recarga realizada por el enchufe (2), donde dichos medios están configurados para procesar datos asociados a la recarga del vehículo, en función de la información almacenada en al menos una base de datos (5) con información acerca de los vehículos, de la batería a recargar y del usuario del sistema y, al menos, una fuente (6) de información asociada a la demanda y/o tarifas presentes o futuras asociadas al suministro de energía eléctrica.

Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca en el campo de la industria de los vehículos eléctricos. Más concretamente, la invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de recarga de las baterías de dichos vehículos, diseñado principalmente para obtener un mayor aprovechamiento y eficiencia en los tiempos de recarga, así como para facilitar la gestión de los recursos energéticos y costes asociados a la misma.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Actualmente, debido a la creciente cantidad de C02 y de otros gases de efecto invernadero emitidos a la atmósfera, se comienza a plantear el vehículo eléctrico no ya como una alternativa, sino como una necesidad para combatir la contaminación de los grandes núcleos urbanos. Es por ello que, en un número creciente de ciudades de todo el mundo, existen ya múltiples servicios de alquiler de vehículos eléctricos, con flotas cuyo número típico suele ser del orden de cientos de vehículos. No obstante, la implantación de estos servicios está creciendo fuertemente, por lo que en pocos años dichas flotas podrán aumentar fácilmente hasta miles de vehículos en las capitales de los países más desarrollados. Asimismo, el crecimiento de la venta de vehículos eléctricos es hoy en día exponencial, y se espera que continúe con la misma tendencia en los próximos años. Como ejemplo, las ventas mundiales de vehículos eléctricos han aumentado desde unas 13.000 unidades/año en 2009 hasta más de 740.000 en 2015. No obstante, a pesar de la creciente demanda que experimenta este sector, los vehículos eléctricos siguen presentando inconvenientes a nivel operativo y logístico, derivados de los procesos de recarga de baterías que han de aplicarse sobre este tipo de vehículos, y de la aún baja disponibilidad de puntos de recarga suficientes para cubrir las necesidades de los usuarios. Por otra parte, debido a la alta capacidad de las baterías de algunos vehículos eléctricos (que pueden llegar hasta los 120 kWh), es de vital importancia la creación de sistemas eficientes e inteligentes para recargarlos de forma optimizada.
Otro factor a tener en cuenta, en países como España, es el elevado precio de la electricidad. De hecho, España es uno de los países del mundo con las tarifas energéticas más caras, siendo el segundo país más caro de Europa en cuanto al precio del kWh. Además de este factor, es importante tener en cuenta que el precio de la electricidad no es constante, pues varía según el horario. Esta característica no es única de España, y se reproduce en numerosos países tales como Estados Unidos, Canadá, Reino Unido, Francia, Portugal, Finlandia, Lituania, Letonia, y se planea también implantar en China, donde ya se están instalando contadores inteligentes. En la Figura 1 del presente documento se muestran, a modo de ejemplo, tres curvas de precio/demanda asociadas a diferentes tarificaciones existentes en España y pertenecientes al estado de la técnica, representadas en función de la hora del día.
Dentro de las diferentes soluciones diseñadas para gestionar de modo eficiente los procesos de recarga de vehículos eléctricos en distintos ámbitos, son conocidos los sistemas y procedimientos, basados en el procesamiento en red de información asociada a la oferta o la demanda de electricidad, o de los hábitos de los usuarios, como son por ejemplo los casos de las solicitudes de patente estadounidenses US 2015/0077054 A1 y US 2013/0179057 A1.
El documento US 2015/0077054 A1 se refiere a un sistema y a un método para cargar baterías en vehículos eléctricos, cuyo objetivo principal es proporcionar diferentes patrones de carga teniendo en cuenta las condiciones de la red eléctrica o de la demanda de electricidad en tiempo real. Para ello, US 2015/0077054 A1 plantea un sistema de conexión del vehículo eléctrico de batería a una fuente de energía, utilizando un cargador configurado para generar instrucciones de carga en base a un perfil de carga histórica, datos históricos de temperatura, datos históricos de comportamiento solar o información asociada a la red eléctrica, y proporcionar las instrucciones de carga a dicho cargador. Alternativamente, las instrucciones de carga pueden ser calculadas en ausencia de datos de carga de la red, en tiempo real.
El sistema descrito puede estar, asimismo, configurado para obtener automáticamente perfiles de carga históricos, previsiones meteorológicas u otros datos a través de una red de datos de cable y/o inalámbrica. Por ejemplo, el sistema puede estar configurado para actualizar la información con datos del vehículo, diferentes perfiles de carga o procesar datos de una fuente remota en tiempo real. Por ejemplo, los datos pueden ser actualizados cada hora, diariamente, semanalmente o mensualmente. El sistema además puede estar conectado a una red de datos a la que pertenece el vehículo y/o el equipo de carga, donde uno o más de los componentes de dicha red pueden estar situados a distancia de las instalaciones del usuario, por ejemplo mediante la utilización de servicios en una nube de almacenamiento, o un servidor de datos conectado a Internet.
Por su parte, el documento US 2013/0179057 A1 describe diferentes servicios de carga en red, aplicables a uno o más vehículos eléctricos. La invención descrita en US 2013/0179057 A1 se plantea como una alternativa a los sistemas conocidos de asistencia a un conductor en la determinación del momento apropiado para cargar su vehículo eléctrico, y para la localización de puntos de recarga en ruta que se ajusten a sus necesidades en tiempo real. En este contexto, el documento US 2013/0179057 A1 plantea un sistema configurado por software, que permite condicionar los procesos de carga del vehículo a diferentes fuentes de información, relacionada por ejemplo con los patrones de uso del vehículo, del estilo de conducción del usuario, de las rutas previstas, de las condiciones de tráfico existentes, o del nivel de carga actual de la baterías del vehículo, para determinar si tendrá un alcance suficiente para completar el viaje propuesto. En otro aspecto, el sistema de US 2013/0179057 A1 comprende medios de procesamiento de datos para proporcionar información al usuario con respecto a los puntos de carga del vehículo, tales como su cercanía con relación a una o más rutas programadas, para determinar la idoneidad de dichos puntos para la carga del vehículo, para comprobar su disponibilidad o para hacer reservas de uso de los mismos. También es posible utilizar información relativa a los precios de la electricidad para sugerir periodos de carga durante los cuales la misma resulta más barata, o también permitir configurar dicha carga únicamente para un determinado rango de precios.
En una realización del sistema, es posible asimismo presentar los servicios de carga del vehículo al usuario a través de comunicaciones entre un dispositivo cliente (por ejemplo, instalados en el propio coche, en un terminal móvil o en un ordenador) y un servidor central remoto, estando dichos elementos comunicados mediante una red de datos.
Si bien los anteriores ejemplos constituyen soluciones válidas para proporcionar una gestión mejorada de los procesos de recarga de vehículos eléctricos, poseen algunas limitaciones y problemas técnicos que permanecen, aún sin resolver en el estado de la técnica. Dichos problemas están relacionados, principalmente, con la planificación específica de los procesos de carga, mientras el vehículo se encuentra enchufado a un punto de suministro de recarga. En este contexto, si bien los sistemas como los descritos en US 2015/0077054 A1 y en US 2013/0179057 A1 pueden ser de ayuda para determinar cuándo puede ser más económico realizar la recarga, o en qué estación de suministro puede haber disponibilidad de enchufes al efecto, ninguno de ellos permite tomar decisiones flexibles, eficaces y de forma autónoma acerca de cómo ha de realizarse específicamente el proceso de recarga durante el periodo en que el vehículo permanece conectado al dispositivo cargador.
Es importante aclarar, en este punto, que la recarga completa de un vehículo eléctrico requiere varias horas hasta completarse, y ello hace que los usuarios realicen habitualmente otras actividades mientras dicho proceso se completa, por ejemplo aprovechando los periodos nocturnos, o los tiempos de trabajo. Por tanto, ocurre con frecuencia en estas situaciones que el tiempo disponible para la recarga (es decir, el tiempo que el vehículo permanece detenido) sea superior al tiempo necesario para realizar la carga completa de la batería. En estos casos y según los sistemas disponibles en la actualidad, el usuario tiene que elegir cuándo comenzará la recarga del vehículo de forma manual, guiándose por la información que le suministra el sistema.
Del mismo modo, en otras ocasiones puede suceder que los tiempos requeridos para completar la recarga de la batería sean mayores a los tiempos disponibles por el usuario, por ejemplo cuando sólo es posible detener un tiempo limitado el vehículo aprovechando paradas puntuales en ruta, pausas para el almuerzo, etc. En esta situación, una adecuada planificación de la carga puede ayudar a obtener un mayor aprovechamiento de la electricidad disponible en esos tiempos, y también de los costes incurridos.
Los procedimientos y sistemas de recarga conocidos, además, no tienen en cuenta la diversidad de baterías y modelos de coche eléctrico existentes, lo que puede impactar sensiblemente a los procesos y tiempos de recarga requeridos. La ausencia de diferenciación entre unos modelos y otros hace, en la práctica, que la recarga se realice de modo idéntico independientemente del vehículo a cargar, de la capacidad y prestaciones de su batería o de sus requisitos específicos. Ello supone, por tanto, una fuente de reducción del rendimiento de la carga proporcionada. En la práctica, el comportamiento de recarga de una batería se parametriza por medio de curvas de eficiencia de recarga, tal y como se muestra a modo de ejemplo en la Figura 2 del presente documento. En dicha Figura 2, se representa el estado de carga (en inglés, "State of charge" o SOC) en función del tiempo de conexión a un punto de corriente. El SOC es, pues, un valor equivalente al indicador de depósito de combustible en un vehículo, pero relativo a los paquetes de baterías presentes tanto en vehículos eléctricos de batería (BEV), vehículos híbridos eléctricos inenfuchables (HEV), o vehículos híbridos enchufables (PHEV). Las unidades del SOC son, pues, puntos porcentuales (0% = vacío; 100% = completo). Una forma alternativa de la misma medida es la profundidad de descarga (DoD), el inverso del SOC (100% = vacío; 0% = completo). El SOC se utiliza normalmente cuando se habla de la situación actual de una batería en uso, mientras que el DoD se emplea con mayor frecuencia cuando se habla de la vida útil de la batería después de un uso repetido. En este contexto y según lo antes mencionado, cada modelo de batería posee, por lo general, un comportamiento de recarga único y parametrizable, que presenta variaciones frente a otros modelos de baterías. Asimismo, y como se aprecia en la Figura 2, la curva de recarga de la batería no presenta, por lo general, un comportamiento lineal, lo que hace que algunos tramos de carga requieran un tiempo mayor que otros, hasta alcanzar un SOC de 100% (carga completa).
Según lo descrito en los párrafos anteriores, se hace necesario, en el presente campo técnico, desarrollar soluciones técnicas que permitan obtener sistemas y procedimientos de recarga inteligente, que, teniendo en cuenta las características de vehículo eléctrico, las preferencias del usuario, el precio de la electricidad y el tiempo disponible para su conexión al dispositivo cargador, realice una recarga planificada, autónoma y eficiente, de tal manera que se permita recargar de forma optimizada el vehículo, reduciendo en consecuencia el coste de la energía consumida durante el servicio.
La presente invención está orientada a resolver las citadas necesidades, mediante un novedoso procedimiento y sistema de recarga de vehículos eléctricos que permiten superar las limitaciones del estado de la técnica.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
Un objeto principal de la presente invención es, pues, proporcionar medios de gestión de recarga de baterías de vehículos eléctricos y, principalmente, de automóviles eléctricos. Más concretamente, la invención se refiere a un procedimiento para la optimización de la recarga de vehículos eléctricos, preferentemente aplicable a un punto de recarga conectable a una red de datos externa, para la gestión de información asociada a los usuarios de dicha red, así como de otros factores tales como el estado de los terminales de carga, estado de la red eléctrica, etc., proporcionando una carga optimizada en rendimientos y costes.
Dicho objeto de la invención se realiza, más concretamente, mediante un procedimiento de recarga de un vehículo eléctrico, que comprende el uso de un sistema de recarga equipado con al menos:
- un punto de recarga del vehículo eléctrico que comprende un enchufe para su conexión al vehículo eléctrico, estando dicho punto de recarga equipado con medios de hardware y/o software para procesar información asociada a la recarga, así como para transmitir o recibir dicha información a/desde un servidor de gestión de recargas; y con una interfaz para la introducción de instrucciones de recarga al sistema por parte de un usuario; y
- un servidor de gestión de recargas, conectado al punto de recarga y equipado con medios de hardware y/o software para el control de la recarga realizada por el enchufe, así como para la planificación y configuración de dicha recarga en el tiempo; donde dichos medios de control de la recarga están configurados para procesar datos asociados a, al menos, una curva de recarga de la batería del vehículo, en función de la información almacenada en al menos una base de datos con información acerca de dicha curva de recarga de la batería y, al menos, una fuente de información asociada a las curvas de demanda y/o tarifas presentes o futuras asociadas al suministro de energía eléctrica, estando el servidor de gestión conectado a dicha base de datos y a dicha fuente de información.
Ventajosamente, dicho procedimiento de recarga comprende la realización de, al menos, las siguientes etapas:
a) el usuario conecta su vehículo al enchufe en el punto de recarga, dando instrucciones de inicio de recarga al sistema, por medio de la interfaz de usuario, donde dichas instrucciones comprenden el periodo temporal disponible para la recarga del vehículo y el modo de recarga seleccionado por el usuario;
b) el punto de recarga se conecta, a través de sus medios de hardware y/o software, al servidor de recarga y traslada a éste la solicitud del usuario;
c) el servidor de recarga se conecta a la base de datos y obtiene la curva de eficiencia de recarga de la batería del vehículo a recargar, almacenando temporalmente dicha información;
d) el servidor de gestión obtiene la curva de demanda y/o las tarifas asociadas a la energía eléctrica en el periodo de recarga definido por el usuario en el punto de recarga, por medio de una consulta a la base de datos o por medio de una consulta a la fuente de información asociado a la demanda o al estado de la red eléctrica;
e) el servidor de gestión asigna los tramos de tiempo, dentro del periodo de recarga, que minimizan el precio total de la electricidad necesaria para el periodo de recarga según la curva de demanda y/o tarifas en función de, al menos, la información obtenida en el paso d) y de la información obtenida en el paso c);
f) el servidor de gestión envía instrucciones al punto de recarga con la programación de los tramos de recarga calculados;
g) el punto de recarga ejecuta la recarga mediante el control programado del enchufe, a través de los medios de procesamiento del dicho punto de recarga, hasta realizarse la recarga de la batería del vehículo en los términos calculados por el servidor. El cálculo realizado en el paso e) se refiere a la asignación de uno o más tramos temporales de la curva de recarga de la batería, dentro del tiempo disponible para la carga de la misma, a uno o más tramos de la curva de demanda/tarifas dentro de dicho tiempo, de forma que la curva de recarga quede asignada a aquellos tramos de la curva de demanda/tarifas que presentan valores inferiores (y por tanto asociados a precios más bajos). Dicho cálculo, que comprenden analizar numéricamente el conjunto de ambas curvas y su distribución idónea en el tiempo, puede realizarse mediante diferentes métodos de optimización numérica, por ejemplo mediante una función asociada dichas curvas (típicamente, su producto), de forma que el mismo a lo largo del tiempo se vea minimizado, mediante simulaciones estocásticas de tipo Monte Cario, o por medio de algoritmos genéticos, tal y como se describe, por ejemplo, en las referencias "Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning" (D.E. Goldberg, 1989) o "Monte Cario Statistical Methods" (CP. Robert, 2004). Este tipo de problemas matemáticos y su solución numérica es bien conocido en el arte y no forma, por tanto, parte esencial de la invención. Si lo es, sin embargo, el uso para tal fin del sistema de recarga y de los elementos constitutivos del mismo según se describe en el presente documento (punto de recarga, servidor, fuentes de datos en tiempo real con la información de las curvas, y medios de proceso configurados para el tratamiento de las mismas). En consecuencia, la solución a los problemas técnicos citados en la sección anterior se obtiene, en la presente invención, gracias a la integración de diferentes fuentes de información (curvas de recarga y curvas de demanda) en un mismo sistema de proceso y cálculo, de forma que el mismo permite establecer y planificar los ciclos de recarga que más favorecen a los usuarios particulares, en tiempo real y ajustándose a diferentes modalidades de recarga según sus preferencias.
Si bien la invención descrita está principalmente destinada al sector de los vehículos eléctricos, resulta también de aplicación a otros sectores, tales como a la gestión de calefacciones y acumuladores domésticos, o de aquellos sectores industriales en los que el precio de la electricidad pueda ser relevante, o donde se disponga de baterías para su funcionamiento en caso de apagón eléctrico. La recarga de estas baterías, que son también de gran capacidad, puede beneficiarse del sistema y del procedimiento aquí planteados.
En una realización preferente de la invención, el paso c) comprende, adicionalmente, la obtención de información asociada a la fecha de recarga, el modelo y/o características técnicas del vehículo a recargar, datos históricos de recargas del usuario, datos de temperatura local o ambiente y/o datos meteorológicos. En otra realización preferente de la invención, el paso d) comprende, adicionalmente, la obtención de información suministrada en tiempo real por una o más operadoras o comercializadoras del mercado eléctrico. En otra realización preferente de la invención, las instrucciones de inicio de recarga proporcionadas en el paso a) por medio de la interfaz de usuario comprenden, adicionalmente, el nivel máximo de recarga de la batería que se desea alcanzar, y donde el cálculo realizado en el paso e) comprende la estimación de tramos necesarios hasta alcanzar dicho nivel máximo de recarga.
En otra realización preferente de la invención, las instrucciones de inicio de recarga proporcionadas en el paso a) por medio de la interfaz de usuario comprenden, adicionalmente, el precio máximo o tarifa máxima de recarga de la batería que se desea alcanzar, y donde el cálculo realizado en el paso e) comprende la estimación de tramos necesarios para permanecer por debajo de dicho precio total o tarifa seleccionada.
En otra realización preferente de la invención, el servidor de gestión de recarga está configurado con uno o más modos adicionales de recarga, seleccionares por medio de la interfaz de usuario. Más preferentemente, uno de los modos adicionales comprende la carga directa de la batería, sin segmentación de tramos, desde el envío de instrucciones de inicio al sistema por parte del usuario, hasta alcanzar la recarga total de la batería o hasta un nivel de recarga fijado por el usuario a través de la interfaz.
Otro objeto de la invención se refiere a un sistema de gestión de cargadores de vehículos eléctricos inteligentes, que permita a los usuarios recargar sus vehículos de manera eficiente, y que, aprovechando las denominadas tarifas valle (en las que la electricidad es más barata), permita pagar menos por la electricidad consumida. Dicho sistema de gestión puede instalarse en casas, garajes o en aparcamientos privados, e implementa un procedimiento de recarga según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.
Asimismo, el sistema incorpora, preferentemente, diferentes modos de recarga. Para ello, el usuario deberá seleccionar el modo de recarga deseado, y podrá además introducir datos sobre su vehículo. Estos datos serán enviados a un servidor remoto, en el cual estarán situados los diferentes algoritmos que permitirán seleccionar, según el modo seleccionado por el usuario, el momento óptimo para iniciar la recarga de su vehículo. Una vez el servidor ha obtenido el mejor momento para recargar el vehículo, le enviará la información al punto de recarga, el cual será el encargado de activar el mecanismo que permita que el vehículo pueda recargar sus baterías.
Preferentemente, el citado sistema de recarga de un vehículo eléctrico comprende, al menos:
- un punto de recarga del vehículo eléctrico que comprende un enchufe para su conexión al vehículo eléctrico, estando dicho punto de recarga equipado con medios de hardware y/o software para procesar información asociada a la recarga, así como para transmitir o recibir dicha información a/desde un servidor de gestión de recargas; y con una interfaz para la introducción de instrucciones de recarga al sistema por parte de un usuario; y
- un servidor de gestión de recargas, conectado al punto de recarga y equipado con medios de hardware y/o software para el control de la recarga realizada por el enchufe, así como para la planificación y configuración de dicha recarga en el tiempo; donde dichos medios de control de la recarga están configurados para procesar datos asociados a la recarga del vehículo, en función de la información almacenada en al menos una base de datos con información acerca de los vehículos, de la batería a recargar y del usuario del sistema y, al menos, una fuente de información asociada a la demanda y/o tarifas presentes o futuras asociadas al suministro de energía eléctrica, estando el servidor de gestión conectado a dicha base de datos y a dicha fuente de información.
Ventajosamente, los medios de hardware y/o software del punto de recarga y del servidor de gestión de recarga del sistema están configurados para la implementación de un procedimiento según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.
En una realización preferente de la invención, el punto de recarga y el servidor de gestión están conectados de forma remota, a través de Internet o de una red móvil.
En otra realización preferente de la invención, la interfaz de usuario del punto de recarga comprende un pulsador, un teclado o una pantalla táctil, para seleccionar el modo de recarga que se desea utilizar y/o para la introducción de los diferentes parámetros correspondientes al periodo de recarga, nivel máximo de batería deseado, tarifa máxima y/o coste total a pagar. En otra realización preferente de la invención, el punto de recarga comprende uno o más indicadores visuales, sonoros y/o hápticos, por ejemplo para indicar el modo de recarga seleccionado, así como su inicio o finalización, etc. Opcionalmente, el sistema de la invención será operable a través de la utilización de un dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono inteligente o un dispositivo de tipo tablet) o a través de un ordenador, mediante por ejemplo un servicio web. Este servicio puede ofrecer información al usuario sobre sus recargas, un histórico de recargas realizadas, opciones con métodos de recarga que se ajusten mejor a sus hábitos de vida, opción de cambio remoto del modo de recarga, etc.
Preferentemente, los algoritmos utilizados estarán en todo momento en el servidor, que será el encargado de realizar los cálculos necesarios en cada caso. El cargador actuará, preferentemente, de acuerdo a las órdenes proporcionadas por el servidor, según lo seleccionado por el usuario.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra, a modo de ejemplo, tres curvas de precio/demanda asociadas a diferentes tarificaciones del estado de la técnica, en función de la hora del día.
La Figura 2 muestra, a modo de ejemplo, una curva de recarga típica de una batería de vehículo eléctrico del estado de la técnica.
La Figura 3 muestra, con carácter ilustrativo y no limitativo, un esquema de los elementos principales del procedimiento de la invención, así como del sistema utilizado para llevar a cabo dicho procedimiento, en una realización preferente de la citada invención.
La Figura 4 muestra una segunda realización del procedimiento de la invención, que comprende un paso adicional de limitación de recarga del vehículo eléctrico, por ejemplo en función del periodo máximo de recarga permitido, o de un coste de recarga o tarifa máxima permitida.
La Figura 5 muestra, esquemáticamente, una realización posible del punto de carga del sistema de la invención, representando sus elementos principales. REFERENCIAS NUMÉRICAS UTILIZADAS EN LAS FIGURAS
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características técnicas de la invención, la citada Figura se acompaña de una serie de referencias numéricas donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención, referida a una realización preferente de la misma mostrada en las Figuras 3 y 4. Según lo representado en dichas figuras, la invención propuesta se basa, esencialmente, en el uso de un sistema de recarga de baterías de vehículos eléctricos, que comprende, al menos:
- Un punto de recarga (1) del vehículo eléctrico que comprende, preferentemente, un enchufe (2) para conectar al vehículo eléctrico. Dicho punto de recarga (1) está equipado, adicionalmente, con medios de hardware y/o software para procesar información asociada a la recarga, así como para transmitir o recibir dicha información a/desde un servidor (3) de gestión de recargas, al que está conectado localmente o de forma remota, por ejemplo a través de Internet o de una red móvil. El punto de recarga (1) comprende, asimismo, una interfaz de usuario (4) para la introducción de instrucciones al sistema, tales como la duración del periodo de recarga, características del vehículo a recargar, o de parámetros de recarga para la realización de diferentes modalidades de la misma.
- Un servidor (3) de gestión de recargas, conectado al punto de recarga (1) y equipado con medios de hardware y/o software para el control de la recarga realizada por el enchufe (2), así como para la planificación y configuración de dicha recarga en el tiempo. Los medios hardware/software del servidor (3) de gestión están, preferentemente, configurados para procesar datos asociados a la recarga del vehículo, en función de la información almacenada en al menos una base de datos (5) con información acerca de los vehículos y/o de los usuarios del sistema y, al menos, una fuente (6) de información asociada a la demanda y/o tarifas presentes o futuras asociadas al suministro de energía eléctrica. Dicha fuente de información puede ser, por ejemplo, información suministrada en tiempo real por una o más operadoras o comercializadoras del mercado eléctrico. De este modo, el servidor (3) de gestión podrá procesar, en tiempo real y mediante su conexión a la base de datos (5), los datos locales asociados al vehículo a cargar o a su propietario, tales como las franjas temporales de disponibilidad del vehículo para su recarga, el modelo y características del vehículo a recargar, las curvas de carga de su batería (es decir, el perfil de rendimiento de carga de la batería en función del tiempo), los datos históricos de recargas del usuario, datos de temperatura local o ambiente, datos meteorológicos, hábitos de los usuarios, datos de pérdida de eficacia en la recarga debida a la temperatura o a efectos climáticos o estacionales, datos offline relacionados con la comercialización de la energía eléctrica, datos de parametrización de diferentes técnicas de recarga, etc. Adicionalmente, el servidor (3) de gestión también procesará la información puntual asociada a la demanda de la red eléctrica en tiempo real, gracias a su conexión a la fuente (6) de información asociada al estado de dicha red. Ejemplos concretos de esta información pueden ser, por ejemplo, las curvas de tarifas diarias en función del tiempo, proporcionadas por las operadoras o las comercializadoras de energía eléctrica.
Gracias al procesamiento de la información procedente de la base de datos (5) y de la fuente (6) de información asociada al estado de la red eléctrica, el sistema de la invención puede programar el procedimiento de recarga en el periodo disponible indicado por el usuario, de modo que dicha recarga se realice en aquellos tramos de tiempo, dentro del citado periodo, cuyo precio sea menor en función de las tarifas vigentes, pero también del comportamiento de la batería o del vehículo según sea su rendimiento de carga. Así, el servidor (3) de gestión podrá calcular cuáles son los tramos idóneos para la realización de la recarga del vehículo, reduciendo los costes totales de la misma y aprovechando de forma óptima el rendimiento de la batería a recargar.
Asimismo, la opción de que el servidor (3) de gestión de recarga se encuentre conectado remotamente al punto de recarga (1), permite reducir el espacio físico que ocupa dicho punto, ya sea en lugares públicos como, por ejemplo, en la vivienda o garaje donde se encuentre estacionado el vehículo. Dicha conexión permite, asimismo, que los datos utilizados por el servidor (3) y, por tanto, los modos de recarga del sistema puedan estar en todo momento actualizados, tanto por motivos tarifarios como técnicos o funcionales para el usuario.
Una vez descritos los elementos principales del sistema de la invención, se procede a describir los modos principales de su procedimiento de recarga implementado, según las realizaciones mostradas en las Figuras 3 y 4. Dichas figuras representan, esquemáticamente, las diferentes etapas de dicho procedimiento y su relación con el punto de recarga (1), el servidor (3) de gestión, la base de datos (5) o la fuente de información (6) asociada a la demanda o al estado de la red eléctrica, para dos realizaciones preferentes del citado procedimiento.
En una primera realización de la invención (Figura 3), el procedimiento de recarga da comienzo en el punto de recarga (1), donde el usuario conecta su vehículo al enchufe (2) y da instrucciones de inicio (7) de recarga al sistema, por medio de la interfaz (4) de usuario. Dichas instrucciones comprenderán el periodo temporal disponible para la recarga (por ejemplo, desde las 20:00 hasta las 08:00) y, típicamente, un modo de recarga seleccionado, en caso de contar una variedad de ellos. Mediante dichas instrucciones de inicio (7), el punto de recarga (1) se conecta al servidor (3) de recarga y traslada (8) a éste la solicitud del usuario. Con dicha recepción (8) de instrucciones de recarga por parte del servidor (3), éste se conecta a la base de datos (5) y obtiene (9) los datos asociados al usuario, al vehículo y/o al modo de carga seleccionado, en función de las instrucciones generadas por dicho usuario. Si bien en distintas realizaciones de la invención los datos utilizados pueden ser diferentes, dichos datos siempre comprenderán, al menos, información relativa al rendimiento o comportamiento de carga de la batería a recargar y, más preferentemente, comprenderán información relativa a las curvas típicas de recarga de dicha batería. Como se ha mencionado, otros datos utilizables comprenden, sin limitación, uno o más de los siguientes: fecha, modelo y características técnicas del vehículo a recargar, datos históricos de recargas del usuario, datos de temperatura local o ambiente y/o datos meteorológicos. Una vez obtenidos (9) los datos relativos al vehículo, la batería y/o al usuario, se almacenan (9') temporalmente en el servidor (3) de gestión.
Posteriormente, el servidor (3) de gestión obtendrá (10, 10') información acerca de la demanda y/o las tarifas asociadas a la energía eléctrica en el periodo de recarga definido por el usuario en el punto de recarga (1). Dichas tarifas se obtendrán, por ejemplo, por medio de una consulta (10') a la base de datos (5) en caso de no estar sujetas a variaciones del mercado (por ejemplo, en aquellos casos en los que la precio es fijo o de "tarifa plana"), o por medio de una consulta (10) a la fuente (6) de información asociado a la demanda o al estado de la red eléctrica (por ejemplo, cuando el precio de la electricidad dependa de las curvas de tarificación diaria de la operadora o la comercializadora de energía eléctrica.
Una vez obtenidos (10, 10') los datos asociados a las tarifas o a la demanda de energía eléctrica que se aplicarán al usuario en el periodo habilitado para la recarga, el servidor (3) de gestión calculará (11) los tramos, dentro de dicho periodo de recarga, que minimizan el precio de la electricidad en función de, al menos, las tarifas obtenidas en el paso (10, 10') y de las curvas de eficiencia en el tiempo de la batería del vehículo a recargar. Asimismo, en caso de que el periodo de recarga habilitado sea inferior al tiempo necesario para realizar la carga completa de la batería, el cálculo (1 1) del servidor (3) comprenderá, opcionalmente, la opción de carga limitada de acuerdo a los límites definidos por el usuario por medio de la interfaz (4), basándose en criterios relativos a eficiencia de carga y/o de tarifas aplicables.
Teniendo en cuenta los parámetros de cálculo antes descritos, y utilizando como periodo de referencia las tarifas y curvas de rendimiento de baterías disponibles correspondientes al año 2015, se ha observado que el procedimiento de recarga de la invención permite ahorrar entre un 54% y un 73% (en función de los tramos de tiempo de recarga estudiados y de las curvas de eficiencia utilizadas en la simulación) del coste de la energía respecto a los métodos tradicionales de recarga del estado de la técnica. Dicho ahorro se produce mediante la planificación y asignación optimizada de los tiempos de recarga de la batería a aquellos tramos disponibles que presentan menores precios o demanda dentro de la curva correspondiente. La reducción del coste de recarga asociado a la presente invención proviene, principalmente, de la diferencia entre aplicar una recarga optimizada, teniendo en cuenta las curvas de recarga de la batería y las de demanda/precio, y no aplicar optimización alguna en las mismas, aplicando en cambio el método de carga directa. Por otra parte, si bien la aplicación de unos métodos numéricos concretos u otros para conseguir dicha optimización pueden presentar, adicionalmente, pequeñas diferencias entre sí por su eficiencia particular, todos ellos se engloban, de forma general, en el rango de mejora descrito frente a los métodos no optimizados.
Opcionalmente, otros límites o condicionantes de recarga podrán ser, en diferentes realizaciones de la invención, tenidos en cuenta de modo general en el procedimiento utilizado, por ejemplo en los casos en los que el usuario no desee recargar su vehículo por encima de una determinada tarifa, o si únicamente desea recargar la batería del vehículo hasta un cierto nivel de carga. Este último modo de carga se ilustra como ejemplo en la Figura 4, donde se realiza un paso adicional de cálculo (9") de tramos de recarga en función del establecimiento del valor tope de recarga que realizará el sistema.
Tras la realización del cálculo (11) de los tramos adecuados dentro del periodo de recarga habilitado por el usuario, el servidor (3) de gestión enviará (12), finalmente, la programación del procedimiento a realizar al punto de recarga (1), que será recibida y procesada por los medios de procesamiento del mismo. Con ello, el enchufe (2) de dicho punto de recarga (1) recargará la batería del vehículo en los términos calculados por el servidor (3).
El procedimiento descrito puede combinarse, en diferentes realizaciones de la invención, con otros modos de carga, tales como un modo de carga rápida opcional, donde el único criterio a aplicar sea la recarga parcial o total de la batería, en el menor tiempo posible. En dichas realizaciones, la selección de este modo de recarga por parte del usuario, por medio de la interfaz (4), dará inicio al procedimiento en estos términos, hasta alcanzar el nivel de recarga de la batería seleccionado.
Adicionalmente, con relación al punto de recarga (1) del vehículo, éste puede estar equipado con diferentes elementos o funcionalidades en el sistema de la invención, tal y como se representa, a modo de ejemplo, en la Figura 5. Dichos elementos pueden comprender, por ejemplo: El enchufe (2) que se conecta al vehículo puede ser cualquier enchufe comercial, por ejemplo de tipo Schuko, de tipo NEMA, Tipo C, tipo D, Tipo E, SI-32, AS 3112, SEV 101 1 , Afsnit u otros enchufes utilizados según los estándares o normas industriales del país de aplicación. También se podría cambiar por conectores de tipo SAE J1772, Mennekes, CSS, Scame o CHAdeMO, ya sea de manera directa o mediante adaptadores, para poder conectar el vehículo eléctrico directamente al citado punto de recarga (1).
El punto de recarga (1) puede incluir, asimismo, un pulsador (13), un teclado (13') o una pantalla táctil (13"), que servirá para seleccionar el modo de recarga que se desea utilizar de entre los diferentes modos disponibles, así como para la introducción de los diferentes parámetros correspondientes al periodo de recarga, nivel máximo de batería deseado, tarifa máxima o coste total a pagar, etc. Asimismo, el punto de recarga (1) puede incluir uno o más indicadores (14) visuales, sonoros o hápticos, por ejemplo para indicar el modo de recarga seleccionado, así como su inicio o finalización, etc.
En otra realización preferente de la invención, también es posible conectar local o remotamente el punto de recarga (1) y/o el servidor (3) de gestión de la misma a un terminal de usuario (por ejemplo, un teléfono móvil, dispositivo de tipo tablet, ordenador, etc.) configurado mediante una o más aplicaciones de control de la recarga, de modo que la planificación de dicha recarga se pueda realizar indirectamente por el usuario, a través de dicho terminal.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de recarga de un vehículo eléctrico, que comprende el uso de un sistema de recarga equipado con al menos:
- un punto de recarga (1) del vehículo eléctrico que comprende un enchufe (2) para su conexión al vehículo eléctrico, estando dicho punto de recarga (1) equipado con medios de hardware y/o software para procesar información asociada a la recarga, así como para transmitir o recibir dicha información a/desde un servidor (3) de gestión de recargas; y con una interfaz (4) de usuario para la introducción de instrucciones de recarga al sistema por parte de un usuario; y
- un servidor (3) de gestión de recargas, conectado al punto de recarga (1) y equipado con medios de hardware y/o software para el control de la recarga realizada por el enchufe (2), así como para la planificación y configuración de dicha recarga en el tiempo; donde dichos medios de control de la recarga están configurados para procesar, al menos, una curva de eficiencia de recarga de la batería del vehículo, en función de la información almacenada en al menos una base de datos (5) con, al menos, dicha curva de eficiencia recarga de la batería; y, al menos, una fuente (6) de información asociada a las curvas de demanda y/o a tarifas presentes o futuras asociadas al suministro de energía eléctrica en el tiempo, estando el servidor (3) de gestión conectado a dicha base de datos (5) y a dicha fuente (6) de información;
donde dicho procedimiento de recarga está caracterizado por que comprende la realización de, al menos, las siguientes etapas:
a) el usuario conecta su vehículo al enchufe (2) en el punto de recarga (1), dando instrucciones de inicio (7) de la recarga al sistema, por medio de la interfaz (4) de usuario, donde dichas instrucciones comprenden el periodo temporal disponible para la recarga del vehículo;
b) el punto de recarga (1) se conecta, a través de sus medios de hardware y/o software, al servidor (3) de recarga y traslada (8) a éste la solicitud del usuario;
c) el servidor (3) de recarga se conecta a la base de datos (5) y obtiene (9) la curva de eficiencia de recarga de la batería del vehículo a recargar, almacenando (9') temporalmente dicha información; d) el servidor (3) de gestión obtiene (10, 10') la curva de demanda y/o las tarifas asociadas a la energía eléctrica en el periodo de recarga definido por el usuario en el punto de recarga (1), por medio de una consulta (10') a la base de datos (5) o por medio de una consulta (10) a la fuente (6) de información asociado a la demanda o al estado de la red eléctrica;
e) el servidor (3) de gestión asigna (1 1) los tramos de tiempo, dentro del periodo de recarga, que minimizan el precio total de la electricidad necesaria para el periodo de recarga según la curva de demanda y/o tarifas en función de, al menos, la información obtenida en el paso d) y de la información obtenida en el paso c);
f) el servidor (3) de gestión envía (12) instrucciones al punto de recarga (1) con la programación de los tramos de recarga calculados;
g) el punto de recarga (1) ejecuta la recarga mediante el control programado del enchufe (2), a través de los medios de procesamiento de dicho punto de recarga (1), hasta realizarse la recarga de la batería del vehículo en los términos calculados por el servidor (3).
2. - Procedimiento según la reivindicación anterior, donde el paso d) comprende, adicionalmente, la obtención (10') de información suministrada en tiempo real por una o más operadoras o comercializadoras del mercado eléctrico.
3. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el punto de recarga (1) y el servidor (3) de gestión están conectados a través de Internet o de una red móvil.
4. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las instrucciones de inicio (7) de recarga proporcionadas en el paso a) por medio de la interfaz (4) de usuario comprenden, adicionalmente, establecer el nivel máximo de recarga de la batería que se desea alcanzar, y donde el cálculo realizado en el paso e) comprende la estimación (9") de tramos necesarios hasta alcanzar dicho nivel máximo de recarga.
5. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las instrucciones de inicio (7) de recarga proporcionadas en el paso a) por medio de la interfaz (4) de usuario comprenden, adicionalmente, el precio máximo o tarifa máxima de recarga de la batería que se desea alcanzar, y donde el cálculo realizado en el paso e) comprende la estimación de tramos necesarios para permanecer por debajo de dicho precio total o tarifa seleccionada.
6.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el servidor (3) de gestión de recarga está configurado con uno o más modos adicionales de recarga, seleccionares por medio de la interfaz de usuario (4).
7.- Procedimiento según la reivindicación anterior, donde uno de dichos modos adicionales comprende la carga directa de la batería, sin segmentación de tramos, desde el envío de instrucciones de inicio (7) al sistema por parte del usuario, hasta alcanzar la recarga total de la batería, o hasta un nivel de recarga fijado por el usuario a través de la interfaz (4).
8. - Sistema de recarga de un vehículo eléctrico, donde dicho sistema comprende, al menos:
- un punto de recarga (1) del vehículo eléctrico que comprende un enchufe (2) para su conexión al vehículo eléctrico, estando dicho punto de recarga (1) equipado con medios de hardware y/o software para procesar información asociada a la recarga, así como para transmitir o recibir dicha información a/desde un servidor (3) de gestión de recargas; y con una interfaz (4) para la introducción de instrucciones de recarga al sistema por parte de un usuario; y
- un servidor (3) de gestión de recargas, conectado al punto de recarga (1) y equipado con medios de hardware y/o software para el control de la recarga realizada por el enchufe (2), así como para la planificación y configuración de dicha recarga en el tiempo; donde dichos medios de control de la recarga están configurados para procesar datos asociados a la recarga del vehículo, en función de la información almacenada en al menos una base de datos (5) con información acerca de los vehículos, de la batería a recargar y del usuario del sistema y, al menos, una fuente (6) de información asociada a la demanda y/o tarifas presentes o futuras asociadas al suministro de energía eléctrica, estando el servidor (3) de gestión conectado a dicha base de datos (5) y a dicha fuente (6) de información;
estando dicho sistema de recarga caracterizado por que los medios de hardware y/o software del punto de recarga (1) y del servidor (3) de gestión de recarga están configurados para la implementación de un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
9. - Sistema según la reivindicación anterior, donde el punto de recarga (1) y el servidor (3) de gestión están conectados de forma remota, a través de Internet o de una red móvil.
10.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8-9, donde la interfaz de usuario del punto de recarga (1) comprende un pulsador (13), un teclado (13') o una pantalla táctil (13"), para seleccionar el modo de recarga que se desea utilizar y/o para la introducción de los diferentes parámetros correspondientes al periodo de recarga, nivel máximo de batería deseado, tarifa máxima y/o coste total a pagar.
1 1.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8-10, donde el punto de recarga (1) comprende uno o más indicadores (14) visuales, sonoros y/o hápticos.
12.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8-1 1 , donde el punto de recarga (1) y/o el servidor (3) de gestión se encuentran conectados remotamente a un terminal de usuario, configurado mediante una o más aplicaciones de control de la recarga.
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