ES2849474T3 - Utilización de dos reguladores CC-CC en la electrónica de potencia de una estación de carga o electrolinera - Google Patents

Utilización de dos reguladores CC-CC en la electrónica de potencia de una estación de carga o electrolinera Download PDF

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Abstract

Estación de carga (10) de una electrolinera que comprende las siguientes características: - un primer convertidor de corriente continua (11) para suministrar corriente a la estación de carga (10), - un primer regulador de corriente continua (12) de una primera vía de alimentación conectado al primer convertidor de corriente continua (11) para la conexión de una batería (21, 22) a la estación de carga (10) y para la retroalimentación de la energía almacenada en la batería (11, 12) para la carga acelerada de un coche eléctrico, y - un segundo regulador de corriente continua (13) de una segunda vía de alimentación conectado al primer convertidor de corriente continua (11), un filtro EMV (14) conectado a continuación del segundo regulador de corriente continua (13) y un segundo convertidor de corriente continua (15) conectado a continuación del filtro EMV (14) accionado en modo de corriente discontinua para la conexión del coche eléctrico a la estación de carga (10) para la carga del coche eléctrico.

Description

DESCRIPCIÓN
Utilización de dos reguladores CC-CC en la electrónica de potencia de una estación de carga o electrolinera La presente invención se refiere a una estación de carga de una electrolinera y a una electrolinera.
Estado de la técnica
En electrotecnia, por una estación de carga se entiende cualquier dispositivo o sistema eléctrico estacionario que sirve para suministrar energía a dispositivos móviles alimentados por baterías, máquinas o vehículos de motor, mediante un simple ajuste o inserción sin tener que retirar necesariamente el acumulador de energía (como la batería de tracción de un coche eléctrico). Las estaciones de carga para coches eléctricos también se denominan en ocasiones "electrolineras" y pueden comprender varios puntos de carga.
En este contexto se conocen especialmente los sistemas de carga rápida de corriente continua (high performance charging, HPC) como el así llamado sistema de carga combinado (combined charging system, CCS) muy extendido en Europa. En el caso de la carga genérica de corriente continua, la corriente continua procedente de la columna de carga se aporta directamente al vehículo y, con esta finalidad, ésta se pone a disposición mediante un rectificador de alta potencia de la red eléctrica o mediante grandes acumuladores tampón en, por ejemplo, estaciones de servicio solares. En el vehículo se encuentra un sistema de gestión de batería que se comunica directa o indirectamente con la columna de carga para ajustar la intensidad de la corriente o para finalizar el proceso al alcanzar un límite de capacidad.
En este caso, la electrónica de potencia suele encontrarse en la columna de carga. Dado que las conexiones de corriente continua de la columna de carga se conectan directamente a las conexiones correspondientes de la batería de tracción, se pueden transmitir altas corrientes de carga con pequeñas pérdidas, lo que permite unos tiempos de carga reducidos.
En las distintas estaciones de carga que se usan en todo el mundo se utilizan las más diversas topologías para la electrónica de potencia. Especialmente se conocen estaciones de carga que utilizan adicionalmente un acumulador de energía en forma de una batería. Sin embargo, también son posibles varias topologías para la conexión de una batería en la electrónica de potencia.
Así, los documentos US 2015202973 y WO 15103164 revelan estructuras de convertidores para una estación de carga de vehículos eléctricos que permiten instalar baterías de almacenamiento de energía adicionales en la respectiva estación de carga. El dispositivo se compone respectivamente de un rectificador conectado a la red eléctrica, seguido de un convertidor de corriente continua o de un regulador de corriente continua. La batería respectiva está conectada, por una parte, a la red eléctrica y, por otra parte, a la estación de carga.
Los documentos JP 2012019602, US 2015328999 y US 2012074901 describen otras columnas de carga rápida para la carga de vehículos eléctricos con baterías de almacenamiento de energía adicionales.
Por último, los documentos US 2015061569 y US 2008067974 tratan respectivamente de una estación de carga de vehículos con un acumulador de energía adicional y una conexión a la red conectada a través de un convertidor.
Por los documentos US 20127181990 A1, EP 2875 985 A1, WO 2013/039753 A1 y CN 105 186669 A1 se conoce otro estado de la técnica.
Revelación de la invención
La invención proporciona una estación de carga de una electrolinera según la reivindicación 1, así como una electrolinera según la reivindicación 2.
La solución aquí utilizada con dos reguladores CC-CC después del aislamiento galvánico tiene la ventaja de que un regulador CC sólo es responsable de la batería y el otro regulador es responsable de la carga del vehículo. Así es posible aprovechar óptimamente el rango de tensión de la batería. Esto permite a su vez utilizar la máxima capacidad de la batería para la carga.
A primera vista, una topología como ésta resulta inusual, ya que puede parecer que se puede suprimir un regulador CC-CC; no obstante, representa una solución muy eficiente.
El método propuesto se basa en el conocimiento de que la integración de una batería de almacenamiento en la columna de carga puede realizarse en muchas conexiones diferentes en la topología de la electrónica de potencia. En este caso hay que prestar atención a que la batería de almacenamiento se instale de forma eficiente. Además, ésta debería integrarse de manera que la batería de almacenamiento se disponga en la misma carcasa que el resto de la electrónica de potencia, a fin de crear un dispositivo compacto.
La invención también tiene en cuenta el hecho de que la mayoría de las soluciones de carga conocidas ofrecen columnas de carga que extraen la energía de carga necesaria directamente de la red y, por consiguiente, no presentan ningún acumulador adicional. A estas columnas de carga se les^ puede añadir muy fácilmente un acumulador adicional conectándolo a la red y a la columna de carga por el lado CA. Ésta no es necesariamente la solución más eficaz. Los acumuladores adicionales tampoco suelen alojarse en la misma carcasa que la columna de carga, lo que supone un mayor esfuerzo de instalación. Además, las columnas de carga tienen a menudo un tamaño mínimo determinado, ya que se utilizan topologías con tecnologías IGBT obsoletas. Éstas resultan idóneas, pero requieren más espacio de instalación. Además, los acumuladores integrados adicionalmente no siempre están integrados de manera que se pueda aprovechar al máximo el rango de tensión y, por lo tanto, la capacidad óptima de almacenamiento.
Por el contrario, una ventaja de la invención aquí revelada radica en la posibilidad que se abre para la instalación del acumulador de energía (aquí una batería) en la misma carcasa que la columna de carga, a fin de minimizar el esfuerzo de instalación. Además, la solución global es muy compacta para no obstaculizar significativamente la visibilidad en el tráfico rodado. Esto requiere el uso de topologías de convertidor muy rápidas con altas frecuencias de conmutación, lo que a su vez supone el uso de módulos SiC-MOS. En este caso, la batería se aloja en la parte CC, lo que mejora la eficiencia de la estación de carga y reduce su coste de fabricación.
En las reivindicaciones dependientes se indican otras configuraciones ventajosas de la invención.
Breve descripción del dibujo
En el dibujo se representa un ejemplo de realización de la invención que se describe a continuación más detalladamente.
La única figura muestra un conjunto de convertidores según la invención.
Formas de realización de la invención
La figura ilustra a modo de ejemplo una electrolinera configurada con una estación de carga (10) según la invención. En este caso, un rectificador (AC/DC converter), no representado gráficamente, sirve por regla general para la conexión a la red pública de baja tensión TN o TT. Un primer convertidor de corriente continua (DC/DC converter 11) conectado al rectificador citado conduce la tensión a la red interna IT de la estación de carga (10) para la protección contra los fallos de toma de tierra.
En este punto se separan dentro de la estación de carga (10) fundamentalmente dos vías de alimentación esenciales para la invención: un primer regulador de corriente continua (12) alimenta la batería conectada (21,22), que según la figura comprende dos cadenas (21, 22), y permite el retorno de la energía así almacenada para la carga acelerada de los vehículos conectados. Para la alimentación de la batería se prevén un segundo regulador de corriente continua (13), en el ejemplo de la realización con un filtro DC-EMV (14) conectado a continuación, y un segundo convertidor de corriente continua (15) (preferiblemente accionado en un modo de corriente discontinua (discontinuous current mode, discontinuous conduction mode, DCM)) que dispone de líneas de conexión adecuadamente protegidas para la transmisión de energía. En función del estándar de carga y de la tensión de carga, la línea piloto correspondiente (17) puede estar dotada de una protección contra sobretensiones (18).
Cada cadena (21,22) de la batería comprende respectivamente varios módulos de batería y cada módulo de batería de la cadena respectiva (21,22) comprende varias celdas de batería. En cada módulo de batería, las celdas de batería del respectivo módulo de batería se conectan en serie. En cada cadena (21,22), los módulos de batería de la cadena respectiva (21,22) se conectan en serie. Las cadenas (21,22) de la batería pueden conectarse en paralelo o pueden funcionar independientemente. Si ambas cadenas (21, 22) actúan conjuntamente con una electrónica de potencia común o con electrónicas de potencia interconectadas, las cadenas (21, 22) de la batería se conectan en paralelo. Si cada una de las cadenas (21, 22) interactúa con una electrónica de potencia individual, las cadenas (21, 22) de la batería no se conectan en paralelo, sino que funcionan de forma independiente.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Estación de carga (10) de una electrolinera que comprende las siguientes características:
- un primer convertidor de corriente continua (11) para suministrar corriente a la estación de carga (10),
- un primer regulador de corriente continua (12) de una primera vía de alimentación conectado al primer convertidor de corriente continua (11) para la conexión de una batería (21, 22) a la estación de carga (10) y para la retroalimentación de la energía almacenada en la batería (11, 12) para la carga acelerada de un coche eléctrico, y - un segundo regulador de corriente continua (13) de una segunda vía de alimentación conectado al primer convertidor de corriente continua (11), un filtro EMV (14) conectado a continuación del segundo regulador de corriente continua (13) y un segundo convertidor de corriente continua (15) conectado a continuación del filtro EMV (14) accionado en modo de corriente discontinua para la conexión del coche eléctrico a la estación de carga (10) para la carga del coche eléctrico.
2. Electrolinera caracterizada por la siguiente característica:
- una estación de carga (10) según la reivindicación 1.
3. Electrolinera según la reivindicación 2, caracterizada por la siguiente característica:
- una batería (21,22) conectada al primer regulador de corriente continua (12).
4. Electrolinera según la reivindicación 3, caracterizada por la siguiente característica:
- la batería (21,22) comprende varias cadenas (21, 22).
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