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ES2900053T3 - Disposición de carga para un vehículo eléctrico, así como procedimiento para manejar la disposición de carga - Google Patents

Disposición de carga para un vehículo eléctrico, así como procedimiento para manejar la disposición de carga Download PDF

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ES2900053T3
ES2900053T3 ES18745815T ES18745815T ES2900053T3 ES 2900053 T3 ES2900053 T3 ES 2900053T3 ES 18745815 T ES18745815 T ES 18745815T ES 18745815 T ES18745815 T ES 18745815T ES 2900053 T3 ES2900053 T3 ES 2900053T3
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cable
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Roger Uhlenbrock
Michael Schugt
Peter Muss
Christoph Dörlemann
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Original Assignee
Scienlab Beteiligungsgesellschaft mbH
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Abstract

Disposición de carga (1) para un vehículo eléctrico (2) con una batería de tracción (3), presentando una estación de suministro de tensión (10), conectada a una red de tensión y un cable de suministro de tensión (11) con enchufe de carga (6), estando conectado el enchufe de carga (6) para llevar a cabo un proceso de carga, con el vehículo eléctrico (2), caracterizada por que en el enchufe de carga (6) hay dispuesto un convertidor de tensión (9) para la conversión de una tensión de suministro CC (UV) puesta a disposición por la estación de suministro de tensión (10), en una tensión de carga CC (UL) más reducida en relación con ella, que llega al vehículo eléctrico (2), siendo la tensión de suministro (UV) mayor a 900 V y que la tensión de carga (UL) es inferior a 0,9 veces la tensión de suministro (UV).

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición de carga para un vehículo eléctrico, así como procedimiento para manejar la disposición de carga La presente invención se refiere a una disposición de carga para un vehículo eléctrico de acuerdo con las características del preámbulo de la reivindicación 1.
La presente invención se refiere además de ello a un procedimiento para manejar la disposición de carga de acuerdo con las características del preámbulo de la reivindicación 14.
Para la conducción eléctrica de un vehículo eléctrico o híbrido es necesario que la batería, denominada en lo sucesivo también batería de tracción, del vehículo se cargue a través de una fuente de energía externa. A este respecto se realiza el suministro de la energía a través de un sistema de enchufe con un cable de carga, con el cual se une la fuente de energía externa con el vehículo y puede producirse el proceso de carga.
Para que se alcance un estándar se define el proceso de carga en diferentes normas (por ejemplo, IEC 61851, DIN SPEC 70121 e ISO 15118). A este respecto se diferencia básicamente entre una “carga CA” y una “carga CC”. En el caso de carga CA se conecta el vehículo eléctrico con el cable de carga directamente a un enchufe doméstico (de una o tres fases). Las potencias que pueden ser transmitidas están limitadas a este respecto a 22 kW.
Para realizar potencias de carga más altas se usa la llamada tecnología de carga CC. En el caso de la misma se genera a través de un dispositivo de carga externo una corriente CC, la cual se conecta con el cable de carga al vehículo y dentro de éste directamente a la batería. A día de hoy pueden alcanzarse de este modo potencias de carga de hasta 50 kW.
Si se observan los objetivos de la industria del automóvil, entonces aumentarán las autonomías de un vehículo eléctrico de momentáneamente 150 km a 500 km o más. Adicionalmente se exige que el tiempo de carga debe reducirse de hasta ahora varias horas a unos minutos. Esto únicamente es posible en cuanto que la corriente de carga de la batería aumente a varios cientos de amperios (en lugar de 50 A estado a día de hoy). Son problemáticos a este respecto los cables de carga entre estación de carga y vehículo eléctrico. De acuerdo con la norma DIN VDE 0298 han de configurarse las secciones transversales de cable en correspondencia con la corriente máxima.
Para la comunicación de datos entre vehículo eléctrico y estación de carga se usan diferentes procedimientos (PWM, PLC). La comunicación se produce no obstante, siempre por cable a través de conducciones de comunicación adicionales aisladas que se encuentran en el cable de carga.
Estas conducciones de comunicación adicionales aumentan naturalmente también el peso y los costes de fabricación de un cable de carga.
Para la solución del problema de peso se proponen cables de carga con enfriamiento por agua integrado. De este modo bien es cierto que pueden ahorrarse las secciones transversales y de este modo el peso del cobre, sin embargo, el enfriamiento por agua es muy laborioso y también caro en la fabricación y mantenimiento.
Además de ello, en los puntos de localización de las estaciones de carga habitualmente no existe ninguna conexión de agua, de modo que ésta o bien ha de instalarse aparte o bien ha de instalarse en la estación de carga un sistema de enfriamiento por agua con un intercambiador de calor. Ambas soluciones aumentan los costes de adquisición notablemente. Adicionalmente debido al enfriamiento por agua el mantenimiento de la estación y del cable de carga se vuelve muy laborioso y costoso.
A través de la reducción de la sección transversal de cable se hace más grande la resistencia eléctrica del cable de carga, lo cual aumenta la disipación de energía. Estas pérdidas empeoran el grado de eficiencia y aumentan los costes de la carga eléctrica, los cuales ha de pagar el usuario y/o explotador.
Por el documento DE 102014004790 A1 se conoce, por ejemplo, una disposición de carga, en cuyo caso dentro de un vehículo de motor se conmutan en serie dos elementos acumuladores de energía para aumentar la posible tensión de carga.
Por el documento de anterioridad EP 2875985 A1 se conoce una disposición de carga para vehículos eléctricos. En este caso se preconecta a un punto de carga un convertidor descendente 27, de modo que en el punto de carga se pone a disposición una corriente de carga para un vehículo eléctrico.
Una disposición parecida se conoce por el documento WO2011/151844 A2.
El objetivo de la presente invención es poner a disposición una posibilidad, cumpliendo normas ya desarrolladas, de aumentar la potencia de carga para vehículos eléctricos, facilitando al mismo tiempo el manejo necesario para iniciar o finalizar el proceso de carga.
El objetivo se resuelve de acuerdo con la invención con una disposición de carga con las características de la reivindicación 1.
Variantes de realización ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Una parte técnica de procedimiento del objetivo se resuelve con las características de la reivindicación 14.
La disposición de carga para un vehículo eléctrico con una batería de tracción presenta una estación de suministro de tensión, conectada a una red de tensión, así como un cable de suministro de tensión con enchufe de carga, estando unido el enchufe de carga con el vehículo eléctrico para llevar a cabo el proceso de carga. La disposición de carga se caracteriza de acuerdo con la invención debido a que en el enchufe de carga hay dispuesto un convertidor de tensión para la conversión de la tensión de suministro en una tensión de carga menor en relación con ella.
Una estación de suministro de tensión se denomina coloquialmente también como estación de carga. Ésta está conectada a una red de tensión, la cual presenta o bien una distribución previa centralizada o descentralizada. A esta estación de suministro de tensión llega ahora una tensión de suministro. De acuerdo con la invención esta tensión de suministro llega también al enchufe de carga mismo. El cable de suministro de tensión está conectado con la estación de suministro de tensión. La tensión de suministro es claramente más alta que la posible tensión de carga, la cual puede absorber el respectivo vehículo eléctrico. De acuerdo con el estado de la técnica actual los vehículos eléctricos están configurados para tensiones de carga de aproximadamente 400 V a 500 V y en casos excepcionales de hasta 800 V u 850 V. La tensión de suministro presenta de acuerdo con la invención, no obstante, un rango de voltios más alto de más de 900 V y preferentemente de más de 1.000 V.
Para que ahora la tensión de suministro pueda ser transmitida al vehículo eléctrico, hay dispuesto un convertidor de tensión dentro de o en el enchufe de carga. En el caso de en particular enchufes de carga estandarizados, este tipo de convertidores de tensión pueden reequiparse en los enchufes de carga. Los enchufes de carga nuevos a producir pueden tener integrado ya el convertidor de tensión. El convertidor de tensión presenta las funciones de un transductor de tensión o transformador de tensión y puede denominarse así. Una tensión de suministro más alta se convierte a una tensión de carga más baja en relación con ella, en particular se transduce o transforma.
El convertidor de tensión puede ser en el caso de un proceso de carga CC/CC un convertidor reductor (step-downconverter).
La disposición de carga de acuerdo con la invención ofrece de este modo diferentes ventajas. Por una parte puede suprimirse una tecnología de regulación laboriosa para el proceso de carga en la estación de suministro de tensión misma. La tecnología de control o regulación para el proceso de carga mismo puede estar integrada ya como hardware y software en el convertidor de tensión, de modo que el vehículo eléctrico se comunica con el convertidor de tensión y este pone a disposición a partir de la tensión de suministro la tensión de carga necesaria. Al mismo tiempo es posible transmitir una potencia de carga más alta hasta el enchufe de carga. Un cable de suministro de tensión, el cual presenta habitualmente una longitud de 1 m a 5 m, en particular de 1 m a 3 m, puede reducirse claramente en su sección transversal de conducción con la misma o mayor potencia de carga.
En el caso de la tecnología de regulación para el proceso de carga en el enchufe de carga mismo y/o un módulo de comunicación inalámbrico adicional en el enchufe de carga, puede renunciarse a una conducción de datos en el cable de suministro de tensión. Los costes de fabricación para un correspondiente cable de suministro de tensión pueden por lo tanto reducirse debido a precios de cobre altos, así como secciones transversales más pequeñas. El manejo de un cable de suministro de tensión de acuerdo con la invención puede facilitarse claramente para el usuario individual, dado que presenta un peso menor con respecto a cables de carga conocidos por el estado de la técnica. Es necesario en el sentido de esta invención, sin embargo, siempre un contacto físico de enchufe de carga y vehículo eléctrico.
En el caso del vehículo eléctrico mismo puede tratarse de vehículos híbridos, en particular de vehículos híbridos enchufables, así como de vehículos eléctricos puros. Pueden cargarse tanto vehículos de motor, como también vehículos industriales con la disposición de carga de acuerdo con la invención. La disposición de carga es concebible también para vehículos de desplazamiento por el suelo, así como montacargas. Teóricamente sería concebible también alimentar con la disposición de carga de acuerdo con la invención vehículos aéreos y vehículos acuáticos. El manejo de la disposición de carga, proceso de enchufe del enchufe de carga, está claramente simplificado. La potencia de carga puede también elevarse notablemente, de modo que puede acortarse el tiempo de carga, manteniéndose al mismo tiempo, sin embargo, normas de validez actual y normas de seguridad.
Se produce preferentemente siempre durante el proceso de carga una comunicación con el vehículo de motor. Con la disposición de carga de acuerdo con la invención se llevan a cabo procesos de carga CC. Esto significa que se convierte una tensión de suministro CC mediante el convertidor de tensión en una tensión de carga CC menor en relación con ella.
En el cable de suministro de tensión mismo hay dispuestos al menos dos, preferentemente tres conductores eléctricos. Pueden haber dispuestos también cuatro o cinco conductores eléctricos en el cable de suministro de tensión. Puede haber dispuesta además de ello opcionalmente al menos una conducción de comunicación en el cable de suministro de tensión. Mediante el convertidor de tensión dispuesto de acuerdo con la invención en el enchufe de carga, es posible reducir las secciones transversales de conducción de los conductores eléctricos, manteniéndose potencia de carga puesta a disposición al menos igual y/o aumentada en el enchufe de carga.
Cada uno de los conductores eléctricos puede estar configurado a este respecto en el marco de la invención preferentemente de una pieza en la sección transversal. De una pieza significa no macizo o de una sola pieza. Un conductor inequívoco puede estar formado por una pluralidad de conductores aislados, los cuales están reunidos en un haz. Es posible no obstante también, configurar al menos un conductor eléctrico mediante al menos dos ramales de conducción. Esto significa en el sentido de la invención que los dos ramales de conducción están dispuestos separados uno del otro en el cable de suministro de tensión. Un conductor eléctrico puede estar configurado preferentemente por más de tres ramales de conducción, en particular seis ramales de conducción. Pueden haber dispuestos no obstante también, más de seis ramales de conducción para un conductor eléctrico en el cable de suministro de tensión. Otra variante de realización ventajosa de la invención prevé que todos los conductores eléctricos estén configurados respectivamente por al menos dos ramales de conducción separados uno del otro en el cable de suministro de tensión. Esto ofrece la ventaja de acuerdo con la invención de que en el caso de un daño, en particular de una rotura de cable de un ramal de conducción, a pesar de la potencia de carga alta a transmitir, ha de asegurarse no obstante solo reducida corriente de cortocircuito. En particular se evitan de este modo daños debidos a sobretensión precisamente en personas que manejan la disposición de carga. Cada uno de los ramales de conducción puede asegurarse de este modo para una corriente de cortocircuito más reducida que un conductor eléctrico de una pieza más grande con respecto a ellos.
Además de manera particularmente ventajosa los al menos dos ramales de conducción, preferentemente los varios ramales de conducción, pueden estar dispuestos con respecto a la sección transversal del cable de suministro de tensión distribuidos de forma regular o irregular. Esto significa, referido por su parte a la distribución en sección transversal, que o bien todos los ramales de conducción de un conductor eléctrico están dispuestos, bien es cierto, como ramales de potencia separados, pero localmente juntos. Pueden estar dispuestos también, no obstante, todos los ramales de conducción de todos los conductores eléctricos distribuidos irregularmente o también regularmente entre sí. Esto significa, por ejemplo, en un orden, que un ramal de conducción positivo está dispuesto seguido por un ramal de conducción negativo, seguido de un ramal de conducción PE de protección, seguido por un ramal de conducción positivo, seguido por su parte por un ramal de conducción negativo, etc. Los ramales de conducción pueden estar dispuestos no obstante también, tal como se ha mencionado, distribuidos irregularmente en la sección transversal. La distribución de los conductores en ramales de conducción individuales y por su parte una distribución regular o irregular de los ramales de conducción de los conductores individuales entre sí se ocupan de una inductividad más reducida del cable de suministro de tensión. De este modo se logra una caída de tensión menor de la tensión transmitida a través del cable de suministro de tensión.
Otra variante de configuración ventajosa prevé que el cable de suministro de tensión esté rodeado por un apantallamiento. El apantallamiento puede apantallar por una parte los campos generados por el cable de suministro de tensión. Por otra parte el apantallamiento puede usarse no obstante también para que se produzca en caso de una rotura de cable o similar un cortocircuito y que de este modo se desconecte la disposición de carga por motivos de seguridad.
El convertidor de tensión requiere para su funcionamiento también energía eléctrica. Un suministro de tensión para el convertidor de tensión puede producirse a través del cable de suministro de tensión mismo y de este modo recogerse de la tensión de suministro. Es posible no obstante también, alimentar el convertidor de tensión con energía a través de un acumulador de energía mismo asignado a o integrado en este. Para ello puede usarse, por ejemplo, un acumulador, el cual se carga en particular el mismo en caso de no uso de la disposición de carga.
En el marco de la invención es posible de este modo transmitir a través del cable de suministro de tensión mismo una tensión de suministro de más de 900 V, en particular de más de 1.000 V, preferentemente de más de 1.200 V, de manera particularmente preferente de más de 1.300 V y de manera muy particularmente preferente de más de 1.400 V. Un límite superior realista para la tensión de suministro máxima a transmitir debería encontrarse en como máximo 10.000 V, de manera preferente en aproximadamente 5.000 V. En el marco de la invención es concebible que se transmitan en particular o poner a disposición en el enchufe de carga por el lado del cable de suministro de tensión, tensiones de suministro de 1.000 V a 1.600 V, en particular de 1.300 V a 1.550 V y de manera particularmente preferente de 1.400 V a 1.500 V a través del cable de suministro de tensión.
Es concebible además de ello en el marco de la invención poner a disposición tensiones de suministro de 1.800 V a 2.500 V, en particular de 1.900 V a 2.400 V y de manera particularmente preferente de aproximadamente 2.000 V a 2.200 V. Estas tensiones de suministro se convierten entonces en el convertidor de tensión a una tensión de carga menor en relación con ella.
La tensión de carga se pone a disposición para una batería de alto voltaje (batería de tracción). Esto significa que la tensión de carga se encuentra entre 400 V y 850 V, preferentemente en 400 V u 800 V. Los desvíos, los cuales son requeridos por un vehículo eléctrico al inicio o durante un proceso de carga han de incluirse en las indicaciones anteriormente mencionadas.
Existe una relación de tensión de carga con respecto a tensión de suministro de menos de 0,9. Esto significa que la tensión de carga es inferior a 0,9 veces la tensión de suministro. La tensión de carga es de modo particularmente preferente inferior a 0,85, en particular inferior a 0,8, de manera particularmente preferente inferior a 0,75, de manera particularmente preferente inferior a 0,7 y de manera muy particularmente preferente inferior a 0,6 veces la tensión de suministro. La relación debería ser no obstante mayor a 0,1.
De este modo es posible, en el caso de las normas actuales y normas de seguridad, así como tecnologías de carga disponibles por el lado de los vehículos eléctricos, reducir los tiempos de carga, manteniéndose al menos igual, en particular aumentándose la potencia de carga. No han de llevarse a cabo, sin embargo, ningún tipo de modificaciones en los vehículos eléctricos mismos, es decir, en la gestión de carga de lado del vehículo eléctrico y/o en los acumuladores de energía de lado del vehículo eléctrico.
Para el cable de suministro de tensión puede seleccionarse de este modo la sección transversal conductora de corriente de cada uno de los conductores eléctricos inferior a 100 mm2, en particular inferior a 80 mm2, preferentemente inferior a 70 mm2 y en particular inferior a 55 mm2, preferentemente entre 20 mm2 y 55 mm2. También en este caso deberían existir al menos 10 mm2 como superficie de sección transversal conductora de corriente. Pueden aprovecharse de este modo secciones transversales de cable estandarizadas para los cables de suministro de tensión y en particular reducirse secciones transversales de cable conocidas por el estado de la técnica, de cables de suministro de tensión. Alternativamente no han de ampliarse las secciones transversales de cable, en cierto modo aumenta, no obstante, la potencia de carga claramente. Las disposiciones legales, así como las normas de seguridad actuales, a este respecto se cumplen.
La tabla ilustrada a continuación muestra en caso de rendimientos de carga predeterminados la posibilidad de la reducción de sección transversal en el ejemplo de una tensión de suministro transmitida a través del cable de suministro de tensión, de 1.500 V. De acuerdo con la columna 3 se indica respectivamente una tensión de carga de 500 V u 850 V. Esto se corresponde con la tensión de carga que llega a través del enchufe de carga tras el convertidor de tensión al vehículo de motor. Para la primera fila esto significa en el caso de un rendimiento de carga de 50 kW y una tensión de carga de 500 V, que ha de transmitirse una corriente de carga de 100 A. Para ello la superficie de sección transversal conductora de corriente de cada uno de los conductores debería tener un tamaño de al menos 25 mm2. Con una tensión de suministro de 1.500 V sería de este modo teóricamente posible reducir la sección transversal de conducción de corriente a 4 mm2. En caso de aumentarse la tensión de carga, de acuerdo con la fila 2, en el caso de un rendimiento de carga de 50 kW, a 850 V, entonces deberían ser transmitidos aún casi 60 A a través del cable de suministro de tensión. Esto requeriría de acuerdo con el estado de la técnica una sección transversal de conductor de corriente de cada uno de los conductores, de 10 mm2. También en este caso sería posible teóricamente una reducción, aumentándose la tensión de suministro a 1.500 V, de la sección transversal conductora de corriente de cada uno de los conductores, a 4 mm2.
La diferencia de acuerdo con la invención se reconoce, no obstante, en particular en caso de rendimiento de carga más alto. En caso de 150 kW de rendimiento de carga y una tensión de carga de 500 V deberían transmitirse 300 A de corriente de carga. Estos 300 A requerirían de acuerdo con normas de seguridad al menos una sección transversal conductora de corriente de 120 mm2 por conductor. En caso de aumentarse ahora la tensión de suministro a 1.500 V, entonces es posible en caso de la misma corriente de carga, reducir la sección transversal conductora de carga de cada uno de los conductores a 25 mm2, dado que en caso de rendimiento de carga igual de 150 kW solo han de guiarse ya 100 A a través del cable de suministro de tensión. Resulta de este modo una reducción de la sección transversal conductora de corriente de cada uno de los conductores de a razón del factor 4 a 5. El cable de suministro de tensión puede resultar de este modo, en caso de rendimiento de carga igual, más ligero a razón de al menos cuatro veces el peso, lo cual facilita claramente el manejo y con ello la aceptación por parte del usuario, quedando igual, tal como ya se ha dicho, el rendimiento de carga, manteniéndose las normas de seguridad actuales.
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La función de carga misma se regula entonces de acuerdo con la invención a través del o en el enchufe de carga. La estación de suministro de tensión misma pone a disposición la tensión de suministro. El enchufe de carga y en particular una instalación de regulación en el enchufe de carga se comunica entonces con el vehículo eléctrico o la gestión de carga del vehículo eléctrico. Para ello pueden usarse en particular estándares conectados por cable conocidos, como, por ejemplo, comunicación PLC, así como PWM. La tensión de suministro puesta a disposición es convertida entonces por el convertidor de tensión en el enchufe de carga a la tensión de carga requerida o predeterminada. Puede llegar de este modo por el lado del enchufe de carga del vehículo eléctrico directamente al vehículo eléctrico la tensión de carga requerida o predeterminada y transmitirse la corriente de carga resultante de ello al vehículo eléctrico. Esto ofrece en particular la ventaja de que puede suprimirse una conducción de comunicación adicional en el cable de suministro de tensión.
Opcionalmente puede disponerse además de ello dentro de o en el enchufe de carga mismo o entre enchufe de carga y estación de suministro de tensión, un módulo de comunicación inalámbrico. Como estándar de comunicación inalámbrico pueden usarse, por ejemplo, Bluetooth o Wlan. También puede usarse como estándar de comunicación inalámbrico un estándar de red móvil, por ejemplo, GSM, de modo que se transmiten correspondientes datos. Por una parte, éstos pueden ser datos, los cuales son transmitidos por el módulo de comunicación a la estación de suministro de tensión. Por otra parte, éstos pueden ser también datos, los cuales se transmiten a un servidor. Estos datos pueden ser, por ejemplo, datos, los cuales requiere el explotador de este tipo de estaciones de suministro de tensión. Pueden ser también, no obstante, datos, los cuales se transmiten al fabricante de vehículos en lo que se refiere a estados de carga, así como consumos de carga de los vehículos eléctricos. Otro ejemplo de uso es la transmisión de datos al conductor o propietario del vehículo eléctrico. Pueden transmitirse, por ejemplo, informaciones sobre el proceso de carga, sobre el precio del proceso de carga o también el estado de carga de la batería de tracción. Éstos pueden representarse entonces en un perfeccionamiento en una correspondiente aplicación de software (App) de un dispositivo terminal móvil, por ejemplo, un teléfono inteligente. También puede incorporarse aquí un sistema de contabilidad, que registre el precio de corriente y la cantidad requerida para el proceso de carga y que facture entonces a través del módulo de comunicación, por ejemplo, también interconectándose un dispositivo terminal móvil.
También sería concebible que el módulo de comunicación inalámbrico regule por sí mismo el convertidor de tensión. Un hardware de regulación adicional para manejar el convertidor de tensión en este caso se suprimiría y sería asumido por el módulo de comunicación.
El módulo de comunicación puede supervisar además de ello, por ejemplo, la temperatura en el enchufe de carga mismo y/o en las abrazaderas de conexión o contactos enchufables del enchufe de carga. En dependencia de las temperaturas que hacen su aparición, puede regularse entonces por su parte la tensión de carga, de modo que se evitan altas temperaturas o un sobrecalentamiento, en particular en las abrazaderas de conexión.
En otra variante de realización particular de la presente invención está previsto un indicador óptico electrónico en la superficie de enchufe. Este indicador óptico puede ser en particular una pantalla, por ejemplo, una pantalla de cristal, denominada también pantalla LCD o pantalla OLED. Pueden usarse también pantallas OLED y otras pantallas de visualización. En este indicador óptico pueden representarse entonces informaciones sobre el estado de carga, el proceso de carga, de modo que un conductor de vehículo puede leer estas informaciones a través del enchufe de carga durante el proceso de carga. Puede indicarse, por ejemplo, que la batería de tracción está ahora cargada a la mitad, lo cual interesaría al conductor, y este interrumpiría por sí mismo en este punto el proceso de carga para proseguir con la marcha. También puede indicarse, por ejemplo, el precio acumulado hasta el momento y a esperar para el proceso de carga, de modo que el conductor del vehículo eléctrico queda informado sobre ello.
Para el módulo de comunicación inalámbrico mismo sería necesario entonces por su parte un suministro de energía propio. Este puede producirse bien a través de la tensión de suministro. El módulo de comunicación inalámbrico, así como el indicador óptico, pueden alimentarse también a través de un acumulador de energía en el enchufe. Preferentemente este es el mismo acumulador de energía que alimenta también el convertidor de tensión. El acumulador de energía mismo puede cargarse por sí mismo, por ejemplo, en caso de no uso de la disposición de carga.
La totalidad de la regulación de la función de carga se lleva a cabo de este modo en el enchufe de carga mismo. La estación de suministro de tensión sirve de este modo solo para la puesta a disposición de la tensión de suministro. De este modo pueden reducirse claramente los costes de fabricación, pero también los de mantenimiento, para manejar una disposición de carga de acuerdo con la invención, con rendimiento de carga aumentado y manejo mejorado de la estación de suministro de tensión.
De este modo es posible también poner a disposición una gestión de carga en un punto de carga para varios vehículos eléctricos. Pueden haber conectados, por ejemplo, dos o más enchufes de carga a través de respectivamente un cable de suministro de tensión a la estación de suministro de tensión. Los enchufes de carga individuales pueden preferentemente comunicarse entre sí y regular un rendimiento de carga óptimo/requerido para cada vehículo eléctrico.
Las realizaciones mencionadas anteriormente, en particular en relación con el módulo de comunicación inalámbrico, denominado en este texto también únicamente como módulo de comunicación, pueden tenerse en consideración también por separado, sin abandonar el contenido de la divulgación. Esto significa que el módulo de comunicación inalámbrico, así como las propiedades y características relacionadas y descritas en relación con éste, pueden usarse también por separado del convertidor de tensión.
El convertidor de tensión puede funcionar también bidireccionalmente. Esto significa que la tensión de batería de la batería de tracción puede usarse para estabilizar la red.
La presente invención se refiere también a un procedimiento para manejar la disposición de carga, con al menos las características descritas inicialmente en relación con la reivindicación 1. El procedimiento se caracteriza porque se convierte una tensión de suministro alta en una tensión de carga más baja en relación con ella en un convertidor de tensión en el enchufe de carga. De este modo se pone a disposición un rendimiento de carga más alto con la misma o sección transversal reducida del cable de suministro de tensión. Al mismo tiempo pueden manejarse o cargarse vehículos eléctricos ya en el mercado con su correspondiente gestión de carga, sin mayor modificación con la disposición de carga de acuerdo con la invención.
Para ello se introduce el enchufe de carga en el vehículo eléctrico. El vehículo eléctrico reconoce el proceso de enchufe e intercambia mediante comunicación PWM informaciones con el enchufe de carga. Se transmite también, por ejemplo, la corriente de carga máxima, la cual puede ser absorbida por el vehículo eléctrico, al enchufe de carga, en particular al módulo de comunicación en el enchufe de carga. A través de la comunicación PLC se inicia entonces el proceso de carga. El vehículo eléctrico predetermina la tensión de carga o la corriente de carga. En el enchufe de carga se predetermina para el convertidor de tensión un valor teórico. El valor teórico se compara con el valor real y a través del convertidor de tensión se regula la tensión de carga necesaria. Del mismo modo se convierte también, no obstante, la tensión de suministro más alta a la tensión de carga más reducida en comparación con ella. La totalidad del proceso de carga puede ser llevado a cabo de este modo a través del vehículo eléctrico, así como la electrónica de carga del vehículo eléctrico mismo, el módulo de comunicación y el convertidor de tensión. La estación de suministro de tensión sirve solo para la puesta a disposición de la tensión de suministro.
El módulo de comunicación puede llevar a cabo de este modo por una parte la comunicación con el vehículo eléctrico. El módulo de comunicación puede comunicarse además de ello, por ejemplo, con la estación de suministro de corriente o con un servidor. Al mismo tiempo el módulo de comunicación puede ofrecer también, no obstante, datos, los cuales se indican en un indicador óptico en el enchufe de carga.
El módulo de comunicación puede comunicarse en particular a través de una conexión inalámbrica con un punto de recepción externo e intercambiar datos relativos al proceso de carga/estado de carga.
Otras ventajas, características, propiedades y aspectos de la presente invención son objeto de la siguiente descripción. En las figuras esquemáticas se representan variantes de realización preferentes. Éstas sirven para el entendimiento sencillo de la invención.
Muestran:
la figura 1 una disposición de carga conocida por el estado de la técnica,
la figura 2 una disposición de carga de acuerdo con la invención,
las figuras 3 a-f diferentes vistas en sección transversal a través de un cable de carga de acuerdo con el estado de la técnica y a través de cables de suministro de tensión de acuerdo con la invención la figura 4 el enchufe de carga de la figura 2 con módulo de comunicación inalámbrico adicional e indicador óptico opcional y
la figura 5 un diagrama de bloques, el cual representa un proceso de carga de acuerdo con la invención. En las figuras se usan para los mismos o componentes parecidos, las mismas referencias, también aunque se suprima por motivos de simplificación una descripción repetida.
La figura 1 muestra una disposición de carga 1 conocida por el estado de la técnica para un vehículo eléctrico 2. El vehículo eléctrico 2 dispone a este respecto de una batería de tracción 3, denominada también acumulador o acumulador de energía, así como de un enchufe 4 para enchufar un enchufe de carga 6. El vehículo eléctrico 2 presenta además de ello una gestión de carga 5 de a bordo. Para llevar a cabo un proceso de carga, se introduce un enchufe de carga 6 en el enchufe 4 del vehículo eléctrico 2. El enchufe de carga 6 está conectado a través de un cable de carga 7 con una estación de carga 8. En el cable de carga 7 existen tanto conductores eléctricos 12 para conducir corriente de carga, como también conducciones de comunicación 20 para la comunicación de gestión de carga 5 del vehículo eléctrico 2 con la estación de carga 8.
La figura 2 muestra ahora una disposición de carga 1 de acuerdo con la invención. Para llevar a cabo el proceso de carga, el enchufe de carga 6 está introducido en el enchufe 4 del vehículo eléctrico 2 (no representado por motivos de simplificación). También en este caso existe un enchufe de carga 6. De acuerdo con la invención hay dispuesto, sin embargo, en el enchufe de carga 6 mismo un convertidor de tensión 9. La estación de carga puede denominarse de este modo como estación de suministro de tensión 10 pura, la cual pone a disposición una tensión de suministro Uv . La tensión de suministro Uv se transmite a través de un cable de suministro de tensión 11 al enchufe de carga 6, de modo que al enchufe de carga 6 llega la tensión de suministro Uv por el lado izquierdo al enchufe de carga 6, referido al plano de la imagen, o llega al convertidor de tensión 9. Ahora está previsto de acuerdo con la invención que en el enchufe de carga 6 el convertidor de tensión 9 convierta la tensión de suministro Uv a una tensión de carga Ul, siendo la tensión de carga Ul en relación con la tensión de suministro Uv, menor. De este modo es posible que una sección transversal de cable del cable de suministro de tensión 11 y una sección transversal de conducción A12 de los conductores eléctricos 12 (véase para ello también la figura 3) sea dentro del cable de suministro de tensión 11 más pequeña que una sección transversal de conducción A13 de los contactos de enchufe eléctricos 13, así como dado el caso conductores eléctricos no representados con mayor detalle de convertidor de tensión 9 a contactos de enchufe eléctricos 13 en el enchufe de carga 6. De este modo se reduce el peso que acompaña del cable de suministro de tensión 11, con al mismo tiempo manejo más sencillo y la posibilidad de transmitir un rendimiento de carga más alto a través del cable de suministro de tensión 11.
En la figura 2 se representa también una conducción de comunicación 20 en el cable de suministro de tensión 11, como una opción de la invención. La conducción de comunicación puede, sin embargo, suprimirse de acuerdo con la invención, representado en las Figs. 3 y 4.
La figura 3 a muestra una vista en sección transversal a través de un cable de carga 7 de acuerdo con el estado de la técnica. Las figuras 3 b hasta 3 f muestran diferentes vistas en sección transversal a través de un respectivo cable de suministro de tensión 11 de acuerdo con la invención. Puede verse que la superficie de sección transversal A12 de los conductores eléctricos 12 es dentro del cable de suministro de tensión 11 más pequeña que la superficie de sección transversal A12 de los conductores eléctricos 12 dentro del cable de carga 7. También la superficie de sección transversal A11 del cable de suministro de tensión 11 representado respectivamente en las figuras 3 b hasta 3 f es más pequeña que la superficie de sección trasversal A7 del cable de carga 7 izquierdo. De igual modo puede suprimirse de acuerdo con la invención la conducción de comunicación 20.
En la figura 3 b se representa opcionalmente un apantallamiento 22. El apantallamiento 22 es, por ejemplo, un recubrimiento o aislamiento, que puede estar configurado en particular él mismo a partir de un material con capacidad de conducción eléctrica.
La figura 3 c muestra también una variante de realización de un cable de suministro de tensión 11 de acuerdo con la invención. Éste presenta por su parte los tres conductores eléctricos 12. Éstos se representan, por ejemplo, como conductores positivos 12a, conductores negativos 12b y conductores de protección PE 12c.
Puede estar prevista además de ello opcionalmente una conducción de tensión auxiliar 21, a través de la cual puede ponerse a disposición, por ejemplo, una tensión auxiliar. Esta tensión auxiliar puede usarse, por ejemplo, para alimentar el convertidor de tensión 9 mismo con una tensión de funcionamiento.
Puede haber prevista adicionalmente, opcionalmente de forma complementaria o alternativa, también una conducción de comunicación 20. Los conductores eléctricos 12 a hasta 12 c están configurados en general de una pieza. Esto significa que pueden estar configurados a partir de varios conductores aislados, los cuales están, sin embargo, reunidos dando lugar a un ramal.
A diferencia de ello un respectivo conductor eléctrico 12 de acuerdo con la variante de realización de la figura 3 d está configurado él mismo a partir de varios ramales de conducción individuales. El conductor 12a está configurado, por ejemplo, por los ramales de conducción 12a.1, 12a.2, etc. Lo mismo se cumple para el conductor 12b. Éste está configurado por los ramales de conducción 12b.1, 12b.2, etc. Lo mismo se cumple por su parte para el conductor 12c, éste está configurado a partir de los ramales de conducción 12c.1, 12c.2, etc. Una numeración adicional se suprime debido a motivos de simplificación.
Preferentemente cada conductor 12 está configurado a partir de al menos dos ramales de conducción 12a.1, 12a.2, etc., en particular a partir de seis o más ramales de conducción. Los ramales de conducción de cada uno de los conductores eléctricos 12 están, no obstante, reunidos localmente en sección transversal o dispuestos próximos unos a los otros.
Una alternativa a ello se muestra en la figura 3 e, en este caso los ramales de conducción 12a.1 están dispuestos con distribución irregular entre los conductores eléctricos 12 individuales en la sección transversal del cable de suministro de tensión 11. Respectivamente de forma opcional pueden haber dispuestas también una conducción de tensión auxiliar 22, así como una conducción de comunicación 20. Por motivos de simplificación no se representan vistas de conducción individuales.
En la figura 3 f se representa en sección transversal otra variante de realización del cable de suministro de tensión 11 de acuerdo con la invención. En este caso se representan por su parte tres conductores 12a, 12b y 12c. La conducción de comunicación y la conducción de tensión auxiliar no están representadas, pueden también, no obstante, suprimirse. El conductor eléctrico 12b mismo está configurado por ramales de conducción 12b.1, 12b.2, 12b.3, etc., individuales. Éstos están dispuestos coaxialmente alrededor del conductor 12a. El conductor 12a y el conductor 12c están configurados respectivamente de una sola pieza, es decir, no divididos en ramales de conducción separados individuales. Esto no es sin embargo, concluyente. Un segundo conductor puede estar también configurado dividido en ramales de conducción, alternativamente puede estar dividido también únicamente el conductor 12c o únicamente el conductor 12a en ramales de conducción individuales.
La figura 4 muestra el enchufe de carga 6 de acuerdo con la figura 2 en variante de configuración modificada. En este caso se integra, además del convertidor de tensión 9, también un módulo de comunicación 14 inalámbrico, así como opcionalmente un indicador óptico 15, en el enchufe de carga 6. El módulo de comunicación 14 inalámbrico puede comunicarse a este respecto con el convertidor de tensión 9. Al mismo tiempo el módulo de comunicación 14 inalámbrico puede contener también el hardware y el software para la regulación del convertidor de tensión 9. En la figura 4 se representa también una fuente de energía 16 adicional, por ejemplo, un acumulador. Ésta puede alimentar tanto el convertidor de tensión 9, como también el módulo de comunicación 14 inalámbrico, así como el indicador óptico 15, con energía. La fuente de energía 16 puede cargarse, por ejemplo, en la estación de suministro de tensión 10, cuando el enchufe de carga 6 no está en funcionamiento. No se representan conducciones de conexión de la fuente de energía 16.
La figura 5 muestra además un diagrama de bloques durante la realización de un proceso de carga de acuerdo con la invención con la disposición de carga 1. En el enchufe de carga 6 está dispuesto el convertidor de tensión 9 de acuerdo con la invención. Al enchufarse el enchufe de carga 6 en el enchufe 4 del vehículo eléctrico 2 comienza la comunicación con el vehículo eléctrico 2. Para ello está dispuesto dentro del enchufe de carga 6 el módulo de comunicación 14 inalámbrico. Éste puede tanto leer datos 17 del vehículo eléctrico 2, como también llevar a cabo una regulación 18 del convertidor de tensión 9. En particular se regula la tensión de carga Ul. También pueden reproducirse informaciones en el indicador óptico 15 del enchufe de carga 6. Además de ello el módulo de comunicación 14 inalámbrico puede comunicarse con un receptor 19 externo, en particular servidor. Este receptor 19 puede estar dispuesto, por ejemplo, en la estación de suministro de tensión 10. Puede alimentarse también, no obstante, a través de conexiones inalámbricas, por ejemplo, una conexión GSM, un servidor independiente de la ubicación que no se encuentra en el entorno próximo, con informaciones. Éste puede ser, por ejemplo, un servidor, con el cual el usuario del vehículo eléctrico 2 tiene una conexión con un dispositivo terminal móvil. Pueden transmitirse entonces informaciones al dispositivo terminal móvil en lo que se refiere a la duración de carga, precio de corriente y/o estado de carga, así como otros datos relevantes.
Referencias:
1 - Disposición de carga
2 - Vehículo eléctrico
3 - Batería de tracción
4 - Enchufe
5 - Gestión de carga
6 - Enchufe de carga
7 - Cable de carga
8 - Estación de carga
9 - Convertidor de tensión
10 - Estación de suministro de tensión
11 - Cable de suministro de tensión
12 - Conductor eléctrico
12a - Conductor eléctrico
12b - Conductor eléctrico
12c - Conductor eléctrico
12a.1 - Ramal de conducción
12a.2 - Ramal de conducción
12b.1 - Ramal de conducción
12b.2 - Ramal de conducción
12c.1 - Ramal de conducción
12c.2 - Ramal de conducción
13 - Contacto enchufable eléctrico
14 - Módulo de comunicación inalámbrico 15 - Indicador óptico
16 - Fuente de energía
17 - Datos de 2
18 - Regulación de 9
19 - Receptor
20 - Conducción de comunicación
21 Conducción de tensión auxiliar 22 Apantallamiento
Uv - Tensión de suministro
Ul - Tensión de carga
A7 - Sección transversal de 7
A11 - Sección transversal de 11
A12 - Sección transversal de 12
A13 - Sección transversal de 13

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Disposición de carga (1) para un vehículo eléctrico (2) con una batería de tracción (3), presentando una estación de suministro de tensión (10), conectada a una red de tensión y un cable de suministro de tensión (11) con enchufe de carga (6), estando conectado el enchufe de carga (6) para llevar a cabo un proceso de carga, con el vehículo eléctrico (2), caracterizada por que en el enchufe de carga (6) hay dispuesto un convertidor de tensión (9) para la conversión de una tensión de suministro CC (Uv) puesta a disposición por la estación de suministro de tensión (10), en una tensión de carga CC (Ul) más reducida en relación con ella, que llega al vehículo eléctrico (2), siendo la tensión de suministro (UV) mayor a 900 V y que la tensión de carga (UL) es inferior a 0,9 veces la tensión de suministro (Uv).
2. Disposición de carga (1) según la reivindicación 1, caracterizada por que hay dispuestos al menos dos, preferentemente tres conductores eléctricos (12) en el cable de suministro de tensión (11) y opcionalmente hay dispuesta al menos una conducción de comunicación (20) en el cable de suministro de tensión (11).
3. Disposición de carga (1) según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que a través del cable de suministro de tensión (11) se transmite una tensión de suministro (Uv) de más de 1.000 V, preferentemente de más de 1.200 V y de manera particularmente preferente de más de 1.400 V.
4. Disposición de carga (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la sección transversal (A12) conductora de corriente de cada conductor eléctrico (12) es en el cable de suministro de tensión (11) inferior a 100 mm2, en particular inferior a 80 mm2, preferentemente inferior a 70 mm2, en particular inferior a 55 mm2.
5. Disposición de carga (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que la función de carga se regula a través del enchufe de carga (6), poniendo a disposición la estación de suministro de tensión (10) la tensión de suministro (UV).
6. Disposición de carga (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que en el enchufe de carga (6) o entre enchufe de carga (6) y la estación de suministro de tensión (10) hay dispuesto un módulo de comunicación (14) inalámbrico.
7. Disposición de carga (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que el convertidor de tensión (9) y/o el módulo de comunicación (14) se alimentan con energía del cable de suministro de tensión (11) y/o que está prevista una fuente de energía (16) separada para ello.
8. Disposición de carga (1) según una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizada por que el módulo de comunicación (14) se comunica con la gestión de carga (5) del vehículo eléctrico (2), en particular por cable, y envía a y/o recibe de éste datos de la estación de suministro de tensión (10) y/o de un servidor (19) y/o el módulo de comunicación (14) regula el proceso de carga.
9. Disposición de carga según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que el enchufe de carga (6) presenta un indicador óptico (15), en particular una pantalla, en el cual se representan informaciones sobre el proceso de carga, la corriente de carga consumida y/o el estado de carga de la batería de tracción (3).
10. Disposición de carga según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada por que el módulo de comunicación (14) supervisa la temperatura del enchufe de carga (6), en particular de los contactos de enchufe (13) del enchufe de carga (6).
11. Disposición de carga según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que hay conectados varios cables de suministro de tensión (11) a una estación de suministro de tensión (10), para cargar al mismo tiempo varios vehículos eléctricos, comunicándose entre sí los módulos de comunicación (14) y regulando una tensión de suministro (Uv) respectivamente disponible en el enchufe de carga (6) como tensión de carga.
12. Disposición de carga (1) según una de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizada por que un conductor eléctrico (12) está configurado por al menos dos ramales de conducción (12a.1, 12a.2), preferentemente más de tres ramales de conducción, en particular seis o más de seis ramales de conducción en el cable de suministro de tensión (11), de manera particularmente preferente todos los conductores eléctricos (12) están configurados por respectivamente al menos dos ramales de conducción (12a.1, 12a.2, 12b.1, 12b.2, 12c.1, 12c.2).
13. Disposición de carga (1) según la reivindicación 12, caracterizada por que los ramales de conducción (12a.1, 12a.2, 12b.1, 12b.2, 12c.1, 12c.2) están dispuestos en la sección transversal del cable de suministro de tensión (11) de forma regular o irregular.
14. Procedimiento para manejar una disposición de carga con las características de al menos la reivindicación 1, caracterizado por que una tensión de suministro (Uv) se convierte en una tensión de carga (Ul) menor en relación con ella, en un convertidor de tensión (9) en el enchufe de carga (6).
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