ES2934332T3 - Sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera y procedimiento de control de la misma - Google Patents
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Abstract
Un sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera incluye una unidad de control del sistema (20) y una pluralidad de módulos de carga (10, 10'). Los módulos de carga (10, 10') están conectados eléctricamente en paralelo y reciben una fuente de alimentación de entrada (Vin). Cada módulo de carga (10, 10') incluye una unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12'), una unidad de conversión de energía (11, 11') y una unidad de control del módulo de carga (13, 13'). Cuando los módulos de carga (10, 10') entran en estado de espera, la unidad de control del sistema (20) produce señales de control auxiliares y las unidades de control de los módulos de carga (13, 13') producen señales de control principales para controlar correspondientemente las unidades de alimentación auxiliares (12, 12') para dejar de dar salida a una potencia auxiliar (Va). Respectivamente, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera y procedimiento de control de la misma ANTECEDENTES
Campo técnico
La presente descripción se refiere a un sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera y un procedimiento para controlar la misma.
Descripción de la técnica relacionada
Lo expuesto en esta sección únicamente proporciona información de antecedentes relacionada con la presente divulgación y no constituye necesariamente la técnica anterior.
En los últimos años, con el aumento de la conciencia sobre el ahorro de energía y la promoción de políticas de energía verde por parte del gobierno y la industria privada, las tecnologías relacionadas de vehículos eléctricos (VE) y estaciones de carga han recibido gradualmente atención y desarrollo. En respuesta a la creciente popularidad de los vehículos eléctricos, también ha aumentado la demanda de estaciones de carga de vehículos eléctricos. Por lo tanto, también es necesario aumentar la demanda y la dependencia de la energía de la red.
A diferencia de la operación continua a largo plazo del sistema de energía general, la estación de carga de vehículos eléctricos proporciona una fuente de energía intermitente. Dado que el tiempo de carga del vehículo eléctrico agotado es incierto, el tiempo de carga de la estación de carga de los vehículos eléctricos es significativamente diferente entre los momentos pico y fuera de pico. Por ejemplo, la tasa de uso de los vehículos eléctricos de carga puede ser menor en la etapa inicial de construcción de la estación de carga y/o durante la noche (especialmente la medianoche). Por lo tanto, lo más importante es cómo reducir el consumo de energía en espera de la estación de carga durante el tiempo no disponible, como la etapa inicial de construcción de la estación de carga y/o durante la noche (especialmente la medianoche) para reducir el consumo de energía, ahorrar costos de operación y reducir la carga de la red eléctrica. Se hace referencia a la FIG. 1, que muestra un diagrama de circuito de bloques de un sistema de conversión de energía de la técnica relacionada. El sistema de conversión de energía se utiliza para cargar vehículos eléctricos para reducir el consumo de energía en espera. El sistema de conversión de energía incluye una parte de conversión de energía principal y una parte de control del sistema. La parte de conversión de energía principal incluye al menos un módulo de conversión de energía Mpc1-Mpcn que está conectado en paralelo entre sí. La parte de control del sistema se implementa mediante una unidad de control principal Ctr para controlar el sistema de conversión de energía. Con el fin de reducir el consumo de energía en espera del sistema de conversión de energía, el sistema de conversión de energía incluye además un interruptor principal Sws. El interruptor principal Sws está conectado eléctricamente entre el al menos un módulo de conversión de energía Mpc1-Mpcn y una fuente de energía de entrada Vin. Cuando la unidad de control principal Ctr detecta que el sistema de conversión de energía está en estado de espera, es decir, ningún vehículo eléctrico se carga según una fuente de energía de salida Vout, como un voltaje de salida o una corriente de salida, la unidad de control principal Ctr emite una señal de control de interruptor Sew para apagar el interruptor principal Sws.
Para estaciones de carga de 50-kW, 150-kW, o 300-kW de vehículos eléctricos, sin embargo, su corriente de entrada es bastante considerable, normalmente hasta varios cientos de amperios. Por lo tanto, el uso del interruptor principal Sws para controlar la conexión o desconexión de la ruta de energía principal aumenta el consumo de energía de la operación de carga, así como aumenta los costos del sistema.
Además, todo el al menos un módulo de conversión de energía Mpc1-Mpcn se enciende o apaga simultáneamente mediante el control del interruptor principal Sws, lo que es desventajoso para la aplicación flexible del sistema de conversión de energía. Además, todo el al menos un módulo de conversión de energía Mpc1-Mpcn se enciende simultáneamente en la operación de corriente de salida no nominal, reduciendo así significativamente la eficiencia de operación general del sistema de conversión de energía.
El documento US 2004/130292 A1 describe un sistema de carga según el preámbulo de la reivindicación 1, utilizado para cargar simultáneamente las baterías de una pluralidad de vehículos alimentados por batería. El sistema de carga incluye uno o más convertidores de energía CD-CD que tienen uno o más puertos de carga configurados para conectarse a las baterías. Cada uno de los convertidores de energía CD-CD está configurado para conectarse selectivamente a más de un puerto de carga para proporcionar selectivamente niveles de energía de puerto más altos.
Los convertidores de energía CD-CD se conectan a un rectificador de CA a través de un bus de CD. El rectificador de CA se conecta a una fuente de energía de CA que tiene una energía nominal limitada. El sistema de carga de CA también tiene un controlador que controla el funcionamiento de los convertidores de energía CD-CD de modo que la energía total consumida en el rectificador de CA no exceda la energía nominal. El sistema está configurado adicionalmente de modo que los convertidores de energía CD-CD pueden drenar las baterías seleccionadas para obtener energía para cargar otras baterías, permitiendo así que las baterías se reciclen.
Sin embargo, no se divulga una ruta de energía principal que tiene un interruptor de ruta principal y una ruta de energía auxiliar que tiene una resistencia limitadora de corriente. Además, la señal de control de energía principal no se proporciona para apagar el interruptor de ruta principal y la señal de control de energía auxiliar no se proporciona para desactivar la unidad de suministro de energía auxiliar para detener la salida de la energía auxiliar.
El documento US 2017/099047 A1 describe un sistema electrónico conectado eléctricamente a una energía de corriente alterna (AC) y que comprende un interruptor y un dispositivo de conversión de energía paralelo. El dispositivo de conversión de energía paralelo incluye un primer módulo de conversión de energía, un segundo módulo de conversión de energía y un controlador. El primer módulo de conversión de energía está conectado eléctricamente a la fuente de energía de CA y al interruptor, el segundo módulo de conversión de energía está conectado eléctricamente a la fuente de energía de CA, y el controlador está conectado eléctricamente al segundo módulo de conversión de energía. Cuando una corriente emitida desde el primer módulo de conversión de energía es menor que un valor específico, el controlador hace que el segundo módulo de conversión de energía funcione en un modo de suspensión para detener la salida de corriente y reducir el nivel de voltaje de salida.
El documento EP 2912749 A2 describe un cargador de batería híbrido que comprende un circuito de carga de batería lineal para proporcionar corriente de arranque del vehículo y carga de batería y un circuito de carga de batería de alta frecuencia que proporciona corriente de carga de batería. El circuito de carga de batería lineal y los circuitos de carga de batería de alta frecuencia están habilitados selectivamente para proporcionar corriente de arranque del vehículo, corriente de carga máxima y eficiencia óptima.
RESUMEN
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera para resolver los problemas de no reducir el consumo de energía en espera y el control flexible del sistema de energía de carga. Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un procedimiento para controlar dicho sistema de energía de carga adecuadamente.
Este problema se resuelve mediante un sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera y un procedimiento de control como se reivindica en la reivindicación 1 y la reivindicación 9, respectivamente. Las realizaciones ventajosas adicionales son la materia objeto de las reivindicaciones dependientes.
Por consiguiente, el sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera se proporciona para reducir el consumo de energía en espera, aumentar la eficiencia de funcionamiento general del sistema de energía de carga y controlar de manera flexible el sistema de energía de carga.
Además, el procedimiento para controlar el sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera se proporciona para reducir el consumo de energía en espera, aumentar la eficiencia de funcionamiento general del sistema de energía de carga y controlar de forma flexible el sistema de energía de carga.
Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son ejemplares y pretenden explicar en mayor medida la presente divulgación tal como está reivindicada. Otras ventajas y características de la presente divulgación resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción, dibujos y reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La presente descripción se puede entender más completamente al leer la siguiente descripción detallada de la realización, en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos como sigue:
La FIG. 1 es un diagrama de circuito de bloques de un sistema de conversión de energía según la técnica anterior relacionada.
La FIG. 2 es un diagrama de bloques de un sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera según la presente descripción.
La FIG. 3 es un diagrama de circuito en bloques de un módulo de carga según una primera realización de la presente descripción.
La FIG.4 es un diagrama de circuito en bloques del módulo de carga según una segunda realización de la presente descripción.
La FIG. 5 es un diagrama de temporización esquemático del control del módulo de carga según la primera realización de la presente descripción.
La FIG. 6 es un diagrama de temporización esquemático del control del módulo de carga según la segunda realización de la presente descripción.
La FIG. 7 es un diagrama de flujo de un procedimiento para controlar el sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera según la primera realización de la presente descripción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
A continuación se hará referencia a las figuras de los dibujos para describir la presente divulgación en detalle. Se entenderá que las figuras de los dibujos y las realizaciones ejemplificadas de la presente divulgación no se limitan a los detalles de la misma.
Se hace referencia a la FIG. 2, que muestra un diagrama de bloques de un sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera según la presente descripción. Con el fin de resolver los problemas de mayores costos del sistema y mayor consumo de energía, ya que el interruptor principal Sws (que se muestra en la FIG. 1) se usa adicionalmente para encender y apagar la ruta de suministro de energía principal, un sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera (en lo sucesivo denominado "sistema de energía de carga") sin usar un interruptor principal corriente arriba o un interruptor conectado externamente, a saber, el interruptor principal Sws que se muestra en la FIG. 1, se propone para reducir los costos del sistema de energía de carga y aumentar la eficiencia operativa general del sistema de energía de carga.
En una realización, el sistema de energía de carga 100 que se muestra en la FIG.. 2 puede ser una estación de carga para cargar vehículos eléctricos. El sistema de energía de carga 100 incluye una pluralidad de módulos de carga 10 y una unidad de control del sistema 20. Los módulos de carga 10 están conectados en paralelo entre sí, y un lado de entrada de cada módulo de carga 10 recibe directamente una energía de entrada Vin de una fuente de energía de entrada. La energía de entrada Vin puede ser una energía de entrada de CD o una energía de entrada de CA. La unidad de control del sistema 20 está acoplada de manera correspondiente a cada uno de los módulos de carga 10, y la unidad de control del sistema 20 puede producir una única señal de control de energía auxiliar para controlar de forma sincronizada cada uno de los módulos de carga 10, o puede producir una pluralidad de señales de control de energía auxiliar Ssa1-Ssan para, respectivamente y de manera correspondiente, controlar los módulos de carga 10 (como se muestra en la FIG. 2) para controlar la energía auxiliar dentro del módulo de carga 10, por ejemplo, para desconectar la energía de suministro cuando el módulo de carga 10 entra en una condición de espera, y para activar el módulo de carga 10 cuando el módulo de carga 10 está en la condición de espera. Las descripciones detalladas se realizarán a continuación con referencia a las figuras.
Se hace referencia a la FIG. 3 es un diagrama de circuito en bloques de un módulo de carga según una primera realización de la presente descripción. El módulo de carga 10 incluye una ruta de energía principal, una unidad de conversión de energía 11, una ruta de energía auxiliar, una unidad de suministro de energía auxiliar 12 y una unidad de control del módulo de carga 13. La ruta de energía principal está conectada a la fuente de energía de entrada Vin, y la unidad de conversión de energía 11 está conectada a la fuente de energía de entrada Vin a través de la ruta de energía principal, es decir, la ruta de energía principal proporciona una ruta entre la fuente de energía de entrada Vin y la unidad de conversión de energía 11.
En una realización, la unidad de conversión de energía 11 puede ser un convertidor de CA a CD, que incluye un transformador, componentes de interruptor y componentes eléctricos activos y pasivos, para convertir la energía de entrada Vin de CA de la fuente de energía de entrada Vin en la energía de salida Vout de CD. En otra realización, la unidad de conversión de energía 11 puede ser un convertidor de CD a CD, que incluye un transformador, componentes de interruptor y componentes eléctricos activos y pasivos, para convertir la energía de entrada Vin de CD de la fuente de energía de entrada Vin en la energía de salida Vout de CD..
La unidad de suministro de energía auxiliar 12, tal como un convertidor flyback, se utiliza para proporcionar una energía auxiliar Va, tal como voltaje de CD de 12 voltios, 5 voltios o 3,3 voltios para suministrar la energía requerida a los componentes eléctricos dentro del módulo de carga 10. Por ejemplo, la energía auxiliar Va suministrada desde la unidad de suministro de energía auxiliar 12 suministra la energía requerida a la unidad de conversión de energía 11 y la unidad de control del módulo de carga 13, u otros circuitos dentro de los módulos de carga 10, tales como el circuito de conversión de energía, circuito de retroalimentación, circuito de comunicación, circuito de medición, etc.
La ruta de energía auxiliar está conectada a la fuente de energía de entrada Vin, y la unidad de suministro de energía auxiliar 12 está conectada a la fuente de energía de entrada Vina través de la ruta de energía auxiliar, es decir, la ruta de energía auxiliar proporciona una ruta entre la fuente de energía de entrada Vin y la unidad de suministro de energía auxiliar 12.
Diferente de la unidad de control del sistema 20 que se muestra en la FIG. 2 utilizado como el control del sistema de energía de carga, la unidad de control del módulo de carga 13 está dispuesta dentro de los módulos de carga 10, y la unidad de control del módulo de carga 13 está conectada a la unidad de suministro de energía auxiliar 12 para proporcionar una señal de control de energía principal Ssm.
Más específicamente, las señales de control de energía auxiliar Ssa1-Ssan proporcionadas desde la unidad de control del sistema 20 controlan correspondientemente para encender (conectar) o apagar (desconectar) las rutas de energía auxiliar. Como se muestra en la FIG. 3, la señal de control de energía auxiliar Ssa se proporciona desde la unidad de control del sistema 20 y es recibida por los módulos de carga 10 para encender (conectar) o apagar (desconectar) la ruta de energía auxiliar del módulo de carga 10. Para los módulos de carga 10, la señal de control de energía auxiliar Ssa proporcionada desde la unidad de control del sistema 20 es una señal de control externa para controlar un interruptor de ruta auxiliar Sa dispuesto dentro de los módulos de carga 10, la descripción detallada se realizará a continuación. Además, cada unidad de control de módulo de carga 13 proporciona la señal de control de energía principal Ssm para encender (conectar) o apagar (desconectar) la ruta de energía principal del módulo de carga 10 mediante el control de un interruptor de ruta principal Sm dispuesto dentro de los módulos de carga 10.
En esta realización mostrada en la FIG. 3, la ruta de energía principal proporciona el interruptor de ruta principal Sm y la ruta de energía auxiliar proporciona el interruptor de ruta auxiliar Sa. El interruptor de ruta principal Sm y el interruptor de ruta auxiliar Sa pueden ser, por ejemplo, pero sin limitarse a, relés tales como relés de apertura normal. En esta realización, cada relé del módulo de carga 10 puede controlarse individual y separadamente para proporcionar una función de interruptor mediante el control de las bobinas de excitación del relé del módulo de carga 10 mediante las señales de control de energía auxiliares Ssa1-Ssan y la señal de control de energía principal Ssm.
La ruta de energía auxiliar proporciona además una resistencia limitadora de corriente R con una alta resistencia, también llamada resistencia de derivación. Además, la resistencia limitadora de corriente R se conecta en serie al interruptor de ruta auxiliar Sa para suprimir la corriente de entrada que fluye a través del interruptor de ruta auxiliar Sa cuando el interruptor de ruta auxiliar Sa se enciende instantáneamente. Dado que la corriente de entrada es la gran corriente instantánea consumida por un dispositivo eléctrico en un instante en el tiempo, la corriente de entrada suprimida por la resistencia limitadora de corriente R hace que el relé, a saber, el interruptor de ruta auxiliar Sa con menor capacidad de corriente se utilice para soportar la tensión eléctrica. En otras realizaciones, el interruptor de ruta principal Sm y el interruptor de ruta auxiliar Sa no se limitan a los relés, sino que los interruptores de energía semiconductores, tales como los TRIAC (interruptores semiconductores de CA triodo) que tienen suficiente capacidad de soportar tensiones de voltaje y/o corriente también se pueden utilizar como el interruptor de ruta principal Sm y el interruptor de ruta auxiliar Sa.
Se hace referencia a la FIG. 4 que muestra un diagrama de circuito en bloques del módulo de carga según una segunda realización de la presente descripción. La principal diferencia entre la segunda realización mostrada en la FIG. 4 y la primera realización mostrada en la FIG. 3 es que se usa una unidad de suministro de energía auxiliar 12' en lugar de la unidad de suministro de energía auxiliar 12 para controlar el encendido o apagado de la ruta de energía auxiliar en la primera. Más específicamente, el circuito integrado 121 que forma parte de la unidad de suministro de energía auxiliar 12' recibe la señal de control de energía auxiliar Ssa, y el circuito integrado 121 está controlado por la señal de control de energía auxiliar Ssa emitida desde la unidad de control del sistema 20. Aunque la señal de control de energía auxiliar Ssa parece ser recibida directamente por el circuito integrado 121, un fotoacoplador puede conectarse al circuito integrado 121, y recibir la señal de control de energía auxiliar Ssa y convertir la señal de control de energía auxiliar Ssa en una señal de accionamiento para accionar y controlar el circuito integrado 121 en aplicaciones de circuito prácticas. Por ejemplo, el fotoacoplador recibe la señal de control de energía auxiliar Ssa, que se utiliza para apagar (desconectar) la ruta de energía auxiliar, y convierte la señal de control de energía auxiliar recibida Ssa en una señal de accionamiento desactivada para controlar la unidad de suministro de energía auxiliar 12' para detener la salida de la energía auxiliar, reduciendo así el consumo de energía causado por la energía auxiliar.
En lo sucesivo, la operación y el control de cada módulo de carga 10 que se muestra en la FIG.3 y en la FIG. 4 se describirán en detalle. Se hace referencia a la FIG. 5, que muestra un diagrama de temporización esquemático para controlar el módulo de carga según la primera realización (correspondiente a la FIG. 3) de la presente descripción, y las formas de onda esquemáticas de la energía de entrada Vin, la señal de control de energía auxiliar Ssa, la energía auxiliar Va y la señal de control de energía principal Ssm se muestran de arriba hacia abajo, respectivamente. Para
mayor comodidad y claridad de la explicación, solo se ejemplifica un módulo de carga 10 para la demostración a continuación. En un primer instante de tiempo t1, los módulos de carga 10 reciben la energía de entrada Vin de la fuente de energía de entrada de modo que la fuente de energía de entrada Vin suministra energía a cada módulo de carga 10. En un segundo instante de tiempo t2, la señal de control de energía auxiliar Ssa se cambia de un nivel bajo a un nivel alto para encender (conectar) la ruta de energía auxiliar. Sin embargo, está dentro del alcance de la presente descripción no limitar la forma mencionada anteriormente de transición de señal para encender y/o apagar la ruta de energía auxiliar siempre que pueda lograr el control de la ruta de energía auxiliar.
Correspondiendo a la primera realización que se muestra en la FIG. 3, la señal de control de energía auxiliar Ssa es una de las señales de control de energía auxiliar Ssa1-Ssan. La señal de control de energía auxiliar Ssa se cambia del nivel bajo al nivel alto para encender el interruptor de ruta auxiliar Sa y para conectar la ruta de energía auxiliar, y por lo tanto la unidad de suministro de energía auxiliar 12 se abastece con energía para establecer (proporcionar) la energía auxiliar Va. Por lo tanto, en un tercer instante de tiempo t3, el circuito integrado 121 entrega la energía auxiliar Va para suministrar la energía requerida a la unidad de conversión de energía 11 y la unidad de control del módulo de carga 13, u otros circuitos dentro de los módulos de carga 10, tal como el circuito de conversión de energía, circuito de retroalimentación, circuito de comunicación, circuito de medición, etc.
Cuando el establecimiento de la energía auxiliar Va se completa en un tercer instante de tiempo t3, la unidad de control del módulo de carga 13 puede producir la señal de control de energía principal Ssm ya que la unidad de control del módulo de carga 13 se abastece con energía por la energía auxiliar Va. En esta condición, la unidad de control del módulo de carga 13 puede emitir inmediatamente la señal de control de energía principal Ssm en el tercer instante de tiempo t3 (cuando se establece la energía auxiliar Va) o la unidad de control del módulo de carga 13 puede emitir la señal de control de energía principal Ssm en un cuarto instante de tiempo t4 como se muestra en la FIG. 5. Más específicamente, después de que la unidad de control del módulo de carga 13 se abastece con energía por la energía auxiliar Va, se detecta el módulo de carga 10 para determinar si la ruta de energía principal debe ser encendida. Después de asegurar que el módulo de carga 10 se puede operar normalmente, la señal de control de energía principal Ssm se emite desde la unidad de control del módulo de carga 13 en el cuarto instante de tiempo t4 para encender (conectar) la ruta de energía principal, y la fuente de energía de entrada Vin se proporciona a la unidad de conversión de energía 11 de modo que la unidad de conversión de energía 11 convierta la fuente de energía de entrada Vin en la fuente de energía de salida Vout para proporcionar la energía de carga requerida, tal como corriente de carga para cargar los vehículos eléctricos.
Debido a la conexión de la ruta de energía principal, la fuente de energía de entrada Vin puede suministrar energía a la unidad de suministro de energía auxiliar 12 a través de la ruta de energía principal para mantener que la unidad de suministro de energía auxiliar 12 se abastezca con energía. En esta condición, es posible que la unidad de suministro de energía auxiliar 12 no necesite abastecerse con energía a través de la ruta de energía auxiliar y, por lo tanto, la ruta de energía auxiliar se puede apagar (desconectar). Como se muestra en la FIG. 5, la señal de control de energía auxiliar Ssa producida a partir de la unidad de control del sistema 20 (que se muestra en la FIG. 2) se cambia del nivel alto al nivel bajo en un quinto instante de tiempo t5 (como se muestra por una línea continua) para desconectar externamente la ruta de energía auxiliar del módulo de carga
10. En otra realización, la señal de control de energía auxiliar Ssa se puede mantener en el nivel alto en el quinto instante de tiempo t5 (como se muestra mediante una línea de puntos) sin desconectar la ruta de energía auxiliar hasta un séptimo instante de tiempo t7, es decir, la señal de control de energía auxiliar Ssa se cambia del nivel alto al nivel bajo en el séptimo instante de tiempo t7. En aplicaciones prácticas, sin embargo, el instante de tiempo para cambiar la señal de control de energía auxiliar Ssa del nivel alto al nivel bajo no está limitado en el quinto instante de tiempo t5 o en el séptimo instante de tiempo t7. En otras palabras, después de que la ruta de energía principal se enciende (se conecta) por la señal de control de energía principal Ssm, la unidad de control del sistema 20 puede controlar la señal de control de energía auxiliar Ssa que se cambiará del nivel alto al nivel bajo, y por lo tanto la ruta de energía auxiliar se desconecta.
Por lo tanto, la fuente de energía de entrada Vin puede suministrar energía a la unidad de suministro de energía auxiliar 12 a través de la ruta de energía principal de modo que la unidad de suministro de energía auxiliar 12 emita continuamente la energía auxiliar Va para suministrar la energía requerida a los componentes eléctricos dentro del módulo de carga 10, manteniendo así el funcionamiento normal de la unidad de conversión de energía 11 y la unidad de control del módulo de carga 13, u otros circuitos dentro de los módulos de carga 10, tales como el circuito de conversión de energía, el circuito de retroalimentación, el circuito de comunicación, el circuito de medición, etc.
Como se muestra en la FIG. 5, el funcionamiento del módulo de carga 10 se describe en detalle cuando la fuente de energía de entrada Vin es anormal o se interrumpe. Se asume que la fuente de energía de entrada Vin no puede suministrar energía en un sexto instante de tiempo t6. En esta condición, la unidad de suministro de energía auxiliar
12 puede seguir siendo energía de suministro debido al almacenamiento de energía del efecto de almacenamiento de energía de capacitancia (carga de energía) dentro del módulo de carga 10. Hasta que la energía de capacitancia se libere por completo en un séptimo instante de tiempo t7, la unidad de suministro de energía auxiliar 12 no produce la energía auxiliar Va. En esta condición, dado que la unidad de control del módulo de carga 13 no se abastece con energía por la energía auxiliar Va, la señal de control de energía principal Ssm se cambia del nivel alto al nivel bajo para apagar (desconectar) la ruta de energía principal.
Si la fuente de energía de entrada Vin normalmente suministra energía continuamente, es decir, la fuente de energía de entrada Vin todavía está en el nivel alto en y después del sexto instante de tiempo t6. Se hace referencia a la FIG.
3, dado que la eliminación del interruptor principal corriente arriba o el interruptor conectado externamente en el sistema de energía de carga, el interruptor de ruta auxiliar Sa se puede apagar mediante la señal de control de energía auxiliar Ssa producida desde la unidad de control del sistema 20, y el interruptor de la ruta principal Sm se puede apagar mediante la señal de control de energía principal Ssm producida desde la unidad de control del módulo de carga 13 cuando se detecta que el módulo de carga 10 entra en la condición de espera (o una condición de suspensión, una condición de inactividad). En esta condición, la unidad de suministro de energía auxiliar 12 no recibe la fuente de energía de entrada Vin a través de la ruta de energía auxiliar y la ruta de energía principal. En consecuencia, la unidad de suministro de energía auxiliar 12 deja de suministrar la energía auxiliar Va para reducir significativamente el consumo de energía en espera causado por la energía auxiliar Va. Por consiguiente, el módulo de carga 10 entra en la condición de espera después del séptimo instante de tiempo t7 como se muestra en la FIG. 5.
Dado que el interruptor de ruta auxiliar Sa y el interruptor de ruta principal Sm están apagados para lograr el propósito de reducir el consumo de energía en espera causado por la energía auxiliar Va mientras el módulo de carga 10 entra en la condición de espera, la señal de control de energía auxiliar Ssa emitida desde la unidad de control del sistema 20 y la señal de control de energía principal Ssm emitida desde la unidad de control del módulo de carga 13 se pueden usar para apagar respectivamente el interruptor de ruta auxiliar Sa y el interruptor de ruta principal Sm para reducir el consumo de energía en espera sin importar que el interruptor de ruta auxiliar Sa sea apagado temprano o el interruptor de ruta principal Sm sea apagado temprano, o el interruptor de ruta auxiliar Sa y el interruptor de ruta principal Sm sean apagados simultáneamente. Por lo tanto, la secuencia de apagar el interruptor de ruta auxiliar Sa y el interruptor de ruta principal Sm no se limita a la FIG. 5.
Consulte la FIG. 6, que muestra un diagrama de temporización esquemático del control del módulo de carga según la segunda realización de la presente descripción. La realización mostrada en la FIG. 6 corresponde a la realización que se muestra en la FIG. 4. En esta realización mostrada en la FIG. 4, la señal de control de energía auxiliar Ssa es una de las señales de control de energía auxiliar Ssa1-Ssan emitidas desde la unidad de control del sistema 20. La señal de control de energía auxiliar Ssa se cambia del nivel bajo al nivel alto, y el fotoacoplador recibe la señal de control de energía auxiliar Ssa, que se utiliza para encender (conectar) la ruta de energía auxiliar y convierte la señal de control de energía auxiliar recibida Ssa en una señal de activación para controlar la unidad de suministro de energía auxiliar 12 para generar la energía auxiliar Va.
En comparación con la FIG. 6 (correspondiente a la FIG. 4 y la FIG. 5 (correspondiente a la FIG. 3), la descripción detallada de las operaciones antes del cuarto instante de tiempo t4 se omite aquí por concisión ya que la fuente de energía de entrada Vin se activa en el primer instante de tiempo t1, la ruta de energía auxiliar se conecta en el segundo instante de tiempo t2, la energía auxiliar Va se establece en el tercer instante de tiempo t3, y la ruta de energía principal se conecta en el cuarto instante de tiempo t4 que son los mismos entre la FIG. 6 y la FIG. 5.
En esta realización mostrada en la FIG. 4 y la FIG. 6, la señal de control de energía auxiliar Ssa producida a partir de la unidad de control del sistema 20 se mantiene continuamente en el nivel alto después del quinto instante de tiempo t5 ya que ningún interruptor de ruta auxiliar Sa está conectado en serie a la resistencia limitadora de corriente R. Por lo tanto, la unidad de suministro de energía auxiliar 12' se controla para producir continuamente la energía auxiliar Va para suministrar energía a la unidad de control del módulo de carga 13' de modo que la unidad de control del módulo de carga 13' pueda emitir la señal de control de energía principal Ssm para encender la ruta de energía principal.
Se asume que la fuente de energía de entrada Vin es anormal o no suministra energía en el sexto instante de tiempo t6. En esta condición, la unidad de suministro de energía auxiliar 12' puede seguir siendo energía de suministro debido al almacenamiento de energía del efecto de almacenamiento de energía de capacitancia (carga de energía) dentro del módulo de carga 10'. Hasta que la energía de capacitancia se libere por completo en un séptimo instante de tiempo t7, la unidad de suministro de energía auxiliar 12' no produce la energía auxiliar Va. En esta condición, dado que la unidad de control del módulo de carga 13' no se alimenta con la energía auxiliar Va, la señal de control de energía principal Ssm se cambia del nivel alto al nivel bajo para apagar (desconectar) la ruta de energía principal.
Si la fuente de energía de entrada Vin normalmente suministra energía de forma continua, es decir, la fuente de
energía de entrada Vin todavía está en el nivel alto en y después del sexto instante de tiempo t6 que se muestra en la FIG. 6. Se hace referencia a la FIG. 4, dado que la eliminación del interruptor principal corriente arriba o el interruptor conectado externamente en el sistema de energía de carga, el circuito integrado 121 se puede desactivar mediante la señal de control de energía auxiliar Ssa producida desde la unidad de control del sistema 20, y el interruptor de ruta principal Sm se puede apagar mediante la señal de control de energía principal Ssm producida desde la unidad de control del módulo de carga 13' cuando se detecta que el módulo de carga 10 entra en la condición de espera (o la condición de reposo, la condición de inactividad). En esta condición, la unidad de suministro de energía auxiliar 12' no recibe la fuente de energía de entrada Vin a través de la ruta de energía principal y el circuito integrado 121 se desactiva directamente. En consecuencia, la unidad de suministro de energía auxiliar 12' deja de emitir la energía auxiliar Va para reducir significativamente el consumo de energía en espera causado por la energía auxiliar Va. En consecuencia, el módulo de carga 10 entra en la condición de espera después del séptimo instante de tiempo t7, como se muestra en la FIG. 5.
Dado que el interruptor de ruta principal Sm se apaga y el circuito integrado 121 se desactiva para lograr el propósito de reducir el consumo de energía en espera causado por la energía auxiliar Va mientras el módulo de carga 10 entra en la condición de espera, la señal de control de energía auxiliar Ssa emitida desde la unidad de control del sistema 20 y la señal de control de energía principal Ssm emitida desde la unidad de control del módulo de carga 13' se puede utilizar para desactivar el circuito integrado 121 y apagar el interruptor de ruta principal Sm para reducir el consumo de energía en espera sin importar qué el circuito integrado 121 se desactive mientras se apaga el interruptor de ruta principal Sm o después de apagar el interruptor de ruta principal Sm. Por lo tanto, la secuencia de apagar el interruptor de ruta principal Sm y desactivar el circuito integrado 121 no se limita a la FIG. 6.
La aplicación flexible de una pluralidad de módulos de carga 10 se describirá a continuación. Por ejemplo, se asume que el sistema de energía de carga 100 incluye diez módulos de carga 10, y una corriente de salida nominal de cada módulo de carga 10 es 10 amperios. Además, el vehículo eléctrico debe cargarse a 20 amperios. Por lo tanto, se controlan dos módulos de carga 10 para emitir respectivamente la corriente de salida nominal (10 amperios) para cargar el vehículo eléctrico. Dado que los dos módulos de carga 10 se operan en la condición de carga completa para generar la corriente de salida nominal, los dos módulos de carga 10 se pueden mantener en la operación de alta eficiencia. Por otra parte, los ocho módulos de carga restantes 10 se controlan en la condición de espera o en la condición de suspensión. Por consiguiente, se puede optimizar la eficiencia de funcionamiento general del sistema de energía de carga 100.
Por el contrario, si se utiliza el interruptor principal corriente arriba o el interruptor conectado externamente, los diez módulos de carga cargarían o no cargarían simultáneamente el vehículo eléctrico encendiendo o apagando el interruptor principal corriente arriba. Cuando se enciende el interruptor principal corriente arriba, los diez módulos de carga se controlan para emitir respectivamente corriente de dos amperios para cargar el vehículo eléctrico. En esta condición, todos los módulos de carga no funcionan a la corriente de salida nominal (en este ejemplo, solo funcionan al 20 % de la corriente de salida nominal), y la eficiencia de funcionamiento general del sistema de energía de carga 100 se reducirá significativamente.
En resumen, el sistema de energía de carga 100 puede activarse de manera flexible para suministrar energía al módulo de carga 10 o desactivarse para hacer que el módulo de carga 10 se encuentre en estado de espera o suspensión según la demanda actual de carga del vehículo eléctrico. Por consiguiente, los módulos de carga operados 10 proporcionan la corriente de salida nominal de alta eficiencia, y los módulos de carga restantes 10 (innecesarios) se controlan en la condición de espera o suspensión para controlar la unidad de suministro de energía auxiliar 12 para detener la salida de la energía auxiliar Va y hacer que se optimice la eficiencia de funcionamiento general del sistema de energía de carga 100.
Consulte la FIG. 7, que muestra un diagrama de flujo de un procedimiento para controlar el sistema de energía de carga con bajo consumo de energía en espera según la primera realización de la presente descripción. La primera realización corresponde a la realización que se muestra en la FIG. 5, y la descripción detallada de esta se puede combinar con referencia a la FIG. 5 y su contexto correspondiente. El procedimiento de control incluye las etapas de la siguiente manera. En primer lugar, una pluralidad de módulos de carga del sistema de energía de carga recibe una fuente de energía de entrada (S11), y la fuente de energía de entrada puede ser una fuente de energía de entrada de CD o una fuente de energía de entrada de CA. La etapa (S11) corresponde al primer instante de tiempo t1 que se muestra en la FIG. 5. Después, se enciende (se conecta) una ruta de energía auxiliar del módulo de carga para activar una unidad de suministro de energía auxiliar del módulo de carga para generar una energía auxiliar (S12). La etapa (S12) corresponde al segundo instante de tiempo t2 y al tercer instante de tiempo t3 que se muestra en la FIG. 5.
Después, una ruta de energía principal del módulo de carga se enciende (se conecta) para activar una unidad de conversión de energía del módulo de carga para convertir la fuente de energía de entrada en una fuente de energía
de salida para proporcionar una energía de carga (S13). La etapa (S13) corresponde al cuarto instante de tiempo t4 que se muestra en la FIG. 5. Posteriormente, cuando el módulo de carga entra en estado de espera, la unidad de suministro de energía auxiliar se desactiva para detener la salida de la energía auxiliar (S14). La etapa (S14) corresponde al séptimo instante de tiempo t7 que se muestra en la FIG. 5 y en la FIG. 6. En consecuencia, la unidad de suministro de energía auxiliar deja de emitir la energía auxiliar para reducir significativamente el consumo de energía en espera causado por la energía auxiliar después de que el módulo de carga ingresa en la condición de espera.
En conclusión, la presente divulgación tiene las siguientes características y ventajas:
1. La resistencia limitadora de corriente con alta resistencia se utiliza para suprimir la gran corriente de entrada instantánea ya que el interruptor de ruta auxiliar se enciende instantáneamente.
2. El módulo de carga se controla para entrar en la condición de espera para desconectar la energía auxiliar desconectando la ruta de energía principal y desconectando la ruta de energía auxiliar o deshabilitando el circuito integrado que forma parte de la unidad de suministro de energía auxiliar, reduciendo así significativamente el consumo de energía en espera causado por la energía auxiliar y aumentando la eficiencia general del sistema de energía de carga.
Claims (14)
1. Un sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera, que comprende: una unidad de control del sistema (20) configurada para producir al menos una señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan); y
una pluralidad de módulos de carga (10, 10') conectados en paralelo y entre sí, y que tienen una entrada configurada para recibir una energía de entrada (Vin) de una fuente de energía de entrada; cada módulo de carga (10, 10') comprende:
una ruta de energía auxiliar y una unidad de suministro de energía auxiliar (12,12') conectada a la entrada a través de dicha ruta de energía auxiliar, y configurada para producir una energía auxiliar (Va) para suministrar la energía requerida a componentes eléctricos dentro del módulo de carga (10, 10');
una ruta de energía principal y una unidad de conversión de energía (11,11') conectada a la entrada a través de dicha ruta de energía principal, y configurada para recibir la energía auxiliar (Va); y una unidad de control del módulo de carga (13,13') conectada a la unidad de suministro de energía auxiliar (12,12'), y configurada para recibir la energía auxiliar (Va) y producir una señal de control de energía principal (Ssm);
caracterizados porque, en cada módulo de carga (10, 10'):
la ruta de energía auxiliar tiene una resistencia limitadora de corriente (R) y la ruta de energía principal tiene un interruptor de ruta principal (Sm), donde
la resistencia limitadora de corriente (R) está dispuesta en paralelo al interruptor de ruta principal (Sm) de la ruta de energía principal, y
el interruptor de ruta principal (Sm) está configurado para recibir la señal de control de energía principal (Ssm) para hacer que la unidad de conversión de energía (11, 11') convierta la energía de entrada (Vin) en una energía de salida (Vout), donde cada módulo de carga (10,10') está configurado de modo que cuando el módulo de carga (10,10') entra en estado de espera en el que no se carga ningún vehículo eléctrico, la señal de control de energía principal (Ssm) apaga el interruptor de ruta principal (Sm) y la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan) desactiva la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') para detener la salida de energía auxiliar (Va).
2. El sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 1, donde la ruta de energía auxiliar proporciona un interruptor de ruta auxiliar (Sa) configurado para recibir la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan), para hacer que la unidad de suministro de energía auxiliar (12,12') produzca la energía auxiliar (Va).
3. El sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 2, configurado de modo que, cuando el módulo de carga (10, 10') entra en la condición de espera en la que no se carga ningún vehículo eléctrico, la señal de control de energía auxiliar (Ssa1 -Ssan) apaga el interruptor de ruta auxiliar (Sa) para desconectar la ruta de energía auxiliar y la señal de control de energía principal (Ssm) apaga el interruptor de ruta principal (Sm) para desconectar la ruta de energía principal, de modo que la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') deje de suministrar la energía auxiliar (Va).
4. El sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 1, donde cada unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') comprende, además, un circuito integrado (121) configurado para recibir la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan) para controlar la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12'), para emitir la energía auxiliar (Va) mediante la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan).
5. El sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 4, configurado de modo que, cuando el módulo de carga (10, 10') entra en la condición de espera en la que no se carga ningún vehículo eléctrico, la señal de control de energía auxiliar (Ssa1 -Ssan) desactiva el circuito integrado (121), y la señal de control de energía principal (Ssm) apaga el interruptor de ruta principal (Sm) para desconectar la ruta de energía principal, de modo que la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') deje de emitir la energía auxiliar (Va).
6. El sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 2, donde la resistencia limitadora de corriente (R) está conectada en serie al interruptor de ruta auxiliar (Sa).
7. El sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 2, donde el interruptor de ruta principal (Sm) y el interruptor de ruta auxiliar (Sa) son relés o interruptores de energía
semiconductores.
8. El sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el interruptor de ruta principal (Sm) es un relé o un interruptor de energía semiconductor.
9. Un procedimiento para controlar un sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera, donde el sistema de energía de carga (100) comprende una pluralidad de módulos de carga (10, 10') conectados en paralelo y entre sí, y conectados a una fuente de energía de entrada, y cada módulo de carga (10, 10') comprende una unidad de conversión de energía (11, 11') conectada a la fuente de energía de entrada a través de una ruta de energía principal, una unidad de suministro de energía auxiliar (12,12') conectada a la fuente de energía de entrada a través de una ruta de energía auxiliar, y una unidad de control del módulo de carga (13, 13') conectada a la unidad de suministro de energía auxiliar (12,12'), donde la ruta de energía auxiliar tiene una resistencia limitadora de corriente (R) y la ruta de energía principal tiene un interruptor de ruta principal (Sm), y la resistencia limitadora de corriente (R) está dispuesta en paralelo al interruptor de ruta principal (Sm) de la ruta de energía principal, donde dicho procedimiento comprende las etapas de:
(a) recibir una energía de entrada (Vin) por cada módulo de carga (10, 10');
(b) encender la ruta de energía auxiliar para que la unidad de suministro de energía auxiliar (12,12') genere una energía auxiliar (Va) para suministrar la energía requerida a los componentes eléctricos dentro del módulo de carga (10,10'), para suministrar energía a la unidad de control del módulo de carga (13, 13') y la unidad de conversión de energía (11, 11');
(c) encender la ruta de energía principal de cada módulo de carga (10,10') para hacer que la unidad de conversión de energía (11, 11') convierta la energía de entrada (Vin) en una energía de salida (Vout); y
(d) controlar la parada de salida de la energía auxiliar (Va) apagando el interruptor de la ruta principal (Sm) y desactivando la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') cuando el módulo de carga (10,10') entre en estado de espera en el que no se cargue ningún vehículo eléctrico.
10. El procedimiento para controlar el sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 9, donde la ruta de energía auxiliar proporciona un interruptor de ruta auxiliar (Sa) y el interruptor de ruta auxiliar (Sa) recibe la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan) para hacer que la unidad de suministro de energía auxiliar (12,12') produzca la energía auxiliar (Va), y donde el interruptor de ruta principal (Sm) recibe la señal de control de energía principal (Ssm) para hacer que la unidad de conversión de energía (11,11') convierta la energía de entrada (Vin) en la energía de salida (Vout).
11. El procedimiento para controlar el sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 10, donde, cuando el módulo de carga (10, 10') entra en la condición de espera en la que no se carga ningún vehículo eléctrico, la señal de control de energía auxiliar (Ssa1 -Ssan) apaga el interruptor de ruta auxiliar (Sa) para desconectar la ruta de energía auxiliar y la señal de control de energía principal (Ssm) apaga el interruptor de ruta principal (Sm) para desconectar la ruta de energía principal, de modo que la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') deje de emitir la energía auxiliar (Va).
12. El procedimiento para controlar el sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 9, donde cada unidad de suministro de energía auxiliar (12,12') comprende, además, un circuito integrado (121) que recibe la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan) para controlar la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') para emitir la energía auxiliar (Va) mediante la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan).
13. El procedimiento para controlar el sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 12, donde, cuando el módulo de carga (10, 10') entra en la condición de espera en la que no se carga ningún vehículo eléctrico, la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan) desactiva el circuito integrado (121), y la señal de control de energía principal (Ssm) apaga el interruptor de ruta principal (Sm) para desconectar la ruta de energía principal, de modo que la unidad de suministro de energía auxiliar (12, 12') deje de emitir la energía auxiliar (Va).
14. El procedimiento para controlar el sistema de energía de carga (100) con bajo consumo de energía en espera según la reivindicación 10 o la reivindicación 12, donde el sistema de energía de carga (100) comprende, además, una unidad de control del sistema (20), donde la unidad de control del sistema (20) produce la señal de control de energía auxiliar (Ssa1-Ssan) y la unidad de control del módulo de carga (13,13') produce la señal de control de energía principal (Ssm).
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