Зарядная станция для электрического транспорта
CHARGING STATION FOR ELECTRIC TRANSPORT

Область техники
Изобретение относится к области распределенных энергетических систем на основе возобновляемых источниках энергии для населенных и малонаселенных мест, в частности к системам зарядки гибридного и/или электрического транспорта.
Уровень техники
Известна зарядная станция с солнечными панелями, заявленная в заявке США №№20110015814, включающая солнечные панели для преобразования солнечного света в электроэнергию, силовой регулятор, соединенный с солнечными панелями и сетевыми розетками, адаптированы для подзарядки электрического автомобиля, электрически-контролируемые двери для контроля доступа к розеткам и устройство управления, регулирующее двери и питания в розетку после авторизации пользователя.
Недостатком существующей схемы является отсутствие резервных источников питания на случай отсутствия энергии в сети, а также дефиците солнечной энергии.
Известна мобильная энергетическая система, заявленная в патенте США №US8792227, включающая: множество источников энергии, где по крайней мере один источник энергии является солнечная батарея, множество электронных и телекоммуникационных компонентов, сконфигурированных для получения энергии, генерируемой множеством источников энергии и/или преобразования энергии, генерирующих постоянный ток, распределительную панель, включающую один или несколько устройств защиты от замыкания, заземления, сконфигурированных для предотвращения замыкания менее чем за две сотни миллисекунд, множество аккумуляторных батарей.
Недостатком устройства является отсутствие резервного источника энергии.
Известно устройство для зарядки общественного электротранспорта, заявленное в патенте РФ на полезную модель №155427, включающее корпус, внутри которого размещены блок управления, элемент защитного отключения электроэнергии, блок идентификации пользователя, приемопередающий модуль, соединенный с первым входом-выходом блока управления и с выходом блока идентификации пользователя, и блок подключения нагрузки, отличающиеся тем, что введены трансформатор, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами элемента защитного отключения, выполненного в виде аварийного выключателя, автоматический выключатель, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами трансформатора, реле управления автоматическим выключателем, вход которого соединен с выходом блока управления, а выход соединен с управляющим входом автоматического выключателя, электромагнитный фильтр, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами автоматического выключателя, а выходные клеммы соединены с входными клеммами блока подключения нагрузки, выполненного в виде контактора, а также блок привода контактора, первый вход-выход которого соединен с управляющим входом-выходом блока подключения нагрузки, а второй вход-выход соединен со вторым входом-выходом блока управления.
Полезная модель относится к электротехническим изделиям и может быть использована для зарядки переменным током общественного электротранспорта, в частности, электробусов.
Недостатком устройства является то, что для зарядки используется переменный ток, который необходимо для подачи на аккумуляторную батарею электрического транспорта преобразовывать в постоянный, что влечет в себе усложнение схемы и понижение надежности.
Известна солнечная передвижная зарядная станция, патент США № US 9369082, включающая передвижную поручную систему, складную панель солнечных батарей, аккумуляторные батареи, ветрогенератор, гидрогенератор предназначенный для производства электроэнергии из дождевой воды и резервуар для сбора дождевой воды, холодильник и плиту, вещатель, который поставляет информацию о местоположении и состоянии зарядной системы в сеть интернет для пользователей, расчет и выставление счетов пользователям на основе потребленного электричества и услуг, полученных пользователями, электроэнергия, идущая от всех генераторов заряжает аккумуляторные батареи, от которых потом, после которых электроэнергия посредство инвертора и/или трансформатора обретает необходимые параметры тока и напряжения для обеспечения режима быстрой зарядки и поступает на один и более электрических транспортных средств. Выполнена, в виде передвижной системы, для предоставления необходимых услуг пользователям на местах.
Недостатками указанной станции являются:
1. Для достижения необходимых параметров напряжения для заряда электротранспорта используется инвертор и/или трансформатор, что является дополнительной единицей в последовательной цепи и негативно сказывается на надежности системы.
2. Система не позволяет заряжать несколько транспортных средств одновременно.
3. Невозможно подключить к центральной сети, если такая возможность есть.
Раскрытие изобретения
Технической проблемой, на решение которой направлено, заявляемое изобретение, является, обеспечение необходимой мощности и количества электроэнергии для быстрой зарядки электрического транспорта с воздушными проводными или кабельными электросетями, / или при полном отсутствии воздушных проводных или кабельных электросетей, в том числе и в местах дислокации традиционных сетевых топливных автомобильных автозаправочных станций (АЗС).
Технический результат заявленного изобретения заключается в возможности зарядить несколько электрических легковых и грузовых автомобилей, а также автобусов / электробусов, без подключения к воздушным проводным или кабельным электросетям большой мощности.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что предложена зарядная станция электрического транспорта, содержащая, по меньшей мере, три зарядных блока, каждый из которых соединен с отдельным модулем накопления энергии, которые последовательно соединены через контролер заряда и распределения электроэнергии, соединенный через средство контроля и учета электроэнергии с внешней электросетью, с отдельными модулями генерации, выполненными соответственно на солнечных батареях, на, по меньшей мере одном ветрогенераторе, на водородных топливных элементах и модуле на привозных топливных элементах, контролер заряда и распределения соединен с электролизером который отдельными трубопроводами соединен с резервуаром с водой, и через резервуар с водородом с модулем генерации на водородных топливных элементах, соединенный трубопроводом с резервуаром с водой, модуль генерации на привозном топливе через трубопровод соединен с топливным резервуаром.
В предпочтительном варианте:
- модули накопления энергии размещены в климатическом шкафу;
- в качестве привозного топлива используют метанол, или пропан-бутан, или метан, или аммиак.
Совокупность указанных выше технических признаков позволяет станции зарядки электротранспорта производить необходимую мощность и количество электроэнергии, которая должна быть подана на батареи электрического транспорта в режиме быстрой зарядки и в режиме медленной зарядки. Аккумуляторные батареи заряжаются от солнечных батарей и ветрогенераторов в моменты поступления солнечной и/или ветровой энергии, в периоды дефицита поступления энергии солнца и энергии ветра включаются резервные источники электроэнергии, представляющие собой топливные элементы, работающие, например, на водороде и/или метаноле.
Так же при размещении установке в местах расположения традиционных АЗС, зарядная может запитываться от централизованной электрическая сеть для питания оборудования АЗС, но ее мощности недостаточно для быстрой зарядки электротранспорта в режиме онлайн напрямую через блок зарядки. В силу того, что мощность электрической сети, которая подходит к АЗС не достаточна для осуществления режима быстрой зарядки электротранспорта, то электроэнергия от сети подается с начала на накопители энергии (аккумуляторы) в периоды, когда не идет зарядка электротранспорта, а затем, уже когда электромобиль прибывает на АЗС для быстрой зарядки, накопленная электроэнергия с необходимыми параметрами тока и напряжения для быстрого заряда подается на блок зарядки аккумуляторов электромобиля.
При этом в периоды отсутствия электротранспорта или избытка энергии, поступающей от солнца и ветра, в случаях, когда все аккумуляторы зарядной станции уже полностью заряжены, происходит накопление энергии в виде водорода путем электролиза воды. В периоды дефицита солнца и ветра этот накопленный водород может быть использован для производства электроэнергии с помощью топливных элементов, которая будет использована для зарядки аккумуляторов зарядной станции, аналогично тому, как было указано выше.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежом.
На чертеже приведена схема станции зарядки электротранспорта, где цифрами обозначены:
1. Модуль генерации, основанный на солнечных батареях;
2. Модуль генерации, основанный на ветрогенераторах;
3. Модуль генерации, основанный на водородных топливных элементах;
4. Модуль накопления энергии, основанный на аккумуляторных батареях;
5. Модуль накопления энергии, основанный на аккумуляторных батареях;
6. Модуль накопления энергии, основанный на аккумуляторных батареях;
7. Контроллер заряда и распределения энергии;
8. Резервуар с водородом;
9. Электролизер для получения водорода;
10. Резервуар с водой;
11. Зарядный блок;
12. Зарядный блок;
13. Зарядный блок;
14. Средство контроля и учета электроэнергии, поступающей от центральной сети;
15. Внешняя воздушная проводная или кабельная централизованная электросеть;
16. Резервуар с топливом для топливного элемента;
17. Модуль генерации, на основе топливных элементов, использующий привозное топливо.
Осуществление и примеры реализации
Заявляемая зарядная станция включает в себя: Модули накопления 4-6, основанные на аккумуляторных батареях, соединенные токопроводящими линиями с зарядными блоками 11-13, так что каждому модулю накопления 4-6 соответствует свой зарядный блок 11-13, а также модули накопления 4-6 через контроллер заряда и распределения энергии 7 соединены с модулями генерации 1-3, 17, каждый из которых основан на отдельном источнике электроэнергии: один на солнечных батареях 1, второй на ветрогенераторах 2, третий на водородных топливных элементах 3, четвертый на привозных топливных элементах 17. Через средство контроля и учета электроэнергии 14 модули генерации 1-3, 17 и модули накопления 4-6 соединены с внешней электросетью 15.Контроллер заряда и распределения 7 соединен с электролизером 9, который посредством трубопроводов соединен с резервуаром с водой 10 и через резервуар с водородом 8 с модулем генерации 3. Модуль генерации 3 посредство трубопровода соединен с резервуаром с водой 10. Модуль генерации, на основе топливных элементов, использующий привозное топливо 17 (метанол / пропан-бутан / метан / аммиак) посредством трубопровода соединен с резервуаром с топливом (метанолом / пропан-бутаном / метаном / аммиаком) 16.
Модули накопления 4-6 каждый по отдельности представляются собой массив аккумуляторных батарей, размещенный в блок контейнере (на чертеже не указаны), в зависимости от климатического исполнения, аккумуляторные батареи, находящиеся в блок контейнере, могут быть помещены в климатический шкаф, для обеспечения температурного режима и поддержания эксплуатационных характеристик аккумуляторов.
Модуль генерации 2 основанный на ветрогенераторах, представляет собой массив ветрогенераторов, который может включать в себя, по меньшей мере, 1 ветрогенератор, количество ветрогенераторов, которое можно включить в массив, ограничивается уровнем ветровых ресурсов местности, параметрами зарядной станции и характеристикой местности на которой зарядная станция будет установлена.
Модуль генерации 1 представляет собой массив из солнечных батарей, количество которых подбирается из расчета солнечных ресурсов конкретной местности, на которой на которой планируется установить зарядную станцию и параметров зарядной станции.
Зарядные блоки 11-13 представляют собой отдельные элементы конструкции зарядной станции, которые отвечает за передачу энергии от модуля накопления к электрическому транспорту. Может включать в себя несколько зарядных блоков, которые предназначены для заряда речных и морских малотоннажных электросудов и воздушного электрического транспорта.
Зарядная станция может быть расположена на мобильной транспортной платформе, передвигающейся как по суше так по воде.
Примеры реализации
Электроэнергия из модулей генерации 1 и 2 поступает на контроллер заряда и распределения электроэнергии 7, затем поступает на модули накопления 4, 5 и 6. Если модули накопления 4, 5 и 6 полностью заряжены, то электроэнергия поступает на электролизер для получения водорода 9, в который так же поступает вода из резервуара с водой 10, вырабатывается водород и поступает в резервуар с водородом 8. В моменты дефицита электроэнергии, поступающей с модулей генерации 1 и 2, водород из резервуара с водородом 8 поступает на модуль генерации 3, в котором вырабатывается электроэнергия и через контроллер 7 поступает на модули накопления 4, 5 и 6. Получающаяся в результате работы модуля генерации 3 вода, посредством трубопровода попадает в резервуар с водой 10. Если отсутствует водород в резервуаре 8, то из резервуара с топливом для топливного элемента 16, в модуль генерации 17 поступает топливо, которым может является (метанол / пропан-бутаном / метан / аммиак) откуда вырабатывается электроэнергия и через контроллер 7 подается на модули накопления 4, 5 и 6. Тепло и вода, образующаяся в процессе работы модуля генерации 17, может выноситься в окружающую среду, а также использоваться для обогрева модулей накопления 4, 5 и 6. В моменты избытка электроэнергии поступающей из модулей генерации 1 и 2, при полностью заряженных модулях накопления энергии 4, 5 и 6, а также при полном резервуаре с водородом 8, электроэнергия поступает на средство контроля и учета 14, преобразуется под параметры сети и поступает во внешнюю централизованную сеть 15. В случае дефицита электроэнергии поступающей от модулей генерации 1, 2, 3 и 17, электроэнергия из внешней централизованной электросети 15 поступает на средство контроля и учета 14, преобразуется под параметры системы и поступает на контроллер 7, затем на модули накопления 4, 5 и 6. Зарядный блок 11 в совокупности с модулем накопления 6 реализует принцип быстрой зарядки легкового электрического транспорта. Зарядный блок 12 в совокупности с модулем накопления 5 реализует принцип быстрой зарядки грузового электрического транспорта и электробусов. Зарядный блок 13 в совокупности с модулем накопления 4 реализует принцип медленной зарядки любых видом электрического транспорта. В случае, когда электрический транспорт подключается к одному из зарядных блоков 11, 12 или 13, модули генерации 1, 2, 3 и 17 отключаются от передачи электроэнергии в модуль накопления электроэнергии соответствующего зарядного блока, т.е. к которому подключен на заряд транспорт. По мере необходимости зарядная станция может быть погружена на транспортную платформу и перемещена в любое место для работы. Средство контроля и учета электроэнергии 14 так же накапливает в себе информацию о состоянии зарядной станции и может передавать информацию потенциальным потребителям через сеть интернет, так же имеет навигационное устройство позволяющая находить зарядную станцию через спутник.
В случае размещения зарядной станции на территории традиционной АЗС к ней может быть подключена централизованная или локальная внешняя электрическая сеть для питания оборудования и собственных нужд АЗС. Часто в удаленных районах такие централизованные и локальные внешние сети могут отсутствовать и тогда в таких случаях электропитание АЗС осуществляется от собственных мотор-генераторов на основе двигателей внутреннего сгорания.
Электрической мощности, которой достаточно для работы и собственных нужд такой удаленной АЗС, зачастую / обычно / весьма вероятно может быть недостаточно для обеспечения большой электрической мощностью режима быстрого заряда электротранспорта, который реализуется в режиме он-лайн напрямую через зарядный блок, для чего на территории АЗС и устанавливается предлагаемая зарядная станция для электротранспорта.
Зарядная станция структурно / функционально разделена на три или более составные части - подстанции, по крайней мере, одна из которых предназначена для быстрой зарядки легкового электроавтотранспорта, вторая - предназначена для быстрой зарядки более мощного грузового электроавтотранспорта и электробусов, а третья - предназначена для медленной зарядки электрического транспорта, так же она может включать в себя и другие составные части - зарядные блоки, например, для заряда водных / подводных и/или воздушных электрических транспортных средств.
Зарядная станция может включать и более трех модулей накопления, и зарядных блоков, их количество регламентируется объемом трафика и вида электрического транспорта, который необходимо заряжать в районе работы. Так зарядная станция может содержать отдельный модуль накопления и зарядный блок (на чертеже не показано) для заряда воздушного электрического транспорта, может содержать (не показано) модуль накопления повышенной емкости и зарядный блок, который позволит заряжать электрический надводный и подводный транспорт.
Зарядная станция как самостоятельная установка соединена с внешней кабельной или проводной электросетью (это может быть, как локальная местная, так и распределенная централизованная сеть электропередач), по которой может транспортироваться электроэнергия. Зарядная станция может работать, как и в совокупности с внешней электросетью, так и изолировано от этой сети, а также и в совокупности с другими такими же зарядными станциями, разнесенными по прилегающим территориям, и при необходимости обмениваться электроэнергией через такую сеть электропередач, и представлять собой единый энергетический комплекс.
При этом электроэнергия может передаваться от одной зарядной станции к другой в зависимости от дистанции между ними как посредством переменного так посредством постоянного тока.
Таким образом, в предложенном изобретении удалось создать зарядную станцию для электрического транспорта, которая позволяет обеспечить необходимую мощность для осуществления режима быстрого и медленного заряд электрических транспортных средств, без установки дополнительных подстанций и повышающих трансформаторов, что позволяет использовать зарядную станцию не только в местах размещения сетевых автозаправочных станций, с подключением к центральной сети электроснабжения, но и в изолированных автономных зонах. Зарядная станция имеет модульное исполнение, что позволяет наращивать необходимую мощность в зависимости от потребностей. Наряду с перечисленным возможностями, зарядная станция может работать как автономный источник энергии для небольших поселков, отдавая избыток энергию идущей от возобновляемых источников в центральную сеть электроснабжения.
Зарядные блоки станции зарядки обеспечивают принцип быстрой зарядки легкового и грузового транспорта, так же они обеспечивают при необходимости заряд плавучих электрических транспортных средств и воздушных электрических транспортных средств. Помимо, этого имеет зарядный блок для реализации принципа медленной зарядки всех видов электрического транспорта.