Система распределенной сети электрозарядной инфраструктуры мобильного электротранспорта
DISTRIBUTED ELECTRIC POWER GRID SYSTEM OF MOBILE ELECTRIC TRANSPORT INFRASTRUCTURE

Техническое решение относится к техническим средствам электрической зарядки (подзарядки) единиц мобильного электротранспорта, таких как электроавтобусы, гибридные троллейбусы, электрокары (электромобили), гибридный транспорт с использованием энергии аккумулятора, электромопеды, электровелосипеды, электромотоциклы и другие.
Для зарядки аккумуляторных батарей электромобилей используют переменный (одно- или трехфазный) и постоянный ток /http://www.antonov.svoi.into/change.php=sthash.qy8qJIzp.dpbs/. Для использования сети переменного тока, его нужно выпрямить и понизить напряжение до напряжения бортовой сети электромобиля. Из-за громоздкости и перегрева в работе мощность таких зарядных устройств значительно увеличивает время зарядки. Зарядка же мощным постоянным током позволяет зарядить батареи намного быстрее, но требует создания специальной инфраструктуры зарядных станций.
Стандарты зарядки электромобилей и подзаряжаемых гибридов рекомендуются Международной электротехнической комиссией (МЭК). Основным является стандарт IES 62196, который определяет виды используемых разъемов (розеток и вилок) и режимы зарядки. Зарядки делятся на зарядки переменным и постоянным током. При этом тяговая батарея в электромобиле постоянного тока, поэтому для использования зарядной станции переменного тока применятся бортовое зарядное устройство электромобиля, которое преобразует переменный ток зарядной станции в постоянный, которым и заряжается тяговая батарея. Скорость зарядки электромобиля определяется мощностью бортового зарядного устройства.
Станции переменного тока являются зарядными станциями стандартной зарядки, а станции постоянного тока - комплексами экспресс-зарядки или быстрыми зарядными станциями.
Известна система сети электрозарядной инфраструктуры, содержащая накопитель электроэнергии в виде зарядной станции и заряжаемый электроэнергией мобильный электротранспорт, соединенные устройством подключения, при этом зарядная станция включает в себя источник питания для подачи зарядной мощности на батарею электрического транспортного средства, измерительное устройство тока для контроля мощности, подаваемой источником питания и устройство управления (ЦП) входящей/исходящей информацией для выполнения генерации, сравнения и идентификации текущих изменений тока, включающее процессор и программное обеспечение (см. патент US №2013328525, МПК H02J 7/00, опубл. 12.12.2013 г.).
Известная система для ее устройства и эксплуатации требует больших материальных затрат, занимает много места, требует сертификации и используется в основном в условиях городской застройки.
Обустройство известной системы в условиях эксплуатации на дорожно-транспортной инфраструктуре экономически не целесообразно.
Известна система сети электрозарядной инфраструктуры, состоящая из центральной зарядной станции, включающей множество зарядных колонн, пространственно связанных между собой, и центра управления, при этом центральная зарядная станция оснащена центральным компьютером, который предназначен для управления одним пользователем зарядной станцией и для автоматического управления другими зарядными колоннами, а центральный компьютер снабжен коммуникационным блоком для связи с центром управления, при этом центр управления включает центр оператора и/или информационный центр и/или центр управления движением и/или центр управления энергией. При этом связь с центром управления может осуществляться по проводному или беспроводном) мобильному каналу связи.
Для передачи управляющих сигналов и программ передачи данных каждая зарядная станция или имеет контроллер и коммутационный модуль, которые находятся в коммуникационном соединении с базой данных, работающей по принципу Master-Slave. В качестве линии передачи данных для базы данных, используется линия питания энергосистемы, в которой на месте установки зарядной станции или находится промежуточный управляющий и коммутационный модуль (см. патент WO №2012041902. МПК B60L 11/1816; B60L 11/1824;, опубл. 05.04. 2012 г.).
Известная система также сложна для ее обустройства и эксплуатации в условиях ограничения места размещения, при этом требуемые затраты сужают возможности для ее широкого использования.
Известна система сети электрозарядной инфрастуктуры, включающая зарядную станцию для электрического транспортного средства, пользователь которого снабжен мобильным устройством для связи с облачным сервером и зарядной станцией.
Известная система включает в себя: передачу от электрического транспортного средства на зарядную станцию сообщение о качестве электрического транспортного средства на мобильное устройство; передачу с мобильного устройства сообщения об электрическом транспортном средстве на облачный сервер, причем сообщение, переданное с мобильно1 о устройства, информацию идентификации и информацию о кредитном счете; авторизацию (сигнала управления зарядкой с использованием информации идентификации и информации о кредитном счете, принятой от мобильного устройства; прием зарядки управляющего сигналом от сервера облачного через мобильное устройство по одному сетевому каналу связи на электрическом транспортное средстве зарядку станции. При этом сигнал управления зарядки выполнен с возможностью регулировки параметра, используемого для потребления электрической энергии от электрического транспортного средства зарядки станции и регулировки передачи заряда на основе скорректированного параметра (см. патент US №2016364776. МПК B60L 11/18; G06Q 30/02; H04L 29/08; H04W 4/02, опубл. 15.12. 2016 г.).
Технологическая сложность известной системы и высокие затраты на ее устройство обуславливают бесперспективность и нетиражируемость ее использования, а ее эксплуатация экономически не выгодна.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является система сети электрозарядной инфраструктуры автомобильного электротранспорта, включающая устройство, предоставляющее электроэнергию для зарядки электротранспорта в виде зарядной станции, пользователь которого снабжен мобильным устройством для связи с облачным сервером и зарядной станцией (см. патент US №2016364658, МПК G06Q 10/02; G06Q 10/10: G06Q 20/10; G06Q 20/40; H04L 25/20; H04L 29/08, опубл. 15.12. 2016 г.).
Мобильное устройство обеспечивает сетевую связь с зарядной станцией, т.е. мобильное устройство выступает в качестве сетевого посредника для облегчения связи между зарядной станцией и облачным сервером.
Облачный сервер может принимать идентификационную информацию, отчеты сеанса транзакций зарядки пользователя, статус зарядной станции обновления и другие данные по соединению с мобильным устройством.
Электрическое транспортное средство имеет соединение с зарядной станцией, которое может включать в себя зарядный соединитель для передачи зарядного тока на батарею электрического транспортного средства или связь с электрическим транспортным средством мобильное устройство может иметь пользовательский интерфейс для предоставления информации о тарификации, отчеты о статусе оплаты для электрического транспортного средства, о текущей стоимости транзакции зарядки и другой соответствующей информация для пользователя.
Зарядная станция также может иметь пользовательский интерфейс для ввода данных в зарядную станцию.
Известная система сетевой электорозарядной инфраструктуры имеет сложную и избыточную конфигурацию, требующую больших затрат на ее устройство, содержание и эксплуатацию, что не выгодно с технологической и коммерческой точек зрения.
Задача - снижение расходов на создание сетевой электрозарядной инфраструктуры для электромобильного транспорта.
Техническим результатом является возможность обеспечения режима зарядки электромобиля непосредственно от имеющейся распределенной в пространстве системы электроснабжения, за счет использования режимов фазового состояния запитанного или не запитанного электрическим током кабеля электрического разъема.
Поставленная задача достигается тем, что в системе распределенной сети электрозарядной инфраструктуры мобильного электротранспорта, включающей устройство, предоставляющее электроэнергию для зарядки электротранспорта, снабженного мобильным средством связи через удаленный центр управления системой зарядки с устройством, предоставляющим электроэнергию, при этом мобильное средство связи снабжено мобильным приложением, согласно технического решения, устройство, предоставляющее электроэнергию для зарядки электротранспорта, выполнено в виде комплекса, содержащего электроустановку приема/передачи, преобразования и распределения электрической энергии с удаленно управляемым автоматическим переключателем нагрузки электрической цепи, по крайней мере, один электрический силовой кабель и, по крайней мере, один удаленный электрический разъем, при этом каждый силовой кабель одним концом соединен с переключателем нагрузки электрической цепи, а другим концом посредством нормально разомкнутых контактов с соответствующим электрическим разъемом.
При этом удаленный центр управления системой зарядки может быть реализован в виде облачного сервера, микропроцессора или промышленного компьютера.
Кроме того, электроустановка приема/передачи, преобразования и распределения электрической энергии с удаленно управляемым автоматическим переключателем нагрузки электрической цепи может быть реализована в виде электрической подстанции, в виде шкафа распределительного электрического, (напольной или настенной компоновки), модульных контакторов, электросчетчиков с блоками хранения и передачи информации, силовых кабелей управления в электроустановках различного назначения.
Также электроустановка с удаленно управляемым автоматическим переключателем нагрузки электрической цепи включает автоматически управляемый задатчик поставляемого к электоромобилю напряжения.
Помимо того, удаленные электрические разъемы выполнены в виде, например, штепсельной розетки с гнездовыми контактами, штыревыми контактами или и теми и другими, специализированных розеток по стандарту IEC62196 и размещены на имеющихся объектах дорожной, или транспортной, или торговой, или жилой, или инфраструктуры заправочной АЗС.
Кроме этого, в качестве мобильного средства связи может быть использован сотовый телефон, iPad, персональный цифровой помощник, персональный компьютер, компонент/модуль электрического транспортного средства, устройство, использующее телематическое обслуживание и пр. и включает в себя мобильное приложение с программным обеспечением.
При этом, мобильное средство связи снабжено средством позиционирования в системах GPS или ГЛОНАСС.
Заявляемая совокупность признаков технического решения позволяет использовать для зарядки электромобилей более простую технологическую схему сетевой пространственной электорозарядной инфраструктуры, тем самым снизить расходы на ее устройство, содержание и эксплуатацию.
Это обусловлено тем, что для обеспечения режима зарядки электромобиля используется фазовое состояние запитанного или не запитанного электрическим током кабеля, соединяющего уже имеющуюся систему электроснабжения, в виде электроподстанции, с удаленным электрическим разъемом, что позволяет исключить необходимость использования специализированных стационарных электрозарядных станций.
Заявляемая совокупность признаков обеспечивает синергетический эффект от использования технического решения, заключающийся в возможности удаленного мониторинга и управления объектами системы электрозарядной инфраструктуры за счет использования в мобильном средстве связи приложения с информационной средой, обеспечивающей информационный обмен, регистрацию, аутентификацию и авторизацию пользователей и приложений, интеграцию со смежными системами, работу с личным счетом пользователя
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена схема системы сетевой электрозарядной инфраструктуры, на фиг. 2-4 примеры реализации системы.
Позиции на чертеже означают следующее: 1 - устройство, предоставляющее электроэнергию для зарядки; 2 - электротранспорт; 3 - мобильное средство связи; 4 - удаленный центр управления системой зарядки; 5 - электроустановка приема/передачи, преобразования и распределения электрической энергии; 6 - удаленно управляемый автоматический переключатель нагрузки электрической цепи электроустановки 5; 7 - силовой кабель; 8 - удаленный электрический разъем; 9 - нормально разомкнутые контакты; 10 - задатчик поставляемого к электротранспорту 2 напряжения; 11 - беспроводное соединение с удаленным центром 4 управления системой зарядки.
Заявляемая система сети электрозарядной инфраструктуры автомобильного электротранспорта, включает устройство 1, предоставляющее электроэнергию для зарядки электротранспорта 2, снабженного мобильным средством 3 связи через удаленный центр 4 управления системой зарядки с устройством 1, предоставляющим электроэнергию (фиг. 1).
Устройство 1, предоставляющее электроэнергию для зарядки электротранспорта 2, выполнено в виде комплекса, включающего электроустановку 5 приема/передачи, преобразования и распределения электрической энергии с удаленно управляемым автоматическим переключателем 6 нагрузки электрической цепи, по крайней мере, один электрический силовой кабель 7 и, по крайней мере, один удаленный электрический разъем 8.
При этом каждый силовой кабель 7 одним концом соединен с переключателем 6 нагрузки электрической цепи, а другим концом посредством нормально разомкнутых контактов 9 с соответствующим электрическим разъемом 8 (фиг. 1).
Удаленный центр 4 управления системой зарядки предназначен для формирования (расчета) режима зарядки (времени, напряжения), передачи управляющего сигнала па автоматический переключатель нагрузки электрической цепи электроподстанции и информационных сигналов о начале и окончании режима зарядки, а также согласование тарифа оплаты с владельцем транспортного средства и передачи сигналов об оплате в расчетный центр.
Удаленный центр 4 управления системой зарядки может быть реализован в виде облачного сервера, расположенного удаленно от устройства 1, предоставляющего электроэнергию, и подключенный посредством глобальной сети (WAN), такой как, например, Интернет (фиг. 2).
Облачный сервер состоит из массива памяти накопления, обработки, форматирования и преобразования и анализа данных, а также из модели и расчетных программ определения параметра режима зарядки.
1
2
3
4
Удаленный центр 4 управления системой зарядки может быть реализован аппаратной средой в виде, по меньшей мере, одного процессора, включающего множество модулей - модуль 4 формирования (расчета) режима зарядки (времени, напряжения), модуль 4 передачи управляющего сигнала на автоматический переключатель нагрузки электрической цепи электроподстанции и информационных сигналов о начале и окончании режима зарядки, модуль 4 согласования тарифа оплаты с владельцем транспортного средства, модуль 4 передачи сигналов об оплате в расчетный центр и др. (фиг. 3).
5
6
5
Удаленный центр 4 управления системой зарядки может быть реализован в виде промышленного компьютера, который может содержать, например, системную шину 4 для передачи информации и процессор 4, соединенный с шиной 4 для обработки информации (фиг. 4).
7
5
7
8
5
Компьютерная система может включать оперативное (динамическое) запоминающее устройство (основную память) 4, соединенное с шиной 4 для хранения информации и команд, которые должны выполняться процессором. Основная память 4 также может использоваться для хранения временных переменных или другой промежуточной информации во время выполнения команд процессором. Компьютерная система также может включать в себя постоянное запоминающее устройство 4 (ПЗУ) и/или другое статическое запоминающее устройство, соединенное с шиной 4 для хранения статической информации и инструкций, используемых процессором.
9
Компьютерная система может включать устройство связи 4 для доступа к другим компьютерам (серверам или клиентам) или серверам с помощью различных типов сетей.
Электроустановка 5 приема/передачи, преобразования и распределения электрической энергии с удаленно управляемым автоматическим переключателем 6 нагрузки электрической цепи может быть реализована в виде электрической подстанции, состоящей из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств
Электроустановка 5 с удаленно управляемым автоматическим переключателем 6 нагрузки электрической цепи может быть реализована в виде шкафа распределительного электрического (напольной или настенной компоновки).
Шкаф распределительный представляет собой металлический или пластиковый короб, в котором размещена коммутационная аппаратура, счетчики и другие элементы сети.
В зависимости от места установки шкаф может быть уличного или внутреннего исполнения. Шкафы уличного исполнения отличаются повышенной степенью влагоустойчивости, герметичностью, что позволяет их эксплуатировать в суровых зимних условиях.
По компоновке шкаф распределительный может быть настенный или напольный.
Настенный шкаф крепится к вертикальной поверхности посредством специальных монтажных скоб через предусмотренные для этой цели отверстия и используется в основном для монтажа оборудования на улице или в промышленных помещениях. Эти массивные изделия подходят для организации многочисленных потоков электроэнергии.
Напольные шкафы обеспечивают повышенные меры безопасности от поражения электрическим током при транспортировке энергии по проводам, находящимся под высоким напряжением.
Встраиваемые конструкции наиболее предпочтительно использовать для монтажа оборудования внутри помещений или жилых домов.
Электроустановка 5 с удаленно управляемым автоматическим переключателем 6 нагрузки электрической цепи может быть реализована в виде модульных контакторов.
Модульные контакторы для удаленного управления схемой электроцепи могут быть различных конструкций, например, пускатели, в которых предусмотрено наличие вспомогательных контактов, специального реле, системы автозапуска, при этом автоматическая система может также подразделяться на реверсивную, нереверсивную, предусматривающую и не предусматривающую переключение обмоток.
Электроустановка 5 с удаленно управляемым автоматическим переключателем 6 нагрузки электрической цепи может быть реализована в виде электросчетчиков с блоками хранения и передачи информации, которые укомплектованы удаленной системой считывания поставляемой энергии и осуществляют передачу информации в дистанционном режиме с помощью сетевых информационно-измерительных систем.
Электроустановка 5 с удаленно управляемым автоматическим переключателем 6 нагрузки электрической цепи может быть реализована в виде, например, силовых кабелей управления в электроустановках различного назначения, конструктивно представляющих собой кабели с токопроводящими медными жилами, защищенные изоляционным слоем и оболочкой из ПВХ-пластиката и ПВХ-композиций повышенной огнестойкости.
Электроустановка 5 с удаленно управляемым автоматическим переключателем 6 нагрузки электрической цепи включает автоматически управляемый задатчик 10 поставляемого к электромобилю напряжения для определения времени и подаваемого напряжения в зависимости от величины оплаты и передаваемого от владельца электотранспортного средства ограничения по времени зарядки.
Электрический силовой кабель 7 может быть реализован в виде металлического, например, медного провода, с возможностью передачи напряжения от 220-500 В. (с не менее чем тремя дискретными (например, 220 В, 380 В и 500 В) и (или) изменяемыми (промежуточными) уровнями выходного напряжения).
Удаленные электрические разъемы 8 выполнены в виде типовых разъемов по международным, межгосударственным и национальным стандартам, например, штепсельной розетки с гнездовыми контактами, штыревыми контактами или и теми и другими, специализированных розеток по стандарту IEC62196 и размещены на имеющихся объектах дорожной, или транспортной, или торговой, или жилой, или инфраструктуры заправочной АЗС.
В качестве мобильного средства 3 связи может быть использован сотовый телефон, iPad, персональный цифровой помощник, персональный компьютер, компонент/модуль электрического транспортного средства, устройство, использующее телематическое обслуживание и пр.
Мобильной средство связи 4 включает в себя мобильное приложение, посредством которого оно осуществляет беспроводное соединение 11 с удаленным центром 4 управления системой зарядки посредством, например, WiFi, сотовая технология (например, CDMA. GPRS, HSDPA, EDGE, LTE и т.д.) или сети Интернет.
Мобильное приложение может быть реализовано посредством, например, программного обеспечения мобильного средства связи 4.
Мобильное средство связи 4 снабжено средством позиционирования в системах GPS или ГЛОНАСС.
Пример функционирования заявляемой системы распределенной сети электрозарядной инфраструктуры мобильного электротранспорта.
Пользователь электротранспорта 2 посредством мобильного средства 3 связи через мобильное приложение подключается к системе сети электрозарядной инфраструктуры, при этом навигационное устройство мобильного средства 3 связи идентифицирует местоположение автомобильного электротранспорта и электрического разъема 8.
Пользователь 3 электротранспорта 2 отправляет в удаленный центр 5 управления системой зарядки запрос на разрешение зарядки электротранспорта 2.
В удаленном центре 4 управления системой зарядки осуществляется расчет стоимости и времени зарядки, результат которого отправляется на согласование оплаты с владельцем транспортного средства.
После оплаты пользователем электротранспорта 2 тарифа удаленный центр 4 управления системой зарядки осуществляет передачу сигнала об оплате в расчетный центр (на схеме не показан) и управляющего сигнала на автоматический переключатель 6 нагрузки электрической цепи, который, в свою очередь, подает сигнал на замыкание нормально разомкнутых контактов 9 и подачу питания через силовой кабель 7 на соответствующий электрический разъем 8.
Пользователь электротранспорта 2 получает информацию о готовности системы сети электрозарядной инфраструктуры к зарядке автомобильного электротранспорта 2.
По окончании сеанса зарядки удаленный центр 4 управления системой зарядки подает сигнал автоматическому переключателю 6 нагрузки электрической цепи на отключение питания электрического разъема 8.
Использование заявляемой динамической системы сетевой электрозарядной инфраструктуры на различных объектах транспортных систем, жилых и общественных комплексах позволит решить следующие актуальные проблемы:
- исключить жесткую привязку электромобиля к существующей сети зарядных станций;
- снизить затраты времени на подзарядку электромобиля;
- минимизировать затраты на обслуживание процесса зарядки электромобиля.
В пределах заявленной совокупности признаков настоящее техническое решение не ограничивается приведенными примерами его выполнения и охватывает любые иные варианты, попадающие в объем прилагаемой формулы для достижения заявленного технического результата.