Зарядная станция электромобилей
ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATION

Изобретение относится к устройствам систем электропитания, в частности, к устройствам для зарядки электроэнергией аккумуляторных батарей электромобилей. Может использоваться при изготовлении стационарных зарядных станций для электротранспорта. Применимо при анализе процессов зарядки электромобилей и анализе работы станции, при обнаружении и анализе причин их неисправностей.
Известна система и метод управления зарядной станцией для электромобилей по патенту США US2021086651, B60L 53/66, 2021. Система управления станции зарядки электромобилей включает в себя память и процессор. В памяти хранятся инструкции, по которым процессор выполняет прием запросов на резервирование зарядной станции для зарядки электромобилей. Запрос на резервирование зарядной станции для электромобиля включает в себя исходные данные об электромобиле, идентификацию позиции резервирования в виртуальной очереди на основе исходных данных транспортного средства, получение обновленных данных автомобиля об электромобиле и обновление позиции резервирования в виртуальной очереди на основе обновленных данных транспортного средства. Система для управления зарядной станцией осуществляет сравнение обновленных данных транспортного средства, включая расчетное время прибытия электромобиля, с расчетной продолжительностью зарядки для других транспортных средств, запрашивающих заряд у зарядной станции. Исходные данные транспортного средства включают в себя его местоположение, полученное от глобальной системы позиционирования (GPS) мобильного устройства. Недостатком является отсутствие данных о ходе процессов зарядки электромобилей, невозможность проведения анализа и оценки причин сбоев в работе аккумулятора электромобиля.
Известен способ обновления программного обеспечения центрального модуля управления зарядной станции по патенту США US2021208867, B60L 53/31, 2021. Станция для зарядки электрически управляемых транспортных средств имеет центральный модуль управления и, по меньшей мере, один вторичный модуль. Вторичный модуль имеет собственную память микропрограмм и связан с центральным модулем управления через канал связи. Центральный модуль управления сконфигурирован для получения обновления встроенного программного обеспечения для вторичного модуля и для установки полученного обновления встроенного программного обеспечения в память вторичного модуля. Недостатком является отсутствие возможности записи и сохранения ретроспективных данных о ранее произведенных процессах зарядки, невозможность получения информации об отказах процессов зарядки, связанных с неисправностями аккумуляторов электромобилей.
Известно устройство для самозарядки электромобиля на основе искусственного интеллекта по патенту Китая на изобретение CN112693342, B60L 53/30, 2021. Зарядное устройство самообслуживания для электромобилей на основе искусственного интеллекта состоит из центрального блока платформы AI, дополнительного модуля подключения. Дополнительный модуль используется для подключения и отключения зарядного пистолета от заряженного электромобиля через зарядное устройство и/или через мобильного универсального робота. Центральный блок платформы AI используется для сбора в реальном времени данных о зарядном пистолете, заряженном электромобиле и сценариях процессов зарядки. Центральный блок платформы AI вводит данные в реальном времени в предварительно обученную модель управления зарядкой и осуществляет зарядку в соответствии с выходным результатом инструкции по управлению зарядкой. Центральный блок платформы искусственного интеллекта содержит обучающий модуль искусственного интеллекта, который используется для создания и сохранения рабочей модели зарядки, выбора рабочей модели зарядки на основе исторических данных и данных в реальном времени для обучения, для проверки и быстрого создания модели управления зарядкой, подходящей для конкретного электромобиля. Недостатком является отсутствие возможности вычленения из исторических данных сведений о процессе зарядки конкретного электромобиля в определенный час и на определенную дату, отсутствие сведений о типе аккумулятора этого конкретного автомобиля, что приводит к невозможности проведения технического анализа и, например, определения причин неисправности аккумулятора транспортного средства после использования этого зарядного устройства самообслуживания для электромобилей.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбраны система, устройство и способ обмена энергией с электротранспортным средством по патенту РФ на изобретение RU2550109, B60L 11/18, 2015. Система для обмена энергией с электротранспортным средством, в частности с его аккумулятором, содержит станцию обмена энергией, содержащую: порт для обмена энергией с источником энергии; порт для обмена энергией с транспортным средством (ТС); порт для обмена данными с ТС; порт для обмена данными с устройством обработки данных; силовой преобразователь для обмена энергией между портом для обмена энергией с источником энергии и портом для обмена энергией с ТС. Устройство обработки данных содержит порт для обмена данными со станцией обмена энергией и порт для обмена данными с конфигурирующим устройством. Конфигурирующее устройство содержит порт для обмена данными с устройством обработки данных и интерфейс пользователя. Станция обмена энергией предоставляет информацию о ТС в устройство обработки данных, а в случае отсутствия информации проводит тест на ТС или на его аккумуляторе для определения характеристик. Устройство обработки данных может представлять собой выделенный для специальных целей компьютер, такой как PC или (web) сервер. База данных может быть составлена физическими устройствами или отдельными устройствами на удаленном расстоянии и может быть реализована путем сложения баз данных, которые могут, например, быть разделены на базу данных о профиле аккумулятора и базу данных описания конфигурации. Система содержит средства памяти для хранения, по меньшей мере, описания конфигурации и/или профили аккумулятора, описание деталей электрической сети, аккумуляторов, пользователей, транспортных средств, зарядных устройств и станций обмена энергией. Средство памяти может быть воплощено в виде RAM или в виде (центральной) базы данных и может быть размещено на конфигурирующем устройстве, на устройстве обработки данных или может быть размещено в отдельном блоке. В памяти или в базе данных могут храниться мгновенные и ранее фиксированные значения тока зарядки, напряжений, температур (аккумулятора и окружающего воздуха), профили зарядки, типы транспортных средств, подключенных к зарядовому устройству, нагрузки сети, ограничения сети, напряжения ячеек аккумулятора, время зарядок, учетные данные пользователей, степень заряженности аккумуляторной батареи, конфигурация транспортного средства (номинальный диапазон, скорость информационной связи, номинальная емкость аккумулятора и т.п.), данные измерителя энергии, полученные из зарядной станции, или данные энергетического распределения, полученные из зарядной станции. Недостатком является несистемная запись и хранение информации о произведенных процессах зарядки, использование информации из базы данных только конфигурирующим устройством с целью управления текущим процессом зарядки. Недостатком так же является возможность потери данных о конкретном зарядном процессе электромобиля, связанная, например, с перебоями в подаче электричества, со сбоями в работе конфигурирующего устройства, что может привести к невозможности определения причин поломки транспортных средств, к невозможности проведения анализа неисправностей электромобиля или станции зарядки.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей зарядной станции электромобилей, повышение надежности сохранения данных о процессах зарядки.
Технический результат достигается за счет того, что в зарядной станции электромобилей, содержащей контроллер с портами для связи с контроллерами электромобилей, с портами для передачи электроэнергии электромобилям, контроллер связан с измерительными блоками, с устройством записи и хранения данных и с силовым преобразователем, выполненным с возможностью подключения к источнику электроэнергии, согласно изобретению, устройство записи и хранения данных выполнено в виде блока регистрации данных процессов зарядки, который содержит контроллер блока регистрации, связанный с источником бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей, и устройство флэш-памяти на съемном носителе.
Кроме того, контроллер блока регистрации может быть связан с источником бесперебойного питания блока регистрации.
Кроме того, контроллер блока регистрации может быть связан с источником бесперебойного питания контроллера зарядной станции.
Технический результат обеспечивается тем, что зарядная станция содержит отдельный дополнительный блок регистрации для записи и хранения информации о каждом процессе зарядки. Связь контроллера зарядной станции с контроллером заряжаемого электромобиля, с силовым модулем и измерительными блоками позволяет с помощью специального ПО передавать всю необходимую информацию о текущем процессе зарядки контроллеру блока регистрации. Контроллер блока регистрации сохраняет в устройство флэш-памяти данные о процессе взаимодействия станции с каждым электромобилем, данные включают информацию о параметрах зарядки, стадиях зарядки, состоянии станции и электромобиля, о значениях всех измеренных параметров, о степени зарядки батареи автомобиля контроллеру блока регистрации. Это позволяет при необходимости в любое время после окончания зарядки произвести технический анализ конкретного процесса зарядки любого автомобиля, выявить ошибки работы станции или ошибки работы автомобиля, определить неисправности аккумуляторной батареи, или выявить использование замененного, не заводского аккумулятора в автомобиле. Использование устройства флэш-памяти на съемном носителе позволяет многократно просматривать информацию и производить техническую экспертизу состояния электромобиля или работы зарядной станции совместно с владельцем электромобиля или техническим специалистом вне зарядной станции. Связь контроллера блока регистрации с источником бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей позволяет производить непрерывную запись данных о процессе зарядки, в том числе, о неисправностях в работе зарядной станции даже при отсутствии ее электроснабжения. Это повышает функциональность работы зарядной станции, позволяя осуществлять непрерывную запись параметров, значений параметров и особенностей протекания всех процессов зарядки с целью дальнейшего технического анализа для разрешения спорных ситуаций между владельцами станции и потребителями.
На фигуре представлена схема зарядной станции электромобилей.
Зарядная станция содержит единый корпус, в котором установлен контроллер 1, связанный по CAN шине с силовым преобразователем 2, с измерительными блоками 3 в состав которых входят измерительные приборы силы тока, напряжения, мощности, времени, счетчик электроэнергии. Контроллер 1 связан по CAN шине с контроллером блока регистрации данных о процессе зарядки 4, который может представлять собой компьютер. Контроллер блока регистрации данных 4 снабжен устройством флэш-памяти 5 на съемном носителе. Контроллер блока регистрации данных 4 связан с источником бесперебойного питания 6 со встроенной аккумуляторной батареей 7. Основной контроллер 1 зарядной станции снабжен портом 8 для связи с контроллером электромобиля согласно стандарту CHAdeMO и снабжен портом 9 для связи с контроллером электромобиля согласно стандарту CCS. Порты 8, 9 могут, например, быть выполнены в виде зарядных разъемов кабеля. Контроллер 1 снабжен портом 10 в виде зарядного гнезда для передачи электроэнергии электромобилю с помощью зарядного устройства - одного из зарядных пистолетов с выходным кабель-разъемом CHAdeMO, и снабжен портом 11 в виде зарядного гнезда второго зарядного пистолета для передачи электроэнергии электромобилю с помощью зарядного устройства с выходным кабель-разъемом CCS. Контроллер 1 связан с интерфейсом пользователя и имеет порт для беспроводной связи с внешними устройствами (на чертеже не показаны). Контроллер блока регистрации данных 4 может быть связан с собственным источником бесперебойного питания 6 со встроенной аккумуляторной батареей 7 или с источником бесперебойного питания контроллера 1.
Зарядная станция электромобилей работает следующим образом.
Для зарядки электромобиля, подъехавшего к станции, пользователь помещает один из зарядных пистолетов с выходным кабель-разъемом CHAdeMO или с выходным кабель-разъемом CCS в зависимости от типа электромобиля, в соответствующее контактное зарядное гнездо электромобиля, устанавливает связь контроллера автомобиля с контроллером 1 зарядной станции. Главный контроллер 1 зарядной станции связывается непосредственно с электромобилем согласно стандарту CHAdeMO либо CCS. С помощью элементов пользовательского интерфейса пользователь производит процесс зарядки электроэнергией. От источника питания на станцию подается напряжение напряжение в 380 Вольт, в силовом модуле станции оно преобразуется в постоянное напряжение. При подаче электроэнергии автомобилю контроллер 1 станции регулирует напряжение. Начинают зарядку автомобиля с низкого напряжения - в 200Вольт, далее напряжение возрастает до 400Вольт. При уровне зарядки аккумулятора автомобиля на 80%, напряжение подаваемого тока снижают до 200 Вольт. Во время зарядки контроллер 1 связывается с измерительным блоком 3 по CAN-шине. Измерительный блок 3 с помощью приборов замеряет значения выходной мощности, выходного тока, выходного напряжения. Также измерительный блок 3 считает количество электроэенергии, потребленной аккумулятором электромобиля. Полученные данные от измерительного блока 3 поступают в контроллер 1. Контроллер 1 с помощью программного обеспечения передает, например через интерфейсы связи RS232/RS485 в контроллер блока регистрации 4 все собранные данные с измерительного блока 3 и данные обмена с электромобилем. В контроллер 4 передаются следующие данные:
- стандарт осуществления зарядки (DIN70121, ISO15118, или CHAdeMO), версия протокола связи.  - параметры зарядной сессии, такие как максимальный ток, напряжение, мощность  - стадии зарядки  - ошибки станции и ошибки электромобиля  - причины остановки зарядки  - значения выходных токов и напряжений, выходной мощности  - значения счетчиков электроэнергии  - продолжительность зарядки  - текущий уровень заряда батареи электромобиля в %.
Контроллер блока регистрации данных 4 осуществляет запись всех полученных данных в файл. Запись производится на момент зарядки. В каждой записи указывается дата и время в шкале UTC. Это файл сохраняется в устройстве флэш-памяти 5 для возможности многократного прочитывания записанной на нем информации. Файл доступен для скачивания при удаленном подключении к станции. Контроллер блока регистрации данных 4 питается от источника бесперебойного питания 6 со встроенной аккумуляторной батареей 7. Встроенная аккумуляторная батарея 7 позволяет работать устройствам еще в течение 7 часов после отключения основного питания зарядной станции. Встроенная аккумуляторная батарея 7 в устройстве беспроводного питания 6 автоматически подзаряжается при наличии основного питания станции. Контроллер 1 зарядной станции так же питается от источника бесперебойного питания. Запись информации и ее хранение в отдельном блоке регистрации данных позволяют проводить анализ и технические экспертизы на предмет возможного влияния неисправностей электромобиля или зарядной станции на поломки электромобилей, связанные с состоянием аккумуляторной батареи. Записанные данные позволяют в любое время установить использование некачественного или замененного аккумулятора в электромобиле, выявить сбои в работе автомобиля или станции, произошедшие в процессе зарядки.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности зарядной станции электромобилей при повышении надежности сохранения данных о процессах зарядки.