ЗАРЯДНАЯ СТАНЦИЯ И СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
CHARGING STATION AND A DIAGRAM OF ELECTRICAL COMPONENTS FOR CONTROLLING THE SUPPLY OF ELECTRICITY FROM THE ELECTRICAL NETWORK TO AN ELECTRIC VEHICLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к схеме электрических компонентов для управления подачей электроэнергии из электрической сети на электрическое транспортное средство, а также к зарядной станции, содержащей такую схему.
Уровень техники
Электроустановку для подзарядки электрических транспортных средств обычно выполняют в виде древовидной конструкции, в которой комбинацию электрических сигналов (например, масса, защитное заземление и первая фаза) из электрической сети распределяют на ряд зарядных станций. Электроустановка обычно содержит: главное электрозащитное устройство, в частности, предохранитель, предназначенное для прерывания подачи электроэнергии в установку при распознавании потребления заданного максимального тока; схему зарядных станций в группах; и электрозащитное устройство для каждой группы, предназначенное для прерывания подачи электроэнергии в группу при распознавании потребления этой группой заданного максимального тока. Электрические сигналы из электрической сети направляют от глобального электрозащитного устройства на каждое из электрозащитных устройств групп, а затем на каждую зарядную станцию в каждой группе.
В разных странах мира применяют различные комбинации электрических сигналов, направляемых на зарядные станции. В некоторых случаях используют различные типы систем заземления. Например, следуя терминологии, установленной международным стандартом IEC 60364, можно выделить три семейства систем заземления: TN; ТТ и IT. В других случаях применяют различные типы распределения электроэнергии, например, с расщепленными фазами. В других случаях возможно применение различного количества фаз электрического тока. Например, на входных клеммах зарядной станции может иметь место одна, две или три фазы электрического тока, и электроэнергия от любой из них может поступать на электрическое транспортное средство.
В частности, когда для зарядных станций в группе доступно более одной фазы электрического тока, возможно снижение эффективности вследствие проблем с балансировкой фаз. Например, снижение эффективности может иметь место, когда в группе зарядных станций, защищенных электрозащитным устройством для прерывания трехфазного электроснабжения группы при 32 А в любой из фаз, две зарядные станции потребляют по 16 А от одной и той же фазы электрического тока. В альтернативном варианте обе зарядные станции могут потреблять по 32 А, но от разных фаз электрического тока, не вызывая прерывания подачи электроэнергии электрозащитным устройством. Такой выбор фаз позволяет удвоить количество энергии, используемой для подзарядки электрических транспортных средств.
Известный подход к улучшению баланса фаз в группе зарядных станций заключается в оснащении зарядных станций функцией динамического выбора фаз электрического тока, используемых для подзарядки электрического транспортного средства. Например, зарядная станция, имеющая на входе три фазы электрического тока, может работать следующим образом: в одних случаях выбирать одну из трех фаз и передавать ее на электрическое транспортное средство; в других случаях выбирать три фазы и передавать их непосредственно; в третьих случаях выбирать любую комбинацию двух входных фаз и передавать их на электрическое транспортное средство. Систему управления можно использовать для мониторинга распределения нагрузки (т.е. электрических транспортных средств, заряжаемых в течение некоторого времени) и выдачи команд зарядным станциям, указывающих фазы электрического тока, предписанные для использования каждой из них, и максимальную мощность, которую электрическое транспортное средство может потреблять от указанных фаз. Это позволяет группе зарядных станций лучше адаптироваться к изменениям в распределении нагрузки и более эффективно потреблять энергию по сравнению с ситуацией, в которой каждая зарядная станция постоянно подключена по меньшей мере к одной фазе электрического тока группы. В публикации патентной заявки WO 2018/127307 А1 раскрыто такое решение балансировки фаз.
Функция выбора фазы, гарантированно правильно работающая с одной комбинацией входных электрических сигналов, может не подходить для другой комбинации. Возможные комбинации входных электрических сигналов могут отличаться не только количеством фаз электрического тока, как было раскрыто выше. Например, две входные клеммы, на которые подается третья фаза электрического тока, обычно различаются в системах заземления типов TN и IT. Это различие может привести к тому, что на электрическое транспортное средство будет поступать неправильная фаза, что, в свою очередь, может снизить уровень безопасности, вызвать повреждения или нарушить балансировку фаз. Таким образом, эксплуатационная надежность функции выбора фазы в значительной мере зависит от комбинации входных электрических сигналов. Технология балансировки фаз, раскрытая в ранее упомянутой патентной заявке WO 2018/127307 А1, работает, например, только в сетях TN.
Разработка зарядной станции для электрических транспортных средств, позволяющей выбирать фазу без предварительного знания комбинации входных электрических сигналов, которая будет доступна для данной зарядной станции, может оказаться сложной задачей. Эта проблема может иметь место в различных ситуациях.
Например, когда электрику поручают заменить зарядную станцию в электроустановке, электрик часто может узнать комбинацию входных электрических сигналов, которая будет доступна для зарядной станции, только по прибытию на место эксплуатации электроустановки. Таким образом, до выезда на объект электрик не знает, какие входные сигналы будут доступны, и, следовательно, не знает, какой тип зарядной станции нужно приобрести или доставить на объект.
Другой вариант этой проблемы возникает, когда владелец электроустановки намеревается приобрести зарядную станцию. Как правило, владелец не обладает достаточными техническими знаниями, позволяющими выяснить или понять, какая комбинация входных сигналов доступна в электроустановке. Таким образом, владелец может быть вынужден последовательно приобретать зарядные станции до тех пор, пока одна из них не заработает правильно. В наихудшем случае владелец может приобрести неподходящую зарядную станцию 5 и повредить электрическое транспортное средство.
Следующий вариант этой проблемы возникает, когда производитель зарядных станций необходимо выбрать тип производимых зарядных станций с функцией выбора фазы. В этом контексте может быть трудно спрогнозировать, какой тип зарядных станций будет продаваться в будущем. В некоторых странах используются различные системы заземления, поэтому для принятия решения не всегда достаточно знать предполагаемый регион продаж. Производитель может легко столкнуться с ситуацией, в которой он решил не производить определенный тип зарядных станций, на которые, как оказалось, имеется спрос, или с ситуацией, в которой несколько типов зарядных станций производятся в избыточном количестве.
Следующий вариант этой проблемы может возникнуть у продавца, который принимает решение о приобретении или хранении запаса зарядных станций для последующей продажи. Трудности, возникающие в этой ситуации, аналогичны возникающим у производителя, поскольку продавец не может с уверенностью спрогнозировать, какие типы и в каком количестве будут проданы.
Известное решение этой проблемы предполагает наличие одной зарядной станции для каждой возможной комбинации входных электрических сигналов. Например, в случае с электриком это предполагает доставку нескольких зарядных станций к электроустановке и выбор подходящей только на месте эксплуатации электроустановки. Это простое решение, которое может оказаться очень дорогим и вызвать множество логистических проблем, в частности, избыток зарядных станций на складе или транспортировку слишком большого количества зарядных станций между объектами. Кроме того, электрик может допустить ошибку и подключить зарядную станцию, не подходящую для электроустановки.
Другим известным решением является разработка зарядной станции, способной работать более чем с одной комбинацией входных электрических сигналов. Однако было замечено, что известные зарядные станции такого типа трудны в установке. В некоторых случаях установка требует выполнения шунтирующих соединений между некоторыми входными клеммами зарядной станции, что может привести к опасным ситуациям в случае ошибки, обусловленной человеческим фактором. В других случаях было отмечено, что зарядные станции имеют большой объем из-за количества содержащихся в них электронных компонентов. С точки зрения объема, к типичным трудностям следует отнести большое количество реле, занимающих много места. Кроме того, большое количество электронных компонентов удорожает зарядную станцию.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка зарядного устройства для электрического транспортного средства, позволяющего заряжать электрическое транспортное средство независимо от вида электрической сети, системы заземления, электрических сигналов и количества фаз, необходимых электрическому транспортному средству. Следующей задачей изобретения является разработка зарядного устройства для электрического транспортного средства, позволяющего более эффективно балансировать фазы.
Изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы раскрыты предпочтительные варианты осуществления.
Согласно первому аспекту, изобретение относится к схеме электрических компонентов для управления подачей электроэнергии из электрической сети на электрическое транспортное средство, содержащей:
первую, вторую, третью и четвертую входные клеммы, каждая из которых предназначена для приема электрического сигнала из электрической сети;
первый переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой нейтрали, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и первой входной клеммой;
второй переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой нейтрали, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и второй входной клеммой;
третий переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и второй входной клеммой;
четвертый переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и третьей входной клеммой, и
пятый переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и четвертой входной клеммой.
Особенности изобретения обеспечивают следующие эффекты. Соответствующую первую, вторую, третью и четвертую входную клемму можно удобно соединять с соответствующими кабелями для передачи электрического сигнала из электрической сети. Два переключающих компонента, управляющие двумя соединениями между клеммой нейтрали и первой и второй входными клеммами, обеспечивают гибкость в отношении конфигурации заземления, используемой для сигналов на входных клеммах. В некоторых конфигурациях, таких как системы заземления TN, на первой входной клемме будет иметь место нейтральный сигнал, в то время как на других входных клеммах - три соответствующих сигнала фаз. В других конфигурациях нейтральный сигнал отсутствует, поэтому на первой, второй и третьей входных клеммах будут иметь место сигналы фаз. Два ранее упомянутых переключающих компонента позволяют адаптироваться к обеим системам заземления, просто управляя настройкой этих двух переключающих компонентов таким образом, чтобы с выходной клеммой нейтрали была соединена либо первая, либо вторая входная клемма. Значение этой функции нельзя недооценивать. Изобретение обеспечивает полную гибкость в отношении системы заземления, используемой на месте установки зарядной станции (станций). Три переключающих компонента, управляющие тремя соединениями между выходной клеммой первой фазы и второй, третьей и последующей входными клеммами, обеспечивают ранее упомянутую балансировку фаз, т.е. соответствующее электрическое транспортное средство можно заряжать с помощью любого из этих трех сигналов фаз на второй, третьей и четвертой входной клемме. Это реализовано простым управлением настройкой трех этих переключающих компонентов таким образом, чтобы вторая, третья или четвертая входная клемма была соединена с выходной клеммой первой фазы. В результате получают настройку однофазной зарядки. В следующих вариантах осуществления можно реализовать многофазную зарядку, а также зарядку при использовании различных систем заземления и различных вариантов распределения мощности, например, с расщепленными фазами. Схема может содержать:
дополнительный переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и третьей входной клеммой, и
дополнительный переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой третьей фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и четвертой входной клеммой.
Кроме того, схема может содержать:
дополнительный переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой нейтрали и третьей входной клеммой;
дополнительный переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой первой фазы и первой входной клеммой; и
три дополнительных переключающих компонента для управления тремя соединениями между выходной клеммой второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и второй, третьей и четвертой входными клеммами, соответственно.
Кроме того, схема может содержать:
дополнительный переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой третьей фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и четвертой входной клеммой.
Согласно другому аспекту изобретения, предложена схема электрических компонентов для управления подачей электроэнергии из электрической сети на электрическое транспортное средство, причем схема содержит:
первую, вторую, третью и четвертую входные клеммы для приема электрических сигналов из электрической сети;
первый переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой нейтрали, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и первой входной клеммой;
второй переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой нейтрали, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и второй входной клеммой;
третий переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой нейтрали, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и третьей входной клеммой;
четвертый переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и первой входной клеммой;
пятый переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и второй входной клеммой;
шестой переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и третьей входной клеммой;
седьмой переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и второй входной клеммой;
восьмой переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и третьей входной клеммой, и
девятый переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству, и четвертой входной клеммой.
В любом из описанных выше аспектов первая, вторая и третья входные клеммы выполнены с возможностью подключения к системе заземления TN таким образом, чтобы:
первая входная клемма принимала электрический сигнал нейтрали;
вторая входная клемма принимала электрический сигнал первой фазы; и
третья входная клемма принимала электрический сигнал второй фазы.
Кроме того, четвертая входная клемма выполнена с возможностью подключения к системе заземления TN таким образом, чтобы четвертая входная клемма принимала электрический сигнал третьей фазы.
Более того, в любом из описанных выше аспектов, первая и вторая входные клеммы выполнены с возможностью подключения к любой из систем заземления IT или ТТ таким образом, чтобы:
первая входная клемма принимала электрический сигнал первой фазы; и
вторая входная клемма принимала электрический сигнал второй фазы.
Кроме того, третья входная клемма может быть соединена с любой из систем заземления IT или ТТ таким образом, чтобы третья входная клемма принимала электрический сигнал третьей фазы.
Кроме того, в любом из описанных выше аспектов первая и вторая входные клеммы могут быть соединены с системой распределения с расщепленными фазами таким образом, чтобы:
первая входная клемма принимала электрический сигнал нейтрали; и
вторая входная клемма принимала один из двух электрических сигналов линии системы распределения с расщепленными фазами.
Третья входная клемма выполнена с возможностью подключения к системе распределения с расщепленными фазами таким образом, чтобы третья входная клемма принимала оставшийся электрический сигнал линии системы распределения с расщепленными фазами.
Переключающий компонент может представлять собой реле или контактор. Переключающий компонент также представлять собой компонент твердотельного типа, например, твердотельное реле или любое другое твердотельное устройство, подходящее для коммутации электрического соединения в зарядной станции.
Согласно второму аспекту, изобретение относится к зарядной станции для подзарядки электрического транспортного средства, причем зарядная станция содержит схему согласно любому из предыдущих аспектов.
Согласно третьему аспекту изобретение относится к электрической системе, соединенной с электрозащитным устройством, подключенным к электрической сети, причем электрическая система содержит множество разъемов для соединения электрозащитного устройства с рядом зарядных станций в соответствии с пунктом 14 формулы, причем каждый разъем выполняет функцию передачи электрического сигнала или заземления в соответствии с заданной системой заземления и типом распределения электроэнергии, причем каждая зарядная станция соединена по меньшей мере с подмножеством из множества разъемов посредством схемы в указанной зарядной станции, и причем каждая схема дополнительно может быть соединена с электрическим транспортным средством. Электрическая система согласно третьему аспекту обычно представляет собой систему, которую электрик мог бы выполнить при установке ряда зарядных станций на определенном объекте.
Краткое описание чертежей
Примерные варианты осуществления изобретения раскрыты ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено:
Фигура 1: схематичное изображение электрического транспортного средства, подзаряжаемого от зарядной станции.
Фигура 2: схематичное изображение варианта осуществления схемы электрических компонентов для однофазной зарядки электрического транспортного средства, изображенного на фиг. 1.
Фигура 3А и 3В: два схематичных изображения трех вариантов осуществления схемы для однофазной зарядки, потребляющей электрическую энергию от двух различных комбинаций электрических сигналов, причем на фиг. 3А показаны активации переключающих компонентов в комбинации TN с 3 фазами, а на фиг.3 В - в комбинации IT/TT с 3 линиями или сети с расщепленными фазами 240 В.
Фигура 4: схематичное изображение варианта осуществления схемы электрических компонентов для одно- или трехфазной зарядки электрического транспортного средства, изображенного на фиг. 1.
Фигура 5: схематичное изображение варианта осуществления схемы электрических компонентов для двухфазной зарядки электрического транспортного средства, изображенного на фиг. 1.
Фигура 6А и 6В: два схематичных изображения трех вариантов схемы для двухфазной зарядки, потребляющей электрическую энергию от двух различных комбинаций электрических сигналов, причем на фиг.6А показаны активации переключающих компонентов в комбинации TN с 3 фазами, а на фиг. 6В - в комбинации IT/TT с 3 линиями или сети с расщепленными фазами 240 В.
Фигура 7: схематичное изображение варианта осуществления схемы электрических компонентов для одно- или двухфазной зарядки электрического транспортного средства, изображенного на фиг. 1.
Фигура 8: схематичное изображение варианта осуществления схемы электрических компонентов для одно-, двух- или трехфазной зарядки электрического транспортного средства, изображенного на фиг. 1.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 изображено подзаряжаемое электрическое транспортное средство 102.
Электрическое транспортное средство 102 (изображено в правом нижнем углу фиг. 1) получает электроэнергию от зарядной станции 100, содержащей пять выходных клемм: выходную клемму 24 заземления/защитного заземления; выходную клемму 20 нейтрали; выходную клемму 21 первой фазы; выходную клемму 22 второй фазы; и выходную клемму 23 третьей фазы. На практике соединение между электрическим транспортным средством 102 и зарядной станцией 100 обычно реализуют с помощью многожильного кабеля со стандартным разъемом на каждом конце, например, разъемом типа 1/SAE J1772 или разъемом типа 2 согласно международным стандартам IEC 62196. Кроме того, в соединении между электрическим транспортным средством 102 и зарядной станцией 100 могут быть предусмотрены проводники для передачи сигнальных данных. Зарядная станция 100 может использовать такие сигнальные проводники для того, чтобы показать электрическому транспортному средству 102, какие фазы электрического тока и сколько тока можно потреблять.
Зарядная станция 100 входит в состав электроустановки для подзарядки электрических транспортных средств, из которой на фиг. 1 показана только часть одной группы зарядных станций. Электроустановка в данном примере организована следующим образом: электрические сигналы из электрической сети (не показанной на фигуре) распределяются от главного электрозащитного устройства (это может быть главный предохранитель в определенном месте, питаемом от электрической сети (не показанной на фигуре). Главное электрозащитное устройство не показано для облегчения понимания изобретения. От главного электрозащитного устройства электрическая сеть распределяется к электрозащитному устройству 101 (на левой стороне фиг.1) группы, а затем к каждой из зарядных станций внутри группы, включая зарядную станцию 100 (показанную на фиг.1), которая подзаряжает электрическое транспортное средство 102. Электрозащитное устройство 101 обычно представляет собой цепь с предохранителем, защищающую соответствующие группы от чрезмерных уровней тока (обычно с ограничением до 10А, 16А, 25А или 32А) из электрической сети.
На входные клеммы зарядной станции 100 поступают электрические сигналы, распределяемые электрозащитным устройством 101 между зарядными станциями в группе. Входными клеммами зарядной станции 100 являются: входная клемма 10 заземления/защитного заземления, первая входная клемма 11, вторая входная клемма 12, третья входная клемма 13 и четвертая входная клемма 14. Электрические сигналы, передаваемые на зарядную станцию 100, зависят от электрических сигналов, получаемых электроустановкой из электрической сети. В таблице 1 показано несколько возможных комбинаций электрических сигналов.
Электрические сигналы в таблице 1:
- РЕ: защитное заземление
- G: масса
- N,W: нейтраль
- L1, L2, L3: линия 1, линия 2, линия 3 (иногда обозначается порядковым номером фазы электрического тока: первая фаза, вторая фаза, третья фаза)
- Χ, Y: линия переменного тока
Внутренняя структура зарядной станции 100 в упрощенном виде показана на фиг. 1. Например, показано прямое соединение между входной клеммой 10 заземления/защитного заземления и выходной клеммой 24 заземления/защитного заземления, но во многих случаях входная клемма 10 заземления/защитного заземления также соединена с другими частями зарядной станции 100 в целях безопасности. Зарядная станция 100 содержит схему 1 электрических компонентов для управления подачей электроэнергии от первой, второй, третьей и четвертой входных клемм 11, 12, 13, 14 поступает на выходные клеммы 20, 21, 22, 23 нейтрали, первой фазы, второй фазы и третьей фазы. Изображение схемы 1 внутри зарядной станции 100 также упрощено, поскольку между схемой 1 и входными клеммами 11, 12, 13, 14, а также между схемой 1 и выходными клеммами 20, 21, 22, 23 может находиться несколько других компонентов.
Назначение схемы 1 заключается в реализации функции выбора фазы для зарядной станции 100. Например, при однофазной зарядке на схему 1 можно подать команду выбора определенной фазы электрического тока, после чего схема подключит соответствующую пару входных клемм к выходным клеммам 20 нейтрали и 21 первой фазы.
На фиг. 2 показан вариант осуществления схемы 1 электрических компонентов.
Схема 1 содержит первую 11, вторую 12, третью 13 и четвертую 14 входные клеммы для приема электрических сигналов, два переключающих компонента 211, 221 для управления входными электрическими сигналами, поступающими на выходную клемму 20 нейтрали, и три переключающих компонента 222, 232, 242 для управления входными электрическими сигналами, поступающими на выходную клемму 21 первой фазы. Схема 1 также содержит две неиспользуемые выходные клеммы 22, 23.
В целом, схема 1 содержит пять переключающих компонентов. Последние могут быть реализованы с помощью реле, контакторов или любых других электрических компонентов, позволяющих переключать электрическое соединение. Два переключающих компонента 211, 221, соединенные с выходной клеммой 20 нейтрали, позволяют соединить последнюю с первой входной клеммой 11 и второй входной клеммой 12. Кроме того, три 30 переключающих компонента 211, 221, подключенные к выходной клемме 20 первой фазы, позволяют соединить последнюю со второй входной клеммой 12, третьей входной клеммой 13 и четвертой входной клеммой 14 (соединения между входными клеммами и переключающими компонентами см. верхнюю часть фиг. 2).
Малое количество переключающих компонентов, в частности, реле и контакторов, позволяет снизить потери тепла. Более того, поскольку используется всего несколько переключающих компонентов, физические пути во внутренней электронной цепи схемы 1 также будут короче, что дополнительно способствует уменьшению потерь тепла. Таким образом, выделяется малое количество тепла, и схема 1 может быть реализована без вентиляторов или аналогичных охлаждающих устройств.
Для любой из комбинаций электрических сигналов, показанных в таблице 1, схема 1 может выбрать одну из фаз электрического тока на входных клеммах 11, 12, 13, 14 для передачи между выходной клеммой 20 нейтрали и выходной клеммой 21 первой фазы. Таким образом, схему 1 можно легко адаптировать к однофазной зарядке.
На фиг. 3А и 3В показаны три варианта осуществления схемы 1, изображенной на фиг. 2, причем каждая схема 301, 302, 303 входит в состав отдельной зарядной станции и передает различные фазы электрического тока на выходные клеммы соответствующей зарядной станции. Активируемые переключающие компоненты показаны на обеих фигурах прямой линией внутри.
Основное различие между двумя фигурами заключается в комбинации входных электрических сигналов: на фиг. 3А используется комбинация TN с 3 фазами (см. таблицу 1); а на фиг. 3В используется либо комбинация IT/TT с 3 линиями, либо комбинация с расщепленными фазами 240 В (см. таблицу 1).
На фиг. 3А все три схемы 301, 302, 303 устанавливают следующее соединение: первая входная клемма 11, принимающая электрический сигнал нейтрали, соединена переключающим компонентом 211 с выходной клеммой 20 нейтрали. Тем не менее, соединение, установленное с выходной клеммой 21 первой фазы, различается в схемах 301, 302, 303. В первой схеме 301, в которой выбрана первая фаза электрического тока, вторая входная клемма 12 принимает электрический сигнал первой фазы и соединена переключающим компонентом 222 с выходной клеммой 21 первой фазы. Во второй схеме 302, в которой выбрана вторая фаза электрического тока, третья входная клемма 13 принимает электрический сигнал второй фазы и соединена переключающим компонентом 232 с выходной клеммой 21 первой фазы. В третьей схеме 303, в которой выбрана третья фаза электрического тока, четвертая входная клемма 14 принимает третью фазу электрического сигнала и соединена переключающим компонентом 242 с выходной клеммой 21 первой фазы.
Выбранные активации переключающих компонентов 211, 221, 222, 232, 242 для достижения соединений на фиг. 3А подходят для комбинации TN с 3 фазами (см. таблицу 1). Тем не менее, такой выбор переключающих компонентов не будет работать в комбинации IT/TT с 3 линиями или комбинации с расщепленными фазами 240 В, поскольку входные электрические сигналы различаются. В двух этих последних случаях на четвертую входную клемму 14 не поступает никакой электрический сигнал. Таким образом, необходимо выбрать различные активации переключающих компонентов в схеме 1.
На фиг. 3В каждая схема 301, 302, 303 содержит один переключающий компонент, не подключенный ни к одной входной клемме (т.е. находящийся на правом конце каждой схемы). Это изображение служит только для иллюстрации того, что этот переключающий компонент не используется, но может быть подключен к четвертой входной клемме 14, и это не вызовет проблем, поскольку этот переключающий компонент не активируется в комбинациях IT/TT с 3 линиями или с расщепленными фазами 240 В.
Две первые схемы 301, 302 устанавливают следующее соединение: первая входная клемма 11, принимающая сигнал линии 1, соединена переключающим компонентом 211 с выходной клеммой 20 нейтрали. Тем не менее, соединение, установленное с выходной клеммой 21 первой фазы, различается в двух схемах 301, 302. В первой схеме 301, в которой выбрана первая фаза электрического тока, вторая входная клемма 12 принимает электрический сигнал линии 2 и соединена переключающим компонентом 222 с выходной клеммой 21 первой фазы. Во второй схеме 302, в которой выбрана вторая фаза электрического тока, третья входная клемма 13 принимает электрический сигнал линии 3 и соединена переключающим компонентом 232 с выходной клеммой 21 первой фазы. Кроме того, в третьей схеме 303, в которой выбрана третья фаза электрического тока, установлены следующие соединения: вторая входная клемма 11, принимающая электрический сигнал линии 2, соединена переключающим компонентом 221 с выходной клеммой 20 нейтрали, а третья входная клемма 13, принимающая электрический сигнал линии 3, соединена переключающим компонентом 232 с выходной клеммой 21 первой фазы.
Таким образом, схема 1 на фиг. 2, содержащая пять переключающих компонентов 211, 221, 222, 232, 242, может выбирать каждую из входных фаз электрического тока для однофазной зарядки в любой из следующих комбинаций входных электрических сигналов (см. таблицу 1): TN с 3 фазами; IT/TT с 3 линиями; и с расщепленными фазами 240 В. Кроме того, выбор любой из двух фаз электрического тока, подаваемых в комбинации TN с 2 фазами (см. таблицу 1), также может быть реализован в схеме 1 на фиг. 2, например, путем активации переключающих компонентов, как показано для двух первых сборок 301, 302 на фиг. 3А и 3В. Кроме того, схема 1 совместима со следующими однофазными комбинациями (см. таблицу 1): TN с 1 фазой; IT/TT с 2 линиями; и с расщепленными фазами 120 В.
На фиг. 4 показан вариант схемы 1, аналогичный изображенному на фиг. 2, но дополнительно содержащий два переключающих компонента 233, 244 для соединения третьей входной клеммы 13 и четвертой входной клеммы 14 со выходной клеммой 22 второй фазы и выходной клеммы 23 третьей фазы, соответственно.
Схема 1 содержит семь переключающих компонентов 211, 221, 222, 232, 242, 233, 244 в общей сложности и позволяет реализовать адаптивность выбора фазы электрического тока для однофазной зарядки, как раскрыто выше для фиг. 2, 3А и 3В, а также выбора фаз электрического тока для трехфазной зарядки.
Схема 1 также позволяет реализовать двухфазную зарядку, но только для выбора фаз и комбинаций входных сигналов (см. таблицу 1), в которых выходная клемма 22 второй фазы должна быть соединена с третьей входной клеммой 13 посредством переключающего компонента 233.
На практике было замечено, что схема 1 согласно фиг.4 также отличается низким тепловыделением и может быть реализована без применения каких-либо вентиляторов или подобных охлаждающих устройств.
На фиг. 5 показана схема 1 электрических компонентов для двухфазной зарядки электрического транспортного средства 102, изображенного на фиг. 1.
При двухфазной зарядке электрическое транспортное средство 102 потребляет две фазы электрического тока: одна между выходной клеммой 20 нейтрали и выходной клеммой 21 первой фазы; другая между выходной клеммой 20 нейтрали и выходной клеммой 22 второй фазы.
Схема 1 содержит три переключающих компонента 211, 221, 231 для управления входными электрическими сигналами, поступающими на выходную клемму 20 нейтрали, три переключающих компонента 212, 222, 232 для управления входными электрическими сигналами, поступающими на выходную клемму 20 первой фазы, и три переключающих компонента 223, 233, 243 для управления входными электрическими сигналами, поступающими на выходную клемму 22 второй фазы. Схема 1 также содержит неиспользуемую выходную клемму 23 третьей фазы.
В целом, схема 1 содержит девять переключающих компонентов. Три переключающих компонента 211, 221, 231, соединенные с выходной клеммой 20 нейтрали, позволяют соединить последнюю с первой входной клеммой 11, второй входной клеммой 12 и третьей входной клеммой 13. Также три переключающих компонента 212, 222, 232, подключенные к выходной клемме 21 первой фазы, позволяют соединить последнюю с первой входной клеммой 11, второй входной клеммой 12 и третьей входной клеммой 13. Кроме того, три переключающих компонента 222, 233, 243, подключенные к выходной клемме 22 второй фазы, позволяют соединить последнюю со второй входной клеммой 12, третьей входной клеммой 13 и четвертой входной клеммой 14 (соединения между входными клеммами и переключающими компонентами см. верхнюю часть фиг. 5).
Для любой из комбинаций электрических сигналов, показанных в таблице 1 и включающих по меньшей мере две фазы электрического тока, схема 1 может выбрать две фазы электрического тока на входных клеммах 11, 12, 13, 14 для передачи между выходной клеммой 20 нейтрали и выходной клеммой 21 первой фазы, и между выходной клеммой 20 нейтрали и выходной клеммой 22 второй фазы. Таким образом, схему 1 очень легко адаптировать для двухфазной зарядки.
Фиг. 6А и 6В аналогичны иллюстрации, показанной на фиг. 3А и 3В для схемы 1, изображенной на фиг. 2. То есть, показаны три варианта осуществления схемы 1, изображенной на фиг. 5, причем каждая схема 601, 602, 603 входит в состав соответствующей зарядной станции и передает разную пару фаз электрического тока на выходные клеммы соответствующей зарядной станции. Активируемые переключающие компоненты показаны на этих двух фигурах прямой линией внутри.
Для упрощения чертежей на фиг. 6А и 6В показаны только те переключающие компоненты, которые активированы в каждой схеме.
Кроме того, основное различие между двумя фигурами заключается в комбинации входных электрических сигналов: на фиг. 6А комбинация TN с 3 фазами (см. таблицу 1); а на фиг. 6В комбинация IT/TT с 3 линиями или с расщепленными фазами 240 В (см. таблицу 1).
На фиг. 6А все три схемы 601, 602, 603 устанавливают следующее соединение: первая входная клемма 11, принимающая электрический сигнал нейтрали, соединена переключающим компонентом 211 с выходной клеммой 20 нейтрали. Тем не менее, соединения, установленные с выходной клеммой 21 первой фазы и выходной клеммой 22 второй фазы, различаются в разных вариантах схемы 601, 602, 603.
Соединения переключающих компонентов и входных клемм показаны в верхней половине фиг. 6А следующим образом.
В первой схеме 601, в которой выбраны первая и вторая фазы электрического тока, вторая входная клемма 12 принимает электрический сигнал первой фазы и соединена переключающим компонентом 222 с выходной клеммой 21 первой фазы, а третья входная клемма 13 принимает электрический сигнал второй фазы и соединена переключающим компонентом 233 с выходной клеммой 22 второй фазы.
Во второй схеме 602, в которой выбраны первая и третья фазы электрического тока, вторая входная клемма 12 также принимает электрический сигнал первой фазы и соединена переключающим компонентом 222 с выходной клеммой 21 первой фазы, а четвертая входная клемма 14 принимает электрический сигнал третьей фазы и соединена переключающим компонентом 243 с выходной клеммой 22 второй фазы.
В третьей схеме 603, в которой выбраны вторая и третья фазы электрического тока, третья входная клемма 13 принимает второй электрический сигнал и соединена переключающим компонентом 232 с выходной клеммой 21 первой фазы, а четвертая входная клемма 14 принимает третий электрический сигнал и соединена переключающим компонентом 243 с выходной клеммой 22 второй фазы.
Выбранные активации переключающих компонентов 211, 221, 231, 212, 222, 232, 223, 233, 243 для реализации соединений на фиг. 6А подходят для комбинации TN с 3 фазами (см. таблицу 1). Тем не менее, такой выбор переключающих компонентов не будет работать в комбинации IT/TT с 3 линиями или с расщепленными фазами 240 В, поскольку входные электрические сигналы различаются. В двух этих последних случаях на четвертую входную клемму 14 не поступает никакой электрический сигнал. Таким образом, необходимо выбрать различные варианты активации переключающих компонентов в схеме 1.
Соединения переключающих компонентов и входных клемм см. верхнюю половину фиг. 6В следующим образом.
В первой схеме 601, в которой выбраны первая и вторая фазы электрического тока, первая входная клемма 11 принимает электрический сигнал линии 1 и соединена переключающим компонентом 211 с выходной клеммой 20 нейтрали; вторая входная клемма 12 принимает электрический сигнал линии 2 и соединена переключающим компонентом 222 с выходной клеммой 21 первой фазы; и третья входная клемма 13 принимает электрический сигнал линии 3 и соединена переключающим компонентом 233 с выходной клеммой 22 второй фазы.
Во второй схеме 602, в которой выбраны первая и третья фазы электрического тока, вторая входная клемма 12, принимающая электрический сигнал линии 2, соединена переключающим компонентом 221 с выходной клеммой 20 нейтрали; первая входная клемма 11, принимающая электрический сигнал линии 1, соединена переключающим компонентом 212 с выходной клеммой 21 первой фазы; а третья входная клемма 13, принимающая электрический сигнал линии 3, соединена переключающим компонентом 233 с выходной клеммой 22 второй фазы.
В третьей схеме 603, в которой выбраны вторая и третья фазы электрического тока, третья входная клемма 13, принимающая электрический сигнал линии 3, соединена переключающим компонентом 231 с выходной клеммой 20 нейтрали; первая входная клемма 11, принимающая электрический сигнал линии 1, соединена переключающим компонентом 212 с выходной клеммой 21 первой фазы; а вторая входная клемма 12, принимающая электрический сигнал линии 2, соединена переключающим компонентом 223 с выходной клеммой 22 второй фазы.
Таким образом, схема 1 на фиг. 5, содержащая девять переключающих компонентов 211, 221, 231, 212, 222, 232, 223, 233, 243, может выбирать пары фаз электрического тока для двухфазной зарядки в любой из следующих комбинаций входных электрических сигналов (см. таблицу 1): TN с 3 фазами; IT/TT с 3 линиями; и с расщепленными фазами 240 В.
На фиг. 7 показан вариант осуществления схемы 1, объединяющий варианты фиг. 2 и фиг. 5. Схема 1 позволяет осуществлять одно- или двухфазную зарядку электрического транспортного средства, изображенного на фиг. 1.
В отличие от фиг. 5, схема 1 содержит дополнительный переключающий компонент 242 для соединения четвертой входной клеммы 14 с выходной клеммой 21 первой фазы. Таким образом, схема 1 содержит в общей сложности десять переключаемых компонентов 211, 221, 231, 212, 222, 232, 242, 223, 233, 243.
На фиг. 8 показан вариант осуществления схемы 1, объединяющий варианты фиг. 4 и фиг. 5. Схема 1 позволяет осуществлять одно-, двух- или трехфазную зарядку электрического транспортного средства, изображенного на фиг. 1.
В отличие от фиг. 7, схема 1 содержит дополнительный переключающий компонент 244 для соединения четвертой входной клеммы 14 с выходной клеммой 23 третьей фазы. Таким образом, схема 1 содержит в общей сложности одиннадцать переключающих компонентов 211, 221, 231, 212, 222, 232, 242, 223, 233, 243, 244.
Варианты осуществления изобретения могут иметь некоторые или все из следующих преимуществ:
малое количество переключающих компонентов, в частности, реле или контакторов;
уменьшение потерь тепла в зарядной станции и отсутствие необходимости в охлаждающих устройствах, в частности, вентиляторах;
возможность создания зарядной станции для электрических транспортных средств, позволяющей выбирать фазу в отсутствие известной заранее информации о комбинации входных электрических сигналов, доступной для зарядной станции, и
уменьшение размеров и удешевление производства зарядной станции.
Существует несколько способов реализации системы управления для подачи команды о выборе фазы электрического тока в каждой из станций группы зарядных станций.
Изобретение дополнительно определяется следующими пунктами.
Пункт 1. Схема 1 электрических компонентов для управления подачей электроэнергии из электрической сети на электрическое транспортное средство 102, содержащая:
первую, вторую, третью и четвертую входную клемму 11, 12, 13, 14, каждая из которых предназначена для приема электрического сигнала из электрической сети;
два переключающих компонента 211, 221 для управления двумя соединениями между выходной клеммой 20 нейтрали, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и первой и второй входными клеммами 11, 12; и
три переключающих компонента 222, 232, 242 для управления тремя соединениями между выходной клеммой 21 первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и второй, третьей и четвертой входными клеммами 12, 13, 14.
Пункт 2. Схема 1 по п. 1, содержащая:
переключающий компонент 233 для управления соединением между выходной клеммой 22 второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и третьей входной клеммой 13, и
переключающий компонент 244 для управления соединением между выходной клеммой 23 третьей фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и четвертой входной клеммой 14.
Пункт 3. Схема 1 по п. 1, содержащая:
переключающий компонент 231 для управления соединением между выходной клеммой 20 нейтрали и третьей входной клеммой 13;
переключающий компонент 212 для управления соединением между выходной клеммой 21 первой фазы и первой входной клеммой 11; и
три переключающих компонента 223, 233, 243 для управления тремя соединениями между выходной клеммой 22 второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и второй, третьей и четвертой входными клеммами 12, 13, 14.
Пункт 4. Схема 1 по п. 3, содержащая:
переключающий компонент для управления соединением между выходной клеммой третьей фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и четвертой входной клеммой.
Пункт 5. Схема 1 электрических компонентов для управления подачей электроэнергии из электрической сети на электрическое транспортное средство 102, содержащая:
первую, вторую, третью и четвертую входные клеммы 11, 12, 13, 14 для приема электрических сигналов из электрической сети;
три переключающих компонента 211, 221, 231 для управления тремя соединениями между выходной клеммой 20 нейтрали, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и первой, второй и третьей входными клеммами 11, 12, 13;
три переключающих компонента 212, 222, 232 для управления тремя соединениями между выходной клеммой 21 первой фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и первой, второй и третьей входными клеммами 11, 12, 13; и
три переключающих компонента 223, 233, 243 для управления тремя соединениями между выходной клеммой 22 второй фазы, выполненной с возможностью подключения к электрическому транспортному средству 102, и второй, третьей и четвертой входными клеммами 12, 13, 14.
Пункт 6. Схема 1 по любому из предыдущих пунктов, в которой первая, вторая и третья входные клеммы 11, 12, 13 выполнены с возможностью подключения к системе заземления TN таким образом, чтобы:
первая входная клемма 11 принимала электрический сигнал нейтрали;
вторая входная клемма 12 принимала электрический сигнал первой фазы;
и
третья входная клемма 13 принимала электрический сигнал второй фазы.
Пункт 7. Схема 1 по п. 6, в которой четвертая входная клемма 14 выполнена с возможностью подключения к системе заземления TN таким образом, чтобы четвертая входная клемма 14 принимала электрический сигнал третьей фазы.
Пункт 8. Схема 1 по любому из пунктов 1-5, в которой первая и вторая входные клеммы 11, 12 выполнены с возможностью подключения к любой из систем заземления IT или ТТ таким образом, чтобы:
первая входная клемма 11 принимала электрический сигнал первой фазы;
и вторая входная клемма 12 принимала электрический сигнал второй фазы.
Пункт 9. Схема 1 по п. 8, в которой третья входная клемма 13 выполнена с возможностью подключения к любой из систем заземления IT или ТТ таким образом, чтобы третья входная клемма 13 принимала электрический сигнал третьей фазы.
Пункт 10. Схема 1 по любому из пунктов 1-5, в которой первая и вторая входные клеммы 11, 12 выполнены с возможностью подключения к системе распределения с расщепленными фазами таким образом, чтобы:
первая входная клемма 11 принимала электрический сигнал нейтрали;
вторая входная клемма 12 принимала один из двух электрических сигналов линии системы распределения с расщепленными фазами.
Пункт 11. Схема 1 по п. 10, в которой третья входная клемма 13 выполнена с возможностью подключения к системе распределения с расщепленными фазами таким образом, чтобы третья входная клемма 13 принимала оставшийся электрический сигнал линии системы распределения с расщепленными фазами.
Пункт 12. Схема 1 по любому из предыдущих пунктов, в которой переключающий компонент представляет собой реле.
Пункт 13. Схема 1 по п. 12, в которой реле представляет собой контактор.
Пункт 14. Зарядная станция 100 для подзарядки электрического транспортного средства 102, содержащая схему 1 электрических компонентов по любому из предыдущих пунктов.
По существу, термины, используемые в настоящем описании и формуле изобретения, интерпретируются в соответствии с их обычным значением в данной области техники, если явно не указано иное. Несмотря на это, термины «содержит» и «содержащий» и их вариации указывают на включение указанных признаков, этапов или целых чисел. Эти термины не истолковываются как исключающие наличие других признаков, этапов или целых чисел. Кроме того, неопределенный артикль интерпретируется как вводящий по меньшей мере один экземпляр сущности, если явно не указано иное. Сущность, введенная неопределенным артиклем, может быть интерпретирована в том числе как множественная.
Признаки, раскрытые в приведенном выше описании, в нижеследующей формуле изобретения или на прилагаемых чертежах и выраженные в конкретных формах или терминах средства для осуществления раскрытой функции или способа или процесса для получения раскрытых результатов, в зависимости от обстоятельств могут применяться по отдельности или в любых сочетаниях для реализации различных форм изобретения.
Хотя изобретение раскрыто на примере описанных выше вариантов осуществления, многие эквивалентные модификации и вариации будут очевидны специалистам в данной области техники после ознакомления с настоящим раскрытием. Соответственно, описанные выше варианты осуществления изобретения приведены для примера и не носят ограничительного характера. Различные изменения могут быть внесены в описанные варианты осуществления без отклонения от защищаемого объема изобретения.