[2]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.
[4]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.
[5]Недостатком существующей схемы является отсутствие резервных источников питания на случай отсутствия энергии в сети, а также дефиците солнечной энергии.
[6]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.
[7]Недостатком устройства является отсутствие резервного источника энергии.
[8]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.
[9]Полезная модель относится к электротехническим изделиям и может быть использована для зарядки переменным током общественного электротранспорта, в частности, электробусов.
[10]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.
[11]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.
[12]Недостатками указанной станции являются:
[13]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.
[14]2. Система не позволяет заряжать несколько транспортных средств одновременно.
[15]3. Невозможно подключить к центральной сети, если такая возможность есть.
[16]Раскрытие изобретения
[17]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).
[18]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.
[19]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.
[20]В предпочтительном варианте:
[21]- модули накопления энергии размещены в климатическом шкафу;
[22]- в качестве привозного топлива используют метанол, или пропан-бутан, или метан, или аммиак.
[23]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.
[24]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.
[25]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.
[26]Краткое описание чертежей
[27]Сущность изобретения поясняется чертежом.
[28]На чертеже приведена схема станции зарядки электротранспорта, где цифрами обозначены:
[29]1. Модуль генерации, основанный на солнечных батареях;
[30]2. Модуль генерации, основанный на ветрогенераторах;
[31]3. Модуль генерации, основанный на водородных топливных элементах;
[32]4. Модуль накопления энергии, основанный на аккумуляторных батареях;
[33]5. Модуль накопления энергии, основанный на аккумуляторных батареях;
[34]6. Модуль накопления энергии, основанный на аккумуляторных батареях;
[35]7. Контроллер заряда и распределения энергии;
[36]8. Резервуар с водородом;
[37]9. Электролизер для получения водорода;
[38]10. Резервуар с водой;
[42]14. Средство контроля и учета электроэнергии, поступающей от центральной сети;
[43]15. Внешняя воздушная проводная или кабельная централизованная электросеть;
[44]16. Резервуар с топливом для топливного элемента;
[45]17. Модуль генерации, на основе топливных элементов, использующий привозное топливо.
[46]Осуществление и примеры реализации
[47]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.
[48]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.
[49]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.
[50]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.
[51]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.
[52]Зарядная станция может быть расположена на мобильной транспортной платформе, передвигающейся как по суше так по воде.
[54]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.
[55]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.
[56]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.
[57]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.
[58]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.
[59]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.
[60]При этом электроэнергия может передаваться от одной зарядной станции к другой в зависимости от дистанции между ними как посредством переменного так посредством постоянного тока.
[61]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.
[62]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.
