D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de los vehículos eléctricos, y más concretamente a los sistemas de recarga de dichos vehículos.

El objeto principal de la presente invención es una estación de recarga, así como el sistema que gestiona la recarga de vehículos eléctricos, mediante el cual se optimiza considerablemente el proceso de recarga de los mismos, garantizando unas condiciones de seguridad y recarga satisfactorias.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los vehículos eléctricos han existido durante algo más de 100 años. Su rendimiento en términos energéticos es muy superior a los de combustión interna, pero su uso no se ha extendido principalmente debido a la baja densidad energética de sus baterías, que normalmente suponen un gran peso adicional en el vehículo, con largos tiempos de recarga y una autonomía muy limitada comparada con la de un vehículo de combustión interna.

Principalmente, existen dos tipos de vehículos eléctricos:

- Híbridos enchufables (PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicles): dotados de una batería y un motor de combustión interna. - Con batería (BEV - Battery Electric Vehicle): no tienen motor de combustión interna, por lo que toda la energía necesaria para su funcionamiento se suministra desde la red eléctrica. Los vehículos eléctricos resultan de especial interés en entornos urbanos ya que no producen emisiones locales. Pueden funcionar con motores eléctricos de corriente alterna o con motores de corriente continua. A su vez, la energía eléctrica necesaria para su uso puede ser generada de múltiples formas, destacando especialmente la gran sinergia que puede ofrecer la combinación de energía eléctrica de origen eólico con la recarga de baterías de vehículos durante las horas nocturnas. En este periodo, la demanda de electricidad es considerablemente menor y corresponde con las horas de mayor generación de energía de origen eólico.

La recarga de baterías de un vehículo eléctrico se lleva a cabo a través de las denominadas estaciones o postes de recarga. Estas estaciones de recarga constan de una toma de energía que permite la transferencia de energía desde la red eléctrica hasta el vehículo.

En el documento GB2438979 se describe una estación de recarga para vehículos eléctricos para la vía pública, con toma de corriente monofásica. Para su funcionamiento, el usuario debe disponer de una tarjeta RFID (Radio Frequency IDentif ¡catión) suministrada por el operador de dichas estaciones.

Por su parte, en la solicitud internacional WO2009/089249 se describen estaciones de recarga de vehículos que permiten ofrecer diversos tipos de comunicaciones LAN (Local Area Network) entre ellas y con un centro de control de datos o con una estación de pagos. En cuanto al sistema de bloqueo, disponen de un mecanismo de bloqueo electromecánico que se libera automáticamente en caso de cortes de suministro. Al igual que en el caso anterior, el acceso al interior del receptáculo está limitado a usuarios de la infraestructura que dispongan de medios de identificación válidos.

El estado de la técnica actual no ofrece estaciones de recarga de baterías de vehículos eléctricos que se adapten a las exigencias impuestas por la expansión del vehículo eléctrico como medio de transporte en un futuro próximo. Es necesario garantizar unas condiciones de recarga óptima que satisfagan tanto al usuario como al gestor de la infraestructura de recarga, asegurando la seguridad de la operación durante el proceso de recarga.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Mediante la presente invención se resuelven los inconvenientes anteriormente citados proporcionando una estación recarga de vehículos eléctricos que permite optimizar las comunicaciones y modos en que una persona puede llevar a cabo la operación de recarga de su vehículo eléctrico, garantizando una segura, fiable y eficiente realización del proceso de recarga e impidiendo acciones vandálicas por parte de terceros.

De acuerdo con un primer objeto de la invención, la estación de recarga, del tipo que comprende una conexión de energía eléctrica conectada a una fuente de suministro local de energía eléctrica que alimenta la estación de recarga, y una toma de energía eléctrica adaptada para su conexión al vehículo que proporciona energía eléctrica al vehículo, destaca fundamentalmente por comprender:

- al menos un dispositivo interruptor que permite o interrumpe el suministro de energía eléctrica al vehículo a través de la toma de energía eléctrica,

- al menos un dispositivo de medida de intensidad que mide la intensidad que circula por la toma de energía eléctrica,

- al menos un dispositivo de comunicaciones que proporciona capacidad de comunicación de red,

- al menos una unidad de control que controla el dispositivo interruptor, que controla el dispositivo de medida de intensidad, que gobierna la transferencia de energía entre el vehículo y la fuente de suministro local de energía eléctrica, así como que está conectada al dispositivo de comunicaciones para recepción y envío de información a un centro de control externo,

- al menos una envolvente que incorpora al menos uno de los elementos anteriormente descritos, y en la que el acceso a dichos elementos se realiza tras la apertura o extracción de un único elemento constructivo de la misma,

- al menos un sistema de bloqueo asociado a la unidad de control que establece una posición de apertura o una posición de cierre con capacidad de hacer accesible o no la toma de energía eléctrica al vehículo.

Preferentemente la estación de recarga comprende unos medios que impiden la extracción del conector de un cable acoplable a la toma de energía eléctrica, cuando el cable está conectado al vehículo y el sistema de bloqueo en la posición de cierre. Es únicamente en este momento, en el que el sistema de bloqueo está cerrado, cuando se permite la transferencia de energía eléctrica entre el vehículo y la estación de recarga.

Asimismo se ha previsto que la estación de recarga disponga adicionalmente de un dispositivo de identificación para la comunicación entre usuario y estación de recarga, pudiendo ser un lector de tarjetas, un teclado, una llave, un lector biométrico o equipo cualquiera provisto de tecnología que permita a un usuario su correcta identificación.

Además, en una realización preferida, puede existir un sistema de comunicaciones entre la estación de recarga y el vehículo.

En una realización preferida, el dispositivo de comunicaciones presente en la estación de recarga está adaptado para su conexión con una red de área seleccionada entre: una red de área extendida (WAN), una red de área local cableada (LAN), una red de área local inalámbrica (WLAN) y combinación de las anteriores. Dicho dispositivo permite la conexión simultánea de diversos canales y protocolos de comunicación, tanto de LAN cableada o inalámbrica WLAN, como de comunicaciones remotas o WAN, cableadas o inalámbricas. Se ha previsto que para situaciones en las se produzca una ausencia de suministro de energía, cortando y afectando al funcionamiento interno de una estación de recarga, se pueda contar con un sistema de alimentación auxiliar, por ejemplo, baterías, banco de condensadores, ultracapacidad, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), etc., mediante los cuales es posible:

- Mantener cerrado el mecanismo de bloqueo hasta la intervención de un usuario autorizado.

- Registrar los parámetros que permiten continuar con el proceso de transferencia de energía eléctrica una vez restablecido el mismo.

En dicho caso de ausencia de suministro de energía, y cuando se está produciendo un proceso de recarga, el sistema de bloqueo se mantiene cerrado hasta la intervención de un usuario autorizado. En una realización preferida, este usuario será el mismo que inició el proceso de recarga. Asimismo dicha unidad de control podrá registrar los parámetros de transferencia de energía durante la recarga cuando se produce la ausencia de energía, empleando dichos parámetros cuando se restablece el suministro.

De acuerdo con una realización preferente la estación de recarga comprende un receptáculo que alberga la toma de energía eléctrica y que está destinado a albergar completamente el conector del cable. Como elemento de protección del sistema, se propone utilizar una protección del tipo disyuntor magnetotérmico rearmable (como por ejemplo DCR-Dispositivo de Corriente Residual), capaz de rearmarse automáticamente tras comprobar la ausencia de defectos en la instalación. Al haberse incluido un dispositivo de comunicación WAN, se posibilita el funcionamiento de estaciones aisladas en modo autónomo o formando parte de una red.

Las estaciones de recarga pueden estar agrupadas de modo que constituyan un sistema en el que, de forma directa o a través de una pasarela, se comuniquen con un centro de control externo a través de los dispositivos de comunicaciones de las estaciones de recarga, a través de una red de comunicaciones. Dicho sistema de recarga puede establecer una red de comunicaciones tal que permite el funcionamiento de estaciones de recarga en modo autónomo o formando parte de una red, ya sea a través de una red de área local (LAN), una red de área local inalámbrica (WLAN), una red de área extendida (WAN), o cualquier combinación que pueda existir entre ellas.

El centro de control externo permite controlar la cantidad de flujo de suministro eléctrico dirigido al vehículo en función de parámetros tales como: la energía disponible en la red, precio de la energía, contenido de C02 de la generación de la misma y/o capacidad de la red de distribución. Cabe señalar que mediante el sistema aquí descrito se contempla la posibilidad de permitir a un usuario hacer la reserva de una determinada estación de recarga mediante un dispositivo o equipo móvil cualquiera que permita el envío de mensajes SMS, o por ejemplo, a través de Internet. También se contempla la posibilidad de que un usuario ocasional que no dispone de un mecanismo de identificación previamente validado en el sistema, pueda establecer una comunicación remota con el centro de control externo.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1.- Muestra una vista esquemática del sistema de recarga de vehículos eléctricos de acuerdo con una realización preferente de la invención.

Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva general de la estación de recarga de vehículos eléctricos según una realización preferente. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con una realización preferente, mostrada en la figura 2, la estación de recarga (1 ) está formada por un módulo frontal (10), de material no metálico para permitir la comunicación por radiofrecuencia, con el que un usuario interactúa, y una envolvente (20) metálica que proporciona soporte y protección a la estación de recarga (1 ), comprendiendo: - una conexión de energía eléctrica conectada a una fuente de suministro local (2) de energía eléctrica, mostrada en la figura 1 , que alimenta la estación de recarga (1 ),

- una toma de energía eléctrica (13), alojada en el interior de un receptáculo o zona de alimentación (12), adaptada para su conexión al vehículo (3) proporcionándole energía eléctrica, pudiendo ser corriente continua o corriente alterna,

- un dispositivo interruptor que permite o interrumpe el suministro de energía eléctrica al vehículo (3) a través de la toma de energía eléctrica (13),

- un dispositivo de medida de intensidad que mide la intensidad que circula por la toma de energía eléctrica (13),

- un dispositivo de comunicaciones, mostrado en la figura 1 , que proporciona capacidad de comunicación de red,

- una unidad de control (19) que controla el dispositivo interruptor, el dispositivo de medida de intensidad, gobierna la transferencia de energía entre el vehículo (3) y la fuente de suministro local (2) de energía eléctrica, estando conectada al dispositivo de comunicaciones para recepción y envío de información a un centro de control externo (45), y

- un sistema de bloqueo (15) electromecánico asociado a la unidad de control (19) que establece una posición de apertura o una posición de cierre con capacidad de hacer accesible o no la toma de energía eléctrica (13) al vehículo (3). Tal y como se puede apreciar en dicha figura 2, la estación de recarga (1 ) dispone adicionalmente en su parte superior de un dispositivo de identificación (11 ) para la comunicación entre usuario y estación de recarga (1 ) y que en esta realización concreta se trata de un lector de tarjetas sin contacto RFID.

Además, podrá existir un sistema de comunicaciones entre la estación de recarga y el vehículo eléctrico.

Asimismo, en la estación de recarga (1 ) de la figura 2 se puede apreciar una tapa (14) corredera automática insertada en el módulo frontal (10), que se encuentra inicialmente cerrada, accionada por el sistema de bloqueo (15) automático dispuesto en el interior de la estación de recarga (1 ), que permite la apertura de dicha tapa (14) una vez identificado correctamente el usuario, y permitiendo su cierre tras la conexión del cable (30) al vehículo (3) eléctrico. En la posición cerrada (posición inferior), un mecanismo electromagnético impide su transición a la posición superior, impidiendo a su vez el acceso a la toma de energía eléctrica (13).

El cable (30) de conexión entre el vehículo (3) eléctrico y la estación de recarga (1 ) puede proceder del interior de dicha estación de recarga (1 ), o ser totalmente independiente, disponiendo cada vehículo (3) eléctrico de su propio cable (30) de conexión. Cabe señalar también que las estaciones de recarga (1 ) aquí descritas permiten la recarga tanto de vehículos (3) eléctricos de corriente alterna como de corriente continua, disponiendo para ello dichas estaciones de recarga (1 ) de los dispositivos de conversión necesarios. Además, en dicha figura 2 se muestra una pantalla (16) ubicada en la parte superior del módulo frontal (10) y conectada a la unidad de control (19), que muestra al usuario información sobre el estado de la estación de recarga (1 ), apareciendo mensajes tales como "disponible", "cargando", "avería", etc., así como unas señales luminosas (17) igualmente dispuestas en la parte superior del módulo frontal (10) y conectadas a la unidad de control (19), que alertan al usuario sobre un cambio de estado de la estación de recarga (1 ) (pasando por ejemplo de una luz roja a una luz averde para indicar un cambio de "ocupado" a "disponible" de la estación de recarga(1 )).

Cuando la tapa (14) corredera está en posición cerrada, no es posible conectar ni desconectar el cable (30) de conexión entre el vehículo (3) y la estación de recarga (1 ). En esta situación, una ranura (18), dimensionada adecuadamente, permite el paso del cable (30) de conexión, pero no de su conector que actúa de unión con la toma de energía eléctrica (13), garantizando así la seguridad del usuario durante la transferencia de energía, así como evitando actos vandálicos.

De acuerdo con un segundo objetivo de la invención, se muestra en la figura 1 , el sistema de recarga de vehículos (3) eléctricos, el cual comprende:

- unas estaciones de recarga (1 ) conectadas entre sí a través una red de área local LAN (41 ) o una red de área local inalámbrica WLAN (42), mediante las cuales es posible la transferencia energía en vehículos (3) eléctricos,

- una fuente de suministro local (2) de energía eléctrica, conectada a las estaciones de recarga (1 ) para su alimentación,

- un centro de control externo (45), vinculado a dichas estaciones de recarga (1 ), adaptado para gestionar y controlar el proceso de recarga, desde su inicio hasta su finalización, y

- una red de comunicaciones (44), vinculada al centro de control externo (45), y que a través de una red de área extendida WAN (46) permite a un usuario hacer la reserva de una estación de recarga (1 ) desde un dispositivo móvil (43), un ordenador (47) o dispositivo electrónico similar que permita el acceso a Internet. Dichas estaciones de recarga (1 ) pueden estar integradas asimismo en una red de telefonía móvil GSM/GPRS/UMTS.

El centro de control externo (45) dispone de una gran base de datos que contiene información de todos los usuarios autorizados para utilizar las estaciones de recarga (1 ), encargándose del control de la recarga, envío y recepción de mensajes a las estaciones de recarga (1 ), tarificación y medios de pago, así como de cualquier posible incidencia que pueda suceder.

La adopción de estándares internacionales en cuanto a los protocolos de comunicación y mensajes correspondientes a cada sesión de recarga, permitirá el uso de este sistema por usuarios pertenecientes a otros sistemas y/o países, cuyos datos serán leídos en la estación de recarga (1 ) y enviados al centro de control externo (45). Este se encargará de establecer las comunicaciones y validaciones externas necesarias para permitir la operación de recarga del vehículo (3) y su posterior tarificación.

Preferentemente, el procedimiento de recarga de vehículos (3) eléctricos se lleva a cabo de la siguiente manera:

- identificación de un usuario mediante la aproximación de su tarjeta (40) RFID sobre el dispositivo de identificación (1 1 ), lector de tarjetas RFID, presente en el módulo frontal (10) de la estación de recarga (1 ),

- envío de los datos de identificación del usuario presentes en su tarjeta (40) RFID desde una unidad de control (19) situada en el interior de la estación de recarga (1 ) hasta una centro de control externo (45), pudiendo realizar dicho envío mediante una red de área local LAN (41 ) o una red de área local inalámbrica WLAN (42). Como caso particular, el envío se puede hacer directamente por medio del uso de un módem GSM/GPRS/UMTS que se encuentra en el interior de la estación, como a través de un enlace LAN o WLAN con otras estaciones de recarga o equipos adicionales con capacidad de conexión directa con el centro de control.

- validación o denegación por parte del centro de de control externo (45) de los datos recibidos procedentes de la tarjeta (40) RFID del usuario;

- en caso de denegarse la tarjeta (40) RFID, la tapa (14) corredera se mantiene cerrada y bloqueada sin posibilidad de acceder al interior de la zona de alimentación (12),

- en caso de validarse la tarjeta (40) RFID, el centro de control externo (45) envía un mensaje de autorización a la unidad de control (19) de la estación de recarga (1 ), estando dicha unidad de control (19) conectada a un sistema de bloqueo (15) automático que realiza la apertura de la tapa (14) corredera hacia arriba permitiendo al usuario el acceso al interior de la zona de alimentación (12),

- conexión del cable (30) a la toma de energía eléctrica (13) y por su otro extremo libre a su vehículo (3) eléctrico,

- cierre y bloqueo de la tapa (14) corredera mediante el sistema de bloqueo (15) automático arriba citado, en esta posición no es posible la extracción del cable (30),

- confirmación por parte del usuario mediante una nueva lectura de su tarjeta (40) RFID, o tras el transcurso de un periodo de tiempo concreto,

- inicio de la transferencia de energía eléctrica a través del cable (30) para la recarga de la batería del vehículo (3) eléctrico,

- fin de la transferencia de energía eléctrica,

- identificación del usuario mediante una lectura final de su tarjeta (40) RFID, para la apertura automática de la tapa (14) corredera y así permitir al usuario desconectar el cable (30) de la toma de energía eléctrica (13).

Durante el proceso de recarga, el dispositivo de medida de intensidad realiza las medidas de potencia y energía necesarias para su gestión, enviando información periódica al centro de control externo (45). La medición instantánea de la potencia suministrada permite detectar la finalización del proceso de recarga, así como cualquier otra situación anómala (desconexión, avería, etc.) y reaccionar adecuadamente ante la misma.

La recepción de información periódica del proceso de recarga en el centro de control externo (45), permite ajustar los parámetros del proceso de recarga en la estación de recarga (1 ) con esa misma periodicidad. Para ello, las estaciones de recarga (1 ) disponen de un sistema de comunicaciones entre el vehículo y la estación de recarga. Como ejemplo, señalar que esta comunicación puede ser vía PLC (Power Line Communication), Bluetooth, Wireless, WIFI, etc. En una realización preferida, el sistema de comunicaciones puede estar formado, al menos, por un circuito electrónico que, de acuerdo con la normativa vigente, forma parte de la unidad de control (19), que modula la anchura del pulso de una señal de onda cuadrada. Esta señal puede ser transmitida por medio de un hilo conductor que forma parte del cable (30) que une a la estación de recarga (1 ) con el vehículo (3) eléctrico, de tal manera que el vehículo (3) reacciona ante cambios en dicha señal, adaptando a los mismos la intensidad de corriente que solicita de la red en cada momento. Así resulta posible regular la demanda de energía de los usuarios a la oferta existente en cada momento en las estaciones de recarga (1 ).

Al detectar la estación de recarga (1 ), la finalización del proceso de recarga, se interrumpe el suministro de energía al vehículo (3) eléctrico. En ese momento, se informa al centro de control externo (45) del cambio de estado de la estación de recarga (1 ), quien a su vez puede informar al usuario por medio de un mensaje SMS.

Es también una vez terminado el proceso de recarga, cuando la unidad de control (19) de la estación de recarga (1 ) envía al centro de control externo (45) la información necesaria para realizar una tarificación en cuanto al total de energía transferida, así como de la duración total de la misma u otros parámetros, los cuales son reflejados en la pantalla (16) de la estación de recarga (1 ).

Cabe mencionar que, en cualquier momento durante el tiempo en el transcurre el proceso de recarga, el centro de control externo (45) puede interrumpir dicho proceso de recarga, enviando para ello un mensaje a la unidad de control (19) de la estación de recarga (1 ) correspondiente.

Cuando durante un proceso de recarga se produce una ausencia de suministro de energía, el sistema de bloqueo (15) se mantiene cerrado hasta nueva identificación del mismo usuario que inició la sesión de recarga. La validación de la tarjeta (40) RFID puede ser indicada al usuario a través de un pantalla (16) y/o unas señales luminosas (17) presentes en el módulo frontal (10) de la estación de recarga (1 ).

Una vez finalizado el proceso de recarga, la estación de recarga (1 ) permanece con la tapa (14) corredera en posición cerrada, hasta que el usuario vuelva a identificarse por medio de una nueva lectura de su tarjeta RFID (40).

Esta nueva lectura de la tarjeta RFID (40) puede ser sustituida por el envío de un nuevo SMS al centro de control externo (45). En caso de que fuese necesario, el centro de control externo (45) es capaz de realizar el envío de un mensaje que indica a la unidad de control (19) el desbloqueo del sistema de bloqueo (15) electromecánico, el cual realiza el bloqueo de la tapa (14) corredera. El usuario puede en ese momento liberar el cable (30) de conexión entre el vehículo (3) y la estación de recarga (1 ).

Al realizar un nuevo cierre de la tapa (14) corredera, la estación de recarga (1 ) pasará al estado de espera o libre, cambiando el color de las señales luminosas (17) e informando al centro de control externo (45) del nuevo estado.

Si se produce un fallo de suministro eléctrico en una estación de recarga (1 ), la unidad de control (19) detecta este evento y cambia el estado de la estación de recarga (1 ) a uno en el que la alimentación del sistema de control proviene de un sistema de alimentación auxiliar, basado en baterías u otra tecnología, que forma parte de la misma. En este estado, la estación de recarga (1 ) es capaz de asegurar la retención del cable (30) hasta la intervención del usuario por un tiempo extendido tras el fallo de suministro. Entre los principales elementos de los que consta el centro de control externo (45) cabe destacar un conjunto de servidores que se encargan de mantener actualizada una base de datos con los perfiles de los usuarios; disponer de un portal que permita la creación de perfiles y la solicitud de reservas a través de Internet; realizar las comunicaciones necesarias con los medios de pago; indicar los estados de las estaciones de recarga (1 ) con una periodicidad suficiente; gestionar los procesos de recarga de los vehículos(3) así como las indicaciones de mal funcionamiento o averías; generar estadísticas para las compañías eléctricas y otras instituciones oficiales (ayuntamientos, etc.);

Así, la existencia de diferentes perfiles de usuario, la posibilidad de regular con una latencia de minutos la demanda de energía de los vehículos (3) junto con la permanente comunicación con las empresas distribuidoras de energía, permite la realización de las recargas de los vehículos (3) según los distintos precios y la cantidad de potencia de diferentes fuentes en cada momento.