VILLANUEVA MONZON, Mauro (Rodriguez de Arellano 37, Madrid, E-28043, ES)
| REIVINDICACIONES 1.- Un sistema para transferir bidireccionalmente energía eléctrica entre vehículos (11) dotados de un medio de almacenamiento de energía eléctrica (13) y una red eléctrica (15) operada por una o vahas compañías eléctricas, caracterizado porque comprende; - a) una pluralidad de receptáculos de conexión (21) de dichos vehículos (11) a Ia red eléctrica (15); - b) un módulo de gestión (31) de dicha transferencia de energía eléctrica ubicado a bordo de cada uno de dichos vehículos (11) que comprende: bi) un convertidor bidireccionai (33) para transferir energía eiéctrica entre Ia red eiéctrica (15) y el medio de almacenamiento de energía (13); b2) un contador bidireccionai (35) de Ia energía eiéctrica transferida; b3) una unidad de comunicación (37) con un sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasi-reai"; b4) una unidad de control central (41) con una primera sub-unidatí (51) de almacenamiento de información relativa a ias transferencias de energía entre el vehículo {11 ) y ia red eléctrica (15); - c) un módulo de supervisión y comando (61) de dicha transferencia de energía eléctrica en cada una de dichas compañías eléctricas que comprende. d ) una unidad de comunicación (73) con un sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasí-real"; c2) una base de datos (75) de los vehículos {11 } autorizados para utilizar Ia red eléctrica (15) operada por Ia compañía; c3) una unidad de control centra! (77). 2.- Un sistema según ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicho módulo de gestión (31) también comprende una unidad de comunicación (39) con ei cuadre de mandos del vehículo (11). 3.- Un sistema segύn Ia reivindicación 2, caracterizado porque dicha unidad de control central (41 ) del módulo de gestión (31 ) también comprende: - una segunda sub-unidad (53} de almacenamiento de información relativa a ¡as pautas de utilización de! vehículo {11}; - una tercera sub-unidad de garantía de disponibilidad del vehículo (56). 4,- Un sistema según ¡a reivindicación 1, caracterizado porque Ia unidad de control centras (77) de dicho módulo de supervisión (61) está conectada con un sistema de gestión (79) de Ia compañía eléctrica. 5.- Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, caracterizado porque dicho sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasi rea!" es uno de (os siguientes: - un sistema de mensajería que utiliza redes de telefonía móvil (71 ); - un sistema de mensajería que utiliza cualquier otra red inalámbrica; - un sistema de transmisión de datos que utiliza ía red eléctrica (15). 6,- Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 -5. caracterizado porque dicho medio de almacenamiento de energía (13) es una batería. 7.- Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque dichos receptáculos de conexión (21) son receptáculos estándar de conexión de aparatos eléctricos cuyo circuito de eniace con Ia red eléctrica (15) incluye un elemento conmutador (23). 8.- Un sistema según Ia reivindicación 7, caracterizado porque dicho elemento conmutador (23) está gobernado por el módulo de supervisión (61). 9.- Un sistema según Ia reivindicación 7, caracterizado porque al menos parte de dichos receptáculos de conexión (21) están ubicados en plazas de aparcamiento de garajes públicos o privados. 10.- Un método para transferir energía eléctrica entre vehículos (11) dotados de un medio de almacenamiento de energía eléctrica (13) y una red eléctrica (15) operada por una o varias compañías eléctricas, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) conectar los vehículos (11 ) a ¡a red eléctrica (15) en uno de ios receptácυios de conexión (21) previstos ubicuamente para eiio; b) identificar y autorizar dicha conexión; ς) gestionar transferencias de energía entre ei medio de almacenamiento de energía eléctrica (13) y Ia red eléctrica (15) en uno ú otro sentido utilizando criterios preestablecidos. |
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a sistemas y métodos para ia transferencia bidireccionai de energía eiéctrica entre vehículos con dispositivos de almacenamiento de energía eiéctrica y redes eléctricas y, más en concreto, a sistemas y métodos para Ia transferencia bidireccionai de energía eléctrica entre vehículos con baterías eléctricas y redes eléctricas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Actualmente se conocen diversos tipos de vehículos que utilizan energía eléctrica y que cabe agrupar en tres tipos:
- Vehículos Eléctricos (EV), es deαr vehículos de tracción eléctrica alimentados por una batería recargable.
- Vehículos Eléctricos Híbridos Enchufables (PHEV) 1 es decir vehículos provistos de un motor eléctrico alimentado por una batería recargable y de un motor de combustión interna , colaborando ambos en ia tracción.
- Vehículos Eléctricos Híbridos (HEV), es decir vehículos provistos de un motor de combustión interna y de un motor eléctrico alimentado por un dispositivo recargable de energía - tal como una batería- mediante, entre otros medios, el motor de combustión interna.
Ei previsible gran incremento de ese tipo de vehículos en e! próximo futuro está planteado retos importantes a las compañías eléctricas y a ios operadores de red ya que suponen un importante factor de complejidad en Ia gestión y dimensionamiento de las redes eléctricas.
Por un lado, Ia recarga de baterías implica un nuevo tipo de demanda eléctrica con unas características muy diferentes a la de otros dispositivos de consumo eléctrico. Asi por ejemplo. Ia carga de un gran número de baterías a bordo de vehículos automóviles plantea a ias compañías eléctricas el problema de adaptación de sus recles a una demanda que puede presentar unas pautas muy vañabies con puntas muy importantes en determinados momentos.
Por otro lado, Ea existencia de baterías a bordo de vehículos automóviles en un número previsiblemente creciente supone para las redes eléctricas Ia posibilidad de utilizarlas como medios de almacenamiento de energía. De hecho, desde Ia aparición de ios vehículos eléctricos mencionados anteriormente se han divulgado diversas propuestas no solo para transferir energía eléctrica desde Ia red eléctrica a las baterías de los vehículos eléctricos sino para hacerlo en sentido contrario, aprovechando al respecto ios diferentes precios de la energía eléctrica en diferentes momentos temporales. La solicitud de patente US 2009/0030713 describe una de esas propuestas.
Hoy por hoy no se conoce sin embargo ningún sistema que resuelva satisfactoriamente ios distintos problemas involucrados -de hecho no hay ninguno implantado comercíaimente- por lo que hay una gran demanda de sistemas y métodos al respecto en Ia industria eléctrica.
La presente invención está orientada a Ea atención de esa demanda.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de Ia presente invención proporcionar sistemas y métodos que permitan transferir energía eléctrica entre vehículos eléctricos y redes eléctricas de forma optimizada incluyendo Ia prestación de servicios de almacenamiento de Ia energía eléctrica en ias baterías de ios vehículos.
Es otro objeto de Ia presente invención proporcionar sistemas y métodos que permitan transferir energía eléctrica entre vehícuios eléctricos y redes eléctricas maximizando el tiempo de conexión de los vehículos a Ia red eléctrica. Es otro objeto de la presente invención proporcionar Sistemas y métodos que permitan transferir energía eléctrica entre vehículos eléctricos y redes eléctricas facultando a las compañías eléctricas una gestión optimizada de sus redes eléctricas y de sus medios de generación.
Es otro objeto de Ia presente invención proporcionar sistemas y métodos que permitan transferir energía eléctrica excedente de fuentes renovables a ios vehículos eléctricos y recuperarla parcialmente posteriormente en periodos de alta demanda.
En un aspecto, esos y otros objetos se consiguen mediante un sistema que comprende una pluralidad de receptáculos de conexión de dichos vehículos a ia red eléctrica, un módulo de gestión de dicha transferencia de eπergfa eiéctrica ubicado a bordo de cada uno de dichos vehículos y un módulo de supervisión y comando de dicha transferencia de energía eléctrica en cada una de dichas compañías eléctricas; comprendiendo dicho módulo de gestión un convertidor bídireccionaí para transferir energía eléctrica entre Ia red eléctrica y el medio de almacenamiento de energía, un contador bidireccional de ia energia eiéctrica transferida, una unidad de comunicación con un sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasi-reaí", y una unidad de ccntroi central con una primera sub-unidad de almacenamiento de información relativa a las transferencias de energía entre el vehículo y Ia red eléctrica; y comprendiendo dicho módulo de supervisión y comando de dicha transferencia de energía eléctrica en cada una de dichas compañías eléctricas una unidad de comunicación con un sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasi-real", una base de datos de ios vehicuios autorizados para utilizar Ia red eléctrica operada por Ia compañía y una unidad de control central. En una realización preferente, ei módulo de gestión también comprende una unidad de comunicación con ei cuadro de mandos dei vehícuio. Se consigue con ello un medio de acceso a toda Ia información disponible en ei vehícuio que facilita Ia prestación de servicios adicionales al servicio básico de recarga de ia batería cuando el vehícuio se conecta a Ia red. En otra realización preferente Ia unidad de control central de! módulo de gestión también comprende una segunda sub-unídad de almacenamiento de información relativa a las pautas de utilización dei vehículo y una tercera sub-umdad de garantía de disponibilidad del vehículo. Con ia segunda sub- unidad se facilita que el sistema disponga de Ia información necesaria para Ia prestación optimizada de! servicio de transferencia de energía desde el vehicuío a Ia red y con ia tercera sub-unidad se facilita el suministro de información relevante al usuario del vehículo. En otra realización preferente Ea unidad de control central de dicho módulo de supervisión está conectada con un sistema de gestión de Ia compañía eléctrica. Se facilita con ello el máximo aprovechamiento de ia información disponible tanto sobre Ia demanda de energía eléctrica para recargar la batería de los vehículos como de ia disponibilidad de energía eléctrica almacenada en las baterías de ios vehículos.
En otra realización preferente el sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasi-real" entre el módulo de gestión y e! módulo de supervisión es un sistema de mensajería que utiliza redes inalámbricas y, entre ellas, ias de telefonía móvil. Se consigue con ello facilitar Ia gestión de las comunicaciones entre eí módulo de gestión y el módulo de supervisión al utilizar sistemas bien conocidos.
En otra realización preferente el sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasi-reai" entre ei módulo de gestión y ei módulo de supervisión es un sistema de transmisión de datos que utiliza Ia retí eléctrica. Se consigue con ello utilizar un sistema de comunicaciones privado entre el módulo de gestión y ei módulo de supervisión con las consiguientes ventajas para ia prestación de, particularmente, aquellos servicios de gestión más compleja.
En otra realización preferente de ia invención los receptáculos de conexión son receptáculos estándar de conexión de aparatos eléctricos cuyo circuito de enlace con Ia red eléctrica incluye un elemento conmutador, gobernado por el módulo de supervisión. Se consigue con ello facilitar Ia estandardización del dispositivo de conexión de los vehículos a Ia red eléctrica.
En otra realización preferente de Ia presente invención, dichos receptáculos de conexión están ubicados en plazas de aparcamiento de garajes públicos o privados. Se facilita con ello, por un lado, Ia instalación de ios dispositivos de conexión a Ia red eléctrica y, por otro iado, maximizar el tiempo de conexión de los vehículos a Ia red eléctrica.
En otro aspecto, esos y oíros objetos se consiguen mediante un método que comprende ios siguientes pasos: conectar los vehículos a Ia red eléctrica en uno de los receptáculos de conexión previstos ubicuamente para eiío, identificar y autorizar dicha conexión y gestionar transferencias de energía entre el medio de almacenamiento de energía eléctrica y Ia red eléctrica en uno ú otro sentido utilizando criterios preestablecidos.
Otras características y ventajas de Ia presente invención se harán evidentes de Ia siguiente descripción detaiiada de las realizaciones, ilustrativas de su objeto, junto con las figuras adjuntas. DESCRIPCION OE LAS FiGURAS
La Figura 1 muestra un Vehículo Eléctrico Híbrido Conectable (PHEV) conocido en la técnica. La Figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema para Ia transferencia de energia eléctrica entre vehículos con dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica y redes eléctricas según Ia presente invención. La Figura 3 es un diagrama de bloques del móduio de gestión del sistema ilustrado en Ia Figura 2 que está ubicado a bordo de ios vehículos.
La Figura 4 es un diagrama de bloques del módulo de supervisión del sistema ilustrado en Ia Figura 2 que está instalado en las compañías eléctricas. DESCRIPCION DETALLADA DE LA !NVENCION
Describiremos seguidamente una realización preferente de Ia presente invención refiriéndonos a vehículos PHEV pero, como bien comprenderá e! experto en ia materia, Ia invención también es aplicable a otros tipos de vehículos eléctricos dotados de medios autónomos de almacenamiento. Para un correcto entendimiento de Ia presente invención puede resultar de interés describir brevemente en primer término e! funcionamiento de ese tipo de vehículos.
Siguiendo ia Figura 1 puede observarse que un PHEV 11 convencional comprende un motor eléctrico 3, un motor de combustión 4, un depósito de combustible 5, una batería 13, un cargador 6 y un cable con un conector 7 para recargar ia batería 13 en Ia red eléctrica cuando es necesario. E! usuario del PHEV 11 se encarga de hacerlo conectando el conector 7 a un receptáculo de conexión con acceso a ia red eléctrica. Si e! receptáculo de conexión pertenece, por ejemplo, ai domicilio del usuarso del PHEV 11 Ia compañía eléctrica que Ie suministra energía eléctrica le factura el coste de Ia recarga de la batería 13 conjuntamente con ios demás consumos eléctricos de su domicilio. Si el receptáculo de conexión pertenece a un tercero, por ejemplo a una estación de servicio que dispone de "postes" de conexión a Ia red eléctrica, Ia estación de servicio Ie factura e! coste de Ia recarga de Ia batería. En las propuestas conocidas para ilevar a cabo transferencias de energía entre las baterías de Eos vehículos eléctricos y las redes eléctricas, Ia hipótesis de partida es que ios vehículos tengan Ia configuración ilustrada en ia Figura 1 y que sean los "postes" de conexión a Ia red eléctrica los que, de una manera ύ otra, incorporen Eos elementos necesarios para posibilitar dichas transferencias.
A diferencia de ello, el sistema objeto de Ia presente invención está basado en Ia utilización de un módulo de gestión de Ia transferencia de energía a bordo de ios vehículos y de un módulo de supervisión en cada compañía eléctrica. Siguiendo ia Figura 2, puede observarse más detalladamente que el sistema para ía transferencia ele energía eléctrica entre vehículos eléctricos 11 y una red eléctrica 15 según Ia invención comprende: - Una pluralidad de receptáculos de conexión 21 para ia conexión de los vehículos 11 a una red eléctrica 15. Se contempla que esos receptáculos de conexión 21 estén ubicados en los lugares habituales de aparcamiento de ios vehículos, tanto privados como públicos, de manera que sus baterías 13 puedan estar conectadas a ia red eléctrica 15 el máximo tiempo posible para optimizar Ia transferencia de energía eléctrica en ambos sentidos. Entre el receptáculo de conexión 21 y ia red eléctrica 15 se ubica un elemento conmutador 23 que abre/cierra ia conexión con ia red eléctrica 15. - Un móduio de gestión 31 de dicha transferencia de energía eléctrica ubicado a bordo de cada uno de dichos vehículos 11 consistente en un dispositivo muitifuncionai. instalado en el vehículo preferiblemente en fabrica, con medios tanto para gestionar técnicamente ia transferencia de energía eléctrica entre la batería 13 y Ia red eléctrica 15 {se dispone de tecnología conocida para la conversión de Ia corriente continua de
Ia batería 13 a Ia corriente alterna de Ia red 15 eléctrica y viceversa) como para gestionar Ia activación/desactivación de los procesos de transferencia de energía en uno u otro sentido y ia contabilización de las transferencias de energía. Entre las funciones del móduio de gestión 31 se encuentran pues las que lleva a cabo el cargador 6 del
PHEV 11 convencional.
- Un módulo de supervisión 61 de dicha transferencia de energía en cada una de dichas compañías eléctricas que operan Ia red eléctrica 15 (suponiendo que, en efecto, Ia red eléctrica 15 en cuestión está operada por varias compañías).
Antes de describir con más detalle los componentes del sistema según ia invención y para su mejor comprensión haremos una breve referencia al método de transferencia de energía eléctrica entre un vehículo 11 y una red eléctrica 15
El método comprende dos pasos básicos: - Identificar y autorizar Ia conexión de un vehículo 11 a !a red 15 eléctrica.
• Gestionar las transferencias de energía entre Ia batería 13 del vehicuio 11 y Ia red eléctrica 15 utilizando criterios preestablecidos
El primer paso mencionado comprende por un lado el accionamiento del elemento de conmutación 23 para que el vehículo 11 tenga acceso a ia red eléctrica 15, a través de! receptáculo de conexión 21 y por otro lado, un intercambio de Información entre el módulo de gestión 31 del vehículo y el módulo de supervisión 61 de Ia compañía eléctrica para que ésta tenga conocimiento de Ia conexión deí vehículo 11 a Ia red eléctrica 15.
E! segundo paso mencionado comprende tanto Ia toma de decisiones sobre Ia realización de una ú otra transferencia de energía de Ia red eléctrica 15 a Ia batería 13 o viceversa, como Ia ejecución de esas decisiones por parte del módulo de gestión 31 y también Ia realización de aquellas acciones derivadas de ellas, particularmente ei registro de ios datos necesarios para ia facturación correspondiente a cada transferencia. El módulo de gestión 31 {ver Figura 3) comprende al menos las siguientes unidades:
- Un convertidor bidireccíonaí 33 para Ia transferencia de energía eléctrica entre Ia red eléctrica 15 (corriente alterna) y Ia bateria 13 (corriente continua)
- Un contador bidirecciona! 35 de Ea energía eléctrica transferida.
- Una unidad de comunicación 37 con un sistema de transmisión de datos 71. - Una unidad de control centra! 41 que comprende ai menos una primera sυb-unidad 51 de almacenamiento de información relativa a !as transferencias de energía entre el vehículo 11 y Ia red eléctrica 15. En una realización preferente, el modulo de gestión también comprende:
- Una unidad de comunicación 39 con eí cuadro de mandos dei vehículo 11 vía, por ejemplo, DCLi N.
- En Ia unidad de contra! centra! 41 , una segunda sυb-unidad 53 de almacenamiento de información relativa a las pautas de utilización dei vehículo 11 (incluyendo, por ejempio, información sobre horarios y iocaiizaciones de recorridos y paradas) y una tercera sub-unidad de garantía de disponibiiidad dei vehículo 55 (capaz de Informar, por ejemplo, al propietario dei vehículo mediante un mensaje de telefonía móvέi sobre incidencias del vehículo ó sobre Ia terminación del proceso de carga de Ia batería 13). Por su parte, el módulo de supervisión 61 (ver Figura 4) comprende ai menos las siguientes unidades:
- Una unidad de comunicación 73 con un sistema de transmisión de datos 71.
- Una base de datos 75 con información de los vehículos 11 autorizados para utilizar Ia red eléctrica operada por Ia compañía. Como bien se comprende, tai autorización será ia consecuencia de un contrato entre e! propietario del vehícuio y ia compañía eléctrica en ei que se establezcan las condiciones de los correspondientes servicios.
En este sentido, se contemplan ei servicio básico de transferencia de energía eléctrica desde Ia red eléctrica 15 ai vehícuio 11 una vez que se identifica ia conexión dei vehículo a uno de los receptáculos de conexión 21 hasta completar Ia carga de ¡a batería 13 y un servicio adicional de Ia transferencia de energía eléctrica desde ei vehícuio 11 3 ia red eíécírica 15, utilizando pues Ia capacidad de almacenamiento de energía eléctrica de la batería 13, en ias condiciones previstas en ei contrato. - Una unidad de controí centra! 77 que, en una realización preferente, puede estar conectada con ios sistemas de gestión de red de ia compañía 79 para intercambiar información sobre ias transferencias de energía entre Ia red eléctrica 15 y los vehículos 11. Las comunicaciones entre el módulo de gestión 31 y ei módulo 61 se realizan utiiizando un sistema de transmisión de datos en tiempo "cuasi-reaí". A ios efectos de (a presente invención, se entiende por tai un sistema que posibilita que el intercambio de comunicaciones entre ei móduio de gestión 31 y ei módulo de supervisión 61 para comenzar Ia ejecución de cuaiquier proceso de transferencia de energía entre ia batería 13 y ía red eléctrica 15, tenga una duración témpora! que, aun no siendo despreciabie como sucede en ios sistemas en tiempo real, sea aceptabie para las finalidades de! sistema. En una realización preferente de Ia invención e! sistema de transmisión de datos entre ei módulo de gestión 31 y el móduio de supervisión 61 es un sistema de mensajería utilizando redes inaiámbricas y, entre ellas, redes de telefonía móvil 71. En otra realización preferente de Ia invención el sistema de transmisión de datos entre ei módulo de gestión 31 y el módulo de supervisión 61 es un sistema de transmisión de datos a través de Ia red eléctrica 15 (PLC). E! sistema que venimos de describir permite realizar operaciones como ias siguientes que describimos a título de meros ejemplos.
- El modulo de gestión 31 , tras un intercambio de información con el módulo de supervisión 61, activa Ia transferencia de energía de Ia rea eléctrica 15 a Ia batería 13 siguiendo unos criterios preestablecidos como ios siguientes (considerados indívitíuaimente o conjuntamente):
~ Ia carga de Ia batería 13 está por debajo de un valor predeterminado.
- el precio de ia energía está por debajo de un vaior predeterminado.
- Ei modulo de gestión 31 , tras un intercambio de información con ei módulo de supervisión 61, activa Ia transferencia de energía de ia batería a Ia red eléctrica 15 siguiendo unos criterios preestablecidos como ios siguientes (considerados individuaimente o conjuntamente):
- ¡a carga de ia batería 13 está por encima de un vaior predeterminado.
- el precio de Ia energía está por encima de un valor predeterminado.
- Ei moduio de supervisión 61 calcula ia demanda potenciai de recargas de los vehículos 11 conectados a ia red eléctrica 15 en un determinado intervalo temporal, teniendo en cuenta toda Ia información disponible sobre las pautas de utilización de los vehículos 11
- E! modulo de supervisión 61 calcuia ia capacidad potencial de energía eléctrica que puede extraer de ias baterías 13 de ios vehículos
11 conectados a ia red eléctrica 15 en un determinado intervalo temporal.
Se pueden introducir en ia realización preferida que hemos descrito aquellas modificaciones que estén comprendidas en el ámbito de ías reivindicaciones siguientes.
Next Patent: SU-8 MICRONEEDLES FOR MONITORING AND STIMULATING NEURONS