DE102020001434A1 - Method for operating a charging station and charging station for carrying out the method - Google Patents

Method for operating a charging station and charging station for carrying out the method Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, umfassend eine Mehrzahl von Ladepunkten zum Laden der Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie und eine gemeinsame Steuerung zum Steuern des Ladevorgangs und der Abrechnung der Kosten für den Stromkunden. Die Spannungsverluste in der Stromleitung zwischen Steuerschrank und jedem Ladepunkt werden ermittelt und können bei der Berechnung der Energiekosten berücksichtigt werden. Sie betrifft ferner eine Ladestation zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a charging station for battery-operated electric vehicles, comprising a plurality of charging points for charging the electric vehicles with electrical energy and a common controller for controlling the charging process and billing the costs for the electricity customer. The voltage losses in the power line between the control cabinet and each charging point are determined and can be taken into account when calculating the energy costs. It also relates to a charging station for carrying out the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, umfassend eine Mehrzahl von Ladepunkten zum Laden der Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie und eine gemeinsame Steuerung zum Steuern des Ladevorgangs und der Abrechnung der Kosten für den Stromkunden. Unter Elektrofahrzeuge sind dabei auch Schiffe sowie Luftfahrzeuge zu verstehen, die mit aufladbaren Batterien betrieben werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Ladestation zum Durchführen des Verfahrens.The present invention relates to a method for operating a charging station for battery-operated electric vehicles, comprising a plurality of charging points for charging the electric vehicles with electrical energy and a common controller for controlling the charging process and billing the costs for the electricity customer. Electric vehicles also include ships and aircraft that are operated with rechargeable batteries. The invention also relates to a charging station for carrying out the method.

Eine gattungsbildende Ladestation ist aus der DE 10 2017 128 375 A1 bekannt. In dieser werden von einer zentralen Steuerung aus acht Ladepunkte betreut. Die Berechnung der Energiemenge erfolgt in der Steuerung in einem Energiemengenzähler, der mit K3 bezeichnet ist. Auf die nähere Berechnungsweise ist nicht eingegangen. Technisch gesehen wird dieser Zähler den fließenden Strom und die innerhalb der Steuerung anstehende Spannung messen. Das Produkt stellt dann die Leistung dar und mit der Ladezeit zusammen ergibt sich die bei einem Ladevorgang verbrauchte und abzurechnende Energiemenge.A generic charging station is from the DE 10 2017 128 375 A1 known. In this, eight charging points are managed by a central controller. The calculation of the amount of energy takes place in the control in an energy counter, which is designated with K3. The detailed calculation method has not been discussed. From a technical point of view, this counter will measure the current flowing and the voltage present within the control system. The product then represents the power and together with the charging time results in the amount of energy consumed and billed during a charging process.

Bei einer solchen Ladestation muss sichergestellt sein, dass die Abrechnung der von den jeweiligen Stromkunden bezogene Energiemenge möglichst korrekt erfolgt. Bei den Ladestationen der genannten Bauart erfolgt die Spannungsverteilung auf die einzelnen Ladepunkte innerhalb der Steuerung und wird über Stromkabel zu den einzelnen Ladepunkten geführt. Der Abstand und damit die Leitungslänge variiert sehr stark, da die Ladepunkte an verschiedenen Stellen, z.B. innerhalb eines Parkhauses oder einer Tiefgarage, angeordnet sein können. Kabellänge, Querschnitt des Stromkabels, Umgebungstemperatur, Übergangswiderstände sind nur einige Parameter, die den Widerstand innerhalb dieser Stromkabel beeinflussen. Dies bedeutet aber einen unterschiedlichen und zeitlich evtl. variierenden Spannungsabfall zwischen Steuerschrank und Ladepunkt. Wenn nun der im Schaltschrank anliegende Spannungswert zur Berechnung der Energiekosten herangezogen wird bedeutet dies, dass der Stromkunde zu viel bezahlen muss.With such a charging station, it must be ensured that the billing of the amount of energy used by the respective electricity customer is as correct as possible. In the case of charging stations of the type mentioned, the voltage is distributed to the individual charging points within the control system and is routed to the individual charging points via power cables. The distance and thus the cable length varies greatly, as the charging points can be arranged in different places, e.g. within a multi-storey car park or underground car park. Cable length, cross-section of the power cable, ambient temperature, contact resistance are just a few parameters that influence the resistance within these power cables. However, this means a different voltage drop that may vary over time between the control cabinet and the charging point. If the voltage value in the control cabinet is used to calculate the energy costs, this means that the electricity customer has to pay too much.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszuführen, dass eine gerechtere Abrechnung der Stromkosten erfolgen kann, indem nur die tatsächlich entnommene Strommenge abgerechnet werden kann. Dieses Verfahren sollte einfach und kostengünstig sowie wartungsarm durchgeführt werden können und zuverlässig arbeiten.The invention is based on the object of implementing the method in such a way that a fairer billing of the electricity costs can take place in that only the amount of electricity actually withdrawn can be billed. It should be possible to carry out this process easily and inexpensively, with little maintenance, and it should work reliably.

Erreicht wird dies dadurch, dass der Spannungsverlust erfasst und nicht an den Stromkunden bei der Berechnung der Stromkosten eingerechnet wird. Gemäß einer ersten Lösung wird dabei die direkt im Bereich eines Ladepunktes anliegende Spannung gemessen, an die Steuerung übergeben und zur Berechnung der Strommenge herangezogen. Dabei wird als eine Möglichkeit vorgeschlagen, die Spannung über eine Kommunikationsleitung oder Messleitung zwischen Ladepunkt und Steuerung zu ermitteln. Eine zweite Lösung besteht darin, den Spannungswert im Ladepunkt direkt mit einer entsprechenden dort angeordneten Messeinrichtung zu ermitteln und über eine Funkverbindung oder eine Kommunikationsleitung zu übertragen, was den Vorteil hat, dass Spannungsverluste in der Kommunikationsleitung vermieden werden, obwohl diese sehr gering und damit vernachlässigbar sind. Diese Lösung ist allerdings teurer. In Zukunft ist es aber denkbar, die Übermittlung über das geplante 5G Netz, das eine hohe Übertragungsrate zulässt, vorzunehmen.This is achieved by the fact that the voltage loss is recorded and not included in the calculation of the electricity costs for the electricity customer. According to a first solution, the voltage applied directly in the area of a charging point is measured, transferred to the controller and used to calculate the amount of electricity. It is proposed as a possibility to determine the voltage via a communication line or measuring line between the charging point and the controller. A second solution is to determine the voltage value in the charging point directly with a corresponding measuring device located there and to transmit it via a radio link or a communication line, which has the advantage that voltage losses in the communication line are avoided, although these are very low and therefore negligible . However, this solution is more expensive. In the future, however, it is conceivable that the transmission could be carried out via the planned 5G network, which allows a high transmission rate.

Eine zweite Lösung für die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, die an jedem Ladepunkt anliegende Spannung in der Weise zu ermitteln, dass man bei der Installation eines Ladepunktes oder in widerkehrenden Intervallen den elektrischen Widerstand in den stromführenden Kabeln zwischen dem Ladepunkt und der Steuerung misst. Dieser Wert wird in einem Speicher in der Steuerung hinterlegt. Die Spannung für den Ladepunkt wird in der Steuerung gemessen. Wenn nun der Ladepunkt Strom abgibt fließt ein Strom, der in der Steuerung ebenfalls gemessen wird. Über den Wert von Strom und Widerstand kann der Spannungsabfall zu jedem Zeitpunkt berechnet und von der im Steuerschrank gemessenen Spannung abgezogen werden. Diese reduzierte Spannung wird dann für die Berechnung der Energiekosten herangezogen. Prinzipiell ist es möglich, den Wert des Widerstandes vor, während und/oder am Ende eines Ladevorgangs zu ermitteln, um einen Mittelwert zu bilden, da sich der Widerstand während des Ladevorganges verändern kann, z. B. durch Erwärmung der Stromkabel.A second solution to the task according to the invention is to determine the voltage present at each charging point in such a way that the electrical resistance in the current-carrying cables between the charging point and the controller is measured when installing a charging point or at recurring intervals. This value is stored in a memory in the controller. The voltage for the charging point is measured in the controller. If the charging point delivers current, a current flows which is also measured in the control. The voltage drop can be calculated at any point in time using the value of current and resistance and subtracted from the voltage measured in the control cabinet. This reduced voltage is then used to calculate the energy costs. In principle, it is possible to determine the value of the resistance before, during and / or at the end of a charging process in order to form an average value, since the resistance can change during the charging process, e.g. B. by heating the power cables.

Die Ladestation für die erstgenannte Lösung ist entweder mit einer Kommunikationsleitung zwischen Ladestation und Steuerung versehen und so ausgebildet, dass sie die Spannungsmessung direkt am Ladepunkt oder eine Übertragung eines Messwertes vornehmen kann. Oder im Ladepunkt ist eine Funkeinrichtung zum Übertragen der durch eine Messeinrichtung in jedem Ladepunkt gemessenen Spannung an die Steuerung vorgesehen.The charging station for the first-mentioned solution is either provided with a communication line between the charging station and the controller and is designed in such a way that it can measure the voltage directly at the charging point or transmit a measured value. Or a radio device is provided in the charging point for transmitting the voltage measured by a measuring device in each charging point to the controller.

Gemäß der zweiten Lösung ist in der Steuerung ein Speicher für den ermittelten und ggf. gemittelten Widerstand in den stromführenden Leitungen vorgesehen.According to the second solution, a memory for the determined and possibly averaged resistance in the current-carrying lines is provided in the controller.

Die Erfindung ist anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine Darstellung der Ladestation.
  • 2 eine vergrößerte Darstellung des Stromanschlusses eines Ladepunktes.
The invention is described in more detail with reference to the schematic drawings. It shows:
  • 1 a representation of the charging station.
  • 2 an enlarged view of the power connection of a charging point.

Die Ladestation besteht aus einem Steuerschrank 1, der die Steuerung der gesamten Ladestationen übernimmt. Er weist mindestens eine Stromzuführung 4 und eine Kommunikationsleitung 5 auf. Die Kommunikationsleitung 5 dient am Ende eines Ladevorganges der Weitergabe des Stromverbrauchs bzw. der Rechnung zur Abrechnung über die Bank des Stromkunden. Weitere Daten werden darüber ausgetauscht, z.B. die Berechtigung eines Stromkunden zur Stromentnahme.The charging station consists of a control cabinet 1 who takes over the control of the entire charging station. He has at least one power supply 4th and a communication line 5 on. The communication line 5 At the end of a charging process, the electricity consumption is passed on or the bill for billing via the electricity customer's bank. Further data is exchanged via it, e.g. the authorization of an electricity customer to draw electricity.

Am Steuerschrank 1 sind mehrere Ladepunkte 3 angeschlossen. Dies erfolgt zum einen über Stromkabel 2, über die der Ladestrom fließt. Diese sind bekannterweise für Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom ausgebildet, es sind also zwei oder drei spannungsführende Adern - wie dargestellt - vorgesehen. Im Steuerschrank 1 sitzt eine Messeinrichtung 7, die den in den Stromkabeln 2 fließenden Strom I messen kann. Ferner kann sie die Spannung U1 zwischen den einzelnen Stromkabeln 2 in der Steuerung 1 erfassen. Gemäß einer ersten Lösung verläuft zusätzlich eine Kommunikationsleitung bzw. Messleitung 6 parallel zu den Stromkabeln 2, die im Ladepunkt 3 mit den Stromkabeln 2 in dem Sinne verbunden ist, dass dort die Spannung U2 zwischen den Adern der Stromkabel 2 in Verbindung mit der entsprechend ausgebildeten Steuerung 1 ermittelt werden kann. Diese Spannung U2 ist um den Spannungsabfall in den Stromkabeln 2 geringer als U1 und wird zur Berechnung der Energiekosten zusammen mit dem Strom I und der Ladezeit herangezogen.At the control cabinet 1 are several charging points 3 connected. This is done on the one hand via power cables 2 over which the charging current flows. As is known, these are designed for direct current, alternating current or three-phase current, so two or three live wires - as shown - are provided. In the control cabinet 1 a measuring device sits 7th the ones in the power cables 2 can measure the flowing current I. It can also measure the voltage U1 between the individual power cables 2 in the controller 1 capture. According to a first solution, a communication line or measuring line also runs 6th parallel to the power cables 2 that in the charging point 3 with the power cables 2 connected in the sense that there is the voltage U2 between the wires of the power cable 2 in connection with the appropriately trained control 1 can be determined. This voltage U2 is around the voltage drop in the power cables 2 less than U1 and is used to calculate the energy costs together with the current I and the charging time.

Gemäß einer zweiten Lösung ist direkt in den Ladepunkten 3 jeweils eine nicht dargestellte Messeinrichtung für die Spannung U2 eingebaut, die über ein Funkmodul 8 oder eine eigene Messleitung die Spannung U2 an die Steuerung 1 meldet, die dazu im ersten Fall einen nicht dargestellten Funkempfänger aufweist.According to a second solution, it is directly in the charging points 3 In each case a measuring device (not shown) for the voltage U2 installed, which is via a radio module 8th or a separate measuring line sends the voltage U2 to the controller 1 reports, which for this purpose has a radio receiver, not shown, in the first case.

Ein anderes Prinzip der Messung der Verlustspannung besteht darin, wie bereits vorne beschrieben, den Widerstand in den Stromkabeln 2 zu ermitteln und in einem Speicher 9 zu hinterlegen. Diese Messung kann bei der Installation erfolgen oder zur Kontrolle intermittierend nach festgelegten Zeiten. Prinzipiell ist es möglich, diese Widerstandsmessung durch ein entsprechendes Programm in der Steuerung 1 in Verbindung mit einer entsprechenden Einrichtung im Ladepunkt 3 vor, während oder nach jedem Ladevorgang zu ermitteln, sodass immer aktuell eine Berücksichtigung oder eine Mittelwertbildung erfolgen kann.Another principle for measuring the leakage voltage is, as already described above, the resistance in the power cables 2 to determine and in a memory 9 to deposit. This measurement can be carried out during installation or, for control purposes, intermittently after specified times. In principle, it is possible to carry out this resistance measurement using an appropriate program in the controller 1 in connection with a corresponding device in the charging point 3 to be determined before, during or after each charging process, so that an up-to-date consideration or averaging can always take place.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Steuerungsteering
22
StromkabelPower cord
33
LadepunktCharging point
44th
StromzuführungPower supply
55
KommunikationsleitungCommunication line
66th
KommunikationsleitungCommunication line
77th
MesseinrichtungMeasuring device
88th
FunkmodulRadio module
99
SpeicherStorage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017128375 A1 [0002]DE 102017128375 A1 [0002]

Claims (8)

Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden der in mobilen Fahrzeugen eingebauten Batterien, bestehend aus einer Steuerung (1) und mehreren daran angeschlossenen Ladepunkten (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsverlust in den Stromkabeln (2) zwischen der Steuerung (1) und jedem Ladepunkt (3) ermittelt und bei der Berechnung der Energiekosten berücksichtigt wird.Method for operating a charging station for charging the batteries installed in mobile vehicles, consisting of a controller (1) and several charging points (3) connected to it, characterized in that the voltage loss in the power cables (2) between the controller (1) and each Charging point (3) is determined and taken into account when calculating the energy costs. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Spannungsverlustes die Spannung (U2) im Ladepunkt (3) über eine Kommunikationsleitung (6) von der Steuerung (1) erfasst und zur Berechnung der Energiekosten in Verbindung mit dem in der Steuerung (1) ermittelten Ladestrom (I) und der Ladezeit herangezogen wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that to determine the voltage loss, the voltage (U2) in the charging point (3) is recorded by the controller (1) via a communication line (6) and to calculate the energy costs in connection with the charging current determined in the controller (1) ( I) and the charging time is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung direkt im Ladepunkt (3) über eine in diesem angeordnete Messeinrichtung ermittelt und über eine Funkeinrichtung (8) oder eine Kommunikationsleitung an die Steuerung (1) übermittelt und zur Berechnung der Stromkosten in Verbindung mit dem in der Steuerung (1) ermittelten Ladestrom (I) herangezogen wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the voltage is determined directly in the charging point (3) via a measuring device arranged in this and transmitted to the controller (1) via a radio device (8) or a communication line and for calculating the electricity costs in connection with the in the controller ( 1) determined charging current (I) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in den Stromkabeln (2) ermittelt, in einem Speicher (8) in der Steuerung (1) hinterlegt und mit diesem Wert in Verbindung mit dem in den Stromkabeln (2) fließenden Strom der Spannungsverlust ermittelt und bei der Berechnung der Energiekosten dadurch berücksichtigt wird, dass der Wert der Spannung (U1) in der Steuerung (1) entsprechend um den Wert des Spannungsverlustes reduziert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the resistance in the power cables (2) is determined, stored in a memory (8) in the controller (1) and with this value in connection with the current flowing in the power cables (2) the voltage loss is determined and at the Calculation of the energy costs is taken into account by reducing the value of the voltage (U1) in the controller (1) by the value of the voltage loss. Ladestation für die in mobilen Fahrzeugen eingebauten Batterien, bestehend aus einer Steuerung (1) und mehreren daran angeschlossenen Ladepunkten (3), gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung der Spannungsverluste in der Zuleitung des Ladestroms zwischen Steuerung (1) und Ladepunkt (3) zur Eliminierung bei der Berechnung der Energiekosten.Charging station for the batteries installed in mobile vehicles, consisting of a control (1) and several charging points (3) connected to it, characterized by a device for detecting the voltage losses in the supply line of the charging current between the control (1) and the charging point (3) for elimination when calculating energy costs. Ladestation nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch je eine Kommunikationsleitung bzw. Messleitung (6) zwischen der Steuerung (1) und den Ladepunkten (3) zur Ermittlung der an den Ladepunkten (3) anliegenden Spannung (U2).Charging station after Claim 5 , characterized by a communication line or measuring line (6) between the controller (1) and the charging points (3) for determining the voltage (U2) applied to the charging points (3). Ladestation nach Anspruch 5 gekennzeichnet durch eine direkt in jedem Ladepunkt (3) angeordnete Messeinrichtung zur Messung der Spannung (U2) im Ladepunkt (3) und ein Funkmodul (8) oder eine Kommunikationsleitung zwischen Ladepunkt (3) und Steuerung (1) zur Weiterleitung der gemessenen Spannung (U2) an die Steuerung (1).Charging station after Claim 5 characterized by a measuring device arranged directly in each charging point (3) for measuring the voltage (U2) in the charging point (3) and a radio module (8) or a communication line between the charging point (3) and control (1) for forwarding the measured voltage (U2 ) to the control (1). Ladestation nach Anspruch 5 gekennzeichnet durch einen Speicher (9) in der Steuerung (1) zum Hinterlegen eines Widerstandswertes, der in den Stromkabeln (2) gegeben ist.Charging station after Claim 5 characterized by a memory (9) in the controller (1) for storing a resistance value which is given in the power cables (2).
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