DE102010043001A1 - Ladesystem und Verfahren zum Laden von Fahrzeugbatterien - Google Patents

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Abstract

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen und ein zugehöriges Ladesystem (1) vorgeschlagen. Das Ladesystem (1) weist einen Netzanschluss (2), mindestens eine elektronische Steuereinheit (8), mehrere Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) und mehrere Fahrzeugschnittstellen (F1, F2, F3...Fn) auf, über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie veränderbar ist. Die Kommunikationsverbindung dient zur Übertragung eines elektrischen Datensignals, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält. Der über den Netzanschluss (2) gelieferte Gesamtladestrom wird nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) aufgeteilt. Die Stromaufteilung auf die Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) erfolgt durch eine einzelne Steuereinheit (8), durch die die Höhe der Ladeströme in mehreren Ladeabgängen (L1, L2, L3...Ln) steuerbar ist, oder durch mehrere Steuereinheiten (8), durch die jeweils die Höhe des Ladestroms in einem der Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) steuerbar ist. Dabei sind die Steuereinheiten (8) durch eine Datenkommunikation (11) miteinander verbunden und die Vorgaben sind als Eingangsdaten der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) über die Fahrzeugschnittstellen (F1, F2, F3...Fn) oder über einen weiteren Dateneingang (9) der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) zuführbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ladesystem mit einem Netzanschluss und mehreren über den Netzanschluss zu speisenden Ladeabgängen zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen, und mit mehreren Fahrzeugschnittstellen, über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie veränderbar ist, wobei die Kommunikationsverbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält, und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen mit einem Ladesystem, das einen Netzanschluss, mehrere über den Netzanschluss zu speisende Ladeabgänge, mindestens eine elektronische Steuereinheit und mehrere Fahrzeugschnittstellen aufweist, über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie veränderbar ist, wobei die Kommunikationsverbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält.
  • Im Bereich der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge sind die zur Bereitstellung der Ladefunktionalität notwendigen elektrischen und elektromechanischen Komponenten in Schaltschränken oder Ladesäulen untergebracht. Die hierbei eingesetzte elektronische Steuereinheit, die auch als Pilotbox bezeichnet wird, ist direkt in der Ladesäule angeordnet und arbeitet autonom oder gesteuert durch ein übergeordnetes System. Die an der Ladesäule vorgesehene Fahrzeugschnittstelle wird durch die Norm IEC61851 definiert. Alle sonstigen Funktionen der Ladesäule sind nicht definiert.
  • Bei Anschluss mehrerer Ladeabgänge an einer zentralen Einspeisung kann die Einspeisung für die maximale Anschlussleistung aller Ladeabgänge ausgelegt sein. Diese Lösung erfordert eine hohe Investition in die Infrastruktur, da sowohl die elektrischen Komponenten der Einspeisung als auch die Energieversorgung immer auf den maximalen Anschlusswert ausgelegt sein müssen.
  • Dies ist aber nur dann sinnvoll, wenn immer alle Ladeabgänge mit voller Leistung in Betrieb sind. Eine weitere Möglichkeit wäre, den Netzanschluss auf einen realistischen Durchschnittswert der zu einem Zeitpunkt aktiven Verbraucherleistung auszulegen. Bis zu dieser Anschlussleistung können Verbraucher ihre maximale Leistung abfordern. Darüber hinaus muss ein die Derating der Verbraucherleistung durchgeführt werden. Nach IEC61851 kann einem angeschlossenen Fahrzeug über die Fahrzeugschnittstelle mitgeteilt werden, welche maximale Leistung das Fahrzeug für den Ladevorgang ziehen darf.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ladesystem und ein Verfahren der oben genannten Art vorzuschlagen, das eine flexible Lastverteilung mehrerer Ladeabgänge ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
  • Dabei ist der über den Netzanschluss gelieferte Gesamtladestrom nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge aufteilbar. Die Aufteilung auf die Ladeabgänge erfolgt durch eine einzelne Steuereinheit, durch die die Lastverteilung auf mehrere Ladeabgänge über zugeordnete Fahrzeugschnittstellen steuerbar ist, oder durch mehrere Steuereinheiten, von denen jeweils ein Ladeabgang über die jeweils zugeordnete Fahrzeugschnittstelle steuerbar ist. Die Steuereinheiten sind durch eine Datenkommunikation miteinander verbunden und die Vorgaben sind als Eingangsdaten der einen Steuereinheit oder den Steuereinheiten über die Fahrzeugschnittstellen oder über einen weiteren Dateneingang zuführbar.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen 2 bis 4 zu entnehmen.
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Der über den Netzanschluss gelieferte Gesamtladestrom wird nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge aufgeteilt, wobei die Aufteilung auf die Ladeabgänge durch eine einzelne Steuereinheit oder durch mehrere Steuereinheiten erfolgt, von denen jeweils ein Ladeabgang gesteuert wird. Die Steuereinheiten sind durch eine Datenkommunikation miteinander verbunden. Die Vorgaben werden als Eingangsdaten der einen Steuereinheit oder den Steuereinheiten über die Fahrzeugschnittstellen oder über einen weiteren Dateneingang zugeführt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein erfindungsgemäßes Ladesystem mit mehreren durch eine einzelne Steuereinheit bezüglich der Lastverteilung steuerbaren Ladeabgängen und
  • 2 ein erfindungsgemäßes Ladesystem mit mehreren Steuereinheiten, die jeweils die Last eines einzelnen Ladeabgangs steuern.
  • In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ladesystems 1 zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen dargestellt. Das Ladesystem 1 weist einen Netzanschluss 2 und diesem nachgeschaltet mehrere Ladeabgänge L1, L2, L3...Ln auf, über die Fahrzeugbatterien mit dem jeweiligen Ladestrom gespeist werden.
  • Die zur Bereitstellung der Ladefunktionalität erforderlichen elektrischen und elektromechanischen Komponenten sind in Schaltschränken oder Ladesäulen untergebracht. Die so genannte Pilotbox 3 gemäß 1 bildet dabei die Fahrzeugschnittstelle nach IEC6185 ab. Die Pilotbox 3 ist direkt in der Ladesäule angeordnet und arbeitet autonom oder gesteuert durch ein übergeordnetes System. Die Norm IEC6185 definiert dabei nur die Fahrzeugschnittstelle, d. h. die mit dem Fahrzeug über eine Leitung ausgetauschten Signale. Die Pilotbox 3 ist gemäß 1 mit mehreren Fahrzeugschnittstellen F1, F2, F3...Fn versehen.
  • Über die Fahrzeugschnittstellen F1, F2, F3...Fn ist jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar. Außerdem kann über jede der Fahrzeugschnittstellen F1, F2, F3...Fn die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie verändert werden.
  • Der Netzanschluss 2 ist durch Netzeingangskomponenten 4 in Verbindung mit einer Hauptsicherung in bekannter Art abgesichert und über eine Steuerschnittstelle 5 mit der Pilotbox 3 verbunden. Die nachgeschalteten Ladeabgänge L1, L2, L3...Ln umfassen jeweils einen Lastzweig 6 mit üblichen Schalt- und Schutzkomponenten. Hierzu gehören ein Lasttrenner und ein Leistungsschalter, ein Fehlerstrom- und Leitungsschutz sowie z. B. ein Energiezähler. Auch diese Komponenten sind über entsprechende Steuerschnittstellen 7 mit der Pilotbox 3 verbunden. Die Pilotbox 3 weist im wesentlichen eine elektronische Steuereinheit 8, hier einen Mikrocontroller auf, die über die Fahrzeugschnittstellen F1, F2, F3...Fn oder andere Eingänge, z. B. Eingang 9, zur Verbindung mit einer Leitstelle, Vorgaben über die Lastverteilung erhält und dementsprechend die Höhe der Ladeströme in den Ladeabgängen L1, L2, L3...Ln steuert. Wahlweise kann die Pilotbox 3 eine Umweltsensorik 10 z. B. zur Messung der Luftfeuchte und Temperatur aufweisen.
  • 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Ladesystems 1, bei der der über den Netzanschluss 2 gelieferte Gesamtladestrom ebenfalls nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge L1, L2, L3...Ln aufteilbar ist. Abweichend zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 werden hier mehrere Pilotboxen 3 verwendet, wobei jede dieser Pilotboxen 3 nur eine der Fahrzeugschnittstellen F1, F2, F3...Fn aufweist und nur mit dem jeweils zugeordneten Ladeabgang L1 oder Ln verbunden ist.
  • Bei dieser Konfiguration ist es aber zur gesteuerten Lastverteilung in den Ladeabgängen erforderlich, dass zwischen den Pilotboxen 3 eine Datenkommunikation 11 zum Informationsaustausch über die Lastverteilung besteht.
  • Die weiteren Komponenten entsprechen in ihrer Funktion den bereits im Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingesetzten Komponenten.
  • Dabei kann die Stromaufteilung in den Ladeabgängen z. B. nach Tageszeit, nach Vorgaben des Energieversorgers oder nach Prioritäten zwischen Ladeabgangsgruppen gesteuert werden.
  • Die beschriebenen Ladesysteme 1 ermöglichen eine dynamische Laderegelung, bei der z. B. Fahrzeuge mit höherem Ladebedarf oder Anschlüsse mit höheren Gebühren bevorzugt werden. Außerdem kann eine zeitliche Lastverteilung sehr flexibel gestaltet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Norm IEC61851 [0003]
    • IEC61851 [0005]
    • IEC6185 [0015]
    • Norm IEC6185 [0015]

Claims (5)

  1. Ladesystem (1) mit einem Netzanschluss (2) und mehreren über den Netzanschluss (2) zu speisenden Ladeabgängen (L1, L2, L3...Ln) zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen, und mit mehreren Fahrzeugschnittstellen (F1, F2, F3...Fn), über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie veränderbar ist, wobei die Kommunikationsverbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält, und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (8), dadurch gekennzeichnet, dass der über den Netzanschluss (2) gelieferte Gesamtladestrom nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) aufteilbar ist, wobei die Stromaufteilung auf die Ladeabgänge durch eine einzelne Steuereinheit (8), durch die die Höhe der Ladeströme in mehreren Ladeabgängen (L1, L2, L3...Ln) steuerbar ist, oder durch mehrere Steuereinheiten (8) erfolgt, durch die jeweils die Höhe des Ladestroms in einem der Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) steuerbar ist, wobei die Steuereinheiten (8) durch eine Datenkommunikation (11) miteinander verbunden sind und wobei die Vorgaben als Eingangsdaten der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) über die Fahrzeugschnittstellen (F1, F2, F3...Fn) oder über einen weiteren Dateneingang (9) der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) zuführbar sind.
  2. Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastverteilung der Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) dynamisch steuerbar ist.
  3. Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgaben tageszeitabhängig sind.
  4. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit(en) (8) als Mikrocontroller ausgeführt ist (sind).
  5. Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen mit einem Ladesystem (1), das einen Netzanschluss (2), mehrere über den Netzanschluss (2) zu speisende Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln), mindestens eine elektronische Steuereinheit (8) und mehrere Fahrzeugschnittstellen (F1, F2, F3...Fn) aufweist, über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar ist, wobei die Kommunikationsverbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Netzanschluss gelieferte Gesamtladestrom nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) aufgeteilt wird, wobei die Stromaufteilung auf die Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) durch eine einzelne Steuereinheit (8) erfolgt, die die Höhe der Ladeströme in mehreren Ladeabgängen (L1, L2, L3...Ln) steuert, oder durch mehrere Steuereinheiten (8), die die Höhe des Ladestroms jeweils in einem der Ladeabgänge (L1, L2, L3...Ln) steuern, wobei die Steuereinheiten (8) durch eine Datenkommunikation (11) miteinander verbunden sind und wobei die Vorgaben als Eingangsdaten der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) über die Fahrzeugschnittstellen (F1, F2, F3...Fn) oder über einen weiteren Dateneingang (9) der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) zugeführt werden.
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