DE102014113240A1 - Device for charging an electrical energy storage device of a vehicle and use of such a device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (7) eines Fahrzeugs, umfassend einen externen Stromanschluss (9) zum Anschluss der Vorrichtung (1) an ein elektrisches Netz, einen Ladeanschluss (2, 6) zum Anschließen eines zu ladenden Fahrzeugs (8) und eine Steuereinheit (12) zum Steuern oder Regeln eines Ladevorgangs, bei dem der elektrische Energiespeicher (7) aufgeladen wird. Gemäß der Erfindung umfasst die Ladevorrichtung (1) einen Stromzähler (10) zum Messen eines Ladestroms, mit dem der Energiespeicher (7) aufgeladen wird, wobei der Stromzähler (10) so ausgebildet ist, dass er den Strom in Bezug auf eine bestimmte Referenzgröße und in Zeitspannen von weniger als einer Stunde oder in Echtzeit messen kann, und dass ferner eine Kommunikationsschnittstelle (16, 17) zur Übertragung von Daten vorgesehen ist, wobei über die Kommunikationsschnittstelle Strompreis und Netzlastinformationen oder strompreis- und/oder netzlastabhängige Steuerdaten an die Steuereinheit (12) übertragen werden, und die Steuereinheit (12) so ausgebildet ist, dass sie die übertragenen Informationen bzw. Daten zur strompreis- oder netzlastabhängigen Regelung eines Ladevorgangs nutzt.The invention relates to a device (1) for charging an electrical energy store (7) of a vehicle, comprising an external power connection (9) for connecting the device (1) to an electrical network, a charging connection (2, 6) for connecting a charging device Vehicle (8) and a control unit (12) for controlling or regulating a charging process, in which the electrical energy store (7) is charged. According to the invention, the charging device (1) comprises a current meter (10) for measuring a charging current with which the energy store (7) is charged, wherein the electricity meter (10) is designed to measure the current with respect to a specific reference quantity and in time periods of less than one hour or in real time, and in that a communication interface (16, 17) is provided for the transmission of data, via the communication interface electricity price and network load information or electricity price and / or network load-dependent control data to the control unit (12 ), and the control unit (12) is designed such that it uses the transmitted information or data for the charging or network load-dependent control of a charging process.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs sowie die Verwendung einer solchen Ladevorrichtung im nicht öffentlichen Umfeld. The invention relates to a device for charging an electrical energy storage device of a vehicle and the use of such a charging device in a non-public environment.
Ladevorrichtungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, bieten in der Regel eine oder mehrere Anschlussmöglichkeiten zum Laden von Elektrofahrzeugen und umfassen z.B. ein Ladekabel mit einem Stecker zum Anstecken eines Elektrofahrzeugs oder eine oder mehrere Buchsen zum Anstecken eines Ladekabels. Ladevorrichtungen, die für die Benutzung im nicht öffentlichen Umfeld, also privaten oder halb öffentlichen, vorgesehen sind, werden auch als Wand-Ladestationen bzw. „Wallbox“ bezeichnet. Chargers, referred to below, typically provide one or more connectivity options for charging electric vehicles and include e.g. a charging cable with a plug for plugging in an electric vehicle or one or more sockets for plugging in a charging cable. Chargers intended for use in a non-public environment, ie private or semi-public, are also referred to as wall charging stations or "wallboxes".
Bekannte Wand-Ladestationen können netzseitig z.B. an 400 V/16 A mit Drehstrom angeschlossen werden. Darüber hinaus bieten sie in der Regel eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem Batteriemanagementsystem des Fahrzeugs, über die der Ladezustand der Batterie und ggf. auch weitere Parameter abgefragt werden können. Known wall charging stations can be network side, e.g. be connected to 400 V / 16 A with three-phase current. In addition, they usually provide a communication interface for communication with the battery management system of the vehicle, via which the state of charge of the battery and possibly also other parameters can be queried.
Typische Wand-Ladestationen sind z.B. in aus
Die aus dem Stand der Technik bekannten Wand-Ladestationen werden typischerweise nach dem Hausstromzähler an das Stromnetz des Energieversorgers angeschlossen. Der Hausstromzähler misst in diesem Fall den gesamten Stromverbrauch des Haushalts, einschließlich des Stromverbrauchs des Elektrofahrzeugs. Es ist daher nicht möglich, für die elektrischen Haushaltsverbraucher und das Elektrofahrzeug unterschiedliche Stromtarife zu nutzen. Darüber hinaus ist es auch nicht möglich, das Laden des Elektrofahrzeugs strompreisabhängig zu regeln oder den Anschluss vom Energieversoger und/oder Netzbetreiber ohne Komforteinbuße für den Endkunden zwischen 0–100% Last stufenlos fernsteuern zu lassen.The known from the prior art wall charging stations are typically connected after the house electricity meter to the power grid of the utility. In this case, the household electricity meter measures the total electricity consumption of the household, including the electricity consumption of the electric vehicle. It is therefore not possible to use different electricity tariffs for household electrical appliances and the electric vehicle. In addition, it is also not possible to regulate the charging of the electric vehicle depending on the price of electricity or to let the connection from the energy supplier and / or network operator steplessly remote control without loss of comfort for the end customer between 0-100% load.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs zu schaffen, die es ermöglicht, für das Laden des Elektrofahrzeugs einen eigenen Stromtarif zu nutzen. Darüber hinaus sollte der Ladevorgang in Abhängigkeit vom Strompreis, der Netzauslastung und/ oder sonstigen Erwägungen vom Energieversorgung und/oder Netzbetreiber regelbar sein. An object of the present invention is thus to provide a device for charging an electric energy storage of an electric vehicle, which makes it possible to use a separate electricity tariff for charging the electric vehicle. In addition, the charging process should be controllable by the energy supply and / or network operator depending on the electricity price, the network load and / or other considerations.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 sowie im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in the
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs im nicht öffentlichen Umfeld vorgeschlagen, die einen externen Stromanschluss zum Anschließen der Vorrichtung an ein elektrisches Versorgernetz, einen oder mehrere Ladeanschlüsse zum Anschließen eines oder mehrerer zu ladender Fahrzeuge und eine Steuereinheit zum Steuern oder Regeln eines Ladevorgangs umfasst, wobei die erfindungsgemäße Ladevorrichtung einen Stromzähler zum Messen eines Ladestroms sowie eine Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung von Daten von und zu wenigstens einer externen Datenverarbeitungseinrichtung umfasst. According to the invention, a device for charging an electrical energy storage device of a vehicle in a non-public environment is proposed which has an external power connector for connecting the device to an electric utility network, one or more charging ports for connecting one or more vehicles to be charged and a control unit for controlling or Controlling a charging process comprises, wherein the charging device according to the invention comprises an electricity meter for measuring a charging current and a communication interface for transmitting data from and to at least one external data processing device.
Erfindungsgemäß werden über die Kommunikationsschnittstelle Strompreis- oder Netzlastinformationen oder strompreis- oder netzlastabhängige Steuerbefehle an die Ladevorrichtung übertragen, die von der Steuereinheit bei der Regelung des Ladevorgangs berücksichtigt werden. Das Laden eines Elektrofahrzeugs kann somit strompreis- und netzlastabhängig durchgeführt werden. Der vorstehend genannte Stromzähler ist außerdem derart ausgelegt, dass er den Strom in Bezug auf eine bestimmte Referenzgröße, z. B. in Bezug auf die Uhrzeit, und in Zeitspannen von weniger als einer Stunde, insbesondere mit einer Genauigkeit von etwa 15 Minuten oder weniger messen kann. Dadurch ist es möglich, den Stromverbrauch zeitgenau abzurechnen oder die Verbrauchsinformationen anderweitig, z. B. zur Regelung der Stromerzeugung oder des Stromverbrauchs in einem elektrischen Netz, zu nutzen. Dies ermöglicht eine Regelung des gesamten energiewirtschaftlichen Anschlusses zwischen 0–100% Last ohne Einschränkung für den Endkunden. Die mit einem „Zeitstempel“ versehenen Stromverbrauchswerte werden erfindungsgemäß über die Kommunikationsschnittstelle an einen externen Empfänger, wie z.B. einen Server eines Stromversorgers bzw. Messstellenbetreibers, übertragen. Der Stromversorger kann dann eine zeitgenaue Stromabrechnung durchführen oder die Informationen anderweitig nutzen. According to the invention, electricity price or network load information or power-price or network-load-dependent control commands are transmitted to the charging device via the communication interface, which are taken into account by the control unit during the regulation of the charging process. The charging of an electric vehicle can thus be carried out in accordance with the electricity price and the network load. The above-mentioned electricity meter is also designed to supply the current with respect to a certain reference quantity, e.g. In terms of time, and in periods of less than one hour, in particular with an accuracy of about 15 minutes or less. This makes it possible to account for the power consumption timely or the consumption information otherwise, for. B. to control the power generation or power consumption in an electrical network to use. This makes it possible to regulate the entire energy-related connection between 0-100% load without restriction for the end customer. The power consumption values provided with a "time stamp" are, according to the invention, transmitted via the communication interface to an external receiver, such as e.g. a server of an electricity supplier or meter operator, transferred. The electricity supplier can then perform a time-accurate electricity billing or otherwise use the information.
Die vorstehend genannte Kommunikationsschnittstelle kann prinzipiell eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstelle umfassen, wie z.B. eine WLAN- oder Mobilfunkschnittstelle als drahtlose Verbindung und/oder eine LAN- oder PLC-Schnittstelle (Power Line Communication) als drahtgebundene Schnittstelle. Unter der Bezeichnung „Kommunikationsschnittstelle“ sind eine oder mehrere drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstellen gleichen oder unterschiedlichen Typs zu verstehen. The aforementioned communication interface may in principle comprise a wireless and / or wired data interface, such as a WLAN or mobile radio interface as a wireless connection and / or a LAN or PLC interface (Power Line Communication) as a wired interface. The term "communication interface" is one or more wireless and / or wired ones To understand data interfaces of the same or different type.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ladevorrichtung derart ausgelegt, dass ein Benutzer bestimmte Vorgaben in Bezug auf den Strompreis oder den zeitlichen Ablauf des Ladevorgangs, oder andere Parameter eingeben kann, die dann von der Steuereinheit beim Laden des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Ladevorrichtung auch derart ausgelegt sein, dass der Ladevorgang von extern fernsteuerbar ist. Hierzu können weitere Parameter, z. B. auch bestimmte Steuerbefehle, an die Ladevorrichtung übertragen werden. According to a preferred embodiment of the invention, the charging device is designed such that a user can enter certain specifications with regard to the electricity price or the timing of the charging process, or other parameters, which are then taken into account by the control unit when charging the vehicle. Alternatively or additionally, the charging device according to the invention may also be designed such that the charging process can be remotely controlled externally. For this purpose, further parameters, for. B. also certain control commands are transmitted to the charging device.
Der Benutzer kann z.B. eine oder mehrere der folgenden Größen vorgeben: eine Information über den Strompreis, wie z.B. eine Preisschwelle, einen maximalen oder minimalen Strompreis, einen Zeitwert, wie z.B. eine Startzeit, den Zeitpunkt des Ladeendes oder eine bestimmte Zeitspanne, einen bevorzugten Stromtarif, einen bevorzugten Strommix, z. B. bestehend aus lokal erzeugtem Strom und/oder Netzstrom, eine Information über ein gewünschtes Ladeniveau (z. B. als %-Anteil der Vollladung) oder auch andere Parameter. Auf diese Weise kann der Benutzer den Ladevorgang in gewünschter Weise konfigurieren. Er kann z. B. festlegen, ab welchem maximalen Strompreis das Fahrzeug möglichst nicht geladen oder bei welchem Strompreis das Fahrzeug in jedem Fall geladen werden soll. Besitzer einer Photovoltaikanlage oder einer anderweitigen Stromerzeugungsanlage können den Ladevorgang ihres Fahrzeugs darüber hinaus auch noch in Abhängigkeit von der von der Erzeugungsanlage zur Verfügung gestellten Leistung regeln und z. B. vorgeben, dass das Fahrzeug möglichst nur aufgeladen werden soll, wenn die Erzeugungsanlage Strom liefert oder wenn der Anteil des Ladestroms die Erzeugungsanlage zumindest ein bestimmter Prozentsatz des gesamten Ladestroms ist. Im Prinzip sind nahezu beliebige Bedingungen einstellbar und kombinierbar. Sofern der Benutzer keine Eingaben tätigt, wird der Ladevorgang basierend auf voreingestellten und/oder automatisch eingelesenen Parameterwerten durchgeführt.The user can e.g. specify one or more of the following quantities: information about the price of electricity, e.g. a price threshold, a maximum or minimum electricity price, a time value, such as a start time, the time of the end of charging or a certain period of time, a preferred electricity tariff, a preferred power mix, z. B. consisting of locally generated power and / or power, information about a desired charge level (eg., As% of full charge) or other parameters. In this way, the user can configure the charging process in the desired manner. He can z. B. determine from which maximum electricity price the vehicle should not be charged as possible or at which electricity price the vehicle should be charged in any case. Owners of a photovoltaic system or other power generation plant can also regulate the charging of their vehicle depending on the power provided by the generation facility and z. B. pretend that the vehicle should only be charged if possible, when the generating plant supplies electricity or when the proportion of the charging current, the generating plant is at least a certain percentage of the total charging current. In principle, almost any conditions are adjustable and combinable. Unless the user makes entries, the loading is performed based on preset and / or automatically read parameter values.
Die Steuereinheit berücksichtigt vorzugsweise auch eine oder mehrere der folgenden Größen bei einem Ladevorgang: den Ladezustand (SOC: State Of Charge) des elektrischen Energiespeichers, den Gesundheitszustand (SOH: State Of Health) des elektrischen Energiespeichers, eine maximale Ladeleistung, eine zur Verfügung stehende elektrische Leistung oder weitere Parameter. Technische Informationen bzw. Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers werden vorzugsweise vom Batteriemanagementsystem des Fahrzeugs automatisch an die erfindungsgemäße Ladevorrichtung übertragen. Die vorstehend erwähnte Kommunikationsschnittstelle der Ladevorrichtung umfasst zu diesem Zweck vorzugsweise eine entsprechende Datenübertragungsschnittstelle zur Kommunikation mit dem Fahrzeug. The control unit preferably also takes into account one or more of the following variables during a charging process: the state of charge of the electrical energy store, the state of health of the electrical energy store, a maximum charging power, and an available electrical charge Performance or other parameters. Technical information or state variables of the electrical energy store are preferably transmitted automatically from the battery management system of the vehicle to the charging device according to the invention. The above-mentioned communication interface of the charging device for this purpose preferably comprises a corresponding data transmission interface for communication with the vehicle.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit auch so ausgelegt sein, dass sie fernsteuerbar ist. Ein Energieversorger oder eine andere Person kann somit von extern in den Ladevorgang eingreifen, wenn er bzw. sie dies für erforderlich hält. Die elektrische Last, die durch das Laden eines oder mehrerer Fahrzeuge erzeugt wird, kann somit abhängig von der Gesamtlast des Stromnetzes oder je nach Erzeugungssituation variiert werden. Dadurch wird es insbesondere für Stromversorger möglich, die am Netz angeschlossene Last besser an die Erzeugungssituation anzupassen oder anderweitige wirtschaftliche Optimierungen durchzuführen. According to a specific embodiment of the invention, the control unit can also be designed so that it can be controlled remotely. An energy supplier or another person can thus intervene in the charging process if he or she considers this necessary. The electrical load that is generated by charging one or more vehicles can thus be varied depending on the total load of the power grid or depending on the generation situation. This makes it possible, in particular for electricity suppliers, to adapt the load connected to the grid better to the generation situation or to carry out other economic optimizations.
Um die Bedienungsfreundlichkeit der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung zu verbessern, ist sie vorzugsweise derart ausgelegt, dass dem Nutzer verschiedene Parameter, über die er den Ladevorgang steuern kann, und/oder verschiedene Betriebsmodi zur Auswahl angezeigt werden. Die genannten Daten können z.B. auf einem Display der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung oder in einer Smartphone-App bzw. Internetanwendung angezeigt werden. In order to improve the ease of use of the loading device according to the invention, it is preferably designed such that the user various parameters over which he can control the charging process, and / or different operating modes are displayed for selection. The mentioned data can e.g. be displayed on a display of the charging device according to the invention or in a smartphone app or Internet application.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Ladevorrichtung ein Gehäuse mit einem externen Stromanschluss zum Anschließen der Ladevorrichtung an das Stromnetz und einen oder mehrere Ladeanschlüsse für die zu ladenden Fahrzeuge. Die Steuereinheit, der Stromzähler und vorzugsweise auch die Kommunikationsschnittstelle sind vorzugsweise in dem Gehäuse integriert. Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung umfasst somit sämtliche Komponenten innerhalb eines kompakten Gehäuses und ist dadurch schnell und einfach montierbar sowie anwendungsfreundlich zu bedienen. According to a preferred embodiment of the invention, the charging device comprises a housing with an external power connection for connecting the charging device to the mains and one or more charging connections for the vehicles to be charged. The control unit, the electricity meter and preferably also the communication interface are preferably integrated in the housing. The charging device according to the invention thus comprises all components within a compact housing and is therefore quick and easy to install and easy to use.
Die Ladevorrichtung ist vorzugsweise als Wand-Ladestation, also zur Wandmontage, ausgebildet.The charging device is preferably designed as a wall charging station, that is, for wall mounting.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Ladevorrichtung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen im nicht öffentlichen – d.h. privaten oder halb-öffentlichen – Umfeld. Gemäß der Erfindung wird die Ladevorrichtung dabei direkt an das Stromnetz eines Stromversorgers, ohne Zwischenschaltung eines Hausstromzählers, angeschlossen. Der Benutzer hat somit z.B. die Möglichkeit, verschiedene Energieversorger oder Tarife für das Laden seines Elektrofahrzeugs und den Betrieb seiner häuslichen Stromverbraucher zu wählen. Darüber hinaus ist es aufgrund des integrierten Stromzählers möglich, den Stromverbrauch zeitgenau abzurechnen, zu steuern oder zu überwachen. The present invention also relates to the use of a charging device according to one of the embodiments described above in the non-public - ie private or semi-public - environment. According to the invention, the charging device is connected directly to the power grid of a power supplier, without the interposition of a house electricity meter. The user thus has, for example, the possibility of various energy suppliers or tariffs for charging his electric vehicle and the operation of his domestic Power consumers to choose. In addition, due to the integrated electricity meter, it is possible to bill, control or monitor the power consumption on time.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die dargestellte Ladevorrichtung
Die Ladeelektronik umfasst eine Steuereinheit
Die Ladevorrichtung
Der Stromzähler
Der Stromzähler
Die Steuereinheit
Die Funktionsweise der dargestellten Ladevorrichtung
Die eingegebenen Daten werden von der Datenverarbeitungseinheit
Wenn die Randbedingungen feststehen, wird der Ladevorgang gestartet und von der Steuereinheit
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit
Daneben bietet die dargestellte Ladevorrichtung
Die in
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens die Steuereinheit
Die Ladevorrichtung
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