DE102016109181A1 - Method and device for controlling a charging process of at least one accumulator - Google Patents

Method and device for controlling a charging process of at least one accumulator Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Ladevorganges mindestens eines Akkumulators mit von mindestens einem Photovoltaikmodul zumindest teilweise erzeugter Ladeenergie ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die elektrische Ladeleistung, die zur Aufladung des Akkumulators zur Verfügung gestellt wird, in Abhängigkeit von der solaren Einstrahlung auf das mindestens eine Photovoltaikmodul bestimmt wird, dass die momentane solare Einstrahlung auf das Photovoltaikmodul mittels mindestens eines Photodetektors erfasst wird und dass die Messdaten der momentanen solaren Einstrahlung zur Steuerung der Ladeleistung an mindestens eine Steuerungseinrichtung gesendet werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.In a method for controlling an electrical charging process of at least one rechargeable battery with at least one photovoltaic module at least partially generated charging energy is essential to the invention provided that the electrical charging power that is provided to charge the battery, depending on the solar irradiation on the at least one photovoltaic module it is determined that the instantaneous solar irradiation is detected on the photovoltaic module by means of at least one photodetector and that the measurement data of the instantaneous solar irradiation for controlling the charging power are sent to at least one control device. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Ladevorganges mindestens eines Akkumulators mit von mindestens einem Photovoltaikmodul zumindest teilweisen erzeugter Ladeenergie. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for controlling a charging process of at least one accumulator with at least one photovoltaic module at least partially generated charging energy. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.

Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern von Akkumulatorladevorgängen sind bekannt und kommen vor allem bei der Steuerung von Energieversorgungssystemen mit Erzeugungsanlagen, insbesondere mit Photovoltaikanlagen, zum Einsatz.Methods and devices for controlling Akkumulatorladevorgängen are known and are used especially in the control of power supply systems with generation systems, in particular with photovoltaic systems.

Beispielsweise ist aus der DE 10 2012 212 878 A1 ein Energieversorgungssystem zum Zuführen einer elektrischen Netzleistung bekannt. Das Energieversorgungssystem beinhaltet eine Energieerzeugungseinrichtung, eine Energiespeichereinrichtung und eine Energiesteuereinrichtung. Die Energiesteuereinrichtung speichert die Netzleistung sowie die netzunabhängige Leistung und berechnet vorhergesagte Verbrauchsdaten. Die vorhergesagten Verbrauchsdaten mit Bezug zu der in dem Gebäude verbrauchten Energie und die vorhergesagten Erzeugungsdaten werden mit Bezug zu der von der Energieerzeugungseinrichtung erzeugten Energie berechnet. Hierzu wird ein Lade-/ Entladeplan für die Energiespeichereinrichtung auf Grundlage der vorhergesagten Verbrauchsdaten und der vorhergesagten Erzeugungsdaten erstellt. Die Energiespeichereinrichtung kann hierbei eine Fahrzeugbatterie beinhalten.For example, is from the DE 10 2012 212 878 A1 a power supply system for supplying an electrical network power known. The power supply system includes a power generation device, an energy storage device, and a power control device. The power controller stores the network power as well as the off-grid power and calculates predicted consumption data. The predicted consumption data related to the energy consumed in the building and the predicted generation data are calculated with reference to the energy generated by the power generation means. For this purpose, a charge / discharge plan for the energy storage device is created based on the predicted consumption data and the predicted generation data. The energy storage device may in this case include a vehicle battery.

Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass ein steuerndes System zwischen der Erzeugungsanlage bzw. dem Photovoltaikumrichter und dem steuerbaren Verbraucher, beispielsweise einem Elektrofahrzeug, notwendig ist. Zudem muss die Kompatibilität zwischen der Steuereinrichtung und der Energieerzeugungsanlage gewährleistet sein. Eine Nachrüstung mit einer zentralen Energiesteuerungseinrichtung, beispielsweise bei bereits bestehenden Photovoltaikanlagen, ist zumeist sehr schwer möglich, insbesondere wenn eine Kommunikationsverbindung zwischen der Photovoltaikanlage bis hin zu dem Stellplatz eines Elektrofahrzeuges gelegt werden muss.A disadvantage of the known state of the art is that a controlling system between the generating plant or the photovoltaic converter and the controllable consumer, for example an electric vehicle, is necessary. In addition, the compatibility between the control device and the power generation plant must be ensured. Retrofitting with a central energy control device, for example, in existing photovoltaic systems, is usually very difficult, especially if a communication link between the photovoltaic system has to be placed up to the parking space of an electric vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ladevorganges eines Akkumulators mit der Energie aus einer Photovoltaikanlage bereitzustellen, bei der auf eine aufwändige Datenkommunikation zwischen der Photovoltaikanlage und der Energiespeichereinrichtung verzichtet werden kann.The invention is based on the object to provide a method and apparatus for controlling a charging of a battery with the energy from a photovoltaic system, can be dispensed with an expensive data communication between the photovoltaic system and the energy storage device.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method with the features of claim 1 and with a device having the features of claim 8. Advantageous developments and refinements are specified in the subclaims.

Bei einem Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Ladevorganges mindestens eines Akkumulators mit von mindestens einem Photovoltaikmodul zumindest teilweise erzeugter Ladeenergie ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die elektrische Ladeleistung, die zur Aufladung des Akkumulators zur Verfügung gestellt wird, in Abhängigkeit von der solaren Einstrahlung auf das mindestens eine Photovoltaikmodul bestimmt wird, dass die momentane solare Einstrahlung auf das Photovoltaikmodul mittels mindestens eines Photodetektors erfasst wird und dass die Messdaten der momentanen solaren Einstrahlung zur Steuerung der Ladeleistung an mindestens eine Steuerungseinrichtung gesendet werden. Durch die Nutzung des von dem Photovoltaikmodul erzeugten Stroms für die Aufladung eines Akkumulators kann der Photovoltaikeigenstromverbrauch, also der von einer Photovoltaikanlage erzeugte Strom, der zur Deckung des Eigenbedarfs genutzt wird, erhöht werden. Um die elektrische Ladeleistung optimal nutzen und steuern zu können, muss die momentane erzeugte Energie des Photovoltaikmoduls bekannt sein. Ein wichtiger Parameter zur Steuerung der momentanen Ladeleistung, die zur Aufladung eines Akkumulators, beispielsweise dem Akkumulator eines Elektrofahrzeuges, zur Verfügung steht, ist die momentane solare Einstrahlung auf das die Ladeleistung zur Verfügung stellende Photovoltaikmodul bzw. die Photovoltaikanlage. Dabei hängt die momentan erzeugte Energie des Photovoltaikmoduls und somit die maximal zur Verfügung stehende Ladeleistung vor allem von der Lichtintensität der solaren Einstrahlung, die auf das Photovoltaikmodul trifft, ab. Zur Steuerung der Ladeleistung kommt eine Steuerungseinrichtung zur Verwendung, die beispielsweise Mikrocontroller aufweisen kann. Um die solare Einstrahlung ohne eine direkte datenleitende Verbindung zwischen der Steuerungseinrichtung und der Photovoltaikanlage bestimmen zu können, wird ein Photodetektor verwendet, der exakt gleich, insbesondere in gleichen Raumwinkeln, wie das Photovoltaikmodul ausgerichtet ist. Somit trifft auf den Photodetektor und das Photovoltaikmodul die gleiche Lichtintensität durch die solare Einstrahlung. Durch die gleiche Winkelausrichtung des Photodetektors und des Photovoltaikmoduls lassen sich aus den Messwerten des Photodetektors die Lichtintensität der solaren Einstrahlung auf das Photovoltaikmodul und somit die momentane vom Photovoltaikmodul abgegebene Leistung abschätzen. Somit lässt sich aus den Messdaten des Photodetektors durch die Steuerungseinrichtung ein momentan optimal möglicher Wert der Ladeleistung berechnen. Auf eine aufwändige Verkabelung zur Herstellung einer datenleitenden Verbindung zwischen dem Photovoltaikmodul und der Steuerungseinrichtung kann verzichtet werden.In a method for controlling an electrical charging process of at least one rechargeable battery with at least one photovoltaic module at least partially generated charging energy is essential to the invention provided that the electrical charging power, which is provided for charging the accumulator available, depending on the solar irradiation on the at least one photovoltaic module it is determined that the instantaneous solar irradiation is detected on the photovoltaic module by means of at least one photodetector and that the measurement data of the instantaneous solar irradiation for controlling the charging power are sent to at least one control device. By using the electricity generated by the photovoltaic module for charging a rechargeable battery, it is possible to increase the photovoltaic own current consumption, that is to say the current generated by a photovoltaic system, which is used to cover the intrinsic demand. In order to be able to optimally use and control the electrical charging power, the instantaneous generated energy of the photovoltaic module must be known. An important parameter for controlling the instantaneous charging power, which is available for charging a rechargeable battery, for example the rechargeable battery of an electric vehicle, is the instantaneous solar irradiation to the photovoltaic module or photovoltaic system providing the charging power. In this case, the currently generated energy of the photovoltaic module and thus the maximum available charging power mainly depends on the light intensity of the solar radiation that strikes the photovoltaic module. To control the charging power is a control device for use, which may have, for example, microcontroller. In order to be able to determine the solar irradiation without a direct data-conducting connection between the control device and the photovoltaic system, a photodetector is used which is exactly the same, in particular at the same solid angles, as the photovoltaic module is aligned. Thus, the same light intensity impinges upon the photodetector and the photovoltaic module by the solar radiation. By the same angular orientation of the photodetector and the photovoltaic module can be estimated from the measured values of the photodetector, the light intensity of the solar irradiation on the photovoltaic module and thus the current output from the photovoltaic module power. Thus, a currently optimally possible value of the charging power can be calculated from the measured data of the photodetector by the control device. On a complex wiring for the production of a data-conducting Connection between the photovoltaic module and the control device can be dispensed with.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die optimale Ladeleistung bestimmt und in die Bestimmung der optimalen Ladeleistung gehen feste Kenndaten des Photovoltaikmoduls und des zu ladenden Akkumulators ein. Die optimale Ladeleistung setzt sich unter anderem aus der zur Ladung des Akkumuators benötigten elektrischen Leistung, sowie aus der von dem Photovoltaikmodul abgegebenen elektrischen Leistung zusammen. Um die von dem Photovoltaikmodul abgegebene Leistung bei der momentanen solaren Einstrahlung berechnen zu können, werden Informationen über verschiedene Parameter des Photovoltaikmoduls benötigt. Beispielsweise können hierzu der Wirkungsgrad, die Größe der aktiven Fläche und andere Parameter benötigt werden. Um den optimalen Ladestrom für den Akkumulator berechnen zu können, werden beispielsweise Informationen über die Kapazität benötigt. Diese festen Kenndaten können der Steuerungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, um aus den Messwerten des Photodetektors den optimalen Ladestrom zu bestimmen.In a refinement of the method, the optimum charging power is determined, and fixed characteristic data of the photovoltaic module and of the accumulator to be charged are included in the determination of the optimum charging power. The optimum charging power is made up, inter alia, of the electrical power required for charging the rechargeable battery and of the electrical power output by the photovoltaic module. In order to be able to calculate the power output by the photovoltaic module at the instantaneous solar irradiation, information about various parameters of the photovoltaic module is required. For example, this may require the efficiency, the size of the active area and other parameters. In order to calculate the optimal charging current for the accumulator, for example, information about the capacity is needed. These fixed characteristic data can be made available to the control device in order to determine the optimum charging current from the measured values of the photodetector.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die solare Einstrahlung, insbesondere die Lichtintensität, mittels des Photodetektors kontinuierlich bestimmt und die Ladeleistung wird in Abhängigkeit von der kontinuierlich bestimmten solaren Einstrahlung kontinuierlich gesteuert. Durch die kontinuierliche Bestimmung der solaren Einstrahlung auf das Photovoltaikmodul, insbesondere der Bestimmung der Lichtintensität der solaren Einstrahlung, kann die momentan zur Verfügung stehende Ladeenergie kontinuierlich gesteuert werden. Beispielsweise können am Himmel vorüberziehende Wolkenfelder den momentan produzierten Solarstrom des Photovoltaikmoduls drastisch einschränken, worauf in der Steuerung der Ladeleistung entsprechend reagiert werden muss. Beispielsweise kann die derzeitig zur Verfügung stehende Ladeenergie an den abfallenden zur Verfügung stehenden Solarstrom angepasst werden.In a further development of the method, the solar irradiation, in particular the light intensity, is determined continuously by means of the photodetector and the charging power is continuously controlled as a function of the continuously determined solar irradiation. Due to the continuous determination of the solar irradiation on the photovoltaic module, in particular the determination of the light intensity of the solar irradiation, the currently available charging energy can be continuously controlled. For example, in the sky passing cloud fields can drastically limit the currently produced solar power of the photovoltaic module, which must be reacted accordingly in the control of the charging power. For example, the currently available charging energy can be adapted to the declining available solar power.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das mittels mindestens eines Photodetektors erfasste Lichtintensitätssignal analog-digital gewandelt und das gewandelte Lichtintensitätssignal wird vor der Bestimmung der Ladeleistung gedämpft. Die optimale Ladeleistung wird in Abhängigkeit der gemessenen Lichtintensität bestimmt. Die momentane Lichtintensität kann sich beispielsweise aufgrund von Wolkenbändern schnell ändern. Um zu verhindern, dass die zur Verfügung gestellte Ladeleistung ständigen Schwankungen unterworfen ist, wird das Lichtintensitätssignal gedämpft. Hierzu wird das von dem Photodetektor erfasste Lichtintensitätssignal, beispielsweise mittels eines Analog-Digital-Wandlers, analog-digital gewandelt, insbesondere digitalisiert. Das gewandelte Lichtintensitätssignal wird einer Dämpfung bzw. einer Filterung unterzogen. Diese Dämpfung kann beispielsweise durch Mikrocontroller in der Steuerungseinrichtung erfolgen. Schwankungen in der zur Verfügung gestellten Ladeleistung können somit begrenzt werden.In a further development of the method, the light intensity signal detected by means of at least one photodetector is converted analog-digitally and the converted light intensity signal is attenuated before the determination of the charging power. The optimal charging power is determined depending on the measured light intensity. The momentary light intensity may change rapidly due to cloud bands, for example. In order to prevent that the provided charging power is subject to constant fluctuations, the light intensity signal is attenuated. For this purpose, the detected light intensity signal from the photodetector, for example by means of an analog-to-digital converter, analog-digital converted, in particular digitized. The converted light intensity signal is subjected to attenuation or filtering. This attenuation can be done for example by microcontroller in the control device. Fluctuations in the charging power provided can thus be limited.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Kenndaten des Photovoltaikmoduls und des zu ladenden Akkumulators über mindestens eine Datenschnittstelle, insbesondere von einem externen Datenträger, in die Steuerungseinrichtung eingelesen. In die Berechnung der optimalen Ladeleistung gehen Kenndaten des Photovoltaikmoduls, wie beispielsweise der Wirkungsgrad oder die Größe des Photovoltaikmoduls, sowie Kenndaten des zu ladenden Akkumulators, ein. Diese Kenndaten können beispielsweise über eine Datenschnittstelle, beispielsweise einen SD-Kartenleser oder einen USB-Port, in die Steuerungseinrichtung übertragen werden und entsprechend in der Steuerungseinrichtung gespeichert werden. Durch die Übertragung der Kenndaten über eine Datenschnittstelle ist es ermöglicht, dass die Steuerungseinrichtung an verschiedene zu ladende Akkumulatoren, beispielsweise an den Akkumulatoren eines Elektrofahrzeuges, beispielsweise eines Elektroautos oder eines Elektrofahrrades, anpassbar wird. Des Weiteren ist es möglich die Daten der Photovoltaikanlage einzulesen, so dass eine werkseitige Einstellung der Steuerungseinrichtung auf das Photovoltaikmodul nicht notwendig ist.In a development of the method, the characteristics of the photovoltaic module and of the accumulator to be charged are read into the control device via at least one data interface, in particular from an external data carrier. In the calculation of the optimal charging power characteristics of the photovoltaic module, such as the efficiency or the size of the photovoltaic module, as well as characteristics of the battery to be charged, a. This characteristic data can be transmitted, for example, via a data interface, for example an SD card reader or a USB port, into the control device and stored accordingly in the control device. The transmission of the characteristic data via a data interface makes it possible for the control device to be adapted to various accumulators to be charged, for example to the accumulators of an electric vehicle, for example an electric car or an electric bicycle. Furthermore, it is possible to read the data of the photovoltaic system, so that a factory setting of the control device to the photovoltaic module is not necessary.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist der Startzeitpunkt des Ladevorganges manuell anwählbar. Von einem Nutzer kann es beispielsweise gewünscht sein, die Akkumulatoren eines Elektrofahrzeuges schnellstmöglich wieder aufzuladen. Hierzu kann die Steuerungseinrichtung mit einem Bedienelement verbunden sein, an dem der Startzeitpunkt zum Starten des Ladevorganges manuell festlegbar ist. Beispielsweise kann es eine Auswahlmöglichkeit geben, den Ladevorgang umgehend zu starten oder es kann manuell eine Zeit für den Beginn des Ladevorganges festgelegt werden. Weiterhin kann es eine Auswahlmöglichkeit sein, den Ladevorgang zu starten, wenn eine ausreichende Ladeleistung durch das Photovoltaikmodul geliefert werden kann.In a development of the method, the starting time of the charging process can be selected manually. For example, it may be desirable for a user to charge the rechargeable batteries of an electric vehicle as quickly as possible. For this purpose, the control device can be connected to a control element, on which the starting time for starting the charging process can be determined manually. For example, there may be a choice to start the loading process immediately or it may be manually set a time for the start of the loading process. Furthermore, it may be a choice to start the charging process if sufficient charging power can be supplied by the photovoltaic module.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Ladevorgang mindestens eines Akkumulators eines Elektrofahrzeuges gesteuert und Kenndaten des Elektrofahrzeuges gehen in die Bestimmung der optimalen Ladeleistung ein. Insbesondere kann das Verfahren verwendet werden, um die Akkumulatoren eines Elektrofahrzeuges zu laden. Zur Bestimmung der optimalen Ladeleistung können das Fahrzeug beschreibende Parameter in die Berechnung eingehen. Hierbei kann eine datenleitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und der Steuerungseinrichtung über ein Stromleitungsmodem, ein sogenanntes PLC Modem, hergestellt werden. Die Datenkommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung und dem Elektrofahrzeug kann hierbei über ein Protokoll gemäß ISO 15118 hergestellt werden. In a development of the method, the charging process of at least one rechargeable battery of an electric vehicle is controlled and characteristics of the electric vehicle are included in the determination of the optimum charging power. In particular, the method can be used to charge the batteries of an electric vehicle. To determine the optimal charging power, the vehicle can enter descriptive parameters into the calculation. In this case, a data-conducting connection between the vehicle and the control device via a power line modem, a so-called PLC Modem, to be manufactured. The data communication between the control device and the electric vehicle can in this case via a protocol according to ISO 15118 getting produced.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Ladevorganges mindestens eines Akkumulators mit von mindestens einem Photovoltaikmodul zumindest teilweise erzeugter Ladeenergie, mit mindestens einer Steuerungseinrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass die Steuerungseinrichtung signalleitend mit einem Photodetektor verbunden ist und dass der Photodetektor die gleiche räumliche Ausrichtung wie das die Ladeenergie zumindest teilweise erzeugende Photovoltaikmodul aufweist. Zur Erhöhung bzw. Optimierung des Photovoltaikeigenstromverbrauches ist es notwendig, Informationen über den derzeit produzierten Strom einer Photovoltaikanlage bereitzustellen. Um auf eine aufwändige Verkabelung zur Datenkommunikation der Photovoltaikanlage mit einer Steuerungseinrichtung, zur Steuerung eines Ladestromes eines Akkumulators, verzichten zu können, weist die Vorrichtung einen Photodetektor auf, der die gleiche räumliche Ausrichtung wie die solarstromproduzierende Photovoltaikanlage aufweist. Durch die gleiche räumliche Ausrichtung des Photodetektors und des Photovoltaikmoduls fällt die solare Einstrahlung im gleichen Winkel mit vorzugsweise einer ähnlichen Lichtintensität auf den Photodetektor und das Photovoltaikmodul. Somit kann die solare Einstrahlung, insbesondere die Lichtintensität der solaren Einstrahlung, die auf das Photovoltaikmodul fällt, durch Messwerte des Photodetektors abgeschätzt werden. Der Photodetektor kann in unmittelbarer Nähe der Steuerungseinrichtung platziert werden. Beispielsweise kann bei der Aufladung eines Akkumulators eines Elektrofahrzeuges, das beispielsweise in einer Garage geparkt ist, der Photodetektor auf der Garage montiert und ausgerichtet werden, so dass eine Verkabelung zur Datenkommunikation mit der Photovoltaikanlage, die beispielsweise auf dem Dach eines Wohnhauses montiert ist, nicht notwendig ist. Hierdurch ist eine erhebliche Reduzierung des Kosten- und Montageaufwandes gegeben. Der Photodetektor kann beispielsweise über eine Funkverbindung oder auch eine Kabelverbindung mit der Steuerungseinrichtung verbunden sein. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise direkt in der Garage, in der auch das aufzuladende Elektrofahrzeug geparkt ist, angeordnet sein. Vorzugsweise weist die Steuerungseinrichtung eine Verbindung zum Stromnetz auf, um eine Aufladung des Akkumulators des Elektrofahrzeuges auch in dem Fall zu gewährleisten, wenn die Photovoltaikanlage keinen ausreichend hohen Ladestrom liefern kann. Die Steuerungseinrichtung kann einen Analog-Digital-Wandler zur Dämpfung bzw. Filterung des Lichtintensitätssignals aufweisen.A further aspect of the invention relates to a device for controlling an electrical charging process of at least one rechargeable battery with at least one photovoltaic module at least partially generated charging energy, with at least one control device, in particular for performing a method according to one of the preceding claims, is provided in the invention essential that the Control device is signal-conducting connected to a photodetector and that the photodetector has the same spatial orientation as the charging energy at least partially generating photovoltaic module. To increase or optimize the Photovoltaikeigenstromverbrauches it is necessary to provide information about the currently produced power of a photovoltaic system. In order to be able to dispense with expensive cabling for data communication of the photovoltaic system with a control device for controlling a charging current of a rechargeable battery, the device has a photodetector which has the same spatial orientation as the solar power-producing photovoltaic system. Due to the same spatial orientation of the photodetector and the photovoltaic module, the solar radiation falls at the same angle with preferably a similar light intensity on the photodetector and the photovoltaic module. Thus, the solar radiation, in particular the light intensity of the solar radiation incident on the photovoltaic module, can be estimated by measured values of the photodetector. The photodetector can be placed in the immediate vicinity of the controller. For example, when charging a battery of an electric vehicle that is parked in a garage, for example, the photodetector can be mounted and aligned on the garage, so that wiring for data communication with the photovoltaic system, which is mounted, for example, on the roof of a residential building, not necessary is. As a result, a significant reduction in cost and installation costs is given. The photodetector can be connected, for example via a radio link or a cable connection with the control device. The control device can be arranged, for example, directly in the garage in which the electric vehicle to be charged is parked. Preferably, the control device has a connection to the power grid in order to ensure charging of the battery of the electric vehicle even in the case when the photovoltaic system can not deliver a sufficiently high charging current. The control device may have an analog-to-digital converter for attenuation or filtering of the light intensity signal.

In einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung signalleitend mit einer Datenschnittstelle zur Übertragung, insbesondere zum Einlesen von Kenndaten, verbunden. Bei einer Datenschnittstelle kann es sich beispielsweise um einen SD-Kartenleser, einen USB-Port oder Ähnliches handeln. Über die Datenschnittstelle können feste Kenndaten über beispielsweise die Photovoltaikanlage oder den zu ladenden Akkumulator, insbesondere über den Akkumulator eines zu ladenden Elektrofahrzeuges, in die Steuerungseinrichtung geladen werden. Bei den Kenndaten kann es sich insbesondere um Leistung beschreibende Parameter der Photovoltaikanlage, beispielsweise den Wirkungsgrad oder die Größe der aktiven Fläche, oder auch um beschreibende Parameter des Akkumulators, wie beispielsweise dessen Kapazität, handeln. Diese Kenndaten sind unabhängig von der Steuerungseinrichtung und können je nach Photovoltaikanlage und zu ladende Akkumulatoren, die mit der Steuerungseinrichtung verbunden sind, der Steuerungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Die festen Kenndaten gehen in die Berechnung des optimalen Ladestroms ein.In a constructive development of the invention, the control device is signal-conducting connected to a data interface for transmission, in particular for reading in characteristic data. For example, a data interface may be an SD card reader, a USB port, or the like. Via the data interface, fixed characteristic data can be loaded, for example, via the photovoltaic system or the accumulator to be charged, in particular via the accumulator of an electric vehicle to be charged, into the control device. The characteristic data can be, in particular, parameters describing the performance of the photovoltaic system, for example the efficiency or the size of the active area, or also descriptive parameters of the accumulator, such as its capacity. These characteristic data are independent of the control device and, depending on the photovoltaic system and accumulators to be charged, which are connected to the control device, can be made available to the control device. The fixed characteristics are included in the calculation of the optimal charging current.

In einer konstruktiven Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung signalleitend mit mindestens einem Bedienelement zur Einstellung des Startzeitpunktes des Ladevorganges verbunden. Bei dem Bedienelement kann es sich beispielsweise um einen Taster, einen Touchscreen oder Ähnliches handeln. An dem Bedienelement kann beispielsweise von einem Nutzer eingestellt werden, wann der Ladevorgang, beispielsweise zur Ladung des Akkumulators eines Elektrofahrzeuges, starten soll. Insbesondere kann, beispielsweise durch einen Taster, die Ladung des Akkumulators sofort gestartet werden, beispielsweise wenn die Fahrbereitschaft des Elektrofahrzeuges so schnell wie möglich wiederhergestellt werden soll.In a constructive development, the control device is signal-conducting connected to at least one control element for setting the start time of the charging process. The control element may be, for example, a push button, a touch screen or the like. At the operating element can be set, for example, by a user when the charging process, for example, to charge the battery of an electric vehicle to start. In particular, for example, by a button, the charge of the battery can be started immediately, for example, when the driving readiness of the electric vehicle to be restored as soon as possible.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung signalleitend mit einem Stromleitungsmodem zur Herstellung einer datenübertragenen Verbindung zu einem Elektrofahrzeug verbunden. Durch ein Stromleitungsmodem ist eine Datenkommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug und der Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Ladestromes ermöglicht. Insbesondere kann diese Datenkommunikation über ein Protokoll gemäß ISO 15118 erfolgen. Des Weiteren kann die Steuerungseinrichtung einen 61851 Mode 3 Controller aufweisen, der zur Absicherung der Ladesteckverbindung und des Kommunikationsaufbaus verwendet werden kann.In one development of the invention, the control device is signal-conducting connected to a power line modem for producing a data-transmitted connection to an electric vehicle. By a power line modem data communication between an electric vehicle and the control device for controlling the charging current is enabled. In particular, this data communication via a protocol according to ISO 15118 respectively. In addition, the controller may include a 61851 Mode 3 controller that may be used to secure the charging connector and communications structure.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in: The invention will be further explained with reference to an embodiment shown in the drawing. In detail, the schematic representations in:

1: ein Anordnungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu einer Photovoltaikanlage, und 1 : An arrangement example of a device according to the invention for a photovoltaic system, and

2: den schematischen Aufbau einer Steuerungseinrichtung in Verbindung mit einem Elektrofahrzeug. 2 : the schematic structure of a control device in conjunction with an electric vehicle.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Ladevorganges mit einer Steuerungseinrichtung 1 und einer signalleitenden Verbindung 2 zu einem Photodetektor 3 dargestellt. Die Vorrichtung ist in einer Garage 4, in der ein zu ladendendes Elektrofahrzeug 5 geparkt ist, angeordnet. Auf dem Dach der Garage 4 ist der Photodetektor 3 angeordnet. Der Photodetektor 3 weist die gleiche räumliche Ausrichtung wie ein Photovoltaikmodul 6 auf. Die solare Einstrahlung der Sonne 7 trifft im selben Winkel auf den Photodetektor 3 wie auf das, auf einem Haus 8 montierte, Photovoltaikmodul 6. Somit ist die momentane durch das Photovoltaikmodul 6 zur Verfügung stehende Ladeleistung aus den Messwerten der solaren Einstrahlung des Photodetektors 3 abschätzbar. Neben der momentanen solaren Einstrahlung auf das Photovoltaikmodul 6 gehen feste Kennzahlen, die die Parameter des Photovoltaikmoduls 6, wie beispielsweise den Wirkungsgrad, und feste Kennzahlen, die die Parameter des zu ladenden Akkumulators, beispielsweise dessen Kapazität beschreiben, in die Berechnung der optimalen momentan Ladeleistung ein. Die Steuerungseinrichtung 1 weist eine stromleitende Verbindung 9 zu dem Photovoltaikmodul 6 und dem Stromnetz auf.In 1 is a device according to the invention for controlling a charging process with a control device 1 and a signal-conducting connection 2 to a photodetector 3 shown. The device is in a garage 4 in which an electric vehicle to be charged 5 parked, arranged. On the roof of the garage 4 is the photodetector 3 arranged. The photodetector 3 has the same spatial orientation as a photovoltaic module 6 on. The solar radiation of the sun 7 hits the photodetector at the same angle 3 like on a house 8th mounted, photovoltaic module 6 , Thus, the momentary is through the photovoltaic module 6 available charging power from the measured values of the solar irradiation of the photodetector 3 estimated. In addition to the momentary solar irradiation on the photovoltaic module 6 go fixed metrics that are the parameters of the photovoltaic module 6 , such as the efficiency, and fixed characteristics that describe the parameters of the battery to be charged, such as its capacity, in the calculation of the optimal instantaneous charging power. The control device 1 has an electrically conductive connection 9 to the photovoltaic module 6 and the power grid.

In 2 ist der schematische Aufbau einer Steuerungseinrichtung 1 und die Verbindung zu einem Elektrofahrzeug 5 dargestellt. Die Steuerungseinrichtung 1 weist einen Analog-Digital-Wandler 10 zur Auswertung der Daten des Photodetektors 3 auf. Weiterhin weist die Steuerungseinrichtung 1 eine signalleitende Verbindung zu einer Datenschnittstelle 11, beispielsweise einen SD-Kartenleser, auf, über den feste Parameter und Kennwerte der zu ladenden Akkumulatoren und der Photovoltaikmodule in die Steuerungseinrichtung 1 geladen werden können. Zudem weist die Steuerungseinrichtung 1 eine signalleitende Verbindung zu einem Bedienelement 12 auf, an dem durch einen Nutzer der Lademodus, beispielsweise das sofortige Starten des Ladevorganges, ausgewählt werden kann. Der ausgewählte Lademodus wird über ein Anzeigeelement 13 angezeigt. Die Steuerungseinrichtung 1 weist zudem einen Laderegler 14 auf, der signalleitend mit einem Stromleitungsmodem 15 verbunden ist. Das Stromleitungsmodem 15 ermöglicht eine Datenkommunikation mit dem Elektrofahrzeug nach einem Datenkommunikationsprotokoll gemäß ISO 15118 . Hierzu weist das Elektrofahrzeug 6 ebenfalls ein Stromleitungsmodem 16 auf, das datenleitend mit dem Stromleitungsmodem 15 der Steuerungseinrichtung 1 verbunden wird. Zur Absicherung der Ladesteckverbindung zwischen dem Elektrofahrzeug 5 und der Steuerungseinrichtung 1 weist die Steuerungseinrichtung 1 eine signalleitende Verbindung zu einem 61851 Mode 3 Controller 17 auf, der eine signalleitende Verbindung zu einem SD-Modul 18 des Elektrofahrzeuges 5 aufweist.In 2 is the schematic structure of a controller 1 and the connection to an electric vehicle 5 shown. The control device 1 has an analog-to-digital converter 10 for the evaluation of the data of the photodetector 3 on. Furthermore, the control device 1 a signal-conducting connection to a data interface 11 , For example, an SD card reader, on the fixed parameters and characteristics of the batteries to be charged and the photovoltaic modules in the control device 1 can be loaded. In addition, the control device 1 a signal-conducting connection to a control element 12 on, by a user of the charging mode, for example, the immediate start of the charging can be selected. The selected charging mode is via a display element 13 displayed. The control device 1 also has a charge controller 14 on, the signal conducting with a power line modem 15 connected is. The power line modem 15 enables data communication with the electric vehicle according to a data communication protocol according to ISO 15118 , For this purpose, the electric vehicle 6 also a power line modem 16 on, the data conducting with the power line modem 15 the control device 1 is connected. To secure the charging connector between the electric vehicle 5 and the controller 1 has the control device 1 a signal-conducting connection to a 61851 Mode 3 controller 17 on, which is a signal-conducting connection to an SD module 18 of the electric vehicle 5 having.

Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.All the features mentioned in the preceding description and in the claims can be combined in any selection with the features of the independent claims. The disclosure of the invention is thus not limited to the described or claimed combinations of features, but all meaningful combinations of features within the scope of the invention are to be regarded as disclosed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012212878 A1 [0003] DE 102012212878 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ISO 15118 [0013] ISO 15118 [0013]
  • ISO 15118 [0017] ISO 15118 [0017]
  • ISO 15118 [0022] ISO 15118 [0022]

Claims (11)

Verfahren zur Steuerung eines Ladevorganges mindestens eines Akkumulators mit von mindestens einem Photovoltaikmodul (6) zumindest teilweise erzeugter Ladeenergie, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ladeleistung, die zur Aufladung des Akkumulators zur Verfügung gestellt wird, in Abhängigkeit von der momentanen solaren Einstrahlung auf das mindestens eine Photovoltaikmodul (6) bestimmt wird, dass die momentane solare Einstrahlung auf das Photovoltaikmodul (6) mittels mindestens eines Photodetektors (3) erfasst wird und dass die Messdaten der momentanen solaren Einstrahlung zur Steuerung der Ladeleistung an mindestens eine Steuerungseinrichtung (1) gesendet werden. Method for controlling a charging process of at least one rechargeable battery with at least one photovoltaic module ( 6 ) at least partially generated charging energy, characterized in that the electrical charging power, which is provided for charging the accumulator available, depending on the instantaneous solar irradiation on the at least one photovoltaic module ( 6 ) it is determined that the instantaneous solar irradiation on the photovoltaic module ( 6 ) by means of at least one photodetector ( 3 ) is detected and that the measured data of the instantaneous solar irradiation for controlling the charging power to at least one control device ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optimale Ladeleistung bestimmt wird und dass in die Bestimmung der optimalen Ladeleistung feste Kenndaten des Photovoltaikmoduls (6) und des zu ladenden Akkumulators eingehen. A method according to claim 1, characterized in that the optimal charging power is determined and that in the determination of the optimal charging power fixed characteristics of the photovoltaic module ( 6 ) and the battery to be charged. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die solare Einstrahlung, insbesondere die Lichtintensität, mittels des Photodetektors (3) kontinuierlich bestimmt wird und dass die Ladeleistung in Abhängigkeit von der kontinuierlich bestimmten solaren Einstrahlung kontinuierlich gesteuert wird. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the solar irradiation, in particular the light intensity, by means of the photodetector ( 3 ) is continuously determined and that the charging power is continuously controlled in dependence on the continuously determined solar irradiation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels mindestens eines Photodetektors (3) erfasste Lichtintensitätssignal analog-digital gewandelt wird und dass das gewandelte Lichtintensitätssignal vor der Bestimmung der Ladeleistung gedämpft wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that by means of at least one photodetector ( 3 ) detected light-intensity signal is converted analog-digital and that the converted light intensity signal is attenuated before the determination of the charging power. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenndaten des Photovoltaikmoduls (6) und des zu ladenden Akkumulators über mindestens eine Datenschnittstelle (11), insbesondere von einem externen Datenträger, in die Steuerungseinrichtung (1) eingelesen werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the characteristics of the photovoltaic module ( 6 ) and the accumulator to be charged via at least one data interface ( 11 ), in particular from an external data carrier, into the control device ( 1 ) are read. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Startzeitpunkt des Ladevorganges manuell anwählbar ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the starting time of the charging process is manually selectable. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang mindestens eines Akkumulators eines Elektrofahrzeuges (5) gesteuert wird und dass Kenndaten des Elektrofahrzeuges (5) in die Bestimmung der optimalen Ladeleistung eingehen.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the charging process of at least one rechargeable battery of an electric vehicle ( 5 ) and that characteristics of the electric vehicle ( 5 ) into the determination of the optimal charging performance. Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Ladevorganges mindestens eines Akkumulators mit von mindestens einem Photovoltaikmodul (6) zumindest teilweise erzeugter Ladeenergie, mit mindestens einer Steuerungseinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (1) signalleitend mit mindestens einem Photodetektor (3) verbunden ist und dass der mindestens eine Photodetektor (3) die gleiche räumliche Ausrichtung wie das mindestens eine, die Ladeenergie zumindest teilweise erzeugende, Photovoltaikmodul (6) aufweist.Device for controlling an electrical charging process of at least one rechargeable battery with at least one photovoltaic module ( 6 ) at least partially generated charging energy, with at least one control device ( 1 ), in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the control device ( 1 ) signal-conducting with at least one photodetector ( 3 ) and that the at least one photodetector ( 3 ) the same spatial orientation as the at least one, the charging energy at least partially generating, photovoltaic module ( 6 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (1) signalleitend mit einer Datenschnittstelle (11) zur Übertragung, insbesondere zum Einlesen, von Kenndaten verbunden ist. Apparatus according to claim 8, characterized in that the control device ( 1 ) signal-conducting with a data interface ( 11 ) is connected for transmission, in particular for reading, of characteristic data. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (1) signalleitend mit mindestens einem Bedienelement (12) zur Einstellung des Startzeitpunktes des Ladevorganges verbunden ist.Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the control device ( 1 ) signal-conducting with at least one operating element ( 12 ) is connected to set the start time of the charging process. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (1) signalleitend mit einem Stromleitungsmodem (15) zur Herstellung einer datenübertragenden Verbindung zu einem Elektrofahrzeug (5) verbunden ist. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the control device ( 1 ) signal conducting with a power line modem ( 15 ) for producing a data-transmitting connection to an electric vehicle ( 5 ) connected is.
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Non-Patent Citations (1)

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Title
ISO 15118

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