DE102019134380A1 - ELECTRIC VEHICLE CHARGER, POWER SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SUCH A CHARGER - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Ladegeräts (1) für ein Elektrofahrzeug (36), wobei das Ladegerät (1) an einer lokalen Energieversorgungsanlage (26) angeschlossen ist.Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass das Laden eines Elektrofahrzeugs besonders effektiv durchgeführt werden kann.Hierzu werden von mindestens einer ersten Sensoreinrichtung (42) und/oder von einer Energiemanagementeinrichtung (17) der Energieversorgungsanlage (26) Messwert-Daten von dem Ladegerät (1) empfangen und zur Steuerung eines Ladevorgangs eines an das Ladegerät (1) angeschlossenem Elektrofahrzeug (36) von dem Ladegerät (1) zu Energiemanagementzwecken ausgewertet, wobei die Messwert-Daten sich auf Messwerte beziehen, die im Bereich der lokalen Energieversorgungsanlage (26) und außerhalb des Ladegeräts (1) von der mindestens ersten Sensoreinrichtung (42) gemessen werden.The invention relates to a method for operating a charger (1) for an electric vehicle (36), the charger (1) being connected to a local energy supply system (26). The inventive method enables an electric vehicle to be charged particularly effectively For this purpose, measured value data are received from the charger (1) by at least one first sensor device (42) and / or from an energy management device (17) of the energy supply system (26) and, in order to control a charging process, one is sent to the charger (1) connected electric vehicle (36) is evaluated by the charger (1) for energy management purposes, the measured value data relating to measured values measured by the at least first sensor device (42) in the area of the local energy supply system (26) and outside the charger (1) become.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ladegerät für ein Elektrofahrzeug mit einem eingangsseitigen Leistungsanschluss, welcher mit mindestens einer Phase einer lokalen Energieversorgungsanlage elektrisch leitend verbindbar ist zur Aufnahme von elektrischer Leistung, einem ausgangsseitigen Leistungsanschluss zur Abgabe von elektrischer Leistung an ein Elektrofahrzeug und einem die beiden Leistungsanschlüsse elektrisch miteinander verbindenden leitungsgebundenen Leistungspfad. Das Ladegerät umfasst auch eine Steuerung und eine von dieser ansteuerbare Trennvorrichtung zur wahlweisen Unterbrechung des Leistungspfads, wobei die Steuerung mindestens eine zum Empfang von Daten von außerhalb des Ladegeräts eingerichtete Schnittstelle aufweist.The invention relates to a charger for an electric vehicle with an input-side power connection which can be electrically connected to at least one phase of a local energy supply system for receiving electrical power, an output-side power connection for delivering electrical power to an electric vehicle and one of the two power connections interconnected wired power path. The charger also includes a controller and a disconnection device that can be controlled by this for the optional interruption of the power path, the controller having at least one interface set up to receive data from outside the charger.
Die Erfindung betrifft auch eine Energieversorgungsanlage mit mindestens einem Ladegerät für Elektrofahrzeuge und einem lokal begrenzten Verteilnetz, welches über einen Netzanschlusspunkt mit einem öffentlichen Stromversorgungsnetz elektrisch verbunden ist, wobei das Ladegerät mindestens an eine Phase des Verteilnetzes der Energieversorgungsanlage angeschlossen ist.The invention also relates to an energy supply system with at least one charger for electric vehicles and a locally limited distribution network which is electrically connected to a public power supply network via a network connection point, the charger being connected to at least one phase of the distribution network of the energy supply system.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Ladegeräts für ein Elektrofahrzeug, wobei das Ladegerät an eine lokale Energieversorgungsanlage angeschlossen ist.The invention also relates to a method for operating a charger for an electric vehicle, the charger being connected to a local energy supply system.
Der Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs mit Elektromotor wird aus einer im Elektrofahrzeug angeordneten Batterievorrichtung mit elektrischer Leistung versorgt, die zu ihrer Wiederaufladung an ein externes Ladegerät für Elektrofahrzeuge angeschlossen werden muss. Im Allgemeinen wird hierfür temporär eine kabelgebundene Verbindung zwischen dem Elektroauto und einem ausgangsseitigen Leistungsanschluss des Ladegeräts hergestellt. Derartige Ladegeräte können beispielsweise an öffentlich zugänglichen Ladetankstellen bereitgestellt werden oder beispielsweise zugänglich an einem Gebäude angeordnet sein, wobei das Ladegerät an das elektrische Hausnetz angeschlossen ist. Je nach Ausgestaltung der Batterievorrichtung des Elektrofahrzeugs kann dieses mit Gleichspannung oder Wechselspannung geladen werden. Zur Steuerung des Ladevorgangs kann zwischen dem Ladegerät und dem Elektrofahrzeug eine bidirektionale Kommunikationsverbindung vorhanden sein, die beispielweise kabelgebunden ist. Derartige Ladekabel verfügen zur Übertragung von elektrischer Energie neben einem Neutralleiter, einem PE-Leiter und einer oder drei Phasenleitungen in dem Ladekabel weitere Kabel für die bidirektionalen Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem Ladegerät. Hierfür können beispielsweise zwei weitere in dem Ladekabel angeordnete Leitungen vorhanden sein, welche üblicherweise mit CP-Leiter und PP-Leiter bezeichnet werden. Da bei einem Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs hohe elektrische Ströme fließen, muss das Ladegerät über entsprechend tragfähige Leitungen an die Energieversorgungsanlage angeschlossen sein. Ist das Ladegerät für ein dreiphasiges Laden des Elektrofahrzeugs ausgebildet, weist der eingangsseitige Leistungsanschluss des Ladegeräts ebenfalls drei Phasen auf und ist entsprechend über drei Leitungen an drei Phasen des Verteilnetzes der Energieversorgungsanlage anschließbar. Ist das Ladegerät nur für einen einphasigen Ladebetrieb ausgestattet, ist zum Anschluss des Ladegeräts an das Verteilnetz eine Leitung ausreichend. Aus sicherheitstechnischen Gründen kann es vorgesehen sein, dass vor dem Verbinden des Ladegeräts mit einem Elektrofahrzeug der ausgangsseitige Leistungsanschluss spannungsfrei ist. Hierfür umfasst das Ladegerät eine Trennvorrichtung, die von der Steuerung des Ladegeräts ansteuerbar ist und im Bedarfsfall den Leistungspfad zwischen dem eingangsseitigen Leistungsanschluss und dem ausgangsseitigen Leistungsanschluss im Ladegerät unterbricht. Auch kann es vorgesehen sein, dass am Ende eines Ladevorgang das Elektrofahrzeug den Ladevorgang beendet und eine entsprechende Meldung über das Ladekabel an das Ladegerät sendet, so dass hierauf das Ladegerät mit einer entsprechenden Unterbrechung des Leistungspfads durch Ansteuerung der Trennvorrichtung reagiert und gegebenenfalls das Ladekabel zum Entfernen freigibt. Zudem kann ein Ladegerät für Elektrofahrzeuge über eine entsprechende Schnittstelle zum Empfang von Daten eines Rundsteuersignals eines öffentlichen Stromversorgungsnetzes eingerichtet sein. Mittels eines derartigen Rundsteuersignals kann der Betreiber des öffentlichen Stromversorgungsnetzes bei einer Überlastung desselben einen Bezug von Ladeleistung für Elektrofahrzeuge aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz stoppen.The drive train of an electric vehicle with an electric motor is supplied with electrical power from a battery device arranged in the electric vehicle, which must be connected to an external charger for electric vehicles in order to be recharged. In general, a wired connection is temporarily established between the electric car and a power connection on the output side of the charger. Charging devices of this type can be provided, for example, at publicly accessible charging stations or, for example, can be arranged in an accessible manner on a building, the charging device being connected to the electrical house network. Depending on the configuration of the battery device of the electric vehicle, it can be charged with direct voltage or alternating voltage. To control the charging process, there can be a bidirectional communication link between the charger and the electric vehicle, which is for example wired. Charging cables of this type have, in addition to a neutral conductor, a PE conductor and one or three phase lines in the charging cable, other cables for bidirectional communication between the vehicle and the charger for the transmission of electrical energy. For this purpose, there can be, for example, two further lines arranged in the charging cable, which are usually referred to as CP conductors and PP conductors. Since high electrical currents flow when an electric vehicle is being charged, the charger must be connected to the energy supply system via cables that are suitable for the load. If the charger is designed for three-phase charging of the electric vehicle, the input-side power connection of the charger also has three phases and can accordingly be connected via three lines to three phases of the distribution network of the energy supply system. If the charger is only equipped for single-phase charging, one line is sufficient to connect the charger to the distribution network. For safety reasons, it can be provided that the output-side power connection is voltage-free before the charger is connected to an electric vehicle. For this purpose, the charger includes a disconnecting device that can be controlled by the charger's controller and, if necessary, interrupts the power path between the input-side power connection and the output-side power connection in the charger. It can also be provided that at the end of a charging process the electric vehicle ends the charging process and sends a corresponding message via the charging cable to the charger, so that the charger reacts with a corresponding interruption of the power path by activating the disconnecting device and, if necessary, the charging cable for removal releases. In addition, a charger for electric vehicles can be set up via a corresponding interface to receive data from a ripple control signal from a public power supply network. By means of such a ripple control signal, the operator of the public power supply network can stop charging power for electric vehicles from the public power supply network if the same is overloaded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladegerät der eingangs genannten Art, eine Energieversorgungsanlage der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Ladegeräts der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem/welcher das Laden eines Elektrofahrzeugs besonders effektiv durchgeführt werden kann.The invention is based on the object of specifying a charger of the type mentioned at the beginning, an energy supply system of the type mentioned at the beginning and a method for operating a charger of the type mentioned at the beginning, with which charging of an electric vehicle can be carried out particularly effectively.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ladegerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuerung über mindestens eine dieser Schnittstellen zum Empfang und zur Auswertung von Messwert-Daten eingerichtet und ausgebildet ist zur Durchführung von mindestens einer Energiemanagementfunktion.The object is achieved according to the invention with a charger of the type mentioned at the outset in that the controller is set up and designed to carry out at least one energy management function via at least one of these interfaces for receiving and evaluating measured value data.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ladegeräts weist dieses eine besonders schnelle Reaktionszeit auf, um auf durch die Messwert-Daten angezeigte Situationen schneller und damit effektiver reagieren zu können. Dieser Zeitvorteil kann beispielsweise ausschlaggebend dafür sein, um beim Laden des Elektrofahrzeugs aufgrund eines plötzlich eintretenden Energiebedarfs weiterer an die Energieversorgungsanlage angeschlossener Verbraucher ein Auslösen einer Hauptsicherungsvorrichtung am Netzanschlusspunkt der Energieversorgungsanlage und/oder ein Übersteigen einer maximal zulässigen Schieflast am Netzanschlusspunkt aufgrund des Ladevorgangs zu verhindern. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Auswertung von Messwert-Daten durch eine Energiemanagementeinrichtung einer lokalen Energieversorgungsanlage eines Gebäudes, welche die Verbraucher im Verteilnetz entsprechend steuert, ist bezüglich seiner Reaktionszeit träger, so dass auch bei Vorhandensein einer Energiemanagementvorrichtung zur Steuerung der Verbraucher im lokalen Verteilnetz erfindungsgemäß ein Ladevorgang am Ladegerät effektiver durchführbar ist, wenn das Ladegerät mittels einer selbstständigen Auswertung von Messwert-Daten zusätzlich zur Energiemanagementeinrichtung zur Durchführung von mindestens einer Energiemanagementfunktion ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Ladegerät dazu ertüchtigt, zur Steuerung eines Ladevorgangs eines an das Ladegerät angeschlossenen Elektrofahrzeugs Messwert-Daten über die zum Empfang von Daten von außerhalb des Ladegeräts eingerichtete mindestens eine Schnittstelle zu empfangen und zu Energiemanagementzwecken auszuwerten. Das Ladegerät ist somit auch nicht nur zur Ausführung einer Energiemanagementfunktion eingerichtet, wie beim Empfang des Rundsteuersignals gemäß dem Stand der Technik oder bei der Ansteuerung des Ladegeräts durch eine Energiemanagementeinrichtung gemäß dem Stand der Technik, sondern zur Durchführung mindestens einer Energiemanagementfunktion eingerichtet, bei der eine Auswertung von Messwert-Daten im Ladegerät selbst erfolgt und gemäß dieser Auswertung abgeleitet ein Handlungsbedarf bzw. eine Maßnahme zu Energiemanagementzwecken vom Ladegerät selbst abgeleitet/ausgesucht wird. Das Ladegerät kann in dieser Weise beispielsweise mit besonders hohen Leistungen das Elektrofahrzeug laden und hierbei dennoch ein Peak-shaving-Verfahren aufgrund des Ladevorgangs gewährleisten, bei dem ein maximaler Leistungsbezug der Energieversorgungsanlage eingehalten wird.Due to the inventive design of the charger, this has a special quick reaction time in order to be able to react more quickly and thus more effectively to situations indicated by the measured value data. This time advantage can be decisive, for example, in order to prevent a main safety device at the network connection point of the energy supply system from being triggered and / or a maximum permissible unbalanced load at the network connection point from being exceeded due to the charging process when the electric vehicle is being charged due to a sudden energy demand from other consumers connected to the energy supply system. An evaluation of measured value data known from the prior art by an energy management device of a local energy supply system of a building, which controls the loads in the distribution network accordingly, is slower in terms of its response time, so that even if an energy management device is present to control the loads in the local distribution network, according to the invention a charging process on the charger can be carried out more effectively if the charger is designed to carry out at least one energy management function by means of an independent evaluation of measured value data in addition to the energy management device. In other words, the charger is able to control a charging process of an electric vehicle connected to the charger to receive measured value data via the at least one interface set up to receive data from outside the charger and to evaluate it for energy management purposes. The charger is therefore not only set up to carry out an energy management function, such as when the ripple control signal is received in accordance with the prior art or when the charger is activated by an energy management device in accordance with the prior art, but also to carry out at least one energy management function in which an evaluation takes place from measured value data in the charger itself and, derived from this evaluation, a need for action or a measure for energy management purposes is derived / selected by the charger itself. In this way, the charger can, for example, charge the electric vehicle with particularly high power and still ensure a peak-shaving process due to the charging process, in which the maximum power consumption of the energy supply system is maintained.
Das Ladegerät kann zum einphasigen Laden eines Elektrofahrzeugs ausgebildet sein. Hierzu weist das Ladegerät eingangsseitig einen Leistungsanschluss auf, der mindestens zum Verbinden mit einer Phase eines Verteilnetzes einer Energieversorgungsanlage ausgebildet ist. Das Ladegerät kann auch zum dreiphasigen Laden eines Elektrofahrzeugs ausgebildet sein. Hierzu weist das Ladegerät eingangsseitig einen dreiphasigen Leistungsanschluss auf zum Anschluss von drei Phasen eines Verteilnetzes einer Energieversorgungsanlage. Das Ladegerät kann auch sowohl zum dreiphasigen als auch zum einphasigen Laden ausgebildet sein. Das Ladegerät kann zum Laden mit Wechselspannung ausgelegt sein. In diesem Fall bedarf es keines Gleichrichters im Leistungspfad des Ladegeräts. Das Ladegerät könnte aber auch zum Laden mit Gleichspannung ausgelegt sein. Das Ladegerät umfasst eine Trennvorrichtung zum Unterbrechen des Leistungspfades im Ladegerät. Bei der Trennvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Schütz handeln, der von der Steuerung des Ladegeräts ansteuerbar ist. Prinzipiell kann das Ladegerät auch zum Einspeisen von elektrischer Energie aus der Batterievorrichtung in das lokale Verteilnetz ertüchtigt sein, da hierfür kein anderer Aufbau der Komponenten notwendig ist.The charger can be designed for single-phase charging of an electric vehicle. For this purpose, the charger has a power connection on the input side, which is designed at least to connect to one phase of a distribution network of an energy supply system. The charger can also be designed for three-phase charging of an electric vehicle. For this purpose, the charger has a three-phase power connection on the input side for connecting three phases of a distribution network of an energy supply system. The charger can also be designed for both three-phase and single-phase charging. The charger can be designed for charging with AC voltage. In this case there is no need for a rectifier in the power path of the charger. The charger could, however, also be designed for charging with direct voltage. The charger includes a disconnect device for interrupting the power path in the charger. The separating device can be, for example, a contactor that can be controlled by the controller of the charger. In principle, the charger can also be upgraded to feed electrical energy from the battery device into the local distribution network, since no other structure of the components is necessary for this.
Die Steuerung des Ladegeräts kann einen oder mehrere Microcontroller umfassen sowie Schnittstellen zum Empfang der Messwert-Daten und weiterer Daten. Die Steuerung des Ladegeräts kann auch über eine dieser Schnittstellen zur bidirektionalen Kommunikation mit einer Energiemanagementeinrichtung ausgebildet sein. Die Steuerung kann in mehrere, auch räumlich getrennte Untereinheiten aufgeteilt sein, wobei beispielsweise eine erste Untereinheit mit einem Microcontroller im Betrieb über eine Schnittstelle eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit dem angeschlossenen Elektrofahrzeug unterhält. Diese erste Untereinheit kann über eine bidirektionale Kommunikation an eine zweite Untereinheit mit einem zweiten Microcontroller der Steuerung angebunden sein, welche unter anderem zum Empfang und zur Auswertung der Messwert-Daten ausgebildet sein kann. Diese zweite Untereinheit kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass im Falle eines Anpassungsbedarfs oder Unterbrechungsbedarfs des Ladevorgangs aufgrund der Auswertung der Messwert-Daten diese zweite Untereinheit direkt durch Ansteuerung der Trennvorrichtung den Ladevorgang unterbrechen und parallel hierzu via der ersten Untereinheit oder direkt die Beendigung des Ladevorgangs an das Elektrofahrzeug kommunizieren kann. Zusätzlich kann diese zweite Untereinheit zum Empfang des Rundsteuersignals ausgebildet sein, insbesondere über eine eigens hierfür vorgesehene Schnittstelle an der zweiten Untereinheit. Zusätzlich kann diese zweite Untereinheit eine WLAN-Schnittstelle umfassen sowie eine Schnittstelle für eine leitungsgebundene Verbindung, insbesondere zu einer Energiemanagementeinrichtung der Energieversorgungsanlage. Diese leitungsgebundene Verbindung kann beispielsweise bidirektional über ein Netzwerkprotokoll den Austausch von Daten ermöglichen, beispielsweise über das Netzwerkprotokoll TCPIP. Beispielsweise kann das Ladegerät die Messwert-Daten, insbesondere von der Energiemanagementeinrichtung, über diese Verbindung empfangen, beispielsweise in Intervallen. Um eine schnelle Reaktionszeit des Ladegeräts zu ermöglichen, kann die Schnittstelle und die Steuerung derart ausgebildet sein, dass die Messwert-Daten beispielsweise alle 200ms oder beispielsweise einmal in der Sekunde an das Ladegerät gesendet und von dieser empfangen werden können. Hierbei misst die mindestens eine Sensoreinrichtung Messwerte und wandelt diese zum Übermitteln der Werte in Messwert-Daten um. Ist das Ladegerät zum Empfang der Messwert-Daten via Energiemanagementeinrichtung eingerichtet, kann diese je nach Protokolltyp zur Übermittlung der Messwert-Daten an das Ladegerät diese Messwert-Daten in andere Messwert-Daten umwandeln oder bei gleichem Protokoll-Typ einfach weiterleiten. Das Ladegerät kann insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet sein, Stromwerte in Form von Messwert-Daten zu empfangen, welche am oder im Bereich eines Netzanschlusspunkts der lokalen Energieversorgungsanlage gemessen wurden. Zusätzlich kann das Ladegerät auch dazu ausgebildet sein, Spannungswerte und Phasenwinkel in Form von Messwert-Daten zu empfangen, die ebenfalls am oder im Bereich eines Netzanschlusspunkts der lokalen Energieversorgungsanlage gemessen wurden. Als eine Energiemanagementfunktion des Ladegeräts kann beispielsweise die Überwachung der Stromwerte am Netzanschlusspunkt realisiert sein und die Steuerung des Ladevorgangs derart ausgebildet sein, dass ein Auslösen einer Hauptsicherungsvorrichtung am Netzanschlusspunkt der Energieversorgungsanlage aufgrund des Ladevorgangs durch das Ladegerät vermieden wird und/oder dass eine Überschreitung einer maximal zulässigen Schieflast am Netzanschlusspunkt eingehalten wird. Die Bezeichnung Netzanschlusspunkt ist hierbei nicht wörtlich zu nehmen, da es sich nicht um einen Punkt im wörtlichen Sinne handelt, sondern um eine Verbindungsstelle zwischen dem Verteilnetz der lokalen Energieversorgungsanlage und einem öffentlichen Stromversorgungsnetz. Die Verbindungsstelle umfasst hierbei so viele Phasen wie das Verteilnetz. Bei einem elektrischen Verteilnetz eines Hauses wird als Netzanschlusspunkt der Hausanschluss des Hauses mit der Hauptsicherung bezeichnet.The control of the charger can include one or more microcontrollers and interfaces for receiving the measured value data and other data. The charger can also be controlled via one of these interfaces for bidirectional communication with an energy management device. The control can be divided into several, also spatially separate, sub-units, for example a first sub-unit with a microcontroller maintaining a bidirectional communication connection with the connected electric vehicle via an interface during operation. This first sub-unit can be connected via bidirectional communication to a second sub-unit with a second microcontroller of the control, which, among other things, can be designed to receive and evaluate the measured value data. This second sub-unit can be designed, for example, in such a way that, in the event of a need for adjustment or a need to interrupt the charging process, based on the evaluation of the measured value data, this second sub-unit interrupts the charging process directly by activating the separating device and, in parallel, via the first sub-unit or directly terminates the charging process the electric vehicle can communicate. In addition, this second sub-unit can be designed to receive the ripple control signal, in particular via an interface provided specifically for this purpose on the second sub-unit. In addition, this second subunit can include a WLAN interface and an interface for a wired connection, in particular to an energy management device of the energy supply system. This wired connection can, for example, enable the exchange of data bidirectionally via a network protocol, for example via the network protocol TCPIP. For example, the charger can use the measured value data, in particular from the energy management device, to use it Receive connection, for example at intervals. In order to enable a fast reaction time of the charger, the interface and the control can be designed in such a way that the measured value data can be sent to and received from the charger, for example every 200 ms or for example once a second. In this case, the at least one sensor device measures measured values and converts them into measured value data in order to transmit the values. If the charger is set up to receive the measured value data via the energy management device, it can, depending on the protocol type, convert these measured value data into other measured value data to transmit the measured value data to the charger or, if the protocol type is the same, simply forward it. The charger can in particular be designed and set up to receive current values in the form of measured value data, which were measured at or in the area of a network connection point of the local energy supply system. In addition, the charger can also be designed to receive voltage values and phase angles in the form of measured value data, which were also measured at or in the area of a network connection point of the local energy supply system. As an energy management function of the charger, for example, the monitoring of the current values at the network connection point can be implemented and the control of the charging process can be designed in such a way that triggering a main fuse device at the network connection point of the energy supply system due to the charging process by the charger is avoided and / or that a maximum permissible value is not exceeded Unbalanced load at the grid connection point is observed. The term network connection point is not to be taken literally, as it is not a point in the literal sense, but a connection point between the distribution network of the local energy supply system and a public power supply network. The connection point comprises as many phases as the distribution network. In the case of an electrical distribution network in a house, the house connection to the main fuse is referred to as the network connection point.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.Advantageous embodiments of the invention are specified in the following description and the subclaims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Messwert-Daten sich auf außerhalb des Ladegeräts und im Bereich der Energieversorgungsanlage gemessene Messwerte beziehen.Provision can advantageously be made for the measured value data to relate to measured values measured outside the charger and in the area of the energy supply system.
Die Steuerung ist somit zur Auswertung dieser Messwert-Daten ausgebildet. Sowohl die Hardware der Steuerung in Bezug auf die Schnelligkeit der Verarbeitung als auch die in der Steuerung implementierte Software sind für die Auswertung der Messwert-Daten entsprechend ausgebildet zur Durchführung der mindestens einen Energiemanagementfunktion. Beispielsweise kann sich mindestens ein Teil der Messwert-Daten auf eine lokal erzeugte Leistung beziehen, die von mindestens einer Energiequelle der Energieversorgungsanlage aktuell bereitgestellt wird. Diese Messwert-Daten können beispielsweise in Form von Strommesswert-Daten übermittelt werden. Das Ladegerät kann zudem über eine der Schnittstellen ein Rundsteuersignal einer Leitwarte des öffentlichen Stromversorgungsnetzes empfangen, an welches die Energieversorgungsanlage über einen Netzanschlusspunkt der Energieversorgungsanlage angeschlossen ist. Über das Rundsteuersignal kann der Betreiber des Stromversorgungsnetzes beispielsweise vorgeben, dass bis zu einer Aufhebung des Rundsteuersignals Ladegeräte für Elektrofahrzeuge keine Leistung oder je Ladegerät nur eine Leistung bis zu einem bestimmten Grenzwert aus dem Stromversorgungsnetz beziehen dürfen. Nach Empfang des Rundsteuersignal kann das Ladegerät seinen Leistungsbezug mittels Auswertung der Messwert-Daten derart anpassen, dass der von dem Rundsteuersignal angegebene Grenzwert für den Leistungsbezug aus dem öffentlichen Netz von dem Ladegerät eingehalten wird, indem das Ladegerät dem Elektrofahrzeug über den Grenzwert hinaus elektrische Leistung entsprechend der lokal erzeugten Leistung, die für den Ladevorgang zur Verfügung steht, zum Laden bereitstellt.The control is thus designed to evaluate this measured value data. Both the hardware of the controller with regard to the speed of processing and the software implemented in the controller are designed accordingly for evaluating the measured value data to carry out the at least one energy management function. For example, at least some of the measured value data can relate to locally generated power that is currently being provided by at least one energy source of the energy supply system. These measured value data can be transmitted, for example, in the form of current measured value data. The charger can also receive a ripple control signal from a control room of the public power supply network via one of the interfaces, to which the energy supply system is connected via a network connection point of the energy supply system. The operator of the power supply network can use the ripple control signal to specify, for example, that until the ripple control signal is canceled, chargers for electric vehicles may draw no power or only one power per charger up to a certain limit value from the power supply network. After receiving the ripple control signal, the charger can adjust its power consumption by evaluating the measured value data in such a way that the charger complies with the limit value specified by the ripple control signal for the power consumption from the public grid, in that the charger provides the electric vehicle with more electrical power than the limit value the locally generated power that is available for the charging process is made available for charging.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mindestens ein Teil der Messwert-Daten sich auf mindestens im Bereich oder an einem die Energieversorgungsanlage mit einem öffentlichen Stromversorgungsnetz verbindenden Netzanschlusspunkt gemessenen Messwerte beziehen.It can advantageously be provided that at least some of the measured value data relate to measured values measured at least in the area or at a network connection point connecting the energy supply system to a public power supply network.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Messwerte Strom-Messwerte von durch eine Hauptsicherungsvorrichtung am Netzanschlusspunkt begrenzten Stromwerten auf den Phasen umfassen, welche mit dem eingangsseitigen Leistungsanschluss des Ladegeräts verbindbar sind.It can also be seen as advantageous that the measured values include current measured values of current values limited by a main fuse device at the network connection point on the phases, which can be connected to the input-side power connection of the charger.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Steuerung zur Vermeidung eines Auslösens der Hauptsicherungsvorrichtung durch einen Ladevorgang des Ladegeräts dazu ausgebildet und eingerichtet ist, während eines Ladevorgangs des Ladegeräts die Stromwerte mindestens auf den von dem Ladevorgang betroffenen Phasen am Netzanschlusspunkt durch Empfang und Auswertung der entsprechenden Messwert-Daten zu überwachen und mittels Vergleich der Strom-Messwerte mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert den Bezug von elektrischer Leistung anzupassen oder zu unterbrechen.Advantageously, it can also be provided that the control is designed and set up to avoid the main fuse device being triggered by a charging process of the charger, during a charging process of the charger, the current values at least on the phases affected by the charging process at the network connection point by receiving and evaluating the corresponding measured value -To monitor data and by comparing the current measured values with at least one predetermined limit value Adjust or interrupt consumption of electrical power.
Zur Anpassung des Bezugs von elektrischer Leistung kann die Steuerung des Ladegeräts ein entsprechendes Signal an das Elektrofahrzeug übermitteln. Mit dieser Energiemanagementfunktion kann das Ladegerät beispielsweise einen Peak-shaving-Betrieb der Energieversorgungsanlage unterstützen. Sofern eine schnelle Unterbrechung des Ladevorgangs erforderlich ist, kann die Steuerung direkt die Trennvorrichtung des Ladegeräts ansteuern, um den Leistungspfad innerhalb des Ladegeräts zu unterbrechen. Der mindestens eine vorgegebene Grenzwert kann derart gewählt sein, dass er einerseits unterhalb eines die Hauptsicherung auslösenden Stromwertes liegt und andererseits zur Erreichung kurzer Ladezeiten möglichst nah an diesem liegt, wobei aber ein Auslösen der Hauptsicherungsvorrichtung aufgrund des Ladevorgangs durch den Abstand zwischen dem jeweiligen - gegebenenfalls situationsbedingt gewählten - vorgegebenen Grenzwert und dem auslösenden Stromwert sicher vermieden wird.To adapt the consumption of electrical power, the controller of the charger can transmit a corresponding signal to the electric vehicle. With this energy management function, the charger can, for example, support peak-shaving operation of the energy supply system. If a quick interruption of the charging process is required, the control can directly control the disconnection device of the charger in order to interrupt the power path within the charger. The at least one predetermined limit value can be selected in such a way that, on the one hand, it is below a current value that triggers the main fuse and, on the other hand, is as close as possible to this in order to achieve short charging times, with the main fuse device being triggered due to the charging process due to the distance between the respective - possibly situation-dependent selected - specified limit value and the triggering current value is safely avoided.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Steuerung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, während eines einphasigen Ladevorgangs des Ladegeräts die Stromwerte auf den Phasen am Netzanschlusspunkt durch Empfang und Auswertung der entsprechenden Messwert-Daten zu überwachen und eine Schieflast zwischen der von dem Ladevorgang betroffenen Phase und den anderen Phasen am Netzanschlusspunkt zu bestimmen und den Bezug von elektrischer Leistung derart anzupassen oder zu unterbrechen, dass ein Überschreiten einer maximal zulässigen Schieflast am Netzanschlusspunkt durch den Ladevorgang des Ladegeräts vermieden ist.It can also be seen as advantageous that the controller is designed and set up to monitor the current values on the phases at the network connection point during a single-phase charging process of the charger by receiving and evaluating the corresponding measured value data and an unbalanced load between those affected by the charging process Phase and the other phases at the grid connection point and adjust or interrupt the consumption of electrical power in such a way that a maximum permissible unbalanced load at the grid connection point is avoided by the charging process of the charger.
Der Wert einer maximal zulässigen Schieflast kann von dem Betreiber des öffentlichen Stromversorgungsnetzes vorgegeben werden. Die Schieflast bezieht sich auf einen Unterschied in der elektrischen Leistung, die über die Phasen am Netzanschlusspunkt bezogen wird, wobei der Unterschied zwischen den elektrischen Leistungen bzw. zwischen den Stromwerten auf den Phasen die maximal zulässige Schieflast nicht überschreiten soll. Zur Bestimmung der Schieflast kann die Steuerung zusätzlich aktuelle Spannungswerte zwischen einem Bezugspotential und den jeweiligen Phasen am Netzanschlusspunkt bei der Bestimmung der Schieflast als Messwert-Daten empfangen und auswerten. Bei der Bestimmung der Schieflast durch die Steuerung kann aber der Einfachheit halber auch von gleichen Spannungswerten auf allen Phasen des Stromversorgungsnetzes ausgegangen werden. Die Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht das einphasige Laden des Elektrofahrzeugs mit einer besonders hohen Leistung, die nur durch die maximal zulässige Schieflast und gegebenenfalls durch die Hauptsicherungsvorrichtung begrenzt ist.The value of a maximum permissible unbalanced load can be specified by the operator of the public power supply network. The unbalanced load refers to a difference in the electrical power that is drawn across the phases at the network connection point, whereby the difference between the electrical powers or between the current values on the phases should not exceed the maximum permissible unbalanced load. To determine the unbalanced load, the control can also receive and evaluate current voltage values between a reference potential and the respective phases at the network connection point when determining the unbalanced load as measured value data. When determining the unbalanced load by the control, however, for the sake of simplicity, the same voltage values can also be assumed on all phases of the power supply network. The embodiment of the invention enables single-phase charging of the electric vehicle with a particularly high power, which is only limited by the maximum permissible unbalanced load and possibly by the main fuse device.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Energieversorgungsanlage der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher das Laden eines Elektrofahrzeugs besonders effektiv durchgeführt werden kann.Another object of the invention is to specify an energy supply system of the type mentioned at the outset with which the charging of an electric vehicle can be carried out particularly effectively.
Hierzu umfasst die Energieversorgungsanlage eine Energiemanagementeinrichtung und mindestens eine außerhalb des Ladegeräts angeordnete erste Sensoreinrichtung, welche mindestens zur Messung von Stromwerten auf allen Phasen am oder im Bereich des Netzanschlusspunkts angeordnet und eingerichtet ist, wobei das Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist und zum Empfang mindestens der Messwert-Daten bezüglich der von der ersten Sensoreinrichtung gemessenen Stromwerte kommunikativ mit der Energiemanagementeinrichtung und/oder der ersten Sensoreinrichtung verbunden ist.For this purpose, the energy supply system comprises an energy management device and at least one first sensor device arranged outside the charger, which is arranged and set up at least for measuring current values on all phases at or in the area of the network connection point, the charger being designed according to one of
Bei der Energieversorgungsanlage kann es sich beispielsweise um eine Energieerzeugungsanlage handeln, welche zur Erzeugung der Energie eine Photovoltaikanlage umfassen kann und mehrere an das Verteilnetz der Energieerzeugungsanlage angeschlossene Verbraucher aufweist, wobei die Energiemanagementeinrichtung beispielsweise in Abhängigkeit der Leistung der Photovoltaikanlage, vorgegebenen Betriebszeiten und/oder Prioritäten der Verbraucher und der Wahl eines Lademodus für das Elektrofahrzeug den Verbrauch von elektrischer Leistung der einzelnen Verbraucher steuert, wobei das Ladegerät unabhängig hiervon mittels des Empfangs und der Auswertung der Messwert-Daten eigenständig mindestens eine Energiemanagementfunktion durchführt und hierbei von den Vorgaben der Energiemanagementeinrichtung abweichen kann. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen des Ladegeräts und der Kommunikationsverbindung/en zur Übertragung der Messwert-Daten und der mindestens einen Energiemanagementfunktion des Ladegeräts sei an dieser Stelle auch auf die weiter oben zu den Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Ausführungen verwiesen.The energy supply system can be, for example, an energy generation system which can include a photovoltaic system to generate the energy and has several consumers connected to the distribution network of the energy generation system, the energy management device, for example, depending on the output of the photovoltaic system, predetermined operating times and / or priorities of the Consumers and the choice of a charging mode for the electric vehicle controls the consumption of electrical power of the individual consumers, the charger independently performing at least one energy management function independently of this by means of receiving and evaluating the measured value data and can deviate from the specifications of the energy management device. With regard to possible configurations of the charger and the communication connection (s) for transmitting the measured value data and the at least one energy management function of the charger, reference is also made at this point to the statements made above in relation to
Zur Erhöhung der Funktionssicherheit kann vorgesehen sein, dass die Kommunikationsverbindung von der Energiemanagementeinrichtung und/oder der ersten Sensoreinrichtung zum Ladegerät leitungsgebunden ist.To increase the functional reliability, it can be provided that the communication connection from the energy management device and / or the first sensor device to the charger is wired.
Die Übertragung kann beispielsweise mittels eines Netzwerkprotokolls, beispielsweise TCPIP, erfolgen.The transmission can take place, for example, by means of a network protocol, for example TCPIP.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Kommunikationsverbindung von der Energiemanagementeinrichtung und/oder der ersten Sensoreinrichtung zur Übertragung der Messwert-Daten in zeitlichen Intervallen eingerichtet ist.A further advantageous embodiment of the invention can provide that the communication link from the energy management device and / or the first sensor device is set up to transmit the measured value data at time intervals.
Die Übertragung der Messwert-Daten kann beispielsweise in Intervallen unterhalb von 2 Sekunden, insbesondere im Wesentlichen im Sekundentakt, insbesondere im Wesentlichen alle 200 Millisekunden erfolgen. Die angegebenen zeitlichen Intervalle ermöglichen eine ausreichend kurze Reaktionszeit des Ladegeräts, um das Elektrofahrzeug mit höheren Leistungen laden zu können und hierbei dennoch ein Auslösen der Hauptsicherungseinrichtung am Netzanschlusspunkt und/oder ein Überschreiten einer maximal zulässigen Schieflast am Netzanschlusspunkt sicher zu vermeiden.The transmission of the measured value data can take place, for example, in intervals of less than 2 seconds, in particular essentially every second, in particular essentially every 200 milliseconds. The specified time intervals allow a sufficiently short reaction time of the charger to be able to charge the electric vehicle with higher power and still safely avoid triggering the main fuse at the grid connection point and / or exceeding a maximum permissible unbalanced load at the grid connection point.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Betreiben eines Ladegeräts anzugeben, mit welchem das Laden eines Elektrofahrzeugs besonders effektiv durchgeführt werden kann.Another object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the beginning for operating a charger, with which the charging of an electric vehicle can be carried out particularly effectively.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass von mindestens einer ersten Sensoreinrichtung und/oder von einer Energiemanagementeinrichtung der Energieversorgungsanlage Messwert-Daten von dem Ladegerät empfangen und zur Steuerung eines Ladevorgangs eines an das Ladegerät angeschlossenen Elektrofahrzeugs von dem Ladegerät zu Energiemanagementzwecken ausgewertet werden, wobei die Messwert-Daten sich auf Messwerte beziehen, die innerhalb der lokalen Energieversorgungsanlage und außerhalb des Ladegeräts von der mindestens ersten Sensoreinrichtung gemessen werden.The object according to the invention is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that at least one first sensor device and / or from an energy management device of the energy supply system receive measured value data from the charger and to control a charging process of an electric vehicle connected to the charger from the charger Energy management purposes are evaluated, wherein the measured value data relate to measured values that are measured within the local energy supply system and outside the charger by the at least first sensor device.
Bezüglich möglicher Ausgestaltungen sei auch auf die Ausführungen zu den Vorrichtungsansprüchen verwiesen.With regard to possible configurations, reference is also made to the statements relating to the device claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Ladegerät die Messwert-Daten in zeitlichen Intervallen, insbesondere von der Energiemanagementeinrichtung, empfangen und unabhängig von der Energiemanagementeinrichtung für eigene Energiemanagementfunktionen auswerten.According to an advantageous embodiment of the invention, the charger can receive the measured value data at time intervals, in particular from the energy management device, and evaluate it for its own energy management functions independently of the energy management device.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Ladegerät im Betrieb bei angeschlossenem Elektrofahrzeug mittels mindestens eines Teils der Messwert-Daten den Ladevorgang des Elektrofahrzeugs derart steuert, dass ein Auslösen einer an einem die Energieversorgungsanlage mit einem öffentlichen Stromversorgungsnetz verbindenden Netzanschlusspunkt angeordnete Hauptsicherungsvorrichtung aufgrund des Ladevorgangs durch das Ladegerät vermieden wird und/oder bei einem einphasigen Ladevorgang ein Überschreiten einer maximal zulässigen Schieflast am Netzanschlusspunkt aufgrund des Ladevorgangs durch das Ladegerät vermieden wird und/oder ein vorgegebener Wert für den Leistungsbezug der Energieversorgungsanlage durch den Ladevorgang eingehalten wird.It can also advantageously be provided that the charger controls the charging process of the electric vehicle during operation with the electric vehicle connected by means of at least part of the measured value data in such a way that a main fuse device arranged at a network connection point connecting the energy supply system to a public power supply network is triggered due to the charging process the charger is avoided and / or, in the case of a single-phase charging process, exceeding a maximum permissible unbalanced load at the grid connection point due to the charging process by the charger is avoided and / or a specified value for the power consumption of the energy supply system is adhered to by the charging process.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen.Further useful refinements and advantages of the invention are the subject matter of the description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figure of the drawing, the same reference symbols referring to components that have the same effect.
Dabei zeigt die
-
1 schematisch ein Ladegerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt, -
2 schematisch eine Energieversorgungsanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
-
1 schematically a charger according to a first embodiment of the invention in a longitudinal section, -
2 schematically an energy supply system according to a second embodiment of the invention
Die
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Ladegerätcharger
- 22
- LeistungsanschlussPower connection
- 33
- LeistungsanschlussPower connection
- 44th
- LeistungspfadPerformance path
- 55
- StromzählerElectricity meter
- 66th
- TrennvorrichtungSeparator
- 88th
- Steuerungcontrol
- 9, 109, 10
- UntereinheitSubunit
- 12, 13, 1412, 13, 14
- Schnittstelleinterface
- 1616
- KommunikationsverbindungCommunication link
- 1717th
- EnergiemanagementeinrichtungEnergy management facility
- 1818th
- SteuerleitungControl line
- 1919th
- Schnittstelleinterface
- 2020th
- Leitungmanagement
- 2222nd
- Verbindungconnection
- 2424
- DrehschalterRotary switch
- 2626th
- EnergieversorgungsanlageEnergy supply system
- 2828
- VerteilnetzDistribution network
- 2929
- Gebäudebuilding
- 3030th
- PhotovoltaikanlagePhotovoltaic system
- 32, 3432, 34
- Verbraucherconsumer
- 3535
- LadekabelCharging cable
- 3636
- ElektrofahrzeugElectric vehicle
- 3737
- StromversorgungsnetzPower grid
- 3939
- NetzanschlusspunktGrid connection point
- 4040
- HausanschlussHouse connection
- 4141
- HauptsicherungsvorrichtungMain safety device
- 4242
- SensoreinrichtungSensor device
- 4343
- NetzwerkverbindungNetwork connection
- P1, P2, P3P1, P2, P3
- Phasephase
- NN
- NeutralleiterNeutral conductor
- PEPE
- SchutzerdeProtective earth
- CP, PPCP, PP
- KommunikationsleitungCommunication line
Claims (12)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019134380.1A DE102019134380A1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | ELECTRIC VEHICLE CHARGER, POWER SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SUCH A CHARGER |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102019134380.1A DE102019134380A1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | ELECTRIC VEHICLE CHARGER, POWER SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SUCH A CHARGER |
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