DE102020125540A1 - Charging device for supplying electrical energy to connected electric vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zum Zuführen von elektrischer Energie an angeschlossene Elektrofahrzeuge. Bekannte Ladeeinrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie entweder von einer externen Steuerung abhängig sind oder eine deutliche Schieflast im elektrischen Versorgungsnetz auslösen. Es wird daher eine Ladeeinrichtung zum Zuführen von elektrischer Energie an angeschlossene Elektrofahrzeuge mit einer Stromversorgung und einer Abgabeeinrichtung vorgeschlagen, wobei die Stromversorgung drei Phasen einer Drehstromversorgung umfasst und die Abgabeeinrichtung mehrere Kontaktpunkte umfasst und jeder Kontaktpunkt für das Zuführen von elektrischer Energie an je ein Elektrofahrzeug eingerichtet ist, wobei eine Steuereinheit zum Bestimmen eines Energiebedarfs und/oder der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistungsaufnahme jedes angeschlossenen Elektrofahrzeuges und einer mittels der Steuereinheit schaltbaren Schalteinheit vorgesehen ist, wobei die Schaltereinheit eingerichtet ist zum Schalten der drei Phasen der Drehstromversorgung zum Versorgen unterschiedlicher Kontaktpunkte mit einer Phase, zwei Phasen oder drei Phasen der Drehstromversorgung abhängig vom ermittelten Energiebedarf jedes Elektrofahrzeuges derart, dass eine Schieflast zwischen den drei Phasen der Drehstromversorgung reduziert, minimiert oder vermieden ist.The invention relates to a charging device for supplying electrical energy to connected electric vehicles. Known charging devices have the disadvantage that they are either dependent on an external controller or trigger a significant unbalanced load in the electrical supply network. A charging device for supplying electrical energy to connected electric vehicles with a power supply and a delivery device is therefore proposed, the power supply comprising three phases of a three-phase power supply and the delivery device comprising several contact points and each contact point being set up for supplying electrical energy to one electric vehicle each , wherein a control unit is provided for determining an energy requirement and/or the available electrical power consumption of each connected electric vehicle and a switch unit that can be switched by means of the control unit, wherein the switch unit is set up for switching the three phases of the three-phase power supply for supplying different contact points with one phase, two phases or three phases of the three-phase power supply depending on the determined energy requirements of each electric vehicle such that an unbalanced load between the three phases of the three-phase omical supply is reduced, minimized or avoided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zum Zuführen von elektrischer Energie an angeschlossene Elektrofahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a charging device for supplying electrical energy to connected electric vehicles according to the preamble of claim 1.
Ladeeinrichtungen der genannten Art dienen dazu, Elektrofahrzeuge oder Fahrzeuge mit elektrischer Unterstützung an sogenannten Ladepunkten mit elektrischer Energie zu versorgen und deren Akkumulatoren aufzuladen. Dabei können insbesondere mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig an einer solchen Ladeeinrichtung geladen werden, wobei im Vorhinein unklar ist, wann welchem Elektrofahrzeug welche Energiemenge zugeführt werden muss.Charging devices of the type mentioned serve to supply electric vehicles or vehicles with electrical support at so-called charging points with electrical energy and to charge their accumulators. In particular, several electric vehicles can be charged at the same time on such a charging device, it being unclear in advance when which electric vehicle has to be supplied with which amount of energy.
In der
In der
Die
Die
Es ist keine Ladeeinrichtung bekannt, bei welcher ein Ausgleich von Ladeströmen, insbesondere für die Stromversorgung, durchgeführt wird.No charging device is known in which charging currents, in particular for the power supply, are compensated.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the prior art.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Ladeeinrichtung zum Zuführen von elektrischer Energie an angeschlossene Elektrofahrzeuge gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.The object is achieved by a charging device for supplying electrical energy to connected electric vehicles according to independent claim 1. Advantageous refinements are described in dependent claims 2 to 10.
Dadurch, dass unterschiedliche Kontaktpunkte der Abgabeeinrichtung lastabhängig, nämlich gemäß dem bestimmten Energiebedarf jedes angeschlossenen Elektrofahrzeuges, mit einer, zwei oder drei Phasen der Drehstromversorgung versorgt werden können, kann die Drehstromversorgung vergleichsweise gleichmäßig belastet werden, sodass eine Schieflast zwischen den drei Phasen der Drehstromversorgung reduziert, minimiert oder vermieden ist.Because different contact points of the delivery device can be supplied with one, two or three phases of the three-phase power supply depending on the load, namely according to the specific energy requirement of each connected electric vehicle, the three-phase power supply can be loaded comparatively evenly, so that an unbalanced load between the three phases of the three-phase power supply is reduced. is minimized or avoided.
Folgende Begriffe seien an dieser Stelle erläutert:The following terms are explained here:
Eine „Ladeeinrichtung“ kann jede technische Einrichtung sein, welche geeignet ist, elektrische Energie an ein angeschlossenes Elektrofahrzeug oder mehrere angeschlossene Elektrofahrzeuge zuzuführen. Beispielsweise handelt es sich bei einer solchen Ladeeinrichtung um eine Ladesäule für Elektrofahrzeuge oder einen Ladepunkt, welcher beispielsweise „Wallbox“ genannt wird. Eine solche Ladeeinrichtung weist üblicherweise einen Anschlusspunkt oder mehrere Anschlusspunkte für Elektrofahrzeuge auf und kann in einigen Fällen auch unterschiedliche Systeme in Elektrofahrzeugen versorgen, beispielsweise Gleichstromladung und Wechselstromladung.A "charging device" can be any technical device that is suitable for supplying electrical energy to a connected electric vehicle or several connected electric vehicles. For example, such a charging device is a charging station for electric vehicles or a charging point, which is called a “wall box”, for example. Such a charging device usually has one or more connection points for electric vehicles and in some cases can also supply different systems in electric vehicles, for example DC charging and AC charging.
Ein „Elektrofahrzeug“ ist beispielsweise ein Automobil, ein Kart, ein elektrisch unterstütztes Fahrrad oder ein anderes Fahrzeug, welches Elektrizität oder einen Elektromotor ganz oder teilweise zum Antrieb nutzt. Beispielsweise ist dies ein mit einem Akkumulator zur Aufnahme und Speicherung von elektrischer Energie ausgestattetes Fahrzeug, wobei die elektrische Energie dann von einem Elektromotor, beispielsweise zur Unterstützung eines Verbrennungsmotors, zum Vortrieb verwendet wird. Weiterhin kann ein solches Elektrofahrzeug auch rein elektrisch betrieben sein.An “electric vehicle” is, for example, an automobile, kart, electrically assisted bicycle or other vehicle that uses electricity or an electric motor in whole or in part for propulsion. For example, this is a vehicle equipped with an accumulator for receiving and storing electrical energy, with the electrical energy then being used for propulsion by an electric motor, for example to support an internal combustion engine. Furthermore, such an electric vehicle can also be operated purely electrically.
Eine „Stromversorgung“ ist beispielsweise der Netzstromanschluss einer solchen Ladeeinrichtung, wobei über diesen Netzstromanschluss elektrische Energie der Ladeeinrichtung zugeführt wird, sodass diese dann an angeschlossene Elektrofahrzeuge weiterverteilt werden kann.A "power supply" is, for example, the mains power connection of such a charging device, with electrical energy being supplied to the charging device via this mains power connection, so that it can then be distributed to connected electric vehicles.
Eine „Abgabeeinrichtung“ kann beispielsweise ein Panel, ein Bedienfeld, ein Steckerfeld oder eine andere Anschlussmöglichkeit mit oder ohne Kabel für Einrichtungen zur Abgabe oder Überführung von elektrischer Leistung an ein angeschlossenes Elektrofahrzeug oder mehrere angeschlossene Elektrofahrzeuge sein.A "delivery device" can be, for example, a panel, a control panel, a connector field or another connection option with or without cables for devices for delivering or transferring electrical power to a connected electric vehicle or multiple connected electric vehicles.
Eine „Drehstromversorgung“ ist eine mit Drehstrom versorgte Stromversorgung. Solcher Drehstrom wird als Dreiphasenwechselstrom oder je nach Bezug auch als Dreiphasenwechselspannung bezeichnet. In der Elektrotechnik ist solcher Drehstrom als eine Form von Mehrphasenwechselstrom bekannt, wobei aus drei einzelnen Wechselströmen oder Wechselspannungen gleicher Frequenz, die zueinander in einem Phasenwinkel von 120° stehen, ein Drehfeld erzeugt wird. Üblicherweise kann eine solche Drehstromversorgung eine Spannung von 230 Volt je Phase und 400 Volt zwischen den Phasen aufweisen. Umgangssprachlich wird Drehstrom auch als Starkstrom oder Kraftstrom bezeichnet.A “three-phase supply” is a three-phase powered power supply. Such three-phase current is referred to as three-phase alternating current or, depending on the reference, also as three-phase alternating current. In electrical engineering, such a three-phase current is known as a form of multi-phase alternating current, with three individual alternating currents or alternating voltages of the same Fre frequency, which are at a phase angle of 120° to one another, a rotating field is generated. Such a three-phase power supply can usually have a voltage of 230 volts per phase and 400 volts between the phases. Colloquially, three-phase current is also referred to as heavy current or power current.
Ein „Kontaktpunkt“ ist beispielsweise ein spezieller Anschlusspunkt der Abgabeeinrichtung oder eine Steckdose oder auch ein Stecker, an welchem eine für ein spezielles Elektrofahrzeug gedachtes Anschlusselement oder Kabel angeschlossen werden kann. Mittels eines solchen Kontaktpunktes kann dann einem speziellen, angeschlossenen Fahrzeug elektrische Energie zugeführt werden.A "contact point" is, for example, a special connection point of the delivery device or a socket or a plug to which a connection element or cable intended for a special electric vehicle can be connected. Electrical energy can then be supplied to a special, connected vehicle by means of such a contact point.
Eine „Steuereinheit“ ist beispielsweise ein Kleincomputer, ein Chip oder ein elektronisches Steuergerät, welches in der Ladeeinrichtung Informationen weiterleitet und koordiniert die Steuerungs- und Regelungsaufgaben übernehmen kann. Beispielsweise ist diese Steuereinheit ein Ladecontroller, welcher als Normbaustein einer Elektroverteilung ausgeführt sein kann.A "control unit" is, for example, a small computer, a chip or an electronic control unit, which forwards information in the charging device and can coordinate the control and regulation tasks. For example, this control unit is a charge controller, which can be designed as a standard component of an electrical distribution system.
Eine „Schalteinheit“ kann beispielsweise eine Einrichtung sein, welche in Abhängigkeit von Informationen und/oder Steuersignalen der Steuereinheit einzelne Phasen oder auch alle Phasen der Drehstromversorgung gemeinsam schaltet.A "switching unit" can, for example, be a device which, depending on information and/or control signals from the control unit, switches individual phases or also all phases of the three-phase power supply together.
Eine „Schieflast“ ist bekannt als die ungleichmäßige Belastung der Phasenleiter (Außenleiter) eines Dreiphasenwechselstromnetzes (Drehstromnetzes). Solche Schieflasten führen zu einer ungleichmäßigen Belastung auch vorgelagerter Elemente einer solchen Drehstromversorgung. Beispielsweise können Generatoren oder Leistungstransformatoren bei einer zu großen Schieflast Schäden erleiden. Aus diesem Grund ist bei der Netzspannungsversorgung auf Einhaltung einer maximalen Schieflast zu achten. Eine gleichmäßige Verteilung einer angeschlossenen Last auf drei unterschiedliche Außenleiter der Drehstromversorgung kann eine solche Schieflast effektiv vermeiden.An "unbalanced load" is known as the uneven loading of the phase conductors (outer conductors) of a three-phase alternating current network (three-phase network). Such unbalanced loads also lead to an uneven load on upstream elements of such a three-phase power supply. For example, generators or power transformers can suffer damage if the unbalanced load is too great. For this reason, a maximum unbalanced load must be observed for the mains voltage supply. An even distribution of a connected load to three different outer conductors of the three-phase power supply can effectively prevent such an unbalanced load.
In einer Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Ladezustandssensor zur Detektion eines Ladezustands und/oder eines vom Ladezustand abhängigen Energiebedarfs und/oder der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistungsaufnahme jedes angeschlossenen Elektrofahrzeuges auf.In one embodiment, the control unit has a state of charge sensor for detecting a state of charge and/or an energy requirement dependent on the state of charge and/or the available electrical power consumption of each connected electric vehicle.
Mittels des Ladezustandssensors kann die Steuereinheit Informationen zum Ladezustand oder eines davon abhängigen Energiebedarfs eines jeden angeschlossenen Elektrofahrzeuges erhalten, beispielsweise die Schalteinheit entsprechend steuern oder regeln, sodass eine ladebedarfsabhängige Ladung eines angeschlossenen Elektrofahrzeuges möglich ist. Weiterhin kann die Information über den Ladezustand und/oder einen davon abhängigen Energiebedarf und/oder die zur Verfügung stehende elektrische Leistungsaufnahme eines jeden Elektrofahrzeuges dazu genutzt werden, eine Schieflast zwischen den drei Phasen der Drehstromversorgung zu reduzieren, zu minimieren oder zu vermeiden.Using the state of charge sensor, the control unit can receive information about the state of charge or a dependent energy requirement of each connected electric vehicle, for example control or regulate the switching unit accordingly, so that charging of a connected electric vehicle depending on the charging requirement is possible. Furthermore, the information about the state of charge and/or a dependent energy requirement and/or the available electrical power consumption of each electric vehicle can be used to reduce, minimize or avoid an unbalanced load between the three phases of the three-phase power supply.
Ein „Ladezustandssensor“ kann jede Einrichtung sein, welche einen Ladezustand und/oder einen vom Ladezustand abhängigen Energiebedarf und/oder die zur Verfügung stehende elektrische Leistungsaufnahme eines angeschlossenen Elektrofahrzeuges ermitteln kann. Dieser Ladezustandssensor kann sowohl in der Ladeeinrichtung als auch im angeschlossenen Elektrofahrzeug angeordnet sein oder beispielsweise eine Einrichtung sein, welche einen Ladezustand vom Elektrofahrzeug abfragt und eine entsprechende Information an die Steuereinheit weiterleitet.A “state of charge sensor” can be any device that can determine a state of charge and/or an energy requirement dependent on the state of charge and/or the available electrical power consumption of a connected electric vehicle. This state of charge sensor can be arranged both in the charging device and in the connected electric vehicle or, for example, be a device which queries the state of charge of the electric vehicle and forwards corresponding information to the control unit.
Um auch auf zusätzliche Strombedarfe eines angeschlossenen Elektrofahrzeuges reagieren zu können und/oder abhängig von diesem zusätzlichen Strombedarf die Drehstromversorgung entsprechend zu beschalten, weist die Steuereinheit einen Strombedarfssensor zur Detektion eines Zusatzenergiebedarfs jedes Elektrofahrzeuges und/oder eines zusätzlichen Energiebedarfs für Nebenaggregate jedes Elektrofahrzeuges auf.In order to be able to react to additional power requirements of a connected electric vehicle and/or to switch the three-phase power supply accordingly depending on this additional power requirement, the control unit has a power requirement sensor for detecting an additional energy requirement for each electric vehicle and/or an additional energy requirement for ancillary units of each electric vehicle.
Ein „Strombedarfssensor“ ist beispielsweise ein Sensor in der Ladeeinrichtung oder in einem angeschlossenen Elektrofahrzeug, welcher einen Strombedarf oder Energiebedarf dieses Elektrofahrzeuges ermitteln kann. Dieser Strombedarfssensor kann dabei sowohl in der Ladeeinrichtung als auch im Elektrofahrzeug angeordnet sein oder innerhalb der Ladeeinrichtung dazu dienen, eine entsprechende Information vom angeschlossenen Elektrofahrzeug abzufragen und für die Steuereinheit verwertbar weiterzuleiten.A "power requirement sensor" is, for example, a sensor in the charging device or in a connected electric vehicle, which can determine the power requirement or energy requirement of this electric vehicle. This current requirement sensor can be arranged both in the charging device and in the electric vehicle or can be used within the charging device to request corresponding information from the connected electric vehicle and forward it so that it can be used by the control unit.
Ein „Zusatzenergiebedarf“ ist dabei beispielsweise ein Energiebedarf für Zusatzaggregate oder Nebenaggregate des angeschlossenen Elektrofahrzeuges. Beispielsweise ist ein solches Zusatzaggregat oder Nebenaggregat eine Lüftung, eine Klimatisierung oder eine Beleuchtung eines Elektrofahrzeuges. So kann mittels der Ladeeinrichtung auch ein Strombedarf für beispielsweise eine Vorklimatisierung eines angeschlossenen Elektrofahrzeuges, welches in der Sonne steht, realisiert werden.An "additional energy requirement" is, for example, an energy requirement for additional units or ancillary units of the connected electric vehicle. For example, such an additional unit or ancillary unit is ventilation, air conditioning or lighting of an electric vehicle. In this way, the charging device can also be used to meet a power requirement, for example for pre-air conditioning a connected electric vehicle that is standing in the sun.
In einer Ausführungsform weist die Steuereinheit eine Sendeeinrichtung zur Übertragung einer Information über eine verfügbare Energiemenge für das jeweilige Elektrofahrzeug an das jeweilige Elektrofahrzeug auf.In one embodiment, the control unit has a transmission device for transmitting information about an available energy quantity for the respective electric vehicle to the respective electric vehicle.
Damit kann, beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation eines Signals, welches über eine zusätzliche Leitung im Ladestecker an das Elektrofahrzeug übertragen wird, dem Elektrofahrzeug elektronisch oder auf andere Weise mitgeteilt werden, welche Strommenge oder Energiemenge oder Stromstärke für das Laden des Elektrofahrzeuges zur Verfügung steht. Ein entsprechend eingerichtetes Elektrofahrzeug kann dann die zu entnehmende Strommenge entsprechend steuern.This means that the electric vehicle can be informed electronically or in some other way, for example via pulse width modulation of a signal which is transmitted to the electric vehicle via an additional line in the charging connector, about the amount of current or amount of energy or current strength available for charging the electric vehicle. A correspondingly equipped electric vehicle can then control the amount of electricity to be drawn accordingly.
Eine „Sendeeinrichtung“ ist beispielsweise ein Funkmodul, ein RFID-Modul oder eine andere Einrichtung, die Informationen über Funk, per Infrarot oder auf andere Weise übertragen kann. Eine solche Sendeeinrichtung kann beispielsweise dazu dienen, eine verfügbare Stromstärke für das Laden eines angeschlossenen Elektrofahrzeuges zu übermitteln.A "transmitting device" is, for example, a radio module, an RFID module or another device that can transmit information via radio, infrared or other means. Such a transmission device can be used, for example, to transmit an available current for charging a connected electric vehicle.
Um beispielsweise eine Abrechnung für eine in ein Elektrofahrzeug geladene Energiemenge vornehmen zu können oder die gesamte Menge von übertragener Energie beispielsweise weiterverarbeiten zu können, weist die Steuereinheit ein Kommunikationsmodul zum Senden und/oder zum Empfangen von Informationen über eine übertragene Energiemenge an und/oder von einer externen Einrichtung oder mehreren externen Einrichtungen auf. Dabei kann beispielsweise eine Information über je eine übertragene Energiemenge jedes angeschlossenen Elektrofahrzeuges oder vorheriger angeschlossener Elektrofahrzeuge übertragen werden.For example, in order to be able to bill for an amount of energy loaded into an electric vehicle or to be able to further process the entire amount of energy transmitted, for example, the control unit has a communication module for sending and/or receiving information about an amount of energy transmitted to and/or from a external entity or multiple external entities. In this case, for example, information about a transmitted amount of energy of each connected electric vehicle or previously connected electric vehicles can be transmitted.
Ein „Kommunikationsmodul“ kann dabei jede Einrichtung sein, welche geeignet ist, Informationen zu senden und/oder zu empfangen. Beispielsweise ist dies ein Funkmodul, ein GSM-Modul für ein Mobilfunknetz oder eine andere ähnlich geartete Einrichtung.A “communications module” can be any device that is suitable for sending and/or receiving information. For example, this is a radio module, a GSM module for a cellular network or another similar device.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schalteinheit drei Schaltmittel auf, wobei jedes Schaltmittel einem Kontaktpunkt zugeordnet ist und die Steuereinheit mittels je einem Schaltmittel je eine Phase, zwei Phasen oder drei Phasen der Drehstromversorgung an je einem den Schaltmittel zugeordneten Kontaktpunkt für je ein Elektrofahrzeug zuleitet, sodass jedes Elektrofahrzeug mit einer von der Steuereinheit bestimmten elektrischen Leistung versorgt ist.In a further embodiment, the switching unit has three switching devices, each switching device being assigned to a contact point and the control unit using one switching device to supply one phase, two phases or three phases of the three-phase power supply to one contact point assigned to the switching device for each electric vehicle, so that each electric vehicle is supplied with an electrical power determined by the control unit.
Somit kann mittels der Ladeeinrichtung jedem angeschlossenen Elektrofahrzeug wahlweise eine Phase, zwei Phasen oder drei Phasen der Drehstromversorgung zugeordnet werden. Beispielsweise erhält ein angeschlossenes Elektrofahrzeug elektrische Leistung aus nur einer Phase, weil dieses angeschlossene Elektrofahrzeug einen geringen Strombedarf hat. Ein weiteres angeschlossenes Elektrofahrzeug kann elektrische Leistung aus drei Phasen erhalten, weil der Energiebedarf dieses angeschlossenen Elektrofahrzeuges entsprechend höher ist. Damit wird eine Schieflast der Drehstromversorgung zumindest weiterhin in einem zulässigen Bereich belassen.Thus, by means of the charging device, each connected electric vehicle can be assigned either one phase, two phases or three phases of the three-phase power supply. For example, a connected electric vehicle receives electrical power from only one phase because this connected electric vehicle has a low power requirement. Another connected electric vehicle can receive electric power from three phases because the energy demand of this connected electric vehicle is correspondingly higher. Thus, an unbalanced load of the three-phase power supply is at least kept within a permissible range.
Wird ein Fahrzeug hingegen beispielsweise aus zwei Phasen geladen und ein zweites Fahrzeug wird zusätzlich zum Laden angeschlossen, so kann das zweite Fahrzeug einphasig geladen werden und die Schieflast der Drehstromversorgung zumindest teilweise ausgeglichen und damit vermindert. Das zweite Fahrzeug kann dann mit einem höheren Strom geladen werden, als an einer separaten Ladesäule, an welchem es allein eine hohe Schieflast erzeugen würde.If, on the other hand, a vehicle is charged from two phases, for example, and a second vehicle is also connected for charging, the second vehicle can be charged in one phase and the unbalanced load of the three-phase power supply can be at least partially compensated for and thus reduced. The second vehicle can then be charged with a higher current than at a separate charging station, at which it alone would generate a high unbalanced load.
Ein „Schaltmittel“ ist beispielsweise ein Schalter, ein elektromechanisches Schaltelement oder jede andere Einrichtung, welche geeignet ist, eine Phase, zwei Phasen oder drei Phasen der Drehstromversorgung separat voneinander oder gemeinsam zu schalten.A "switching means" is, for example, a switch, an electromechanical switching element or any other device that is suitable for switching one phase, two phases or three phases of the three-phase power supply separately or together.
Um die elektrische Ausgestaltung der Ladeeinrichtung einfach zu gestalten, ist jedes Schaltmittel ein Relais oder Schütz, insbesondere ein einphasiges Relais, ein zwei-phasiges Relais oder drei-phasiges Relais oder ein ein-phasiger Schütz, ein zwei-phasiger Schütz oder drei-phasiger Schütz.In order to make the electrical configuration of the charging device simple, each switching means is a relay or contactor, in particular a single-phase relay, a two-phase relay or three-phase relay or a single-phase contactor, a two-phase contactor or three-phase contactor .
In einer Ausführungsform ist mittels eines jeweiligen Kontaktpunktes ein jeweiliges angeschlossenes Elektrofahrzeug mit ein-phasigem Wechsel- und/oder drei-phasigem Drehstrom versorgt.In one embodiment, a respective connected electric vehicle is supplied with single-phase alternating current and/or three-phase current by means of a respective contact point.
Auf diese Weise kann beispielsweise bei einer sogenannten AC-Ladesäule eine direkte Durchleitung von der jeweiligen Phase der Drehstromversorgung an das jeweilige Elektrofahrzeug realisieren. Solche, sogenannten AC-ladefähigen Elektrofahrzeuge, weisen dabei häufig eigene Ladesysteme oder Ladegeräte auf und können zudem auch so ausgerüstet sein, dass diese Ladesysteme oder Ladegeräte einen obengenannten Ladezustandssensor oder einen obengenannten Strombedarfssensor, beispielsweise über weitere Leitungen eines sogenannten „Typ-2“-Ladesteckers, mit der Ladeeinrichtung verbinden oder diesen jeweils mit Informationen versorgen.In this way, for example, in the case of a so-called AC charging station, direct transmission from the respective phase of the three-phase power supply to the respective electric vehicle can be implemented. Such so-called AC-chargeable electric vehicles often have their own charging systems or chargers and can also be equipped in such a way that these charging systems or chargers have an above-mentioned state of charge sensor or an above-mentioned power requirement sensor, for example via additional lines of a so-called "Type 2" charging plug , connect to the charging device or supply it with information.
Um beispielsweise die Abrechnung der abgegebenen Strommenge zu vereinfachen, weist die Ladeeinrichtung eine Messeinrichtung zum Bestimmen einer abgegebenen elektrischen Leistung und/oder einer abgegebenen Energiemenge auf, wobei eine Information über die abgegebene elektrische Leistung oder die abgegebene Energiemenge, insbesondere in der Steuereinheit oder Messeinrichtung, speicherbar ist.For example, in order to simplify the billing of the amount of electricity supplied, the charging device has a measuring device for determining an electrical power output and/or an amount of energy output on, wherein information about the electrical power output or the amount of energy output, in particular in the control unit or measuring device, can be stored.
Eine „Messeinrichtung“ ist dabei beispielsweise ein Stromzähler oder eine ähnlich geartete Vorrichtung oder Einrichtung welche geeignet ist, elektrische Leistung aufzusummieren oder eine abgegebene Energiemenge teilweise oder in Summe anzuzeigen und beispielsweise an die Steuereinheit zu übermitteln.A “measuring device” is, for example, an electricity meter or a similar type of device or device which is suitable for adding up electrical power or displaying a total or partial amount of energy delivered and transmitting it to the control unit, for example.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Information zur abgegebenen elektrischen Leistung oder abgegebenen Energiemenge an eine externe Einrichtung oder mehrere externe Einrichtungen übermittelbar.In a further embodiment, the information on the electrical power output or the amount of energy output can be transmitted to an external device or to a plurality of external devices.
Somit kann die von der Messeinrichtung aufgenommene Information, beispielsweise mittels dem Kommunikationsmodul, an eine externe Stelle oder externe Einrichtung übertragen werden, sodass beispielsweise eine zentrale Abrechnung der abgegebenen Leistung mit dem Halter eines angeschlossenen Elektrofahrzeuges erfolgen kann.The information recorded by the measuring device can thus be transmitted to an external location or external device, for example by means of the communication module, so that, for example, the power output can be billed centrally to the owner of a connected electric vehicle.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Ladestation für bis zu drei Elektrofahrzeuge in einer Seitenansicht sowie -
2 eine schematische Darstellung einer Ladeeinheit der Ladestation.
-
1 a schematic representation of a charging station for up to three electric vehicles in a side view and -
2 a schematic representation of a charging unit of the charging station.
Eine Ladestation 101 weist eine Ladesäule 102 auf. An der Ladesäule 102 sind drei Ladeanschlüsse, nämlich ein Ladeanschluss 103, ein Ladeanschluss 105 und ein Ladeanschluss 107 (Rückseitig) angeordnet. Der Ladeanschluss 103, der Ladeanschluss 105 sowie der Ladeanschluss 107 dienen zum Anschluss von Elektrofahrzeugen an die Ladesäule 102.A charging
Die Ladesäule 102 weist einen Drehstromanschluss 108 auf, welcher die Ladesäule 102 mit Dreiphasenwechselspannung mit 400 Volt versorgt. Der Drehstromanschluss 108 ist innerhalb der Ladesäule 102 so angeschlossen, dass die Ladeanschlüsse 103, 105 und 107 mittels einer Ladeeinheit 201 mit elektrischer Leistung versorgt werden können.The charging
Am Ladeanschluss 103 ist ein Ladekabel 109 mit einem an Ende des Ladekabels 109 befindlichen Stecker 110 angeschlossen. Vom Ladeanschluss 103 bereitgestellter elektrischer Strom kann so über das Ladekabel 109 und den Stecker 110 an ein angeschlossenes Elektroauto 131 geleitet werden.A charging
Die Ladeeinheit 201 weist einen Hauptschalter 203, ein Netzteil 205, den Ladecontroller 207 sowie ein Funkmodul 215 auf. Weiterhin sind ein Nullleitersammelpunkt 217 und ein Massepunkt 219 innerhalb der Ladeinheit 201 angeordnet.The charging
Weiterhin weist die Ladeeinheit 201 drei Schütze 209, drei Stromzähler 211 sowie drei ein-phasig/drei-phasig schaltende Schütze 213 auf. Je ein Schütz 213, Stromzähler 211 sowie Schütz 209 bilden zusammen eine sogenannte Schalteinheit 251 innerhalb der Ladeeinheit 201. Die jeweilige Schalteinheit 251 ist also innerhalb der Ladeeinheit 201 dreimal vorhanden (in
Die genannten Module sind jeweils auf Hutschienen 221 angeordnet. Insgesamt ist die Ladeeinheit 201 insbesondere wie ein üblicher Schaltkasten einer Elektroverteilung aufgebaut.The modules mentioned are each arranged on top-hat rails 221. Overall, the charging
Die Ladeeinheit 201 in der beschriebenen Form ist für drei Ladeanschlüsse, nämlich für die Ladeanschlüsse 103, den Ladeanschluss 105 und den Ladeanschluss 107 eingerichtet. Je eine Schalteinheit 251 ist dabei jedem Ladeanschluss zugeordnet und stellt deren jeweilige Funktion sicher. Die drei Schalteinheiten 251 werden von einem gemeinsamen Ladecontroller 207 angesteuert.The charging
Der Nullleitersammelpunkt 217 sowie der Massepunkt 219 dienen der Sammlung aller Nullleiter sowie der Sammlung aller Masseleiter innerhalb der elektrischen Verdrahtung innerhalb der Ladeeinheit 201. Einzelne Kabel oder Drähte sind der Übersicht wegen in den Figuren nicht beschrieben oder dargestellt.The neutral
Mittels des Hauptschalters 203 kann die Ladeeinheit 201 in Funktion gesetzt werden. Die Ladeeinheit 201 ist dabei hinter einer abschließbaren Klappe (nicht dargestellt) angeordnet, sodass nur ein Servicetechniker den Hauptschalter 203 bedienen kann. Somit kann eine solche Ladeeinheit 201 oder auch die Ladesäule 101 nicht unbefugt in Betrieb oder außer Betrieb gesetzt werden.The charging
Das Netzteil 205 transformiert eine Wechselspannung von 230 Volt Wechselspannung von einer der drei Phasen der Drehstromversorgung 108 in eine Gleichspannung von 12 Volt. Diese Gleichspannung von 12 Volt dient der Versorgung übriger Komponenten in der Ladeeinheit 201 und stellt unter Anderem Steuerspannung für die Schütze 209 und 211 zur Verfügung. Entsprechende Leitungen werden nicht beschrieben.The
Der Ladecontroller 207 übernimmt die gesamte Steuerung innerhalb der Ladeeinheit 201, nimmt von angeschlossenen Elektrofahrzeugen kommende Signale auf, gibt Signale an diese Elektrofahrzeuge ab und regelt die Funktionen der Ladeeinheit 201.The charging
Der Ladecontroller 207 ist dazu mit dem Schütz 209, dem Stromzähler 211, dem Schütz 213 sowie dem Funkmodul 215 verbunden. Weiterhin ist der Stromzähler 211 mit dem Funkmodul 215 verbunden.For this purpose, the charging
Ein Elektroauto 131 weist eine Ladebuchse 132 auf. In diese Ladebuchse 132 ist der Stecker 110 eingesteckt, sodass elektrische Energie vom Ladeanschluss 103 zum Elektroauto 131 zugeleitet werden kann.An
Der Stecker 110 ist dabei ein sogenannter „Typ-2-Ladestecker“ (nicht dargestellt). Innerhalb des Steckers 110 sind dabei ein Neutralleiter, ein Nullleiter sowie drei Phasenleiter für eine Drehstromversorgung angeordnet. Weiterhin weist der Stecker 110 zwei weitere elektrische Leiter zur Kommunikation mit der Ladetechnik des Elektroautos 131 auf. Über diese elektrischen Leiter können Informationen zum Ladezustand sowie zum Strombedarf und zur bereitgestellten Strommenge des Ladeanschlusses 103 zwischen dem Elektroauto 131 und der Ladesäule 102 ausgetauscht werden. Dies geschieht mittels einer Pulsweitenmodulation sowie einer Beschaltung der elektrischen Leiter mit einem definierten Widerstand. Damit stellen diese zwei weiteren elektrischen Leiter je eine Kommunikationsleitung bereit.The
Im Elektroauto 131 führt eine Leitung 133 von der Ladebuchse 132 zu einem Laderegler 134. Damit wird elektrische Leistung von der Ladebuchse 132 über die Leitung 133 an den Laderegler 134 geleitet.In the
Der Laderegler 134 enthält alle Komponenten, welche zur Ladesteuerung für das Elektroauto 131 erforderlich sind. Unter anderem ist hier auch ein Ladegerät integriert. Die so bereitgestellte Ladeleistung aus dem Laderegler 134 wird dann über eine Leitung 136 an einen Akku 137 des Elektroautos 131 zugeleitet. Der Akku 137 ist dabei der elektrische Energiespeicher des Elektroautos 131 und leitet seine elektrische Leistung dann an Antriebskomponenten des Elektroautos 131 weiter. So ist das Elektroauto 131 mit der elektrischen Leistung aus dem Akku 137 betreibbar.The
Am Ladeanschluss 105 der Ladesäule 102 ist ein Ladekabel 111 mit einem an seinem Ende befindlichen Stecker 112 angeordnet. Über das Ladekabel 111 und den Stecker 112 wird elektrische Leistung vom Ladeanschluss 105 an ein angeschlossenes Elektrofahrzeug abgegeben.A charging
Mittels dem Stecker 112 ist ein Elektroauto 141 am Ladeanschluss 105 angeschlossen.An
Ein Elektroauto 141 weist eine Ladebuchse 142 auf, welche elektrische Leistung vom Stecker 112 aufnimmt. Eine Leitung 143 führt diese elektrische Leistung dann an einen Laderegler 144. Der Laderegler 144 ist dabei analog dem Laderegler 134 des Elektroautos 131 aufgebaut. Über eine Leitung 146 wird elektrische Leistung an einen Akku 147 abgegeben und der Akku 147 geladen. Zudem verfügt der Laderegler 144 über die Möglichkeit, mittels einer Leitung 148 elektrische Energie an eine Klimatisierungseinheit 149 zuzuleiten. Der Stecker 112 ist, analog dem Stecker 110, ein sogenannter „Typ-2-Ladestecker“ mit den oben genannten Anschlüssen und Kommunikationsleitungen.An
Der Ladeanschluss 107 der Ladesäule 102 ist im gezeigten Beispiel nicht belegt, könnte jedoch auch ein drittes Elektrofahrzeug laden.The
Der Ladevorgang für das Elektroauto 131 und das Elektroauto 141 an der Ladesäule 102 sei wie folgt beschrieben:The charging process for the
Wenn der Akku 137 des Elektroautos 131 etwa halb gefüllt ist und der Akku 147 des Elektroautos 141 ebenfalls halb gefüllt ist, senden der Laderegler 134 und der Laderegler 144 diese Information an die Ladesäule 102. Dies geschieht über die jeweiligen Kommunikationsleitungen in den Kabeln 109 und 111, sodass innerhalb der Ladesäule 102 eine entsprechende Information vorliegt. Aus dieser Information wird innerhalb der Ladesäule 102 mittels einem Ladecontroller 207 eine verfügbare Strommenge je Phase des Drehstromanschlusses 108 ermittelt und dem Ladeanschluss 103 sowie dem Ladeanschluss 105 eine entsprechende Information zugeleitet. Schaltelemente im Ladeanschluss 103 und Ladeanschluss 105 schalten dann eine jeweilige Phase des Drehstromanschlusses 108 dem Elektroauto 131 und dem Elektroauto 141 zu.When the
Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass die elektrische Leistung ausreicht, beide Fahrzeuge, nämlich das Elektroauto 131 und das Elektroauto 141 mit jeweils einer Phase der Drehstromversorgung 108 zu laden. Es ergibt sich dann gegenüber der dritten Phase der Drehstromversorgung 108 eine gewisse Schieflast, welche jedoch vergleichsweise gering und damit zulässig ist. Eine dritte Phase des Drehstromanschlusses 108 stünde dann einem weiteren Elektrofahrzeug am Ladeanschluss 107 zur Verfügung.In the present example it is assumed that the electrical power is sufficient to charge both vehicles, namely the
Nach einiger Zeit ist der Akku 137 des Elektroautos 131 zu zwei Dritteln geladen. Es sei hier angenommen, dass der Akku 137 eine vergleichsweise hohe Kapazität aufweist. Der Akku 147 des Elektroautos 141 ist hingegen zum gleichen Zeitpunkt vollständig geladen, da dieser eine vergleichsweise geringe Gesamtkapazität hat. Die Ladung des Akkus 147 wird dann vom Laderegler 144 im Elektroauto 141 abgeschaltet. Damit wird über den Stecker 112 und das Ladekabel 111 eine entsprechende Information an die Ladesäule 102 übertragen, sodass die ein Ladecontroller 207 davon Kenntnis erlangt.After some time, the
Der Laderegler 144 meldet an den Ladecontroller 207 einen Bedarf für eine Vorklimatisierung des Elektroautos 141 an die Ladesäule 102. Ein dann dem Elektroauto 141 zugeleiteter, vergleichsweise geringer, Strom wird dann vom Laderegler 144 über die Leitung 148 an die Klimatisierungseinheit 149 zugeleitet, sodass das Elektroauto 141 klimatisiert wird. Der Strombedarf der Klimatisierungseinheit 149 ist dabei vergleichsweise gering gegenüber dem Strombedarf für das Laden des Akkus 147.The
Innerhalb der Ladesäule 102 wird jetzt eine Phase der Drehstromversorgung 108 dem Elektroauto 141 zugeschaltet und ist durch den vergleichsweisen geringen Energiebedarf der Klimatisierungseinheit 149 im dargestellten Beispiel mit 5 % ihrer möglichen Leistung belastet.A phase of the three-
Das Elektroauto 131 mit dem nun zu zwei Dritteln geladenen Akku 137 kommuniziert nun mit der Ladesäule 102. Dabei stellt der Ladecontroller 207 fest, dass das Elektroauto 131 eine hohe Leistung annehmen kann. Der Ladecontroller 207 stellt weiterhin fest, dass vom Elektroauto 141 nur noch 5 % der möglichen Leistung einer Phase der Drehstromversorgung 108 abgerufen werden.The
Nun werden am Ladeanschluss 103 alle drei Phasen der Drehstromversorgung 108 an das Elektroauto 131 freigeschaltet, sodass der Akku 137 möglichst schnell geladen wird. Alle drei Phasen der Drehstromversorgung 108 können nämlich zusammen eine große Energiemenge bereitstellen.All three phases of the three-
Die Schieflast in der Drehstromversorgung ist aufgrund der geringen elektrischen Energie, welche der Klimatisierungseinrichtung 149 zugeleitet werden, sehr gering.The unbalanced load in the three-phase power supply is very low due to the low electrical energy that is fed to the
Würde nun ein weiteres Elektrofahrzeug am Ladeanschluss 107 angesteckt, so würde erneut innerhalb der Ladesäule 102 vom Ladecontroller 207 ermittelt, welche elektrische Leistung für welches der angeschlossenen Elektrofahrzeuge verfügbar ist und dem jeweiligen Elektrofahrzeug übermittelten Energiebedarfen abgeglichen, sodass dann unter Beachtung der möglichen Schieflast der Drehstromversorgung 108 entsprechende Phasen an entsprechende Elektrofahrzeuge zugeschaltet werden.If another electric vehicle were now plugged into charging
Wird nun, wie oben beschrieben, der Anschluss eines Elektrofahrzeuges oder eine Veränderung im Strombedarf oder der Stromverfügbarkeit für angeschlossene Elektrofahrzeuge vom Ladecontroller 207 festgestellt, so wird das jeweilige Schütz 209 angesteuert, welches als Schütz für die Ladefreigabe agiert. Damit ist für einen der in der Ladesäule 102 vorhandenen Ladeanschlüsse dann grundsätzlich elektrische Leistung freischaltbar.If, as described above, the connection of an electric vehicle or a change in the power requirement or the power availability for connected electric vehicles is determined by the charging
Parallel dazu erfolgt jeweils ein Abgleich der Legitimation für das entsprechende Elektrofahrzeug mittels dem Funkmodul 215, so dass nur ein Elektrofahrzeug geladen wird, welches auch dazu befugt ist.Parallel to this, the legitimation for the corresponding electric vehicle is compared by means of the
Weiterhin übermittelt der Ladecontroller 207 Steuersignale an das Schütz 213, sodass eine Phase oder drei Phasen der Drehstromversorgung 108 an das an der jeweiligen Schalteinheit 251 angeschlossene Elektrofahrzeug geschaltet werden.Furthermore, the charging
Die an das jeweilige Elektrofahrzeug übermittelte elektrische Energie wird vom Stromzähler 211 gezählt und eine Information über die entsprechende Strommenge an das Funkmodul 215 übermittelt. Mittels des Ladecontrollers 207 wird dann die Übersendung dieser Information durch das Funkmodul 215 freigegeben, sodass entsprechende Daten an eine externe Stelle übermittelt werden. So ist dann die Abrechnung der entsprechenden in ein Elektrofahrzeug geladene Energiemenge möglich.The electrical energy transmitted to the respective electric vehicle is counted by the
Dieses Vorgehen erfolgt je Ladeanschluss 103, Ladeanschluss 105 und Ladeanschluss 107 separat und mit den jeweils zugeordneten Schalteinheiten 251, so dass eine klare Zuordnung von Legitimation, Stromverbrauch und Beschaltung zu jedem Elektrofahrzeug möglich ist.This procedure is carried out separately for each charging
BezugszeichenlisteReference List
- 101101
- Ladestationcharging station
- 102102
- Ladesäulecharging station
- 103103
- Ladeanschlusscharging port
- 105105
- Ladeanschlusscharging port
- 107107
- Ladeanschlusscharging port
- 108108
- Drehstromanschlussthree-phase connection
- 109109
- Ladekabelcharging cable
- 110110
- Steckerplug
- 111111
- Ladekabelcharging cable
- 112112
- Steckerplug
- 131131
- Elektroautoelectric car
- 132132
- Ladebuchsecharging socket
- 133133
- Leitungmanagement
- 134134
- Ladereglercharge controller
- 136136
- Leitungmanagement
- 137137
- Akkubattery pack
- 141141
- Elektroautoelectric car
- 142142
- Ladebuchsecharging socket
- 143143
- Leitungmanagement
- 144144
- Ladereglercharge controller
- 146146
- Leitungmanagement
- 147147
- Akkubattery pack
- 148148
- Leitungmanagement
- 149149
- Klimatisierungseinheitair conditioning unit
- 201201
- Ladeeinheitloading unit
- 203203
- Hauptschaltermain switch
- 205205
- Netzteilpower adapter
- 207207
- Ladecontrollercharge controller
- 209209
- Schützcontactor
- 211211
- Stromzählerelectricity meter
- 213213
- Schütz 1-Phasig/3-PhasigContactor 1-phase/3-phase
- 215215
- Funkmodulradio module
- 217217
- Nullleitersammelpunktneutral collection point
- 219219
- Massepunktmass point
- 221221
- HutschieneDIN rail
- 251251
- Schalteinheitswitching unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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