DE102021213626A1 - Optimized charging management for a charging station - Google Patents
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Abstract
Es werden eine Einrichtung (2) zum Laden eines Elektrofahrzeugs (4) sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben angegeben. Die Einrichtung (2) umfasst eine Ladestation (6), die unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung (8) an ein öffentliches Stromnetz (12) anschließbar ist, um einen Ladestrom (IL) mit einem bestimmten Vorgabewert (V) der Ladestromstärke für das Elektrofahrzeug (4) zur Verfügung zu stellen. Der Vorgabewert (V) wird dabei zeitlich variierend vorgegeben.A device (2) for charging an electric vehicle (4) and a method for operating the same are specified. The device (2) comprises a charging station (6) which can be connected directly or indirectly via a local power distributor (8) to a public power grid (12) in order to supply a charging current (IL) with a specific default value (V) of the charging current strength for the To provide electric vehicle (4). The default value (V) is specified in a time-varying manner.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs (kurz E-Fahrzeug) sowie auf eine Einrichtung zum Laden eines E-Fahrzeugs, die eine solche Ladestation umfasst.The invention relates to a method for operating a charging station for charging an electric vehicle (e-vehicle for short) and to a device for charging an electric vehicle that includes such a charging station.
Eine Ladestation der oben genannten Art ist entweder unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung an ein öffentliches Stromnetz anschließbar, um einen Ladestrom für das E-Fahrzeug zur Verfügung zu stellen. Die Ladestation gibt hierbei durch Kommunikation mit einer Ladesteuerung des E-Fahrzeugs den Ladevorgang (also die Ausgabe des elektrischen Ladestroms) frei und gibt dabei einen Vorgabewert für die Stromstärke des Ladestroms vor. Der Vorgabewert definiert die maximale Stromstärke des Ladestroms, die das E-Fahrzeug abrufen kann. Im Rahmen dieses Vorgabewerts steuert dann die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs während des Ladevorgangs den tatsächlich gezogenen Ladestrom. Als „lokale Stromverteilung“ wird hier und im Folgenden die durch einen Netzverknüpfungspunkt von dem öffentlichen Stromnetz abgegrenzte elektrische Installation, z.B. eines Hauses (Hausstrominstallation) oder Gewerbebetriebs, bezeichnet. Die lokale Stromverteilung umfasst also diejenigen elektrischen Leitungen und Verbraucher sowie gegebenenfalls vorhandene Speicher und/der Stromerzeugungseinheiten, die sich aus Sicht der Ladestation diesseits des Netzverknüpfungspunktes befinden und somit nicht zu dem öffentlichen Stromnetz gehören.A charging station of the type mentioned above can be connected to a public power grid either directly or indirectly via a local power distribution system in order to provide charging current for the electric vehicle. The charging station enables the charging process (i.e. the output of the electrical charging current) by communicating with a charging controller of the electric vehicle and specifies a default value for the current strength of the charging current. The default value defines the maximum charging current that the e-vehicle can call up. Within the framework of this default value, the charging controller of the e-vehicle then controls the charging current actually drawn during the charging process. Here and in the following, "local power distribution" refers to the electrical installation separated from the public power grid by a grid connection point, e.g. The local power distribution thus includes those electrical lines and consumers as well as any existing storage and / the power generation units that are located on this side of the grid connection point from the point of view of the charging station and thus do not belong to the public power grid.
Die Erfindung bezieht sich vorrangig auf eine Ladestation, die den Ladestrom als ein- bis dreiphasigen Wechselstrom ausgibt. Solche Ladestationen werden überwiegend im privaten Bereich oder auf Parkplätzen oder Parkhäusern von Unternehmen oder Geschäften eingesetzt und sind beispielsweise als wandmontierte „Wallbox“ oder als auf dem Boden stehende Ladesäule ausgebildet.The invention relates primarily to a charging station that outputs the charging current as a one- to three-phase alternating current. Such charging stations are mainly used in the private sector or in parking lots or parking garages of companies or shops and are designed, for example, as wall-mounted "wall boxes" or as charging stations standing on the floor.
Bisherige Ladestationen geben den Ladevorgang meistens frei, sobald das zu ladende E-Fahrzeug an die Ladestation angeschlossen wird. Häufig kann dabei an der Ladestation oder im E-Fahrzeug oder mittels einer auf die Ladestation oder das E-Fahrzeug wirkenden App der Vorgabewert des Ladestroms festgelegt werden. Die Ladung des E-Fahrzeugs erfolgt in diesen Fällen also in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Maximal-Stromstärke bzw. -Leistung.Previous charging stations usually release the charging process as soon as the e-vehicle to be charged is connected to the charging station. The default value of the charging current can often be set at the charging station or in the electric vehicle or by means of an app acting on the charging station or the electric vehicle. In these cases, the e-vehicle is charged as a function of a specified maximum current or power.
Insbesondere bei einer Ladestation, die in einem mit einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) ausgerüsteten Privathaus eingesetzt ist, besteht ein starkes Bedürfnis danach, den Ladestrom für das E-Fahrzeug zu einem möglichst großen Teil aus der - nicht für den Hausstrombedarf benötigten - Überschussleistung der PV-Anlage zu beziehen. Der für den Eigenbedarf (also den Hausstrombedarf und die Ladung des E-Fahrzeugs) genutzte Anteil des von der PV-Anlage erzeugten Solarstroms sollen somit gesteigert und eine Rückspeisung des Solarstroms in das öffentliche Stromversorgungsnetz (Versorgungsnetz oder kurz: Netz) weitestmöglich vermieden werden. Weiterhin soll eine Zuführung des Ladestroms aus dem Netz vermieden oder zumindest weitgehend reduziert werden.In the case of a charging station in particular, which is used in a private house equipped with a photovoltaic system (PV system), there is a strong need to draw the charging current for the e-vehicle as much as possible from the obtain excess power from the PV system. The proportion of the solar power generated by the PV system that is used for personal use (i.e. the house electricity requirement and charging the e-vehicle) should thus be increased and a feed-back of the solar power into the public power supply grid (supply grid or: grid for short) should be avoided as far as possible. Furthermore, feeding the charging current from the mains should be avoided or at least largely reduced.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden heute bereits solarstrom-optimierte Ladestationen eingesetzt. Solche Ladestationen haben entweder einen digitalen Eingang, um Leistungsdaten der PV-Anlage über eine Kommunikationseinrichtung abzufragen und danach die Ladeleistung zu regeln oder werden durch eine dazwischengeschaltete Energiesteuerung digital geregelt. Diese Energiesteuerung greift in der Regel auf Daten des PV-Wechselrichters oder eines Smartmeters (d.h. auf einen zum Versenden der erhobenen Messdaten eingerichteten Stromzähler) zu. Das Smartmeter muss meist zusätzlich zu bestehenden Zählern in der Unterverteilung das Hauses installiert werden und sendet der Ladestation dann ein die Ladeleistung steuerndes Signal zu. Die Kommunikation zwischen dem PV-Wechselrichter oder dem Smartmeter einerseits und der Ladestation andererseits erfolgt entweder drahtgebunden, z.B. über einen RS485-Bus oder drahtlos per Funk, z.B. über WLAN. Mitunter sind die Ladestation und der PV-Wechselrichter bzw. Smartmeter in eine Smarthome-Installation eingebunden.In order to achieve this goal, charging stations optimized for solar power are already being used today. Such charging stations either have a digital input in order to request performance data from the PV system via a communication device and then regulate the charging power, or are digitally regulated by an interposed energy controller. This energy control usually accesses data from the PV inverter or a smart meter (i.e. an electricity meter set up to send the measurement data collected). The smart meter usually has to be installed in addition to existing meters in the sub-distribution of the house and then sends the charging station a signal that controls the charging power. Communication between the PV inverter or the smart meter on the one hand and the charging station on the other is either wired, e.g. via an RS485 bus, or wireless, e.g. via WLAN. Sometimes the charging station and the PV inverter or smart meter are integrated into a smart home installation.
Bekannt sind auch Ladestationen, die in Kombination mit einem oder mehreren Stromsensoren verkauft werden. Mittels der Stromsensoren misst die Ladestation dabei direkt den Stromübergang am Netzverknüpfungspunkt, um danach den Solarstromanteil des Ladestroms zu erhöhen. Auch in diesem Fall erfolgt die Kommunikation zwischen der Ladestation und dem mindestens einen Sensor in der Regel drahtgebunden oder per Funk über ein digitales Kommunikationsprotokoll, z.B. einen RS485-Bus der WLAN.Also known are charging stations sold in combination with one or more current sensors. Using the current sensors, the charging station directly measures the current transfer at the grid connection point in order to then increase the solar power share of the charging current. In this case, too, the communication between the charging station and the at least one sensor usually takes place by wire or by radio using a digital communication protocol, e.g. an RS485 bus of the WLAN.
Mit vorstehend beschriebenen Ansätzen ist an sich bereits ein befriedigendes Lademanagement möglich. Ein Nachteil der vorstehend beschriebenen Ansätze ist allerdings, dass für die Umsetzung häufig eine vergleichsweise aufwendige Installation erforderlich ist. Bei einer drahtgebundenen Datenübertragung ist aufgrund der häufig vergleichsweise großen Entfernung zwischen der Ladestation und den eingesetzten Sensoren und Kommunikationseinrichtungen insbesondere die Verkabelung regelmäßig aufwändig und fehleranfällig. Bei Funklösungen entfällt zwar die Verkabelung. Ein Nachteil der Funkübertragung ist dafür aber die begrenzte Funkreichweite, die die Datenübertragung aufgrund ungünstiger räumlicher Gegebenheiten, z.B. aufgrund von zwischengelagerten Hauswänden zwischen dem im Keller angeordneter Unterverteiler und der in der Garage angeordneten Ladestation regelmäßig fehleranfällig macht oder sogar ganz ausschließt.Satisfactory charge management is already possible with the approaches described above. A disadvantage of the approaches described above, however, is that the implementation often requires a comparatively complex installation. In the case of wired data transmission, due to the often comparatively large distance between the charging station and the sensors and communication devices used, the cabling in particular is regularly complex and error-prone. With wireless solutions, there is no need for cabling. A disadvantage of radio transmission is the limited radio range regularly makes the data transmission error-prone or even completely excludes it due to unfavorable spatial conditions, eg due to temporarily stored house walls between the sub-distributor arranged in the basement and the charging station arranged in the garage.
Zudem wird die Umsetzung der oben beschriebenen Ansätze häufig durch die Inkompatibilität der verschiedenen beteiligten Komponenten bezüglich der Datenübermittlung, z.B. des benutzten Kommunikationsprotokolls, erschwert. Beispielsweise ist eine neu angeschaffte Ladestation häufig signalübertragungstechnisch nicht mit vorhandenen Komponenten wie z.B. dem PV-Wechselrichter oder vorhandenen Stromzählern kompatibel, so dass zusätzliche Sensoren installiert werden müssen oder die erforderliche Kommunikation zwischen den bestehenden Komponenten und der Ladestation nur über zwischengeschaltete Adapter (z.B. Hardware-Adapter und/oder Softwarekomponenten zur Signalwandlung oder - übersetzung) hergestellt werden kann. Die Nutzung einer übergeordneten Kommunikationseinrichtung, z.B. einer Smarthome-Steuerung, erfordert andererseits eine - mitunter komplexe - Systemintegration.In addition, the implementation of the approaches described above is often made more difficult by the incompatibility of the various components involved with regard to data transmission, e.g. the communication protocol used. For example, a newly purchased charging station is often not compatible with existing components such as the PV inverter or existing electricity meters in terms of signal transmission, so that additional sensors have to be installed or the required communication between the existing components and the charging station can only be achieved via intermediate adapters (e.g. hardware adapters and/or software components for signal conversion or translation) can be produced. On the other hand, the use of a higher-level communication device, e.g. a smart home control, requires - sometimes complex - system integration.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Lademanagement für Laden eines E-Fahrzeug mit besonders unaufwändig realisierbaren Mitteln bereitzustellen.The object of the invention is to provide optimized charging management for charging an electric vehicle with means that can be implemented particularly inexpensively.
Bezüglich eines Verfahrens zum Betrieb einer zum Laden eines E-Fahrzeugs vorgesehenen Ladestation wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer Einrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.With regard to a method for operating a charging station provided for charging an electric vehicle, this object is achieved according to the invention by the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Vorgabewert zeitlich variierend vorgegeben wird. Der Vorgabewert wird dabei insbesondere kontinuierlich oder in mehreren Stufen variiert. Vorzugsweise wird der Vorgabewert der Ladestromstärke hierbei anhand einer hinterlegten Ladekurve bestimmt, die insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion (also einer mathematischen Formel), in Form einer Stützpunkttabelle oder in einer Mischform aus Stützpunkten und Formel, hinterlegt ist. Die Ladekurve kann dabei im Rahmen der Erfindung den einzustellenden Vorgabewert der Ladestromstärke unmittelbar wiedergeben:
Die Ladekurve kann im Rahmen der Erfindung (ausschließlich) in Abhängigkeit der Tageszeit (eines einzigen Tages) definiert sein, so dass die Ladekurve an jedem Tag die gleiche Form hat. Wenn die Ladekurve als Stützpunkttabelle vorliegt, umfasst sie in dieser Ausführung z.B. 24 Punkte (also einen Punkt pro Stunde), 96 Punkte (d.h. einen Punkt pro Viertelstunde) oder 1440 Punkte (d.h. einen Punkt pro Minute). Die Ladekurve kann alternativ auch einen Zeitraum von weniger als 24 Stunden abdecken. In diesem Fall wird die Ladekurve vorzugsweise jeweils nur innerhalb eines Abschnitts eines jeden Tages (z.B. nur zwischen 7 Uhr und 22 Uhr) abgearbeitet. Vorzugsweise ist die Ladekurve aber auch auf einer 24 Stunden überschreitenden Zeitskala veränderlich vorgegeben, so dass die Ladekurve beispielsweise
- - für unterschiedliche Wochentage,
- - für unterschiedliche Halbjahre, Trimester, Quartale oder Monate,
- - für jede der klassischen Jahreszeiten Frühjahr, Sommer, Herbst, Winter oder
- - für jeden Tag im Jahr
- - for different days of the week,
- - for different half-years, trimesters, quarters or months,
- - for each of the classic seasons of spring, summer, autumn, or winter
- - for every day of the year
Vorzugsweise ist die Ladekurve in der Ladestation selbst hinterlegt. Alternativ hierzu kann die Ladekurve aber auch in einem externen (d.h. nicht zur Ladestation gehörenden) Datenspeicher, z.B. einer Speicherkarte oder dem Speicher eines externen Kontrollgeräts (z.B. einem Zentralrechner oder Cloud-Server) hinterlegt sein und von dort aus der Ladestation im Betrieb zur Verfügung gestellt werden.The charging curve is preferably stored in the charging station itself. Alternatively, the charging curve can also be stored in an external data memory (i.e. not belonging to the charging station), e.g. a memory card or the memory of an external control device (e.g. a central computer or cloud server) and made available from there to the charging station during operation become.
Die Steuerung des Vorgabewerts für die Ladestromstärke anhand der hinterlegten Ladekurve hat den Vorteil, dass ein individuell optimiertes Lademanagement ohne aufwändige Installation, insbesondere ohne Einsatz von Stromzählern oder Stromsensoren und deren datenübertragungstechnische Verbindung mit der Ladestation möglich ist. Eine Zusammenwirkung der Ladestation mit einem Stromzähler oder Stromsensor ist daher bei der erfindungsgemäßen Ladestation vorzugsweise auch nicht vorgesehen.Controlling the default value for the charging current based on the stored charging curve has the advantage that individually optimized charging management is possible without complex installation, in particular without the use of electricity meters or current sensors and their data transmission connection to the charging station. An interaction of the charging station with an electricity meter or current sensor is therefore in the inventions dung proper charging station preferably not provided.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Ladekurve derart hinterlegt, dass sie mit Hilfe von Eingabemitteln, insbesondere durch einen Nutzer oder Techniker, frei oder in vorgegebenen Freiheitsgraden und Grenzen veränderbar ist. Die Eingabemittel, z.B. eine Tastatur, können dabei im Rahmen der Erfindung in die Ladestation integriert sein und damit ein Bestandteil der letzteren sein. Alternativ sind die Eingabemittel als Bestandteil eines externen (also wiederum nicht zur Ladestation gehörenden) Programmiermoduls vorgesehen. In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Eingabemittel in einer Software-Applikation zur Konfiguration der Ladestation (nachfolgend kurz „Konfigurations-App“) implementiert, die in einem Smartphone, Tablet oder Computer installierbar ist. Die Eingabemittel können hierbei beispielsweise in einer graphischen Benutzeroberfläche realisiert sein, in der die Ladekurve mittels eines Fingers oder eines Zeichenstifts aufgemalt werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the charging curve is stored in such a way that it can be changed freely or within specified degrees of freedom and limits using input means, in particular by a user or technician. The input means, e.g. a keyboard, can be integrated into the charging station within the scope of the invention and thus be a part of the latter. Alternatively, the input means are provided as part of an external programming module (thus again not belonging to the charging station). In a particularly advantageous embodiment, the input means are implemented in a software application for configuring the charging station (hereinafter “configuration app” for short), which can be installed on a smartphone, tablet or computer. The input means can be implemented in a graphical user interface, for example, in which the charging curve can be drawn using a finger or a pen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer besonders vorteilhaften Anwendung eingesetzt, um einen besonders hohen Anteil an Solar- und/oder Windstrom an dem Ladestrom sicherzustellen. Hierbei ist die Ladekurve derart vorgegeben, dass sie mit einem durchschnittlichen Verlauf der Sonneneinstrahlung und/oder Windstärke korreliert ist. Die Ladekurve ist hierbei vorzugsweise (aber nicht zwingend) spezifisch an den durchschnittlichen (oder historischen) Verlauf der Sonneneinstrahlung und/oder Windstärke an dem geographischen Standort der Ladestation angepasst. Diese Verfahrensvariante ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Ladestation an eine lokale Stromverteilung angeschlossen ist, in die eine PV-Anlage oder ein Windkraftanlage geschaltet ist. Im Sinne eines umweltfreundlichen Ladens ist die an die durchschnittliche Sonneneinstrahlung und/oder Windstärke angepasste Ladekurve aber auch dann sinnvoll, wenn die Ladestation den Ladestrom ausschließlich aus dem öffentlichen Stromnetz bezieht, da hierdurch die Ausnutzung des regional und regenerativ erzeugten Netzstroms verbessert wird.The method according to the invention is used in a particularly advantageous application in order to ensure a particularly high proportion of solar and/or wind power in the charging current. In this case, the charging curve is specified in such a way that it is correlated with an average course of the solar radiation and/or wind speed. In this case, the charging curve is preferably (but not necessarily) specifically adapted to the average (or historical) course of the solar radiation and/or wind strength at the geographic location of the charging station. This variant of the method is particularly advantageous when the charging station is connected to a local power distribution system into which a PV system or a wind power plant is connected. In terms of environmentally friendly charging, the charging curve adapted to the average solar radiation and/or wind speed is also useful if the charging station draws the charging current exclusively from the public electricity grid, as this improves the utilization of the regionally and regeneratively generated grid electricity.
Der Begriff „korreliert“ bedeutet hier allgemein, dass die Ladekurve dem durchschnittlichen Verlauf der Sonneneinstrahlung und/oder Windstärke an dem geographischen Standort der Ladestation (insbesondere in einer linearen oder nichtlinearen Beziehung) folgt, also bei höherer durchschnittlicher Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke einen höheren Wert und bei niedrigerer durchschnittlicher Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke einen niedrigeren Wert aufweist. Der geographische Standort der Ladestation kann dabei im Rahmen der Erfindung unterschiedlich genau eingegrenzt werden. Beispielsweise kann die Ladekurve in unterschiedlichen Ausführungen derart angegeben werden, dass sie
- - für den Subkontinent (z.B. Westeuropa),
- - die Zeitzone,
- - das Land oder den Landesteil (z.B. Bundesstaat oder Verwaltungsbezirk), oder
- - die Stadt oder den Postleitzahlenbereich,
- - for the subcontinent (e.g. Western Europe),
- - the time zone,
- - the country or part of the country (e.g. state or county), or
- - the city or postcode area,
In einer besonders einfach realisierbaren, aber dennoch effektiven Ausführung der Erfindung ist die Ladekurve derart vorgegeben, dass sie mit der jahreszeitlich variierenden Tageslänge an dem geographischen Standort der Ladestation korreliert ist, also dem Verlauf der jahreszeitlich variierenden Tageslänge folgt. Beispielsweise ist die Ladekurve derart vorgebeben, dass sie einen von Null verschiedenen Vorgabewert für die Ladestromstärke jeweils nur tagsüber während eines Zeitraums aufweist, der an jedem Tag eine gegebene Zeitspanne nach der jeweiligen kalendarischen Sonnenaufgangszeit beginnt, und eine vorgegebene Zeitspanne vor der jeweiligen kalendarischen Sonnenuntergangszeit endet. Der Ladestrom wird dabei insbesondere zwischen den Zeiten des Sonnenaufgangs und Sonnenuntergangs sukzessive (d.h. kontinuierlich oder in mehreren Schritten) auf einen Spitzenwert erhöht und anschließend wieder sukzessive erniedrigt. Die Ladung startet insbesondere mit einem minimalem Ladestrom.In a particularly easy to implement but nevertheless effective embodiment of the invention, the charging curve is specified in such a way that it is correlated with the seasonally varying length of days at the geographic location of the charging station, ie it follows the course of the varying length of days depending on the season. For example, the charging curve is specified such that it has a non-zero default value for the charging current only during the day during a period that begins a given period of time after the respective calendar sunrise time and ends a predetermined period of time before the respective calendar sunset time. The charging current is increased successively (i.e. continuously or in several steps) to a peak value, in particular between the times of sunrise and sunset, and then gradually reduced again. In particular, charging starts with a minimal charging current.
Optional werden zusätzlich die Höhe (insbesondere der Spitzenwert) der Ladekurve während des Tages in Anpassung an die jahreszeitlich variierenden Durchschnittswerte der Sonneneinstrahlung und/oder der Windstärke angepasst. Beispielsweise nimmt die Ladekurve hierbei im Tagesverlauf während des Sommers höhere Werte an als während des Winters.Optionally, the height (in particular the peak value) of the charging curve during the day is adjusted to the seasonally varying average values of solar radiation and/or wind strength. For example, the charging curve assumes higher values over the course of the day during the summer than during the winter.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Vorgabewert der Ladestromstärke in Abhängigkeit von mindestens einer Angabe zu einer PV-Anlage, insbesondere der Nennleistung der PV-Anlage, der Neigung der PV-Anlage, der geographischen Position der PV-Anlage und/oder der geographischen Ausrichtung der PV-Anlage bezüglich der Himmelsrichtungen variiert. Zusätzlich oder alternativ wird der Vorgabewert in dieser Erfindungsvariante in Anhängigkeit von einer Angabe zu einer Windkraftanlage, insbesondere der Nennleistung der Windkraftanlage, variiert. Hierdurch kann in Anwendungsfällen, in denen die Ladestation auch lokal aus einer PV-Anlage oder einer Windanlage versorgt wird, der nutzbare Solar- bzw. Windstrom besonders gut für die Bereitstellung des Ladestroms genutzt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the default value of the charging current depends on at least one piece of information about a PV system, in particular the nominal power of the PV system, the inclination of the PV system, the geographic position of the PV system and/or the geographic Alignment of the PV system with respect to the cardinal points varies. Additionally or alternatively, the default value in this variant of the invention depending on an indication of a wind turbine, in particular the nominal power of the wind turbine, varies. As a result, in applications in which the charging station is also supplied locally from a PV system or a wind system, the usable solar or wind power can be used particularly well to provide the charging current.
Vorzugsweise werden die vorstehend genannten Angaben zu einer PV-Anlage und/oder einer Windanlage bei der Erstellung der Ladekurve (und damit insbesondere einmalig vor der Inbetriebnahme der Ladestation) berücksichtigt. Beispielsweise können diese Angaben in der vorstehend genannten Konfigurations-App eingegeben werden, die dann unter Berücksichtigung dieser Angaben die Ladekurve berechnet. Alternativ können vorstehend genannten Angaben zu einer PV-Anlage und/oder einer Windanlage aber auch herangezogen werden, um eine unabhängig hiervon berechnete Ladekurve im Betrieb der Ladestation in Anpassung an die PV-Anlage zu modifizieren.Preferably, the above-mentioned information about a PV system and/or a wind system is taken into account when creating the charging curve (and thus in particular once before the charging station is put into operation). For example, this information can be entered in the aforementioned configuration app, which then calculates the charging curve taking this information into account. Alternatively, the above-mentioned information about a PV system and/or a wind system can also be used in order to modify a charging curve calculated independently of this during operation of the charging station to adapt it to the PV system.
Die obigen Angaben erlauben eine präzise und individuelle Anpassung der Ladekurve hinsichtlich ihrer Höhe und tageszeitlichen Verzerrung an den von einer PV-Anlage gelieferten Solarstrom. Beispielsweise wird dabei berücksichtigt, dass das Maximum der Solarleistung je nach der geographischen Ausrichtung der PV-Anlage bei ungestörtem Verlauf der Sonneneinstrahlung früher oder später im Tagesverlauf auftritt. Die Berücksichtigung der Neigung der PV-Anlage erlaubt wiederum, den jahreszeitlichen Verlauf der durchschnittlichen Solarstromerzeugung in der Ladekurve abzubilden; so wird beispielsweise berücksichtigt, dass bei einer stark geneigten PV-Anlage die Unterschiede der sommerlichen und winterlichen Solarleistung geringer sind als bei einer wenig geneigten PV-Anlage.The above information allows a precise and individual adjustment of the charging curve in terms of its level and daily distortion to the solar power supplied by a PV system. For example, it is taken into account that the maximum of the solar output occurs earlier or later in the course of the day, depending on the geographic orientation of the PV system with undisturbed solar radiation. In turn, taking into account the inclination of the PV system allows the seasonal course of the average solar power generation to be mapped in the charging curve; for example, it is taken into account that the differences between summer and winter solar power are smaller with a strongly inclined PV system than with a slightly inclined PV system.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Vorgabewert der Ladestromstärke in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Sonneneinstrahlung und/oder in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Windstärke an dem geographischen Standort der Ladestation variiert. Als Information über die tatsächliche Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke werden dabei insbesondere
- - Messdaten eines in die Ladestation integrierten oder mit der Ladestation (drahtgebunden oder drahtlos) verbundenen Strahlungssensors bzw. Windsensors,
- - der gemessenen Netzspannung (insbesondere anhand von Messdaten eines Netzspannungssensors), und/oder
- - Prognosedaten eines Wetterdienstes
- - Measurement data from a radiation sensor or wind sensor integrated into the charging station or connected to the charging station (wired or wireless),
- - the measured mains voltage (in particular based on measurement data from a mains voltage sensor), and/or
- - Forecast data from a weather service
Die optionale Heranziehung der Netzspannung (also der Messdaten des Netzspannungssensors) als Steuergröße für die Einstellung des Vorgabewertes der Ladestromstärke beruht auf der Erkenntnis, dass die Netzspannung geringfügig mit der lokalen und regionalen Stromverfügbarkeit schwankt. Erkanntermaßen wird die lokale bzw. regionale Stromverfügbarkeit maßgeblich von wetterabhängigen Stromerzeugungseinheiten, nämlich PV-Anlagen und Windkraftanlagen in der lokalen Stromverteilung oder deren Umgebung, beeinflusst, was sich in messbaren Schwankungen der Netzspannung äußert. Je nach der lokalen und regionalen Stromerzeugungsinfrastruktur, also dem Vorhandensein von PV-Anlagen oder Windkraftanlagen in der lokalen Stromverteilung oder deren Umgebung, schlagen sich Zeitintervalle mit hoher Sonneneinstrahlung oder hoher Windstärke erkanntermaßen mehr oder weniger ausgeprägt in einer geringfügigen Erhöhung der Netzspannung nieder, während in Zeitintervallen mit geringer Sonneneinstrahlung und geringer Windstärke die Netzspannung geringfügig zurückgeht. Dieses Phänomen wird hier vorzugsweise genutzt, um über die Messung der Netzspannung mittelbar auf die tatsächliche Sonneneinstrahlung oder Windstärke zu schließen und den Ladevorgang entsprechend zu steuern. Insbesondere wird der Vorgabewert der Ladestromstärke bei vergleichsweise hoher Netzspannung erhöht und bei vergleichsweise niedriger Netzspannung erniedrigt. Gegenüber bekannten Verfahren, bei denen der Ladestrom in Abhängigkeit der Daten von Stromzählern oder Stromsensoren gesteuert wird, hat die vorstehend beschriebene Erfindungsvariante den Vorteil, dass die Messung der Netzspannung in der Ladestation selbst oder in unmittelbarer Nähe derselben erfolgen kann (und vorzugsweise auch erfolgt), so dass eine aufwändige Installation nicht erforderlich (und insbesondere auch nicht vorhanden) ist.The optional use of the mains voltage (i.e. the measurement data of the mains voltage sensor) as a control variable for setting the default value of the charging current is based on the knowledge that the mains voltage fluctuates slightly with the local and regional power availability. As is well known, the local or regional power availability is significantly influenced by weather-dependent power generation units, namely PV systems and wind turbines in the local power distribution or their surroundings, which is reflected in measurable fluctuations in the grid voltage. Depending on the local and regional power generation infrastructure, i.e. the presence of PV systems or wind turbines in the local power distribution or their surroundings, time intervals with high solar radiation or high wind strength are recognized to be more or less pronounced in a slight increase in grid voltage, while in time intervals with low solar radiation and low wind speed, the mains voltage drops slightly. This phenomenon is preferably used here to indirectly determine the actual solar radiation or wind speed by measuring the mains voltage and to control the charging process accordingly. In particular, the default value of the charging current intensity is increased when the mains voltage is comparatively high and reduced when the mains voltage is comparatively low. Compared to known methods in which the charging current is controlled as a function of the data from electricity meters or current sensors, the variant of the invention described above has the advantage that the mains voltage can be measured in the charging station itself or in the immediate vicinity of it (and preferably also takes place), so that a complex installation is not necessary (and in particular not available).
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Verlauf der Netzspannung durch die Ladestation oder ein externes Steuergerät laufend oder zumindest über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet. Sofern diese Aufzeichnung durch das ggf. vorhandene externe Steuergerät erfolgt, wird dieses hierzu vorzugsweise in der lokalen Stromverteilung, insbesondere schaltungstechnisch in der Nähe der Ladestation, angeordnet. Durch tageszeitaufgelöste Mittelung und ggf. zusätzliche zeitliche Glättung der gemessenen Netzspannung wird hierbei - durch die Ladestation bzw. das externe Steuergerät - für den Standort der Ladestation ein durchschnittlicher Tagesverlauf der Netzspannung ermittelt. Im Betrieb der Ladestation wird dabei der Vorgabewert der Ladestromstärke in Abhängigkeit von der Abweichung eines aktuell gemessenen Werts der Netzspannung von dem anhand des durchschnittlichen Tagesverlaufs zu erwartenden Werts variiert. Der Vorgabewert wird dabei insbesondere dann erhöht, wenn die aktuell gemessene Netzspannung über dem für die jeweilige Tageszeit zu erwartenden Werts liegt. Der Vorgabewert wird entsprechend erniedrigt, wenn die aktuell gemessene Netzspannung unter dem für die jeweilige Tageszeit zu erwartenden Werts liegt.In an advantageous embodiment of the invention, the course of the mains voltage is recorded continuously or at least over a longer period of time by the charging station or an external control unit. Provided this recording by the external control device that may be present, this is preferably arranged in the local power distribution system, in particular in the vicinity of the charging station in terms of circuitry. An average daily course of the mains voltage is determined for the location of the charging station by averaging the measured mains voltage with a resolution based on the time of day and, if necessary, additional smoothing over time. During operation of the charging station, the default value of the charging current intensity is varied as a function of the deviation of a currently measured value of the mains voltage from the value to be expected based on the average course of the day. The default value is increased in particular when the currently measured mains voltage is above the value to be expected for the respective time of day. The default value is reduced accordingly if the currently measured mains voltage is below the value to be expected for the respective time of day.
Prognosedaten eines Wetterdienstes werden insbesondere automatisch von der Ladestation oder einem externen Steuergerät aus dem Internet abgerufen.In particular, forecast data from a weather service are retrieved automatically from the charging station or an external control unit from the Internet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Prognosedaten mittels der vorstehend genannten Konfigurations-App oder einer davon verschiedenen App für ein mobiles Endgerät (z.B. Smartphone oder Tablet) eines Nutzers der Ladestation ermittelt und immer dann auf die Ladestation übertragen, wenn die jeweilige App mit der Ladestation, z.B. über Bluetooth, verbunden ist; insbesondere immer dann, wenn sich das mobile Endgerät, auf dem die App installiert ist, in der Nähe der Ladestation befindet, oder wenn der Nutzer mittels dieser App die Ladestation bedient. Hierbei wird vorzugsweise nicht nur ein aktueller Prognosewert (z.B. für die kommende Stunde) übertragen, sondern eine Langzeitprognose, die Prognosedaten für mehrere Tage, beispielsweise für jede Stunde der kommenden 16 Tage, enthält. Immer dann, wenn die jeweilige App wieder mit der Ladestation verbunden wird, wird die in der Ladestation hinterlegte Langzeitprognose mit aktualisierten Werten überspielt. In einer Variante dieser Ausführungsform wird mittels der App anhand der Prognosedaten eine angepasste Ladekurve berechnet. In diesem Fall wird - zusätzlich zu den oder anstelle der rohen Prognosedaten - die anhand der Prognose angepasste Ladekurve auf die Ladestation übertragen, wenn das mobile Endgerät mit der Ladestation verbunden ist. Ein großer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Ladestation selbst offline betrieben werden kann (und vorzugsweise auch wird). Insbesondere ist die zugehörige Ladestation nicht mit Mitteln zur Verbindung der Steuerelektronik mit dem Internet ausgerüstet, was eine einfache und unaufwändige Realisierung der Ladestation ermöglicht. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Rechenkapazität des mobilen Endgeräts für die Beschaffung der Prognosedaten, und ggf. die Berechnung der angepassten Ladekurve genutzt werden kann. Dies erlaubt eine entsprechend kleinere Dimensionierung der Rechenleistung der Steuerelektronik der Ladestation.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the forecast data is determined using the above-mentioned configuration app or a different app for a mobile device (e.g. smartphone or tablet) of a user of the charging station and is always transmitted to the charging station when the respective app with connected to the charging station, e.g. via Bluetooth; in particular whenever the mobile device on which the app is installed is in the vicinity of the charging station, or when the user uses the app to operate the charging station. In this case, preferably not only a current prognosis value (e.g. for the coming hour) is transmitted, but also a long-term prognosis which contains prognosis data for several days, for example for each hour of the next 16 days. Whenever the respective app is reconnected to the charging station, the long-term forecast stored in the charging station is overwritten with updated values. In a variant of this embodiment, an adapted charging curve is calculated using the app based on the forecast data. In this case - in addition to or instead of the raw forecast data - the charging curve adjusted on the basis of the forecast is transmitted to the charging station when the mobile device is connected to the charging station. A major advantage of this embodiment is that the charging station itself can (and preferably will) be operated offline. In particular, the associated charging station is not equipped with means for connecting the electronic control system to the Internet, which enables the charging station to be implemented in a simple and uncomplicated manner. A further advantage of this embodiment lies in the fact that the computing capacity of the mobile terminal device can be used to obtain the prognosis data and, if necessary, to calculate the adapted charging curve. This allows a correspondingly smaller dimensioning of the computing power of the control electronics of the charging station.
Die Information über die tatsächliche Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke kann im Rahmen der Erfindung in Kombination mit einer hinterlegten Ladekurve oder unabhängig davon verwendet werden. In dem ersteren Fall wird beispielsweise die vorgegebene Ladekurve in Abhängigkeit von der Information über die tatsächliche Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke angehoben/abgesenkt oder skaliert. In dem letzteren Fall wird für die Anpassung des Vorgabewerts der Ladestromstärke insbesondere keine hinterlegte Ladekurve herangezogen. Vielmehr wird der Vorgabewert nur unter Berücksichtig der Information über die tatsächliche Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke variiert.Within the scope of the invention, the information about the actual solar radiation or wind speed can be used in combination with a stored charging curve or independently of it. In the former case, for example, the specified charging curve is raised/lowered or scaled depending on the information about the actual solar radiation or wind speed. In the latter case, in particular no stored charging curve is used for the adjustment of the default value of the charging current intensity. Rather, the default value is varied only taking into account the information about the actual solar radiation or wind speed.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Laden eines E-Fahrzeugs besteht in einfachen Ausführungen der Erfindung ausschließlich aus der Ladestation. In komplexeren Ausführungen der Erfindung umfasst die Einrichtung zusätzlich zu dieser (ersten) Ladestation mindestens ein Peripheriegerät, z.B.
- - ein weitere Ladestation, die mit der ersten Ladestation Daten austauscht,
- - ein übergeordnetes Steuergerät, das neben der (ersten) Ladestation optional mindestens eine gegebenenfalls vorhandene weitere Ladestation ansteuert,
- - ein Programmiergerät, z.B. in Form einer Fernsteuerung, zur Konfiguration der Ladestation,
- - einen externen Strahlungssensor,
- - einen externen Windsensor und/oder
- - einen Netzspannungssensor.
- - another charging station that exchanges data with the first charging station,
- - a higher-level control unit, which, in addition to the (first) charging station, optionally controls at least one other charging station that may be present,
- - a programming device, e.g. in the form of a remote control, for configuring the charging station,
- - an external radiation sensor,
- - an external wind sensor and/or
- - a mains voltage sensor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung zusätzlich zu der Ladestation eine Software-Applikation (Konfigurations-App), die zur Konfiguration der Ladestation vorgesehen und eingerichtet ist, und die auf einem Smartphone oder Computer installierbar ist. Das Smartphone bzw. der Computer sind dabei in der Regel kein Bestandteil der erfindungsgemäßen Einrichtung und werden regelmäßig auch unabhängig von der Einrichtung hergestellt und vertrieben. Vielmehr werden das Smartphone bzw. der Computer von der Einrichtung lediglich als externe Ressource für Rechenleistung, Speicherplatz und Kommunikationsdienste genutzt (ähnlich wie das öffentliche Stromnetz von der Einrichtung nur als Ressource für elektrische Leistung genutzt wird, ohne dadurch zu einem Bestandteil der Einrichtung zu werden). Die Konfigurations-App ist mit der Ladestation oder einem gegebenenfalls vorhandenen externen Steuergerät der Einrichtung vorzugsweise über eine drahtlose Datenübertragungsstrecke (insbesondere mittels Bluetooth oder Mobilfunk) verbindbar. Die Konfigurations-App nutzt hierfür eine entsprechende Sende- und Empfangseinheit des Smartphones bzw. Computers.In a particularly preferred embodiment, the device includes a software application (configuration app) in addition to the charging station, which is provided and set up for configuring the charging station and which can be installed on a smartphone or computer. The smartphone or the computer are usually not part of the device according to the invention and are regularly manufactured and sold independently of the device. Rather, the smartphone or computer is only used by the institution as an external resource for computing power, storage space and communications tion services (similar to how the utility grid is used by the facility only as a resource for electrical power without becoming a part of the facility). The configuration app can be connected to the charging station or an external control unit that may be present in the device, preferably via a wireless data transmission path (in particular using Bluetooth or mobile communications). The configuration app uses a corresponding transmitter and receiver unit on the smartphone or computer for this purpose.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist allgemein zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Ausführungsformen des Verfahrens korrespondieren daher mit entsprechenden Ausführungsformen der Einrichtung. Ausführungen zu Varianten des Verfahrens und deren jeweilige Effekte und Vorteile können entsprechend auf die Einrichtung übertragen werden, und umgekehrt.The device according to the invention is generally set up to carry out the method according to the invention described above. Embodiments of the method therefore correspond to corresponding embodiments of the device. Statements on variants of the method and their respective effects and advantages can be transferred accordingly to the device, and vice versa.
Konkret umfasst die Einrichtung eine Ladestation der vorstehend beschriebenen Art, die entweder unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung (insbesondere eine elektrische Haustrominstallation) an ein öffentliches Stromnetz anschließbar ist, um einen Ladestrom für Elektrofahrzeug zur Verfügung zu stellen. Die Ladestation umfasst eine Steuerelektronik, die dazu eingerichtet ist, einen Ladevorgang zum Aufladen eines E-Fahrzeugs freizugeben und hierbei einen Vorgabewert der Ladestromstärke zeitlich variierend, insbesondere kontinuierlich oder in mehreren Stufen variierend, vorzugeben. Vorzugsweise ist die Steuerelektronik dazu eingerichtet, den Vorgabewert der Ladestromstärke anhand einer in der Ladestation oder einem externen Datenspeicher hinterlegten Ladekurve, insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion oder Stützpunkttabelle, zu bestimmen.Specifically, the device includes a charging station of the type described above, which can be connected to a public power grid either directly or indirectly via a local power distribution system (in particular an electrical domestic power installation) in order to provide charging current for electric vehicles. The charging station includes control electronics that are set up to enable a charging process for charging an electric vehicle and to specify a default value for the charging current intensity that varies over time, in particular that varies continuously or in a number of stages. The electronic control system is preferably set up to determine the default value of the charging current intensity using a charging curve stored in the charging station or an external data memory, in particular in the form of a time-dependent mathematical function or interpolation point table.
Die Steuerelektronik der Ladestation umfasst vorzugsweise ein programmierbares Bauteil, z.B. einen Mikroprozessor oder Einplatinen-Computer, in dem eine die Funktionen der Steuerelektronik implementierende Software (Firmware) lauffähig installiert ist. Alternativ hierzu kann die Steuerelektronik auch durch einen nicht-programmierbaren Hardwareschaltkreis (z.B. in Form eines ASIC) gebildet sein. Wiederum alternativ kann die Steuerelektronik durch eine Kombination aus programmierbaren und/oder nicht-programmierbaren Komponenten gebildet sein.The control electronics of the charging station preferably includes a programmable component, e.g. a microprocessor or a single-board computer, in which software (firmware) that implements the functions of the control electronics is installed to run. As an alternative to this, the control electronics can also be formed by a non-programmable hardware circuit (e.g. in the form of an ASIC). Again alternatively, the control electronics can be formed by a combination of programmable and/or non-programmable components.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Einrichtung Eingabemittel der vorstehend beschrieben Art, mittels welcher die Ladekurve veränderbar ist. Wie vorstehend beschrieben sind diese Eingabemittel entweder in der Ladestation selbst und/oder in einem externen Programmiermodul (d.h. einem Programmiergerät oder gegebenenfalls der vorstehend erwähnten Konfigurations-App) integriert.In an advantageous embodiment, the device includes input means of the type described above, by means of which the charging curve can be changed. As described above, these input means are integrated either in the charging station itself and/or in an external programming module (i.e. a programming device or possibly the configuration app mentioned above).
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Einrichtung ist die Ladekurve derart vorgegeben, dass sie mit einem durchschnittlichen (oder historischen) Verlauf der Sonneneinstrahlung und/oder Windstärke, insbesondere spezifisch für den geographischen Standort der Ladestation, korreliert ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Ladekurve dabei mit der jahreszeitlich variierenden Tageslänge an dem geographischen Standort der Ladestation korreliert.In a further advantageous embodiment of the device, the charging curve is specified in such a way that it is correlated with an average (or historical) course of solar radiation and/or wind strength, in particular specific to the geographic location of the charging station. In an advantageous embodiment, the charging curve is correlated with the seasonally varying day length at the geographic location of the charging station.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung ein Anpassungsmodul, das dazu eingerichtet ist, den Vorgabewerte der Ladestromstärke in Abhängigkeit von mindestens einer Angabe zu einer PV-Anlage, insbesondere der Nennleistung, der Neigung, der geographischen Position und/oder der geographischen Ausrichtung der PV-Anlage, und/oder in Anhängigkeit von einer Angabe zu einer Windkraftanlage, insbesondere der Nennleistung der Windkraftanlage, zu variieren. Das Anpassungsmodul ist wahlweise als (Hardware- oder Software-)Bestandteil der Ladestation, insbesondere der Steuerelektronik, oder eines externen Steuergeräts oder als (Software-)Bestandteil der vorstehend erwähnten Konfigurations-App implementiert.The device preferably includes an adjustment module that is set up to adjust the default values for the charging current depending on at least one piece of information about a PV system, in particular the nominal power, the inclination, the geographic position and/or the geographic orientation of the PV system, and /or to vary depending on an indication of a wind turbine, in particular the nominal power of the wind turbine. The adjustment module is optionally implemented as a (hardware or software) component of the charging station, in particular the control electronics, or an external control device or as a (software) component of the configuration app mentioned above.
Vorzugsweise ist die Steuerelektronik der Ladestation dazu eingerichtet, den Vorgabewert der Ladestromstärke in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Sonneneinstrahlung und/oder in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Windstärke an dem geographischen Standort der Ladestation zu variieren. Bei Feststellung einer hohen Strahlungsintensität (Sonnenschein) wird hierbei insbesondere die Ladekurve höher ausgeregelt als bei niedriger Strahlungsintensität (Bewölkung). Zusätzlich oder alternativ wird optional bei Feststellung einer hohen Windstärke die Ladekurve höher ausgeregelt als bei niedriger Windstärke. Diese Funktion kann im Rahmen der Erfindung alternativ auch in einem externen (d.h. nicht zu der Ladestation gehörenden) Steuergerät implementiert sein.The control electronics of the charging station are preferably set up to set the default value of the charging current depending on information about the (current or predicted) actual solar radiation and/or depending on information about the (current or predicted) actual wind strength at the geographic location of the charging station to vary. If a high radiation intensity (sunshine) is detected, the charging curve in particular is adjusted higher than with low radiation intensity (cloudy weather). Additionally or alternatively, if a high wind speed is detected, the charging curve is adjusted higher than if the wind speed is low. Within the scope of the invention, this function can alternatively also be implemented in an external (i.e. not belonging to the charging station) control unit.
Die Steuerelektronik oder das externe Steuergerät sind in vorteilhafter Ausführung dazu eingerichtet, als Information über die tatsächliche Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke Messdaten eines in die Ladestation integrierten oder mit der Ladestation verbundenen Strahlungssensors bzw. Windsensors, eines Netzspannungssensors und/oder Prognosedaten eines Wetterdienstes heranzuziehen. Die vorstehend genannten Sensoren können ein eigener Bestandteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ein. Alternativ kann die Steuerelektronik im Rahmen der Erfindung aber auch auf Daten externer Sensoren, z.B. eines Windsensors und/oder Strahlungssensors eines Smarthome-Systems oder einer Markisensteuerung, etc. zugreifen.In an advantageous embodiment, the control electronics or the external control unit are set up to use measurement data from a radiation sensor or wind sensor integrated into the charging station or connected to the charging station, a mains voltage sensor and/or forecast data from a weather service as information about the actual solar radiation or wind force pull. The sensors mentioned above can be a separate part of the device according to the invention. Alternatively, within the scope of the invention, the control electronics can also access data from external sensors, for example a wind sensor and/or radiation sensor of a smart home system or an awning control, etc.
In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung sind die Ladestation oder ein gegebenenfalls vorhandenes externes Steuergerät der Einrichtung mit einer Kommunikationselektronik, beispielsweise einem Mobilfunk-, LAN- und/oder WLAN-Adapter, zum drahtgebundenen oder drahtlosen Datenaustausch mit einem entfernten Server, insbesondere im Internet ausgerüstet, z.B. um Prognosedaten eines Wetterdienstes selbstständig abzurufen.In an expedient embodiment of the invention, the charging station or an external control unit that may be present in the device is equipped with communication electronics, for example a mobile radio, LAN and/or WLAN adapter, for wired or wireless data exchange with a remote server, in particular on the Internet. e.g. to independently call up forecast data from a weather service.
Die Ladestation umfasst weiterhin optional einen Empfänger für Signale eines globalen Positionsbestimmungssystems (z.B. einem GPS-Empfänger). Die Steuerelektronik ist hierbei dazu eingerichtet, mittels des genannten Empfängers den geographischen Standort der Ladestation selbsttätig zu bestimmen. Alternativ ist die Steuerelektronik dazu eingerichtet, mittels des genannten Empfängers den geographischen Standort der Ladestation durch Kommunikation mit einem Datenübertragungsnetzwerk (z.B. einem Mobilfunk oder WLAN-Netz) selbsttätig zu bestimmen. Wiederum alternativ kann der geographische Standort der Ladestation im Rahmen der Erfindung auch manuell (z.B. mittels der vorstehend Konfigurations-App) in der Steuerelektronik hinterlegt werden oder automatisch durch die gegebenenfalls vorhandene Konfigurations-App ermittelt und an die Ladestation übertragen werden oder bei der Erstellung der Ladekurve berücksichtigt.The charging station further optionally comprises a receiver for signals from a global positioning system (e.g. a GPS receiver). The control electronics are set up to automatically determine the geographic location of the charging station by means of the named receiver. Alternatively, the control electronics are set up to automatically determine the geographic location of the charging station by communicating with a data transmission network (e.g. a mobile radio or WLAN network) using the named receiver. Alternatively, the geographical location of the charging station can also be stored manually (e.g. using the above configuration app) in the control electronics within the scope of the invention or automatically determined by the configuration app that may be present and transmitted to the charging station or when creating the charging curve taken into account.
Die Ladestation ist vorzugsweise mit einer Echtzeituhr ausgestattet, um den Vorgabewert in Abhängigkeit der Tageszeit sowie optional des Wochentages und/oder der Stellung des aktuellen Tages im Jahr zu ermitteln.The charging station is preferably equipped with a real-time clock in order to determine the default value depending on the time of day and optionally the day of the week and/or the position of the current day of the year.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerelektronik der Ladestation mittels der Echtzeituhr über einen Jahreskalender Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangszeitpunkte. Sie errechnet zwischen diesen Zeitpunkten einen Abschätzung für die Solarstromkurve einer angeschlossenen PV-Anlage, an der sich die Ladung orientiert. Damit kennt die Ladestation die zeitliche Einordnung der zu erwartenden Solarleistung und steuert den Ladestrom z.B. zwischen 6A und 16A und/oder zwischen 1-phasigem Laden und 3-phasigem Laden. Hierdurch wird im Ergebnis - ohne Installationsaufwand für Strommessgeräte in der lokalen Stromverteilung und die Kommunikation dieser Strommessgeräte mit der Ladestation - ein hoher Solarstromanteil des Ladestroms erzielt.In an advantageous exemplary embodiment, the control electronics of the charging station use the real-time clock to determine sunrise and sunset times using an annual calendar. Between these points in time, it calculates an estimate for the solar current curve of a connected PV system, which the charge is based on. The charging station thus knows the timing of the solar power to be expected and controls the charging current, e.g. between 6A and 16A and/or between 1-phase charging and 3-phase charging. As a result, a high proportion of solar power in the charging current is achieved without the need for installing power meters in the local power distribution and without the communication of these power meters with the charging station.
Eine Kommunikation zwischen der Ladestation und einem Stromzähler oder sonstigen Strommessgerät ist bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht erforderlich und daher vorzugsweise auch nicht vorgesehen.Communication between the charging station and an electricity meter or other electricity measuring device is not necessary in any of the exemplary embodiments described above and is therefore preferably not provided either.
In allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weist die Ladestation ein (fest mit der Ladestation verbundenes) Ladekabel für ein zu ladendes E-Fahrzeug oder eine Anschlussdose (Steckdose) zum Anschluss eines Ladekabels eines zu ladenden E-Fahrzeugs auf.In all of the above-described embodiments of the invention, the charging station has a charging cable (permanently connected to the charging station) for an electric vehicle to be charged or a connection socket (socket) for connecting a charging cable of an electric vehicle to be charged.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einem schematischen Blockschaltbild eine Einrichtung zum Laden eines Elektro-Fahrzeugs (E-Fahrzeug), mit einer Ladestation, die über eine lokale Stromverteilung (hier beispielhaft eine elektrische Haustrominstallation) an ein öffentliches Stromnetz anschließbar ist, wobei die lokale Stromverteilung eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) umfasst, wobei die Ladestation einen Vorgabewert der Ladestromstärke anhand einer hinterlegten, zeitabhängigen Ladekurve bestimmt, die mit dem durchschnittlichen Verlauf der Sonneneinstrahlung an dem geographischen Standort der Ladestation korreliert ist, -
2 in drei übereinander angeordneten, chronologischen Diagrammen, drei Ausschnitte der Ladekurve für drei verschiedene Tage im Jahr, nämlich für einen Tag im Sommer (oberes Diagramm), einen Tag im Frühjahr oder Herbst (mittleres Diagramm) und einen Tag im Winter (unteres Diagramm), -
3 inDarstellung gemäß 1 eine weitere Ausführungsform der Einrichtung, mit einem Strahlungssensor zur Erfassung eines Messwerts der tatsächlichen Sonneneinstrahlung am Standort der Ladestation, wobei die Steuereinheit der Ladestation den Vorgabewert der Ladestromstärke anhand dieses Messwerts einstellt, und -
4 in drei übereinander angeordneten, chronologischen Diagrammen den zeitlichen Verlauf eines von dem Strahlungssensor der Einrichtung gemäß3 erfassten Messsignals (oberes Diagramm), eine in der Ladestation hinterlegte, zeitabhängige Ladekurve (mittleres Diagramm), und den Verlauf des Vorgabewerts der Ladestromstärke (unteres Diagramm).
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1 in a schematic block diagram, a device for charging an electric vehicle (e-vehicle), with a charging station that can be connected to a public power grid via a local power distribution (here, for example, an electrical house power installation), the local power distribution being a photovoltaic system (PV System), wherein the charging station determines a default value of the charging current based on a stored, time-dependent charging curve, which is correlated with the average course of the solar radiation at the geographic location of the charging station, -
2 in three chronological diagrams arranged one above the other, three sections of the charging curve for three different days of the year, namely for a day in summer (top diagram), a day in spring or autumn (middle diagram) and a day in winter (bottom diagram), -
3 in representation according to1 a further embodiment of the device, with a radiation sensor for detecting a measured value of the actual solar radiation at the location of the charging station, with the control unit of the charging station setting the default value of the charging current based on this measured value, and -
4 in three chronological diagrams arranged one above the other, the course over time of one of the radiation sensors of the device3 recorded measurement signal (upper diagram), a time-dependent charging curve stored in the charging station (middle diagram), and the course of the default value of the charging current (lower diagram).
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
Die Ladestation 6 umfasst eine Anschlussdose 16 (d.h. eine Steckdose, insbesondere gemäß IEC 62196 Typ 2), an die ein Ladekabel 18 des E-Fahrzeugs 4 mit einem entsprechenden Ladestecker 20 anschließbar ist. Alternativ zu der Anschlussdose 16 kann die Ladestation 6 auch mit einem fest angebrachten Ladekabel versehen sein.The charging station 6 includes a connection socket 16 (i.e. a socket, in particular according to IEC 62196 Type 2) to which a charging
Zusätzlich zu der Anschlussdose 16 umfasst die Ladestation 6 einen elektrischen Leistungsschalter 22, der in eine die Hausstrominstallation 8 mit der Anschlussdose 16 verbindende Hauptstromleitung 24 der Ladestation 6 schaltbar ist, um einen dem E-Fahrzeug 4 zuzuführenden Ladestrom IL freizugeben oder zu sperren.In addition to the
Die Ladestation 6 umfasst außerdem eine Steuerelektronik 26, die beispielsweise durch einen Mikrocontroller oder einen Einplatinen-Computer gebildet ist. Die nachstehend näher beschriebenen Funktionen der Steuerelektronik 26 sind dabei in Form einer Software (Firmware 28) implementiert, die lauffähig in der Steuerelektronik 26 installiert ist. Die Steuerelektronik 26 ist über Datenleitungen 30 und 32 mit der Anschlussdose 16 bzw. dem Leistungsschalter 22 verbunden.The charging station 6 also includes
Die Steuerelektronik 26 umfasst weiterhin eine nur angedeutete Sende- und Empfangseinheit (Transceiver 34), die eine drahtlose Kommunikation der Steuerelektronik 26 mit weiteren elektronischen Geräten, z.B. mittels Bluetooth, ermöglicht.The
Im Betrieb versorgt die Ladestation 6 das zu ladende und hierzu mittels des Ladekabels 18 an die Ladestation 6 angeschlossene E-Fahrzeug 4 mit dem Ladestrom IL, der je nach Verfügbarkeit und Bedarf zu variierenden Anteilen aus einem vom der PV-Anlage 14 erzeugten Solarstrom IS und einem aus dem Stromnetz 12 gezogenen Netzstrom IN gespeist wird.During operation, the charging station 6 supplies the
Die Steuerelektronik 6 initiiert einen Ladevorgang auf Anforderung eines Nutzers oder bei Erkennung des angeschlossenen E-Fahrzeugs 4, indem sie einerseits den Leistungsschalter 22 durch entsprechende Ansteuerung über die Datenleitung 32 öffnet und andererseits durch Kommunikation mit einer Ladesteuerung des E-Fahrzeugs 4 (über die Datenleitung 30, die Anschlussdose 16 und das Ladekabel 18) den Ladevorgang freigibt. Hierbei gibt die Steuerelektronik 26 an die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs 4 auch einen Vorgabewert V aus, der die maximale Ladestromstärke des von dem E-Fahrzeug 4 aus der Ladestation 6 zu beziehenden Ladestroms IL angibt. Der Vorgabewert V wird von der Steuerelektronik 26 im Beispiel gemäß
Die Steuerelektronik 26 bestimmt den Vorgabewert V dabei anhand einer in der Ladestation 6 selbst (insbesondere in einem Datenspeicher der Steuerelektronik 26) in Abhängigkeit von der Zeit t hinterlegten Ladekurve L (mit L = L(t)), z. B. nach der Formel
Hierin steht der Parameter k für eine konfigurierbare, also hinsichtlich ihres Werts änderbare, im Betrieb der Ladestation 6 aber konstante Größe.Here, the parameter k stands for a variable that is configurable, that is, variable in terms of its value, but constant during operation of the charging station 6 .
Die Ladekurve L ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung 2 als Stützstellentabelle realisiert, die im Rahmen einer vorgegebenen zeitlichen Auflösung (z.B. im Abstand von jeweils 5 Minuten) für jeden Zeitpunkt im Jahresverlauf einen bestimmte zugeordneten Wert aufweist. Die Steuerelektronik 26 weist beispielsweise eine Echtzeituhr auf und liest anhand der von dieser Uhr ausgegebenen Zeit t (also z.B. alle 5 Minuten) sukzessive Wert für Wert aus der Stützstellentabelle aus.In a preferred embodiment of the device 2, the charging curve L is implemented as a support point table which has a specific assigned value for each point in time in the course of the year within the framework of a predetermined time resolution (e.g. at intervals of 5 minutes). The
Wie in den Diagrammen der
Vorzugsweise weist die Ladekurve L für jeden Tag im Jahr einen spezifisch auf diesen Tag zugeschnittenen Tagesverlauf auf. Wie aus den Diagrammen der
Zur Erstellung der Ladekurve L weist die Einrichtung 2 zusätzlich zu der Ladestation 4 eine Software-Applikation (nachfolgend Konfigurations-App 36) auf, die in dem dargestellten Beispiel auf einem Smartphone 38 installiert ist. Anders als die Konfigurations-App 36 ist das Smartphone 38 hierbei kein Bestandteil der Einrichtung 2, sondern wird von dieser nur als externe Ressource für Rechenleistung, Speicherplatz und Kommunikationsdienste genutzt.To create the charging curve L, the device 2 has a software application (hereinafter configuration app 36) in addition to the charging
Vor der Inbetriebnahme der Ladestation 6 wird die Konfigurations-App 36 mit der Firmware 28 der Steuerelektronik 26 über eine insbesondere drahtlose Datenübertragungsstrecke 40 (vorzugsweise mittels Bluetooth) verbunden. Die Konfigurations-App 36 greift hierbei auf eine entsprechende Sende- und Empfangseinheit des Smartphones 38 zu, die eine datenübertragungstechnische Verbindung zu dem Transceiver 34 der Ladestation 6 herstellt.Before the charging station 6 is put into operation, the configuration app 36 is connected to the
Die Erstellung der Ladekurve L kann durch Interaktion eines Nutzers (insbesondere eines Technikers oder Besitzers der Ladestation 6) mit der Konfigurations-App 36 gestartet werden.The creation of the charging curve L can be started by a user (in particular a technician or owner of the charging station 6) interacting with the configuration app 36 .
Die Konfigurations-App 36 fordert den Nutzer in diesem Fall zur Eingabe folgender Angaben auf:
- a) geographischer Standort der Ladestation 6, z.B. in Form einer Postleitzahl
- b) optional Nennleistung der PV-
Anlage 14, - c) optional Neigung der PV-
Anlage 14, und - d) optional geographische Ausrichtung der PV-
Anlage 14 bezüglich der Himmelsrichtungen (insbesondere Azimutwinkel).
- a) geographic location of the charging station 6, for example in the form of a zip code
- b) optional rated power of the
PV system 14, - c) optional inclination of the
PV system 14, and - d) optional geographic orientation of the
PV system 14 with respect to the cardinal points (in particular azimuth angle).
Alternativ zu Punkt a) ist die Konfigurations-App 36 dazu ausgebildet, den geographischen Standort durch Zugriff auf einen GPS-Sensor des Smartphones 38 oder Auswertung der Mobilfunkzelle, in der das Smartphone 38 angemeldet ist, automatisch zu bestimmen.As an alternative to point a), the configuration app 36 is designed to automatically determine the geographic location by accessing a GPS sensor on the
Anhand des geographischen Standorts lädt die Konfigurations-App 36 automatisch durch Verbindung mit dem Internet Daten über die jahreszeitlich variierende Tageslänge und den durchschnittlichen Verlauf der Sonneneinstrahlung am Standort der Ladestation 6 für jeden Tag des Jahres herunter. Diese Daten werden beispielsweise auf einem Server des Herstellers der Einrichtung 2 zur Verfügung gestellt oder aus öffentlich zugänglichen Quellen bezogen.Based on the geographical location, the configuration app 36 automatically downloads data on the seasonally varying length of days and the average course of the solar radiation at the location of the charging station 6 for each day of the year by connecting to the Internet. This data is made available, for example, on a server belonging to the manufacturer of the device 2 or obtained from publicly accessible sources.
Die Konfigurations-App 36 erstellt anhand dieser Daten die Ladekurve L derart, dass der Tagesverlauf der Ladekurve L für jeden Tag des Jahres an den Verlauf der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung angepasst wird.The configuration app 36 uses this data to create the charging curve L in such a way that the daily course of the charging curve L is adapted to the course of the average solar radiation for each day of the year.
Sofern der Nutzer die unter b) bis d) aufgezählten Daten über die PV-Anlage 14 angibt, wird die Ladekurve L durch ein - hier als Teil der Konfigurations-App 36 implementiertes - Anpassungsmodul 42 entsprechend der baubedingten Effizienzkurve der PV-Anlage 14 modifiziert.
Optional ist die Konfigurations-App 36 derart programmiert, dass die Angaben b) bis d) zu mehreren PV-Anlagen eingegeben werden können. Aus diesen Angaben berechnet das Anpassungsmodul 42 in diesem Fall den durchschnittlichen Verlauf des von den mehreren PV-Anlagen gelieferten Gesamt-Solarstroms und berücksichtigt diese Größe bei der Erstellung der Ladekurve L.The configuration app 36 is optionally programmed in such a way that the information b) to d) can be entered for a number of PV systems. In this case, the
Die so erstellte Ladekurve L wird von der Konfigurations-App 36 anschließend über die Datenübertragungsstrecke 40 auf die Steuerelektronik 26 übertragen und dort für die spätere Nutzung im Betrieb der Ladestation 6 abgespeichert. Die Konfiguration-App 36 wird anschließend vorzugsweise von der Ladestation 6 datenübertragungstechnisch getrennt. Im Betrieb der Ladestation 6 ist eine datenübertragungstechnische Verbindung der Ladestation 6 zu der Konfigurations-App 36 oder weiteren elektronischen Komponenten (außer dem E-Fahrzeug 4) nicht erforderlich und regelmäßig auch nicht vorhanden.The charging curve L created in this way is then transmitted by the configuration app 36 via the
Das in
In der Ausführung der Einrichtung 2 gemäß
Die Ladekurve L ist in diesem Fall vorzugsweise nur über die Dauer eines Tages definiert und wird somit jeden Tag in gleicher Weise abgefahren. Weiterhin wird die Ladekurve L hier zweckmäßigerweise derart durch die Konfigurations-App 36 erstellt, dass sie nur die - sich aus den vorstehenden aufgezählten Angaben b) bis d) zu der PV-Anlage 14 ergebende - Effizienzkurve der PV-Anlage 14 wiedergibt.In this case, the charging curve L is preferably only defined over the duration of one day and is therefore followed in the same way every day. Furthermore, the charging curve L is expediently created here by the configuration app 36 in such a way that it only reproduces the efficiency curve of the
Die Information über die Sonneneinstrahlung am Standort der Ladestation 14, und somit die Information über den verfügbaren Solarstrom wird in der Ausführung gemäß
In
Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist auf diese Ausführungsbeispiele aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die an den beiden vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale der Einrichtung im Rahmen der Ansprüche auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.The invention is particularly clear from the exemplary embodiments described above, but is not limited to these exemplary embodiments. Rather, further embodiments of the invention can be derived from the claims and the above description. In particular, the individual features of the device described in the two exemplary embodiments above can also be combined with one another in other ways within the scope of the claims.
BezugszeichenlisteReference List
- 22
- EinrichtungFurnishings
- 44
- E-Fahrzeugelectric vehicle
- 66
- Ladestationcharging station
- 88th
- Hausstrominstallationhome power installation
- 1010
- Netzverknüpfungspunktnetwork connection point
- 1212
- Stromnetzpower grid
- 1414
- PV-AnlagePV system
- 1616
- Anschlussdosejunction box
- 1818
- Ladekabelcharging cable
- 2020
- Ladesteckercharging plug
- 2222
- Leistungsschaltercircuit breaker
- 2424
- Hauptstromleitungmain power line
- 2626
- Steuerelektronikcontrol electronics
- 2828
- Firmwarefirmware
- 3030
- Datenleitungdata line
- 3232
- Datenleitungdata line
- 3434
- Transceivertransceivers
- 3636
- Konfigurations-Appconfiguration app
- 3838
- Smartphonesmart phone
- 4040
- Datenübertragungsstreckedata link
- 4242
- Anpassungsmodulcustomization module
- 4444
- Strahlungssensorradiation sensor
- 4646
- Datenübertragungsverbindung data transfer connection
- tt
- ZeitTime
- tAta
- Zeitpunkt (des Sonnenaufgangs)time (of sunrise)
- tUdo
- Zeitpunkt (des Sonnenuntergangs)time (of sunset)
- ILIL
- Ladestromcharging current
- ININ
- Netzstrommains power
- ISIS
- Solarstromsolar power
- LL
- Ladekurvecharging curve
- LmaxLmax
- Maximalwertmaximum value
- Lminmin
- Minimalwertminimum value
- MM
- Messsignalmeasurement signal
- M0M0
- Schwellwertthreshold
- VV
- Vorgabewertdefault value
- Vminmin
- Minimumminimum
- VmaxV max
- Maximummaximum
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021213626.5A DE102021213626A1 (en) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | Optimized charging management for a charging station |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021213626.5A DE102021213626A1 (en) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | Optimized charging management for a charging station |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021213626A1 true DE102021213626A1 (en) | 2023-06-01 |
Family
ID=86316915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021213626.5A Pending DE102021213626A1 (en) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | Optimized charging management for a charging station |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Citations (5)
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---|---|---|---|---|
DE102012105029A1 (en) | 2011-06-14 | 2012-12-20 | Denso Corporation | Electric power supply system |
DE102013002078A1 (en) | 2013-02-06 | 2013-08-29 | Daimler Ag | Method for charging battery of e.g. fully electrically driven vehicle, involves considering user requirements, boundary conditions and amount of electrical solar energy during determination and adjustment of loading profiles |
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-
2021
- 2021-12-01 DE DE102021213626.5A patent/DE102021213626A1/en active Pending
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Date | Code | Title | Description |
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