DE102022003937A1 - Energy distribution device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Energieverteilvorrichtung (100) zum Laden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs (20), wenigstens umfassend einen Wechselrichter (10), insbesondere einer Photovoltaikanlage (32), wobei der Wechselrichter (10) wenigstens eine erste DC-Schnittstelle (12) zur elektrischen Kopplung eines Hochvoltspeichers des Fahrzeugs (50) aufweist, sowie eine Kommunikationseinrichtung (20) zur Kommunikation zwischen dem Wechselrichter (10) und dem Fahrzeug (50), welche wenigstens zeitweise zwischen den Wechselrichter (10) und das Fahrzeug (50) elektrisch gekoppelt ist.The invention relates to an energy distribution device (100) for charging an electrically operable vehicle (20), at least comprising an inverter (10), in particular a photovoltaic system (32), wherein the inverter (10) has at least a first DC interface (12) for electrically coupling a high-voltage storage device of the vehicle (50), and a communication device (20) for communication between the inverter (10) and the vehicle (50), which is at least temporarily electrically coupled between the inverter (10) and the vehicle (50).
Description
Die Erfindung betrifft eine Energieverteilvorrichtung zum Laden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs.The invention relates to an energy distribution device for charging an electrically operated vehicle.
Durch die Umstellung auf Elektromobilität werden große Speicherkapazitäten für elektrische Energie geschaffen, die aber lediglich für kurze Strecken, beispielsweise für den Arbeitsweg, genutzt werden. Diese Kapazitäten könnten durch intelligente Verknüpfung für Netzstabilisierung oder Spitzenlastabdeckung genutzt werden, was aber die Möglichkeit bidirektionalen Ladens erfordert, da es nötig ist, elektrische Energie nicht nur in die Fahrzeugbatterie zu laden, sondern auch der Fahrzeugbatterie wieder zu entnehmen.The switch to electromobility creates large storage capacities for electrical energy, but these are only used for short distances, for example for the commute to work. These capacities could be used for grid stabilization or peak load coverage through intelligent linking, but this requires the possibility of bidirectional charging, as it is necessary not only to charge electrical energy into the vehicle battery, but also to remove it from the vehicle battery again.
Dieses sogenannte bidirektionale Laden mit elektrisch betreibbaren Fahrzeugen erfordert üblicherweise bidirektionale Ladeeinrichtungen, wie beispielsweise spezielle Wallboxen, mit doppelter Hardware auf Grund des erforderlichen Wechselrichters, was kostenintensiv und ineffizient ist. Die zusätzliche nötige Hardware im Fahrzeug verursacht außerdem ein höheres Fahrzeuggewicht.This so-called bidirectional charging with electrically operated vehicles usually requires bidirectional charging devices, such as special wall boxes, with double hardware due to the required inverter, which is costly and inefficient. The additional hardware required in the vehicle also causes the vehicle to weigh more.
Die
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Energieverteilvorrichtung zum Laden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zu schaffen.An object of the invention is to provide an improved energy distribution device for charging an electrically operated vehicle.
Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.The above-mentioned problem is solved with the features of the independent claim.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Energieverteilvorrichtung zum Laden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wenigstens umfassend einen Wechselrichter, insbesondere einer Photovoltaikanlage, wobei der Wechselrichter wenigstens eine erste DC-Schnittstelle zur elektrischen Kopplung eines Hochvoltspeichers des Fahrzeugs aufweist, sowie eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation zwischen dem Wechselrichter und dem Fahrzeug, welche wenigstens zeitweise zwischen den Wechselrichter und das Fahrzeug elektrisch gekoppelt ist.According to one aspect of the invention, an energy distribution device for charging an electrically operated vehicle is proposed, comprising at least one inverter, in particular a photovoltaic system, wherein the inverter has at least a first DC interface for electrically coupling a high-voltage storage device of the vehicle, and a communication device for communication between the inverter and the vehicle, which is at least temporarily electrically coupled between the inverter and the vehicle.
Ein Wechselrichter, beispielsweise einer DC-Hausphotovoltaikanlage mit Stromanschluss an ein AC-Hausnetz und entsprechender optionaler öffentlicher AC-Netzanbindung und auch optionaler stationärem DC-Energiespeicher kann normalerweise aus der DC-Spannung der Photovoltaikanlage auch eine DC-Spannung für eine Fahrzeugbatterie erzeugen, was eigentlich einem DC-Anschluss für einen stationären Energiespeicher entspricht. Nur stimmen üblicherweise die Kommunikation und Ladeprotokolle zwischen dem Wechselrichter und dem Fahrzeug nicht überein.An inverter, for example of a DC home photovoltaic system with a power connection to an AC home network and a corresponding optional public AC network connection and also an optional stationary DC energy storage device, can normally generate a DC voltage for a vehicle battery from the DC voltage of the photovoltaic system, which actually corresponds to a DC connection for a stationary energy storage device. However, the communication and charging protocols between the inverter and the vehicle usually do not match.
Mit der Kommunikationseinrichtung der vorgeschlagenen Energieverteileinrichtung ist es möglich, das Fahrzeug zum bidirektionalen Laden direkt an den Wechselrichter einer Photovoltaikanlage anzuschließen, ohne dass hier eine weitere Umwandlung der elektrischen Leistung zuerst in das AC-Hausnetz und/oder in das öffentliche AC-Netz und dann in der Wallbox und/oder Ladesäule wieder zurück nach DC erfolgen muss. Die Kommunikationseinrichtung übernimmt in vorteilhafter Weise die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Wechselrichter, übersetzt die Protokolle bzw. wandelt die Protokolle um. Dadurch kann der Wechselrichter die entsprechenden DC-Spannungen zur Verfügung stellen und auch das Fahrzeug auf den Ladevorgang einstellen..With the communication device of the proposed energy distribution device, it is possible to connect the vehicle directly to the inverter of a photovoltaic system for bidirectional charging, without the need for further conversion of the electrical power first into the AC home network and/or the public AC network and then back to DC in the wall box and/or charging station. The communication device advantageously takes over the communication between the vehicle and the inverter, translates the protocols or converts the protocols. This enables the inverter to provide the appropriate DC voltages and also adjust the vehicle to the charging process.
Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise eine Umwandlung der elektrischen Leistung sparen und direkt eine DC-Spannung ins Fahrzeug einspeisen bzw. bi-direktional auch wieder aus dem Fahrzeug in den Wechselrichter und von dort in einen stationären Energiespeicher oder den Hausanschluss einspeisen.This advantageously saves the need to convert electrical power and allows DC voltage to be fed directly into the vehicle or bi-directionally from the vehicle into the inverter and from there into a stationary energy storage unit or the house connection.
Dadurch ergeben sich vorteilhaft Kosteneinsparungen. Wandlungsverluste können vermieden werden. Bidirektionales Laden kann so schnellere Verbreitung finden.This results in advantageous cost savings. Conversion losses can be avoided Bidirectional charging can thus spread more quickly.
Fahrzeugbatterien können günstigerweise zur Netzstabilisierung genutzt werden, da Fahrzeugbatterien vorteilhaft in Hausnetze und Versorgungsnetze integriert werden können. Der Fahrzeugnutzer selbst kann so auch günstig am Regelenergiemarkt teilnehmen.Vehicle batteries can be used to stabilize the grid, as they can be easily integrated into domestic and utility networks. This also allows the vehicle user to participate in the balancing energy market at a reasonable cost.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann die erste DC-Schnittstelle bidirektional ausgebildet sein. Vorteilhaft lässt sich so eine DC-Spannung ins Fahrzeug einspeisen bzw. bi-direktional auch wieder aus dem Fahrzeug in den Wechselrichter und von dort in einen stationären Energiespeicher oder den Hausanschluss einspeisen.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, the first DC interface can be bidirectional. This advantageously allows a DC voltage to be fed into the vehicle or bidirectionally from the vehicle into the inverter and from there into a stationary energy storage device or the house connection.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann der Wechselrichter eine AC-Schnittstelle zu einem elektrischen Haus- und/oder Netzanschluss aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Wechselrichter eine zweite DC-Schnittstelle zu der Photovoltaikanlage aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Wechselrichter eine dritte DC-Schnittstelle zu einem stationären Energiespeicher aufweisen. Auf diese Weise kann elektrische Energie zwischen dem Fahrzeug, dem elektrischen Haus- und/oder Netzanschluss, der Photovoltaikanlage und dem stationären Energiespeicher über den Wechselrichter austauschen. Zur Steuerung und Kommunikation kann vorteilhaft die Kommunikationseinrichtung dienen.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, the inverter can have an AC interface to an electrical house and/or grid connection. Alternatively or additionally, the inverter can have a second DC interface to the photovoltaic system. Alternatively or additionally, the inverter can have a third DC interface to a stationary energy storage device. In this way, electrical energy can be exchanged between the vehicle, the electrical house and/or grid connection, the photovoltaic system and the stationary energy storage device via the inverter. The communication device can advantageously be used for control and communication.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann die Kommunikationseinrichtung als separate Einheit ausgebildet sein, welche zwischen die erste DC-Schnittstelle des Wechselrichters und das Fahrzeug elektrisch gekoppelt ist. Die Kommunikationseinheit kann so eine separate Einheit darstellen, die einen Eingang und einen Ausgang mit beispielsweise Steckverbindungen aufweist, um in der ersten DC-Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Wechselrichter geschaltet werden zu können.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, the communication device can be designed as a separate unit which is electrically coupled between the first DC interface of the inverter and the vehicle. The communication unit can thus represent a separate unit which has an input and an output with, for example, plug connections in order to be able to be switched in the first DC interface between the vehicle and the inverter.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann die Kommunikationseinrichtung in den Wechselrichter integriert sein. Alternativ kann die Kommunikationseinrichtung auch Teil des Wechselrichters sein, der dann direkt einen Fahrzeugladeanschluss aufweist.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, the communication device can be integrated into the inverter. Alternatively, the communication device can also be part of the inverter, which then directly has a vehicle charging connection.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann die Kommunikationseinrichtung in das Fahrzeug integriert sein. Alternativ kann die Kommunikationseinrichtung auch Teil des Fahrzeugs sein, welches dann erkennt, dass das Ladekabel nicht an einer „normalen“ Ladestation angeschlossen ist, sondern beispielsweise an einen Wechselrichter eines Hausanschlusses und daher gleich die Wechselrichterprotokolle entsprechend umsetzt und über den Ladeanschluss ausgibt.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, the communication device can be integrated into the vehicle. Alternatively, the communication device can also be part of the vehicle, which then recognizes that the charging cable is not connected to a "normal" charging station, but rather to an inverter of a house connection, for example, and therefore immediately implements the inverter protocols accordingly and outputs them via the charging connection.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann die Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation zwischen Wechselrichter und Fahrzeug ausgebildet sein. Dadurch können vorteilhaft zusätzliche Steckverbindungen vermieden werden.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, the communication device can be designed for wireless communication between the inverter and the vehicle. This advantageously makes it possible to avoid additional plug connections.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter und dem Fahrzeug über ein DC-Ladekabel, insbesondere nach einem CCS- oder CHAdeMO-Ladestandard, herstellbar sein. Die DC-Verbindung kann rein technisch mit den üblichen DC-Ladekabeln, wie beispielsweise nach dem. CCS- oder CHAdeMO-Ladestandard, hergestellt werden, wobei dann die Anschlussstelle am Haus die DC-Spannung des Wechselrichters aufweist und zwischen Fahrzeug und Wechselrichter dann die Kommunikationseinheit zwischengeschaltet ist, damit die Kommunikation und die Ladeprotokolle entsprechend der beiden unterschiedlichen Systemen umgesetzt werden können.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, an electrical connection between the inverter and the vehicle can be established via a DC charging cable, in particular according to a CCS or CHAdeMO charging standard. The DC connection can be established purely technically with the usual DC charging cables, such as according to the CCS or CHAdeMO charging standard, whereby the connection point at the house then has the DC voltage of the inverter and the communication unit is then connected between the vehicle and the inverter so that the communication and the charging protocols can be implemented according to the two different systems.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann die Kommunikationseinrichtung wenigstens zur Kommunikation zwischen Wechselrichter und Fahrzeug und/oder zur Übermittlung und/oder Umwandlung von Ladeprotokollen ausgebildet sein. Damit ist es möglich, das Fahrzeug und den Wechselrichter so zu steuern, dass elektrische Energie bidirektional zwischen Fahrzeug und den an den Wechselrichter angeschlossenen Komponenten und verschiedenen elektrischen Netzen übertragen werden kann.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, the communication device can be designed at least for communication between the inverter and the vehicle and/or for transmitting and/or converting charging protocols. This makes it possible to control the vehicle and the inverter in such a way that electrical energy can be transmitted bidirectionally between the vehicle and the components connected to the inverter and various electrical networks.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energieverteilvorrichtung kann elektrische Energie von dem Hochvoltspeicher des Fahrzeugs über den Wechselrichter in den elektrischen Haus- und/oder Netzanschluss und/oder in den stationären Energiespeicher übertragbar sein. Damit können unnötige Umwandlungsverluste beim Übertragen der elektrischen Energie vermieden und dadurch Kosten eingespart werden.According to an advantageous embodiment of the energy distribution device, electrical energy can be transferred from the vehicle's high-voltage storage unit via the inverter to the electrical house and/or grid connection and/or to the stationary energy storage unit. This avoids unnecessary conversion losses when transferring electrical energy and thus saves costs.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. The drawings show an embodiment of the invention. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further useful combinations.
Dabei zeigen:
-
1 eine Systemübersicht einer Energieverteilvorrichtung zum Laden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine Systemübersicht einer Energieverteilvorrichtung zum Laden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
3 eine Systemübersicht einer Energieverteilvorrichtung zum Laden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a system overview of an energy distribution device for charging an electrically operated vehicle according to an embodiment of the invention; -
2 a system overview of an energy distribution device for charging an electrically operated vehicle according to a further embodiment of the invention; and -
3 a system overview of an energy distribution device for charging an electrically operated vehicle according to a further embodiment of the invention.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with identical reference symbols. The figures show only examples and are not to be understood as limiting.
Die Energieverteilvorrichtung 100 umfasst wenigstens einen Wechselrichter 10, welcher eine erste DC-Schnittstelle 12 zur elektrischen Kopplung eines Hochvoltspeichers des Fahrzeugs 50 aufweist, sowie eine Kommunikationseinrichtung 20 zur Kommunikation zwischen dem Wechselrichter 10 und dem Fahrzeug 50, welche wenigstens zeitweise zwischen den Wechselrichter 10 und das Fahrzeug 50 elektrisch gekoppelt ist.The
Der Wechselrichter 10 ist über eine zweite DC-Schnittstelle 16 mit der Photovoltaikanlage 32 elektrisch gekoppelt, über eine AC-Schnittstelle 14 mit einem elektrischen Haus- und/oder Netzanschluss 30 gekoppelt und über eine dritte DC-Schnittstelle 18 mit einem stationären Energiespeicher 34 gekoppelt.The
Die Kommunikationseinrichtung 20 ist als separate Einheit 22 ausgebildet, welche zwischen die erste DC-Schnittstelle 12 des Wechselrichters 10 und das Fahrzeug 50 elektrisch gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Kommunikationseinrichtung 20 über Steckverbindungen über ein Ladekabel mit dem Fahrzeug 50 und dem Wechselrichter 10 elektrisch verbunden sein.The
Die Kommunikationseinrichtung 20 ist dabei wenigstens zur Kommunikation zwischen Wechselrichter 10 und Fahrzeug 50 und/oder zur Übermittlung und/oder Umwandlung von Ladeprotokollen ausgebildet.The
Die elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter 10 und dem Fahrzeug 50 kann beispielsweise über ein DC-Ladekabel, insbesondere nach einem CCS- oder CHAdeMO-Ladestandard, hergestellt werden.The electrical connection between the
Mit Hilfe der Kommunikationseinrichtung 20 der vorgeschlagenen Energieverteileinrichtung 100 ist es möglich, das Fahrzeug 50 zum bidirektionalen Laden direkt an den Wechselrichter 10 einer Photovoltaikanlage 32 anzuschließen, ohne dass hier eine weitere Umwandlung der elektrischen Leistung zuerst in das AC-Hausnetz 30 und/oder in das öffentliche AC-Netz und dann in der Wallbox und/oder Ladesäule wieder zurück nach DC erfolgen muss. Die Kommunikationseinrichtung 20 übernimmt in vorteilhafter Weise die Kommunikation zwischen Fahrzeug 50 und Wechselrichter 10, übersetzt die Protokolle bzw. wandelt die Protokolle um. Dadurch kann der Wechselrichter 10 die entsprechenden DC-Spannungen zur Verfügung stellen und auch das Fahrzeug 50 auf den Ladevorgang einstellen.With the help of the
Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise eine Umwandlung der elektrischen Leistung sparen und direkt eine DC-Spannung ins Fahrzeug 50 einspeisen bzw. bi-direktional auch wieder aus dem Fahrzeug 50 in den Wechselrichter 10 und von dort in einen stationären Energiespeicher 34 oder den Hausanschluss 30 einspeisen.In this way, it is advantageous to save the conversion of electrical power and to feed a DC voltage directly into the
Die AC-Schnittstelle 14 zu dem elektrischen Haus- und/oder Netzanschluss 30 und die dritte DC-Schnittstelle 18 zu dem stationären Energiespeicher 34 können dabei optional ausgebildet sein. Weist der Wechselrichter 10 diese Schnittstellen 14, 18 auf, kann vorteilhaft elektrische Energie von dem Hochvoltspeicher des Fahrzeugs 50 über den Wechselrichter 10 in den elektrischen Haus- und/oder Netzanschluss 30 und/oder in den stationären Energiespeicher 34 übertragen werden.The
In
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Kommunikationseinrichtung 20 zur drahtlosen Kommunikation zwischen Wechselrichter 10 und Fahrzeug 50 ausgebildet sein. Dabei ist die Kommunikationseinrichtung 20 unabhängig von Kabelverbindungen und kann direkt mit Fahrzeug 50 und Wechselrichter 10 kommunizieren. Dies ist auch unabhängig davon, ob die Kommunikationseinrichtung 20 im Wechselrichter 10, oder im Fahrzeug 50 integriert oder als separate Einheit 22 ausgebildet ist.In an alternative embodiment not shown, the
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- WechselrichterInverter
- 1212
- erste DC-Schnittstellefirst DC interface
- 1414
- AC-SchnittstelleAC interface
- 1616
- zweite DC-Schnittstellesecond DC interface
- 1818
- dritte DC-Schnittstellethird DC interface
- 2020
- KommunikationseinrichtungCommunication facility
- 2222
- separate Einheitseparate unit
- 3030
- Haus- und/oder NetzanschlussHouse and/or grid connection
- 3232
- PhotovoltaikanlagePhotovoltaic system
- 3434
- stationärer Energiespeicherstationary energy storage
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- 100100
- EnergieverteilvorrichtungEnergy distribution device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 20130113413 A1 [0004]US 20130113413 A1 [0004]
Claims (10)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102022003937A1 true DE102022003937A1 (en) | 2024-04-25 |
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2022
- 2022-10-24 DE DE102022003937.0A patent/DE102022003937A1/en active Pending
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