DE102022112277A1 - Versorgungseinheit zur Wandmontage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Versorgungseinheit zur Wandmontage (Wallbox) an oder in einem Gebäude, die eine Energieversorgung für das Gebäude und für die Wechselstromladung eines Elektrofahrzeugs (BEV, PHEV) bereitstellt sowie Kommunikation über eine Satellitenverbindung ermöglicht und ein Verfahren zum Betreiben der Versorgungseinheit.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Versorgungseinheit zur Wandmontage (Wallbox) an oder in einem Gebäude, die eine Energieversorgung für das Gebäude und für die Wechselstromladung eines Elektrofahrzeugs (BEV, PHEV) bereitstellt sowie Kommunikation über eine Satellitenverbindung ermöglicht und ein Verfahren zum Betreiben der Versorgungseinheit.
  • Es sind wandmontierte Wechselstrom-Ladeeinrichtungen (Wallboxen) bekannt, welche zur Ladung von PHEV und BEV Fahrzeugen dienen. Es sind auch Pufferspeicher (Powerwall) bekannt, welche zur Pufferung von elektrischer Energie dienen, z. B. der von einer Photovoltaikanlage erzeugten elektrischen Energie, oder um den Bezug von elektrischer Energie bei günstigen Stromkosten und Abgabe bei hohen Stromkosten zu ermöglichen, oder für die Notstromversorgung eines Hauses. Es sind ferner Satellitenkommunikationseinheiten, welche zur Versorgung mit Breitband-Internet dienen, und Schnellladesäulen (Gleichstrom Ladeeinrichtungen) mit Satellitenkommunikation bekannt.
  • Aus der US 2013 / 080 254 A1 geht ein Solardach hervor, das mindestens eine Photovoltaik-Zelle zum Bereitstellen von Energie umfasst. Die Energie wird als erneuerbare Energiequelle für eine Station verwendet, die mindestens einen zur drahtlosen Kommunikation fähigen Prozessor umfasst, der eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit einem mobilen Prozessor in einem Übertragungsbereich herstellt. Daten werden von dem Prozessor über die Kommunikationsverbindung an das mobilfunkfähige Gerät übertragen, wobei sich die Daten auf Informationen beziehen, die mit örtlichen Einrichtungen wie beispielsweise Geschäften, Restaurants, Regierungsbehörden oder dergleichen verbunden sind. Das Solardach kann auch an eine Batterie gekoppelt werden, die eine Fahrzeugbatterie eines Elektroautos oder eines Elektrorollers sein kann. Das Solardach liefert elektrische Energie entweder direkt an die Batterie oder über einen Spannungsregler und optional eine Speichereinrichtung.
  • Die US 2011 / 258 112 A1 offenbart ein System und Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs über eine an einer Wallbox montierte elektrische Steckdose oder eine Steckdose, die elektrisch mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Verbindung zwischen einem Kommunikationsmodul der an der Wallbox montierten elektrischen Steckdose oder der Einstecksteckdose und einem Kommunikationsnetzwerk; das Empfangen von Daten über elektrische Energiequellen; und das automatische Steuern des Ladens einer elektrischen Speichervorrichtung des Fahrzeugs basierend auf den Daten der elektrischen Energiequelle.
  • Die US 2017 / 106 764 A1 betrifft eine batterieunterstützte Ladestation. Ein Batteriesystem, das mehrere Batterien und eine Batterieverwaltungssystemsoftware umfasst, die den Betrieb des Batteriesystems steuert, wirkt mit einem Fahrzeugladesystem zusammen, das Elektrofahrzeuge unter Verwendung von gespeicherter Energie, die von einem Batteriesystem bereitgestellt wird, oder Energie, die von einem Versorgungsnetz bereitgestellt wird, lädt.
  • Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche auch in Krisenlagen, bei denen Ausfälle der öffentlichen Stromversorgung und/oder der terrestrischen Kommunikation auftreten, eine sichere Versorgung eines Gebäudes zu ermöglichen, oder in entlegenen Gegenden, in denen keine terrestrische Kommunikation zur Verfügung steht, oder in Gebäuden, die über keine terrestrische Kommunikation verfügen, Kommunikations- bzw. Internetverbindungen bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine Versorgungseinheit zur Wandmontage an oder in einem Gebäude, umfassend einen Pufferspeicher für elektrische Energie, eine Wechselstrom-Ladestation, eine Satellitenkommunikationseinheit, mindestens eine bidirektionale Ladebuchse für Elektrofahrzeuge, und mindestens eine Stromanbindung an das öffentliche Stromnetz.
  • Die erfindungsgemäße Versorgungseinheit stellt eine Energieversorgung für das Gebäude und/oder für eine Wechselstrom ladung und/oder eine Gleichstromladung eines Elektrofahrzeugs (BEV, PHEV) bereit und ermöglicht eine Kommunikation über eine Satellitenverbindung.
  • Die erfindungsgemäße Versorgungseinheit umfasst mindestens eine bidirektionale Ladebuchse für Elektrofahrzeuge. In einer Ausführungsform der Versorgungseinheit ist eine bidirektionale Ladedose mit dem Pufferspeicher verbunden. Über die bidirektionale Ladebuchse kann elektrische Energie zwischen dem Pufferspeicher und einem Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs (BEV, PHEV) ausgetauscht werden, d.h. der Pufferspeicher kann durch den Energiespeicher des Elektrofahrzeugs aufgeladen werden oder der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs kann durch den Pufferspeicher aufgeladen werden. In einer weiteren Ausführungsform der Versorgungseinheit ist eine bidirektionale Ladedose mit der Wechselstrom-Ladestation verbunden. Über die bidirektionale Ladebuchse kann elektrische Energie zwischen der Wechselstrom-Ladestation und einem Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs (BEV, PHEV) ausgetauscht werden, d.h. der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs kann aufgeladen werden oder der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs kann elektrische Energie zur Verfügung stellen, die von der Wechselstrom-Ladestation in das Gebäude oder in den Pufferspeicher transferiert wird.
  • Die erfindungsgemäße Versorgungseinheit weist mindestens eine Stromanbindung an das öffentliche Stromnetz auf. In einer Ausführungsform der Versorgungseinheit weist der Pufferspeicher eine Stromanbindung an das öffentliche Stromnetz auf. Damit kann der Pufferspeicher über einen AC/DC-Wandler mit elektrischer Energie aus dem öffentlichen Stromnetz geladen werden. In einer Ausführungsform ist der Pufferspeicher mit einem bidirektionalen AC/DC-Wandler verbunden, so dass er auch Wechselstrom für das Gebäude oder zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz bereitstellen kann. In einer weiteren Ausführungsform der Versorgungseinheit weist die Wechselstrom-Ladestation eine Stromanbindung an das öffentliche Stromnetz auf. Damit kann die Wechselstrom-Ladestation elektrische Energie aus dem öffentlichen Stromnetz beziehen, um einen Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs (BEV, PHEV) oder den Pufferspeicher aufzuladen. Ebenso kann die Wechselstrom-Ladestation über die Stromanbindung Wechselstrom in das öffentliche Stromnetz einspeisen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Versorgungseinheit mit einer Photovoltaikanlage verbunden. Die von der Photovoltaikanlage bereitgestellte elektrische Energie kann zum Aufladen des Pufferspeichers oder eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
  • In einer Ausführungsform verfügt die Versorgungseinheit über einen Strommengenzähler für Wechselstrom und/oder einen Strommengenzähler für Gleichstrom. Damit kann die in das öffentliche Stromnetz eingespeiste Menge elektrischer Energie gemessen werden. In einer Ausführungsform verfügt die Versorgungseinheit über mindestens einen FI-Schutzschalter.
  • Die erfindungsgemäße Versorgungseinheit umfasst eine Satellitenkommunikationseinheit, die eine Kommunikation über eine Satellitenverbindung ermöglicht. In einer Ausführungsform stellt die Satellitenkommunikationseinheit eine Breitband-Internetverbindung bereit. Die Internetverbindung kann auch zur intelligenten Regelung von Wallbox und Pufferspeicher eingesetzt werden. In einer Ausführungsform weist die Versorgungseinheit eine Satelliten-Antenne auf, die mit der Satellitenkommunikationseinheit verbunden ist. Die Satelliten-Antenne kann entweder direkt an der Versorgungseinheit angeordnet sein oder mit dieser über eine Kommunikationsleitung verbunden sein.
  • In einer Ausführungsform der Versorgungseinheit erfolgt ein Datenaustausch mit der Satellitenkommunikationseinheit über ein kabelgebundenes Endgerät. In einer anderen Ausführungsform ist die Satellitenkommunikationseinheit der Versorgungseinheit mit mindestens einer weiteren Einheit verbunden, die eine drahtlose Kommunikation ermöglicht. In einer Ausführungsform umfasst die Versorgungseinheit ein Bluetooth-Modul. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Versorgungseinheit ein WLAN-Modem. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Versorgungseinheit ein 4G/5G-Modul. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Versorgungseinheit ein NFC-Modul. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Versorgungseinheit einen RFID-Leser für eine Identifikation eines Bedieners.
  • Die Funktionen der Versorgungseinheit werden über ein Steuergerät gesteuert. In Varianten ist das Steuergerät mit einem externen Server verbunden, oder es kann über eine Applikation (App) auf einem mobilen Endgerät auf das Steuergerät zugegriffen werden. In einer Ausführungsform umfasst die Versorgungseinheit eine EEBUS Schnittstelle.
  • In einer Ausführungsform weist die Versorgungseinheit eine Bedieneinheit, mit der Steuerbefehle eingegeben werden können und/oder ein Display auf, auf dem beispielsweise Betriebsparameter der Versorgungseinheit oder ein Nutzerdialog angezeigt werden können.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Versorgungseinheit, bei dem in einem Energiespeicher eines an die Versorgungseinheit angeschlossenen Elektrofahrzeugs und/oder im Pufferspeicher gespeicherte elektrische Energie genutzt wird, um mittels der Satellitenkommunikationseinheit eine Kommunikationsverbindung und/oder eine Internetanbindung bereitzustellen und/oder das Gebäude mit elektrischer Energie, insbesondere in Form von Wechselstrom, zu versorgen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Versorgungseinheit, bei dem im Pufferspeicher gespeicherte elektrische Energie genutzt wird, um einen Energiespeicher eines an die Versorgungseinheit angeschlossenen Elektrofahrzeugs zu laden. In einer Ausführungsform wird der Energiespeicher mit vom Pufferspeicher an einer bidirektionalen Ladebuchse bereitgestelltem Gleichstrom geladen. In einer anderen Ausführungsform wird der Energiespeicher mit von der Wechselstrom-Ladestation an einer bidirektionalen Ladebuchse bereitgestelltem Wechselstrom geladen. Das Verfahren kommt insbesondere bei einem Ausfall der öffentlichen Stromversorgung und/oder der terrestrischen Kommunikationsverbindungen, insbesondere auch der Mobilfunknetze, zur Anwendung.
  • Durch die erfindungsgemäße Versorgungseinheit, die eine Wallbox mit integriertem Pufferspeicher und Satellitenkommunikationseinheit umfasst, wird ein System zur Verfügung gestellt, welches intelligentes Strommanagement ermöglicht und über eine eigene Internetanbindung via Satellitenkommunikation verfügt. Damit verringert sie die Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz und von terrestrischen Kommunikationsverbindungen, so dass im Krisenfall auch bei Ausfall der öffentlichen Infrastruktur elektrische Energie und Kommunikationsmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungseinheit.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungseinheit 10, die an einer Außenwand oder Innenwand eines Gebäudes montiert ist, beispielsweise an einer Innenwand einer Garage. Die Versorgungseinheit 10 umfasst einen Pufferspeicher 11 (Powerwall) mit einer bidirektionalen Ladedose 12, über die ein BEV mit dem Pufferspeicher 11 verbunden werden kann, und einer Stromanbindung 13 an das öffentliche Wechselstromnetz über einen AC/DC-Wandler. Die Versorgungseinheit 10 umfasst zudem eine Satellitenkommunikationseinheit 14, die über eine Satelliten-Antenne 15, die in der Zeichnung an der Versorgungseinheit 10 angeordnet ist, aber alternativ auch als separates Gerät ausgeführt und über eine Leitung mit der Satellitenkommunikationseinheit 14 verbunden sein kann. Beispielsweise kann die Satelliten-Antenne 15 auf einem Dach des Gebäudes montiert sein. Die Versorgungseinheit 10 umfasst auch eine Wechselstrom-Ladestation 16 (Wallbox) mit einer bidirektionalen Ladedose 18, über die ein BEV mit der Wallbox 16 verbunden werden kann, und eine Stromanbindung 19 an das öffentliche Wechselstromnetz. In einer nicht dargestellten Ausführungsform entfällt die bidirektionale Ladedose 18 und es wird stattdessen die bidirektionale Ladedose 12 genutzt. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Stromanbindung 19 entfallen und stattdessen die Stromanbindung 13 zur Versorgung der Wallbox 16 genutzt werden (über eine Abzweigung vor dem AC/DC-Wandler).
  • In der dargestellten Ausführungsform weist die Versorgungseinheit 10 eine Bedieneinheit 17 und/oder ein Display 17 auf. In einer nicht dargestellten Ausführungsform umfasst die Versorgungseinheit 10 eine EEBUS-Schnittstelle. In einer weiteren Ausführungsform weist die Versorgungseinheit 10 einen FI-Schutzschalter auf.
  • In der dargestellten Ausführungsform sind zusätzlich ein Bluetooth-Modem 20, ein WLAN-Modem 21 und ein 4G/5G-Modul 22 in der Versorgungseinheit 10 integriert. In einer nicht dargestellten Ausführungsform weist die Versorgungseinheit 10 einen RFID-Leser auf. Die Einheiten 20, 21, 22 sind zum Datenaustausch mit der Satellitenkommunikationseinheit 14 einerseits und zur drahtlosen Verbindung mit mobilen (End)-Geräten andererseits vorgesehen. In alternativen Ausführungsformen der Versorgungseinheit 10 sind nicht alle unterschiedlichen Einheiten 20, 21, 22 zur drahtlosen Kommunikation vorhanden.
  • Die Funktionen der Versorgungseinheit 10 werden über ein Steuergerät gesteuert, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist. In Varianten ist das Steuergerät mit einem externen Server verbunden, oder es kann über eine Applikation (App) auf einem mobilen Endgerät auf das Steuergerät zugegriffen werden.
  • In einer nicht dargestellten Ausführungsform verfügt die Versorgungseinheit 10 über einen Strommengenzähler für Wechselstrom und/oder einen Strommengenzähler für Gleichstrom. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die Versorgungseinheit 10 mit einer Photovoltaikanlage verbunden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Versorgungseinheit
    11
    Pufferspeicher (Powerwall)
    12
    bidirektionale Ladedose
    13
    Stromanbindung des Pufferspeichers an das öffentliche Stromnetz
    14
    Satellitenkommunikationseinheit
    15
    Satelliten-Antenne
    16
    Wechselstrom-Ladestation (Wallbox)
    17
    Display/Bedieneinheit
    18
    bidirektionale Ladedose
    19
    Stromanbindung an das öffentliche Stromnetz
    20
    Bluetooth-Modul
    21
    WLAN-Modem
    22
    4G/5G-Modul
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2013080254 A1 [0003]
    • US 2011258112 A1 [0004]
    • US 2017106764 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Versorgungseinheit (10) zur Wandmontage an oder in einem Gebäude, umfassend einen Pufferspeicher (11) für elektrische Energie, eine Wechselstrom-Ladestation (16), eine Satellitenkommunikationseinheit (14), mindestens eine bidirektionale Ladebuchse (12, 18) für Elektrofahrzeuge, und mindestens eine Stromanbindung (13, 19) an das öffentliche Stromnetz.
  2. Versorgungseinheit (10) nach Anspruch 1, worin eine bidirektionale Ladedose (12) mit dem Pufferspeicher (11) verbunden ist.
  3. Versorgungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, worin eine bidirektionale Ladedose (18) mit der Wechselstrom-Ladestation (16) verbunden ist.
  4. Versorgungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Pufferspeicher (11) eine Stromanbindung (13) an das öffentliche Stromnetz aufweist.
  5. Versorgungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Wechselstrom-Ladestation (16) eine Stromanbindung (19) an das öffentliche Stromnetz aufweist.
  6. Versorgungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche eine Satelliten-Antenne (15) aufweist, die mit der Satellitenkommunikationseinheit (14) verbunden ist.
  7. Versorgungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche ein Bluetooth-Modul (20) umfasst.
  8. Versorgungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche ein WLAN-Modem (21) umfasst.
  9. Versorgungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche ein 4G/5G-Modul (22) umfasst.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Versorgungseinheit (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem in einem Energiespeicher eines an die Versorgungseinheit (10) angeschlossenen Elektrofahrzeugs und/oder im Pufferspeicher (11) gespeicherte elektrische Energie genutzt wird, um mittels der Satellitenkommunikationseinheit (14) eine Kommunikationsverbindung und/oder eine Internetanbindung bereitzustellen und/oder das Gebäude mit elektrischer Energie, insbesondere in Form von Wechselstrom, zu versorgen.
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