DE202014001367U1

DE202014001367U1 - Intelligenter Ladecontroller zum adaptiven Laden von Elektrofahrzeugen

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Publication number: DE202014001367U1
Application number: DE201420001367
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2014-05-05
Anticipated expiration: 2024-02-15

Abstract

automatische Leistungsregelung einer Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge in Abhängigkeit der Leistung einer Eigenerzeugeranlage(adaptive Laderegelung)-Null-Summen-Regelung an der Netzübergabe

Description

Stand der Technik und deren zugrunde liegende Probleme
Im Zuge der Energiewende haben immer mehr Eigenheimbesitzer eine Photovoltaikanlage auf Ihrem Dach installiert. Diese versorgt am Tage die Grundlast des Hauses und speist in den meisten Fällen den Überschussstrom ins öffentliche Netz ein. Dieser eingespeiste Strom beträgt durchschnittlich 70%, der direkt selbst genutzte Anteil liegt bei 30% der erzeugten Energie. Durch die stark fallende Vergütung der eingespeisten Energie, wird es immer wichtiger, den Strom selbst zu verbrauchen. Teilweise liegen zwischen den Eigenerzeugerkosten und den Bezugskosten 20 Eurocent Differenz (Stand Februar 2014).
Erwirbt ein solcher Eigenheimbesitzer ein Elektroauto, so kommt wenige Zeit danach der Wunsch/Gedanke auf, das Auto direkt aus dem lokal erzeugten Sonnenstrom zu betanken. Dies ist sinnvoll, da das Elektroauto einen hohen Leistungsbedarf besitzt und somit den anteiligen Eigenverbrauch im Haushalt drastisch erhöhen und die Bezugskosten für Strom senken würde.
Stand der Technik ist das Laden eines Elektroautos mittels eine Wallbox oder eines ICCB Kabels an einem Drehstromanschluss oder einer konventionellen Haushaltssteckdose. Mit diesen beiden Möglichkeiten kann man nur wenig Einfluss auf den direkten Mehrverbrauch der eigenerzeugten Energie nehmen.
Derzeit hat man nur zwei Möglichkeiten zur Einflussnahme auf eine wirtschaftlich sinnvolle Ladung an einer Eigenerzeugeranlage:

a.) Man hat eine hinreichend große Photovoltaikanlage auf dem Dach, die den Leistungsbedarf des Fahrzeuges genügt, und lädt dann während der Hauptsonnenstunden zwischen 10–14 Uhr.
b.) Man aktiviert und deaktiviert eine hinreichend kleine Ladeleistung durch Einstecken/Herausziehen des Ladekabels, in Abhängigkeit des Sonnenstandes und dem Blick auf den Stromzähler.

Ein weiteres, aktuelles Problem von Elektroauto-Besitzern ist die hohe Leistungsaufnahme der Fahrzeuge mit Schnellladern. Diese wollen oft mehr Leistung aus dem Hausnetz ziehen, als der eigentliche Hausanschluss hergibt.
Hier gibt es derzeit auch Lösungsansätze:

a.) Man erhöht die Leistung des Hausanschluss, was in vielen europäischen Ländern einen monatlichen Aufpreis von > 70 € bedeutet. (vgl. Niederlande)
b.) Man beschneidet die Ladeeinrichtung (Wallbox oder Fahrzeug) so, dass sie nur mit begrenzter Leistung das Fahrzeug auflädt. Dies verlängert die Ladezeiten erheblich.

Beide dargestellten Probleme lassen sich wie folgt lösen:

1.) Man nutzt genau nur so viel Leistung zum Laden, wie an Überschuss der Eigenerzeugeranlage ins öffentliche Netz fließen würde.
2.) Man lädt dynamisch geregelt nur so viel an Leistung in das Auto, wie es die Haussicherung und andere Verbraucher im Haus dies in diesem Augenblick zulassen.

Beide Lösungen setzen eine aktive Leistungsregelung voraus, den der hier zu schützenden Smart-Charging-Controller bietet.
Ohne eine aktive Leistungsregelung wäre ein kontinuierlicher Null-Summen-Bezug am Hausübergabepunkt nicht möglich. Entweder würde man zusätzliche Energie zum Laden aus dem öffentlichen Stromnetz dazu kaufen müssen oder man nutzt nicht die gesamte verfügbare Eigenerzeugerenergie aus, welche dann ins dann öffentliche Netz fließen würde.
Problemlösung
Der neue intelligente Ladecontroller (Smart-Charging-Controller) übernimmt die Aufgabe der zentralen Ladungssteuerung des Fahrzeuges in Abhängigkeit des aktuell eigenerzeugten Stromes, dem allgemeinen Verbrauch im Haus und spezifischen Einstellungen des Benutzers. Die Steuerung optimiert die Ladung so, dass am Haus-übergabepunkt eine Null-Summe entsteht.
Der intelligente Ladecontroller wird direkt nach dem Hauptzähler des Energieversorgers montiert. Dort misst er den aktuellen Leistungsbezug bzw. die Leistungslieferung des gesamten Hauses auf allen anliegenden Stromphasen in Echtzeit. Neben der Wirkleistung werden dort auch andere relevante Daten erfasst und in die Steuerung mit einbezogen. Dies sind u. a. die Scheinleistung und die Leistungsfaktoren.
Bei ausreichend vorhandener Wirkleistung der Eigenerzeugeranlage(n) wird automatisch das Laden eines angesteckten Fahrzeuges aktiviert. Die Ladungsleistung wird so gestartet, dass das Fahrzeug nur so viel Energie erhält, wie sonst ins öffentliche Netz fließen würde. Erhöht sich die Eigenerzeugerleistung (Sonnenstandsänderung) im Haus, wird die Ladeleistung des Fahrzeuges verstärkt, bis es wieder zu einem Nullbezug am Hausübergabepunkt kommt. Werden während einer Ladung eines Fahrzeuges anderen Energieverbraucher im Haushalt eingeschaltet, so haben diese einen Vorrang und die Ladung des Kfz wird dynamisch nach unten angepasst. Steht die Energie nach Ausschalten eines Haushaltsverbrauches wieder frei zur Verfügung, wird die Ladeleistung des Fahrzeuges nach oben korrigiert.
Während der ganzen dynamischen Regelung wird auf die maximal zulässige Belastung der Hauseingangssicherungen geachtet. Drohen diese Sicherungen überlastet zu werden, wird die Ladeleistung nach unten hin angepasst. Dies erfolgt in hinreichender Zeit, sodass ein Blow-Out der Sicherungen im Hauses durch Überlast verhindert wird.
Eine intelligente Logik und ein Bewertungssystem erkennen das Benutzerverhalten und die volatilen Wetterverhältnisse. In Abhängigkeit Dieser und verschiedener anderer externer und interner Parameter wird die Steuerung der Ladung ausgeführt.
Dieser intelligente Ladecontroller stellt eine Neuheit dar. Bisher gibt es keine automatische Regelungseinheit einer Fahrzeugladung in Abhängigkeit von äußeren Faktoren. Die Steuerung integriert die Leistungsmesseinheit, die intelligente Regelung und Steuerung der externen Ladebox (Wallbox) in einem Gerät. Durch die sehr genaue Regelung wird eine optimale Nutzung der freien Energie im Haus garantiert.
erreichte Vorteile
Der intelligente Ladecontroller (Smart-Charging-Controller) ermöglicht die maximale Nutzung der eigenerzeugten Energie in einem Elektrofahrzeug und im Haushalt. Da der eigenerzeugte Strom deutlich günstiger ist, als netzbezogener Strom, senken sich die Verbrauchskosten eines Elektroautos auf 100 km um ca. 50–60% (Photovoltaik). Wird der Strom in Kombination einer Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt, sind Reduzierungen von 70–80% möglich. (Stand Februar 2014)
Durch das Erreichen des kontinuierlichen Null-Bezuges am Hausübergabepunkt wird eine Belastung des öffentlichen Netzes vermieden. Das Hausnetz tritt voll transparent als virtuelle Insel auf und ermöglicht die Stabilisierung der Stromnetze.

Claims

automatische Leistungsregelung einer Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge in Abhängigkeit der Leistung einer Eigenerzeugeranlage(adaptive Laderegelung)-Null-Summen-Regelung an der Netzübergabe
dynamische Anpassung der Ladeleistung unter Beachtung der maximalen Leistung des Hausabsicherung und unter Einflussnahme weiterer, aktivierter Haushaltsverbraucher
intelligente Bewertung von Leistungsschwankungen zur Ermittlung der optimalen Ladungssteuerung, z. B. wechselnden Einstrahlungsverhältnisse einer Photovoltaikanlage durch Wolken
Vorrangautomatik für Haushaltsverbraucher vor der Ladung eines Elektroautos
parametrisierbare Vorgaben durch den Benutzer, wie z. B. Fahrzeugauswahl, Infrastrukturangaben zur Einflussnahme auf die Regelung