DE202020001742U1 - Netzdienliche Ladestation - Google Patents

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Abstract

Eine Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen, welches mit einem Funkmodul ausgestattet ist (integriert oder auch separat), dadurch gekennzeichnet, dass dieses Funkmodul mittels Funkverbindung netzdienliche Daten zwischen Ladestation und Netzbetreiber bzw. Stromversorger austauscht.

Description

  • Die beschriebene Ladestation integriert sich in das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers bzw. des Energieversorgers, indem sie aktiv vom Netzbetreiber gesteuert werden kann und auch Messdaten dem Netzbetreiber zur Verfügung stellt.
  • Ladestationen für Elektroautos nehmen aus dem Niederspannungsnetz elektrische Energie auf und führen diese Energie dann dem Auto zum Laden der Batterie zu. Das gleichzeitige Laden vieler Elektrofahrzeuge stellt für die Energieversorger eine große Herausforderung dar. Bei zukünftig steigender Anzahl von Elektroautos befürchten die Energieunternehmen einen Zusammenbruch der Versorgung. Deshalb sind die Netzbetreiber als auch Energieversorger bemüht Lösungen zu schaffen, um angeschlossene Lasten entsprechend der Energieverfügbarkeit zu steuern. Für den Endkunden können ferngesteuerte Ladestationen den Vorteil bieten, dass die bezogene Energie dann zu einem günstigeren Tarif vom Versorger bezogen werden könnte. Weiter kann eine netzdienliche Ladestation dem Versorger regelmäßig Messdaten zusenden und ihn somit über die Stabilität des Netzes informieren.
  • Die VDE-AR-N 4100 (Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz und deren Betrieb (TAR Niederspannung)) beschreibt Maßnahmen zur Stabilisierung des elektrischen Netzes. Hierin ist unter anderem aufgeführt, dass elektrische Betriebsmittel so zu planen und zu betreiben sind, dass Netzrückwirkungen auf das Niederspannungsnetz auf ein zulässiges Maß zu begrenzen ist. Weiterhin beschreibt die Norm, dass bei unsymmetrischer Belastung die Ladeleistung zu reduzieren ist. Ziel ist, dass bei einphasigem Betrieb (ein Leiter gegen Neutralleiter) die Ladeleistung maximal 4,6 kVA betragen darf. Weiterhin müssen Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge mit einer Bemessungsleistung größer 12 kVA eine Möglichkeit der Steuerung/Regelung inkl. einer Unterbrechung durch den Netzbetreiber aufweisen.
  • Aktuell sind im AC-Bereich sowohl einphasige als auch dreiphasige Ladestationen mit einem typischen Leistungsbereich von 3,7 bis 22 kW Leistung am Markt verfügbar.
    Die Ladeelektronik innerhalb des Autos ist von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich ausgeführt. Einige Autos laden einphasig, andere Fahrzeuge zwei oder auch dreiphasig. Abhängig von der verwendeten Ladeelektronik und der Anzahl der verwendeten Phasen variiert die Ladeleistung im AC-Bereich zwischen 3,7 bis 22 kW.
    Über die CP-Schnittstelle kann die Ladestation dem Fahrzeug die maximal zulässige Ladeleistung übermitteln. Somit kann die Ladestation die aufgenommene elektrische Leistung regeln. Damit wird sichergestellt, dass die maximal zulässige Leistung der Ladestation niemals überschritten wird.
  • Aktuell auf dem Markt verfügbare Ladestationen haben keine direkte netzdienliche Schnittstelle zum Netzbetreiber. Dies bedeutet, dass die Ladeleistung einzig über die Ladestation vorgegeben ist (typischerweise die Maximalleistung des Ladepunktes). Somit hat der Netzbetreiber keinen Einfluss auf die Ladung (Zeitpunkt und Ladeleistung). Weiter erfassen die aktuellen Modelle keine Schieflast bei unsymmetrischer Belastung (z. B. bei einphasigem Betrieb). Auch können diese Geräte dem Netzbetreiber keine Messwerte übermitteln, welche Aufschluss über die Netzstabilität geben könnten.
  • Bei der hier beschriebenen Erfindung wird eine Lösung zur Netzdienlichkeit von Ladestationen beschrieben.
    Die Ladestation besitzt einen Energiezähler (integriert oder extern), welcher aktuelle Messwerte aufnimmt, wie z. B. Phasenspannung, Strom, Leistung, Wirk- und Blindanteile. Weiterhin ist dieses Gerät mit einem Funksystem (z. B. LoraWan, Sigfox, Ingenu) ausgestattet. Über dieses Funksystem kommuniziert die Ladestation mit dem Netzbetreiber. Der Betreiber ist somit in der Lage, die Ladestation in Abhängigkeit der aktuellen Netzauslastung ein- bzw. auszuschalten bzw. auch die maximale Ladeleistung vorzugeben. Andersherum kann die Ladestation dem Netzbetreiber über diese Funkverbindung Messdaten, wie z. B. Phasenspannungen, als auch die aktuelle Ladeleistung bzw. Phasenverschiebungen mitteilen. Mit diesen Informationen kann der Netzbetreiber Rückschlüsse über die Netzqualität erhalten und somit gegebenenfalls Korrekturen am Netz vornehmen. Erkennt die Ladestation eine Schieflast, so wird automatisch die Ladeleistung zum Fahrzeug so weit reduziert, dass die Unsymmetrie auf ein zulässiges Maß reduziert wird.
  • Die zeigt beispielhaft den Aufbau des Systems. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Variationen in der Anordnung, der Darstellung und der Funktionsweise sind möglich.
  • Über die Zuleitung (1) wird der Ladestation (3) die elektrische Leistung zugeführt. Die Ladestation (3) besteht aus einer Messaufnahme (4) zur Erfassung von Leistung, Spannung und Strom sowie dem Schütz (7) zur Weiterleitung der elektrischen Leistung über das Ladekabel (2) zum Fahrzeug (11). Weiterhin beinhaltet die Ladestation (3) ein Netzteil (6) sowie das Funkmodul (5). Dieses Funkmodul (5) ist mit einer Antenne (9) verbunden, welches die Funkwellen (10) versendet. Das Herzstück der Ladestation (3) ist die Recheneinheit (8), welche elektrisch mit den Einheiten (4), (5), (7) und (6) verbunden ist und den Ladevorgang steuert. Über das Ladekabel (2) teilt die Recheneinheit (8) dem Fahrzeug (11) die maximale Ladeleistung mit.

Claims (7)

  1. Eine Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen, welches mit einem Funkmodul ausgestattet ist (integriert oder auch separat), dadurch gekennzeichnet, dass dieses Funkmodul mittels Funkverbindung netzdienliche Daten zwischen Ladestation und Netzbetreiber bzw. Stromversorger austauscht.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Funkmodul die Ladestation eine Messeinrichtung zur Aufnahme von physikalischen Größen wie Spannung, Strom und Leistung besitzt.
  3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzbetreiber über diese Funkschnittstelle den Ladevorgang ein- und ausschalten kann.
  4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzbetreiber über diese Funkschnittstelle die Ladeleistung in Stufen oder auch stufenlos regulieren kann.
  5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation über diese Funkschnittstelle dem Netzbetreiber Messwerte in Form von Spannungen, Strömen, Leistungen oder auch Blind- und Wirkanteile mitteilt.
  6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unsymmetrische Ladevorgänge erkannt werden.
  7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Leistungsreduzierung bei unzulässig hohen Schieflasten durchgeführt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111932748A (zh) * 2020-07-31 2020-11-13 广东电网有限责任公司梅州供电局 一种变电站防走错系统
DE202023000534U1 (de) 2023-03-08 2023-04-27 Andreas Kulke Ladesystem für zeitvariable Stromtarife

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