EP4028281A1

EP4028281A1 - Elektrische ladeinfrastruktur und verfahren zum betreiben einer elektrischen ladeinfrastruktur

Info

Publication number: EP4028281A1
Application number: EP20804472.7A
Authority: EP
Inventors: Ivana MILADENOVIC; Paul Gregor Nikolic; Timo Alexander HERTLEIN
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-07-20
Also published as: WO2021099120A1; DE102019217829A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische LadeInfrastruktur für mobile Energiespeicher (12) mit - einer ersten Schnittstelle (1) zu einem Versorgungsnetz (4) und einer zweiten Schnittstelle (2) zu einem Ladenetz (6), wobei zwischen der ersten Schnittstelle (1) und der zweiten Schnittstelle (2) ein Regelabschnitt (8) angeordnet ist, der einen Netzregler (14), eine Symmetriervorrichtung (16) und eine zwischen diesen angeordnete Freigabeschnittstelle (3) umfasst, - wobei der Netzregler (14) zur Freigabe einer freigebbaren Leistung an die Freigabeschnittstelle (3) dient, - und durch die Symmetriervorrichtung (16) eine Symmetrierung der an der Freigabeschnittstelle (3) freigegebene Leistung erfolgt, - ferner ist eine Verteilungsvorrichtung (18) zur Verteilung eines durch den Netzregler freigegebenen Lastflusses an mindestens eine Ladeschnittstelle (20), die Bestandteil des Ladenetzes sind, vorgesehen.

Description

Beschreibung

Elektrische Ladeinfrastruktur und Verfahren zum Betreiben ei ner elektrischen Ladeinfrastruktur

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Ladinfrastruktur nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Ladeinfrastruktur nach dem Patentanspruch 14.

Die aufkommende Elektromobilität wird von den Netzbetreibern zunehmend als eine Herausforderung erkannt. Es stellt sich die Frage, wie man die verteilten Ladestationen bzw. Ladefel der mit einer Mehrzahl von unterschiedlich ausgestalteten La destationen an ein Stromversorgungsnetz ohne die Netzstabili tät, die im Versorgungsnetz vorherrscht, zu gefährden. Als besonders kritisch soll der Zustand gesehen werden, wenn meh rere Elektrofahrzeuge aller Art gleichzeitig laden und dabei die entsprechende Netzbelastung erreicht bzw. auch über schritten wird. Eine weitere Problematik besteht darin, ob und mit welchen Investitionen ein Netzausbau notwendig wäre bzw. es leitet sich hieraus die Frage ab, wie die Netzkapazi tät in bestehenden Netzen ohne entsprechenden Ausbau erhöht werden kann und im Bedarf an Lademöglichkeiten für Elektro fahrzeuge aller Art, wie insbesondere Elektroautos, E-Bikes bzw. Elektroroller oder auch kommunale Elektrobusse bereit gestellt werden kann.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine Ladeinf rastruktur bereitzustellen, die einerseits auf die Verfügbar keit der elektrischen Energie aus einem Versorgungsnetz aktiv eingeht und die andererseits die Bedürfnisse der Betreiber von Ladeinfrastrukturen hinsichtlich der dynamischen Anforde rungen, aber auch hinsichtlich möglicher unterschiedlicher wirtschaftlicher Interessen technisch realisierbar befrie digt.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Ladeinfrastruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Ladeinfrastruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.

Die elektrische Ladeinfrastruktur für mobile Energiespeicher nach Patentanspruch 1 umfasst eine erste Schnittstelle zu ei nem Versorgungsnetz und eine zweite Schnittstelle zu einem Ladenetz. Hierbei ist zwischen der ersten Schnittstelle und der zweiten Schnittstelle ein sogenannter Regelabschnitt an geordnet. Dieser Regelabschnitt umfasst einen Netzregler und eine Symmetriervorrichtung, wobei zwischen dem Netzregler und der Symmetriervorrichtung eine Freigabeschnittstelle angeord net ist. Der Netzregler dient dabei zur Freigabe einer frei- gebbaren Leistung aus dem Versorgungsnetz an die Freigabe schnittstelle. Die Symmetriervorrichtung dient dabei zur Sym metrierung der an der Freigabeschnittstelle freigegebenen Leistung. Unter Symmetrierung wird dabei verstanden, dass die drei Wechselstromphasen aus dem Versorgungsnetz durch geeig nete Maßnahmen, beispielsweise Umrichter, auf die gleiche Leistung pro Phase symmetriert werden. Die Symmetriervorrich tung kann allerdings gleichzeitig auch zur Leistungsbegren zung, also zur Begrenzung der Leistung, die aus dem Versor gungsnetzt abgerufen wird, dienen Ferner ist eine Vertei lungsvorrichtung vorgesehen, die zur Verteilung eines durch den Netzregler freigegebenen Lastflusses an mindestens eine Ladeschnittstelle dient, wobei diese Ladeschnittstelle Be standteil des Ladenetzes ist und somit im Ladenetz angeordnet ist.

Die Erfindung weist dabei zwei wesentliche Aspekte zur Lösung der Aufgabe auf. Zum einen wird durch den Netzregler auf mög liche Schwankungen, also Energieüberschüsse bzw. Energieman gel im Versorgungsnetz reagiert, dabei wird lediglich so viel Energie in das Ladenetz eingespeist bzw. freigegeben, wie dies netzdienlich ist. Auf der anderen Seite dienen die Sym metriervorrichtung und die Verteilungsvorrichtung dazu, die freigegebene Energie im Ladenetz individuell nach den Bedürf nissen des Ladenetzbetreibers intelligent zu verteilen. Eine Ermittlung, wie die freigegebene Last zu verteilen ist (Leis- tungsfluss), findet durch den Netzregler statt und wird dann an die Symmetrierungsvorrichtung und die Verteilungsvorrich tung kommuniziert. In diese Ermittlung des Netzreglers kann auch eine Information über den momentan anliegenden Lastfluss mit einfließen.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung weist der Netzregler ein Kommunikationsmodul zum Empfang und/oder zur Übertragung von Informationen auf. Dabei ist das Kommunikati onsmodul dazu geeignet, beispielsweise Informationen aus dem Versorgungsnetz über den Netzzustand zu erhalten. Gleichzei tig kann das Kommunikationsmodul des Netzreglers auch derar tige Informationen oder weiterverarbeitete Informationen an die Symmetriervorrichtung bzw. die Verteilungsvorrichtung übertragen.

Ferner ist es auch zweckmäßig, dass der Netzregler eine Mess vorrichtung aufweist, die zur Aufnahme von Ist-Werten von Netzparametern dient. Im Weiteren ist es auch zweckmäßig, dass der Netzregler einen Prozessor umfasst, der zur Berech nung der freigebbaren Leistung aus Netzparametern dient. Da bei sind die Netzparameter insbesondere die das Versorgungs netz betreffenden Größen wie Leistung, Stromstärke, Spannung, jedoch auch die Stromverfügbarkeit oder Werte bezüglich Strompreise, durch die über den Prozessor unter Verwendung verschiedener Algorithmen eine freigebbare Leistung ermittelt werden kann. Zur Ermittlung von Netzparametern, die das Ver sorgungsnetz bestimmen, dient neben externen Informationen, die mittels des Kommunikationsmoduls an den Netzregler über tragen werden können, auch die Messvorrichtung, die dazu ge eignet ist, direkt im Bereich des Regelabschnittes Messpara meter aufzunehmen und über den Prozessor weiterzuverarbeiten. Zusätzlich berechnet der Prozessor anhand der Informationen über die Besetzung der Ladenschlüsse (diese wird von Ladever teilung bzw. Ladenschlüsse und deren Kommunikationsmodul mit geteilt) ein Leistungsfluss und gibt diese Information an La deverteilung weiter. Die Symmetriervorrichtung, die zur Symmetrierung der drei Wechselstromphasen aus dem Versorgungsnetz dient und bewirkt, dass die Leistung dieser drei Wechselstromphasen symmetrisch auf diese drei Phasen verteilt wird und nicht überschritten wird, umfasst bevorzugt mindestens einen AC/DC-Umrichter, al so einen Umrichter von Wechselspannung auf Gleichspannung. Ferner umfasst die Symmetriervorrichtung bevorzugt einen Zwi schenkreis, der als Energiespeicher, beispielsweise mittels eines Kondensators, mehrere elektrische Netze bzw. Phasen auf einer zwischengeschalteten Strom- oder Spannungsebene über den genannten Umrichter elektrisch koppelt.

Die Verteilvorrichtung weist dabei einen DC/AC-Wandler und mindestens ein weiteres Wandlermodul auf, das wiederum einen DC/AC-Wandler und/oder einen DC/DC-Wandler aufweist. Je nach dem, ob der Ladestrom in Form von Gleichstrom oder Wechsel strom oder bei unterschiedlichen Ladeschnittstellen in unter schiedlicher Formen zur Verfügung gestellt wird, wird somit die Verteilervorrichtung mit einem AC/DC- oder einem DC/DC- Wandler bestückt.

Ferner ist es zweckmäßig, dass bevorzugte Ladeanschlüsse vor gesehen sind, die direkt mit der Freigabeschnittstelle in Verbindung stehen und dabei kein Bestandteil des regelbaren Ladenetzes sind, wobei diese bevorzugten Ladeanschlüsse eben auf die gesamte freigegebene Leistung zurückgreifen können, ohne sich über die Verteilervorrichtung beschränkter Energie mengen zu beschränken.

Ferner ist es hierbei auch zweckmäßig, dass herkömmliche La deanschlüsse im Ladenetz vorgesehen sind, die mit mindestens einer Ladeschnittstelle in Verbindung stehen. Diese herkömm lichen Ladeschnittstellen stehen in weiterer Verbindung mit der Verteilervorrichtung und bekommen eine entsprechende Leistung vorgegeben, die geringer ausfallen kann als die freigegebene Leistung an der Schnittstelle 3. Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Ladeinfrastruktur gemäß Anspruch 13, das folgende Schritte umfasst: Zunächst wird elektrische Energie aus einem Versorgungsnetz in ein Ladenetz einge speist. Hierbei ist eine erste Schnittstelle vorgesehen, die zwischen dem Versorgungsnetz und einem Netzregler angeordnet ist. Ferner wird vom Netzregler anhand von Netzparametern, die vom Versorgungsnetz abhängig sind, eine freigebbare Leis tung zur Freigabe an das Ladenetz ermittelt. Im Weiteren wird die freigebbare Leistung von einer Symmetriervorrichtung be züglich der Freigabeschnittstelle symmetriert, was bedeutet, dass die drei Phasen der Wechselspannung aus dem Versorgungs netz mit einer jeweils symmetrischen Leistung versehen wer den. Anschließend wird ein Lastfluss mittels einer Verteiler vorrichtung über mindestens eine Ladeschnittstelle an Ladean schlüsse verteilt.

Wie bereits zu der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 be schrieben, weist auch das Verfahren den Vorteil auf, dass über den Netzregler netzdienlich eine entsprechende Leistung an ein Ladenetz freigegeben wird und im Weiteren über die Symmetriervorrichtung symmetriert und gegebenenfalls auf die se freigegebenen Leistung begrenzt wird und über einzelne La deschnittstellen zu einzelnen Ladeanschlüssen entsprechend den Bedürfnissen der Kunden bzw. des Ladenetzbetreibers ver teilt werden. Dabei wird netzdienlich auf die entsprechenden technischen Parameter des Versorgungsnetzes Rücksicht genom men.

Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merk male werden anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei handelt es sich um rein schematische Ausgestaltungsfor men, die keine Einschränkung des Schutzbereiches darstellen. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Ladeinfrastruktur mit Versorgungsnetz, Ladenetz und Regelabschnitt, Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Regelabschnittes der Ladeinfrastruktur aus Figur 1 mit einem Netz regler und einer Steuervorrichtung umfassend eine Symmetriervorrichtung und eine Verteilervorrich tung,

Figur 3 einen analogen Ausschnitt des Regelabschnittes wie in Figur 2, wobei jedoch die Steuervorrichtung in sofern aufgetrennt ist, dass nur die Symmetriervor richtung im Regelabschnitt vorhanden ist und die Verteilervorrichtung im Ladenetz angeordnet ist,

Figur 4 eine detailliertere und vergrößerte Darstellung der Steuerungsvorrichtung 15 aus Figur 2 mit Symmet- riervorrichtung und Verteilervorrichtung,

Figur 5 analog zur Figur 4 eine vergrößerte und detaillier tere Darstellung der Symmetriervorrichtung und der Verteilervorrichtung gemäß Figur 3.

Die schematische Übersichtsdarstellung gemäß Figur 1 zeigt zum einen ein Versorgungsnetz und eine Ladeinfrastruktur 10. Das Versorgungsnetz 4 ist hier wiederum sehr schematisch dar gestellt, es zeigt Hochspannungsleitungen, die Energie aus verschiedenen Energiequellen, insbesondere regenerativen Energiequellen und herkömmlichen, wie fossilen Energiequellen bereitstellen. Hierbei handelt es sich um ein übliches Ver sorgungsnetz, das in vielen staatlichen Infrastrukturen so ausgestaltet ist. Es weist aufgrund der schematisch darge stellten Windrädern und Solarpaneels, auf die nicht weiter eingegangen wird, einen nennenswerten Anteil an regenerativen Energien auf. Durch das Piktogramm für ein herkömmliches fos siles Kraftwerk wird auch dargestellt, dass wiederum auch ein großer Teil der Energie über herkömmliche Kraftwerke einge speist wird. Dies hat zur Folge, dass aufgrund sich ändernder Wetterbedingungen der im Versorgungsnetz 4 zur Verfügung ste hende Strom bzw. die Leistung entsprechenden Schwankungen un terworfen ist. Diese Schwankungen werden in der Regel durch Herauf- und Runterfahren von konventionellen Kraftwerken aus geglichen, was diesen bezüglich ihrer Lebensdauer schadet. Um das volatile Versorgungsnetz 4 auszugleichen, dient u. a. die in Figur 1 beschriebene flexible elektrische Ladeinfrastruk tur 10.

Diese Ladeinfrastruktur 10 umfasst dabei zunächst einmal eine Schnittstelle 1 zum Versorgungsnetz 4. Im Weiteren umfasst die Ladeinfrastruktur 10 ein Ladenetz 6. Das Ladenetz 6 wie derum umfasst eine oder mehrere Ladeschnittstellen 20, an de nen wieder jeweils eine oder mehrere Ladeanschlüsse 36 oder 37 angeordnet sind. Zwischen dem Ladenetz 6 und dem Versor gungsnetz 4 bzw. der ersten Schnittstelle 1 ist ein Regelab schnitt 8 angeordnet, der zum einen eine zweite Schnittstelle 2 aufweist, die den Regelabschnitt 8 zum Ladenetz 6 hin ab trennt. Der Regelabschnitt 8 umfasst dabei einen Netzregler 14 sowie in einer Ausgestaltungsform eine Steuervorrichtung 15, die zumindest eine Symmetriervorrichtung 16 aufweist. Die Steuervorrichtung 15 kann neben der Symmetriervorrichtung 16 auch noch eine Verteilervorrichtung 18 umfassen, wobei die Verteilervorrichtung 18 zumindest teilweise auch im Ladenetz 6 angeordnet sein kann, auf was in den weiteren Figuren noch eingegangen werden wird.

Im Weiteren ist noch eine Freigabeschnittstelle 3 vorgesehen, die zwischen dem Netzregler 14 und der Symmetriervorrichtung 16 angeordnet ist. Bei den Schnittsteileben 1, 2 und 3 han delt es sich in der Regel um Schaltanlagen, sodass die Schnittstellen auch von den jeweiligen Netzen getrennt werden können, es können aber auch einfache Verbindungsleitungen sein. Das Ladenetz 6 weist dabei, wie bereits erwähnt, ver schiedene Ladeschnittstellen 20 auf, wobei die Ladeschnitt stellen 20 unterschiedlich ausgestaltet sein können, was ihre technische Ausgestaltung, aber auch ihre Priorisierung be treffen kann. Beispielsweise sind in der Figur 1 Ladeschnitt stellen 20-1 vorgesehen, wobei es sich hierbei um bevorzugte Ladeschnittstellen 20-1 handelt, die je nach Netzversorgung bevorzugt mit Leistung beaufschlagt werden. Ladeschnittstel- len 20-2 sind in diesem Beispiel so ausgestaltet, dass sie erst nachrangig mit elektrischer Leistung versorgt werden.

Zur Realisierung dieser Ladeschnittstellenhierarchie bezüg lich der Ladeschnittstellen 20-1 und 20-2 steht eine freige gebene Energie für das Ladenetz 6 zur Verfügung, auf was im Weiteren näher eingegangen wird.

In dem Regelabschnitt 8 befindet sich der Netzregler 14, der dazu geeignet ist, Informationen aus dem Versorgungsnetz 6 aufzunehmen, diese weiterzubearbeiten und Informationen an weitere Komponenten der Ladeinfrastruktur 10 zu übertragen, um die Ladeinfrastruktur 10 zu steuern und den darin auftre tenden Lastfluss zu Regeln. Unter Lastfluss wird die freige gebene Leistung verstanden, die auf die angeschlossenen Lade schnittstellen verteilbar ist bzw. verteilt wird. Die frei- gebbare Leistung ist die Summe der Leistung, die auf die La deschnittstellen freigebbar ist. Hierbei sei im Weiteren auf Figur 2 verwiesen, in der der Regelabschnitt 8 detaillierter dargestellt ist. Die Ladeinfrastruktur 10 ist hinter der Freigabeschnittstelle 3 dreiphasig, wenn es sich um ein Wech selspannungsnetz handelt, bei einer Transformation der Wech selspannung auf Gleichspannung kann die Topologie des Netzes hinter der Freigabeschnittstelle 3 variieren, einphasig.

Der bereits erwähnte Netzregler 14 weist dabei ein Kommunika tionsmodul 22 auf, das dazu geeignet ist bzw. dazu geeignet sein kann, Informationen aus dem Versorgungsnetz 4 aufzuneh men, diese über einen Prozessor 24 weiterzuverarbeiten und die daraus entstandenen Informationen an die Steuervorrich tung 15 oder weitere Netzkomponenten des Ladenetzes 6 weiter zureichen. Ferner kann der Netzregler 14 auch ein Messmodul 38 umfassen, mit dem aktuelle Werte, beispielsweise an der Schnittstelle 1 zwischen der Ladeinfrastruktur 10 und dem Versorgungsnetz 4, aufgenommen werden können. Auch diese Pa rameter, beispielsweise Strom, Spannung, Frequenz, Leistung, können als Grundlage zur Berechnung der Netzsituation mittels des Prozessors 24 geeignet sein. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass aus einer anderen Quelle, beispielsweise einer Leitwarte oder einer Strombörse, Informationen über Strompreise oder das Netzverhalten, einschließlich der be reits genannten Parameter an den Netzregler übertragen wer den, wobei das Kommunikationsmodul 22 als Empfänger für ent sprechende Informationen über Netzparameter dient.

Im Weiteren ist eine Symmetriervorrichtung 16 vorgesehen, die gemeinsam mit einer Verteilervorrichtung 18 die Steuervor richtung 15 bildet. Über eine getrennte Anordnung der Symmet riervorrichtung 16 und der Verteilervorrichtung 18 wird noch bei der Erläuterung der weiteren Figuren näher eingegangen. Die Symmetriervorrichtung 16 umfasst dabei mindestens einen AC/DC-Wandler 46 und einen Zwischenkreis 48 zur Speicherung von Energie, wodurch erzielt wird, dass die drei Phasen des Versorgungsnetzes 4, die über die erste Schnittstelle 1 in die Ladeinfrastruktur 10 eingespeist werden und die mit Wech selstrom belegt sind, jeweils dieselbe Leistung aufweisen bzw. mit dieser beaufschlagt werden. Durch die Symmetriervor richtung 16 wird verhindert, dass eine Wechselspannungsphase weniger oder mehr Leistung aufweist als eine der nebenliegen den zweite oder dritte Phase. Wäre die Symmetriervorrichtung 16 nicht vorhanden, so würde in das Ladenetz 6 an die unter schiedlichen Ladeschnittstellen 20 bei einer Wechselstromver breitung jeweils eine unterschiedliche Leistung zur Verfügung stehen, was durch die Symmetrierung verhindert wird. Die La deschnittstellen können unterschiedlich belegt oder frei sein und die Phasen werden möglicherweise dadurch unterschiedlich beansprucht, bzw. es herrschen unsymmetrische Belastungszu stände des Ladenetzes vor. Durch die Symmetrierungsvorrich tung werden diese Lasten auf der Seite des Versorgungsnetzes symmetriert und gleichzeitig verteilt, was eine Form von netzdienlichen Verhalten darstellt.

In Figur 4 ist die Beschriebene Steuervorrichtung 15 mit der Symmetriervorrichtung 16 und der Verteilungsvorrichtung 18 etwas detaillierter, jedoch weiterhin schematisch darge stellt. Hierbei ist zu erkennen, dass die Symmetriervorrich- tung 16 bzw. in diesem Fall die Steuervorrichtung 15 ein ge meinsames Kommunikationsmodul 22 aufweist, das sowohl mit der Symmetriervorrichtung 16 als auch mit der Verteilervorrich tung 18 in Verbindung steht. Durch das Kommunikationsmodul 22 können Informationen über die Netzbeschaffenheit des Versor gungsnetzes 4, die über den Netzregler 14 in die Ladeinfra struktur 10 eingespeist werden, weiter verteilt werden. Somit kann sowohl der Symmetriervorrichtung 16 als auch der Vertei lervorrichtung 18 die nötigen Informationen übertragen wer den, die zur weiteren Steuerung der Ladeinfrastruktur dienen. Dabei weist die Verteilervorrichtung 18 ein Wandlermodul 28 auf. Das Wandlermodul 28 kann als DC/AC-Wandler 30 bzw. auch als DC/DC-Wandler 32 ausgestaltet sein. Es ist davon abhän gig, ob im Ladenetz 6 Gleichstrom oder Wechselstrom benötigt wird, wenn sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom im Lade netz 6 zur Verfügung gestellt werden soll, kann das Modul 28 sowohl einen DC/AC-Wandler 30 als auch einen DC/DC-Wandler 32 umfassen. Ferner weist die Verteilervorrichtung 18 auch einen Prozessor 42 auf, der dazu geeignet ist, die entsprechende anstehende Leistung bzw. den weitergegebenen Lastfluss zu er rechnen und an die entsprechenden Ladeschnittstellen 20 zu verteilen.

In Figur 4 sind auch noch zwei Schnittstellen 3 und 2 einge zeichnet, wobei es sich bei der Schnittstelle 3 um die be reits erwähnte Freigabeschnittstelle 3 handelt. Die Freigabe schnittstelle 3 ist zwischen dem Netzregler 14 und der Sym metriervorrichtung 16 angeordnet, an ihr liegt die vom Netz regler 14 freigegebene Leistung an. Diese liegt in symmet- rierter Form vor. Die Symmetrierung der Phasen der Wechsel spannung aus dem Versorgungsnetz 4 erfolgt durch die Symmet riervorrichtung 16 in Richtung der Freigabeschnittstelle 3. Auch hier kann es sich wieder um eine Schaltanlage über drei Phasen handeln. Dabei kann es sich um eine Mittel- oder Nie derspannungsschaltanlage handeln, grundsätzlich kann es sich bei der Freigabeschnittstelle 3 auch um eine virtuelle Schnittstelle handeln, die nicht mit einem besonderen Bauteil in Verbindung gebracht ist, an dieser Stelle kann jedoch Leistung abgegriffen werden. Eine weitere Schnittstelle im Regelabschnitt 8 ist die auch bereits erwähnte zweite Schnittstelle 2, bei der es sich, wie bei der Schnittstelle 3, ebenfalls um eine Schaltanlage oder um eine Leitung an sich handelt, an der die von der Verteilervorrichtung 18 ver teilte bzw. der dort anliegende Lastfluss weitergeleitet wird.

In Figur 4 ist die Steuervorrichtung 15 in der Form darge stellt, in der es sich um eine integrierte Anlage mit der Symmetriervorrichtung 16 und der Verteilervorrichtung 18 han delt. Diese beiden Vorrichtungen können jedoch auch getrennt vorliegen, wie dies in Figur 3 schematisch skizziert ist und in Figur 5 in detaillierterer Form dargestellt ist. Dabei ist die Symmetriervorrichtung gemäß Figur 5 zwischen der Schnitt stelle 3 und der Schnittstelle 2 angeordnet, die Verteiler vorrichtung 18 ist in dieser Ausgestaltungsform aufgeteilt, es können an dieser Stelle mehrere Verteilervorrichtungen 18 geben, die in dieser Form als 18-2 bezeichnet werden. Die Verteilervorrichtungen 18-2 weisen wiederum ein Modul 28 auf, das, wie bereits beschrieben, Umrichter von DC auf AC bzw. Wandler von DC nach DC je nach Spannungsklasse umfasst. Auch die Verteilervorrichtungen 18-2 sind mit Prozessoren 42 und gegebenenfalls mit Kommunikationsmodul 44 versehen. Die Ver teilervorrichtung 18 bzw. 18-2 verteilt dabei die Energie auf Ladeschnittstellen 20, die wiederum Ladeanschlüsse 36 oder 37 umfassen können. Die Ladeanschlüsse 36 sind sogenannte bevor zugte Ladeanschlüsse 36, die von der Verteilervorrichtung 18 bevorzugt bzw. kontinuierlich mit einer vorgegebenen Leistung versorgt werden. Die Ladeanschlüsse 37 sind dabei nachrangige Ladeanschlüsse 37, die je nach Vereinbarung zwischen Kunde und Betreiber der Ladeinfrastruktur 10 mit mehr oder weniger Energie zu unterschiedlichen Bedingungen beaufschlagt werden.

Dabei kann es auch zweckmäßig sein, dass, wie dies in den Fi guren 3 und 4 dargestellt ist, die bevorzugten Ladeanschlüsse 36 direkt mit der Freigabeschnittstelle 3 in Verbindung ste hen. In der Freigabeschnittstelle 3 liegt die Energie vor, die grundsätzlich über den Netzcontroller 14 an die Freigabe schnittstelle 3 freigegeben wird. In dieser Ausgestaltungs- form, die in Figur 3 und Figur 4 mit gestrichelter Linie dar gestellt ist, greifen die bevorzugten Ladeanschlüsse 36 die Energie direkt an der Freigabeschnittstelle 3 ab, dort liegt durch die Symmetriervorrichtung 16 symmetrierter, dreiphasi ger Wechselstrom vor. Die Verteilervorrichtung 18 dient bei dieser Ausgestaltung dazu, den übrigen, nicht von den pri mären Ladeanschlüssen 36 abgezogenen Strom an die nachgela gerten Ladeschnittstellen 20 mit den nachgelagerten Ladean schlüssen 37 zu verteilen.

Die beschriebene Ladeinfrastruktur 10 kann beispielsweise in Parkhäusern Anwendung finden. Hier könnten beispielsweise ex plizite Premiumparkplätze ausgewiesen sein, die Ladesäulen mit höherer Priorität und einer hohen Leistungsgarantie bein halten (entspricht den Ladeanschlüssen 36). Weitere Parkplät ze, die ggf. günstigerer Parkgebühren umfassen werden dann nachrangig mit Ladeanschlüssen 37 versehen. Hier wird nur ei ne begrenzte und flexible Leistung zur Verfügung gestellt, sodass die Ladevorgänge netzdienlich wirken, oder diese z.B. günstig aus dem Versorgungsnetz 4 erhältlich ist.

Grundsätzlich ist die Ladeinfrastruktur 10 auch auf Parkein richtungen von Wohnblocks anzuwenden, in denen bestimmte Pre- miumladestellen gemietet werden können. Auch Parkplätze Han delsunternehmen oder anderen Institutionen wie Fußballstadien können mit einem derartigen Ladeinfrastruktur ausgestattet sein. Hierbei kann z. B. damit geworben werden, dass während des Einkaufs an sich kostenlosen Parkplätzen auch kostenlos, wenn auch nicht garantiert, Ladeleistung an nachrangigen La deanschlüsse 37 zu Verfügung gestellt wird, wenn im entspre chenden Supermarkt eingekauft wird. Gleichzeitig kann der Kunde oder Besucher oder Anwohner die bevorzugten Landean schlüsse 36 bei einer höheren Gebühr wählen. Bezugszeichenliste

1 erste Schnittstelle

2 zweite Schnittstelle

3 Freigabeschnittstelle

4 Versorgungsnetz

6 Ladenetz

8 Regelabschnitt

10 Ladeinfrastruktur

12 mobile Energiespeicher

14 Netzregler

15 Steuervorrichtung

16 Symmetriervorrichtung

18 Verteilervorrichtung

20 Ladeschnittstellen

22 Kommunikationsmodul

24 Prozessor

26 AC/DC-Wandler

28 Wandlermodul

30 zweiter AC/DC-Wandler

32 DC/DC-Wandler

36 Ladeausschlüsse

38 Messmodul

40 Kommunikationsmodul Symmetriervorrichtung

42 Prozessor Verteilvorrichtung

44 Kommunikationsmodul Verteilvorrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Ladeinfrastruktur für mobile Energiespeicher (12) mit

- einer ersten Schnittstelle (1) zu einem Versorgungs netz (4) und einer zweiten Schnittstelle (2) zu einem Ladenetz (6), wobei zwischen der ersten Schnittstelle (1) und der zweiten Schnittstelle (2) ein Regelabschnitt (8) angeordnet ist, der einen Netzregler (14), eine Sym- metriervorrichtung (16) und eine zwischen diesen ange ordnete Freigabeschnittstelle (3) umfasst,

- wobei der Netzregler (14) zur Freigabe einer freigeb- baren Leistung an die Freigabeschnittstelle (3) dient,

- und durch die Symmetriervorrichtung (16) eine Symmet rierung der an der Freigabeschnittstelle (3) freigegebe ne Leistung erfolgt,

- ferner ist eine Verteilungsvorrichtung (18) zur Ver teilung eines durch den Netzregler freigegebenen Last flusses an mindestens eine Ladeschnittstelle (20), die wiederum Ladeanschlüsse (3637) umfasst die Bestandteil des Ladenetzes sind, vorgesehen.

2. Elektrische Ladeinfrastruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzregler (14) ein Kommunika tionsmodul (22) zum Empfang und/oder zur Übertragung von Informationen umfasst.

3. Elektrische Ladeinfrastruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (22) zum Empfang von Informationen aus dem Versorgungsnetz (4) dient.

4. Elektrische Ladeinfrastruktur nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Netz regler (14) eine Messvorrichtung zur Aufnahme von Ist werten von Netzparametern dient.

5. Elektrische Ladeinfrastruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzregler (14) einen Prozessor (24) zur Berechnung der freigebbaren Leistung aus Netz parametern umfasst.

6. Elektrische Ladeinfrastruktur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzparameter Leistung, Strom, Spannung, Stromverfügbarkeit oder Strompreis- Werte umfassen.

7. Elektrische Ladeinfrastruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikations modul zur Weitergabe von Netzinformationen an die Sym- metriervorrichtung dient.

8. Elektrische Ladinfrastruktur nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmet- riervorrichtung (16) einen AC/DC-Umrichter und einen Zwischenkreis umfasst

9. Elektrische Ladinfrastruktur nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertei lervorrichtung (18) einen AC/DC-Wandler (26) und mindes tens ein Wandlermodul (28) mit einem weiteren AC/DC- Wandler (30) und/oder DC/DC-Wandler (32) aufweist.

10. Elektrische Ladinfrastruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilvorrichtung (18) ein zweites Kommunikationsmodul (34) zur Kommunikation mit dem Netzregler (14) und/oder der Symmetriervorrichtung (16) aufweist.

11. Elektrische Ladinfrastruktur nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugte Ladeanschlüsse (36) vorgesehen sind, die direkt mit der Freigabeschnittstelle (3) in Verbindung stehen.

12. Elektrische Ladinfrastruktur nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladenetz (6) herkömmliche Ladeanschlüsse aufweist, die mit der mindestens einen Ladeschnittstelle in Verbindung stehen.

13. Elektrische Ladinfrastruktur nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmet- riervorrichtung (16) zur Leistungsbegrenzung dient.

14. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Ladeinfra struktur (10) umfassend folgende Schritte:

- Einspeisen von elektrischer Energie aus einem Versor gungsnetz (4) in ein Ladenetz (6), wobei

- eine erste Schnittstelle (1) zwischen dem Versorgungs netz (4) und einem Netzregler (14) vorgesehen ist

- vom Netzregler (14) anhand von vom Versorgungsnetz (4) abhängigen Netzparametern eine freigebbare Leistung zur Freigabe an das Ladennetz (6) ermittelt wird und

- die freigebbare Leistung von einer Symmetriervorrich- tung (16) bezüglich der Freigabeschnittstelle (3) symme- triert wird und

- anschließend ein Lastfluss mittels einer Verteilervor richtung über Ladeschnittstellen (20) an Ladeanschlüsse (36) verteilt wird.