WO2012055756A1 - Ladesystem und verfahren zum laden von fahrzeugbatterien - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a charging system having a mains connection and a plurality of charging outlets to be fed via the mains connection for simultaneously charging a plurality of vehicle batteries of electric vehicles, and having a plurality of vehicle interfaces, each having a communication connection to one
  • Electric vehicle can be produced with a vehicle battery and via which the height of the charging current for the relevant driving ⁇ supply battery is changeable, the communication link for transmitting an electrical data signal that contains relevant for the charging of the vehicle battery data, and at least one electronic control unit.
  • the invention relates to a method for simultaneously loading a plurality of vehicle batteries of electric vehicles with a charging system having a power connector, a plurality to be fed via the mains connection load outlets, at least one electronic control unit and a plurality of vehicle interface of ⁇ len, on each of which a communication connection to an electric vehicle with a Vehicle battery can be produced and over which the height of the charging current for the relevant vehicle battery is variable, wherein the communication ⁇ connection is used to transmit an electrical data signal that contains relevant for the charging of the vehicle battery data.
  • a connected vehicle can be communicated via the vehicle interface which ma ⁇ ximum power may move the vehicle for charging.
  • the invention is therefore based on the object to provide a Ladesys ⁇ system and a method of the type mentioned above, the light ⁇ a flexible load distribution of multiple charge outlets.
  • the total charging current supplied via the mains connection can be distributed to the individual charging outlets in a controlled manner according to specifications.
  • the allocation to the load exits is carried out by a single control unit, through which the load distribution on several charging departures via associated vehicle interfaces is controllable, or by a plurality of control units, of which one charging outlet via the respectively associated vehicle ⁇ interface is controllable.
  • the control units are interconnected by data communication and the parameters Ben are as input data of a control unit or the control units via the vehicle interfaces or via a further data input fed.
  • the object of the method is achieved with the features of claim 5.
  • the total charging current supplied from the power supply is controlled according to the specifications distributed to the individual load outlets, wherein the distribution to the La ⁇ deab réelle by a single control unit or by several ⁇ re control units is carried out, by each of which a charging outlet is controlled.
  • the control units are interconnected by data communication.
  • the specifications are as
  • FIG. 1 shows a charging system according to the invention with several ei ⁇ ne single control unit with respect to the load distribution controllable charging outlets and
  • FIG 2 shows an inventive charging system with several control units which respectively control the load of a single Ladeab ⁇ gangs.
  • 1 shows a first exemplary embodiment of a charging system 1 according to the invention for simultaneously charging a plurality of vehicle batteries of electric vehicles.
  • the Ladesys ⁇ system 1 includes a network terminal 2 and downstream of this a number of charging outlets LI, L2, L3 ... Ln, are fed via the Anlagenbatte- rien with the respective charging current.
  • the electrical and electromechanical components required to provide the charging functionality are in Cabinets or charging stations housed.
  • the so-called pilot box 3 of Figure 1 forms the vehicle interface ⁇ put off after IEC6185.
  • the pilot box 3 is arranged directly in the La ⁇ deklale and operates autonomously or controlled by a higher-level system.
  • the standard IEC6185 defines only the vehicle interface, ie the signals exchanged with the vehicle via a line. According to FIG. 1, the pilot box 3 is provided with a plurality of vehicle interfaces F1, F2, F3... Fn.
  • a communication connection to an electric vehicle with a vehicle battery can be established in each case.
  • the level of the charging current for the relevant vehicle battery can be changed via each of the vehicle interfaces F1, F2, F3... Fn.
  • the network connection 2 is protected by network input components 4 in conjunction with a main fuse in a known manner and connected via a control interface 5 to the pilot box 3.
  • the downstream charging outputs LI, L2, L3 ... Ln each include a load branch 6 with conventional switching and protection components. These include a load breaker and a circuit breaker, residual current and line protection and, for example, an energy meter. These components are also connected via corresponding control interfaces 7 with the pilot box 3.
  • the pilot box 3 essentially has an electronic control unit 8, in this case a microcontroller, which receives specifications about the load distribution via the vehicle interfaces F1, F2, F3... Fn or other inputs, eg input 9, for connection to a control center and accordingly the amount of charging currents in the charging outlets LI, L2, L3 ...
  • FIG 2 shows an alternate disclosed embodiment of a Ladesys ⁇ tems 1, wherein the current supplied through the power outlet 2 Ge ⁇ felladestrom also controlled according to the instructions to the individual charging Departures LI, L2, L3 ... Ln is splittable. Deviating from the embodiment of FIG 1 are here several Pi ⁇ lotboxen 3 is used, each of these pilot boxes 3 having only one of the vehicle interface Fl, F2, F3 ... Fn and with only the respective associated charge leaving LI or Ln is connected.
  • the other components correspond to the already used in the embodiment of FIG 1 Kom ⁇ components in their function.
  • the current distribution in the load outlets can be controlled eg between charging leaving groups according to time of day, according to the specifications of the energy provider or after Pri ⁇ orticianen.
  • the described charging systems 1 enable a dynamic charge control, in which, for example, vehicles with higher charging requirements or connections with higher fees are preferred.
  • a temporal load distribution can be very flexible decor with dark ⁇ tet.

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Abstract

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen und ein zugehöriges Ladesystem (1) vorgeschlagen. Das Ladesystem (1) weist einen Netzanschluss (2), mindestens eine elektronische Steuereinheit (8), mehrere Ladeabgänge (L1, Ln) und mehrere Fahrzeugschnittstellen (F1, Fn) auf, über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie veränderbar ist. Die Kommunikationsverbindung dient zur Übertragung eines elektrischen Datensignals, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält. Der über den Netzanschluss (2) gelieferte Gesamtladestrom wird nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge (L1, Ln) aufgeteilt. Die Stromaufteilung auf die Ladeabgänge (L1, Ln) erfolgt durch eine einzelne Steuereinheit (8), durch die die Höhe der Ladeströme in mehreren Ladeabgängen (L1, Ln) steuerbar ist, oder durch mehrere Steuereinheiten (8), durch die jeweils die Höhe des Ladestroms in einem der Ladeabgänge (L1, Ln) steuerbar ist.

Description

Beschreibung
Ladesystem und Verfahren zum Laden von Fahrzeugbatterien Die Erfindung betrifft ein Ladesystem mit einem Netzanschluss und mehreren über den Netzanschluss zu speisenden Ladeabgängen zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen, und mit mehreren Fahrzeugschnittstellen, über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem
Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahr¬ zeugbatterie veränderbar ist, wobei die Kommunikationsverbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält, und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen mit einem Ladesystem, das einen Netzanschluss , mehrere über den Netzanschluss zu speisende Ladeabgänge, mindestens eine elektronische Steuereinheit und mehrere Fahrzeugschnittstel¬ len aufweist, über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstell- bar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie veränderbar ist, wobei die Kommunikations¬ verbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält.
Im Bereich der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge sind die zur Bereitstellung der Ladefunktionalität notwendigen elektrischen und elektromechanischen Komponenten in Schaltschränken oder Ladesäulen untergebracht. Die hierbei einge- setzte elektronische Steuereinheit, die auch als Pilotbox be¬ zeichnet wird, ist direkt in der Ladesäule angeordnet und ar¬ beitet autonom oder gesteuert durch ein übergeordnetes Sys¬ tem. Die an der Ladesäule vorgesehene Fahrzeugschnittstelle wird durch die Norm IEC61851 definiert. Alle sonstigen Funktionen der Ladesäule sind nicht definiert.
Bei Anschluss mehrerer Ladeabgänge an einer zentralen Ein- speisung kann die Einspeisung für die maximale Anschlussleis¬ tung aller Ladeabgänge ausgelegt sein. Diese Lösung erfordert eine hohe Investition in die Infrastruktur, da sowohl die elektrischen Komponenten der Einspeisung als auch die Energieversorgung immer auf den maximalen Anschlusswert ausgelegt sein müssen.
Dies ist aber nur dann sinnvoll, wenn immer alle Ladeabgänge mit voller Leistung in Betrieb sind. Eine weitere Möglichkeit wäre, den Netzanschluss auf einen realistischen Durchschnittswert der zu einem Zeitpunkt aktiven Verbraucherleis¬ tung auszulegen. Bis zu dieser Anschlussleistung können
Verbraucher ihre maximale Leistung abfordern. Darüber hinaus muss ein die Derating der Verbraucherleistung durchgeführt werden. Nach IEC61851 kann einem angeschlossenen Fahrzeug über die Fahrzeugschnittstelle mitgeteilt werden, welche ma¬ ximale Leistung das Fahrzeug für den Ladevorgang ziehen darf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ladesys¬ tem und ein Verfahren der oben genannten Art vorzuschlagen, das eine flexible Lastverteilung mehrerer Ladeabgänge ermög¬ licht .
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Dabei ist der über den Netzanschluss gelieferte Gesamtlade¬ strom nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge aufteilbar. Die Aufteilung auf die Ladeabgänge erfolgt durch eine einzelne Steuereinheit, durch die die Lastverteilung auf mehrere Ladeabgänge über zugeordnete Fahrzeugschnittstellen steuerbar ist, oder durch mehrere Steuereinheiten, von denen jeweils ein Ladeabgang über die jeweils zugeordnete Fahrzeug¬ schnittstelle steuerbar ist. Die Steuereinheiten sind durch eine Datenkommunikation miteinander verbunden und die Vorga- ben sind als Eingangsdaten der einen Steuereinheit oder den Steuereinheiten über die Fahrzeugschnittstellen oder über einen weiteren Dateneingang zuführbar. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen 2 bis 4 zu entnehmen.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Der über den Netzanschluss gelieferte Gesamtladestrom wird nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge aufgeteilt, wobei die Aufteilung auf die La¬ deabgänge durch eine einzelne Steuereinheit oder durch mehre¬ re Steuereinheiten erfolgt, von denen jeweils ein Ladeabgang gesteuert wird. Die Steuereinheiten sind durch eine Datenkom- munikation miteinander verbunden. Die Vorgaben werden als
Eingangsdaten der einen Steuereinheit oder den Steuereinheiten über die Fahrzeugschnittstellen oder über einen weiteren Dateneingang zugeführt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 ein erfindungsgemäßes Ladesystem mit mehreren durch ei¬ ne einzelne Steuereinheit bezüglich der Lastverteilung steuerbaren Ladeabgängen und
FIG 2 ein erfindungsgemäßes Ladesystem mit mehreren Steuereinheiten, die jeweils die Last eines einzelnen Ladeab¬ gangs steuern. In FIG 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs¬ gemäßen Ladesystems 1 zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen dargestellt. Das Ladesys¬ tem 1 weist einen Netzanschluss 2 und diesem nachgeschaltet mehrere Ladeabgänge LI , L2 , L3...Ln auf, über die Fahrzeugbatte- rien mit dem jeweiligen Ladestrom gespeist werden.
Die zur Bereitstellung der Ladefunktionalität erforderlichen elektrischen und elektromechanischen Komponenten sind in Schaltschränken oder Ladesäulen untergebracht. Die so genannte Pilotbox 3 gemäß FIG 1 bildet dabei die Fahrzeugschnitt¬ stelle nach IEC6185 ab. Die Pilotbox 3 ist direkt in der La¬ desäule angeordnet und arbeitet autonom oder gesteuert durch ein übergeordnetes System. Die Norm IEC6185 definiert dabei nur die Fahrzeugschnittstelle, d.h. die mit dem Fahrzeug über eine Leitung ausgetauschten Signale. Die Pilotbox 3 ist gemäß FIG 1 mit mehreren Fahrzeugschnittstellen Fl , F2 , F3...Fn versehen .
Über die Fahrzeugschnittstellen Fl , F2 , F3...Fn ist jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar. Außerdem kann über jede der Fahrzeugschnittstellen Fl , F2 , F3...Fn die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie verändert werden.
Der Netzanschluss 2 ist durch Netzeingangskomponenten 4 in Verbindung mit einer Hauptsicherung in bekannter Art abgesichert und über eine Steuerschnittstelle 5 mit der Pilotbox 3 verbunden. Die nachgeschalteten Ladeabgänge LI , L2 , L3...Ln umfassen jeweils einen Lastzweig 6 mit üblichen Schalt- und Schutzkomponenten. Hierzu gehören ein Lasttrenner und ein Leistungsschalter, ein Fehlerstrom- und Leitungsschutz sowie z.B. ein Energiezähler. Auch diese Komponenten sind über entsprechende Steuerschnittstellen 7 mit der Pilotbox 3 verbunden. Die Pilotbox 3 weist im wesentlichen eine elektronische Steuereinheit 8, hier einen Mikrocontroller auf, die über die Fahrzeugschnittstellen Fl , F2 , F3...Fn oder andere Eingänge, z.B Eingang 9, zur Verbindung mit einer Leitstelle, Vorgaben über die Lastverteilung erhält und dementsprechend die Höhe der Ladeströme in den Ladeabgängen LI , L2 , L3...Ln steuert. Wahlweise kann die Pilotbox 3 eine Umweltsensorik 10 z.B. zur Messung der Luftfeuchte und Temperatur aufweisen. FIG 2 zeigt eine alternative Aus führungs form eines Ladesys¬ tems 1, bei der der über den Netzanschluss 2 gelieferte Ge¬ samtladestrom ebenfalls nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge LI , L2 , L3...Ln aufteilbar ist. Abweichend zu dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 werden hier mehrere Pi¬ lotboxen 3 verwendet, wobei jede dieser Pilotboxen 3 nur eine der Fahrzeugschnittstellen Fl , F2 , F3...Fn aufweist und nur mit dem jeweils zugeordneten Ladeabgang LI oder Ln verbunden ist.
Bei dieser Konfiguration ist es aber zur gesteuerten Lastverteilung in den Ladeabgängen erforderlich, dass zwischen den Pilotboxen 3 eine Datenkommunikation 11 zum Informationsaustausch über die Lastverteilung besteht.
Die weiteren Komponenten entsprechen in ihrer Funktion den bereits im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 eingesetzten Kom¬ ponenten .
Dabei kann die Stromaufteilung in den Ladeabgängen z.B. nach Tageszeit, nach Vorgaben des Energieversorgers oder nach Pri¬ oritäten zwischen Ladeabgangsgruppen gesteuert werden.
Die beschriebenen Ladesysteme 1 ermöglichen eine dynamische Laderegelung, bei der z.B. Fahrzeuge mit höherem Ladebedarf oder Anschlüsse mit höheren Gebühren bevorzugt werden. Außerdem kann eine zeitliche Lastverteilung sehr flexibel gestal¬ tet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Ladesystem (1) mit einem Netzanschluss ( 2) und mehreren über den Netzanschluss (2) zu speisenden Ladeabgängen (L1,L2, L3...Ln) zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen, und mit mehreren Fahrzeugschnittstellen ( Fl , F2 , F3...Fn) , über die jeweils eine Kommunikationsverbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie herstellbar und über die die Höhe des Ladestroms für die betreffende Fahrzeugbatterie veränderbar ist, wobei die Kom¬ munikationsverbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatte¬ rie relevante Daten enthält, und mit mindestens einer elek¬ tronischen Steuereinheit (8), dadurch gekennzeichnet, dass der über den Netzanschluss (2) gelieferte Gesamtladestrom nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge (L1,L2, L3...Ln) aufteilbar ist, wobei die Stromaufteilung auf die Ladeabgänge durch eine einzelne Steuereinheit (8), durch die die Höhe der Ladeströme in mehreren Ladeabgängen (L1,L2, L3...Ln) steuerbar ist, oder durch mehrere Steuereinheiten (8) erfolgt, durch die jeweils die Höhe des Ladestroms in einem der Ladeabgänge (LI , L2 , L3...Ln) steuerbar ist, wobei die Steu¬ ereinheiten (8) durch eine Datenkommunikation (11) miteinander verbunden sind und wobei die Vorgaben als Eingangsdaten der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) über die Fahrzeugschnittstellen ( Fl , F2 , F3...Fn) oder über einen weiteren Dateneingang (9) der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) zuführbar sind.
2. Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastverteilung der Ladeabgänge (LI , L2 , L3...Ln) dynamisch steuerbar ist.
3. Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgaben tageszeitabhängig sind.
4. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ( en) (8) als Mikrocon- troller ausgeführt ist (sind) .
5. Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen mit einem Ladesystem (1), das einen Netzanschluss (2), mehrere über den Netzanschluss (2) zu speisende Ladeabgänge (LI , L2 , L3...Ln) , mindestens eine elektro¬ nische Steuereinheit (8) und mehrere Fahrzeugschnittstellen ( Fl , F2 , F3...Fn) aufweist, über die jeweils eine Kommunikations¬ verbindung zu einem Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatte¬ rie herstellbar ist, wobei die Kommunikationsverbindung zur Übertragung eines elektrischen Datensignals dient, das für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie relevante Daten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Netzanschluss ge¬ lieferte Gesamtladestrom nach Vorgaben gesteuert auf die einzelnen Ladeabgänge (LI , L2 , L3...Ln) aufgeteilt wird, wobei die Stromaufteilung auf die Ladeabgänge (LI , L2 , L3...Ln) durch eine einzelne Steuereinheit (8) erfolgt, die die Höhe der Lade- ströme in mehreren Ladeabgängen (LI , L2 , L3...Ln) steuert, oder durch mehrere Steuereinheiten (8), die die Höhe des Lade¬ stroms jeweils in einem der Ladeabgänge (LI , L2 , L3...Ln) steu¬ ern, wobei die Steuereinheiten (8) durch eine Datenkommunika¬ tion (11) miteinander verbunden sind und wobei die Vorgaben als Eingangsdaten der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) über die Fahrzeugschnittstellen ( Fl , F2 , F3...Fn) oder über einen weiteren Dateneingang (9) der einen Steuereinheit (8) oder den Steuereinheiten (8) zugeführt werden.
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