WO2016030151A1 - Mobile energiequellen zur pufferung von netzenergie und zur energiebereitstellung - Google Patents

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WO2016030151A1 PCT/EP2015/067866 EP2015067866W WO2016030151A1 WO 2016030151 A1 WO2016030151 A1 WO 2016030151A1 EP 2015067866 W EP2015067866 W EP 2015067866W WO 2016030151 A1 WO2016030151 A1 WO 2016030151A1
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Manfred Baumgärtner
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Bvb Innovate Gmbh
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    • Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/124—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using wired telecommunication networks or data transmission busses

Definitions

  • the invention is based on the object of a mobile, trailer-based
  • MES Mobile Energy System
  • Standard trailer hitch attached by vehicles and can be easily transported.
  • FIG. 1 high current
  • FIG. 2 control
  • the data is provided via a gateway.
  • Nomad shows an example of the overall system according to the invention. It is called Nomad and consists of:
  • the system according to the invention uses the trailer-based battery as the building block of a virtual power plant, the energy from the network or from
  • the battery can be connected to the household power supply via a socket
  • the energy of the trailer batteries is given back when needed, either at the site through use in the home network of the producer or by
  • the stored energy may be moved to any other locations to provide energy for off-grid applications, e.g. for festivals or construction sites.
  • Another application of the invention is the recharging of electric vehicles, either in the case of empty traction battery
  • the system is suitable for absorbing energy generated off-grid, at the site itself or after transport at the point of need
  • off-grid systems can be connected by road transport of electrical energy to the grid or other off-grid structures.
  • PV photovoltaic
  • the MES are used both in rental systems and in
  • the central element of the communication infrastructure is the Secure Cloud Platform, or Secure Cloud Platform (SCP).
  • SCP Secure Cloud Platform
  • This is a secure infrastructure of virtualized servers using backbone encryption, e.g. SSL, interconnected.
  • G4, LTE mobile radio
  • APN Access Point Name
  • NEM Nomad Energy Managers
  • a plurality for example more than 100, or preferably more than 1000, of MES and NEM are generally attached to the SCPs.
  • the Secure Cloud includes the data management under consideration of
  • gateway Smart Grid Gateway
  • utilities and network operators are centrally connected, which can then retrieve the energy supply from the Virtual Power Plant.
  • FIG. 4 (current) and FIG. 5 (control and data) show, by way of example, the connection of the MES to an electric vehicle.
  • All the components of the MES such as the battery's intelligent BMS (Battery Management System), the DC / DC converter, the bidirectional inverter and the contactors, act as a control unit network on a private CAN bus (Controller Area Network) with the ECU1 main control unit connected.
  • the main control unit is preferably connected via Ethernet to the gateway, which in turn is connected as APN to the secure cloud platform.
  • the ECU preferably authenticates to the gateway via a
  • Authentication software and key management which is located on the chip of the SIM card (Subscriber Identity Module, a secure element) of the gateway and thus can not be compromised.
  • SIM card Subscriber Identity Module
  • FIG. 6 shows, by way of example, the Nomad Rolling Battery for the off-grid power supply.
  • the fast charger With a Fast Charger or a Supercharger, the 85 kWh battery can be charged to the mains in a short time.
  • Another charging option is AC power, both 3-phase and 1-phase.
  • the alternating current in the bidirectional inverter is converted into direct current. Due to the Bidirectional operation, these ports are also used as outlets to provide AC power.
  • a DC / DC converter can continue to provide 400 V DC for fast charging. About this connection is also the generation of three-phase current via a
  • the system can thus be charged quickly both by means of alternating current and by means of direct current.
  • it provides up to 85 kWh as alternating or direct current and enables a DC fast charge. This is especially true for the application of the
  • system can also be used to
  • Fig. 4 shows an example of the interpretation of this system variant.
  • the on-board inverter can be omitted if the system is to be operated in cooperation with AC fast charging stations.
  • the DC / DC converter carries the power via contactors and a cable to the electric vehicle.
  • the electric vehicle has been converted by an installation kit so that the power cable of the MES can be supplied via a secure plug connection. Via another set of contactors, the energy of the MES is fed to the DC high current bus of the electric vehicle.
  • Installation Kit included ECU2 are read on the public bus operating data and the VIN number of the electric vehicle.
  • the system can now be adapted to the respective electric vehicle via the voltage level that can be freely selected by the DC / DC converter.
  • the voltage level of the current supplied by the Nomad Rolling Battery is set to be slightly higher than that of the traction battery of the electric vehicle.
  • the energy retrieved from the inverter is provided primarily from the Nomad Rolling Battery.
  • the traction battery will continue to be charged, so that after the end of the ride with the Nomad Rolling Battery a higher state of charge of the vehicle battery will be present.
  • the recuperation energy is fed back into the vehicle battery.
  • the electric vehicle In order to connect the MES to an electric vehicle, the electric vehicle will be equipped with an installation kit consisting of:
  • Trailer hitch is preferably designed as a detachable model.
  • Combination socket for high current (preferably 250 A, 400 V DC), on-board electrical system and data (CAN bus).
  • the socket is connected to the plug of the Nomad Rolling Battery and then electrically locked. The connection of the current can only be done after locking. The system is protected against dust, corrosion and splash water.
  • Circuit-breakers such as contactors or power electronic switches (MOSFETs) and two-wire high-current cables, preferably with a diameter of 50 mm 2 per wire, for connection to the DC high current bus of the electric vehicle.
  • ECU2 to control the functionality of the installation kit, to connect to the public bus of the electric vehicle for the design of vehicle data and the VIN number (Vehicle Identification Number), web server and WLAN.
  • This variant again includes the bidirectional inverter.
  • the MES can be connected to the house network.
  • the AC connection serves both to charge the MES and to feed it back into the home network.
  • Fig. 7 shows an example of the architecture of the system according to the invention.
  • the system is particularly suitable for the management of energy generated via a PV system (rooftop system) or a combined heat and power plant (CHP).
  • PV system rooftop system
  • CHP combined heat and power plant
  • the PV system is connected to the AC bus via an inverter
  • House installation connected. From this branch off the individual consumers.
  • the house installation is connected via the meter (Smart Meter) to the public grid (Smart Grid).
  • the NEM Central intelligence for controlling the overall system is the Nomad Energy Manager (NEM).
  • the NEM has an intelligent controller, the data of the smart meter, the inverter of the PV system and external sources
  • the NEM can thus accurately signal to the MES what behavior it should take:
  • the NEM continues to be equipped with a remote control option for different consumers. That way, consumers can
  • Settings can be made remotely via the smartphone app.
  • the system can also optimize itself over time.
  • the battery is in contrast to known and commercially available
  • Buffer systems are able to not only shift the daily requirement, but even to manage the entire weekly needs of the household. To ensure this, the entire supply peaks can be stored on sunny days, so that there will be no unwanted feed. The stored energy is also available for consumption in the
  • the MES can also be used as a mobile charging or rapid charging station for electric vehicles (see US Pat
  • the charging takes place via single-phase or three-phase alternating current or via direct current, preferably 400 V DC).
  • the MES provides the energy as 1-phase or 3-phase
  • a particular advantage of this design is that the charging of the MES can be gentle on the network, while the charging of the MES
  • Electric vehicle can be done after a fast charging mode. This enables fast charging in locations where high protection is not possible and therefore high charging power is not available. Furthermore offers the system has the ability to move the MES to the location of need, eg, an electric vehicle left over because of empty traction battery or to parked electric vehicles elsewhere.
  • a mobile trailer-based energy system consisting of a battery and an AC / DC converter, characterized in that it can be connected to the grid on the power side and via an energy manager (NEM) Pages of the house installation is controlled in terms of its functions energy storage, regenerative power for consumers in the home network or feed back to the public network.
  • NEM energy manager
  • Vehicles at the network location is used.
  • Vehicles at the vehicle location or any other location are Vehicles at the vehicle location or any other location.
  • an energy system of the second embodiment may further comprise
  • a cloud platform which allows the monitoring, control and integration into a virtual power plant.
  • an energy system of the first embodiment can also be provided , that it takes off-grid generated energy and this provides while driving or at another location for consumption or feed.
  • an energy system of the first embodiment can also be provided that it receives energy from the grid and this provides while driving or at another location for consumption or feed.
  • MES mobile energy system
  • Caching and restore can. Furthermore, the energy can be delivered at the location of the charge, at other locations or while driving. This provides the opportunity to operate stationary or mobile fast charging stations even in locations that are low Enable power output.
  • the coupling of the plants via a cloud enables functions of a virtual power plant to be exercised.

Abstract

Zusammenfassend wird ein mobiles Energiesystem (MES) beschrieben, das elektrische Energie durch Anschluss an das Hausnetz aufnehmen, Zwischenspeichern und rückspeichern kann. Weiterhin kann die Energie an Standort der Aufladung, an anderen Standorten oder während der Fahrt abgegeben werden. Dadurch wird die Möglichkeit geboten, stationäre oder mobile Schnellladestationen auch an Standorten zu betreiben, die nur geringe Leistungsabgabe ermöglichen. Durch die Kopplung der Anlagen über eine Cloud können Funktionen eines virtuellen Kraftwerks ausgeübt werden.

Description

Mobile Energiequellen zur Pufferung von Netzenerg
Energiebereitstellung
Die Bereitstellung mobiler elektrischer Energie während der Fahrt ist aus einer Reihe von Patenten bekannt, wie zum Beispiel aus der DE 10 2008 006 332 A1 , der DE 10 2012 011 960 A1 oder als Systemlösung aus der DE 10 2012 015 099 A1. Diese Systeme sind jedoch nicht geeignet, am Standort selbst erzeugte Energie aufzunehmen und diese für Anwendungen am Standort wieder bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mobiles, trailerbasiertes
Energiesystem vielseitiger nutzen zu können, insbesondere wobei ein öffentliches Stromnetz entlastet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein mobiles trailerbasiertes Energiesystem nach Anspruch 1 und die Verwendung eines mobilen energiebasierten
Energiesystems nach Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Varianten hierzu sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die hier beschriebene Erfindung basiert auf einem Mobilen Energiesystem (MES), das fahrbar ist und über eine Deichsel an der
Standardanhängekupplung von Fahrzeugen angehängt und so problemlos transportiert werden kann.
Ein erfindungsgemäßes MES ist beispielhaft in Fig. 1 (Hochstrom) und Fig. 2 (Steuerung) dargestellt. Es besteht aus einer Batterie, einem DC-DC-Wandler (DC=Gleichstrom), einem AC-DC-Wandler (AC=Wechselstrom), Schützen oder leistungselektronischen Schaltern zum An- und Abschalten der
Hochstromverbindungen sowie Steckverbindungen für den Hochstromeingang und -ausgang. Gesteuert wird es über ein Steuergerätenetzwerk mit einer ECU1 (= Electronic Control Unit 1 ) als Hauptsteuergerät. Die Daten werden über ein Gateway bereitgestellt. Das MES besteht somit aus den notwendigen leistungselektronischen Komponenten, um sie sowohl an das Stromnetz als auch an Elektrofahrzeuge (BEV = Battery Electric Vehicle) beliebiger Bauart anschließen zu können.
Fig. 3 zeigt beispielhaft das erfindungsgemäße Gesamtsystem. Es trägt den Namen Nomad und besteht aus:
• dem oben beschriebenen Mobiles Energiesystem (MES)
• dem Nomad Energie-Manager (NEM)
• und der sicheren Cloud-Plattform (SCP).
Das erfindungsgemäße System nutzt die trailerbasierte Batterie als Baustein eines virtuellen Kraftwerkes, das Energie aus dem Netz oder aus
Energieerzeugern wie Photovoltaikanlagen oder Blockheizkraftwerken aufnehmen und speichern kann.
Die Batterie kann über eine Steckdose an das Hausnetz stromseitig
angeschlossen werden. Die datenseitige Kopplung erfolgt nun
überraschenderweise nicht direkt, sondern indirekt und mehrstufig, und zwar vom NEM über die SCP zum MES und vice versa. Dies ermöglicht ein homogene und konsolidierte Datenerfassung und Steuerung beider
Komponenten (MES und Hausnetz) sowohl für den Fall, dass das MES an die Hausinstallation angebunden ist als auch für den Fall, dass das MES
unterwegs ist (als Range-Extender an einem Elektrofahrzeug oder als
Energiequelle für off-grid-Anwendungen). Nur so kann eine integrierte
Datengenerierung aller Parameter in Echtzeit auf der Cloudplattform gelingen.
Die Energie der Trailerbatterien wird bei Bedarf wieder abgegeben, entweder am Standort durch Nutzung im Hausnetz des Erzeugers oder durch
Einspeisung über das Hausnetz in das öffentliche Netz. Oder es kann die gespeicherte Energie zu beliebigen anderen Standorten gefahren werden, um dort Energie für off-grid-Anwendungen bereitzustellen, z.B. für Festivals oder Baustellen. Eine weitere erfindungsgemäße Anwendung ist das Nachladen von Elektrofahrzeugen, entweder im Falle wegen leerer Traktionsbatterie
liegengebliebener Elektrofahrzeuge am Straßenrand, am Standort der
Aufladung selbst oder an einem anderen beliebigen Ort, an dem Bedarf für eine langsame Ladung oder eine Schnellladung von Elektrofahrzeugen besteht.
Weiterhin eignet sich das System, um off-grid erzeugte Energie aufzunehmen, um sie am Standort selbst oder nach Transport am Ort des Bedarfes
abzugeben, z.B. zur Schnellladung von Elektrofahrzeugen, fahrbaren
Maschinen oder Sonderfahrzeugen. Weiterhin können auf diese Weise auch Off-Grid-Anlagen durch Straßentransport der elektrischen Energie an das Netz oder andere Off-Grid-Strukturen angebunden werden.
Durch diese Anwendungen können beispielsweise große Mengen mittäglicher Überschussenergie aus der PV-Produktion (PV=Photovoltaik) vom Netz genommen und im Straßenverkehr und anderen Off-Grid-Anwendungen verbraucht werden. Dadurch wird der weitere Ausbau regenerativer
Stromerzeugung erleichtert und dieser ein ganz neuer Markt eröffnet.
Die MES werden sowohl im Rahmen von Verleihsystemen als auch in
Eigentümerschaft von Haus- und Elektrofahrzeugbesitzern eingesetzt. Anbindung des MES an die Secure Cloud Plattform
Zentrales Element der Kommunikationsinfrastruktur ist die Sichere Cloud- Plattform, auch Secure Cloud Platform (SCP). Hierbei handelt es sich um eine sichere Infrastruktur virtualisierter Server, die über eine Backbone- Verschlüsselung, z.B. SSL, miteinander verbunden sind. An die SCP werden die MES über Mobilfunk (beispielsweise G4, LTE) angebunden, vorzugsweise über ein eigenes APN-Netzwerk (APN= Access Point Name).
In gleicher Weise werden die Nomad Energie-Manager (NEM) angebunden, die ein intelligentes Management der Energieerzeugung z.B. einer Photovoltaik- Dachanlage (PV=Photovoltaik) oder eines Blockheizkraftwerks und des
Energieverbrauchs (Zwischenspeicherung in der MES, Steuerung elektrischer Verbraucher) im Smart Home ermöglichen.
Man beachte, dass an die SCP im allgemeinen eine Vielzahl, beispielsweise mehr als 100 oder bevorzugt mehr als 1000, von MES und NEM angebunden ist.
Die Secure Cloud beinhaltet die Datenhaltung unter Beachtung von
Datenschutzaspekten sowie zentral oder dezentral laufende
Softwarefunktionalitäten zur Steuerung des Gesamtsystems, insbesondere Vehicle Tracking, Flotten Management, CRM (Customer Relationship
Manager), Service und Wartung, Ticketing. Über ein Gateway (Smart Grid Gateway) werden Energieversorger und Netzbetreiber zentral angebunden, die dadurch die Energiebereitstellung aus dem Virtual Power Plant abrufen können.
Nutzer haben über eine Webapplikation oder eine Smartphone App in Echtzeit Zugriff auf ihre aktuellen Daten. Diese Funktionalität ermöglicht auf einfache Weise die Bereitstellung eines User-Interfaces im Cockpit des
Elektrofahrzeuges bei einer Fernfahrt mit angedocktem MES. Dazu wird einfach das eigene oder ein zur Verfügung gestelltes Smartphone an die Frontscheibe gepinnt. Um eine volle Funktionalität auch bei fehlender Funkverbindung zu gewährleisten kann eine direkte Back-up-Anbindung an die Nomad Rolling Battery genutzt werden. Diese wird kabelgebunden ins
Fahrzeug und dann vorzugsweise über WLAN zum Smartphone geführt.
Energiebereitstellung während der Fahrt
Fig. 4 (Strom) und Fig. 5 (Steuerung und Daten) zeigen beispielhaft die Anbindung des MES an ein Elektrofahrzeug. Sämtliche Komponenten des MES wie das intelligent BMS (Batterie Management System) der Batterie, der DC/DC Konverter, der bidirektionale Inverter und die Schütze sind als Steuergeräte- Netzwerk auf einem privaten CAN-Bus (CAN=Controller Area Network) mit dem Hauptsteuergerät ECU1 verbunden. Das Hauptsteuergerät wird vorzugsweise über Ethernet an das Gateway angebunden, welches wiederum als APN mit der Secure Cloud Plattform verbunden ist.
Sämtliche Komponenten authentifizieren sich gegenüber der ECU. Die ECU authentifiziert sich gegenüber dem Gateway vorzugsweise über eine
Authentifizierungssoftware und Schlüsselverwaltung, die sich auf dem Chip der SIM-Karte (Subscriber Identity Module, ein Secure Element) des Gateways befindet und somit nicht kompromittiert werden kann. Auf dem Gateway läuft vorzugsweise ein Webserver, der die M2M-Daten (M2M=Maschine zu
Maschine) in Echtzeit der Secure Cloud Plattform zur Verfügung stellt.
Off-Grid-Stromversorgung
Fig. 6 zeigt beispielhaft die Nomad Rolling Battery zur off-Grid- Stromversorgung. Auf der linken Seite ist die Schnellladevorrichtung zu sehen. Mit einem Fast Charger oder einem Supercharger kann die 85 kWh-Batterie in kurzer Zeit am Netz geladen werden. Eine weitere Lademöglichkeit besteht mit AC power, sowohl 3-phasig als auch 1 -phasig. Dabei wird der Wechselstrom im bidirektionalen Inverter in Gleichstrom umgewandelt. Aufgrund der bidirektionalen Wirkungsweise werden diese Anschlüsse auch als Outlets zur Bereitstellung von Wechselstrom verwendet. Über einen DC/DC-Wandler kann weiterhin 400 V DC zur Schnellladung bereitgestellt werden. Über diesen Anschluss ist auch die Erzeugung von Drehstrom über einen
verbraucherseitigen Inverter möglich. Mit der beschriebenen Architektur kann das System somit sowohl mittels Wechselstrom als auch mittels Gleichstrom schnell geladen werden. Es stellt in einer bevorzugten Variante bis zu 85 kWh als Wechsel- oder Gleichstrom zur Verfügung und ermöglicht eine DC- Schnellladung. Dies ist insbesondere für den Anwendungsfall des
Wiederaufladens liegengebliebener Elektrofahrzeuge im Rahmen der
Roadside-Assistenz oder in der Nutzung als Schnellladestation von Bedeutung.
Range-Extender Betrieb
In ähnlicher Weise kann das System auch verwendet werden, um
Elektrofahrzeuge während der Fahrt mit Energie zu versorgen oder deren Batterie nachzuladen. Dadurch lassen sich bis zu 500 km zusätzlicher
Reichweite erzeugen, beim Tausch der MES sogar unbegrenzte Reichweiten.
Fig. 4 zeigt beispielhaft die Auslegung dieser Systemvariante. Der On-Board- Inverter kann entfallen, wenn das System in Zusammenarbeit mit AC- Schnellladestationen betrieben werden soll. Der DC/DC-Wandler führt den Strom über Schütze und ein Kabel zur Elektrofahrzeug.
Das Elektrofahrzeug wurde durch ein Installations-Kit so umgerüstet, dass das Stromkabel des MES über eine gesicherte Steckverbindung zugeführt werden kann. Über einen weiteren Satz von Schützen wird die Energie des MES auf den DC-Hochstrombus des Elektrofahrzeugs eingespeist. Durch den im
Installations-Kit enthaltene ECU2 werden auf dem Public-Bus Betriebsdaten und die VIN-Nummer des Elektrofahrzeuges ausgelesen.
Das System kann über die vom DC/DC-Wandler frei wählbare Spannungslage nun an das jeweilige Elektrofahrzeug angepasst werden. Im Betriebsmodus wird die Spannungslage des von der Nomad Rolling Battery zugeführten Stromes so eingestellt, dass sie etwas höher liegt als die der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeuges. Dadurch wird die vom Inverter abgerufene Energie hauptsächlich aus der Nomad Rolling Battery bereitgestellt. Über die Zeit wird weiterhin die Traktionsbatterie nachgeladen, sodass nach Ende der Fahrt mit der Nomad Rolling Battery ein höherer Ladezustand der Fahrzeugbatterie vorliegen wird. Die Rekuperationsenergie wird in die Fahrzeugbatterie zurückgespeist.
Installations-Kit
Um das MES mit einem Elektrofahrzeug verbinden zu können, wird das Elektrofahrzeug mit einem Installation Kit ausgestattet, der aus folgenden Komponenten besteht:
• Anhängekupplung: Da viele Elektrofahrzeuge (noch) nicht für den
Betrieb mit einer Anhängekupplung ausgestattet sind, wird für jeder zu integrierende Modell eine Aufhängung eigens konstruiert, über
Dauerbelastungstest getestet und bauartzugelassen. Die
Anhängekupplung wird vorzugsweise als abnehmbares Modell gestaltet.
• Kombinationssteckdose: für Hochstrom (vorzugsweise 250 A, 400 V DC), Bordelektrik und Daten (CAN-Bus). Die Steckdose wird mit dem Stecker der Nomad Rolling Batterie verbunden und danach elektrisch verriegelt. Die Zuschaltung des Stromes kann erst nach Verriegelung erfolgen. Das System ist gegen Staub, Korrosion und Spritzwasser geschützt.
• Leistungsschalter wie Schütze oder leistungselektronische Schalter (MOSFETs) und Zweiadriges Hochstromkabel, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 50 mm2 je Ader, zur Anbindung an den DC- Hochstrombus des Elektrofahrzeugs. • ECU2 zur Steuerung der Funktionalitäten des Installations-Kits, zur Anbindung an den Public-Bus des Elektrofahrzeuges zur Auslegung von Fahrzeugdaten und der VIN-Nummer (Vehicle Identification Number), Webserver und WLAN.
Stationärer Modus und Kopplung mit Netz
Diese Variante beinhaltet wiederum den Bidirektionalen Inverter. Durch
Synchronisation der Phasenlage mit dem AC-Bus der Hausinstallation kann das MES mit dem Haus-Netz verbunden werden. Der AC-Anschluss dient dabei sowohl zur Aufladung des MES als auch zur Rückspeisung ins Hausnetz.
Fig. 7 zeigt beispielhaft die erfindungsgemäße Architektur des Systems. Das System eignet sich insbesondere zum Management der über PV-Anlage (Aufdachanlage) oder ein Blockheizkraftwerk (BHKW) erzeugten Energie. Die PV-Anlage ist dabei wie üblich über einen Inverter an den AC-Bus der
Hausinstallation angebunden. Von diesem zweigen die einzelnen Verbraucher ab. Die Hausinstallation ist über den Zähler (Smart Meter) mit dem öffentlichen Netz (Smart Grid) verbunden.
Zentrale Intelligenz zur Steuerung des Gesamtsystems ist der Nomad Energy Manager (NEM). Der NEM besitzt eine intelligente Steuerung, die Daten des Smart Meters, des Inverters der PV-Anlage und von externen Quellen
(Wettervorhersage, Virtual Power Plant Betreiber) verarbeitet. Mit dem MES steht er über die Secure Cloud Platform in Verbindung oder bei Fehler einer Verbindung in einer Direktverbindung mit deren Gateway.
Der NEM kann somit dem MES genau signalisieren, welches Verhalten es einnehmen soll:
• Speicherung des erzeugten PV-Stromes (beispielsweise in
Angebotsspitzen am Tag) • Rückspeisung zur Versorgung der Verbraucher des Hauses
(insbesondere morgens, abends und nachts)
• Rückspeisung ins öffentliche Netz im Rahmen des Virtuellen Kraftwerks.
Der NEM ist weiterhin mit einer Fernsteuerungsmöglichkeit für unterschiedliche Verbraucher aus gestattet. Auf diese Weise können Verbraucher
bedarfsorientiert zugeschaltet oder vom Netz genommen werden. Alle
Einstellungen können remote über die Smartphone App vorgenommen werden. Das System kann sich darüber hinaus selbstlernend über die Zeit optimieren.
Die Batterie ist im Gegensatz zu bekannten und handelsübliche
Puffersystemen in der Lage, nicht nur den Tagesbedarf zu shiften, sondern sogar den gesamten Wochenbedarf des Haushalts zu managen. Um dies zu gewährleisten, können die gesamten Angebotsspitzen an sonnigen Tagen gespeichert werden, sodass es zu keiner unerwünschten Einspeisung kommen wird. Die gespeicherte Energie steht darüber hinaus zum Verbrauch im
Elektrofahrzeug zur Verfügung. Aus Sicht des Energieversorgers entsteht somit ein hochattraktives verteiltes System zur Entnahme von überschüssigen
Angebotsspitzen und deren Verbrauch auf der Straße.
Für den Fachmann überraschend kann das MES auch als mobile Lade- oder Schnellladestation für Elektrofahrzeuge verwendet werden (siehe die
beispielhafte Fig. 8). Hierbei erfolgt die Aufladung über ein- oder dreiphasigen Wechselstrom oder über Gleichstrom, vorzugsweise 400 V DC). Das MES wiederum bietet die Energie wiederum als 1 -phasigen oder 3-phasigen
Wechselstrom oder als Gleichstrom an, entsprechend als Mode 1 , Mode 2, CCS (Combined Charging System)- oder CHAdeMO-Ladesystem.
Besonderer Vorteil dieser Auslegung ist es, dass die Aufladung des MES netzschonend langsam erfolgen kann, während die Aufladung des
Elektrofahrzeuges nach einem Schnelllademodus erfolgen kann. Dadurch wird die Schnellladung an Standorten ermöglicht, an denen keine hohe Absicherung möglich und dadurch keine hohe Ladeleistung verfügbar ist. Weiterhin bietet das System die Möglichkeit, das MES zum Ort des Bedarfes zu bewegen, z.B. zu einem wegen leerer Traktionsbatterie liegen gebliebenen Elektrofahrzeug oder zu anderswo parkenden Elektrofahrzeugen.
Ausgestaltungen der Erfindung
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt insbesondere in einer ersten Ausgestaltung ein mobiles trailerbasiertes Energiesystem bestehend aus einer Batterie und einem AC/DC-Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass es stromseitig mit dem Netz verbunden werden kann und über ein Energie- Manager (NEM) auf Seiten der Hausinstallation gesteuert wird bezüglich seiner Funktionen Energie speichern, Rückspeisen für Verbraucher im Hausnetz oder Rückspeisen ins öffentliche Netz.
In einer zweiten Ausgestaltung ist beim Energiesystem der ersten
Ausgestaltung vorgesehen, dass die Batterie mit einem DC/DC-Wandler verbunden ist, der die Bereitstellung von Gleichstrom beliebiger Spannung ermöglicht.
Bei einem Energiesystem der zweiten Ausgestaltung kann weiterhin
vorgesehen sein, dass das System zur Ladung oder Schnellladung von
Fahrzeugen am Netzstandort verwendet wird.
Bei einem Energiesystem der zweiten Ausgestaltung kann weiterhin
vorgesehen sein, dass das System zur Ladung oder Schnellladung von
Fahrzeugen am Fahrzeugstandort oder einem beliebigen anderen Standort verwendet wird.
Bei einem Energiesystem der ersten Ausgestaltung kann weiterhin vorgesehen sein, ,dass es über Funk mit einer Cloud-Plattform verbunden ist, die die Überwachung, Steuerung und Einbindung in ein virtuelles Kraftwerk ermöglicht. Bei einem Energiesystem der zweiten Ausgestaltung kann weiterhin
vorgesehen sein, ,dass es über Funk mit einer Cloud-Plattform verbunden ist, die die Überwachung, Steuerung und Einbindung in ein virtuelles Kraftwerk ermöglicht.
Bei einem Energiesystem der zweiten Ausgestaltung kann weiterhin
vorgesehen sein,,dass es off-grid erzeugte Energie aufnimmt und diese während der Fahrt oder an einem anderen Standort zum Verbrauch oder zu Einspeisung bereitstellt.
Bei einem Energiesystem der zweiten Ausgestaltung kann weiterhin
vorgesehen sein,,dass es aus dem Netz Energie aufnimmt und diese während der Fahrt oder an einem anderen Standort zum Verbrauch oder zu Einspeisung bereitstellt.
Bei einem Energiesystem der ersten Ausgestaltung kann weiterhin vorgesehen sein,,dass es off-grid erzeugte Energie aufnimmt und diese während der Fahrt oder an einem anderen Standort zum Verbrauch oder zu Einspeisung bereitstellt.
Bei einem Energiesystem der ersten Ausgestaltung kann weiterhin vorgesehen sein, dass es aus dem Netz Energie aufnimmt und diese während der Fahrt oder an einem anderen Standort zum Verbrauch oder zu Einspeisung bereitstellt.
Zusammenfassend wird ein mobiles Energiesystem (MES) beschrieben, das elektrische Energie durch Anschluss an das Hausnetz aufnehmen,
Zwischenspeichern und rückspeichern kann. Weiterhin kann die Energie an Standort der Aufladung, an anderen Standorten oder während der Fahrt abgegeben werden. Dadurch wird die Möglichkeit geboten, stationäre oder mobile Schnellladestationen auch an Standorten zu betreiben, die nur geringe Leistungsabgabe ermöglichen. Durch die Kopplung der Anlagen über eine Cloud können Funktionen eines virtuellen Kraftwerks ausgeübt werden.

Claims

Patentansprüche
Mobiles trailerbasiertes Energiesystem (MES) umfassend eine Batterie und einen AC/DC-Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu ausgebildet ist, stromseitig über das Hausnetz einer Hausinstallation mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden zu werden, wobei das Energiesystem (MES) über einen Energie-Manager (NEM) auf Seiten der Hausinstallation steuerbar ist bezüglich seiner Funktionen Energie speichern, Rückspeisen für Verbraucher im Hausnetz oder Rückspeisen ins öffentliche Netz.
Energiesystem (MES) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass das Energiesystem (MES) einen DC/DC-Wandler umfasst, mit dem die Batterie verbunden ist, wobei der DC/DC-Wandler die Bereitstellung von Gleichstrom beliebiger Spannung ermöglicht.
Energiesystem (MES) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Komponenten des Energiesystems (MES), insbesondere ein Batteriemanagementsystem (BMS) der Batterie, ein DC/DC-Wandler, ein bidirektionaler Inverter und Schütze, als Steuergeräte-Netzwerk auf einem privaten CAN-Bus mit einem Hauptsteuergerät (ECU1 ) verbunden sind, und dass das Hauptsteuergerät (ECU1 ) an ein Gateway des
Energiesystems (MES) angebunden ist, insbesondere über Ethernet. Energiesystem (MES) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der AC/DC-Wandler ein bidirektionaler Inverter ist.
Energiesystem (MES) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie über eine Steckdose an das Hausnetz anschließbar ist.
Verwendung eines mobilen trailerbasierten Energiesystems (MES) umfassend eine Batterie und einen AC/DC-Wandler, insbesondere wobei das Energiesystem (MES) ausgebildet ist nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiesystem (MES) zumindest zeitweise stromseitig über das Hausnetz einer Hausinstallation mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden wird, wobei das mobile Energiesystem (MES) über einen Energie-Manager (NEM) auf Seiten der Hausinstallation gesteuert wird bezüglich seiner Funktionen Energie speichern, Rückspeisen für
Verbraucher im Hausnetz oder Rückspeisen ins öffentliche Netz.
Verwendung nach Anspruch 6, wobei das Energiesystem ausgebildet ist nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Energiesystem (MES) zumindest zeitweise zur Ladung oder Schnellladung von Fahrzeugen am Netzstandort verwendet wird.
Verwendung nach Anspruch 6, wobei das Energiesystem (MES) ausgebildet ist nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Energiesystem (MES) zumindest zeitweise vom Netzstandort zu beliebigen anderen Standorten gefahren wird und zur Ladung oder Schnellladung von Fahrzeugen an diesen beliebigen anderen Standorten verwendet wird,
insbesondere wobei die Fahrzeuge wegen leerer Traktionsbatterie am
Straßenrand liegengeblieben sind.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Energiesystem (MES) über Funk mit einer Cloud-Plattform
(SCP) verbunden ist, die die Überwachung, Steuerung und Einbindung in ein virtuelles Kraftwerk ermöglicht.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Energiesystem (MES) nicht direkt, sondern über die Cloud-Plattform
(SCP) mit dem Energie-Manager (NEM) verbunden ist.
11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energieversorger und ein Netzbetreiber des öffentlichen Stromnetzes über die Cloud-Plattform (SCP) zentral angebunden sind, wodurch diese eine Energiebereitstellung aus dem virtuellen Kraftwerk abrufen können.
12. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass über die Cloud-Plattform (SPC) eine
Datenerfassung und Steuerung des Energiesystems (MES) und des
Energiemanagers (NEM) erfolgt, sowohl wenn das Energiesystem (MES) an die Hausinstallation angebunden ist als auch wenn das
Energiesystem (MES) unterwegs ist, insbesondere als Range-Extender an einem Elektrofahrzeug oder als Energiequelle für off-grid
Anwendungen. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Energiesystem (MES) zumindest zeitweise off-grid erzeugte Energie aufnimmt und diese während der Fahrt oder an einem anderen Standort zum Verbrauch oder zu Einspeisung bereitstellt,
insbesondere wobei das Energiesystem (MES) ausgebildet ist gemäß Anspruch 2.
Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Energiesystem (MES) zumindest zeitweise aus dem öffentlichen Stromnetz Energie aufnimmt und diese während der Fahrt oder an einem anderen Standort zum Verbrauch oder zu Einspeisung bereitstellt,
insbesondere wobei das Energiesystem (MES) ausgebildet ist gemäß Anspruch 2.
Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hausinstallation einen Energieerzeuger, insbesondere eine Photovoltaikanlage (PV) oder ein Blockheizkraftwerk (BHKW), umfasst.
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie-Manager (NEM) ein intelligentes Management der
Energieerzeugung durch den Energieerzeuger und des
Energieverbrauchs durch Verbraucher im Hausnetz betreibt, einschließlich der Zwischenspeicherung von Energie des
Energieerzeugers im Energiesystem (MES) und der Steuerung der elektrischen Verbraucher im Hausnetz. Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass der Energie-Manager (NEM) eine
Fernsteuerungsfunktion für unterschiedliche Verbraucher im Hausnetz aufweist, und die Verbraucher bedarfsorientiert zugeschaltet oder vom öffentlichen Stromnetz genommen werden.
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