WO2019120671A1 - Ladestation für elektrofahrzeuge sowie verfahren zum betreiben einer ladestation - Google Patents
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- Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
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Definitions
- the subject matter relates to a charging station for electric vehicles and a method for operating a charging station.
- a charging station is connected to a power supply network via a mains connection and can be connected to an electric vehicle via a charging connection.
- Power supply network is preferably a three-phase AC power.
- an energy storage is arranged.
- This energy store preferably has a storage capacity of at least 10 kWh, preferably between 50 and 200 kWh, in particular between 70 and 150 kWh. It has been found that the memory capacity can be used on the one hand to dampen the peak loads during charging and on the other hand can be used on the network. It is suggested that the
- Energy storage is connected via a power converter to the grid connection is such that active power and reactive power bidirectionally controllable between the grid connection and the energy storage are transferable.
- active power as well as reactive power from the energy storage in the network
- This transmission of reactive power and / or active power is variably adjustable in the power converter so that, depending on a control parameter, between 0% and 100% of the rated power can be transmitted both in terms of active power and reactive power in both directions.
- the charging station can thus not only remove active power from the grid or feed active power into the grid, but also reactive power from the grid and feed it into the grid.
- the power converter is set accordingly at the mains connection.
- Energy storage can thus stabilize the electrical supply network and during a quick charge, the load peaks on the
- the arranged between the energy storage and the power supply converter can be configured both as a rectifier and as an inverter.
- a rectifier can be arranged from the mains connection in the direction of the energy store and from the energy store in the direction of the grid connection
- Inverter This allows the converter to operate bidirectionally and regulate the power flow.
- a power flow direction can be regulated by the power converter arranged between the power supply and the energy store.
- the power converter is configured to either feed an electrical power into the power grid or to remove an electrical power from the power grid.
- the inverter is set accordingly and in particular can also adjust the phase angle of current and voltage on each individual phase, so that in addition can also be adjusted, which reactive power and which
- Active power is fed.
- removing the rectifier can be set up to adjust the phase angle between current and voltage on each individual phase and thus adjust the ratio between reactive and active power.
- the charging connection is a direct current connection and that between the energy store and the
- Charging terminal is arranged a DC-DC converter.
- the DC-DC converter As a rule, the
- the grid connection is a medium-voltage connection and that between the grid connection and the
- Energy storage is arranged a transformer.
- a direct tap on the medium-voltage connection via the transformer makes it possible to tap high powers on the medium voltage side, as well as to feed high powers on the medium voltage side. This allows a network stabilization on the
- the energy storage device can be charged very quickly. It is also possible to discharge the energy store in mains-operated operation with powers of more than 100 kW, and in particular in the
- Power converter and the energy storage is arranged a DC chopper.
- the converter has a rectifier. This does not necessarily have to be set up on the output side to set the voltage which is required for the
- a DC-DC converter which picks up the DC output of the converter and a corresponding
- a central controller be in operative connection with at least the power converter and / or at least one of the DC power controllers. With the help of the central controller, an integrated control of the charging station can be realized. Depending on, for example, one
- Control signal of the network operator and / or a control signal of the electric vehicle can be set converter and / or DC chopper. According to a further embodiment, it is proposed that a
- Photovoltaic system is connected via a DC chopper with the energy storage. This can be directly on the charging station, a charging of energy storage independent of the power grid realized. Since charging stations are quite unused for a long time, charging the energy storage via the
- Photovoltaic system make sense.
- a fully charged energy storage can be used in particular for cushioning load peaks during charging with high performance.
- Another aspect is a method according to claim 8.
- the power flow between a network connection and an energy storage device can be controlled independently of a charging process at a charging connection.
- the energy store can charge a
- Electric vehicle can be used.
- the energy storage device is to be network-capable, then it may be useful to feed active power or reactive power into the energy supply network or to extract active power or reactive power from the energy supply network.
- the associated active power flow / reactive power flow can be adjusted depending on an external control signal or depending on a characteristic curve.
- the characteristic can, for example, indicate the power over the mains frequency.
- the characteristic curve can also indicate the power via the mains voltage.
- Power rating limit is adjustable. This means that the power converter can be configured so that only reactive power from the
- Power supply network can be removed or only reactive power can be fed into the power grid. A clean
- 1 shows a charging system for electric vehicles.
- Fig. 2a shows a characteristic for setting the active power depending on the
- 3b shows a characteristic curve for adjusting the reactive power depending on the
- Fig. 4a shows a characteristic for setting the active power depending on the
- Fig. 4b shows a characteristic curve for adjusting the reactive power depending on the
- Power factor in the power grid. 1 shows a charging station 2 with a connection 4 to a power supply network 5 and a charging connection 6.
- An energy store 8 is arranged between the connection 4 and the connection 6.
- connection 4 can be a multi-phase connection, in particular to a
- Transformer 10 may be arranged in front of or behind the terminal 4.
- the medium voltage in particular a voltage over 10 kV tap and provide a power converter 12 are available.
- the power converter 12 is bidirectional and has on the one hand a rectifier and on the other hand an inverter.
- the rectifier is adapted to a tapped from the terminal 4 voltage (indirectly via a DC chopper 16 or
- the inverter is configured to convert a voltage of the energy store 8 (medium via a DC chopper 16 or directly) into an AC voltage in order to feed it via the connection 4 into the supply network.
- Both the rectifier and the inverter of the power converter 12 are controllable via a central controller 14. This makes it possible to set which active power and / or which reactive power is tapped from the terminal 4 or is delivered to the terminal 4. For this purpose, the power flow, in particular the power flow direction can be adjusted by the power converter 12 depending on the central controller 14.
- the rectifier in the power converter 12 outputs a voltage which does not correspond to the charging voltage of the energy store 8.
- a DC chopper 16 may be provided to reduce the voltage between the
- the DC chopper 16 may be controlled via the central controller 14 and in particular, voltages, power flow directions, power factors and the like can be adjusted.
- the energy store 8 is arranged parallel to the connection between the DC chopper 16 and a DC chopper 18. About the DC-DC converter 18, the output voltage of the energy storage 8 can be changed to a voltage level, which is necessary to make a charge at the charging port 6. Also, the DC controller 18 is connected to the central controller 14 and is suitable for setting the charging voltage, for example, depending on a control signal which is received via the charging port 6.
- the charging port can be, for example, a Combo 1, Combo 2 or a CHAdeMO connection.
- the communication between the vehicle via the charging port 6 and the central controller 14 can be made in particular according to 1SO 15118.
- a photovoltaic system 20 can be connected in parallel to the energy storage 8 via a DC converter 22. Also, the DC controller 22 can be controlled via the central controller 14.
- control signal which originates for example from a backend 24, the central controller 14, the power converter 14 and the
- Control DC-DC adjuster 16, 18, 22 can be dependent on network data, such as, for example, mains voltage, power factor, network frequency or the like. This makes it possible to extract active power as well as reactive power from the supply network 5 and feed it into the supply network 5.
- a load peak which is tapped off via the terminal 6, is compensated via the energy store 8, so that only a lower power has to be tapped at the terminal 4 than at the terminal 6
- FIG. 2a shows a characteristic curve 26 for setting an active power at the connection 4. It can be seen that at a rated voltage 26a in the network 5, for example 400V, the active power is set to a nominal value 26b. As the voltage increases, the active power reference increases in a ramp. From a lower limit voltage, the active power reference decreases in a ramp.
- FIG. 2b shows the setting of the reactive power at terminal 4 via the voltage at terminal 4.
- reactive power is referred to, as can be seen in the ramp-shaped rise of characteristic curve 28.
- 3a shows a characteristic curve 30 for setting the active power as a function of a mains frequency at the terminal 4. Above an upper limit frequency 30a,
- the active power reference increases over a nominal value 30c. Below a lower limit frequency 30b, the active power reference drops below the nominal value 30c.
- FIG. 3b shows the setting of the reactive power as a function of the mains frequency at terminal 4. As can be seen from the characteristic curve 32, there is a
- FIG. 4a shows the setting of the active power as a function of the power factor at terminal 4.
- the characteristic curve 34 is dependent on whether active power is obtained capacitively or inductively.
- An increase in the Active power reference below the power factor of 1.0 is indicated for capacitive active power reference, a falling active power reference below a power factor of 1.0 is indicated during inductive active power reference.
- 4b shows the reactive power reference via the power factor at terminal 4.
- the characteristic curve 36a shows an inductive reactive power reference and the characteristic curve 36b shows a capacitive reactive power reference at the terminal 4.
Abstract
Ladestation für Elektrofahrzeuge mit einem Netzanschluss eingerichtet zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz, einem Ladeanschluss eingerichtet zum Anschluss an ein Elektrofahrzeug, einem parallel zwischen dem Netzanschluss und dem Ladeanschluss angeordneten Energiespeicher.
Description
Ladestation für Elektrofahrzeuge sowie Verfahren zum Betreiben einer
Ladestation
Der Gegenstand betrifft eine Ladestation für Elektrofahrzeuge sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation.
Die zunehmende Verbreitung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Plug-in-Hybridfahrzeuge (PEHV) sowie rein batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV) führt zu einem zunehmenden Bedarf an Schnellladestationen. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere Gleichstromladung (DC Charging) für das schnelle Laden geeignet ist. Bei den DC Chargern ist ein Gleichrichter im Fahrzeug nicht notwendig, was von der Automobilindustrie bevorzugt ist.
Ein schnelles Laden erfolgt mit mehreren 100 kW, beispielsweise mit
Spitzenleistungen von 350 kW und mehr. Solch hohe Ladeleistungen führen zu kurzzeitigen Spitzenlasten im die Ladestation versorgenden elektrischen
Versorgungsnetz. Die sehr hohen Ladeleistungen von 350 kW und gegebenenfalls mehr werden in der Regel nur in den ersten Minuten des Ladevorgangs abgerufen, insbesondere wenn die Speicherbatterie des Fahrzeugs leer ist. Mit zunehmender Ladung der Speicherbatterie wird die Ladeleistung heruntergefahren. Das bedeutet, dass die Spitzenlasten nur sehr kurzzeitig auftreten, die Netzbetreiber jedoch vor enorme Probleme stellt. Netzseitig müssen die kurzzeitigen Spitzenlasten getragen werden, was zu einem enormen Bedarf an Netzausbau führt und enorme Kosten produziert. Versorgungsnetze sind in der Regel auf einen homogenen Verbrauch ausgelegt und derartige Spitzenlasten, wie sie beim Schnellladen entstehen, sind in bisherigen Versorgungsnetzen nicht vorgesehen.
Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Ladestation sowie ein Verfahren zum Laden zur Verfügung zu stellen, welches den Bedarf an
Netzinfrastruktur reduziert.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladestation nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.
Es ist erkannt worden, dass durch den Einsatz eines Energiespeichers innerhalb der Ladestation sowohl die Lastspitzen abgeschwächt werden können, als auch
netzdienliche Dienste zur Verfügung gestellt werden können. Eine Ladestation ist über einen Netzanschluss mit einem Energieversorgungsnetz verbunden und lässt sich über einen Ladeanschluss mit einem Elektrofahrzeug verbinden. Das
Energieversorgungsnetz ist dabei bevorzugt ein dreiphasiges Wechselstromnetz.
Zwischen dem Netzanschluss und dem Ladeanschluss wird ein Energiespeicher angeordnet. Dieser Energiespeicher hat bevorzugt eine Speicherkapazität von zumindest 10 kWh, bevorzugt zwischen 50 und 200 kWh, insbesondere zwischen 70 und 150 kWh. Es hat sich herausgestellt, dass die Speicherkapazität einerseits zum Abdämpfen der Spitzenlasten beim Laden genutzt werden kann und andererseits netzdienlich eingesetzt werden kann. Hierzu wird vorgeschlagen, dass der
Energiespeicher über einen Stromrichter mit dem Netzanschluss verbunden ist derart, dass Wirkleistung und Blindleistung bidirektional regelbar zwischen dem Netzanschluss und dem Energiespeicher übertragbar sind. Somit ist es möglich, Wirkleistung als auch Blindleistung von dem Energiespeicher in das Netz
einzuspeisen oder auch aus dem Netz aufzunehmen. Diese Übertragung von Blind- und/oder Wirkleistung ist im Stromrichter variabel einstellbar, so dass abhängig von einem Regelparameter zwischen 0% und 100% der Nennleistung sowohl betreffend Wirkleistung als auch betreffend Blindleistung in beide Richtungen übertragbar ist.
Die Ladestation kann somit nicht nur Wirkleistung aus dem Netz entnehmen oder Wirkleistung in das Netz einspeisen, sondern auch Blindleistung aus dem Netz
entnehmen und in das Netz einspeisen. Für die Einspeisung von Blindleistung ist der Stromrichter an dem Netzanschluss entsprechend eingestellt. Mit Hilfe des
Energiespeichers lässt sich somit das elektrische Versorgungsnetz stabilisieren und während eines Schnellladevorgangs lassen sich die Lastspitzen über den
Energiespeicher ausgleichen.
Der zwischen dem Energiespeicher und dem Netzanschluss angeordnete Stromrichter kann sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter eingerichtet sein. Somit kann vom Netzanschluss in Richtung des Energiespeichers ein Gleichrichter angeordnet sein und vom Energiespeicher in Richtung Netzanschluss ein
Wechselrichter. Hierdurch lässt sich der Stromrichter bidirektional betreiben und der Leistungsfluss regeln.
Auch wird vorgeschlagen, dass eine Leistungsflussrichtung durch den zwischen dem Netzanschluss und dem Energiespeicher angeordneten Stromrichter regelbar ist. Damit ist der Stromrichter dazu eingerichtet, entweder eine elektrische Leistung in das Energieversorgungsnetz einzuspeisen oder eine elektrische Leistung aus dem Energieversorgungsnetz zu entnehmen. Richtung Energieversorgungsnetz wird der Wechselrichter entsprechend eingestellt und insbesondere lässt sich auch der Phasenwinkel von Strom und Spannung auf jeder einzelnen Phase einstellen, so dass zusätzlich auch eingestellt werden kann, welche Blindleistung und welche
Wirkleistung eingespeist wird. Bei der Entnahme kann der Gleichrichter entsprechend eingerichtet sein, um auch auf jeder einzelnen Phase den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung einzustellen und somit das Verhältnis zwischen Blind- und Wirkleistung einzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Ladeanschluss ein Gleichstromanschluss ist und dass zwischen dem Energiespeicher und dem
Ladeanschluss ein Gleichstromsteller angeordnet ist. ln der Regel wird der
Energiespeicher auf einem anderen Spannungsniveau betrieben, als dies für das Laden an dem Elektrofahrzeug notwendig ist. Es werden bereits Ladespannungen von
bis zu 800V vorgeschlagen. Um diese Spannungen zu erreichen, ist der Gleichstromsteller vorgesehen, um mit dessen Hilfe die Spannung an den Abgriffen des Energiespeichers auf die notwendige Spannung für das Laden anzuheben oder abzusenken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Netzanschluss ein Mittelspannungsanschluss ist und dass zwischen dem Netzanschluss und dem
Energiespeicher ein Transformator angeordnet ist. Ein unmittelbarer Abgriff an dem Mittelspannungsanschluss über den Transformator ermöglicht es, hohe Leistungen mittelspannungsseitig abzugreifen, als auch hohe Leistungen mittelspannungsseitig einzuspeisen. Hierdurch lässt sich eine Netzstabilisierung auf der
Mittelspannungsebene realisieren. Außerdem lässt sich hierüber der Energiespeicher sehr schnell laden. Auch ein Entladen des Energiespeichers im netzdienlichen Betrieb mit Leistungen von über 100 kW ist möglich und insbesondere in der
Mittelspannungsebene notwendig.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zwischen dem
Stromrichter und dem Energiespeicher ein Gleichstromsteller angeordnet ist.
Der Stromrichter verfügt über einen Gleichrichter. Dieser muss nicht zwingend dazu eingerichtet sein, ausgangsseitig die Spannung einzustellen, die für den
Energiespeicher notwendig ist. Hierzu wird ein Gleichstromsteller vorgesehen, der den Gleichstromausgang des Stromrichters abgreift und eine entsprechende
Spannung für den Energiespeicher einstellt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein zentraler Controller in Wirkverbindung mit zumindest dem Stromrichter und/oder zumindest einem der Gleichstromsteller ist. Mit Hilfe des zentralen Controllers lässt sich eine integrierte Steuerung der Ladestation realisieren. Abhängig von beispielsweise einem
Steuersignal des Netzbetreibers und/oder eines Steuersignals des Elektrofahrzeugs lassen sich Stromrichter und/oder Gleichstromsteller einstellen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass eine
Fotovoltaikanlage über einen Gleichstromsteller mit dem Energiespeicher verbunden ist. Hierüber lässt sich unmittelbar an der Ladestation ein Laden des Energiespeichers unabhängig vom Energieversorgungsnetz realisieren. Da Ladestationen durchaus lange Zeit ungenutzt sind, kann ein Laden des Energiespeichers über die
Fotovoltaikanlage sinnvoll sein. Ein vollgeladener Energiespeicher lässt sich insbesondere zur Abfederung von Lastspitzen während des Ladens mit hohen Leistungen nutzen.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren nach Anspruch 8. Mit dem gegenständlichen Verfahren lässt sich der Leistungsfluss zwischen einem Netzanschluss und einem Energiespeicher unabhängig von einem Ladevorgang an einem Ladeanschluss steuern. Somit ist es möglich, Wirk- als auch Blindleistung in das
Energieversorgungsnetz einzuspeisen oder aus dem Energieversorgungsnetz zu entnehmen. Darüber hinaus kann der Energiespeicher zum Laden eines
Elektrofahrzeugs genutzt werden.
Soll der Energiespeicher netzdienlich sein, so kann es sinnvoll sein, Wirkleistung oder Blindleistung in das Energieversorgungsnetz einzuspeisen oder Wirkleistung oder Blindleistung aus dem Energieversorgungsnetz zu entnehmen. Der hiermit verbundene Wirkleistungsfluss/Blindleistungsfluss lässt sich abhängig von einem externen Steuersignal oder abhängig von einer Kennlinie einstellen. Die Kennlinie kann beispielsweise die Leistung über die Netzfrequenz angeben. Auch kann die Kennlinie die Leistung über die Netzspannung angeben. Schließlich ist es möglich, die Kennlinie über den Leistungsfaktor im Energieversorgungsnetz anzugeben, d.h.
abhängig vom Phasenwinkel des Energieversorgungsnetzes.
Entsprechend lässt sich auch der Blindleistungsfluss einstellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zwischen dem
Energiespeicher und dem Netzanschluss fließende Blindleistung bis zur
Leistungsbemessungsgrenze einstellbar ist. Das bedeutet, dass der Stromrichter so eingerichtet sein kann, dass ausschließlich Blindleistung aus dem
Energieversorgungsnetz entnommen werden kann oder ausschließlich Blindleistung in das Energieversorgungsnetz gespeist werden kann. Eine reine
Blindleistungsentnahme, ohne dass Wirkleistung entnommen wird, kann vorteilhaft sein.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert ln der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Ladesystem für Elektrofahrzeuge;
Fig. 2a eine Kennlinie zur Einstellung der Wirkleistung abhängig von der
Netzspannung;
Fig. 2b eine Kennlinie zur Einstellung der Blindleistung abhängig von der
Netzspannung;
Fig. 3a eine Kennlinie zur Einstellung der Wirkleistung abhängig von der
Netzfrequenz;
Fig. 3b eine Kennlinie zur Einstellung der Blindleistung abhängig von der
Netzfrequenz;
Fig. 4a eine Kennlinie zur Einstellung der Wirkleistung abhängig von dem
Leistungsfaktor im Energieversorgungsnetz;
Fig. 4b eine Kennlinie zur Einstellung der Blindleistung abhängig von dem
Leistungsfaktor im Energieversorgungsnetz.
Fig. 1 zeigt eine Ladestation 2 mit einem Anschluss 4 an ein Energieversorgungsnetz 5 sowie einen Ladeanschluss 6. Zwischen dem Anschluss 4 und dem Anschluss 6 ist ein Energiespeicher 8 angeordnet.
Der Anschluss 4 kann ein mehrphasiger Anschluss insbesondere an ein
Mittelspannungsnetz sein. An dem Anschluss 4 kann ein Transformator 10
vorgesehen sein, der in oder an der Ladestation 2 angeordnet sein kann. Der
Transformator 10 kann vor oder hinter dem Anschluss 4 angeordnet sein. Über den Transformator 10 lässt sich die Mittelspannung, insbesondere eine Spannung über 10 kV abgreifen und einem Stromrichter 12 zur Verfügung stellen. Der Stromrichter 12 ist bidirektional und verfügt einerseits über einen Gleichrichter und andererseits über einen Wechselrichter. Der Gleichrichter ist dazu eingerichtet, eine von dem Anschluss 4 abgegriffene Spannung (mittelbar über einen Gleichstromsteller 16 oder
unmittelbar) in eine Ladespannung für den Energiespeicher 8 umzuwandeln. Der Wechselrichter ist dazu eingerichtet, eine Spannung des Energiespeichers 8 (mittel über einen Gleichstromsteller 16 oder unmittelbar) in eine Wechselspannung umzuwandeln, um diese über den Anschluss 4 in das Versorgungsnetz einzuspeisen. Sowohl der Gleichrichter als auch der Wechselrichter des Stromrichters 12 sind regelbar über eine zentrale Steuerung 14. Hierdurch lässt sich einstellen, welche Wirkleistung und/oder welche Blindleistung von dem Anschluss 4 abgegriffen wird oder an dem Anschluss 4 abgegeben wird. Dazu lässt sich der Leistungsfluss, insbesondere die Leistungsflussrichtung durch den Stromrichter 12 abhängig von der zentralen Steuerung 14 einstellen.
Es kann sein, dass der Gleichrichter in dem Stromrichter 12 eine Spannung ausgibt, die nicht der Ladespannung des Energiespeichers 8 entspricht. Für diesen Fall kann ein Gleichstromsteller 16 vorgesehen sein, um die Spannung zwischen dem
Stromrichter 12 und dem Energiespeicher 8 entsprechend umzuwandeln. Auch der Gleichstromsteller 16 kann über die zentrale Steuerung 14 gesteuert sein und
insbesondere Spannungen, Leistungsflussrichtungen, Leistungsfaktoren und dergleichen können eingestellt werden.
Der Energiespeicher 8 ist parallel zu der Verbindung zwischen dem Gleichstromsteller 16 und einem Gleichstromsteller 18 angeordnet. Über den Gleichstromsteller 18 lässt sich die Ausgangsspannung des Energiespeichers 8 auf ein Spannungsniveau verändern, welches notwendig ist, um an dem Ladeanschluss 6 einen Ladevorgang vorzunehmen. Auch der Gleichstromsteller 18 ist mit der zentralen Steuerung 14 verbunden und eignet sich zur Einstellung der Ladespannung beispielsweise abhängig von einem Steuersignal, welches über den Ladeanschluss 6 empfangen wird.
Der Ladeanschluss kann beispielsweise ein Combo 1, Combo 2 oder ein CHAdeMO- Anschluss sein. Die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug über den Ladeanschluss 6 und der zentralen Steuerung 14 kann insbesondere gemäß 1SO 15118 erfolgen.
Zur Versorgung des Energiespeichers 8 unabhängig von dem Energieversorgungsnetz kann eine Fotovoltaikanlage 20 über einen Gleichstromsteller 22 parallel an den Energiespeicher 8 angeschlossen werden. Auch der Gleichstromsteller 22 lässt sich über die zentrale Steuerung 14 ansteuern.
Ausgehend von einem Steuersignal, welches beispielsweise von einem Backend 24 stammt, kann die zentrale Steuerung 14 den Stromrichter 14 sowie die
Gleichstromsteller 16, 18, 22 ansteuern. Die Ansteuerung kann insbesondere abhängig von Netzdaten, wie beispielsweise Netzspannung, Leistungsfaktor, Netzfrequenz oder dergleichen sein. Hierüber ist es möglich, Wirkleistung als auch Blindleistung aus dem Versorgungsnetz 5 zu entnehmen und in das Versorgungsnetz 5 einzuspeisen.
Bei einem Ladevorgang wird über den Energiespeicher 8 eine Lastspitze, welche über den Anschluss 6 abgegriffen wird, ausgeglichen, so dass an dem Anschluss 4 nur eine geringere Leistung abgegriffen werden muss, als dies an dem Anschluss 6 zur
Verfügung gestellt wird. Unabhängig von diesem Ladevorgang kann auch durch
entsprechende Einstellung über die zentrale Steuerung 14 der Energiespeicher 8 netzdienlich eingesetzt werden und Blind- und/oder Wirkleistung an dem Anschluss 4 in das Versorgungsnetz einspeisen oder an dem Anschluss 4 aus dem
Versorgungsnetz entnehmen.
Fig. 2a zeigt eine Kennlinie 26 zur Einstellung einer Wirkleistung am Anschluss 4. Zu erkennen ist, dass bei einer Nennspannung 26a im Netz 5, beispielsweise 400V, die Wirkleistung auf einen Nennwert 26b eingestellt ist. Mit steigender Spannung steigt der Wirkleistungsbezug rampenförmig an. Ab einer unteren Grenzspannung sinkt der Wirkleistungsbezug rampenförmig ab.
Fig. 2b zeigt die Einstellung der Blindleistung am Anschluss 4 über die Spannung am Anschluss 4. Beim Überschreiten einer oberen Grenzspannung wird Blindleistung bezogen, wie in dem rampenförmigen Anstieg der Kennlinie 28 erkennen ist.
Unterhalb einer unteren Grenzspannung wird Blindleistung abgegeben, wie in der Kennlinie 28 an der linken, abfallenden Rampe zu erkennen ist.
Fig. 3a zeigt eine Kennlinie 30 zur Einstellung der Wirkleistung abhängig von einer Netzfrequenz am Anschluss 4. Oberhalb einer oberen Grenzfrequenz 30a,
beispielsweise 50, 2Hz, steigt der Wirkleistungsbezug über einen Nennwert 30c. Unterhalb einer unteren Grenzfrequenz 30b sinkt der Wirkleistungsbezug unter den Nennwert 30c.
Fig. 3b zeigt die Einstellung der Blindleistung abhängig von der Netzfrequenz am Anschluss 4. Wie der Kennlinie 32 zu entnehmen ist, erfolgt eine
Blindleistungsentnahme oberhalb der oberen Grenzfrequenz 30 und es erfolgt eine Blindleistungsabgabe unterhalb der unteren Grenzfrequenz 30b.
Fig. 4a zeigt die Einstellung der Wirkleistung abhängig vom Leistungsfaktor am Anschluss 4. Bei Leistungsfaktoren unter 1,0 ist die Kennlinie 34 abhängig davon, ob kapazitiv oder induktiv Wirkleistung bezogen wird. Ein Anstieg des
Wirkleistungsbezugs unterhalb des Leistungsfaktors von 1,0 ist beim kapazitiven Wirkleistungsbezug angezeigt, ein abfallender Wirkleistungsbezug unterhalb eines Leistungsfaktors von 1,0 ist beim induktiven Wirkleistungsbezug angezeigt. Fig. 4b zeigt den Blindleistungsbezug über den Leistungsfaktor am Anschluss 4. Die Kennlinie 36a zeigt einen induktiven Blindleistungsbezug und die Kennlinie 36b zeigt einen kapazitiven Blindleistungsbezug am Anschluss 4.
Bezugszeichenliste
2 Ladestation
4 Versorgungsnetzanschluss
6 Ladeanschluss
8 Energiespeicher
10 Transformator
12 Stromrichter
14 Zentrale Steuerung
16 Gleichstromsteller
18 Gleichstromsteller
20 Fotovoltaikanlage
22 Gleichstromsteller
24 Backend
Claims
1. Ladestation für Elektrofahrzeuge mit
einem Netzanschluss eingerichtet zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz, einem Ladeanschluss eingerichtet zum Anschluss an ein Elektrofahrzeug, einem parallel zwischen dem Netzanschluss und dem Ladeanschluss
angeordneten Energiespeicher,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Energiespeicher über einen Stromrichter mit dem Netzanschluss verbunden ist, derart, dass Wirkleistung und Blindleistung bidirektional regelbar zwischen dem Netzanschluss und dem Energiespeicher übertragbar ist.
2. Ladestation nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Leistungsflussrichtung durch den zwischen dem Netzanschluss und dem Energiespeicher angeordneten Stromrichter regelbar ist.
3. Ladestation nach einem der vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ladeanschluss ein Gleichstromanschluss ist und dass zwischen dem Energiespeicher und dem Ladeanschluss ein Gleichstromsteller angeordnet ist.
4. Ladestation nach einem der vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der Netzanschluss ein Mittelspannungsanschluss ist und dass zwischen dem Netzanschluss und dem Energiespeicher ein Transformator angeordnet ist.
5. Ladestation nach einem der vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Stromrichter und dem Energiespeicher ein Gleichstromsteller angeordnet ist.
6. Ladestation nach einem der vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass ein zentraler Controller in Wirkverbindung mit zumindest dem Stromrichter und/oder zumindest einem der Gleichstromsteller ist.
7. Ladestation nach einem der vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Fotovoltaikanlage über einen Gleichstromsteller mit dem
Energiespeicher verbunden ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation, insbesondere einer Ladestation nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem
ein Leistungsfluss zwischen einem Netzanschluss und einem Energiespeicher unabhängig von einem Ladevorgang an einem Ladeanschluss steuerbar ist, so dass ein Blindleistungsfluss und/oder eine Wirkleistungsfluss bidirektional zwischen dem Netzanschluss und dem Energiespeicher einstellbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wirkleistungsfluss abhängig von einem externen Steuersignal oder abhängig von einer Kennlinie über die N etzfrequenz, die N etzspannung oder den
Leistungsfaktor einstellbar ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Blindleistungsfluss abhängig von einem externen Steuersignal oder abhängig von einer Kennlinie über die Netzfrequenz, die Netzspannung oder den Leistungsfaktor einstellbar ist.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zwischen dem Energiespeicher und dem Netzanschluss fließende Blindleistung bis zur Leistungsbemessungsgrenze einstellbar ist.
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