WO2023209030A2 - Energieversorgungssystem und verfahren zum betrieb eines energieversorgungssystems - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an energy supply system with a photovoltaic system and a hybrid inverter, in which the hybrid inverter comprises a photovoltaic direct current interface, by means of which the hybrid inverter is connected to the photovoltaic system, in which the hybrid inverter has a battery interface for connecting a, in particular stationary, battery as a buffer or storage of electrical energy generated by the photovoltaic system.
- the load for charging electric vehicles is now added.
- the electric vehicle should be charged as quickly and completely as possible.
- electric vehicles are stationary for a large part of the time - like other vehicles - it is possible to coordinate the charging of the vehicles in such a way that the peak load in the distribution network does not increase or only increases slightly. It is therefore the object of the invention to provide an alternative energy supply system.
- a wired communication channel is provided between the hybrid inverter and the electric vehicle, starting from the energy supply system, with a communication adapter being integrated into the wired communication channel, which is set up to variably transmit a power line communication signal according to ISO 015118 to a bus signal of the Implement hybrid inverter and vice versa.
- the communication adapter has, for example, at least two interfaces that are set up to convert bus signals from different bus systems to a power line communications signal according to ISO 015118 and vice versa. This means that the communication adapter is flexibly set up to implement different bus signals and can therefore be retrofitted to hybrid inverters of different types.
- a further embodiment provides that the hybrid inverter is additionally connected to a house connection box.
- the energy from the electric vehicle battery can not only be fed into the AC grid, but can also be used directly to supply conventional loads in the household.
- the communication adapter may have a display module. On the one hand, settings can be made on the communication adapter via the display module. On the other hand, status information about the communication adapter or the other components in the energy supply system can be displayed here.
- An electric vehicle in the sense of this disclosure is in particular a motor vehicle with an electric drive.
- An electric vehicle within the meaning of this disclosure The solution can be a purely electrically powered vehicle or a plug-in hybrid vehicle.
- Power modules such as a photovoltaic system or a hybrid inverter, are connected in the sense of this disclosure if electrical energy is or can be transmitted between them.
- a battery in the sense of this disclosure is rechargeable, i.e. an accumulator.
- a communication adapter in the sense of this disclosure can be a signal converter.
- Figure 1 schematically a block diagram of an energy supply system according to the invention
- Figure 2 schematically a block diagram of a communication adapter according to the invention.
- the hybrid inverter 2 includes a (direct current) battery interface 202 for connecting a, in particular stationary, battery as a buffer or storage of electrical energy generated by the photovoltaic system 6.
- the hybrid inverter 2 is connected to a charging plug 4 by means of a cable 24, the charging plug 4 being connected in this way to the battery system 51 by means of the battery interface 202 and a charging cable 45 and thus to a battery 53 of the electric vehicle 5 via the battery control 52 or it can be connected so that electrical energy generated by the photovoltaic system 6 can be fed into the battery 53 of the electric vehicle 5 by means of the hybrid inverter 2,
- the hybrid inverter 2 includes an AC interface 203 for feeding electrical energy into an AC network 3, in particular the building 60, by means of a cable 23, and for feeding electrical energy from the AC network 3, in particular the building 60, into the AC network 3 by means of the hybrid inverter 2 Battery 53 of the electric vehicle 5.
- the energy supply system also includes a communication adapter ?, by means of which data and/or information is exchanged or can be exchanged between the electric vehicle 5 and the hybrid inverter 2 via a communication interface 204 of the hybrid inverter 2.
- the communications adapter 7 includes a power line communications interface 11 for feeding data and/or information into the cable 24, which connects the hybrid inverter 2 to the charging plug 4, the communications adapter 7 being set up in such a way that a power line Communications signal according to ISO 015118 can be variably converted to a bus signal of the hybrid inverter 2 and vice versa.
- a communication adapter 7 is provided. This is connected in terms of data technology via a data line 27 to the hybrid inverter 2 by means of a communication interface 204 or a first bus interface 9.
- the communication adapter 7 is connected to the electric vehicle 5 by means of a PLC interface 11 via a communication line 724, via which a power line communications (PLC) signal is transmitted.
- PLC power line communications
- the charging plug 4 conducts both the electrical power here as well as the PLC signal only.
- the communication adapter 7 converts the bus signal of the hybrid inverter 2 into a PLC signal and vice versa. In this way, communication between electric vehicle 5 and hybrid inverter 2 is made possible.
- the energy supply system described enables bidirectionality of energy transmission between the hybrid inverter 2 and the electric vehicle 5 or its battery 53.
- FIG. 2 shows a block diagram of the communication adapter 7.
- the communication adapter 7 has a power supply 8 and two bus interfaces 9, 10, via which the communication adapter can be connected to the bus system of the hybrid inverter. Furthermore, the communication adapter 7 has a PLC interface 11, via which the communication adapter 7 can be communicatively connected to the electric vehicle 5.
- the communication adapter 7 also has a display module 12. Status information of the communication adapter 7 and other components of the energy supply system 1 can be displayed via the display module.
- the communication adapter 7 also has a bus driver 13.
- the bus driver 13 can be used to switch the connected components on the bus on and off, to switch through the desired transmission direction in bidirectional communication and to amplify the signal.
- the bus driver 13 can process signals from different bus protocols and convert them into a PLC signal and pass them on to a PLC unit 14.
- the communication adapter 7 has a voltage converter 15 and a radio interface 16, which is used for wireless communication, for example via Bluetooth or Wifi.
- a microcontroller 17 is arranged in the communication adapter and controls the components of the communication adapter 7.
- the communication adapter 7 shown in Figure 2 can be retrofitted to a hybrid inverter 2, so that communication and thus bidirectional power transmission between the hybrid inverter 2 and the electric vehicle 5 is made possible.
- the communication adapter 7 has several bus interfaces so that it can flexibly convert signals from common bus systems that are used in battery inverters to a PLC signal according to ISO 015118.
- the common bus systems are primarily CAN bus, LIN bus, Ethernet and Modbus.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem (1) mit einer Photovoltaikanlage (6) und einem Hybridwechselrichter (2), wobei der Hybridwechselrichter (2) eine Photovoltaik-Gleichstromschnittstelle (201) umfasst, mittels der der Hybridwechselrichter (2) mit der Photovoltaikanlage (6) verbunden ist, wobei der Hybridwechselrichter (2) eine Batterieschnittstelle (202) zum Anschluss einer, insbesondere stationären, Batterie als Zwischenspeicher oder Speicher von mittels der Photovoltaikanlage (6) erzeugter elektrischer Energie umfasst.
Description
Energieversorgungssvstem und Verfahren zum Betrieb eines Energieversor- gunassvstems
Die Erfindung betrifft ein Energieversergungssystem mit einer Photovoltaikanla- ge und einem Hybridwechselrichter, wcbei der Hybridwechselrichter eine Photo- vcItaik-Gleichstromschnittstelle umfasst, mittels der der Hybridwechselrichter mit der Phctcvcltaikanlage verbunden ist, wcbei der Hybridwechselrichter eine Batterieschnittstelle zum Anschluss einer, insbesondere stationären, Batterie als Zwischenspeicher oder Speicher von mittels der Photovoltaikanlage erzeugter elektrischer Energie umfasst.
Die Anzahl an Elektrofahrzeugen nimmt kontinuierlich zu. Diese werden gefördert und sollen mittelfristig Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ersetzen. Der Aufbau der Ladeinfrastruktur und die Integration der Ladestationen stellen hierbei eine große Herausforderung für die Betreiber der elektrischen Verteilungsnetze dar. Elektrische Verteilungsnetze werden auf die zu erwartende Spitzenlast ausgelegt. Hierbei müssen die angeschlossene Verbraucherleistung unter Berücksichtigung der örtlichen Verteilung und der Gleichzeitigkeit betrachtet werden.
Zu den konventionellen Haushaltsverbraucherlasten kommt nun auch die Last für das Laden der Elektrofahrzeuge hinzu. Das Elektrofahrzeug soll im einfachsten Fall möglichst schnell und vollständig geladen werden. Da Elektrofahrzeuge aber zu einem Großteil der Zeit stehen - wie auch andere Fahrzeuge -, ist es möglich, das Laden der Fahrzeuge derart zu koordinieren, dass die Spitzenlast im Verteilungsnetz nicht oder nur geringfügig steigt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Energieversorgungssystem anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Patentansprüche.
In einer Ausgestaltung ist ausgehend von dem Energieversorgungssystem ein drahtgebundener Kommunikationskanal zwischen dem Hybridwechselrichter und dem Elektrofahrzeug vorgesehen, wobei in den drahtgebundenen Kommunikationskanal ein Kommunikationsadapter eingebunden ist, welcher dazu eingerichtet ist, ein Power-Line-Communication-Signal nach ISO 015118 variabel auf ein Bussignal des Hybridwechselrichters umzusetzen und umgekehrt.
Der Kommunikationsadapter weist beispielsweise mindestens zwei Schnittstellen auf, die dazu eingerichtet sind, Bussignale unterschiedlicher Bussysteme auf ein Power-Line-Communications-Signal nach ISO 015118 umzusetzen und umgekehrt. D.h., der Kommunikationsadapter ist flexibel für die Umsetzung unterschiedlicher Bussignale eingerichtet und kann somit an Hybridwechselrichtern unterschiedlichen Typs nachgerüstet werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Hybridwechselrichter zusätzlich mit einem Hausanschlusskasten verbunden ist. Die Energie aus der Batterie des Elektrofahrzeugs kann somit nicht nur ins Wechselstromnetz eingespeist werden, sondern auch direkt zur Versorgung konventioneller Lasten im Haushalt genutzt werden.
Der Kommunikationsadapter kann ein Anzeigemodul aufweisen. Über das Anzeigemodul können einerseits Einstellungen am Kommunikationsadapter vorgenommen werden. Andererseits lassen sich hierüber Zustandsinformationen über den Kommunikationsadapter oder die anderen Komponenten im Energieversorgungssystem darstellen.
Ein Elektrofahrzeug im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb. Ein Elektrofahrzeug im Sinne dieser Offen-
barung kann ein rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug oder ein Plugin-hybrid Fahrzeug sein.
Leistungsmodule, wie etwa eine Photovoltaikanlage oder ein Hybridwechselrichter, sind im Sinne dieser Offenbarung verbunden, wenn zwischen ihnen elektrische Energie übertragen wird oder werden kann.
Eine Batterie im Sinne dieser Offenbarung ist wiederaufladbar, d.h. ein Akkumulator.
Ein Kommunikationsadapter im Sinne dieser Offenbarung kann ein Signalumsetzer sein.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : schematisch ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems;
Figur 2: schematisch ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kommunikationsadapters.
Figur 1 zeigt ein Energieversorgungssystem 1 mit einer auf einem Dach 61 eines Gebäudes 60 angeordneten Photovoltaikanlage 6 und einem Hybridwechselrichter 2, wobei der Hybridwechselrichter 2 eine Photovoltaik- Gleichstromschnittstelle 201 umfasst, mittels der der Hybridwechselrichter 2 über eine elektrische Verbindung 26 mit der Photovoltaikanlage 6 verbunden ist. Der Hybridwechselrichter 2 umfasst eine (Gleichstrom-) Batterieschnittstelle 202 zum Anschluss einer, insbesondere stationären, Batterie als Zwischenspeicher oder Speicher von mittels der Photovoltaikanlage 6 erzeugter elektrischer Energie. Der Hybridwechselrichter 2 ist mittels eines Kabels 24 mit einem Ladestecker 4 verbunden, wobei der Ladestecker 4 mittels der Batterieschnittstelle 202 und eines Ladekabels 45 mit dem Batteriesystem 51 und somit über die Batteriesteuerung 52 mit einer Batterie 53 des Elektrofahrzeugs 5 derart verbunden
oder verbindbar ist, dass mittels des Hybridwechselrichters 2 elektrische Energie, die mittels der Photovoltaikanlage 6 erzeugt wird, in die Batterie 53 des Elektrofahrzeugs 5 einspeisbar ist,
Der Hybridwechselrichter 2 umfasst eine Wechselstrom-Schnittstelle 203 zur Einspeisung von elektrischer Energie mittels eines Kabels 23 in ein Wechselstromnetz 3, insbesondere des Gebäudes 60, und zur Einspeisung von elektrischer Energie aus dem Wechselstromnetz 3, insbesondere des Gebäudes 60, mittels des Hybridwechselrichters 2 in die Batterie 53 des Elektrofahrzeugs 5.
Es ist dabei auch vorgesehen, dass Energie von der Batterie 53 des Elektrofahrzeugs 5 an den Hybridwechselrichter 2 übertragen wird, die dann der Hybridwechselrichter 2 weiter verteilt.
Das Energieversorgungssystem umfasst zudem einen Kommunikationsadapter ?, mittels dessen über eine Kommunikationsschnittstelle 204 des Hybridwechselrichters 2 Daten und/oder Informationen zwischen dem Elektrofahrzeug 5 und dem Hybridwechselrichter 2 ausgetauscht werden bzw. austauschbar sind.
Der Kommunikationsadapter 7 umfasst eine Power-Line-Communications- Schnittstelle 11 zur Einspeisung von Daten und/oder Informationen in das Kabel 24, das den Hybridwechselrichter 2 mit dem Ladestecker 4 verbindet, wobei der Kommunikationsadapter 7 derart eingerichtet ist, dass ein Power-Line- Communications-Signal nach ISO 015118 variabel auf ein Bussignal des Hybridwechselrichters 2 umsetzbar ist und umgekehrt.
Um die Kommunikation zwischen dem Hybridwechselrichter 2 und dem Elektrofahrzeug 5 herzustellen, ist ein Kommunikationsadapter 7 vorgesehen. Dieser ist über eine Datenleitung 27 mit dem Hybridwechselrichter 2 mittels einer Kommunikationsschnittstelle 204 bzw. einer ersten Busschnittstelle 9 datentechnisch verbunden. Zudem ist der Kommunikationsadapter 7 mittels einer PLC-Schnittstelle 11 über eine Kommunikationsleitung 724, über welche ein Power-Line-Communications(PLC)-Signal übertragen wird, mit dem Elektrofahrzeug 5 verbunden. Der Ladestecker 4 leitet hier sowohl die elektrische Leistung
als auch das PLC-Signal lediglich durch. Der Kommunikationsadapter 7 setzt das Bussignal des Hybridwechselrichters 2 in ein PLC-Signal um und umgekehrt. Auf diese Weise wird die Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug 5 und Hybridwechselrichter 2 ermöglicht. Das beschriebene Energieversorgungssystem ermöglicht eine Bidirektionalität der Energieübertragung zwischen dem Hybridwechselrichter 2 und dem Elektrofahrzeug 5 bzw. dessen Batterie 53.
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm des Kommunikationsadapters 7. Der Kommunikationsadapter 7 verfügt über eine Spannungsversorgung 8 und zwei Busschnittstellen 9, 10, über welche der Kommunikationsadapter an das Bussystem des Hybridwechselrichters angeschlossen werden kann. Des Weiteren verfügt der Kommunikationsadapter 7 über eine PLC-Schnittstelle 11 , über welche der Kommunikationsadapter 7 kommunikativ mit dem Elektrofahrzeug 5 verbunden werden kann.
Der Kommunikationsadapter 7 verfügt des Weiteren über ein Anzeigemodul 12. Über das Anzeigemodul können Statusinformationen des Kommunikationsadapters 7 und andere Komponenten des Energieversorgungssystems 1 angezeigt werden. Der Kommunikationsadapter 7 verfügt zudem über einen Bustreiber 13. Der Bustreiber 13 kann dem An- und Abschalten der angeschlossenen Komponenten am Bus, dem Durchschalten der gewünschten Übertragungsrichtung bei bidirektionaler Kommunikation und zur Signalverstärkung dienen. Hierbei kann der Bustreiber 13 Signale unterschiedlicher Busprotokolle verarbeiten und in ein PLC-Signal umsetzen und an eine PLC-Einheit 14 weitergeben. Des Weiteren verfügt der Kommunikationsadapter 7 über einen Spannungswandler 15 und eine Funkschnittstelle 16, die zur drahtlosen Kommunikation beispielsweise über Bluetooth oder Wifi dient. Schließlich ist im Kommunikationsadapter ein Microcontroller 17 angeordnet, welcher die Komponenten des Kommunikationsadapters 7 ansteuert.
Der in Figur 2 dargestellte Kommunikationsadapter 7 kann an einem Hybridwechselrichter 2 nachgerüstet werden, sodass die Kommunikation und somit eine bidirektionale Leistungsübertragung zwischen dem Hybridwechselrichter 2 und dem Elektrofahrzeug 5 ermöglicht wird.
Der Kommunikationsadapter 7 weist mehrere Busschnittstellen auf, sodass dieser Signale gängiger Bussysteme, welche bei Batteriewechselrichtern Anwendung finden, flexibel auf ein PLC-Signal nach ISO 015118 umsetzen kann. Die gängigen Bussysteme sind in erster Linie CAN-Bus, LIN-Bus, Ethernet und Modbus.
Bezugszeichenliste:
1 Energieversorgungssystem 2 Hybridwechselrichter
3 Wechselstromnetz
4 Ladestecker
5 Elektrofahrzeug
51 Batteriesystem von 5 52 Steuerung der Batterie des Elektrofahrzeugs 5
53 Batterie des Elektrofahrzeugs 5
6 Photovoltaikanlage
7 Kommunikationsmodul
8 Spannungsversorgung 9 erste Busschnittstelle
10 zweite Busschnittstelle
11 PLC-Schnittstelle
12 Anzeigemodul
13 Bustreiber
14 PLC-Einheit 15 Spannungswandler
16 Funkschnittstelle
17 Microcontroller
23 Kabel
24 Kabel 26 elektrische Verbindung
60 Gebäude
61 Dach
201 Photovoltaik-Gleichstromschnittstelle
202 Batterieschnittstelle 203 Wechselstrom-Schnittstelle
204 Kommunikationsschnittstelle
Claims
Patentansprüche Energieversorgungssystem (1 ) mit einer Photovoltaikanlage (6) und einem Hybridwechselrichter (2), wobei der Hybridwechselrichter (2) eine Photovol- taik-Gleichstromschnittstelle (201 ) umfasst, mittels der der Hybridwechselrichter (2) mit der Photovoltaikanlage (6) verbunden ist, wobei der Hybridwechselrichter (2) eine Batterieschnittstelle (202) zum Anschluss einer, insbesondere stationären, Batterie als Zwischenspeicher oder Speicher von mittels der Photovoltaikanlage (6) erzeugter elektrischer Energie umfasst, wobei der Hybridwechselrichter (2) mittels der Batterieschnittstelle (202) mit der Batterie (53) eines Elektrofahrzeuges (5) derart verbunden oder verbindbar ist oder mittels eines Kabels (24) mit einem Ladestecker (4) verbunden ist, wobei der Ladestecker (4) mittels eines Ladekabels (45) mit der Batterie (53) des Elektrofahrzeugs (5) derart verbunden oder verbindbar ist, dass mittels des Hybridwechselrichters (2) elektrische Energie, die mittels der Photovoltaikanlage (6) erzeugt wird, in die Batterie (53) des Elektrofahrzeugs (5) einspeisbar ist,
wobei der Hybridwechselrichter (2) eine Wechselstrom-Schnittstelle (203) zur Einspeisung von elektrischer Energie in ein Wechselstromnetz (3), insbesondere eines Gebäudes (60), und zur Einspeisung von elektrischer Energie aus dem Wechselstromnetz (3), insbesondere des Gebäudes (60), mittels des Hybridwechselrichters (2) in die Batterie (53) des Elektrofahrzeugs (5) umfasst.
2. Energieversorgungssystem (1 ) nach Anspruch 1 , das einen Kommunikationsadapter (7) umfasst, mittels dessen über eine Kommunikationsschnittstelle (204) des Hybridwechselrichters (2) Daten und/oder Informationen zwischen dem Elektrofahrzeug (5) und dem Hybridwechselrichter (2) ausgetauscht werden bzw. austauschbar sind.
3. Energieversorgungssystem (1 ) nach Anspruch 2, bei dem der Kommunikationsadapter (7) eine Power-Line-Communications-Schnittstelle (11 ) zur Einspeisung von Daten und/oder Informationen in das Kabel (24) umfasst, das den Hybridwechselrichter (2) mit dem Ladestecker (4) verbindet.
4. Energieversorgungssystem (1 ) nach Anspruch 3, bei dem der Kommunikationsadapter (7) derart eingerichtet ist, dass ein Power-Line-Communications- Signal nach ISO 015118 variabel auf ein Bussignal des Hybridwechselrichters (2) umsetzbar ist und umgekehrt.
5. Energieversorgungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Kommunikationsadapter (7) eine Funkschnittstelle (16) zur drahtlosen Kommunikation aufweist.
6. Gebäude (60), das einen Hybridwechselrichter (2), eine Photovoltaikanlage (6) und einen Ladestecker (4) umfasst und einen Teil eines Energieversorgungssystems (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bildet.
7. Verfahren zur Herstellung eines Energieversorgungssystems (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Photovoltaikanlage (6), insbesondere auf dem Dach (61 ) eines Gebäudes (60), installiert wird, wobei der Hybridwech-
selrichter (2) in dem Gebäude (60) installiert wird, wobei die Photovoltaikanlage (6) und der Hybridwechselrichter (2) derart miteinander verbunden werden, dass elektrische Energie, die mittels der Photovoltaikanlage (6) erzeugt wird, in den Hybridwechselrichter (2) eingespeist werden kann, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass danach an dem Gebäude (60) ein Ladestecker (4) angeordnet wird, wobei danach der Hybridwechselrichter (2) mittels des Kabels (24) mit dem Ladestecker (4) verbunden wird, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass (beispielsweise danach) der Kommunikationsadapter (7) installiert wird. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem danach das Ladekabel (45) in den Ladestecker (4) zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen dem Elektrofahrzeug (5) und dem Stecker (4) gesteckt wird. Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel (45) in den Ladestecker (4) zur Übertragung elektrischer Energie zwischen dem Elektrofahrzeug (5) und dem Ladestecker (4) gesteckt wird, wobei elektrische Energie von dem Hybridwechselrichter (2) zum Elektrofahrzeug (5) übertragen wird, und wobei anschließend elektrische Energie von dem Elektrofahrzeug (5) zu dem Hybridwechselrichter (2) übertragen und in das Wechselstromnetz (3) eingespeist wird. Kommunikationsadapter (7) zur Verwendung in einem Energieversorgungssystem (1 ) nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, wobei der Kommunikationsadapter (7) mit dem Hybridwechselrichter (2) verbindbar ist, wobei der Kommunikationsadapter (7) mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier, Busschnittstellen (9, 10) aufweist, wobei der Kommunikationsadapter (7) zudem dazu eingerichtet ist, Bussignale unterschiedlicher Bussysteme auf ein Power-Line-Communication-Signal nach ISO 015118 umzusetzen und umgekehrt. Kommunikationsadapter (7) nach Anspruch 10, bei dem die Busschnittstellen (9, 10) eine CAN-Bus-, LIN-Bus-, Ethernet- und/oder Modbus- Schnittstelle umfassen.
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