DE102020001434A1

DE102020001434A1 - Verfahren zum Betreiben einer Ladestation und Ladestation zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE102020001434A1
Application number: DE102020001434.8A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Gebauer Elektrotechnik & Co Kg GmbH
Current assignee: SMOPI - MULTI CHARGEPOINT SOLUTION GMBH, DE
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, umfassend eine Mehrzahl von Ladepunkten zum Laden der Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie und eine gemeinsame Steuerung zum Steuern des Ladevorgangs und der Abrechnung der Kosten für den Stromkunden. Die Spannungsverluste in der Stromleitung zwischen Steuerschrank und jedem Ladepunkt werden ermittelt und können bei der Berechnung der Energiekosten berücksichtigt werden. Sie betrifft ferner eine Ladestation zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, umfassend eine Mehrzahl von Ladepunkten zum Laden der Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie und eine gemeinsame Steuerung zum Steuern des Ladevorgangs und der Abrechnung der Kosten für den Stromkunden. Unter Elektrofahrzeuge sind dabei auch Schiffe sowie Luftfahrzeuge zu verstehen, die mit aufladbaren Batterien betrieben werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Ladestation zum Durchführen des Verfahrens.
Eine gattungsbildende Ladestation ist aus der DE 10 2017 128 375 A1 bekannt. In dieser werden von einer zentralen Steuerung aus acht Ladepunkte betreut. Die Berechnung der Energiemenge erfolgt in der Steuerung in einem Energiemengenzähler, der mit K3 bezeichnet ist. Auf die nähere Berechnungsweise ist nicht eingegangen. Technisch gesehen wird dieser Zähler den fließenden Strom und die innerhalb der Steuerung anstehende Spannung messen. Das Produkt stellt dann die Leistung dar und mit der Ladezeit zusammen ergibt sich die bei einem Ladevorgang verbrauchte und abzurechnende Energiemenge.
Bei einer solchen Ladestation muss sichergestellt sein, dass die Abrechnung der von den jeweiligen Stromkunden bezogene Energiemenge möglichst korrekt erfolgt. Bei den Ladestationen der genannten Bauart erfolgt die Spannungsverteilung auf die einzelnen Ladepunkte innerhalb der Steuerung und wird über Stromkabel zu den einzelnen Ladepunkten geführt. Der Abstand und damit die Leitungslänge variiert sehr stark, da die Ladepunkte an verschiedenen Stellen, z.B. innerhalb eines Parkhauses oder einer Tiefgarage, angeordnet sein können. Kabellänge, Querschnitt des Stromkabels, Umgebungstemperatur, Übergangswiderstände sind nur einige Parameter, die den Widerstand innerhalb dieser Stromkabel beeinflussen. Dies bedeutet aber einen unterschiedlichen und zeitlich evtl. variierenden Spannungsabfall zwischen Steuerschrank und Ladepunkt. Wenn nun der im Schaltschrank anliegende Spannungswert zur Berechnung der Energiekosten herangezogen wird bedeutet dies, dass der Stromkunde zu viel bezahlen muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszuführen, dass eine gerechtere Abrechnung der Stromkosten erfolgen kann, indem nur die tatsächlich entnommene Strommenge abgerechnet werden kann. Dieses Verfahren sollte einfach und kostengünstig sowie wartungsarm durchgeführt werden können und zuverlässig arbeiten.
Erreicht wird dies dadurch, dass der Spannungsverlust erfasst und nicht an den Stromkunden bei der Berechnung der Stromkosten eingerechnet wird. Gemäß einer ersten Lösung wird dabei die direkt im Bereich eines Ladepunktes anliegende Spannung gemessen, an die Steuerung übergeben und zur Berechnung der Strommenge herangezogen. Dabei wird als eine Möglichkeit vorgeschlagen, die Spannung über eine Kommunikationsleitung oder Messleitung zwischen Ladepunkt und Steuerung zu ermitteln. Eine zweite Lösung besteht darin, den Spannungswert im Ladepunkt direkt mit einer entsprechenden dort angeordneten Messeinrichtung zu ermitteln und über eine Funkverbindung oder eine Kommunikationsleitung zu übertragen, was den Vorteil hat, dass Spannungsverluste in der Kommunikationsleitung vermieden werden, obwohl diese sehr gering und damit vernachlässigbar sind. Diese Lösung ist allerdings teurer. In Zukunft ist es aber denkbar, die Übermittlung über das geplante 5G Netz, das eine hohe Übertragungsrate zulässt, vorzunehmen.
Eine zweite Lösung für die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, die an jedem Ladepunkt anliegende Spannung in der Weise zu ermitteln, dass man bei der Installation eines Ladepunktes oder in widerkehrenden Intervallen den elektrischen Widerstand in den stromführenden Kabeln zwischen dem Ladepunkt und der Steuerung misst. Dieser Wert wird in einem Speicher in der Steuerung hinterlegt. Die Spannung für den Ladepunkt wird in der Steuerung gemessen. Wenn nun der Ladepunkt Strom abgibt fließt ein Strom, der in der Steuerung ebenfalls gemessen wird. Über den Wert von Strom und Widerstand kann der Spannungsabfall zu jedem Zeitpunkt berechnet und von der im Steuerschrank gemessenen Spannung abgezogen werden. Diese reduzierte Spannung wird dann für die Berechnung der Energiekosten herangezogen. Prinzipiell ist es möglich, den Wert des Widerstandes vor, während und/oder am Ende eines Ladevorgangs zu ermitteln, um einen Mittelwert zu bilden, da sich der Widerstand während des Ladevorganges verändern kann, z. B. durch Erwärmung der Stromkabel.
Die Ladestation für die erstgenannte Lösung ist entweder mit einer Kommunikationsleitung zwischen Ladestation und Steuerung versehen und so ausgebildet, dass sie die Spannungsmessung direkt am Ladepunkt oder eine Übertragung eines Messwertes vornehmen kann. Oder im Ladepunkt ist eine Funkeinrichtung zum Übertragen der durch eine Messeinrichtung in jedem Ladepunkt gemessenen Spannung an die Steuerung vorgesehen.
Gemäß der zweiten Lösung ist in der Steuerung ein Speicher für den ermittelten und ggf. gemittelten Widerstand in den stromführenden Leitungen vorgesehen.
Die Erfindung ist anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine Darstellung der Ladestation.
2 eine vergrößerte Darstellung des Stromanschlusses eines Ladepunktes.

Die Ladestation besteht aus einem Steuerschrank 1, der die Steuerung der gesamten Ladestationen übernimmt. Er weist mindestens eine Stromzuführung 4 und eine Kommunikationsleitung 5 auf. Die Kommunikationsleitung 5 dient am Ende eines Ladevorganges der Weitergabe des Stromverbrauchs bzw. der Rechnung zur Abrechnung über die Bank des Stromkunden. Weitere Daten werden darüber ausgetauscht, z.B. die Berechtigung eines Stromkunden zur Stromentnahme.
Am Steuerschrank 1 sind mehrere Ladepunkte 3 angeschlossen. Dies erfolgt zum einen über Stromkabel 2, über die der Ladestrom fließt. Diese sind bekannterweise für Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom ausgebildet, es sind also zwei oder drei spannungsführende Adern - wie dargestellt - vorgesehen. Im Steuerschrank 1 sitzt eine Messeinrichtung 7, die den in den Stromkabeln 2 fließenden Strom I messen kann. Ferner kann sie die Spannung U1 zwischen den einzelnen Stromkabeln 2 in der Steuerung 1 erfassen. Gemäß einer ersten Lösung verläuft zusätzlich eine Kommunikationsleitung bzw. Messleitung 6 parallel zu den Stromkabeln 2, die im Ladepunkt 3 mit den Stromkabeln 2 in dem Sinne verbunden ist, dass dort die Spannung U2 zwischen den Adern der Stromkabel 2 in Verbindung mit der entsprechend ausgebildeten Steuerung 1 ermittelt werden kann. Diese Spannung U2 ist um den Spannungsabfall in den Stromkabeln 2 geringer als U1 und wird zur Berechnung der Energiekosten zusammen mit dem Strom I und der Ladezeit herangezogen.
Gemäß einer zweiten Lösung ist direkt in den Ladepunkten 3 jeweils eine nicht dargestellte Messeinrichtung für die Spannung U2 eingebaut, die über ein Funkmodul 8 oder eine eigene Messleitung die Spannung U2 an die Steuerung 1 meldet, die dazu im ersten Fall einen nicht dargestellten Funkempfänger aufweist.
Ein anderes Prinzip der Messung der Verlustspannung besteht darin, wie bereits vorne beschrieben, den Widerstand in den Stromkabeln 2 zu ermitteln und in einem Speicher 9 zu hinterlegen. Diese Messung kann bei der Installation erfolgen oder zur Kontrolle intermittierend nach festgelegten Zeiten. Prinzipiell ist es möglich, diese Widerstandsmessung durch ein entsprechendes Programm in der Steuerung 1 in Verbindung mit einer entsprechenden Einrichtung im Ladepunkt 3 vor, während oder nach jedem Ladevorgang zu ermitteln, sodass immer aktuell eine Berücksichtigung oder eine Mittelwertbildung erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Steuerung
2: Stromkabel
3: Ladepunkt
4: Stromzuführung
5: Kommunikationsleitung
6: Kommunikationsleitung
7: Messeinrichtung
8: Funkmodul
9: Speicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017128375 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden der in mobilen Fahrzeugen eingebauten Batterien, bestehend aus einer Steuerung (1) und mehreren daran angeschlossenen Ladepunkten (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsverlust in den Stromkabeln (2) zwischen der Steuerung (1) und jedem Ladepunkt (3) ermittelt und bei der Berechnung der Energiekosten berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Spannungsverlustes die Spannung (U2) im Ladepunkt (3) über eine Kommunikationsleitung (6) von der Steuerung (1) erfasst und zur Berechnung der Energiekosten in Verbindung mit dem in der Steuerung (1) ermittelten Ladestrom (I) und der Ladezeit herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung direkt im Ladepunkt (3) über eine in diesem angeordnete Messeinrichtung ermittelt und über eine Funkeinrichtung (8) oder eine Kommunikationsleitung an die Steuerung (1) übermittelt und zur Berechnung der Stromkosten in Verbindung mit dem in der Steuerung (1) ermittelten Ladestrom (I) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in den Stromkabeln (2) ermittelt, in einem Speicher (8) in der Steuerung (1) hinterlegt und mit diesem Wert in Verbindung mit dem in den Stromkabeln (2) fließenden Strom der Spannungsverlust ermittelt und bei der Berechnung der Energiekosten dadurch berücksichtigt wird, dass der Wert der Spannung (U1) in der Steuerung (1) entsprechend um den Wert des Spannungsverlustes reduziert wird.
Ladestation für die in mobilen Fahrzeugen eingebauten Batterien, bestehend aus einer Steuerung (1) und mehreren daran angeschlossenen Ladepunkten (3), gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung der Spannungsverluste in der Zuleitung des Ladestroms zwischen Steuerung (1) und Ladepunkt (3) zur Eliminierung bei der Berechnung der Energiekosten.
Ladestation nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch je eine Kommunikationsleitung bzw. Messleitung (6) zwischen der Steuerung (1) und den Ladepunkten (3) zur Ermittlung der an den Ladepunkten (3) anliegenden Spannung (U2).
Ladestation nach Anspruch 5 gekennzeichnet durch eine direkt in jedem Ladepunkt (3) angeordnete Messeinrichtung zur Messung der Spannung (U2) im Ladepunkt (3) und ein Funkmodul (8) oder eine Kommunikationsleitung zwischen Ladepunkt (3) und Steuerung (1) zur Weiterleitung der gemessenen Spannung (U2) an die Steuerung (1).
Ladestation nach Anspruch 5 gekennzeichnet durch einen Speicher (9) in der Steuerung (1) zum Hinterlegen eines Widerstandswertes, der in den Stromkabeln (2) gegeben ist.