DE102021104573A1 - Device, charging station, system and method - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung (10) für eine Anzahl von Ladestationen (401 - 412) zum Laden eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeuges (108) mit elektrischer Energie von einem mit der Vorrichtung (10) koppelbaren mehrphasigen Teilnehmernetz (101) mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern (L1out - L3out) bereitgestellten Ladestroms vorgeschlagen. Die Vorrichtung (10) umfasst eine Schaltmatrix (20) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen (Z1 - Z34), wobei ein jeweiliger Schaltzustand (Z1 - Z34) eine Zuordnung von einer bestimmten Phase (L1 - L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (101) zu einem bestimmten Ausgangsleiter (L1out - L3out) der Anzahl umfasst, wobei die Schaltmatrix (20) eine Anzahl von Wechselrelais (301 - 312) aufweist, wobei jedes Wechselrelais (301 - 312) in einer ersten Schaltposition (0) einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten verbindet und in einer zweiten Schaltposition (1) den ersten Knoten mit einem dritten Knoten verbindet, mittels der ein jeweiliger Ausgangsleiter (L1out - L3out) der Anzahl zu jedem Zeitpunkt nur genau einer Phase (L1 - L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (101) zuordenbar ist.A device (10) for a number of charging stations (401 - 412) for charging an energy store (110) of an electric vehicle (108) with electrical energy from a multiphase subscriber network (101) that can be coupled to the device (10) by means of a number of output conductors (L1out - L3out) provided charging current. The device (10) comprises a switching matrix (20) for providing a plurality of switching states (Z1 - Z34), a respective switching state (Z1 - Z34) being assigned to a specific phase (L1 - L3) of the multiphase subscriber network (101). a specific output conductor (L1out - L3out) of the number, the switching matrix (20) having a number of changeover relays (301 - 312), each changeover relay (301 - 312) in a first switching position (0) having a first node with a second Node connects and in a second switching position (1) connects the first node to a third node, by means of which a respective output conductor (L1out - L3out) of the number can only be assigned to exactly one phase (L1 - L3) of the multi-phase subscriber network (101) at any time is.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Anzahl von Ladestationen, eine Ladestation mit einer solchen Vorrichtung, ein System mit einer Anzahl von Ladestationen sowie ein jeweiliges Verfahren.The invention relates to a device for a number of charging stations, a charging station with such a device, a system with a number of charging stations and a respective method.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent
In Ländern mit mehrphasigen Energieversorgungsnetzen, wie Deutschland oder Osterreich, gibt es Vorgaben der Netzbetreiber und/oder gesetzliche Vorschriften bezüglich der Einhaltung einer Netzsymmetrie an Teilnehmernetzanschlüssen. Eine Asymmetrie, die auch als Schieflast bezeichnet werden kann, entsteht, wenn eine Phase eines mehrphasigen Stromnetzes stärker belastet wird (durch Stromentnahme oder durch Stromeinspeisung) als die übrigen Phasen. Beispielsweise gibt es in der VDE-AR-N 4100 Vorgaben, die die maximale Schieflast auf eine Leistung von 4,6 kW begrenzen. Verbraucher oder Erzeuger, die eine höhere Leistung als 4,6 kW aufweisen, sind mehrphasig in dem Teilnehmernetz anzuschließen, so dass die Leistung gleichmäßig auf die Phasen verteilt und eine Schieflast damit vermieden wird.In countries with multi-phase energy supply networks, such as Germany or Austria, there are specifications from network operators and/or statutory regulations regarding compliance with network symmetry at subscriber network connections. An asymmetry, which can also be referred to as unbalanced load, occurs when one phase of a multi-phase power grid is more heavily loaded (due to current draw or current feed-in) than the other phases. For example, there are specifications in VDE-AR-N 4100 that limit the maximum unbalanced load to an output of 4.6 kW. Consumers or generators that have a higher output than 4.6 kW must be connected to the subscriber network in multiple phases so that the output is evenly distributed over the phases and an unbalanced load is thus avoided.
Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-strom (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromladeverfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC Wandler in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang. Speziell bei einphasig oder zweiphasig Wechselstrom (AC) ladenden Fahrzeugen kann es aufgrund der normativ angegebenen Begrenzung dazu kommen, dass der Energiespeicher des Fahrzeuges mit maximal 4,6 kW pro Phase geladen werden kann. Der Ladevorgang wird dann, je nach Kapazität des Energiespeichers, eine lange Zeit in Anspruch nehmen. Speziell in Fällen, bei denen mehrere Ladestationen in einem Teilnehmernetz angeordnet sind, kann es sogar dazu kommen, dass die Ladeleistung je Fahrzeug noch weiter reduziert werden muss, nämlich dann, wenn beispielsweise zwei jeweils einphasig Wechselstrom (AC) zu ladende Fahrzeuge auf der gleichen Phase angeschlossen sind. In einem solchen Fall kann es sein, dass die maximale Ladeleistung je Fahrzeug auf 2,3 kW oder einen noch geringeren Wert beschränkt ist.Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are rapid charging methods in which the charging station provides the electric vehicle with direct voltage/current (DC), or alternatively alternating current charging methods in which the electric vehicle is supplied with single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle converts into direct current for the energy storage device to be charged using a built-in AC/DC converter. With the AC charging process, a charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process. Especially in the case of vehicles that charge single-phase or two-phase alternating current (AC), it can happen that the energy storage device of the vehicle can be charged with a maximum of 4.6 kW per phase due to the limit specified in the standard. Depending on the capacity of the energy store, the charging process will then take a long time. Especially in cases where several charging stations are arranged in a subscriber network, it can even happen that the charging power per vehicle has to be reduced even further, namely when, for example, two vehicles to be charged with single-phase alternating current (AC) are on the same phase are connected. In such a case, the maximum charging power per vehicle may be limited to 2.3 kW or an even lower value.
Ein Nachteil des vorgenannten Standes der Technik ist, dass aufgrund der jeweils vorgeschlagenen Verschaltung der Eingangsphasen mit den Ausgangsphasen ein Kurzschluss zwischen zwei unterschiedlichen Eingangsphasen möglich ist, beispielsweise wenn ein Schaltfehler in einem oder mehreren Relais auftritt oder wenn Relais fehlerhaft angesteuert werden. Es sind daher Überwachungseinrichtungen notwendig, die den Schaltzustand jedes Relais überwachen. Durch diese Überwachungseinrichtungen kann zwar erkannt werden, dass es zu einem Kurzschluss kommt, durch ein Umschalten in einen anderen Schaltzustand kann der Kurzschluss aber nicht in allen Fällen unterbunden werden. Allerdings ist eine solche Überwachungseinrichtung komplex und erhöht den technologischen und materiellen Aufwand zum Bereitstellen und Betreiben der jeweiligen Vorrichtung erheblich und schränkt die Flexibilität des Einsatzes der Vorrichtung ein.A disadvantage of the above-mentioned prior art is that due to the proposed interconnection of the input phases with the output phases, a short circuit between two different input phases is possible, for example if a switching error occurs in one or more relays or if relays are activated incorrectly. It is therefore necessary to monitor devices that monitor the switching status of each relay. Although these monitoring devices can be used to detect that a short circuit is occurring, the short circuit cannot be prevented in all cases by switching to a different switching state. However, such a monitoring device is complex and significantly increases the technological and material outlay for providing and operating the respective device and restricts the flexibility of use of the device.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung für eine Anzahl von Ladestationen anzugeben, die es ermöglicht, eine Last selektiv auf die Phasen eines mehrphasigen Stromnetzes zu verteilen, sowie ein entsprechendes Betriebsverfahren anzugeben. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Ladestation mit einer solchen Vorrichtung sowie ein System mit mehreren Ladestation und mit einer solchen Vorrichtung sowie ein jeweiliges Betriebsverfahren dazu anzugeben.It is an object of the present invention to specify an improved device for a number of charging stations, which makes it possible to distribute a load selectively to the phases of a multi-phase power grid, and to specify a corresponding operating method. A further object of the invention is to specify a charging station with such a device and a system with a plurality of charging stations and with such a device and a respective operating method for this.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 14, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 23 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 29 gelöst.The stated object is achieved by a device having the features of
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung für eine Anzahl von Ladestationen zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mit der Vorrichtung koppelbaren mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellten Ladestroms vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst Schaltmatrix zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl umfasst, wobei die Schaltmatrix eine Anzahl von Wechselrelais aufweist, wobei jedes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten verbindet und in einer zweiten Schaltposition den ersten Knoten mit einem dritten Knoten verbindet, mittels der ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl zu jedem Zeitpunkt nur genau einer Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zuordenbar ist.According to a first aspect, a device is proposed for a number of charging stations for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy from a multiphase subscriber network that can be coupled to the device by means of a charging current provided at a number of output conductors. The device includes a switching matrix for providing a plurality of switching states, each switching state including an assignment of a specific phase of the multiphase subscriber network to a specific output conductor of the number, the switching matrix having a number of changeover relays, each changeover relay in a first switching position having a first Node connects to a second node and connects the first node to a third node in a second switching position, by means of which a respective output conductor of the number can be assigned to exactly one phase of the multiphase subscriber network at any time.
Diese Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass einerseits mittels der Schaltmatrix die Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes selektiv den Ausgangsleitern zuordenbar sind, andererseits aber aufgrund der Verwendung von Wechselrelais jederzeit sichergestellt ist, dass ein Kurzschluss zwischen zwei Phasen des Teilnehmernetzes ausgeschlossen ist. Damit ist diese Vorrichtung deutlich weniger komplex und somit sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb weniger aufwändig und daher ressourcensparend.This device has the advantage that, on the one hand, the phases of the multiphase subscriber network can be selectively assigned to the output conductors by means of the switching matrix, but on the other hand, due to the use of changeover relays, it is always ensured that a short circuit between two phases of the subscriber network is excluded. As a result, this device is significantly less complex and therefore less complex both in terms of production and in operation and therefore saves resources.
Eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes kann auch als Außenleiter bezeichnet werden.A respective phase of the multi-phase subscriber network can also be referred to as an external conductor.
Die Vorrichtung kann sowohl für eine einzelne als auch für mehrere, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder noch mehr als fünf Ladestationen verwendet werden. Bei der Verwendung mit einer einzelnen Ladestation kann die Vorrichtung sowohl vor der Ladestation, eingangsseitig der Ladestation, in dem Teilnehmernetz angeordnet sein, oder auch in der Ladestation integriert sein. Bei der Verwendung für mehrere Ladestationen ist die Vorrichtung vorzugsweise in einem Anschlusspunkt eines Zweiges des Teilnehmernetzes, in dem die mehreren Ladestationen angeordnet sind, angeordnet, so dass mittels der Vorrichtung eine Zuordnung der Phasen des Teilnehmernetzes zu den Leitern des Zweignetzes, an die die Ladestationen angeschlossen sind, ermöglicht ist.The device can be used both for a single and for several, for example two, three, four, five or even more than five charging stations. When used with a single charging station, the device can be arranged in front of the charging station, on the input side of the charging station, in the subscriber network, or it can also be integrated in the charging station. When used for multiple charging stations, the device is preferably arranged in a connection point of a branch of the subscriber network in which the multiple charging stations are arranged, so that the device can be used to assign the phases of the subscriber network to the conductors of the branch network to which the charging stations are connected are, is possible.
Die Vorrichtung umfasst eine Anzahl von Ausgangsleitern, an denen der Ladestrom zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt wird. Die Anzahl an Ausgangsleitern entspricht vorzugsweise der Anzahl an Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes. Die Anzahl an Ausgangsleitern kann auch größer als die Anzahl an Phasen des Teilnehmernetzes sein, beispielsweise können zusätzliche Ausgangsleiter für einen Neutralleiter vorgesehen sein.The device includes a number of output conductors at which the charging current for charging the energy store is provided. The number of output conductors preferably corresponds to the number of phases in the multi-phase subscriber network. The number of output conductors can also be greater than the number of phases in the subscriber network, for example additional output conductors can be provided for a neutral conductor.
Die Schaltmatrix stellt mehrere unterschiedliche Schaltzustände bereit. Ein jeweiliger Schaltzustand ist durch die jeweilige Schaltposition jedes der Wechselrelais der Schaltmatrix in dem jeweiligen Schaltzustand charakterisiert. Da jedes Wechselrelais zwei Schaltpositionen einnehmen kann, weist eine Schaltmatrix mit einer Anzahl von N Wechselrelais insgesamt 2N unterschiedliche Schaltzustände auf, wobei es vorkommen kann, dass unterschiedliche Schaltzustände eine gleiche Zuordnung von Phasen zu Ausgangsleitern umfassen.The switching matrix provides several different switching states. A respective switching state is characterized by the respective switching position of each of the changeover relays of the switching matrix in the respective switching state. Since each changeover relay can assume two switching positions, a switching matrix with a number of N changeover relays has a total of 2N different switching states, it being possible for different switching states to include the same assignment of phases to output conductors.
Ein jeweiliger Schaltzustand umfasst eine Zuordnung von wenigstens einer Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu wenigstens einem Ausgangsleiter der Anzahl. Beispielsweise weist das Teilnehmernetz drei Phasen auf und die Vorrichtung weist drei Ausgangsleiter auf. Dann wird beispielsweise genau eine bestimmte der drei Phasen genau einem bestimmten der drei Ausgangsleiter zugeordnet, wobei die beiden verbleibenden Phasen keinem Ausgangsleiter zugeordnet werden, oder es werden genau zwei bestimmte der drei Phasen genau zwei bestimmten der drei Ausgangsleiter zugeordnet, wobei die eine verbleibende Phase keinem Ausgangsleiter zugeordnet wird, oder es werden alle drei Phasen den drei Ausgangsleitern zugeordnet. Je nach Komplexität der Schaltmatrix kann jede der drei Phasen jedem beliebigen der drei Ausgangsleiter zugeordnet werden, das heißt, dass beispielsweise eine erste Phase einem ersten, zweiten oder dritten Ausgangsleiter zugeordnet werden kann.A respective switching state includes an assignment of at least one phase of the multi-phase subscriber network to at least one output conductor of the number. For example, the subscriber network has three phases and the device has three output conductors. Then, for example, exactly one of the three phases is assigned to exactly one of the three output conductors, with the two remaining phases not being assigned to any output conductor, or exactly two of the three phases being assigned to exactly two of the three output conductors, with the one remaining phase not being assigned to any output conductor is assigned, or all three phases are assigned to the three output conductors. Depending on the complexity of the switching matrix, each of the three phases can be assigned to any of the three output conductors, which means that, for example, a first phase can be assigned to a first, second or third output conductor.
Beispielsweise soll ein einphasig zu ladender Energiespeicher an einem dreiphasigen Teilnehmernetz geladen werden. Darunter, dass der Energiespeicher einphasig zu laden ist, wird verstanden, dass der Energiespeicher Strom von nur einer Phase bezieht. Bei einem solchen Energiespeicher wird der Ladestrom beispielsweise über eine Phase zugeführt und über den Neutralleiter zurückgeführt. In diesem Beispiel wäre eine wenig komplexe Ausführungsform der Vorrichtung derart ausgestaltet, dass diese nur einen Ausgangsleiter aufweist, der mit einer Phase des dreiphasigen Teilnehmernetzes koppelbar ist (der Neutralleiter wird beispielsweise durchgeschleift). Mittels der Schaltmatrix kann eine der drei Phasen des Teilnehmernetzes dem Ausgangsleiter zugeordnet werden. In einem ersten Schaltzustand ist beispielsweise eine erste Phase dem Ausgangsleiter zugeordnet und eine zweite und dritte Phase sind keinem Ausgangsleiter zugeordnet, in einem zweiten Schaltzustand ist beispielsweise die zweite Phase dem Ausgangsleiter zugeordnet und die erste und dritte Phase sind keinem Ausgangsleiter zugeordnet, und in einem dritten Schaltzustand ist beispielsweise die dritte Phase dem Ausgangsleiter zugeordnet und die erste und zweite Phase sind keinem Ausgangsleiter zugeordnet. Je nach aktueller Auslastung der einzelnen Phasen in dem Teilnehmernetz kann der Energiespeicher von der am besten geeigneten Phase gespeist werden. Die am besten geeignete Phase ist insbesondere diejenige, die die höchste Ladeleistung unter Einhaltung der Vorgaben zur maximalen Schieflast in dem Teilnehmernetz bereitstellen kann.For example, an energy store that is to be charged in a single phase is to be charged in a three-phase subscriber network. The fact that the energy store is to be charged in one phase is understood to mean that the energy store draws current from only one phase. With such an energy store, the charging current is supplied via a phase, for example, and returned via the neutral conductor. In this example, a less complex embodiment of the device would be designed in such a way that it has only one output conductor that can be coupled to one phase of the three-phase subscriber network (the neutral conductor is looped through, for example). One of the three phases of the subscriber network can be assigned to the output conductor using the switching matrix. For example, in a first switching state, a first phase is associated with the output conductor and a second and third phase are not associated with any output conductor, in a second switching state, for example, the second phase is associated with the output conductor and the first and third phases are not associated with any output conductor, and in a third Switching state, for example, the third phase is assigned to the output conductor and the first and second phases are not assigned to any output conductor. Depending on the current utilization of the individual phases in the subscriber network, the energy store can be fed from the most suitable phase. The most suitable phase is in particular the one that can provide the highest charging power while complying with the specifications for the maximum unbalanced load in the subscriber network.
Es sei angemerkt, dass das „Laden eines Energiespeichers“ sowohl ein Zuführen von elektrischer Energie als auch ein Entnehmen von elektrischer Energie umfasst. Das heißt, dass der Energiespeicher als Verbraucher oder als Erzeuger in dem Teilnehmernetz wirken kann. In beiden Fällen kann mittels der Schaltmatrix der Vorrichtung die Zuordnung der Ausgangsleiter zu den Phasen des Teilnehmernetzes eingestellt werden, so dass sich beispielsweise eine bestimmte Phase des Teilnehmernetzes gezielt stützen lässt, indem dieser Phase Strom aus dem Energiespeicher zugeführt wird.It should be noted that the “charging of an energy store” includes both supplying electrical energy and drawing electrical energy. This means that the energy store can act as a consumer or as a generator in the subscriber network. In both cases, the assignment of the output conductors to the phases of the subscriber network can be set using the switching matrix of the device, so that, for example, a specific phase of the subscriber network can be specifically supported by this phase being supplied with current from the energy store.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Anzahl von Wechselrelais der Schaltmatrix wenigstens ein bistabiles Relais, insbesondere ein Doppelspulen-Relais.According to one embodiment of the device, the number of changeover relays in the switching matrix includes at least one bistable relay, in particular a double-coil relay.
Bistabile Relais sind gekennzeichnet durch ihre Eigenschaft, dass sie im stromlosen Zustand zwei verschiedene stabile Schaltzustände einnehmen können. Damit ist ein ungewolltes Umschalten des Schaltzustands bei einem Problem der Ansteuerung des bistabilen Relais, wie etwa bei einem Stromausfall, ausgeschlossen. Bistabile Relais sind beispielsweise Stromstoßrelais, die auch als Stromstoßschalter bezeichnet werden, Haftrelais, die auch als Remanenzrelais bezeichnet werden, oder Stützrelais.Bistable relays are characterized by the fact that they can assume two different stable switching states when there is no current. This rules out an unintentional switchover of the switching state in the event of a problem in the actuation of the bistable relay, such as a power failure. Bistable relays are, for example, impulse relays, which are also referred to as impulse switches, latching relays, which are also referred to as retentive relays, or back-up relays.
Stromstoßrelais schalten bei einem Stromimpuls in den jeweils anderen Schaltzustand um und halten diesen bis zum nächsten Impuls bei. Das Beibehalten des Zustandes wird beispielsweise durch eine mechanische Verriegelung gewährleistet. Haftrelais nutzen die Remanenz, um nach Abschalten des Erregerstromes im angezogenen Zustand zu verbleiben. Stützrelais werden mechanisch in der angesteuerten Position verriegelt. Doppelspulenrelais können beispielsweise als Haftrelais oder als Stützrelais ausgebildet sein.Latching relays switch to the other switching status when a current pulse occurs and maintain this status until the next pulse. The maintenance of the state is ensured, for example, by a mechanical lock. Latching relays use the remanence to remain in the energized state after the excitation current has been switched off. Backup relays are mechanically locked in the triggered position. Dual-coil relays can be designed, for example, as latching relays or backup relays.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung besteht die Schaltmatrix aus mehreren miteinander verschalteten Wechselrelais.According to a further embodiment of the device, the switching matrix consists of several changeover relays connected to one another.
In dieser Ausführungsform weist die Schaltmatrix ausschließlich miteinander verschaltete Wechselrelais auf. Dies schließt nicht aus, dass die Vorrichtung weitere elektrische Elemente aufweist, die vor der Schaltmatrix oder nach der Schaltmatrix angeordnet sind.In this embodiment, the switching matrix has only changeover relays connected to one another. This does not preclude the device from having other electrical elements, which are arranged in front of the switching matrix or after the switching matrix.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese eine Anschlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Ausgangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.According to a further embodiment of the device, it comprises a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable, with a respective output conductor of the number being connected to a respective coupling point of the connection socket, and with the coupling points of the connection socket connected to the output conductors having a number of phases of the charging cable can be coupled.
Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mit der Anschlussbuchse und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet.In particular, the charging cable connects the electric vehicle or the energy store of the electric vehicle to the connection socket and is set up to transmit the charging current.
Die Anschlussbuchse kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Neutralleiter, einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal- oder Datenübertragungs-Leiter zu verbinden. Die Anschlussbuchse kann derart ausgestaltet sein, dass diese mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbesondere kann die Anschlussbuchse abwärtskompatibel sein, das heißt, dass sie beispielsweise mit einem Ladekabel zum einphasigen, zweiphasigen oder auch dreiphasigen Laden koppelbar ist. Das Ladekabel kann eine den Kopplungspunkten entsprechende Anzahl an Leitern aufweisen.The connection socket can have further coupling points, for example to connect a neutral conductor, a protective conductor and/or one or more signal or data transmission conductors. The connection socket can be designed in such a way that it is compatible with different specifications, in particular the connection socket can be backwards compatible, which means that it can be coupled to a charging cable for single-phase, two-phase or three-phase charging, for example. The charging cable can have a number of conductors corresponding to the coupling points.
In dieser Ausführungsform werden somit die Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes mittels der Vorrichtung den Phasen des Ladekabels zugeordnet.In this embodiment, the phases of the multiphase subscriber network are thus assigned to the phases of the charging cable by means of the device.
In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.In embodiments, the charging station can have a number of connection sockets for differently configured charging cables.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese eine Anschlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Ausgangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einem Neutralleiter und einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.According to a further embodiment of the device, it comprises a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable, with a respective output conductor of the number being connected to a respective coupling point of the connection socket, and with the coupling points of the connection socket connected to the output conductors being connected to a neutral conductor and a Number of phases of the charging cable can be coupled.
In dieser Ausführungsform werden somit die Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes mittels der Vorrichtung dem Neutralleiter des Ladekabels und Phasen des Ladekabels zugeordnet.In this embodiment, the phases of the multi-phase subscriber network are thus assigned to the neutral conductor of the charging cable and phases of the charging cable by means of the device.
Diese Ausführungsform ist beispielsweise für solche Länder vorteilhaft, in denen das Energieversorgungsnetz keinen separaten Neutralleiter aufweist, wie beispielsweise in Norwegen.This embodiment is advantageous, for example, for countries in which the power supply network does not have a separate neutral conductor, such as in Norway.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Schaltmatrix mit einem Steuersignal zum selektiven Umschalten in einen bestimmten Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen. Das selektive Umschalten erfolgt in Abhängigkeit von einem von einer in einer Ladestation der Anzahl integrierten Messeinrichtung, von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert. Alternativ oder zusätzlich kann das Umschalten in Abhängigkeit von einer empfangenen Lastinformation des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes erfolgen.According to a further embodiment of the device, it comprises a control device for controlling the switching matrix with a control signal for selectively switching to a specific switching state of the plurality of switching states. The selective switching takes place as a function of an electrical measured value recorded by a measuring device integrated in a charging station of the number, by a measuring device arranged in the multi-phase subscriber network and/or by a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network. Alternatively or additionally, switching can take place as a function of received load information from the multi-phase subscriber network and/or the multi-phase power supply network.
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da mittels der Steuervorrichtung ein Lade- und Lastmanagement in Bezug auf das Teilnehmernetz und/oder in Bezug auf das Energieversorgungsnetz möglich ist. Beispielsweise kann ermittelt werden, dass eine bestimmte Phase des Teilnehmernetzes nicht zusätzlich belastet werden soll. Dementsprechend kann der Ausgangsleiter, der einen Ladestrom bereitstellt, mit einer der anderen Phasen gekoppelt werden.This specific embodiment is particularly advantageous since charging and load management in relation to the subscriber network and/or in relation to the power supply network is possible by means of the control device. For example, it can be determined that a specific phase of the subscriber network should not be additionally loaded. Accordingly, the output conductor that provides a charging current can be coupled to one of the other phases.
Die Messeinrichtung kann an unterschiedlichen Punkten in dem Teilnehmernetz angeordnet sein, beispielsweise in einer Ladestation, in einem Zweignetz des Teilnehmernetzes, in dem Anschlusspunkt des Teilnehmernetzes und/oder auch direkt nach dem Anschlusspunkt des Teilnehmernetzes. Unter dem Anschlusspunkt des Teilnehmernetzes wird vorliegend der Punkt verstanden, an dem sich beispielsweise ein plombierter Stromzähler eines Versorgungsnetzbetreibers, der den Strom aus einem regionalen oder überregionalen Netz zuführt, befindet. Es können auch mehrere Messeinrichtungen an mehreren Punkten in dem Teilnehmernetz vorgesehen sein, wobei die Steuervorrichtung dann dazu eingerichtet ist, die Schaltmatrix in Abhängigkeit der jeweiligen elektrischen Messwerte der mehreren Messeinrichtungen anzusteuern.The measuring device can be arranged at different points in the subscriber network, for example in a charging station, in a branch network of the subscriber network, in the connection point of the subscriber network and/or directly after the connection point of the subscriber network. In the present case, the connection point of the subscriber network is understood to be the point at which, for example, a sealed electricity meter of a supply network operator that supplies the electricity from a regional or national network is located. A number of measuring devices can also be provided at a number of points in the subscriber network, with the control device then being set up to control the switching matrix as a function of the respective electrical measured values of the number of measuring devices.
Die jeweilige Messeinrichtung ist beispielsweise zum Erfassen eines Stromwerts je Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes eingerichtet, wobei der Stromwert dem Strom, der über eine jeweilige Phase in dem Teilnehmernetz übertragen wird, entspricht. Aus den Stromwerten der Phasen kann beispielsweise eine aktuelle Schieflast ermittelt werden, und/oder es kann ermittelt werden, welche Phase mit wieviel Strom zusätzlich belastet werden kann. Auf Basis dieser Informationen lässt sich ein optimaler Schaltzustand der Anzahl an Schaltzuständen ermitteln. Der optimale Schaltzustand ist beispielsweise derjenige, bei dem eine größtmögliche Ladeleistung ermöglicht wird. Die Messeinrichtung kann zusätzlich dazu eingerichtet sein, eine Frequenz und/oder einen Spannungswert einer jeweiligen Phase des Teilnehmernetzes zu erfassen.The respective measuring device is set up, for example, to record a current value for each phase of the multiphase subscriber network, with the current value corresponding to the current that is transmitted via a respective phase in the subscriber network. For example, a current unbalanced load can be determined from the current values of the phases, and/or it can be determined which phase can be additionally loaded with how much current. on Based on this information, an optimal switching state of the number of switching states can be determined. The optimal switching state is, for example, the one in which the greatest possible charging power is made possible. The measuring device can also be set up to record a frequency and/or a voltage value of a respective phase of the subscriber network.
Alternativ oder zusätzlich kann das Umschalten in Abhängigkeit von einer empfangenen Lastinformation des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes erfolgen. Die Lastinformation kann beispielsweise eine Anforderung für elektrische Energie umfassen. Beispielsweise kann die Lastinformation von einem anderen Verbraucher oder Erzeuger in dem Teilnehmernetz bereitgestellt werden. Die Lastinformation umfasst beispielsweise die Information, dass eine bestimmte Leistung von einer bestimmten Phase des Teilnehmernetzes benötigt wird. Die Lastinformation des Energieversorgungsnetzes wird beispielsweise von dem Netzbetreiber bereitgestellt. Die Lastinformation des Netzbetreibers umfasst beispielsweise eine Information bezüglich einer aktuellen Überlast oder Unterlast des Energieversorgungsnetzes, und kann beispielsweise die Aufforderung zu einer stärkeren oder geringeren Stromentnahme und/oder Stromeinspeisung aus oder in das Energieversorgungsnetz und/oder phasenspezifische Angaben umfassen. Eine phasenspezifische Angabe kann beispielsweise die Anweisung enthalten, dass 90% der Energie aus einer ersten bestimmten Phase zu beziehen sind, 8% aus einer zweiten bestimmten Phase zu beziehen sind und 2% aus einer dritten bestimmten Phase zu beziehen sind, oder auch die Anweisung, dass 100% der Energie aus nur einer bestimmten Phase zu beziehen sind.Alternatively or additionally, switching can take place as a function of received load information from the multi-phase subscriber network and/or the multi-phase power supply network. The load information can include a request for electrical energy, for example. For example, the load information can be provided by another consumer or producer in the subscriber network. The load information includes, for example, the information that a specific power is required by a specific phase of the subscriber network. The load information of the energy supply network is provided by the network operator, for example. The load information from the network operator includes, for example, information regarding a current overload or underload of the power supply network, and can include, for example, the request for greater or lesser power consumption and/or power feed from or into the power supply network and/or phase-specific information. A phase-specific statement may, for example, contain the instruction that 90% of the energy is to be obtained from a first specific phase, 8% is to be obtained from a second specific phase and 2% is to be obtained from a third specific phase, or the instruction that that 100% of the energy can be obtained from only one specific phase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst das selektive Umschalten von einem ersten bestimmten Schaltzustand in einen zweiten bestimmten Schaltzustand ein Unterbrechen einer bestehenden Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl.According to a further embodiment of the device, the selective switching from a first specific switching state to a second specific switching state includes interrupting an existing assignment of a specific phase of the multiphase subscriber network to a specific output conductor of the number.
Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhaft ein zweiphasig ladender Energiespeicher in einen einphasigen Ladebetrieb gezwungen werden, wenn dies beispielsweise zur Einhaltung der Vorgaben zur maximalen Schieflast notwendig ist und/oder für einen insgesamt optimierten Ladebetrieb mehrerer Elektrofahrzeuge in dem Teilnehmernetz hilfreich ist.In this embodiment, a two-phase charging energy store can advantageously be forced into a single-phase charging operation if this is necessary, for example, to comply with the specifications for the maximum unbalanced load and/or is helpful for an overall optimized charging operation of several electric vehicles in the subscriber network.
Beispielsweise ist in dem ersten bestimmten Schaltzustand eine erste Phase des Teilnehmernetzes einem ersten Ausgangsleiter zugeordnet und eine zweite Phase ist einem zweiten Ausgangsleiter zugeordnet, und in dem zweiten bestimmten Schaltzustand ist die erste Phase des Teilnehmernetzes dem ersten Ausgangsleiter zugeordnet und die zweite Phase ist keinem Ausgangsleiter zugeordnet. Man kann auch sagen, dass durch das Umschalten der Schaltzustände die Verbindung der zweiten Phase mit dem zweiten Ausgangsleiter unterbrochen oder getrennt wird.For example, in the first specific switching state, a first phase of the subscriber network is assigned to a first output conductor and a second phase is assigned to a second output conductor, and in the second specific switching state, the first phase of the subscriber network is assigned to the first output conductor and the second phase is not assigned to any output conductor . It can also be said that by switching the switching states, the connection of the second phase to the second output conductor is broken or disconnected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Messwert und/oder von der empfangenen Lastinformation ein Steuersignal an das Elektrofahrzeug zu senden, welches einen unteren Schwellwert, einen Sollwert und/oder einen oberen Schwellwert für die Höhe des Ladestroms, der an der Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellt wird und mit dem der Energiespeicher geladen wird, umfasst.According to a further embodiment of the device, the control device is set up to send a control signal to the electric vehicle as a function of the detected electrical measured value and/or of the received load information, which signal has a lower threshold value, a setpoint value and/or an upper threshold value for the height of the charging current that is provided at the number of output conductors and with which the energy store is charged.
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei Elektrofahrzeugen, bei denen der Ladestrom von der Ladestation als Wechselstrom bereitgestellt wird. Bei diesen Elektrofahrzeugen befindet sich insbesondere ein Gleichrichter zum Wandeln des Wechselstroms in einen Gleichstrom in dem Elektrofahrzeug. Hierbei kann die Höhe des Ladestroms, der von dem Elektrofahrzeug bezogen wird, seitens der Ladestation nicht begrenzt werden, sondern eine Ladesteuerung des Elektrofahrzeuges steuert den Ladevorgang. Durch das Steuersignal kann der Ladesteuerung mitgeteilt werden, wieviel Strom über welche Phase des Ladekabels gezogen werden darf oder auch gezogen werden soll. Auf diese Weise kann eine symmetrische Belastung der mehreren Phasen des Teilnehmernetzes weiter begünstigt werden.This embodiment is particularly advantageous in electric vehicles in which the charging current is provided by the charging station as alternating current. In these electric vehicles, there is in particular a rectifier for converting the alternating current into direct current in the electric vehicle. In this case, the level of the charging current drawn by the electric vehicle cannot be limited by the charging station, but rather a charging controller of the electric vehicle controls the charging process. The control signal can be used to tell the charging controller how much current may or should be drawn via which phase of the charging cable. In this way, a symmetrical loading of the multiple phases of the subscriber network can be further promoted.
Das Steuersignal kann über ein entsprechendes, speziell hierfür vorgesehenes Signalkabel des Ladekabels an das Elektrofahrzeug übertragen werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Übertragung des Steuersignals kodiert über eine der Phasen oder den Neutralleiter des Ladekabels übertragen wird, beispielsweise mittels eines amplitudenmodulierten, eines frequenzmodulierten und/oder eines pulscodemodulierten Spannungssignals. Weiterhin kann das Steuersignal drahtlos, beispielsweise mittels Bluetooth, WLAN und/oder einem Mobilfunknetzwerk oder dergleichen übertragen werden.The control signal can be transmitted to the electric vehicle via a corresponding signal cable of the charging cable specially provided for this purpose. Alternatively, it can be provided that the control signal is transmitted in coded form via one of the phases or the neutral conductor of the charging cable, for example by means of an amplitude-modulated, a frequency-modulated and/or a pulse-code-modulated voltage signal. Furthermore, the control signal can be transmitted wirelessly, for example by means of Bluetooth, WLAN and/or a cellular network or the like.
Bei mehreren Ladestationen und mehreren Elektrofahrzeugen kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, ein entsprechendes Steuersignal an ein jeweiliges Elektrofahrzeug zu senden.If there are several charging stations and several electric vehicles, the control device can be set up to send a corresponding control signal to a respective electric vehicle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist jeder Ladestation der Anzahl eine Schaltmatrix zugeordnet, wobei die zugeordnete Schaltmatrix zwischen die jeweilige Ladestation und das mehrphasige Teilnehmernetz geschaltet ist.According to a further embodiment of the device, each charging station of the number is assigned a switching matrix, the assigned Switching matrix is connected between the respective charging station and the multi-phase subscriber network.
Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhaft für jede Ladestation einzeln mittels der jeweiligen zugeordneten Schaltmatrix bestimmt werden, von welcher der Phasen des Teilnehmernetzes die Ladestation den Strom zum Laden eines mit der jeweiligen Ladestation gekoppelten Elektrofahrzeuges bezieht.In this embodiment, it can advantageously be determined individually for each charging station by means of the respective assigned switching matrix from which of the phases of the subscriber network the charging station draws the current for charging an electric vehicle coupled to the respective charging station.
Es sei angemerkt, dass das Teilnehmernetz mehrere Zweignetze aufweisen kann. Wenn in einem der Zweignetze genau eine Ladestation und zusätzlich noch weitere Verbraucher und/oder Erzeuger angeordnet sind, kann die der Ladestation zugeordnete Schaltmatrix auch zwischen alle oder einige der weiteren Verbraucher und/oder Erzeuger des Zweignetzes und dem Teilnehmernetz geschaltet sein.It should be noted that the subscriber network can have several branch networks. If exactly one charging station and additional consumers and/or generators are arranged in one of the branch networks, the switching matrix assigned to the charging station can also be connected between all or some of the other consumers and/or generators of the branch network and the subscriber network.
Die jeweilige Schaltmatrix kann in der zugeordneten Ladestation integriert sein.The respective switching matrix can be integrated in the assigned charging station.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Steuervorrichtung zum Ansteuern jeder Schaltmatrix der Anzahl von Ladestationen mit einem jeweiligen Steuersignal zum selektiven Umschalten der jeweiligen Schaltmatrix in einen bestimmten Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen eingerichtet. Die Steuervorrichtung ist zum Umschalten in Abhängigkeit von einem von einer in einer Ladestationen der Anzahl integrierten Messeinrichtung, von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert eingerichtet. Alternativ oder zusätzlich kann das Umschalten in Abhängigkeit von einer empfangenen Lastinformation des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes und/oder des mehrphasigen Teilnehmernetzes erfolgen. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Messwert und/oder von der empfangenen Lastinformation ein Steuersignal an ein jeweiliges, mit einer der Ladestationen der Anzahl gekoppeltes Elektrofahrzeug zu senden, welches einen unteren Schwellwert, einen Sollwert und/oder einen oberen Schwellwert für die Höhe des Ladestroms, der an der Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellt wird und mit dem der Energiespeicher geladen wird, umfasst.According to a further embodiment of the device, a control device is set up for controlling each switching matrix of the number of charging stations with a respective control signal for selectively switching the respective switching matrix into a specific switching state of the plurality of switching states. The control device is set up for switching depending on an electrical measured value recorded by a measuring device integrated in one of the number of charging stations, by a measuring device arranged in the multi-phase subscriber network and/or by a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network. Alternatively or additionally, switching can take place as a function of received load information from the multi-phase energy supply network and/or the multi-phase subscriber network. Alternatively and/or additionally, the control device can be set up to send a control signal to a respective electric vehicle coupled to one of the number of charging stations, depending on the electrical measured value recorded and/or on the load information received, which signal has a lower threshold value, a setpoint value and/or an upper threshold value for the magnitude of the charging current, which is provided at the number of output conductors and with which the energy store is charged.
In Ausführungsformen sind mehrere Messeinrichtungen an mehreren Punkten in dem Teilnehmernetz vorgesehen, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, eine jeweilige Schaltmatrix in Abhängigkeit der jeweiligen elektrischen Messwerte der mehreren Messeinrichtungen anzusteuern.In embodiments, multiple measuring devices are provided at multiple points in the subscriber network, with the control device being set up to control a respective switching matrix depending on the respective electrical measured values of the multiple measuring devices.
Insbesondere kann jede Ladestation eine entsprechende Messeinrichtung aufweisen.In particular, each charging station can have a corresponding measuring device.
Bei dieser Ausführungsform kann mittels der Steuervorrichtung vorteilhaft ein sehr genaues Lade- und Lastmanagement für das Teilnehmernetz durchgeführt werden, da für jede der Ladestationen individuell mittels der jeweils zugeordneten Schaltmatrix die zu belastende Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zum Bereitstellen des Ladestroms bestimmt und mit den entsprechenden Ausgangsleitern gekoppelt werden kann.In this embodiment, the control device can advantageously be used to carry out very precise charging and load management for the subscriber network, since the phase of the multiphase subscriber network to be loaded for providing the charging current is determined individually for each of the charging stations using the respectively assigned switching matrix and is coupled to the corresponding output conductors can be.
In dieser Ausführungsform ist die Steuervorrichtung insbesondere zentral in Bezug auf die Anzahl an Ladestationen in dem Teilnehmernetz angeordnet.In this embodiment, the control device is arranged particularly centrally in relation to the number of charging stations in the subscriber network.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Leistungsschaltvorrichtung mit einem offenen Schaltzustand zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz vorgesehen, wobei der Schaltzustand der Schaltmatrix nur bei dem offenen Schaltzustand der Leistungsschaltvorrichtung umschaltbar ist.According to a further embodiment of the device, a power switching device with an open switching state is provided for safely disconnecting the number of output conductors from the multiphase subscriber network, the switching state of the switching matrix being switchable only when the power switching device is in the open switching state.
Die Leistungsschaltvorrichtung ermöglicht einen besonders sicheren Betrieb der Vorrichtung und insbesondere der Schaltmatrix. Wenn die Schaltmatrix unter Last umgeschaltet wird, so kann dies zu einer Beschädigung einzelner Elemente der Schaltmatrix, insbesondere der Wechselrelais der Schaltmatrix führen, was sich hiermit vermeiden lässt.The power switching device enables particularly reliable operation of the device and in particular of the switching matrix. If the switching matrix is switched over under load, this can lead to damage to individual elements of the switching matrix, in particular the changeover relays of the switching matrix, which can be avoided in this way.
Die Leistungsschaltvorrichtung kann als ein elektro-mechanisches Element, wie beispielsweise ein Schütz oder ein Vierphasen-Relais ausgebildet sein. Die Leistungsschaltvorrichtung kann eingangsseitig der Schaltmatrix oder auch ausgangsseitig der Schaltmatrix angeordnet sein.The power switching device can be embodied as an electro-mechanical element such as a contactor or a four-phase relay. The power switching device can be arranged on the input side of the switching matrix or also on the output side of the switching matrix.
Die Leistungsschaltvorrichtung kann individuell für eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder für einen jeweiligen Ausgangsleiter der Schaltmatrix ausgebildet und ansteuerbar sein, so dass sich beispielsweise einzelne Zuordnungen mittels der Leistungsschaltvorrichtung unterbrechen lassen. Beispielsweise kann damit sicher von einem zweiphasigen Ladebetrieb bei dem eine erste und eine zweite Phase eines dreiphasigen Teilnehmernetzes belastet werden, in einen ebenfalls zweiphasigen Ladebetrieb, bei dem die erste und eine dritte Phase des dreiphasigen Teilnehmernetzes belastet werden, umgeschaltet werden, indem zunächst die zweite und die dritte Phase mittels der Leistungsschaltvorrichtung getrennt werden, dann die Schaltmatrix entsprechend umgeschaltet wird, und anschließend (zumindest) die dritte Phase wieder verbunden wird.The power switching device can be designed and controlled individually for a respective phase of the multiphase subscriber network and/or for a respective output conductor of the switching matrix, so that, for example, individual assignments can be interrupted by means of the power switching device. For example, it is possible to switch safely from a two-phase charging operation, in which a first and a second phase of a three-phase subscriber network are loaded, to a likewise two-phase charging operation, in which the first and a third phase of the three-phase subscriber network are loaded, by first switching off the second and the third phase can be separated by means of the power switching device, then the switching matrix corresponds accordingly switched over, and then (at least) the third phase is reconnected.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung für eine Anzahl von Ladestationen zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mit der Vorrichtung koppelbaren mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellten Ladestroms vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Empfangen eines elektrischen Messwerts von einer in einer der Ladestationen der Anzahl integrierten Messeinrichtung und/oder von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer Lastinformation des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes und/oder des mehrphasigen Teilnehmernetzes,
- Ermitteln eines bestimmten Schaltzustands aus einer Mehrzahl von von einer Schaltmatrix bereitgestellten Schaltzuständen, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl umfasst, in Abhängigkeit des empfangenen Messwerts und/oder der empfangen Lastinformation, und
- Ansteuern der Schaltmatrix zum Bereitstellen des ermittelten Schaltzustands.
- Receiving an electrical measured value from a measuring device integrated in one of the charging stations of the number and/or from a measuring device arranged in the multi-phase subscriber network and/or from a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network and/or from load information of the multi-phase power supply network and/or the multi-phase subscriber network,
- Determining a specific switching status from a plurality of switching statuses provided by a switching matrix, with a respective switching status including an assignment of a specific phase of the multiphase subscriber network to a specific output conductor of the number, depending on the received measured value and/or the received load information, and
- Driving the switching matrix to provide the determined switching state.
Dieses Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, die zu der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Vorrichtung auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Das Verfahren wird vorzugsweise mit einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt durchgeführt.This method has the same advantages as explained for the device according to the first aspect. The embodiments described for the proposed device apply accordingly to the proposed method. Furthermore, the definitions and explanations for the device also apply accordingly to the proposed method. The method is preferably carried out with a device according to the first aspect.
Es sei angemerkt, dass die Durchführung dieses Verfahrens nicht zwingend zu einem Umschalten der Schaltmatrix führt. Vielmehr kann der ermittelte Schaltzustand der Schaltzustand sein, in dem sich die Schaltmatrix bereits befindet. In diesem Fall wird die Schaltmatrix beispielsweise zum Beibehalten des Schaltzustands angesteuert, insbesondere kann das Ansteuern hierbei umfassen, dass kein Signal oder kein verändertes Signal an die Schaltmatrix ausgegeben wird.It should be noted that the implementation of this method does not necessarily lead to a switchover of the switching matrix. Rather, the determined switching state can be the switching state in which the switching matrix is already located. In this case, the switching matrix is controlled, for example, to maintain the switching state; in particular, the control can include that no signal or no changed signal is output to the switching matrix.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ferner den Schritt: Unterbrechen einer bestehenden Zuordnung einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl, um eine Schieflast in dem mehrphasigen Teilnehmernetz zu begrenzen.According to one embodiment of the method, this further comprises the step of interrupting an existing assignment of a specific phase of the multi-phase subscriber network to a specific output conductor of the number in order to limit an unbalanced load in the multi-phase subscriber network.
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, um beispielsweise einen dreiphasig ladenden Energiespeicher auf ein zweiphasiges Laden umzustellen, oder um einen zweiphasig ladenden Energiespeicher auf ein einphasiges Laden umzustellen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine elektrische Leistung an der jeweils freiwerdenden Phase für einen anderen Zweck verfügbar gemacht werden, wie beispielsweise das Laden eines weiteren Energiespeichers, der mit einer der Ladestationen der Anzahl neu gekoppelt wird.This embodiment is particularly advantageous in order, for example, to convert a three-phase charging energy store to two-phase charging, or to convert a two-phase charging energy store to single-phase charging. In this way, for example, electrical power can be made available for another purpose at the phase that is released in each case, such as charging another energy storage device that is reconnected to one of the number of charging stations.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern der Ladestation bereitgestellten Ladestroms, mit einer Vorrichtung mit einer Schaltmatrix gemäß dem ersten Aspekt vorgeschlagen.According to a third aspect, a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy from a multiphase subscriber network that can be coupled to the charging station by means of a charging current provided at a number of output conductors of the charging station is proposed, with a device having a switching matrix according to the first aspect.
Diese Ladestation hat aufgrund der von der Ladestation umfassten Vorrichtung mit der Schaltmatrix die gleichen Vorteile, die zu der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Insbesondere lässt sich die beim Laden zu belastende Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes gezielt auswählen und somit ein vorteilhaftes Lade- und Lastmanagement in dem Teilnehmernetz umsetzen.Because of the device with the switching matrix that is included in the charging station, this charging station has the same advantages that were explained for the device according to the first aspect. In particular, the phase of the multiphase subscriber network to be loaded during charging can be selected in a targeted manner and thus advantageous charging and load management can be implemented in the subscriber network.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem eine Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und eine mit zumindest einer der Komponenten verbundene Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers angeordnet sind. Insbesondere ist die Vorrichtung mit der Schaltmatrix in dem Gehäuse der Ladestation angeordnet.The charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing, with an interior space in which a plurality of electrical and/or electronic components and a connection socket connected to at least one of the components for connecting a charging plug are arranged. In particular, the device with the switching matrix is arranged in the housing of the charging station.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges geeignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschlussbuchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden.The charging station can also be referred to as a charging connection device. The charging station is designed in particular as a wall box. The charging station is suitable for charging or regenerating the energy store of an electric vehicle in that the charging station is electrically connected to the energy store or the charging electronics of the electric vehicle via its connection socket and the charging plug of the electric vehicle. The charging station acts as a source of electrical energy for the electric vehicle, with the electrical energy being transferred to an energy store in the electric vehicle by means of a connection socket and charging plug the can. The charging station can also be referred to as an intelligent charging station for electric vehicles.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen Schütz, Allstromsensitiver-Schutzschalter, Gleich-, Über- und Fehlerstrom-Überwachungsvorrichtung, Relais, Anschlussklemme, elektronische Schaltkreise und eine Steuervorrichtung, beispielsweise umfassend eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind.Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include contactors, all-current sensitive circuit breakers, direct current, overcurrent and fault current monitoring devices, relays, connection terminals, electronic circuits and a control device, for example comprising a printed circuit board on which a plurality of electronic components are arranged for controlling and/or measuring and/or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform der Ladestation weist die Schaltmatrix jeweils einen Eingang für jede Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und eine entsprechende Anzahl an Ausgangsleitern auf. Ein erstes Wechselrelais der Schaltmatrix ist in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines ersten Ausgangsleiters mit einem ersten Eingang und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters mit einem Zwischenstück eingerichtet, ein zweites Wechselrelais der Schaltmatrix ist in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines zweiten Eingangs mit einem zweiten Ausgangsleiter und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des zweiten Eingangs mit dem Zwischenstück eingerichtet. Somit ist der erste Ausgangsleiter selektiv mit dem ersten Eingang oder mit dem zweiten Eingang koppelbar.According to one embodiment of the charging station, the switching matrix has an input for each phase of the multi-phase subscriber network and a corresponding number of output conductors. A first changeover relay of the switching matrix is set up in a first switching position for coupling a first output conductor to a first input and in a second switching position for coupling the first output conductor to an intermediate piece, a second changeover relay of the switching matrix is in a first switching position for coupling a second input with a second output conductor and configured in a second switch position to couple the second input to the interface. Thus, the first output conductor can be selectively coupled to the first input or to the second input.
In dieser Ausführungsform weist die Schaltmatrix nur zwei Wechselrelais auf und ist damit besonders einfach aufgebaut. Diese Ausführungsform ist insbesondere für Ladestationen vorteilhaft, die zum einphasigen Laden von Energiespeichern ausgelegt sind, da hierbei die zu belastende Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes selektiv zwischen den zwei Phasen, die mit dem ersten und dem zweiten Eingang der Schaltmatrix verbunden sind, ausgewählt werden kann.In this embodiment, the switching matrix has only two changeover relays and is therefore of particularly simple design. This embodiment is particularly advantageous for charging stations that are designed for single-phase charging of energy stores, since the phase of the multiphase subscriber network to be loaded can be selected between the two phases that are connected to the first and the second input of the switching matrix.
Unter dem Begriff „Zwischenstück“ wird vorliegend eine Verschaltung von zwei Wechselrelais verstanden. Das jeweilige Zwischenstück ist insbesondere ein elektrischer Leiter, der zum Übertragen der für das Laden eines Elektrofahrzeugs erforderlichen elektrischen Leistung eingerichtet ist.In the present case, the term “intermediate piece” means an interconnection of two changeover relays. The respective intermediate piece is in particular an electrical conductor which is set up to transmit the electrical power required for charging an electric vehicle.
In Ausführungsformen der Ladestation weist die Schaltmatrix mit zwei Wechselrelais genau zwei Eingänge und genau einen Ausgangsleiter auf. Falls das mehrphasige Teilnehmernetz mehr als zwei Phasen aufweist, so können weitere Phasen entweder durchgeschleift sein oder nicht mit der Ladestation verbunden sein. In embodiments of the charging station, the switching matrix with two changeover relays has exactly two inputs and exactly one output conductor. If the multi-phase subscriber network has more than two phases, additional phases can either be looped through or not connected to the charging station.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation weist das mehrphasige Teilnehmernetz genau drei Phasen auf, wobei die Schaltmatrix jeweils einen Eingang für jede Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und eine entsprechende Anzahl an Ausgangsleitern aufweist, und wobei die Schaltmatrix vier Wechselrelais umfasst. Ein erstes Wechselrelais ist in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines ersten Ausgangsleiters mit einem ersten Eingang und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters mit einem ersten Zwischenstück eingerichtet. Ein zweites Wechselrelais ist in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines zweiten Eingangs mit einem zweiten Ausgangsleiter und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des zweiten Eingangs mit einem zweiten Zwischenstück eingerichtet. Ein drittes Wechselrelais ist in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines dritten Eingangs mit einem dritten Ausgangsleiter und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des dritten Eingangs mit einem dritten Zwischenstück eingerichtet. Ein viertes Wechselrelais ist in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des ersten Zwischenstücks mit dem zweiten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des ersten Zwischenstücks mit dem dritten Zwischenstück eingerichtet. Damit ist der erste Ausgangsleiter selektiv mit jedem der drei Eingänge koppelbar.According to a further embodiment of the charging station, the multiphase subscriber network has exactly three phases, with the switching matrix having an input for each phase of the multiphase subscriber network and a corresponding number of output conductors, and the switching matrix comprising four changeover relays. A first changeover relay is arranged in a first switching position for coupling a first output conductor to a first input and in a second switching position for coupling the first output conductor to a first adapter. A second changeover relay is configured to couple a second input to a second output conductor in a first switch position and to couple the second input to a second interface in a second switch position. A third changeover relay is configured in a first switch position to couple a third input to a third output conductor and in a second switch position to couple the third input to a third interface. A fourth changeover relay is set up in a first switching position for coupling the first interface to the second interface and in a second switching position for coupling the first interface to the third interface. Thus, the first output conductor can be selectively coupled to each of the three inputs.
In dieser Ausführungsform weist die Schaltmatrix vier Wechselrelais auf und ist damit besonders einfach aufgebaut. Diese Ausführungsform ist insbesondere für Ladestationen vorteilhaft, die zum einphasigen Laden von Energiespeichern in einem dreiphasigen Teilnehmernetz ausgelegt sind, da hierbei die zu belastende Phase des dreiphasigen Teilnehmernetzes selektiv zwischen den drei Phasen, die mit den drei Eingängen der Schaltmatrix verbunden sind, ausgewählt werden kann.In this embodiment, the switching matrix has four changeover relays and is therefore of particularly simple construction. This embodiment is particularly advantageous for charging stations that are designed for single-phase charging of energy stores in a three-phase subscriber network, since the phase of the three-phase subscriber network to be loaded can be selected between the three phases that are connected to the three inputs of the switching matrix.
Auch für Ladestationen, die zum zweiphasigen Laden von Energiespeichern eingerichtet sind, ist diese Ausführungsform vorteilhaft, da zumindest eine der beiden Phasen, die belastet wird, selektiv wählbar ist.This embodiment is also advantageous for charging stations that are set up for two-phase charging of energy stores, since at least one of the two phases that is loaded can be selected selectively.
In Ausführungsformen der Ladestation weist die Schaltmatrix mit vier Wechselrelais genau drei Eingänge und nur genau einen Ausgangsleiter auf.In embodiments of the charging station, the switching matrix with four changeover relays has exactly three inputs and only exactly one output conductor.
In weiteren Ausführungsformen der Ladestation weist die Schaltmatrix mit vier Wechselrelais genau drei Eingänge und genau zwei Ausgangsleiter auf.In further embodiments of the charging station, the switching matrix with four changeover relays has exactly three inputs and exactly two output conductors.
In weiteren Ausführungsformen weist die Schaltmatrix genau drei Eingänge und genau zwei Ausgangsleiter auf und zusätzlich zu den vier Wechselrelais zwei weitere Wechselrelais auf. Mittels der vier Wechselrelais kann ein beliebiger der drei Eingänge mit dem ersten Ausgangsleiter gekoppelt werden. Die zwei weiteren Wechselrelais sind derart zwischen den zweiten Ausgangsleiter und zwei Eingänge geschaltet, dass selektiv einer der beiden Eingänge mit dem zweiten Ausgangsleiter gekoppelt werden kann. Wenn beispielsweise der erste Ausgangsleiter mit dem ersten Eingang gekoppelt ist, kann der zweite Ausgangsleiter wahlweise mit dem zweiten oder dritten Eingang gekoppelt werden. Wenn der erste Ausgangsleiter mit dem zweiten Eingang gekoppelt ist, kann der zweite Ausgangsleiter mit dem dritten Eingang gekoppelt werden. Wenn der erste Ausgangsleiter mit dem dritten Eingang gekoppelt ist, kann der zweite Ausgangsleiter mit dem zweiten Eingang gekoppelt werden.In further embodiments, the switching matrix has exactly three inputs and exactly two output conductors and, in addition to the four changeover relays, has two further changeover relays. by means of four changeover relays, any of the three inputs can be coupled to the first output conductor. The two further changeover relays are connected between the second output conductor and two inputs in such a way that one of the two inputs can be selectively coupled to the second output conductor. For example, when the first output conductor is coupled to the first input, the second output conductor can be selectively coupled to the second or third input. When the first output conductor is coupled to the second input, the second output conductor can be coupled to the third input. When the first output conductor is coupled to the third input, the second output conductor can be coupled to the second input.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation weist das mehrphasige Teilnehmernetz drei Phasen auf, wobei die Schaltmatrix jeweils einen Eingang für jede Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und eine entsprechende Anzahl an Ausgangsleitern aufweist. Die Schaltmatrix umfasst zwölf Wechselrelais wobei:
- ein erstes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines ersten Eingangs mit einem zweiten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des ersten Eingangs mit einem ersten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein zweites Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des zweiten Zwischenstücks mit einem vierten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des zweiten Zwischenstücks mit einem dritten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein drittes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines zweiten Eingangs mit einem sechsten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des zweiten Eingangs mit einem fünften Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein viertes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des sechsten Zwischenstücks mit einem achten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des sechsten Zwischenstücks mit einem siebten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein fünftes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des dritten Eingangs mit einem zehnten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des dritten Eingangs mit einem neunten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein sechstes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des zehnten Zwischenstücks mit einem zwölften Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des zehnten Zwischenstücks mit einem elften Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein siebtes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines ersten Ausgangsleiters mit dem ersten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters mit einem dreizehnten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein achtes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des dreizehnten Zwischenstücks mit dem achten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des dreizehnten Zwischenstücks mit dem zwölften Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein neuntes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines zweiten Ausgangsleiters mit dem fünften Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des zweiten Ausgangsleiters mit einem vierzehnten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein zehntes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des vierzehnten Zwischenstücks mit dem elften Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des vierzehnten Zwischenstücks mit dem vierten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein elftes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln eines dritten Ausgangsleiters mit dem neunten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des dritten Ausgangsleiters mit einem fünfzehnten Zwischenstück eingerichtet ist, und
- ein zwölftes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition zum Koppeln des fünfzehnten Zwischenstücks mit dem dritten Zwischenstück und in einer zweiten Schaltposition zum Koppeln des fünfzehnten Zwischenstücks mit dem siebten Zwischenstück eingerichtet ist.
- a first changeover relay arranged in a first switching position for coupling a first input to a second interface and in a second switching position for coupling the first input to a first interface, and
- a second changeover relay arranged in a first switching position for coupling the second interface to a fourth interface and in a second switching position for coupling the second interface to a third interface, and
- a third changeover relay configured in a first switch position for coupling a second input to a sixth interface and in a second switch position for coupling the second input to a fifth interface, and
- a fourth changeover relay arranged in a first switching position for coupling the sixth link to an eighth link and in a second switching position for coupling the sixth link to a seventh link, and
- a fifth changeover relay configured in a first switch position for coupling the third input to a tenth interface and in a second switch position for coupling the third input to a ninth interface, and
- a sixth changeover relay arranged in a first switching position for coupling the tenth link to a twelfth link and in a second switching position for coupling the tenth link to an eleventh link, and
- a seventh changeover relay configured in a first switch position for coupling a first output conductor to the first link and in a second switch position for coupling the first output conductor to a thirteenth link, and
- an eighth changeover relay arranged in a first switching position for coupling the thirteenth link to the eighth link and in a second switching position for coupling the thirteenth link to the twelfth link, and
- a ninth changeover relay configured in a first switch position for coupling a second output conductor to the fifth link and in a second switch position for coupling the second output conductor to a fourteenth link, and
- a tenth changeover relay arranged in a first switching position for coupling the fourteenth link to the eleventh link and in a second switching position for coupling the fourteenth link to the fourth link, and
- an eleventh changeover relay arranged in a first switch position for coupling a third output conductor to the ninth link and in a second switch position for coupling the third output conductor to a fifteenth link, and
- a twelfth changeover relay arranged in a first switching position for coupling the fifteenth link to the third link and in a second switching position for coupling the fifteenth link to the seventh link.
In dieser Ausführungsform mit zwölf Wechselrelais bietet die Schaltmatrix für den Fall von drei Eingängen, die mit drei Phasen verbunden werden können, und drei Ausgangsleitern die volle Flexibilität. Das heißt, dass in diesem Beispiel jede kombinatorisch mögliche Zuordnung von Eingängen zu Ausgangsleitern durch einen entsprechenden Schaltzustand der Schaltmatrix einstellbar ist. Dies umfasst auch alle möglichen Zuordnungen, bei denen einem oder mehreren Ausgangsleitern kein Eingang zugeordnet ist. Damit ist diese Ausführungsform für besonders vorteilhaft für dreiphasige Teilnehmernetze, wobei sowohl einphasig, zweiphasig oder auch dreiphasig zu ladende Energiespeicher optimal geladen werden können.In this embodiment with twelve changeover relays, the switching matrix offers full flexibility in the case of three inputs that can be connected to three phases and three output conductors. This means that in this example, every combinatorially possible assignment of inputs to output conductors can be set by a corresponding switching state of the switching matrix. This also includes all possible assignments where no input is assigned to one or more output conductors. This embodiment is therefore particularly advantageous for three-phase subscriber networks, in which case energy stores to be charged can be optimally charged in one-phase, two-phase or else three-phase.
Es sei angemerkt, dass die Schaltmatrix nicht genau zwei, vier oder zwölf Wechselrelais in der angegebenen Verschaltung aufweisen muss, sondern sie kann auch eine höhere oder geringere Anzahl an Wechselrelais umfassen, die anders als hier angegeben verschaltet sein können. Je nach vorgesehenem Anwendungsfall kann eine optimierte Schaltmatrix bereitgestellt werden, die mit der kleinstmöglichen Anzahl an Wechselrelais alle gemäß dem Anwendungsfall erforderlichen Schaltzustände bereitstellen kann.It should be noted that the switching matrix does not have to have exactly two, four or twelve changeover relays in the specified connection, but it can also include a higher or lower number of changeover relays that can be connected differently than specified here. Depending on the envisaged application, an optimized switching matrix can be provided which can provide all switching states required according to the application with the smallest possible number of changeover relays.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie aus einem mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellten Ladestroms vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Erfassen eines Kopplungsvorgangs des Energiespeichers mit der Ladestation, wobei eine Anzahl von Leitern eines Ladekabels, das den Ladestrom von der Ladestation an den Energiespeicher überträgt, mit einer entsprechenden Anzahl von Ausgangsleitern der Anzahl verbunden oder getrennt wird, und/oder
- Empfangen eines elektrischen Messwerts von einer in der Ladestation integrierten Messeinrichtung, von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung und/oder Empfangen einer Lastinformation des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes,
- Ermitteln einer Zuordnung von einer Anzahl bestimmter Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einer entsprechenden Anzahl bestimmter Ausgangsleiter der Anzahl in Abhängigkeit des empfangenen elektrischen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation, und
- Koppeln der Anzahl bestimmter Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit der entsprechenden Anzahl bestimmter Ausgangsleiter der Anzahl gemäß der ermittelten Zuordnung mittels einer Schaltmatrix, die eine Anzahl von Wechselrelais aufweist, mittels der ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl zu jedem Zeitpunkt mit genau einer Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes koppelbar ist.
- Detecting a coupling process of the energy store with the charging station, with a number of conductors of a charging cable, which transmits the charging current from the charging station to the energy store, being connected or disconnected to a corresponding number of output conductors of the number, and/or
- Receiving an electrical measured value from a measuring device integrated in the charging station, from a measuring device arranged in the multi-phase subscriber network and/or from a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network and/or receiving load information from the multi-phase subscriber network and/or the multi-phase power supply network,
- Determining an assignment of a number of specific phases of the multiphase subscriber network to a corresponding number of specific output conductors of the number as a function of the received measured electrical value and/or the received load information, and
- Coupling the number of specific phases of the multi-phase subscriber network with the corresponding number of specific output conductors of the number according to the assignment determined by means of a switching matrix that has a number of changeover relays, by means of which a respective output conductor of the number can be coupled with exactly one phase of the multi-phase subscriber network at any time .
Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass die zu belastenden Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zum Laden des Energiespeichers des Elektrofahrzeuges selektiv in Abhängigkeit des elektrischen Messwerts und/oder der Lastinformation ausgewählt werden können. Insbesondere lässt sich damit ein optimaler Ladevorgang durchführen, indem diejenige Phase oder diejenigen Phasen der mehrphasigen Teilnehmernetzes belastet werden, die einen maximalen Ladestrom zu dem jeweiligen Zeitpunkt bereitstellen können.This method has the advantage that the phases of the multiphase subscriber network to be loaded can be selected selectively depending on the electrical measured value and/or the load information for charging the energy store of the electric vehicle. In particular, this allows an optimal charging process to be carried out by loading that phase or those phases of the multi-phase subscriber network which can provide a maximum charging current at the respective point in time.
Dieses Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, die zu der Ladestation gemäß dem dritten Aspekt erläutert sind. Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und der Ladestation gemäß dem dritten Aspekt auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Das Verfahren wird vorzugsweise mittels einer Ladestation gemäß dem dritten Aspekt ausgeführt.This method has the same advantages as explained for the charging station according to the third aspect. The embodiments described for the proposed charging station apply accordingly to the proposed method. Furthermore, the definitions and explanations for the device according to the first aspect and the charging station according to the third aspect also apply accordingly to the proposed method. The method is preferably carried out by means of a charging station according to the third aspect.
Das Erfassen des Kopplungsvorgangs des Energiespeichers mit der Ladestation umfasst insbesondere ein Erfassen eines Einsteckens oder eines Abziehens des Ladekabels in die Ladestation oder von der Ladestation. Weiterhin kann das Erfassen des Kopplungsvorgangs ein Erfassen der maximalen Anzahl an Phasen, mit denen der Energiespeicher geladen werden kann, umfassen. Das heißt, es kann erfasst werden, ob ein einphasig, ein zweiphasig oder ein dreiphasig zu ladender Energiespeicher mit der Ladestation gekoppelt wurde. Weiterhin kann das Erfassen des Kopplungsvorgangs umfassen, dass erfasst wird, welche Energiemenge der Energiespeicher oder die Ladeelektronik des Energiespeichers anfordert und/oder welche Ladeleistung der Energiespeicher anfordert und/oder welche Ladeleistung der Energiespeicher maximal und/oder minimal anfordert, und dergleichen mehr. Man kann auch sagen, dass das Erfassen des Kopplungsvorgangs ein „Verhandeln“ zwischen der Ladestation und dem Energiespeicher umfasst, bei dem sich die Ladestation und der Energiespeicher auf die Ladeparameter einigen, die zum Laden des Energiespeichers verwendet werden.The detection of the coupling process of the energy store with the charging station includes in particular a detection of plugging or unplugging the charging cable into the charging station or from the charging station. Furthermore, the detection of the coupling process can include a detection of the maximum number of phases with which the energy store can be charged. This means that it can be detected whether an energy storage device to be charged in one phase, in two phases or in three phases has been coupled to the charging station. Furthermore, detecting the coupling process can include detecting the amount of energy the energy store or the charging electronics of the energy store requests and/or what charging power the energy store requests and/or what maximum and/or minimum charging power the energy store requests, and the like. It can also be said that detecting the pairing event involves a "negotiation" between the charging station and the energy storage device, in which the charging station and the energy storage device agree on the charging parameters used to charge the energy storage device.
In Bezug auf den von der Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert und/oder der empfangenen Lastinformation gilt das im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt Gesagte entsprechend.With regard to the electrical measured value recorded by the measuring device and/or the received load information, what was said in connection with the device according to the first aspect applies accordingly.
Es sei angemerkt, dass das Empfangen des elektrischen Messwerts und/oder der Lastinformation alternativ oder zusätzlich zu dem Erfassen des Kopplungsvorgangs ist. In Ausführungsformen des Verfahren wird beispielsweise nur der Kopplungsvorgang erfasst, in weiteren Ausführungsformen wird nur der elektrische Messwert und/oder die Lastinformation empfangen und in weiteren Ausführungsformen wird sowohl der Kopplungsvorgang erfasst als auch der elektrische Messwert und/oder die Lastinformation empfangen.It should be noted that receiving the electrical measurement and/or the load information is alternative or in addition to detecting the coupling event. In embodiments of the method, for example, only the coupling process is recorded, in further embodiments only the electrical measured value and/or the load information is received, and in further embodiments both the coupling process and the load information are recorded also receive the electrical measured value and/or the load information.
Die Zuordnung der Anzahl bestimmter Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einer entsprechenden Anzahl bestimmter Ausgangsleiter erfolgt vorzugsweise derart, dass eine von dem Energiespeicher angeforderte Ladeleistung und/oder eine aktuell maximal zulässige Ladeleistung bereitgestellt wird.The number of specific phases of the multiphase subscriber network is preferably assigned to a corresponding number of specific output conductors in such a way that a charging power requested by the energy store and/or a currently maximum permissible charging power is provided.
Es sei angemerkt, dass die ermittelte Zuordnung die gleiche Zuordnung sein kann, die bereits vorliegt. Das heißt, dass die Schaltmatrix in diesem Fall nicht umgeschaltet wird. Mit anderen Worten ist eine aktuelle Kopplung bereits diejenige, die die ermittelte Zuordnung erfüllt.It should be noted that the association determined may be the same association that is already present. This means that the switching matrix is not switched over in this case. In other words, a current coupling is already the one that satisfies the assignment determined.
In Ausführungsformen kann in Abhängigkeit des elektrischen Messwerts und/oder der Lastinformation eine aktuelle maximale zulässige Belastbarkeit einer jeden Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes ermittelt werden, wobei dies insbesondere unter Beachtung der an dem jeweiligen Standort für das mehrphasige Teilnehmernetz behördlichen und/oder netzbetreiberseitigen Vorgaben bezüglich einer Maximallast und/oder einer maximalen Schieflast der mehrphasigen Teilnehmernetzes erfolgt. Die aktuelle maximale zulässige Belastbarkeit wird vorzugsweise regelmäßig neu ermittelt, beispielsweise wenigstens einmal pro Minute, vorzugsweise wenigstens einmal in dreißig Sekunden, bevorzugt wenigstens einmal in zehn Sekunden, weiter bevorzugt wenigstens einmal in fünf Sekunden. Insbesondere wird die aktuelle maximale zulässige Belastbarkeit immer dann neu ermittelt, wenn sich der erfasste elektrische Messwert und/oder die Lastinformation ändert oder geändert hat.In embodiments, depending on the electrical measured value and/or the load information, a current maximum permissible load capacity of each phase of the multi-phase subscriber network and/or the multi-phase energy supply network can be determined, with this taking into account in particular the official and/or official regulations at the respective location for the multi-phase subscriber network. or network operator specifications regarding a maximum load and/or a maximum unbalanced load of the multi-phase subscriber network. The current maximum permissible load is preferably redetermined regularly, for example at least once a minute, preferably at least once in thirty seconds, preferably at least once in ten seconds, more preferably at least once in five seconds. In particular, the current maximum permissible load capacity is always re-determined when the recorded electrical measured value and/or the load information changes or has changed.
Die Zuordnung kann in Abhängigkeit der ermittelten maximalen zulässigen Belastbarkeit auch derart ermittelt werden, dass nicht alle Phasen, mit denen der Energiespeicher geladen werden kann, genutzt werden. Das heißt, dass beispielsweise ein dreiphasig zu ladender Energiespeicher möglicherweise nur einphasig oder zweiphasig geladen wird, oder dass ein zweiphasig zu ladender Energiespeicher nur einphasig geladen wird.Depending on the determined maximum permissible load, the assignment can also be determined in such a way that not all phases with which the energy store can be charged are used. This means that, for example, an energy store that is to be charged in three phases is possibly only charged in one phase or in two phases, or that an energy store that is to be charged in two phases is only charged in one phase.
Das Verfahren lässt sich vorteilhaft in Verbindung mit mehreren Ladestationen, die beispielsweise in einem Ladepark in einem gemeinsamen Teilnehmernetz angeordnet sind, nutzen, um jede einzelne der mehreren Ladestationen zu betreiben.The method can advantageously be used in connection with a number of charging stations, which are arranged, for example, in a charging park in a shared subscriber network, in order to operate each individual one of the number of charging stations.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Aushandeln eines Ladeplans zwischen der Ladestation und einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs und/oder des empfangenen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation und/oder der ermittelten Zuordnung.According to one embodiment of the method, this includes negotiating a charging plan between the charging station and charging electronics of the energy store coupled to the charging station depending on the detected coupling process and/or the received measured value and/or the received load information and/or the determined assignment.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung an und die Ladestation, beispielsweise eine Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation einen „Gegenvorschlag“ machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.Negotiation takes place, for example, as described in ISO 15118. For example, the charging electronics of the energy store requests a specific charging power and the charging station, for example a control device of the charging station, determines whether the requested charging power can be provided. A current state of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account in particular. If the requested charging power cannot be provided, the charging station can make a "counter-suggestion" which can be accepted by the charging electronics of the energy store, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated. Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station.
Der Ladeplan umfasst beispielsweise Angaben dazu, zu welcher Zeit der Energiespeicher welche Leistung über welche gekoppelte Phase bezieht und dergleichen. Hierbei werden insbesondere aktuelle elektrische Messwerte, aktuelle Lastinformationen und dergleichen berücksichtigt. Insbesondere kann der Ladeplan auch vorsehen, dass der Energiespeicher elektrische Energie in das Teilnehmernetz einspeist. Damit können vorteilhaft Lastspitzen in dem Teilnehmernetz und/oder in dem Energieversorgungsnetz ausgeglichen oder abgefedert werden.The charging plan includes, for example, information about when the energy store draws which power via which coupled phase and the like. In particular, current electrical measured values, current load information and the like are taken into account here. In particular, the charging plan can also provide for the energy store to feed electrical energy into the subscriber network. In this way, peak loads in the subscriber network and/or in the power supply network can advantageously be compensated for or cushioned.
Das Aushandeln des Ladeplans kann durch unterschiedliche Ereignisse ausgelöst werden. Insbesondere ist das Aushandeln nicht auf den Kopplungsvorgang beschränkt. Ereignisse, die ein Neu-Aushandeln des Ladeplans auslösen können, sind beispielsweise veränderte elektrische Messwerte, veränderte Lastinformationen und/oder sonstige Veränderungen, die das Teilnehmernetz und/oder das Energieversorgungsnetz betreffen.The negotiation of the load plan can be triggered by different events. In particular, the negotiation is not limited to the pairing process. Events that can trigger a renegotiation of the charging plan are, for example, changed electrical measured values, changed load information and/or other changes that affect the subscriber network and/or the energy supply network.
Das Aushandeln des Ladeplans kann auch unter Berücksichtigung von aktuellen Energiepreisen erfolgen. Weiterhin kann eine Änderung eines Energiepreises ein Neu-Aushandeln des Ladeplans auslösen.The charging plan can also be negotiated taking current energy prices into account. Furthermore, a change in an energy price can trigger a renegotiation of the charging plan.
Das (Neu-)Aushandeln des Ladeplans erfolgt insbesondere jeweils bevor die Schaltmatrix umschaltet, sofern ein Umschalten der Schaltmatrix notwendig ist. Der Ladeplan umfasst dann insbesondere auch den Zeitraum des Umschaltens der Schaltmatrix. Daher fährt die Ladeelektronik in diesem Fall die bezogene Leistung beispielsweise selbsttätig gemäß dem Ladeplan zurück, um die Ladestation zu entlasten, so dass die Schaltmatrix im unbelasteten Zustand umgeschaltet werden kann. Nach dem Umschalten der Schaltmatrix fährt die Ladeelektronik die bezogene Leistung gemäß dem Ladeplan wieder hoch. Man kann auch sagen, dass die Ladestation und die Ladeelektronik synchronisiert sind.The (re-)negotiation of the charging plan takes place in particular before the switching matrix switches, insofar as it is necessary to switch the switching matrix. The charging plan then includes in particular the period of switching switching matrix. In this case, the charging electronics automatically reduce the power drawn, for example according to the charging plan, in order to relieve the charging station, so that the switching matrix can be switched over in the unloaded state. After switching the switching matrix, the charging electronics ramp up the power drawn again according to the charging plan. You can also say that the charging station and the charging electronics are synchronized.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses zusätzlich:
- Vergleichen der ermittelten Zuordnung mit einer aktuellen Zuordnung,
- Ermitteln, dass die ermittelte Zuordnung ein Umschalten der Schaltmatrix erfordert, in Abhängigkeit des Vergleichs mit der aktuellen Zuordnung,
- Ausgeben eines ersten Leistungs-Vorgabesignals an eine Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers, bevor die Schaltmatrix umgeschaltet wird, und
- Ausgeben eines zweiten Leistungs-Vorgabesignals an die Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers, nachdem die Schaltmatrix umgeschaltet ist.
- Comparing the determined assignment with a current assignment,
- Determining that the assignment determined requires the switching matrix to be switched over, depending on the comparison with the current assignment,
- Outputting a first power specification signal to charging electronics of the energy store coupled to the charging station before the switching matrix is switched over, and
- Outputting a second power specification signal to the charging electronics of the energy store coupled to the charging station after the switching matrix has switched over.
Die aktuelle Zuordnung ist insbesondere diejenige, die vor oder während der Durchführung des Verfahrens vorliegt. Das Vergleichen der ermittelten Zuordnung, das Ermitteln des Umschalterfordernisses und das Ausgeben des ersten Leistungs-Vorgabesignals erfolgt insbesondere bevor die ermittelte Zuordnung mittels der Schaltmatrix eingestellt wird. Das Ausgeben des zweiten Leistungs-Vorgabesignals erfolgt insbesondere nachdem die ermittelte Zuordnung mittels der Schaltmatrix eingestellt ist.The current assignment is in particular that which is present before or during the implementation of the method. The comparison of the determined assignment, the determination of the switching requirement and the outputting of the first default power signal takes place in particular before the determined assignment is set using the switching matrix. The outputting of the second default power signal takes place in particular after the assignment determined has been set by means of the switching matrix.
Unter dem jeweiligen Leistungs-Vorgabesignal wird vorliegend insbesondere ein Signal verstanden, das von der Ladestation an die Ladeelektronik des Energiespeichers übermittelt wird, beispielsweise mittels eines PWM-Signals, und welches eine Vorgabe zu einer maximal zu beziehenden oder einzuspeisenden Leistung umfasst.In the present case, the respective power specification signal is understood to mean, in particular, a signal that is transmitted from the charging station to the charging electronics of the energy store, for example by means of a PWM signal, and which includes a specification for a maximum power to be drawn or fed.
Das erste Leistungs-Vorgabesignal umfasst als maximale Leistung insbesondere die Angabe „null“, da es das Ziel dieses Verfahrensschrittes ist, dass die Ladeelektronik das Laden vor dem Umschalten der Schaltmatrix unterbricht oder beendet.The first output default signal includes the specification “zero” as the maximum output, since the aim of this method step is for the charging electronics to interrupt or end charging before the switching matrix switches over.
Das zweite Leistungs-Vorgabesignal umfasst als maximale Leistung einen Wert der größer, kleiner oder auch gleich Null sein kann. Unter einem Wert kleiner 0 wird beispielsweise verstanden, dass der Energiespeicher Strom in das Teilnehmernetz einspeisen, also entladen werden kann. Dementsprechend bedeutet ein Wert größer 0, dass der Energiespeicher mit Strom aus dem Teilnehmernetz geladen wird. Die Ladeelektronik kann das Laden des Energiespeichers gemäß dem zweiten Leistungs-Vorgabesignal fortsetzen oder wieder aufnehmen.As the maximum power, the second power specification signal includes a value which can be greater, less than or even equal to zero. A value less than 0 means, for example, that the energy store can feed electricity into the subscriber network, that is to say it can be discharged. Accordingly, a value greater than 0 means that the energy store is being charged with electricity from the subscriber network. The charging electronics can continue or resume charging of the energy store in accordance with the second power specification signal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das zweite Leistungs-Vorgabesignal in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs und/oder des empfangenen elektrischen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation ermittelt, wobei das zweite Leistungs-Vorgabesignal insbesondere eine verfügbare Leistung umfassen kann, die unterschiedlich zu einer vor dem Umschalten der Schaltmatrix verfügbaren Leistung ist.According to a further embodiment of the method, the second power specification signal is determined as a function of the detected coupling process and/or the received electrical measured value and/or the received load information, wherein the second power specification signal can in particular include an available power that differs from a previous power available after switching the switching matrix.
Vorzugsweise umfasst das zweite Leistungs-Vorgabesignal eine aktuelle maximal mögliche Leistung, die zum Laden des Energiespeichers gemäß der ermittelten Zuordnung verfügbar ist.The second power specification signal preferably includes a current maximum possible power that is available for charging the energy store in accordance with the assignment determined.
In Ausführungsformen ist das zweite Leistungs-Vorgabesignal zeitlich veränderlich. Das heißt, dass das zweite Leistungs-Vorgabesignal zu einem späteren Zeitpunkt verändert werden kann, ohne dass die Schaltmatrix umgeschaltet wird. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn sich der elektrische Messwert und/oder die Lastinformation verändern, und/oder wenn eine aktualisierte Preisinformation verfügbar ist. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, während einer Spitzenlast-Phase, in der das Energieversorgungsnetz insgesamt sehr hoch ausgelastet ist, den Ladestrom noch auf einem geringen Wert oder Null zu belassen, oder sogar Energie aus dem Energiespeicher in das Teilnehmernetz einzuspeisen, und zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Spitzenlast-Phase vorbei ist, den Ladestrom zu erhöhen.In embodiments, the second power command signal is time-varying. This means that the second power specification signal can be changed at a later point in time without the switching matrix being switched over. This can be done in particular when the electrical measured value and/or the load information change and/or when updated price information is available. For example, it can be advantageous to leave the charging current at a low value or zero during a peak load phase in which the energy supply network is very heavily utilized overall, or even to feed energy from the energy store into the subscriber network, and at a later point in time , when the peak load phase is over, to increase the charging current.
Darunter, dass das zweite Leistungs-Vorgabesignal eine verfügbare Leistung umfassen kann, die unterschiedlich zu einer vor dem Umschalten der Schaltmatrix verfügbaren Leistung ist, wird beispielsweise verstanden, dass die verfügbare Leistung vor dem Umschalten größer war oder kleiner war.The fact that the second power specification signal can include an available power that differs from a power available before the switching matrix was switched means, for example, that the available power was greater or smaller before the switchover.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ferner:
- Vergleichen der ermittelten Zuordnung mit einer aktuellen Zuordnung,
- Ermitteln, dass die ermittelte Zuordnung ein Umschalten der Schaltmatrix erfordert, in Abhängigkeit des Vergleichs mit der aktuellen Zuordnung,
- Öffnen einer Leistungsschaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz, bevor die Schaltmatrix umgeschaltet wird, und
- Schließen der Leistungsschaltvorrichtung, nachdem die Schaltmatrix umgeschaltet ist.
- Comparing the determined assignment with a current assignment,
- Determining that the assignment determined requires the switching matrix to be switched over, depending on the comparison with the current assignment,
- Opening a circuit breaker device to safely disconnect the number of output lines tern from the polyphase subscriber network before the switching matrix is switched, and
- Closing the power switching device after the switching matrix is switched.
Diese Ausführungsform stellt sicher, dass die Schaltmatrix nur im unbelasteten Zustand umgeschaltet wird. Hierdurch können insbesondere Schäden an der Schaltmatrix, aber auch an der Ladestation, dem Energiespeicher oder sonstigen Elementen vermieden werden.This embodiment ensures that the switching matrix is only switched over in the unloaded state. In this way, damage to the switching matrix in particular, but also to the charging station, the energy store or other elements can be avoided.
Sofern das erste und das zweite Leistungs-Vorgabesignal an die Ladeelektronik übermittelt werden, so erfolgt dies vor dem Offnen der Leistungsschaltvorrichtung (erstes Leistungs-Vorgabesignal) und nach dem Schließen der Leistungsschaltvorrichtung (zweites Leistungs-Vorgabesignal).If the first and the second power specification signal are transmitted to the charging electronics, this occurs before the power switching device opens (first power specification signal) and after the power switching device closes (second power specification signal).
Gemäß einem fünften Aspekt wird ein System mit mehreren Ladestationen und mit einer Vorrichtung mit einer Schaltmatrix gemäß dem ersten Aspekt vorgeschlagen.According to a fifth aspect, a system with multiple charging stations and with a device with a switching matrix according to the first aspect is proposed.
Vorteilhaft an einem solchen System ist es, dass ein Lade- und Lastmanagement unter für das System unter Berücksichtigung der mehreren Ladestationen möglich ist. Insbesondere kann mittels einer jeweiligen Ladestation eine maximale Ladeleistung bereitgestellt werden, indem die Ladestationen derart auf die Phasen der mehrphasigen Teilnehmernetzes verteilt werden, dass diese nicht um die verfügbare Ladeleistung konkurrieren müssen.The advantage of such a system is that charging and load management is possible for the system, taking into account the multiple charging stations. In particular, a maximum charging power can be provided by means of a respective charging station by distributing the charging stations to the phases of the multiphase subscriber network in such a way that they do not have to compete for the available charging power.
Das System umfasst mindestens zwei Ladestationen. Die Anzahl der Ladestationen des Systems ist grundsätzlich nicht beschränkt. Eine jeweilige Ladestation ist zum Laden eines Energiespeichers eines mit der Ladestation gekoppelten Elektrofahrzeuges eingerichtet. Das System kann insbesondere mehrere Vorrichtungen mit einer jeweiligen Schaltmatrix gemäß dem ersten Aspekt umfassen.The system includes at least two charging stations. The number of charging stations in the system is generally not limited. A respective charging station is set up to charge an energy store of an electric vehicle coupled to the charging station. In particular, the system can comprise a plurality of devices with a respective switching matrix according to the first aspect.
Die mehreren Ladestationen sind vorzugsweise in einem gemeinsamen mehrphasigen Teilnehmernetz angeordnet.The multiple charging stations are preferably arranged in a common multi-phase subscriber network.
In Ausführungsformen sind wenigstens zwei der mehreren Ladestationen in verschiedenen mehrphasigen Teilnehmernetzen angeordnet. Hierbei umfasst das System vorteilhaft für jedes Teilnehmernetz wenigstens eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix gemäß dem ersten Aspekt.In embodiments, at least two of the multiple charging stations are located in different multi-phase subscriber networks. In this case, the system advantageously comprises at least one device with a switching matrix according to the first aspect for each subscriber network.
Gemäß einer Ausführungsform des Systems umfassen die mehreren Ladestationen eine Anzahl von Ladestationen gemäß dem dritten Aspekt.According to an embodiment of the system, the plurality of charging stations comprises a number of charging stations according to the third aspect.
Die Anzahl von Ladestationen kann eine, zwei, drei vier, fünf, bis zu zehn oder auch mehr als zehn Ladestationen umfassen. Bei dieser Ausführungsform weisen somit einige der Ladestationen eine zugeordnete Vorrichtung mit einer Schaltmatrix gemäß dem ersten Aspekt auf. Bei diesen Ladestationen kann daher individuell für die einzelne Ladestation eine Zuordnung der Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu den Ausgangsleitern der Ladestation eingestellt werden, wodurch ein sehr genaue Lastverteilung in den jeweiligen Teilnehmernetzen möglich ist.The number of charging stations can include one, two, three, four, five, up to ten or even more than ten charging stations. In this embodiment, some of the charging stations therefore have an associated device with a switching matrix according to the first aspect. With these charging stations, an assignment of the phases of the multiphase subscriber network to the output conductors of the charging station can therefore be set individually for the individual charging station, as a result of which a very precise load distribution in the respective subscriber networks is possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Systems ist eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Schaltmatrix mit einem Steuersignal zum selektiven Umschalten in einen bestimmten Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen vorgesehen. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, bei einer Mehrzahl einphasig zu ladender Energiespeicher mittels einer entsprechenden Mehrzahl von Ladestationen die jeweiligen Ausgangsleiter der Ladestationen mittels der Schaltmatrix gleichmäßig auf die mehreren Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu verteilen.According to a further embodiment of the system, a control device is provided for driving the switching matrix with a control signal for selectively switching to a specific switching state of the plurality of switching states. The control device is set up to evenly distribute the respective output conductors of the charging stations to the multiple phases of the multi-phase subscriber network using the switching matrix when there are a plurality of energy stores to be charged in a single-phase manner using a corresponding plurality of charging stations.
Darunter, dass die jeweiligen Ausgangsleiter der Ladestationen mittels der Schaltmatrix gleichmäßig auf die mehreren Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes verteilt werden, ist insbesondere zu verstehen, dass die Verteilung derart erfolgt, dass in dem Teilnehmer keine oder nur eine minimale Schieflast erzeugt wird.The fact that the respective output conductors of the charging stations are distributed evenly over the several phases of the multiphase subscriber network by means of the switching matrix means in particular that the distribution is carried out in such a way that no or only a minimal unbalanced load is generated in the subscriber.
Damit kann verhindert werden, dass eine maximale Ladeleistung, die von einer Phase bezogen werden kann, auf zwei oder mehr Energiespeicher aufgeteilt werden muss, um die Vorgaben bezüglich einer maximalen Schieflast in dem Teilnehmernetz einzuhalten. Insgesamt können damit eine Mehrzahl an einphasig zu ladender Energiespeicher schneller und effizienter geladen werden.This can prevent a maximum charging power that can be obtained from one phase from having to be divided between two or more energy storage devices in order to comply with the specifications relating to a maximum unbalanced load in the subscriber network. Overall, a plurality of energy stores to be charged in a single phase can thus be charged faster and more efficiently.
Beispielsweise wird, wenn das mehrphasige Teilnehmernetz drei Phasen aufweist und drei Energiespeicher einphasig geladen werden, der Schaltzustand der der Schaltmatrix derart eingestellt, dass jeweils ein Energiespeicher mittels einer Phase geladen wird.For example, if the multiphase subscriber network has three phases and three energy storage devices are charged in one phase, the switching state of the switching matrix is set in such a way that one energy storage device is charged in each case by means of one phase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Systems ist eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Schaltmatrix mit einem Steuersignal zum selektiven Umschalten in einen bestimmten Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen vorgesehen, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, bei einer Mehrzahl zu ladender Energiespeicher mittels einer entsprechenden Mehrzahl von Ladestationen, wobei die Mehrzahl zu ladender Energiespeicher wenigstens einen zweiphasig ladebaren Energiespeicher umfasst, wobei eine erste Ladephase mittels eines ersten Ausgangsleiters der Anzahl und eine zweite Ausgangsphase mittels eines zweiten Ausgangsleiters der Anzahl bereitgestellt werden, die erste und zweite Ladephase selektiv zwei bestimmten Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zuzuordnen oder nur der ersten Ladephase eine bestimmte Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zuzuordnen und der zweiten Ladephase keine Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zuzuordnen.According to a further embodiment of the system, a control device is provided for controlling the switching matrix with a control signal for selectively switching to a specific switching state of the plurality of switching states, the control device being set up to, in the case of a plurality of energy stores to be charged, by means of a corresponding plurality of charging stations, wherein the plurality of energy stores to be charged at least one chargeable in two phases Energy store comprises, a first charging phase being provided by means of a first output conductor of the number and a second output phase by means of a second output conductor of the number being provided, the first and second charging phase being selectively assigned to two specific phases of the multi-phase subscriber network or only the first charging phase being assigned a specific phase of the multi-phase subscriber network assign and assign the second charging phase no phase of the multi-phase subscriber network.
Bei dieser Ausführungsform ist die Steuervorrichtung somit eingerichtet, einen zweiphasig ladebaren Energiespeicher wahlweise einphasig oder zweiphasig zu laden, ja nach der aktuellen Belastung des mehrphasigen Teilnehmernetzes.In this embodiment, the control device is thus set up to charge an energy store that can be charged in two phases either in one phase or in two phases, depending on the current load on the multi-phase subscriber network.
Darunter, dass der Energiespeicher „zweiphasig ladebar“ ist, wird vorliegend verstanden, dass zwei stromführende Phasen zum Laden verwendet werden können. Damit können ein höherer Ladestrom und eine höhere Ladeleistung übertragen werden. Unter dem Begriff „Ladephase“ wird vorliegend insbesondere ein Leiter des Ladekabels verstanden, der als Phase oder als Außenleiter des Ladekabels vorgesehen ist.In the present case, the fact that the energy store can be “charged in two phases” means that two current-carrying phases can be used for charging. This allows a higher charging current and a higher charging power to be transmitted. In the present case, the term “charging phase” means in particular a conductor of the charging cable that is provided as a phase or as an outer conductor of the charging cable.
Die entsprechende Zuordnung der Ladephase zu den Phasen des Teilnehmernetzes erfolgt, indem die zugeordnete Phase des Teilnehmernetzes mittels der Schaltmatrix dem jeweiligen Ausgangsleiter zugeordnet und damit verbunden ist.The corresponding assignment of the charging phase to the phases of the subscriber network takes place in that the assigned phase of the subscriber network is assigned to the respective output conductor and connected to it by means of the switching matrix.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Systems ist jede der mehreren Ladestationen gemäß dem dritten Aspekt ausgebildet, und es ist genau eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der jeweiligen Schaltmatrix der mehreren Ladestationen mit einem jeweiligen Steuersignal zum selektiven Umschalten in einen jeweiligen bestimmten Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen vorgesehen. Der jeweilige bestimmte Schaltzustand wird in Abhängigkeit von einem von einer in einer der mehreren Ladestation integrierten Messeinrichtung und/oder von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweilige bestimmte Schaltzustand in Abhängigkeit von einer empfangenen Lastinformation des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes und/oder des mehrphasigen Teilnehmernetzes ermittelt werden.According to a further embodiment of the system, each of the multiple charging stations is designed according to the third aspect, and exactly one control device is provided for controlling the respective switching matrix of the multiple charging stations with a respective control signal for selectively switching to a respective specific switching state of the plurality of switching states. The respective specific switching state is determined as a function of an electrical measured value recorded by a measuring device integrated in one of the multiple charging stations and/or by a measuring device arranged in the multi-phase subscriber network and/or by a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network . Alternatively or additionally, the respective specific switching state can be determined as a function of received load information from the multi-phase power supply network and/or the multi-phase subscriber network.
Bei dieser Ausführungsform weist jede Ladestation eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix auf, so dass für jede Ladestation individuell eine Zuordnung der Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu den Ausgangsleitern mittels der Schaltzustände der Schaltmatrix einstellbar ist. Somit ist eine sehr genaues Lade- und Lastmanagement möglich.In this embodiment, each charging station has a device with a switching matrix, so that an assignment of the phases of the multiphase subscriber network to the output conductors can be set individually for each charging station by means of the switching states of the switching matrix. This enables very precise charging and load management.
Insbesondere für die Steuerungsvorrichtung ein solches Lade- und Lastmanagement in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Messwert und/oder in Abhängigkeit von der empfangenen Lastinformation durch, und steuert die Schaltmatrizen entsprechend an.In particular, for the control device, such charging and load management is carried out as a function of the detected electrical measured value and/or as a function of the load information received, and controls the switching matrices accordingly.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Systems ist jede der mehreren Ladestationen gemäß dem dritten Aspekt ausgebildet und weist zusätzlich eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung einer jeweiligen Ladestation ist zum Ansteuern der jeweiligen Schaltmatrix der jeweiligen Ladestation mit einem jeweiligen Steuersignal zum selektiven Umschalten in einen jeweiligen bestimmten Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen in Abhängigkeit von einem von einer in einer der mehreren Ladestation integrierten Messeinrichtung, von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert und/oder von einer empfangenen Lastinformation des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes und/oder des mehrphasigen Teilnehmernetzes eingerichtet. Die Steuervorrichtung einer bestimmten Ladestation ist hierbei zusätzlich zum Ansteuern jeder Schaltmatrix der mehreren Ladestationen zum selektiven Umschalten der jeweiligen Schaltmatrix in einen jeweiligen bestimmten Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen eingerichtet.According to a further embodiment of the system, each of the multiple charging stations is designed according to the third aspect and additionally has a control device. The control device of a respective charging station is for controlling the respective switching matrix of the respective charging station with a respective control signal for selective switching to a respective specific switching state of the plurality of switching states depending on one of a measuring device integrated in one of the several charging stations, of one in the multiphase subscriber network arranged measuring device and/or by a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network recorded electrical measured value and/or by received load information of the multi-phase energy supply network and/or the multi-phase subscriber network. In this case, the control device of a specific charging station is additionally set up to control each switching matrix of the plurality of charging stations for selectively switching the respective switching matrix into a respective specific switching state of the plurality of switching states.
Bei dieser Ausführungsform weist jede Ladestation eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix und eine eigene Steuervorrichtung auf. Allerdings ist eine bestimmte Steuervorrichtung einer bestimmten Ladestation in dem System dazu eingerichtet, für jede Ladestation des Systems den Schaltzustand der der Ladestation zugeordneten Schaltmatrix einzustellen. Hierbei kann die Ansteuerung der jeweiligen Schaltmatrix mittelbar über die Steuervorrichtung einer jeweiligen Ladestation erfolgen.In this embodiment, each charging station has a device with a switching matrix and its own control device. However, a specific control device of a specific charging station in the system is set up to set the switching state of the switching matrix assigned to the charging station for each charging station in the system. In this case, the respective switching matrix can be controlled indirectly via the control device of a respective charging station.
Man kann auch sagen, dass die bestimmte Steuervorrichtung innerhalb des Systems eine Leader-Funktion ausbildet und die anderen Steuervorrichtungen des Systems eine Follower-Funktion ausbilden. Mit anderen Worten sind die Steuervorrichtungen oder Ladestationen des Systems gemäß einem Master-Slave- bzw. Leader-Follower-Konzept aufgeteilt.It can also be said that the specific control device within the system performs a leader function and the other control devices of the system perform a follower function. In other words, the control devices or charging stations of the system are divided according to a master-slave or leader-follower concept.
Gemäß einem sechsten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit mehreren Ladestationen vorgeschlagen. Jede Ladestation ist zum Laden eines mit der jeweiligen Ladestation koppelbaren Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie aus einem mehrphasigen Teilnehmernetz eingerichtet. Das System umfasst eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter einer Anzahl von Ausgangsleitern umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Erfassen eines Kopplungsvorgangs wenigstens eines Energiespeichers mit wenigstens einer der Ladestationen, wobei eine Anzahl von Leitern eines Ladekabels, das den Ladestrom von der jeweiligen Ladestation an den jeweiligen Energiespeicher überträgt, mit einer entsprechenden Anzahl von Ausgangsleitern der Anzahl verbunden oder getrennt wird, und/oder
- Empfangen wenigstens eines elektrischen Messwerts von einer in einer der mehreren Ladestationen integrierten Messeinrichtung, von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung und/oder Empfangen einer Lastinformation des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder eines mit dem mehrphasigen Teilnehmernetz verbundenen mehrphasigen Energieversorgungsnetzes,
- Ermitteln einer Zuordnung von einer Anzahl bestimmter Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einer entsprechenden Anzahl bestimmter Ausgangsleiter der Anzahl in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs und/oder des empfangenen elektrischen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation, und
- Ansteuern der Schaltmatrix zum Koppeln der bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit dem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl gemäß der ermittelten Zuordnung.
- Detection of a coupling process of at least one energy storage device with at least one of the charging stations, with a number of conductors of a charging cable, which transmits the charging current from the respective charging station to the respective energy storage device, being connected or disconnected to a corresponding number of output conductors of the number, and/or
- Receiving at least one electrical measured value from a measuring device integrated in one of the multiple charging stations, from a measuring device arranged in the multi-phase subscriber network and/or from a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network and/or receiving load information from the multi-phase subscriber network and /or a multi-phase energy supply network connected to the multi-phase subscriber network,
- Determining an assignment of a number of specific phases of the multiphase subscriber network to a corresponding number of specific output conductors of the number depending on the detected coupling process and/or the received electrical measured value and/or the received load information, and
- Activation of the switching matrix for coupling the specific phase of the multi-phase subscriber network to the specific output conductor of the number according to the association determined.
Dieses Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, die zu dem System gemäß dem fünften Aspekt erläutert sind. Die für das vorgeschlagene System beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, zu der Ladestation gemäß dem dritten Aspekt, zu dem Verfahren gemäß dem vierten Aspekt und zu dem System gemäß dem fünften Aspekt auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Das Verfahren wird vorzugsweise mit einem System gemäß dem fünften Aspekt durchgeführt.This method has the same advantages as explained for the system according to the fifth aspect. The embodiments described for the proposed system apply accordingly to the proposed method. Furthermore, the definitions and explanations for the device according to the first aspect, for the charging station according to the third aspect, for the method according to the fourth aspect and for the system according to the fifth aspect also apply accordingly to the proposed method. The method is preferably carried out with a system according to the fifth aspect.
Es sei angemerkt, dass die Anzahl an gekoppelten Energiespeichern und an Ladestationen nicht zwingend gleich sein muss. So können einzelne Ladestationen auch dazu eingerichtet sein, mit mehreren Energiespeichern gekoppelt zu werden.It should be noted that the number of coupled energy stores and charging stations does not necessarily have to be the same. In this way, individual charging stations can also be set up to be coupled with a number of energy stores.
Das Erfassen des Kopplungsvorgangs des wenigstens einen Energiespeichers mit der wenigstens einen Ladestation umfasst insbesondere ein Erfassen eines Einsteckens oder eines Abziehens des Ladekabels in oder von der Ladestation. Weiterhin kann das Erfassen des Kopplungsvorgangs ein Erfassen der maximalen Anzahl an Phasen, mit denen der Energiespeicher geladen werden kann, umfassen. Das heißt, es kann erfasst werden, ob ein einphasig, ein zweiphasig oder ein dreiphasig zu ladender Energiespeicher mit der Ladestation gekoppelt wurde. The detection of the coupling process of the at least one energy store with the at least one charging station includes in particular a detection of plugging or unplugging the charging cable into or from the charging station. Furthermore, the detection of the coupling process can include a detection of the maximum number of phases with which the energy store can be charged. This means that it can be detected whether an energy storage device to be charged in one phase, in two phases or in three phases has been coupled to the charging station.
Weiterhin kann das Erfassen des Kopplungsvorgangs umfassen, dass erfasst wird, welche Energiemenge der Energiespeicher oder die Ladeelektronik des Energiespeichers anfordert und/oder welche Ladeleistung der Energiespeicher anfordert und/oder welche Ladeleistung der Energiespeicher maximal und/oder minimal anfordert, und dergleichen mehr.Furthermore, detecting the coupling process can include detecting the amount of energy the energy store or the charging electronics of the energy store requests and/or what charging power the energy store requests and/or what maximum and/or minimum charging power the energy store requests, and the like.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Aushandeln eines jeweiligen Ladeplans zwischen der jeweiligen Ladestation und einer jeweiligen Ladeelektronik des mit der jeweiligen Ladestation gekoppelten Energiespeichers in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs und/oder des empfangenen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation und/oder der ermittelten Zuordnung.According to one embodiment of the method, this includes negotiating a respective charging plan between the respective charging station and a respective charging electronics of the energy store coupled to the respective charging station depending on the detected coupling process and/or the received measured value and/or the received load information and/or the determined assignment .
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung an und die Ladestation, beispielsweise eine Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation einen „Gegenvorschlag“ machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird. Das Ermitteln der Zuordnung der Phasen in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs kann daher insbesondere auch in Abhängigkeit des ausgehandelten Ladeplans erfolgen. Mit anderen Worten kann der ausgehandelte Ladeplan eine andere Zuordnung der Phasen erfordern und damit auch ein Umschalten der Schaltmatrix.Negotiation takes place, for example, as described in ISO 15118. For example, the charging electronics of the energy store requests a specific charging power and the charging station, for example a control device of the charging station, determines whether the requested charging power can be provided. A current state of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account in particular. If the requested charging power cannot be provided, the charging station can make a "counter-suggestion" which can be accepted by the charging electronics of the energy store, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated. Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station. The Hermit teln the assignment of the phases depending on the detected coupling process can therefore also be done in particular depending on the negotiated charging plan. In other words, the charging plan that has been negotiated may require a different assignment of the phases and thus also a switchover of the switching matrix.
Der Ladeplan umfasst beispielsweise Angaben dazu, zu welcher Zeit der Energiespeicher welche Leistung über welche gekoppelte Phase bezieht und dergleichen. Hierbei werden insbesondere aktuelle elektrische Messwerte, aktuelle Lastinformationen und dergleichen berücksichtigt. Insbesondere kann der Ladeplan auch vorsehen, dass der Energiespeicher elektrische Energie in das Teilnehmernetz einspeist. Damit können vorteilhaft Lastspitzen in dem Teilnehmernetz und/oder in dem Energieversorgungsnetz ausgeglichen oder abgefedert werden.The charging plan includes, for example, information about when the energy store draws which power via which coupled phase and the like. In particular, current electrical measured values, current load information and the like are taken into account here. In particular, the charging plan can also provide for the energy store to feed electrical energy into the subscriber network. In this way, peak loads in the subscriber network and/or in the power supply network can advantageously be compensated for or cushioned.
Das Aushandeln des Ladeplans kann durch unterschiedliche Ereignisse ausgelöst werden. Insbesondere ist das Aushandeln nicht auf den Kopplungsvorgang beschränkt. Ereignisse, die ein Neu-Aushandeln des Ladeplans auslösen können, sind beispielsweise veränderte elektrische Messwerte, veränderte Lastinformationen und/oder sonstige Veränderungen, die das Teilnehmernetz und/oder das Energieversorgungsnetz betreffen.The negotiation of the load plan can be triggered by different events. In particular, the negotiation is not limited to the pairing process. Events that can trigger a renegotiation of the charging plan are, for example, changed electrical measured values, changed load information and/or other changes that affect the subscriber network and/or the energy supply network.
Das Aushandeln des Ladeplans kann auch unter Berücksichtigung von aktuellen Energiepreisen erfolgen. Weiterhin kann eine Änderung eines Energiepreises ein Neu-Aushandeln eines oder mehrerer Ladeplans auslösen.The charging plan can also be negotiated taking current energy prices into account. Furthermore, a change in an energy price can trigger a renegotiation of one or more charging plans.
Das Aushandeln des jeweiligen Ladeplans erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung von bereits ausgehandelten Ladeplänen. Beispielsweise kann beim Aushandeln eines Ladeplans eines mit einer ersten Ladestation neu gekoppelten ersten Energiespeichers ein bereits ausgehandelter Ladeplan für einen mit einer zweiten Ladestation gekoppelten zweiten Energiespeicher berücksichtigt werden. Ferner können mehrere Ladepläne für verschiedene Energiespeicher, die jeweils mit einer Ladestation gekoppelt sind, zeitgleich und/oder nacheinander, beispielsweise gemäß einer bestimmten Priorisierung, ausgehandelt werden. Somit kann das Aushandeln eines ersten Ladeplans das Aushandeln eines zweiten Ladeplans beeinflussen und umgekehrt.The respective charging plan is preferably negotiated taking into account charging plans that have already been negotiated. For example, when negotiating a charging plan for a first energy store that is newly coupled to a first charging station, a charging plan that has already been negotiated for a second energy store that is coupled to a second charging station can be taken into account. Furthermore, several charging plans for different energy stores, each of which is coupled to a charging station, can be negotiated simultaneously and/or one after the other, for example according to a specific prioritization. Thus, negotiating a first charge plan may affect negotiating a second charge plan, and vice versa.
Das (Neu-)Aushandeln des Ladeplans erfolgt insbesondere jeweils bevor die Schaltmatrix umschaltet, sofern ein Umschalten der Schaltmatrix notwendig ist. The (re-)negotiation of the charging plan takes place in particular before the switching matrix switches, insofar as it is necessary to switch the switching matrix.
Der Ladeplan umfasst dann insbesondere auch den Zeitraum des Umschaltens der Schaltmatrix. Daher fährt die Ladeelektronik in diesem Fall die bezogene Leistung beispielsweise selbsttätig gemäß dem Ladeplan zurück, um die Ladestation zu entlasten, so dass die Schaltmatrix im unbelasteten Zustand umgeschaltet werden kann. Nach dem Umschalten der Schaltmatrix fährt die Ladeelektronik die bezogene Leistung gemäß dem Ladeplan wieder hoch. Man kann auch sagen, dass die Ladestation und die Ladeelektronik synchronisiert sind.The charging plan then includes in particular the time period for switching the switching matrix. Therefore, in this case, the charging electronics automatically reduces the power drawn, for example according to the charging plan, in order to relieve the charging station, so that the switching matrix can be switched over in the unloaded state. After switching the switching matrix, the charging electronics ramp up the power drawn again according to the charging plan. You can also say that the charging station and the charging electronics are synchronized.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses zusätzlich:
- Vergleichen der ermittelten Zuordnung mit einer aktuellen Zuordnung,
- Ermitteln, dass die ermittelte Zuordnung ein Umschalten der Schaltmatrix erfordert, in Abhängigkeit des Vergleichs mit der aktuellen Zuordnung,
- Ausgeben eines ersten Leistungs-Vorgabesignals an eine Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers, bevor die Schaltmatrix umgeschaltet wird, und
- Ausgeben eines zweiten Leistungs-Vorgabesignals an die Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers, nachdem die Schaltmatrix umgeschaltet ist.
- Comparing the determined assignment with a current assignment,
- Determining that the assignment determined requires the switching matrix to be switched over, depending on the comparison with the current assignment,
- Outputting a first power specification signal to charging electronics of the energy store coupled to the charging station before the switching matrix is switched over, and
- Outputting a second power specification signal to the charging electronics of the energy store coupled to the charging station after the switching matrix has switched over.
Die aktuelle Zuordnung ist insbesondere diejenige, die vor oder während der Durchführung des Verfahrens vorliegt. Das Vergleichen der ermittelten Zuordnung, das Ermitteln des Umschalterfordernisses und das Ausgeben des ersten Leistungs-Vorgabesignals erfolgt, insbesondere bevor die ermittelte Zuordnung mittels der Schaltmatrix eingestellt wird. Das Ausgeben des zweiten Leistungs-Vorgabesignals erfolgt, insbesondere nachdem die ermittelte Zuordnung mittels der Schaltmatrix eingestellt ist.The current assignment is in particular that which is present before or during the implementation of the method. The comparison of the determined assignment, the determination of the switching requirement and the outputting of the first default power signal takes place, in particular before the determined assignment is set using the switching matrix. The second power specification signal is output, in particular after the assignment determined has been set by means of the switching matrix.
Unter dem jeweiligen Leistungs-Vorgabesignal wird vorliegend insbesondere ein Signal verstanden, das von der Ladestation an die Ladeelektronik des Energiespeichers übermittelt wird, beispielsweise mittels eines PWM-Signals, und welches eine Vorgabe zu einer maximal zu beziehenden oder einzuspeisenden Leistung umfasst.In the present case, the respective power specification signal is understood to mean, in particular, a signal that is transmitted from the charging station to the charging electronics of the energy store, for example by means of a PWM signal, and which includes a specification for a maximum power to be drawn or fed.
Das erste Leistungs-Vorgabesignal umfasst als maximale Leistung insbesondere die Angabe „null“, da es das Ziel dieses Verfahrensschrittes ist, dass die Ladeelektronik das Laden vor dem Umschalten der Schaltmatrix unterbricht oder beendet.The first output default signal includes the specification “zero” as the maximum output, since the aim of this method step is for the charging electronics to interrupt or end charging before the switching matrix switches over.
Das zweite Leistungs-Vorgabesignal umfasst als maximale Leistung einen Wert der größer, kleiner oder auch gleich Null sein kann. Unter einem Wert kleiner 0 wird beispielsweise verstanden, dass der Energiespeicher Strom in das Teilnehmernetz einspeisen, also entladen werden kann. Dementsprechend bedeutet ein Wert größer 0, dass der Energiespeicher mit Strom aus dem Teilnehmernetz geladen wird. Die Ladeelektronik kann das Laden des Energiespeichers gemäß dem zweiten Leistungs-Vorgabesignal fortsetzen oder wieder aufnehmen.As the maximum power, the second power specification signal includes a value which can be greater, less than or even equal to zero. Below a value less than 0 is understood, for example, that the energy store can feed electricity into the subscriber network, ie can be discharged. Accordingly, a value greater than 0 means that the energy store is being charged with electricity from the subscriber network. The charging electronics can continue or resume charging of the energy store in accordance with the second power specification signal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das zweite Leistungs-Vorgabesignal in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs und/oder des empfangenen elektrischen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation ermittelt, wobei das zweite Leistungs-Vorgabesignal insbesondere eine verfügbare Leistung umfassen kann, die unterschiedlich zu einer vor dem Umschalten der Schaltmatrix verfügbaren Leistung ist.According to a further embodiment of the method, the second power specification signal is determined as a function of the detected coupling process and/or the received electrical measured value and/or the received load information, wherein the second power specification signal can in particular include an available power that differs from a previous power available after switching the switching matrix.
Vorzugsweise umfasst das zweite Leistungs-Vorgabesignal eine aktuelle maximal mögliche Leistung, die zum Laden des Energiespeichers gemäß der ermittelten Zuordnung verfügbar ist.The second power specification signal preferably includes a current maximum possible power that is available for charging the energy store in accordance with the assignment determined.
In Ausführungsformen ist das zweite Leistungs-Vorgabesignal zeitlich veränderlich. Das heißt, dass das zweite Leistungs-Vorgabesignal zu einem späteren Zeitpunkt verändert werden kann, ohne dass die Schaltmatrix umgeschaltet wird. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn sich der elektrische Messwert und/oder die Lastinformation verändern, und/oder wenn eine aktualisierte Preisinformation verfügbar ist. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, während einer Spitzenlast-Phase, in der das Energieversorgungsnetz insgesamt sehr hoch ausgelastet ist, den Ladestrom noch auf einem geringen Wert oder Null zu belassen, oder sogar Energie aus dem Energiespeicher in das Teilnehmernetz einzuspeisen, und zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Spitzenlast-Phase vorbei ist, den Ladestrom zu erhöhen.In embodiments, the second power command signal is time-varying. This means that the second power specification signal can be changed at a later point in time without the switching matrix being switched over. This can be done in particular when the electrical measured value and/or the load information change and/or when updated price information is available. For example, it can be advantageous to leave the charging current at a low value or zero during a peak load phase in which the energy supply network is very heavily utilized overall, or even to feed energy from the energy store into the subscriber network, and at a later point in time , when the peak load phase is over, to increase the charging current.
Darunter, dass das zweite Leistungs-Vorgabesignal eine verfügbare Leistung umfassen kann, die unterschiedlich zu einer vor dem Umschalten der Schaltmatrix verfügbaren Leistung ist, wird beispielsweise verstanden, dass die verfügbare Leistung vor dem Umschalten größer war oder kleiner war.The fact that the second power specification signal can include an available power that differs from a power available before the switching matrix was switched means, for example, that the available power was greater or smaller before the switchover.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ferner:
- Vergleichen der ermittelten Zuordnung mit einer aktuellen Zuordnung,
- Ermitteln, dass die ermittelte Zuordnung ein Umschalten der Schaltmatrix erfordert in Abhängigkeit des Vergleichs mit der aktuellen Zuordnung,
- Offnen einer Leistungsschaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz, bevor die Schaltmatrix umgeschaltet wird, und
- Schließen der Leistungsschaltvorrichtung, nachdem die Schaltmatrix umgeschaltet ist.
- Comparing the determined assignment with a current assignment,
- Determining that the assignment determined requires the switching matrix to be switched depending on the comparison with the current assignment,
- opening a power switching device for safely disconnecting the number of output conductors from the multi-phase subscriber network before switching the switching matrix, and
- Closing the power switching device after the switching matrix is switched.
Dieses Ausführungsform stellt sicher, dass die Schaltmatrix nur im unbelasteten Zustand umgeschaltet wird. Hierdurch können insbesondere Schäden an der Schaltmatrix, aber auch an der Ladestation, dem Energiespeicher oder sonstigen Elementen vermieden werden.This embodiment ensures that the switching matrix is only switched over in the unloaded state. In this way, damage to the switching matrix in particular, but also to the charging station, the energy store or other elements can be avoided.
Sofern das erste und das zweite Leistungs-Vorgabesignal an die Ladeelektronik übermittelt werden, so erfolgt dies vor dem Offnen der Leistungsschaltvorrichtung (erstes Leistungs-Vorgabesignal) und nach dem Schließen der Leistungsschaltvorrichtung (zweites Leistungs-Vorgabesignal).If the first and the second power specification signal are transmitted to the charging electronics, this occurs before the power switching device opens (first power specification signal) and after the power switching device closes (second power specification signal).
Gemäß einem siebten Aspekt wird eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Schaltzustands von wenigstens einer in einem System mit mehreren Ladestationen angeordneten Schaltmatrix vorgeschlagen. Die Schaltmatrix ist zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen eingerichtet, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase eines mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einer bestimmten Ausgangsphase einer Anzahl von Ausgangsphasen umfasst, wobei mittels der Anzahl von Ausgangsphasen ein Ladestrom zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie bereitstellbar ist. Die Steuereinrichtung ist zum Steuern des Schaltzustands in Abhängigkeit von einem von einer in dem mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des mehrphasigen Teilnehmernetzes mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert und/oder von einer empfangenen Lastinformation des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes und/oder des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder in Abhängigkeit von einem erfassten Kopplungsvorgang eines Energiespeichers mit einer der Ladestationen des Systems eingerichtet.According to a seventh aspect, a control device for controlling a switching state of at least one switching matrix arranged in a system with a plurality of charging stations is proposed. The switching matrix is set up to provide a plurality of switching states, with each switching state comprising an assignment of a specific phase of a multi-phase subscriber network to a specific output phase of a number of output phases, using the number of output phases a charging current for charging an energy store of an electric vehicle with electric Energy can be provided. The control device is designed to control the switching state as a function of an electrical measured value detected by a measuring device arranged in the multi-phase subscriber network and/or by a measuring device arranged in a connection point of the multi-phase subscriber network with a multi-phase energy supply network and/or of load information received from the multi-phase energy supply network and / or set up the multi-phase subscriber network and / or depending on a detected coupling process of an energy store with one of the charging stations of the system.
Die Schaltmatrix ist beispielsweise wie die Schaltmatrix der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder wie die Schaltmatrix der Ladestation gemäß dem dritten Aspekt ausgebildet. Die in den Ausführungsformen des ersten Aspekts und/oder des dritten Aspekts beschriebenen Varianten der Schaltmatrix gelten für den siebten Aspekt entsprechend.The switching matrix is designed, for example, like the switching matrix of the device according to the first aspect or like the switching matrix of the charging station according to the third aspect. The variants of the switching matrix described in the embodiments of the first aspect and/or the third aspect apply correspondingly to the seventh aspect.
Das System kann auf ein einzelnes Teilnehmernetz beschränkt sein, das heißt, dass alle Ladestationen des Systems in einem Teilnehmernetz angeordnet sind.The system can be limited to a single subscriber network, that is, that all charging stations of the system are arranged in a subscriber network.
In Ausführungsformen umfasst das System mehrere Teilnehmernetze, das heißt, dass wenigstens zwei Ladestationen in unterschiedlichen Teilnehmernetzen angeordnet sind. In diesem Fall weist jedes der Teilnehmernetze vorzugsweise wenigstens eine Schaltmatrix auf. Die Steuereinrichtung ist in diesem Fall dazu eingerichtet, den Schaltzustand jeder der mehreren Schaltmatrizen wie vorgenannt zu Steuern.In embodiments, the system comprises a number of subscriber networks, which means that at least two charging stations are arranged in different subscriber networks. In this case, each of the subscriber networks preferably has at least one switching matrix. In this case, the control device is set up to control the switching state of each of the several switching matrices as mentioned above.
Die Steuereinrichtung kann zum direkten Ansteuern der jeweiligen Schaltmatrix eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich bestimmt die Steuereinrichtung für die Schaltmatrix den Schaltzustand und übersendet einen entsprechenden Steuerbefehl an eine der Schaltmatrix zugeordnete Steuereinheit, die dann die Schaltmatrix entsprechend ansteuert.The control device can be set up to directly control the respective switching matrix. Alternatively or additionally, the control device for the switching matrix determines the switching state and transmits a corresponding control command to a control unit assigned to the switching matrix, which then controls the switching matrix accordingly.
Die Steuereinrichtung kann beispielsweise von einem Netzbetreiber eines Energieversorgungsnetzes, an das die Teilnehmernetze mit den Ladestationen angeschlossen werden, betrieben werden. Hierbei hat der Netzbetreiber die volle Kontrolle darüber, welche Phasen des jeweiligen Teilnehmernetzes wie stark belastet werden. Da die mehreren Phasen des Teilnehmernetzes von entsprechenden Phasen des Energieversorgungsnetzes gespeist werden, kann der Netzbetreiber damit eine erhöhte Versorgungssicherheit gewährleisten. Zusätzlich kann der Netzbetreiber beispielsweise gezielt in einzelnen Teilnehmernetzen eine erhöhte Schieflast zulassen und/oder erzeugen, um das Energieversorgungsnetz insgesamt zu stabilisieren.The control device can be operated, for example, by a network operator of an energy supply network to which the subscriber networks with the charging stations are connected. The network operator has full control over which phases of the respective subscriber network are loaded and to what extent. Since the multiple phases of the subscriber network are fed by corresponding phases of the energy supply network, the network operator can thus ensure increased security of supply. In addition, the network operator can, for example, specifically allow and/or generate an increased unbalanced load in individual subscriber networks in order to stabilize the energy supply network as a whole.
Gemäß einer Ausführungsform der Steuereinrichtung ist die Steuereinrichtung zum Steuern des jeweiligen Schaltzustands mehrerer in dem System mit mehreren Ladestationen angeordneten Schaltmatrizen eingerichtet.According to one embodiment of the control device, the control device is set up to control the respective switching state of a plurality of switching matrices arranged in the system with a plurality of charging stations.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung zum Steuern des Schaltzustands von wenigstens einer ersten, in einem ersten System mit mehreren Ladestationen angeordneten Schaltmatrix in Abhängigkeit von einem von einer in dem ersten mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des ersten mehrphasigen Teilnehmernetzes mit dem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert und/oder von einer empfangenen Lastinformation des ersten mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes eingerichtet, und ist ferner zum Steuern des Schaltzustands von wenigstens einer zweiten, in einem zweiten mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Schaltmatrix in Abhängigkeit von einem von einer in dem zweiten mehrphasigen Teilnehmernetz angeordneten Messeinrichtung und/oder von einer in einem Anschlusspunkt des zweiten mehrphasigen Teilnehmernetzes mit dem mehrphasigen Energieversorgungsnetz angeordneten Messeinrichtung erfassten elektrischen Messwert und/oder von einer empfangenen Lastinformation des zweiten mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes eingerichtet.According to a further embodiment, the control device is for controlling the switching state of at least one first switching matrix arranged in a first system with a plurality of charging stations as a function of a measuring device arranged in the first multiphase subscriber network and/or of a measuring device in a connection point of the first multiphase subscriber network electrical measured value recorded with the measuring device arranged in the multi-phase energy supply network and/or from load information received from the first multi-phase subscriber network and/or the multi-phase energy supply network, and is also set up to control the switching state of at least one second switching matrix arranged in a second multi-phase subscriber network as a function of one of a arranged in the second multi-phase subscriber network measuring device and / or in a connection point of the second multi-phase subscriber network with the more phase power supply network arranged measuring device detected measured electrical value and / or set up from a received load information of the second multi-phase subscriber network and / or the multi-phase power supply network.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Steuereinrichtung ist diese dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Messwert und/oder von der empfangenen Lastinformation für jede der mehreren Ladestationen des Systems wenigstens einen Ladeparameter zu ermitteln, wobei der Ladeparameter einen unteren Schwellwert, einen Sollwert und/oder einen oberen Schwellwert für die Höhe des Ladestroms und/oder eine maximale Anzahl an für das Laden zu verwendende Phasen umfasst, und ferner dazu eingerichtet ist, an jede Ladestation ein Steuersignal umfassend den jeweiligen ermittelten Ladeparameter auszugeben.According to a further embodiment of the control device, it is set up to determine at least one charging parameter for each of the multiple charging stations of the system as a function of the recorded electrical measured value and/or of the received load information, the charging parameter having a lower threshold value, a setpoint value and/or includes an upper threshold value for the magnitude of the charging current and/or a maximum number of phases to be used for charging, and is also set up to output a control signal to each charging station, including the charging parameters determined in each case.
Bei dieser Ausführungsform kann die Steuereinrichtung nicht nur die zu belastenden Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes mittels der Schaltmatrix bestimmen oder beeinflussen, sondern kann zusätzlich die Ladeleistung und die Art, wie diese bereitgestellt wird, steuern. Damit ist ein noch besserer Ausgleich von Schieflasten und/oder eine Begrenzung einer Gesamtlast in einzelnen Teilnehmernetzen oder auch in dem Energieversorgungsnetz möglich.In this embodiment, the control device can not only determine or influence the phases of the multiphase subscriber network to be loaded using the switching matrix, but can also control the charging power and the way in which it is provided. An even better balancing of unbalanced loads and/or a limitation of an overall load in individual subscriber networks or also in the power supply network is thus possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Steuereinrichtung ist diese zum Aushandeln eines jeweiligen Ladeplans zwischen der jeweiligen Ladestation und einer jeweiligen Ladeelektronik des mit der jeweiligen Ladestation gekoppelten Energiespeichers in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs und/oder des empfangenen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation und/oder der ermittelten Zuordnung.According to a further embodiment of the control device, this is for negotiating a respective charging plan between the respective charging station and a respective charging electronics of the energy store coupled to the respective charging station depending on the detected coupling process and/or the received measured value and/or the received load information and/or the ascertained assignment.
Man kann auch sagen, dass die Steuereinrichtung ein globales Lade-Lastmanagement für das System mit mehreren Ladestationen durchführt und einen globalen Ladeplan für das System ermittelt. Der globale Ladeplan umfasst insbesondere individuelle Ladepläne für jede der Ladestationen in dem System.It can also be said that the control device performs global charging load management for the system with multiple charging stations and determines a global charging plan for the system. In particular, the global charging plan includes individual charging plans for each of the charging stations in the system.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung an und die Steuereinrichtung ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Steuereinrichtung einen „Gegenvorschlag“ machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Steuereinrichtung und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.Negotiation takes place, for example, as described in ISO 15118. For example, the charging electronics of the energy store requests a specific charging power and the control device determines whether the requested charging power can be provided. In particular, an up-to-date ler state of the subscriber network and / or the power supply network is taken into account. If the requested charging power cannot be provided, the control device can make a “counterproposal”, which can be accepted by the charging electronics of the energy store, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the control device and the charging electronics communicate until the charging plan has been negotiated. Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station.
Der Ladeplan umfasst beispielsweise Angaben dazu, zu welcher Zeit der jeweilige Energiespeicher welche Leistung über welche gekoppelte Phase bezieht und dergleichen. Hierbei werden insbesondere aktuelle elektrische Messwerte, aktuelle Lastinformationen und dergleichen berücksichtigt. Insbesondere kann der Ladeplan auch vorsehen, dass der Energiespeicher elektrische Energie in das Teilnehmernetz einspeist. Damit können vorteilhaft Lastspitzen in dem Teilnehmernetz und/oder in dem Energieversorgungsnetz ausgeglichen oder abgefedert werden.The charging plan includes, for example, information about the time at which the respective energy store draws what power via which coupled phase and the like. In particular, current electrical measured values, current load information and the like are taken into account here. In particular, the charging plan can also provide for the energy store to feed electrical energy into the subscriber network. In this way, peak loads in the subscriber network and/or in the power supply network can advantageously be compensated for or cushioned.
Das Aushandeln der Ladepläne kann durch unterschiedliche Ereignisse ausgelöst werden. Insbesondere ist das Aushandeln nicht auf den Kopplungsvorgang beschränkt. Ereignisse, die ein Neu-Aushandeln des Ladeplans auslösen können, sind beispielsweise veränderte elektrische Messwerte, veränderte Lastinformationen und/oder sonstige Veränderungen, die das Teilnehmernetz, eines der Elektrofahrzeuge und/oder das Energieversorgungsnetz betreffen, insbesondere ein Verbinden oder Trennen eines weiteren Energiespeichers von einer weiteren Ladestation des Systems. Eine Veränderung betreffend eines der Elektrofahrzeuge kann auch eine neue oder veränderte Angabe oder Vorgabe eines Nutzers des Elektrofahrzeugs sein, die beispielsweise einen gewünschten Abfahrzeitpunkt und/oder eine gewünschte Reichweite umfasst. Die Reichweite korrespondiert insbesondere mit dem Ladezustand des Energiespeichers, also der verfügbaren Energiemenge, zum Abfahrzeitpunkt. Die veränderte Vorgabe oder Angabe des Nutzers kann beispielsweise von einem Mobilgerät des Nutzers, insbesondere einem Smartphone, über ein Datennetzwerk, wie ein LAN, ein WLAN, ein Mobilfunknetzwerk oder dergleichen, empfangen werden.The negotiation of loading plans can be triggered by different events. In particular, the negotiation is not limited to the pairing process. Events that can trigger a renegotiation of the charging plan are, for example, changed electrical measured values, changed load information and/or other changes affecting the subscriber network, one of the electric vehicles and/or the energy supply network, in particular a connection or disconnection of another energy storage device from one additional charging station of the system. A change relating to one of the electric vehicles can also be new or changed information or specification by a user of the electric vehicle, which includes, for example, a desired departure time and/or a desired range. The range corresponds in particular to the state of charge of the energy store, i.e. the amount of energy available, at the time of departure. The changed specification or information from the user can be received, for example, from a mobile device of the user, in particular a smartphone, via a data network such as a LAN, a WLAN, a mobile network or the like.
Das Aushandeln des jeweiligen Ladeplans erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung von bereits ausgehandelten Ladeplänen. Beispielsweise kann beim Aushandeln eines Ladeplans eines mit einer ersten Ladestation neu gekoppelten ersten Energiespeichers ein bereits ausgehandelter Ladeplan für einen mit einer zweiten Ladestation gekoppelten zweiten Energiespeicher berücksichtigt werden. Ferner können mehrere Ladepläne für verschiedene Energiespeicher, die jeweils mit einer Ladestation gekoppelt sind, zeitgleich und/oder nacheinander, beispielsweise gemäß einer bestimmten Priorisierung, ausgehandelt werden. Somit kann das Aushandeln eines ersten Ladeplans das Aushandeln eines zweiten Ladeplans beeinflussen und umgekehrt.The respective charging plan is preferably negotiated taking into account charging plans that have already been negotiated. For example, when negotiating a charging plan for a first energy store that is newly coupled to a first charging station, a charging plan that has already been negotiated for a second energy store that is coupled to a second charging station can be taken into account. Furthermore, several charging plans for different energy stores, each of which is coupled to a charging station, can be negotiated simultaneously and/or one after the other, for example according to a specific prioritization. Thus, negotiating a first charge plan may affect negotiating a second charge plan, and vice versa.
Das Aushandeln der jeweiligen Ladepläne kann auch unter Berücksichtigung von aktuellen Energiepreisen erfolgen. Weiterhin kann eine Änderung eines Energiepreises ein Neu-Aushandeln eines oder mehrerer Ladepläne auslösen.The respective charging plans can also be negotiated taking current energy prices into account. Furthermore, a change in an energy price can trigger a renegotiation of one or more charging plans.
„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist."A" is not necessarily to be understood as being limited to exactly one element. Rather, a plurality of elements, such as two, three or more, can also be provided. Any other count word used here should also not be understood to mean that there is a restriction to precisely the stated number of elements. Rather, numerical deviations upwards and downwards are possible, unless otherwise stated.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt schematisch eine erste Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
2 zeigt schematisch eine zweite Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
3 zeigt schematisch eine dritte Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
4 zeigt schematisch eine vierte Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
5 zeigt schematisch eine fünfte Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Systems mit einer Vorrichtung und mit mehreren Ladestationen; -
7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer fünften Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer sechsten Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Ladestation mit einer Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
10 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltmatrix; -
11 . zeigt eine Tabelle mit Schaltzuständen der Schaltmatrix der10 ; -
12 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltmatrix; -
13 . zeigt eine Tabelle mit Schaltzuständen der Schaltmatrix der12 ; -
14 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schaltmatrix; -
15 . zeigt eine Tabelle mit Schaltzuständen der Schaltmatrix der14 ; -
16 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Teilnehmernetzes mit mehreren Ladestationen und einer Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
17 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Teilnehmernetzes mit mehreren Ladestationen und einer Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
18 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems mit einer Vorrichtung und mit mehreren Ladestationen; -
19 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung mit einer Schaltmatrix; -
20 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation; und -
21 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens zum Betreiben eines Systems.
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1 shows schematically a first arrangement for charging an electrical energy store, comprising a device with a switching matrix; -
2 shows schematically a second arrangement for charging an electrical energy store, comprising a device with a switching matrix; -
3 shows schematically a third arrangement for charging an electrical energy store, comprising a device with a switching matrix; -
4 shows schematically a fourth arrangement for charging an electrical energy store, comprising a device with a switching matrix; -
5 shows schematically a fifth arrangement for charging an electrical energy store, comprising a device with a switching matrix; -
6 shows a schematic block diagram of an embodiment of a system with a device and with a plurality of charging stations; -
7 shows a schematic block diagram of a fifth arrangement for charging an electrical energy store, comprising a device with a switching matrix; -
8th shows a schematic block diagram of a sixth arrangement for charging an electrical energy store, comprising a device with a switching matrix; -
9 shows a schematic block diagram of an embodiment of a charging station with a device with a switching matrix; -
10 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of a switching matrix; -
11 . shows a table with the switching states of the switching matrix of10 ; -
12 shows a schematic block diagram of a second exemplary embodiment of a switching matrix; -
13 . shows a table with the switching states of the switching matrix of12 ; -
14 shows a schematic block diagram of a third exemplary embodiment of a switching matrix; -
15 . shows a table with the switching states of the switching matrix of14 ; -
16 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of a subscriber network with a plurality of charging stations and a device with a switching matrix; -
17 shows a schematic block diagram of a second exemplary embodiment of a subscriber network with a plurality of charging stations and a device with a switching matrix; -
18 shows a schematic block diagram of a further exemplary embodiment of a system with a device and with a plurality of charging stations; -
19 shows a schematic block diagram of a method for operating a device with a switching matrix; -
20 shows a schematic block diagram of a method for operating a charging station; and -
21 shows a schematic block diagram of a method for operating a system.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.Elements that are the same or have the same function have been provided with the same reference symbols in the figures, unless otherwise stated.
In dem Beispiel der
Die Ladestation 401 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt) und ist dazu eingerichtet, den Ladestrom zum Laden des Energiespeichers 110 zur Verfügung zu stellen. Die Ladestation 401 ist mit einer Anzahl an Ausgangsleitern Llout - L3out der Vorrichtung 10 gekoppelt, über welche die Ladestation 401 den Ladestrom aus dem Teilnehmernetz 101 bezieht. Die Vorrichtung 10 ist eingangsseitig mit den Phasen L1 - L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 gekoppelt. Die Schaltmatrix 20 der Vorrichtung 10 umfasst eine Anzahl von Wechselrelais 301 - 312 (siehe
Die Ladestation 401 weist insbesondere eine feste Verdrahtung auf, das heißt, dass eine Zuordnung der netzseitigen Anschlüsse der Ladestation 401, die mit den Ausgangsleitern L1out - L3out verbunden sind, zu Kopplungspunkten K1 - K3 (siehe
Es sei bereits hier angemerkt, dass die Vorrichtung 10 für mehr als eine Ladestation 401 geeignet ist, das heißt, dass mehr als eine Ladestation 401 an den Ausgangsleitern L1out - L3out angeschlossen werden kann, wie anhand der
Der Zähler 130 ist insbesondere zum Erfassen elektrischer Messwerte X der Phasen L1 - L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 und/oder einer Lastinformation L des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 eingerichtet. Die elektrischen Messwerte X oder die Lastinformation L ermöglichen insbesondere einen Rückschluss auf eine aktuelle Auslastung oder Belastung der Phasen L1 - L3, und damit das Vorhandensein einer aktuellen Schieflast oder dergleichen. Auf Basis der elektrischen Messwerte X und/oder der Lastinformation L kann daher ein optimaler Schaltzustand Z1 - Z34 (siehe
Es sei angemerkt, dass der Zähler 130 auch ausgangsseitig der Vorrichtung 10 angeordnet sein kann. Da die Vorrichtung 10 insbesondere lediglich eine Verschaltung der Phasen L1 - L3 des Teilnehmernetzes 101 auf die Ausgangsleiter Llout - L3out der Vorrichtung gemäß dem jeweiligen Schaltzustand durchführt, werden die elektrischen Messwerte X durch die Vorrichtung 10 nicht beeinflusst. Die Anordnung eingangsseitig der Vorrichtung 10 ist jedoch bevorzugt.It should be noted that the
Eine wie in der
In der
In der
Entsprechend dieser Netzkonfiguration weist die Anschlussbuchse AB beispielsweise nur drei Kopplungspunkte K1 - K3 auf. Das Ladekabel 105 umfasst ebenfalls drei Leiter L1*, L2*, N*, die entsprechend mit den Kopplungspunkten verbunden sind. Hierbei ist der Leiter N* als stromrückführender Leiter fest vorgesehen. In dieser Konfiguration kann mittels der Vorrichtung 10 die Zuordnung des Ausgangsleiters L1out, der mit dem Kopplungspunkt K1 verbunden ist, variabel sein. Damit kann auch der stromrückführende Leiter N* des Ladekabels mit unterschiedlichen Phasen L1- L3 des Teilnehmernetzes 101 verbunden werden.According to this network configuration, the connection socket AB has, for example, only three coupling points K1-K3. The charging
Die Vorrichtung 10 ist eingangsseitig mit drei Phasen L1- L3 eines dreiphasigen Teilnehmernetzes 101 gekoppelt. Am Ausgang der Vorrichtung 10 sind drei Ausgangsleiter L1out - L3out angeordnet. Je nach Komplexität der Schaltmatrix 20 kann eine Zuordnung der Phasen L1- L3 zu den Ausgangsleitern L1out - L3out beliebig selektiv einstellbar sein, indem die Schaltmatrix 20 in einen entsprechenden Schaltzustand Z1 - Z34 (siehe
Die drei Ladestationen 401 - 403 sind in diesem Beispiel derart mit den Ausgangsleitern L1out - L3out gekoppelt, dass gleiche Anschlüsse der Ladestationen 401 - 403 (die mit den Ziffern 1 - 3 gekennzeichnet sind) mit unterschiedlichen Ausgangsphasen L1out - L3out verbunden sind. Diese Art des Anschließens von Verbrauchern oder Erzeugern in dem Teilnehmernetz 101 sorgt für eine gleichmäßige oder auch statistische Verteilung der belasteten Phasen, was für ein ausgeglichenes Teilnehmernetz 101 vorteilhaft sein kann. Insbesondere würde beispielsweise die erste Phase L1 des Teilnehmernetzes 101 schnell überlastet werden, wenn alle einphasigen Verbraucher an L1 angeschlossen würden.In this example, the three charging stations 401-403 are coupled to the output conductors L1out-L3out in such a way that the same terminals of the charging stations 401-403 (identified with the numbers 1-3) are connected to different output phases L1out-L3out. This type of connection of consumers or generators in the
Jede der drei Ladestationen 401 - 403 ist mittels eines Ladekabels 105 mit einem zu ladenden Energiespeicher 110 koppelbar. Es sei angemerkt, dass die Ladekabel 105 und die Energiespeicher 200 hier nur beispielhaft dargestellt sind und nicht zu dem System 200 gehören. Weiterhin kann auch nur eine Teilmenge der Ladestationen 401-403 oder gar keine der Ladestationen 401 - 403 mit einem Energiespeicher 110 gekoppelt sein.Each of the three charging stations 401 - 403 can be coupled to an
Je nach aktueller Belastung des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 durch die Ladestationen 401-403 und/oder durch andere Verbraucher oder Erzeuger (aus Gründen der Übersicht nicht gezeigt), kann mittels der Vorrichtung 10 eine vorteilhafte Zuordnung der Ausgangsleiter L1out - L3out zu den Phasen des Teilnehmernetzes L1- L3 ermittelt und eingestellt werden. Insbesondere lässt sich ein Ladebetrieb auf diese Weise optimieren und das Teilnehmernetz 101 vorteilhaft innerhalb bevorzugter Lastbereiche betreiben.Depending on the current loading of the
In diesem Beispiel weist die Vorrichtung 10 zusätzlich eine Steuervorrichtung 50 auf. Die Steuervorrichtung 50 ist insbesondere dazu eingerichtet, die Schaltmatrix 20 mittels eines Steuersignals SIG anzusteuern, wobei das Steuersignal SIG dazu dient, die Schaltmatrix 20 in einen vorbestimmten Schaltzustand Z1 - Z34 (siehe
Der elektrische Messwert X betrifft insbesondere eine aktuelle Belastung der Phasen L1 - L3 des Teilnehmernetzes 101 und wird beispielsweise von einer Messeinrichtung oder einem Zähler 130 (siehe
Die Lastinformation L betrifft insbesondere eine aktuelle und/oder erwartete, zukünftige Lastverteilung des Teilnehmernetzes 101, die beispielsweise von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) des Teilnehmernetzes 101 ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Lastinformation L das Energieversorgungsnetz 100 betreffen und von einem Netzbetreiber des Energieversorgungsnetzes 100 bereitgestellt werden.The load information L relates in particular to a current and/or expected future load distribution of the
Die Steuervorrichtung 50 ist daher in der Lage, eine zu einem jeweiligen Zeitpunkt optimale Zuordnung der Ausgangsleiter L1out - L3out zu den Phasen L1-L3 zu ermitteln und mittels der Schalmatrix 20 auch umzusetzen. Die optimale Zuordnung kann hierbei unter mehreren Gesichtspunkten ermittelt werden. Grundbedingung ist immer, dass das Teilnehmernetz 101 innerhalb der vorgegebenen Grenzen, beispielsweise betreffend die zulässige Schieflast, betrieben wird. Wenn nur ein einzelner Energiespeicher 110 zu laden ist, dann ist die optimale Zuordnung insbesondere diejenige, die die maximale Ladeleistung und damit die kürzeste Ladedauer ermöglicht. Wenn, wie beispielsweise anhand der
Es sei angemerkt, dass die in der
In diesem Beispiel ist zudem vorgesehen, dass die Schaltmatrix 20 nur dann umgeschaltet werden kann, wenn kein Strom über die Schaltmatrix 20 fließt. Dies wird sichergestellt, indem die Steuervorrichtung 50, die zum Ansteuern der Schaltmatrix 20 mit dem Steuersignal SIG eingerichtet ist, zusätzlich ein Sicherheitssignal von der Leistungsschaltvorrichtung 60 empfängt, das den aktuellen Schaltzustand der Leistungsschaltvorrichtung 60 umfasst. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 50 dazu eingerichtet sein, die Leistungsschaltvorrichtung 60 anzusteuern, um diese in den geöffneten oder den geschlossenen Schaltzustand zu versetzen. In this example it is also provided that the switching
Die Aufgabe der Schaltmatrix 20 ist es, die Eingänge L1in - L3in in Abhängigkeit eines bestimmten Schaltzustands Z1 - Z34 (siehe
Das erste Wechselrelais 301 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters L1out mit dem ersten Eingang L1in und in einer zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters L1out mit dem Zwischenstück ZS1 eingerichtet. Das zweite Wechselrelais 302 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des zweiten Eingangs L2in mit dem zweiten Ausgangsleiter L2out und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des zweiten Eingangs L2in mit dem Zwischenstück ZS1 eingerichtet. Damit ist der erste Ausgangsleiter L1out selektiv mit dem ersten Eingang L1in oder dem zweiten Eingang L2in koppelbar.The
Die
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, dass mittels der Schaltmatrix 20 der
Die Schaltmatrix 20 der
Das erste Wechselrelais 301 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters L1out mit dem ersten Eingang L1in und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters L1out mit dem ersten Zwischenstück ZS1 eingerichtet. Das zweite Wechselrelais 302 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des zweiten Eingangs L2in mit dem zweiten Ausgangsleiter L2out und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des zweiten Eingangs L2in mit dem zweiten Zwischenstück ZS2 eingerichtet. Das dritte Wechselrelais 303 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des dritten Eingangs L3in mit dem dritten Ausgangsleiter L3out und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des dritten Eingangs L3in mit dem dritten Zwischenstück ZS3 eingerichtet. Das vierte Wechselrelais 304 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des ersten Zwischenstücks ZS1 mit dem zweiten Zwischenstück ZS2 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des ersten Zwischenstücks ZS1 mit dem dritten Zwischenstück ZS3 eingerichtet. Damit ist der erste Ausgangsleiter L1out selektiv mit jedem der drei Eingänge L1in - L3in koppelbar.The
Die
Die Tabelle umfasst nicht alle kombinatorisch möglichen Schaltzustände, die mit der Schaltmatrix 20 einstellbar sind, sondern nur eine Anzahl bestimmter Schaltzustände.The table does not include all combinatorial possible switching states that can be set with the switching
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, dass mittels der Schaltmatrix 20 der
Die Schaltmatrix 20 der
Das erste Wechselrelais 301 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des ersten Eingangs L1in mit dem zweiten Zwischenstück ZS2 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des ersten Eingangs L1in mit dem ersten Zwischenstück ZS1 eingerichtet. Das zweite Wechselrelais 302 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des zweiten Zwischenstücks ZS2 mit dem vierten Zwischenstück ZS4 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des zweiten Zwischenstücks ZS2 mit dem dritten Zwischenstück ZS3 eingerichtet. Das dritte Wechselrelais 303 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des zweiten Eingangs L2in mit dem sechsten Zwischenstück ZS6 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des zweiten Eingangs L2in mit dem fünften Zwischenstück ZS5 eingerichtet. Das vierte Wechselrelais 304 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des sechsten Zwischenstücks ZS6 mit dem achten Zwischenstück ZS8 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des sechsten Zwischenstücks ZS6 mit dem siebten Zwischenstück ZS7 eingerichtet. Das fünfte Wechselrelais 305 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des dritten Eingangs L3in mit dem zehnten Zwischenstück ZS10 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des dritten Eingangs L3in mit dem neunten Zwischenstück ZS9 eingerichtet. Das sechste Wechselrelais 306 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des zehnten Zwischenstücks ZS10 mit dem zwölften Zwischenstück ZS12 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des zehnten Zwischenstücks ZS10 mit dem elften Zwischenstück ZS11 eingerichtet. Das siebte Wechselrelais 307 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters L1out mit dem ersten Zwischenstück ZS1 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des ersten Ausgangsleiters L1out mit dem dreizehnten Zwischenstück ZS13 eingerichtet. Das achte Wechselrelais 308 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des dreizehnten Zwischenstücks ZS13 mit dem achten Zwischenstück ZS8 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des dreizehnten Zwischenstücks ZS13 mit dem zwölften Zwischenstück ZS12 eingerichtet. Das neunte Wechselrelais 309 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des zweiten Ausgangsleiters L2out mit dem fünften Zwischenstück ZS5 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des zweiten Ausgangsleiters L2out mit dem vierzehnten Zwischenstück ZS14 eingerichtet. Das zehnte Wechselrelais 310 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des vierzehnten Zwischenstücks ZS14 mit dem elften Zwischenstück ZS11 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des vierzehnten Zwischenstücks ZS14 mit dem vierten Zwischenstück ZS4 eingerichtet. Das elfte Wechselrelais 311 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des dritten Ausgangsleiters L3out mit dem neunten Zwischenstück ZS9 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des dritten Ausgangsleiters L3out mit dem fünfzehnten Zwischenstück ZS15 eingerichtet. Das zwölfte Wechselrelais 312 ist in der ersten Schaltposition 0 zum Koppeln des fünfzehnten Zwischenstücks ZS15 mit dem dritten Zwischenstück ZS3 und in der zweiten Schaltposition 1 zum Koppeln des fünfzehnten Zwischenstücks ZS15 mit dem siebten Zwischenstück ZS7 eingerichtet.The
Die
Die Tabelle umfasst nicht alle kombinatorisch möglichen Schaltzustände, die mit der Schaltmatrix 20 einstellbar sind, sondern nur eine Anzahl bestimmter Schaltzustände.The table does not include all combinatorial possible switching states that can be set with the switching
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, dass mittels der Schaltmatrix 20 der
Direkt nach dem Anschlusspunkt 120 ist eine Messeinrichtung 130 angeordnet. Diese ist dazu eingerichtet, einen elektrischen Messwert X zumindest einer der Phasen L1- L3 zu erfassen. Auf Basis des elektrischen Messwerts X lässt sich beispielsweise eine Last einer jeweiligen Phase L1 - L3 und eine Schieflast in dem Teilnehmernetz 101 ermitteln.A measuring
Das Teilnehmernetz 101 weist in diesem Beispiel drei Verzweigungen auf, wobei für jede der Verzweigungen eine Vorrichtung 10A - 10C vorgesehen ist. Die Zweige weisen daher jeweils drei Phasen auf, wobei diese mit den Ausgangsleitern L1out - L3oput der jeweiligen Vorrichtung 10A - 10C gekoppelt sind. Jeder Zweig umfasst hier beispielsweise vier Ladestationen 401 - 404, 405 - 408, 409 - 412, die jeweils mittels eines Ladekabels 105 mit einem Energiespeicher 110 gekoppelt sind. Die verschiedenen Ladestationen 401 - 412 sind insbesondere in unterschiedlicher Weise an die Ausgangsleiter L1out - L3out angeschlossen. Dies ist durch die kleinen Ziffern 1, 2, 3 bei jeder Ladestation 401 - 412 kenntlich gemacht, wobei jede Ziffer für einen bestimmten Anschluss der jeweiligen Ladestation steht. Beispielsweise ist der Anschluss 1 der Ladestation 401 mit dem ersten Ausgangsleiter L1out verbunden, der Anschluss 1 der Ladestation 402 ist mit dem dritten Ausgangsleiter L3out verbunden. Durch diese Art des Anschlusses kann vermieden werden, dass beispielsweise alle einphasig zu ladenden Energiespeicher 110 die Ladeleistung von der ersten Phase L1oder dem ersten Ausgangsleiter L1out der jeweiligen Vorrichtung 10A - 10C beziehen. Dies wird insbesondere anhand der drei Ladestationen 409 - 411 deutlich. Diese sind in dem Beispiel jeweils mit einem einphasigen Energiespeicher 110 verbunden. Die Verschaltung einer jeweiligen Ladestation 401 - 412 ist insbesondere derart, dass ein bestimmter eingangsseitiger Anschluss der jeweiligen Ladestation 401 - 412, also einer der Anschlüsse 1, 2 oder 3, mit einem bestimmten Kopplungspunkt K1 - K4 (siehe
Weiterhin ist in diesem Beispiel angedeutet, dass verschiedene Energiespeicher 110 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Phasen geladen werden können. Dies ist durch mehrere Verbindungen des jeweiligen Ladekabels 105 dargestellt. Das Teilnehmernetz 101 kann noch weitere Zweige und/oder weitere Verbraucher und/oder Erzeuger aufweisen, als in der
In der Konfiguration der
In weiteren Ausführungsbeispielen (nicht dargestellt) ist beispielsweise eine erste Vorrichtung 10 hinter dem ersten Abzweig des Teilnehmernetzes 101, an den die Ladestationen 401 - 404 angeschlossen sind, angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist eine Vorrichtung 10 hinter dem zweiten Abzweig des Teilnehmernetzes 101, an den die Ladestationen 405 - 408 angeschlossen sind, angeordnet. In weiteren Ausführungsformen weist jede Ladestation 401 - 412 eine Vorrichtung 10 mit einer Schaltmatrix 20 auf, so dass für jede Ladestation 401 - 412 die Phasen L1- L3 individuell den jeweiligen Ausgangsleitern L1out - L3out zuordenbar sind. Zusätzlich kann jede Ladestation 401 - 412 eine Messeinrichtung 130 aufweisen.In further exemplary embodiments (not shown), for example, a
Die Steuervorrichtungen 50 sind über einen Datenbus BUS kommunikativ miteinander verbunden. Über den Datenbus BUS könne die Steuervorrichtungen 50 beispielsweise Steuersignale SIG und/oder Zustandsdaten der jeweiligen Ladestation 401 - 403 untereinander austauschen. Die Zustandsdaten können beispielsweise Daten zu dem jeweiligen angeschlossenen Energiespeicher 110 umfassen, wie eine angeforderte Ladeleistung oder dergleichen. Der Datenbus BUS kann drahtgebunden und/oder drahtlos ausgeführt sein. Mittels des Datenbus BUS ist es möglich, dass ein Steuervorrichtung 50 die Kontrolle über den jeweiligen Schaltzustand Z1 - Z34 (siehe
Die Leader-Steuervorrichtung 50 empfängt beispielsweise einen elektrischen Messwert X und/oder eine Lastinformation L, wie bereits zuvor anhand der
In einem ersten Schritt S10 wird ein Messwert X (siehe
In einem zweiten Schritt S11 wird ein bestimmter Schaltzustand Z1 - Z34 (siehe
In einem dritten Schritt S12 wird die Schaltmatrix 20 zum Bereitstellen des ermittelten Schaltzustands Z1 - Z34 angesteuert.In a third step S12, the switching
Dieses Verfahren wird während des Betriebs der Vorrichtung 10 ständig wiederholt, so dass jederzeit auf eine Änderung des elektrischen Messwerts X und/oder der Lastinformation L reagiert werden kann.This method is constantly repeated during the operation of the
Wenn ein Umschalten der Schaltmatrix 20 notwendig ist, wird vorzugsweise dem Energiespeicher 110 ein Signal ausgegeben, dass der Energiefluss unterbrochen wird. Dies kann beispielsweise auf Basis des ISO 151108 Kommunikationsstandards erfolgen. Hierbei meldet die Ladestation 401 - 412 eine Unterbrechung und der Ladevorgang wird beendet. Die Ladestation 401 - 412 schaltet die Schaltmatrix 20um und anschließend kann der Ladevorgang fortgesetzt werden. Hierbei kann insbesondere ein Ladeplan zwischen der Ladestation 401 - 412 und dem Energiespeicher 110 oder der Ladeelektronik ausgehandelt werden, gemäß dem der Ladevorgang durchgeführt wird. Der Ladeplan umfasst beispielsweise Angaben dazu, von welcher Phase wieviel Leistung bezogen wird und/oder zu welcher Uhrzeit wieviel Leistung bezogen wird und dergleichen mehr.If it is necessary to switch over the switching
Alternativ kann dem Energiespeicher 110 oder der Ladeelektronik mittels eines PWM-Signals vermittelt werden, dass keine Energie mehr bezogen werden soll. Wenn der Energiebezug eingestellt wurde, kann die Umschaltung erfolgen. Anschließend wird dem Energiespeicher 110 oder der Ladeelektronik über das PWM-Signal mitgeteilt, dass wieder geladen werden kann.Alternatively, the
Wenn der Energiefluss seitens der Ladestation 401 - 412 beendet wird, ohne dass dies zuvor dem Energiespeicher 110 signalisiert wird, geht der Energiespeicher 110 oder die Ladeelektronik in einen Fehlerzustand über. Um den Fehlerzustand zu überwinden, kann beispielsweise ein Ab- und Ansteckvorgang simuliert werden, damit das Fahrzeug 108 mit dem Ladevorgang fortfährt.If the flow of energy is terminated by the charging station 401-412 without this having been signaled to the
In einem ersten Schritt S20 wird ein Kopplungsvorgang des Energiespeichers 110 mit der Ladestation 401 - 412 erfasst. Die Kopplung erfolgt insbesondere mittels eines Ladekabels 105 (siehe
In einem zweiten Schritt S21, der zusätzlich oder alternativ zu dem ersten Schritt S20 ist, wird ein elektrischer Messwert X (siehe
Optional wird eine aktuelle maximale zulässige Belastbarkeit einer jeden Phase L1- L3 (siehe
In einem dritten Schritt S22 wird eine Zuordnung von einer Anzahl bestimmter Phasen L1- L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 zu einer entsprechenden Anzahl bestimmter Ausgangsleiter L1out - L3out der Anzahl in Abhängigkeit des erfassten Kopplungsvorgangs, des empfangenen elektrischen Messwerts und/oder der empfangenen Lastinformation ermittelt.In a third step S22, an assignment of a number of specific phases L1-L3 of the
In einem vierten Schritt S23 wird die Anzahl bestimmter Phasen L1- L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 mit der entsprechenden Anzahl bestimmter Ausgangsleiter L1out - L3out der Anzahl gemäß der ermittelten Zuordnung mittels einer Schaltmatrix 20 (siehe
In einem ersten Schritt S30 wird ein Kopplungsvorgang wenigstens eines Energiespeichers 110 mit wenigstens einer der Ladestationen 401 - 412 erfasst, wobei eine jeweilige Anzahl von Leitern L1* - L3*, N* eines Ladekabels 105, das den Ladestrom von der jeweiligen Ladestation 401 - 412 an den jeweiligen Energiespeicher 110 überträgt, mit einer entsprechenden Anzahl von Ausgangsleitern L1out - L3out der Anzahl verbunden oder getrennt wird. Das Erfassen des Kopplungsvorgangs kann umfassen, dass erfasst wird, mit welcher Ladetechnologie ein jeweiliger Energiespeicher zu laden ist, ob der jeweilige Energiespeicher ein-, zwei- oder dreiphasig zuladen ist, mit welcher maximalen Ladeleistung der jeweilige Energiespeicher zu laden ist und wie der aktuelle Ladezustand ist und/oder welche Energiemenge der jeweilige Energiespeicher 110 angefordert hat. In Ausführungsformen kann das Erfassen des Kopplungsvorgangs ein Aushandeln eines Ladeplans zwischen der jeweiligen Ladestation 401 - 412 und dem jeweiligen Energiespeicher 110 umfassen.In a first step S30, a coupling process of at least one
In einem zweiten Schritt S31, der zusätzlich oder alternativ zu dem ersten Schritt S30 ist, wird wenigstens ein elektrischer Messwert X (siehe
Optional kann eine aktuelle maximale zulässige Belastbarkeit einer jeden Phase L1- L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 und/oder des mehrphasigen Energieversorgungsnetzes 100 in Abhängigkeit des empfangenen elektrischen Messwerts X und/oder der empfangenen Lastinformation L ermittelt werden. Die maximale Belastbarkeit wird insbesondere in Abhängigkeit von behördlichen, gesetzlichen und/oder netzbetreiberseitigen Vorgaben zu einer zulässigen Schieflast in dem Teilnehmernetz 101 ermittelt.Optionally, a current maximum permissible load capacity of each phase L1-L3 of the
In einem dritten Schritt S32 wird eine Zuordnung von einer Anzahl bestimmter Phasen L1- L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 zu einer entsprechenden Anzahl bestimmter Ausgangsleiter L1out - L3out der Anzahl in Abhängigkeit der ermittelten maximalen zulässigen Belastbarkeit ermittelt.In a third step S32, an assignment of a number of specific phases L1-L3 of the
In einem vierten Schritt wird S33 die Schaltmatrix 20 derart angesteuert, dass die bestimmte Phase L1- L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 101 mit dem bestimmten Ausgangsleiter L1out - L3out der Anzahl gemäß der ermittelten Zuordnung gekoppelt wird. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Steuervorrichtung 50 (siehe
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of embodiments, it can be modified in many ways.
BezugszeichenlisteReference List
- 00
- Schaltpositionswitch position
- 11
-
Schaltposition (in den
10 ,12 und14 )switch position (in the10 ,12 and14 ) - 11
-
Anschluss (in den
6 ,16 ,17 und18 )connection (in the6 ,16 ,17 and18 ) - 22
- Anschlussconnection
- 33
- Anschlussconnection
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 10A10A
- Vorrichtungcontraption
- 10B10B
- Vorrichtungcontraption
- 10C10C
- Vorrichtungcontraption
- 2020
- Schaltmatrixswitching matrix
- 5050
- Steuervorrichtungcontrol device
- 6060
- Leistungsschaltvorrichtungpower switching device
- 100100
- mehrphasiges Energieversorgungsnetzmulti-phase power supply network
- 101101
- mehrphasiges Teilnehmernetzmultiphase subscriber network
- 105105
- Ladekabelcharging cable
- 108108
- Elektrofahrzeugelectric vehicle
- 110110
- Energiespeicherenergy storage
- 120120
- Anschlusspunktconnection point
- 130130
- Zählercounter
- 200200
- Systemsystem
- 301301
- Wechselrelaischangeover relay
- 302302
- Wechselrelaischangeover relay
- 303303
- Wechselrelaischangeover relay
- 304304
- Wechselrelaischangeover relay
- 305305
- Wechselrelaischangeover relay
- 306306
- Wechselrelaischangeover relay
- 307307
- Wechselrelaischangeover relay
- 308308
- Wechselrelaischangeover relay
- 309309
- Wechselrelaischangeover relay
- 310310
- Wechselrelaischangeover relay
- 311311
- Wechselrelaischangeover relay
- 312312
- Wechselrelaischangeover relay
- 401401
- Ladestationcharging station
- 402402
- Ladestationcharging station
- 403403
- Ladestationcharging station
- 404404
- Ladestationcharging station
- 405405
- Ladestationcharging station
- 406406
- Ladestationcharging station
- 407407
- Ladestationcharging station
- 408408
- Ladestationcharging station
- 409409
- Ladestationcharging station
- 410410
- Ladestationcharging station
- 411411
- Ladestationcharging station
- 412412
- Ladestation charging station
- ABAWAY
- Anschlussbuchseconnection socket
- BUSBUS
- Kommunikationsverbindungcommunication link
- K1K1
- Kopplungspunktcoupling point
- K2K2
- Kopplungspunktcoupling point
- K3K3
- Kopplungspunktcoupling point
- K4K4
- Kopplungspunktcoupling point
- LL
- Lastinformationload information
- L1L1
- Phasephase
- L1*L1*
- Leiterdirector
- L2L2
- Phasephase
- L2*L2*
- Leiterdirector
- L3L3
- Phasephase
- L3*L3*
- Leiterdirector
- L1inL1in
- EingangEntry
- L2inL2in
- EingangEntry
- L3inL3in
- EingangEntry
- L1outL1out
- Ausgangsleiterexit conductor
- L2outL2out
- Ausgangsleiterexit conductor
- L3outL3out
- Ausgangsleiterexit conductor
- NN
- Neutralleiterneutral wire
- N*N*
- Leiterdirector
- S10S10
- Verfahrensschrittprocess step
- S11S11
- Verfahrensschrittprocess step
- S12S12
- Verfahrensschrittprocess step
- S20S20
- Verfahrensschrittprocess step
- S21S21
- Verfahrensschrittprocess step
- S22S22
- Verfahrensschrittprocess step
- S23S23
- Verfahrensschrittprocess step
- S24S24
- Verfahrensschrittprocess step
- S30S30
- Verfahrensschrittprocess step
- S31S31
- Verfahrensschrittprocess step
- S32S32
- Verfahrensschrittprocess step
- S33S33
- Verfahrensschrittprocess step
- S34S34
- Verfahrensschrittprocess step
- SIGSIG
- Steuersignalcontrol signal
- XX
- Messwertreading
- Z1 - Z34Z1 - Z34
- Schaltzustandswitching state
- ZS1 - ZS15ZS1 - ZS15
- Zwischenstückspacer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |