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Die Erfindung betrifft ein Ladesystem zum simultanen Laden von elektrischen Energiespeichern und Messen von Energie sowie ein Verfahren.
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Im Zuge der sogenannten Energiewende findet ein Übergang von der Nutzung von fossilen Energieträgern sowie der Kernenergie zu einer nachhaltigen Energieversorgung mittels erneuerbarer Energien statt. In Zuge der Energiewende werden auch Fahrzeuge mit Verbrennermotor durch Fahrzeuge getauscht, welche mit einem Elektromotor betrieben werden, sodass im Betrieb zumindest theoretisch keine CO2 Emissionen durch den Antrieb anfallen.
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Solche Elektrofahrzeuge sind Verkehrsmittel, die mit elektrischer Energie angetrieben werden. Im Folgenden können damit Straßenfahrzeuge (Kraftfahrzeuge), Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge oder Luftfahrzeuge gemeint sein. Bei Elektrofahrzeugen wird die Antriebsenergie in Form von elektrischer Energie einem Motor zugeführt. Diese wird in Batterien im Fahrzeug gespeichert. Beim Betrieb des Elektrofahrzeugs entlädt sich die Batterie und muss wieder aufgeladen werden, wenn die Kapazität erschöpft ist.
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Zum Aufladen der Batterien von Elektrofahrzeugen ist eine Ladeinfrastruktur notwendig, um Fahrzeuge sowohl unterwegs als auch zu Hause laden zu können. In vielen Ländern der Welt ist diese Ladeinfrastruktur derzeit noch im Aufbau befindlich.
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In Deutschland plant die Bundesregierung des Kabinetts Scholz bis 2030 bundesweit eine Millionen Ladepunkte, die der Schnellladeinfrastruktur zuzuordnen sind, zu schaffen und mindestens 15-Millionen Elektro-Pkw zu fördern, welche die Installation vieler weiterer Ladepunkte im privaten und öffentlichen Raum erfordert.
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Dies führt jedoch zu einer Reihe von Problemen.
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Die verfügbaren Flächen für den Aufbau der Ladeinfrastruktur sind begrenzt. Darüber hinaus benötigen die derzeitigen Ladesysteme relativ viele Ressourcen. Auch die Hoch- und Niederspannungsnetze sind derzeit teilweise noch nicht dazu ausgelegt, die Menge an Elektrofahrzeugen gleichzeitig laden zu können, welche in naher Zukunft zugelassen werden könnten. Zudem kann es dazu kommen, dass bei den derzeit nur begrenzt verfügbaren Lademöglichkeiten zu viele Elektrofahrzeuge vorhanden sind, sodass nicht alle Elektrofahrzeuge einen Ladeplatz am gewünschten Ort erhalten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladesystem sowie ein Verfahren vorzusehen, bei denen weniger Ressourcen als derzeit notwendig verbraucht werden und zudem die Benutzung durch die Nutzer von Elektrofahrzeugen vereinfacht und komfortabler macht.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Ladesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ladesystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Ladesystem zum simultanen Laden und/oder Entladen von elektrischen Energiespeichern und Messen von Energie, vorgesehen, aufweisend:
- - einen ersten Ladepunkt, welcher dazu ausgeführt ist, mit einem ersten elektrischen Energiespeicher verbunden zu werden,
- - einen zweiten Ladepunkt, welcher dazu ausgeführt ist, mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher verbunden zu werden,
- - einen Zähler, welcher dazu ausgeführt ist, eine Energie zu messen, welche über den ersten Ladepunkt und/oder den zweiten Ladepunkt an die Energiespeicher abgebbar und/oder von den Energiespeichern aufnehmbar ist,
- - eine Multiplexsteuerung, welche dazu ausgeführt ist, dem ersten Ladepunkt zumindest einen ersten Zeitschlitz und dem zweiten Ladepunkt zumindest einen zweiten Zeitschlitz zuzuweisen, wobei sich der zumindest eine erste Zeitschlitz und der zumindest eine zweite Zeitschlitz zeitlich nicht überschneiden und während des zumindest einen ersten Zeitschlitzes der erste elektrische Energiespeicher und während des zumindest einen zweiten Zeitschlitzes der zweite Energiespeicher ladbar ist,
wobei der Zähler ein erstes Register und ein zweites Register aufweist, und das erste Register die im zumindest einen ersten Zeitschlitz gemessene Energie erfasst, und das zweite Register die im zumindest einen zweiten Zeitschlitz gemessene Energie erfasst.
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Unter simultanen Laden soll gemäß der Erfindung das Auf- oder Entladen von mehreren Energiespeichern verstanden werden. Die Möglichkeit sowohl des Auf- als auch Entladens kann auch als bidirektionales Laden bezeichnet werden. Mit bidirektionalem Laden kann gemeint sein, dass ein Energiespeicher zu netzdienlichen Zwecken und/oder zu privatwirtschaftlichen Zwecken (auch) als Einspeiser in das Energieversorgungsnetz gegen Vergütung einspeisen kann. Beim simultanen Laden werden jedoch nicht zwangsläufig zum gleichen Zeitpunkt die Energiespeicher mit Energie versorgt, sondern lediglich gleichzeitig die Energiespeicher mit den Ladepunkten verbunden, sodass alternierend oder je nach Ladezustand oder Zustand des Netzes die Energiespeicher auf- und/oder entladbar sind. Der Benutzer bekommt von der tatsächlichen Taktung der Energieübertragung in der Regel nichts mit, da er lediglich seinen elektrischen Energiespeicher mit dem Ladepunkt verbindet und nach einer gewissen Zeit wieder zum elektrischen Energiespeicher zurückkehrt.
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Im Zusammenhang mit der Lehre der Erfindung sind die Ausdrücke „erste“ und „zweite“ nicht abschließend, sondern als „zumindest zwei“ zu verstehen. Es können demnach beliebig viele Ladepunkte, Energiespeicher, Zeitschlitze, Register etc. vorgesehen sein.
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Unter elektrischen Energiespeichern sollen Vorrichtungen verstanden werden, welche dazu geeignet sind, elektrische Energie aufzunehmen, zu speichern und wieder abzugeben. Insbesondere können Akkumulatoren, auch Sekundärbatterie genannt, als elektrische Energiespeicher aufgefasst werden. Der Ladevorgang basiert bei den Akkumulatoren auf der elektrolytischen Umkehrung der bei der Entladung ablaufenden chemischen Reaktionen durch Anlegen einer elektrischen Spannung des Ladepunktes. Alternativ oder in Ergänzung kann der elektrische Energiespeicher auch als Kondensator ausgeführt sein.
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Der elektrische Energiespeicher kann insbesondere in einem Elektrofahrzeug angeordnet und/oder dazu geeignet sein, ein Elektrofahrzeug derart mit Energie zu versorgen, sodass dieses durch einen Motor antreibbar ist. Unter Elektrofahrzeugen im Sinne der Erfindung sollen Verkehrsmittel, die mit elektrischer Energie angetrieben werden können, verstanden werden. Insbesondere kann ein Elektrofahrzeug als Straßenfahrzeug (Kraftfahrzeuge), Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug ausgeführt sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Elektrofahrzeug als batterieelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere als Batterie elektrisch angetriebener PKW (kurz E-Auto oder BEV) ausgeführt ist. Es kann vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher eine Kapazität von zumindest 20 kWh, insbesondere von zumindest 50 kWh, aufweist. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass der erste und oder zweite Ladepunkt dazu ausgeführt ist, innerhalb von 20 Minuten zumindest 10 kWh (entspricht 30 kW) in den elektrischen Energiespeicher zu übertragen.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Elektrofahrzeug als elektrisches Kleinstfahrzeug ausgeführt ist. Elektrische Kleinstfahrzeuge sind beispielsweise E-Roller, Scooter oder E-Bikes.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher in einem anderen Endgerät, beispielsweise in einem mobilen Kommunikationsgerät, insbesondere einem Smartphone, oder einem mobilen Computer, insbesondere einem Laptop, angeordnet ist.
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Unter dem Messen von Energie soll im Zusammenhang mit der Erfindung das Messen von elektrischer Energie verstanden werden, also derjenigen Energie, die mittels Elektrizität übertragen oder elektrischen Feldern gespeichert werden kann. Dementsprechend kann eine Messung der elektrischen Energie durch gleichzeitige Messung von Spannung und Strom erfolgen. Weitere Details zur Messung der Energie werden im Zusammenhang mit dem Zähler erläutert.
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Bei dem ersten bzw. dem zweiten Ladepunkt handelt es sich um Vorrichtungen, welche zur elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Energiespeicher geeignet sind. Dabei kann ein Ladepunkt, insbesondere einen standardisierten, Verbindungsport in Form eines Steckers und/oder einer Buchse aufweisen. Ferner kann ein Ladepunkt elektrische Leitungen, insbesondere Kabel und/oder Antennen aufweisen. Weitere Details zu dem ersten bzw. zweiten Ladepunkt werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen näher erläutert.
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Es kann vorgesehen sein, dass neben dem ersten und zweiten Ladepunkt noch weitere Ladepunkte vorgesehen sind, die entsprechend dazu ausgeführt sind, mit weiteren Energiespeichern verbunden werden zu können.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung stellen die Begriffe erste, zweite und weitere keine besondere Priorisierung oder Spezifizierung dar, sodass die jeweils im Zusammenhang mit einer ersten, zweiten oder weiteren Vorrichtung genannten Merkmale prinzipiell auch auf die jeweils anderen Vorrichtungen übertragbar sind.
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Unter dem Ausdruck verbunden zu werden kann die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten oder zweiten Ladepunkt und dem ersten oder zweiten elektrischen Energiespeicher verstanden werden. Die elektrische Verbindung kann insbesondere leitungsgebunden, vorzugsweise kabelgebunden, sein. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass elektrische Energie besonders sicher und effizient übertragbar ist. Alternativ oder in Ergänzung kann auch eine induktive Verbindung möglich sein. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass keine Steckverbindung benötigt wird, wodurch der Komfort für den Benutzer erhöht wird.
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Unter einem Zähler im Sinne der Erfindung soll ein Stromzähler (auch Elektrizitätszähler genannt) verstanden werden. Dabei handelt es sich um ein Messgerät, dass die Energie erfasst, welche dem ersten bzw. zweiten elektrischen Energiespeicher zugeführt wird.
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Insbesondere kann es sich bei dem Zähler um einen Wechselstrom-Elektrizitätszähler gemäß einer Norm, insbesondere nach einer der europäischen Normen EN 50470 bzw. EN 62053, und/oder einen geeichten Zähler handeln.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Multiplexsteuerung dazu ausgeführt ist, den Zähler anzuweisen, die innerhalb des ersten bzw. zweiten Zeitschlitzes gemessene Energie entsprechend dem ersten bzw. zweiten Register zuzuweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass im Ladesystem noch weitere Zähler vorgesehen sind, welche mit weiteren Ladepunkten verbunden werden können.
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Es kann vorgesehen sei, dass die Anzahl von Zeitschlitzen änderbar ist und insbesondere dynamisch ansteigen kann, insbesondere in Abhängigkeit von der Anzahl und dem Status der Energiespeicher.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Multiplexsteuerung dazu ausgeführt ist, dass wenn nur ein Energiespeicher mit einem Ladepunkt verbunden ist, keine Zuordnung von Zeitschlitzen durchzuführen.
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Insgesamt kann die Steuerung der Multiplexsteuerung als ein dynamisches Verfahren aufgefasst werden. Je mehr Energiespeicher mit einem Ladepunkt verbunden sind, desto mehr Zeitschlitze werden zugeordnet. Mit anderen Worten: kommen weitere Energiespeicher an das Ladesystem, kann vorgesehen sein, dass die laufende Steuerung der Multiplexsteuerung kurz unterbrochen wird, um neu mit weiteren Zeitschlitzen zu starten.
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Der Zähler kann derart ausgeführt sein, dass er derart viele Register vorsieht, wie Energiespeicher am Ladesystem mit dem Ladesystem verbunden sind. Die Menge an Registern kann fest sein und vor der Installation und/oder Inbetriebnahme in voraussichtlich ausreichender Menge vorgesehen sein oder dynamisch, insbesondere über Software, anpassbar sein.
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Unter der an die Energiespeicher abgebbare und/oder von den Energiespeichern aufnehmbare Energie soll diejenige Energie verstanden werden, die durch die Leitung bzw. induktiv übertragen wird. Es kann sein, dass ein Batteriemanagementsystem, welches auf der Seite des elektrischen Energiespeichers die Ladung des elektrischen Energiespeichers regelt, nicht die gesamte Energie, welche vom Ladesystem abgegeben wird, zur Ladung des elektrischen Energiespeichers verwendet. Die abgegebene Energie soll jedoch sämtliche vom Ladepunkt abfließenden und/oder zufließenden Energien umfassen.
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Im Sinne der Erfindung soll unter einem Zeitschlitz (englisch auch Timeslot genannt) ein Zeitraum verstanden werden, welcher eine, insbesondere feste, Länge aufweist, in der elektrische Energie über den jeweiligen Ladepunkt abgegeben werden kann. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Länge der Zeitschlitze, insbesondere in Abhängigkeit von der Anzahl der verbundenen elektrischen Energiespeicher und/oder deren Ladestatus, änderbar ist. Mit anderen Worten kann während des ersten Zeitschlitzes über den ersten Ladepunkt der erste elektrische Energiespeicher geladen werden und während des zweiten Zeitschlitzes über den zweiten Ladepunkt der zweite elektrische Energiespeicher geladen werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass weitere, zeitlich alternierende erste Zeitschlitze und zweite Zeitschlitze vorgesehen sind. Die ersten und zweiten Zeitschlitze können insbesondere so lange aufeinander folgen, bis sämtliche elektrischen Energiespeicher geladen sind, eine Ladevorgabe erreicht ist, oder die elektrischen Energiespeicher von einem Benutzer wieder vom Ladepunkt getrennt werden.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass noch weitere Ladepunkte und entsprechende weitere Zeitschlitze und Register vorgesehen sind.
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Gemäß der Erfindung sollen sich die Zeitschlitze nicht überschneiden, d. h. dass die jeweiligen Zeiträume der Zeitschlitze sich nicht überschneiden. Mit anderen Worten wird gemäß der Erfindung das Laden des ersten und zweiten elektrischen Energiespeichers Zeit gemultiplext. Das bedeutet, dass entweder der erste elektrische Energiespeicher oder der zweite elektrische Energiespeicher geladen wird. Es kann in Ergänzung vorgesehen sein, dass zumindest ein weiterer Zähler mit einem Register und einem Ladepunkt vorgesehen ist, welcher auch gleichzeitig mit dem ersten oder zweiten Zeitschlitz einen Ladevorgang durchführen kann.
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Durch den alternierenden Betrieb können die elektrischen Energiespeicher zwar nicht immer so schnell geladen werden, wie dies durch paralleles Laden möglich wäre. Das parallele Laden erfordert jedoch eine komplette weitere Ladeinfrastruktur. Diese sind in der Regel nicht vorhanden bzw. nicht wirtschaftlich betreibbar. Somit ergibt sich bei einer begrenzten Ladeinfrastruktur für die Benutzer der Vorteil, dass ausreichend Ladepunkte vorgesehen sein können, sodass jeder Benutzer seinen elektrischen Energiespeicher an einen Ladepunkt anschließen kann. Zwar wird der elektrische Energiespeicher möglicherweise nicht unmittelbar möglichst schnell geladen, jedoch ist dies für die meisten Benutzer unkritisch, da diese den elektrischen Energiespeicher oft für eine längere Zeit, beispielsweise während der Arbeit oder über Nacht, an dem Ladepunkt zurücklassen. Wäre jedoch kein Ladepunkt vorhanden, müssten die Benutzer so lange warten, bis ein Ladepunkt frei wird, um dann den elektrischen Energiespeicher laden zu können. Zur bestmöglichen Nutzung der Ladepunkte müssten die Benutzer dann bei geladenem elektrischen Energiespeicher zudem zum Ladepunkt zurückkehren und diesen freigeben, sodass dieser für andere Benutzer verfügbar wird.
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Unter einem Register soll im Sinne der Erfindung die erfasste elektrische Energiemenge verstanden werden, welche durch den Zähler kumuliert wird. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass pro Wechselstromphase und/oder Ladepunkt jeweils zumindest ein Register am Zähler vorgesehen ist. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass einzelne Wechselstromphasen bzw. Ladepunkte einzeln abgerechnet werden können. Ferner kann vorgesehen sein, dass für jeden Energiespeicher zumindest ein Register vorgesehen ist. Insbesondere kann für jeden Benutzer ein entsprechendes Register vorgesehen sein. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die übertragene Energie jedes einzelnen Energiespeichers einzeln abgerechnet werden kann.
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Unter der Erfassung der gemessenen Energie wird das Aufaddieren der gemessenen abgegebenen Energie verstanden. Dabei kann bei einem Wechsel des Benutzers eine Nullung der gemessenen Energie erfolgen bzw. nur diejenige Energie abgerechnet werden, welche der jeweilige Benutzer verbraucht hat.
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Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Ladesystem der Vorteil erreicht, dass bei einer begrenzten Ladeinfrastruktur mehr Benutzer gleichzeitig Zugriff auf diese haben und somit ihre elektrischen Energiespeicher laden können. Hierdurch ergibt sich neben einer Einsparung von Ressourcen gegenüber separaten Ladesystemen für jeweils einen Ladepunkt auch eine Verbesserung des Komforts der Benutzer, da diese nicht darauf warten müssen, dass Ladepunkte frei werden, sondern direkt ihren elektrischen Energiespeicher an ausreichend vorhandene Ladepunkte anschließen können, und nach einer gewissen Zeit einen geladenen elektrischen Energiespeicher vorfinden, ohne dass sie in der Zwischenzeit eingreifen müssten.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem vorgesehen sein, dass ein Umschalter vorgesehen ist, welcher dazu ausgeführt ist, den Zähler mit dem ersten Ladepunkt oder dem zweiten Ladepunkt zu verbinden, wobei insbesondere der Umschalter als Relais und/oder Schütz und/oder Halbleiterschalter ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die dazu geeignet ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem Zähler und einem der Ladepunkte herzustellen. Der Umschalter bietet den Vorteil, dass ein Wechsel zwischen den Ladepunkten einfach möglich ist, ohne in die Schaltung eingreifen zu müssen. Wenn der Umschalter als Relais ausgeführt ist, kann dadurch der Vorteil erreicht werden, dass nur ein geringer Kontaktübergangswiderstand bei gleichzeitig geringer Kapazität der Schaltstrecke besteht. Ferner weisen Relais in der Regel eine hohe Überlastbarkeit und einem hohen Isolationswiderstand auf. Ist der Umschalter als Schütz ausgeführt, können auch große Schaltleistungen sicher getrennt werden. Ein Halbleiterschalter als Umschalter bietet den Vorteil, dass diese wesentlich schneller im Vergleich zu mechanischen Relais oder einem Schütz schalten können und darüber hinaus im Wesentlichen verschleißfrei arbeiten.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem vorgesehen sein, dass der erste Ladepunkt dazu ausgeführt ist, den ersten elektrischen Energiespeicher mit Dreiphasenwechselstrom zu laden und insbesondere der zweite Ladepunkt oder ein weiterer Ladepunkt dazu ausgeführt ist, den zweiten Energiespeicher oder einen weiteren Energiespeicher mit Einphasenwechselstrom zu laden. Mit anderen Worten können sich die Ladepunkte in Bezug auf die Aufteilung der abgegebenen Phasen unterscheiden. Dreiphasenwechselstrom, auf Drehstrom oder umgangssprachlich Starkstrom genannt, kann dazu genutzt werden, große Energiemengen in kurzer Zeit zu übertragen. Dies kann insbesondere vorteilhaft für das Laden von elektrischen Energiespeicher mit einer hohen Kapazität, wie beispielsweise Elektrofahrzeugen, genutzt werden. Einphasenwechselstrom, bzw. auch Wechselstrom genannt, weist lediglich eine (Spannungs-) Phase auf, sodass gegenüber dem Dreiphasenwechselstrom etwas weniger Energie transportiert werden kann. Einphasenwechselstrom eignet sich beispielsweise zum Laden von Energiespeichern mit relativ geringer Kapazität, beispielsweise Elektro-Kleinstfahrzeugen, mobilen Endgeräten oder mobilen Computern. Durch die Kombination der unterschiedlichen Wechselströme auf den Ladepunkten ist das Ladesystem besonders flexibel einsetzbar.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass der erste Ladepunkt und/oder der zweite Ladepunkt mehrere Verbindungsports sowie einen Schalter aufweist, wobei der Schalter dazu ausgeführt ist, einen der mehreren Verbindungsports mit dem Zähler zu verbinden. Mit anderen Worten kann jeder Ladepunkt mehrere Verbindungsports haben, welche durch den Schalter mit dem Zähler verbindbar sind. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass mehr Verbindungsmöglichkeiten bei ansonsten gleichbleibendem Ressourcenverbrauch ermöglicht werden.
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Unter einem Verbindungsport soll jedwede Vorrichtung verstanden werden, welche dazu geeignet ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Ladepunkt bzw. dem Zähler herzustellen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Verbindungsport als, insbesondere standardisierter, Stecker oder Buchse ausgeführt ist. Verbindungsports stellen für Benutzer eine einfache Möglichkeit dar, ihre elektrischen Energiespeicher mit dem Ladesystem zu verbinden. Insbesondere standardisierter Buchsen und/oder Stecker können von Benutzern einfach verwendet werden, ohne dass hierzu spezielle Kenntnisse erforderlich wären.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass zumindest einer der mehreren Verbindungsports als ein Dreiphasenwechselstromport und/oder zumindest ein weiterer der mehreren Verbindungsports als ein Einphasenwechselstromport ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass zumindest je ein spezieller Port für Dreiphasenwechselstrom und/oder ein spezieller Port für Einphasenwechselstrom vorgesehen ist. Die Ports können jeweils, insbesondere als standardisierte, Stecker und/oder Buchsen ausgeführt sein. Hierdurch wird die Verwendung für die Benutzer vereinfacht. Als Einphasenwechselstromport kann eine Schutzkontaktbuchse (z. B. Stecker-Typ F) oder Typ-C-Buchse (Eurostecker) vorgesehen sein. Ferner kann auch ein USB-Port, insbesondere nach USB-C Standard, vorgesehen sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Ladesystem einen Wandler aufweist, der dazu ausgeführt ist, eine Wechselspannung, insbesondere 220V (bzw. 230V), in eine USB-Gleichspannung zu wandeln. Dies bietet den Vorteil, dass für die Abrechnung die Energieübertragung auf der Wechselspannungsphase nutzbar ist.
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Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem denkbar, dass je einem Dreiphasenwechselstromport drei Einphasenwechselstromports vorgesehen sind, wobei jede Phase des Dreiphasenwechselstromports einer Phase der drei Einphasenwechselstromports entspricht. Mit anderen Worten kommen auf jeden Dreiphasenwechselstromport drei Einphasenwechselstromports. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass die drei Phasen des Dreiphasenwechselstroms einzeln auf die Einphasenwechselstromports gelegt werden können. Eine derartige Anordnung spart somit besonders viele Ressourcen. Zudem kann ein derart ausgeführtes Ladesystem besonders flexibel sowohl zur Ladung von größeren elektrischen Energiespeichern als auch zur Ladung von elektrischen Energiespeichern mit kleineren Kapazitäten verwendet werden.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein Zeitgeber vorgesehen ist, welcher dazu ausgeführt ist, einen Zeitpunkt festzulegen, an dem der zumindest eine erste Zeitschlitz endet und der zumindest eine zweite Zeitschlitz beginnt, wobei insbesondere der Zeitgeber dazu ausgeführt ist, ein externes Zeitsignal zu empfangen und/oder einen Nulldurchgang einer Spannung als Zeitsignal zu verwenden. Mit anderen Worten kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die dazu geeignet ist, einen Zeitpunkt festzulegen, bei dem ein Übergang vom ersten Zeitschlitz zum zweiten Zeitschlitz erfolgt. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die Zeitschlitze in ihrer zeitlichen Abfolge innerhalb des Systems festgelegt und die Ladeabfolge sicher gewährleistet werden kann.
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Bei einer Nutzung eines Nulldurchgangs einer Spannung als Zeitsignal ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Nulldurchgang der Zeitpunkt genau erfassbar ist, sodass der Zeitgeber die Abfolge der Zeitschlitze besonders gut festlegen kann. Wird ein externes Zeitsignal, insbesondere eine gesetzliche Zeit (in Deutschland durch die physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) vorgegeben) als Zeitsignal verwendet, ergibt sich der Vorteil, dass diese exakt vorgegeben ist und daher eine genaue Abfolge der Zeitschlitze gemäß dieser gesetzlichen Zeit erfolgen kann.
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Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem denkbar, dass der Zähler räumlich getrennt von dem ersten Ladepunkt und/oder dem zweiten Ladepunkt angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Ladepunkte nicht am selben Ort wie der Zähler vorgesehen sein müssen. Hierdurch wird eine größere Flexibilität in Bezug auf die Zugänglichkeit der Ladepunkte erreicht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Zähler zentral auf einem Grundstück, insbesondere einem Parkplatz, angeordnet ist, und die einzelnen Ladepunkte an den jeweiligen Stellplätzen, insbesondere an Ladesäulen, verteilt sind. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine große Fläche mit Ladepunkten versorgt werden kann, und der Aufwand für die Verbindung der Ladepunkte mit dem Zähler verhältnismäßig gering bleibt.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem vorgesehen sein, dass eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist, welche dazu ausgeführt ist, eine Ladeinformation des ersten elektrischen Energiespeichers und/oder des zweiten elektrischen Energiespeichers zu empfangen und/oder eine Benutzereingabe, insbesondere über ein mobiles Endgerät, eines Benutzers und/oder eine Netzinformation eines Niederspannungsnetzes und/oder Hochspannungsnetzes zu empfangen. Es kann also eine Vorrichtung vorgesehen sein, die dazu geeignet ist, eine Kommunikation durchzuführen, durch die Informationen über den Ladezustand der elektrischen Energiespeicher und/oder über einen Benutzerwunsch und/oder einen Zustand des Nieder- bzw. Hochspannungsnetzes eingeholt werden können. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass mit den entsprechenden Informationen der Betrieb des Ladesystems an die Informationen angepasst werden kann.
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Wünscht beispielsweise ein Benutzer die Ladung eines elektrischen Energiespeichers am zweiten Ladepunkt, kann entsprechend der zweite Ladepunkt aktiviert werden.
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Die Erfassung der Ladeinformation bietet den Vorteil, dass beispielsweise die elektrischen Energiespeicher, welche sich in einem kritischen niedrigen Ladezustand befinden, zuerst bzw. priorisiert geladen werden können. Hierdurch kann vermieden werden, dass Schäden an elektrischen Energiespeichern entstehen, welche sich durch einen besonders niedrigen Lagerstatus ergeben können.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass über einer vorbestimmten Schwelle der Ladekapazität eines ersten elektrischen Energiespeichers, insbesondere 80 %, zunächst andere elektrische Energiespeicher geladen werden, bevor der erste/zweite elektrische Energiespeicher weiter geladen wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass zunächst sämtliche Benutzer einen relativ hohen Speicherstatus erreichen können, bevor die letzten, insbesondere 20 %, der elektrischen Energiespeicherkapazität geladen werden. Da insbesondere ein komplettes Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in der Regel auch unerwünschte Effekte hat, wird hierdurch eine besonders effiziente Nutzung der vorhandenen Ressourcen ermöglicht.
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Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem denkbar, dass ein Benutzerinterface vorgesehen ist, welches dazu ausgeführt ist, eine Eingabe eines Benutzers, insbesondere eine Auswahl eines Ladepunktes, zu empfangen. Mit anderen Worten kann eine Eingabe/Ausgabe Schnittstelle vorgesehen sein, die dazu geeignet ist, Eingaben eines Benutzers aufzunehmen und/oder den Benutzer Informationen, insbesondere über den Status des Ladesystems und/oder der elektrischen Energiespeicher, anzuzeigen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die Verwendung des Ladesystems für den Benutzer weiter vereinfacht wird. Darüber hinaus kann durch die Erfassung von Benutzerwünschen gegebenenfalls eine effizientere Steuerung des Ladeprozesses erfolgen. Gibt beispielsweise ein Benutzer an, wie lange der elektrische Energiespeicher am Ladesystem verbleiben soll, kann eine Priorisierung aller an das an Ladesystem angeschlossenen elektrischer Energiespeicher vorgenommen werden.
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Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem denkbar, dass ein Smart Meter Gateway vorgesehen ist, mit dem der Zähler über ein Lokales Metrologisches Netzwerk (LMN) verbunden ist. Ein Smart Meter Gateway (SMGW) ist die zentrale Kommunikationseinheit eines intelligenten Messsystems, welches nach den Vorgaben des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) entwickelt wurde. Ein Smart Meter Gateway ist dazu geeignet, eine sichere Datenübertragung im intelligenten Messsystem durchzuführen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass Messwerte des Zählers und/oder weiterer Zähler übertragen und einer zentralen Stelle, insbesondere einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung, weiterverarbeitet werden können. Hierdurch lassen sich weitere Ressourcen sparen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Zähler als elektronischer Zähler (teilweise auch intelligenter Zähler genannt) ausgeführt ist. Solche elektronischen bzw. intelligenten Zähler eignen sich zur Einbindung in lokale metrologische Netzwerke, die mit einem Smart Meter Gateway verbindbar sind. Es kann vorgesehen sein, dass das Smart Meter Gateway über ein Weitverkehrsnetz (WAN) mit einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung, welche insbesondere für die Abrechnung zuständig ist, verbunden ist. Ebenfalls kann das Ladesystem eine Controllable-Local-System-Schnittstelle (CLS-Schnittstelle) am Smart Meter aufweisen, welches dazu ausgeführt ist, das Gateway mit dem Backend eines Netzbetreibers, insbesondere des Charge Point Operators (CPO) und/oder Anschlussnetzbetreibers (ANB) und/oder Verteilnetzbetreiber (VNB) zu verbinden und/oder zu steuern. Es kann vorgesehen sein, dass der CPO (Charge-Point-Operator) Marktmechanismen zur Anwendung bringen und die Ladesystemsteuerung entsprechend anpassen kann. Über das Backend des Netzbetreibers kann die Ladesystemsteuerung gemäß netzdienlichen Aspekte angesteuert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum simultanen Laden von elektrischen Energiespeichern und Messen von Energie, insbesondere durch ein Ladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
- - Verbinden eines ersten Ladepunktes mit einem ersten elektrischen Energiespeicher,
- - Verbinden eines zweiten Ladepunktes mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher,
- - Messen einer Energie, welche über den ersten Ladepunkt und/oder den zweiten Ladepunkt an die Energiespeicher abgegeben wird, durch einen Zähler,
- - Zuweisen zumindest eines ersten Zeitschlitzes zum ersten Ladepunkt und Zuweisen zumindest eines zweiten Zeitschlitzes zu dem zweiten Ladepunkt durch eine Multiplexsteuerung, wobei sich der zumindest erste Zeitschlitz und der zumindest zweite Zeitschlitz zeitlich nicht überschneiden und während des zumindest ersten Zeitschlitzes der erste elektrische Energiespeicher und während des zumindest zweiten Zeitschlitzes der zweite Energiespeicher geladen wird,
wobei der Zähler ein erstes Register und ein zweites Register aufweist, und das erste Register die im zumindest einen ersten Zeitschlitz gemessene Energie erfasst, und das zweite Register die im zumindest einen zweiten Zeitschlitz gemessene Energie erfasst, vorgesehen.
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Es kann vorgesehen sein, dass weitere elektrische Energiespeicher und weitere Ladepunktepunkte vorgesehen sind. Dementsprechend können dann weitere Zeitschlitze und weitere Register vorgesehen sein. Mit anderen Worten sind die Ausdrücke erster sowie zweiter so zu verstehen, dass gemäß der Erfindung auch beliebig viele weitere entsprechende Entitäten vorsehbar sind.
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Die Verfahrensschritte können dabei zumindest teilweise gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ablaufen, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht auf die durch die Nummerierung definierte Reihenfolge begrenzt ist, sodass einzelne Schritte in unterschiedlicher Reihenfolge durchführbar sind.
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Das Verfahren kann auch als computerimplementiertes, insbesondere computer- und/oder KI-optimiertes, Verfahren ausgebildet sein.
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Das Verbinden des ersten und oder zweiten Ladepunktes kann durch einen Benutzer manuell, beispielsweise durch das Einstecken eines Steckers in eine Buchse (und umgekehrt) und/oder durch ein in die Nähe bringen eines elektrischen Energiespeichers an einen Ladepunkt erfolgen, falls die Ladung induktiv erfolgt.
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Somit bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Ladesystem beschrieben worden sind.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher während weiteren, zeitlich alternierenden ersten Zeitschlitzen und zweiten Zeitschlitzen geladen werden. Mit anderen Worten kann das Laden wiederholt erfolgen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine gleichmäßigere Aufladung über die Ladedauer der einzelnen elektrischen Energiespeicher erfolgen kann. Hierdurch wird der Komfort für die Benutzer erhöht, da diese nicht bis auf den Abschluss eines Ladevorgangs eines einzelnen elektrischen Energiespeichers warten müssen, bis ihr eigener elektrische Energiespeicher geladen wird, sondern zumindest eine teilweise Aufladung des eigenen elektrischen Energiespeichers erfolgt.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass ein Umschalten zwischen einem Laden des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers periodisch erfolgt, wobei insbesondere das Umschalten bei einem Nulldurchgang zumindest einer Phase der Spannung erfolgt und/oder das Umschalten zu einem Zeitpunkt erfolgt, der von einem externen Zeitgeber festgelegt ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Umschalten zwischen den Aufladevorgängen der einzelnen elektrischen Energiespeicher nach einer, insbesondere festen, Periodendauer erfolgt. Das periodische Aufladen bietet den Vorteil, dass die Ladevorgänge messtechnisch leichter erfassbar sind, sodass die gemessenen Energieströme leichter den entsprechenden Registern zuzuordnen und damit abrechenbar sind. Die Ausnutzung eines Nulldurchgangs einer Phase der Spannung bietet den Vorteil, dass der Nulldurchgang besonders gut erfasst werden kann, und somit eine genaue Festlegung des Umschaltpunktes und somit eine besonders genaue Zählung bzw. Abrechnung ermöglicht. Die Ausnutzung einer extern vorgegebenen Zeit, insbesondere einer gesetzlichen Zeit (in Deutschland durch die physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) vorgegeben) bietet den Vorteil, dass eine exakte Umschaltung anhand dieser Zeit ermöglicht wird, sodass ebenfalls eine besonders genaue Zählung bzw. Abrechnung erfolgen kann.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass ferner eine Priorisierung der Ladepunkte vorgesehen ist, welche für einen Ladezustand der elektrischen Energiespeicher und/oder einen Zustand eines Hochspannungsnetzes und/oder eines Niederspannungsnetzes spezifisch ist. Mit anderen Worten erfolgt die Ladung der einzelnen elektrischen Energiespeicher nicht zwangsläufig gleichförmig.
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Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass der Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers besonders niedrig (kritisch) oder nahezu vollständig aufgeladen ist, kann dieser elektrische Energiespeicher entsprechend priorisiert (bei kritisch niedrigem Zustand) oder nachgelagert (bei nahezu vollständiger Aufladung) geladen werden.
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Wird festgestellt, dass das Niederspannungsnetz und oder das Hochspannungsnetz hoch belastet, insbesondere vollständig ausgelastet ist, können bevorzugt elektrische Energiespeicher geladen werden, welche mit einer geringen Leistung aufladbar sind. Hierdurch wird die Belastung des Netzes reduziert. Umgekehrt kann vorgesehen sein, dass bei einer nur geringen Auslastung des Hochspannungsnetzes oder des Niederspannungsnetzes bevorzugt elektrische Energiespeicher geladen werden, welche mit einer hohen Leistung aufladbar sind. Hierdurch werden Phasen mit niedriger Netzauslastung genutzt, die Last auf das Netz über die Zeit gleichmäßiger zu verteilen.
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Allgemein kann vorgesehen sein, dass eine Priorisierung der Ladung von elektrischen Energiespeichern entsprechend der Netzauslastung eines Hochspannungs- und/oder Niederspannungsnetzes erfolgt.
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Ferner kann gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ein Computerprogrammprodukt für ein Ladesystem zum simultanen Laden von elektrischen Energiespeichern und Messen von Energie vorgesehen sein, wobei dass das Programm einen Algorithmus aufweist, der von einer Elektronikeinheit und/oder einer Multiplexsteuerung des Ladesystems abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das erfindungsgemäße Verfahren implementiert.
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Somit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Ladesystem beschrieben worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1: eine vereinfachte Übersicht eines erfindungsgemäßen Ladungssystems,
- 2: eine Darstellung der zeitlichen Anordnung der Zeitschlitze sowie einem exemplarischen Spannungsverlauf an einem Ladepunkt, und
- 3: eine Darstellung der elektrischen Verbindung zwischen einem Ladepunkt und elektrischen Energiespeichern.
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In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt ein Ladesystem 100 zum simultanen Laden von elektrischen Energiespeichern 201, 202 und Messen von Energie. Dabei weist das Ladesystem 100 einen ersten Ladepunkt 110, welcher dazu ausgeführt ist mit einem ersten elektrischen Energiespeicher 201 verbunden zu werden, sowie einen zweiten Ladepunkt 120, welcher dazu ausgeführt ist mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher 202 verbunden zu werden, auf. Der besseren Übersicht halber nicht gezeigt, aber ebenfalls im Rahmen der Erfindung denkbar ist auch, dass weitere Ladepunkte und weitere Energiespeicher vorgesehen sein können.
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Ebenfalls Teil des Ladesystems 100 ist ein Zähler 130, welcher dazu ausgeführt ist, eine Energie zu messen, welche über den ersten Ladepunkt 110 und/oder den zweiten Ladepunkt 120 an die Energiespeicher 201, 202 abgebbar ist.
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Ferner weist das Ladesystem 100 eine Multiplexsteuerung 140, welche dazu ausgeführt ist dem ersten Ladepunkt 110 zumindest einen ersten Zeitschlitz 510 und dem zweiten Ladepunkt 120 zumindest einen zweiten Zeitschlitz 520 zuzuweisen, auf (die Zeitschlitze 510, 520 werden im Zusammenhang mit der 2 noch näher erläutert und dargestellt). Der zumindest eine erste Zeitschlitz 510 und der zumindest eine zweite Zeitschlitz 520 überschneiden sich zeitlich nicht. Während des zumindest einen ersten Zeitschlitzes 510 ist der erste elektrische Energiespeicher 201 und während des zumindest einen zweiten Zeitschlitzes 520 der zweite Energiespeicher 202 ladbar.
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Der Zähler 130 weist ein erstes Register 131 und ein zweites Register 132 auf (die Register 131, 132 werden im Zusammenhang mit der 2 noch näher erläutert und dargestellt), und das erste Register 131 erfasst die im zumindest einen ersten Zeitschlitz 510 gemessene Energie und das zweite Register 132 erfasst die im zumindest einen zweiten Zeitschlitz 520 gemessene Energie.
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Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Ladesystem 100 der Vorteil erreicht, dass bei einer begrenzten Ladeinfrastruktur mehr Benutzer gleichzeitig Zugriff auf diese haben und somit ihre elektrischen Energiespeicher 201, 202 laden können. Hierdurch ergibt sich neben einer Einsparung von Ressourcen gegenüber separaten Ladesystemen für jeweils einen Ladepunkt 110, 120 auch eine Verbesserung des Komforts der Benutzer. Diese müssen so nicht darauf warten, dass Ladepunkte 110, 120 frei werden, sondern können direkt ihren elektrischen Energiespeicher 201, 202 an ausreichend vorhandene Ladepunkte 110, 120 anschließen und nach einer gewissen Zeit einen geladenen elektrischen Energiespeicher 201, 202 vorfinden, ohne dass sie in der Zwischenzeit eingreifen müssten.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, kann das Ladesystem 100 mit einem Niederspannungsnetz 20 verbunden sein, welches wiederum von einem Hochspannungsnetz 10 gespeist wird. Durch das Ladesystem 100 ladbare elektrische Energiespeicher 201, 202 können neben dem ersten elektrischen Energiespeicher 201 und dem zweiten elektrischen Energiespeicher 202 insbesondere elektrische Fahrzeuge in Form von Elektrokraftfahrzeugen 210 sowie Elektro-Kleinstfahrzeugen 220 sein.
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Neben den elektrischen Verbindungen mit dem Niederspannungsnetz 20 und den elektrischen Energiespeichern 201, 202 kann das Ladesystem 100 ferner Datenverbindungen mit einer Cloud 30 und oder einem mobilen Endgerät 230, insbesondere einem Smartphone, eines Benutzers aufweisen. Über die Datenverbindungen können insbesondere über eine Kommunikationsschnittstelle 160 Informationen über den Zustand des Hochspannungsnetzes 10, des Niederspannungsnetzes 20 und/oder den Ladezustand der elektrischen Energiespeicher 201, 202 und/oder Wünsche des Benutzers erfasst werden.
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Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass eine Kommunikationsschnittstelle 160 vorgesehen ist, welche dazu ausgeführt ist, eine Ladeinformation des ersten elektrischen Energiespeichers 201 und/oder des zweiten elektrischen Energiespeichers 202 zu empfangen und/oder eine Benutzereingabe, insbesondere über ein mobiles Endgerät 230, eines Benutzers und/oder eine Netzinformation eines Niederspannungsnetzes 20 und/oder Hochspannungsnetzes 10 zu empfangen.
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Ferner kann ein Benutzerinterface 170 vorgesehen sein, welches dazu ausgeführt ist, eine Eingabe eines Benutzers, insbesondere eine Auswahl eines Ladepunktes 110, 120, zu empfangen.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Smart Meter Gateway vorgesehen ist, mit dem der Zähler 130 über ein Lokales Metrologisches Netzwerk verbunden ist. Ein Smart Meter Gateway ist dazu geeignet, eine sichere Datenübertragung im intelligenten Messsystem durchzuführen. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass Messwerte des Zählers 130 und/oder weiterer Zähler übertragen und einer zentralen Stelle, insbesondere einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung, weiterverarbeitet werden können. Hierdurch lassen sich weitere Ressourcen sparen. Es kann vorgesehen sein, dass der Zähler 130 als elektronischer Zähler 130 (teilweise auch intelligenter Zähler 130 genannt) ausgeführt ist. Solche elektronischen bzw. intelligenten Zähler 130 eignen sich zur Einbindung in lokale metrologische Netzwerke, die mit einem Smart Meter Gateway verbindbar sind.
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Wie in der 1 dargestellt ist, kann ein Umschalter 150 vorgesehen sein, welcher dazu ausgeführt ist, den Zähler 130 mit dem ersten Ladepunkt 110 oder dem zweiten Ladepunkt 120 zu verbinden, wobei insbesondere der Umschalter 150 als Relais und/oder Schütz und/oder Halbleiterschalter ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann mithilfe des Umschalters 150 zwischen den verschiedenen Ladepunkten 110,120 geschaltet werden. Wenn noch weitere Ladepunkte vorgesehen sind, so kann der Umschalter 150 entsprechend ausgeführt sein, auch diese weiteren Ladepunkte zu schalten.
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Ferner kann der erste Ladepunkt 110 und/oder der zweite Ladepunkt 120 mehrere Verbindungsports 180 (hier nicht dargestellt) sowie einen Schalter 151 aufweisen, wobei der Schalter 151 dazu ausgeführt ist, einen der mehreren Verbindungsports 180 mit dem Zähler 130 zu verbinden. In der hier dargestellten 1 ist lediglich zu sehen, dass der Schalter 151 dazu ausgeführt ist, unterschiedliche elektrische Energiespeicher 201, 202 in Form von Elektrokraftfahrzeugen 210 und Elektro-Kleinstfahrzeugen 220 mit dem ersten Ladepunkt 110 zu verbinden. Zwischen dem jeweiligen elektrischen Energiespeicher 201, 202, 210, 220 ist entsprechend ein Verbindungsport 180 vorgesehen, wie in der 3 dargestellt ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Schalter 151 als Verriegelung ausgeführt ist, so dass bei der Nutzung eines Verbindungsports 180 die weiteren Verbindungsports 180 nicht genutzt werden können.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Schalter 151 mit der Multiplexsteuerung 140 in Verbindung steht und Zeitschlitze und Register mit den hinter dem Schalter 151 liegenden Verbindungsports 180 verknüpft. Mit anderen Worten kann ein Sub-Multiplex Zweig vorgesehen sein. Dieser sub-Multiplexzweig kann an einen Haupt-Multiplexzweig angeschlossen sein und über die Ladepunkte 110, 120 (In 1 der erste Ladepunkt 110) adressierten bzw. angeschalteten Schalter 151 weiter unterteilen. Mit anderen Worten teilt der Schalter 151 einen zugewiesenen Zeitschlitz weiter in Zeitschlitze ein bzw. auf.
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Es ist ebenfalls möglich, dass wenn der Schalter 151 als eine Verriegelung ausgeführt ist, anstelle des Schalters 151 auch ein Umschalter 150 in Verbindung mit der Multiplexsteuerung 140 sub-Zeitschlitze unterhalb eines Zeitschlitzes, der einem der Ladepunkte 110, 120 (In 1 der erste Ladepunkt 110) zugewiesen ist, aufmachen.
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Der erste Ladepunkt 110 kann dazu ausgeführt sein, den ersten elektrischen Energiespeicher 201 mit Dreiphasenwechselstrom zu laden. Dies ist in der 1 durch das Piktogramm eines Diagramms mit sich überlappenden Spannungsverläufen dargestellt.
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Insbesondere kann ferner der zweite Ladepunkt 120 oder ein weiterer Ladepunkt dazu ausgeführt sein, den zweiten Energiespeicher 202 oder einen weiteren Energiespeicher mit Einphasenwechselstrom zu laden. Dies ist in der 1 durch ein Diagramm mit einem einzelnen Spannungsverlauf dargestellt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Zähler 130 räumlich getrennt von dem ersten Ladepunkt 110 und/oder dem zweiten Ladepunkt 120 angeordnet ist. Hierdurch wird eine größere Flexibilität in Bezug auf die Zugänglichkeit der Ladepunkte 110, 120 erreicht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Zähler 130 zentral auf einem Grundstück, insbesondere einem Parkplatz, angeordnet ist, und die einzelnen Ladepunkte 110, 120 an den jeweiligen Stellplätzen, insbesondere an Ladesäulen, verteilt sind. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine große Fläche mit Ladepunkten 110, 120 versorgt werden kann, und der Aufwand für die Verbindung der Ladepunkte 110, 120 mit dem Zähler 130 verhältnismäßig gering bleibt.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Zeitgeber (nicht bildlich dargestellt) vorgesehen ist, welcher dazu ausgeführt ist, einen Zeitpunkt festzulegen, an dem der zumindest eine erste Zeitschlitz 510 endet und der zumindest eine zweite Zeitschlitz 520 beginnt, wobei insbesondere der Zeitgeber dazu ausgeführt ist, ein externes Zeitsignal zu empfangen und/oder einen Nulldurchgang einer Spannung als Zeitsignal zu verwenden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das durch den Nulldurchgang einer Spannung erzeugte Zeitsignal, mit der gesetzlichen Zeit synchronisiert wird.
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Bezugnehmend zur 2 wird nun die zeitliche Abfolge der Zeitschlitze 510, 520 bzw. weiterer Zeitschlitze 530 beschrieben. Dargestellt in der 2 ist ein Diagramm, auf dem sowohl die Zeitschlitze 510, 520, 530 als auch ein Spannungsverlauf, welcher sich durch eine Messung auf einem der Ladeports 110, 120 ergeben könnte.
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Insgesamt kann für jeden Zeitschlitz ein Register bzw. ein Register-Tripel (für jede Phase ein Register) vorgesehen sein, wobei zu jedem Register ein Zeitschlitz gehört und mit diesem synchronisiert ist. Hierdurch wird eine verursachergenaue bzw. letztverbrauchergenaue Abrechnung ermöglicht.
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Wie in 2 deutlich wird, überschneiden sich die Zeitschlitze 510, 520 zeitlich nicht. Vielmehr folgt auf jeden zumindest einen ersten Zeitschlitz 510 jeweils zumindest ein zweiter Zeitschlitz 520 und jeweils umgekehrt. Es kann vorgesehen sein, dass weiterer Zeitschlitze 530 vorgesehen sind, welche sich entsprechend in dargestellte Zeitschlitzschemata einordnen.
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Sind innerhalb des Ladesystems 100 mehrere Zähler 130 vorgesehen, kann ebenfalls vorgesehen sein, dass sich Zeitschlitze 510, 520, 530 doch überschneiden, wenn diese unterschiedlichen Zählern 130 zugeordnet sind.
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Wenn ein Zeitschlitz 510, 520, 530 aktiv ist, wird in dieser Zeit der entsprechende Ladepunkt 110, 120 mit dem Zähler 130 und einem elektrischen Energiespeicher 201, 202 verbunden, sodass der elektrische Energiespeicher 201, 202 geladen werden kann. Dementsprechend wird auch die an den elektrischen Energiespeicher 201, 202 abgegebene Energie gemessen und dem entsprechenden ersten Register 131, zweiten Register 132 oder einem weiteren Register 133 zugeteilt. Dementsprechend kumulieren sich im Verlaufe der Ladung der einzelnen Energiespeicher 201, 202 innerhalb der entsprechenden Register 131, 132 die entnommenen Energiemengen auf.
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Mit anderen Worten weist der Zähler 130 ein erstes Register 131 und ein zweites Register 132 auf, und das erste Register 131 erfasst die im zumindest einen ersten Zeitschlitz 510 gemessene Energie, und das zweite Register 132 erfasst die im zumindest einen zweiten Zeitschlitz 520 gemessene Energie.
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Wie in der 2 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass der erste elektrische Energiespeicher 201 und der zweite elektrische Energiespeicher 202 während weiteren, zeitlich alternierenden ersten Zeitschlitzen 510 und zweiten Zeitschlitzen 520 geladen werden.
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Ein Umschalten zwischen einem Laden des ersten elektrischen Energiespeichers 201 und des zweiten elektrischen Energiespeichers 202 kann periodisch erfolgen, wobei insbesondere das Umschalten, bei einem Nulldurchgang zumindest einer Phase der Spannung erfolgt und/oder das Umschalten zu einem Zeitpunkt erfolgt, der von einem externen Zeitgeber festgelegt ist. In der 2 ist in dem obersten der drei Spannungsverlaufsgraphen die erste Variante dargestellt, bei dem der Nulldurchgang der ersten Periode als Übergang zwischen dem ersten Zeitschlitz 510 und dem zweiten Zeitschlitz 520 genutzt wird. Es kann jedoch ebenfalls alternativ oder in Ergänzung vorgesehen sein, dass ein Vielfaches der Periodendauer für den Übergang zwischen den beiden Zeitschlitzen 510, 520 verwendet wird (entsprechend der unteren Spannungsverlaufsgraphen).
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Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist ein Verfahren zum simultanen Laden von elektrischen Energiespeichern 201, 202 und Messen von Energie vorgesehen, insbesondere durch ein erfindungsgemäßes Ladesystem 100. Das Verfahren umfasst ein Verbinden des ersten Ladepunktes 110 mit dem ersten elektrischen Energiespeicher 201 sowie ein Verbinden des zweiten Ladepunktes 120 mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher 202.
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Ebenfalls Teil des Verfahrens ist ein Messen derjenigen Energie, die über den ersten Ladepunkt 110 und/oder den zweiten Ladepunkt 120 an die Energiespeicher 201, 202 abgegeben wird, durch den Zähler 130.
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Dabei wird zumindest der erste Zeitschlitz 510 dem ersten Ladepunkt 110 zugewiesen und zumindest der zweite Zeitschlitzes 520 dem zweiten Ladepunkt 120 zugewiesen, was insbesondere durch die Multiplexsteuerung 140 erfolgen kann. Wie der 2 zu entnehmen ist, können auch weitere Zeitschlitze 530 vorgesehen sein.
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Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass eine Priorisierung der Ladepunkte 110, 120 vorgesehen ist, welche für einen Ladezustand der elektrischen Energiespeicher 201, 202 und/oder einen Zustand eines Hochspannungsnetzes 10 und/oder eines Niederspannungsnetzes 20 spezifisch ist.
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Bezugnehmend auf die 3 werden nun die verschiedenen Varianten der Verbindungsports 180 bzw. des Umschalters 150 und des Schalters 151 vorgestellt.
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Es kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der mehreren Verbindungsports 180 als ein Dreiphasenwechselstromport 181 und zumindest ein weiterer der mehreren Verbindungsports 180 als ein Einphasenwechselstromport 182 ausgeführt ist. Dreiphasenwechselstromports 181 eignen sich insbesondere für elektrische Energiespeicher 201, 202, welche eine hohe Leistungsaufnahme haben, wie beispielsweise bei Elektroautos 210.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass je einem Dreiphasenwechselstromport 181 drei Einphasenwechselstromports 182 vorgesehen sind, wobei jede Phase des Dreiphasenwechselstromports 181 einer Phase der drei Einphasenwechselstromports 182 entspricht.
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Die 3 zeigt ein Beispiel, in dem von einem Niederspannungsnetz 20 über drei Leitungen drei Phasen zu einem Zähler 130 (links) ausgehen, welcher im vorliegenden Beispiel insgesamt sechs Register 131 bis 136 aufweist. Die ersten drei Register 131, 132 und 133 sind einem als ein Dreiphasenwechselstromport 181 ausgebildeten Verbindungsport 180 des ersten Ladepunkts 110 zugeordnet und die zweiten drei Register 134, 135 und 136 einem weiteren als ein Dreiphasenwechselstromport 181 ausgebildeten Verbindungsport 180 des zweiten Ladepunkts 120. Der Umschalter 150 ermöglicht es nun, zwischen den beiden Dreiphasenwechselstromports 181 entsprechend der Zeitschlitze (hier nicht dargestellt) zu wechseln. Es kann dabei vorgesehen sein, dass während der ersten Zeitschlitze 510 der links dargestellte Dreiphasenwechselstromport 181 und während der zweiten Zeitschlitze 520 der rechts dargestellte Dreiphasenwechselstromport 181 mit Spannung beaufschlagt und ein daran angeschlossener elektrischer Energiespeicher 201, 202 (hier nicht dargestellt) geladen werden kann.
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Alternativ oder in Ergänzung kann ferner ein Schalter 151 vorgesehen sein. Dieser ist in einer Variante, welche unabhängig von dem Umschalter 150 eingesetzt werden kann, rechts in der 3 dargestellt. Während der erste Ladeport 110 im rechten Teil der Zeichnung lediglich einen Verbindungsport 180 in Form eines Dreiphasenwechselstromports 181 aufweist, hat der zweite Ladeport 120 insgesamt drei Verbindungsports 180 in Form von Einphasenwechselstromports 182. Durch den Schalter 151 kann nun einer oder mehrere der Einphasenwechselstromports 182 mit dem Zähler 130 verbunden werden, wobei für jeden der Einphasenwechselstromports 182 ein entsprechendes Register 134, 135 und 136 vorhanden ist. Für den Dreiphasenwechselstromport 181 können ebenfalls wie dargestellt drei Register 131, 132 und 133 oder lediglich ein Register vorgesehen sein.
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Der Schalter 151 kann gemäß einer Benutzereingabe, welche insbesondere über ein Benutzerinterface 170 und/oder über eine Datenverbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle 160 und einem mobilen Endgerät 230 vorgegeben werden kann, die gewünschten Verbindungsports 180 mit dem Zähler 130 verbinden. Braucht ein Benutzer beispielsweise keine hohe Ladeleistung, kann er die Einphasenwechselstromports 182 auswählen, und daran bis zu drei elektrische Energiespeicher 201, 202, insbesondere Elektro-Kleinstfahrzeuge 220, anschließen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochspannungsnetz
- 20
- Niederspannungsnetz
- 100
- Ladesystem
- 110
- erster Ladepunkt
- 120
- zweiter Ladepunkt
- 130
- Zähler
- 131
- erstes Register
- 132
- zweites Register
- 133
- weiteres Register
- 134
- weiteres Register
- 135
- weiteres Register
- 136
- weiteres Register
- 140
- Multiplexsteuerung
- 150
- Umschalter
- 151
- Schalter
- 160
- Kommunikationsschnittstelle
- 170
- Benutzerinterface
- 180
- Verbindungsport
- 181
- Dreiphasenwechselstromport
- 182
- Einphasenwechselstromport
- 201
- erster Energiespeicher
- 202
- zweiter Energiespeicher
- 210
- Elektrokraftfahrzeug
- 220
- Elektro-Kleinstfahrzeug
- 230
- mobiles Endgerät
- 510
- erster Zeitschlitz
- 520
- zweiter Zeitschlitz
- 530
- weiterer Zeitschlitz
