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DE69315856T2 - Verfahren und vorrichtung zum laden eines elektrischen fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum laden eines elektrischen fahrzeugs

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DE69315856T2
DE69315856T2 DE69315856T DE69315856T DE69315856T2 DE 69315856 T2 DE69315856 T2 DE 69315856T2 DE 69315856 T DE69315856 T DE 69315856T DE 69315856 T DE69315856 T DE 69315856T DE 69315856 T2 DE69315856 T2 DE 69315856T2
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recharging
energy
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electrical energy
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Volvo AB
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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugenergie-Wiederaufladungssystem für zwei oder mehr Energiespeichereinheiten eines Elektrofahrzeugs, mit einer Ladeeinheit zum Umwandeln der über das Stromverteilungsnetz verteilten elektrischen Energie in elektrische Energie, die für die Fahrzeugspeichereinheiten geeignet ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Wiederaufladen zweier oder mehrerer Energiespeichereinheiten für ein Elektrofahrzeug, wobei das Verfahren die Umwandlung der vom Stromverteilungsnetz verteilten elektrische Energie in elektrische Energie, die für die Fahrzeugenergiespeichereinheiten geeignet ist, enthält.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Elektrofahrzeug ist mit wiederaufladbaren Batterien versehen, die regelmäßig mit elektrischer Energie wiederaufgeladen werden müssen. Außerdem wird für Fahrzeughilfsvorrichtungen wie beispielsweise ein Klimatisierungssystem und die Temperatursteuerung der Batterien Energie benötigt.
  • Die Anzahl der Elektrofahrzeuge im Verkehr wird zunehmen, was langfristig eine erhöhte Belastung des Stromverteilungsnetzes bedeutet. Ein Problem im Zusammenhang hiermit besteht darin, daß während der kalten Periode im Jahr mehr elektrische Energie verbraucht wird, um ein Elektrofahrzeug wiederaufzuladen, wenn gleichzeitig der Stromverbrauch zum Beheizen der Haushalte hoch ist. Es ist daher wünschenswert, daß die Verteilung der Energie zur Wiederaufladung von Elektrofahrzeugen in der Weise erfolgt, daß die Belastung optimiert wird.
  • Vom internationalen Gesichtspunkt ist es wünschenswert, daß ein Elektrofahrzeug mit unterschiedlichen vorhandenen Stromvarianten wiederaufgeladen werden kann, beispielsweise mit einer Spannung von einem Einphasennetz mit 100 Volt bis zu einem Dreiphasennetz mit 415 Volt und mit Frequenzen von 50 Hz bis zu 60 Hz. Außerdem sollten Funktionsstörungen, die die Belastung beeinflussen, beispielsweise ein Verschwinden der Phase und eine Leistungsunterbrechung, minimiert werden. Ferner hat eine verlängerte Wiederaufladungsperiode mit niedrigerem Strom eine verlängerte Lebensdauer für die Batterien eines Elektrofahrzeugs zur Folge.
  • Die FR-A-2452814 offenbart eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, das ein Wiederaufladungssystem für eine Batterie enthält. Dieses Wiederaufladungssystem ist für ein Fahrzeug, das mit mehreren einzelnen Energiespeichereinheiten ausgerüstet ist, nicht geeignet.
  • Die US-A-4317049 offenbart eine Leistungs/Energie- Umplanungseinrichtung, die die Frequenz des Netzes als Maß für den Zugriff auf das Netz verwendet. Dieses Verfahren ist nicht praktisch, weil absolute Frequenzabweichungen für jedes Kraftwerk und für die jeweilige Belastung der Generatoren unterschiedlich sind. Daher kann diese Vorrichtung nicht an ein Fahrzeug angepaßt werden, das sich zwischen mehreren verschiedenen Wiederaufladungsstationen bewegt.
  • des Verbrauchs elektrischer Leistung in einem Verteilungssystem. Diese Vorrichtung ist für ein Fahrzeug, das sich zwischen mehreren verschiedenen Wiederaufladungsstationen bewegt, nicht geeignet.
    • ZIEL UND WICHTIGSTE MERKMALE DER ERFINDUNG
  • Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für wiederaufladbare Fahrzeuge, beispielsweise für Elektrofahrzeuge, zu schaffen, die die oben angegebenen Bedürfnisse erfüllt.
  • Hierzu ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Messen der Merkmale der elektrischen Energie im Stromverteilungsnetz, eine Einrichtung zum Erfassen des Wiederaufladungsbedarfs in den verschiedenen Speichereinheiten des Fahrzeugs, eine Steuereinheit zum Steuern der Ladeeinheit und eine Dateneingabevorrichtung für die manuelle Eingabe von Daten in die Steuereinheit hinsichtlich der Verwendung des Fahrzeugs, wobei die Steuereinheit den Wiederaufladungsprozeß an die einzelnen Anforderungen der jeweiligen Energiespeichereinheiü des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den von der Meßeinrichtung, der Erfassungseinrichtung und der Dateneingabevorrichtung eingegebenen Daten anpassen kann. Durch diesen Entwurf der Vorrichtung können Elektrofahrzeuge irgendwo in der Welt wiederaufgeladen werden und das verfügbare Stromverteilungsnetz im Hinblick auf eine optimale Nutzung verwenden. Ferner kann der Stromverteiler seinen Strom mit gleichmäßigerer Leistungsverteilung über 24 Stunden hinweg liefern.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
  • Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch als Blockschaltbild zeigt und
  • Fig. 2 ein Verteilungssystem für elektrische Energie in entsprechender Weise zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
  • In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 10, 11 und 12 die drei Phasen in einem Stromverteilungsnetz für einen Dreiphasen-Wechselstrom, während 13 und 14 den Nulleiter bzw. den Erdungsleiter des Stromnetzes bezeichnen. Diese Leiter bilden in herkömmlicher Weise Teile ein und desselben Kabels, das mittels einer geeigneten Verbindereinrichtung mit einer eingebauten Ladeeinheit 15 in einem nicht gezeigten Elektrofahrzeug verbunden werden kann, wobei die Ladeeinheit durch eine Schalttechnik geeignet konstruiert ist und durch eine Steuerschaltung 16 gesteuert wird.
  • Die Steuereinheit 16 ist mit einer Meßschaltung 17 verbunden, die unter anderem die Spannung in den verschiedenen Phasen 10-12 erfaßt und ihre gemessenen Daten zur Steuereinheit 16 schickt, die ihrerseits die Ladeeinheit 15 so steuert, daß die verfügbare Energie optimal und ohne Überlastung des Stromversorgungsnetzes verwendet wird. Geeigneterweise enthält die Meßschaltung 17 außerdem einen Sender und einen Empfänger für den Nachrichtenaustausch über das Stromversorgungsnetz gemäß einer bekannten Technik.
  • Die Steuereinheit 16 ist außerdem mit einer Erfassungsschaltung 18 verbunden, die über die Elektronik im Fahrzeug die Anforderungen von Fahrzeuglasten erfaßt, beispielsweise der Batterien, des Wärmespeichers, des Kältespeichers oder anderer Hilfsvorrichtungen, wobei der Ladeprozeß über die Steuereinheit im Hinblick auf die von der Erfassungsschaltung 18 eingegebenen Daten optimiert werden kann.
  • Eine mit der Steuereinheit 16 verbundene Tastatur 19 kann für die manuelle Eingabe von Daten beispielsweise bezüglich der Kapazität des Stromversorgungsnetzes, des Nennstroms der Sicherungen sowie der Verfügbarkeit zu verschiedenen Tageszeiten verwendet werden. Außerdem kann die Tastatur für die Eingabe von Daten bezüglich des Datums für die nächste Nutzung des Fahrzeugs verwendet werden, wobei die Batteriewiederaufladung in der Weise gesteuert werden kann, daß der beste Ladezustand der Batterien 20 und eines eventuellen Wärme- und Kältespeichers 21 direkt vor dem Zeitpunkt erzielt werden, zu dem das Fahrzeug verwendet werden soll. In dieser Weise können Verluste in den Speichereinheiten vermieden werden.
  • Die obenbeschriebene Vorrichtung kann vervollständigt werden, indem ein in der Nähe befindliches Haus mit einem Detektor für die Erfassung der lokalen Belastung des Stromversorgungsnetzes versehen wird, der Daten bezüglich der verfügbaren elektrischen Energie (die von den Netzsicherungen abgeleitet wird) an den Meßsender- und -empfänger der Schaltung 17 schickt.
  • Der Nachrichtenaustausch über das Stromversorgungsnetz kann auch in der Weise genutzt werden, daß der Stromverteiler sowohl die zentral als auch die lokal verfügbare Energie ankündigt, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in der das Bezugszeichen 22 einen zentralen Stromverteiler bezeichnet, die Bezugszeichen 23 lokale Stromverteiler bezeichnen, die Bezugszeichen 24 Wohngebäude oder Wiederaufladungsstationen bezeichnen und die Bezugszeichen 25 Elektrofahrzeuge, die daran angeschlossen sind, bezeichnen.
  • Bei dieser Verteilungsform kann eine günstige gleichmäßige Belastung eines Kraftwerks über 24 Stunden hinweg erzielt werden. Wenn von den verschiedenen Elektrofahrzeugen Informationen gesammelt werden, können mit Bezug auf die individuellen Bedürfnisse Prioritäten verteilt werden. Dies kann durch Informationen von den Fahrern der Fahrzeuge beispielsweise bezüglich der Fahrstrecken und der Startzeitpunkte sehr weit entwickelt werden. Ferner können auch Eingabedaten von der Schaltung 18 beispielsweise über den normalen Fahrzyklus der Fahrzeuge, die Uhrzeit und das Datum, enthalten sein.
  • Da das Fahrzeug Informationen hinsichtlich seines Bedarfs aussenden kann und dabei seine Identität angibt, kann es auch an ein Lastschriftsystem für den Energiekauf angeschlossen werden.
  • Das System kann darüber hinaus so erweitert werden, daß ein Fahrzeug im Prinzip bei jedem Parken Energie aufnehmen kann. Das vorhandene Stromversorgungsnetz muß dazu nur in verhältnismäßig kleinem Umfang geändert werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungsformen begrenzt, statt dessen sind viele Varianten innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche denkbar.

Claims (10)

1. Fahrzeugenergiewiederaufladungssystem für zwei oder mehr Energiespeichereinheiten (20, 21) eines Elektrofahrzeugs (25), mit einer Ladeeinheit (15) zum Umwandeln der vom Stromversorgungsnetz gelieferten elektrischen Energie in elektrische Energie, die für die Fahrzeugspeichereinheiten (20, 21) geeignet ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17) zum Messen der Merkmale der vom Stromversorgungsnetz gelieferten elektrischen Energie, eine Einrichtung (18) zum Erfassen des Wiederaufladungsbedarfs in den verschiedenen Speichereinheiten (20, 21) des Fahrzeugs, eine Steuereinheit (16) zum Steuern der Ladeeinheit (15) und eine Dateneingabevorrichtung (19) für die manuelle Eingabe von Daten in die Steuereinheit (16) bezüglich der Nutzung des Fahrzeugs, wobei die Steuereinheit (16) so beschaffen ist, daß der Wiederaufladungsprozeß in Abhängigkeit von den von der Meßeinrichtung (17), der Erfassungseinrichtung (18) und der Dateneingabevorrichtung (19) eingegebenen Daten an die einzelnen Anforderungen jeder Energiespeichereinheit (20, 21) des Fahrzeugs (25) angepaßt werden kann.
2. Wiederaufladungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (16) ein Einrichtung (19) für die manuelle Eingabe von Daten bezüglich der vom Stromnetz verteilten Energie enthält.
3. Wiederaufladungssystem nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (17) einen Sender und einen Empfänger für den Empfang von Informationen bezüglich der verfügbaren elektrischen
* Leistung und bezüglich der Verteilung zwischen den jeweiligen Phasen enthält.
4. Verfahren zum Wiederaufladen zweier oder mehrerer Energiespeichereinheiten (20, 21) eines Elektrofahrzeugs (25), das den Schritt der Umwandlung von über das Stromverteilungsnetz geschickter elektrischer Energie in elektrische Energie, die für die Fahrzeugenergiespeichereinheiten (20, 21) geeignet ist, enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Messen der Merkmale der über das Stromverteilungsnetz gelieferten elektrischen Energie mittels einer Meßeinrichtung (17);
- Erfassen des individuellen Wiederaufladungsbedarfs der Energiespeichereinheiten (20, 21) des Fahrzeugs mit einer Erfassungseinrichtung (18);
- manuelles Eingeben von Daten bezüglich der Verwendung des Fahrzeugs mittels einer Dateneingabevorrichtung (19);
- Steuern des Aufladens in Abhängigkeit von den von der Meßeinrichtung (17), der Erfassungseinrichtung (18) und der Dateneingabevorrichtung (19) eingegebenen Daten in der Weise, daß der Aufladungsprozeß an die einzelnen Anforderungen der jeweiligen Energiespeichereinheit (20, 21) des Fahrzeugs (25) angepaßt ist, und
- Senden von Daten bezüglich der ungefähren Energieanforderungen des Fahrzeugs an die Meßvorrichtung (17), die auf der Grundlage anderer eingegebener lokaler Daten, beispielsweise des Stromverbrauchs über 24 Stunden in einem nahegelegenen Wohnhaus (24), mittels einer Zweiwegekommunikation über das Stromversorgungsnetz mit Daten bezüglich der geeigneten Energieabgabe antwortet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederaufladung des Fahrzeugs (25) an Daten bezüglich der Fahrzyklen, der Tageszeit, des Wochentags und des Datums angepaßt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiederaufladungsprozeß bezüglich der Zeitspanne bis zur nächsten Nutzung und bezüglich der Fahrstrecke/Stillstandszeit des Fahrzeugs (25) optimiert wird.
7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steckdosen, die zu einer lokalen Gruppe zusammengefaßt sind, und mehrere Fahrzeuge innerhalb dieser Gruppe die lokale elektrische Energie, die für die Gruppe verfügbar ist, mit individueller Bedarfspriorität gemeinsam nutzen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Daten bezüglich der verfügbaren elektrischen Energie über das Stromversorgungsnetz eines zentralen Stromverteilers verteilt werden, um die Wiederaufladung der Gruppe von Fahrzeugen zu steuern und um die Belastung des Stromverteilungsnetzes auszugleichen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß über das Stromnetz Identifizierungsdaten bezüglich der einzelnen Elektrofahrzeuge gesendet werden, um für eine Lastschrift der Energiekosten verwendet zu werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Identifizierungsdaten bezüglich eines Nutzers eines Elektrofahrzeugs (25) ebenfalls über das Stromnetz gesendet werden, um für die Lastschrift der Energiekosten und für irgendeine Miete für das Fahrzeugs verwendet zu werden.
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