DE102011121250A1 - Method of operating charge storage device of electric car, involves setting primary charging direct current (DC) and secondary charging DC so as to be adjusted in dependence on total charging current of charge storage device - Google Patents

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Abstract

The method involves supplying primary charging direct current (DC) (I1) and secondary charging DC (I2) to the charge storage device (3). The primary charging direct current is generated by the DC-DC converter (7) directly from power produced by external photovoltaic cell (4) of the electric car (2). The secondary charging DC is generated from energy in a power supply network (11). The primary charging DC and the secondary charging DC are set so as to be adjusted in dependence on the total charging current of the charge storage device. Independent claims are included for the following: (1) device for loading charge storage device of electric car; and (2) electric car.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs und eine Vorrichtung zum Laden eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden eines Ladungsspeichers mit Hilfe einer oder mehrerer Photovoltaikzellen, welche nicht Bestandteil des Fahrzeugs sind, also beispielsweise Photovoltaikzellen einer Solaranlage auf einem Hausdach oder eines Solarparks.The present invention relates to a method for operating a charge storage device of an electric vehicle and to a device for charging a charge storage device of an electric vehicle. In particular, the present invention relates to a method and a device for charging a charge storage device with the aid of one or more photovoltaic cells, which are not part of the vehicle, for example photovoltaic cells of a solar system on a house roof or a solar park.

Elektrofahrzeuge, wie z. B. Elektropersonenkraftwagen oder Elektrolastkraftwagen, weisen üblicherweise einen elektrischen Antriebsmotor und einen elektrischen Ladungsspeicher zum Speichern elektrischer Energie auf. Im Betrieb des Fahrzeugs wird elektrische Energie aus dem Ladungsspeicher entnommen und mittels des Elektromotors für einen Vortrieb des Fahrzeugs verwendet. Bei einem Verzögern des Fahrzeugs kann darüber hinaus kinetische Energie mittels des Elektromotors in elektrische Energie gewandelt werden und in den elektrischen Ladungsspeicher zurückgeführt werden. Der elektrische Ladungsspeicher kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie oder eine Brennstoffzelle umfassen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden unter dem Begriff „Elektrofahrzeug” auch Fahrzeuge verstanden, welche neben dem elektrischen Antrieb einen Verbrennungsmotor umfassen, welcher beispielsweise zum Antreiben des Fahrzeugs mittels einer Verbrennung von fossilen Brennstoffen oder zum Aufladen des Ladungsspeichers dient.Electric vehicles, such. As electric passenger cars or electric trucks, usually have an electric drive motor and an electric charge storage for storing electrical energy. During operation of the vehicle, electrical energy is removed from the charge storage and used by the electric motor for propulsion of the vehicle. In addition, when the vehicle is decelerating, kinetic energy can be converted into electrical energy by the electric motor and returned to the electric charge storage. The electric charge storage device may comprise, for example, a rechargeable battery or a fuel cell. In the context of the present application, the term "electric vehicle" also means vehicles which, in addition to the electric drive, comprise an internal combustion engine which, for example, serves to drive the vehicle by means of combustion of fossil fuels or to charge the charge store.

Zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs verfügt das Elektrofahrzeug üblicherweise über einen Ladeanschluss, über welchen dem Elektrofahrzeug elektrische Energie zugeführt werden kann, Üblicherweise wird über diesen Ladeanschluss eine haushaltsübliche Wechselspannung, beispielsweise ein Einphasenstrom mit 220 V oder ein Dreiphasenstrom mit 380 V, zugeführt, welcher in dem Fahrzeug gleichgerichtet wird und in dem Ladungsspeicher gespeichert wird. Darüber hinaus sind in dem Stand der Technik eine Vielzahl weiterer Verfahren zum Laden des Ladungsspeichers des Elektrofahrzeugs bekannt.For charging an electric vehicle, the electric vehicle usually has a charging connection, via which the electric vehicle can be supplied electrical energy. Usually, a household alternating voltage, for example a single-phase current of 220 V or a three-phase current of 380 V, is fed through this charging connection, which is in the vehicle is rectified and stored in the charge storage. In addition, in the prior art, a variety of other methods for charging the charge storage of the electric vehicle are known.

Beispielsweise betrifft die DE 11 2009 000 985 T5 ein Solarbatterieaufladesystem für einen Fahrzeugantrieb. Das System umfasst eine Fahrzeugbatterie, welche unter Verwendung von Solarenergie aufgeladen werden kann, mehrere Photovoltaikzellen, welche in Reihe, parallel oder in Reihe und parallel angeordnet sind und eine Anordnung bilden, die eine selbstregelnde Spannung und einen selbstregelnden Strom für die Aufladung der Fahrzeugbatterie unter Verwendung von Solarenergie erzeugt, und eine elektrische Verbindung, die die Anordnung mit der Fahrzeugbatterie verbindet.For example, relates to DE 11 2009 000 985 T5 a solar battery charging system for a vehicle drive. The system comprises a vehicle battery which can be charged using solar energy, a plurality of photovoltaic cells arranged in series, in parallel or in series and in parallel and forming an array using a self-regulating voltage and a self-regulating current for charging the vehicle battery generated by solar energy, and an electrical connection that connects the arrangement with the vehicle battery.

Aus der DE 10 2009 027 685 A1 ist eine solargestützte Batterieladevorrichtung, insbesondere für ein Hybrid- und/oder Elektrofahrzeug, bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Ansteuerungseinrichtung mit einer Anschlusseinrichtung zur Aufnahme einer von einem Solarmodul gelieferten Ladespannung. Die Ansteuerungseinrichtung ist in der Lage, die vom Solarmodul gelieferte Ladespannung selektiv an einen Zellenblock oder mehrere Zellenblöcke eines Hochvoltspeichers durchzuschalten. Der Hochvoltspeicher ist in mehrere Zellenblöcke aufgeteilt, die über eine geringere Nennspannung als der gesamte Hochvoltspeicher verfügen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Messeinrichtung zum Messen von einem oder mehreren Parametern der mehreren Zellenblöcke und eine Steuereinrichtung, um basierend auf dem einen oder mehreren gemessenen Parametern entsprechend einer durch die Steuereinrichtung implementierten Steuerungslogik die von dem Solarmodul gelieferte Ladespannung selektiv an einen oder mehrere der Zellenblöcke durchzuschalten, um dadurch die einen oder mehreren Zellenblöcke, an die die Ladespannung durchgeschaltet wird, selektiv aufzuladen.From the DE 10 2009 027 685 A1 is a solar-based battery charging device, in particular for a hybrid and / or electric vehicle known. The device comprises a control device with a connection device for receiving a charging voltage supplied by a solar module. The drive device is capable of selectively switching on the charging voltage supplied by the solar module to one or more cell blocks of a high-voltage storage. The high-voltage storage is divided into several cell blocks, which have a lower rated voltage than the entire high-voltage storage. The apparatus further comprises a measuring device for measuring one or more parameters of the plurality of cell blocks and a control device for selectively switching the charging voltage supplied from the solar module to one or more of the cell blocks based on the one or more measured parameters in accordance with a control logic implemented by the control device to selectively charge the one or more cell blocks to which the charging voltage is turned on.

Die WO 2011/019855 A1 betrifft ein Ladesystem. Gemäß einer Ausführungsform zieht das Ladesystem Energie von einem Energieversorgungsnetz und/oder Solarzellen. Eine Schaltung ist zwischen den Energiequellen und einem Energiespeicher angeordnet, wobei die Schnittstellenschaltung für den Energieversorgungsnetzeingang ein Wechsel-Gleichspannungswandler ist und wobei die Schnittstellenschaltung für den Solarzelleneingang ein Gleichspannungswandler ist. Das System ist ausgestaltet, über einen Schalter Energie von dem Energiespeicher für ein Elektrofahrzeug über einen Wechselrichter oder einen Gleichspannungswandler bereitzustellen.The WO 2011/019855 A1 concerns a charging system. According to one embodiment, the charging system draws energy from a power supply network and / or solar cells. A circuit is arranged between the energy sources and an energy store, wherein the interface circuit for the power supply network input is an AC to DC converter and wherein the interface circuit for the solar cell input is a DC-DC converter. The system is configured to provide, via a switch, power from the energy storage for an electric vehicle via an inverter or DC-DC converter.

Die US 2011/0165441 A1 betrifft ein photovoltaisches System mit einem photovoltaischen Panel, einer Batterie, welche mechanisch mit dem photovoltaischen Panel über eine Haltestruktur verbunden ist, und einen Zwischenraum, welcher eine Luftschicht ausbildet, die die Batterie und das photovoltaische Panel trennt.The US 2011/0165441 A1 relates to a photovoltaic system having a photovoltaic panel, a battery mechanically connected to the photovoltaic panel via a support structure, and a gap forming an air layer separating the battery and the photovoltaic panel.

Die DE 11 2008 000 930 T5 betrifft ein Solarzellensystem für Fahrzeuge mit einer Solarzelle, einer Fahrzeughauptbatterie, einer Hilfsbatterie, einer Vorrichtung mit variabler Spannung, einer Vorrichtung mit konstanter Spannung und einer Einrichtung zur Energieverteilung. Die Solarzelle ist an dem Fahrzeug installiert und derart ausgestaltet, dass sie Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt und elektrische Energie erzeugt. Die Einrichtung zur Energieverteilung ist derart ausgestaltet, dass sie über Schalter entsprechend der Menge an elektrischer Energie, die durch die Solarzelle erzeugt wird, selektiv die elektrische Energie an die Vorrichtung mit variabler Spannung und die Vorrichtung mit konstanter Spannung verteilt.The DE 11 2008 000 930 T5 relates to a solar cell system for vehicles having a solar cell, a vehicle main battery, an auxiliary battery, a variable voltage device, a constant voltage device, and a power distribution device. The solar cell is installed on the vehicle and configured to convert solar energy into electrical energy and generate electrical energy. The device for Power distribution is designed to selectively distribute the electrical energy to the variable voltage device and the constant voltage device through switches in accordance with the amount of electrical energy generated by the solar cell.

Die WO 2008/107767 A2 betrifft ein System zum Bereitstellen oder Empfangen elektrischer Energie von einem geparkten Fahrzeug. Das System umfasst eine Anlegevorrichtung, welche auf einem Gelände fest angeordnet ist. Die Anlegeeinrichtung umfasst Mittel zum Einrichten einer elektrischen Verbindung zu einem auf dem Gelände geparkten Fahrzeug und Mittel zum Empfangen eines Signals von dem Fahrzeug, um entweder elektrische Energie von dem Fahrzeug zu kaufen oder elektrische Energie an das Fahrzeug zu verkaufen.The WO 2008/107767 A2 relates to a system for providing or receiving electrical energy from a parked vehicle. The system includes a docking device which is fixedly mounted on a terrain. The applying device includes means for establishing an electrical connection to a vehicle parked on the premises and means for receiving a signal from the vehicle to either purchase electrical energy from the vehicle or sell electrical energy to the vehicle.

Die Gleichspannung von Photovoltaikanlagen, welche beispielsweise auf, an oder um Gebäude oder in Solarparks angeordnet sind, wird üblicherweise mittels Wechselrichter in eine Wechselspannung zur Einspeisung in das Energieversorgungsnetz umgewandelt. Dabei entstehen Verluste von ca. 4%. Zum Laden von Elektrofahrzeugen wird aus der Wechselspannung aus dem Stromversorgungsnetz durch ein stationäres Ladegerät oder durch ein Ladegerät im Fahrzeug eine Gleichspannung erzeugt. Dabei treten vergleichbare Umwandlungsverluste auf. Photovoltaikanlagen werden staatlich gefördert. Beispielsweise wird der von der Photovoltaikanlage erzeugte Strom vergütet, wenn er in das Stromversorgungsnetz eingespeist wird. Aber auch wenn der erzeugte Strom selbst verbraucht wird, erhält der Betreiber der Photovoltaikanlage eine Vergütung für den von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom.The DC voltage of photovoltaic systems, which are arranged for example on, on or around buildings or in solar parks, is usually converted by means of inverters into an AC voltage for feeding into the energy supply network. This results in losses of about 4%. For charging electric vehicles, a DC voltage is generated from the AC voltage from the power grid by a stationary charger or by a charger in the vehicle. There are comparable conversion losses. Photovoltaic systems are subsidized by the state. For example, the power generated by the photovoltaic system is compensated when it is fed into the power grid. But even if the generated electricity itself is consumed, the operator of the photovoltaic system receives a fee for the electricity generated by the photovoltaic system.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ladungsspeicher eines Elektrofahrzeugs energieeffizient und/oder wirtschaftlich effizient zu betreiben, insbesondere zu laden.The object of the present invention is therefore to operate a charge storage device of an electric vehicle in an energy-efficient and / or economically efficient manner, in particular to charge it.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zum Laden eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs nach Anspruch 10 und ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.According to the present invention, this object is achieved by a method for operating a charge storage device of an electric vehicle according to claim 1, an apparatus for charging a charge storage device of an electric vehicle according to claim 10 and an electric vehicle according to claim 12. The dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Unter dem Begriff „Betreiben” eines Ladungsspeichers ist im Zusammenhang mit dieser Anmeldung insbesondere ein Laden und Entladen des Ladungsspeichers des Elektrofahrzeugs zu verstehen. Der Ladungsspeicher des Elektrofahrzeugs kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie oder eine Brennstoffzelle umfassen. Die wiederaufladbare Batterie kann beispielsweise elektrische Energie mittels elektrochemischer Prozesse speichern und wieder abgeben. Der Ladungsspeicher des Elektrofahrzeugs betrifft insbesondere einen Ladungsspeicher für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs. Derartige Ladungsspeicher können üblicherweise Spannungen im Bereich von mehreren hundert Volt aufweisen. Bei dem Verfahren wird ein erster Ladegleichstrom zu dem Ladungsspeicher zugeführt, welcher mittels eines Gleichspannungswandlers direkt aus Energie einer zu dem Fahrzeug externen Photovoltaikzelle erzeugt wird. Anders ausgedrückt ist die Photovoltaikzelle nicht Bestandteil des Fahrzeugs und somit nicht fest oder abnehmbar mit dem Fahrzeug mechanisch verbunden. Vielmehr handelt es sich um eine Photovoltaikzelle, welche beispielsweise an oder auf einem Gebäude oder in einem Solarpark angeordnet ist. Das direkte Erzeugen des ersten Ladegleichstroms bedeutet insbesondere, dass die von der Photovoltaikzelle gelieferte Energie nicht zwischenzeitlich in eine Wechselspannung umgewandelt wird oder in einer zu dem Fahrzeug externen Batterie zwischengespeichert wird. Der Gleichspannungswandler wandelt somit die von der Photovoltaikzelle gelieferte Gleichspannung in eine zum Laden des Ladungsspeichers des Elektrofahrzeugs geeignete Gleichspannung um. Derartige Gleichspannungswandler arbeiten verhältnismäßig effektiv, so dass beim Zuführen des ersten Ladegleichstroms nur geringe elektrische Verluste auftreten. Der Begriff „Photovoltaikzelle” steht in diesem Zusammenhang stellvertretend für eine beliebige Anzahl von Photovoltaikzellen, welche in einer beliebigen Anordnung miteinander verschaltet sein können. Somit können mehrere Reihen und/oder Parallelschaltungen von Photovoltaikzellen zur Erzeugung des ersten Ladegleichstroms verwendet werden. Gemäß dem Verfahren wird ein zweiter Ladegleichstrom dem Ladungsspeicher des Fahrzeugs zugeführt. Der zweite Ladegleichstrom wird aus Energie eines Energieversorgungsnetzes erzeugt. Beispielsweise kann der zweite Ladegleichstrom aus einem haushaltsüblichen Wechselstrom oder Drehstrom mit 110 bis 230 V bzw. 200 bis 400 V erzeugt werden. In Abhängigkeit von einem einzustellenden Gesamtladestrom für den Ladungsspeicher werden der erste Ladegleichstrom und der zweite Ladegleichstrom eingestellt. Da die Ausgangsspannung von Photovoltaikanlagen mit beispielsweise 300 bis 1000 V und einer Stromstärke, welche von der aktuellen Sonneneinstrahlung abhängig ist, im Bereich der Spannung einer Hochvoltbatterie eines Elektrofahrzeugs liegt, kann durch die direkte Umwandlung des Stroms von der Photovoltaikanlage in den ersten Ladestrom der Umwandlungsverlust minimiert werden. Insbesondere können verglichen mit einer herkömmlichen Anlage Umwandlungsverluste vermieden werden, welche durch die mehrfache Umwandlung von Gleichspannung der Photovoltaikanlage in die Wechselspannung des Stromversorgungsnetzes und zurück vermieden werden.According to the present invention, a method of operating a charge storage of an electric vehicle is provided. In the context of this application, the term "operation" of a charge storage device is to be understood in particular to mean charging and discharging of the charge storage device of the electric vehicle. The charge storage of the electric vehicle may include, for example, a rechargeable battery or a fuel cell. The rechargeable battery can, for example, store and release electrical energy by means of electrochemical processes. The charge storage of the electric vehicle relates in particular to a charge storage for an electric drive of the vehicle. Such charge storage devices may typically have voltages in the range of several hundred volts. In the method, a first DC charging current is supplied to the charge storage, which is generated by means of a DC-DC converter directly from the energy of a photovoltaic cell external to the vehicle. In other words, the photovoltaic cell is not part of the vehicle and thus not fixed or removable mechanically connected to the vehicle. Rather, it is a photovoltaic cell, which is arranged for example on or on a building or in a solar park. The direct generation of the first charging direct current means, in particular, that the energy delivered by the photovoltaic cell is not in the meantime converted into an alternating voltage or is temporarily stored in a battery external to the vehicle. The DC-DC converter thus converts the DC voltage supplied by the photovoltaic cell into a DC voltage suitable for charging the charge accumulator of the electric vehicle. Such DC-DC converters operate relatively effectively, so that only slight electrical losses occur when supplying the first DC charging current. The term "photovoltaic cell" in this context is representative of any number of photovoltaic cells, which can be interconnected in any desired arrangement. Thus, multiple rows and / or parallel circuits of photovoltaic cells may be used to generate the first DC charging current. According to the method, a second DC charging current is supplied to the charge storage of the vehicle. The second DC charging current is generated from energy of a power supply network. For example, the second charging direct current can be generated from a household alternating current or three-phase current with 110 to 230 V or 200 to 400 V. In response to a total charging current to be set for the charge storage, the first DC charging current and the second DC charging current are set. Since the output voltage of photovoltaic systems with, for example, 300 to 1000 V and a current that depends on the current solar radiation, in the range of voltage of a high-voltage battery of an electric vehicle, can be minimized by the direct conversion of the current from the photovoltaic system in the first charging current of the conversion loss become. In particular, as compared with a conventional plant, conversion losses caused by the multiple conversion of DC voltage of the photovoltaic system in the AC voltage of the power supply network and back to be avoided.

Der zweite Gleichladestrom kann beispielsweise mittels eines Gleichrichters aus Energie des Energieversorgungsnetzes erzeugt werden. Ein Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers und ein Wirkungsgrad des Gleichrichters können zum Einstellen des ersten Ladegleichstroms und des zweiten Ladegleichstroms verwendet werden, um eine energieeffiziente Ladung mit geringen Wandlungsverlusten in dem Gleichspannungswandler und dem Gleichrichter zu erreichen.The second DC charging current can be generated, for example, by means of a rectifier from energy of the power supply network. An efficiency of the DC-DC converter and an efficiency of the rectifier can be used to set the first DC charging current and the second DC DC current to achieve an energy-efficient charge with low conversion losses in the DC-DC converter and the rectifier.

Gemäß einer Ausführungsform werden der erste Ladegleichstrom und der zweite Ladegleichstrom in Abhängigkeit von einem maximalen ersten Ladegleichstrom eingestellt. Der maximale erste Ladegleichstrom ist ein mittels des Gleichspannungswandlers und der Photovoltaikzelle aktuell erzeugbarer Strom. Dadurch kann beispielsweise dynamisch der aktuell maximal verfügbare Strom von der Photovoltaikzelle zum Laden des Ladungsspeichers des Elektrofahrzeugs verwendet werden, wodurch die zuvor beschriebenen Umwandlungsverluste minimiert werden können.According to one embodiment, the first DC charging current and the second DC charging current are set as a function of a maximum first DC charging current. The maximum first DC charging current is a current that can be generated by means of the DC-DC converter and the photovoltaic cell. As a result, for example, the currently maximally available current from the photovoltaic cell can be dynamically used to charge the charge accumulator of the electric vehicle, as a result of which the conversion losses described above can be minimized.

Beispielsweise kann der erste Ladegleichstrom auf den einzustellenden Gesamtladestrom eingestellt werden, wenn der maximale erste Ladegleichstrom größer oder gleich dem einzustellenden Gesamtladestrom ist. In diesem Fall kann das Fahrzeug vollständig mit elektrischer Energie von der Photovoltaikzelle oder den Photovoltaikzellen aufgeladen werden. Dadurch können einerseits die Umwandlungsverluste auf dem Weg von der Photovoltaikzelle zu dem Ladungsspeicher verringert werden und andererseits Umwandlungsverluste, welche durch eine Umwandlung des Netzstroms in den zweiten Ladegleichstrom entstehen, verringert werden.For example, the first DC charging current can be set to the total charging current to be set if the maximum first DC charging current is greater than or equal to the total charging current to be set. In this case, the vehicle may be fully charged with electrical energy from the photovoltaic cell or photovoltaic cells. Thereby, on the one hand, the conversion losses on the way from the photovoltaic cell to the charge storage device can be reduced, and on the other hand, conversion losses, which are caused by a conversion of the mains current into the second charging direct current, can be reduced.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden der erste Ladegleichstrom und der zweite Ladegleichstrom in Abhängigkeit von einer Einspeisevergütung, einer Selbstverbrauchervergütung und/oder einem Strompreis eingestellt. Die Einspeisevergütung beziffert die Geldmenge pro Energieeinheit, welche ein Solaranlagenbetreiber für Energie erhält, welche er von der Solaranlage in das Energieversorgungsnetz einspeist. Die Selbstverbrauchervergütung beziffert eine Geldmenge pro Energieeinheit, welche der Solaranlagenbetreiber für Energie erhält, welche von den Photovoltaikzellen erzeugt wird und die er selbst verbraucht. Der Strompreis beziffert eine Geldmenge pro Energieeinheit für elektrische Energie, welche der Solaranlagenbetreiber aus dem Energieversorgungsnetz bezieht. Die Vergütungen und der Strompreis können zeitabhängig sein und können beispielsweise von der Tageszeit oder dem Wochentag abhängen. Unter Berücksichtigung der Vergütungen und Strompreise sowie der Umwandlungsverluste können der erste Ladegleichstrom und der zweite Ladegleichstrom derart gewählt werden, dass eine Ladung des Elektrofahrzeugs unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu einem möglichst geringen Preis bzw. mit einem möglichst großen Gewinn durchgeführt werden kann. Das Einstellen des ersten Ladegleichstroms und des zweiten Ladegleichstroms kann dynamisch über der Zeit durchgeführt werden, um aktuelle Vergütungen und Preise sowie die aktuellen Umwandlungsverluste und die aktuell von den Photovoltaikzellen bereitgestellte Energie zu berücksichtigen.According to a further embodiment, the first DC charging current and the second DC charging current are set as a function of a feed-in tariff, a self-consumption tariff and / or an electricity price. The feed-in tariff quantifies the amount of money per unit of energy, which receives a solar system operator for energy, which he feeds from the solar system into the power grid. The self-consumption compensation quantifies a quantity of money per unit of energy, which the solar system operator receives for energy, which is generated by the photovoltaic cells and which he consumes himself. The price of electricity represents a quantity of money per unit of energy for electrical energy, which the solar system operator draws from the energy supply network. The allowances and the electricity price can be time-dependent and may depend, for example, on the time of day or the day of the week. Taking into account the allowances and electricity prices as well as the conversion losses, the first DC charging current and the second DC charging current can be chosen such that a charge of the electric vehicle can be carried out economically from the lowest possible price or with the greatest possible profit. The adjustment of the first DC charging current and the second DC charging current may be performed dynamically over time to take into account current charges and prices as well as the actual conversion losses and the energy currently provided by the photovoltaic cells.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Verfahren ferner ein Netzeinspeisestrom zu dem Energieversorgungsnetz zugeführt. Der Netzeinspeisestrom wird mittels eines Wechselrichters aus Energie des Ladungsspeichers des Elektrofahrzeugs erzeugt. Somit kann Energie, welche in dem Ladungsspeicher des Elektrofahrzeugs beispielsweise zuvor mit Hilfe der Photovoltaikzellen erzeugt wurde, zu sogenannten Hochlastzeiten in das Energieversorgungsnetz eingespeist werden, um dazu beizutragen, einen während der Hochlastzeit erhöhten Energiebedarf in dem Energieversorgungsnetz zu decken. Eine Einspeisevergütung während der Hochlastzeit kann erheblich höher sein als der Strompreis außerhalb der Hochlastzeit, so dass durch das Einspeisen von Energie aus dem Ladungsspeicher in das Energieversorgungsnetz während der Hochlastzeit und nachfolgendes Laden des Ladungsspeichers aus dem Energieversorgungsnetz insgesamt ein finanzieller Gewinn erwirtschaftet werden kann. Informationen bezüglich aktueller Einspeisevergütung, Selbstverbrauchervergütung und Strompreis können von einer entsprechenden Steuervorrichtung automatisch ermittelt werden und somit können der erste Ladegleichstrom, der zweite Ladegleichstrom und der Netzeinspeisestrom dementsprechend eingestellt werden.In accordance with a further embodiment, in the method, furthermore, a grid feed-in current is supplied to the energy supply network. The grid feed current is generated by means of an inverter of energy of the charge storage of the electric vehicle. Thus, energy which has been generated in the charge storage of the electric vehicle, for example, previously with the aid of the photovoltaic cells, can be fed into the energy supply network at so-called high load times, in order to help cover an increased energy demand in the energy supply network during the high load period. A feed-in tariff during the high-load period can be considerably higher than the electricity price outside the high-load period, so that a total financial gain can be achieved by feeding energy from the charge storage into the energy supply network during the high load period and subsequently charging the charge storage from the energy supply network. Information regarding current feed-in tariff, self-consumption remuneration and electricity price can be automatically determined by a corresponding control device and thus the first DC charging current, the second DC charging current and the mains supply current can be adjusted accordingly.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein weiterer Netzeinspeisestrom zu dem Energieversorgungsnetz zugeführt, welcher mittels eines weiteren Wechselrichters aus Energie der Photovoltaikzelle erzeugt wird. Somit kann Energie der Photovoltaikzelle, welche nicht zum Laden des Ladungsspeichers des Elektrofahrzeugs verwendet wird, in das Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Dabei können der erste Ladegleichstrom und der zweite Ladegleichstrom in Abhängigkeit von einem Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers, einem Wirkungsgrad des Gleichrichters und/oder einem Wirkungsgrad des weiteren Wechselrichters eingestellt werden. Die Wirkungsgrade des Gleichspannungswandlers, des Gleichrichters und des Wechselrichters können von den zu wandelnden Strömen oder Spannungen abhängig sein. Daher ist eine aktuelle Beurteilung einer optimalen Ladestrategie in Abhängigkeit der aktuellen Wirkungsgrade erforderlich, um beispielsweise eine möglichst energieeffiziente Einstellung der Ladegleichströme sicherzustellen.According to a further embodiment, a further grid feed current is supplied to the energy supply network, which is generated by means of another inverter from energy of the photovoltaic cell. Thus, energy of the photovoltaic cell, which is not used to charge the charge storage of the electric vehicle, can be fed into the power grid. In this case, the first DC charging current and the second DC charging current can be adjusted depending on an efficiency of the DC-DC converter, an efficiency of the rectifier and / or an efficiency of the further inverter. The efficiencies of the DC-DC converter, the rectifier and the inverter may depend on the currents or voltages to be converted. Therefore, a current assessment an optimal charging strategy depending on the current efficiencies required, for example, to ensure the most energy-efficient adjustment of the DC charging currents.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Laden eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine zu dem Fahrzeug externe Photovoltaikzelle, ein Ladesteuergerät, einen Gleichspannungswandler und eine Wandlervorrichtung. Das Ladesteuergerät ist mit dem Ladungsspeicher koppelbar. Der Gleichspannungswandler ist mit der Photovoltaikzelle oder mehreren Photovoltaikzellen und dem Ladesteuergerät gekoppelt und in der Lage, einen ersten Ladegleichstrom direkt aus Energie der Photovoltaikzelle oder der mehreren Photovoltaikzellen zu erzeugen. Die Wandlervorrichtung ist mit einem Energieversorgungsnetz koppelbar und ist darüber hinaus mit dem Ladesteuergerät gekoppelt. Die Wandlervorrichtung ist in der Lage, einen zweiten Ladegleichstrom aus Energie des Energieversorgungsnetzes zu erzeugen. Das Ladesteuergerät stellt den ersten Ladegleichstrom und den zweiten Ladegleichstrom in Abhängigkeit von einem einzustellenden Gesamtladegleichstrom für den Ladungsspeicher ein. Der einzustellende Gesamtladestrom kann beispielsweise aus einem aktuellen Ladungszustand des Ladungsspeichers und einer Zielzeit, zu welcher der Ladungsspeicher vollständig geladen sein soll, bestimmt werden. Das Ladesteuergerät kann beispielsweise ein stationäres Ladesteuergerät sein, welches fest mit den Photovoltaikzellen und dem Energieversorgungsnetz gekoppelt ist. In diesem Fall kann das Ladesteuergerät den ersten Ladegleichstrom und den zweiten Ladegleichstrom einstellen und gemeinsam über einen Gleichstromladeanschluss zu dem Ladungsspeicher des Elektrofahrzeugs übertragen. Alternativ kann das Ladesteuergerät auch Bestandteil des Fahrzeugs sein und einen Anschluss zum Koppeln des Ladesteuergeräts mit dem Gleichspannungswandler und dem Energieversorgungsnetz aufweisen.According to the present invention, there is further provided an apparatus for charging a charge storage of an electric vehicle. The device comprises a photovoltaic cell external of the vehicle, a charge control device, a DC-DC converter and a converter device. The charging control unit can be coupled to the charge storage. The DC-DC converter is coupled to the photovoltaic cell or multiple photovoltaic cells and the charge control device and capable of generating a first DC charging current directly from energy of the photovoltaic cell or photovoltaic cells. The converter device can be coupled to a power supply network and is also coupled to the charge control device. The converter device is capable of generating a second charging direct current from energy of the energy supply network. The charging controller adjusts the first DC charging current and the second DC charging current in accordance with a total charging direct current to be set for the charge storage. The total charge current to be set can be determined, for example, from a current charge state of the charge store and a destination time at which the charge store should be completely charged. The charge control device may be, for example, a stationary charge control device, which is fixedly coupled to the photovoltaic cells and the power grid. In this case, the charging controller may set the first DC charging current and the second DC charging current, and may be commonly transferred to the charge storage of the electric vehicle through a DC charging terminal. Alternatively, the charge control device may also be part of the vehicle and have a connection for coupling the charge control device with the DC-DC converter and the power supply network.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens oder einer seiner Ausführungsformen ausgestaltet. Somit kann mit der Vorrichtung eine energieeffiziente und/oder wirtschaftlich effiziente Ladung des Ladungsspeichers des Elektrofahrzeugs erreicht werden.According to one embodiment, the device is designed to carry out the method described above or one of its embodiments. Thus, with the device, an energy-efficient and / or economically efficient charge of the charge storage of the electric vehicle can be achieved.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Elektrofahrzeug bereitgestellt, welches einen Ladungsspeicher zum Speichern von elektrischer Energie, ein mit dem Ladungsspeicher gekoppeltes Ladesteuergerät, einen Gleichstromladeanschluss, einen Energieversorgungsnetzanschluss und eine Wandlervorrichtung umfasst. Der Gleichstromladeanschluss ist mit dem Ladesteuergerät gekoppelt und dient zum Zuführen eines ersten Ladegleichstroms. Der Energieversorgungsnetzanschluss kann mit einem Energieversorgungsnetz, welches beispielsweise eine Wechselspannung von 110 bis 230 V oder einen Drehstrom mit 200 bis 400 V bereitstellt, gekoppelt werden. Die Wandlervorrichtung ist mit dem Energieversorgungsnetzanschluss und mit dem Ladesteuergerät gekoppelt. Die Energie des Energieversorgungsnetzes wird über den Energieversorgungsnetzanschluss der Wandlervorrichtung zugeführt und von dieser in einen zweiten Ladegleichstrom gewandelt, welcher dem Ladesteuergerät zugeführt wird. Das Ladesteuergerät stellt den ersten Ladegleichstrom und den zweiten Ladegleichstrom in Abhängigkeit von einem einzustellenden Gesamtladestrom für den Ladungsspeicher ein. Das Elektrofahrzeug ist zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgestaltet und umfasst daher auch die zuvor beschriebenen Vorteile.According to the invention, there is further provided an electric vehicle comprising a charge storage for storing electrical energy, a charge control device coupled to the charge storage, a DC charging port, a power grid and a converter device. The DC charging port is coupled to the charging controller and serves to supply a first DC charging current. The power supply connection can be coupled to a power supply network which provides, for example, an AC voltage of 110 to 230 V or a three-phase current of 200 to 400 V. The converter device is coupled to the power supply connection and to the charge control device. The energy of the power supply network is supplied to the converter device via the power supply connection and converted by the latter into a second charging direct current, which is supplied to the charge control device. The charging controller adjusts the first DC charging current and the second DC charging current in accordance with a total charging current to be set for the charge storage. The electric vehicle is designed to carry out the method described above and therefore also includes the advantages described above.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail beschrieben werden.The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zum Laden eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs.The sole figure shows a device for charging a charge storage of an electric vehicle.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zum Laden eines Ladungsspeichers 3 eines Elektrofahrzeugs 2. Die Vorrichtung 1 umfasst eine zu dem Fahrzeug 2 externe Photovoltaikzelle oder Solaranlage 4, welche beispielsweise an oder auf einem Gebäude angebracht sein kann. Die Solaranlage 4 kann eine Vielzahl von Solarzellen oder Photovoltaikzellen umfassen, welche in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung angeordnet sind und beispielsweise eine Gleichspannung im Bereich von einigen hundert Volt bereitstellen. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin ein Ladesteuergerät 5, welches mit dem Ladungsspeicher 3 des Fahrzeugs 2 über einen Anschluss 6 des Fahrzeugs 2 koppelbar ist. Der Ladungsspeicher 3 des Fahrzeugs 2 kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie oder eine Brennstoffzelle umfassen. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Gleichspannungswandler 7, welcher mit der Solaranlage 4 und dem Ladesteuergerät 5 gekoppelt ist. Der Gleichspannungswandler 7 stellt einen ersten Ladegleichstrom I1 direkt aus der Energie der Solaranlage 4 bereit, welcher eine Spannung aufweist, die zur Ladung des Ladungsspeichers 3 geeignet ist. Der erste Ladegleichstrom I1 wird dem Ladesteuergerät 5 über einen Stromzähler 8 bereitgestellt, welcher einen Gleichstromeigenverbrauch zählt.The single figure shows a device 1 for charging a charge storage 3 an electric vehicle 2 , The device 1 includes one to the vehicle 2 external photovoltaic cell or solar system 4 which may be attached to or on a building, for example. The solar system 4 may comprise a plurality of solar cells or photovoltaic cells, which are arranged in a series and / or parallel connection and provide, for example, a DC voltage in the range of a few hundred volts. The device 1 further includes a charge controller 5 , which with the charge storage 3 of the vehicle 2 via a connection 6 of the vehicle 2 can be coupled. The charge storage 3 of the vehicle 2 For example, it may include a rechargeable battery or a fuel cell. The device 1 further comprises a DC-DC converter 7 , which with the solar system 4 and the charge controller 5 is coupled. The DC-DC converter 7 provides a first DC charging current I 1 directly from the energy of the solar system 4 ready, which has a voltage that charges the charge storage 3 suitable is. The first charging direct current I 1 is the charging controller 5 via an electricity meter 8th provided which counts a direct current consumption.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Gleichrichter 9, welcher über eine Anschlussdose 10 mit einem Energieversorgungsnetz 11 gekoppelt ist. Das Energieversorgungsnetz 11 kann beispielsweise eine haushaltsübliche Stromversorgung mit einem Drehstrom im Bereich von 380 bis 400 V oder einem Wechselstrom im Bereich von 220 bis 230 V für ein Hausnetz 12 bereitstellen. Die von dem Energieversorgungsnetz 11 bezogene Energie wird mittels eines Stromzählers 13 für eine Abrechnung mit einem Energieversorger ermittelt. Der Gleichrichter 9 ist mit dem Ladesteuergerät 5 gekoppelt oder, wie in der Figur dargestellt, integriert mit dem Ladesteuergerät 5 ausgebildet. Der Gleichrichter 9 erzeugt aus dem Dreh- oder Wechselstrom des Energieversorgungsnetzes einen zweiten Ladegleichstrom I2. Das Ladesteuergerät 5 stellt den ersten Ladegleichstrom I1 und den zweiten Ladegleichstrom I2 in Abhängigkeit von einem einzustellenden Gesamtladestrom für den Ladungsspeicher 3 ein und führt diesen Gesamtstrom dem Ladungsspeicher 3 zu. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Wechselrichter 14, welcher aus dem elektrischen Gleichstrom der Solaranlage 4 einen Wechselstrom erzeugt, welcher über einen Stromzähler 15 in das Energieversorgungsnetz 11 eingespeist werden kann. Der Wechselrichter 14 und der Gleichspannungswandler 7 können, wie es in der Figur gezeigt ist, integriert ausgebildet sein.The device 1 further includes a rectifier 9 , which has a junction box 10 with a power supply network 11 is coupled. The power supply network 11 For example, a household power supply with a Three-phase current in the range of 380 to 400 V or an alternating current in the range of 220 to 230 V for a home network 12 provide. The from the power grid 11 related energy is by means of an electricity meter 13 calculated for a settlement with an energy supplier. The rectifier 9 is with the charging controller 5 coupled or, as shown in the figure, integrated with the charging controller 5 educated. The rectifier 9 generates from the rotary or alternating current of the power supply network, a second charging direct current I 2 . The charging controller 5 represents the first DC charging current I 1 and the second DC charging current I 2 in response to a total charging current to be set for the charge storage 3 and leads this total current to the charge storage 3 to. The device 1 further includes an inverter 14 , which from the electrical direct current of the solar system 4 generates an alternating current, which via an electricity meter 15 into the power grid 11 can be fed. The inverter 14 and the DC-DC converter 7 can be integrated, as shown in the figure.

Wenn keine elektrische Energie von der Solaranlage 4 zur Verfügung steht, wird das Fahrzeug 2, wie es in dem Stand der Technik üblich ist, mittels elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetz 11 über den Gleichrichter 9 und das Ladesteuergerät 5 aufgeladen. Wenn jedoch elektrische Energie von der Solaranlage 4 zur Verfügung steht, wird diese nicht wie sonst üblich über den Wechselrichter 14 in das Energieversorgungsnetz 11 eingespeist, sondern direkt mittels des Gleichspannungswandlers 7 über das Ladesteuergerät 5 in den Ladungsspeicher 3 des Elektrofahrzeugs 2 eingespeist. Dadurch können Wandlerverluste des Wechselrichters 14 und des Gleichrichters 9 vermieden werden. Der Gleichspannungswandler 7 wandelt die von der Solaranlage erzeugte Gleichspannung auf ein Spannungsniveau, welches zum Laden des Ladungsspeichers 3, beispielsweise einer Hochvoltbatterie, geeignet ist. Diese Gleichspannung kann beispielsweise durch ein zweiadriges Hochspannungskabel zu dem Ladesteuergerät 5 und von dort zu dem Elektrofahrzeug 2 übertragen werden. Der Gleichspannungswandler 7 kann integriert mit dem Wechselrichter 14 oder in das Ladesteuergerät 5 integriert ausgebildet werden. Alternativ kann der Gleichspannungswandler 7 auch als Zusatzgerät ausgeführt werden, welches die Gleichspannung der Solaranlage 4 aufnimmt und die umgewandelte Ladespannung für das Ladesteuergerät 5 sowie die Spannung der Solaranlage 4 für den Wechselrichter 14 zur Verfügung stellt und die Leistungsverteilung übernimmt. Die Leistungsverteilung kann gegebenenfalls über das Ladesteuergerät 5 gesteuert werden. Immer wenn ein Elektrofahrzeug 2 geladen werden soll, wird somit die Gleichspannung der Solaranlage 4 über den Gleichspannungswandler 7 direkt zur Verfügung gestellt und nicht mittels des Wechselrichters 14 in das Energieversorgungsnetz 11 eingespeist. Dadurch können Verluste von ca. 2–4% aufgrund des Wechselrichterwirkungsgrades vermieden werden. Die Steuerung kann über das Ladesteuergerät 5 oder automatisch durch die Leistungsabnahme durch das Ladesteuergerät 5 erfolgen, damit überschüssige Leistung der Solaranlage 4 weiterhin über den Wechselrichter 14 in das Energieversorgungsnetz 4 eingespeist wird. Bei einer geeigneten Anordnung der Photovoltaikzellen in der Solaranlage kann gegebenenfalls sogar auf den Gleichspannungswandler 7 verzichtet werden, wenn die Solaranlage eine für den Ladungsspeicher 3 geeignete Ladespannung direkt bereitstellt.If no electrical energy from the solar system 4 is available, the vehicle is 2 , as is customary in the prior art, by means of electrical energy from the power grid 11 over the rectifier 9 and the charge controller 5 charged. However, if electrical energy from the solar system 4 is available, this is not as usual on the inverter 14 into the power grid 11 fed, but directly by means of the DC-DC converter 7 via the charging control unit 5 in the charge storage 3 of the electric vehicle 2 fed. This can cause converter losses of the inverter 14 and the rectifier 9 be avoided. The DC-DC converter 7 Converts the DC voltage generated by the solar system to a voltage level, which is used to charge the charge storage 3 , For example, a high-voltage battery is suitable. This DC voltage can, for example, by a two-wire high voltage cable to the charging controller 5 and from there to the electric vehicle 2 be transmitted. The DC-DC converter 7 Can be integrated with the inverter 14 or in the charging controller 5 be formed integrated. Alternatively, the DC-DC converter 7 Also be run as an accessory, which is the DC voltage of the solar system 4 receives and the converted charging voltage for the charging controller 5 as well as the voltage of the solar system 4 for the inverter 14 provides and takes over the power distribution. The power distribution can optionally via the charging controller 5 to be controlled. Whenever an electric vehicle 2 is to be charged, thus the DC voltage of the solar system 4 over the DC-DC converter 7 provided directly and not by means of the inverter 14 into the power grid 11 fed. As a result, losses of about 2-4% due to the inverter efficiency can be avoided. The controller can be controlled by the charge controller 5 or automatically by the power take-off by the charging controller 5 done, thus excess power of the solar system 4 continue via the inverter 14 into the power grid 4 is fed. With a suitable arrangement of the photovoltaic cells in the solar system may possibly even on the DC-DC converter 7 be waived if the solar system one for the charge storage 3 provides suitable charging voltage directly.

Das Ladesteuergerät 5 erhält den ersten Ladegleichstrom I1 über den Gleichspannungswandler 7 von der Solaranlage 4 und ergänzt den gesamten erforderlichen Ladestrom zum Laden des Ladungsspeichers 3 bei Bedarf durch den zusätzlichen zweiten Ladestrom I2 aus dem Energieversorgungsnetz 11. Dabei steuert das Ladesteuergerät den ersten Ladegleichstrom I1 und sorgt so dafür, dass überschüssige Leistung der Solaranlage weiterhin über den Wechselrichter 14 in das Energieversorgungsnetz 11 eingespeist wird. Der Gleichspannungswandler 7 kann auch mit dem Ladesteuergerät 5 integriert ausgebildet sein. Das Ladesteuergerät 5 regelt den gesamten Ladestrom und den zugehörigen Spannungsverlauf, welcher zum Laden des Ladungsspeichers 3 benötigt wird, derart, dass möglichst verlustfrei die von der Solaranlage erzeugte Leistung verwendet wird und gleichzeitig der Ladungsspeicher 3 vor einer erhöhten Alterung geschützt wird.The charging controller 5 receives the first DC charging current I 1 via the DC-DC converter 7 from the solar system 4 and complements the total charging current required to charge the charge storage 3 if necessary by the additional second charging current I 2 from the power grid 11 , In this case, the charging control unit controls the first charging direct current I 1 and thus ensures that excess power of the solar system continues via the inverter 14 into the power grid 11 is fed. The DC-DC converter 7 can also with the charge controller 5 be formed integrated. The charging controller 5 regulates the entire charging current and the associated voltage curve, which is used to charge the charge storage device 3 is required, such that as lossless as possible, the power generated by the solar system is used and at the same time the charge storage 3 is protected against increased aging.

Wie in der Figur gezeigt ist, kann das Ladesteuergerät 5 sowohl eine stationäre Ladestation sein, als auch in Form eines Ladesteuergeräts 16 in einem Elektrofahrzeug 17 mit einem Ladungsspeicher 18 integriert ausgebildet sein. In letzterem Fall werden dem Ladesteuergerät 16 der erste Ladegleichstrom I1 von der Solaranlage 4 und ein Wechselstrom von dem Energieversorgungsnetz 11 über entsprechende Anschlüsse an dem Fahrzeug 17 bereitgestellt.As shown in the figure, the charge controller 5 be both a stationary charging station, as well as in the form of a charge controller 16 in an electric vehicle 17 with a charge storage 18 be formed integrated. In the latter case, the charging controller 16 the first DC charging current I 1 from the solar system 4 and an alternating current from the power grid 11 via appropriate connections to the vehicle 17 provided.

Die Einstellung der Ladegleichströme I1 und I2 kann, wie nachfolgend beschrieben werden wird, unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden der Wandler 7, 9 und 14 sowie unter Berücksichtigung von Stromkosten und Einspeisevergütungen eingestellt werden. Beim Anschluss des Elektrofahrzeugs 2 an die Vorrichtung 1 kann beispielsweise geprüft werden, ob und mit welchem Wirkungsgrad der Wechselrichter 14 elektrische Leistung in das Energieversorgungsnetz 11 einspeist. Über einen entsprechenden Algorithmus kann bestimmt werden, ob es energetisch und/oder wirtschaftlich günstiger ist, den Gleichstrom der Solaranlage 4 über den Gleichspannungswandler 7 direkt zu dem Elektrofahrzeug 2 einzuspeisen. Dazu sind in dem Ladesteuergerät 5 die Wirkungsgrade oder Kennlinien bei entsprechender Last an dem Gleichspannungswandler 7 dem Wechselrichter 14 und dem Gleichrichter 9 bekannt. Weiterhin sind die Einspeisevergütung für Solarwechselstrom, welcher von der Solaranlage 4 über den Wechselrichter 14 in das Energieversorgungsnetz 11 eingespeist wird, und die Strombezugskosten für aus dem Energieversorgungsnetz 11 entnommener Energie bekannt, so dass eine Optimierung sowohl in Form von energetisch günstiger” oder „finanziell günstiger” vorgenommen werden kann. Bei der Einspeisevergütung und den Strombezugskosten können auch zeitlich veränderbare Tarife, z. B. Nachtstromtarife oder Spitzenlasttarife, berücksichtigt werden. Die Prüfung kann periodisch in definierten Zeitabständen wiederholt werden oder kontinuierlich durchgeführt werden, so dass bei geänderten Witterungs- und Wetterbedingungen, wie z. B. Sonne, Regen oder Dämmerung, und geänderten Tarifen gegebenenfalls eine Veränderung der Einstellung der Ladegleichströme I1 und I2 erfolgen kann. Alternativ kann auch bei angeschlossenem Elektrofahrzeug eine Ladung über die Solaranlage 4 priorisiert werden. Bei fehlender oder unzureichender Sonneneinstrahlung wird der Ladevorgang gegebenenfalls unterbrochen und wieder aufgenommen, wenn ausreichend Energie zur Verfügung steht. Sofern das verbleibende zeitliche Fenster für eine Ladung über Energie von der Solaranlage 4 nicht mehr ausreicht, beispielsweise aufgrund von fehlender Sonneneinstrahlung bei schlechtem Wetter oder Dunkelheit, wird auf eine Ladung aus dem Energieversorgungsnetz 11 umgeschaltet, sofern ein entsprechender Zeitpunkt für die Vollladung bzw. den Abschluss des Ladevorgangs vorgegeben wurde.The adjustment of the DC load currents I 1 and I 2 , as will be described below, taking into account the efficiencies of the converter 7 . 9 and 14 and taking into account electricity costs and feed-in tariffs. When connecting the electric vehicle 2 to the device 1 For example, it is possible to check whether and with what efficiency the inverter 14 electrical power in the power grid 11 feeds. A corresponding algorithm can be used to determine whether it is energetically and / or economically more favorable, the direct current of the solar system 4 over the DC-DC converter 7 directly to the electric vehicle 2 feed. These are in the charging controller 5 the efficiencies or characteristics with appropriate load on the DC-DC converter 7 the inverter 14 and the rectifier 9 known. Furthermore, the feed-in tariff for solar alternating current, which of the solar system 4 over the inverter 14 into the power grid 11 is fed, and the electricity purchase costs for from the power grid 11 taken from known energy, so that an optimization can be made both in terms of energetically favorable "or" financially favorable ". With the feed-in tariff and the electricity purchase costs also temporally changeable tariffs, z. As night electricity tariffs or peak load rates, are taken into account. The test can be repeated periodically at defined intervals or carried out continuously, so that in changed weather and weather conditions, such. As sun, rain or dusk, and changed rates, if necessary, a change in the setting of the DC charging currents I 1 and I 2 can take place. Alternatively, a charge can be made via the solar system even if the electric vehicle is connected 4 be prioritized. If there is no or insufficient sunlight, the charging process may be interrupted and resumed if sufficient energy is available. Unless the remaining time window for a charge over energy from the solar system 4 is no longer sufficient, for example due to lack of sunlight in bad weather or darkness, is due to a charge from the power grid 11 if an appropriate time has been set for the full charge or the completion of the charging process.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Wechselrichter 19, welcher eingangsseitig mit dem Ladungsspeicher 3, 18 des Elektrofahrzeugs 2, 17 gekoppelt ist und ausgangsseitig über einen Stromzähler 20 mit dem Energieversorgungsnetz 11 gekoppelt ist. Der Wechselrichter 19 kann beispielsweise über das Ladesteuergerät 5 gesteuert werden, umelektrische Energie von dem Ladungsspeicher 3, 18 in eine Wechselspannung umzuwandeln, welche in das Energieversorgungsnetz 11 eingespeist wird. Dadurch kann der Ladungsspeicher 3, 18 des Elektrofahrzeugs 2, 17 als Energiequelle für Spitzenlastzeiten des Energieversorgungsnetzes 11 genutzt werden, um einen kurzzeitigen erhöhten Strombedarf in dem Energieversorgungsnetz 11 ausgleichen zu können. Wenn seitens des Netzbetreibers Bedarf für Energie aus dem Ladungsspeicher 3, 18 besteht und gleichzeitig ein Fahrzeugbenutzer zu diesem Zeitpunkt keinen vollständig geladenen Ladungsspeicher 3, 18 benötigt, beispielsweise nachts oder am Wochenende, je nach Nutzungsverhalten, kann der Wechselrichter 19 dementsprechend von dem Ladesteuergerät 5 angesteuert werden. Entsprechende Informationen zum Nutzungsverhalten können von dem Fahrzeugbenutzer in das Ladesteuergerät eingegeben werden. Informationen zum Strombedarf des Energieversorgungsnetzes 11 können beispielsweise mittels einer Datenverbindung zwischen dem Energieversorger und dem Ladesteuergerät 5 bereitgestellt werden. Alternativ können. Informationen zum Strombedarf des Energieversorgungsnetzes 11 aus Netzeigenschaften wie Spannung oder Frequenz bestimmt werden, da bereits geringe Abweichungen dieser Eigenschaften vom Nennwert direkt vom Verhältnis des aktuell verfügbaren zum benötigten Stromvolumen abhängig sind.The device 1 further includes an inverter 19 , which on the input side with the charge storage 3 . 18 of the electric vehicle 2 . 17 is coupled and the output side via an electricity meter 20 with the power supply network 11 is coupled. The inverter 19 For example, via the charging controller 5 controlled to electrical energy from the charge storage 3 . 18 into an alternating voltage, which in the power grid 11 is fed. This allows the charge storage 3 . 18 of the electric vehicle 2 . 17 as an energy source for peak load times of the power grid 11 be used to a short-term increased power needs in the power grid 11 to be able to compensate. When the network operator needs energy from the charge storage 3 . 18 At the same time, a vehicle user does not have a fully charged charge storage at that time 3 . 18 required, for example, at night or on weekends, depending on usage, the inverter 19 accordingly from the charge controller 5 be controlled. Corresponding information about the user behavior can be entered by the vehicle user into the charging control unit. Information about the power requirement of the power supply network 11 For example, by means of a data connection between the power company and the charging control unit 5 to be provided. Alternatively you can. Information about the power requirement of the power supply network 11 Net properties such as voltage or frequency are determined, since even small deviations of these properties from the nominal value are directly dependent on the ratio of the currently available to the required volume of electricity.

Die Wechselrichter 14 und 19 können auch als nur ein Gerät ausgebildet werden, da sie die gleiche Funktion erfüllen. Gleiches gilt für die Stromzähler 15 und 20. Dadurch können der vorhandene Wechselrichter 14 und Stromzähler 15 vorteilhaft auch für die Einspeisung von Gleichstrom aus der Batterie 3 des Fahrzeugs 2 verwendet werden. Voraussetzung dafür ist der zeitliche Abgleich von erzeugtem Solarstrom von der Solaranlage 4 zu selbstgenutztem und eingespeistem Strom zur Berechnung der Vergütung für Einspeisung bzw. Eigennutzung.The inverters 14 and 19 can also be designed as a single device because they perform the same function. The same applies to the electricity meters 15 and 20 , This allows the existing inverter 14 and electricity meters 15 advantageous also for the supply of direct current from the battery 3 of the vehicle 2 be used. Prerequisite for this is the timing of generated solar power from the solar system 4 to self-used and fed-in electricity to calculate the remuneration for feed-in or own use.

Die Steuerung des Energieflusses innerhalb der Vorrichtung 1 kann insbesondere unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade der Einheiten 7, 9, 14 und 19 und unter Berücksichtigung von Stromkosten sowie Einspeisevergütungen und Eigenverbrauchvergütungen eingestellt werden. Eine entsprechende Abrechnung der Vergütungen und Kosten kann mittels der Stromzähler 8, 13, 15 und 20 sichergestellt werden.The control of the flow of energy within the device 1 especially considering the efficiencies of the units 7 . 9 . 14 and 19 and taking into account electricity costs and feed-in tariffs and own consumption payments. A corresponding billing of the fees and costs can be done by means of the electricity meter 8th . 13 . 15 and 20 be ensured.

Die von der Solaranlage 4 und dem Wechselrichter 14 erzeugte elektrische Energie kann auch direkt als Eigenverbrauch in das Hausnetz 12 eingespeist werden. Bei einer gleichzeitigen Ladung des Elektrofahrzeugs 2 und einer Versorgung des Hausnetzes 12 mit Energie aus der Solaranlage 4, kann die Ladeleistung des Elektrofahrzeugs begrenzt werden, wenn der Eigenverbrauch von Hausnetz 12 plus Ladeleistung des Fahrzeugs 2 größer als die Leistung der Solaranlage 4 ist, da die Leistung der Solaranlage 4 den Grenzwert für die maximal mögliche Eigennutzung darstellt. Vorraussetzung dafür ist, dass diese Begrenzung des Ladestroms für das Fahrzeug 2 beispielsweise anhand des Nutzungsverhaltens des Fahrzeugbenutzers möglich ist, d. h., wenn beispielsweise gerade kein kurzfristiger Bedarf an einer vollständig geladenen Batterie besteht.The of the solar system 4 and the inverter 14 generated electrical energy can also directly as self-consumption in the home network 12 be fed. With a simultaneous charge of the electric vehicle 2 and a supply of the house network 12 with energy from the solar system 4 , the charging power of the electric vehicle can be limited if the self-consumption of home network 12 plus charging power of the vehicle 2 greater than the power of the solar system 4 is because the performance of the solar system 4 represents the limit for the maximum possible own use. Prerequisite for this is that this limitation of the charging current for the vehicle 2 For example, based on the user behavior of the vehicle user is possible, that is, for example, if there is currently no short-term need for a fully charged battery.

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Claims (13)

Verfahren zum Betreiben eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs, umfassend: – Zuführen eines ersten Ladegleichstroms (I1) zu dem Ladungsspeicher (3, 18), wobei der erste Ladegleichstrom (I1) mittels eines Gleichspannungswandlers (7) direkt aus Energie einer zu dem Fahrzeug (2, 17) externen Photovoltaikzelle (4) erzeugt wird, – Zuführen eines zweiten Ladegleichstroms (I2) zu dem Ladungsspeicher (3, 18), wobei der zweite Ladegleichstrom (I2) aus Energie eines Energieversorgungsnetzes (11) erzeugt wird, und – Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) in Abhängigkeit von einem einzustellenden Gesamtladestrom für den Ladungsspeicher (3, 18).A method of operating a charge storage device of an electric vehicle, comprising: - supplying a first charge direct current (I 1 ) to the charge storage device ( 3 . 18 ), wherein the first DC charging current (I 1 ) by means of a DC-DC converter ( 7 ) directly from energy one to the vehicle ( 2 . 17 ) external photovoltaic cell ( 4 ), - supplying a second charging direct current (I 2 ) to the charge storage ( 3 . 18 ), wherein the second charging direct current (I 2 ) from energy of a power supply network ( 11 ), and - adjusting the first DC charging current (I 1 ) and the second DC charging current (I 2 ) in dependence on a total charge current to be set for the charge storage ( 3 . 18 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) ferner ein Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) in Abhängigkeit von einem maximalen ersten Ladegleichstrom umfasst, wobei der maximale erste Ladegleichstrom ein mittels des Gleichspannungswandlers (7) und der Photovoltaikzelle (4) aktuell erzeugbarer Strom ist.The method of claim 1, wherein adjusting the first DC charging current (I 1 ) and the second DC charging current (I 2 ) further comprises adjusting the first DC charging current (I 1 ) and the second DC charging current (I 2 ) in response to a maximum first DC charging current. wherein the maximum first DC charging current by means of the DC-DC converter ( 7 ) and the photovoltaic cell ( 4 ) current is current. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Ladegleichstrom (I1) auf den einzustellenden Gesamtladestrom eingestellt wird, wenn der maximale erste Ladegleichstrom größer oder gleich dem einzustellenden Gesamtladestrom ist.The method of claim 2, wherein the first DC charging current (I 1 ) is set to the total charging current to be set when the maximum first DC charging current is greater than or equal to the total charging current to be set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) ferner ein Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) in Abhängigkeit von einer Einspeisevergütung, einer Selbstverbrauchervergütung und/oder einem Strompreis umfasst.The method of claim 1 , wherein adjusting the first DC charging current (I 1 ) and the second DC charging current (I 2 ) further comprises adjusting the first charging direct current (I 1 ) and the second charging direct current (I 2 ) in dependence on a feed-in tariff Consumer price and / or a price of electricity. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: – Zuführen eines Netzeinspeisestroms zu dem Energieversorgungsnetz, wobei der Netzeinspeisestrom mittels eines Wechselrichters (19) aus Energie des Ladungsspeichers (3, 18) des Elektrofahrzeugs (2, 17) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, further comprising: - supplying a grid feed to the power grid, wherein the grid feed by means of an inverter ( 19 ) from energy of the charge storage ( 3 . 18 ) of the electric vehicle ( 2 . 17 ) is produced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Ladegleichstrom (I2) mittels eines Gleichrichters (9) aus Energie des Energieversorgungsnetzes (11) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the second DC charging current (I 2 ) by means of a rectifier ( 9 ) from energy of the energy supply network ( 11 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Einstellendes ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) ferner ein Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) in Abhängigkeit von einem Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers (7) und/oder einem Wirkungsgrad des Gleichrichters (9) umfasst.The method of claim 6, wherein the adjusting the first charging DC current (I 1) and the second charging DC current (I 2) further includes adjusting the first charging DC current (I 1) and the second charging DC current (I 2) as a function (of an efficiency of the DC-DC converter 7 ) and / or an efficiency of the rectifier ( 9 ). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend: – Zuführen eines weiteren Netzeinspeisestroms zu dem Energieversorgungsnetz, wobei der weiteren Netzeinspeisestrom mittels eines weiteren Wechselrichters (14) aus Energie der Photovoltaikzelle (4) erzeugt wird.The method of claim 6 or 7, further comprising: - supplying a further grid feed to the power grid, wherein the further grid feed by means of another inverter ( 14 ) from energy of the photovoltaic cell ( 4 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) ferner ein Einstellen des ersten Ladegleichstroms (I1) und des zweiten Ladegleichstroms (I2) in Abhängigkeit von einem Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers (7), einem Wirkungsgrad des Gleichrichters (9) und/oder einem Wirkungsgrad des weiteren Wechselrichters (14) umfasst.The method of claim 8, wherein the adjusting the first charging DC current (I 1) and the second charging DC current (I 2) further includes adjusting the first charging DC current (I 1) and the second charging DC current (I 2) as a function (of an efficiency of the DC-DC converter 7 ), an efficiency of the rectifier ( 9 ) and / or an efficiency of the further inverter ( 14 ). Vorrichtung zum Laden eines Ladungsspeichers eines Elektrofahrzeugs, umfassend: – eine zu dem Fahrzeug (2, 17) externe Photovoltaikzelle (4), – ein Ladesteuergerät (5, 16), welches mit dem Ladungsspeicher (3, 18) koppelbar ist, – einen Gleichspannungswandler (7), welcher mit der Photovoltaikzelle (4) und dem Ladesteuergerät (5, 16) gekoppelt ist und ausgestaltet ist, einen ersten Ladegleichstrom (I1) direkt aus Energie der Photovoltaikzelle (4) zu erzeugen, und – eine Wandlervorrichtung (9), welche mit einem Energieversorgungsnetz (11) koppelbar ist und mit dem Ladesteuergerät (5, 16) gekoppelt ist und ausgestaltet ist, einen zweiten Ladegleichstrom (I2) aus Energie des Energieversorgungsnetzes (11) zu erzeugen, wobei das Ladesteuergerät (5, 16) ausgestaltet ist, den ersten Ladegleichstrom (I1) und den zweiten Ladegleichstrom (I2) in Abhängigkeit von einem einzustellenden Gesamtladestrom für den Ladungsspeicher (3, 18) einzustellen.Device for charging a charge accumulator of an electric vehicle, comprising: - one to the vehicle ( 2 . 17 ) external photovoltaic cell ( 4 ), - a charge control device ( 5 . 16 ), which is connected to the charge storage ( 3 . 18 ), - a DC-DC converter ( 7 ), which with the photovoltaic cell ( 4 ) and the charge controller ( 5 . 16 ) and is configured, a first DC charging current (I 1 ) directly from energy of the photovoltaic cell ( 4 ), and - a converter device ( 9 ), which are connected to a power supply network ( 11 ) and with the charge control device ( 5 . 16 ) and is configured, a second DC charging current (I 2 ) from energy of the power supply network ( 11 ), wherein the charge control device ( 5 . 16 ) is configured, the first DC charging current (I 1 ) and the second DC charging current (I 2 ) in dependence on a total charging current to be set for the charge storage ( 3 . 18 ). Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 ausgestaltet ist.Apparatus according to claim 10, wherein the apparatus is adapted to carry out the method according to any one of claims 1-9. Elektrofahrzeug, umfassend: – einen Ladungsspeicher (3, 18) zum Speichern elektrischer Energie, – ein Ladesteuergerät (16), welches mit dem Ladungsspeicher (18) gekoppelt ist, – einen Gleichstromladeanschluss, welcher zum Zuführen eines ersten Ladegleichstroms (I1) mit dem Ladesteuergerät gekoppelt ist, – einen Energieversorgungsnetzanschluss, und – eine Wandlervorrichtung, welche mit dem Energieversorgungsnetzanschluss und mit dem Ladesteuergerät (16) gekoppelt ist und ausgestaltet ist, aus über den Energieversorgungsnetzanschluss zugeführter Energie einen zweiten Ladegleichstrom (I2) zu erzeugen und dem Ladesteuergerät (16) zuzuführen, wobei das Ladesteuergerät (16) ausgestaltet ist, den ersten Ladegleichstrom (I1) und den zweiten Ladegleichstrom (I2) in Abhängigkeit von einem einzustellenden Gesamtladestrom für den Ladungsspeicher (18) einzustellen.Electric vehicle, comprising: - a charge storage device ( 3 . 18 ) for storing electrical energy, - a charge control device ( 16 ), which is connected to the charge storage ( 18 a direct current charging connection, which is coupled to the charging control device for supplying a first charging direct current (I 1 ), a power supply connection, and a converter device which is connected to the energy supply connection and to the charging control device. 16 ) is coupled and is configured, from to generate a second charging direct current (I 2 ) via the energy supply mains connection and to the charge control device ( 16 ), wherein the charge control device ( 16 ) is configured, the first DC charging current (I 1 ) and the second DC charging current (I 2 ) in dependence on a total charging current to be set for the charge storage ( 18 ). Elektrofahrzeug nach Anspruch 12, wobei das Elektrofahrzeug (17) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 ausgestaltet ist.Electric vehicle according to claim 12, wherein the electric vehicle ( 17 ) is configured for carrying out the method according to any one of claims 1-7.
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