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CN114435180B - 能量供应系统、用于操作能量供应系统的方法及车辆 - Google Patents

能量供应系统、用于操作能量供应系统的方法及车辆 Download PDF

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Abstract

一种能量供应系统，具有控制设备、测量设备、开关单元、用于车辆的充电站以及信号传输设备，该开关单元被设计成用于在传导状态下将第一线路的第一导体与第二线路的所指配的第二导体连接，并且在非传导状态下将第一导体与第二导体分离，该测量设备被配置成用于确定表征这些第一导体中的一个导体上的第一交流电压信号与这些第二导体中的一个导体上的第二交流电压信号之间的相位差的至少一个相位差值，该控制设备被配置成取决于相位差值藉由该信号传输设备输出第一指令，该第一指令能够使得连接至该充电站的车辆在馈电模式下改变馈送的交流电压信号的相位以减小相位差，并且控制设备被配置成能够实现开关单元从非传导状态到传导状态的第一状态改变。

Description

能量供应系统、用于操作能量供应系统的方法及车辆
技术领域
本发明涉及一种能量供应系统、一种车辆和一种用于操作能量供应系统的方法。
背景技术
在节能房屋和公寓中可以实现孤岛运行，其中例如照明装置和冰箱由车辆供应以电能、尤其是交流电，而不连接外部电力供应网络。例如，在太阳能屋顶(Solardach)的情况下，这可以实现将电能储存在车辆中并且随后储存在车辆中的能量在房屋内供房屋本身消耗。
WO 2013/057516 A1示出了一种用于家庭电网和连接至家庭电网的消耗电器的智能仪表。
CN 107612044 A示出了一种用于孤岛运行和并网运行的切换方法。
US 2016/0266559 A1示出了一种用于将微电网重新连接至主电网的方法。
US 2018/0375338 A1示出了一种用于选择性同步的系统。
WO 2019/046939 A1示出了一种同步的用于车辆的功率节点。
因此本发明的目的在于，提供一种新型的能量供应系统、一种用于这种能量供应系统的车辆和一种用于操作能量供应系统的方法。
发明内容
该目的通过下文所描述的能量供应系统、车辆和用于操作能量供应系统的方法实现。
一种能量供应系统，具有控制设备、测量设备、开关单元、用于车辆的充电站以及信号传输设备，该开关单元被设计成用于在传导状态下将第一线路的第一导体与第二线路的所指配的第二导体连接，并且在非传导状态下将该第一线路的第一导体与该第二线路的所指配的第二导体分离，该充电站与该第一线路电连接，并且被设计为双向的充电站，以便能够在充电模式下实现从该充电站到车辆的能量传输，并且能够在馈电模式下实现从车辆到该充电站的能量传输，该测量设备被配置成用于确定表征这些第一导体中的一个导体上的第一交流电压信号与这些第二导体中的一个导体上的第二交流电压信号之间的相位差的至少一个相位差值，该控制设备被配置成取决于该相位差值藉由该信号传输设备输出第一指令，该第一指令能够使得连接至该充电站的车辆在该馈电模式下改变馈送的交流电压信号的相位以减小相位差，并且该控制设备被配置成能够实现该开关单元从该非传导状态到该传导状态的第一状态改变。
因此，可以在馈电模式下在馈送到能量供应系统期间进行相位调整，并且能量供应系统随后可以藉由开关组件联接至供电网络。在接通外部供电网络之前不需要使车辆与第一线路分离，并且因此降低了由能量供应系统馈电的消耗电器发生设备故障的危险。
根据一个优选的实施方式，该控制设备被配置成取决于该相位差值执行该第一状态改变。相位差以及因此相位差值确定能量供应系统在接通外部供电网络时的负载，并且因此这种取决性是有利的。
根据一个优选的实施方式，该控制设备被配置成至少在预先给定的第一持续时长期间仅在该相位差值对应于小于预先给定的相位差极限值的相位差的条件下执行该第一状态改变。当相位差对应较小时，能够很好地实现接通供电网络。
根据一个优选的实施方式，该第一指令包括关于相移的量值和该相移的方向的信息。与例如直接在时间上规定相位走向不同，这种指令允许温和地调整，并且对第一指令的数据传输没有高要求。
根据一个优选的实施方式，该测量设备被配置成在预先给定的时间间隔内获取相位差值，并且该控制设备被设计成取决于这些相位差值藉由该信号传输设备输出第一指令。预先给定的时间间隔在此例如可以作为时间间隔被预先给定，或者可以由控制设备的对应的要求在时间上被预先给定。
一种车辆，具有双向的充电器、车辆通信设备和控制器，该车辆被配置成在馈电模式下藉由该双向的充电器产生交流电压并且将能量传输给充电站，并且该控制器被配置成藉由该车辆通信设备接收第一指令，并且取决于该第一指令对所产生的交流电压执行相移，该第一指令包括关于该相移的量值和该相移的方向的信息。第一指令优选地来自能量供应系统。这种车辆可以在馈电期间执行所期望的相位改变。
一种用于操作能量供应系统的方法，该能量供应系统具有控制设备、测量设备、开关单元、用于车辆的充电站以及信号传输设备，该开关单元被设计成用于在传导状态下将第一线路的第一导体与第二线路的所指配的第二导体连接，并且在非传导状态下将该第一线路的第一导体与该第二线路的所指配的第二导体分离，该充电站与该第一线路电连接，并且被设计为双向的充电站，以便能够在充电模式下实现从该充电站到车辆的能量传输，并且能够在馈电模式下实现从车辆到该充电站的能量传输，该方法具有以下步骤：
A)该测量设备确定表征这些第一导体中的一个导体上的第一交流电压信号与这些第二导体中的一个导体上的第二交流电压信号之间的相位差的至少一个相位差值，
B)该信号传输设备取决于该相位差值输出第一指令，该第一指令能够使得连接至该充电站的车辆在该馈电模式下改变馈送的交流电压信号的相位以减小该相位差，
C)该控制设备执行该开关单元从该非传导状态到该传导状态的第一状态改变。
根据一个优选的实施方式，多次执行该步骤A)，并且在该步骤C)中取决于该相位差值执行该第一状态改变。这提高了接通外部供电网络的安全性。
根据一个优选的实施方式，在该步骤C)中，至少在预先给定的第一持续时长期间仅在该相位差值对应于小于预先给定的相位差极限值的相位差的条件下执行该第一状态改变。较小的相位差实现接通时较低的损耗。
根据一个优选的实施方式，该第一指令包括关于该相移的量值和该相移的方向的信息。这种信息可以实现调整，并且同时车辆的充电器具有如何实现相移的一定自由。第一指令也不需要时间紧迫或快速的数据传输。
附图说明
本发明的其他细节和有利的改进方案得自于以下描述的和在附图中示出的实施例以及得自于从属权利要求，所述实施例不应以任何方式理解为对本发明的限制。在附图中：
图1以示意图示出了经由充电线缆连接至房屋能量供应系统的车辆和可连接至房屋能量供应系统的供电网络，
图2以示意图示出了由图1的车辆生成的交流电压的相位的调整，并且
图3示出了用于操作图1的能量供应系统的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中相同或作用相同的部件设有相同的附图标记并且一般仅描述一次。本说明是跨附图相互组织的，以避免不必要的重复。
图1以示意图示出了房屋10以及能量供应系统20、车辆100和供电网络12。能量供应系统20具有控制设备23、测量设备30、开关设备32、开关单元35、用于车辆100的充电站28和信号传输设备22或25。
开关单元35设置在第一线路14与第二线路13之间。第一线路14例如具有五个导体，这些导体在三相供电网络12中与有源导体L1、L2、L3和N(中性导体)以及保护导体PE连接。第二线路13例如同样具有五个导体，这些导体在三相供电网络12中与有源导体相L1'、L2'、L3'、有源导体-中性导体N'和保护导体PE'连接。开关单元35被设计成用于在传导状态下将第一线路14的第一导体与第二线路13的所指配的第二导体连接，并且在非传导状态下将第一线路14的第一导体与第二线路13的所指配的第二导体分离。为此，优选地为这些导体中的每个导体设置有开关。开关设备32可以实现操控开关单元35。针对单相运行，三个导体就足够(L1、N、PE)。
测量设备30经由线路34与第一线路14连接，并且经由线路33与第二线路13连接。优选地，线路33和34各自至少与这些导体中的传输有源导体相(Aktivleiter-Phase)(例如有源导体相L1或L1')所经由的一个导体连接。测量设备30因此可以确定表征第一导体L1、L2、L3中的一个导体上的第一交流电压信号与第二导体L1'、L2'、L3'中的一个导体上的第二交流电压信号之间的相位差的至少一个相位差值PD。测量设备30经由线路31与控制设备23连接。相位差值PD可以经由线路31从测量设备30传输到控制设备23，并且指令CMD2可以从控制设备23传输到开关设备32以用于切换开关单元35。藉由指令CMD2可以影响开关单元35是处于传导状态还是处于非传导状态。控制设备23经由线路24与无线通信设备25连接。
控制设备23还可以被称为HCM(home charge manager，家庭充电管理器)。
控制设备23还与充电站28连接，该充电站在该实施例中具有充电线缆27，该充电线缆具有电线路21和信号线路22。在充电线缆27上设置有充电线缆连接端223，该充电线缆连接端可以实现充电线缆27与车辆100的连接。车辆100具有车辆连接端120，该车辆连接端可以实现充电线缆连接端223的连接。第一线路101从车辆连接端120延伸至充电器102，并且线路103从充电器102延伸至电池104。线路105可以与信号线路22连接，并且延伸至控制器106。控制器106经由线路107与充电器102连接，并且经由线路108与电池104连接。控制器106经由线路109与车辆侧的无线通信设备110连接。
充电器102优选地被设计为双向的，该充电器因此可以实现两个方向上的能量传输(充电或馈电)。优选地，该充电器至少在馈电模式下在输出侧(朝向车辆连接端120)以交流电压工作。优选地，充电器102具有双向的AC/DC转换器。
控制设备23一方面可以实现第一指令CMD1经由线路22的传输，并且替代性地可以实现第一指令CMD1经由无线信号传输装置26在能量供应系统20的无线通信设备25与车辆100的车辆侧的无线通信设备110之间的无线传输。还可以经由线路21实现电力线传输，其中将信号调制到电源电压。
在所谓的孤岛运行中可以实现藉由电池104和双向的充电器102给房屋10供应交流电压。在此，充电器102产生交流电压，例如单相交流电压或三相交流电压，并且交流电压经由线路101和21传输或馈送到能量供应系统20并且由此在房屋10中、且尤其在第一线路14上提供用于例如照明装置29或未展示的洗碗机的能量源。在孤岛运行中，房屋10与供电网络12分离，开关单元35因此切换为非传导的。
现在，在例如需要更多能量或车辆100的电池104大幅度放电时，接通供电网络12。供电网络12的交流电压的频率和充电器102的交流电压的频率相同，并且例如在欧洲地区为50Hz。但是，如果开关单元35切换为传导的，尽管例如第一线路14上的有源导体相L1相对于第二线路13上的有源导体相L1'具有较大的相移，但是在耦合这两个电网时会有较大的电流流过，所述较大的电流有可能导致电损耗或损毁。
因此在第一步骤中，测量设备30可以获取相位差值PD并将其传输给控制设备23。随后，控制设备23可以将第一指令CMD1传输给车辆100，并且车辆100可以取决于第一指令CMD1在持续馈电中改变馈送的交流电压信号的相位以减小相位差。由此可以实现主动的相位同步。这可以既有利于V2H(vehicle to home，车辆到家庭)也有利于V2G(vehicle togrid，车辆到电网)。
传输第一指令CMD1的优点在于，传输可以是缓慢的或可以以较大的时延进行。车辆100可以执行相位的改变，并且为此选择适合于相应的车辆的过渡。因此，针对特定车辆100或能量供应系统20可以有利的是，为了进行相位调整，频率仅略微地改变并且为此在较长的时间段上改变，例如在50Hz±2Hz的范围内改变。在其他车辆中可以选择较大的频率改变，例如50Hz±20Hz。
控制设备23还可以通过获取另外的相位差值PD来监测相位差，并且一旦相位差足够小，就将开关单元35切换为传导的。
车辆100接收第一指令CMD1，并且控制器106取决于该指令CMD1可以影响充电器102，使得由充电器102产生的交流电压的相位根据第一指令CMD1而发生改变。为此，例如可以通过降低或提高频率来增大或减小产生的交流电压的周期时长。
图2以示意图示出了由车辆100的充电器102产生的有源导体相L1和由供电网络12预先给定的第二线路13上的有源导体相L1'。标明了相位差PD。供电网络12的有源导体相L1'的相位不会受能量供应系统20的影响，并且因此必须对有源导体相L1的相位加以配置。
在示出的情况下，有源导体相L1超前大约30°的相位角或1.67ms的持续时长或周期的8.33％，并且例如可以发送-30°或-1.67ms或-8.33％作为第一指令CMD1。因此，相位调整的方向可以通过符号给出。
在时间点t1时，充电器接收第一指令CMD1，并且作为回应在预先给定的持续时长内提高频率以获得对应的相移，并且结果是实现相位差PD的减小。信号L1A示出了没有相移的有源导体相。在该实施例中，展示的调整在小于周期时长的四分之一的非常短的时间段内进行。这可能在电子设备中导致问题，并且因此优选地在较长的持续时长内进行调整。
图3示出了用于操作能量供应系统20的可能的方法的流程图。在步骤S60中，测量设备30执行测量，并且该测量设备确定表征第一线路14上的第一交流电压信号L1与第二线路13上的第二交流电压信号L1'之间的相位差的至少一个相位差值PD。
随后，跳转到S62，并且在此检验相位差值PD是否对应于小于预先给定的相位差极限值(例如5°)的相位差。这种检验可以在量值上进行，或者可以针对正的和负的相位差确定不同的极限值。
如果相位差在量值上足够小，则跳转到S66，并且控制设备23执行开关单元35从非传导状态到传导状态的第一状态改变。
相反，如果在S62中相位差太大，则跳转到S64，并且给车辆100发送第一指令CMD1。在预先给定的持续时长之后，跳转到S60，并且重新测量并且获取相位差值PD。
任选地，可以在S62中额外地检验自步骤S60的第一次请求起是否经过预先给定的持续时长，并且在这种情况下，尽管相位差PD大于相位差极限值，也跳转到S66。然而在这种情况下，车辆100优选地提前与充电站28分离。通过这些措施，不具有适配相位的可能性的车辆100也可以用于孤岛运行。
当然，在本发明范围内可以有各种各样的变化和修改。

Claims (11)

1.一种能量供应系统(20)，该能量供应系统具有控制设备(23)、测量设备(30)、开关单元(35)、用于车辆(100)的充电站(28)以及信号传输设备(22，25)，
该开关单元(35)被设计成用于在传导状态下将第一线路(14)的第一导体(L1，L2，L3，N，PE)与第二线路(13)的所指配的第二导体(L1'，L2'，L3'，N'，PE')连接，并且在非传导状态下将该第一线路(14)的第一导体(L1，L2，L3，N，PE)与该第二线路(13)的所指配的第二导体(L1'，L2'，L3'，N'，PE')分离，该充电站(28)与该第一线路(14)电连接，并且被设计为双向的充电站(28)，以便能够在充电模式下实现从该充电站(28)到车辆(100)的能量传输，并且能够在馈电模式下实现从车辆(100)到该充电站(28)的能量传输，
该测量设备(30)被配置成用于确定表征这些第一导体(L1，L2，L3)中的一个导体上的第一交流电压信号与这些第二导体(L1'，L2'，L3')中的一个导体上的第二交流电压信号之间的相位差的至少一个相位差值(PD)，
该控制设备(23)被配置成取决于该相位差值(PD)藉由该信号传输设备(22，25)输出第一指令(CMD1)，该第一指令(CMD1)能够使得连接至该充电站(28)的车辆(100)在该馈电模式下改变馈送的交流电压信号的相位以减小相位差，并且该控制设备(23)被配置成能够实现该开关单元(35)从该非传导状态到该传导状态的第一状态改变。
2.根据权利要求1所述的能量供应系统(20)，其中该控制设备(23)被配置成取决于该相位差值(PD)执行该第一状态改变。
3.根据权利要求1所述的能量供应系统(20)，其中该控制设备(23)被配置成至少在预先给定的第一持续时长期间仅在该相位差值(PD)对应于小于预先给定的相位差极限值的相位差的条件下执行该第一状态改变。
4.根据前述权利要求之一所述的能量供应系统(20)，其中该第一指令(CMD1)包括关于相移的量值和该相移的方向的信息。
5.根据权利要求1至3之一所述的能量供应系统(20)，其中该测量设备(30)被配置成在预先给定的时间间隔内获取相位差值(PD)，并且其中该控制设备(23)被设计成取决于这些相位差值(PD)藉由该信号传输设备(22，25)输出该第一指令(CMD1)。
6.一种车辆(100)，该车辆具有双向的充电器(102)、车辆侧的无线通信设备(110)和控制器(106)，该车辆(100)被配置成在馈电模式下藉由该双向的充电器(102)产生交流电压(L1，L2，L3)并且将能量传输给充电站(28)，并且该控制器(106)被配置成藉由该车辆侧的无线通信设备(110)接收第一指令(CMD1)，并且取决于该第一指令对所产生的交流电压(L1，L2，L3)执行相移，该第一指令(CMD1)包括关于该相移的量值和该相移的方向的信息。
7.根据权利要求6所述的车辆(100)，其中该控制器(106)被配置成接收来自能量供应系统(20)的第一指令(CMD1)，其中所述第一指令(CMD1)能够使得连接至所述充电站(28)的所述车辆(100)在所述馈电模式下改变馈送的交流电压信号的相位以减小相位差。
8.一种用于操作能量供应系统(20)的方法，该能量供应系统(20)具有控制设备(23)、测量设备(30)、开关单元(35)、用于车辆(100)的充电站(28)以及信号传输设备(22，25)，
该开关单元(35)被设计成用于在传导状态下将第一线路(14)的第一导体(L1，L2，L3，N，PE)与第二线路(13)的所指配的第二导体(L1'，L2'，L3'，N'，PE')连接，并且在非传导状态下将该第一线路(14)的第一导体(L1，L2，L3，N，PE)与该第二线路(13)的所指配的第二导体(L1'，L2'，L3'，N'，PE')分离，该充电站(28)与该第一线路(14)电连接，并且被设计为双向的充电站(28)，以便能够在充电模式下实现从该充电站(28)到车辆(100)的能量传输，并且能够在馈电模式下实现从车辆(100)到该充电站(28)的能量传输，
该方法具有以下步骤：
A)该测量设备(30)确定表征这些第一导体(L1，L2，L3)中的一个导体上的第一交流电压信号与这些第二导体(L1'，L2'，L3')中的一个导体上的第二交流电压信号之间的相位差的至少一个相位差值(PD)，
B)该信号传输设备(22，25)取决于该相位差值(PD)输出第一指令(CMD1)，该第一指令(CMD1)能够使得连接至该充电站(28)的车辆(100)在该馈电模式下改变馈送的交流电压信号的相位以减小该相位差，
C)该控制设备(23)执行该开关单元(35)从该非传导状态到该传导状态的第一状态改变。
9.根据权利要求8所述的方法，其中多次执行该步骤A)，并且其中在该步骤C)中取决于该相位差值(PD)执行该第一状态改变。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在该步骤C)中，至少在预先给定的第一持续时长内仅在该相位差值(PD)对应于小于预先给定的相位差极限值的相位差的条件下执行该第一状态改变。
11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其中该第一指令(CMD1)包括关于相移的量值和该相移的方向的信息。
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