DE102009060364B4 - Device and method for feeding in and/or feeding back electrical energy - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes (1) in einen elektrischen Verbraucher oder Energiespeicher und/oder zur Rückspeisung von elektrischer Energie von einem elektrischen Erzeuger oder Energiespeicher in das mehrphasige Stromnetz (1), umfassend eine Verbindungseinheit (3), wobei die Verbindungseinheit (3) zwischen dem mehrphasigen Stromnetz (1) und dem Verbraucher oder Energiespeicher oder zwischen dem mehrphasigen Stromnetz (1) und dem Erzeuger oder Energiespeicher angeordnet ist,wobei die Verbindungseinheit (3) stromnetzseitig mit m Phasen (L1-L3) des Stromnetzes (1), einem Nullleiter (N) und Masse (PE) verbunden ist und verbraucherseitig n Phasen (LX, LY) zur Energieeinspeisung in den Verbraucher oder Energiespeicher nutzt oder erzeugerseitig n Phasen (LX, LY) zur Energierückspeisung vom Erzeuger oder Energiespeicher in das Stromnetz (1) nutzt, wobei n ≤ m ist, wobei mittels einer Messeinheit (6) eine Spannung und/oder ein Phasenwinkel zwischen dem Nullleiter (N) und der Masse (PE) ermittelt wird, wobei bei Überschreitung mindestens eines Schwellwertes für die Spannung und/oder den Phasenwinkel verbraucherseitig mindestens eine stärker belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) im Vergleich zu den anderen Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) leistungsmäßig reduziert angesteuert wird oder ganz abgeschaltet wird und auf eine weniger belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) umgeschaltet wird und/oder erzeugerseitig mindestens eine stärker belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) im Vergleich zu den anderen Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) leistungsmäßig verstärkt vom Erzeuger oder Energiespeicher geladen wird und/oder auf die am stärksten belasteten Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) umgeschaltet wird,wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Spannung (ΔU) und/oder der Phasenwinkel (Δφ) vor Zuschaltung des elektrischen Verbrauchers oder Energiespeichers oder Erzeugers gemessen wird und die entsprechende bzw. entsprechenden Phasen ausgewählt werden.Device for feeding electrical energy from a multi-phase power grid (1) into an electrical consumer or energy store and/or for feeding back electrical energy from an electrical generator or energy store into the multi-phase power grid (1), comprising a connection unit (3), the connection unit (3) is arranged between the multi-phase power grid (1) and the consumer or energy store or between the multi-phase power grid (1) and the generator or energy store, the connection unit (3) being connected on the power grid side to m phases (L1-L3) of the power grid (1 ), a neutral conductor (N) and ground (PE) and uses n phases (LX, LY) on the consumer side to feed energy into the consumer or energy storage device or n phases (LX, LY) on the generator side to feed energy back from the generator or energy storage device into the power grid ( 1) uses, where n ≤ m, a voltage and/or a phase angle between the neutral conductor (N) and ground (PE) being determined by means of a measuring unit (6), with at least one threshold value for the voltage and/or or the phase angle on the consumer side at least one more heavily loaded phase of the multi-phase power grid (1) is controlled with reduced power compared to the other phases of the multi-phase power grid (1) or is switched off completely and switched to a less loaded phase of the multi-phase power grid (1) and /or at least one more heavily loaded phase of the multi-phase power grid (1) on the generator side compared to the other phases of the multi-phase power grid (1) is charged by the generator or energy storage device and/or switched to the most heavily loaded phases of the multi-phase power grid (1). is,wherein the device is designed in such a way that the voltage (ΔU) and/or the phase angle (Δφ) is measured before the electrical consumer or energy store or generator is switched on and the corresponding or corresponding phases are selected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes in einem elektrischen Verbraucher oder Energiespeicher und/oder zur Rückspeisung von elektrischer Energie von einem elektrischen Erzeuger oder Energiespeicher in das mehrphasige Stromnetz, umfassend eine Verbindungseinheit, wobei die Verbindungseinheit zwischen dem mehrphasigen Stromnetz und dem Verbraucher oder Energiespeicher oder zwischen dem mehrphasigen Stromnetz und dem Erzeuger oder Energiespeicher angeordnet ist.The invention relates to a device and a method for feeding electrical energy into a multi-phase power grid in an electrical consumer or energy store and/or for feeding back electrical energy from an electrical generator or energy store into the multi-phase power grid, comprising a connection unit, the connection unit between the multi-phase power grid and the consumer or energy storage or between the multi-phase power grid and the generator or energy storage is arranged.

Mehrphasige Stromnetze umfassen typischerweise drei Phasen, wobei die Spannungen jeweils um 120° phasenverschoben sind. Dabei werden in den Haushalten je nach elektrischem Gerät eine oder mehrere Phasen zur Spannungsversorgung verwendet, wobei die Gesamtleistung der elektrischen Geräte möglichst gleichmäßig auf die Phasen aufgeteilt werden sollte. Selbst wenn einzelne Haushalte nicht gleichmäßig die Geräte bzw. Verbraucher auf die Phasen aufteilen, hat dies aufgrund der statistischen Verteilung über alle Haushalte im Regelfall keine Auswirkung.Multi-phase power grids typically comprise three phases, with the voltages being phase-shifted by 120° in each case. Depending on the electrical device, one or more phases are used for the power supply in households, and the total power of the electrical devices should be distributed as evenly as possible between the phases. Even if individual households do not evenly distribute the devices or consumers to the phases, this usually has no effect due to the statistical distribution across all households.

Zur Reduzierung der Emissionen sollen verstärkt Elektrofahrzeuge zum Einsatz kommen, wobei deren Verbreitungsgrad zukünftig noch stärker zunehmen wird. Derartige Elektrofahrzeuge verfügen über mindestens eine Traktionsbatterie. Diese Traktionsbatterie muss über eine Schnittstelle von außen wieder aufgeladen werden.Electric vehicles are to be increasingly used to reduce emissions, and their distribution will increase even further in the future. Such electric vehicles have at least one traction battery. This traction battery must be recharged from the outside via an interface.

Die EP 0 553 824 B1 offenbart verschiedene Ausführungsformen von Verbindungseinheiten, um eine Traktionsbatterie aus einem mehrphasigen Stromnetz zu laden. So offenbart diese beispielsweise eine externe Gleichrichterschaltung, um die drei Phasen des Stromnetzes in eine Gleichspannung zu wandeln. Alternativ offenbart die Druckschrift, die drei Phasen des Stromnetzes an den internen Spannungswandler zu führen und über diesen die drei Phasen gleichzurichten und die Traktionsbatterie zu laden. Während des Ladens wird dabei die elektrische Verbindung zu dem oder den Antriebsmotoren unterbrochen. In einer weiteren Ausführungsform werden die Leitungen eines einphasigen Wechselstromnetzes an zwei der Kontakte des internen Spannungswandlers geführt. Der interne Spannungswandler wird dann entsprechend gesteuert, um die einphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln.The EP 0 553 824 B1 discloses various embodiments of connection units to charge a traction battery from a multi-phase power grid. For example, it discloses an external rectifier circuit to convert the three phases of the power grid into a DC voltage. As an alternative, the publication discloses routing the three phases of the power grid to the internal voltage converter and rectifying the three phases and charging the traction battery via this converter. During charging, the electrical connection to the drive motor or motors is interrupted. In a further embodiment, the lines of a single-phase AC network are routed to two of the contacts of the internal voltage converter. The internal voltage converter is then controlled accordingly to convert the single-phase AC voltage into a DC voltage.

Die zusätzliche starke Inanspruchnahme der elektrischen Stromnetze kann zu erheblichen Problemen führen, da die Ladevorgänge eines Elektrofahrzeuges zu gegebenenfalls einseitigen Belastungen bei mehrphasigen Stromnetzen führen können, was insbesondere bei dezentralen Anbietern sich noch weiter verschärft.The additional heavy use of the electrical power grids can lead to considerable problems, since the charging processes of an electric vehicle can possibly lead to one-sided loads in multi-phase power grids, which is even more acute in the case of decentralized providers in particular.

Aus der CN 2 01 048 292 Y ist eine Vorrichtung zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes in einem elektrischen Verbraucher bekannt, umfassend eine Verbindungseinheit, wobei die Verbindungseinheit zwischen dem mehrphasigen Stromnetz und dem Verbraucher angeordnet ist. Dabei ist die Verbindungseinheit stromnetzseitig mit m Phasen des Stromnetzes verbunden und nutzt verbraucherseitig n Phasen zur Energieeinspeisung in den Verbraucher, wobei n < m ist. Verbrauchsseitig wird mindestens eine stärker belastete Phase im Vergleich zu den anderen Phasen leistungsmäßig reduziert angesteuert. Dabei wird offenbart, dass die Umschaltung dann geschieht, wenn ein bestimmtes Maß an unsymmetrischer Belastung erreicht wird.From the CN 2 01 048 292 Y discloses a device for feeding electrical energy into a multi-phase power grid in an electrical consumer, comprising a connection unit, the connection unit being arranged between the multi-phase power grid and the consumer. The connection unit is connected to m phases of the power grid on the power grid side and uses n phases on the consumer side to feed energy into the consumer, where n<m. On the consumer side, at least one more heavily loaded phase is controlled with reduced power compared to the other phases. It is revealed that the switchover occurs when a certain level of unbalanced loading is reached.

Aus der US 2 9042 153 A und der US 6 188 552 B1 ist es bekannt, eine unsymmetrische Belastung eines mehrphasigen Stromnetzes durch eine Messung einer Spannung zwischen Nichtleiter und Masse zu bestimmen, wobei bei Überschreitung eines Schwellwertes für die Spannung auf eine Schieflast erkannt wird.From the US 2 9042 153 A and the U.S. 6,188,552 B1 it is known to determine an asymmetrical load in a multi-phase power network by measuring a voltage between the non-conductor and ground, with an unbalanced load being detected when a threshold value for the voltage is exceeded.

Aus der DE 10 2006 003 904 A1 ist ein Verfahren zur Umwandlung einer durch eine netzgekoppelte Anlage zur dezentralen Energieversorgung erzeugte Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung mittels mehrerer einphasiger Wechselrichter bekannt, wobei die Wechselspannung zur Netzeinspeisung in ein elektrisches Energieversorgungsnetz und zur dezentralen Energieversorgung vorgesehen ist, wobei bei Ausfall eines Wechselrichters eine unsymmetrische Leistungsverteilung der Netzeinspeisung dadurch reduziert wird, dass die Leistung der übrigen Wechselrichter begrenzt wird.From the DE 10 2006 003 904 A1 a method is known for converting a DC voltage generated by a grid-connected system for decentralized energy supply into a three-phase AC voltage using a plurality of single-phase inverters, with the AC voltage being provided for feeding into an electrical energy supply network and for decentralized energy supply, with the failure of an inverter resulting in an asymmetrical power distribution of the Grid feed-in is reduced by limiting the power of the other inverters.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Energieeinspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes in einem elektrischen Verbraucher oder Energiespeicher zu schaffen, mittels derer Rückwirkungen auf das mehrphasige Stromnetz minimiert werden.The invention is therefore based on the technical problem of creating a device and a method for feeding electrical energy from a multi-phase power grid into an electrical consumer or energy store, by means of which repercussions on the multi-phase power grid are minimized.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by the objects with the features of claims 1 and 5. Further advantageous configurations of the invention result from the dependent claims.

Hierzu umfasst die Vorrichtung zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes in einen elektrischen Verbraucher oder Energiespeicher und/oder zur Rückspeisung von elektrischer Energie von einem elektrischen Erzeuger oder Energiespeicher in das mehrphasige Stromnetz eine Verbindungseinheit, wobei die Verbindungseinheit zwischen dem mehrphasigen Stromnetz und dem Verbraucher oder Energiespeicher oder zwischen dem mehrphasigen Stromnetz und Erzeuger oder Energiespeicher angeordnet ist, wobei die Verbindungseinheit stromnetzseitig mit m Phasen des Stromnetzes, einem Nullleiter und Masse verbunden ist und verbraucherseitig n Phasen zur Energieeinspeisung in den Verbraucher oder Energiespeicher nutzt oder erzeugerseitig n Phasen zur Energierückspeisung vom Erzeuger oder Energiespeicher in das Stromnetz nutzt, wobei n ≤ m ist, wobei mittels einer Messeinheit eine Spannung und/oder ein Phasenwinkel zwischen dem Nullleiter und der Masse ermittelt wird, wobei bei Überschreitung mindestens eines Schwellwertes für die Spannung und/oder den Phasenwinkel verbraucherseitig mindestens eine stärker belastete Phase im Vergleich zu den anderen Phasen leistungsmäßig reduziert angesteuert wird oder ganz abgeschaltet wird und gegebenenfalls auf eine weniger belastete Phase umgeschaltet wird und/oder erzeugerseitig mindestens eine stärker belastete Phase im Vergleich zu den anderen Phasen leistungsmäßig verstärkt geladen wird und/oder auf die am stärksten belasteten Phasen umgeschaltet wird. Der Grundgedanke der Erfindung ist dabei, dass anhand der Spannung und/oder dem Phasenwinkel auf die Belastung der einzelnen Phasen des mehrphasigen Stromnetzes geschlossen werden kann, wobei eine ungleichmäßige Belastung zwischen den Phasen sich in der Verschiebung des Sternpunktes bzw. Nullleiters gegenüber der Masse bemerkbar macht. Dabei sind prinzipiell zwei Fälle zu unterscheiden. Werden alle Phasen zur Energieeinspeisung verwendet, so kann der ungleichmäßigen Belastung durch Abschaltung oder Leistungsreduktion mindestens der am stärksten belasteten Phase entgegengewirkt werden. Zum Ausgleich der dadurch reduzierten Leistung können die weniger stark belasteten Phasen gegebenenfalls auch zusätzlich leistungsmäßig stärker belastet werden. Werden hingegen nicht alle Phasen zur Energieeinspeisung verwendet, so können die am wenigsten belasteten Phasen bzw. die am wenigsten belastete Phase zur Energieeinspeisung verwendet und/oder deren Leistung gesteuert werden. Dabei erfolgt also eine Auswahl und Umschaltung auf ausgewählte Phasen, um das Stromnetz gleichmäßiger zu belasten. Dabei sei angemerkt, dass auch die ausgewählten Phasen verbraucherseitig leistungsmäßig ungleichmäßig belastet werden können, um der Verschiebung des Sternpunktes weiter entgegen zu wirken. Die Leistungssteuerung bzw. Phasenauswahl kann automatisch in Abhängigkeit der Messergebnisse der Messeinheit erfolgen. Hierdurch wird der Verschiebung des Sternpunktes automatisch entgegengewirkt. Entsprechend umgekehrt wird bei der Energierückspeisung verstärkt Energie den am stärksten belasteten Phasen zugeführt. Dabei gilt wieder, dass entweder nur einzelne Phasen angeschaltet sein können oder alle. Sind nicht alle Phasen angeschaltet, so werden die am stärksten belasteten Phasen ausgewählt. Sind alle Phasen angeschaltet, wird den belasteten Phasen im Vergleich zu den anderen Phasen mehr Energie zugeführt, um der Sternpunktverschiebung entgegen zu wirken. Auch gilt, dass auch wenn nicht alle Phasen zur Energierückspeisung verwendet werden, die Energierückspeisung in den ausgewählten Phasen leistungsmäßig unterschiedlich sein kann.To this end, the device for feeding electrical energy from a multi-phase power grid into an electrical consumer or energy store and/or for feeding back energy electrical energy from an electrical generator or energy store into the multi-phase power grid, a connection unit, the connection unit being arranged between the multi-phase power grid and the consumer or energy store or between the multi-phase power grid and generator or energy store, the connection unit being connected on the power grid side to m phases of the power grid, a Neutral conductor and ground is connected and uses n phases on the consumer side to feed energy into the consumer or energy storage device or uses n phases on the generator side to feed energy back from the generator or energy storage device into the power grid, where n ≤ m, with a measuring unit measuring a voltage and/or a phase angle between the neutral conductor and ground, whereby if at least one threshold value for the voltage and/or the phase angle is exceeded on the consumer side, at least one more heavily loaded phase is controlled with reduced power compared to the other phases or is switched off completely and, if necessary, switched to a less loaded phase and/or at least one phase with a heavier load is charged more powerfully than the other phases on the generator side and/or switching is made to the most heavily loaded phases. The basic idea of the invention is that the voltage and/or the phase angle can be used to draw conclusions about the load on the individual phases of the multi-phase power grid, with an uneven load between the phases being noticeable in the shifting of the star point or neutral conductor relative to ground . There are basically two cases to be distinguished. If all phases are used to feed in energy, the uneven load can be counteracted by switching off or reducing the power of at least the most heavily loaded phase. To compensate for the resulting reduced power, the less heavily loaded phases can also be subjected to a higher power load, if necessary. If, on the other hand, not all phases are used for feeding in energy, then the phases with the least load or the phase with the least load can be used for feeding in energy and/or their power can be controlled. In this case, a selection and switching to selected phases takes place in order to load the power grid more evenly. It should be noted that the selected phases can also be loaded unevenly on the consumer side in order to further counteract the shift in the neutral point. The power control or phase selection can take place automatically depending on the measurement results of the measurement unit. This automatically counteracts the shifting of the star point. Conversely, when energy is fed back, more energy is fed to the most heavily loaded phases. Again, either only individual phases can be switched on or all of them. If not all phases are switched on, the most heavily loaded phases are selected. If all phases are switched on, more energy is supplied to the loaded phases than to the other phases in order to counteract the neutral point shift. It also applies that even if not all phases are used for energy recovery, the energy recovery in the selected phases can differ in terms of power.

Dabei erfolgt die Umschaltung der Phasen, bevor der Energieeintrag bzw. die Energierückspeisung erfolgt.In this case, the phases are switched over before the energy input or energy recovery takes place.

Vorzugsweise wird mittels der Messeinheit die Spannung zwischen mindestens einer Phase und dem Nullleiter und der Phase und Masse ermittelt, wobei aus der Differenz der Messungen die Spannung und/oder der Phasenwinkel zwischen Nullleiter und Masse ermittelt wird. Dabei kann die Messung auch für alle Phasen durchgeführt werden.The voltage between at least one phase and the neutral conductor and the phase and ground is preferably determined by means of the measuring unit, the voltage and/or the phase angle between the neutral conductor and ground being determined from the difference in the measurements. The measurement can also be carried out for all phases.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Verbindungseinheit mindestens eine Umschalteinheit angeordnet, mittels derer zwischen einzelnen Phasen ausgangsseitig umgeschaltet werden kann. Vorzugsweise ist die Umschalteinheit als Relais ausgebildet. Ausgangsseitig bedeutet dabei je nach Energierichtung verbraucher- bzw. erzeugerseitig.In a further preferred embodiment, at least one switchover unit is arranged in the connection unit, by means of which it is possible to switch over between individual phases on the output side. The switching unit is preferably designed as a relay. Depending on the energy direction, output side means consumer or generator side.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Leistungselektronik des Verbrauchers/Erzeugers oder des Energiespeichers in Abhängigkeit der ausgewählten Phasen angesteuert. Dabei kann die Leistungselektronik selbst zum Ab- bzw. Umschalten einzelner Phasen benutzt werden, so dass separate Umschalteinheiten in der Verbindungseinheit entfallen können. Alternativ kann über die Leistungselektronik gezielt eine Variation der phasenbezogenen Leistungen durchgeführt werden.In a further preferred embodiment, power electronics of the consumer/generator or of the energy store are controlled as a function of the selected phases. In this case, the power electronics itself can be used to switch off or switch over individual phases, so that separate switchover units in the connection unit can be omitted. Alternatively, the power electronics can be used to vary the phase-related power in a targeted manner.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:

  • 1 eine schematische Schaltungsanordnung zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes in einen Energiespeicher,
  • 2a eine Zeigerdarstellung der unterschiedlichen Spannungen bei symmetrisch belasteten Phasen,
  • 2b eine Darstellung der Spannungen zwischen einer Phase und Nullleiter sowie zwischen der Phase und Masse bei symmetrisch belasteten Phasen,
  • 3a eine Zeigerdarstellung der unterschiedlichen Spannungen bei unsymmetrisch belasteten Phasen und
  • 3b eine Darstellung der Spannungen zwischen einer Phase und Nullleiter sowie zwischen der Phase und Masse bei unsymmetrisch belasteten Phasen.
The invention is explained in more detail below using a preferred exemplary embodiment. The figures show:
  • 1 a schematic circuit arrangement for feeding electrical energy from a multi-phase power grid into an energy store,
  • 2a a vector representation of the different voltages for symmetrically loaded phases,
  • 2 B a representation of the voltages between a phase and neutral conductor and between between the phase and ground for symmetrically loaded phases,
  • 3a a vector representation of the different voltages in asymmetrically loaded phases and
  • 3b a representation of the voltages between a phase and neutral conductor and between the phase and earth with unbalanced loaded phases.

In der 1 ist eine schematische Schaltungsanordnung zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes 1 in einen nicht dargestellten Energiespeicher, wie beispielsweise die Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, dargestellt. Dabei ist zwischen dem mehrphasigen Stromnetz 1 und einem Ladegerät 2 eine Verbindungseinheit 3 angeordnet. Dabei umfasst das mehrphasige Stromnetz 1 drei Phasen L1-L3, einen Nullleiter N und eine Masse PE, die alle jeweils mit der Verbindungseinheit 3 verbunden sind. Verbraucherseitig, also zur Anschlussseite zum Ladegerät 2, verbindet die Verbindungseinheit 3 das Ladegerät 2 mit zwei Phasen LX und LY sowie dem Nullleiter N und der Masse PE. LX kann dabei L1 oder L2 und LY kann L2 oder L3 sein. Weiter umfasst die Verbindungseinheit 2 zwei Umschalteinheiten 4, 5, wobei mittels der Umschalteinheit die Phase L1 oder L2 auf den Ausgang LX und mittels der Umschalteinheit 5 die Phase L2 oder L3 auf den Ausgang LY geschaltet werden kann. Weiter umfasst die Verbindungseinheit 3 eine Messeinheit 6. Die Messeinheit 6 ist mit dem Nullleiter N, der Masse PE und mindestens der Phase L1 verbunden. Vorzugsweise ist diese jedoch zusätzlich auch mit der Phase L2 verbunden, was gestrichelt dargestellt ist. Die Messeinheit 6 steuert die beiden Umschalteinheiten 4, 5 mittels Steuersignalen S4 bzw. S5 an. Zusätzlich ist die Messeinheit 6 über eine Steuerleitung SL mit dem Ladegerät 2 verbunden. Das Ladegerät 2 ist derart ausgebildet, dass es zwei Phasen Lx und LY in eine Gleichspannung zur Ladung des Energiespeichers wandelt.In the 1 is a schematic circuit arrangement for feeding electrical energy of a multi-phase power grid 1 in an energy storage device, not shown, such as the traction battery of an electric or hybrid vehicle, is shown. In this case, a connection unit 3 is arranged between the multi-phase power grid 1 and a charging device 2 . In this case, the multi-phase power grid 1 comprises three phases L1-L3, a neutral conductor N and a ground PE, which are all connected to the connection unit 3 in each case. On the consumer side, ie on the connection side to the charger 2, the connection unit 3 connects the charger 2 to two phases L X and L Y and to the neutral conductor N and ground PE. L X can be L1 or L2 and L Y can be L2 or L3. The connection unit 2 also includes two switchover units 4, 5, with the switchover unit being able to switch the phase L1 or L2 to the output L X and the switchover unit 5 to be able to switch the phase L2 or L3 to the output L Y . The connection unit 3 also includes a measuring unit 6. The measuring unit 6 is connected to the neutral conductor N, the ground PE and at least the phase L1. However, this is preferably also connected to phase L2, which is shown in dashed lines. The measuring unit 6 controls the two switching units 4, 5 by means of control signals S4 and S5. In addition, the measuring unit 6 is connected to the charging device 2 via a control line SL. The charger 2 is designed in such a way that it converts two phases Lx and L Y into a DC voltage for charging the energy store.

In der dargestellten Ausgangssituation sind die Umschalteinheiten 4, 5 derart geschaltet, dass die Phase L1 am Ausgang LX und die Phase L2 am Ausgang LY anliegt. Bevor nun der Ladevorgang beginnt, überprüft zunächst die Messeinheit 6, wie die Phasen L1-L3 belastet sind. Dies kann erfolgen, bevor die Verbindungseinheit 3 mit dem Ladegerät 2 verbunden wird oder aber auch nach der Verbindung. Hierzu ermittelt die Messeinheit eine Differenzspannung ΔU und einen Winkelversatz Δφ zwischen dem Nullleiter N und der Masse PE. Messtechnisch kann hierzu die Spannung zwischen der Phase L1 und dem Nullleiter N und der Phase L1 und Masse PE bestimmt und anschließend die Differenz gebildet werden.In the initial situation shown, the switching units 4, 5 are switched in such a way that the phase L1 is present at the output L X and the phase L2 is present at the output L Y . Before the charging process begins, the measuring unit 6 first checks how the phases L1-L3 are loaded. This can be done before the connection unit 3 is connected to the charger 2 or after the connection. For this purpose, the measuring unit determines a differential voltage ΔU and an angular offset Δφ between the neutral conductor N and the ground PE. For this purpose, the voltage between the phase L1 and the neutral conductor N and the phase L1 and ground PE can be determined metrologically and the difference can then be formed.

Ist das mehrphasige Stromnetz 1 gleichmäßig symmetrisch belastet, so ist die Spannung und der Winkelversatz zwischen Nullleiter N und Masse PE null. Diese symmetrische Belastung ist in den 2a und 2b dargestellt. Ist hingegen die Belastung unsymmetrisch, so kommt es zu einer Verschiebung der Spannungslage des Nullleiters. Dies ist in den 3a und 3b für eine stärker belastete Phase L1 dargestellt. Erfasst nun die Messeinheit 6, dass die Phase L1 wie in den 3a und 3b dargestellt stärker belastet ist, so werden die Schalteinheiten 4 und 5 angesteuert. Mittels der Schalteinheit 4 wird nun die zweite Phase L2 auf Lx geschaltet und entsprechend mittels der Schalteinheit 5 die dritte Phase L3 auf LY geschaltet. Somit werden die weniger stark belasteten Phasen L2 und L3 mit der Ladung des Energiespeichers belastet, was der unsymmetrischen Belastung des mehrphasigen Stromnetzes 1 entgegenwirkt.If the multi-phase power grid 1 is evenly symmetrically loaded, the voltage and the angular offset between the neutral conductor N and ground PE is zero. This symmetrical load is in the 2a and 2 B shown. If, on the other hand, the load is asymmetrical, there is a shift in the voltage level of the neutral conductor. This is in the 3a and 3b shown for a more heavily loaded phase L1. Now detects the measuring unit 6 that the phase L1 as in the 3a and 3b shown is more heavily loaded, the switching units 4 and 5 are controlled. The second phase L2 is now switched to Lx by means of the switching unit 4 and, correspondingly, the third phase L3 is switched to L Y by means of the switching unit 5 . Thus, the less heavily loaded phases L2 and L3 are loaded with the charge of the energy store, which counteracts the asymmetrical loading of the multi-phase power grid 1 .

Dabei sei angemerkt, dass die Verbindungseinheit 3 auch teilweise oder vollständig in das Ladegerät 2 integriert werden kann.It should be noted here that the connection unit 3 can also be partially or completely integrated into the charging device 2 .

Claims (9)

Vorrichtung zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes (1) in einen elektrischen Verbraucher oder Energiespeicher und/oder zur Rückspeisung von elektrischer Energie von einem elektrischen Erzeuger oder Energiespeicher in das mehrphasige Stromnetz (1), umfassend eine Verbindungseinheit (3), wobei die Verbindungseinheit (3) zwischen dem mehrphasigen Stromnetz (1) und dem Verbraucher oder Energiespeicher oder zwischen dem mehrphasigen Stromnetz (1) und dem Erzeuger oder Energiespeicher angeordnet ist, wobei die Verbindungseinheit (3) stromnetzseitig mit m Phasen (L1-L3) des Stromnetzes (1), einem Nullleiter (N) und Masse (PE) verbunden ist und verbraucherseitig n Phasen (LX, LY) zur Energieeinspeisung in den Verbraucher oder Energiespeicher nutzt oder erzeugerseitig n Phasen (LX, LY) zur Energierückspeisung vom Erzeuger oder Energiespeicher in das Stromnetz (1) nutzt, wobei n ≤ m ist, wobei mittels einer Messeinheit (6) eine Spannung und/oder ein Phasenwinkel zwischen dem Nullleiter (N) und der Masse (PE) ermittelt wird, wobei bei Überschreitung mindestens eines Schwellwertes für die Spannung und/oder den Phasenwinkel verbraucherseitig mindestens eine stärker belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) im Vergleich zu den anderen Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) leistungsmäßig reduziert angesteuert wird oder ganz abgeschaltet wird und auf eine weniger belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) umgeschaltet wird und/oder erzeugerseitig mindestens eine stärker belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) im Vergleich zu den anderen Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) leistungsmäßig verstärkt vom Erzeuger oder Energiespeicher geladen wird und/oder auf die am stärksten belasteten Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) umgeschaltet wird, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Spannung (ΔU) und/oder der Phasenwinkel (Δφ) vor Zuschaltung des elektrischen Verbrauchers oder Energiespeichers oder Erzeugers gemessen wird und die entsprechende bzw. entsprechenden Phasen ausgewählt werden.Device for feeding electrical energy from a multi-phase power grid (1) into an electrical consumer or energy store and/or for feeding back electrical energy from an electrical generator or energy store into the multi-phase power grid (1), comprising a connection unit (3), the connection unit (3) is arranged between the multi-phase power grid (1) and the consumer or energy store or between the multi-phase power grid (1) and the generator or energy store, the connection unit (3) being connected on the power grid side to m phases (L1-L3) of the power grid (1 ), a neutral conductor (N) and ground (PE) and uses n phases (L X , L Y ) on the consumer side to feed energy into the consumer or energy storage device or n phases (L X , L Y ) on the generator side for energy recovery from the generator or energy storage device into the power grid (1), where n ≤ m, a voltage and/or a phase angle between the neutral conductor (N) and ground (PE) being determined by means of a measuring unit (6), with at least one threshold value for the voltage and/or the phase angle on the consumer side at least one more heavily loaded phase of the multi-phase power grid (1) is controlled with reduced power compared to the other phases of the multi-phase power grid (1) or is switched off completely and switched to a less loaded phase of the multi-phase power grid (1 ) is switched over and/or at least one more heavily loaded phase of the multi-phase power grid (1) in Ver equal to the other phases of the multi-phase power grid (1) is charged in terms of power from the generator or energy store and/or is switched to the most heavily loaded phases of the multi-phase power grid (1), the device being designed in such a way that the voltage (ΔU) and/or the phase angle (Δφ) is measured before the electrical consumer or energy store or generator is switched on and the corresponding or corresponding phases are selected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messeinheit (6) die Spannung zwischen mindestens einer Phase (L1-L3) und dem Nullleiter (N) und der Phase (L1-L3) und Masse (PE) ermittelt wird, wobei aus der Differenz der Messungen die Spannung (ΔU) und/oder der Phasenwinkel (Δφ) zwischen Nullleiter und Masse ermittelt wird.device after claim 1 , characterized in that the measuring unit (6) is used to determine the voltage between at least one phase (L1-L3) and the neutral conductor (N) and the phase (L1-L3) and ground (PE), from the difference in the measurements the voltage (ΔU) and/or the phase angle (Δφ) between the neutral conductor and ground is determined. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungseinheit (3) mindestens eine Umschalteinheit (4, 5) angeordnet ist, mittels derer zwischen einzelnen Phasen (L1, L2; L2, L3) ausgangsseitig umgeschaltet werden kann.device after claim 1 or 2 , characterized in that in the connecting unit (3) at least one switching unit (4, 5) is arranged, by means of which can be switched between individual phases (L1, L2; L2, L3) on the output side. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik des Verbrauchers oder des Energiespeichers oder des Erzeugers in Abhängigkeit der ausgewählten Phasen (L1-L3) angesteuert wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that power electronics of the consumer or of the energy store or of the generator are controlled as a function of the selected phases (L1-L3). Verfahren zur Vorrichtung zur Einspeisung von elektrischer Energie eines mehrphasigen Stromnetzes (1) in einen elektrischen Verbraucher oder Energiespeicher und/oder zur Rückspeisung von elektrischer Energie von einem elektrischen Erzeuger oder Energiespeicher in das mehrphasige Stromnetz (1), mittels einer Verbindungseinheit (3), wobei die Verbindungseinheit (3) zwischen dem mehrphasigen Stromnetz (1) und dem Verbraucher oder Energiespeicher oder zwischen dem mehrphasigen Stromnetz (1) und dem Erzeuger oder Energiespeicher angeordnet ist, wobei die Verbindungseinheit (3) stromnetzseitig mit m Phasen (L1-L3) des Stromnetzes (1), einem Nullleiter (N) und Masse (PE) verbunden ist und verbraucherseitig n Phasen (LX, LY) zur Energieeinspeisung in den Verbraucher oder Energiespeicher nutzt oder erzeugerseitig n Phasen (LX, LY) zur Energierückspeisung vom Erzeuger oder Energiespeicher in das Stromnetz (1) nutzt, wobei n ≤ m ist, wobei mittels einer Messeinheit (6) eine Spannung und/oder ein Phasenwinkel zwischen dem Nullleiter (N) und der Masse (PE) ermittelt wird, wobei bei Überschreitung mindestens eines Schwellwertes für die Spannung und/oder den Phasenwinkel verbraucherseitig mindestens eine stärker belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) im Vergleich zu den anderen Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) leistungsmäßig reduziert angesteuert wird oder ganz abgeschaltet wird und auf eine weniger belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) umgeschaltet wird und/oder erzeugerseitig mindestens eine stärker belastete Phase des mehrphasigen Stromnetzes (1) im Vergleich zu den anderen Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) leistungsmäßig verstärkt vom Erzeuger oder Energiespeicher geladen wird und/oder auf die am stärksten belasteten Phasen des mehrphasigen Stromnetzes (1) umgeschaltet wird, wobei die Spannung (ΔU) und/oder der Phasenwinkel (Δφ) vor Zuschaltung des elektrischen Verbrauchers oder Energiespeichers oder Erzeugers gemessen wird und die entsprechende bzw. entsprechenden Phasen ausgewählt werden.Method for the device for feeding electrical energy from a multi-phase power grid (1) into an electrical consumer or energy store and/or for feeding back electrical energy from an electrical generator or energy store into the multi-phase power grid (1), by means of a connection unit (3), wherein the connection unit (3) is arranged between the multi-phase power grid (1) and the consumer or energy store or between the multi-phase power grid (1) and the generator or energy store, the connection unit (3) being connected to m phases (L1-L3) of the power grid on the power grid side (1), a neutral conductor (N) and ground (PE) and uses n phases (L X , L Y ) on the consumer side to feed energy into the consumer or energy storage device or n phases (L X , L Y ) on the generator side to feed energy back from the generator or uses energy storage in the power grid (1), where n ≤ m, with a measuring unit (6) determining a voltage and/or a phase angle between the neutral conductor (N) and ground (PE), with at least one being exceeded when it is exceeded Threshold value for the voltage and/or the phase angle on the consumer side, at least one more heavily loaded phase of the multi-phase power grid (1) is controlled with reduced power compared to the other phases of the multi-phase power grid (1) or is switched off completely and to a less-loaded phase of the multi-phase power grid (1) is switched over and/or at least one more heavily loaded phase of the multi-phase power grid (1) is charged from the generator or energy storage device in terms of power compared to the other phases of the multi-phase power grid (1) on the generator side and/or the most heavily loaded phases of the multi-phase power grid (1) is switched over, the voltage (ΔU) and/or the phase angle (Δφ) being measured before the electrical consumer or energy store or generator is switched on and the corresponding or corresponding phases being selected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messeinheit (6) die Spannung zwischen einer Phase (L1-L3) und dem Nullleiter (N) und der Phase (L1-L3) und Masse (PE) ermittelt wird, wobei aus der Differenz der Messungen die Spannung (ΔU) und/oder der Phasenwinkel (Δφ) zwischen Nullleiter (N) und Masse (PE) ermittelt wird.procedure after claim 5 , characterized in that the measuring unit (6) is used to determine the voltage between a phase (L1-L3) and the neutral conductor (N) and the phase (L1-L3) and ground (PE), the difference between the measurements being the Voltage (ΔU) and/or the phase angle (Δφ) between the neutral conductor (N) and ground (PE) is determined. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungseinheit (3) mindestens eine Umschalteinheit (4, 5) angeordnet ist, mittels derer zwischen einzelne Phasen (L1, L2; L2, L3) ausgangsseitig umgeschaltet wird.procedure after claim 5 or 6 , characterized in that in the connecting unit (3) at least one switching unit (4, 5) is arranged, by means of which is switched between individual phases (L1, L2; L2, L3) on the output side. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik des Verbrauchers oder des Energiespeichers oder des Erzeugers in Abhängigkeit der ausgewählten Phasen angesteuert wird.Procedure according to one of Claims 5 until 7 , characterized in that a power electronics of the consumer or the energy store or the generator is controlled depending on the selected phases. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung (ΔU) und/oder der Phasenwinkel (Δφ) kontinuierlich oder periodisch nach Zuschaltung des elektrischen Verbrauchers oder Energiespeichers oder Erzeugers gemessen wird und die entsprechende bzw. entsprechenden Phasen ausgewählt werden.Procedure according to one of Claims 5 until 8th , characterized in that the voltage (ΔU) and/or the phase angle (Δφ) is measured continuously or periodically after connection of the electrical consumer or energy store or generator and the corresponding or corresponding phases are selected.
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