CN112004712A - 充电基础设施单元和具有充电功率选项的充电基础设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于至少部分电气运行的车辆(5)的充电基础设施单元(1)，所述充电基础设施单元具有一个或多个用于对一个或多个车辆(5)进行充电的直流调节器(39)、具有一个或多个供电接头以及具有一个或多个充电接头，其中，能够经由一个或多个供电接头向一个或多个直流调节器(30)中的至少一个供应能量，并且分别能够将车辆(5)连接到充电接头。

Description

充电基础设施单元和具有充电功率选项的充电基础设施
技术领域
本发明涉及一种充电基础设施和充电基础设施单元，其用于至少部分电气运行的车辆。至少部分电气运行的车辆尤其可以是电动车辆和/或混合动力车辆。车辆尤其是乘用车、货车、小型运输车、叉车、公共汽车、自动行驶的运输车辆或服务车辆和/或卡车。
背景技术
从现有技术中，已知直接经由AC/DC转换器连接到电网的充电基础设施单元。这些充电基础设施单元通常为一个或多个车辆提供充电接头。在某些情况下，也可以将充电基础设施单元的这些充电接头处所提供的功率改道至充电接头，使得可以在充电基础设施单元处附加地利用来自相同充电基础设施单元的另外的充电接头的功率来运行充电接头。此外，充电基础设施中的充电基础设施单元处的车辆必须与电网电流隔离。为此目的，可以在电网连接点处设置上游的LF变压器，并进行随后的AC/DC转换。然后，对于每个充电点，LF变压器必须具有单独的次级绕组，这导致了高成本，并且导致了在系统的可扩展性方面的不灵活的设计。
替换地，也可以不在电网连接点处而是在带有HF变压器的直流调节器中进行电流隔离。然后，在变压器的次级侧存在多个次级绕组和可单独调节的电压调节器和/或电流调节器，这同样导致了高成本和在系统的可扩展性方面的不灵活的设计。此外，如此构建的基础设施在各个充电接头处对充电功率的提供方面严重受限。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种充电基础设施单元和充电基础设施，其克服了现有技术的缺点。
该技术问题通过独立权利要求1及其从属权利要求来解决。
一个实施例涉及一种用于至少部分电气运行的车辆的充电基础设施单元，该充电基础设施单元具有一个或多个用于对一个或多个车辆进行充电的直流调节器、具有一个或多个供电接头以及具有一个或多个充电接头，其中，可以经由一个或多个供电接头向一个或多个直流调节器中的至少一个供应能量，并且分别可以将车辆(5)连接到充电接头，其中
·每个充电接头与第一类型的电流绝缘的直流调节器连接，该第一类型的电流绝缘的直流调节器与一个或多个供电接头电气连接，并且在相应的充电接头处经由一个第一类型的电流绝缘的直流调节器提供第一充电功率；
·将一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器布置为可以经由一个或多个开关与第一类型的电流绝缘的直流调节器并联地接入，使得第二类型的电流绝缘的直流调节器形成用于第一类型的电流绝缘的直流调节器的升压单元，从而在分别相关联的充电接头处，除了第一类型的电流绝缘的直流调节器的第一充电功率，还可以提供一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器的第二充电功率，其中，将升压单元与一个或多个充电接头固定地相关联，和/或可以将升压单元与一个或多个充电接头可变地相关联。
优选地，充电基础设施单元还具有通信单元和控制单元。
还优选的是，要么可以全部并联或全部串联地运行基础设施单元的充电接头，要么可以并联地运行充电接头的一部分并且串联地运行充电接头的一部分。在此，可以并联地运行意味着，充电功率同时在充电接头上可用，而可以串联地运行意味着，充电功率分别仅在一个充电接头上可用。
还优选的是，每个升压单元可以分别经由机械断路器或半导体断路器与第一类型的电流绝缘的直流调节器并联地接入。
还优选的是，开关是机械断路器、特别是接触器，或者是在故障电流方面尺寸不足的半导体开关(unterdimensionierte Halbleiterschalter)，该开关尤其被设计为在充电过程之前或之后无功率地将升压单元与第一类型的电流绝缘的直流调节器并联地接入或分离。
进一步优选地，充电基础设施单元具有两个或多个第一类型的电流绝缘的直流调节器，并且具有一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器。
还优选的是，充电基础设施单元具有一个第一类型的电流绝缘的直流调节器，并且具有一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器作为用于更快和/或更有效地对车辆电池进行充电的升压单元。
还优选的是，充电基础设施由两个或多个电气串联布置的按照上面实施方式中的一个的充电基础设施单元形成，或者充电基础设施包含这些充电基础设施单元。
进一步优选地，充电基础设施具有一个或多个中央的控制单元和一个或多个中央的通信单元，其中，通信单元被构建为从连接在充电基础设施中的充电基础设施单元获得或查询使用数据，并且向连接在充电基础设施中的充电基础设施单元发送控制信号，并且控制单元被构建为采集进入充电基础设施中和在充电基础设施内部的电流走向和电压走向，并且分析使用数据和所采集的电流走向和电压走向，并且基于这种分析为充电基础设施单元生成控制信号并经由通信单元发送该控制信号。这导致最佳的效率和/或最佳的充电时间。
还优选的是，经由一个或多个AC/DC变换器(也称为AC/DC转换器)，将充电基础设施连接到LV-AC电网和/或MV-AV电网和/或HV-AV电网，并且向充电基础设施供应电能。
还优选的是，充电基础设施附加地具有一个或多个电池存储器，其被设计为向连接在充电基础设施中的充电基础设施单元临时或永久地供应能量。
进一步优选地，一个或多个电池存储器至少部分地以电池存储器单元构造，该电池存储器单元由用过的电池存储器单元、特别是用过的车辆电池存储器单元构成。
还优选的是，一个或多个电池存储器被设计为用于提供电网服务、诸如削峰或频率稳定，其中，依据进入充电基础设施中的电流走向和电压走向，或者根据经由中央的通信单元从基础设施或从充电基础设施外部所获得的控制命令，自动地提供电网服务。
还优选的是，充电基础设施还具有一个或多个再生能量产生单元，其将电气功率馈送到一个或多个电池存储器中或馈送到充电基础设施内部的电网中。
还优选的是，充电基础设施被设计为从所连接的车辆的能量存储器提供电网服务、诸如削峰或稳定频率，其中，依据进入充电基础设施中的电流走向和电压走向，或者根据经由中央的通信单元从基础设施或从充电基础设施外部所获得的控制命令，自动地提供电网服务。
还优选的是，充电基础设施具有一个或多个中央的升压单元，其可以借助一个或多个机械断路器或半导体断路器与充电基础设施单元和/或与一个或多个第一类型的电流绝缘的直流调节器并联地接入。
还优选的是，充电基础设施内部的能量分配、特别是充电基础设施单元之间的能量分配以及从电池存储器到充电基础设施单元的能量分配通过母线系统、特别是通过布置在车辆下方或上方的母线彼此电气连接，和/或充电基础设施单元中的至少一部分可以经由母线系统以交叉方式彼此连接。
还优选的是，母线布置在屋顶之下，并且将充电基础设施单元构建为有支承能力的结构并且支承屋顶和母线。
还优选的是，母线是封装的或封闭的母线，使得可以将母线放置在外部区域中并且可以在外部区域中使用。
进一步优选地，至少将充电基础设施单元、一个或多个AC/DC变换器(也称为AC/DC转换器)构造为使得它们可移动地布置在运输车辆上。
特别地，优选的是，模块化地构造母线，和/或在卡车中可运输地构造电池存储器。
还优选的是，基于从车辆传输的车辆的电池存储器的SOC，更确切地说经由基础设施单元中的中央的控制单元和/或控制单元来优化对车辆的充电。
还优选的是，可以经由各个充电基础设施单元和/或中央的控制单元来接入升压单元。
进一步优选地，基础设施单元具有人机接口，经由该人机接口可以控制和/或可以选择充电过程，特别是还可以设置充电时间或所计划的出发时间。
附图说明
下面根据附图示例性地阐述本发明。
图1示出了根据现有技术的充电基础设施的示意图；
图2示出了根据本发明的具有冗余能量供应的充电基础设施的示意图；
图3示出了根据本发明的具有冗余能量供应的模块化充电基础设施的示意图；
图4示出了根据本发明的具有冗余能量供应的小型的充电基础设施的示意图；
图5示出了另外的根据本发明的具有冗余能量供应的中型的充电基础设施的示意图；
图6示出了另外的根据本发明的具有冗余能量供应的大型的充电基础设施的示意图；
图7示出了根据本发明的充电基础设施单元的示意图；
图8示出了根据本发明的充电基础设施的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的充电基础设施的示意图，其中，充电基础设施由中压电网110、特别是交流中压电网提供能量，并且其中，在此附加地、即可选地存在电池存储器400，在此在中压电网110处，该电池存储器与未示出的AC/DC转换器连接。此外，可以可选地在中压电网110与电池存储器400之间布置中压开关或中压开关设备，在电网错误、电网干扰或电网故障的情况下，其接管对充电基础设施的供电。经由变压器300，实现充电基础设施到中压电网110的连接。
经由连接到变压器300的低压电网310、特别是交流低压电网310，向各个充电站500、600供应能量。可以经由具有基础设施控制器200的路由器700来控制充电基础设施。基础设施控制器200可以可选地包含用于电池存储器400的能量存储器控制器100，该能量存储器控制器能够实现对能量的收集。
图2示出了根据本发明的充电基础设施2的示意图，其中，经由两个AC/DC转换器10向充电基础设施2提供能量，其中，两个AC/DC转换器10中的一个被可选地连接到电池存储器400，并且因此确保了特别可靠并且有效的能量供应。在此示例性地，由低压电网9或中压电网9(在此，交流电网)向左边的AC/DC转换器10馈电，并且在此示例性地，由冗余的低压电网9或冗余的中压电网9(在此，交流电网)向右边的AC/DC转换器10馈电(两个AC/DC转换器10之上的块)。此外，示出了两个充电基础设施单元1，其布置在AC/DC转换器10的直流侧，并且经由母线20和/或电缆20连接到AC/DC转换器10。
左边的充电基础设施单元1具有第一类型的电流绝缘的直流调节器“标准”30，在该第一类型的电流绝缘的直流调节器处布置有用于车辆5的充电接头。经由直流断路器50、即DC断路器，可以将第一类型的电流绝缘的直流调节器30与车辆5电气连接，并且以第一充电功率对车辆5充电。经由开关、特别是接触器55(即，另外的断路器，特别是另外的DC断路器)，只要充电过程还没有开始或者没有进行，就可以在电气上与第一类型的电流绝缘的直流调节器30并联地接入升压单元40，该升压单元由第二类型的电流绝缘的直流调节器40构成。升压单元40附加地提供第二充电功率。此外，可以经由另外的接触器55接入右边的充电基础设施单元1的升压单元40，使得可以进一步提高左边的充电基础设施单元1的充电功率。通过这种交叉连接或者还有“网状母线(meshed busbar)”连接，不仅实现了增高了的供应可靠性，而且还可以将充电功率最佳地分配给不同的充电基础设施单元1及其充电接头。
此外，右边的充电基础设施单元1具有三个第一类型的电流绝缘的直流调节器30，在该第一类型的电流绝缘的直流调节器处分别布置用于车辆5的充电接头。分别经由直流断路器50，可以将第一类型的电流绝缘的直流调节器30分别与车辆5电气连接，并且可以以第一充电功率对相应的车辆5进行充电。经由所示的接触器55，升压单元40、第二类型的电流绝缘的直流调节器可以电气并联地接入到右边的和左边的充电基础设施单元1的任意充电接头，并且因此可以提高或调整充电功率。
这种交叉连接或者还有“网状母线”连接不仅导致了增高了的供应可靠性，而且还可以将充电功率最佳地分配给不同的充电基础设施单元1及其用于车辆5的充电接头。例如，可以分别以此方式连接两个相邻的充电基础设施单元。替换地，也可以分别间隔一个或多个充电基础设施单元1地以交叉方式进行连接。此外，右边的基础设施单元1还具有通信控制器12、控制单元或计算单元14、人机接口“HMI”16和通信单元18，其中，这些单元用于进行控制和通信。替换地并且在此未示出地，通信控制器12、控制单元或计算单元14、人机接口“HMI”16和通信单元18也可以存在于充电基础设施单元1中的每一个中，或者仅存在于单个充电基础设施单元1中和/或中央地存在。
图3示出了根据本发明的具有冗余能量供应的模块化充电基础设施2的示意图。经由AC/DC转换器10，将充电基础设施2连接到低压电网310，该低压电网可以又经由开关设备和变压器300连接到中压电网110。在此，AC/DC转换器10中的一个或多个可以配备有中央的控制单元和通信单元19。替换地，在此未示出地，中央的控制单元和通信单元19也可以单独地布置，例如布置在中央的监控单元中。
充电基础设施2的左边的分支具有多个充电基础设施单元1，其中，以虚线表示的升压单元40中的一些与图2对应地以交叉方式连接，即，电气上经由接触器55(在此未示出)连接或可连接。充电基础设施2的右边的分支示出了多个充电基础设施单元1，在这些充电基础设施单元中，具有控制单元14和通信单元18的充电接头与第一类型的电流绝缘的直流调节器30和升压单元40在空间上分离。此外，右边的分支也还具有经由直流总线、优选地经由母线20连接的电池存储器400。从AC/DC转换器10到充电接头，通过母线(Busbar)和/或电缆20形成电流连接。
图4示出了根据本发明的具有冗余能量供应的小型的充电基础设施1的示意图。多个经由母线20连接的充电基础设施单元1沿着多个停车位4布置，并且具有多个充电接头，在此分别具有四个充电接头。经由充电接头可以对车辆5进行充电，即，可以对车辆5的能量存储器进行充电。在母线20的两端布置有能量存储器400和/或电网连接点11。右边的电网连接点被放置在集装箱中，该集装箱优选地可以由卡车来运输。此外，左侧的电网连接点11和/或电池存储器400具有在屋顶上的太阳能电池450，该太阳能电池也可以布置在所有停车位上。一个或多个电网连接点11具有AC/DC转换器10，并且可选地具有一个或多个变压器300(在此未示出)。这种布置形成了小型的充电基础设施2。
图5示出了根据本发明的具有冗余能量供应的中型的充电基础设施2的示意图。图5中，具有停车位4的两个母线装置20彼此平行地布置，并且优选地在地下、即在车道900下方以交叉方式彼此连接，参见图2。左上方和左下方的两个电网连接点11具有用于产生再生能量的太阳能电池450。附加地，上方的电网连接点11具有可选的电池存储器400。其他方面，该结构类似于图4的结构，具有沿着用于停车位4上的车辆5的母线20的充电基础设施单元1。
图6示出了根据本发明的具有冗余能量供应的大型的充电基础设施2的示意图。同样，具有停车位4的两个母线装置20彼此平行地布置，并且优选地在地下、即在车道900下方以交叉方式彼此连接。左上方和左下方的两个电网连接点11具有用于产生再生能量的太阳能电池450。附加地，上方的电网连接点11具有可选的电池存储器400。与图5的区别在于充电基础设施单元1的数量。此外，示出了通过在卡车集装箱800中运送另外的AC/DC转换器10来进行模块化扩展。
图7示出了根据本发明的充电基础设施单元1的示意图。示出了在相应的充电接头处，n个升压单元40经由开关50和开关55与用于车辆5的m个第一类型的电流绝缘的直流调节器30连接，在此可以通过控制单元或计算单元14控制该开关50和开关55。在此，又由AC/DC转换器10向充电基础设施单元1供应经由电缆20或母线20提供的直流电压。
图8示出了根据图2的两个充电基础设施单元1的另外的图示，其具有升压器40的交叉方式的连接以实现尽可能大的灵活性。右边的充电基础设施单元1的升压单元40可以经由大量接触器55灵活地与右边和左边的基础设施单元的第一类型的电流绝缘的直流调节器30并联地接入，使得在针对用于车辆5的相应的充电接头的充电功率方面给出最大的灵活性。可以经由断路器50开关电流绝缘的直流调节器30，即，可以经由断路器50在负载下开关电流绝缘的直流调节器30和可能的与该直流调节器并联连接的升压单元40，因此可以经由断路器50接通以及断开相应的充电接头。此外，右边的基础设施单元1具有通信控制器12、控制单元或计算单元14、人机接口“HMI”16和通信单元18，其中，这些单元用于进行控制和通信。
附图标记列表
1 充电基础设施单元；
2 充电基础设施；
4 停车位；
5 车辆；
9 低压电网或中压电网；
10 AC/DC转换器；
11 电网连接点；
12 通信控制器；
14 控制单元或计算单元；
16 人机接口“HMI”；
18 通信单元；
19 中央的控制单元和通信单元；
20 母线和/或电缆；
30 第一类型的电流绝缘的直流调节器“标准”；
40 第二类型的电流绝缘的直流调节器“升压器”；
50 直流断路器、即DC断路器，特别是接触器；
55 直流断路器、即DC断路器，特别是接触器；
100 能量存储器控制器；
110 中压电网；
200 基础设施控制器；
310 低压电网，交流低压电网；
300 变压器；
400 电池存储器；
450 太阳能电池；
500 充电站，大功率充电器；
600 充电站，用于缓慢充电的交流充电器；
700 路由器；
800 卡车集装箱；
900 车道。

Claims (17)

1.一种用于至少部分电气运行的车辆(5)的充电基础设施单元(1)，所述充电基础设施单元具有一个或多个用于对一个或多个车辆(5)进行充电的直流调节器(30)、具有一个或多个供电接头以及具有一个或多个充电接头，其中，能够经由一个或多个供电接头向所述一个或多个直流调节器(30)中的至少一个供应能量，并且分别能够将车辆(5)连接到充电接头，
其特征在于
·每个充电接头与第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)连接，所述第一类型的电流绝缘的直流调节器与一个或多个供电接头电气连接，并且在相应的充电接头处经由一个第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)提供第一充电功率；
·将一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器(40)布置为能够经由一个或多个开关(55)与第一类型的电流绝缘的直流调节器(40)并联地接入，使得第二类型的电流绝缘的直流调节器(40)形成用于第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)的升压单元(40)，从而在分别相关联的充电接头处，除了第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)的第一充电功率，还能够提供一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器(40)的第二充电功率，其中，将所述升压单元(40)与一个或多个充电接头固定地相关联，和/或能够将所述升压单元(40)与一个或多个充电接头可变地相关联。
2.根据权利要求1所述的充电基础设施单元(1)，
其特征在于，
所述充电基础设施单元(1)还具有通信单元(18)和控制单元(14)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的充电基础设施单元(1)，
其特征在于，
每个升压单元能够分别经由机械断路器(55)或半导体断路器(55)与第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)并联地接入。
4.根据权利要求3所述的充电基础设施单元(1)，
其特征在于，
所述开关(55)是机械断路器、特别是接触器，或者是在故障电流方面尺寸不足的半导体开关，所述开关尤其被设计为在充电过程之前或之后无功率地将所述升压单元(40)与第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)并联地接入或分离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的充电基础设施单元(1)，
其特征在于，
所述充电基础设施单元(1)具有两个或多个第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)，并且具有一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器(40)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的充电基础设施单元(1)，
其特征在于，
所述充电基础设施单元(1)具有一个第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)，并且具有一个或多个第二类型的电流绝缘的直流调节器(40)作为用于更快和/或更有效地对车辆电池进行充电的升压单元(40)。
7.一种充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述充电基础设施(2)由两个或多个电气串联布置的根据权利要求2至6中任一项所述的充电基础设施单元(1)形成。
8.根据权利要求7所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述充电基础设施(2)具有一个或多个中央的控制单元(19)和一个或多个中央的通信单元(19)，其中，所述通信单元(19)被构建为从连接在充电基础设施(2)中的充电基础设施单元(1)获得或查询使用数据，并且向连接在充电基础设施(2)中的充电基础设施单元(1)发送控制信号，并且所述中央的控制单元(19)被构建为采集进入充电基础设施(2)中和在充电基础设施(2)内部的电流走向和电压走向，并且分析使用数据和所采集的电流走向和电压走向，并且基于这种分析为所述充电基础设施单元(1)生成控制信号并经由所述通信单元(19)发送所述控制信号。
9.根据上述权利要求中任一项所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
经由一个或多个AC/DC转换器10，将所述充电基础设施(2)连接到低压电网310和/或中压电网110和/或高压电网、也称为HV-AV电网，并且向所述充电基础设施供应电能。
10.根据权利要求9所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述充电基础设施(2)附加地具有一个或多个电池存储器(400)，所述一个或多个电池存储器被设计为向连接在充电基础设施(2)中的充电基础设施单元(1)临时或永久地供应能量。
11.根据权利要求10所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述一个或多个电池存储器(400)至少部分地以电池存储器单元构造，所述电池存储器单元由用过的电池存储器单元(400)、特别是用过的车辆电池存储器单元构成。
12.根据权利要求10或11所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述一个或多个电池存储器(400)被设计为用于提供电网服务、诸如削峰或频率稳定，其中，依据进入充电基础设施(2)中的电流走向和电压走向，或者根据经由中央的通信单元(19)从基础设施(2)或从充电基础设施(2)外部所获得的控制命令，自动地提供所述电网服务。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述充电基础设施(2)还具有一个或多个再生能量产生单元(450)，所述一个或多个再生能量产生单元将电气功率馈送到所述一个或多个电池存储器(400)中或馈送到充电基础设施(2)内部的电网中。
14.根据权利要求9所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述充电基础设施(2)被设计为从所连接的车辆的能量存储器提供电网服务、诸如削峰或稳定频率，其中，依据进入充电基础设施(2)中的电流走向和电压走向，或者根据经由中央的通信单元(19)从基础设施(2)或从充电基础设施(2)外部所获得的控制命令，自动地提供所述电网服务。
15.根据上述权利要求中任一项所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
所述充电基础设施(2)具有一个或多个中央的升压单元(40)，所述一个或多个中央的升压单元能够借助一个或多个机械断路器(55)或半导体断路器与充电基础设施单元(1)和/或与一个或多个第一类型的电流绝缘的直流调节器(30)并联地接入。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
充电基础设施(2)内部的能量分配、特别是充电基础设施单元(1)之间的能量分配以及从电池存储器(400)到充电基础设施单元(1)的能量分配通过母线系统(20)、特别是通过布置在车辆(5)下方或上方的母线(20)彼此电气连接，和/或充电基础设施单元(1)中的至少一部分能够经由母线系统(20)以交叉方式彼此连接。
17.根据权利要求9至15中任一项所述的充电基础设施(2)，
其特征在于，
至少将所述充电基础设施单元(1)、一个或多个AC/DC转换器(10)构造为使得所述充电基础设施单元、一个或多个AC/DC转换器可移动地布置在运输车辆上。
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