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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs.
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Fahrzeuge mit Elektroantrieb umfassen elektrische Speicher (z.B. Batterien), die über eine Ladevorrichtung des Fahrzeugs an eine Ladestation angeschlossen und aufgeladen werden können. Zum Aufladen der elektrischen Speicher solcher Elektro- und/oder Hybrid-Fahrzeuge existieren verschiedene konduktive, d.h. kabelgebundene, Ladetechnologien. Bei dem sogenannten AC-Laden oder Wechselstromladen befindet sich das Ladegerät, welches den Gleichstrom (auch als DC-Strom bezeichnet) zur Aufladung des elektrischen Speichers erzeugt, im Fahrzeug. Auf einem Ladekabel zwischen Ladestation oder AC-Netzanschluss und Fahrzeug wird ein AC-(Alternating Current) oder Wechselstrom übertragen. Bei dem sogenannten DC-Laden oder Gleichstromladen befindet sich das Ladegerät, welches den Gleichstrom zur Aufladung des elektrischen Speichers erzeugt, in der Ladestation. Auf dem Ladekabel wird somit ein DC-(Direct Current) oder Gleichstrom übertragen.
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Das Ladekabel der Ladestation wird typischerweise über ein Stecksystem mit dem Fahrzeug verbunden. Derzeit wird auch ein sogenanntes Combo-Stecksystem standardisiert (Steckernorm: IEC 62196-3). Mit einem Combo-Stecksystem ist es möglich, an einer gemeinsamen Fahrzeugladedose sowohl einen AC-Stecker (zum AC-Laden) als auch einen DC-Stecker (zum DC-Laden) anzuschließen. Ein Fahrzeug, welches ein Combo-Stecksystem aufweist, kann sowohl an einer AC- als auch an einer DC-Ladestation aufgeladen werden, wobei das Fahrzeug typischerweise nur einen Fahrzeug-seitig verbauten Ladeanschluss (d.h. eine gemeinsame Ladedose oder eine Combo-Ladedose) aufweist.
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Die durch AC-Laden mögliche Ladeleistung ist typischerweise begrenzt, was zu relativ hohen Ladezeiten führt. Mit DC-Laden können ggf. höhere Ladeleistungen erzielt werden, jedoch sind die Kosten einer DC-fähigen Ladestation typischerweise relativ hoch. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, das Laden des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einer erhöhten Ladeleistung in kostengünstiger Weise zu ermöglich.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Speichers (z.B. einer Batterie) eines Fahrzeugs (z.B. eines Straßenfahrzeugs, etwa eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Motorrads) beschrieben. Die Vorrichtung kann auch als Ladevorrichtung bezeichnet werden. Die Vorrichtung kann in einem Fahrzeug mit Elektroantrieb (z.B. in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug) verbaut werden.
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Die Vorrichtung umfasst AC-Kontaktteile (z.B. Pins), die eingerichtet sind, einen AC-Strom zum Laden des elektrischen Speichers bereitzustellen. Die AC-Kontaktteile können Teil einer Schnittstelle (z.B. einer Ladedose) der Vorrichtung sein. Beispielsweise kann über die AC-Kontaktteile eine erste Phase (L1) und ein Neutralleiter (N) eines mehrphasigen Wechselstroms bereitgestellt werden. Die AC-Kontaktteile können insbesondere für ein AC-Laden des elektrischen Speichers verwendet werden.
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Die Vorrichtung umfasst weiter einen Stromrichter (z.B. einen AC/DC-Wandler), der an einem Eingang mit den AC-Kontaktteilen gekoppelt ist und der eingerichtet ist, auf Basis eines über die AC-Kontaktteile bereitgestellten AC-Stroms, einen ersten DC-Strom zu generieren und an einem Ausgang des Stromrichters bereitzustellen. Der erste DC-Strom kann dann dem elektrischen Speicher zum Laden des Speichers zugeführt werden.
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Die Vorrichtung umfasst weiter DC-Kontaktteile, die eingerichtet sind, einen zweiten DC-Strom zum Laden des elektrischen Speichers bereitzustellen. Die DC-Kontaktteile können Teil der Schnittstelle (z.B. der Ladedose) der Vorrichtung sein. Beispielsweise können die DC-Kontaktteile für die Übertagung von DC+ und DC– verwendet werden. Die DC-Kontaktteile können zum DC-Laden des elektrischen Speichers verwendet werden.
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Folglich kann über die AC-Kontaktteile ein AC-Strom und über die DC-Kontaktteile ein DC-Strom (der zweite DC-Strom) bereitgestellt werden. Der AC-Strom und der zweite DC-Strom können zeitgleich bereitgestellt werden. Die Vorrichtung kann dann eingerichtet sein, den elektrischen Speicher zeitgleich mit dem ersten DC-Strom (der aus dem AC-Strom generiert wird) und dem zweiten DC-Strom (der über die DC-Kontaktteile bereitgestellt wird) zu laden. Somit kann ein zeitgleiches oder gleichzeitiges AC-Laden und DC-Laden erfolgen. Dadurch kann die Ladeleistung für den elektrischen Speicher in kosteneffizienter Weise erhöht werden.
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Wie bereits dargelegt, kann die Vorrichtung eine Schnittstelle (z.B. eine Ladedose) umfassen. Die Schnittstelle kann die AC-Kontaktteile und die DC-Kontaktteile umfassen. Die Schnittstelle kann die Ladevorrichtung des Fahrzeugs mit einer Fahrzeug-externen Ladestation verbinden (z.B. mittels eines elektrischen Ladekabels). Dabei kann die Ladestation eingerichtet sein, den AC-Strom und den zweiten DC-Strom (zeitgleich) bereitzustellen.
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Die Vorrichtung kann eine Steuereinheit (z.B. einen Mikroprozessor) umfassen, die eingerichtet ist, zu veranlassen, dass der elektrische Speicher zeitgleich mit dem ersten und dem zweiten DC-Strom geladen wird. Insbesondere können ein oder mehrere Schalter der Ladevorrichtung geöffnet bzw. geschlossen werden, um ein zeitgleiches AC-Laden und DC-Laden des elektrischen Speichers zu ermöglichen.
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Die Steuereinheit kann z.B. eingerichtet sein, zu veranlassen, dass der Ausgang des Stromrichters und die DC-Kontaktteile zeitgleich mit dem elektrischen Speicher gekoppelt sind, um den elektrischen Speicher zeitgleich mit dem ersten und dem zweiten DC-Strom zu laden. Dies kann z.B. durch das Schalten von ein oder mehreren Schaltern erfolgen.
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Die Vorrichtung kann insbesondere einen Leistungs-Schalter (z.B. ein Relais oder ein Schütz) umfassen, der mit einem der DC-Kontaktteile gekoppelt ist, und der eingerichtet ist, das entsprechende DC-Kontaktteil mit dem Ausgang des Stromrichters zu koppeln bzw. das entsprechende DC-Kontaktteil von dem Ausgang des Stromrichters zu entkoppeln. Der Ausgang des Stromrichters kann mit dem elektrischen Speicher gekoppelt sein, um den ersten DC-Strom dem elektrischen Speicher zuzuführen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Leistungs-Schalter zu steuern, so dass neben dem ersten DC-Strom auch der zweite DC-Strom dem elektrischen Speicher zugeführt wird. Somit kann z.B. mittels der ein oder mehreren Leistungs-Schalter ein gleichzeitiges AC-Laden und DC-Laden ermöglicht werden.
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Die Vorrichtung kann ein Kommunikations-Kontaktteil umfassen. Das Kommunikations-Kontaktteil kann Teil der Schnittstelle der Vorrichtung sein. Das Kommunikations-Kontaktteil kann eingerichtet sein, ein Kommunikationssignal bzgl. eines Ladevorgangs des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Kommunikationssignal kann beispielsweise über Power Line Communication (PLC) übertragen werden. Durch das Kommunikationssignal kann angezeigt werden, dass ein gleichzeitiges AC-Laden und DC-Laden erfolgen soll. Das Kommunikationssignal kann zwischen der Ladestation und der Ladevorrichtung des Fahrzeugs ausgetauscht werden. Die Vorrichtung (insbesondere die Steuereinheit) kann eingerichtet sein, in Abhängigkeit von dem Kommunikationssignal zu veranlassen, dass der elektrische Speicher zeitgleich mit dem ersten und dem zweiten DC-Strom geladen wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines elektrischen Speichers eines Fahrzeugs beschrieben. Die Ladestation umfasst eine AC-Einheit, die eingerichtet ist, aus einer ersten Phase (z.B. L1) eines mehrphasigen Wechselstroms einen AC-Strom zum Laden des elektrischen Speichers bereitzustellen. Desweiteren umfasst die Ladestation eine DC-Einheit, die eingerichtet ist, aus einer zweiten Phase (z.B. L2 und/oder L3) des mehrphasigen Wechselstroms einen DC-Strom zum Laden des elektrischen Speichers bereitzustellen. Zu diesem Zweck kann die DC-Einheit einen Stromrichter umfassen. Die Ladeeinheit ist eingerichtet, den AC-Strom und den DC-Strom zeitgleich bereitzustellen. Somit ist die Ladestation eingerichtet, ein zeitgleiches AC-Laden und DC-Laden zu ermöglichen. Dadurch kann die bereitgestellte Ladeleistung in kosteneffizienter Weise erhöht werden. Insbesondere kann auch bei Verwendung von nur einem Stromrichter innerhalb der Ladestation (für eine Phase des mehrphasigen Wechselstroms), die bereitgestellte Ladeleistung erhöht werden (durch das zeitgleiche Bereitstellen eines AC-Stroms). Desweiteren kann durch die Verwendung von mehreren Phasen des mehrphasigen Wechselstroms die Belastung des Stromnetzes durch den Ladevorgang reduziert werden. Dadurch wird die Verwendung von höheren Ladeleistungen (pro Phase) ermöglicht.
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Die Ladestation kann insbesondere eingerichtet sein, zeitgleich den AC-Strom über AC-Leitungen eines Ladekabels und den DC-Strom über DC-Leitungen des Ladekabels bereitzustellen.
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Der mehrphasige Wechselstrom kann einen dreiphasigen Wechselstrom umfassen. Die Ladestation kann DC-Einheiten umfassen, die eingerichtet sind, zeitgleich aus der zweiten und einer dritten Phase des dreiphasigen Wechselstroms den DC-Strom zum Laden des elektrischen Speichers bereitzustellen. Somit können alle Phasen des dreiphasigen Wechselstroms gleichermaßen belastet werden, wodurch eine Schieflast des Stromnetzes eliminiert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das ein oder mehrere der in diesem Dokument beschriebenen Ladevorrichtungen umfasst.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
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1 ein beispielhaftes Ladesystem für ein Fahrzeug;
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2 eine beispielhafte Belegung von Pins oder Kontaktteilen einer Ladedose;
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3 beispielhafte Komponenten einer Fahrzeug-seitigen Ladevorrichtung; und
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4 ein beispielhaftes Ladesystem zum gleichzeitigen AC- und DC-Laden.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe, die zum Laden eines Fahrzeugs verfügbare Ladeleistung in kosteneffizienter Weise zu erhöhen. 1 zeigt ein Blockdiagram eines beispielhaften Ladesystems mit einer Ladestation 110 und einem Fahrzeug 100. Das Fahrzeug 100 umfasst einen elektrischen Speicher (nicht dargestellt), der mit elektrischer Energie aus der Ladestation 110 aufgeladen werden kann. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Ladedose 101 (in diesem Dokument auch allgemeiner als Schnittstelle bezeichnet) an der ein entsprechender Stecker 111 eines Ladekabels 112 der Ladestation 110 angesteckt werden kann. Die Ladedose 101 und der Stecker 111 bilden ein Stecksystem.
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Wie in 1 dargestellt, ist die Ladedose 101 am Fahrzeug 100 angebracht. Der Ladestecker 111 (engl. Coupler) ist insbesondere beim DC-Laden fest mit der Ladestation 110 über das Ladekabel 112 verbunden. Es existieren verschiedene Steckervarianten gemäß der Steckernorm IEC 62196-3: Combo 1, Combo 2, DC-Typ1, DC-Typ 2. Sowohl Combo-1 als auch Combo-2 sind über die gleiche Steckarchitektur mit dem Fahrzeug verbunden. Bei DC-Typ1 und DC-Typ 2 werden teilweise dieselben Pins (d.h. dieselben elektrischen Kontaktteile) des Stecksystems für AC- und DC-Laden verwendet. Insbesondere werden bei DC-Typ2 Stecksystemen die Kontaktteile für L2/DC– und L3/DC+ gemeinsam für AC-Laden und DC-Laden genutzt.
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2 zeigt eine beispielhafte Ladedose 101 mit einer Vielzahl von Kontaktteilen 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207. Je nach Steckernorm und/oder je nach Ladetyp (d.h. DC-Laden oder AC-Laden) können die Kontaktteile eine andere Funktion aufweisen. Beispielsweise kann das Kontaktteil (auch als Pin bezeichnet) 202 für die Übertragung eines Pilot Signals verwendet werden. Das Kontaktteil 201 kann für die Übertragung eines Proxy Signals verwendet werden. Die Kontaktteile 201, 202 können auch als Kommunikations-Kontaktteile bezeichnet werden, da sie eingerichtet sind, Kommunikationssignale für eine Kommunikation zwischen der Ladestation 110 und dem Fahrzeug 100 in Bezug auf den Ladevorgang zu ermöglichen. Das Kontaktteil 205 kann für den N-Leiter eines AC-Stroms verwendet werden und das Kontaktteil 203 kann für eine erste Phase L1 des AC-Stroms verwendet werden. Die Kontaktteile 203, 205 werden in diesem Dokument auch als AC-Kontaktteile bezeichnet. Desweiteren umfasst die in 2 dargestellte Ladedose 101 Kontaktteile 208, 209 für eine zweite und eine dritte Phase L2, L3, die ggf. für AC-Laden verwendet werden können. Das Kontaktteil 207 kann zum DC-Laden für DC– (DC Minus) verwendet werden. Desweiteren kann das Kontaktteil 206 zum DC-Laden für DC+ (DC Plus) verwendet werden.
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Die Kontaktteile 206, 207 werden in diesem Dokument auch als DC-Kontaktteile bezeichnet. Desweiteren können die Kontaktteile 203, 205, 206, 207, 208, 209 als Leistungs-Kontaktteile bezeichnet werden, da sie eingerichtet sind, elektrischen Strom zum Laden des elektrischen Speichers des Fahrzeugs 100 zu übertragen. Das Kontaktteil 204 kann eine Verbindung zur Masse bereitstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannte Belegung der Kontaktteile einer Ladedose 101 beispielhaft ist, und andere Belegungen möglich sind.
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3 zeigt ein Blockdiagram beispielhafter Komponenten eines Fahrzeugs 100 zum Laden eines elektrischen Speichers 308 des Fahrzeugs 100. Die Komponenten können Teil einer Ladevorrichtung des Fahrzeugs 100 sein. Das Fahrzeug 100 umfasst z.B. die Ladedose 101 (Kontaktteile 208, 209 sind nicht dargestellt), ein AC-Ladegerät 303 (einen Stromrichter umfassend), eine Kommunikationseinheit 301, eine Ladesteuerungseinheit 302 (auch als Steuereinheit bezeichnet), die HV-Batterie 308, ein DC-Schütz 305, 306, 307 und eine Spannungsmessung 304. Das AC-Ladegerät 303 wird typischerweise nur für das AC-Laden verwendet. Das AC-Ladegerät 303 kann einphasig (1ph) betrieben werden (wie in 3 dargestellt) oder auch dreiphasig (3ph). Für den dreiphasigen Betrieb werden zusätzlich das Kontaktteil 208 (für die zweite Phase L2) und das Kontaktteil 209 (für die dritte Phase L3) mit dem AC-Ladegerät 303 verbunden (nicht dargestellt).
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Das Fahrzeug 100 umfasst typischerweise einen HV(Hochvolt)-Zwischenkreis an dem weitere HV-Verbraucher, wie z.B. der Elektromotor, eine elektrische Klimaanlage, ein 12V DC/DC Wandler, etc., angeschlossen sind. Diese sind in 3 nicht dargestellt.
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Der elektrische Speicher 308, z.B. die HV-Batterie, wird während des Ladevorgangs geladen. Das DC-Schütz 306, 306, 307 stellt dabei sicher, dass keine gefährliche (Hochvolt) Spannung an der Ladedose 101 anliegt. Es ist dabei ein Sicherheitsziel zu verhindern, dass Hochspannung an berührgefährdeten Teilen (insbesondere an den Kontaktteilen 201, ..., 207 der Ladedose 101) anliegt. Das DC-Schütz 305, 306, 307 trennt somit den spannungsführenden HV-Zwischenkreis, an dem der elektrische Speicher 308 angeschlossen ist, von den berührbaren Ladepins 201, ..., 207 in der Ladedose 101. Um die Spannungsfreiheit an der Ladedose 101 (Berührsicherheit) zu gewährleisten, ist typischerweise mindestens ein Schütz und/oder Schalter 305, 306, 307 erforderlich. In 3 sind zwei parallele Schütze 305, 306 dargestellt, die eingerichtet sind, beide DC-Leitungen (d.h. die DC+ und die DC– Leitung) zum elektrischen Speicher 308 zu unterbrechen. Mit der Spannungsmessung 304 kann überwacht werden, dass keine berührgefährliche Spannung an den DC Pins 206, 207 der Ladedose 101 anliegt.
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Mit anderen Worten, das Fahrzeug 100 kann ein AC-Ladegerät 303 (in diesem Dokument auch als Stromrichter bezeichnet) umfassen, das eingerichtet ist, einen einphasigen und/oder mehrphasigen AC-Strom in einen DC-Strom umzuwandeln. Der DC-Strom kann dann dazu verwendet werden, den elektrischen Speicher 308 zu laden. Das Fahrzeug 100 kann somit für AC-Laden eingerichtet sein.
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Desweiteren kann das Fahrzeug 100 für DC-Laden eingerichtet sein. Dazu kann der DC-Strom an mindestens zwei Kontaktteilen 206, 207 der Ladedose 101 aufgenommen werden und an den elektrischen Speicher 308 geführt werden. Der elektrische Speicher 308 ist somit eingerichtet, DC-Strom aus dem AC-Ladegerät 303 zu beziehen und/oder DC-Strom direkt von Kontaktteilen 206, 207 der Ladedose 101 zu beziehen.
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Das Fahrzeug 100 umfasst weiter ein oder mehrere Leistungs-Schalter 305, 306 (insbesondere ein oder mehrere Schütze oder Relais), die eingerichtet sind, die Kontaktteile 206, 207 der Ladedose 101 von dem elektrischen Speicher 308 zu entkoppeln (insbesondere durch Öffnen der Schalter 305, 305). Die Schalter 305, 306 können durch einen Aktuator 307 betätigt werden. Der Aktuator 307 kann durch die Ladesteuerungs-Einheit 302 (d.h. durch die Steuereinheit 302) gesteuert werden. Insbesondere können die ein oder mehreren Schalter 305, 306 anhand des Aktuators 307 geöffnet werden, wenn der elektrische Speicher 308 mittels AC-Laden geladen werden soll. Andererseits können die ein oder mehreren Schalter 305, 306 geschlossen werden, wenn der elektrische Speicher 308 mittels DC-Laden geladen werden soll. So kann sichergestellt werden, dass beim AC-Laden keine DC-Spannung an den Kontaktteilen 206, 207 der Ladedose 101 für den DC-Strom anliegt. Die Schalter 304, 305 können als Teil des elektrischen Speichers 308 oder als separate Einheit implementiert sein. Desweiteren können die einzelnen Schalter 304, 305 separat (durch einen jeweiligen Aktuator 307) oder gemeinsam (durch einen gemeinsamen Aktuator 307) angesteuert werden.
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Der Ablauf eines Ladevorgangs kann gemäß der in den Standards IEC 61815-24 bzw. J2847-2 beschriebenen Abläufe durchgeführt werden. Die Ladekommunikation kann nach dem Kommunikationsschema aus ISO 15118 bzw. DIN 70121 durchgeführt werden. Insbesondere kann die Kommunikationseinheit 301 des Fahrzeugs 100 eingerichtet sein, mit Ladestation 110 durch Übertragung von ein oder mehreren Kommunikationssignalen auf ein oder mehreren Signalleitungen des Ladekabels 112 zu kommunizieren. Die ein oder mehreren Signalleitungen können über die Kommunikations-Kontaktteile 201, 202 der Ladedose 101 mit der Kommunikationseinheit 301 des Fahrzeugs 100 verbunden sein.
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Wie oben dargelegt, kann das Fahrzeug 100 eingerichtet sein, über eine Phase des Stromnetzes geladen zu werden (wie in 3 dargestellt). Als Folge des einphasigen Ladevorgangs, kann es an einem elektrischen Hausanschluss zu einer Schieflast kommen, da nur eine der bereitgestellten drei Phasen des dreiphasigen Wechselstroms die gesamte Last zum AC Laden des Fahrzeugs 100 trägt. Um die Hausanschlüsse und Netzinfrastruktur vor Überlastung zu schützen, limitiert ein Energieversorgungsunternehmen diese Schieflast in einigen Ländern z.B. auf max. 20A. Entsprechend ist die mögliche Ladeleistung (4.6kW/h bei 230V) und Ladegeschwindigkeit relativ gering. Andererseits ist die Verwendung einer einphasigen AC Ladestation 110 vorteilhaft, da eine einphasige Ladestation für AC-Laden in kostengünstiger Weise bereitgestellt werden kann.
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DC-Ladesysteme können ein relativ schnelles Laden mit bis zu 50kW/h ermöglichen. DC-Ladesystem produzieren jedoch typischerweise in Folge der hohen Ladeleistungen und aufgrund eines Wirkungsgrads < 100% der AC/DC-Wandlung eine relativ hohe Abwärme. Diese Abwärme (und die damit verbundenen Kühlvorrichtungen), sowie die erforderlichen Komponenten (Wandler) für ein DC-Ladesystem führen zu verhältnismäßig hohen Kosten einer DC basierten Ladestation 110. Aus diesem Grund sind DC-Ladestationen 110 im Privatkundenbereich (z.B. für ein Einfamilienhaus) aktuell typischerweise nicht einsetzbar. Allgemein kann festgestellt werden, dass eine erhöhte Ladeleistung bei einem DC-Ladesystem zu einer erhöhten Abwärme und zu höheren Kosten führt.
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In diesem Dokument wird ein Ladesystem beschrieben, dass in kosteneffizienter Weise eine erhöhte Ladeleistung bereitstellen kann. Wie in Zusammenhang mit 2 dargestellt, können Ladestecksysteme bereitgestellt werden, die sowohl das AC-Laden als auch das DC-Laden unterstützen. Um die Kostenvorteile von AC-Laden mit dem Leistungspotential von DC-Laden zu kombinieren, wird in diesem Dokument ein gleichzeitiges Laden mit AC-Strom und DC-Strom vorgeschlagen. Insbesondere wird eine Ladestation 110 beschrieben, die eingerichtet ist, gleichzeitig aus ein oder mehreren Phasen eines Wechselstroms einen AC-Strom zum AC-Laden, und aus ein oder mehreren der verbleibenden Phasen des Wechselstroms einen DC-Strom zum DC-Laden bereitzustellen. Desweiteren wird ein Fahrzeug 100 und/oder eine Fahrzeug-seitige Ladevorrichtung beschrieben, die eingerichtet sind, gleichzeitig einen AC-Strom und einen DC-Strom zum Laden des Energiespeichers 308 aufzunehmen. Durch die Verwendung von einer Vielzahl der verfügbaren Phasen für das kombinierte (d.h. das gleichzeitige) AC- und DC-Laden kann die Schieflast des Ladevorgangs reduziert oder ganz vermieden werden. Dadurch können ggf. die Ladeleistungen weiter erhöht werden.
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4 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Ladestation 110 und eines Fahrzeugs 100. Die Ladestation 110 umfasst eine AC-Einheit 511, die eingerichtet ist, einen AC-Strom für das AC-Laden aus einer ersten Phase (z.B. L1) 501 eines mehrphasigen Wechselstroms bereitzustellen. Beispielsweise kann ein AC-Strom von bis zu 32A (für eine Ladeleistung von 7.4kW/h) bereitgestellt werden. Der AC-Strom kann über erste Leitungen (auch als AC-Leitungen bezeichnet) des Ladekabels 112 an das Fahrzeug 100 übertragen werden. Dazu können insbesondere die Kontaktteile (Pins) 203, 205 einer Ladedose 101 verwendet werden.
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Die Ladestation 110 umfasst weiter ein oder mehrere DC-Einheiten 512, 513, die eingerichtet sind, aus jeweils einer weiteren Phase 502, 503 des mehrphasigen Wechselstroms einen DC-Strom zu generieren. Die DC-Einheiten 512, 513 können zu diesem Zweck jeweils einen einphasigen AC/DC Wandler umfassen (oder einen gemeinsamen mehrphasigen AC/DC Wandler). Beispielsweise kann jeweils ein Strom von 16A bereitgestellte werden (für eine gemeinsame DC Ladeleistung von 7.4kW/h). Der generierte DC-Strom kann über weitere Leitungen (auch als DC-Leitungen bezeichnet) des Ladekabels 112 an das Fahrzeug 100 übertragen werden. Dazu können insbesondere die Kontaktteile (Pins) 206, 207 einer Ladedose 101 verwendet werden.
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Somit stehen an der Ladedose 101 des Fahrzeugs 100 gleichzeitig ein AC-Strom (an den Kontaktteilen 203, 205) und ein DC-Strom (an den Kontaktteilen 206, 207) zu Verfügung. Der an den Kontaktteilen 206, 207 bereitgestellte DC-Strom wird in diesem Dokument auch als „zweiter DC-Strom“ bezeichnet. Der AC-Strom kann über einen AC/DC Wandler 303 des Fahrzeugs 100 in einen DC-Strom gewandelt werden (in diesem Dokument auch als „erster DC-Strom“ bezeichnet), und beide-DC Ströme können dem elektrischen Energiespeicher 308 zugeführt werden.
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Die Steuereinheit 302 (auch als Ladesteuerungseinheit bezeichnet) kann eingerichtet sein, einen Zustand der Leistungs-Schalter 305, 306 zu steuern, um ein gleichzeitiges AC-Laden und DC-Laden zu ermöglichen. Insbesondere kann die Steuereinheit 302 eingerichtet sein, die Leistungs-Schalter 305, 306 zu schließen, um das gleichzeitige AC-Laden und DC-Laden zu ermöglichen. Beispielsweise kann mittels eines Kommunikationssignals (z.B. über ein oder mehrere der Kommunikations-Kontaktteile 201, 202) angezeigt werden, dass ein gleichzeitiges AC-Laden und DC-Laden erfolgen soll. Die Steuereinheit 302 kann dann eingerichtet sein, zu veranlassen, dass die Leistungs-Schalter 305, 306 geschlossen werden, so dass sowohl über die Kontaktteile (Pins) 206, 207 (DC-Laden) als auch über die Kontaktteile (Pins) 203, 205 (AC-Laden) elektrische Energie zum Laden des Speichers 308 aufgenommen werden kann.
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Desweiteren kann die Steuereinheit 302 eingerichtet sein, zu prüfen, welches Ladeverfahren (AC-Laden, DC-Lader oder gleichzeitiges AC-Laden und DC-Laden) durchgeführt werden soll. Insbesondere kann die Steuereinheit 302 feststellen, dass eine Lade-Infrastruktur (d.h. eine Ladestation 110) vorhanden ist, die gleichzeitig AC-Laden und DC-Laden anbietet. Dies kann über eine geeignete Signalisierung durch die Ladestation 110 (z.B. mittels PLC Kommunikation) erfolgen. Die Steuereinheit 302 kann eingerichtet sein, ein Kommunikationssignal der Ladestation 110 auszuwerten, und zu erkennen, dass ein paralleles AC-Laden und DC-Laden möglich ist. Wenn beide Ladeverfahren (d.h. AC-Laden und DC-Laden) bereit sind (z.B. nach Durchführen von entsprechenden Sicherheitschecks), kann die Steuereinheit 302 eines der möglichen Ladeverfahren oder beide Ladeverfahren freischalten. Die Ladestation 110 schaltet daraufhin den oder die Stromflüsse durch. D.h. die Steuereinheit 302 kann eingerichtet sein, der Ladestation 110 über ein entsprechendes Kommunikationssignal mitzuteilen, welches Ladeverfahren (AC-Laden und/oder DC-Laden) am Fahrzeug freigeschaltet wurde. Insbesondere kann die Steuereinheit 302 der Ladestation 110 mitteilen, dass paralleles AC-Laden und DC-Laden freigeschaltet wurde. Daraufhin kann die Ladestation 110 den AC-Strom und den DC-Strom bereitstellen.
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Desweiteren kann die Steuereinheit 302 eingerichtet sein, während des Ladevorgangs laufend eine Überwachung des Ladevorgangs durchzuführen. Dadurch wird z.B. bei Erreichen des Ladeendes des Speichers 308 der Gesamtladestrom reduziert, oder die Abschaltung eines der beiden Ladeverfahren veranlasst, um die Ladeleistung zu reduzieren, und um so den Speicher 308 zu schützen. Eine Abschaltung eines oder beiden Ladeverfahren kann auch bei Auftreten eines Fehlers durch die Steuereinheit 302 veranlasst werden.
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Außerdem kann die Steuereinheit 302 eingerichtet sein, bei Erkennen einer einfachen AC-Ladeinfrastruktur nur das AC-Ladeverfahren zu starten und bei Erkennen einer einfachen DC-Infrastruktur nur das DC-Laden zu starten. Wenn aber eine kombinierte Ladeinfrastruktur erkannt wird, so können beide Ladeverfahren parallel durchgeführt werden.
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Durch die Verwendung eines Ladesystems, dass ein gleichzeitiges AC-Laden und DC-Laden ermöglicht, kann in kosteneffizienter Weise eine erhöhte Ladeleistung bereitgestellt werden. Desweiteren kann durch das gleichzeitige AC-Laden und DC-Laden, die Ladeleistung des DC-Pfad z.B. auf < 10kW reduziert werden und mit einem AC-Pfad kombiniert werden (z.B. 7.4kW). So können gleichzeitig eine hohe Gesamt-Ladeleistung bereitgestellt werden und die Kosten für die Bereitstellung eines DC-Ladestroms niedrig gehalten werden. Durch die gleichzeitige Durchführung von AC-Laden und DC-Laden können darüber hinaus die erforderlichen Netzanschlussbedingungen zum Laden eines Fahrzeugs in verbesserter Weise erfüllt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 62196-3 [0003]
- IEC 62196-3 [0027]
- Standards IEC 61815-24 bzw. J2847-2 [0036]
- ISO 15118 [0036]
- DIN 70121 [0036]
