DE102014216878A1

DE102014216878A1 - Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge sowie Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer solchen Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102014216878A1
Application number: DE102014216878.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Becker; Triantafyllos Zafiridis; Michael Rueger; Marcus Boege; Kai-Andre Boehm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-02-25
Also published as: WO2016030135A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (100) für Elektrofahrzeuge (135, 140). Die Ladevorrichtung (100) umfasst zumindest eine erste Ladeschaltung (105) zum Erzeugen eines ersten Ladestroms und eine zweite Ladeschaltung (110) zum Erzeugen eines von dem ersten Ladestrom abweichenden zweiten Ladestroms. Ferner ist die Ladevorrichtung (100) mit zumindest einem ersten Ladeanschluss (125) zum Anschließen der Ladevorrichtung (100) an ein erstes Elektrofahrzeug (135) und einem zweiten Ladeanschluss (130) zum Anschließen der Ladevorrichtung (100) an ein zweites Elektrofahrzeug (140) vorgesehen. Die Ladevorrichtung (100) umfasst schließlich zumindest eine erste Schalteinheit (115), die ausgebildet ist, um zum Wählen eines Ladestroms des ersten Elektrofahrzeugs (135) den ersten Ladeanschluss (125) zwischen der ersten Ladeschaltung (105) und der zweiten Ladeschaltung (110) umzuschalten, und eine zweite Schalteinheit (120), die ausgebildet ist, um zum Wählen eines Ladestroms des zweiten Elektrofahrzeugs (140) den zweiten Ladeanschluss (130) zwischen der ersten Ladeschaltung (105) und der zweiten Ladeschaltung (110) umzuschalten.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladevorrichtung, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
Eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge ist beispielsweise in der US 2014/006242 beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladevorrichtung, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der beschriebene Ansatz kann als Ergänzung oder Alternative zu bekannten Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden, die üblicherweise aus einer oder zwei Ladeschaltungen bestehen, die jeweils über ein dediziertes, von außen zugängliches Stecksystem zur elektrischen Kopplung der Fahrzeugbatterie mit der Ladeschaltung verfügen.
Es wird eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge vorgestellt, wobei die Ladevorrichtung folgende Merkmale aufweist:
zumindest eine erste Ladeschaltung zum Erzeugen eines ersten Ladestroms und eine zweite Ladeschaltung zum Erzeugen eines von dem ersten Ladestrom abweichenden zweiten Ladestroms;
zumindest einen ersten Ladeanschluss zum Koppeln der Ladevorrichtung mit einem ersten Elektrofahrzeug und einen zweiten Ladeanschluss zum Koppeln der Ladevorrichtung mit einem zweiten Elektrofahrzeug; und
zumindest eine erste Schalteinheit, die ausgebildet ist, um zum Wählen eines Ladestroms für das erste Elektrofahrzeug den ersten Ladeanschluss zwischen der ersten Ladeschaltung und der zweiten Ladeschaltung umzuschalten, und eine zweite Schalteinheit, die ausgebildet ist, um zum Wählen eines Ladestroms für das zweite Elektrofahrzeug den zweiten Ladeanschluss zwischen der ersten Ladeschaltung und der zweiten Ladeschaltung umzuschalten.
Unter einem Elektrofahrzeug kann ein batteriegetriebenes Kraftfahrzeug verstanden werden, dessen Batterie, beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akkumulator, mit der Ladevorrichtung gekoppelt werden kann. Die Ladevorrichtung kann beispielsweise als Ladesäule auf einer Parkfläche für mehrere Elektrofahrzeuge realisiert sein. Unter einer Ladeschaltung kann eine elektrische Schaltung zum Erzeugen eines Ladestroms verstanden werden. Unter einem Ladeanschluss kann eine Schnittstelle zum elektrisch leitfähigen Verbinden der Ladevorrichtung mit dem Elektrofahrzeug verstanden werden. Beispielsweise kann der Ladeanschluss als stecker- oder buchsenförmiges Verbindungselement ausgebildet sein, das mit einer entsprechenden Stecker- oder Buchsenaufnahme des Elektrofahrzeugs elektrisch leitfähig gekoppelt und verriegelt werden kann. Alternativ kann der Ladeanschluss ausgebildet sein, um eine Batterie des Elektrofahrzeugs berührungslos, d. h. induktiv, zu laden. Unter einer Schalteinheit kann ein elektronisches Bauelement mit einem oder mehreren Schaltern, beispielsweise ein Schütz oder ein Leistungstransistor, verstanden werden.
Der vorliegende Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge mehrere Ladeanschlüsse zum gleichzeitigen Anschließen mehrerer Fahrzeuge an die Ladevorrichtung aufweisen kann, wobei die Ladeanschlüsse je mit unterschiedlichen Ladeströmen beaufschlagt werden können.
Dadurch ist es möglich, mehrere Batterien sequenziell, intermittierend oder mittels anderer geeigneter Zeitscheibenverfahren aus einer geringeren Anzahl von Ladeschaltungen zu laden, um Hardwareaufwand und damit Kosten einzusparen sowie die Verfügbarkeit von Lademöglichkeiten für potenzielle Verbraucher zu erhöhen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aus einer Auswahl verfügbarer Ladeschaltungen verschiedener Leistungsklassen jeweils eine für einen aktuellen Ladeabschnitt geeignete bzw. ausreichende Ladeschaltung ausgewählt werden kann, um eine verfügbare Leistung optimal auf einen Bedarf der angeschlossenen Verbraucher zu verteilen.
Darauf aufbauend lässt sich auch ein Bedienkomfort erhöhen, indem mittels der Ladevorrichtung gemäß einer nachfolgend beschriebenen Ausführungsform Komfortfunktionen wie eine Priorisierung der Ladevorgänge, etwa als aufpreispflichtige Features, realisiert werden können.
Der Statistik nach wird ein privates Fahrzeug im Schnitt nur etwa eine Stunde pro Tag bewegt. Zudem geht die Tendenz der Hersteller dahin, die Ladezeiten möglichst kurz zu halten bzw. immer weiter zu verkürzen. Üblich sind daher bereits heute Ladezeiten von nur wenigen Stunden. Da die Parkzeit der Elektrofahrzeuge somit üblicherweise eine jeweils benötigte Ladezeit um ein Vielfaches überschreitet, lässt sich die Ladevorrichtung gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich wirtschaftlicher betreiben. Es lässt sich zwar nicht verhindern, dass die Parkzeit die Ladezeit um ein Vielfaches überschreitet, es lässt sich jedoch verhindern, dass die Ladeeinrichtung in der Zwischenzeit nicht von anderen Teilnehmern genutzt werden kann.
Durch den zunehmenden Anteil von Elektro- oder Hybridfahrzeugen an der Verkehrsflotte dürfte die Nachfrage nach entsprechenden Lademöglichkeiten künftig weiter ansteigen. Mittels des vorliegenden Ansatzes kann das Ungleichgewicht, das bei den heute eingesetzten statischen Ladeeinrichtungen auftreten kann, vermieden werden und somit einem möglichen Überangebot an nicht nutzbarer Ladeleistung vorgebeugt werden.
Ein Multiplex-Ladeverfahren gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes eignet sich insbesondere dazu, möglichst viele Blei- oder Lithium-Ionen-Batterien zeitoptimiert und mit möglichst geringem Hardwareaufwand nach dem CCCV-Verfahren zu laden (constant current constant voltage; „Konstantstrom Konstantspannung“). Hierbei kann eine Batterie in einer ersten Ladephase bis zu einem SOC (state of charge; „Ladezustand“) von ca. 80 Prozent den vollen Ladestrom aufnehmen. Die restlichen 20 Prozent können hierauf in einer zweiten Ladephase mit einer in Relation zur ersten Ladephase deutlich geringeren Leistung über eine entsprechend längere Zeit aufgenommen werden.
Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes können der erste Ladeanschluss und der zweite Ladeanschluss in Bezug auf die erste Ladeschaltung parallel geschaltet sein und in Bezug auf die zweite Ladeschaltung parallel geschaltet sein. Dadurch können alle Ladeanschlüsse mit den gleichen Ladespannungen versorgt werden.
Die Ladevorrichtung kann mit einem Gehäuse zum Aufnehmen der ersten Ladeschaltung und der zweiten Ladeschaltung vorgesehen sein. Das Gehäuse kann mit einem ersten Gehäuseanschluss, dem ein erstes Potenzial zugeordnet ist, einem zweiten Gehäuseanschluss, dem ein zweites Potenzial zugeordnet ist, und einem dritten Gehäuseanschluss, dem ein von dem ersten Potenzial und dem zweiten Potenzial abweichendes drittes Potenzial zugeordnet ist, ausgeführt sein.
Eine erste Versorgungsleitung kann ausgebildet sein, um die erste Ladeschaltung über den ersten Gehäuseanschluss und die erste Schalteinheit mit dem ersten Ladeanschluss und über die zweite Schalteinheit mit dem zweiten Ladeanschluss zu verbinden. Eine zweite Versorgungsleitung kann ausgebildet sein, um die zweite Ladeschaltung über den zweiten Gehäuseanschluss und die erste Schalteinheit mit dem ersten Ladeanschluss und über die zweite Schalteinheit mit dem zweiten Ladeanschluss zu verbinden. Ferner kann eine gemeinsame Versorgungsleitung ausgebildet sein, um die erste Ladeschaltung und die zweite Ladeschaltung miteinander zu verbinden und über den dritten Gehäuseanschluss mit dem ersten Ladeanschluss und dem zweiten Ladeanschluss zu verbinden. Die erste Schalteinheit kann ausgebildet sein, um den ersten Ladeanschluss mit der ersten Versorgungsleitung und/oder der zweiten Versorgungsleitung zu verschalten. Die zweite Schalteinheit kann ausgebildet sein, um den zweiten Ladeanschluss mit der ersten Versorgungsleitung und/oder der zweiten Versorgungsleitung zu verschalten. Beispielsweise kann es sich bei dem dritten Potenzial um ein Massepotenzial und bei der gemeinsamen Versorgungsleitung um eine Masseleitung handeln. Durch diese Ausführungsform kann die Ladevorrichtung mit sehr geringem Aufwand verschaltet werden.
Die Ladevorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine dritte Schalteinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um einen Stromfluss durch die gemeinsame Versorgungsleitung zu steuern. Dadurch können über eine Schalteinheit zentral alle Ladevorgänge der Ladevorrichtung unterbrochen werden. Eine solche dritte Schalteinheit zum Angleichen von Potenzialen kann bei einer Ladevorrichtung, beispielsweise in Form einer Ladesäule entfallen, da die Ladesäule ja von sich aus ein passendes Potential voreinstellen kann, zumindest dann, wenn das Potenzial der angeschlossenen Teilnehmer gemessen werden kann oder diese es der Ladesäule in irgendeiner Art und Weise mitteilen können.
Die Ladevorrichtung kann mit einer Steuereinrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um eine Information über einen Ladezustand und/oder eine vorgegebene Ladezeit zumindest eines an einen der Ladeanschlüsse angeschlossenen oder anschließbaren Elektrofahrzeugs zu empfangen und in Abhängigkeit von der Information zumindest eine der Schalteinheiten anzusteuern. Unter einem Ladezustand kann ein Verhältnis einer verfügbaren Kapazität zu einer nominellen Kapazität einer jeweiligen Batterie der Elektrofahrzeuge verstanden werden. Der Ladezustand kann beispielsweise in Prozent angegeben sein. Unter einer Ladezeit kann ein Zeitraum verstanden werden, während dessen die Batterie mit dem ersten oder dem zweiten Ladestrom geladen wird, bis die Batterie vollgeladen ist, d. h. annähernd ihre nominelle Kapazität erreicht. Die Ladezeit kann beispielsweise durch eine Uhrzeit vorgegeben sein, zu der ein zu ladendes Elektrofahrzeug abfahrbereit sein soll.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um die erste Schalteinheit in Abhängigkeit von einem Ladezustand oder einer vorgegebenen Ladezeit des ersten Elektrofahrzeugs oder auch in Abhängigkeit von einem Ladezustand oder einer vorgegebenen Ladezeit des zweiten Elektrofahrzeugs anzusteuern. Analog dazu kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um die zweite Schalteinheit in Abhängigkeit von einem Ladezustand oder einer vorgegebenen Ladezeit des zweiten Elektrofahrzeugs oder auch in Abhängigkeit von einem Ladezustand oder einer vorgegebenen Ladezeit des ersten Elektrofahrzeugs anzusteuern.
Unter einer Steuereinrichtung oder einer Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Ein solches Gerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Mittels einer solchen Steuereinrichtung kann eine zur Verfügung stehende Ladeleistung der Ladevorrichtung besonders zeit- und energiesparend auf mehrere Elektrofahrzeuge verteilt werden.
Die Steuereinrichtung kann eine Schnittstelle zum kabellosen Datenaustausch mit einem oder mehreren mobilen Endgeräten, wie etwa einem Smartphone oder einem Tablet-PC, aufweisen und ausgebildet sein, um zumindest eine der Schalteinheiten unter Verwendung von über die Schnittstelle einlesbaren Signalen anzusteuern.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einlesen eines ersten Ladesignals, das einen Ladezustand und/oder eine vorgegebene Ladezeit eines mit dem ersten Ladeanschluss der Ladevorrichtung gekoppelten oder koppelbaren ersten Elektrofahrzeugs repräsentiert, und eines zweiten Ladesignals, das einen Ladezustand und/oder eine vorgegebene Ladezeit eines mit dem zweiten Ladeanschluss der Ladevorrichtung gekoppelten oder koppelbaren zweiten Elektrofahrzeugs repräsentiert; und
Bereitstellen eines ersten Steuersignals zum Steuern der ersten Schalteinheit der Ladevorrichtung und eines zweiten Steuersignals zum Steuern der zweiten Schalteinheit der Ladevorrichtung unter Verwendung des ersten Ladesignals und/oder des zweiten Ladesignals.
Eine Sequenzierung und Priorisierung von Ladevorgängen lässt sich realisieren, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Einlesens ferner ein Priorisierungssignal eingelesen wird, das eine Laderangfolge zwischen dem ersten Elektrofahrzeug und dem zweiten Elektrofahrzeug repräsentiert. Im Schritt des Bereitstellens kann dann das erste Steuersignal und/oder das zweite Steuersignal unter Verwendung des Priorisierungssignals erzeugt werden.
Ferner kann die Ladevorrichtung mit einer Vorrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Multiplex-Ladeeinrichtung;
4 eine schematische Darstellung einer Ladestation mit einer Ladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Ladevorrichtung 100 umfasst eine erste Ladeschaltung 105 und eine zweite Ladeschaltung 110 sowie beispielhaft eine erste Schalteinheit 115 und eine zweite Schalteinheit 120. Die erste Ladeschaltung 105 und die zweite Ladeschaltung 110 sind je elektrisch leitfähig mit der ersten Schalteinheit 115 und der zweiten Schalteinheit 120 verbunden.
Die Ladevorrichtung 100 weist ferner einen ersten Ladeanschluss 125 und einen zweiten Ladeanschluss 130 auf, wobei der erste Ladeanschluss 125 elektrisch leitfähig mit der ersten Schalteinheit 115 und der zweite Ladeanschluss 130 elektrisch leitfähig mit der zweiten Schalteinheit 120 verbunden ist. Die Ladeanschlüsse 125, 130 sind in 1 beispielhaft als Stecker dargestellt. Bei den Ladeanschlüssen 125, 130 kann es sich jedoch auch um induktive Ladeanschlüsse handeln.
Beispielhaft sind in 1 zwei Elektrofahrzeuge 135, 140 dargestellt, deren Batterien mittels der Ladevorrichtung 100 geladen werden können. Hierzu sind die Elektrofahrzeuge 135, 140 ausgebildet, um je mit einem der Ladeanschlüsse 125, 130 elektrisch leitfähig verbunden zu werden.
Die erste Ladeschaltung 105 ist ausgebildet, um einen ersten Ladestrom zum Laden der Batterien der Elektrofahrzeuge 135, 140 zu erzeugen. Die zweite Ladeschaltung 110 ist ausgebildet, um einen von dem ersten Ladestrom abweichenden zweiten Ladestrom zum Laden der Batterien der Elektrofahrzeuge 135, 140 zu erzeugen. Ein abweichender Ladestrom wird üblich sein, gleiche Ströme sind jedoch nicht ausgeschlossen.
Die erste Schalteinheit 115 ist ausgebildet, um den ersten Ladeanschluss 125 entweder mit der ersten Ladeschaltung 105 oder mit der zweiten Ladeschaltung 110 zu verschalten. Analog dazu ist die zweite Schalteinheit 120 ausgebildet, um den zweiten Ladeanschluss 130 entweder mit der ersten Ladeschaltung 105 oder mit der zweiten Ladeschaltung 110 zu verschalten. Somit können die Elektrofahrzeuge 135, 140 jeweils entweder mit dem ersten Ladestrom oder mit dem zweiten Ladestrom geladen werden.
Der erste Ladestrom und der zweite Ladestrom können unterschiedliche Stromstärken aufweisen. Beispielsweise können sich die Stromstärken um zumindest um den Faktor 10 unterscheiden. Die Ladeschaltungen 105, 110 können je als Stromquellen zum Bereitstellen konstanter Ladeströme, als Spannungsquellen zum Bereitstellen kontanter Ladespannung ausgeführt sein. Auch kann eine der Ladeschaltungen 105, 110 als Stromquelle und die andere der Ladeschaltungen 105, 110 als Spannungsquelle ausgeführt sein, oder zumindest eine der Ladeschaltungen 105, 110 kann in unterschiedlichen Betriebszuständen sowohl als Spannungsquelle als auch als Stromquelle betrieben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Elektrofahrzeuge 135, 140 über einen der Ladeanschlüsse 125, 130 mit dem ersten Ladestrom und das andere der Elektrofahrzeuge 135, 140 über den anderen der Ladeanschlüsse 125, 130 zeitgleich mit dem zweiten Ladestrom geladen werden.
Mittels einer solchen Ladevorrichtung 100 ist es möglich, einen benötigten Hardwareaufwand auf das Notwendigste zu reduzieren. Die Vorteile liegen in geringeren Kosten, einer wirtschaftlicheren Nutzung sowie einem erhöhten Komfort aufgrund der besseren Verfügbarkeit und optionaler Komfort-Sonderfunktionen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 1 ist die in 2 gezeigte Ladevorrichtung 100 mit einem Gehäuse 200 ausgeführt, in dem die erste Ladeschaltung 105 und die zweite Ladeschaltung 110 angeordnet sind. Das Gehäuse 200 weist einen ersten Gehäuseanschluss 205, einen zweiten Gehäuseanschluss 210 und einen dritten Gehäuseanschluss 215 auf.
Eine erste Versorgungsleitung 220 verbindet die erste Ladeschaltung 105 über den ersten Gehäuseanschluss 205 mit der ersten Schalteinheit 115 und der zweiten Schalteinheit 120. Über die erste Versorgungsleitung 220 können die erste Schalteinheit 115 und die zweite Schalteinheit 120 mit dem ersten Ladestrom beaufschlagt werden. Der erste Gehäuseanschluss 205 repräsentiert somit ein dem ersten Ladestrom zugeordnetes erstes Potenzial.
Eine zweite Versorgungsleitung 225 verbindet die zweite Ladeschaltung 110 über den zweiten Gehäuseanschluss 210 mit der ersten Schalteinheit 115 und der zweiten Schalteinheit 120. Über die zweite Versorgungsleitung 225 können die erste Schalteinheit 115 und die zweite Schalteinheit 120 mit dem zweiten Ladestrom beaufschlagt werden. Der zweite Gehäuseanschluss 210 repräsentiert somit ein dem zweiten Ladestrom zugeordnetes zweites Potenzial.
Eine gemeinsame Versorgungsleitung 230 verbindet die erste Ladeschaltung 105 mit der zweiten Ladeschaltung 110. Ferner verbindet die gemeinsame Versorgungsleitung 230 die erste Ladeschaltung 105 und die zweite Ladeschaltung 110 über den dritten Gehäuseanschluss 215 mit dem ersten Ladeanschluss 125 und dem zweiten Ladeanschluss 130. Die gemeinsame Versorgungsleitung 230 ist beispielsweise als Masseleitung ausgebildet. Der dritte Gehäuseanschluss 215 kann somit ein Massepotenzial repräsentieren.
Somit sind der erste Ladeanschluss 125 und der zweite Ladeanschluss 130 über die Versorgungsleitungen 220, 225, 230 miteinander parallel geschaltet.
Die gemeinsame Versorgungsleitung 230 ist optional mit einer dritten Schalteinheit 235 gekoppelt, die beispielhaft zwischen dem dritten Gehäuseanschluss 215 und dem ersten Ladeanschluss 125 angeordnet ist. Die dritte Schalteinheit 235 ist beispielhaft mit einem ersten Schalter 240 und einem zweiten Schalter 245 ausgeführt, wobei die Schalter 240, 245 miteinander parallel geschaltet sind. Der zweite Schalter 245 ist zusätzlich mit einem Widerstand 250 in Reihe geschaltet. Der erste Schalter 240 ist ausgebildet, um einen Stromfluss zwischen dem dritten Gehäuseanschluss 215 und den Ladeanschlüssen 125, 130 zu ermöglichen, wenn der zweite Schalter 245 geöffnet ist. Der zweite Schalter 245 ist ausgebildet, um einen aufgrund des Widerstands 250 reduzierten Stromfluss zwischen dem dritten Gehäuseanschluss 215 und den Ladeanschlüssen 125, 130 zu ermöglichen, wenn der erste Schalter 240 geöffnet ist. Somit kann über die Schalter 240, 245 auf einfache Weise eine Größe einer an den Ladeanschlüssen 125, 130 anliegenden Ladespannung oder eine Größe eines an den Ladeanschlüssen 125, 130 bereitgestellter Ladestroms eingestellt werden. Die dritte Schalteinheit 235 kann auch entfallen, insbesondere wenn das Potenzial der angeschlossenen Teilnehmer gemessen werden kann oder diese es der Vorrichtung 100 in irgendeiner Art und Weise mitteilen können
Die erste Schalteinheit 115 und die zweite Schalteinheit 120 sind je mit einem ersten Schalterelement 250 und einem zweiten Schalterelement 255 ausgeführt. Das erste Schalterelement 250 der ersten Schalteinheit 115 ist ausgebildet, um einen Stromfluss durch die zweite Versorgungsleitung 225 zu dem ersten Ladeanschluss 125 zu steuern. Das erste Schalterelement 250 der zweiten Schalteinheit 120 ist ausgebildet, um einen Stromfluss durch die zweite Versorgungsleitung 225 zu dem zweiten Ladeanschluss 130 zu steuern. Das zweite Schalterelement 255 der ersten Schalteinheit 115 ist ausgebildet, um einen Stromfluss durch die erste Versorgungsleitung 220 zu dem ersten Ladeanschluss 125 zu steuern. Das zweite Schalterelement 255 der zweiten Schalteinheit 120 ist ausgebildet, um einen Stromfluss durch die erste Versorgungsleitung 220 zu dem zweiten Ladeanschluss 130 zu steuern.
Bei den Schaltern 240, 245 und den Schalterelementen 250, 255 handelt es sich beispielsweise um Schütze oder Leistungstransistoren.
Beispielhaft ist die in 2 gezeigte Ladevorrichtung 100 mit zwei weiteren Ladeanschlüssen 260 ausgeführt, die analog zu den Ladeanschlüssen 125, 130 über je eine weitere Schalteinheit 265 mit der ersten Versorgungsleitung 220 oder der zweiten Versorgungsleitung 225 verschaltbar sind. Die weiteren Ladeanschlüsse 260 sind ferner über die gemeinsame Versorgungsleitung 230 und die dritte Schalteinheit 235 mit dem dritten Gehäuseanschluss 215 verbunden.
Die Ladevorrichtung 100 umfasst optional ferner eine Steuereinrichtung 270, die mit den Schalteinheiten 115, 120, 235, 265 verbunden ist und ausgebildet ist, um eine Information über einen Ladezustand und/oder eine vorgegebene Ladezeit eines an den Ladeanschlüssen 125, 130, 260 anschließbaren Elektrofahrzeugs zu empfangen und die Schalteinheiten 115, 120, 235, 265 in Abhängigkeit von der Information anzusteuern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ladevorrichtung 100 mit zwei unterschiedlichen Ladeschaltungen 105, 110 und mehreren Ladeanschlüssen 125, 130, 260 in Form von Ladebuchsen ausgeführt, wobei die erste Ladeschaltung 105 als Hochstromladeeinheit mit einer hohen Ausgangsleistung und die zweite Ladeschaltung 110 als Niedrigstromeinheit mit einer niedrigen Ausgangsleistung vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass für die nicht hochstromfähige Ladeschaltung 110 ein geringerer Hardwareaufwand erforderlich ist. Somit können Teilnehmer im niedrigen SOC-Bereich am Hochstromlader 105 geladen werden und anschließend mittels des kleineren Laders 110 vollgeladen werden. Dabei können die Teilnehmer gleichzeitig angeschlossen werden und sequenziell ohne Benutzereingriff geladen werden. Optional ist eine Priorisierung der zu ladenden Teilnehmer vorgesehen.
Beispielsweise können ladeausgangsseitig statt nur jeweils eines einzelnen Schützes mehrere Schütze eingesetzt werden, entsprechend der Anzahl an Ladebuchsen, die das Terminal einem Verbraucher bereitstellen soll. Über eine Verbindung zu den Ladeschaltungen 105, 110 kann kommuniziert werden, um Ladestrom und -Ladespannung einzustellen.
Die Ladeanschlüsse 125, 130, 260 können als Teile eines Stecksystems ausgebildet sein. Wird ein Fahrzeug zur Ladung angeschlossen, so wird das Stecksystem sowohl durch das Fahrzeug als auch durch einen jeweiligen Ladeanschluss mechanisch verriegelt, um ein unbefugtes Unterbrechen der Verbindung zu verhindern. Ein derart verriegelter Ladeanschluss ist somit für andere potenzielle Nutzer blockiert, unabhängig davon, ob tatsächlich ein Ladevorgang stattfindet oder nicht.
Die Ladevorrichtung 100 kann in analoger Weise auch mit induktiven Lademethoden vorgesehen sein, wobei sich im Vergleich zu einer Ausführungsform mit Steckverbindung lediglich das Übertragungsmedium bzw. die Schnittstelle zwischen Energiespender und -empfänger ändert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Ladesäule mit zwei gleichen Ladeschaltungen und mehreren Ladebuchsen vorgesehen. Ein Vorteil dieser Variante besteht in einer geringen Varianz an Hardwarebauteilen durch identische Hardware für die Ladeschaltung. Auch in dieser Variante können mehrere Teilnehmer gleichzeitig angeschlossen und sequenziell ohne Benutzereingriff geladen werden. Hierbei ist eine Priorisierung der zu ladenden Teilnehmer möglich.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Multiplex-Ladeeinrichtung 300 bestehend aus einer Ladeschaltung 305 und mehreren Anschlüssen in Form von Ladebuchsen 310. Bei der Ladeeinrichtung 300 handelt es sich beispielsweise um eine Ladesäule. Die Ladebuchsen 310 sind über eine erste Leitung 315 und eine zweite Leitung 320 mit der Ladeschaltung 305 verbunden und miteinander parallel geschaltet.
Die Ladebuchsen 320 sind je durch einen Schalter 325 mit der ersten Leitung 315 verbindbar.
Eine Schalteinheit 330 ist ausgebildet, um einen Stromfluss durch die zweite Leitung 320 zwischen der Ladeschaltung 305 und den Ladebuchsen 310 zu steuern. Die Schalteinheit 330 ist beispielhaft analog zu der in 2 gezeigten dritten Schalteinheit aufgebaut.
Eine solche Ladesäule 300 mit einer Ladeschaltung 305 und mehreren Ladebuchsen 320 hat den Vorteil, dass die Hardware bzw. Elektronik für die Ladeschaltung 305 nur einmal erforderlich ist. Weiterhin können mehrere Teilnehmer gleichzeitig angeschlossen und sequenziell ohne Benutzereingriff geladen werden. Hierbei ist eine Priorisierung der zu ladenden Teilnehmer möglich.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation 400 mit einer Ladevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Ladestation 400 ist am Rand einer zweispurigen Fahrbahn 405 angeordnet und umfasst eine Mehrzahl von Parkbuchten 410 für Elektrofahrzeuge. Die Ladevorrichtung 100 ist von jeder Parkbucht 410 aus zugänglich.
Im Unterschied zu 1 weist die Ladevorrichtung 100 in 4 neben dem ersten Ladeanschluss 125 und dem zweiten Ladeanschluss 130 beispielhaft vier zusätzliche Ladeanschlüsse 415 auf. Die Ladeanschlüsse 125, 130, 415, auch Ladeterminals genannt, sind beispielhaft in zwei Dreiergruppen links und rechts neben einer zentralen Ladesäule 420 mit der ersten und der zweiten Ladeschaltung angeordnet, sodass je einer Parkbucht 410 ein Ladeanschluss zugeordnet ist.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Betreiben einer Ladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt 505 werden zunächst ein erstes Ladesignal, das einen Ladezustand und zusätzlich oder alternativ eine vorgegebene Ladezeit eines an den ersten Ladeanschluss angeschlossenen oder anschließbaren ersten Elektrofahrzeugs repräsentiert, und ein zweites Ladesignal, das einen Ladezustand und zusätzlich oder alternativ eine vorgegebene Ladezeit eines an den zweiten Ladeanschluss angeschlossenen oder anschließbaren zweiten Elektrofahrzeugs repräsentiert, eingelesen. In einem weiteren Schritt 510 werden ein erstes Steuersignal zum Steuern der ersten Schalteinheit und ein zweites Steuersignal zum Steuern der zweiten Schalteinheit unter Verwendung des ersten Ladesignals und/oder des zweiten Ladesignals bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Multiplex-Ladeverfahren zur zeitoptimierten Ladung möglichst vieler Batterien mit möglichst geringem Hardwareaufwand eine Sequenzierung und Priorisierung von Ladevorgängen durchführen. Um eine verfügbare Ladeleistung über die Zeit möglichst effizient auszunutzen, können zwischen einer Ladesäule und einem Fahrzeug beispielsweise Informationen über eine benötigte Energiemenge und eine gewünschte Abfahrtszeit ausgetauscht werden. Somit kann die Ladesäule die Teilnehmer entsprechend staffeln.
Die Ladesäule kann mit einem Tag- und Nachtstromprogramm vorgesehen sein. Dabei können Teilnehmer, die dringend geladen werden wollen, beispielsweise gegen Aufpreis ihre Priorität, d. h. ihre Position in der Warteschlange, erhöhen. Optional ist ein interaktiver Austausch zwischen Fahrern vorgesehen, beispielsweise via Smartphone mittels Anfrage „Bitte vorlassen“.
Von Vorteil ist auch, wenn zwischen Ladesäule und Fahrzeug Informationen über prädizierte Stromlimits, beispielsweise temporäre Einschränkungen aufgrund von Übertemperatur, ausgetauscht werden. Auf diese Weise kann die Ladesäule Fahrzeuge intermittierend laden.
6 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 600 zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 600 umfasst eine Einheit 600 zum Einlesen des ersten und des zweiten Ladesignals sowie eine Einheit 610 zum Bereitstellen des ersten und des zweiten Steuersignals unter Verwendung des ersten und/oder des zweiten Ladesignals.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/006242 [0002]

Claims

Ladevorrichtung (100) für Elektrofahrzeuge (135, 140), wobei die Ladevorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist: zumindest eine erste Ladeschaltung (105) zum Erzeugen eines ersten Ladestroms und eine zweite Ladeschaltung (110) zum Erzeugen eines von dem ersten Ladestrom abweichenden zweiten Ladestroms; zumindest einen ersten Ladeanschluss (125) zum Koppeln der Ladevorrichtung (100) mit einem ersten Elektrofahrzeug (135) und einen zweiten Ladeanschluss (130) zum Koppeln der Ladevorrichtung (100) mit einem zweiten Elektrofahrzeug (140); und zumindest eine erste Schalteinheit (115), die ausgebildet ist, um zum Wählen eines Ladestroms für ein erstes Elektrofahrzeug (135) den ersten Ladeanschluss (125) zwischen der ersten Ladeschaltung (105) und der zweiten Ladeschaltung (110) umzuschalten, und eine zweite Schalteinheit (120), die ausgebildet ist, um zum Wählen eines Ladestroms für ein zweites Elektrofahrzeug (140) den zweiten Ladeanschluss (130) zwischen der ersten Ladeschaltung (105) und der zweiten Ladeschaltung (110) umzuschalten.
Ladevorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der der erste Ladeanschluss (125) und der zweite Ladeanschluss (130) in Bezug auf die erste Ladeschaltung (105) parallel geschaltet sind und in Bezug auf die zweite Ladeschaltung (110) parallel geschaltet sind.
Ladevorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Gehäuse (200) zum Aufnehmen der ersten Ladeschaltung (105) und der zweiten Ladeschaltung (110), wobei das Gehäuse (200) mit einem ersten Gehäuseanschluss (205), dem ein erstes Potenzial zugeordnet ist, einem zweiten Gehäuseanschluss (210), dem ein zweites Potenzial zugeordnet ist, und einen dritten Gehäuseanschluss (215), dem ein von dem ersten Potenzial und dem zweiten Potenzial abweichendes drittes Potenzial zugeordnet ist, ausgeführt ist, wobei eine erste Versorgungsleitung (220) ausgebildet ist, um die erste Ladeschaltung (105) über den ersten Gehäuseanschluss (205) und die erste Schalteinheit (115) mit dem ersten Ladeanschluss (125) und über die zweite Schalteinheit (120) mit dem zweiten Ladeanschluss (130) zu verbinden, wobei eine zweite Versorgungsleitung (225) ausgebildet ist, um die zweite Ladeschaltung (110) über den zweiten Gehäuseanschluss (210) und die erste Schalteinheit (115) mit dem ersten Ladeanschluss (125) und über die zweite Schalteinheit (120) mit dem zweiten Ladeanschluss (130) zu verbinden, und wobei eine gemeinsame Versorgungsleitung (230) ausgebildet ist, um die erste Ladeschaltung (105) und die zweite Ladeschaltung (110) miteinander zu verbinden und über den dritten Gehäuseanschluss (215) mit dem ersten Ladeanschluss (125) und dem zweiten Ladeanschluss (130) zu verbinden.
Ladevorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, mit einer dritten Schalteinheit (235), die ausgebildet ist, um einen Stromfluss durch die gemeinsame Versorgungsleitung (230) zu steuern.
Ladevorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Steuereinrichtung (270), die ausgebildet ist, um eine Information über einen Ladezustand und/oder eine vorgegebene Ladezeit zumindest eines an einen der Ladeanschlüsse (125, 130, 260; 415) angeschlossenen oder anschließbaren Elektrofahrzeugs (135, 140) zu empfangen und in Abhängigkeit von der Information zumindest eine der Schalteinheiten (115, 120, 235, 265) anzusteuern.
Verfahren (500) zum Betreiben einer Ladevorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst: Einlesen (505) eines ersten Ladesignals, das einen Ladezustand und/oder eine vorgegebene Ladezeit eines mit dem ersten Ladeanschluss (125) der Ladevorrichtung (100) gekoppelten oder koppelbaren ersten Elektrofahrzeugs (135) repräsentiert, und eines zweiten Ladesignals, das einen Ladezustand und/oder eine vorgegebene Ladezeit eines mit dem zweiten Ladeanschluss (130) der Ladevorrichtung (100) gekoppelten oder koppelbaren zweiten Elektrofahrzeugs (140) repräsentiert; und Bereitstellen (510) eines ersten Steuersignals zum Steuern der ersten Schalteinheit (115) der Ladevorrichtung (100) und eines zweiten Steuersignals zum Steuern der zweiten Schalteinheit (120) der Ladevorrichtung (100) unter Verwendung des ersten Ladesignals und/oder des zweiten Ladesignals.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 6, bei dem im Schritt des Einlesens (505) ferner ein Priorisierungssignal eingelesen wird, das eine Laderangfolge zwischen dem ersten Elektrofahrzeug (135) und dem zweiten Elektrofahrzeug (140) repräsentiert, wobei im Schritt des Bereitstellens (510) das erste Steuersignal und/oder das zweite Steuersignal ferner unter Verwendung des Priorisierungssignals erzeugt wird.
Vorrichtung (600), die ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (500) gemäß Anspruch 6 oder 7 durchzuführen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (500) gemäß Anspruch 6 oder 7 durchzuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.