DE102018004740A1

DE102018004740A1 - Ladestation für elektrische Plug-in-Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102018004740A1
Application number: DE102018004740.8A
Authority: DE
Inventors: Nils-Gunnar Vågstedt
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2018-12-27

Abstract

Eine elektrische Ladestation (1) für elektrische Plug-in-Fahrzeuge (20) umfasst eine Ladevorrichtung (2), die einen Ladeverbinder (3) zur Einrichtung einer Verbindung mit einem elektrischen Plug-in-Fahrzeug (20) umfasst, und einen Gleichrichter (10), der eingerichtet ist, um dem Ladeverbinder (3) Gleichstrom zuzuführen. Die elektrische Ladestation (1) umfasst insbesondere eine Kombination einer Brennkraftmaschine (4) und einer elektrischen Wechselstrommaschine (5), wobei die Brennkraftmaschine (4) mechanisch mit der elektrischen Wechselstrommaschine (5) verbunden ist und konfiguriert ist, um elektrischen Wechselstrom unter Verwendung der elektrischen Maschine (5) als einen Generator zu erzeugen, und wobei der Gleichrichter (10) eingerichtet ist, um elektrisch zwischen die elektrische Maschine (5) und die Ladevorrichtung (2) geschaltet zu sein, und wobei der Gleichrichter (10) konfiguriert ist, um Wechselstrom, der aus der elektrischen Maschine (5) empfangen wurde, in Gleichstrom zum Laden eines elektrischen Plug-in-Fahrzeugs (20) über den Ladeverbinder (3) umzuwandeln.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das elektrische Laden von elektrischen Plug-in-Fahrzeugen, und insbesondere eine Vorrichtung zum Laden von Landmotorfahrzeugen.
Hintergrund
Elektrofahrzeuge, wie ein Personenkraftwagen, ein Bus oder ein Lastkraftwagen, erlangten größere Beliebtheit, und Ladestationen wurden in den vergangenen Jahren in zunehmendem Maße an Straßen und Autobahnen aufgestellt. Das Laden eines Elektrofahrzeugs kann typischerweise bei einer Ladestation oder mittels einer Heimstromzufuhr durchgeführt werden. Das Laden von Elektrofahrzeugen ist relativ zeitaufwändig, und kann - abhängig vom Ladezustand und der Batteriekapazität - von einer halben Stunde bis zu mehreren Stunden in Anspruch nehmen, während das Auffüllen eines Benzintanks in wenigen Minuten erledigt werden kann. Da das Laden für Elektrofahrzeuge wesentlich ist und die Ladezeit lang ist, ist es wichtig, dass die Distanz zwischen Ladestationen mit der Lade- und Speicherkapazität der Elektrofahrzeuge übereinstimmen kann. Des Weiteren kann es in dünn besiedelten Gebieten schwieriger sein, Installierungen von Ladestationen zu planen, da Elektrofahrzeuge in ihrer Kapazität für die Ladung und in ihrer Kapazität für die Speicherung von Energie voneinander verschieden sind. Solche Aufstellungen erfordern ebenso eine elektrische Energieversorgung, was die Aufstellungskosten in die Höhe treibt und die Flexibilität nachteilig beeinflusst, wenn Ladestationen geplant werden. Es wäre deshalb nützlich, die Aufstellung von Ladestationen zu vereinfachen, und um ebenso eine dynamischere Infrastruktur bereitzustellen. Ebenso kann zum Beispiel bei Baustellen, Abholzungsgebieten und anderen Industrieeinrichtungen, die sich allein auf weiter Flur befinden, die Verwendung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen durch den begrenzten Zugang zu elektrischem Strom behindert werden.
Kurzfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Vereinfachung von Ladestationen und der Aufstellungen von Ladestationen.
Zu diesem Zweck sieht eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine elektrische Ladestation für elektrische Plug-in-Fahrzeuge vor. Die elektrische Ladestation umfasst eine Ladevorrichtung, die mit einem Ladeverbinder zur Einrichtung einer elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Plug-in-Fahrzeug versehen ist, und einen Gleichrichter zur Zuführung von Gleichstrom zu dem Ladeverbinder. Die elektrische Ladestation umfasst insbesondere eine Kombination einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Wechselstrommaschine, wobei die Brennkraftmaschine mechanisch mit der elektrischen Wechselstrommaschine verbunden ist, um elektrischen Wechselstrom unter Verwendung der elektrischen Maschine als ein Generator zu erzeugen, und wobei der Gleichrichter elektrisch zwischen der elektrischen Maschine und der Ladevorrichtung angeordnet ist, und wobei der Gleichrichter konfiguriert ist, um von der elektrischen Maschine empfangenen Wechselstrom in Gleichstrom zum Laden eines elektrischen Plug-in-Fahrzeugs über den Ladeverbinder umzuwandeln.
Ein Ausführungsbeispiel der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin eine Plattform, wobei die Brennkraftmaschine, die elektrische Wechselstrommaschine, der Gleichrichter und die Ladevorrichtung auf der Plattform angeordnet sind. Das Anordnen dieser Komponenten auf der Plattform erleichtert den Transport der elektrischen Ladestation.
Ein Ausführungsbeispiel der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin ein Gehäuse, wobei die Brennkraftmaschine, die elektrische Wechselstrommaschine und der Gleichrichter innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
Ein Ausführungsbeispiel der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin einen Hebegriff, wie zum Beispiel eine Kranöse, die angeordnet ist, um einen Griff zum Heben der elektrischen Ladestation vorzusehen.
Ein Ausführungsbeispiel der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin ein Steuersystem, das umfasst:

- eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um die Kombination aus Brennkraftmaschine und elektrischer Wechselstrommaschine, und den Gleichrichter zu steuern; und
- eine Kommunikationseinheit, die konfiguriert ist, um eine Kommunikation mit dem elektrischen Plug-in-Fahrzeug herzustellen.

Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel, insbesondere eine bevorzugte Konfiguration des Gleichrichters der elektrischen Ladestation; und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel, das insbesondere eine Einrichtung zur Bereitstellung einer Wechselstromquelle zusätzlich zu der Gleichstromquelle zum Laden von Elektrofahrzeugen umfasst.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine Ladestation 1, die eine Kombination einer Brennkraftmaschine 4 und einer elektrischen Wechselstrommaschine 5, eine Ladevorrichtung 2, die einen Ladeverbinder 3 umfasst, einen Gleichrichter 10 und ein Steuersystem 7 umfasst. Der Ladeverbinder 3 stellt einen Stromanschluss bereit und umfasst Klemmen zur Verbindung durch ein Kabel zu einem Ladeverbinder 21, der bei einem elektrischen Plug-in-Fahrzeug 20 angeordnet ist, das es zu laden gilt. Die Kombination aus Brennkraftmaschine 4 und elektrischer Wechselstrommaschine 5 kann ein typischer diesel- oder benzinbetriebener Generatorsatz 4, 5 sein. Die Brennkraftmaschine 4 und die elektrische Wechselstrommaschine 5 sind mechanisch miteinander verbunden und konfiguriert, um Wechselstrom zu erzeugen, wenn die Brennkraftmaschine 4 läuft, wobei die elektrische Maschine 5 als ein Generator für dreiphasigen Wechselstrom agiert.
Der Gleichrichter 10 ist konfiguriert, um den dreiphasigen Wechselstrom aus der elektrischen Maschine 5 in Gleichstrom für das Elektrofahrzeug umzuwandeln, ist in der Stromflussrichtung zwischen die elektrische Maschine 5 und die Ladevorrichtung 2 geschaltet. Im Einzelnen ist der Gleichrichter 10 mit den Wechselstromausgangsklemmen der elektrischen Wechselstrommaschine 5 bei einem Eingang des Gleichrichters 10, und mit Eingangsklemmen der Ladevorrichtung 2 bei einem Ausgang des Gleichrichters 10 verbunden. Der Gleichrichter ist konfiguriert, um Wechselstrom von der elektrischen Wechselstrommaschine 5 zu empfangen, den empfangenen Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln und den Gleichstrom der Ladevorrichtung 2 zuzuführen, wobei der Gleichstrom dem elektrischen Plug-in-Fahrzeug 20 über den Ladeverbinder 3 zugeführt wird.
Das Steuersystem 7 ist konfiguriert, um die Ladevorrichtung 2, den Gleichrichter 10, die Brennkraftmaschine 4 und die elektrische Wechselstrommaschine 5 zu steuern, und ist ebenso konfiguriert, um mit elektrischen Plug-in-Fahrzeugen 20 zu kommunizieren, um ein Laden des elektrischen Plug-in-Fahrzeugs 20 durchzuführen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Steuersystem 7 eine Steuereinheit 6, die betriebsfähig mit dem Gleichrichter 10 und der Kombination aus Brennkraftmaschine 4 und elektrischer Wechselstrommaschine 5 verbunden ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Steuersystem 7 eine Kommunikationseinheit 8, die konfiguriert ist, um eine Kommunikation mit dem elektrischen Plug-in-Fahrzeug 20 einzurichten.
Die Ladevorrichtung 2 ist konfiguriert, um eine elektrische Stromverbindung zwischen dem Elektrofahrzeug 20 und dem Gleichrichter 10 bereitzustellen und stellt einen Kommunikationsweg zwischen dem Elektrofahrzeug 20 und dem Steuersystem 7 bereit.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Steuersystem 7 eine Steuereinheit 6, die betriebsfähig mit der Brennkraftmaschine 4 und der elektrischen Wechselstrommaschine 5 verbunden (durch gepunktete Linien gezeigt) ist. Das gezeigte Steuersystem 7 umfasst ebenso eine Kommunikationseinheit 8, die konfiguriert ist, um eine Kommunikation mit dem elektrischen Plug-in-Fahrzeug 20 über den Ladeverbinder 3 der Ladevorrichtung 2 herzustellen.
Die Ladestation 1 umfasst weiterhin eine Plattform 9, die die anderen Komponenten der Ladestation 1 trägt. Die Ladestation 1 kann ebenso ein Gehäuse 12 umfassen, das die Kombination aus Brennkraftmaschine 4 und elektrischer Wechselstrommaschine 5, den Gleichrichter 10 und das Steuersystem 7 in sich birgt. Ein derartiges Gehäuse 12 ist in 1 durch gestrichelte Linien gezeigt. Der Ladeverbinder 3 soll von außerhalb des Gehäuses 1 zugänglich sein, und es ist die gezeigte Ladevorrichtung 2 ebenso außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet, kann aber alternativ innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die Plattform 9 ist konfiguriert, um mit ihrer Unterseite in Kontakt mit dem Boden platziert zu werden, wenn die Ladestation 1 an einem Ort angeordnet wird.
In einer alternativen Konfiguration sind das Steuersystem 7, der Gleichrichter 10, die Ladevorrichtung 2 und der Ladeverbinder 3 in einer einzelnen Ladeeinheit angeordnet, wobei sich ein Ladeverbinderabschnitt 3 durch das Gehäuse 12 erstreckt, um wiederum für das Elektrofahrzeug 20 zugänglich zu sein.
Die elektrische Ladestation 1 soll derart bemaßt sein, um mit einem Auflieger eines Lastkraftwagens oder einem Kleinlaster transportierbar zu sein. Um den Transport zu erleichtern, ist die elektrische Ladestation 1 mit Hebegriffen 11 versehen, die als Kranösen dargestellt sind, wobei die Hebegriffe 11 auf der Plattform 9 und/oder auf dem Gehäuse 12 angeordnet sind. Die elektrische Ladestation 1 kann ebenso eine Einrichtung 15 zum Sichern der Plattform an dem Boden, wie Griffe ähnlich den Hebegriffen und/oder Durchgangslöcher in der Plattform innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 12 umfassen.
2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gleichrichters 10, wobei der Gleichrichter 10 einen Stapel von Gleichrichtereinheiten 10-1 bis 10-n umfasst, wobei die Gleichrichtereinheiten 10-1 bis 10-n elektrisch parallel geschaltet sind. Jede Gleichrichtereinheit 10-1, ..., 10-n ist zwischen die elektrische Maschine 5 und die Ladevorrichtung 2 geschaltet. Jede Gleichrichtereinheit 10-1, ..., 10-n ist eingerichtet, um den dreiphasigen Ausgangsstrom der elektrischen Maschine 5 aufzunehmen und um der Ladevorrichtung 2 Gleichstrom zuzuführen, wobei der Gleichstrom mit dem Spannungspegel der Ladevorrichtung 2 zugeführt wird.
Jede Gleichrichtereinheit 10-1,..., 10-n des Gleichrichters 10 gemäß der Erfindung umfasst einen Kondensator oder eine energiespeichernde Batterie, wie einen Satz von Kondensatoren oder Batterien, um die Ausgangsgleichspannung bereitzustellen. Die Verwendung energiespeichernder Batterien in dem Gleichrichter 10 ist dahingehend günstig, dass sie eine kleinere Bemaßung des Generatorsatzes 4, 5 ermöglicht, wobei die Brennkraftmaschine 4 laufen kann, um die Batterien ebenso dann zu laden, wenn kein Elektrofahrzeug 20 geladen wird, wodurch die energiespeichernden Batterien während des Ladens des Elektrofahrzeugs 20 einen höheren Strompegel als den Strompegel der Brennkraftmaschine 4 bereitstellen können. Der Gleichspannungsausgangspegel liegt vorzugsweise in dem Bereich von 200 V bis 1 kV, wie von 200 V oder 300 V bis 700 V oder 800 V. Der Gleichspannungspegel soll in Anbetracht der elektrischen Fahrzeuge ausgewählt werden, die es zu laden gilt. Die Wechselstromspannung aus der elektrischen Maschine kann geeignet zwischen 200 V und 1 kV liegen, wie in dem Bereich von 400 V bis 800 V.
3 zeigt weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der elektrischen Ladestation 1 gemäß 1 oder 2, wobei die elektrische Ladestation mit zumindest einem Wechselstromausgang 31, 32 versehen ist, wie einem einzelnen einphasigen Ausgang 31 und einem einzelnen dreiphasigen Ausgang 32. Diese Wechselstromausgänge sollen vorzugsweise dieselbe Frequenz und denselben Spannungspegel oder mehrere Pegel wie die Heimspannungsversorgungen aufweisen, zum Beispiel 50 Hz (oder 60 Hz) bei 230 V (oder 110 V) in einem einphasigen Stromausgang 31, und zum Beispiel 50 Hz bei 400 V in einem dreiphasigen Ausgang 32. Es ist ein Wechselrichter 30 vorgesehen, der konfiguriert ist, um den Ausgangsstrom aus der elektrischen Maschine 5, wie dreiphasigen Wechselstrom mit 700 V und 2 kHz, jeweils in Ausgangswechselspannungen, zum Beispiel Heimspannungen, wie einphasigen Strom mit 220 V und 50 Hz und dreiphasigen Strom mit 400 V und 50 Hz umzuwandeln.
Transportable Systeme zur Erzeugung von Wechselstrom mit Heimpegel sind bereits bekannt. Die US 2007/0 093 280 A1 beschreibt ein mobiles Generatorsystem, das eine Kombination einer Dieselbrennkraftmaschine und eines dreiphasigen Generators umfassen kann, um Wechselstrom bei 110 V, 220 V oder 480 V (vergleiche Abs. 23) zu erzeugen. Das mobile elektrische Generatorsystem der US 2007/0 093 280 A1 kann ebenso, vergleiche Abs. 39, einen Gleichrichter zum Bereitstellen von Gleichstrom niedriger Spannung für elektronische Komponenten bereitstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0093280 A1 [0021]

Claims

Elektrische Ladestation (1) für elektrische Plug-in-Fahrzeuge (20), umfassend - eine Ladevorrichtung (2), die einen Ladeverbinder (3) zur Einrichtung einer elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Plug-in-Fahrzeug (20) umfasst, und - einen Gleichrichter (10), der eingerichtet ist, um dem Ladeverbinder (3) Gleichstrom zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ladestation eine Kombination einer Brennkraftmaschine (4) und einer elektrischen Wechselstrommaschine (5) umfasst, wobei die Brennkraftmaschine (4) mechanisch mit der elektrischen Wechselstrommaschine (5) verbunden ist, um elektrischen Wechselstrom unter Verwendung der elektrischen Maschine (5) als einen Generator zu erzeugen, und wobei der Gleichrichter (10) elektrisch zwischen die elektrische Maschine (5) und die Ladevorrichtung (2) geschaltet ist, und wobei der Gleichrichter (10) konfiguriert ist, um Wechselstrom, der aus der elektrischen Maschine (5) empfangen wurde, in Gleichstrom zum Laden eines elektrischen Plug-in-Fahrzeugs (20) über den Ladeverbinder (3) umzuwandeln.
Elektrische Ladestation (1) gemäß Anspruch 1, die weiterhin eine Plattform (9) umfasst, wobei die Brennkraftmaschine (4), die elektrische Wechselstrommaschine (5), der Gleichrichter (10) und die Ladevorrichtung (2) auf der Plattform (9) angeordnet sind.
Elektrische Ladestation (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, die weiterhin ein Gehäuse (12) umfasst, wobei die Brennkraftmaschine (4), die elektrische Wechselstrommaschine (5) und der Gleichrichter (10) innerhalb des Gehäuses (12) angeordnet sind.
Elektrische Ladestation (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin zumindest einen Hebegriff (11) umfasst, der zum Bereitstellen eines Griffs zum Heben der elektrischen Ladestation (1) eingerichtet ist.
Elektrische Ladestation (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin ein Steuersystem (7) umfasst, das wiederum umfasst: - eine Steuereinheit (6), die konfiguriert ist, um die Kombination der Brennkraftmaschine (4) und der elektrischen Wechselstrommaschine (5), und den Gleichrichter (10) zu steuern; und - eine Kommunikationseinheit (8), die konfiguriert ist, um eine Kommunikation mit dem elektrischen Plug-in-Fahrzeug (20) herzustellen.