DE102018212740A1 - Ladestation für Elektroautos - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Ladestation (10) für Elektroautos mit einer variablen Anzahl von Leistungselektronikmodulen (11) und einer variablen Anzahl von mit den Leistungselektronikmodulen (11) elektrisch verbundenen Ladeanschlüssen (12) bereit.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation für Elektroautos.
  • Stand der Technik
  • Als Ladestation wird in der Elektrotechnik jedwede stationäre Vorrichtung oder elektrische Anlage bezeichnet, welche dazu dient, mobilen akkubetriebenen Geräten, Maschinen oder Kraftfahrzeugen durch einfaches Einstellen oder Einstecken Energie zuzuführen, ohne den Energiespeicher - etwa die Traktionsbatterie eines Elektroautos - zwangsläufig entnehmen zu müssen. Ladestationen für Elektroautos werden mitunter auch als „Stromtankstellen“ bezeichnet und können mehrere Ladepunkte umfassen.
  • Bekannt sind hier insbesondere Gleichstrom-Schnellladesysteme (high performance charging, HPC) wie das in Europa verbreitete, sogenannte kombinierte Ladesystem (combined charging system, CCS). Beim gattungsmäßigen Gleichstromladen wird Gleichstrom aus der Ladesäule direkt in das Fahrzeug eingespeist und hierzu durch einen leistungsstarken Gleichrichter vom Stromnetz oder durch große Pufferakkumulatoren an z.B. Solartankstellen bereitgestellt. Im Fahrzeug befindet sich ein Batteriemanagementsystem, das mit der Ladesäule direkt oder indirekt kommuniziert, um die Stromstärke anzupassen oder bei Erreichung einer Kapazitätsgrenze den Vorgang zu beenden.
  • Die Leistungselektronik befindet sich hierbei üblicherweise in der Ladesäule. Da die Gleichstromanschlüsse der Ladesäule direkt mit entsprechenden Anschlüssen der Traktionsbatterie verbunden werden, lassen sich verlustarm hohe Ladeströme übertragen, was kurze Ladezeiten ermöglicht.
  • Die verschiedenen Ladestationen, die weltweit im Einsatz sind, werden für gewöhnlich in einer Leistungsklasse ausgelegt und können dann nicht mehr erweitert werden. Modulare Systeme, die später nachrüstbar sind, sind bisher kaum im Einsatz oder bekannt.
  • In EP2572431B1 wird ein Ladesystem mit mehreren Ladeanschlüssen beschrieben, von denen jeder mindestens einem Elektrofahrzeug Leistung bereitstellen kann. Dazu gibt es mehrere Leistungsumsetzer, um die Leistung der Leistungsquelle in ein geeignetes Format zum Laden des Fahrzeugs umzusetzen. Weiter ist eine schaltbare Anschlussmatrix vorgesehen, um wenigstens einen der Leistungsumsetzer mit wenigstens einem Ladeanschluss zu verbinden. Das Ladesystem enthält eine Steuereinheit, um wenigstens einen Leistungsumsetzer und/oder die Schaltvorgänge der Anschlussmatrix zu steuern. Schließlich gibt es Kommunikationsmittel, um Parameter mit dem Elektrofahrzeug auszutauschen.
  • US7256516B2 offenbart eine Ladestation zum Laden einer Vielzahl von Batterien. Dazu wird ein eingangsseitiger Netzanschluss auf eine Vielzahl von sekundären Anschlüssen aufgeteilt, wobei die sekundären Anschlüsse in Summe die Leistung des eingangsseitigen Netzanschlusses übersteigen. Weiter verteilen ein oder mehrere Umrichter die Leistung des Netzanschlusses auf eine Vielzahl von sekundären Anschlüssen. Dabei können die Umrichter mehr Leistung an den sekundären Anschluss abgeben, als sie vom Netzanschluss bekommen.
  • DE102015110023A1 offenbart eine bis zu einer Maximalleistung flexibel erweiterbare Ladestation, die als Hochleistungs-Gleichrichter mit mehreren Gleichrichtermodulen - jeweils mit galvanisch getrennten Ableitungen -, Step-Down-DC/DC-Wandlern und einem rückspeisefähigen Pufferspeicher ausgeführt ist.
  • WO2013159821A1 beschreibt eine modulare Ladeeinrichtung mit einer variablen Anzahl von Ladeanschlüssen und - als Einschub auch nachrüstbaren - untereinander baugleichen Umrichter-Einheiten, die jeweils Wechselstromanschluss, Gleichrichter, Gleichspannungs-Zwischenkreis, DC/DC-Wandler und Gleichstromanschluss aufweisen. Die Umrichter-Einheiten können dabei wahlweise im Gleich- oder Wechselrichterbetrieb arbeiten. Ferner kann eine Batterie vorgesehen sein. Jede Umrichter-Einheit und insbesondere deren Gleichrichter kann je nach Leistungsbedarf unabhängig von den anderen ein- und ausgeschaltet werden und arbeiten; Leistung kann aber auch von einem Gleichspannungs-Zwischenkreis in einen anderen eingespeist werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Ladestation mit einem inkludierten Pufferspeicher zu schaffen, welcher mit kleinen Netzleistungen geladen wird und große Leistungen zum Laden an Elektrofahrzeuge abgibt. Die Leistungselektronik dieser Ladestation soll bis zu zwei Ladesäulen mit einem oder mehreren Ladesteckern mit Energie versorgen können. Dabei soll die maximale Energie an jeweils einer Ladesäule zur Verfügung stehen. Sollen beide Ladesäulen gleichzeitig versorgt werden, so ist die Energie entsprechend aufzuteilen. Die Ladesäule, Batterie und Leistungselektronik sollen ferner nachgerüstet werden können, sodass ein sehr modulares Produkt aus den Kombinationen entsteht.
  • Dieses Ziel wird durch eine Ladestation für ein Elektroauto gemäß Anspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
    • 1 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in ihrer kleinsten Version.
    • 2 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in ihrer zweitkleinsten Version.
    • 3 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in einer weiteren kleinen Version.
    • 4 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in einer mittelkleinen Version.
    • 5 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in einer mittelgroßen Version.
    • 6 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in einer großen Version.
    • 7 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in einer noch größeren Version.
    • 8 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in ihrer zweitgrößten Version.
    • 9 zeigt die erfindungsgemäße Ladestation in ihrer größten Version.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Abbildungen illustrieren in ihrer Zusammenschau die Flexibilität der vorgeschlagenen Ladestation (10 - 1), deren Leistungselektronik innerhalb desselben Gehäuses durch ein zweites Leistungselektronikmodul (11) erweitert werden kann (2). Dies ist auch nachträglich noch möglich und erlaubt den Anschluss von bis zu zwei Ladesäulen (3) über entsprechende Ladeanschlüsse (12).
  • Zur Pufferung der aus dem Stromnetz bezogenen Energie lässt sich die Ladestation (10) mit einer Batterie (13 - 4) ausrüsten. In Verbindung mit zwei Leistungselektronikmodulen (11 - 5 und 6) kann hierbei auch die doppelte Leistung aus dem Netz bezogen und verwendet werden, um die Batterie der Ladestation (10) zu schonen.
  • Die Batterie ist in zwei gleich große Batteriestränge (13) aufgeteilt. Ausgehend von einem einzigen Batteriestrang (13) kann ihre Kapazität somit ebenfalls innerhalb desselben Gehäuses auch nachträglich noch verdoppelt werden (7 und 8).
  • Insgesamt ergibt sich damit ein hochmodulares System, welches z. B. - der Konfiguration gemäß 4 entsprechend - zunächst in einer sehr günstigen Form mit einer Ladesäule, einem Leistungselektronikmodul (11) und einem Batteriestrang (13) ausgestattet werden kann. Dieses System kann dann auf bis zu zwei Ladeanschlüsse (12) mit zwei Leistungselektronikmodulen (11) und einer doppelt so großen Batterie mit zwei Batteriesträngen (13) aufgerüstet werden, wie 9 zu entnehmen ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2572431 B1 [0006]
    • US 7256516 B2 [0007]
    • DE 102015110023 A1 [0008]
    • WO 2013159821 A1 [0009]

Claims (10)

  1. Ladestation (10) für Elektroautos, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - eine variable Anzahl von Leistungselektronikmodulen (11) und - eine variable Anzahl von mit den Leistungselektronikmodulen (11) elektrisch verbundenen Ladeanschlüssen (12).
  2. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - ein Leistungselektronikmodul (11) und - einen Ladeanschluss (12).
  3. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - zwei Leistungselektronikmodule (11) und - einen Ladeanschluss (12).
  4. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - zwei Leistungselektronikmodule (11) und - zwei Ladeanschlüsse (12).
  5. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - ein Leistungselektronikmodul (11), - einen Ladeanschluss (12) und - einen einerseits mit dem Leistungselektronikmodul (11) und andererseits mit dem Ladeanschluss (12) elektrisch verbundenen Batteriestrang (13).
  6. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - zwei Leistungselektronikmodule (11), - einen Ladeanschluss (12) und - einen einerseits mit den Leistungselektronikmodulen (11) und andererseits mit dem Ladeanschluss (12) elektrisch verbundenen Batteriestrang (13).
  7. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - zwei Leistungselektronikmodulen (11), - zwei Ladeanschlüsse (12) und - einen einerseits mit den Leistungselektronikmodulen (11) und andererseits mit den Ladeanschlüssen (12) elektrisch verbundenen Batteriestrang (13).
  8. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - ein Leistungselektronikmodul (11), - einen Ladeanschluss (12) und - zwei einerseits mit dem Leistungselektronikmodul (11) und andererseits mit dem Ladeanschluss (12) elektrisch verbundene Batteriestränge (13).
  9. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - zwei Leistungselektronikmodule (11), - einen Ladeanschluss (12) und - zwei einerseits mit den Leistungselektronikmodulen (11) und andererseits mit dem Ladeanschluss (12) elektrisch verbundene Batteriestränge (13).
  10. Ladestation (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werkskonfiguration: - zwei Leistungselektronikmodule (11), - zwei Ladeanschlüsse (12) und - zwei einerseits mit den Leistungselektronikmodulen (11) und andererseits mit den Ladeanschlüssen (12) elektrisch verbundene Batteriestränge (13).
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