DE102018218551A1 - Device for charging an energy store - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeinfrastruktur mit mehreren Ladeeinrichtungen zum Aufladen von Energiespeichern, wie beispielsweise Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen. Hierzu ist ein Transformator vorgesehen, welcher auf der Primärseite von einer elektrischen Energiequelle gespeist werden kann, und welcher mehrere sekundärseitige Anschlüsse mit separaten Windungen aufweist. An jeden Sekundäranschluss können eine oder mehrere Ladeeinrichtungen angeschlossen werden. Durch die Verwendung mehrerer sekundärseitiger Anschlüsse mit separaten Windungen ist eine galvanische Trennung der einzelnen Ladeeinrichtungen möglich.The present invention relates to a charging infrastructure with a plurality of charging devices for charging energy stores, such as, for example, traction batteries of electric vehicles. For this purpose, a transformer is provided which can be supplied on the primary side by an electrical energy source and which has a plurality of connections on the secondary side with separate windings. One or more charging devices can be connected to each secondary connection. The use of several connections on the secondary side with separate windings enables the individual charging devices to be electrically isolated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Elektrofahrzeug.The present invention relates to a device for charging an electrical energy store. In particular, the present invention relates to charging an electrical energy store in an electric vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge gewinnen gegenwärtig zunehmend an Bedeutung. Diese Fahrzeuge besitzen einen oder mehrere Elektromotore, die mittels elektrischer Energie angetrieben werden. Die elektrische Energie hierzu wird von einer Fahrzeugbatterie, einer sogenannten Traktionsbatterie, bereitgestellt. Dabei muss die Traktionsbatterie des Fahrzeugs von einer externen Energiequelle aufgeladen werden. Zum Aufladen der Traktionsbatterie wird das Fahrzeug mit einer externen Ladestation gekoppelt. Anschließend kann die Ladestation der Traktionsbatterie Energie zuführen, um die Traktionsbatterie aufzuladen.Fully or at least partially electrically powered vehicles are currently becoming increasingly important. These vehicles have one or more electric motors that are driven by electrical energy. The electrical energy for this is provided by a vehicle battery, a so-called traction battery. The vehicle's traction battery must be charged from an external energy source. To charge the traction battery, the vehicle is coupled to an external charging station. The charging station can then supply energy to the traction battery in order to charge the traction battery.
Während der Übergangsphase von Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor hin zu modernen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen muss dabei eine Infrastruktur mit Ladestationen aufgebaut und kontinuierlich erweitert werden. Die einzelnen Ladestationen müssen hierzu an Energiequellen, beispielsweise ein öffentliches Energieversorgungsnetz angebunden werden. Dabei muss die aktuell vorhandene Netzinfrastruktur des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt werden.During the transition phase from vehicles with an internal combustion engine to modern, electrically powered vehicles, an infrastructure with charging stations must be set up and continuously expanded. For this purpose, the individual charging stations have to be connected to energy sources, for example a public energy supply network. The current network infrastructure of the energy supply network must be taken into account.
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The present invention provides a device for charging an electrical energy store with the features of patent claim 1.
Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:
Eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst mehrere Ladeeinrichtungen sowie einen Transformator. Die mehreren Ladeeinrichtungen sind jeweils dazu ausgelegt, elektrische Energie an einem elektrischen Energiespeicher bereitzustellen. Insbesondere kann jede Ladevorrichtung elektrische Energie zum Aufladen eines Energiespeichers, wie zum Beispiel einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, bereitstellen. Der Transformator umfasst einen Primäranschluss und mehrere Sekundäranschlüsse. Der Primäranschluss ist dazu ausgelegt, mit einer elektrischen Energiequelle gekoppelt zu werden. Bei der elektrischen Energiequelle kann es sich insbesondere um eine Wechselspannungsquelle handeln. Weiterhin ist jeder Sekundäranschluss mit mindestens einer der mehreren Ladeeinrichtungen elektrisch gekoppelt.A device for charging an electrical energy store, in particular for charging an electrical energy store of an electric vehicle. The device comprises several charging devices and a transformer. The multiple charging devices are each designed to provide electrical energy to an electrical energy store. In particular, each charging device can provide electrical energy for charging an energy store, such as, for example, a traction battery of an electric vehicle. The transformer comprises a primary connection and several secondary connections. The primary connection is designed to be coupled to an electrical energy source. The electrical energy source can in particular be an AC voltage source. Furthermore, each secondary connection is electrically coupled to at least one of the plurality of charging devices.
An dem Primäranschluss des Transformators ist eine Primärspule des Transformators angeschlossen, und an jedem Sekundäranschluss des Transformators ist eine Sekundärspule angeschlossen. Dabei kann Transformator sowohl als einphasiger Transformator, als auch als mehrphasiger Transformator, insbesondere als dreiphasiger Transformator ausgeführt sein.A primary coil of the transformer is connected to the primary connection of the transformer, and a secondary coil is connected to each secondary connection of the transformer. The transformer can be designed both as a single-phase transformer and as a multi-phase transformer, in particular as a three-phase transformer.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Aufbau einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge ausgehend von dem gegenwärtigen Energieversorgungsnetz eine große Herausforderung darstellt. Zum Aufladen der Elektrofahrzeuge müssen größere Energiemengen aus dem Energieversorgungsnetz bezogen und in geeigneter Weise an den Ladeschnittstellen der Elektrofahrzeuge bereitgestellt werden. Insbesondere ist hierbei beispielsweise auch auf eine galvanische Trennung zwischen den einzelnen Ladepunkten zu achten.The present invention is based on the knowledge that the construction of a charging infrastructure for electric vehicles based on the current energy supply network is a major challenge. To charge the electric vehicles, larger amounts of energy must be obtained from the energy supply network and made available in a suitable manner at the charging interfaces of the electric vehicles. In particular, care must be taken, for example, to ensure electrical isolation between the individual charging points.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine möglichst einfache Ladeinfrastruktur für eine möglichst große Anzahl von Ladepunkten bereitzustellen. Eine solche Ladeinfrastruktur soll sich möglichst einfach in das gegenwärtig existierende Energieversorgungsnetz integrieren lassen.It is therefore an idea of the present invention to take this knowledge into account and to provide the simplest possible charging infrastructure for the largest possible number of charging points. Such a charging infrastructure should be as simple as possible to integrate into the currently existing energy supply network.
Hierzu ist vorgesehen, mittels eines Transformators auf der Primärseite Energie von einer elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel einem Energieversorgungsnetz, zu beziehen, und über mehrere separate Sekundärwicklungen die elektrische Energie jeweils an einer Ladeeinrichtung, wie zum Beispiel einer Ladesäule oder ähnlichem bereitzustellen. Auf diese Weise kann mittels eines einzigen Transformators eine größere Anzahl von Ladepunkten bedient werden. Darüber hinaus sind durch die mehreren Sekundärspulen des Transformators die einzelnen Ladeeinrichtungen galvanisch voneinander getrennt.For this purpose, provision is made to obtain energy from an electrical energy source, such as a power supply network, by means of a transformer, and to provide the electrical energy to a charging device, such as a charging station or the like, in each case via a plurality of separate secondary windings. In this way, a larger number of charging points can be operated using a single transformer. In addition, the individual charging devices are galvanically separated from one another by the multiple secondary coils of the transformer.
Bei den Ladeeinrichtungen kann es sich um beliebige Ladeeinrichtungen zum Aufladen eines Energiespeichers, insbesondere eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs handeln. Die Ladeeinrichtung kann eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung oder aber auch eine Gleichspannung bereitstellen. The charging devices can be any charging devices for charging an energy store, in particular an energy store of an electric vehicle. The charging device can provide a single-phase or multi-phase AC voltage or else a DC voltage.
Die Windungen der Primärspule und der Sekundärspulen des Transformators sind dabei jeweils auf die jeweiligen Spannungsniveaus abgestimmt. Insbesondere ist die Primärspule auf das Spannungsniveau der Energiequelle abgestimmt, die den Transformator speist. Die Windungen der Sekundärspule sind entsprechend der erforderlichen Spannung für die jeweiligen Ladeeinrichtungen konfiguriert.The turns of the primary coil and the secondary coils of the transformer are each matched to the respective voltage levels. In particular, the primary coil is matched to the voltage level of the energy source that feeds the transformer. The turns of the secondary coil are configured according to the required voltage for the respective charging devices.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Primäranschluss dazu ausgelegt, mit einem Mittelspannungsnetz oder einem Hochspannungsnetz eines elektrischen Energieversorgungsnetzes gekoppelt zu werden. Durch den Anschluss des Transformators an das Mittelspannungsnetz oder gegebenenfalls auch direkt an ein Hochspannungsnetz kann eine entsprechend große Energiemenge bezogen werden, um mehrere Ladeeinrichtungen gleichzeitig mit einer ausreichend hohen Energiemenge zu versorgen.According to one embodiment, the primary connection is designed to be coupled to a medium-voltage network or a high-voltage network of an electrical power supply network. A correspondingly large amount of energy can be obtained by connecting the transformer to the medium-voltage network or, if appropriate, directly to a high-voltage network, in order to supply several charging devices with a sufficiently high amount of energy at the same time.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Transformator mindestens drei Sekundäranschlüsse. Darüber hinaus sind jedoch auch beliebig mehr Sekundäranschlüsse möglich. Beispielsweise kann der Transformator auch mindestens vier, fünf, sechs oder eine beliebige andere Anzahl von Sekundäranschlüssen aufweisen.According to one embodiment, the transformer comprises at least three secondary connections. However, any number of secondary connections are also possible. For example, the transformer can also have at least four, five, six or any other number of secondary connections.
Gemäß einer Ausführungsform ist jeder der Sekundäranschlüsse des Transformators an die jeweils angeschlossene Ladeeinrichtung angepasst. Insbesondere können die einzelnen Ladeeinrichtungen der mehreren Ladeeinrichtungen unterschiedlich ausgeführt sein. Beispielsweise können die einzelnen Ladeeinrichtungen für unterschiedliche maximale Energieabgaben dimensioniert werden. Darüber hinaus können die Ladeeinrichtungen auch für unterschiedliche Spannungsniveaus, eine unterschiedliche Anzahl von Phasen einer abzugebenden Wechselspannung oder ähnliches dimensioniert sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass einige der Ladeeinrichtungen eine Wechselspannung bereitstellen, während andere Ladeeinrichtungen eine Gleichspannung bereitstellen.According to one embodiment, each of the secondary connections of the transformer is adapted to the charging device connected in each case. In particular, the individual charging devices of the plurality of charging devices can be designed differently. For example, the individual charging devices can be dimensioned for different maximum energy outputs. In addition, the charging devices can also be dimensioned for different voltage levels, a different number of phases of an alternating voltage to be emitted or the like. Furthermore, it is also possible for some of the charging devices to provide an AC voltage, while other charging devices are providing a DC voltage.
Gemäß einer Ausführungsform sind die mehreren Sekundäranschlüsse gleich oder zumindest gleichartig ausgebildet. Auf diese Weise können besonders einfach mehrere gleiche oder gleichartige Ladeeinrichtungen an die Sekundäranschlüsse angeschlossen werden.According to one embodiment, the plurality of secondary connections are configured identically or at least identically. In this way, several identical or similar charging devices can be connected to the secondary connections in a particularly simple manner.
Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens einer der Sekundäranschlüsse mit mehreren Ladeeinrichtungen elektrisch gekoppelt. Auf diese Weise kann ein solcher Sekundäranschluss auch mehrere Ladeeinrichtungen parallel oder gegebenenfalls auch sequentiell nacheinander bedienen.According to one embodiment, at least one of the secondary connections is electrically coupled to a plurality of charging devices. In this way, such a secondary connection can also serve a plurality of charging devices in parallel or, if appropriate, also sequentially one after the other.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Schalteinrichtung. Die Schalteinrichtung kann dazu ausgelegt sein, mehrere Ladeeinrichtungen individuell mit einem Sekundäranschluss elektrisch zu koppeln. Auf diese Weise ist ein Last-Management möglich, um mittels eines Sekundäranschlusses mehrere elektrische Energiespeicher mittels mehrerer Ladeeinrichtungen zu versorgen und dabei den Energiebezug mittels der Schalteinrichtung zu steuern.According to one embodiment, the device comprises at least one switching device. The switching device can be designed to electrically couple a plurality of charging devices individually to a secondary connection. In this way, load management is possible in order to supply a plurality of electrical energy stores by means of a plurality of charging devices by means of a secondary connection and to control the energy consumption by means of the switching device.
Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eine der Ladeeinrichtungen dazu ausgelegt, eine elektrische Gleichspannung bereitzustellen. Gleichspannungen eignen sich besonders gut für eine schnelle Aufladung von elektrischen Energiespeichern. Insbesondere wenn mehrere oder gegebenenfalls auch alle Sekundärspulen mit Ladeeinrichtungen gekoppelt sind, die eine Gleichspannung bereitstellen, kann auf effiziente Weise ein Ladepark zur Schnellladung von Energiespeichern für Elektrofahrzeuge realisiert werden.According to one embodiment, at least one of the charging devices is designed to provide a DC electrical voltage. DC voltages are particularly suitable for fast charging of electrical energy storage devices. In particular, if several or possibly all secondary coils are coupled to charging devices that provide a DC voltage, a charging park for the rapid charging of energy stores for electric vehicles can be implemented in an efficient manner.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens eine der Ladeeinrichtungen eine Pufferbatterie. Durch die Verwendung einer Pufferbatterie an der Ladeeinrichtung können Energiespitzen beim Aufladen der Energiespeicher abgemildert werden. Auf diese Weise kann die maximale Belastung der Vorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers, insbesondere des Transformators sowie auch der angeschlossenen Energiequelle, wie zum Beispiel dem Energieversorgungsnetz, abgemildert werden.According to one embodiment, at least one of the charging devices comprises a backup battery. By using a buffer battery on the charging device, energy peaks can be mitigated when charging the energy store. In this way, the maximum load on the device for charging the energy store, in particular the transformer and also the connected energy source, such as the energy supply network, can be reduced.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.The above refinements and developments can be combined with one another as desired. Further refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with reference to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic forms of the invention.
FigurenlisteFigure list
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen eines Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform; und -
2 : eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
1 : a schematic representation of a block diagram of a device for charging an energy store according to an embodiment; and -
2nd : A schematic representation of a block diagram of a device for charging an electrical energy storage device according to a further embodiment.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Primäranschluss
Der Primäranschluss
Auf der Sekundärseite kann jeder Sekundäranschluss
Jede der Ladeeinrichtungen
Wie in
Wie darüber hinaus weiterhin in
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladeinfrastruktur mit mehreren Ladeeinrichtungen zum Aufladen von Energiespeichern, wie beispielsweise Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen. Hierzu ist ein Transformator vorgesehen, welcher auf der Primärseite von einer elektrischen Energiequelle gespeist werden kann, und welcher mehrere sekundärseitige Anschlüsse mit separaten Windungen aufweist. An jeden Sekundäranschluss können eine oder mehrere Ladeeinrichtungen angeschlossen werden. Durch die Verwendung mehrerer sekundärseitiger Anschlüsse mit separaten Windungen ist eine galvanische Trennung der einzelnen Ladeeinrichtungen möglich.In summary, the present invention relates to a charging infrastructure with a plurality of charging devices for charging energy stores, such as, for example, traction batteries of electric vehicles. For this purpose, a transformer is provided which can be supplied on the primary side by an electrical energy source and which has a plurality of connections on the secondary side with separate windings. One or more charging devices can be connected to each secondary connection. The use of several connections on the secondary side with separate windings enables the individual charging devices to be electrically isolated.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013204256 A1 [0004]DE 102013204256 A1 [0004]
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DE102018218551.4A DE102018218551A1 (en) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | Device for charging an energy store |
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DE102013204256A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Charging device for an electric vehicle |
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2018
- 2018-10-30 DE DE102018218551.4A patent/DE102018218551A1/en active Pending
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