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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufladen mehrer elektrischen Energiespeichers. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Aufladen elektrischer Energiespeicher in Elektrofahrzeugen.
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Stand der Technik
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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 exteren Ladestation gekoppelt. Anschließend kann die Ladestation der Traktionsbatterie Energie zuführen, um die Traktionsbatterie aufzuladen.
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Für das Aufladen der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs wird das Elektrofahrzeug mit einer Energiequelle gekoppelt. Daraufhin kann die elektrische Energiequelle Energie zum Aufladen der Traktionsbatterie in das Fahrzeug einspeisen. In manchen Fällen kann es dabei wünschenswert sein, dass der Ladevorgang der Traktionsbatterie möglichst rasch erfolgt. Hierzu sind insbesondere sogenannte Schnellladestationen geeignet.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 062 362 A1 offenbart eine Schnellladestation zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere ist dabei ein Energiespeicher vorgesehen, der während des Schnellaufladens der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs ausreichende Energiereserven bereitstellen soll.
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Während einer Übergangsphase von konventionellen Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor hin zu modernen Elektrofahrzeugen muss dabei auch eine entsprechend geeignete Infrastruktur zum Aufladen der Elektrofahrzeuge realisiert werden. Dies ist unter anderem auch mit hohen Investitionskosten verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufladen mehrerer Energiespeicher mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- Eine Vorrichtung zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher, insbesondere zum Aufladen elektrischer Energiespeicher in Elektrofahrzeugen. Die Vorrichtung umfasst eine Schalteinrichtung. Die Schalteinrichtung umfasst eine erste Anzahl von einem oder mehreren Eingangsanschlüssen. Die Schalteinrichtung umfasst ferner eine zweite Anzahl von Ausgangsanschlüssen. Insbesondere kann die Schalteinrichtung zwei oder mehr Ausgangsanschlüsse umfassen. Jeder Eingangsanschluss ist dazu ausgelegt, mit einer Ladeeinrichtung gekoppelt zu werden. Jeder Ausgangsanschluss ist dazu ausgelegt, mit einem Ladeanschluss für einen elektrischen Energiespeicher gekoppelt zu werden. Die Schalteinrichtung ist dazu ausgelegt, jeden Eingangsanschluss mit mindestens einem der Ausgangsanschlüsse elektrisch zu koppeln. Insbesondere kann dabei jeder Eingangsanschluss der ersten Anzahl von Eingangsanschlüsse beliebig mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Anzahl von Ausgangsanschlüssen gekoppelt werden.
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Weiterhin ist vorgesehen:
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Ein Verfahren zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher, insbesondere zum Aufladen von Energiespeichern in Elektrofahrzeugen. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Bereitstellen einer ersten Anzahl von Ladespannungen zum Aufladen elektrischer Energiespeicher. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Zuordnen der ersten Anzahl von Ladespannungen zu Ladeanschlüssen einer zweiten Anzahl von Ladeanschlüssen. Die Zuordnung erfolgt mittels einer Schalteinrichtung. Insbesondere kann die zweite Anzahl von Ladeanschlüssen größer sein als die erste Anzahl der bereitgestellten Ladespannungen.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für den Aufbau einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher von Elektrofahrzeugen eine große Anzahl von zum Teil sehr teuren Komponenten erforderlich ist. Insbesondere Schnellladestationen, welche innerhalb einer relativ geringen Zeitspanne eine große Menge an elektrischer Energie in eine Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs übertragen können, erfordern leistungsstarke Komponenten. Dies geht unter anderem auch mit relativ hohen Kosten einher. Um die zur Verfügung stehenden Ladestationen effektiv ausnutzen zu können, ist es daher wünschenswert, dass nach Abschluss eines Ladevorgangs möglichst zeitnah mittels derselben Komponenten der Ladeeinrichtung ein weiteres Fahrzeug aufgeladen werden kann. Ist jede Ladeeinrichtung dabei fest einem Ladepunkt zum Anschluss eines Elektrofahrzeugs zugeordnet, so kann ein weiteres Fahrzeug erst dann aufgeladen werden, wenn das zuvor aufgeladene Fahrzeug diesen Ladepunkt verlässt.
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Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Kenntnis Rechnung zu tragen, und die vorhandenen Komponenten für das Aufladen der Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen möglichst effektiv zu nutzen. Insbesondere sollen die bestehenden Komponenten beispielsweise auch dazu genutzt werden können, um mehrere an die Ladeinfrastruktur angeschlossene Fahrzeuge aufzuladen, ohne dass die einzelnen Fahrzeuge dabei bewegt werden müssen.
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Hierzu ist zwischen den Ladeeinrichtungen, die die elektrische Energie zum Aufladen der Energiespeicher, insbesondere der Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge, bereitstellen und den Anschlüssen der elektrischen Energiespeicher eine Schalteinrichtung vorgesehen. Diese Schalteinrichtung ermöglicht eine flexible Zuordnung der Ladeeinrichtungen zu den Ladeanschlüssen und somit zu den einzelnen elektrischen Energiespeichern. Auf diese Weise ist es möglich, jede der zur Verfügung stehenden Ladeeinrichtungen individuell jedem der vorhandenen Ladeanschlüsse zuzuordnen.
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Auf diese Weise kann beispielsweise nach Abschluss eines Ladevorgangs für einen elektrischen Energiespeicher automatisch mittels der Schalteinrichtung die Ladeeinrichtung einem weiteren Ladeanschluss zugeordnet werden. Somit kann ein weiterer Energiespeicher an dem weiteren Anschluss mittels derselben Ladeeinrichtung aufgeladen werden, ohne dass an den Ladeanschlüssen eine Veränderung erfolgen muss. Beispielsweise kann somit ein weiteres Elektrofahrzeug aufgeladen werden, ohne dass das zuvor mittels dieser Ladeeinrichtung aufgeladene Fahrzeug sofort von seinem Ladeanschluss entfernt werden muss. Hierdurch kann beispielsweise die zur Verfügung stehende Infrastruktur der Ladeeinrichtungen besonders effektiv ausgenutzt werden. Darüber hinaus steigt auch der Komfort der Nutzer der Elektrofahrzeuge, da diese nicht gezwungen sind, unmittelbar nach Abschluss des Ladevorgangs ihre Fahrzeuge sofort zu entfernen.
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Weiterhin ist es durch die flexible Zuordnung der Ladeeinrichtungen zu den Ladeanschlüssen auch möglich, aus mehreren gegebenenfalls unterschiedlichen Ladeeinrichtungen jeweils eine Ladeeinrichtung auszuwählen, welche zum Aufladen eines an einen Ladeanschluss angeschlossenen elektrischen Energiespeicher geeignet ist. Insbesondere kann die Zuordnung zwischen Ladeeinrichtung und Ladeanschluss optimiert werden. Hierdurch entfällt auch für die Nutzer von Elektrofahrzeugen beispielsweise die Anforderung, für Fahrzeuge mit speziellen Anforderungen eine spezielle Ladesäule anzusteuern. Vielmehr können die Fahrzeuge an einem beliebigen Ladeanschluss angeschlossen werden. Die Auswahl der geeigneten Ladeeinrichtungen kann daraufhin automatisch mittels der Schalteinrichtung erfolgen. Auf diese Weise können gegebenenfalls auch Fehler oder Beschädigungen durch eine falsch ausgewählte Ladesäule vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Anzahl der Ausgangsanschlüsse der Schalteinrichtung größer als die erste Anzahl der Eingangsanschlüsse der Schalteinrichtung. Auf diese Weise stehen mehr Ausgangsanschlüsse für Ladeanschlüsse von elektrischen Energiespeichern zur Verfügung, als Ladeeinrichtungen an den Eingangsanschlüssen vorhanden sind. Mit anderen Worten, es sind weniger Ladeeinrichtungen erforderlich, als elektrische Energiespeicher an die Ladeanschlüsse angeschlossen werden können. Hierdurch sinkt unter anderem der Aufwand, das heißt die Kosten für die Bereitstellung von Ladeeinrichtungen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Schalteinrichtung dazu ausgelegt, einen Eingangsanschluss mit einem Augangsanschluss zu verbinden, oder in einer alternativen Einstellung einen Eingangsanschluss parallel mit mehreren Ausgangsanschlüssen zu verbinden. Insbesondere können dann mehrere Ausgangsanschlüsse parallel miteinander verbunden werden, wenn zum Aufladen aller elektrischer Energiespeicher an den angeschlossenen Ausgangsanschlüssen eine gleiche Ladespannung erforderlich ist. Auf diese Weise können mittels einer Ladeeinrichtung auch parallel mehrere elektrische Energiespeicher aufgeladen werden. Insbesondere kann die Schalteinrichtung dazu ausgelegt sein, einen weiteren Ausgangsanschluss mit einem Eingangsanschluss zu verbinden, der bereits mit einem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist, wenn die Ladespannung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers an dem ersten Eingangsanschluss mit der erforderlichen Ladespannung für den weiteren Anschluss übereinstimmt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher eine erste Anzahl von Ladeeinrichtungen. Jede Ladeeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, jeweils an einem Eingangsanschluss der Schalteinrichtung eine elektrische Spannung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers bereitzustellen. Die einzelnen Ladeeinrichtungen können dabei gleich oder gleichartig ausgeführt sein. Alternativ ist es auch möglich, dass zumindest ein Teil der Ladeeinrichtungen auch verschiedenartig ausgeführt ist. Beispielsweise können die maximalen Ausgangsleistungen der einzelnen Ladeeinrichtungen voneinander abweichen. Darüber hinaus ist es grundsätzlich auch möglich, dass beispielsweise mindestens eine der Ladeeinrichtungen dazu ausgelegt ist, eine Gleichspannung auszugeben und mindestens eine der Ladeeinrichtungen dazu ausgelegt ist, eine Wechselspannung auszugeben. Ferner ist es auch möglich, dass beispielsweise mindestens eine der Ladeeinrichtungen nur eine einphasige Wechselspannung ausgibt, und mindestens eine der Ladeeinrichtungen eine mehrphasige Wechselspannung ausgibt. Darüber hinaus können sich die Ladeeinrichtungen auch gegebenenfalls in weiteren Eigenschaften unterscheiden. Insbesondere kann mittels der Schalteinrichtung jeweils eine geeignete Zuordnung der Ladeeinrichtungen zu den Ladeanschlüssen und somit zu den an den Ladeanschlüssen angeschlossenen elektrischen Energiespeicher erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Spannung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers für jede Ladeeinrichtung individuell einstellbar. Darüber hinaus können auch gegebenenfalls beliebige weitere Parameter während des Ladevorgangs individuell für jede der Ladeeinrichtungen eingestellt werden. Insbesondere können die Parameter zum Bereitstellen der elektrischen Spannung für das Aufladen eines angeschlossenen elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit von dem jeweils angeschlossenen elektrischen Energiespeicher angepasst werden.
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Beispielsweise kann die Schalteinrichtung neben der elektrischen Verbindung zum Bereitstellen der elektrischen Leistung für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers auch die Kommunikation von Daten- oder Steuersignalen entsprechend anpassen. Beispielsweise können auch Daten- oder Steuerleitungen zwischen der Ladeeinrichtung und einem angeschlossenen Gerät, beispielsweise einem Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher, entsprechend miteinander gekoppelt werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Verfahren zur Steuerung der Kommunikation zwischen Ladeeinrichtung und dem angeschlossenen Gerät mit dem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einem Elektrofahrzeug möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Anzahl, das heißt die Anzahl der Eingangsanschlüsse bzw. die Anzahl der Ladeeinrichtungen, zwei. Insbesondere können sich bei mehreren vorhandenen Ladeeinrichtungen mindestens zwei der Ladeeinrichtungen in ihrer maximalen Ausgangsleistung oder gegebenenfalls auch einem weiteren Parameter unterscheiden. Auf diese Weise können mehrere unterschiedliche Ladeeinrichtungen vorgehalten werden, die für die Anforderungen unterschiedlicher aufzuladener elektrischer Energiespeicher angepasst sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Ladeeinrichtungen dazu ausgelegt, eine Gleichspannung zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher bereitzustellen. Auf diese Weise muss in den Geräten mit dem elektrischen Energiespeicher, insbesondere den Elektrofahrzeugen, keine zusätzliche Hardware zur Gleichrichtung der elektrischen Energie vor dem Aufladen des elektrischen Energiespeichers vorgehalten werden. Gleichspannung eignet sich besonders gut für ein relativ schnelles Aufladen der elektrischen Energiespeicher. Daher sind insbesondere Schnellladestationen vorzugsweise für eine Gleichspannungsladung ausgerüstet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Schalteinrichtung dazu ausgelegt, jeweils nur einen ersten Leiter zwischen der Ladeeinrichtung und dem Ausgangsanschluss zu schalten. Insbesondere kann die Vorrichtung zum Aufladen der Energiespeicher ferner einen gemeinsamen zweiten Leiter umfassen, der dazu ausgelegt ist, die Ladeeinrichtungen mit den Ladeanschlüssen die elektrische Energiespeicher zu verbinden. Auf diese Weise kann die Anzahl der zu schaltenden Verbindungen zwischen den Ladeeinrichtungen und den Ladeanschlüssen verringert werden. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Ausführung der Schalteinrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Aufladen der Energiespeicher eine zweite Anzahl von Ladeanschlüssen, wobei jeder Anschluss jeweils mit einem Ausgangsanschluss der Schalteinrichtung elektrisch gekoppelt ist. Jeder Ladeanschluss ist dazu ausgelegt, mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere mit einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, gekoppelt zu werden. Bei den Ladeanschlüssen kann es sich beispielsweise um elektrische Verbindungen zu Elektrofahrzeugen gemäß einem beliebigen bekannten oder zukünftigen Standard handeln. Beispielsweise können die Ladeanschlüsse eine Verbindung mit einem Elektrofahrzeug gemäß einem Combined Charging Standard (CCS), CHAdeMO, GB/T oder gemäß IEC 62196, beispielsweise Typ 1 oder Typ 2 handeln. Darüber hinaus sind auch beliebige andere Verbindungen zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers möglich. Grundsätzlich ist darüber hinaus auch eine Energieübertragung mittels einer induktiven Kopplung oder ähnlichem möglich.
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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.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform;
- 2: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform;.
- 3: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeichers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und.
- 4 ein Blockschaltbild, wie es einem Verfahren zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher. Die Vorrichtung 1 zum Aufladen der mehreren elektrischen Energiespeicher kann mehrere Ladeeinrichtungen 10-i umfassen, die über eine oder mehrere Schalteinrichtungen 20 mit mehreren Ladeanschlüssen 30-i elektrisch gekoppelt werden können.
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An jedem der Ladeanschlüsse 30-i kann eine elektrische Energiespeicher angeschlossen und aufgeladen werden. Beispielsweise kann an den Ladeanschlüssen 30-i ein Elektrofahrzeug angeschlossen werden, um hierüber die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs aufzuladen. Hierzu kann an jedem der Ladeanschlüsse 30-i eine entsprechende Steckverbindung oder ein Kabel mit einem Ladestecker gesehen sein. Beispielsweise kann zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs ein Anschluss gemäß Combined Charching Standard (CCS), CHAdeMo, GB/T o. ä. vorgesehen sein. Ferner können beispielsweise kleine Anschlüssen gemäß EN 62196, insbesondere EN 62196 Typ 1, Typ 2, Typ 3, oder beliebige andere geeignete Ladeanschlüsse vorgesehen sein.
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Jede der Ladeeinrichtungen 10-i kann mit einer elektrischen Energiequelle 2, beispielsweise einem Energieversorgungsnetz, gekoppelt sein. Die Ladeeinrichtungen 10-i können die von der elektrischen Energiequelle 2 bereitgestellte elektrische Energie in eine Spannung konvertieren, die zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers geeignet ist. Beispielsweise kann als elektrische Spannung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eine ein- oder mehrphasige elektrische Wechselspannung bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann insbesondere auch eine elektrische Gleichspannung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers bereitgestellt werden. In letzterem Fall kann ein Gleichrichten der Wechselspannung zwischen dem Ladeanschluss 30-i und dem elektrischen Energiespeicher entfallen. Während des Aufladen eines elektrischen Energiespeichers mittels Gleichspannung kann dabei insbesondere die Ladespannung während des Ladevorgangs durch die jeweilige Ladeeinrichtungen 10-i variiert und angepasst werden.
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Je nach Anwendungsfall sind auch mehrere unterschiedliche Ladeeinrichtungen 10-i möglich. Beispielsweise können sich die einzelnen Ladeeinrichtungen 10-i in ihrer maximalen Ausgangsleistung unterscheiden. Gegebenenfalls können auch Ladeeinrichtungen 10-i zum Bereitstellen einer elektrischen Wechselspannung und Ladeeinrichtungen 10-i Bereitstellen einer elektrischen Gleichspannung miteinander kombiniert werden.
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Die einzelnen Ladeeinrichtungen 10-i sind jeweils an einem Eingangsanschluss 21-i der Schalteinrichtung 20 angeschlossen. Ferner sind die einzelnen Ladeanschlüsse 30-i jeweils an einem Ausgangsanschluss 22-i der Schalteinrichtung 20 angeschlossen. Die Anzahl der Ausgangsanschlüsse 22-i der Schalteinrichtung 20 kann dabei gleich oder vorzugsweise größer sein als die Anzahl der Eingangsanschlüsse 21-i der Schalteinrichtung 20. Insbesondere kann die Anzahl der Ausgangsanschlüsse 22-i ein Vielfaches der Eingangsanschlüsse 21-i betragen. Beispielsweise sind doppelt oder drei Mal so viele Ausgangsanschlüsse 22-i möglich, als Eingangsanschlüsse 21-i vorgesehen sind. Darüber hinaus ist selbstverständlich auch jede beliebige andere Anzahl von Eingangsanschlüssen 21-i und Ausgangsanschlüssen 22-i möglich.
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Die Schalteinrichtung 20 kann zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eine an einem Eingangsanschluss 21-i bereitgestellte Ladespannung an einem der Ausgangsanschlüsse 22-i bereitstellen. Auf diese Weise liegt daraufhin die von der jeweiligen Ladeeinrichtung 10-i bereitgestellte Ladespannung an dem entsprechenden Ladeanschluss 30-i an. Hierzu können in der Schalteinrichtung 20-i entsprechende Schaltelemente (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Bei den Schaltelementen der Schalteinrichtung 20 kann es sich insbesondere um Halbleiterschaltelemente, wie zum Beispiel bipolare Transistoren mit einem isolierten Gateanschluss (IGBT) oder MOSFET handeln. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere geeignete Halbleiterschaltelemente möglich. Alternativ sind auch mechanische Schaltelemente für eine gesteuerte Verbindung zwischen einem Eingangsanschluss 21-i und einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen 22-i möglich. Für eine elektrische Verbindung zwischen einem Eingangsanschluss 21-i und einem Ausgangsanschluss 22-i können sämtliche elektrische Leitungen zwischen einer Ladeeinrichtung 10-i und einem Ladeanschluss 30-i individuell geschaltet, das heißt geöffnet oder geschlossen werden. Beispielsweise können neben den Leitungen zur Bereitstellung der Ladespannung gegebenenfalls auch weitere Steuerleitungen ebenfalls geschaltet werden. Auf diese Weise können die Kommunikations- und Steuersignale von einem Gerät, beispielsweise einem Fahrzeug mit einem aufzuladenden elektrischen Energiespeicher auch an der korrespondierenden Ladeeinrichtung 10-i bereitgestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass alle oder zumindest ein Teil der Steuer- oder Signalleitungen einer separaten Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zugeführt werden. Diese Steuereinrichtung kann daraufhin beispielsweise Ladeparameter, wie zum Beispiel Ladespannung, maximale Ladeleistung, aufzuladende Energiemenge oder ähnliches ermitteln. Basierend auf diesen Ladeparametern kann die Steuereinrichtung beispielsweise eine geeignete Ladeeinrichtung 10-i auswählen und daraufhin die ausgewählte Ladeeinrichtung 10-i mit dem entsprechenden Ladeanschluss 30-i verbinden. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung auch das Bereitstellen der geeigneten Ladespannung durch die ausgewählte Ladeeinrichtung 10-i steuern.
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Ferner können von den Geräten mit den aufzuladenden Energiespeichern, beispielsweise Elektrofahrzeuge mit Traktionsbatterien, auch weitere Informationen, wie zum Beispiel Vorgaben für einen Zeitpunkt, auf dem der Energiespeicher auf ein vorgegebenes Energieniveau aufgeladen sein soll, bereitgestellt werden. Diese zusätzlichen Informationen können ebenfalls, beispielsweise von der Steuereinrichtung, ausgewertet werden und in die Schaltvorgänge mit einbezogen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Ladeanschluss 30-i priorisiert werden. Ferner kann beispielsweise auch ein bereits aktivierter Ladevorgang unterbrochen werden und eine Ladeeinrichtung 10-i einem anderen Ladeanschluss 30-i zugeordnet werden, um das Aufladen eines elektrischen Energiespeicher an dem neu zugeordneten Ladeanschluss 30-i zu priorisieren. Darüber hinaus sind auch beliebige andere Strategien zum Schalten, insbesondere zum Verbinden einer Ladeeinrichtung 10-i mit einem der Ladeanschlüsse 30-i möglich.
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Je nach Anwendungsfall können durch die Ladeeinrichtungen 10-i Gleichspannungen oder ein- oder mehrphasige Wechselspannungen bereitgestellt werden. Beispielsweise können gerade für sogenannte Schnellladevorgänge mit hohen Leistungen elektrische Gleichspannungen bereitgestellt werden. In diesem Fall können durch die Schalteinrichtung 20 entweder sowohl die positive als auch die negative Versorgungsleitung für die Ladespannung gemeinsam geschaltet werden, oder alternativ kann, wie im Nachfolgenden noch näher erläutert wird, nur eine Leitung geschaltet werden, während die andere Leitung permanent die Ladeeinrichtung 10-i mit dem Ladeanschluss 30-i verbindet.
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2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher gemäß einer weiteren Ausführungsform. Für die Ausführungsform in 2 gelten zunächst alle zuvor im Zusammenhang mit 1 gemachten Erläuterungen. Darüber hinaus unterscheidet sich die Vorrichtung 1 zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher gemäß 2 von 1 insbesondere dadurch, dass mehrere Schalteinrichtungen 20-i vorgesehen sind, an die jeweils eine Anzahl von einer oder mehreren Ladeeinrichtungen 10-i angeschlossen ist. Dabei kann sich die Anzahl der Ladeeinrichtungen 10-i an den jeweiligen Schalteinrichtungen 20-i voneinander unterscheiden. Es ist aber auch jeweils eine gleiche Anzahl von Ladeeinrichtungen 10-i an den einzelnen Schalteinrichtungen 20-i möglich. Analog können auch die Schalteinrichtungen 20-i jeweils eine gleiche Anzahl von Ausgangsanschlüssen 22-i aufweisen, oder eine jeweils individuell unterschiedliche Anzahl von Ausgangsanschlüssen 22-i. Auch die in 2 dargestellte Anzahl von nur zwei Schalteinrichtungen 20-i dient nur dem besseren Verständnis und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Darüber hinaus kann auch jede beliebige andere Anzahl von Schalteinrichtungen 20-i vorgesehen sein. Insbesondere sind beispielsweise auch drei, vier oder mehr Schalteinrichtungen 20-i möglich. Die einzelnen Ladeeinrichtungen 10-i können dabei jeweils einzeln ihre elektrische Energie von einem Energieversorgungsnetz 2 beziehen. Darüber hinaus können auch beispielsweise einzelne Gruppen von Ladeeinrichtungen 10-i von unterschiedlichen Energiequellen gespeist werden. Beispielsweise können alle Ladeeinrichtungen 10-i, welche an eine gemeinsame Schalteinrichtung 20-i angeschlossen sind, jeweils von einer gemeinsamen elektrischen Energiequelle gespeist werden.
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In 2 ist exemplarisch eine Vorrichtung 1 zum Aufladen der Energiespeicher mit Gleichspannung dargestellt. Hierbei können beispielsweise mehrere Ladeeinrichtungen 10-i von einem gemeinsamen Gleichrichter 11-i gespeist werden. Insbesondere können zum Beispiel, wie in 2 dargestellt, alle Ladeeinrichtungen 10-i, die an eine gemeinsame Schalteinrichtung 20-i angeschlossen sind, von einem gemeinsamen Gleichrichter 11-i gespeist werden. Darüber hinaus sind jedoch selbstverständlich auch mehr als ein Gleichrichter 11-i für die Ladeeinrichtungen 10-i einer Schalteinrichtung 20-i möglich. Weiterhin kann beispielsweise zur Stabilisierung und zur Abpufferung von Leistungsspitzen eine Pufferbatterie 12-i zwischen dem Gleichrichter 11-i und den daran angeschlossenen Ladeeinrichtungen 10-i vorgesehen sein.
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In diesem Ausführungsbeispiel können daraufhin die einzelnen Schalteinrichtungen 20-i jeweils individuell eine Ladeeinrichtung 10-i der Ladeeinrichtungen 10-i, die an die jeweilige Schalteinrichtung 20-i angeschlossen sind, mit einem der Ladeanschlüsse 30-i verbinden, die ebenfalls an die jeweilige Schalteinrichtung 20-i angeschlossen sind.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auch für diese Ausführungsform gelten alle zuvor gemachten Ausführungen. Die Vorrichtung 1 gemäß 3 dient insbesondere zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher mit Gleichspannung. Hierzu wird gemäß dieser Ausführungsform lediglich eine der beiden Gleichspannungsleitungen zwischen den Ladeeinrichtungen 10-i und den Ladeanschlüssen 30-i mittels der Schalteinrichtung 20 geschaltet. Die andere Energieversorgungsleitung verbindet permanent die Ladeeinrichtungen 10-i mit den Ladeanschlüssen 30-i. Beispielsweise kann die positive Versorgungsleitung mittels der Schalteinrichtung 20 geschaltet werden, während die negative Versorgungsleitung (beispielsweise als Masse) permanent die Ladeeinrichtungen 10-i mit den Ladeanschlüssen 30-i verbindet. Zur Vermeidung von Fehlströmen oder ähnlichem ist zwischen den Ausgangsanschlüssen 22-i der Schalteinrichtung 20 und den Ladeanschlüssen 30-i jeweils eine Diode 31-i oder ähnliches vorgesehen.
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Gemäß den vorausgegangenen Ausführungen wird dabei jeweils genau ein Ladeanschluss 30-i mit einer der Ladeeinrichtungen 10-i verbunden. Darüber hinaus können gegebenenfalls unter Einhaltung erforderlicher Rahmenbedingungen auch mehr als ein Ladeanschluss 30-i gleichzeitig mit einer Ladeeinrichtung 10-i verbunden werden. Beispielsweise können, sofern zwei elektrische Energiespeicher an zwei verschiedenen Ladeeinrichtungen 30-i mit einer gleichen Ladespannung aufgeladen werden können, diese beide Ladeanschlüsse 30-i auch mit einer gemeinsamen Ladeeinrichtung 10-i verbunden werden. Für den Fall, dass mehrere elektrische Energiespeicher zunächst unterschiedliche Ladespannungen erfordern, so kann zunächst derjenige elektrische Energiespeicher über den entsprechenden Ladeanschluss 30-i mit einer Ladeeinrichtung 10-i verbunden werden, der die niedrigere bzw. niedrigste Ladespannung erfordert. Steigt während des Ladevorgangs die Ladespannung an, so kann zu einem Zeitpunkt, an dem die Ladespannung des gerade aufzuladenden elektrischen Energiespeicher eine Ladespannung eines weiteren elektrischen Energiespeichers erreicht, auch der Ladeanschluss 30-i des weiteren elektrischen Energiespeichers gemeinsam mit dem zuvor bereits aufgeladenen elektrischen Energiespeicher mit einer gemeinsamen Ladeeinrichtung verbunden werden, insbesondere der Ladeeinrichtung 10-i, die zuvor bereits den ersten elektrischen Energiespeicher auflädt. Dieses Verfahren ist nicht auf das gleichzeitige/parallele Aufladen von nur zwei elektrischen Energiespeichern an zwei Ladeanschlüssen 30-i beschränkt. Grundsätzlich können auch mehr als zwei elektrische Energiespeicher parallel mittels einer Ladeeinrichtung 10-i aufgeladen werden.
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Die maximale Leistungsabgabe der einzelnen Ladeeinrichtungen 10-i kann für alle Ladeeinrichtungen 10-i, insbesondere alle Ladeeinrichtungen 10-i, die an einer gemeinsamen Schalteinrichtung 20 angeschlossen sind, gleich sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die einzelnen Ladeeinrichtungen 10-i unterschiedliche maximale Ausgangsleistungen aufweisen. Für den Fall, dass die einzelnen Ladeeinrichtungen 10-i einer Schalteinrichtung 20 unterschiedliche maximale Ausgangsleistungen aufweisen, kann die Schalteinrichtung 20 jeweils eine Ladeeinrichtung 10-i mit einem Ladeanschluss 30-i verbinden, so dass die maximale Ausgangsleistung einer Ladeeinrichtung 10-i auf den Leistungsbedarf zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers an dem entsprechenden Ladeanschluss 30-i abgestimmt ist. Sinkt während des Ladevorgangs die Ladeleistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers an einem Ladeanschluss 30-i, so ist es auch möglich, dass während des Ladevorgangs einem Ladeanschluss 30-i eine andere Ladeeinrichtung 10-i, insbesondere eine Ladeeinrichtung 10-i mit einer geringeren maximalen Leistungsabgabe zugeordnet wird. Darüber hinaus sind selbstverständlich beliebige andere Strategien für die Zuordnung der Ladeeinrichtungen 10-i zu den Ladeanschlussen 30-i möglich. Insbesondere können auch Parameter wie Ladezustand des elektrischen Energiespeichers an dem Ladeanschluss 30-i, gewünschter Zielladezustand eines elektrischen Energiespeichers beim Abschluss des Ladevorgangs, Zeitpunkt des Abschlusses eines Ladevorgangs oder beliebige andere Parameter in die Auswahl der jeweiligen Ladeeinrichtung 10-i und die damit verbundene Schallstrategie der Schalteinrichtung 20 mit einfließen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm, gemäß einem Verfahren zum Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher zugrundeliegt. Dieses Verfahren kann insbesondere durch geeignete Schritte angepasst werden, um einen Ablauf gemäß den zuvor gemachten Ausführungen zu ermöglichen. Darüber hinaus können auch die zuvor beschriebenen Vorrichtungen zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren angepasst werden.
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In Schritt S1 wird eine erste Anzahl von Ladespannungen zum Aufladen eines elektrischen Energiespeicher bereitgestellt. Die Ladespannungen können beispielsweise durch eine erste Anzahl von Ladeeinrichtungen 10-i bereitgestellt werden. In Schritt S2 erfolgt eine Zuordnung der ersten Anzahl von Ladespannungen zu Ladeanschlüssen 30-i einer zweiten Anzahl von Ladeanschlüssen mittels einer Schalteinrichtung 20. Insbesondere kann die zweite Anzahl von Ladeanschlüssen größer sein als die erste Anzahl von bereitgestellten Ladespannungen.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine flexible Zuordnung einer Anzahl von Ladeeinrichtungen zu einer weiteren Anzahl von Ladeanschlüssen. Die Ladeeinrichtungen können jeweils eine Ladespannung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeicher bereitstellen, und an jedem der Ladeanschlüsse kann ein elektrischer Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs angeschlossen sein. Mittels einer Schalteinrichtung kann eine beliebige Zuordnung der Ladeeinrichtungen zu den Ladeanschlüssen erfolgen. Auf diese Weise kann eine sehr gut abgestimmte Zuordnung zwischen den Ladeeinrichtungen und den aufzuladenden elektrischen Energiespeichern erfolgen. Insbesondere kann automatisch eine Zuordnung der Ladeeinrichtungen zu den an den Ladeanschlüssen angeschlossenen Energiespeichern erfolgen. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Nutzung der Ladeeinrichtungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010062362 A1 [0004]
