DE102019102030A1 - Stationary charging device with integrated battery storage for providing electrical energy either from a power supply system or from the battery storage at a charging connection for an electrically drivable motor vehicle and corresponding operating method for the charging device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine stationäre Ladevorrichtung (10) zum Bereitstellen von elektrischer Energie aus einem Stromnetz (11) an einem Ladeanschluss (14) für ein elektrisch antreibbar ausgestaltetes Kraftfahrzeug (12), wobei ein stationärer elektrischer Energiespeicher (17) zum Zwischenspeichern zumindest eines Teils der Energie vorgesehen ist und ein AC-DC-Wandler (19) zum Übertragen der Energie aus dem Stromnetz (11) in einen DC-Zwischenkreis (20) und ein DC-DC-Wandler (21) zum gesteuerten Übertragen des Teils der Energie aus dem DC-Zwischenkreis (20) in einen Speicher-Zwischenkreis (22) des Energiespeichers (17) vorgesehen ist und der Ladeanschluss (14) einen eigenen DC-Ladewandler (23) für eine gesteuerte Energieabgabe an das Kraftfahrzeug (12) aufweist. Die Erfindung sieht vor, dass eine Schalteranordnung (28) vorgesehen ist, durch welche der DC-Ladewandler (23) des Ladeanschlusses (14) über eine erste Schaltereinheit (S1) mit dem DC-Zwischenkreis (20) und über eine zweite Schaltereinheit (S2) mit dem Speicher-Zwischenkreis (22) verbunden ist.The invention relates to a stationary charging device (10) for providing electrical energy from a power network (11) at a charging connection (14) for an electrically drivable motor vehicle (12), a stationary electrical energy store (17) for temporarily storing at least a portion of the Energy is provided and an AC-DC converter (19) for transferring the energy from the power grid (11) into a DC intermediate circuit (20) and a DC-DC converter (21) for the controlled transfer of the part of the energy from the DC intermediate circuit (20) is provided in a memory intermediate circuit (22) of the energy store (17) and the charging connection (14) has its own DC charging converter (23) for controlled energy delivery to the motor vehicle (12). The invention provides that a switch arrangement (28) is provided, by means of which the DC charging converter (23) of the charging connection (14) is connected to the DC intermediate circuit (20) via a first switch unit (S1) and via a second switch unit (S2 ) is connected to the memory intermediate circuit (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine stationäre Ladevorrichtung mit integriertem Batteriespeicher, mittels welcher elektrische Energie entweder direkt aus einem Stromnetz und/oder aus zumindest einer Batterie des Batteriespeichers für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (z.B. Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug) bereitgestellt werden kann. Die Ladevorrichtung weist einen Ladeanschluss auf, der mit dem Kraftfahrzeug verbunden werden kann, um die elektrische Energie in das Kraftfahrzeug zu übertragen. Die Energie wird mittels Gleichspannung übertragen. Die Ladevorrichtung weist zudem einen elektrischen Energiespeicher zum Zwischenspeichern von Energie auf, damit während eines Ladevorgangs nicht die gesamte Energie unmittelbar aus dem Stromnetz entnommen werden muss oder je nach weiterer Anwendungssituation (gesetzlicher Regulatorik) Strom nur aus dem Stromnetz oder nur aus der Batterie entnommen werden kann. Erstere Anwendungssituation kann z.B. für ein so genanntes Boost-Laden vorgesehen sein, wenn der Netzanschluss leistungs- und stromseitig kleiner oder leistungsschwächer ausgeführt ist als der Ladeanschluss. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben der Ladevorrichtung.The invention relates to a stationary charging device with integrated battery storage, by means of which electrical energy can be provided either directly from a power supply and / or from at least one battery in the battery storage for an electrically drivable motor vehicle (e.g. electric vehicle or hybrid vehicle). The charging device has a charging connection which can be connected to the motor vehicle in order to transmit the electrical energy into the motor vehicle. The energy is transmitted by means of DC voltage. The charging device also has an electrical energy store for temporarily storing energy, so that the entire energy does not have to be drawn directly from the power supply during a charging process or, depending on the further application situation (legal regulations), electricity can only be drawn from the power supply or only from the battery . The former application situation can e.g. be provided for a so-called boost charging if the power supply connection is made smaller or less powerful than the charging connection on the power and current side. The invention also includes a method for operating the loading device.

Eine Ladevorrichtung der besagten Art mit eigenem elektrischem Energiespeicher zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie kann eine Konstruktion aufweisen, wie sie im Folgenden anhand von 1 beschrieben ist. Dargestellt ist darin eine Ladevorrichtung 10', die an ein elektrisches Stromnetz 11 angeschlossen sein kann, das heißt an ein öffentliches Energieversorgungsnetz oder an ein lokales Energieversorgungsnetz. Durch das Stromnetz 11 kann ein Wechselstrom bereitgestellt werden. Die Ladevorrichtung 10' kann dazu vorgesehen sein, elektrische Energie zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs 12 bereitzustellen, also beispielsweise eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug 12 kann eine Ladebuchse 13 aufweisen, an welche ein Ladeanschluss 14', beispielsweise ein Ladestecker, angeschlossen werden kann. Die Ladevorrichtung 10' kann zweiteilig ausgestaltet sein, was aber optional ist. Diese zweiteilige Ausgestaltung kann einen elektrischen Stationärspeicher 15' und eine Ladesäule 16' zum Bereitstellen einer Gleichspannung am Ladeanschluss 14' vorsehen.A charging device of the type mentioned with its own electrical energy store for temporarily storing electrical energy can have a construction as will be described below with reference to 1 is described. A charging device is shown therein 10 ' connected to an electrical grid 11 can be connected, that is, to a public energy supply network or to a local energy supply network. Through the power grid 11 an alternating current can be provided. The charger 10 ' can be provided for this purpose, electrical energy for charging a traction battery of an electrically drivable motor vehicle 12th To provide, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. The car 12th can be a charging socket 13 to which a charging port 14 ' , for example a charging plug, can be connected. The charger 10 ' can be designed in two parts, but this is optional. This two-part design can be an electrical stationary storage 15 ' and a charging station 16 ' to provide a DC voltage at the charging connection 14 ' provide.

Um elektrische Energie aus dem Stromnetz 11 zu empfangen und am Ladeanschluss 14' bereitzustellen und elektrische Energie in einem elektrischen Energiespeicher 17' zwischen zu speichern, kann ein Ladesystem vorgesehen sein, das einen optionalen Transformator 18', einen AC-DC-Wandler 19' (AC - Wechselstrom, DC - Gleichstrom), einen DC-Zwischenkreis 20', einen DC-DC Wandler 21 ‚und einen Speicher-Zwischenkreis 22‘ aufweisen kann, wobei an den Speicher-Zwischenkreis 22' ein weiterer DC-DC-Wandler für den Ladeanschluss 14' angeschlossen sein kann. Dieser weitere DC-DC-Wandler ist der besseren Unterscheidung halber als DC-Ladewandler 23' bezeichnet. Die Ladevorrichtung 10' kann über den Transformator 18' mit dem Stromnetz 11 verbunden sein. Aus dem Transformator 18' kann der AC-DC-Wandler 19' elektrische Energie in den DC-Zwischenkreis 20' übertragen. Von dort kann mittels des DC-DC-Wandlers 21' elektrische Energie in den Speicher-Zwischenkreis 22' übertragen werden, um den Energiespeicher 17' aufzuladen. Aus dem Speicher-Zwischenkreis 22' kann mittels des DC-Ladewandlers 23' Energie aus dem Stromnetz 11 (mittels des DC-DC-Wandlers 21') und/oder dem Energiespeicher 17' empfangen und zum Ladeanschluss 14' übertragen werden. Eine Ladeleistung kann hierbei mittels des DC-Ladewandlers 23' in bekannter Weise gesteuert oder eingestellt werden. Anders herum kann elektrische Energie aus dem Kraftfahrzeug 12 bei einer Rückspeisung in umgekehrter Richtung entweder in den Energiespeicher 17' und/oder das Stromnetz 11 (mittels des DC-DC-Wandlers 21') übertragen werden. 1 veranschaulicht einen elektrischen Ladestrompfad 24 der Energie aus dem Stromnetz 11 hin zum Kraftfahrzeug 12, wie er sich bei einem Ladevorgang ergibt, und einen Rückspeisestrompfad 25 von Energie aus dem Kraftfahrzeug 12 in das Stromnetz 11, wie er sich bei einer Rückspeisung ergibt.To electrical energy from the power grid 11 to receive and at the charging port 14 ' provide and electrical energy in an electrical energy storage 17 ' to store between, a charging system can be provided, which is an optional transformer 18 ' , an AC-DC converter 19 ' (AC - AC, DC - DC), a DC link 20 ' , a DC-DC converter 21 ‚And a memory intermediate circuit 22 ' can have, with the memory intermediate circuit 22 ' another DC-DC converter for the charging connection 14 ' can be connected. For the sake of better distinction, this further DC-DC converter is better than a DC charge converter 23 ' designated. The charger 10 ' can over the transformer 18 ' with the power grid 11 be connected. From the transformer 18 ' can the AC-DC converter 19 ' electrical energy in the DC link 20 ' transfer. From there, the DC-DC converter can be used 21 ' electrical energy in the intermediate storage circuit 22 ' transferred to the energy storage 17 ' charge. From the intermediate storage circuit 22 ' can by means of the DC charging converter 23 ' Energy from the power grid 11 (using the DC-DC converter 21 ' ) and / or the energy storage 17 ' received and to the charging port 14 ' be transmitted. Charging power can be achieved using the DC charging converter 23 ' can be controlled or adjusted in a known manner. The other way around, electrical energy from the motor vehicle 12th in the case of feedback in the opposite direction, either into the energy store 17 ' and / or the power grid 11 (using the DC-DC converter 21 ' ) be transmitted. 1 illustrates an electrical charging current path 24th the energy from the power grid 11 towards the motor vehicle 12th as it results from a charging process and a regenerative current path 25th of energy from the motor vehicle 12th into the power grid 11 as it results from a regeneration.

Dabei muss die Energie bei jedem Energieaustausch mit dem Stromnetz 11 (Ladevorgang und Rückspeisung) jeweils sowohl durch den DC-DC-Wandler 21' als auch den DC-Ladewandler 23' geführt werden. Da mit jeder Wandlungsstufe, also der Wandlungsstufe im DC-DC-Wandler 21' und der Wandlungsstufe im DC-Ladewandler 23', jeweils auch eine Verlustleistung anfällt, wird jedes Mal in zwei Wandlungsstufen Verlustleistung erzeugt, obwohl nur eine Wandlungsstufe technisch notwendig wäre. Würde man den DC-Ladewandler 23` an den DC-Zwischenkreis 20' anschließen, würden sich diese unnötigen Verluste immer dann ergeben, wenn ein Energieaustausch (Ladevorgang und Rückspeisung) zwischen dem Energiespeicher 17' und dem Kraftfahrzeug 12 durchgeführt würde. Somit ergäbe sich kein Effizienzgewinn.The energy must be exchanged with the power grid every time 11 (Charging and regeneration) both by the DC-DC converter 21 ' as well as the DC charging converter 23 ' be performed. As with every conversion stage, i.e. the conversion stage in the DC-DC converter 21 ' and the conversion stage in the DC charging converter 23 ' , there is also a power loss in each case, power loss is generated in two conversion stages, although only one conversion stage would be technically necessary. Would you like the DC charge converter 23` to the DC link 20 ' connect, these unnecessary losses would always arise if there is an energy exchange (charging and recovery) between the energy storage 17 ' and the motor vehicle 12th would be carried out. So there would be no efficiency gain.

Aus der WO 2018/153459 A1 ist ein stationärer Batteriespeicher bekannt, der über einen Transformator, einen AC-DC-Wandler und einen DC-DC-Wandler mit einem Stromnetz verbunden sein kann. Mittels Schaltereinheiten kann zwischen unterschiedlichen Batterien des Batteriespeichers umgeschaltet werden.From the WO 2018/153459 A1 a stationary battery storage device is known which can be connected to a power grid via a transformer, an AC-DC converter and a DC-DC converter. Switch units can be used to switch between different batteries in the battery storage.

Aus der DE 10 2017 116 070 A1 ist ein System für eine elektrische Schnellladung eines Elektrofahrzeugs bekannt, das zusätzlich zu einer Verbindung in ein elektrisches Stromnetz auch eine stationäre Batterie aufweist, mittels welcher zusätzliche elektrische Ladeleistung bereitgestellt werden kann.From the DE 10 2017 116 070 A1 is a system for an electric quick charge Electric vehicle is known which, in addition to a connection to an electrical power network, also has a stationary battery, by means of which additional electrical charging power can be provided.

Aus der DE 10 2017 207 102 A1 ist bekannt, bei einer Ladevorrichtung einen Ladeanschluss zum Anschließen eines Elektrofahrzeugs über einen DC-Ladewandler mit einem DC-Zwischenkreis zu verbinden, an welchen sowohl ein Stromnetz über einen AC-DC-Wandler als auch ein Batteriespeicher über einen DC-DC-Wandler angeschlossen sind.From the DE 10 2017 207 102 A1 is known in a charging device to connect a charging port for connecting an electric vehicle via a DC charging converter to a DC intermediate circuit, to which both a power supply system are connected via an AC-DC converter and a battery storage device via a DC-DC converter .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladevorrichtung mit elektrischem Energiespeicher für die Zwischenspeicherung von Energie effizient betreiben zu können.The invention has for its object to be able to operate a charging device with electrical energy storage for the temporary storage of energy efficiently.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine stationäre Ladevorrichtung bereitgestellt, mittels welcher elektrische Energie aus einem Stromnetz an einem Ladeanschluss für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitgestellt werden kann. Am Ladeanschluss wird die elektrische Energie mittels Gleichspannung bereitgestellt. Aus dem Stromnetz wird dagegen eine Wechselspannung bezogen oder empfangen. In der beschriebenen Weise weist die Ladevorrichtung einen stationären Energiespeicher zum Zwischenspeichern zumindest eines Teils der Energie auf. Die Ladevorrichtung weist ein Ladesystem auf, das in folgender Weise ausgestaltet ist. Ein AC-DC-Wandler ist zum Übertragen von Energie aus dem Stromnetz in einen DC-Zwischenkreis vorgesehen. Ein DC-DC-Wandler ist zum Übertragen zumindest eines Teils der Energie aus dem DC-Zwischenkreis in einen Speicher-Zwischenkreis des Energiespeichers vorgesehen. Der jeweilige Zwischenkreis (also DC-Zwischenkreis und Speicher-Zwischenkreis) kann jeweils beispielsweise auf der Grundlage von Kabeln und/oder Stromschienen realisiert sein. Es handelt sich jeweils um eine elektrische Verbindung zwischen den Komponenten, welche der jeweilige Zwischenkreis verbindet. Der besagte Ladeanschluss zum Anschließen an das Kraftfahrzeug weist einen eigenen DC-Ladewandler für eine gesteuerte Energieabgabe an das Kraftfahrzeug auf. Der DC-Ladewandler ist in der beschriebenen Weise ein DC-DC-Wandler.The invention provides a stationary charging device, by means of which electrical energy can be provided from a power network at a charging connection for an electrically drivable motor vehicle. At the charging connection, the electrical energy is made available by means of DC voltage. In contrast, an AC voltage is drawn or received from the power grid. In the manner described, the charging device has a stationary energy store for temporarily storing at least part of the energy. The charging device has a charging system that is configured in the following manner. An AC-DC converter is provided to transfer energy from the power grid to a DC link. A DC-DC converter is provided for transferring at least part of the energy from the DC intermediate circuit into a memory intermediate circuit of the energy store. The respective intermediate circuit (that is, DC intermediate circuit and memory intermediate circuit) can each be implemented, for example, on the basis of cables and / or busbars. Each is an electrical connection between the components that the respective intermediate circuit connects. Said charging connection for connection to the motor vehicle has its own DC charging converter for controlled energy delivery to the motor vehicle. The DC charging converter is a DC-DC converter in the manner described.

Das beschriebene Ladesystem entspricht also bis auf die Verschaltung des DC-Ladewandlers mit dem Speicher-Zwischenkreis dem Ladesystem der eingangs beschriebenen Ladevorrichtung.The charging system described thus corresponds to the charging system of the charging device described at the outset, with the exception of the connection of the DC charging converter to the intermediate storage circuit.

Um nun einen effizienten Betrieb zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß eine Schalteranordnung vorgesehen, durch welche der DC-Ladewandler des Ladeanschlusses über eine erste Schaltereinheit mit dem DC-Zwischenkreis und über eine zweite Schaltereinheit mit dem Speicher-Zwischenkreis verbunden ist. Mit anderen Worten lässt sich also der DC-Ladewandler abwechselnd entweder mit dem DC-Zwischenkreis und dem Speicher -Zwischenkreis elektrisch verbinden, indem die jeweilige Schaltereinheit geschlossen, d.h. elektrisch leitend geschaltet wird. Eine Schaltereinheit kann beispielsweise auf der Grundlage zumindest eines Schaltschützes und/oder auf der Grundlage zumindest eines Halbleiter-Leistungsschalters realisiert werden.In order to enable efficient operation, a switch arrangement is provided according to the invention, by means of which the DC charging converter of the charging connection is connected to the DC link via a first switch unit and to the storage link via a second switch unit. In other words, the DC charge converter can alternately be electrically connected to either the DC link and the memory link by closing the respective switch unit, i.e. is switched electrically conductive. A switch unit can be implemented, for example, on the basis of at least one contactor and / or on the basis of at least one semiconductor circuit breaker.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Übertragung von elektrischer Energie aus dem Stromnetz hin zum DC-Ladewandler des Ladeanschlusses unter Umgehung des DC-DC-Wandlers erfolgen kann, der aus Sicht des AC-DC-Wandlers zum Energiespeicher führt. Genauso kann eine Übertragung von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher hin zum DC-Ladewandler des Ladeanschlusses unter Umgehung des DC-DC-Wandlers erfolgen, der aus Sicht des Energiespeichers zum AC-DC-Wandler führt. Somit ist für die Übertragung von Energie sowohl aus dem Stromnetz zum Ladeanschluss als auch aus dem Energiespeicher zum Ladeanschluss jeweils nur eine Wandlungsstufe durch einen DC-DC-Wandler vorhanden, nämlich der DC-Ladewandler. Hierdurch entfällt also in vorteilhafter Weise eine Verlustleistung, die bei einer zweiten Wandlungsstufe anfallen würde.The advantage of the invention is that electrical energy can be transferred from the power grid to the DC charging converter of the charging connection, bypassing the DC-DC converter, which from the point of view of the AC-DC converter leads to the energy store. In the same way, electrical energy can be transferred from the energy store to the DC charging converter of the charging connection, bypassing the DC-DC converter, which leads to the AC-DC converter from the point of view of the energy store. Thus, there is only one conversion stage by a DC-DC converter for the transmission of energy both from the power supply network to the charging connection and from the energy storage device to the charging connection, namely the DC charging converter. This advantageously eliminates a power loss that would arise in a second conversion stage.

Um die beschriebene Ladevorrichtung bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass eine Ladesäule mit integriertem Batteriespeicher (Stationärspeicher) oder alternativ dazu ein Batteriespeicher (Stationärspeicher) mit integrierter Ladesäule zugrundegelegt wird.In order to provide the charging device described, it can be provided that a charging station with integrated battery storage (stationary storage) or alternatively a battery storage (stationary storage) with integrated charging station is used as a basis.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

In einer Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung der Schalteranordnung dazu eingerichtet, für einen ersten Ladebetrieb, bei welchem eine Übertragung der Energie aus dem Stromnetz unter Umgehung des Energiespeichers hin zu dem Ladeanschluss vorgesehen ist, die erste Schaltereinheit geschlossen und die zweite Schaltereinheit geöffnet zu halten. Somit wird also bei der Übertragung der Energie der DC-DC-Wandler umgangen. Die Energie kann direkt aus dem AC-DC-Wandler über die erste Schaltereinheit hin zu dem DC-Ladewandler übertragen werden. Die geöffnete zweite Schaltereinheit entkoppelt hierbei den Energiespeicher von dem DC-Ladewandler. Mit einer „geschlossenen“ Schaltereinheit ist hierbei in der besagten Weise eine elektrisch leitend geschaltete Schaltereinheit und mit einer „geöffneten“ Schaltereinheit ist allgemein eine elektrisch sperrend geschaltete Schaltereinheit gemeint. Der DC-DC-Wandler ist hierbei natürlich jeweils deaktiviert oder sperrend geschaltet.In one embodiment, a control device of the switch arrangement is set up to keep the first switch unit closed and the second switch unit open for a first charging operation, in which a transfer of the energy from the mains supply to the charging connection is bypassed, bypassing the energy store. Thus, the DC-DC converter is bypassed when the energy is transmitted. The energy can be transferred directly from the AC-DC converter to the DC charging converter via the first switch unit. The opened second switch unit decouples the energy storage device from the DC charging converter. With a “closed” switch unit, one is electrical in the manner mentioned Conductively switched switch unit and an “open” switch unit generally means an electrically blocked switch unit. The DC-DC converter is of course deactivated or switched in each case.

In einer Ausführungsform ist die besagte Steuereinrichtung dazu eingerichtet, für einen zweiten Ladebetrieb, bei welchem eine Übertragung der Energie aus dem Energiespeicher zu dem Ladeanschluss vorgesehen ist, die erste Schaltereinheit geöffnet und die zweite Schaltereinheit geschlossen zu halten. Hierdurch kann die Energie direkt aus dem Speicher-Zwischenkreis über die zweite Schaltereinheit hin zu dem DC-Ladewandler übertragen werden, ohne dass die Energie durch den DC-DC-Wandler in den DC-Zwischenkreis übertragen werden muss. Somit wird auch im zweiten Ladebetrieb genauso wie beim ersten Ladebetrieb der DC-DC-Wandler bei der Übertragung der Energie umgangen, das heißt dessen Wandlungsstufe vermieden. Der DC-DC-Wandler ist hierbei natürlich jeweils deaktiviert oder sperrend geschaltet.In one embodiment, said control device is set up to keep the first switch unit open and the second switch unit closed for a second charging operation in which a transfer of energy from the energy store to the charging connection is provided. As a result, the energy can be transmitted directly from the intermediate storage circuit via the second switch unit to the DC charging converter, without the energy having to be transmitted to the intermediate DC circuit by the DC-DC converter. Thus, in the second charging mode as well as in the first charging mode, the DC-DC converter is bypassed during the transmission of the energy, that is to say its conversion stage is avoided. The DC-DC converter is of course deactivated or switched in each case.

Bisher wurde nur der Ladebetrieb, das heißt eine Übertragung der Energie in das Kraftfahrzeug beschrieben. In einer Ausführungsform ist die besagte Steuereinrichtung für die Schalteranordnung dazu eingerichtet, bei einer Rückspeisung von Energie aus dem Kraftfahrzeug in die Ladevorrichtung für einen ersten Rückspeisebetrieb, bei welchem die Rückspeisung in das Stromnetz erfolgt, die erste Schaltereinheit geschlossen und die zweite Schaltereinheit geöffnet zu halten. Somit kann auch die rückgespeiste Energie an dem DC-DC-Wandler vorbeigeleitet werden. Für einen zweiten Rückspeisebetrieb, bei welchem die Rückspeisung in den Energiespeicher erfolgt, ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die erste Schaltereinheit geöffnet und die zweite Schaltereinheit geschlossen hält. Hierdurch wird die rückgespeiste Energie direkt aus dem DC-Ladewandler über die zweite Schaltereinheit hin zum Speicher-Zwischenkreis und von dort in den Energiespeicher übertragen. Somit wird auch hier der DC-DC-Wandler umgangen ober überbrückt. Der DC-DC-Wandler ist hierbei natürlich jeweils deaktiviert oder sperrend geschaltet.So far, only the charging operation, that is to say a transfer of energy into the motor vehicle, has been described. In one embodiment, said control device for the switch arrangement is set up to keep the first switch unit closed and the second switch unit open when energy is fed back from the motor vehicle into the charging device for a first regenerative operation, in which the energy is fed back into the power grid. This means that the regenerated energy can also be conducted past the DC-DC converter. For a second regenerative operation, in which the energy is fed back into the energy store, it is provided that the control device keeps the first switch unit open and the second switch unit closed. As a result, the regenerated energy is transferred directly from the DC charging converter via the second switch unit to the intermediate storage circuit and from there to the energy store. Thus the DC-DC converter is bypassed or bypassed here too. The DC-DC converter is of course deactivated or switched in each case.

Die Ladevorrichtung kann auch modular ausgestaltet sein, um mehrere Kraftfahrzeuge versorgen zu können. In einer Ausführungsform ist hierzu zusätzlich zu dem beschriebenen Ladesystem aus dem AC-DC-Wandler, dem DC-Zwischenkreis, dem DC-DC-Wandler, dem Speicher-Zwischenkreis, dem Energiespeicher, der Schalteranordnung und dem Ladeanschluss mit DC-Ladewandler zumindest ein weiteres solches Ladesystem bereitgestellt. Diese beiden oder auch mehr als zwei Ladesysteme sind dann aber nicht unabhängig voneinander bereitgestellt, sondern die Ladesysteme sind paarweise untereinander jeweils über eine Verbindungsschalteranordnung verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Komponenten oder Teile eines der Ladesysteme auch von einem anderen der Ladesysteme genutzt werden können, indem in der Verbindungsschalteranordnung eine entsprechende elektrische Verbindung geschaltet wird.The charging device can also be of modular design in order to be able to supply several motor vehicles. In one embodiment, in addition to the described charging system, the AC-DC converter, the DC intermediate circuit, the DC-DC converter, the memory intermediate circuit, the energy store, the switch arrangement and the charging connection with DC charging converter are at least one more provided such charging system. However, these two or more than two charging systems are then not provided independently of one another, but the charging systems are connected to one another in pairs by a connection switch arrangement. This has the advantage that components or parts of one of the charging systems can also be used by another of the charging systems by switching an appropriate electrical connection in the connection switch arrangement.

So ist in einer Ausführungsform eine Schaltersteuerung der jeweiligen Verbindungsschalteranordnung (durch welche zwei der Ladesysteme miteinander verbunden sind) dazu eingerichtet, für einen Schnellladebetrieb (Boost-Laden) eines Kraftfahrzeugs an dem Ladeanschluss eines der Ladesysteme zusätzliche Energie durch Schließen einer Verbindungsschaltereinheit der Verbindungsschalteranordnung aus einem anderen der Ladesysteme zu entnehmen. Mit anderen Worten kann also an einem Ladeanschluss insgesamt Energie bereitgestellt werden, die nicht nur ausschließlich aus dem eigenen Ladesystem, also über dessen AC-DC-Wandler oder aus dessen Energiespeicher entnommen ist, sondern ein zusätzlicher Anteil an Energie kann aus einem anderen Ladesystem, also über dessen AC-DC-Wandler oder aus dessen Energiespeicher bezogen werden.Thus, in one embodiment, a switch control of the respective connection switch arrangement (by means of which two of the charging systems are connected to one another) is set up to provide additional energy for the rapid charging operation (boost charging) of a motor vehicle at the charging connection of one of the charging systems by closing a connection switch unit of the connection switch arrangement from another the charging systems. In other words, energy can be provided at a charging connection, which is not only drawn exclusively from the own charging system, i.e. via its AC-DC converter or from its energy store, but an additional portion of energy can be obtained from another charging system, i.e. can be obtained from its AC-DC converter or from its energy storage.

In einer Ausführungsform ist hierzu durch die jeweilige Verbindungsschalteranordnung zwischen zwei Ladesystemen vorgesehen, dass die DC-Zwischenkreise der beiden Ladesysteme untereinander über eine jeweilige Verbindungsschaltereinheit verbunden sind und die Schaltersteuerung dieser Verbindungsschalteranordnung dazu eingerichtet ist, für einen Ladebetrieb aus dem Stromnetz die DC-Zwischenkreise mittels der Verbindungsschaltereinheit, welche die beiden DC-Zwischenkreise verbindet, elektrisch zu verbinden. Die Verbindungsschaltereinheit wird hierzu also geschlossen oder elektrisch leitend geschaltet. Durch diese Verschaltung sind dann die DC-DC-Wandler beider Ladesysteme nicht mehr am Ladevorgang beteiligt, das heißt sie sind überbrückt. Eine Verbindungsschaltereinheit kann auf der Grundlage zumindest eines Schaltschützes und/oder zumindest eines Leistungs-Halbleiters gebildet sein.In one embodiment, the respective connection switch arrangement between two charging systems provides for the DC intermediate circuits of the two charging systems to be connected to one another via a respective connection switch unit and for the switch control of this connection switch arrangement to be set up for charging operation from the power supply system by means of the Connection switch unit, which connects the two DC intermediate circuits, to connect electrically. For this purpose, the connection switch unit is closed or switched to be electrically conductive. This connection means that the DC-DC converters of both charging systems are no longer involved in the charging process, i.e. they are bridged. A connection switch unit can be formed on the basis of at least one contactor and / or at least one power semiconductor.

In einer Ausführungsform sind durch die jeweilige Verbindungsschalteranordnung zweier Ladesysteme die fahrzeugseitigen Ausgänge der DC-Ladewandler untereinander über eine jeweilige Verbindungsschaltereinheit miteinander verbunden. Mit anderen Worten kann also durch Schließen dieser Verbindungsschaltereinheit eine direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Ladeanschlüssen bereitgestellt werden. Die Schaltersteuerung der Verbindungsschalteranordnung ist dazu eingerichtet, für einen Ladebetrieb aus den Energiespeichern der beiden Ladesysteme die fahrzeugseitigen Ausgänge mittels der Verbindungsschaltereinheit dieser Ausgänge elektrisch zu verbinden. Mit anderen Worten kann also aus dem Energiespeicher jedes der beiden Ladesysteme über dessen eigenen DC-Ladewandler elektrische Energie an dem Ladeanschluss eines der Ladesysteme bereitgestellt werden, indem ein Teil der Energie über die geschlossene Verbindungsschaltereinheit der Ladeanschlüsse geführt ist. Somit kann also auch Energie aus den Energiespeichern der Ladesysteme entnommen werden und hierbei können die DC-DC-Wandler der beiden verbundenen Ladesysteme überbrückt oder umgangen werden.In one embodiment, the respective connection switch arrangement of two charging systems connects the vehicle-side outputs of the DC charging converters to one another via a respective connection switch unit. In other words, a direct electrical connection between the two charging connections can be provided by closing this connection switch unit. The switch control of the connection switch arrangement is set up for charging operations from the energy stores of the two charging systems to the vehicle-side outputs by means of the connection switch unit thereof To connect outputs electrically. In other words, electrical energy can be provided from the energy store of each of the two charging systems via its own DC charging converter at the charging port of one of the charging systems, in that part of the energy is conducted via the closed connection switch unit of the charging ports. Thus, energy can also be drawn from the energy stores of the charging systems and the DC-DC converters of the two connected charging systems can be bypassed or bypassed.

Die beschriebene Steuereinrichtung für die Schalteranordnung jedes Ladesystems und die beschriebene Schaltersteuerung für die Verbindungsschalteranordnung zwischen zwei Ladesystemen kann jeweils auf der Grundlage eines Mikrokontrollers und/oder eines Mikroprozessors und/oder einer Logikschaltung realisiert sein. Die Schaltvorgänge können auf der Grundlage eines Programmmoduls oder einer Software realisiert sein, deren Programminstruktionen in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung oder der Schaltersteuerung gespeichert sein können. Durch die Programminstruktionen kann insbesondere das folgende, ebenfalls zur Erfindung gehörige Verfahren realisiert sein.The control device described for the switch arrangement of each charging system and the switch control described for the connection switch arrangement between two charging systems can each be implemented on the basis of a microcontroller and / or a microprocessor and / or a logic circuit. The switching operations can be implemented on the basis of a program module or software, the program instructions of which can be stored in a data memory of the control device or the switch control. The following instructions, which also belong to the invention, can be implemented in particular by the program instructions.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, eine Ladevorrichtung mit den beschriebenen Komponenten zu betreiben. Hierbei wird durch die Steuereinrichtung der Schalteranordnung während eines Ladebetriebes eines Kraftfahrzeugs an dem Ladeanschluss der DC-DC-Wandler mittels der Schalteranordnung elektrisch überbrückt oder umgangen. Somit ist die Wandlungsstufe des DC-DC-Wandlers im Ladebetrieb vermieden. Genauso kann die Wandlungsstufe auch bei einer Rückspeisung in der beschriebenen Weise vermieden werden. Der DC-DC-Wandler ist lediglich dazu notwendig oder vorgesehen, den Energiespeicher mit Energie aus dem Stromnetz zu versorgen oder aufzuladen und/oder Energie aus dem Energiespeicher zurück in das Stromnetz zu speisen.The method according to the invention provides for operating a charging device with the components described. In this case, the control device of the switch arrangement electrically bridges or bypasses the DC-DC converter by means of the switch arrangement during charging operation of a motor vehicle at the charging connection. This avoids the conversion stage of the DC-DC converter during charging. In the same way, the conversion stage can also be avoided in the manner described in the case of energy recovery. The DC-DC converter is only necessary or provided to supply or charge the energy store with energy from the power grid and / or to feed energy from the energy store back into the power grid.

Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Merkmalen, die bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention with features that have already been described in connection with the developments of the charging device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Mittels der Ladevorrichtung kann in der beschriebenen Weise ein Nachladevorgang und/oder eine elektrische Rückspeisung für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug realisiert werden. Unter einem Kraftfahrzeug ist hierbei im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Kraftwagen (z.B. Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen) und/oder eine Personenbus und/oder ein Flurförderzeug und/oder ein Flugzeug und/oder ein Hubschrauber und/oder eine Drohne und/oder ein Schiff zu verstehen.A recharging process and / or an electrical feedback for an electrically drivable motor vehicle can be implemented in the manner described by means of the charging device. Within the scope of the invention, a motor vehicle in particular includes a motor vehicle (for example a passenger car and / or truck) and / or a passenger bus and / or an industrial truck and / or an aircraft and / or a helicopter and / or a drone and / or a ship to understand.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes combinations of the features of the described embodiments.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ladevorrichtung gemäß dem Stand der Technik; und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung.
An exemplary embodiment of the invention is described below. This shows:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a loading device according to the prior art; and
  • 2nd is a schematic representation of an embodiment of the loading device according to the invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente. In the figures, the same reference numerals designate elements that have the same function.

2 zeigt eine Ladevorrichtung 10, mittels welcher elektrische Energie aus einem Stromnetz 11 in ein Kraftfahrzeug 12 übertragen werden kann, um in dem Kraftfahrzeug 12 einen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, aufzuladen. In der beschriebenen Weise kann das Kraftfahrzeug 12 hierzu eine Ladebuchse 13 aufweisen. Das Kraftfahrzeug 12 kann über seine Ladebuchse 13 mit einem Ladeanschluss 14 der Ladevorrichtung elektrisch verbunden werden. Um die elektrische Energie aus dem Stromnetz 11 hin zum Ladeanschluss 14 zu übertragen, kann die Ladevorrichtung 10 über einen Transformator 18 an das Stromnetz 11 angeschlossen sein. Über den Transformator 18 kann eine Wechselspannung, beispielsweise mehrphasig als drei mal 400 Volt AC, empfangen werden. Energie aus dem Stromnetz 11 kann dann mittels einer Anordnung, die hier als Ladesystems 26 bezeichnet ist, zum einen in einem Energiespeicher 17 zwischengespeichert und zum anderen am Ladeanschluss 14 bereitgestellt werden. Der Energiespeicher 17 kann ein elektrochemischer Akkumulator sein, beispielsweise auf der Basis von Lithium, Blei, RedoxFlow, Wasserstoff, um nur Beispiele zu nennen. Der Energiespeicher kann eine Speicherung aber auch beispielsweise als Pumpspeicherkraftwerk und/oder als Rotationsspeicher vorsehen. Es kann die beschriebene konstruktive Trennung in Stationärspeicher 15 und Ladesäule 16 vorgesehen sein. 2nd shows a loading device 10th , by means of which electrical energy from a power grid 11 in a motor vehicle 12th can be transferred to in the motor vehicle 12th to charge an energy store, for example a traction battery. In the manner described, the motor vehicle 12th a charging socket for this 13 exhibit. The car 12th can via its charging socket 13 with a charging port 14 the charger are electrically connected. To the electrical energy from the power grid 11 towards the charging port 14 to transfer, the loading device 10th via a transformer 18th to the power grid 11 be connected. About the transformer 18th an alternating voltage, for example multi-phase than three times 400 volts AC, can be received. Energy from the power grid 11 can then by means of an arrangement, here as a charging system 26 is referred to, on the one hand, in an energy store 17th cached and secondly at the charging port 14 to be provided. The energy storage 17th can be an electrochemical accumulator, for example based on lithium, lead, redox flow, hydrogen, to name just a few. The energy store can also provide storage, for example, as a pumped storage power plant and / or as a rotary store. It can described structural separation in stationary storage 15 and charging station 16 be provided.

Das Ladesystem 26 kann vorsehen, Energie aus dem Stromnetz 11 mittels eines AC-DC-Wandlers 19 in einen Gleichspannungszwischenkreis oder DC-Zwischenkreis 20 zu übertragen. Von dem DC-Zwischenkreis 20 kann die Energie oder ein Teil der Energie mittels eines DC-DC-Wandlers 21 in einen Speicher-Zwischenkreis des Energiespeichers 17 übertragen werden, das heißt hin zu Anschlüssen des Energiespeichers 17. Somit kann mittels des DC-DC-Wandlers 21 der Energiespeicher mit Energie aus dem Stromnetz 11 aufgeladen werden.The charging system 26 can provide energy from the grid 11 using an AC-DC converter 19th into a DC link or DC link 20 transferred to. From the DC link 20 can the energy or part of the energy by means of a DC-DC converter 21 into a storage intermediate circuit of the energy store 17th are transmitted, that is, to connections of the energy store 17th . Thus, by means of the DC-DC converter 21 the energy store with energy from the power grid 11 to be charged.

Zum Einstellen oder Steuern einer Energieabgabe des Ladeanschlusses 14 an das Kraftfahrzeug 12 kann für den Ladeanschluss 14 ein eigener DC-DC-Wandler bereitgestellt sein, der in der besagten Weise als DC-Ladewandlers 23 bezeichnet ist. Der Ladeanschluss 14 kann hierbei an einem fahrzeugseitigen Ausgang 27 des DC-Ladewandlers 23 angeschlossen sein. Der DC-Ladewandler 23 kann mittels einer Schalteranordnung 28 sowohl mit dem DC-Zwischenkreis 20 als auch dem Speicher-Zwischenkreis 22 über eine jeweilige Schaltereinheit S1, S2 verschaltet sein. Mit anderen Worten kann durch die Schalteranordnung 28 eine erste Schaltereinheit S1 bereitgestellt sein, durch welche der DC-Ladewandler 23 direkt mit dem DC-Zwischenkreis 20 verschaltet oder verbunden ist. Des Weiteren kann durch die Schalteranordnung 28 eine zweite Schaltereinheit S2 bereitgestellt sein, durch welche der DC-Ladewandler 23 direkt mit dem Speicher-Zwischenkreis 22 elektrisch verschaltet oder verbunden ist. Zum Schalten oder Steuern der Schaltereinheiten S1, S2 kann eine Steuereinrichtung 29 der Schalteranordnung 28 bereitgestellt sein. Die Steuereinrichtung 29 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrokontrollers und/oder eines Mikroprozessors und/oder einer Logikschaltung in der beschriebenen Weise ausgestaltet sein.For setting or controlling an energy output of the charging connection 14 to the motor vehicle 12th can for the charging port 14 a separate DC-DC converter can be provided, which acts as a DC charging converter in the manner mentioned 23 is designated. The charging port 14 can be at a vehicle-side output 27 of the DC charging converter 23 be connected. The DC charging converter 23 can by means of a switch arrangement 28 both with the DC link 20 as well as the intermediate storage circuit 22 via a respective switch unit S1 , S2 be connected. In other words, by the switch arrangement 28 a first switch unit S1 be provided, through which the DC charging converter 23 directly with the DC link 20 is connected or connected. Furthermore, by the switch arrangement 28 a second switch unit S2 be provided, through which the DC charging converter 23 directly with the intermediate storage circuit 22 is electrically connected or connected. For switching or controlling the switch units S1 , S2 can be a control device 29 the switch arrangement 28 be provided. The control device 29 can be configured in the manner described, for example on the basis of a microcontroller and / or a microprocessor and / or a logic circuit.

Für eine Energieübertragung zwischen dem Stromnetz 11 und dem Ladeanschluss 14 (beide Übertragungsrichtungen, also Ladevorgang und Rückspeisung) kann durch die Steuereinrichtung 29 die Schaltereinheit S1 geschlossen und die Schaltereinheit S2 geöffnet gehalten werden. Somit wird der DC-DC-Wandler 21 bei dieser Energieübertragung umgangen oder ausgespart. Für eine Energieübertragung zwischen dem Energiespeicher 17 und dem Ladeanschluss 14 (beide Übertragungsrichtungen) kann durch die Steuereinrichtung 29 die Schaltereinheit S1 geöffnet und die Schaltereinheit S2 geschlossen gehalten werden. Hierdurch wird für diese Energieübertragung ebenfalls der DC-DC-Wandler 21 umgangen oder ausgespart. Durch die Steuereinrichtung 29 kann also bei einem Ladevorgang und bei einer Rückspeisung stets nur eine der Schaltereinheit S1, S2 geschlossen und währenddessen die andere geöffnet gehalten werden. Für einen Energieaustausch zwischen dem AC-DC-Wandler 19 und dem Energiespeicher 17 kann vorgesehen sein, dass durch die Steuereinrichtung 29 beide Schaltereinheiten S1, S2 geöffnet gehalten werden. Somit ist der Ladeanschluss 14 von den DC-Zwischenkreisen 20, 22 entkoppelt.For energy transfer between the power grid 11 and the charging port 14 (both directions of transmission, i.e. charging and regeneration) can be done by the control device 29 the switch unit S1 closed and the switch unit S2 be kept open. Thus the DC-DC converter 21 bypassed or omitted in this energy transfer. For an energy transfer between the energy storage 17th and the charging port 14 (both directions of transmission) can by the control device 29 the switch unit S1 opened and the switch unit S2 be kept closed. This also makes the DC-DC converter for this energy transfer 21 bypassed or omitted. By the control device 29 can therefore always only one of the switch unit during a charging process and during regeneration S1 , S2 closed while the other is kept open. For an energy exchange between the AC-DC converter 19th and the energy storage 17th can be provided by the control device 29 both switch units S1 , S2 be kept open. So the charging port 14 from the DC intermediate circuits 20 , 22 decoupled.

Der beschriebene Transformator 18 kann optional vorgesehen sein. Bei benötigter galvanischer Trennung vom Stromnetz 11 kann eine solche nämlich z.B. auch ohne Transformator mittels einer galvanischen Trennung im DC-DC-Wandler 21 und/oder im DC-Ladewandler 23 bereitgestellt sein.The transformer described 18th can optionally be provided. When electrical isolation from the power supply is required 11 This can be done, for example, even without a transformer by means of electrical isolation in the DC-DC converter 21 and / or in the DC charging converter 23 be provided.

2 veranschaulicht unabhängig davon, wie die Ladevorrichtung 10 modular ausgestaltet sein kann, indem zusätzlich zu dem Ladesystem 26 ein weiteres Ladesystem 26' vorgesehen sein kann, welches in derselben Art und Weise ausgestaltet sein kann, wie das Ladesystem 26. Das Ladesystem 26' kann über einen weiteren Transformator 30 mit dem Stromnetz 11 oder einem anderen Stromnetz gekoppelt sein. Von dem Ladesystem 26' sind der Kürze halber im Folgenden nur die für die weitere Erläuterung relevanten Komponenten beschrieben. Mittels des Ladesystems 26' kann ein weiteres Kraftfahrzeug 31 mit elektrischer Energie geladen werden oder es kann eine Rückspeisung aus dem Kraftfahrzeug 31 erfolgen. Die Ladesysteme 26, 26' können über eine Verbindungsschalteranordnung 32 miteinander verbunden sein, wobei hier der DC-Zwischenkreis 20 des Ladesystems 26 mit einem korrespondierenden DC-Zwischenkreis 33 des Ladesystems 26' über eine erste Verbindungsschaltereinheit S3 verbunden oder verschaltet sein kann. Der kraftfahrzeugseitige Ausgang 27 des DC-Ladewandlers 23 kann mit einem entsprechenden kraftfahrzeugseitigen Ausgang 34 eines DC-Ladewandlers 35 des Ladesystems 26' über eine Verbindungsschaltereinheit S4 verschaltet oder gekoppelt sein. 2 veranschaulicht durch Auslassungspunkte 36, dass ein weiteres Ladesystem oder mehrere weitere Ladesysteme in derselben Weise mit einem der Ladesysteme 26, 26' verschaltet sein kann. 2nd illustrates regardless of how the loader 10th can be modular, in addition to the charging system 26 another charging system 26 ' can be provided, which can be configured in the same manner as the charging system 26 . The charging system 26 ' can have another transformer 30th with the power grid 11 or another power grid. From the charging system 26 ' For the sake of brevity, only the components relevant for further explanation are described below. By means of the charging system 26 ' can be another motor vehicle 31 can be charged with electrical energy or there can be feedback from the motor vehicle 31 respectively. The charging systems 26 , 26 ' can via a connection switch arrangement 32 be interconnected, here the DC link 20 of the charging system 26 with a corresponding DC link 33 of the charging system 26 ' via a first connection switch unit S3 can be connected or connected. The motor vehicle exit 27 of the DC charging converter 23 can with a corresponding motor vehicle-side output 34 of a DC charging converter 35 of the charging system 26 ' via a connection switch unit S4 connected or coupled. 2nd illustrated by ellipsis 36 that one more charging system or more charging systems in the same way with one of the charging systems 26 , 26 ' can be connected.

Zum Schalten der Verbindungsschaltereinheiten S3, S4 kann für die Verbindungsschalteranordnung 32 eine Schaltersteuerung 37 bereitgestellt sein. Die Schaltersteuerung 37 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrokontrollers und/oder eines Mikroprozessors und/oder einer Logikschaltung in der beschriebenen Weise ausgestaltet sein. Um das Kraftfahrzeug 12 über den Ladeanschluss 14 mit einer Ladeleistung zu versorgen, die größer sein kann als eine Übertragungsleistung, die durch das Ladesystem 26 selbst bereitgestellt werden kann, kann mittels der Verbindungsschalteranordnung 32 zusätzliche Energie für diesen Ladevorgang aus dem Ladesystem 26' empfangen oder abgezweigt werden. Soll hierbei die Energie aus dem Stromnetz 11 entnommen werden, so kann durch die Schaltersteuerung 37 die Verbindungsschaltereinheit S3 geschlossen und die Verbindungsschaltereinheit S4 geöffnet gehalten werden. Soll die Energie für den Ladevorgang aus dem Energiespeicher 17 und einem Energiespeicher 38 des Ladesystems 26' entnommen werden, so kann durch die Schaltersteuerung 37 die Verbindungsschaltereinheit S3 geöffnet und die Verbindungsschaltereinheit S4 geschlossen gehalten werden.For switching the connection switch units S3 , S4 can for the connection switch assembly 32 a switch control 37 be provided. The switch control 37 can be configured in the manner described, for example on the basis of a microcontroller and / or a microprocessor and / or a logic circuit. To the motor vehicle 12th via the charging port 14 to provide with a charging power that can be greater than a transmission power by the charging system 26 itself can be provided by means of the connection switch arrangement 32 additional energy for this Charging process from the charging system 26 ' received or branched off. Should the energy from the power grid 11 can be removed by the switch control 37 the connection switch unit S3 closed and the connection switch unit S4 be kept open. Should the energy for the charging process from the energy storage 17th and an energy storage 38 of the charging system 26 ' can be removed by the switch control 37 the connection switch unit S3 opened and the connection switch unit S4 be kept closed.

Somit ist auch bei dem gekoppelten Betrieb zweier Ladesysteme 26, 26' zum Aufladen eines Kraftfahrzeugs 12 jeweils der DC-DC-Wandler 21 des Ladesystems 26 und ein DC-DC-Wandler 39 des Ladesystems 26' überbrückt oder umgangen.This means that two charging systems can also be operated together 26 , 26 ' for charging a motor vehicle 12th each the DC-DC converter 21 of the charging system 26 and a DC-DC converter 39 of the charging system 26 ' bridged or bypassed.

Auch bei der stationären Ladevorrichtung 10 gemäß 2 kann somit ein elektrochemischer Stationärspeicher mit dem Energiespeicher (Lithium, Blei, RedoxFlow, Wasserstoff, etc.) ist mit folgender Hochvoltarchitektur aufgebaut: galvanisch-trennender Transformator, AC-DC-Inverter, DC-DC-Steller, Energiespeicher. Gemäß 1 kann gemäß dem Stand der Technik nur eine DC-gekoppelte Ladesäule über den Batterie-DC-Zwischenkreis mit der Hochvoltarchitektur der Ladesystems verbunden sein. Alternativ dazu könnte diese Verbindung auch über den DC-Zwischenkreis erfolgen (nicht dargestellt).Even with the stationary charging device 10th according to 2nd can therefore an electrochemical stationary storage with the energy storage (lithium, lead, redox flow, hydrogen, etc.) is constructed with the following high-voltage architecture: galvanically isolating transformer, AC-DC inverter, DC-DC actuator, energy storage. According to 1 According to the prior art, only one DC-coupled charging station can be connected to the high-voltage architecture of the charging system via the battery DC link. Alternatively, this connection could also be made via the DC link (not shown).

Nachteile bei dem Aufbau gemäß 1: Würde ein Elektroauto direkt vom Stromnetz geladen (ohne Umweg über die Batterie), würden zwei DC/DC-Wandlungsstufen genutzt, die den Ladenutzungsgrad um 1 bis 5 Prozentpunkte unnötig verschlechtern würden. Gleicher Nachteil besteht, wenn das Elektroauto ins Stromnetz rückspeisen (entladen) würde. Nachteile bei dem alternativen Aufbau: Würde ein Elektroauto aus dem Energiespeicher geladen, würden ebenfalls zwei DC/DC Wandlungsstufen genutzt, die den Ladenutzungsgrad um 1 bis 5 Prozentpunkte unnötig verschlechtern würden. Gleicher Nachteil besteht, wenn das Elektroauto in den Energiespeicher rückspeisen (entladen) würde.Disadvantages in the construction according to 1 : If an electric car were charged directly from the power grid (without going through the battery), two DC / DC conversion stages would be used, which would unnecessarily reduce the efficiency of charging by 1 to 5 percentage points. The same disadvantage exists if the electric car were fed back into the power grid (discharged). Disadvantages of the alternative structure: If an electric car were charged from the energy storage, two DC / DC conversion stages would also be used, which would unnecessarily worsen the degree of charging efficiency by 1 to 5 percentage points. The same disadvantage exists if the electric car feeds back (discharges) into the energy store.

In 2 ist die Lösung des Problems skizziert. Eine Überbrückungsschaltung in Form der Schalteranordnung 28 ist in der Lage, flexibel hin- und her zu schalten. Somit lassen sich beim Laden des Elektroautos aus dem Stromnetz die geringeren Wandlungsschritte durch Schließen von Schaltereinheit S1 nutzen. Soll allerdings ein Elektroauto aus dem Energiespeicher geladen werden, somit genügt es Schaltereinheit S1 zu öffnen und Schaltereinheit S2 zu schließen. Analoges Vorgehen gilt, wenn das Elektroauto ins Stromnetz oder in den Energiespeicher rückspeisen (entladen) soll.In 2nd the solution to the problem is outlined. A bypass circuit in the form of the switch arrangement 28 is able to switch back and forth flexibly. Thus, when charging the electric car from the power grid, the lower conversion steps can be carried out by closing the switch unit S1 use. However, if an electric car is to be charged from the energy store, then a switch unit is sufficient S1 to open and switch unit S2 close. The same procedure applies if the electric car is to feed (discharge) back into the power grid or energy store.

Die Ladevorrichtung 10 verbessert den Gesamtnutzungsgrad um mindesten 1 bis 5 Prozentpunkte. Je nach Anwendungsfall kann es vorkommen, dass innerhalb weniger Minuten ein Elektroauto entweder aus dem Stromnetz oder aus dem stationären Energiespeicher geladen werden muss (sodass umgeschaltet werden muss). Die Ladevorrichtung 10 präsentiert eine Lösung zur flexiblen Optimierung des System-Nutzungsgrades, senkt damit die laufenden Stromkosten für den Betreiber der Anlage und somit auch den Preis pro geladener kWh für den Endkunden (Fahrer des Elektroautos).The charger 10th improves the overall efficiency by at least 1 to 5 percentage points. Depending on the application, it may happen that an electric car has to be charged either from the power grid or from the stationary energy storage device within a few minutes (so that it has to be switched over). The charger 10th presents a solution for flexible optimization of the system efficiency, thereby reducing the current electricity costs for the operator of the system and thus the price per kWh charged for the end customer (driver of the electric car).

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine HV-Überbrückungsschaltung in einem elektrischen Stationärspeicher zur Effizienzoptimierung eines DC-gekoppelten Ladebetriebs realisiert werden kann.Overall, the examples show how the invention can be used to implement an HV bypass circuit in an electrical stationary memory in order to optimize the efficiency of a DC-coupled charging operation.

BezugszeichenlisteReference list

10, 10'10, 10 '
LadevorrichtungLoading device
1111
Stromnetzpower grid
1212th
KraftfahrzeugMotor vehicle
1313
LadebuchseCharging socket
1414
LadeanschlussCharging port
15, 15'15, 15 '
StationärspeicherStationary storage
16, 16'16, 16 '
LadesäuleCharging station
17, 17`17, 17`
EnergiespeicherEnergy storage
18, 18'18, 18 '
Transformatortransformer
19, 19'19, 19 '
AC-DC-WandlerAC-DC converter
20, 20'20, 20 '
DC-ZwischenkreisDC link
21, 21'21, 21 '
DC-DC-WandlerDC-DC converter
22, 22`22, 22`
Speicher-ZwischenkreisDC link memory
23, 23'23, 23 '
DC-LadewandlerDC charging converter
2424th
LadestrompfadCharging current path
2525th
RückspeisestrompfadRegenerative current path
26, 26'26, 26 '
LadesystemCharging system
2727
Ausgangoutput
2828
SchalteranordnungSwitch arrangement
2929
SteuereinrichtungControl device
3030th
Transformatortransformer
3131
KraftfahrzeugMotor vehicle
3232
VerbindungsschalteranordnungConnection switch arrangement
3333
DC-ZwischenkreisDC link
3434
Ausgangoutput
3535
DC-LadewandlersDC charging converter
36 36
AuslassungspunkteEllipsis
3737
SchaltersteuerungSwitch control
3838
EnergiespeicherEnergy storage
3939
DC-DC-WandlerDC-DC converter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2018/153459 A1 [0005]WO 2018/153459 A1 [0005]
  • DE 102017116070 A1 [0006]DE 102017116070 A1 [0006]
  • DE 102017207102 A1 [0007]DE 102017207102 A1 [0007]

Claims (9)

Stationäre Ladevorrichtung (10) zum Bereitstellen von elektrischer Energie aus einem Stromnetz (11) an einem Ladeanschluss (14) für ein elektrisch antreibbar ausgestaltetes Kraftfahrzeug (12), wobei ein stationärer Energiespeicher (17) zum Zwischenspeichern zumindest eines Teils der Energie vorgesehen ist und ein AC-DC-Wandler (19) zum Übertragen der Energie aus dem Stromnetz (11) in einen DC-Zwischenkreis (20) und ein DC-DC-Wandler (21) zum Übertragen des Teils der Energie aus dem DC-Zwischenkreis (20) in einen Speicher-Zwischenkreis (22) des Energiespeichers (17) vorgesehen ist und der Ladeanschluss (14) einen eigenen DC-Ladewandler (23) für eine gesteuerte Energieabgabe an das Kraftfahrzeug (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteranordnung (28) vorgesehen ist, durch welche der DC-Ladewandler (23) des Ladeanschlusses (14) über eine erste Schaltereinheit (S1) mit dem DC-Zwischenkreis (20) und über eine zweite Schaltereinheit (S2) mit dem Speicher-Zwischenkreis (22) verbunden ist.Stationary charging device (10) for providing electrical energy from a power network (11) at a charging connection (14) for an electrically drivable motor vehicle (12), a stationary energy store (17) being provided for temporarily storing at least part of the energy and one AC-DC converter (19) for transferring the energy from the power grid (11) to a DC link (20) and a DC-DC converter (21) for transferring the part of the energy from the DC link (20) is provided in a storage intermediate circuit (22) of the energy store (17) and the charging connection (14) has its own DC charging converter (23) for controlled energy delivery to the motor vehicle (12), characterized in that a switch arrangement (28) The DC charging converter (23) of the charging connection (14) is provided via a first switch unit (S1) with the DC intermediate circuit (20) and via a second switch unit (S2) with the storage intermediate circuit (22) is connected. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei eine Steuereinrichtung (29) der Schalteranordnung (28) dazu eingerichtet ist, für einen ersten Ladebetrieb, bei welchem eine Übertragung der Energie aus dem Stromnetz (11) unter Umgehung des Energiespeichers (17) hin zu dem Ladeanschluss (14) vorgesehen ist, die erste Schaltereinheit (S1) geschlossen und die zweite Schaltereinheit (S2) geöffnet zu halten.Loading device (10) after Claim 1 A control device (29) of the switch arrangement (28) is set up for a first charging operation in which a transfer of the energy from the power network (11) bypassing the energy store (17) to the charging connection (14) is provided, to keep the first switch unit (S1) closed and to keep the second switch unit (S2) open. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (29) dazu eingerichtet ist, für einen zweiten Ladebetrieb, bei welchem eine Übertragung der Energie aus dem Energiespeicher (17) zu dem Ladeanschluss (14) vorgesehen ist, die erste Schaltereinheit (S1) geöffnet und die zweite Schaltereinheit (S2) geschlossen zu halten.Loading device (10) after Claim 2 The control device (29) is set up to open the first switch unit (S1) and the second switch unit (S2.) for a second charging operation, in which a transfer of the energy from the energy store (17) to the charging connection (14) is provided ) to keep closed. Ladevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Steuereinrichtung (29) dazu eingerichtet ist, bei einer Rückspeisung von Energie aus dem Kraftfahrzeug (12) in die Ladevorrichtung (10) für einen ersten Rückspeisebetrieb, bei welchem die Rückspeisung bis in das Stromnetz (11) erfolgt, die erste Schaltereinheit (S1) geschlossen und die zweite Schaltereinheit (S2) geöffnet zu halten, und für einen zweiten Rückspeisebetrieb, bei welchem die Rückspeisung in den Energiespeicher (17) erfolgt, die erste Schaltereinheit (S1) geöffnet und die zweite Schaltereinheit (S2) geschlossen zu halten.Loading device (10) according to one of the Claims 2 or 3rd The control device (29) is set up to, when energy from the motor vehicle (12) is fed back into the charging device (10) for a first regenerative operation, in which the energy is fed back into the power network (11), the first switch unit ( S1) closed and keep the second switch unit (S2) open, and for a second regenerative operation, in which the energy is fed back into the energy store (17), the first switch unit (S1) opened and the second switch unit (S2) kept closed. Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu dem Ladesystem (26) aus AC-DC-Wandler (19), DC-Zwischenkreis (20), DC-DC-Wandler (21), Speicher-Zwischenkreist (22), Energiespeicher (17), Schalteranordnung (28) und Ladeanschluss (14) mit DC-Ladewandler (23) zumindest ein weiteres Ladesystem (26') derselben Art bereitgestellt ist und die Ladesysteme (26, 26') paarweise untereinander jeweils über eine jeweilige Verbindungsschalteranordnung (32) verbunden sind.Charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein, in addition to the charging system (26), AC-DC converter (19), DC intermediate circuit (20), DC-DC converter (21), memory intermediate circuit (22) , Energy storage device (17), switch arrangement (28) and charging connection (14) with DC charging converter (23) at least one further charging system (26 ') of the same type is provided and the charging systems (26, 26') in pairs with each other via a respective connection switch arrangement (32) are connected. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei eine Schaltersteuerung (37) der jeweiligen Verbindungsschalteranordnung (32) zweier der Ladesysteme (26, 26`) dazu eingerichtet ist, für einen Schnellladebetrieb eines Kraftfahrzeugs (12) an dem Ladeanschluss (14) eines der Ladesysteme (26) zusätzliche Energie durch Schließen einer Verbindungsschaltereinheit (S3, S4) der Verbindungsschalteranordnung (32) aus dem anderen der Ladesysteme (26') zu entnehmen.Loading device (10) after Claim 5 A switch control (37) of the respective connection switch arrangement (32) of two of the charging systems (26, 26 ') is set up to provide additional energy by closing the charging connection (14) of one of the charging systems (26) for fast charging operation of a motor vehicle (12) a connection switch unit (S3, S4) of the connection switch arrangement (32) from the other of the charging systems (26 '). Ladevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei durch die jeweilige Verbindungsschalteranordnung (32) die DC-Zwischenkreise (20, 33) zweier Ladesysteme (26, 26`) untereinander über eine jeweilige Verbindungsschaltereinheit (S3) verbunden sind und die Schaltersteuerung (37) dazu eingerichtet ist, für einen Ladebetrieb aus dem Stromnetz (11) die DC-Zwischenkreise (20, 33) mittels der die DC-Zwischenkreise (20, 33) verbindenden Verbindungsschaltereinheit (S3) elektrisch zu verbinden.Loading device (10) according to one of the Claims 5 or 6 The DC link circuits (20, 33) of two charging systems (26, 26 ') are connected to one another via a respective connection switch unit (S3) and the switch control (37) is set up for charging operation by the respective connection switch arrangement (32) to electrically connect the DC intermediate circuits (20, 33) to the power network (11) by means of the connection switch unit (S3) connecting the DC intermediate circuits (20, 33). Ladevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei durch die jeweilige Verbindungsschalteranordnung (32) die fahrzeugseitigen Ausgänge (27, 34) der DC-Ladewandler (23, 35) zweier Ladesysteme (26, 26') untereinander über eine jeweilige Verbindungsschaltereinheit (S4) miteinander verbunden sind und die Schaltersteuerung (37) dazu eingerichtet ist, für einen Ladebetrieb aus den Energiespeichern (17, 38) der Ladesysteme (26, 26') die fahrzeugseitigen Ausgänge (27, 34) mittels der die Ausgänge (27, 34) verbindenden Verbindungsschaltereinheit (S4) elektrisch zu verbinden.Loading device (10) according to one of the Claims 5 to 7 , With the respective connection switch arrangement (32), the vehicle-side outputs (27, 34) of the DC charging converters (23, 35) of two charging systems (26, 26 ') are interconnected via a respective connection switch unit (S4) and the switch controller (37 ) is set up to electrically connect the vehicle-side outputs (27, 34) for charging operation from the energy stores (17, 38) of the charging systems (26, 26 ') by means of the connection switch unit (S4) connecting the outputs (27, 34). Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine Steuereinrichtung (29) einer Schalteranordnung (28) der Ladevorrichtung (10) während eines Ladebetriebs eines Kraftfahrzeugs (12) an einem Ladeanschluss (14) der Ladevorrichtung (10) ein DC-DC-Wandler (21) der Ladevorrichtung (10) mittels der Schalteranordnung (28) elektrisch überbrückt wird.Method for operating a charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein a control device (29) of a switch arrangement (28) of the charging device (10) during a charging operation of a motor vehicle (12) at a charging connection (14) of the charging device (10) a DC-DC converter (21) of the charging device (10) is bridged electrically by means of the switch arrangement (28).
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