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Die vorliegende Erfindung betrifft eine DC (Gleichstrom)-Wallbox (Wandbox) zur Ladung eines Elektrofahrzeuges, sowie ein automatisches Ladesystem für eine DC-Wallbox und ein DC-Wallbox-System mit einer DC-Wallbox.
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Um einen Ladevorgang für einen Fahrer von Elektrofahrzeugen deutlich zu vereinfachen gibt es derzeit viele Überlegungen, wie z.B. kontaktloses Laden oder Laderoboter. Derzeit sind diese Systeme nicht oder nur begrenzt auf dem Markt verfügbar. Unabhängig davon arbeiten immer mehr Hersteller an einer DC-Wallbox für den Heimgebrauch. Es ist davon auszugehen, dass deren Marktanteil kurzfristig zunimmt.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeugladestationen in Form von Wallboxen bereits bekannt.
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So ist aus dem Dokument
DE 10 2012 216 980 A1 eine Fahrzeugladestation mit einem Roboter zur automatisierten Kopplung eines Ladesteckers mit einer Ladebuchse eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei ist der Roboter mit einer Wallbox koppelbar.
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Aus dem Dokument
DE 10 2016 014 463 A1 ist ein Robotersystem zur elektrischen Versorgung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei koppelt ein Roboter eine Wallbox mit dem Kraftfahrzeug.
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Aus dem Dokument
DE 10 2018 004 919 A1 ist eine Fahrzeugladestation mit automatischem Anschlusssystem bekannt. Das automatische Anschlusssystem ist in eine Wallbox integriert ausgebildet.
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Im Stand der Technik sind somit automatisierte Ladesysteme bekannt, welche einen Leistungsteil, welcher als Wallbox bezeichnet wird, besitzt. Diese automatischen Ladesysteme, wie beispielsweise Laderoboter oder automatische Stecksysteme, besitzen meistens eine AC-Ladeschnittstelle. D.h. die Spannung muss im Fahrzeug nochmals gleichgerichtet und angepasst werden. Des Weiteren existiert derzeit noch keine standardisierte Schnittstelle für ein automatisches Stecken bzw. Ankoppeln.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wallbox für einen Hausgebrauch bereitzustellen, die eine Gleichstromladung und bei Bedarf eine automatische Ladung eines Elektrofahrzeuges unterstützt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine DC(Gleichstrom)-Wallbox zur Ladung eines Elektrofahrzeuges.
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Erfindungsgemäß umfasst die DC-Wallbox zumindest eine Kommunikationseinheit, eine Gleichrichtereinheit und eine Sicherungseinheit, wobei die DC-Wallbox eine Direktschnittstelle aufweist, die eine DC-Einheit umfasst, wobei die DC-Einheit als DC-Anschluss ausgebildet ist, an den das Elektrofahrzeug anschließbar ist und wobei die DC-Einheit eingerichtet ist, das Elektrofahrzeug direkt über eine DC-Spannung zu laden.
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Die Gleichrichtereinheit ist eingerichtet, einen Wechselstrom in der Wallbox direkt in einen Gleichstrom umzuwandeln. Dadurch ist die DC-Wallbox eingerichtet, das Elektrofahrzeug direkt mit einer Gleichspannung zu laden. Eine Gleichstromladung des Elektrofahrzeuges bietet den Vorteil, dass das Elektrofahrzeug im Gegensatz zu einer Wechselstrom ladung schneller geladen werden kann. Dadurch steht das Elektrofahrzeug einem Fahrzeugnutzer schneller wieder zur Verfügung.
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Die Sicherungseinheit umfasst in der Regel zumindest einen Fehlerstromsensor und zumindest eine Trenneinrichtung, die eingerichtet ist, die Gleichspannungsladung bei einem durch den Fehlerstromsensor erfassten Fehlerstrom abzuschalten.
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In der Regel ist die Kommunikationseinheit eingerichtet, mit der Direktschnittstelle und/oder einer Ladeschnittstelle zu kommunizieren. Typischerweise ist die Kommunikationseinheit ferner eingerichtet, mit einer Gleichrichtereinheit zu kommunizieren. Optional ist die Kommunikationseinheit der DC-Wallbox eingerichtet, mit dem Elektrofahrzeug zu kommunizieren. Dabei ist die Kommunikationseinheit optional eingerichtet, Informationen bzw. Daten und Werte des Elektrofahrzeuges zu empfangen und Informationen bzw. Daten an das Elektrofahrzeug zu übermitteln. Beispielsweise ist die Kommunikationseinheit eingerichtet, Informationen zu einem Ladestand des Elektrofahrzeuges direkt von dem Elektrofahrzeug oder über eine Ladeschnittstelle oder eine Direktschnittstelle zu beziehen und gleichzeitig Information zu einer Energiezusammensetzung und/oder einer aktuellen Ladegeschwindigkeit direkt an das Elektrofahrzeug oder über die jeweilige Ladeschnittstelle oder die jeweilige Direktschnittstelle an das Elektrofahrzeug zu übermitteln. Die Kommunikationseinheit ist somit optional bidirektional kommunizierend eingerichtet.
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Die Direktschnittstelle bzw. die DC-Einheit der Direktschnittstelle ist als DC-Anschluss ausgebildet. Der DC-Anschluss ist dabei typischerweise als DC-Ausgang mit einem Kabel und einem Ladestecker (z.B. in Europa CCS2) ausgebildet. Über die Direktschnittstelle bzw. die DC-Einheit ist das Elektrofahrzeug direkt über eine Kabelverbindung bzw. Direktverbindung an die DC-Wallbox anschließbar. Dies bietet den Vorteil, dass das Elektrofahrzeug über die DC-Wallbox direkt durch eine schnelle Gleichstrom ladung aufladbar ist.
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In einer Weiterbildung weist die DC-Wallbox zumindest eine Ladesystemschnittstelle auf, die eine DC-Einheit umfasst, wobei die DC-Einheit als DC-Anschluss ausgebildet ist und eingerichtet ist, eine Verbindung zu einem automatischen Ladesystem herzustellen bzw. bereitzustellen. Die Ladeschnittstelle ist eingerichtet, mit einem automatischen Ladesystem koppelbar zu sein. Dabei ist die Ladeschnittstelle als Aufnahme für das automatische Ladesystem ausgebildet. Somit umfasst die erfindungsgemäße DC-Wallbox typischerweise zumindest zwei DC-Ausgänge, wobei ein erster DC-Ausgang eingerichtet ist, eine Direktladung eines Elektrofahrzeuges umzusetzen und ein zweiter DC-Ausgang eingerichtet ist, eine DC-Einheit eines automatischen Ladesystems aufzunehmen bzw. anzuschließen.
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Die erfindungsgemäße DC-Wallbox bietet den Vorteil, dass eine eigenständige (Stand-Alone) Ladestation geschaffen werden kann, die durch einen geringen Aufwand um eine automatisierte Ladeeinheit ergänzt bzw. nachgerüstet werden kann. Dadurch ist es möglich, das Elektrofahrzeug manuell über das Ladekabel der Wallbox oder (nach der Nachrüstung) über das automatisierte Ladesystem zu laden. Die erfindungsgemäße DC-Wallbox bietet dabei den Vorteil, dass sowohl bei der direkten Ladung als auch bei der automatisierten Ladung durch das automatisierte Ladesystem der gleiche Leistungsteil, die DC-Wallbox, verwendbar ist.
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In Ausgestaltung ist die Direktschnittstelle eingerichtet, mit dem Elektrofahrzeug zu kommunizieren, wobei die Direktschnittstelle eingerichtet ist, auf die Gleichrichtereinheit und die Sicherungseinheit der DC-Wallbox zuzugreifen. Die Direktschnittstelle ist somit eingerichtet, auf Bestandteile der DC-Wallbox zuzugreifen, insbesondere auf die Gleichrichtereinheit und die Sicherungseinheit.
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In einer Weiterbildung ist die Ladesystemschnittstelle eingerichtet, mit dem Elektrofahrzeug zu kommunizieren, wobei die Ladesystemschnittstelle eingerichtet ist, auf die Gleichrichtereinheit und die Sicherungseinheit der DC-Wallbox zuzugreifen. Dies bietet den Vorteil, dass ein nachträglich eingerichtetes bzw. an der DC-Wallbox angebrachtes, automatisches Ladesystem den Leistungsteil bzw. die DC-Wallbox nutzen kann, indem das nachträglich angebaute automatische Ladesystem die Ladesystemschnittstelle der DC-Wallbox zur Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug nutzt bzw. verwendet. Somit ist keine weitere Kommunikationseinheit für die Kommunikation des automatischen Ladesystems mit dem Elektrofahrzeug notwendig, wodurch die Nachrüstkosten bei einer Nachrüstung eines automatischen Ladesystems an eine entsprechende DC-Wallbox gering ausfallen, da ein gemeinsames Leistungsteil nutzbar ist. Ferner kann ein nachträglich angebrachtes Ladesystem ebenfalls auch die bereits vorhandene, zentral angeordnete Gleichrichtereinheit und die Sicherungseinheit zugreifen. Sowohl die Ladesystemschnittstelle als auch die Direktschnittstelle können somit die Gleichrichtereinheit und die Sicherungseinheit der DC-Wallbox gemeinsam genutzt. Dies bietet den Vorteil, dass die Kosten einer Nachrüstung des automatischen Ladesystems reduziert werden, da das automatische Ladesystem über die Ladesystemschnittstelle auf die Gleichrichtereinheit und die Sicherungseinheit der DC-Wallbox zugreifen kann und über keine eigene Gleichrichtereinheit und keine eigene Sicherungseinheit verfügen muss.
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In einer Weiterbildung ist die Kommunikationseinheit ein CAN-Bus, ein Ethernet oder ein PLC.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein automatisches Ladesystem für eine DC-Wallbox.
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Erfindungsgemäß umfasst das automatische Ladesystem eine DC-Einheit, die an eine DC-Einheit einer DC-Wallbox anschließbar bzw. koppelbar ist, wobei die DC-Einheit des automatischen Ladesystems eingerichtet ist, ein Elektrofahrzeug automatisch zu laden. In der Regel ist das automatische Ladesystem eingerichtet, über eine Verbindungseinheit auf eine Ladeschnittstelle zuzugreifen, wobei das automatische Ladesystem eingerichtet ist, über die Ladeschnittstelle auf eine Kommunikationseinheit, eine Gleichrichtereinheit sowie eine Sicherungseinheit der DC-Wallbox zuzugreifen. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer Nachrüstung des automatischen Ladesystems das automatische Ladesystem keine eigene Kommunikationseinheit, keine eigene Gleichrichtereinheit sowie keine eigene Sicherungseinheit benötigt, wodurch die Nachrüstung eines automatischen Ladesystems besonders kostengünstig ist.
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In einer Weiterbildung umfasst das automatische Ladesystem eine weitere DC-Einheit, die an ein weiteres Fahrzeug koppelbar ist, wobei die weitere DC-Einheit eingerichtet ist, ein weiteres Elektrofahrzeug zu laden. Die weitere DC-Einheit ist in der Regel eingerichtet, ein weiteres Fahrzeug direkt zu laden. Dies bietet den Vorteil, dass ein erstes Elektrofahrzeug über das automatische Ladesystem kontaktlos oder mittels eines Steckroboters geladen werden kann, während ein weiteres Fahrzeug parallel über eine konventionelle Kabelverbindung geladen werden kann.
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In Ausgestaltung umfasst das automatische Ladesystem zumindest eine Verbindungseinheit, die eingerichtet ist, mit einer Ladeschnittstelle der DC-Wallbox zu kommunizieren. Die Verbindungseinheit ist eingerichtet, das automatische Ladesystem mit der DC-Wallbox zu verbinden und Daten, Wert und Informationen zwischen der DC-Wallbox und dem automatischen Ladesystem auszutauschen. Optional ist die Verbindungseinheit als Kommunikationseinheit ausgebildet, die eingerichtet ist, mit dem Elektrofahrzeug oder einem weiteren Elektrofahrzeug direkt zu kommunizieren.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein DC-Wallbox-System, umfassend eine voranstehend beschriebene DC-Wallbox.
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Erfindungsgemäß umfasst das DC-Wallbox-System ein automatisches Ladesystem mit den voranstehend beschriebenen Merkmalen, wobei das automatische Ladesystem an eine DC-Einheit der DC-Wallbox gekoppelt ist. Das erfindungsgemäße DC-Wallbox-System bietet den Vorteil, dass zum einen ein Elektrofahrzeug automatisch mit einem Gleichstrom geladen werden kann und zum anderen das neben der automatischen Ladung des Elektrofahrzeuges zumindest ein weiteres Elektrofahrzeug über eine konventionelle Kabelverbindung, die entweder direkt über die DC-Wallbox bereitgestellt wird oder über das automatische Ladesystem bereitgestellt wird, geladen werden kann.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter beschrieben, wobei gleiche Komponenten mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufbaus der erfindungsgemäßen DC-Wallbox,
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen automatischen Ladesystems,
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen DC-Wallbox-Systems mit einer - in 1 gezeigten - DC-Wallbox und einem - in 2 gezeigten - automatischen Ladesystem.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufbaus der erfindungsgemäßen DC-Wallbox 10. Die DC-Wallbox 10 umfasst eine Direktschnittstelle 20, die eine DC-Einheit 21 umfasst. Die Direktschnittstelle 20 ist eingerichtet, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt, über die DC-Einheit 21, die als DC-Anschluss eingerichtet ist, eine direkte Ladeverbindung zu einem Elektrofahrzeug 11 aufzubauen.
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Die DC-Wallbox 10 umfasst des Weiteren eine Ladesystemschnittstelle 30, die eine DC-Einheit 31 umfasst. Die Ladesystemschnittstelle 30 ist als Aufnahme ausgebildet, die eingerichtet ist, ein automatisches Ladesystem 40 aufzunehmen bzw. eine Verbindung zu einem automatischen Ladesystem 40 herzustellen.
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Die DC-Wallbox 10 umfasst zudem eine Sicherungseinheit 15, eine Gleichrichtereinheit 14 und eine Kommunikationseinheit 13.
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Die Direktschnittstelle 20 und die Ladesystemschnittstelle 30 nutzen gemeinsam die Sicherungseinheit 15 und die Gleichrichtereinheit 14 der DC-Wallbox 10. Die Kommunikationseinheit 13, die Gleichrichtereinheit 14 und die Sicherungseinheit 15 sind zentral in der DC-Wallbox 10 eingerichtet, sodass sowohl die DC-Wallbox 10 als auch das automatische Ladesystem 40 jeweils mit diesen Einheiten verbunden sind. Die Kommunikationseinheit 13 ist zur Leistungs- bzw. Energieregelung mit der Gleichrichtereinheit 14 verbunden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen automatischen Ladesystems 40.
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Das automatische Ladesystem 40 ist eingerichtet, ein Elektrofahrzeug 11 automatisch zu laden, wobei das automatische Ladesystem 40 in der Regel eingerichtet ist, automatisch eine Ladeverbindung, beispielsweise eine Kabelverbindung, zwischen dem Elektrofahrzeug 11 und der - nicht gezeigten - DC-Wallbox herzustellen. Das automatische Ladesystem 40 umfasst eine DC-Einheit 41 und eine Verbindungseinheit 42. Die DC-Einheit 41 ist als DC-Anschluss ausgebildet, der eingerichtet ist, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt, eine Ladeverbindung zu dem Elektrofahrzeug 11 bereitzustellen. Die Verbindungseinheit 42 ist eingerichtet, mit der - nicht gezeigten - Ladesystemschnittstelle der DC-Wallbox 10 zu kommunizieren. Optional umfasst das automatische Ladesystem 40 eine weitere DC-Einheit 43, die eingerichtet ist, ein weiteres Elektrofahrzeug 12 parallel zu dem ersten Elektrofahrzeug 11 zu laden. Dabei ist die zweite DC-Einheit 43 in der Regel als Kabelverbindung ausgebildet, die eingerichtet ist, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt, das weitere Elektrofahrzeug 12 direkt zu laden. Die Verbindungseinheit 42 stellt jeweils eine Verbindung zwischen der DC-Einheit 41, der weiteren DC-Einheit 43 und der - nicht gezeigten - Ladesystemschnittstelle her, wobei die Ladesystemschnittstelle die Verbindung zu dem Fahrzeug 11 herstellt. Die Verbindungseinheit 42 ist eingerichtet, als Durchgang zu dem Fahrzeug 11 und dem weiteren Elektrofahrzeug 12 zu fungieren.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen DC-Wallbox-Systems 50 mit einer - in 1 gezeigten - DC-Wallbox 10 und einem - in 2 gezeigten - automatischen Ladesystem 40.
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Das DC-Wallbox-System 50 umfasst die DC-Wallbox 10, welche die Direktschnittstelle 20 mit der DC-Einheit 21 umfasst sowie die Ladesystemschnittstelle 30, welche die DC-Einheit 31 umfasst. In 3 sind zudem die Kommunikationseinheit 13, die Gleichrichtereinheit 14 sowie die Sicherungseinheit 15 der DC-Wallbox 10 gezeigt.
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Die Direktschnittstelle 20 ist, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt, zum direkten Laden eines Elektrofahrzeuges 11 über eine konventionelle Ladekabelverbindung eingerichtet. Hierfür ist die DC-Einheit 21 der Direktschnittstelle 20 eingerichtet, einen Ladestecker sowie ein Ladekabel aufzunehmen. Optional ist das Ladekabel mit dem Ladestecker fest mit der DC-Einheit 21 verbunden. In alternativen Ausführungsformen ist das Ladekabel mit dem Ladestecker von der DC-Einheit 21 lösbar verbunden. Die Direktschnittstelle 20 ist mit der Gleichrichtereinheit 14 über die Sicherungseinheit 15 mit dem Stromnetz 16 (Infrastruktur) verbunden. Parallel dazu ist die Kommunikationseinheit 13 über die Direktschnittstelle 20 mit dem Fahrzeug 11 und mit der Gleichrichtereinheit 14 zur Energieregelung verbunden.
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Die Ladesystemschnittstelle 30 weist die DC-Einheit 31 auf, wobei die DC-Einheit 31 zur Aufnahme eines automatischen Ladesystem 40 eingerichtet ist. Die Ladesystemschnittstelle 30 ist ebenfalls mit der Kommunikationseinheit 13 und dadurch mit der Gleichrichtereinheit 14 und der Sicherungseinheit 15 der DC-Wallbox 10 verbunden. Die Ladesystemschnittstelle 30 ist eingerichtet und ausgebildet, ein automatisches Ladesystem 40 in einem nachträglichen Schritt, einer Nachrüstung, aufzunehmen.
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Das DC-Wallbox System 50 umfasst des Weiteren das automatische Ladesystem 40, das für eine automatische Ladung des Elektrofahrzeuges 11 eingerichtet ist. Das automatische Ladesystem 40 umfasst die DC-Einheit 41 sowie die Verbindungseinheit 42. Die DC-Einheit 41 ist eingerichtet, automatisch eine Ladeverbindung zu dem Elektrofahrzeug 11 herzustellen. Optional umfasst das automatische Ladesystem 40 eine weitere DC-Einheit 43, die eingerichtet ist, ein weiteres Elektrofahrzeug 12 parallel zu dem ersten Elektrofahrzeug 11 zu laden. Dabei ist die zweite DC-Einheit 43 in der Regel als direkte Kabelverbindung ausgebildet, die eingerichtet ist, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt, das weitere Elektrofahrzeug 12 direkt zu laden.
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Die Verbindungseinheit 42 ist eingerichtet, mit der Ladesystemschnittstelle 30 der DC-Wallbox 10 zu kommunizieren. Beispielsweise ist die Verbindungseinheit 42 eingerichtet, einen Ladestand des ersten Fahrzeuges 11 und/oder des zweiten Fahrzeuges 12 über die Ladesystemschnittstelle 30 an die Kommunikationseinheit 13 der DC-Wallbox 10 zu übermitteln, wobei die DC-Wallbox 10 eingerichtet ist, eine Ladung des ersten Fahrzeuges 11 und des zweiten Fahrzeuges 12 basierend auf einem aktuell zur Verfügung stehenden Ladestrom, beispielsweise aus einem Hauskraftwerk, zu regeln bzw. zu steuern. Die DC-Wallbox 10 ist in der Regel eingerichtet, bei einem hohen zur Verfügung stehenden Ladestrom das erste Fahrzeug 11 und das zweite Fahrzeug 12 parallel zu laden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- DC-Wallbox
- 11
- Elektrofahrzeug
- 12
- weiteres Elektrofahrzeug
- 13
- Kommunikationseinheit
- 14
- Gleichrichtereinheit
- 15
- Sicherungseinheit
- 16
- Stromnetz
- 20
- Direktschnittstelle
- 21
- DC-Einheit der Direktschnittstelle
- 30
- Ladesystemschnittstelle
- 31
- DC-Einheit der Ladesystemschnittstelle
- 40
- Automatisches Ladesystem
- 41
- DC-Einheit des automatischen Ladesystems
- 42
- Verbindungseinheit des automatischen Ladesystems
- 43
- weitere DC-Einheit des automatischen Ladesystems
- 50
- D-Wallbox-System
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012216980 A1 [0004]
- DE 102016014463 A1 [0005]
- DE 102018004919 A1 [0006]
