DE102020209673A1

DE102020209673A1 - Ladesäule zum Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102020209673A1
Application number: DE102020209673.2A
Authority: DE
Inventors: Jan Giebel; Udo Hallmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladesäule (2) zum Laden eines Stromspeichers (42) eines Elektrofahrzeugs (44), mit zwei Ladesträngen (16), die jeweils einen Gleichrichter (14) und einen Ladeanschluss (24) aufweisen, zwischen denen jeweils ein Gleichspannungszwischenkreis (26) gebildet ist. Die beiden Gleichrichter (14) sind elektrisch gegen einen gemeinsamen Wechselstromanschluss (6) zum Anschluss an ein Stromnetz (8) geführt, und die beiden Ladeanschlüsse (24) sind mittels eines eine erste Schalteinheit (38) aufweisenden Verbindungsstrangs (36) elektrisch verbunden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren (54) zum Betrieb einer Ladesäule (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladesäule zum Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs, die zwei Ladeanschlüsse aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Ladesäule.
Zum Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs, insbesondere einer Hochvoltbatterie, wird üblicherweise eine Ladesäule herangezogen. Diese weist außenseitig einen Ladeanschluss auf, der beispielsweise in einen entsprechenden Stecker des Elektrofahrzeugs gesteckt wird. Alternativ hierzu ist der Ladeanschluss selbst als Stecker ausgebildet, in die eine Leitung gesteckt wird, die wiederum mit dem Elektrofahrzeug verbunden ist. Je nach Ausgestaltung des Ladeanschlusses werden unterschiedliche Standards verwendet.
Die Ladesäule selbst ist beispielsweise stationär ausgestaltet und elektrisch mit einem Stromnetz verbunden, mittels dessen eine Speisung der Ladesäule. Somit ist eine im Wesentlichen unbeschränkte Anzahl an Ladevorgängen mittels der Ladesäule durchführbar, und eine Wartung ist im Wesentlichen nicht oder lediglich in vergleichsweise geringem Maße erforderlich. Mittels des Stromnetzes wird üblicherweise eine elektrische Wechselspannung geführt, wohingegen zum Laden des Elektrofahrzeugs eine elektrische Gleichspannung herangezogen wird. Infolgedessen ist ein Gleichrichter erforderlich, der zwischen das Stromnetz und den Ladeanschluss geschaltet ist, und mittels dessen die elektrische Spannung geeignet umgeformt wird.
Mittels des Stromnetzes wird jedoch lediglich eine maximale Leistung bereitgestellt, oder es ist zumindest vorgesehen, dass mittels der Ladesäule lediglich eine bestimmte maximale elektrische Energie entnommen werden kann, sodass eine Überbelastung des Stromnetzes vermieden ist.
Falls mittels der Ladesäule mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig geladen werden sollen, sind zwei Ladeanschlüsse erforderlich. Damit hierbei ein Ausbilden einer elektrischen Spannung zwischen den einzelnen Ladeanschlüssen und daher auch den Elektrofahrzeugen vermieden ist, die zu einem Lichtbogen, einer Verletzung einer Person oder einer Beschädigung der Ladesäule oder der Elektrofahrzeuge führen könnte, ist es erforderlich, dass die beiden Ladeanschlüsse zueinander galvanisch getrennt sind. Infolgedessen ist es erforderlich, dass die Ladesäule auch zwei Gleichrichter aufweist, wobei jeweils einer hiervon einem der Ladeanschlüsse zugeordnet ist. Infolgedessen sind die Herstellungskosten vergleichsweise groß. Falls bei Betrieb lediglich ein einziger der Ladeanschlüsse genutzt wird, also lediglich ein einziges Elektrofahrzeug geladen wird, sind die dem nicht genutzten Ladeanschluss zugeordneten Bauteile ungenutzt, weswegen eine Effizienz vergleichsweise niedrig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Ladesäule sowie ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer Ladesäule anzugeben, wobei vorteilhafterweise eine Flexibilität und/oder eine Ladegeschwindigkeit und/oder eine Sicherheit erhöht ist, und wobei zweckmäßigerweise Herstellungskosten reduziert sind.
Hinsichtlich der Ladesäule wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Ladesäule dient dem Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs. Die Ladesäule ist hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Das Elektrofahrzeug ist beispielsweise ein Fahrrad, das einen elektrischen Motor umfasst. Insbesondere ist das Fahrrad als sogenanntes Pedelec ausgestaltet. Alternativ hierzu ist das Elektrofahrzeug beispielsweise ein elektrisch angetriebener Roller oder ein elektrisch angetriebenes Motorrad. Besonders bevorzugt jedoch ist das Elektrofahrzeug ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen (Pkw). Dieses weist zweckmäßigerweise einen Elektromotor auf, der in Wirkverbindung mit Rädern des Kraftfahrzeugs ist. Hierbei bildet der Elektromotor zumindest teilweise einen Hauptantrieb des Kraftfahrzeugs.
Der Stromspeicher ist beispielsweise mittels eines oder mehrerer Kondensatoren gebildet oder umfasst diese. In einer Alternative umfasst der Stromspeicher ein Schwungrad. Besonders bevorzugt jedoch umfasst der Stromspeicher eine oder mehrere Batterien und ist zweckmäßigerweise mittels dieser gebildet. Vorzugsweise ist der Stromspeicher eine sogenannte Hochvoltbatterie, also ein Hochvoltenergiespeicher, mittels derer eine elektrische Spannung größer als 200 V bereitgestellt wird. Insbesondere ist die bereitgestellte elektrische Spannung zwischen 400 V und 800 V.
Die Ladesäule weist zwei Ladeanschlüsse auf, und dient somit dem elektrischen Laden von zwei Elektrofahrzeugen. Die Ladesäule ist somit hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Die Ladeanschlüsse dienen hierbei zweckmäßigerweise der elektrischen Kontaktierung mit dem jeweiligen Elektrofahrzeug und sind hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Die beiden Elektrofahrzeuge können gleichzeitig geladen werden, wobei jedem der Ladeanschlüsse jeweils eines der Elektrofahrzeuge zugeordnet ist. Jedoch ist es auch möglich, lediglich ein einziges Elektrofahrzeug zu laden, indem dieses Elektrofahrzeug mit einem der Ladeanschlüsse elektrisch verbunden wird. Insbesondere ist es hierbei unwesentlich, welcher der beiden Ladeanschlüsse herangezogen wird. Der verbleibende Ladeanschluss wird in diesem Fall, zumindest zeitweise, nicht verwendet. Bei Betrieb, also falls der jeweilige Ladeanschluss verwendet wird, liegt somit an dem jeweiligen Ladeanschluss eine bestimmte elektrische Spannung an. Beispielsweise sind die beiden Ladeanschlüsse zueinander baugleich oder unterscheiden sich. Insbesondere weist jeder der Ladeanschlüsse eine Ladekupplung und/oder einen Ladestecker auf. Zweckmäßigerweise umfasst der Ladeanschluss eine Leitung, beispielsweise ein Kabel, in dem mehrere Litzen oder dergleichen geführt sind. An dem einen Ende ist der Ladestecker angeordnet. Somit ist es möglich, den Ladestecker des jeweiligen Ladeanschlusses in einen entsprechenden Stecker des Elektrofahrzeugs einzustecken.
Die Ladeanschlüsse, insbesondere der etwaige Ladestecker, erfüllen zweckmäßigerweise einen bestimmten Standard, beispielsweise den Typ 1 oder den Typ 2. Zum Beispiel wird bei Betrieb mittels der Ladeanschlüsse ein Wechselstrom bereitgestellt. Besonders bevorzugt jedoch wird mittels der Ladeanschlüsse ein Gleichstrom bereitgestellt. Mit anderen Worten wird die Ladesäule zum Gleichspannungsladen herangezogen. Die mittels der Ladeanschlüsse bereitgestellte elektrische Spannung sowie der damit gelieferte elektrische Strom sind vorzugsweise auf den Stromspeicher des jeweiligen Elektrofahrzeugs angepasst. Insbesondere wird mittels der Ladeanschlüsse jeweils eine elektrische Gleichspannung von 400 V oder 800 V bereitgestellt.
Jeder der Ladeanschlüsse ist ein Bestandteil eines jeweiligen Ladestrangs. Mit anderen Worten weist die Ladesäule genauso viele Ladesträngen wie Ladeanschlüsse auf, nämlich zumindest zwei. Die beiden Ladestränge sind hierbei beispielsweise zueinander baugleich oder unterscheiden sich in der Anzahl der jeweils zugeordneten Komponenten und/oder der Ausführung der jeweiligen Komponenten.
Jeder Ladestrang weist einen Gleichrichter auf. Die Gleichrichter sind beispielsweise ungeregelte Gleichrichter und somit zum Beispiel Diodengleichrichter. Alternativ hierzu weisen die Gleichrichter betätigbare Schalter/Stromventile auf, sodass die Gleichrichter geregelte Gleichrichter sind. Vorzugsweise ist einer oder sämtliche Gleichrichter als Brückengleichrichter ausgestaltet. Zwischen jedem Gleichrichter und dem jeweiligen Ladeanschluss ist ein Gleichspannungszwischenkreis gebildet, der dabei zwei unterschiedliche elektrische Pole aufweist. Vorzugsweise weist der Gleichspannungszwischenkreis eine elektrische Spannung auf, die zwischen 400 V und 800 V beträgt, und die zwischen den beiden elektrischen Polen ausgebildet ist. In einer Alternative ist einer der elektrischen Polen elektrisch gegen Masse geführt. Beispielsweise ist der Gleichspannungszwischenkreis mit dem Ladeanschluss direkt elektrisch kontaktiert, sodass an diesem ebenfalls eine elektrische Gleichspannung anliegt.
Die beiden Gleichrichter sind elektrisch gegen einen gemeinsamen Wechselstromanschluss geführt, der beispielsweise zwei oder bevorzugt drei Phasen aufweist. Der Wechselstromanschluss ist hierbei insbesondere kein Bestandteil der Ladestränge. Der Wechselstromanschluss dient dem Anschluss an ein Stromnetz, beispielsweise ein zweiphasiges oder bevorzugt ein dreiphasiges. Sofern das Stromnetz ein dreiphasiges Stromnetz ist, sind die Gleichrichter zweckmäßigerweise als B6-Gleichrichter ausgebildet wird. Zweckmäßigerweise erfolgt mittels der Gleichrichter eine galvanische Trennung des jeweiligen Ladestrangs zu dem Stromnetz. Mit anderen Worten sind die Gleichrichter bevorzugt als AC/DC-Wandler ausgebildet. Somit sind die beiden Ladestränge mittels der Gleichrichter zueinander und dem Stromnetz galvanisch getrennt, wohingegen die Eingänge der Gleichrichter über den Wechselstromanschluss miteinander elektrisch kontaktiert sind.
Somit ist es möglich, bei Betrieb der Ladesäule an einem der Ladeanschlüsse elektrische Energie zu entnehmen, insbesondere einen elektrischen Gleichstrom. Der Ladeanschluss wird hierbei über den jeweiligen Gleichspannungszwischenkreis gespeist, der wiederum mittels des jeweiligen Gleichrichters gespeist wird, wobei die elektrische Energie dem Stromnetz entnommen wird. Hierbei ist es möglich, die beiden Ladeanschlüsse zueinander unabhängig voneinander zu betreiben. Dabei ist lediglich ein einziger Wechselstromanschluss erforderlich, über den die beiden Gleichrichter aus dem Stromnetz gespeist werden.
Die Ladesäule weist ferner einen Verbindungsstrang auf, der eine erste Schalteinheit umfasst. Mittels des Verbindungsstrangs sind die beiden Ladeanschlüsse elektrisch verbunden und somit kontaktiert. Mittels des Verbindungsstrangs sind somit auch die beiden Gleichspannungszwischenkreise miteinander elektrisch verbunden, und jedem der elektrischen Potentiale ist eine entsprechende Leitung zugeordnet. Hierbei sind insbesondere die beiden positiven elektrischen Potentiale und die beiden negativen elektrischen Potentiale der beiden Ladeanschlüsse, und somit auch der jeweiligen Gleichspannungszwischenkreise, mittels jeweils einer Leitung des Verbindungsstrangs elektrisch miteinander verbunden. Der Verbindungsstrang weist dabei zweckmäßigerweise genauso viele elektrische Leitungen auf, wie der jeweiligen Ladeanschluss elektrische Pole aufweist, insbesondere also zwei.
Mittels der Schalteinheit ist es dabei möglich, die elektrische Verbindung zu unterbrechen. Je nach Schaltzustand der ersten Schalteinheit sind somit die beiden Ladeanschlüsse und/oder die beiden Gleichspannungszwischenkreise auf dem gleichen elektrischen Potential, oder diese sind zueinander getrennt. Vorzugsweise ist hierbei jeder Leitung ein Schalter der ersten Schalteinheit zugeordnet, sodass die entsprechende Leitung aufgetrennt wird. Alternativ hierzu ist lediglich einer der Leitungen ein entsprechender Schalter zugeordnet, sodass lediglich die positiven oder negativen elektrischen Potentiale zueinander getrennt werden. Besonders bevorzugt jedoch sind die beiden Schalter vorhanden, die beispielsweise zeitlich nacheinander oder bevorzugt gleichzeitig betätigt werden, sodass gleichzeitig eine elektrische Auftrennung erfolgt. Insbesondere ist die erste Schalteinheit zur galvanischen Trennung geeignet und hierfür zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet. Je nach Schalterstellung der ersten Schalteinheit erfolgt somit eine galvanische Trennung der beiden Ladeanschlüsse, oder diese sind elektrisch miteinander verbunden.
Aufgrund des Verbindungsstrangs ist es möglich, einen der Ladeanschlüsse mit beiden Gleichrichtern zu speisen, sodass die an diesem Ladeanschluss entnehmbare elektrische Energie erhöht ist. Somit ist eine Ladegeschwindigkeit des Stromspeichers des Elektrofahrzeugs erhöht, das an diesem Ladeanschluss angeschlossen ist. Zusammenfassend wird, wenn der eine Ladeanschluss nicht genutzt wird, an den genutzten Ladeanschluss eine erhöhte Energiemenge bereitgestellt, weswegen das dort angeschlossene Elektrofahrzeug vergleichsweise schnell geladen wird. Somit werden beide Gleichrichter verwendet, was eine Effizienz erhöht. Dabei ist es unerheblich, an welchen der Ladeanschlüsse das Elektrofahrzeug angeschlossen wird, weswegen eine Flexibilität vergleichsweise groß ist. Falls jedoch beide Ladeanschlüsse zum Laden eines jeweiligen Elektrofahrzeugs verwendet werden sollen, wird die erste Schalteinheit betätigt, sodass die beiden Ladeanschlüsse zueinander getrennt sind, vorzugsweise galvanisch getrennt. Im Anschluss sind insbesondere beide Ladesträngen zueinander galvanisch getrennt, wobei mittels der Gleichrichter die galvanische Trennung zu dem Wechselstromanschluss und somit auch untereinander realisiert wird. Somit ist es möglich, gleichzeitig beide Elektrofahrzeuge zu laden, wobei zwischen diesen eine galvanische Trennung realisiert ist. Somit ist eine Sicherheit erhöht.
Die Betätigung der ersten Schalteinheit erfolgt insbesondere in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung an einem der Ladeanschlüsse, vorzugsweise in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung an beiden Ladeanschlüssen. Dabei wird die erste Schalteinheit zweckmäßigerweise geschlossen, und die beiden Ladeanschlüsse elektrisch miteinander kontaktiert, wenn an einem der Ladeanschlüsse eine vergleichsweise hohe Leistungsanforderung anliegt oder zumindest eine Leistungsanforderung, und bei dem verbleibenden Ladeanschluss keine Leistungsanforderung. Die Leistungsanforderung wird hierbei insbesondere dadurch generiert, dass das Elektrofahrzeug elektrisch mit dem Ladeanschluss kontaktiert wird, wobei der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs nicht vollständig geladen ist. Falls dahingegen an beiden Ladeanschlüssen eine Leistungsanforderung anliegt, wird die erste Schalteinheit bevorzugt geöffnet. Zusammenfassend ist es somit möglich, dass jeder Ladeanschluss mittels beider Gleichrichter gespeist wird, und dass jeder Ladeanschluss aber auch separat verwendet werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Ladesäule eine Steuereinheit, mittels derer die Betätigung der ersten Schalteinheit erfolgt. Zweckmäßigerweise umfasst die Steuereinheit eine Anzahl an elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, mittels derer eine Schaltung realisiert ist, sodass bei Betrieb diese oder eine andere bestimmte Funktion durchgeführt wird. Die Steuereinheit weist beispielsweise einen Prozessor auf, der insbesondere programmierbar ausgestaltet ist. Zum Beispiel ist die Steuereinheit mittels des Prozessors gebildet. Geeigneterweise umfasst die Steuereinheit einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC) oder ist mittels dessen gebildet.
Die Ladesäule weist zweckmäßigerweise ein Gehäuse auf, das beispielsweise aus einem Metall gefertigt ist. Somit ist eine Beschädigung von in dem Gehäuse angeordneten Komponenten unterbunden. Vorzugsweise ist das Gehäuse im Montagezustand elektrisch gegen Masse, vorzugsweise gegen Erde, geführt. Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse hierfür entsprechende Anschlüsse auf. Somit ist bei Betrieb das elektrische Potential des Gehäuses gleich Masse. Folglich ist eine Verletzung von Personen ausgeschlossen, wenn diese das Gehäuse berühren. Geeigneterweise sind die beiden Ladeanschlüsse in eine Wand des Gehäuses eingebracht. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Wechselstromanschlusses in eine Wand des Gehäuses eingebracht. Mit Ausnahme dieser Bestandteile sind zweckmäßigerweise im Wesentlichen sämtliche Komponenten der Ladesäule innerhalb des Gehäuses angeordnet, sodass eine Robustheit erhöht ist.
Der Verbindungsstrang ist beispielsweise elektrisch direkt mit den Ladeanschlüssen verbunden. Alternativ hierzu ist der Verbindungsstrang gegen die jeweiligen Gleichspannungszwischenkreises geführt, und über diese mit den Ladeanschlüssen elektrisch verbunden. Somit werden für die elektrische Verbindung der beiden Ladeanschlüsse beispielsweise auch zusätzliche Bestandteile der Gleichspannungszwischenkreise verwendet. Zum Beispiel weist die Ladesäule lediglich die beiden Ladestränge auf. Besonders bevorzugt jedoch weist die Ladesäule noch weitere Ladesträngen auf, zumindest jedoch mindestens einen weiteren Ladestrang. Beispielsweise sind sämtliche Ladestränge zueinander baugleich, oder zumindest einer unterscheidet sich von den verbleibenden. In einer Alternative sind sämtliche Ladestränge zueinander unterschiedlich. Geeigneterweise ist jeder Ladeanschluss mittels jeweils eines zugeordneten Verbindungsstrangs mit sämtlichen verbleibenden Ladeanschlüssen, mit lediglich einem weiteren der Ladeanschlüsse oder mindestens zweien der anderen Ladeanschlüsse direkt verbunden, wobei jeder der Verbindungsstrang jeweils eine erste Schalteinheit aufweist. Insbesondere ist jeder Ladeanschluss in einer Alternative direkt mit einem entsprechenden Verbindungsstrang mit zwei unterschiedlichen anderen Ladeanschlüssen verbunden, und über diese gegebenenfalls mit weiteren Ladeanschlüsse. In einer Alternative hierzu sind sämtliche Ladeanschlüsse mittels eines jeweiligen Verbindungsstrangs gegen einen gemeinsamen Sternpunkt geführt, wobei zweckmäßigerweise zwischen dem Sternpunkt und jedem Ladeanschluss jeweils eine erste Schalteinheit angeordnet ist. Somit ist eine Flexibilität erhöht.
Beispielsweise weisen die Ladestränge keine weiteren Bestandeile auf. Somit sind Herstellungskosten für die Ladesäule vergleichsweise gering. Besonders bevorzugt jedoch weist jeder Ladestrang einen Energiespeicher auf. Jeder Energiespeicher ist hierbei insbesondere ein elektrischer Energiespeicher, der beispielsweise mechanisch oder besonders bevorzugt elektrochemisch ausgestaltet ist. Mit anderen Worten umfasst jeder Energiespeicher zweckmäßigerweise einer Batterie, vorzugsweise mehrere Batterien. Jeder Energiespeicher ist vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgestaltet und weist beispielsweise eine Betriebsspannung zwischen 400 V und 800 V und beispielsweise im Wesentlichen von 600 V auf, wobei jeweils beispielsweise eine Abweichung von 10 %, 5 % oder 0 % vorhanden ist. Jeder Energiespeicher ist über eine zweite Schalteinheit des jeweiligen Ladestrangs mit dem jeweiligen Gleichspannungszwischenkreis, also dem Gleichspannungszwischenkreis des gleichen Ladestrangs, verbunden. Somit ist es möglich, mittels der jeweiligen zweiten Schalteinheit jeden der Energiespeicher mit dem Gleichspannungszwischenkreis des gleichen Ladestrangs elektrisch zu kontaktieren, oder die Kontaktierung zu unterbrechen. Mittels der Energiespeicher wird vorzugsweise ebenfalls eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt, und die zweiten Schalteinheiten weisen zweckmäßigerweise jeweils zwei Schalter auf, mittels derer jedes der beiden elektrischen Potentiale des jeweiligen elektrischen Energiespeichers mit den beiden Polen des jeweiligen Gleichspannungszwischenkreises verbunden ist. Somit ist es möglich, jedes der beiden elektrischen Potentiale separat zu trennen. Bei Betätigung des zweite Schalteinheit werden dabei vorzugsweise beide Schalter gleichzeitig betätigt. Alternativ hierzu weist die oder jede zweite Schalteinheit lediglich einen einzigen Schalter auf, sodass eines der elektrischen Potentiale des jeweiligen Energiespeichers stets mit dem jeweiligen zugeordneten elektrischen Potential des Gleichspannungszwischenkreises kontaktiert ist. Insbesondere ist hierbei dieses elektrische Potential gleich Masse.
Aufgrund der Energiespeicher ist es möglich, das Elektrofahrzeug, das an dem jeweiligen Ladeanschluss angeschlossen ist, sowohl über den Gleichrichter als auch über den jeweiligen Energiespeicher zu laden. Somit ist eine Ladedauer weiter verkürzt. Alternativ ist es auch möglich, das Elektrofahrzeug lediglich über den Energiespeicher zu laden, beispielsweise bei einer aktuellen Überlastung des Stromnetzes. Hierbei ist es mittels der erste Schalteinheit auch möglich, beide Energiespeicher zum Laden eines einzigen Elektrofahrzeugs heranzuziehen, das an einem der Ladeanschlüsse angeschlossen, und somit elektrisch mit diesem kontaktiert, ist. Aufgrund der zweiten Schalteinheiten ist es jedoch auch möglich, jeden der Energiespeicher von dem jeweiligen Gleichspannungszwischenkreis zu trennen, sodass beispielsweise ein Laden des jeweiligen Energiespeichers unterbunden wird, wenn dieser entladen ist, und wenn während dessen ein Elektrofahrzeug geladen wird. Erst nach Abschluss des Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs wird nachfolgend die entsprechende zweite Schalteinheit betätigt, sodass ein Laden des Energiespeichers erfolgt. Somit ist das Elektrofahrzeug vergleichsweise kurzzeitig erneut wieder einsetzbar, und ein Komfort für einen Nutzer ist erhöht.
Beispielsweise wird der Energiespeicher mit der gleichen elektrischen Spannung betrieben wieder jeweiligen Ladeanschluss und/oder sämtliche Bestandteile des jeweiligen Gleichspannungszwischenkreises. Besonders bevorzugt jedoch weist jeder Gleichspannungszwischenkreis einen Gleichspannungswandler auf, der elektrisch zwischen die jeweiligen zweite Schalteinheit und den jeweiligen Ladeanschluss geschaltet ist. Mittels des jeweiligen Gleichspannungswandlers wird bevorzugt die von dem Energiespeicher bereitgestellte elektrische Spannung auf einen geeigneten Wert gewandelt, wie z.B. transformiert, sodass ein effizientes Laden des Stromspeichers des Elektrofahrzeugs möglich ist. Hierbei ist keine umfangreiche Anpassung des Energiespeichers erforderlich, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. Insbesondere wird beim Laden des Stromspeichers die mittels des Energiespeichers bereitgestellte elektrische Spannung erhöht, zumindest über den Wert der elektrischen Spannung, die mittels des Gleichrichters bereitgestellt wird. Somit wird ein zu diesem Zeitpunkt ungewolltes Einspeisen von Energie von dem Gleichrichter in den Energiespeicher unterbunden. Jeder Gleichspannungswandler ist insbesondere ein DC/DC-Wandler. Wenn kein Laden des Stromspeichers des Elektrofahrzeugs erfolgen soll, jedoch ein Laden des Energiespeichers, wird zweckmäßigerweise der Gleichspannungswandler in einem anderen Betriebsmodus betrieben. Beispielsweise wird hierbei die mittels des Gleichrichters bereitgestellte elektrische Spannung erniedrigt, oder gänzlich unverändert belassen. Zusammenfassend weist die Ladesäule somit genauso viele Gleichspannungswandler auf wie Ladestränge. Im nachfolgend wird insbesondere unter „jeweiligem Bauteil“ ein Bauteil verstanden, das dem gleichen Ladestrang zugeordnet ist oder ein Bestandteil hiervon ist. Somit sind, sofern genau zwei Ladestränge vorhanden sind, auch genau zwei Gleichspannungswandler vorhanden, wobei zwischen jede zweite Schalteinheit und den Ladeanschluss des gleichen Ladestrangs jeweils einer der Gleichspannungswandler elektrisch geschaltet ist.
Beispielsweise ist jeder Gleichspannungswandler direkt gegen den Verbindungsstrang geführt. Somit ist bei jedem Ladeanschluss eine Versorgung aus dem jeweiligen Energiespeicher, dem jeweiligen Gleichrichter oder diesen beiden ermöglicht, sofern der erste Schalteinheit geöffnet ist. Falls die erste Schalteinheit geschlossen ist, ist Speisen eines der Ladeanschlüsse über einen der Gleichrichter, beide Gleichrichter, einen der Gleichrichter und einen der Energiespeicher, einen der Gleichrichter und beide Energiespeicher oder beide Gleichrichter und beide Energiespeicher möglich. Besonders bevorzugt jedoch ist jeder Gleichspannungswandler über eine dritte Schalteinheit des jeweiligen Gleichspannungszwischenkreises gegen den Verbindungsstrang geführt. Infolgedessen ist es möglich, zusätzlich zu den genannten Betriebsmodi, einen der Ladeanschlüsse über den jeweiligen Energiespeicher zu speisen, und den verbleibenden der Ladeanschlüsse über beide Gleichrichter sowie gegebenenfalls den dem gleichen Ladeanschluss zugeordneten Energiespeicher zu speisen. Somit steht bei einem der Ladeanschlüsse eine vergleichsweise große elektrische Energie zur Entnahme bereit, wobei gleichzeitig der verbleibende Ladeanschluss zum Laden eines anderen Elektrofahrzeugs herangezogen werden kann. Somit seine Flexibilität weiter erhöht. Die oder jede dritte Schalteinheit weist beispielsweise einen oder besonders bevorzugt zumindest zwei Schalter auf, die jeweils in eine entsprechende Leitung eingebracht sind, sodass die beiden unterschiedlichen elektrische Potentiale aufgetrennt werden können. Insbesondere ist hierbei die dritte Schalteinheit zur galvanischen Trennung geeignet und vorzugsweise vorgesehen und eingerichtet.
Besonders bevorzugt ist jeder Ladeanschluss über die dritte Schalteinheit des gleichen Ladestrangs gegen den Gleichrichter des gleichen Ladestrangs elektrisch geführt. Zweckmäßigerweise sind hierbei mit Ausnahme etwaiger Schalteinheiten elektrisch zwischen jeden Ladeanschluss und dem jeweiligen Gleichrichter keine weiteren Bestandteile angeordnet. Somit ist ein Speisen des jeweiligen Ladeanschlusses lediglich über den Gleichrichter möglich, und zwischen diesen ist eine vergleichsweise niederohmige Verbindung hergestellt, sodass elektrische Verluste verringert sind. Folglich ist ein vergleichsweiser hoher Wirkungsgrad realisiert. Auch wird auf diese Weise der jeweilige Gleichspannungswandler umgangen, sodass dieser nicht betrieben werden muss, was zusätzlich zu der Vermeidung von Verlusten auch eine Belastung von diesem verringert. Hierbei ist jedoch dennoch in einem anderen Betriebsmodus ein Speisen jedes der Ladeanschlüsse über den jeweiligen Gleichrichter und den jeweiligen Energiespeicher möglich, indem der jeweilige Gleichspannungswandler entsprechend betrieben wird.
Beispielsweise ist jeder Energiespeicher lediglich über die zweite Schalteinheit und den jeweiligen Gleichspannungswandler mit dem Gleichrichter des gleichen Ladestrangs elektrisch verbunden. Somit erfolgt ein Laden des Energiespeichers auch über den jeweiligen Gleichspannungswandler, weswegen dieses vergleichsweise effizient erfolgen werden kann. Besonders bevorzugt jedoch ist jede zweite Schalteinheit über eine vierte Schalteinheit gegen den jeweiligen Gleichrichter geführt. Hierbei ist zweckmäßigerweise die Reihenschaltung aus der vierten Schalteinheit und dem jeweiligen Gleichspannungswandler jedes der Ladestränge mittels der jeweiligen dritten Schalteinheit überbrückt. Aufgrund der vierten Schalteinheit ist es somit möglich, den jeweiligen Energiespeicher direkt mittels des Gleichrichters zu speisen, ohne den Gleichspannungswandler zu verwenden. Folglich ist ein Betrieb des Gleichspannungswandler nicht erforderlich, sodass dort keine Verluste anfallen. Zum Übertragen von elektrischer Energie von jedem der Energiespeicher zu dem jeweiligen Ladeanschluss wird zweckmäßigerweise die jeweilige vierte Schalteinheit geöffnet, und über den jeweiligen Gleichspannungswandler wird die elektrische Energie von dem Energiespeicher zu zumindest einem der Ladeanschlüsse übertragen. Hierbei wird mittels des jeweiligen Gleichspannungswandler die von dem Energiespeicher bereitgestellte elektrische Spannung angepasst, vorzugsweise erhöht, sodass tatsächlich eine Entnahme von elektrischer Energie aus dem jeweiligen Energiespeicher erfolgt. Falls die mittels des Energiespeichers bereitgestellte elektrische Gleichspannung größer als die etwaige an dem Elektrofahrzeug zum Laden anzulegende elektrische Spannung ist, erfolgt mittels des Gleichspannungswandlers zweckmäßigerweise eine Herabsetzung.
Beispielsweise ist jeder Ladeanschluss mit dem jeweiligen Gleichspannungszwischenkreis und/oder mit dem Verbindungsstrang elektrisch direkt verbunden. Besonders bevorzugt jedoch ist jedem Ladeanschluss eine fünfte Schalteinheit zugeordnet, über die eine elektrischer Verbindung mit sämtlichen weiteren Bestandteilen des jeweiligen Ladestrangs und des Verbindungsstrangs erfolgt. Somit ist es möglich, jeden der Ladeanschlüsse separat mittels Betätigung der jeweiligen fünfte Schalteinheit vollständig von weiteren Bestandteilen der Ladesäule elektrisch zu trennen, sodass an dem Ladeanschluss keine elektrische Spannung anliegt. Somit ist eine Sicherheit erhöht. Insbesondere wird die fünfte Schalteinheit bei einer Fehlfunktion der Ladesäule und/oder vor bzw. bei einem Anschließen des Elektrofahrzeugs betätigt, sodass zunächst dort keine elektrische Spannung anliegt. Erst wenn das Anschließen erfolgt und keine manuelle Tätigkeit für einen etwaigen Nutzer mehr erforderlich ist, wird die fünfte Schalteinheit betätigt, sodass ein elektrischer Stromfluss zwischen der Ladesäule und dem Elektrofahrzeug möglich ist. Somit ist eine Sicherheit erhöht. Auch bei Lösen der elektrischen Verbindung zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladesäule wird zweckmäßigerweise zunächst die entsprechende fünfte Schalteinheit geöffnet, was eine Sicherheit erhöht.
Beispielsweise sind die beiden Gleichrichter direkt mit dem Wechselstromanschluss elektrisch kontaktiert. Alternativ hierzu ist jeder der Gleichrichter über eine jeweils zugeordnete Schalteinheit gegen den Wechselstromanschluss geführt. Somit ist ein separates Abschalten der Ladestränge ermöglicht. Besonders bevorzugt jedoch sind die beiden Gleichrichter über eine gemeinsame sechste Schalteinheit gegen den Wechselstromanschluss geführt. Somit ist es mittels Betätigung der sechsten Schalteinheit möglich, die beiden Gleichrichter gleichzeitig von dem Stromnetz zu trennen, beispielsweise bei einer Fehlfunktion. Hierbei sind nicht übermäßig viele unterschiedliche Komponenten erforderlich, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. Auch sind bei Öffnen der sechsten Schalteinheit auch weiterhin die beiden Gleichrichter elektrisch miteinander kontaktiert, auch wenn der Stromfluss zu dem Wechselstromanschluss unterbrochen ist. Die sechste Schalteinheit weist insbesondere genauso viele Schalter auf, wie das Stromnetz Phasen umfasst. Vorzugsweise umfasst um die sechste Schalteinheit drei Schalter, insbesondere sofern das Stromnetz dreiphasig ist. Die Schalter der sechsten Schalteinheit werden dabei zweckmäßigerweise stets gleichzeitig betätigt, was eine Sicherheit erhöht
Die Schalteinheiten sind, mit Ausnahme der etwaigen sechsten Schalteinheit, besonders bevorzugt baugleich, und weisen vorzugsweise zwei Schalter auf. Somit ist es möglich, mittels jeder der Schalteinheit zwei unterschiedliche Leitungen/elektrischen Potentiale zu trennen. Zweckmäßigerweise werden sämtliche Schalter der Schalteinheit stets gleichzeitig betätigt. Die Schalteinheiten sind hierbei insbesondere zur galvanischen Trennung vorgesehen und hierfür insbesondere geeignet. Mit anderen Worten erfolgt bei Betätigung jeder Schalteinheit, unabhängig davon, wie viele Schalter diese aufweist, und/oder ob diese zum Schalten von Gleichstrom oder Wechselstrom vorgesehen ist, eine galvanische Trennung. Zweckmäßigerweise umfasst hierfür jede Schalteinheit ein Relais, vorzugsweise zwei oder drei Relais ist. Insbesondere ist jede Schalteinheit mittels zweier oder dreier Relais gebildet, wobei jedes Relais unterschiedlichen elektrischen Potential zugeordnet ist. Somit erfolgt einerseits eine galvanische Trennung. Andererseits sind Herstellungskosten nicht übermäßig erhöht.
Das Verfahren dient dem Betrieb einer Ladesäule zum Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs. Die Ladesäule weist zwei Ladestränge auf, die jeweils einen Gleichrichter und einen Ladeanschluss umfassen, zwischen denen jeweils ein Gleichspannungszwischenkreis gebildet ist. Die beiden Gleichrichter sind elektrisch gegen einen gemeinsamen Wechselstromanschluss zum Anschluss an ein Stromnetz geführt, und die beiden Ladeanschlüsse sind mittels eines eine erste Schalteinheit aufweisenden Verbindungsstrangs elektrisch verbunden. Die erste Schalteinheit wird in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung an einem der Ladeanschlüsse betätigt. Falls hierbei bei einem der Ladeanschlüsse eine erhöhte Leistungsanforderung anliegt, wird insbesondere die erste Schalteinheit derart betätigt, dass mittels dieser ein Führen eines elektrischen Stroms möglich ist. Falls an beiden Ladeanschlüssen eine Leistungsanforderung vorliegt, die zweckmäßigerweise gleich ist, wird die erste Schalteinheit dahingegen derart betätigt, dass kein elektrischer Stromfluss möglich ist. Mit anderen Worten wird die erste Schalteinheit geöffnet.
Sofern ein Bauteil als erstes, zweites, drittes, ... Bauteil bezeichnet wird, ist insbesondere lediglich darunter ein bestimmtes Bauteil zu verstehen. Insbesondere bedeutet dies nicht, dass eine bestimmte Anzahl an derartigen Bauteilen vorhanden ist. Auch impliziert dies insbesondere nicht, dass zum Beispiel die dritte Schalteinheit vorhanden ist, sofern die fünfte Schalteinheit vorhanden ist.
Die im Zusammenhang mit der Ladesäule beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht eine Ladesäule und zwei Elektrofahrzeuge,
2 ein Verfahren zum Betrieb der Ladesäule, und
3-11 jeweils unterschiedliche Einstellungen der Ladesäule.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht eine Ladesäule 2 dargestellt, die ein Gehäuse 4 aufweist. In eine Wand des Gehäuses 4 ist ein Wechselstromanschluss 6 eingebracht, der im Montagezustand mit einem Stromnetz 8 elektrisch kontaktiert ist. Mit anderen Worten dient der Wechselstromanschlusses 6 dem Anschluss an das Stromnetz 8. Das Stromnetz 8 ist dreiphasig ausgestaltet und führt einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer elektrischen Wechselspannung von 400 V. Mit dem Wechselstromanschlusses 6 ist eine sechste Schalteinheit 10 der Ladesäule 2 elektrisch kontaktiert, die innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet ist. Die sechste Schalteinheit 10 dient dem Schalten der mittels des Wechselstromanschlusses 6 bereitgestellten dreiphasigen elektrischen Wechselspannung, und die sechste Schalteinheit 10 weist hierfür drei Relais 12 auf, von denen jedes jeweils einer der Phasen zugeordnet ist. Somit ist es möglich, mittels Betätigung eines der Relais 12 die jeweils zugeordnete elektrische Phase zu unterbrechen. Bei Betrieb werden sämtliche Relais 12 der sechsten Schalteinheit 10 stets gleichzeitig betätigt, sodass bei geöffneter sechster Schalteinheit 10 die weiteren Bestandteile der Ladesäule 2 spannungsfrei sind.
Mittels der sechsten Schalteinheit 10 sind zwei zueinander baugleiche Gleichrichter 14 elektrisch kontaktiert, die unterschiedlichen Ladesträngen 16 zugeordnet sind. Somit sind beide Gleichrichter 14 über die gemeinsame sechste Schalteinheit 10 gegen den Wechselstromanschluss 6 geführt. Die beiden Gleichrichter 14 weisen eine nicht näher dargestellte Brückenschaltung auf und sind auf deren jeweiliger Wechselstromseite elektrisch direkt miteinander kontaktiert. Auch sind die Gleichrichter 14, die als AC/DC-Wandler ausgestaltet sind, derart ausgestaltet, dass deren jeweilige Gleichstromseite galvanisch von deren jeweiliger Wechselstromseite getrennt ist, die gegen den Wechselstromanschluss 6 über die sechste Schalteinheit 10 geführt ist.
Die beiden zueinander baugleichen Ladestränge 16 weisen jeweils einen Gleichspannungswandler 18 auf, der als DC/DC-Wandler ausgebildet ist. Die Gleichspannungswandler 18 sind hierbei nicht zur galvanischen Trennung vorgesehen und weisen daher vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten auf. Auch ist jeder Gleichspannungswandler 18 über eine jeweilige vierte Schalteinheit 20 mit dem jeweiligen Gleichrichter 14 elektrisch verbunden. Zudem ist jeder Gleichspannungswandler 18 über eine fünfte Schalteinheit 22 des jeweiligen Ladestrangs 16 mit einem Ladeanschluss 24 des jeweiligen Ladestrangs 16 verbunden, der in eine Wand des Gehäuses 4 der Ladesäule 2 eingebracht sind. Somit ist zwischen jeden Gleichrichter 14 und den Ladeanschluss 24 des gleichen Ladestrangs 16 die jeweilige vierte Schalteinheit 20, der Gleichspannungswandler 18 sowie die fünfte Schalteinheit 22 geschaltet, die Bestandteile eines Gleichspannungszwischenkreises 26 des jeweiligen Ladestrangs 16 sind. Jeder Gleichspannungszwischenkreis 26 weist zwei unterschiedliche elektrische Pole/Potentiale auf, zwischen denen bei Betrieb eine elektrische Spannung zwischen 400 V und 800 V anliegt, und der über den jeweiligen Gleichrichter 14 aus dem Stromnetz 8 gespeist wird.
Die elektrische Reihenschaltung aus der vierten Schalteinheit 20 sowie dem Gleichspannungswandler 18 jedes Ladestrangs 16 ist jeweils mittels einer dritten Schalteinheit 28 des jeweiligen Gleichspannungszwischenkreises 26 überbrückt. Somit ist jeder Ladeanschluss 24 über die jeweilige dritte Schalteinheit 28 gegen den jeweilige Gleichrichter 14 elektrisch geführt. Ferner ist mit jedem Gleichspannungszwischenkreis 26 zwischen dem jeweiligen Gleichspannungswandler 18 und dem jeweiligen vierten Schalteinheit 20 über eine zweite Schalteinheit 30 ein Energiespeicher 32 elektrisch verbunden, der mehrere Batterien 34 umfasst, von denen lediglich zwei elektrisch in Reihe geschaltete dargestellt sind. Somit ist jede zweite Schalteinheit 30 über die jeweilige vierte Schalteinheit 20 gegen den jeweiligen Gleichrichter 14 geführt. Die Energiespeicher 32 sind als Hochvoltbatterie ausgestaltet, mittels derer eine elektrische Gleichspannung von 600 V bereitgestellt wird. Zusammenfassend weist jeder Ladestrang 16 den jeweils zugeordneten Energiespeicher 32 aufweist, der über die jeweilige zweite Schalteinheit 30 mit dem jeweiligen Gleichspannungszwischenkreis 26 elektrisch verbunden ist. Auch umfasst jeder Gleichspannungszwischenkreis 26 den jeweiligen Gleichspannungswandler 18, der elektrisch zwischen die jeweilige zweite Schalteinheit 30 und den jeweiligen Ladeanschluss 24 geschaltet ist.
Mit Ausnahme eines Verbindungsstrangs 36 sind die beiden Ladestränge 16 und somit auch die beiden Ladeanschlüsse 24 voneinander elektrisch getrennt. Der Verbindungsstrang 36 weist eine erste Schalteinheit 38 auf, und mittels des Verbindungsstrangs 36 sind die beiden Gleichrichter 14 elektrisch direkt verbunden. Dabei ist jeder Gleichspannungswandler 18 über die jeweilige dritte Schalteinheit 28 des jeweiligen Gleichspannungszwischenkreises 16 gegen den Verbindungsstrang 36 geführt. Auch sind die beiden Ladeanschlüsse 24 mittels der jeweiligen fünften Schalteinheit 22 sowie der jeweiligen dritten Schalteinheit 28 über den Verbindungsstrang 36 elektrisch verbunden. Hierbei sind die fünften Schalteinheiten 22 derart angeordnet, dass eine elektrische Verbindung des jeweiligen Ladeanschlusses 24 mit dem Verbindungsstrang 36 sowie sämtlichen weiteren Bestandteilen des jeweiligen Ladestrangs 16 nur über die fünfte Schalteinheit 22 erfolgt. Somit ist jede fünfte Schalteinheit 22 dem jeweiligen Ladeanschluss 24 zugeordnet.
Die Ladesäule 2 weist zudem eine Steuereinheit 40 auf, die innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet ist, und mittels derer eine Betätigung der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Schalteinheit 38, 30, 28, 20, 22, 10 in Abhängigkeit von aktuellen Anforderungen erfolgt. Die Steuereinheiten 40 ist hierbei als anwendungsspezifischer Schaltkreis ausgebildet oder zumindest teilweise mittels eines programmierbaren Prozessors gebildet. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schalteinheit 38, 30, 28, 20, 22 sind zueinander baugleich ausgestaltet und weisen jeweils zwei Relais 12 auf, die stets gleichzeitig betätigt werden. Da mittels dieser Schalteinheit 20, 22, 28, 30, 38 eine Gleichspannung geschaltet wird, ist jedes der Relais 12 einem unterschiedlichen elektrischen Potential des Gleichspannungszwischenkreises 26 zu geordnet. Bei Öffnen der jeweiligen Schalteinheit 20, 22, 28, 30, 38 werden dabei beide elektrischen Potentiale gleichzeitig aufgetrennt, wobei eine galvanische Trennung erfolgt. Zusammenfassend umfasst jeder der Schalteinheiten 10, 20, 22, 28, 30, 28 eines der Relais 12 und ist entweder jeweils mittels zweien oder dreien der Relais 12 gebildet.
Mittels der Ladesäule 2 ist es möglich, einen Stromspeicher 42 eines oder zweier Elektrofahrzeuge 44 gleichzeitig zu laden. Zumindest eines der Elektrofahrzeuge 44 ist hierbei insbesondere ein Personenkraftwagen und weist mehrere Räder 46 auf, von denen zumindest einige mittels eines Elektromotors 48 angetrieben sind. Der Elektromotor 48 wird hierbei mittels der jeweiligen Stromspeichers 42 über einen nicht näher dargestellten Umrichter gespeist. Jedes der Elektrofahrzeuge 44 weist ferner einen Ladeeingang 50 auf, der elektrisch mit dem jeweiligen Stromspeicher 42 verbunden ist. Der Ladeeingang 50 kann hierbei mittels eines zugeordneten Kabels 52, das mehrere einzelne Adern aufweist, mit jeweils einem der Ladeanschlüsse 24 der Ladesäule 2 elektrisch verbunden werden, sodass ein Laden des Stromspeichers 52 mittels der Ladesäule 2 erfolgen kann.
In 2 ist ein Verfahren 54 zum Betrieb der Ladesäule 2 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 56 wird eine Leistungsanforderung an den beiden Ladeanschlüssen 24 erfasst.
Hierfür wird überprüft, ob an den jeweiligen Ladeanschluss 24 eines der Elektrofahrzeuge 44 elektrisch angeschlossen ist. Sofern dies der Fall ist, besteht an dem jeweiligen Ladeanschluss 24 eine Leistungsanforderung. Es wird zusätzlich überprüft, ob das jeweilige Elektrofahrzeug 44 in einer vergleichsweise kurzen Zeit geladen werden soll, also ob ein Schnellladen durchgeführt werden soll. In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 58 wird die erste Schalteinheit 38 in Abhängigkeit der Leistungsanforderungen betätigt. In Abhängigkeit hiervon werden ferner die zweite, dritte, vierte und fünfte Schalteinheiten 30, 28, 20, 22 betätigt. Die Betätigung der Schalteinheiten 10, 20, 22, 28, 30, 38 erfolgt mittels der Steuereinheit 40, mittels derer auch zumindest teilweise das Verfahren 54 durchgeführt wird.
Bei der 3 dargestellten Situation sollen beiden Elektrofahrzeuge 44 geladen werden, wobei keine besondere erhöhte Leistungsanforderung vorliegt. Diese Einstellung der Ladesäule 2 wird somit im Normalfall gewählt, und die Schalteinheiten 10, 20, 22, 28, 30, 38 werden mittels der Steuereinheit 40 entsprechend eingestellt. Bei dieser Einstellung sind die erste Schalteinheit 38 und die dritten Schalteinheiten 28 geöffnet. Die zweiten Schalteinheiten 30 sowie die vierten Schalteinheiten 20 als auch die sechste Schalteinheit 10 ist geschlossen. Infolgedessen wird jeder Ladeanschluss 24 über den jeweiligen Gleichspannungswandler 18 gespeist. Der Gleichspannungswandler 18 wiederum wird mittels des Gleichrichters 14 aus dem Stromnetz 8 gespeist, wobei beispielsweise mittels des Gleichrichters 14 eine elektrische Leistung von 20 kW bereitgestellt wird. Zudem erfolgt eine Energieentnahme aus den jeweiligen Energiespeicher 32, mittels derer in einer Ausführungsform 80 kW bereitgestellt werden. Somit steht an jedem Ladeanschluss 24 100 kW zum Laden des jeweils zugeordneten Stromspeichers 42 zur Verfügung. Hierbei wird mittels der jeweiligen Gleichspannungswandler 18 die mittels des Gleichrichters 14 und des Energiespeichers 32 bereitgestellte elektrische Spannung erhöht, sodass kein übermäßiger elektrischer Stromfluss über den Ladeanschluss 24 erfolgt. Aufgrund der geöffneten ersten Schalteinheit 38 sind die beiden Ladesträngen 16 und daher auch die beiden Ladeanschlüsse 24 zueinander galvanisch getrennt. Nach Abschluss der Ladevorgänge sind die Energiespeicher 32 zumindest teilweise gelehrt.
In 4 ist eine Einstellung zum Laden der Energiespeicher 32 dargestellt. Hierbei sind die sechste Schalteinheit 10, die vierten Schalteinheiten 20 und die zweiten Schalteinheit 30 geschlossen. Die erste Schalteinheit 38, die dritten Schalteinheiten 28 sowie die fünften Schalteinheiten 22 hingegen sind geöffnet. Somit liegt an den Ladeanschlüssen 24 keine elektrische Spannung an, weswegen eine Sicherheit erhöht ist. Die Energiespeicher 32 werden direkt von dem jeweiligen Gleichrichter 14 geladen, wobei zwischen diesen eine niederohmige Verbindung hergestellt ist. Somit sind elektrische Verluste reduziert.
In 5 ist eine Alternative zum Laden der Energiespeicher 32 gezeigt, die beispielsweise verwendet wird, falls die Energiespeicher 32 vergleichsweise schnell geladen werden sollen, oder die verwendet wird, um einen Ladezustand der Energiespeicher 32 weiter zu erhöhen. Im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform sind die vierten Schalteinheiten 20 geöffnet, jedoch die dritten Schalteinheit 28 geschlossen. Somit erfolgt ein Laden der Energiespeicher 32 über die jeweiligen Gleichspannungswandler 18. Mittels dieser wird die von dem jeweiligen Gleichrichter 14 bereitgestellte elektrische Gleichspannung erhöht, sodass entweder ein Ladevorgang beschleunigt wird, oder eine zu dem jeweiligen Energiespeicher 32 übermittelten Energiemenge erhöht wird. In einer Alternative wird mittels zumindest eines der Gleichspannungswandler 18 die bereitgestellte elektrische Spannung erniedrigt, sodass ein vergleichsweise schonendes Laden des jeweiligen Energiespeicher 32 erfolgt. Auch ist wieder die erste Schalteinheit 38 geöffnet, weswegen auch weiterhin die beiden Ladungsstränge 16 zueinander galvanisch getrennt sind. Ferner sind die beiden Ladeanschlüsse 24 spannungsfrei.
In 6 ist eine alternative Variante zum Laden der Elektrofahrzeuge 44 dargestellt, die beispielsweise dann gewählt wird, wenn eine Überlastung des Stromnetz 8 vorliegt. Bei dieser ist die sechste Schalteinheit 10 geöffnet, sodass die beiden Gleichrichter 14 nicht mehr von dem Stromnetz 8 gespeist werden. Die zweiten Schalteinheiten 30 und die fünften Schalteinheiten 22 hingegen sind geschlossen, sodass die an den Ladeanschlüssen 24 bereitgestellte elektrische Energie mittels der Energiespeicher 32 geliefert wird, wobei die jeweilige elektrische Spannung mittels der Gleichspannungswandler 18 verändert wird. Dahingegen sind die vierten Schalteinheiten 20, die erste Schalteinheit 38 sowie die dritten Schalteinheiten 28 geöffnet, sodass eine Rückwirkung auf die Gleichrichter 14 vermieden ist, die zu einer Wirkungsgradeinbuße führen könnte. Auch hier sind die beiden Ladesträngen 16 und daher die beiden Ladeanschlüsse 24 zueinander galvanisch getrennt.
In 7 ist ein weiterer Betriebsmodus der Ladesäule 2 dargestellt. Hierbei liegt an einem der Ladeanschlüsse 24 eine erhöhte Leistungsanforderung vor, wohingegen bei dem verbleibenden Ladeanschluss 24 eine vergleichsweise geringe Leistungsanforderung vorliegt. Die sechste Schalteinheit 10 ist wiederum geschlossen, sodass beide Gleichrichter 14 aus dem Stromnetz 8 gespeist werden. Auch sind wiederum die beiden fünften Schalteinheiten 22 geschlossen. Zudem sind die beiden vierten Schalteinheiten 20 geöffnet und die beiden zweiten Schalteinheiten 30 geschlossen, sodass auch eine Energieentnahme aus den Energiespeicher 32 möglich ist. In Abweichung zu den vorhergehend dargestellten Einstellungen der Ladesäule 2 ist die erste Schalteinheit 38 geschlossen, und eine der dritten Schalteinheiten 28 ist geschlossen, wohingegen die verbleibende dritte Schalteinheit 28 geöffnet ist. Somit sind auch weiterhin die beiden Ladeanschlüsse 24 zueinander galvanisch getrennt, wobei der eine der Ladeanschlüsse 24, nämlich der, bei dem die geringe Leistungsanforderung vorliegt, lediglich mittels des Energiespeichers 32 des gleichen Ladestrangs 16 über den jeweiligen Gleichspannungswandler 18 gespeist wird. Der verbleibende Ladeanschluss 24 hingegen wird von dem Gleichrichter 14 und dem Energiespeicher 32 des gleichen Ladestrangs 16 gespeist. Ferner erfolgt auch eine Speisung mittels des Gleichrichters 14 des anderen Ladestrangs 14 über den Verbindungsstrang 36.
8 ist eine Abwandlung des vorherigen Betriebsmodus dargestellt. Hierbei ist im Vergleich zur vorhergehenden Einstellung die zweite Schalteinheit 30 des Ladestrangs 16 geöffnet, dessen dritte Schalteinheit 28 geschlossen ist. Eine andere Änderung der Schaltzustände der Schalteinheiten 10, 20, 22, 28, 30, 38 liegt hingegen nicht vor. Somit wird das eine der Elektrofahrzeuge 44 auch weiterhin lediglich mittels des einen der Energiespeicher 32 gespeist. Das verbleibende Elektrofahrzeug 44 wird mittels der beiden Gleichrichter 14 gespeist. Auch wird das an dem Ladeanschluss 24 des Ladestrangs 16 angeschlossene Elektrofahrzeug 44, das mittels beider Gleichrichter 14 gespeist wird, nicht mittels des dem gleichen Ladestrang 16 zugeordneten Energiespeicher 32 gespeist. Es sind auch weiterhin die beiden Ladeanschlüsse 24 zueinander galvanisch getrennt. Diese Einstellung wird beispielsweise dann verwendet, wenn einer der Energiespeicher 32 einen vergleichsweise niedrigen Ladezustand aufweist.
In 9 ist eine Abwandlung dieses Betriebsmodus dargestellt, der ebenfalls dann verwendet wird, wenn der eine Energiespeicher 32 einen vergleichsweise niedrigen Ladezustand aufweist. Hierbei wird der eine Ladestrang 16 entsprechend der in 3 dargestellten Weise betrieben, sodass das diesem Ladestrang 16 zugeordnete Elektrofahrzeug 44 sowohl mittels des Gleichrichters 14 als auch mittels des Energiespeicher 32 des gleichen Ladestrangs 16 gespeist wird. Hierfür ist die diesem Ladestrang 16 zugeordnete zweite Schalteinheit 30 und die vierte Schalteinheit 20 geschlossen, wohingegen die dritte Schalteinheit 28 geöffnet ist. Bei dem anderen Ladestrang 16 sind die vierte Schalteinheit 20 sowie die zweite Schalteinheit 30 geöffnet und die dritte Schalteinheit 28 geschlossen. Somit wird das diesem Ladestrang 16 zugeordnet Elektrofahrzeug 44 lediglich über dem diesem Ladestrang 16 zugeordneten Gleichrichter 14 geladen. Das erste Schaltelement 38 ist geöffnet, weswegen auch weiterhin die beiden Ladeanschlüsse 24 zueinander galvanisch getrennt sind. In einer nicht näher gezeigten Alternative wird diese Konfiguration, also die geöffnete vierte Schalteinheit 20, die geöffnete zweite Schalteinheit 30 und die geschlossene dritte Schalteinheit 28, stets verwendet, um das jeweilige Elektrofahrzeug 44 zu laden, wobei die erste Schaltelement 38 geöffnet ist. Somit ist es möglich, die beiden Ladestränge 16 unabhängig zum Laden von zwei Elektrofahrzeugen 44 zu verwenden, wobei elektrische Verluste reduziert sind.
In 10 ist eine weitere Abwandlung des in 9 dargestellten Betriebsmodus dargestellt. Im Vergleich hierzu ist die vormals geschlossene vierte Schalteinheit 20 geöffnet, und die diesem Ladestrang 16 zugeordnete dritte Schalteinheit 28 geschlossen. Somit wird auch weiterhin das eine der Elektrofahrzeuge 44 lediglich mittels des einen Gleichrichters 14 gespeist, wohingegen das andere Elektrofahrzeug 44 mittels des anderen Gleichrichters 14 sowie dem gleichen Ladestrang 16 zugeordneten Energiespeicher 32 geladen wird. Hierbei wird mittels des Gleichspannungswandler 18 die mittels des Energiespeichers 32 bereitgestellte elektrische Spannung geeignet gewandelt, und es ist ausgeschlossen, dass der Energiespeicher 32 zu diesem Zeitpunkt mittels des Gleichrichters 14 geladen wird.
In 11 ist ein Betriebsmodus dargestellt, bei dem mittels der Ladesäule 2 lediglich ein einziges Elektrofahrzeug 44 geladen wird, wenn also lediglich in einem der Ladeanschlüsse 24 eine Leistungsanforderung anliegt, wobei diese vergleichsweise groß ist. Falls die Leistungsanforderung dahingegen nicht übermäßig ist, wird die in 3 dargestellte Einstellung für den zum Laden des Stromspeichers 42 herangezogenen Ladestrang 16 gewählt. Bei dem verbleibenden Ladestrang 16 erfolgt beispielsweise ein Laden des zugeordneten Energiespeichers, oder der Ladestrang 16 ist vollständig stillgesetzt. Zudem ist in diesem Fall die erste Schalteinheit 38 geöffnet
Bei der in 11 dargestellten Variante ist die dem nicht genutzten Ladeanschluss 24 zugeordnete fünfte Schalteinheit 22 geöffnet. Ferner sind die beiden vierten Schalteinheiten 20 geöffnet. Ansonsten sind die erste Schalteinheit 38 sowie die zweiten Schalteinheiten 30 und die dritten Schalteinheiten 28 geschlossen, ebenso wie die sechste Schalteinheit 10. Somit wird der zum Laden herangezogene Ladeanschluss 24 mittels der beiden Gleichrichter 14 direkt gespeist. Auch wird dieser Ladeanschluss 24 mittels beider Energiespeicher 32 über den jeweils zugeordneten Gleichspannungswandler 18 gespeist, sodass eine vergleichsweise große Energiemenge an dem Ladeanschluss 24 zum Laden des Stromspeichers 42 bereitsteht, weswegen ein Ladevorgang maximal verkürzt ist.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Ladesäule
4: Gehäuse
6: Wechselstromanschluss
8: Stromnetz
10: sechste Schalteinheit
12: Relais
14: Gleichrichter
16: Ladestrang
18: Gleichspannungswandler
20: vierte Schalteinheit
22: fünfte Schalteinheit
24: Ladeanschluss
26: Gleichspannungszwischenkreis
28: dritte Schalteinheit
30: zweite Schalteinheit
32: Energiespeicher
34: Batterie
36: Verbindungsstrang
38: erste Schalteinheit
40: Steuereinheit
42: Stromspeicher
44: Elektrofahrzeug
46: Rad
48: Elektromotor
50: Ladeeingang
52: Kabel
54: Verfahren
56: erster Arbeitsschritt
58: zweiter Arbeitsschritt

Claims

Ladesäule (2) zum Laden eines Stromspeichers (42) eines Elektrofahrzeugs (44), mit zwei Ladesträngen (16), die jeweils einen Gleichrichter (14) und einen Ladeanschluss (24) aufweisen, zwischen denen jeweils ein Gleichspannungszwischenkreis (26) gebildet ist, wobei die beiden Gleichrichter (14) elektrisch gegen einen gemeinsamen Wechselstromanschluss (6) zum Anschluss an ein Stromnetz (8) geführt sind, und wobei die beiden Ladeanschlüsse (24) mittels eines eine erste Schalteinheit (38) aufweisenden Verbindungsstrangs (36) elektrisch verbunden sind.
Ladesäule (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ladestrang (16) einen Energiespeicher (32) aufweist, der über eine zweite Schalteinheit (30) mit dem jeweiligen Gleichspannungszwischenkreis (26) elektrisch verbunden ist.
Ladesäule (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleichspannungszwischenkreis (26) einen Gleichspannungswandler (18) aufweist, der elektrisch zwischen die jeweilige zweite Schalteinheit (30) und den jeweiligen Ladeanschluss (25) geschaltet ist.
Ladesäule (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleichspannungswandler (18) über eine dritte Schalteinheit (28) des jeweiligen Gleichspannungszwischenkreises (26) gegen den Verbindungsstrang (36) geführt ist.
Ladesäule (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ladeanschluss (24) über die jeweilige dritte Schalteinheit (28) gegen den jeweiligen Gleichrichter (14) elektrisch geführt ist.
Ladesäule (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede zweite Schalteinheit (30) über eine vierte Schalteinheit (20) gegen den jeweiligen Gleichrichter (14) geführt ist.
Ladesäule (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Ladeanschluss (24) eine fünfte Schalteinheit (22) zugeordnet ist, über die eine elektrische Verbindung mit sämtlichen weiteren Bestandteilen des jeweiligen Ladestrangs (16) und des Verbindungsstrangs (36) erfolgt.
Ladesäule (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gleichrichter (14) über eine gemeinsame sechste Schalteinheit (10) gegen den Wechselstromanschluss (6) geführt sind.
Ladesäule (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schalteinheit (10, 20, 22, 28, 30, 38) ein Relais (12) umfasst.
Verfahren (54) zum Betrieb einer Ladesäule (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Schalteinheit (58) in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung an einem der Ladeanschlüsse (24) betätigt wird.