DE102021108233A1

DE102021108233A1 - Ladestation, System und Verfahren

Info

Publication number: DE102021108233A1
Application number: DE102021108233.1A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Weidinger; Andreas Wimmer
Original assignee: Keba Energy Automation GmbH
Current assignee: Keba Energy Automation GmbH
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-06
Also published as: WO2022207258A1; EP4196364A1

Abstract

Es wird eine Ladestation (1) zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeuges (100) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen. Die Ladestation umfasst einen zwischen einer Anzahl von Phasen (L1, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher (110) koppelbaren Ausgangsleitern (A1, A2, A3) der Ladestation (1) geschalteten Umrichter (10) mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen und eine Steuereinheit (20), welche dazu eingerichtet ist, die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters (10) derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen (L1, L2, L3) Ströme (11, 12, 13) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einer solchen Ladestation sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladestation.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 B1 der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit wenigstens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotechnischen Komponenten umschließenden Gehäuse.
Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-strom (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromladeverfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC Wandler in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang.
In Ländern mit mehrphasigen Energieversorgungsnetzen, wie Osterreich oder Deutschland, gibt es Vorgaben der Netzbetreiber und/oder gesetzliche Vorschriften bezüglich der Einhaltung einer Netzsymmetrie an Teilnehmernetzanschlüssen. Eine Asymmetrie, die auch als Schieflast bezeichnet werden kann, entsteht, wenn eine Phase eines mehrphasigen Stromnetzes stärker belastet wird (durch Stromentnahme oder durch Stromeinspeisung) als die übrigen Phasen. Beispielsweise gibt es in der VDE-AR-N 4100 Vorgaben, die die maximale Schieflast auf eine Leistung von 4,6 kW begrenzen. Verbraucher oder Erzeuger, die eine höhere Leistung als 4,6 kW aufweisen, sind mehrphasig in dem Teilnehmernetz anzuschließen, so dass die Leistung gleichmäßig auf die Phasen verteilt und eine Schieflast damit vermieden wird.
Herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664 244 A1 , EP 3 729 593 A1 , DE 11 2013 007 137 T5 , EP 2 465 176 B1 , DE 10 2016 212 135 A1 , DE 10 2017 100 138 A1 , WO 2020/167132 A1 und DE 10 2009 060 364 A1 bekannt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 23, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 24 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen. Die Ladestation umfasst:

einen zwischen einer Anzahl von Phasen (auch bezeichnet mit L1, L2, L3) des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher koppelbaren Ausgangsleitern der Ladestation geschalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, und
eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen L1, L2, L3 Ströme mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.

Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem eine Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und eine mit zumindest einer der Komponenten verbundene Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers für den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges angeordnet sind.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges geeignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschlussbuchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen Schütz, Allstromsensitiver-Schutzschalter, Gleich-, Über- und Fehlerstrom-Überwachungsvorrichtung, Relais, Anschlussklemme, elektronische Schaltkreise und eine Steuervorrichtung, beispielsweise umfassend eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind.
Der Umrichter kann insbesondere als AC/DC-Wandler bezeichnet werden. Der AC/DC-Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung eingerichtet. Die Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise L1, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).
Es sei angemerkt, dass das „Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers“ sowohl ein Zuführen von elektrischer Energie als auch ein Entnehmen von elektrischer Energie umfasst. Das heißt, dass der Energiespeicher als Verbraucher oder als Erzeuger in dem Teilnehmernetz wirken kann.
Dadurch, dass die vorliegende Ladestation auf den Phasen L1, L2, L3 Ströme mit unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit unterschiedlichen Effektivwerten, bereitstellen kann, ist sie zum Schieflastausgleich geeignet. Die Steuereinheit kann durch ihre Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente des Umrichters die Phasen L1, L2, L3 unterschiedlich belasten und damit eine Schieflast ausgleichen.
Insbesondere wird durch die Steuereinheit und ihre Ansteuerung der steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters ermöglicht, die Wirk-Leistungsverteilung auf die drei Phasen L1, L2, L3 sowohl im Ladebetrieb der Ladestation als auch im Entladebetrieb der Ladestation einzustellen, wodurch ein Schieflastausgleich auf den Phasen L1, L2, L3 ermöglicht wird. Der Ladebetrieb zeichnet sich dabei dadurch aus, dass eine Summen-Wirkleistung von der Ladestation zum Energiespeicher des Elektrofahrzeuges fließt. Beim Entladebetrieb hingegen fließt eine Summen-Wirkleistung aus dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges zu der Ladestation. Für den Fall, dass kein Elektrofahrzeug und damit kein Energiespeicher an der Ladestation angeschlossen ist, kann die Leistungsverteilung durch die vorliegende Ladestation so geregelt werden, dass die Summen-Wirkleistung Null ist. Dazu wird auf einem Teil der Phasen L1, L2, L3 Leistung eingespeist, wohingegen auf einem anderen Teil der Phasen L1, L2, L3 die gleiche Leistung entnommen wird.
Der vorliegende Schieflastausgleich kann auch für kapazitive oder induktive Blindleistungen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Ladestation im Rahmen ihrer Bemessungsleistung zur aktiven Blindleistungskompensation oder alternativ zur gewollten Blindleistungseinspeisung eingesetzt werden, auch Phasenschieber-Betrieb genannt, welcher zum Beispiel zur Spannungsanhebung oder Spannungsabsenkung des Teilnehmernetzes eingesetzt werden kann. Bei reiner Blindleistungseinspeisung sind die Verläufe der Phasenleistungen auf den Phasen L1, L2, L3 so verschoben, dass ihr Mittelwert Null ist. Der in das Energieversorgungsnetz eingeprägte Blindleistungs-Anteil kann vollständig mittels der Zwischenkreiskondensatoren zur Verfügung gestellt werden. Es muss demnach kein Elektrofahrzeug angeschlossen sein, auch dann nicht, wenn, wie zum Beispiel bei der Blindleistungskompensation, die Summe der Blindleistungen auf den Netzphasen L1, L2, L3 ungleich Null ist. Auf allen Netzphasen L1, L2, L3 ist auch ein Mischbetrieb aus Wirkleistung und Blindleistung möglich, im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation mit beliebig eingestellter Verteilung.
Insbesondere kann die vorliegende Ladestation auch zum Ausgleich von Strom-Oberschwingungen am Netzanschlusspunkt eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden in die Netzphasen L1, L2, L3 durch die Ladestation nicht-sinusförmige Ströme, beispielsweise oberschwingungsbehaftete Netzströme, eingeprägt, welche die am Netzanschlusspunkt gemessenen Oberschwingungsströme kompensieren können. Eine solche Blindleistung zur Verzerrung kann ebenfalls mittels der Zwischenkreiskondensatoren zur Verfügung gestellt werden, so dass auch für die Oberschwingungskompensation kein Elektrofahrzeug an der Ladestation angeschlossen sein muss.
Die an dem Netzanschlusspunkt von der Ladestation bereitgestellten Funktionalitäten zur Wirkleistungseinspeisung, zum Schieflastausgleich, zur Gleichstrom-Kompensation, zum Phasenschieber-Betrieb, zur Blindleistungskompensation und zur Oberschwingungskompensation können als Netz-Dienstleistungen dazu dienen, die Qualität und die Versorgungssicherheit des Teilnehmernetzes, beispielsweise eines örtlichen Stromversorgungsnetzes, zu verbessern. Sie können ebenfalls dazu dienen, die Energieverteilungsverluste oder alternativ die Energieverteilungskosten zu senken.
Wie oben bereits ausgeführt, setzen diese Funktionalitäten vorteilhafterweise allesamt nicht voraus, dass ein Elektrofahrzeug an die Ladestation angeschlossen ist oder geladen wird. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, wenn kein Elektrofahrzeug geladen wird, weil dann die volle Bemessungsleistung in der Ladestation für die Netzdienstleistung zur Verfügung steht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind. Ferner umfasst die Ladestation vorzugsweise eine den Zwischenkreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes verbindende Schaltung, welche dazu eingerichtet ist, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme auf den Phasen L1, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes fließenden Reststrom zu führen.
Die Schaltung ist insbesondere dazu eingerichtet, zum Schieflastausgleich den sich infolge der Ströme auf den Phasen L1, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes fließenden Reststrom bei einer starren Netzspannung des mehrphasigen Netzes zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, beim Laden des Energiespeichers und/oder beim Entladen des Energiespeichers den sich infolge der Ströme auf den Phasen L1, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter drei zwischen einem positiven Ausgangsleiter und einem negativen Ausgangsleiter der Ladestation geschaltete Halbbrücken auf. Dabei ist eine erste Halbbrücke einer ersten Phase L1 des mehrphasigen Netzes zugeordnet, eine zweite Halbbrücke ist einer zweiten Phase L2 des mehrphasigen Netzes zugeordnet und eine dritte Halbbrücke ist einer dritten Phase L3 des mehrphasigen Netzes zugeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter eine Symmetrierung-Vorrichtung zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises des Umrichters auf.
Die Symmetrierung-Vorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet wie in der Patentanmeldung DE 10 2020 122 458.3 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich mit einbezogen wird. Die Symmetrierung-Vorrichtung weist eine zwischen dem positiven Ausgangsleiter und dem negativen Ausgangsleiter der Ladestation geschaltete Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltelementen auf. Zwischen dem Mittelabgriff der Halbbrücke und dem Neutral-Ausgangsleiter ist eine Glättungsdrossel geschaltet. Die Glättungsdrossel bildet insbesondere eine Spulenseite eines Trenntransformators zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzteils. Außerdem ist vorzugsweise ein PWM-Schaltgenerator vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, die beiden Halbleiterschaltelemente in einem veränderlichen Tastgrad derart zu schalten, dass ein gewünschtes Zwischenpotential, insbesondere ein symmetrisches Zwischenpotential, an dem Neutral-Ausgangsleiter einstellbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Zwischenkreis nachgeschalteten DC/DC-Wandler zum Ausgeben einer hochgesetzten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters und des negativen Ausgangsleiters oder mittels des positiven Ausgangsleiters, des negativen Ausgangsleiters und des Neutral-Ausgangsleiter an den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltung eine den Zwischenkreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes verbindende Leitung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein ansteuerbarer Schalter in der den Zwischenkreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes verbindenden Leitung vorgesehen.
Der Schalter ist insbesondere ein Halbleiterschalter oder ein mechanischer Schalter. Die Ansteuerung des Schalters erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines Betriebszustands, insbesondere eines gewünschten Betriebszustands, der Ladestation.
Bei dieser Ausführungsform wird der Schalter zur Ausführung des Schieflastausgleiches geschlossen, weil die Stromsumme in den Phasen L1, L2, L3 ungleich Null ist und der Neutralleiter N den Differenzstrom führt. Vorliegend wird unter Schließen des Schalters beispielsweise auch ein periodisches Schließen und Offnen verstanden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine EMV-Filtereinrichtung und eine der EMV-Filtereinrichtung nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung, welche zwischen drei netzseitigen Anschlussklemmen für die drei Phasen L1, L2, L3 des mehrphasigen Netzes und den drei Halbbrücken gekoppelt sind.
Die LCL-Filtereinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest drei Drosseln und drei Kondensatoren. Die drei Kondensatoren sind über eine Leitung mit dem Zwischenkreismittelpunkt gekoppelt. Alternativ kann auch eine Vierschenkeldrossel oder eine Fünfschenkeldrossel verwendet werden, wobei sich drei Wicklungen auf einem gemeinsamen Eisenkern befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltung eine dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes zugeordnete vierte Halbbrücke auf. Die vierte Halbbrücke ist dazu eingerichtet, den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes über einen der Ausgangsleiter mit dem Neutralleiter N zu koppeln.
Diese Ausführungsform mit der vierten Halbbrücke hat den vorteilhaften Effekt, dass auch eine Kompensation unerwünschter Gleichstrom-Anteile in den Strömen auf den Phasen L1, L2, L3 durchgeführt werden kann. Hierbei bietet diese Ausführungsform mit der vierten Halbbrücke für die Lieferung eines Gleichstrom-Anteils im Neutralleiterstrom Vorteile, insbesondere weil die für den geregelten Betrieb minimal erforderlichen Zwischenkreisspannungen kleiner als bei einer Topologie ohne vierte Halbbrücke gewählt werden können.
Die jeweilige Halbbrücke ist insbesondere eine 2-Punkt-Halbbrücke oder eine 3-Punkt-Halbbrücke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke, die dritte Halbbrücke und die vierte Halbbrücke parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter und dem negativen Ausgangsleiter der Ladestation geschaltet.
Sind die Halbbrücken als 3-Punkt-Halbbrücken ausgebildet, so sind diese parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter, dem negativen Ausgangsleiter und dem Neutral-Ausgangsleiter der Ladestation geschaltet.
Mittels der Ausgangsleiter umfassend den positiven Ausgangsleiter, den negativen Ausgangsleiter und den Neutral-Ausgangsleiter kann der Ladestrom zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein fest verbundenes Ladekabel mit einem Anschlussstecker für das Elektrofahrzeug, wobei das Ladekabel eine Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen des Ladekabels in der Ladestation besitzt, wobei die mit den Ausgangsleitern verbundenen Kopplungspunkte des Anschlusssteckers mit einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.
Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mit der Ladestation und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet. Das Ladekabel hat insbesondere die Leitungen für den positiven Ausgangsleiter, den negativen Ausgangsleiter und den Schutzleiter (PE), zusätzlich auch den Leiter Pilotkontakt/Control Pilot (CP) und den Leiter Proximity-Schalter/Proximity Pilot (PP) für Signal-, Senor- oder Datenübertragungen.
Der Anschlussstecker kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal-, Sensor- oder Daten-übertragungs-Leiter zu verbinden. Der Anschlussstecker kann derart ausgestaltet sein, dass dieser mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbesondere kann der Anschlussstecker DC-Low kompatibel sein, wobei der Anschlussstecker-Kopplungspunkt L2 mit dem negativen Ausgangsleiter, der Anschlussstecker-Kopplungspunkt L3 mit dem positiven Ausgangsleiter und der Anschlussstecker-Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DC-Mid kompatibel sein, wo die Anschlussstecker-Kopplungspunkte L1 und L2 mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden werden, die Anschlussstecker-Kopplungspunkte L3 und N mit dem positiven Ausgangsleiter verbunden werden und der Anschlussstecker-Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DC-High kompatibel sein, wobei der positive Anschlussstecker-Kopplungspunkt der positive Ausgansleiter verbunden ist, der negative Anschlussstecker-Kopplungspunkt mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden ist und der neutrale Ausgangsleiter mit dem Anschlussstecker-PE-Kopplungspunkt verbunden ist. Das Ladekabel kann eine den Kopplungspunkten entsprechende Anzahl an Leitern aufweisen. In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Anschlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Ausgangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.
Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mit der Anschlussbuchse und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet. Das Ladekabel hat insbesondere die Leitungen für den positiven Ausgangsleiter, den negativen Ausgangsleiter und den Schutzleiter (PE), zusätzlich auch den Leiter Pilotkontakt/Control Pilot (CP) und den Leiter Proximity-Schalter /Proximity Pilot (PP) für Signal-, Senor- oder Datenübertragungen.
Die Anschlussbuchse kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal-, Sensor- oder Datenübertragungs-Leiter zu verbinden. Die Anschlussbuchse kann derart ausgestaltet sein, dass diese mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbesondere kann die Anschlussbuchse DC-Low kompatibel sein, wobei der Kopplungspunkt L2 mit dem negativen Ausgangsleiter, der Kopplungspunkt L3 mit dem positiven Ausgangsleiter und der Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DC-Mid kompatibel sein, wo die Kopplungspunkte L1 und L2 mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden werden, die Kopplungspunkte L3 und N mit dem positiven Ausgangsleiter verbunden werden und der Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DC-High. Das Ladekabel kann eine den Kopplungspunkten entsprechende Anzahl an Leitern aufweisen. In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Anschlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Ausgangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einem Neutralleiter und einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.
In dieser Ausführungsform werden somit die Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes mittels der Ladestation dem Neutralleiter des Ladekabels und Phasen des Ladekabels zugeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine EMV-Filtereinrichtung und eine der EMV-Filtereinrichtung nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung zwischen vier netzseitigen Anschlussklemmen für die drei Phasen L1, L2, L3 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes und den vier Halbbrücken gekoppelt.
Dabei umfasst die LCL-Filtereinrichtung vorzugsweise vier Drosseln und vier Kondensatoren. Die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke, die dritte Halbbrücke und die vierte Halbbrücke sind mittels einer jeweiligen der Drosseln mit einer jeweiligen netzseitigen Anschlussklemme der Ladestation gekoppelt. Die vier Kondensatoren sind über eine Leitung mit dem Zwischenkreismittelpunkt gekoppelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, einen als Reststrom mit Gleichanteil ausgebildeten Reststrom, insbesondere einen als Gleichstrom ausgebildeten Reststrom, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, eine Stromstärke des sich infolge der Ströme auf den Phasen L1, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststroms einzustellen, insbesondere zu regeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter eine Symmetrierung-Vorrichtung zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises des Umrichters auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein 3-Punkt-Umrichter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das jeweilige steuerbare Halbleiterschaltelement des Umrichters als ein Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor, bevorzugt als ein SiC-MOSFET oder als ein IGBT, ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein unidirektionaler Umrichter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein bidirektionaler Umrichter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommunikationsmodul. Das Kommunikationsmodul ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers auszuhandeln.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladestation, beispielsweise eine Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen „Gegenvorschlag“ machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Leistungsschaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz. Die Leistungsschaltvorrichtung kann als ein elektromechanisches Element, wie beispielsweise ein Schütz oder ein Vierphasen-Relais, ausgebildet sein. Die Leistungsschaltvorrichtung kann individuell für eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder für einen jeweiligen Ausgangsleiter der Schaltmatrix ausgebildet und ansteuerbar sein, so dass sich beispielsweise einzelne Zuordnungen mittels der Leistungsschaltvorrichtung unterbrechen lassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase L1 und einer zweiten Phase L2 der Phasen L1, L2, L3 und eine weitere Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer dritten Phase L3 der Phasen L1, L2, L3 und des Neutralleiters N vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase L1 und einer zweiten Phase L2 der Phasen L1, L2, L3 und eine weitere Überbrückungseinrichtung zum Verbinden der zweiten Phase L2 und einer dritten Phase L3 der Phasen L1, L2, L3 vorgesehen.
Die jeweilige Überbrückungseinrichtung ist beispielsweise als Kupferbügel ausgebildet. Insbesondere sind die Überbrückungseinrichtungen unmittelbar nach den netzseitigen Anschlussklemmen der Ladestation angeordnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System vorgeschlagen, welches eine Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts sowie zwei zu der Ladestation externe Überbrückungseinrichtungen zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation aufweist. Dabei ist die eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase L1 und einer zweiten Phase L2 der Phasen L1, L2, L3 eingerichtet und die andere Überbrückungseinrichtung ist zum Verbinden einer dritten Phase L3 der Phasen L1, L2, L3 und des Neutralleiters N eingerichtet.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System vorgeschlagen, welches eine Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts sowie zwei zu der Ladestation externe Überbrückungseinrichtungen zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation aufweist. Dabei ist die eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase L1 und einer zweiten Phase L2 der Phasen L1, L2, L3 eingerichtet und die andere Überbrückungseinrichtung ist zum Verbinden der zweiten Phase L2 und einer dritten Phase L3 der Phasen L1, L2, L3 eingerichtet.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, wobei die Ladestation 1 einen zwischen einer Anzahl von Phasen L1, L2, L3 des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher koppelbaren Ausgangsleitern der Ladestation geschalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen aufweist. Das Verfahren umfasst:

Anzusteuern der steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters derart, dass sich auf den Phasen L1, L2, L3 Ströme mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.

Dieses Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, die zu der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladestation auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
Gemäß einem fünften Aspekt wird eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen. Die Ladestation umfasst:

einen zwischen einer Anzahl von Phasen des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher koppelbaren Ausgangsleitern der Ladestation geschalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, und
einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind,
wobei der Umrichter eine Symmetrierung-Vorrichtung zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises aufweist.

„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug;
2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges;
3 zeigt das schematische Schaltbild der Ladestation nach 2 mit eingetragenen Strommesspunkten für die Halbbrückenströme des Umrichters und eingetragenen Leistungsmesspunkten für die Phasen vor dem Umrichter;
4a-4d zeigen Diagramme der gemäß 3 gemessenen, über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenströme, der gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises für einen Ladebetrieb der Ladestation gemäß 3;
5a-5d zeigen Diagramme der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme, der gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises für einen Entladebetrieb der Ladestation gemäß 3;
6a-6d zeigen Diagramme der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme, der gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises für einen Betrieb der Ladestation gemäß 3 ohne angeschlossenen Energiespeicher eines Elektrofahrzeuges;
7 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges;
8 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges;
9 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges; und
10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem Elektrofahrzeug 100 aufweisend einen elektrischen Energiespeicher 110.
In dem Beispiel der 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 120 mittels eines Netzanschlusspunktes 125 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 200 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 120 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise L1, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter N. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 100 kann mittels eines Ladekabels 105, das mit der Ladestation 1 fest verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt werden. In einer anderen Ausführungsform kann das Elektrofahrzeug 100 mittels eines Ladekabels 105, das mit einer Anschlussbuchse (nicht gezeigt) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt werden.
Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in 1) und ist zum Laden und/oder Entladen des Energiespeichers 110 des Elektrofahrzeuges 100 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 eingerichtet.
Die Ladestation 1 umfasst einen zwischen den Phasen L1, L2, L3 des Teilnehmernetzes 120 und dem Energiespeicher 110 geschalteten Umrichter 10 mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen (siehe 2). Der Umrichter 10 kann auch als AC/DC-Wandler bezeichnet werden. Der Umrichter 10 ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung eingerichtet.
Die Ladestation 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 ist dazu eingerichtet, die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters 10 derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen L1, L2, L3 Ströme I1, I2, I3 (siehe 2, 3, 7) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.
Außerdem umfasst die Ladestation 1 vorzugsweise ein Kommunikationsmodul (nicht gezeigt). Das Kommunikationsmodul ist dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Energiespeichers 110 auszuhandeln.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers 110 eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation 1 an und die Ladestation 1 ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes 120 und/oder des Energieversorgungsnetzes 200 berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation 1 über das Kommunikationsmodul einen „Gegenvorschlag“ machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers 110 angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation 1 und die Ladeelektronik des Energiespeichers 110, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher 110 neu mit der Ladestation 1 verbunden wird.
2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 100. Die zweite Ausführungsform der 2 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform nach 1.
Gemäß der 2 hat die Ladestation 1 zumindest vier Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 für die drei Phasen L1, L2, L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 und den Neutralleiter N. Den Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 nachgeschaltet sind eine EMV-Filtereinrichtung 70 sowie eine der EMV-Filtereinrichtung 70 nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung 80. Die LCL-Filtereinrichtung 80 umfasst in dem Beispiel der 2 drei Drosseln 81, 82, 83 und drei Kondensatoren 85, 86, 87.
Der Umrichter 10 der 2 ist zwischen der LCL-Filtereinrichtung 80 und einer Symmetrierung-Vorrichtung 60 geschaltet. Der Umrichter 10 der 2 hat drei zwischen einem positiven Ausgangsleiter A1 und einem negativen Ausgangsleiter A2 geschaltete Halbbrücken 11, 12, 13. Dabei ist die erste Halbbrücke 11 der ersten Phase L1 des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet. Die zweite Halbbrücke 12 ist der zweiten Phase L2 des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet, und die dritte Halbbrücke 13 ist der dritten Phase L3 des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet.
Die dem Umrichter 10 nachgeschaltete Symmetrierung-Vorrichtung 60 ist zur Symmetrierung eines Zwischenpotenzials eines Zwischenkreises 30 des Umrichters 10 vorgesehen. Der Zwischenkreis 30 der 2 hat zwei Zwischenkreiskondensatoren 31, 32, welche mit einem Zwischenkreismittelpunkt 33 zwischen dem positiven Ausgangsleiter A1 und dem negativen Ausgangsleiter A2 verbunden sind.
Die Symmetrierung-Vorrichtung 60 ist vorzugsweise ausgebildet, wie in der Patentanmeldung DE 10 2020 122 458.3 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich mit einbezogen wird. Die Symmetrierung-Vorrichtung 60 weist eine zwischen dem positiven Ausgangsleiter A1 und dem negativen Ausgangsleiter A2 geschaltete Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltelementen 61, 62 auf. Zwischen dem Mittelabgriff 63 der Halbbrücke und dem Neutral-Ausgangsleiter A3 der Ladestation 1 ist eine Glättungsdrossel 64 geschaltet. Die Glättungsdrossel 64 bildet insbesondere eine Spulenseite eines Trenntransformators zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzteils. Außerdem kann ein PWM-Schaltgenerator (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welcher dazu eingerichtet ist, die beiden Halbleiterschaltelemente 61, 62 in einem veränderlichen Tastgrad derart zu schalten, dass ein gewünschtes Zwischenpotential, insbesondere ein symmetrisches Zwischenpotential, an dem Neutral-Ausgangsleiter A3 einstellbar ist.
Dem Zwischenkreis 30 ist insbesondere ein DC/DC-Wandler (nicht gezeigt in 2) nachgeschaltet. Der DC/DC-Wandler ist zum Ausgeben einer hochgesetzten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters A1 und des negativen Ausgangsleiters A2 oder mittels des positiven Ausgangsleiters A1, des negativen Ausgangsleiters A2 und des Neutral-Ausgangsleiters A3 an den Energiespeicher 110 des Elektrofahrzeuges 100 eingerichtet.
Ferner umfasst die Ladestation 1 der 2 eine den Zwischenkreismittelpunkt 33 des Zwischenkreises 30 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 verbindende Schaltung 40. Die Schaltung 40 ist dazu eingerichtet, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme I1, I2, I3 auf den Phasen L1, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 33 und dem Neutralleiter N des Teilnehmernetzes 120 fließenden Reststrom IR zu führen.
Dabei ist die Schaltung 40 insbesondere dazu eingerichtet, zum Schieflastausgleich den sich infolge der Ströme I1, I2, I3 auf den Phasen L1, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 33 und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 fließenden Reststrom IR bei einer starren Netzspannung des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 zu führen. Dabei ist die Schaltung 40 vorzugsweise dazu eingerichtet, beim Laden des Energiespeichers 110 und/oder beim Entladen des Energiespeichers 110 den sich infolge der Ströme I1, I2, I3 auf den Phasen L1, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom IR zu führen.
Die Schaltung 40 der 2 weist eine den Zwischenkreismittelpunkt 33 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 verbindende elektrische Leitung 41 auf. Dabei ist ein ansteuerbarer Schalter 42 in der den Zwischenkreismittelpunkt 33 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 verbindenden Leitung 41 vorgesehen. Der Schalter 42 ist insbesondere ein Halbleiterschalter oder ein mechanischer Schalter. Die Ansteuerung des Schalters 42 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines Betriebszustands, insbesondere eines gewünschten Betriebszustands, der Ladestation 1. Wie die 2 zeigt, sind die drei Kondensatoren 85, 86, 87 der LCL-Filtereinrichtung 80 mit dem Zwischenkreismittelpunkt 33 gekoppelt.
3 zeigt das schematische Schaltbild der Ladestation 1 nach 2 mit eingetragenen Strommesspunkten für die Halbbrückenströme I_H+_L1, I_H+_L2, I_H+_L3, I_H-_L1, I_H-_L2, I_H-_L3 des Umrichters 10 und eingetragenen Leistungsmesspunkten für die Phasen L1, L2, L3 vor dem Umrichter 10.
In 3 bezeichnet I_H+_L1 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L1 in der positiven Zwischenkreishälfte, I_H+_L2 bezeichnet den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L2 in der positiven Zwischenkreishälfte, und I_H+_L3 bezeichnet den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. Analog hierzu bezeichnet I_H-_L1 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L1 in der negativen Zwischenkreishälfte, I_H-_L2 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L2 in der negativen Zwischenkreishälfte und I_H-_L3 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L3 in der negativen Zwischenkreishälfte.
Ferner bezeichnet P_L1 in 3 die Phasenleistung auf L1, P_L2 die Phasenleistung auf L2 und P_L3 die Phasenleistung auf L3.
Hierzu zeigen die 4a-4d Diagramme der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, I_H+L2, I_H+_L3, I_H-_L1, I_H-_L2, I_H-_L3, der gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises für einen Ladebetrieb der Ladestation 1 gemäß 3. Im Detail zeigt 4a ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, I_H+_L2, I_H+_L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. 4b zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H-_L1, I_H-_L2, I_H-_L3 in der negativen Zwischenkreishälfte. 4c zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der an den Leistungsmesspunkten gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und 4d zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises.
Die 4a-4d zeigen also den Ladebetrieb der Ladestation 1, bei welchem die Ladestation 1 den Energiespeicher 110 mit elektrischer Energie lädt. Dies wird insbesondere ersichtlich an der 4d, die die Summen-Wirkleistung mit +10 kW zeigt (P_ZK = 10 kW).
Demgegenüber zeigen die 5a-5d den Entladebetrieb der Ladestation 1 gemäß 3. Analog zu den die 4a-4d, zeigen die 5a-5d Diagramme der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, I_H+_L2, I_H+_L3, I_H-_L1, I_H-_L2, I_H-_L3, der gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises für den Entladebetrieb der Ladestation 1 gemäß 3. Im Detail zeigt 5a ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, I_H+_L2, I_H+_L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. 5b zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H-_L1, I_H-_L2, I_H-_L3 in der negativen Zwischenkreishälfte. 5c zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der an den Leistungsmesspunkten gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und 5d zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises.
Gemäß 5d beträgt die Summen-Wirkleistung P_ZK -6 kW (P_ZK = -6 kW). Dies bedeutet, dass der Energiespeicher 110 durch die Ladestation 1 mit 6 kW entladen wird.
Analog zu den die 4a-4d und zu den 5a-5d, zeigen die 6a-6d Diagramme der gemäß 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, I_H+_L2, I_H+_L3, I_H-_L1, I_H-_L2, I_H-_L3, der gemäß 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises für einen Betrieb der Ladestation 1 gemäß 3 ohne angeschlossenen Energiespeicher 110 eines Elektrofahrzeuges 100. Entsprechend ist gemäß 6d die Summen-Wirkleistung P_ZK Null (P_ZK = 0 kW).
Wie die 4a-4d, 5a-5d und 6a-6d zeigen, ist die Wirk-Leistungsverteilung P_L1, P_L2 und P_L3 auf die drei Phasen L1, L2 und L3 im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 sowohl im Ladebetrieb (vgl. 4a-4d) als auch im Entladebetrieb (vgl. 5a-5d) unter der Voraussetzung, dass der Neutralleiter N angeschlossen ist, bidirektional frei einstellbar und damit zum Schieflastausgleich geeignet. Die Summen-Wirkleistung P_ZK (P_ZK = P_L1 + P_L2 + P_L3) fließt zum Elektrofahrzeug 100 im Ladebetrieb (P_ZK positiv, Ladebetrieb, vgl. 4d) oder wird aus dem Energiespeicher 110 des Elektrofahrzeuges 100 entnommen (P_ZK negativ, Entladebetrieb, vgl. 5d).
Für den Fall, dass kein Elektrofahrzeug 100 angeschlossen ist, wird die Leistungsverteilung so geregelt, dass die Summenleistung P_ZK Null ist (P_ZK = 0, vgl. 6d).
Im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 kann beispielsweise auch für diesen Fall der 6a-6d ein Schieflastausgleich auf den Phasen L1, L2, L3 ausgeführt werden. Dazu wird auf einem Teil der Phasen L1, L2, L3 Leistung eingespeist und auf einem anderen Teil der Phasen L1, L2, L3 die gleiche Leistung entnommen.
Die gemittelten Zwischenkreisströme I_H der 4a, 4b, 5a, 5b und 6a, 6b in diesen beispielhaften Kurvenverläufen gelten beispielsweise für eine geregelte Zwischenkreisspannung von 800 V Gleichspannung zwischen den Anschlüssen A1 und A2. „Gemittelt“ heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die schaltfrequenten Komponenten der Ströme nicht betrachtet werden (Mittelwertmodell des Umrichters 10).
Die sich einstellenden Stromamplituden I_H sind umgekehrt proportional zur Zwischenkreisspannung. Da die Zwischenkreisspannung konstant geregelt wird und sich bei sinusförmig geregelten Netzströmen und sinusförmiger Netzspannung die Phasenleistungen P_L1, P_L2 und P_L3 sinusquadratförmig ausbilden, sind die mittleren Zwischenkreisströme I_H ebenfalls sinusquadratförmig.
Um den Schieflastausgleich beispielsweise gemäß 3 durchzuführen, ist der Schalter 42 in 3 geschlossen, weil die Stromsumme in den Netzphasen L1, L2, L3 ungleich Null ist und der Neutralleiter N den Differenzstrom IR führt.
Des Weiteren ist in 7 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 100 dargestellt.
Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 gemäß 7 hat anstelle der Schaltung 40 der zweiten Ausführungsform der 2 und 3 eine Schaltung 50, welche gemäß 7 eine dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 zugeordnete vierte Halbbrücke 14 aufweist. Die vierte Halbbrücke 14 ist dazu eingerichtet, den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 über den Ausgangsleiter A3 mit dem Neutralleiter N zu koppeln. Dabei sind gemäß 7 die erste Halbbrücke 11, die zweite Halbbrücke 12, die dritte Halbbrücke 13 und die vierte Halbbrücke 14 parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter A1 und dem negativen Ausgangsleiter A2 geschaltet. Für das Beispiel der Ausbildung der Halbbrücken 11, 12, 13, 14 als 3-Punkt-Halbbrücken sind diese parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter A1, dem negativen Ausgangsleiter A2 und dem Neutralleiter-Ausgangsleiter A3 der Ladestation 1 geschaltet.
Wie die 7 ferner illustriert, sind die EMV-Filtereinrichtung 70 und die der EMV-Filtereinrichtung 70 nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung 80 zwischen den vier netzseitigen Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 für die drei Phasen L1, L2, L3 und den Neutralleiter N des Teilnehmernetzes 120 und den vier Halbbrücken 11, 12, 13, 14 geschaltet.
Dabei umfasst die LCL-Filtereinrichtung 80 vorzugsweise vier Drosseln 81, 82, 83, 84 und vier Kondensatoren 85, 86, 87, 88. Die erste Halbbrücke 11, die zweite Halbbrücke 12, die dritte Halbbrücke 13 und die vierte Halbbrücke 14 sind mittels einer der jeweiligen Drosseln 81, 82, 83, 84 mit einer jeweiligen netzseitigen Anschlussklemme 91, 92, 93, 94 der Ladestation 1 gekoppelt. Die vier Kondensatoren 85, 86, 87, 88 sind über eine elektrische Leitung 89 mit dem Zwischenkreismittelpunkt 33 des Zwischenkreises 30 gekoppelt.
Die Schaltung 50 ist dazu eingerichtet, einen als Reststrom mit Gleichanteil ausgebildeten Reststrom IR zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 33 und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 zu führen. Dies ist auch der funktionale Unterschied zwischen den Topologien nach 2 und 7, nämlich dass bei der Topologie gemäß 7 in den Neutralleiter N auch ein Gleichstrom-Anteil eingeprägt werden kann. Somit kann mit der Topologie nach 7 so vorteilhaft im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 am Netzanschlusspunkt 125 (siehe 1) auch eine Kompensation unerwünschter Gleichstrom-Anteile in den Phasenströmen der Phasen L1, L2, L3 ausgeführt werden.
Beispielsweise im Haushaltsbereich entstehen Gleichstrom-Anteile in den Phasenströmen durch Verbraucher, wie beispielsweise Haarföhns. Sie sind eine unerwünschte Belastung des Teilnehmernetzes 120 sowie des Energieversorgungsnetzes 200. Die Topologie nach 7 bietet mit der vierten Halbbrücke 14 für die Lieferung des Gleichstrom-Anteils im Neutralleiterstrom Vorteile, insbesondere weil die für den geregelten Betrieb minimal erforderliche Zwischenkreisspannung kleiner als bei der Topologie nach 2 gewählt werden kann.
Der vorliegende Schieflastausgleich kann auch für kapazitive oder induktive Blindleistungen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Ladestation 1 im Rahmen ihrer Bemessungsleistung zur aktiven Blindleistungskompensation oder alternativ zur gewollten Blindleistungseinspeisung eingesetzt werden, dem sogenannte Phasenschieber-Betrieb, welcher zum Beispiel zur Spannungsanhebung oder Spannungsabsenkung des Teilnehmernetzes 120 dienen kann. Bei reiner Blindleistungseinspeisung sind die Verläufe der Phasenleistungen P_L1 und/oder P_L2 und/oder P_L3 gemäß der 4 bis 6 so verschoben, dass ihr Mittelwert Null ist. Der in das Energieversorgungsnetz 200 eingeprägte Blindleistungs-Anteil kann vollständig aus den Zwischenkreiskondensatoren 31, 32 zur Verfügung gestellt werden. Es muss demnach kein Elektrofahrzeug 100 angeschlossen sein (vgl. 6a-6d), auch dann nicht, wenn, wie zum Beispiel bei der Blindleistungskompensation, die Summe der Blindleistungen auf den Netzphasen L1, L2, L3 ungleich Null ist. Auf allen Netzphasen L1, L2, L3 ist auch ein Mischbetrieb aus Wirkleistung und Blindleistung möglich, im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 mit beliebig eingestellter Verteilung.
Insbesondere kann die vorliegende Ladestation 1 auch zum Ausgleich von Strom-Oberschwingungen am Netzanschlusspunkt 125 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden in die Netzphasen L1, L2, L3 durch die Ladestation 1 nicht-sinusförmige Ströme, beispielsweise oberschwingungsbehaftete Netzströme, eingeprägt, welche die am Netzanschlusspunkt 125 gemessenen Oberschwingungsströme kompensieren können. Eine solche Blindleistung zur Verzerrung kann ebenfalls mittels der Zwischenkreiskondensatoren 31, 32 zur Verfügung gestellt werden, so dass auch für die Oberschwingungskompensation kein Elektrofahrzeug 100 an der Ladestation 1 angeschlossen sein muss.
Die an dem Netzanschlusspunkt 125 von der Ladestation 1 bereitgestellten Funktionalitäten zur Wirkleistungseinspeisung, zum Schieflastausgleich, zur Gleichstrom-Kompensation, zum Phasenschieber-Betrieb, zur Blindleistungskompensation und zur Oberschwingungskompensation können als Netz-Dienstleistungen dazu dienen, die Qualität und die Versorgungssicherheit des Teilnehmernetzes 125, beispielsweise eines örtlichen Stromversorgungsnetzes, zu verbessern. Sie können ebenfalls dazu dienen, die Energieverteilungsverluste oder alternativ die Energieverteilungskosten zu senken.
Wie oben bereits ausgeführt, setzen diese Funktionalitäten vorteilhafterweise allesamt nicht voraus, dass ein Elektrofahrzeug 100 an die Ladestation 1 angeschlossen ist oder geladen wird. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, wenn kein Elektrofahrzeug 100 geladen wird, weil dann die volle Bemessungsleistung in der Ladestation 1 für die Netzdienstleistung zur Verfügung steht.
Ferner zeigt die 8 ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 100.
Die vierte Ausführungsform der 8 basiert insbesondere auf der zweiten Ausführungsform gemäß 2 oder der dritten Ausführungsform gemäß 7 und umfasst dann jeweils sämtliche derer Merkmale. Darüber hinaus hat die Ladestation 1 der 8 zwei Überbrückungseinrichtungen 131, 132. Die erste Überbrückungseinrichtung 131 verbindet die erste Phase L1 mit der zweiten Phase L2. Die zweite Überbrückungseinrichtung 132 verbindet die dritte Phase L3 mit dem Neutralleiter N. Damit sind die Uberbrückungseinrichtungen 131 und 132 zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 geeignet.
Des Weiteren zeigt die 9 ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 100. Zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 hat die Ladestation 1 der 9 eine Überbrückungseinrichtung 133 zum Verbinden der ersten Phase L1 und der zweiten Phase L2 und eine weitere Überbrückungseinrichtung 134 zum Verbinden der zweiten Phase L2 und der dritten Phase L3.
Die jeweilige Überbrückungseinrichtung 131, 132, 133, 134 der 8 und der 9 ist beispielsweise als Kupferbügel ausgebildet. Insbesondere sind die Überbrückungseinrichtungen 131, 132, 133, 134 unmittelbar nach den netzseitigen Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 der Ladestation 1 angeordnet.
Außerdem zeigt die 10 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 120. Die Ladestation 1 ist beispielsweise wie in den vorstehenden Figuren erläutert ausgebildet.
In Schritt S1 wird die Ladestation 1 mit dem mehrphasigen Netz 120 gekoppelt.
In Schritt S2 werden die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters 10 der Ladestation 1 derart angesteuert, dass sich auf den Phasen L1, L2, L3 Ströme 11, 12, I3 mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Ladestation
10: Umrichter, z.B. AC/DC-Wandler
11: erste Halbbrücke
12: zweite Halbbrücke
13: dritte Halbbrücke
14: vierte Halbbrücke
20: Steuereinheit
30: Zwischenkreis
31: Zwischenkreiskondensator
32: Zwischenkreiskondensator
33: Zwischenkreismittelpunkt
40: Schaltung
41: Leitung
42: Schalter
50: Schaltung
60: Symmetrierung-Vorrichtung
61: Halbleiterschaltelement
62: Halbleiterschaltelement
63: Mittelabgriff
64: Glättungsdrossel
70: EMV-Filtereinrichtung
80: LCL-Filtereinrichtung
81: Drossel
82: Drossel
83: Drossel
84: Drossel
85: Kondensator
86: Kondensator
87: Kondensator
88: Kondensator
89: Leitung
91: Anschlussklemme
92: Anschlussklemme
93: Anschlussklemme
94: Anschlussklemme
100: Elektrofahrzeug
105: Ladekabel
110: Energiespeicher
120: mehrphasiges Teilnehmernetz
125: Netzanschlusspunkt
131: Überbrückungseinrichtung
132: Überbrückungseinrichtung
133: Überbrückungseinrichtung
134: Überbrückungseinrichtung
200: mehrphasiges Energieversorgungsnetz
A1: Ausgangsleiter
A2: Ausgangsleiter
A3: Ausgangsleiter
I_H+_L1: Halbbrückenstrom zu Phase L1 in der positiven Zwischenkreishälfte
I_H+_L2: Halbbrückenstrom zu Phase L2 in der positiven Zwischenkreishälfte
I_H+_L3: Halbbrückenstrom zu Phase L3 in der positiven Zwischenkreishälfte
I_H-_L1: Halbbrückenstrom zu Phase L1 in der negativen Zwischenkreishälfte
I_H-_L2: Halbbrückenstrom zu Phase L2 in der negativen Zwischenkreishälfte
I_H-_L3: Halbbrückenstrom zu Phase L3 in der negativen Zwischenkreishälfte
I1: Strom auf Phase L1
I2: Strom auf Phase L2
I3: Strom auf Phase L3
IR: Reststrom
L1: Phase
L2: Phase
L3: Phase
N: Neutralleiter
P_L1: Phasenleistung auf Phase L1
P_L2: Phasenleistung auf Phase L2
P_L3: Phasenleistung auf Phase L3
P_ZK: Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises
s: Zeit in Sekunden
S1, S2: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2882607 B1 [0002]
EP 3664244 A1 [0005]
EP 3729593 A1 [0005]
DE 112013007137 T5 [0005]
EP 2465176 B1 [0005]
DE 102016212135 A1 [0005]
DE 102017100138 A1 [0005]
WO 2020/167132 A1 [0005]
DE 102009060364 A1 [0005]
DE 102020122458 [0026, 0083]

Claims

Ladestation (1) zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeuges (100) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (120), mit: einem zwischen einer Anzahl von Phasen (L1, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher (110) koppelbaren Ausgangsleitern (A1, A2, A3) der Ladestation (1) geschalteten Umrichter (10) mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, und einer Steuereinheit (20), welche dazu eingerichtet ist, die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters (10) derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen (L1, L2, L3) Ströme (11, 12, 13) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.
Ladestation nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Umrichter (10) nachgeschalteten Zwischenkreis (30) mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren (31, 32), die mit einem Zwischenkreismittelpunkt (33) verbunden sind, und eine den Zwischenkreismittelpunkt (33) und den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) verbindende Schaltung (40, 50), welche dazu eingerichtet ist, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme (11, 12, 13) auf den Phasen (L1, L2, L3) mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt (33) und dem Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) fließenden Reststrom (IR) zu führen.
Ladestation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (40, 50) dazu eingerichtet ist, beim Laden des Energiespeichers (110) und/oder beim Entladen des Energiespeichers (110) den sich infolge der Ströme (11, 12, 13) auf den Phasen (L1, L2, L3) mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom (IR) zu führen.
Ladestation nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) drei zwischen einem positiven Ausgangsleiter (A1) und einem negativen Ausgangsleiter (A2) der Ladestation (1) geschaltete Halbbrücken (11, 12, 13) aufweist, wobei eine erste (11) der Halbbrücken einer ersten Phase (L1) des mehrphasigen Netzes (120) zugeordnet ist, wobei eine zweite (12) der Halbbrücken einer zweiten Phase (L2) des mehrphasigen Netzes (120) zugeordnet ist und eine dritte (13) der Halbbrücken einer dritten Phase (L3) des mehrphasigen Netzes (120) zugeordnet ist.
Ladestation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) eine Symmetrierung-Vorrichtung (60) zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises (30) des Umrichters (10) aufweist.
Ladestation nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen dem Zwischenkreis (30) nachgeschalteten DC/DC-Wandler zum Ausgeben einer hochgesetzten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters (A1) und des negativen Ausgangsleiters (A2) oder mittels des positiven Ausgangsleiters (A1), des negativen Ausgangsleiters (A2) und des Neutral-Ausgangsleiters (A3) an den Energiespeicher (110) des Elektrofahrzeuges (100).
Ladestation nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (40) eine den Zwischenkreismittelpunkt (33) und den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) verbindende Leitung (41) aufweist.
Ladestation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein ansteuerbarer Schalter (42) in der den Zwischenkreismittelpunkt (33) und den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) verbindenden Leitung (41) vorgesehen ist.
Ladestation nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine EMV-Filtereinrichtung (70) und eine der EMV-Filtereinrichtung (70) nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung (80) zwischen drei netzseitigen Anschlussklemmen (91, 92, 93) für die drei Phasen (L1, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und den drei Halbbrücken (11, 12, 13) gekoppelt sind.
Ladestation nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (50) eine dem Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) zugeordnete vierte Halbbrücke (14) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) über einen der Ausgangsleiter (A3) mit dem Neutralleiter (N) zu koppeln.
Ladestation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbbrücke (11), die zweite Halbbrücke (12), die dritte Halbbrücke (13) und die vierte Halbbrücke (14) parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter (A1) und dem negativen Ausgangsleiter (A2) der Ladestation (1) geschaltet sind.
Ladestation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine EMV-Filtereinrichtung (70) und eine der EMV-Filtereinrichtung (70) nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung (80) zwischen vier netzseitigen Anschlussklemmen (91, 92, 93, 94) für die drei Phasen (L1, L2, L3) und den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) und den vier Halbbrücken (11, 12, 13, 14) gekoppelt sind.
Ladestation nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (50) dazu eingerichtet ist, einen als Reststrom mit Gleichanteil ausgebildeten Reststrom (IR), insbesondere einen als Gleichstrom ausgebildeten Reststrom (IR), zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt (33) und dem Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) zu führen.
Ladestation nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (50) dazu eingerichtet ist, eine Stromstärke des sich infolge der Ströme (11, 12, 13) auf den Phasen (L1, L2, L3) mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststroms (IR) einzustellen, insbesondere zu regeln.
Ladestation nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) eine Symmetrierung-Vorrichtung (60) zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises (30) des Umrichters (10) aufweist.
Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) als ein 3-Punkt-Umrichter ausgebildet ist.
Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige steuerbare Halbleiterschaltelement des Umrichters (10) als ein Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor, bevorzugt als ein SiC-MOSFET oder als ein IGBT, ausgebildet ist.
Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) als ein unidirektionaler Umrichter ausgebildet ist.
Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) als ein bidirektionaler Umrichter ausgebildet ist.
Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) ein Kommunikationsmodul aufweist, welches dazu eingerichtet ist, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers (2) auszuhandeln.
Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (1) eine Überbrückungseinrichtung (131) zum Verbinden einer ersten Phase (L1) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (L1, L2, L3) und eine weitere Überbrückungseinrichtung (132) zum Verbinden einer dritten Phase (L3) der Phasen (L1, L2, L3) und des Neutralleiters (N) vorgesehen sind.
Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (1) eine Überbrückungseinrichtung (133) zum Verbinden einer ersten Phase (L1) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (L1, L2, L3) und eine weitere Überbrückungseinrichtung (134) zum Verbinden der zweiten Phase (L2) und einer dritten Phase (L3) der Phasen (L1, L2, L3) vorgesehen sind.
System umfassend eine Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 sowie zwei zu der Ladestation (1) externe Überbrückungseinrichtungen (131, 132) zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (1), wobei die eine Überbrückungseinrichtung (131) zum Verbinden einer ersten Phase (L1) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (L1, L2, L3) eingerichtet ist und die andere Überbrückungseinrichtung (132) zum Verbinden einer dritten Phase (L3) der Phasen (L1, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist.
System umfassend eine Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 sowie zwei zu der Ladestation (1) externe Überbrückungseinrichtungen (133, 134) zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (1), wobei die eine Überbrückungseinrichtung (133) zum Verbinden einer ersten Phase (L1) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (L1, L2, L3) eingerichtet ist und die andere Überbrückungseinrichtung (134) zum Verbinden der zweiten Phase (L2) und einer dritten Phase (L3) der Phasen (L1, L2, L3) eingerichtet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (1) zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeuges (100) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (120), wobei die Ladestation (1) einen zwischen einer Anzahl von Phasen (L1, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher (110) koppelbaren Ausgangsleitern (A1, A2, A3) der Ladestation (1) geschalteten Umrichter (10) mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen aufweist, mit: Anzusteuern der steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters (10) derart, dass sich auf den Phasen (L1, L2, L3) Ströme (11, 12, 13) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.