DE102022201140A1 - DC charging station, method of operating a DC charging station and AC charging station - Google Patents

DC charging station, method of operating a DC charging station and AC charging station Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Ladestation (1), umfassend mindestens ein Gleichspannungs-Modul (2), mindestens einen Ausgangsanschluss (4) für Gleichspannung und ein Steuergerät (8), wobei die Gleichstrom-Ladestation (1) mindestens zwei Gleichspannungs-Module (2) aufweist, denen Schaltelemente (6) zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (8) derart ausgebildet ist, über mindestens ein Schaltelement (6) mindestens zwei Gleichspannungs-Module (2) in Reihe schalten zu können, sowie ein zugehöriges Verfahren und eine Wechselstrom-Ladestation (20).The invention relates to a DC charging station (1), comprising at least one DC voltage module (2), at least one output connection (4) for DC voltage and a control device (8), the DC charging station (1) having at least two DC voltage modules ( 2) to which switching elements (6) are assigned, the control unit (8) being designed in such a way that at least two DC voltage modules (2) can be connected in series via at least one switching element (6), as well as an associated method and an alternating current -Charging station (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Ladestation, ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichstrom-Ladestation und eine Wechselstrom-Ladestation.The invention relates to a direct current charging station, a method for operating a direct current charging station and an alternating current charging station.

Zum Laden von beispielsweise Elektrofahrzeugen oder Plug-In-Hybridfahrzeugen sind Gleichstrom- und Wechselstrom-Ladestationen bekannt. Im einfachsten Fall weist eine Gleichstrom-Ladestation einen Netzanschluss und einen Gleichrichter auf, um am Ausgang eine Gleichspannung zur Verfügung zu stellen. Bei einer Wechselstrom-Ladestation kann die Netzwechselspannung im einfachsten Fall einfach durchgeschaltet werden. Darüber hinaus sind Gleichstrom- und Wechselstrom-Ladestationen mit Pufferbatterien bekannt. Bei Wechselstrom-Ladestationen wird hierzu die Netzspannung zunächst mittels eines Gleichrichters gleichgerichtet, um die Pufferbatterie zu laden. Die Spannung der Pufferbatterie wird dann mittels eines Wechselrichters in eine Wechselspannung gewandelt, die dann am Ausgang der Ladestation zur Verfügung steht. Bei einer Gleichstrom-Ladestation liegt zwischen dem Ausgang der Ladestation und der Pufferbatterie ein DC/DC-Wandler anstelle des Wechselrichters.DC and AC charging stations are known for charging electric vehicles or plug-in hybrid vehicles, for example. In the simplest case, a DC charging station has a mains connection and a rectifier in order to provide a DC voltage at the output. With an AC charging station, the mains AC voltage can simply be switched through in the simplest case. In addition, DC and AC charging stations with backup batteries are known. In the case of AC charging stations, the mains voltage is first rectified using a rectifier in order to charge the buffer battery. The voltage of the buffer battery is then converted into an AC voltage using an inverter, which is then available at the output of the charging station. With a DC charging station, there is a DC/DC converter instead of an inverter between the output of the charging station and the backup battery.

Aus der US 2018/0205235 A1 ist ein Leistungsverteilungs-System bekannt, das eine Vielzahl von Gleichspannungs-Modulen aufweist, die durch ein Spannungsnetz geladen werden. Weiter weist das Leistungsverteilungs-System eine Vielzahl von Parkplätzen auf, an denen jeweils ein Elektrofahrzeug geladen werden kann. Dabei kann durch Schaltelemente jedem Parkplatz eines der Gleichstrom-Module zugeordnet werden, sodass dieses Gleichstrom-Modul zum Laden eines Elektrofahrzeugs auf dem jeweiligen Parkplatz verwendet werden kann. Dabei fragt das System die Spannungslage der Elektrofahrzeuge ab und ordnet mittels der Schaltelemente das Gleichstrom-Modul dem Elektrofahrzeug zu, das am besten zu der Spannungslage des Elektrofahrzeugs passt.From the U.S. 2018/0205235 A1 a power distribution system is known which has a large number of DC voltage modules which are charged by a voltage network. The power distribution system also has a large number of parking spaces, each of which can be used to charge an electric vehicle. Switching elements can be used to assign one of the direct current modules to each parking space, so that this direct current module can be used to charge an electric vehicle in the respective parking space. The system queries the voltage level of the electric vehicles and, using the switching elements, assigns the DC module to the electric vehicle that best suits the voltage level of the electric vehicle.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine verbesserte Gleichstrom-Ladestation zu schaffen sowie ein geeignetes Verfahren zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres Problem ist die Schaffung einer alternativen Wechselstrom-Ladestation.The invention is based on the technical problem of providing an improved DC charging station and a suitable method. Another problem is the creation of an alternative AC charging station.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Gleichstrom-Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie eine Wechselstrom-Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by a direct current charging station having the features of claim 1, a method having the features of claim 9 and an alternating current charging station having the features of claim 10. Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.

Hierzu umfasst die Gleichstrom-Ladestation mindestens zwei Gleichspannungs-Module, mindestens einen Ausgangsanschluss für Gleichspannung und ein Steuergerät, wobei den Gleichspannungs-Modulen Schaltelemente zugeordnet sind, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, über mindestens ein Schaltelement mindestens zwei Gleichspannungs-Module in Reihe schalten zu können. Hierdurch kann bedarfsweise eine höhere Spannung am Ausgangsanschluss bereitgestellt werden bzw. zunächst mit einer niedrigeren Ladespannung geladen werden und dann anschließend durch die Reihenschaltung die Ladespannung erhöht werden, sodass der Ladestrom begrenzt wird. Je nach Konzept kann dabei die Anzahl der Gleichspannungs-Module variieren, was später noch näher erläutert wird. Ein besonderer Vorteil ist, dass die Gleichstrom-Ladestation keinen Netzanschluss benötigt, sodass die Gleichstrom-Ladestation auch in Gebieten mit geringer Netzinfrastruktur aufgestellt werden kann. Die Gleichspannungs-Module können beispielsweise Batterien oder Generatoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter sein oder aber eine Kombination von Generator, Gleichrichter und Batterie. Die Generatoren werden dabei beispielsweise mechanisch von einem Verbrennungsmotor, durch Wind oder Wasser angetrieben. Vorzugsweise sind die Gleichspannungs-Module als Brennstoffzellen oder Brennstoffzellen-Stapel ausgebildet. Weiter ist es möglich, dass alle Gleichspannungs-Module gleicher Bauart sind (z.B. alle Gleichspannungs-Module sind Brennstoffzellen). Es sind jedoch auch Ausführungen möglich, wo die verschiedenen Technologien gemischt werden. Vorzugsweise weist die Gleichspannungs-Ladestation einen Anschluss für ein Medium (z.B. Wasserstoff) auf, um die Brennstoffzellen zu betreiben.For this purpose, the direct current charging station comprises at least two direct voltage modules, at least one output connection for direct voltage and a control unit, switching elements being assigned to the direct voltage modules, the control unit being designed in such a way that at least one switching element can be used to connect at least two direct voltage modules in series can. As a result, if required, a higher voltage can be provided at the output connection or initially charged with a lower charging voltage and then the charging voltage can then be increased by the series connection, so that the charging current is limited. Depending on the concept, the number of DC modules can vary, which will be explained in more detail later. A particular advantage is that the direct current charging station does not require a mains connection, so that the direct current charging station can also be set up in areas with little network infrastructure. The DC voltage modules can be batteries or generators with a downstream rectifier, for example, or a combination of generator, rectifier and battery. The generators are driven, for example, mechanically by an internal combustion engine, by wind or by water. The DC voltage modules are preferably designed as fuel cells or fuel cell stacks. It is also possible that all DC modules are of the same type (e.g. all DC modules are fuel cells). However, designs are also possible where the different technologies are mixed. The DC voltage charging station preferably has a connection for a medium (e.g. hydrogen) in order to operate the fuel cells.

In einer Ausführungsform ist das Steuergerät derart ausgebildet, die Spannungslage einer zu ladenden Batterie zu erfassen und in Abhängigkeit der Spannungslage die Schaltelemente anzusteuern. Vorzugsweise existiert hierzu eine Kommunikationsverbindung zwischen der Einheit (z.B. ein Kraftfahrzeug) mit der Batterie und der Gleichstrom-Ladestation. Die Einheit kann dann die Spannungslage an das Steuergerät übermitteln. Die Kommunikationsverbindung kann dabei drahtlos oder leitungsgebunden sein, wobei eine separate Kommunikationsleitung vorgesehen sein kann. Es kann aber auch eine Powerline-Kommunikation erfolgen. In Abhängigkeit der übermittelten Spannungslage schaltet dann das Steuergerät die Schaltelemente an, sodass ein Gleichspannungs-Modul oder mehrere in Reihe geschaltete Gleichspannungs-Module mit dem Ausgangsanschluss verbunden sind, sodass die Ausgangsspannung an die Spannungslage der zu ladenden Batterie optimal angepasst ist. Das Steuergerät ist vorzugsweise derart ausgebildet, die Gleichspannungs-Module auch ohne angeschlossene zu ladende Batterie ein- und ausschalten zu können. Das Steuergerät kann auch die Brennstoffzellen steuern, sodass diese beispielsweise erst aktiviert werden, wenn Strombedarf angemeldet wird.In one embodiment, the control device is designed in such a way that it detects the voltage level of a battery to be charged and activates the switching elements as a function of the voltage level. For this purpose, there is preferably a communication connection between the unit (eg a motor vehicle) with the battery and the direct-current charging station. The unit can then transmit the voltage level to the control unit. The communication connection can be wireless or wired, with a separate communication line being able to be provided. However, powerline communication can also take place. Depending on the transmitted voltage level, the control unit then switches on the switching elements so that a DC voltage module or several DC voltage modules connected in series are connected to the output connection, so that the output voltage is optimally adapted to the voltage level of the battery to be charged. The control unit is preferably designed in such a way that the DC voltage modules can also be switched on without being connected to be able to switch the charging battery on and off. The control unit can also control the fuel cells so that they are only activated when there is a demand for electricity, for example.

In einer Ausführungsform sind die Nennspannungen der Gleichspannungs-Module unterschiedlich. Hierdurch kann die Anzahl der notwendigen Gleichspannungs-Module reduziert werden. Dabei kann ein Grundmodul vorgesehen sein, das eine im Vergleich zu den anderen Gleichspannungs-Modulen erhöhte Nennspannung aufweist. Die anderen Gleichspannungs-Module können dann wieder alle die gleiche Nennspannung oder aber auch unterschiedliche Nennspannungen aufweisen.In one embodiment, the nominal voltages of the DC modules are different. As a result, the number of DC voltage modules required can be reduced. In this case, a basic module can be provided which has a higher rated voltage than the other direct voltage modules. The other DC voltage modules can then all have the same nominal voltage or different nominal voltages.

Die Nennspannung der Gleichspannungs-Module können dabei auch unterschiedliche Zweier-Potenzen aufweisen (1 V, 2 V, 4 V, 8 V, 16 V, 32 V, ...), sodass jede Ausgangsspannung auf 1 V genau eingestellt werden kann. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass ein Grundmodul mit einer Nennspannung von z.B. 300 V existiert, wobei die anderen Gleichspannungs-Module eine Nennspannung der unterschiedlichen Zweier-Potenzen aufweisen. Hierdurch kann man mit dem einen Grundmodul in den Bereich der Spannungslage geschaltet werden, wobei über die Gleichspannungs-Module mit den Zweier-Potenzen als Nennspannung die Feinabstimmung erfolgt.The nominal voltage of the DC voltage modules can also have different powers of two (1 V, 2 V, 4 V, 8 V, 16 V, 32 V, ...), so that each output voltage can be set with an accuracy of 1 V. It can also be provided that there is a basic module with a nominal voltage of e.g. 300 V, with the other DC voltage modules having a nominal voltage of different powers of two. As a result, you can switch to the voltage range with the one basic module, with the fine tuning taking place via the DC voltage modules with the powers of two as the nominal voltage.

In einer alternativen Ausführungsform weisen alle Gleichspannungs-Module die gleiche Nennspannung auf, was den Aufbau und Service vereinfacht.In an alternative embodiment, all DC voltage modules have the same nominal voltage, which simplifies construction and service.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Schaltelemente derart ausgebildet, dass die Gleichspannungs-Module in Reihe geschaltet werden können oder aber überbrückt werden können. Dabei kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Grundmodul stets zugeschaltet ist und nur die anderen Gleichspannungs-Module in Reihe geschaltet oder überbrückt werden.In a further embodiment, the switching elements are designed in such a way that the DC voltage modules can be connected in series or can be bridged. However, it can also be provided that a basic module is always switched on and only the other DC voltage modules are connected in series or bridged.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Ausgangsanschluss und den Gleichspannungsmodulen mindestens eine Induktivität angeordnet. Hierdurch kann der Stromgradient beim Zuschalten von Gleichspannungs-Modulen begrenzt werden.In a further embodiment, at least one inductance is arranged between the output connection and the DC voltage modules. This allows the current gradient to be limited when DC voltage modules are switched on.

Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung kann vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen werden.With regard to the procedural design, reference can be made in full to the previous statements.

In einer alternativen Ausführungsform wird eine Wechselstrom-Ladestation zur Verfügung gestellt. Dabei wird der zuvor beschriebene Gleichstrom-Ladestation ein Wechselrichter zusätzlich zugeordnet, der zwischen dem Ausgangsanschluss und den Gleichspannungs-Modulen angeordnet ist. So kann eine Wechselstrom-Ladestation zur Verfügung gestellt werden, ohne dass ein Netzanschluss vorhanden sein muss.In an alternate embodiment, an AC charging station is provided. In this case, the DC charging station described above is additionally assigned an inverter, which is arranged between the output connection and the DC voltage modules. In this way, an AC charging station can be made available without the need for a mains connection.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Gleichstrom-Ladestation in einer ersten Ausführungsform im Leerlauf,
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild der Gleichstrom-Ladestation gemäß 1 in einem ersten Schaltzustand,
  • 3 ein schematisches Blockschaltbild der Gleichstrom-Ladestation gemäß 1 in einem zweiten Schaltzustand,
  • 4 ein schematisches Blockschaltbild einer Gleichstrom-Ladestation gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 5 eine Wechselstrom-Ladestation,
  • 6 eine Gleichstrom-Ladestation gemäß dem Stand der Technik und
  • 7 eine Wechselstrom-Ladestation gemäß dem Stand der Technik.
The invention is explained in more detail below using preferred exemplary embodiments. The figures show:
  • 1 a schematic block diagram of a direct current charging station in a first embodiment when idle,
  • 2 a schematic block diagram of the DC charging station according to 1 in a first switching state,
  • 3 a schematic block diagram of the DC charging station according to 1 in a second switching state,
  • 4 a schematic block diagram of a DC charging station according to a second embodiment,
  • 5 an AC charging station,
  • 6 a DC charging station according to the prior art and
  • 7 a prior art AC charging station.

In der 1 ist eine Gleichstrom-Ladestation 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die Gleichstrom-Ladestation 1 umfasst die Gleichspannungs-Module 2, die vorzugsweise als Brennstoffzelle 3 bzw. Stapel von Brennstoffzellen 3 ausgebildet sind. Weiter weist die Gleichstrom-Ladestation 1 einen ersten Ausgangsanschluss 4 für Gleichspannung und einen zweiten Ausgangsanschluss 5 für die Gleichspannung auf. Den Gleichspannungs-Modulen 2 sind Schaltelemente 6 zugeordnet, die beispielsweise als Relais ausgebildet sind. Zwischen dem Ausgangsanschluss 4 für Gleichspannung und den Gleichspannungs-Modulen 2 ist eine Induktivität 7 angeordnet. Weiter weist die Gleichstrom-Ladestation 1 ein Steuergerät 8 auf, das die Schaltelemente 6 ansteuert, sowie einen Anschluss 9 für ein Betriebsmittel der Brennstoffzellen 3 (z.B. einen Wasserstoff-Anschluss). Die Gleichstrom-Ladestation 1 dient beispielsweise zum Laden einer Batterie 11 eines Elektrofahrzeugs 10, wobei das Elektrofahrzeug 10 ein Steuergerät 12 aufweist, das eine Kommunikationsverbindung mit dem Steuergerät 8 der Gleichstrom-Ladestation 1 aufbauen kann. Die Elemente der Gleichstrom-Ladestation 1 sind vorzugsweise alle in einem gemeinsamen Gehäuse 13 angeordnet. In der dargestellten Schaltposition der Schaltelemente 6 befindet sich die Gleichstrom-Ladestation 1 im Leerlauf, d.h. alle Gleichspannungs-Module 2 sind vom Ausgangsanschluss 4 entkoppelt, der spannungsfrei ist.In the 1 a DC charging station 1 is shown in a first embodiment. The DC charging station 1 includes the DC voltage modules 2, which are preferably designed as a fuel cell 3 or stack of fuel cells 3. Furthermore, the DC charging station 1 has a first output connection 4 for DC voltage and a second output connection 5 for the DC voltage. The DC voltage modules 2 are assigned switching elements 6 which are designed, for example, as relays. An inductance 7 is arranged between the output connection 4 for direct voltage and the direct voltage modules 2 . Furthermore, the direct current charging station 1 has a control device 8, which controls the switching elements 6, and a connection 9 for an operating medium of the fuel cells 3 (eg a hydrogen connection). The DC charging station 1 is used, for example, to charge a battery 11 of an electric vehicle 10 , the electric vehicle 10 having a control unit 12 which can establish a communication connection with the control unit 8 of the DC charging station 1 . The elements of the DC charging station 1 are preferably all arranged in a common housing 13 . In the illustrated switching position of the switching elements 6, the direct current charging station 1 is idling, ie all direct current Voltage modules 2 are decoupled from the output terminal 4, which is voltage-free.

Wird dann das Elektrofahrzeug 10 mittels eines Ladekabels mit der Gleichstrom-Ladestation 1 verbunden, so übermittelt das Steuergerät 12 die Spannungslage der Batterie 11 an das Steuergerät 8. Das Steuergerät 8 entscheidet dann, ob nur ein Gleichspannungs-Modul 2 oder mehrere Gleichspannungs-Module 2 in Reihe zugeschaltet werden sollen.If the electric vehicle 10 is then connected to the DC charging station 1 by means of a charging cable, the control unit 12 transmits the voltage level of the battery 11 to the control unit 8. The control unit 8 then decides whether only one DC voltage module 2 or several DC voltage modules 2 are to be connected in series.

Sei nun angenommen, dass das unterste Gleichspannungs-Modul 2 eine Nennspannung von 300 V und die beiden anderen Gleichspanungs-Module 2 eine Nennspannung von 100 V aufweisen, so können am Ausgangsanschluss 4 300 V, 400 V und 500 V zur Verfügung gestellt werden. Sei nun unterstellt, das Steuergerät 12 übermittelt eine Spannungslage von 280 V an das Steuergerät 8, so wird zunächst nur das unterste Gleichspannungs-Modul 2 mit 300 V zuschaltet, was in 2 dargestellt ist.Assuming now that the bottom DC voltage module 2 has a nominal voltage of 300 V and the other two DC voltage modules 2 have a nominal voltage of 100 V, then 300 V, 400 V and 500 V can be made available at the output connection 4 . Assuming now that control unit 12 transmits a voltage level of 280 V to control unit 8, only the lowest DC voltage module 2 with 300 V is initially switched on, which in 2 is shown.

Erhöht sich dann die Spannungslage der Batterie 11 auf 300 V, so schaltet das Steuergerät 8 das mittlere Gleichspanungs-Modul 2 in Reihe, sodass sich die Ausgangsspannung auf 400 V erhöht, wobei die Induktivität 7 den Stromgradienten begrenzt. Die Reihenschaltung ist in 3 dargestellt, wobei schließlich bei Spannungslagen ab 400 V das oberste Gleichspannungs-Modul 2 zusätzlich in Reihe geschaltet wird.If the voltage level of the battery 11 then increases to 300 V, the control unit 8 connects the central DC voltage module 2 in series, so that the output voltage increases to 400 V, with the inductance 7 limiting the current gradient. The series connection is in 3 shown, finally with voltage levels from 400 V, the top DC voltage module 2 is additionally connected in series.

Hinsichtlich der Anzahl der Gleichspannungs-Module 2 sowie deren Nennspannungen sind die verschiedensten Ausführungen möglich. So kann die Nennspannung aller Gleichspannungs-Module 2 gleich sein oder aber es gibt ein Grundmodul (z.B. 300 V) sowie weitere Zusatz-Module mit gleichen oder ungleichen Nennspannungen, die kleiner als die Nennspannung des Grundmoduls sind.With regard to the number of DC voltage modules 2 and their nominal voltages, a wide variety of designs are possible. The nominal voltage of all DC voltage modules 2 can be the same, or there is a basic module (e.g. 300 V) and other additional modules with the same or different nominal voltages that are lower than the nominal voltage of the basic module.

Die Gleichstrom-Ladestation 1 benötigt dabei keinen Netzanschluss an eine Stromversorgung.The DC charging station 1 does not require a mains connection to a power supply.

In der 4 ist eine alternative Ausführungsform für eine Gleichstrom-Ladestation 1 dargestellt, wobei aus Übersichtsgründen nur die Gleichspannungs-Module 2 und die Schaltelemente 6 dargestellt sind. Dabei sind jedem Gleichspannungs-Modul 2 zwei Schaltelemente 6 zugeordnet, wobei die dargestellte Schaltlage den Leerlauf darstellt. In dieser Konfiguration kann jedes der Gleichspannungs-Module 2 alleine sowie jede beliebige Kombination aus Reihenschaltungen an den Ausgangsanschluss 4 geschaltet werden. In der gestrichelten Schalterposition wird beispielsweise das mittlere Gleichspannungs-Modul 2 überbrückt und die Reihenschaltung des unteren und oberen Gleichspannungs-Moduls 2 an den Ausgangsanschluss 4 angelegt.In the 4 An alternative embodiment for a DC charging station 1 is shown, with only the DC voltage modules 2 and the switching elements 6 being shown for reasons of clarity. Two switching elements 6 are assigned to each DC voltage module 2, with the switching position shown representing the idle state. In this configuration, each of the direct voltage modules 2 can be connected to the output connection 4 alone, as well as any combination of series connections. In the dashed switch position, for example, the middle DC voltage module 2 is bypassed and the series connection of the lower and upper DC voltage modules 2 is applied to the output connection 4 .

In der 5 ist eine Wechselstrom-Ladestation 20 dargestellt, die ebenfalls ohne Netzanschluss ausgebildet ist. Die Wechselstrom-Ladestation 20 ist wie die Gleichstrom-Ladestation 1 gemäß 1 aufgebaut, wobei der einzige Unterschied ist, dass die Induktivität 7 durch einen Wechselrichter 21 ersetzt ist, wobei die Induktivitäten des Wechselrichters 21 den Stromgradienten begrenzen. Es kann jedoch zusätzlich eine separate Induktivität vorgesehen sein.In the 5 an AC charging station 20 is shown, which is also designed without a mains connection. The AC charging station 20 is like the DC charging station 1 according to FIG 1 constructed, the only difference being that the inductance 7 is replaced by an inverter 21, the inductances of the inverter 21 limiting the current gradient. However, a separate inductor can also be provided.

In der 6 ist stark vereinfacht eine Gleichstrom-Ladestation 30 gemäß Stand der Technik dargestellt. Die Gleichstrom-Ladestation 30 weist einen Netzanschluss 31, einen Gleichrichter 32, ein Gleichspannungs-Modul 33 in Form einer Batterie und einen DC/DC-Wandler 34 auf, wobei dann am Ausgangsanschluss 4 eine Gleichspannung anliegt.In the 6 a DC charging station 30 according to the prior art is shown in a highly simplified manner. The DC charging station 30 has a mains connection 31 , a rectifier 32 , a DC voltage module 33 in the form of a battery and a DC/DC converter 34 , a DC voltage then being present at the output connection 4 .

In der 7 ist stark vereinfacht eine Wechselstrom-Ladestation 40 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Wechselstrom-Ladestation 40 weist einen Netzanschluss 41, einen Gleichrichter 42, ein Gleichspannungs-Modul 43 in Form einer Batterie und einen DC/AC-Wechselrichter 44 auf, wobei dann am Ausgangsanschluss 4 eine Wechselspannung anliegt.In the 7 an AC charging station 40 according to the prior art is shown in a greatly simplified manner. The AC charging station 40 has a mains connection 41 , a rectifier 42 , a DC voltage module 43 in the form of a battery and a DC/AC inverter 44 , an AC voltage then being present at the output connection 4 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Gleichstrom-LadestationDC charging station
22
Gleichspannungs-ModulDC voltage module
33
Brennstoffzellefuel cell
44
Ausgangsanschlussoutput port
55
Ausgangsanschlussoutput port
66
Schaltelementswitching element
77
Induktivitätinductance
88th
Steuergerätcontrol unit
99
AnschlussConnection
1010
Elektrofahrzeugelectric vehicle
1111
Batteriebattery
1212
Steuergerätcontrol unit
1313
GehäuseHousing
2020
Wechselstrom-LadestationAC charging station
2121
Wechselrichterinverter
3030
Gleichstrom-LadestationDC charging station
3131
Netzanschlusspower connection
3232
Gleichrichterrectifier
3333
Gleichspannungs-ModulDC voltage module
3434
DC/DC-WandlerDC/DC converter
4040
Wechselstrom-LadestationAC charging station
4141
Netzanschlusspower connection
4242
Gleichrichterrectifier
4343
Gleichspannungs-ModulDC voltage module
4444
Wechselrichterinverter

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  • US 2018/0205235 A1 [0003]US 2018/0205235 A1 [0003]

Claims (10)

Gleichstrom-Ladestation (1), umfassend mindestens ein Gleichspannungs-Modul (2), mindestens einen Ausgangsanschluss (4) für Gleichspannung und ein Steuergerät (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstrom-Ladestation (1) mindestens zwei Gleichspannungs-Module (2) aufweist, denen Schaltelemente (6) zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (8) derart ausgebildet ist, über mindestens ein Schaltelement (6) mindestens zwei Gleichspannungs-Module (2) in Reihe schalten zu können.DC charging station (1), comprising at least one DC voltage module (2), at least one output connection (4) for DC voltage and a control unit (8), characterized in that the DC charging station (1) has at least two DC voltage modules (2 ) which are assigned switching elements (6), the control unit (8) being designed in such a way that at least two DC voltage modules (2) can be connected in series via at least one switching element (6). Gleichstrom-Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) derart ausgebildet ist, die Spannungslage einer zu ladenden Batterie (11) zu erfassen und in Abhängigkeit der Spannungslage die Schaltelemente (6) anzusteuern.DC charging station claim 1 , characterized in that the control unit (8) is designed in such a way to detect the voltage level of a battery (11) to be charged and to control the switching elements (6) as a function of the voltage level. Gleichstrom-Ladestation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennspannungen der Gleichspannungs-Module (2) unterschiedlich sind.DC charging station claim 1 or 2 , characterized in that the nominal voltages of the DC voltage modules (2) are different. Gleichstrom-Ladestation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennspannungen der Gleichspannungs-Module (2) unterschiedliche Zweier-Potenzen aufweisen.DC charging station claim 3 , characterized in that the nominal voltages of the DC voltage modules (2) have different powers of two. Gleichstrom-Ladestation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennspannung aller Gleichspannungs-Module (2) gleich ist.DC charging station claim 1 or 2 , characterized in that the nominal voltage of all DC voltage modules (2) is the same. Gleichstrom-Ladestation nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (6) derart ausgebildet sind, dass ein Gleichspannungs-Modul (2) in Reihe geschaltet werden kann oder überdrückt werden kann.DC charging station according to one of the preceding claims, characterized in that the switching elements (6) are designed in such a way that a DC voltage module (2) can be connected in series or can be suppressed. Gleichstrom-Ladestation nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gleichspannungs-Modul (2) eine Brennstoffzelle (3) oder ein Stapel von Brennstoffzellen (3) ist.DC charging station according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one DC voltage module (2) is a fuel cell (3) or a stack of fuel cells (3). Gleichstrom-Ladestation nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgangsanschluss (4) und den Gleichspannungs-Modulen (2) mindestens eine Induktivität (7) angeordnet ist.DC charging station according to one of the preceding claims, characterized in that at least one inductance (7) is arranged between the output connection (4) and the DC voltage modules (2). Verfahren zum Betreiben einer Gleichstrom-Ladestation (1), wobei die Ladestation (1) mindestens zwei Gleichspannungs-Module (2), mindestens einen Ausgangsanschluss (4) für Gleichspannung und ein Steuergerät (8) aufweist, wobei den Gleichspannungs-Modulen (2) Schaltelemente (6) zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (8) die Schaltelemente (6) derart steuert, dass Gleichspannungs-Module (2) einzeln oder in Reihe zum Ausgangsanschluss geschaltet werden.Method for operating a DC charging station (1), the charging station (1) having at least two DC voltage modules (2), at least one output connection (4) for DC voltage and a control device (8), the DC voltage modules (2) Switching elements (6) are assigned, the control unit (8) controlling the switching elements (6) in such a way that DC voltage modules (2) are connected individually or in series to the output connection. Wechselstrom-Ladestation (20), umfassend mindestens zwei Gleichspannungs-Module (2), mindestens einen Ausgangsanschluss (4) für Wechselspannung, einen Wechselrichter (21) und ein Steuergerät (8), wobei den Gleichspannungs-Modulen (2) Schaltelemente (6) zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (8) derart ausgebildet ist, über mindestens ein Schaltelement (6) mindestens zwei Gleichspannungs-Module (2) in Reihe zu schalten.AC charging station (20), comprising at least two DC voltage modules (2), at least one output connection (4) for AC voltage, an inverter (21) and a control device (8), the DC voltage modules (2) having switching elements (6) are assigned, the control device (8) being designed in such a way that at least two DC voltage modules (2) are connected in series via at least one switching element (6).
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011011347A1 (en) 2011-02-16 2012-08-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Circuit-arrangement for use in electric charging station for charging battery of electric car, has energy storage device charged via direct-voltage of power supply and connected to battery of electric car in order to charge battery
US20180205235A1 (en) 2015-09-01 2018-07-19 Xi'an Tgood Intelligent Charging Technology Co., Ltd. Power matching method of matrix power distribution charging system
DE102017108099A1 (en) 2017-04-13 2018-10-18 Universität der Bundeswehr München Power converter for energy transmission
DE102017210615A1 (en) 2017-06-23 2018-12-27 Audi Ag Electric energy delivery device with extinguishing device
DE102017210611A1 (en) 2017-06-23 2018-12-27 Audi Ag An electrical energy delivery device having a bus bar matrix and method of operating the energy delivery device
WO2021105016A1 (en) 2019-11-26 2021-06-03 Universität der Bundeswehr München 4-phase multilevel converter with neutral connection and cascaded h-bridges in the 3 ac phases

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011011347A1 (en) 2011-02-16 2012-08-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Circuit-arrangement for use in electric charging station for charging battery of electric car, has energy storage device charged via direct-voltage of power supply and connected to battery of electric car in order to charge battery
US20180205235A1 (en) 2015-09-01 2018-07-19 Xi'an Tgood Intelligent Charging Technology Co., Ltd. Power matching method of matrix power distribution charging system
DE102017108099A1 (en) 2017-04-13 2018-10-18 Universität der Bundeswehr München Power converter for energy transmission
DE102017210615A1 (en) 2017-06-23 2018-12-27 Audi Ag Electric energy delivery device with extinguishing device
DE102017210611A1 (en) 2017-06-23 2018-12-27 Audi Ag An electrical energy delivery device having a bus bar matrix and method of operating the energy delivery device
WO2021105016A1 (en) 2019-11-26 2021-06-03 Universität der Bundeswehr München 4-phase multilevel converter with neutral connection and cascaded h-bridges in the 3 ac phases

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