DE202019105511U1

DE202019105511U1 - Elektrofahrzeug-Ladeanordnung zum Laden eines Elektrofahrzeugs

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Publication number: DE202019105511U1
Application number: DE202019105511.1U
Authority: DE
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: Abb E Mobility Nl BV
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2020-03-03
Anticipated expiration: 2029-10-08

Abstract

Elektrofahrzeug-Ladeanordnung mit einer Ladestation EVSE (1) und einem Elektrofahrzeug (2), wobeidie EVSE (1) aufweist:mehrere Stromversorgungsstufen (5), die jeweils dafür konfiguriert sind, einen Wechselstrom, AC, in einen Gleichstrom, DC, zum Zuführen von elektrischer Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs (2) umzuwandeln;mehrere Steckdosen (7), die dafür konfiguriert sind, das Elektrofahrzeug (2) mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen (5) zum Laden des Elektrofahrzeugs (2) zu verbinden:mindestens einen Verbindungsschalter (8), der dafür konfiguriert ist, mindestens zwei Stromversorgungsstufen (5) parallel und/oder in Reihe zu schalten; undein Ladekabel (3) und einen Ladeverbinder (4), die das Elektrofahrzeug (2) mit dem EVSE (1) verbinden, wobeidas Ladekabel (3) aufweist:eine Starkstrom-Schutzleitung (9), die dafür konfiguriert ist, als eine Schutzerde zu dienen, wobei die Starkstrom-Schutzleitung (9) einen Schutzleiter (11) aufweist und sich in einer Längsrichtung erstreckt;mehrere Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10), die dafür konfiguriert sind, einen positiven und einen negativen Gleichstrom, DC, zu leiten, wobei jede der Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) einen Stromversorgungsleiter (12) aufweist, wobei die Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) sich parallel zur Schutzleitung (9) erstrecken; undeine elektromagnetische Abschirmung (14), die sich in der Längsrichtung erstreckt und die Starkstrom-Schutzleitung (9) und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) umgibt; odermehrere elektromagnetische Abschirmungen (14), die sich jeweils in der Längsrichtung erstrecken und jeweils die Starkstrom-Schutzleitung (9) und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) umgeben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Elektrofahrzeug-Ladeanordnung mit einer Ladestation, EVSE, und einem Elektrofahrzeug, wobei die EVSE mehrere Stromversorgungsstufen, die jeweils dafür konfiguriert sind, Wechselstrom, AC, in Gleichstrom, DC, umzuwandeln, um elektrische Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs bereitzustellen, mehrere Steckdosen, die dafür konfiguriert sind, das Elektrofahrzeug mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen zum Laden des Elektrofahrzeugs zu verbinden, mindestens einen Verbindungsschalter, der dafür konfiguriert ist, mindestens zwei Stromversorgungsstufen parallel und/oder in Reihe zu schalten, und ein Ladekabel und einen Ladeverbinder aufweist, die das Elektrofahrzeug mit der EVSE verbinden.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge sind in vielen Ländern sehr populär geworden. Zum Laden dieser Elektrofahrzeuge, EV, mit elektrischer Energie werden an öffentlichen Plätzen wie Parkplätzen, oder auf privatem Gelände Ladeeinrichtungen als Ladeinfrastruktur installiert. Diese Ladeeinrichtungen, oftmals als Ladestation, EVSE, bezeichnet, sind mit Ladekabeln ausgestattet, die mittels eines Ladeverbinders in das Elektrofahrzeug eingesteckt werden. Bei einer Ladesitzung mit heutigen Ladeeinrichtungen werden über das Ladekabel Ströme von 500 A oder mehr zugeführt, um einen sogenannten Schnellladevorgang zu ermöglichen. Bei solchen Schnellladevorgängen wird sowohl in den USA als auch in der Europäischen Union, EU, häufig ein CCS-, Combined Charging System, Protokoll gemäß dem Standard IEC 61851-23 und SAE J1772 zum Laden von Elektrofahrzeugen verwendet. Andere gebräuchliche Ladeprotokolle sind CHAdeMO, GB oder Plain-AC.
Gleichstrom-, DC, Ladekabel zum Laden von Elektrofahrzeugen sind allgemein eine Hauptstörquelle für Strahlungsemissionen. Eine der effektivsten Techniken zum Abschwächen von EMV-, elektromagnetischer Verträglichkeit, Strahlungsemission besteht darin, den Teil der Ladeinfrastruktur abzuschirmen, der wie eine Antenne wirkt. Heutzutage auf dem Markt erhältliche DC-Ladekabel zum Laden von Elektrofahrzeugen sind jedoch nicht abgeschirmt und bieten daher keine solche Abschwächung. Infolgedessen erfordert dieses Problem einen erheblichen Aufwand und zusätzliche Kosten auf Schaltschrank- und Leistungselektronikebene bei den EVSEs, um den Strom/die Spannung bei Gleichtakt- und Gegentaktbetrieb, bei denen Strahlungsemission verursacht wird, zu minimieren.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ladeanordnung für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, die durch verminderte EMV-Emission gekennzeichnet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Aufgabe wird durch eine Elektrofahrzeug-Ladeanordnung gelöst, die eine Ladestation, EVSE, und ein Elektrofahrzeug aufweist, wobei die EVSE aufweist:

mehrere Stromversorgungsstufen, die jeweils dafür konfiguriert sind, Wechselstrom, AC, in Gleichstrom, DC, umzuwandeln, um elektrische Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs bereitzustellen,
mehrere Steckdosen, die dafür konfiguriert sind, das Elektrofahrzeug mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen zum Laden des Elektrofahrzeugs zu verbinden,
mindestens einen Verbindungsschalter, der dafür konfiguriert ist, mindestens zwei Stromversorgungsstufen parallel und/oder in Reihe zu schalten, und
ein Ladekabel und einen Ladeverbinder, die das Elektrofahrzeug mit der EVSE verbinden, wobei
das Ladekabel aufweist:
- eine Starkstrom-Schutzleitung, die dafür konfiguriert ist, als Schutzerde zu dienen, wobei die Starkstrom-Schutzleitung einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden Schutzleiter aufweist,
- mehrere Starkstrom-Stromversorgungsleitungen, die dafür konfiguriert sind, positiven und negativen Gleichstrom, DC, zu leiten, wobei jede der Starkstrom-Stromversorgungsleitungen einen Stromversorgungsleiter aufweist, wobei sich die Starkstrom-Stromversorgungsleitungen parallel zur Schutzleitung erstrecken, und
- eine elektromagnetische Abschirmung, die sich in der Längsrichtung erstreckt und die Starkstrom-Schutzleitung und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen umgibt, oder
- mehrere elektromagnetische Abschirmungen, die sich jeweils in der Längsrichtung erstrecken und jeweils die Starkstrom-Schutzleitung und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen umgeben.

Ein wesentlicher Punkt der vorgeschlagenen Lösung besteht daher darin, die Starkstrom-Schutzleitung und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen entweder einzeln durch mehrere spezifische Abschirmungen oder durch eine einzige Abschirmung abzuschirmen, die die Leitungen insgesamt abschirmt. Auf diese Weise können EMV-Emissionen kostengünstig und ohne wesentlichen Aufwand auf Schaltschrank- und/oder Leistungselektronik-Ebene der EVSE effektiv reduziert bzw. abgeschwächt werden, so dass der Strom/die Spannung im Gleichtakt- und/oder Gegentaktbetrieb, die Strahlungsemission verursachen, effektiv vermindert werden.
Die Ladestation, EVSE, wird auch als Elektrofahrzeug-, EV, Ladestation, elektrischer Wiederaufladepunkt, Ladepunkt, Ladestelle, Ladepfosten oder elektronische Ladestation, ECS, bezeichnet. Die EVSE ist ein Element in einer Infrastruktur, die elektrische Energie zum Wiederaufladen von Elektrofahrzeugen, wie beispielsweise Elektroautos, Elektrofahrzeugen in der Nachbarschaft und Plug-in-Hybridfahrzeugen, über ein Ladekabel und einen Ladeverbinder zuführt. EVSEs erfüllen in der Regel Standards für das Schnellladen von Elektrofahrzeugen, wie das sogenannte CCS-, Combined Charging System, Protokoll gemäß dem Standard IEC 61851-23 und SAE J1772 für das Laden von Elektrofahrzeugen sowohl in den USA als auch in der Europäischen Union, EU. Das CCS-, Combined Charging System, Protokoll ist eine Schnellladeverfahren zum Laden von Elektrofahrzeugen, das Hochspannungs-Gleichstrom über einen Ladeverbinder zuführt, der vom Verbinder nach dem Standard SAE J1772 (IEC Typ 1) oder IEC Typ 2 abgeleitet ist. Zu den Automobilherstellern, die CCS unterstützen, gehören Jaguar, Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA, Tesla und Hyundai. Der CSS-Standard wird durch das sogenannte CharIN-Konsortium kontrolliert. Daneben gibt es andere Protokolle wie zum Beispiel CHAdeMO, als Abkürzung für CHArge de Move, oder GB/T, insbesondere nach dem Standard 20234.3-2011. Die vorgeschlagene Lösung kann vorteilhafterweise mit noch höheren Ladeströmen wie beispielsweise 500 A, 600 A oder 3000 A oder mehr, Spannungen wie beispielsweise 1000 V, 1500 V oder 3000 V oder mehr, und/oder in Kombination mit neueren Standards verwendet werden, die noch nicht definiert sind und noch höhere Ströme erfordern.
Jede Stromversorgungsstufe kann einen Wandler und vorzugsweise einen Transformator aufweisen, der mit einem AC-, Wechselstrom, Netz zum Empfangen von elektrischer Energie verbunden ist, die in Gleichstrom, DC, umgewandelt und/oder transformiert wird, um eine Batterie des Elektrofahrzeugs aufzuladen. Das Elektrofahrzeug kann als ein Kraftfahrzeug, ein Bus, ein Lieferwagen, ein Lastkraftwagen, ein Traktor oder ein anderes elektrisch angetriebenes Fahrzeug bereitgestellt werden. Jede Steckdose kann einen Steckdosenanschluss aufweisen, an den das Ladekabel angeschlossen wird, um sie über den Ladeverbinder mit dem Elektrofahrzeug zu verbinden. Die Steckdose kann entfernt von der Stromversorgungsstufe angeordnet sein, beispielsweise 10 oder 30 Meter entfernt. Der Verbindungsschalter kann als Schaltschütz bereitgestellt werden und/oder innerhalb der Steckdose, zwischen zwei Steckdosen und/oder einer jeweiligen Stromversorgungsstufe zugeordnet bereitgestellt werden. Der Verbinderschalter kann innerhalb eines DC-Pfades zwischen der jeweiligen Stromversorgungsstufe und einem die verschiedenen Stromversorgungsstufen miteinander verbindenden DC-Bus und/oder innerhalb des DC-Busses zwischen jeweils zwei Stromversorgungsstufen vorgesehen sein. Das Ladekabel und/oder der Ladeverbinder entsprechen vorzugsweise zugehörigen Ladestandards, wie beispielsweise CHAdeMO, CCS, GB, Tesla usw., und/oder werden gemäß den oben beschriebenen Standards bereitgestellt. Die EVSE kann mehrere Ladekabel mit entsprechenden Ladeverbindern aufweisen, die beispielsweise jeweiligen Ladestandards entsprechen. Die Abschirmung kann in der Nähe der und/oder angepasst an die oder entfernt von der Starkstrom-Schutzleitung und/oder den mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen vorgesehen sein. Der Starkstrom-Schutzleitung und/oder die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen können benachbart zueinander und/oder angepasst aneinander oder entfernt voneinander angeordnet sein.
Im Ladekabel kann eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Starkstrom-Schutzleitung und/oder der mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen vorhanden sein. Die Abschirmung erstreckt sich vorzugsweise über eine volle Ausdehnung des Ladekabels und/oder ist innerhalb der EVSE mit Masse verbunden. Die Anordnung kann eine einzelne Steckdose oder mehrere Steckdosen aufweisen. Wenn beispielsweise 5 Stromversorgungsstufen und 5 jeweilige Steckdosen vorgesehen sind, kann das System 4 Verbindungsschalter aufweisen, um die Stromversorgungsstufen parallel und/oder in Reihe zu schalten. Wenn alle 4 Schalter geschlossen sind, kann also 1 Elektrofahrzeug mit elektrischer Energie geladen werden, die durch 5 Stromversorgungsstufen bereitgestellt wird, die parallel geschaltet sind. Alternativ kann die Anzahl der Stromversorgungsstufen größer sein als die Anzahl der Steckdosen. Allgemein kann der Verbindungsschalter als ein elektronischer Schalter und/oder als ein Schaltschütz vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der mindestens eine Schalter als Diode vorgesehen. Vorzugsweise sind in dem DC-Pfad zwei Dioden bzw. Schalter vorgesehen, jeweils einer innerhalb des DC(+)- und des DC(-)-Strompfades, im Fall von Dioden sind diese einander entgegengesetzt angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der mindestens eine Schalter als Matrix vorgesehen, weist eine Diode auf und/oder ist eine Kombination davon vorgesehen. Eine derartige Schaltmatrix, die vorzugsweise den mindestens einen bzw. alle Verbindungsschalter aufweist, bietet ein einfaches und wirksames Mittel, um mehrere Stromversorgungsstufen parallel und/oder sogar in Reihe zu schalten. Die Schaltmatrix kann Schaltschütze, elektronische Schalter wie IGBTs und/oder Dioden als Verbindungsschalter aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Starkstrom-Schutzleitung und/oder die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen jeweils eine den jeweiligen Schutzleiter und/oder die Stromversorgungsleiter umgebende Isolierung auf. Unter dem Begriff „umgeben“ ist zu verstehen, dass in einer Querschnittansicht betrachtet der jeweilige Leiter vollständig von der Isolierung umschlossen ist, die sich vorzugsweise entlang der gesamten Abmessung des Ladekabels erstreckt. Die Isolierung kann ein kautschukartiges Polymermaterial aufweisen, das für eine elektrische Isolierung vorgesehen ist, wie beispielsweise Silikonkautschuke oder thermoplastische Elastomere.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist das Ladekabel eine flüssigkeitsdichte Außenummantelung auf, die sich in der Längsrichtung erstreckt und die Starkstrom-Schutzleitung und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen umgibt. Die Außenummantelung, auch als Schlauch bezeichnet, ist vorzugsweise als Röhre und/oder als Hülse vorgesehen und/oder kann ein Material auf Polymerbasis und/oder extrudierte Polymerschichten, beispielsweise Polyamid, aufweisen. Die Außenummantelung kann ferner ein flexibles Metallrohr aufweisen. Ein solches flexibles Metallrohr bietet eine erhöhte Sicherheit und mechanische Robustheit für das Kabel. Insbesondere im Falle einer Beschädigung der Außenummantelung ist der Benutzer des Kabels durch den flexiblen Metallschlauch, der vorzugsweise auch wasserdicht ausgebildet ist, weiterhin vor einem Kontakt mit dem Hochspannungskabel geschützt. Darüber hinaus bietet die flexible Metallummantelung den erforderlichen mechanischen Schutz, falls ein Elektrofahrzeug über das Ladekabel fährt. Daher ist das flexible Metallrohr vorzugsweise derart konfiguriert, dass es eine laterale Bruchfestigkeit im Bereich von 65,5 kN/m aufweist. Das Metallrohr kann im Querschnitt betrachtet einen bandgewickelten Schlauch aus galvanischem Stahl aufweisen, der beispielsweise aus einer Karkassenplatte geschnitten ist. Am bevorzugtesten besteht das Metallrohr aus Stahl, verzinktem Stahl oder Aluminium und weist vorzugsweise bandgewickelte Profile auf, um die erforderliche Flexibilität bereitzustellen, und/oder einen Biegeradius unter 300 mm, vorzugsweise unter 150 mm. Die Außenummantelung kann ferner als ein Kühlmantel und/oder als ein ringförmiger, einstückiger Mantel vorgesehen sein. Unter dem Begriff Starkstrom ist zu verstehen, dass die Leiter und die jeweilige Isolierung zum Übertragen von Gesamtströmen von 500 A oder mehr ausgelegt sind.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist das Ladekabel einen Signaldraht auf, der sich in Längsrichtung erstreckt und zwischen der elektromagnetischen Abschirmung und der flüssigkeitsdichten Außenummantelung angeordnet ist. Der Signaldraht kann als ein besonders dünner Draht vorgesehen sein, der beispielsweise zum Erfassen verschiedener Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit, Licht, Beschleunigung, elektrischer Widerstand usw. entweder im Ladeverbinder oder im flüssigkeitsgekühlten Kabel als solchem verwendet wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Sensordraht einen Proximity-Pilot-, PP, Draht zur Signalisierung vor dem Einfügen und/oder einen Control-Pilot-, CP, Draht zur Signalisierung nach dem Einfügen, insbesondere gemäß dem Standard SAE J1772 und/oder IEC 61851 auf. Da der Sensordraht zwischen der elektromagnetischen Abschirmung und der flüssigkeitsdichten Außenummantelung vorgesehen ist, wird die Sicherheit durch frühzeitiges Erfassen von Beschädigungen in den äußersten Schichten verbessert, indem der Control-Pilot- und/oder Proximity-Pilot-Draht in diesem Bereich angeordnet wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Signaldraht zwischen der elektromagnetischen Abschirmung und einer Außenummantelung, einer Hülse und/oder einem Mantel des Ladekabels und derart angeordnet, dass er nicht innerhalb der Abschirmung angeordnet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Signaldraht innerhalb der elektromagnetischen Abschirmung angeordnet und/oder von dieser umgeben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die elektromagnetische Abschirmung als metallische Abschirmung vorgesehen und weist insbesondere ein Metallblech, ein Metallgitter und/oder einen Metallschaum auf. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Ladekabel zwei Starkstromkabel auf und/oder ist das Starkstromkabel als Masse vorgesehen und/oder mit Masse verbunden. Eine Starkstrom-Stromversorgungsleitung ist vorzugsweise zum Übertragen eines positiven Gleichstroms konfiguriert, während die andere Starkstrom-Stromversorgungsleitung zum Übertragen eines negativen Gleichstroms konfiguriert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung beträgt ein Querschnitt der Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 16 bis 50 mm², ein Querschnitt der Starkstrom-Schutzleitung 25 bis 50 mm², liegt eine Dicke der elektromagnetischen Abschirmung in einem Bereich von 1 bis 2,5 mm und/oder hat das Ladekabel eine Länge von 6 bis 10 m. Solche Parameter ermöglichen vorteilhaft einen Ladevorgang mit 500 A Gleichstrom und 1000 V Gleichspannung. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bestehen der Schutzleiter und/oder die Stromversorgungsleiter aus Kupfer- und/oder Aluminiumdrähten und/oder Drahtlitzen. Das Ladekabel kann einfach und damit kostengünstig hergestellt werden, wobei insbesondere die Verwendung von Aluminium- anstelle von Kupferleitern zu einer deutlichen Kostensenkung führt. Aluminium hat etwa 60% der Leitfähigkeit von Kupfer, aber nur 30% des Gewichts von Kupfer. Somit wiegt ein blanker Aluminiumdraht halb so viel wie ein blanker Kupferdraht, der den gleichen elektrischen Widerstand hat. Durch Konstanthalten des Gesamtgewichts pro Meter Kabel führt die Verwendung von Aluminium vorteilhaft zu etwa der Hälfte der Ohmschen Verluste im Vergleich zu Kupfer. Spezielle Aluminiumlegierungen, wie zum Beispiel die AA-8000-Serie, haben ähnliche Kriech- und Dehnungseigenschaften wie Kupfer und erfüllen die Anforderungen von ASTM B800 für elektrische Zwecke. Die thermischen Eigenschaften können durch die Verwendung von Aluminium- anstelle von Kupferdrähten bzw. -leitern verbessert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die mehreren Steckdosen jeweils einen Steckdosenschalter auf, der dafür konfiguriert ist, das Elektrofahrzeug mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen zum Laden des Elektrofahrzeugs zu verbinden. Dieser Steckdosenschalter ist vorzugsweise als Schaltschütz oder als IGBT ausgebildet. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weisen die Stromversorgungsstufen jeweils einen Wandler zum Umwandeln von Wechselstrom, AC, in Gleichstrom, DC, zum Zuführen von elektrischer Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs auf. Der Wandler ist vorzugsweise mit einem Wechselstromnetz verbunden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Ladekabel die mehreren elektromagnetischen Abschirmungen und mehrere Außenisolierungen auf, die sich jeweils in Längsrichtung erstrecken und die jeweiligen elektromagnetischen Abschirmungen umgeben. Vorzugsweise sind die Außenisolierungen benachbart zu den und/oder angepasst an die Abschirmungen angeordnet. Die Außenisolierungen können ein kautschukartiges Polymermaterial aufweisen, das zur elektrischen Isolierung vorgesehen ist, wie beispielsweise Silikonkautschuke oder thermoplastische Elastomere.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die EVSE eine Klemme, insbesondere eine P-Klemme und/oder eine U-Klemme zum Verbinden der elektromagnetischen Abschirmung mit Masse auf. Die Klemme ist vorzugsweise in einem Gehäuse der EVSE angeordnet, insbesondere in der Nähe einer Öffnung, über die das Ladekabei aus der EVSE austritt. Die Klemme ist vorzugsweise geerdet und/oder mit der Schutzleitung verbunden.
Figurenliste
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden unter Bezug auf die nachstehend beschriebene Ausführungsform ersichtlich und erläutert.
Es zeigen:

1 eine exemplarische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Ansicht;
2 ein Ladekabel gemäß der exemplarischen Ausführungsform in einer Querschnittansicht;
3 ein Ladekabel gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel in einer Querschnittansicht; und
4 eine P-Klemme und eine U-Klemme zum Verbinden einer elektromagnetischen Abschirmung des Ladekabels mit Masse gemäß der exemplarischen Ausführungsform in einer schematischen Ansicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine exemplarische Ausführungsform einer Elektrofahrzeug-Ladeanordnung in einer schematischen Ansicht. Die Fahrzeug-Ladeanordnung weist eine Ladestation EVSE 1 und ein Elektrofahrzeug 2 auf, wobei das Elektrofahrzeug 2 mit der EVSE 1 verbunden ist, um das Elektrofahrzeug 2 über ein Ladekabel 3 und einen Ladeverbinder 4, der mit dem Ladekabel 3 verbunden und in eine entsprechende Ladebuchse des Elektrofahrzeugs 2 eingesteckt ist, mit elektrischer DC-, Gleichstrom, Energie zu laden.
Die EVSE 1 ist mit einem nicht dargestellten Wechselstromnetz verbunden, um Wechselstrom, AC, zu empfangen, der dann durch einen nicht dargestellten Transformator transformiert und durch mehrere Stromversorgungsstufen 5 in Gleichstrom umgewandelt wird. Die Stromversorgungsstufen 5 weisen daher jeweils einen Wandler 6 zum Umwandeln eines über den Transformator vom Wechselstromnetz empfangenen Wechselstroms in Gleichstrom auf. Die EVSE weist ferner mehrere Steckdosen 7, die jeweils dafür konfiguriert sind, das Elektrofahrzeug 2 über das Ladekabel 3 mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen 5 zu verbinden, und mindestens einen Verbindungsschalter 8 auf, um mindestens zwei Stromversorgungsstufen 6 parallel und/oder in Reihe zu schalten und die Stromversorgungsstufen 6 über die jeweilige Steckdose 7, das Ladekabel 3 und den Ladeverbinder 4 mit einer Batterie des Elektrofahrzeugs 2 zu verbinden.
Der mindestens eine Verbindungsschalter 8 ist Teil einer Schaltmatrix, die mehrere dieser Verbindungsschalter 8 aufweist und die einerseits das parallele Laden mehrerer Elektrofahrzeuge 2 ermöglicht und andererseits elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Elektrofahrzeugen 2 verhindert. Daher kann jede Steckdose 7 bzw. die Schaltmatrix einen Steckdosenschalter 8a zum Verbinden des Elektrofahrzeugs 2 mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen 5 zum Laden des Elektrofahrzeugs 2 aufweisen.
Das Ladekabel 3 weist, wie in den 2 und 3 ersichtlich ist, eine als Schutzerde bzw. als Masse dienende Starkstrom-Schutzleitung 9 und zwei Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 10 auf, die sich parallel zur Starkstrom-Schutzleitung 9 erstrecken und positiven bzw. negativen Gleichstrom DC(+) und DC(-) leiten. Die Starkstrom-Schutzleitung 9 und die beiden Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 10 sind in der Draufsicht betrachtet in einer Dreieckskonfiguration zueinander angeordnet. Die Starkstrom-Schutzleitung 9 weist einen Schutzleiter 11 mit einem Querschnitt von 25 bis 50 mm² auf, und die Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 10 weisen jeweils einen Stromversorgungsleiter 12 mit einem Querschnitt von 16 bis 50 mm² auf, wobei eine jeweilige in Längsrichtung verlaufende Isolierung 13 mit einer Dicke von 1 bis 2,5 mm jeden der jeweiligen Schutzleiter 11 und der Stromversorgungsleiter 12 umgibt. Der Schutzleiter 11 und die Stromversorgungsleiter bestehen aus Kupfer, Aluminium oder einer Mischung davon und/oder weisen Drahtlitzen auf.
In 2 sind mehrere metallische elektromagnetische Abschirmungen 14 mit einer Dicke von 0,5 bis 2 mm vorgesehen, die sich jeweils in Längsrichtung erstrecken und jeweils den Schutzleiter 11 und die Stromversorgungsleiter 12 derart umgeben, dass die Isolierung 13 benachbart zu dem jeweiligen Schutzleiter 11 und den Stromversorgungsleitern 12 auf der einen Seite und den Abschirmungen 14 auf der anderen Seite angeordnet bzw. dazwischen angepasst ist. Außenisolierungen 15, die sich jeweils in der Längsrichtung erstrecken und die jeweiligen elektromagnetischen Abschirmungen 14 umgeben, sind jeweils benachbart zu den Abschirmungen 14 der jeweiligen Schutzleitung 9 und den Stromversorgungsleitungen 10 angeordnet.
3 zeigt eine andere Ausführungsform mit einer einzelnen elektromagnetischen Abschirmung 14, die die Starkstrom-Schutzleitung 9 und die Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 10 umgibt, wobei keine Außenisolierungen 15 vorgesehen sind. Die einzelne elektromagnetische Abschirmung 14 kann benachbart zu der Starkstrom-Schutzleitung 9 und den Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 10 bzw. dazwischen angepasst oder beabstandet davon angeordnet sein. Das Ladekabel 3 weist ferner einen Signaldraht 16 auf, der dazu vorgesehen ist, unter anderem Control-Pilot-, CP, und Proximity-Pilot-, PP, Signale zu übertragen und sich in Längsrichtung erstreckt und zwischen der elektromagnetischen Abschirmung 14 und einer flüssigkeitsdichten Außenummantelung 17 angeordnet ist, die den Signaldraht 16, die Starkstrom-Schutzleitung 9 und die Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 10 umschließt.
Die Außenummantelung 17 weist ein Material auf Polymerbasis, extrudierte Polymerschichten auf und/oder ist als ein flexibles Metallrohr ausgebildet. Innerhalb der flüssigkeitsdichten Außenummantelung 17 ist ein flüssiges Kühlmittel 18 vorgesehen, das Öl, ein Wasser-Glykol-Gemisch, ein Wasser-Salz-Gemisch und/oder halogenisierte Kohlenwasserstoffverbindungen enthält. Daher kann gemäß 3 das flüssige Kühlmittel 18 in einer Richtung zwischen der Abschirmung 14 und der Außenummantelung 17 und in der anderen Richtung zwischen der Abschirmung 14 und der Starkstrom-Schutzleitung 9 und den Starkstrom-Stromversorgungsleitungen 10 fließen. Alle Abschirmungen 14 sind innerhalb eines Gehäuses der EVSE 1 durch eine P-Klemme oder eine U-Klemme 19 mit Masse verbunden, wie in 4 dargestellt ist. Die P-Klemme oder die U-Klemme 19 ist in der Nähe einer Öffnung angeordnet, über die das Ladekabel 3 aus dem Gehäuse austritt, das selbst geerdet oder direkt mit dem Schutzleiter 9 verbunden ist.
Obgleich die Erfindung in den Zeichnungen und in der vorstehenden Beschreibung ausführlich dargestellt und beschrieben worden ist, sind diese Darstellung und Beschreibung lediglich als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht im einschränkenden Sinne anzusehen. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Fachleute sind in der Lage, bei der praktischen Umsetzung der beanspruchten Erfindung anhand eines Studiums der Zeichnungen, der Beschreibung und der beigefügten Ansprüche weitere Variationen der dargestellten Ausführungsformen abzuleiten und zu realisieren. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als einschränkend aufgefasst werden.
Bezugszeichenliste

1: EVSE
2: Elektrofahrzeug
3: Ladekabel
4: Ladeverbinder
5: Stromversorgungsstufe
6: Wandler
7: Steckdose
8: Verbindungsschalter
8a: Steckdosenschalter
9: Schutzleitung
10: Stromversorgungsleitung
11: Schutzleiter
12: Stromversorgungsleiter
13: Isolierung
14: Abschirmung
15: Außenisolierung
16: Signaldraht
17: Außenummantelung
18: flüssiges Kühlmittel
19: Klemme, P-Klemme oder U-Klemme

Claims

Elektrofahrzeug-Ladeanordnung mit einer Ladestation EVSE (1) und einem Elektrofahrzeug (2), wobei die EVSE (1) aufweist: mehrere Stromversorgungsstufen (5), die jeweils dafür konfiguriert sind, einen Wechselstrom, AC, in einen Gleichstrom, DC, zum Zuführen von elektrischer Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs (2) umzuwandeln; mehrere Steckdosen (7), die dafür konfiguriert sind, das Elektrofahrzeug (2) mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen (5) zum Laden des Elektrofahrzeugs (2) zu verbinden: mindestens einen Verbindungsschalter (8), der dafür konfiguriert ist, mindestens zwei Stromversorgungsstufen (5) parallel und/oder in Reihe zu schalten; und ein Ladekabel (3) und einen Ladeverbinder (4), die das Elektrofahrzeug (2) mit dem EVSE (1) verbinden, wobei das Ladekabel (3) aufweist: eine Starkstrom-Schutzleitung (9), die dafür konfiguriert ist, als eine Schutzerde zu dienen, wobei die Starkstrom-Schutzleitung (9) einen Schutzleiter (11) aufweist und sich in einer Längsrichtung erstreckt; mehrere Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10), die dafür konfiguriert sind, einen positiven und einen negativen Gleichstrom, DC, zu leiten, wobei jede der Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) einen Stromversorgungsleiter (12) aufweist, wobei die Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) sich parallel zur Schutzleitung (9) erstrecken; und eine elektromagnetische Abschirmung (14), die sich in der Längsrichtung erstreckt und die Starkstrom-Schutzleitung (9) und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) umgibt; oder mehrere elektromagnetische Abschirmungen (14), die sich jeweils in der Längsrichtung erstrecken und jeweils die Starkstrom-Schutzleitung (9) und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) umgeben.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Starkstrom-Schutzleitung (9) und/oder die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) jeweils eine den jeweiligen Schutzleiter (13) und/oder die Stromversorgungsleiter (12) umgebende Isolierung (13) aufweisen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ladekabel (3) eine flüssigkeitsdichte Außenummantelung (17) aufweist, die sich in der Längsrichtung erstreckt und die Starkstrom-Schutzleitung (9) und die mehreren Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) umgibt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenummantelung (17) ein Material auf Polymerbasis und/oder extrudierte Polymerschichten aufweist und/oder als flexibles Metallrohr ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ladekabel (3) einen sich in der Längsrichtung erstreckenden Signaldraht (16) aufweist, der zwischen der elektromagnetischen Abschirmung (14) und der flüssigkeitsdichten Außenummantelung (17) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Abschirmung (14) als metallische Abschirmung ausgebildet ist, insbesondere ein Metallblech, ein Metallgitter und/oder einen Metallschaum aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei Starkstrom-Stromversorgungsleitungen (10) und/oder wobei die Starkstrom-Schutzleitung (9) als Masse bereitgestellt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt der Stromversorgungsleiter (12) in einem Bereich von 16 bis 50 mm² liegt, ein Querschnitt des Schutzleiters (11) in einem Bereich von 25 bis 50 mm² liegt, eine Dicke der elektromagnetischen Abschirmung (14) in einem Bereich von 1 bis 2,5 mm liegt, und/oder das Ladekabel (3) eine Länge von 6 m hat.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schutzleiter (11) und/oder die Stromversorgungsleiter (12) Kupfer- und/oder Aluminiumdrähte und/oder Drahtlitzen aufweisen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Steckdosen (7) jeweils einen Steckdosenschalter (8a) aufweisen, der dafür konfiguriert ist, das Elektrofahrzeug (2) mit mindestens einer der jeweiligen Stromversorgungsstufen (5) zum Laden des Elektrofahrzeugs (2) zu verbinden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromversorgungsstufen (5) jeweils einen Wandler (6) zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom zum Zuführen von elektrischer Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs (2) aufweisen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ladekabel (3) die mehreren elektromagnetischen Abschirmungen (14) und mehrere Außenisolierungen (15) aufweist, die sich jeweils in der Längsrichtung erstrecken und die jeweiligen elektromagnetischen Abschirmungen (14) umgeben.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die EVSE (1) eine Klemme (19), insbesondere eine P-Klemme und/oder eine U-Klemme zum Verbinden der elektromagnetischen Abschirmung (14) mit Masse aufweist.