EP4175846A1 - Verfahren zum betreiben einer ladestation und ladestation - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer ladestation und ladestation

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EP4175846A1
EP4175846A1 EP22713873.2A EP22713873A EP4175846A1 EP 4175846 A1 EP4175846 A1 EP 4175846A1 EP 22713873 A EP22713873 A EP 22713873A EP 4175846 A1 EP4175846 A1 EP 4175846A1
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EP
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switching element
power switching
charging station
voltage
power
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Application number
EP22713873.2A
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English (en)
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Gernot Preisinger
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Keba Energy Automation GmbH
Original Assignee
Keba Energy Automation GmbH
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Publication date
Application filed by Keba Energy Automation GmbH filed Critical Keba Energy Automation GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a charging station for charging an energy store of an electric vehicle and a corresponding charging station.
  • the present technical field relates to a charging station or charging connection device for charging an energy store of an electric vehicle.
  • the applicant's European patent EP 2 882 607 B1 describes a charging station for electric vehicles, with at least one input interface for feeding electrical energy from a stationary power supply network into the charging station, with a connection socket for connecting a charging plug of an electric vehicle for controlled delivery of electrical energy to the electric vehicle, with a plurality of electrotechnical components, comprising an electronic control device for switching, measuring or monitoring the electrical energy consumed and/or emitted, and with a housing enclosing the electrotechnical components.
  • two elements for interrupting a current flow are often connected in series in the current path between the mains and the load. This enables single-fault-safe shutdown of the energy flow in the event of a fault.
  • One of the two elements is designed in particular as an electromagnetic switching element, which opens reliably when the control voltage of the switching element is lost. The entire charging power is transmitted via this switching element and if a fault occurs, it must open within the times required by the standard, for example within 20 ms after the occurrence of the fault error. Within this time, the error must first be detected and then the shutdown must be initiated. For example, only 10 ms remain for the switch-off process itself.
  • the task is solved by a method with the features of claim 1 and by a charging station with the features of claim 13 ge.
  • a method for operating a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy has a first electrically controllable power switching element and a second electrically controllable power switching element.
  • the first power switching element is an electromagnetic switching of the power switching element.
  • Each of the power switching elements has a non-conductive switching state in which no current can flow and a conductive switching state in which current can flow, each of the power switching elements being configured to interrupt a flow of energy through the charging station to the electric vehicle or vice versa is.
  • the method comprises the steps: a) activating an electromagnetic drive of the first power switching element with a pick-up voltage in order to bring the first power switching element from the non-conductive switching state into the conducting switching state, b) activating the electromagnetic drive of the first power switching element with a holding voltage that is reduced compared to the pull-in voltage after the first power switching element is in the conducting switching state, and c) driving the second power switching element in order to bring the second power switching element from the non-conducting switching state to the conducting switching state after a current flow through the electromagnetic table Driving the first power switching element reaches or falls below a certain threshold value.
  • This method has the advantage that the first power switching element is already being driven with a reduced holding current due to the reduced holding voltage at the time when the second power switching element is brought into the conducting switching state and can therefore be switched off more quickly. Since energy can only flow through the charging station when the second power switching element is conductive, in the event of a fault occurring immediately afterwards, such as a short circuit or a ground fault in the vehicle to be charged or the like, the first power switching element can be switched off more quickly than it is possible without this procedure. This increases the operational safety of the charging station.
  • power switching element is understood in particular to mean that switches are involved that can switch an electrical load on or off.
  • the conductive state which can also be referred to as the switched-on state
  • electrical power can flow through the switching element, which can range from a few watts to several kilowatts, for example up to 500 kW. This is to be seen in contrast to pure signal switches, which are only suitable for switching signals whose electrical power is well below one watt.
  • electrically controllable power switching element is understood, for example, as a switching element that can be switched via a corresponding electrical control or control circuit.
  • electrically controllable switching elements are electromechanical relays and electronic switches, which can also be referred to as semiconductor relays.
  • electromagnetically switching power switching element is understood to mean, for example, a relay or a contactor which has a mechanical actuating element which can be actuated by a magnetic field that can be generated by an electromagnet, in particular a coil.
  • the actuating element When the actuating element is actuated, it closes the switchable contacts so that the relay or contactor is switched on.
  • the actuating element can also be referred to as an armature and the switchable contacts can also be referred to as working contacts.
  • the working contacts are separated from one another by a gap, the size of the gap depending on the maximum operating voltage that is applied to the working contacts and the required current breaking capacity of the switching element is determined.
  • the electromagnetic drive of the first power switching element is formed in particular by a special coil.
  • a voltage is applied to the coil, ie the coil is driven with a voltage, a current begins to flow through the coil.
  • a magnetic field results from the current flow, whereby the current flow through the coil is initially delayed because the electrical energy is required to build up the magnetic field.
  • U(t) stands for the voltage at time t
  • L for the inductance of the coil
  • l(t) for the current at time t
  • d/dt is the differential quotient (derivative) of the reference variable (here the current l(t) ) after the time.
  • equations can be derived, which can then be somewhat more complex.
  • a coil of an electromagnetic switching element there can also be a reaction on the coil current during the movement of the armature, for example a brief dip when closing or an increase when opening.
  • Such transient processes can only be described as models and approximately using closed formulas; for reasons of clarity, they will not be discussed further here.
  • the amount of current flow (and thus also the strength of the magnetic field) after all transient processes have subsided depends in particular on the control voltage and the electrical resistance of the control circuit.
  • the magnetic field of the coil causes an attractive force on the armature, so that it is actuated and thus closes the normally open contacts.
  • the electromagnetic drive is initially controlled with the pull-in voltage.
  • the pull-in voltage is set in such a way that the resulting pull-in current and the magnetic field that builds up are large enough to also move the armature Open armature air gap and unfavorable conditions, such as increased me chanical resistance when switching or the like, tighten and operate with it.
  • the control voltage can be reduced. Reaching the stable operating state in this sense can be ensured, for example, by waiting for a predetermined time interval and/or by a suitable sensor system that detects, for example, a coil current and/or a force transmitted by the armature. It should be noted that, according to the invention, no energy can yet flow through the charging station at this point in time, since the second power switching element is still in the non-conductive state.
  • the control voltage can be reduced from the pull-in voltage to the holding voltage. This reduction means that the current flow through the electromagnetic drive is also reduced. According to Lenz's law, the current does not drop immediately after the reduction, but the energy stored in the magnetic field causes the current to drop only slowly. After a certain time, the current has then dropped to a value determined by the holding voltage, the holding current.
  • the holding voltage is determined in such a way that the resulting holding current has a value at which the armature is held securely by the magnetic field on the one hand, but can also switch (open) much faster on the other hand than based on the pull-in voltage and the corresponding pull-in current.
  • the certain threshold value is determined as another value from an interval between the pull-in current and the holding current.
  • the threshold value particularly preferably corresponds to a current which is slightly higher than the holding current corresponding to the holding voltage, for example a current which is 10% higher. This selection of the threshold value allows the first power switching element to be switched off more quickly when the second power switching element is switched on than when the second power switching element is switched to the conductive state earlier, in particular at the same time or even before the first power switching element.
  • the pull-in voltage and/or the holding voltage can be generated or provided in the form of a PWM signal (PWM: pulse width modulation), with the average value over time being dependent on the duty ratio and the voltage levels (upper and lower voltage levels) of the PWM signal depends.
  • PWM pulse width modulation
  • the voltage level of a PWM signal for the pull-in voltage and a PWM signal for the holding voltage can be the same, with the difference between the two voltages being realized by a different duty cycle.
  • the energy store can also be used as an energy buffer, with electrical energy from the energy store being able to be fed into the energy supply network via the charging station. This can contribute to a more stable energy supply network.
  • this further comprises the step of switching off the holding voltage for the first power switching element in order to bring the first power switching element into the non-conductive switching state when a fault state is detected by the charging station.
  • the error status relates to the charging of the energy storage device by the charging station.
  • the error condition includes, for example, a fault current, an overcurrent, an overvoltage, an increased temperature or the like.
  • the fault condition can also include the omission of a safety-related release condition for the flow of energy through the charging station. Such a fault condition can occur in the charging station itself, but it can also affect the charging cable, the energy store to be charged or the electric vehicle, or the power grid to which the charging station is connected.
  • the detection of the error state by the charging station can include receiving a corresponding signal from a unit that is external to the charging station.
  • the external unit is, for example, a safety device of the electric vehicle. This means that the error condition is not necessarily detected by a component of the charging station.
  • the charging station includes safety-relevant devices, such as fuses, current and/or voltage measuring devices and the like, which can be set up to detect the error state.
  • safety-relevant devices such as fuses, current and/or voltage measuring devices and the like, which can be set up to detect the error state.
  • step c) is carried out after a predetermined period of time has elapsed after step b) has been carried out.
  • the predetermined period of time is determined in particular as a function of parameters of the first power switching element used.
  • the predetermined period of time can be determined as a function of a time constant that is characteristic of the first power switching element, which is a temporal relationship between the control voltage and the control current of the electromagnetic drive.
  • a time constant that is characteristic of the first power switching element, which is a temporal relationship between the control voltage and the control current of the electromagnetic drive.
  • An example of the characteristic time constant is the L/R factor for a circuit in which a coil with inductance L is connected in series with a resistance R, as already explained above with reference to equation (2).
  • This embodiment is advantageous since an explicit measurement of the drive current can be dispensed with.
  • this also includes:
  • Method step c) is carried out in particular only when the comparison shows that the detected current flow is less than or equal to the specific threshold value and/or that the detected rate of change is less than or equal to the specific threshold value for the rate of change over time.
  • the threshold value for the current flow is determined in particular on the basis of the holding current IH, which flows through the electromagnetic drive when it is driven with the holding voltage and after all dynamic processes have subsided.
  • the determined threshold may be slightly above the holding current, for example the threshold may be between 100% - 150% of the holding current test currents amount. In particular, the threshold is determined as 101% - 115% of IH.
  • the rate of change is a current change/unit of time (dl(t)/dt) and has, for example, the physical dimension current/time.
  • the rate of change is an indication of whether the electromagnetic drive circuit has approached a steady state condition or how advanced this approach is. For example, the rate of change assumes a high value immediately after reduction to the withstand voltage and then falls from the high value to zero. If the rate of change is zero, then the system is in the steady state in which the holding current corresponding to the holding voltage flows through the electromagnetic drive. At this point in time, the additional energy stored in the magnetic field has been dissipated.
  • the determined threshold for the rate of change is preferably between zero and 50% of a maximum value for the rate of change, in particular the threshold is l/exp(l) of the maximum value.
  • the maximum value is understood to mean in particular the value of the rate of change directly after switching from the pull-in voltage to the holding voltage.
  • the maximum value for the rate of change can be determined, in particular experimentally, for a specific power switching element with specific operating parameters. However, the maximum value of the rate of change can also be determined theoretically based on the physical relationships.
  • the second power switching element can be enabled to enable method step c) as a function of the comparison.
  • a safety controller can be provided, which can prevent the second power switching element from switching from the non-conducting state to the conducting state. This can be done, for example, by means of an & gate, one input of which is controlled by the safety controller depending on the comparison.
  • the first power switching element and the second power switching element are connected in series with respect to the energy flow to the electric vehicle.
  • the first power switching element and the second power switching element are directly connected to one another in the charging station.
  • At least one other electrical and/or electronic component of the charging station is connected between the first power switching element and the second power switching element.
  • the interposed component includes all possible types of components such as filters, coils, capacitors, semiconductor components such as diodes, current and/or voltage measuring arrangements, current and/or voltage converters and the like.
  • the first power switching element is on the input side of the charging station and the second power switching element is on the output side of the charging station. tion arranged, or vice versa.
  • the respective power switching element is the component closest to the input or output and is therefore set up to completely interrupt the flow of energy from the charging station in the respective direction.
  • all other components of the charging station that are used to provide the electrical energy rule are connected between the first and the second power switching element.
  • the charging station can have additional inputs and/or outputs via which, for example, a supply voltage can be provided and/or communication connections can be established.
  • only passive components such as a resistor and/or a filter, are arranged between the input and the power switching element arranged on the input side and/or between the output and the power switching element on the output side.
  • only the first or only the second power switching element is arranged on the input side or on the output side of the charging station.
  • the charging station has a safety circuit which monitors the activation of the first power switching element and which prevents the activation of the second power switching element until the first power switching element is activated with the holding voltage and the current flow through the electromagnetic drive of the first Power switching element reaches the certain threshold or falls below.
  • the fact that the safety circuit monitors the activation of the first power switching element is understood to mean, for example, that the safety circuit outputs control signals which relate the activation of the first power switching element to the pick-up voltage and then to the holding voltage. start.
  • the safety circuit itself can also be set up to control the first power switching element.
  • the safety circuit can stop or interrupt the activation of the first power switching element at any time if an error is detected.
  • the safety controller can be implemented in terms of hardware and/or software.
  • the respective unit can be embodied, for example, as a computer or as a microprocessor.
  • the respective unit can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as an algorithm, as part of a program code or as an executable object.
  • the second power switching element is in the form of an electromagnetic relay, an electronic relay, a controllable AC/DC converter or a controllable DC/DC converter.
  • the charging station has a third, electromagnetically switching power switching element, which is set up to interrupt the flow of energy through the charging station to the electric vehicle, the first power switching element being arranged on the input side of the charging station and the third power switching element on the output side of the charging station and the second Power switching element is connected between the first and the third power switching element, and wherein the third power switching element according to steps a) and b) is placed in the conductive state before step c) is performed.
  • any flow of energy from the charging station to the outside can be quickly prevented in the event of a fault by opening the first, the third, or both power switching elements.
  • This arrangement can be advantageous if there are components in the charging station. find that store a higher amount of energy between storage during operation of the charging station, such as coils and/or capacitors. If only the first power switching element is present, it can happen that the temporarily stored energy flows out in an undesired manner despite the open first power switching element and can cause damage.
  • step c) The fact that the third power switching element is switched to the conductive state according to steps a) and b) before step c) is carried out means that the same steps are carried out for the third power switching element as indicated for the first power switching element ben.
  • the second power switching element is only activated when the current flow through the electromagnetic drive of both the first and the third power switching element reaches or falls below the respectively determined threshold value. It should be noted that the determined threshold value can be different for the first and the third power switching element.
  • steps a) and b) are carried out with the first and the third power switching element with a time overlap, in particular at the same time.
  • a computer program product which comprises instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to carry out the method according to the first aspect.
  • a computer program product such as a computer program means
  • a server in a network, for example, as a storage medium such as a memory card, USB stick, CD-ROM, DVD, or in the form of a downloadable file. This can be done, for example, in a wireless communication network by transmitting a Talking file done with the computer program product or the computer program means.
  • a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy.
  • the charging station comprises: a first electrically controllable power switching element and a second electrically controllable power switching element, the first power switching element being an electromagnetically switching power switching element, each of the power switching elements having a non-conductive switching state, in which no current can flow, and a conducting switching state, in current can flow, each of the power switching elements being set up to interrupt a flow of energy through the charging station to the electric vehicle or vice versa, a first control unit for controlling an electromagnetic drive of the first power switching element with a pull-in voltage in order to switch the first power switching element from the to spend non-conductive switching state in the lei border switching state, wherein the first control unit is directed to the electromagnetic drive of the first power switching element with a opposite of the tightening voltage reduced holding voltage after the first power switching element is in the conducting switching state, and a second driving unit for driving the second power switching element to bring the second power switching element from the non-conducting to the conducting switching
  • the charging station is preferably operated according to the method of the first aspect.
  • the embodiments and features described for the proposed method apply accordingly to the proposed charging station.
  • the charging station has the same advantages that are described using the procedure.
  • the respective control unit can be implemented in terms of hardware and/or software.
  • the respective unit can be designed, for example, as a computer or as a microprocessor.
  • the respective unit can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as an algorithm, as part of a program code or as an executable object.
  • the first and the second control unit can in particular be integrated together in a superordinate unit.
  • the first drive unit can also be designed as a safety circuit that controls the driving of the first power switching element with the driving voltage and the holding voltage and the driving of the second power switching element.
  • the first drive unit is also set up to drive the first power switching element to open the first power switching element in the event of a fault.
  • the charging station can also be referred to as a charging connection device.
  • the charging station is designed in particular as a wall box.
  • the charging station is suitable for charging or regenerating the energy store of an electric vehicle by electrically connecting the charging station to the energy store or the charging electronics of the electric vehicle via a connection socket and the charging plug of the electric vehicle.
  • the charging station acts as a reference source for electrical energy for the electric vehicle, with the electrical energy being able to be transferred to an energy store in the electric vehicle by means of a connection socket and charging plug.
  • the charging station can also be described as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • the charging station can have a waterproof housing.
  • the first drive unit includes a timer for counting a predetermined time interval and is set up to output the enable signal as soon as the predetermined time interval has expired after the first drive unit drives the first power switching element with the holding voltage.
  • the first control unit comprises an ammeter for detecting an amount of current flow and/or a rate of change of the current flow through the electromagnetic drive of the first power switching element and is set up to output the enable signal if the detected current flow exceeds a certain level reaches or falls below a threshold and/or when the detected rate of change reaches or falls below a certain threshold for the rate of change over time.
  • a first power pack is provided for providing the pick-up voltage for the first power switching element and a second power pack is provided for providing the holding voltage for the first power switching element.
  • the holding voltage can advantageously be provided with a very low power loss. Energy consumption of the charging station during operation can thus be reduced.
  • the charging station has a third, electromagnetically switching power switching element, which is set up to interrupt the flow of energy through the charging station to the electric vehicle, the first power switching element being arranged on the input side of the charging station and the third power switching element being arranged on the output side of the charging station and the second power switching element is connected between the first and the third power switching element, and wherein the first control unit is also set up to an electromagnetic drive of the third th power switching element with a pull-in voltage to bring the third power switching element from the non-conducting switching state to the conducting switching state, and to drive the third power switching element with a holding voltage that is lower than the pull-in voltage after the third power switching element is in the conducting switching state.
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement for charging an electric
  • Fig. 2 shows a schematic view of a second embodiment of a charging station
  • Fig. 3 shows a schematic view of a third embodiment of a charging station
  • Fig. 4 shows a schematic view of a fourth embodiment of a charging station
  • 5 shows a diagram with exemplary current and voltage curves
  • 6 shows a schematic view of a further embodiment of a charging station
  • FIG. 7 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a method for operating a charging station.
  • Fig. 1 shows schematically a first arrangement for charging an electrical energy store 110 of an electric vehicle 108 by means of a charging station 10.
  • the charging station 10 is connected to a multi-phase subscriber network 101, which in turn is connected to a multi-phase power supply network 100 via a connection point 120.
  • a connection point 120 In this example (and also in the exemplary embodiments explained below with reference to FIGS. 2-7 ), without loss of generality, each involves three-phase power grids.
  • the electric vehicle 108 is coupled to the charging station 10 by means of a charging cable 105 which is connected to a connection socket AB of the charging station 10 .
  • the charging station 10 comprises a first electrically controllable power switching element 11 and a second electrically controllable power switching element 12, the first power switching element 11 being an electromagnetically switching power switching element, such as a relay or contactor.
  • the second power switching element ⁇ 12 can be formed, for example, as an electronic power switching element ⁇ ment.
  • Each of the power switching elements 11, 12 has a non-conductive switching state in which no current can flow through the respective power switching element ⁇ 11, 12, and a conductive switching state in which current can flow.
  • Each of the power switching elements 11, 12 is terrupting a flow of energy through the charging station 10 to the electric driving tool 108 or set up vice versa.
  • the charging station 10 includes a controller 19, which has a first control unit 19A (see FIG. 4 or 6) and a second control unit 19B (see FIG. 4 or 6).
  • the first drive unit 19A is set up to drive an electromagnetic drive of the first power switching element 11 with a pull-in voltage UA (see Fig. 5) in order to bring the first power switching element 11 from the non-conductive switching state to the conducting switching state, and is also set up to drive the electromagnetic drive of the first power switching element 11 with a holding voltage UH that is lower than the pull-in voltage UA after the first power switching element 11 is in the conductive switching state.
  • the second drive unit 19B is set up to drive the second power switching element 12 in order to bring the second power switching element 12 from the non-conducting switching state into the conducting switching state, depending on an enable signal SIG (see Fig. 4 or 6) output by the first drive unit 19A. .
  • the charging station 10 can have a large number of other components, which have not been shown in FIG. 1 for reasons of clarity, but this is apparent from the other exemplary embodiments.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a second embodiment of a charging station 10, which is set up, for example, as shown in FIG. 1 for charging an energy store 110 of an electric vehicle 108.
  • the charging station 10 is connected to a subscriber network (not shown) with three phases LI-L3, a neutral conductor N and a protective conductor PE.
  • the charging station 10 has a large number of components 11-19, which are used to provide the electrical energy at the connection socket AB.
  • the components 11-19 are, for example, an input-side EMC filter 13, a circuit breaker 14 (ground fault monitoring).
  • the charging station 10 is thus designed, for example, for direct current charging.
  • the controller 19 is set up in particular for driving the first and second power switching elements 11, 12, as explained with reference to FIG.
  • FIG. 2 indicates that the controller 19 is also set up to control other components and/or to record relevant measured values and/or status data from the components.
  • the charging station 10 can alternatively also be set up for alternating current charging, in which case the AC/DC converter 15 and the DC/DC converter 16 are omitted and instead, for example, an AC/AC converter can be present.
  • Fig. 3 shows a schematic view of a third embodiment of a charging station 10 which, for example as shown in FIG. 1, is set up for charging an energy store 110 of an electric vehicle 108.
  • the charging station 10 is connected to a subscriber network (not shown) with three phases LI-L3, a neutral conductor N and a protective conductor PE.
  • the charging station 10 comprises a first, a second and a third power switching element 11, 12, 21, and a number of other components 13, 15, 16 and a controller 19.
  • it is the first and third power switching element 11, 21 each to an electromagnetically switchable power switching element, such as a contactor.
  • the second power switching element 12 is formed, for example, as an electronic power switching element.
  • the other components are, for example, an EMC filter 13, an AC/DC converter 15 and a DC/DC converter 16.
  • Each of the three power switching elements 11 , 12 , 21 is set up to interrupt a flow of energy through the charging station 10 .
  • Each of the power switching elements 11, 12, 21 is controlled by the controller 19, which can be configured, for example, as explained with reference to FIG.
  • the first power switching element 11 is arranged in particular on the input side of the charging station 10, with “on the input side” being understood here on the subscriber network side.
  • the third power switching element 21 is arranged on the output side of the charging station 10, with “output side” being understood here on the electric vehicle side.
  • the first power switching element 11 is the first component of the charging station 10 viewed from the subscriber network
  • the third power switching element 21 is the last component of the charging station 10 viewed from the subscriber network (apart from the connection socket AB).
  • the first power switching element 11 is thus set up to interrupt any energy flow from the subscriber network into the charging station 10 or from the charging station 10 into the subscriber network.
  • the third power switching element 21 is set up to interrupt any energy flow from the charging station 10 to the electric vehicle 108 or from the electric vehicle 108 to the charging station 10 .
  • the energy flow is particularly quickly interrupted from the beginning, right after the second switching element 12 was placed in the conducting state, poss. This increases the security of the charging station 10 .
  • the term "rapid interruption" means, for example, that the flow of energy is interrupted within 20 ms of an error occurring.
  • FIG. 4 shows a schematic view of a fourth embodiment of a charging station 10 which, for example, as shown in FIG. 1, is set up for charging an energy store 110 of an electric vehicle 108 .
  • the charging station 10 is connected to a subscriber network (not shown) with three phases LI-L3, a neutral conductor N and a protective conductor PE.
  • the charging station 10 has a large number of components 11-20, 22-26, which are used to provide the electrical energy at the connection socket AB.
  • the components 11 - 20, 22 - 26 are, for example, an input-side EMC filter 13, a circuit breaker 14 (ground fault monitoring), a network impedance measurement 22, a first power switching element 11, which is designed as a contactor, a second power switching element 12, residual current monitoring for direct current detection 23, an LCL filter arrangement 24, an AC/DC converter 15, a DC/DC converter 16, a direct current measuring device 25, a voltage measuring device 26, a further protective switch 17 (DC contactor) , an output-side EMC filter 18, a controller 19, a control unit 20 and a network monitoring unit 27.
  • the control unit 20 is for controlling the AC / DC converter 15 and the DC / DC converter 16 depending on control signals from the controller 19 are received.
  • the controller 19 is divided into a first control unit 19A and a second control unit 19B.
  • the first control unit 19A can also be referred to as a safety controller, which is set up to control all safety-related control tasks. It should be noted that the safety control can also be limited to monitoring the safety-related functions and parameters, but does not carry out any direct control itself, but only enables or blocks security-related functions.
  • the second control unit 19B can also be referred to as a general controller that is set up to control all non-safety-related control tasks.
  • the first and the second control unit 19A , 19B receive measurement data recorded by the measurement units 23, 25, 26, 27, on the basis of which they carry out the respective control and regulation tasks.
  • the first drive unit 19A is set up to drive an electromagnetic drive of the first power switching element 11 with a pull-in voltage UA (see Fig. 5) in order to bring the first power switching element 11 from the non-conductive switching state to the conducting switching state, and is still set up to control the electromagnetic drive of the first power switching element 11 with a holding voltage UH that is reduced compared to the pull-in voltage UA after the first power switching element 11 is in the conductive switching state.
  • the second control unit 19B is set up to control the second power switching element 12 in order to bring the second power switching element 12 from the non-conductive switching state into the conductive switching state, depending on an enable signal SIG output by the first control unit 19A.
  • the activation of the second power switching element 12 is enabled via a & gate, one input of which is coupled to the first activation unit 19A, and to which the first activation unit 19A outputs the enable signal SIG.
  • the enable signal SIG is not present, the second power switching element 12 cannot be brought into the conductive state, even if the second drive unit 19B outputs a corresponding drive signal.
  • the upper diagram shows an example of a drive voltage UL, with which an electromagnetic drive of a power switching element 11, 12, 21 is angesteu ⁇ ert, and the lower diagram shows an example of the respective resulting ⁇ the current flow I I through the electromagnetic drive, which is also called Ansteu - erstrom can be called.
  • the horizontal axis shows time t and is identical for both diagrams.
  • the electromagnetic drive is embodied, for example, as a coil, with a current flow through the coil causing a magnetic field. It should be noted that the current and voltage curves shown in the two diagrams are idealized in order to make the advantages of the invention clearer. Various additional effects can occur in a drive circuit, which can result in variations in the current and voltage curves compared to the representation in FIG. 5 . However, the advantages explained below remain.
  • the power switching element 11, 12, 21 is to be switched from the non-conductive to the conductive state, which is why the drive voltage UL is set to the pull-in voltage UA.
  • the current flow II shows a delayed increase, since electrical energy is needed to build up the magnetic field first. The course over time can be described, for example, using equation (2).
  • the current flow I I approaches an equilibrium value IA (pull-in current) determined by the control voltage UA and the ohmic resistance of the control circuit. For example, this equilibrium value IA is reached shortly before time ti.
  • the drive voltage UL is set to a reduced value UH, the holding voltage.
  • the holding voltage UL is selected in such a way that the power switching element 11, 12, 21 reliably remains in the conductive state, but the current flow I I through the electromagnetic drive is significantly reduced.
  • the current I I slowly decreases due to the electromagnetic drive. This is due to the fact that energy stored in the magnetic field has to be dissipated, which takes place via an additional (induced) current flow.
  • the current II falls to a holding current IH, which is reached, for example, shortly before the time t2.
  • an error is detected, such as a short circuit in charging station 10 (see FIGS. 1-4 or 6) or in electric vehicle 108 (See Fig. L), which is why the flow of energy through the charging station 10 is to end as soon as possible, please include.
  • the power switching element 11, 12, 21 is driven to open, which means that it is switched from the conductive to the non-conductive state.
  • the control voltage UL is reduced to zero.
  • the drive current I I does not drop to zero immediately, but with a delay due to the magnetic field, as before.
  • the current flow falls below the current value Io, which can be referred to as the decay current. With this flow of current, the magnetic field is so weak that the armature of the power switching element 11, 12, 21 drops and the switched contact (or contacts) thus opens.
  • the diagram also shows U as an example when the current flow is still at the level of IA at time t2. It then takes the time interval At2 until the drop current Io is reached, the time interval At2 comprising a multiple of the time interval At1.
  • Fig. 6 shows a schematic view of another embodiment of a charging station 10, only a first and a second power switching element 11, 12 and a controller 19 are shown for reasons of clarity.
  • the controller 19 includes a first control unit 19A and a second control unit 19B.
  • the first drive unit 19A is set up to drive the first power switching element 11 with a drive voltage UL in order to set the first power switching element 11 from the non-conducting state to the conducting state.
  • the first control unit 19A includes two network devices NT1, NT2 for this purpose.
  • the first power supply NT1 is set up to provide a pull-in voltage UA (see FIG. 5) and the second power supply NT2 is set up to provide a holding voltage UH (see FIG. 5).
  • the use of two power packs NT1, NT2 for the two voltage levels UA, UH has the advantage that the power loss when providing the different chen voltages is reduced compared to using a voltage divider or a resistor or the like.
  • a controller CTR controls, for example, the switching position of a switch (no reference number) and thus controls the value of the control voltage UL.
  • the first power switching element 11 is first switched to the conductive state, and only then is the second power switching element 12.
  • the first power switching element 11 is initially driven with the tightening voltage UA, as shown in FIG.
  • the drive voltage UL is reduced to the holding voltage UH by the switch switching over to the second network part NT2.
  • the first drive unit 19A is set up to detect a current flow I I through an electromagnetic drive of the first power switching element 11 .
  • the controller CTR receives the detected current flow I I , on the basis of which the controller CTR can determine when the current flow I I has dropped to the specific threshold value, for example the holding current IH. Only then does the controller CTR output a release signal SIG, which is applied to an input of an & gate. In this way, the first drive unit 19A controls the switching of the second power switching element 12 from the non-conductive to the conductive state.
  • FIG. 7 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a method for operating a charging station 10, for example the charging station explained with reference to one of FIGS. 1-4 or 6.
  • a first step S1 an electromagnetic drive of the first power switching element 11 (see FIGS. 1-4 and 6) is driven with a pull-in voltage UH (see FIG. 5) in order to switch the first power switching element 11 from the non-conducting switching state to the conducting state to spend switching state.
  • a second step S2 the electromagnetic drive of the first power switching element 11 is driven with a holding voltage UH reduced in relation to the pick-up voltage UA (see FIG. 5) after the first power switching element 11 is in the conductive switching state.
  • a third step S3 the second power switching element 12 (see Fig. 1-4 and 6) is activated in order to bring the second power switching element 12 from the non-conductive switching state into the conducting switching state after a current flow I I (see Fig 5) by the electromagnetic drive of the first power switching element 11, it reaches or falls below a specific threshold value.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (10) zum Laden eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeugs (108) mit elektrischer Energie vorgeschlagen. Die Ladestation (10) ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement (11) und ein zweites elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement (12). Das Verfahren umfasst die Schritte: - a) Ansteuern eines elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungsschaltelements (11) mit einer Anziehspannung, um das erste Leistungsschaltelement (11) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, - b) Ansteuern des elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungsschaltelements (11) mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung, nachdem das erste Leistungsschaltelement (11) in dem leitenden Schaltzustand ist, und - c) Ansteuern des zweiten Leistungsschaltelements (12), um das zweite Leistungsschaltelement (12) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (11) einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER LADESTATION UND
LADESTATION
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum La den eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges sowie eine entsprechende Ladestation.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft eine Ladestation oder Ladeanschluss vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelde rin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit wenigstens einer Eingangs schnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer Anschlussbuchse zum Ver binden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektro technischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebe nen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotechnischen Komponenten umschließenden Gehäuse.
Aus Gründen der Sicherheit sind im Strompfad zwischen Netz und Last häufig zwei Elemente zur Unterbrechung eines StromfLusses in Serie geschaltet. Damit ist eine einfehlersichere Abschaltung des EnergiefLusses im Fehlerfall ermög licht. Eines der beiden Elemente ist insbesondere als ein elektromagnetisches Schaltelement ausgebildet, das bei Wegfall der Steuerspannung des Schaltele ments sicher öffnet. Über dieses Schaltelement wird die gesamte Ladeleistung übertragen und bei Eintreten des Fehlerfalls muss dieses innerhalb normativ geforderter Zeiten öffnen, beispielsweise innerhalb von 20 ms nach Auftreten des Fehlers. Innerhalb dieser Zeit muss zunächst der Fehler erfasst werden und dann muss die Abschaltung eingeleitet werden. Für den Abschaltvorgang selbst bleiben daher beispielsweise nur 10 ms.
Bei Verwendung von Leistungsrelais als Schaltelement mit Ansteuerung mittels Gleichspannung ist es bekannt, das Relais zunächst mit der vollen spezifizierten Spannung anzusteuern, um einen erhöhten Stromfluss in der Relaisspule und dadurch eine hinreichend hohe magnetische Flussdichte im noch geöffneten Luftspalt für die notwendige Kraft des Ankers für ein zuverlässiges und schnel les Schließen der Kontakte zu gewährleisten. Nach diesem Einschaltvorgang kann die Spannung auf eine Haltespannung reduziert werden, da aufgrund des geschlossenen Luftspalts der magnetische Widerstand verringert ist und somit ein geringerer Spulenstrom ausreicht, um die für die erforderliche Haltekraft benötigte magnetische Flussdichte zu bewirken. Damit wird einerseits die Ver lustleistung und damit die Erwärmung reduziert, andererseits kann dies für das Relais oder benachbarte elektrische oder elektronische Komponenten auch not wendig sein, um diese thermisch nicht zu überlasten. Außerdem ist aufgrund der reduzierten Haltespannung ein Stromfluss durch die Relaisspule ebenfalls redu ziert, weshalb die darin gespeicherte magnetische Feldenergie reduziert ist. Dies führt dazu, dass das Relais schneller geöffnet werden kann, da beim Abschalten weniger Feldenergie dissipiert werden muss.
Trotz dieser Haltespannungsreduktion verbleibt das Problem, dass die schnellere Abschaltung unmittelbar nach dem Einschalten nicht möglich ist, da das Relais zu diesem Zeitpunkt noch mit der vollen spezifizierten Spannung angesteuert wird bzw. der durch die Relaisspule fließende Strom erhöht ist. Allerdings ist ge rade beim Einschalten eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für das Eintreten, Vor- hegen oder Erkennen eines Fehlers gegeben, der ein rasches Wiederabschalten erforderlich machen kann.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Ladestation sowie eine entsprechende Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 und durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 13 ge löst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Ener gie vor geschlagen. Die Ladestation weist ein erstes elektrisch steuerbares Leis tungsschaltelement und ein zweites elektrisch steuerbares Leistungsschaltele ment auf. Das erste Leistungsschaltelement ist ein elektromagnetisch schalten des Leistungsschaltelement. Jedes der Leistungsschaltelemente weist einen nicht -leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen lei tenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, auf, wobei jedes der Leis tungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladesta tion zu dem Elektrofahrzeug oder umgekehrt eingerichtet ist. Das Verfahren um fasst die Schritte: a) Ansteuern eines elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungs schaltelements mit einer Anziehspannung, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu ver bringen, b) Ansteuern des elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungsschalt elements mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) Ansteuern des zweiten Leistungsschaltelements, um das zweite Leis tungsschaltelement von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagne tischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements einen bestimmten Schwell wert erreicht oder unterschreitet. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass das erste Leistungsschaltelement zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Schaltzustand verbracht wird, bereits mit reduziertem Haltestrom aufgrund der reduzierten Haltespannung angesteuert wird und daher schneller abschaltbar ist. Da ein Energiefluss durch die Ladestation erst dann möglich ist, wenn das zweite Leistungsschaltelement leitend ist, kann in einem unmittelbar danach auftretenden Fehlerfall, wie beispielsweise ein Kurzschluss oder ein Erdschluss in dem zu ladenden Fahrzeug oder dergleichen, das erste Leistungsschaltelement schneller abgeschaltet werden, als es ohne dieses Verfahren möglich ist. Damit wird die Betriebssicherheit der Ladestation erhöht.
Unter dem Begriff "Leistungsschaltelement" wird insbesondere verstanden, dass es sich um Schalter handelt, die eine elektrische Last zu- oder abschalten kön nen. Im leitenden Zustand, der auch als eingeschalteter Zustand bezeichnet wer den kann, kann eine elektrische Leistung durch das Schaltelement fließen, die im Bereich von einigen Watt bis hin zu mehreren Kilowatt, beispielsweise bis zu 500 kW, betragen kann. Dies ist im Gegensatz zu reinen Signalschaltern zu se hen, die nur zum Schalten von Signalen, deren elektrische Leistung deutlich un ter einem Watt liegt, geeignet sind.
Unter dem Begriff "elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement" wird bei spielsweise ein Schaltelement verstanden, das über eine entsprechende elektri sche Ansteuerung oder auch Ansteuerschaltung schaltbar ist. Beispiele für elektrisch steuerbare Schaltelemente sind elektromechanische Relais sowie elektronische Schalter, die auch als Halbleiterrelais bezeichnet werden können.
Unter dem Begriff "elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement" wird beispielsweise ein Relais oder ein Schütz verstanden, welches ein mechanisches Betätigungselement aufweist, das durch ein von einem Elektromagneten, insbe sondere einer Spule, erzeugbares Magnetfeld betätigbar ist. Wenn das Betäti gungselement betätigt wird, schließt es die schaltbaren Kontakte, so dass das Relais oder der Schütz eingeschaltet ist. Das Betätigungselement kann auch als Anker bezeichnet werden und die schaltbaren Kontakte können auch als Ar beitskontakte bezeichnet werden. In dem nicht-leitenden Zustand, der auch als ausgeschalteter oder geöffneter Zustand bezeichnet werden kann, sind die Ar beitskontakte durch einen Spalt voneinander getrennt, wobei die Größe des Spalts in Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung, die an den Arbeitskon takten angelegt wird sowie des erforderlichen Stromabschaltvermögens des Schaltelements, bestimmt ist.
Darunter, dass jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses eingerichtet ist, wird insbesondere verstanden, dass die Ladesta tion keine Energie überträgt, wenn zumindest eines der beiden Leistungsschalt elemente ausgeschaltet, das heißt in dem nicht-leitenden Zustand ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die beiden Leistungsschaltelemente in Be zug auf den Energiefluss durch die Ladestation in Reihe geschaltet sind.
Der elektromagnetische Antrieb des ersten Leistungsschaltelements ist insbe sondere durch eine Spule ausgebildet. Wenn die Spule mit einer Spannung be aufschlagt wird, das heißt, dass die Spule mit einer Spannung angesteuert wird, dann beginnt ein Strom durch die Spule zu fließen. Gemäß dem Induktionsgesetz resultiert aus dem Stromfluss ein Magnetfeld, wobei der Stromfluss durch die Spule zunächst verzögert ist, da die elektrische Energie zum Aufbau des Magnet felds benötigt wird. Die zeitliche Beziehung zwischen Strom und Spannung an einer Induktivität kann durch nachfolgende Gleichung (l) beschrieben werden:
U(t) = L · dl(t)/dt Gleichung (l).
Hierbei steht U(t) für die Spannung zum Zeitpunkt t, L für die Induktivität der Spule, l(t) für den Strom zum Zeitpunkt t und d/dt ist der Differenzialquotient (Ableitung) der Bezugsgröße (hier der Strom l(t)) nach der Zeit. In einem Strom kreis, der eine Spule mit einer Induktivität L und einem ohmschen Widerstand R in Reihe geschaltet aufweist, gilt für den Strom nach dem Einschalten mit 1(0) =
0 nachfolgende Gleichung (2): l(t) = Io · (l exp(-R t/L)) Gleichung (2).
Dabei ist Io = U/R der Strom im stationären Fall, also wenn alle dynamischen Vorgänge abgeschlossen sind. Aus der Gleichung (2) ist ersichtlich, dass der F ak- tor R/L für die zeithche Dynamik in diesem Fall bestimmend ist, weshalb dessen Kehrwert x = L/R auch als Zeitkonstante für einen jeweiligen Stromkreis be zeichnet wird. Für komplexere Stromkreise, die außer der Spule und dem Wider stand weitere Bauelemente, beispielsweise weitere Spulen und/oder Kondensato ren, und/oder die eine andere Verschaltung der Bauelemente aufweisen, lassen sich entsprechende Gleichungen herleiten, die dann etwas komplexer sein kön nen. Im Falle einer Spule eines elektromagnetischen Schaltelementes kann es zudem während der Bewegung des Ankers zu einer Rückwirkung auf den Spu lenstrom kommen, beispielsweise zu einem kurzen Einbruch beim Schließen oder einer Überhöhung beim Öffnen. Solche transienten Vorgänge sind durch ge schlossene Formeln nur modellhaft und näherungsweise zu beschreiben, aus Gründen der Übersicht wird hier nicht weiter darauf eingegangen.
Je höher der Strom durch die Spule, umso stärker wird das sich aufbauende Magnetfeld (Biot-Savart-Gesetz). Die Höhe des Stromflusses (und damit auch die Stärke des Magnetfelds) nach Abklingen aller transienten Vorgänge hängt insbe sondere von der Ansteuerspannung und dem elektrischen Widerstand des An steuerschaltkreises ab. Das Magnetfeld der Spule bewirkt eine anziehende Kraft auf den Anker, so dass dieser betätigt wird und damit die Arbeitskontakte schließt.
Um ein sicheres und zuverlässiges Einschalten zu gewährleisten, wird der elekt romagnetische Antrieb zunächst mit der Anziehspannung angesteuert. Die An ziehspannung ist derart eingestellt, dass der resultierende Anziehstrom und da mit das sich aufbauende Magnetfeld groß genug sind, um den Anker auch bei offenem Ankerluftspalt und ungünstigen Bedingungen, wie einem erhöhten me chanischen Widerstand beim Umschalten oder dergleichen, anzuziehen und da mit zu betätigen. Wenn das erste Leistungsschaltelement nach dem Einschalten in einem stabilen Betriebszustand ist und der Ankerluftspalt wie auch die Ar beitskontakte geschlossen sind, kann die Ansteuerspannung reduziert werden. Das Erreichen des stabilen Betriebszustands in diesem Sinne kann beispielswei se durch Abwarten eines vorbestimmten Zeitintervalls und/oder durch eine ge eignete Sensorik, die beispielsweise einen Spulenstrom und/oder eine vom Anker übertragene Kraft erfasst, sichergestellt werden. Es sei angemerkt, dass zu die sem Zeitpunkt erfindungsgemäß noch keine Energie durch die Ladestation flie ßen kann, da das zweite Leistungsschaltelement noch in dem nicht-leitenden Zu stand ist.
Nachdem das erste Leistungsschaltelement sicher eingeschaltet ist, kann die An steuerspannung von der Anziehspannung auf die Haltespannung reduziert wer den. Diese Reduzierung bewirkt, dass der Stromfluss durch den elektromagneti schen Antrieb ebenfalls reduziert wird. Gemäß der Lenz'schen Regel fällt der Strom nicht sofort nach der Reduktion ab, sondern die in dem Magnetfeld gespei cherte Energie bewirkt, dass der Strom nur langsam sinkt. Nach einer gewissen Zeit ist der Strom dann auf einen durch die Haltespannung bestimmten Wert, den Haltestrom, abgefallen. Die Haltespannung ist derart bestimmt, dass der sich ergebende Haltestrom einen Wert aufweist, bei dem der Anker einerseits sicher von dem Magnetfeld gehalten wird, andererseits aber auch deutlich schneller umschalten (öffnen) kann als ausgehend von der Anziehspannung und dem korrespondierenden Anziehstrom.
Erst nachdem der Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unter schreitet, wird das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Zustand ver setzt. Der bestimmte Schwellwert ist insbesondere als ein anderer Wert aus ei nem Intervall zwischen dem Anziehstrom und dem Haltestrom bestimmt. Vor zugsweise ist der Schwellwert kleiner als ein Mittelwert des Anziehstroms und des Haltestroms. Besonders bevorzugt entspricht der Schwellwert einem gegen über dem zu der Haltespannung korrespondierenden Haltestrom geringfügig er höhten Strom, beispielsweise einen um 10% höheren Strom. Durch diese Wahl des Schwellwerts kann das erste Leistungsschaltelement beim Zuschalten des zweiten Leistungsschaltelements schneller abgeschaltet werden, als wenn das zweite Leistungsschaltelement früher, insbesondere gleichzeitig oder gar vor dem ersten Leistungsschaltelement, in den leitenden Zustand versetzt wird.
Es sei angemerkt, dass die Angabe, wonach die Haltespannung gegenüber der Anziehspannung reduziert ist, sich insbesondere auf einen jeweiligen zeitlichen Mittelwert bezieht. So kann die Anziehspannung und/oder die Haltespannung in Form eines PWM-Signals (PWM: Pulsweitenmodulation) erzeugt oder bereitge stellt werden, wobei der zeitliche Mittelwert beispielsweise von dem Tastverhält nis (duty ratio) sowie den Spannungspegeln (oberer und unterer Spannungspe gel) des PWM-Signals abhängt. Die Spannungspegel eines PWM-Signals für die Anziehspannung und eines PWM-Signals für die Haltespannung können dabei gleich sein, wobei der Unterschied der beiden Spannungen durch ein unter schiedliches Tastverhältnis realisiert wird.
Somit steht die schnelle Abschaltung des ersten Leistungsschaltelement sofort zur Verfügung, wenn ein Energiefluss durch die Ladestation erfolgen kann.
Der Energiespeicher kann auch als ein Energiepuffer genutzt werden, wobei elektrische Energie aus dem Energiespeicher über die Ladestation in das Ener gieversorgungsnetz eingespeist werden kann. Dies kann zu einem stabileren Energieversorgungsnetz beitragen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ferner den SchritL Abschalten der Haltespannung für das erste Leistungsschaltelement, um das erste Leistungsschaltelement in den nicht -leiten den Schaltzustand zu verbrin gen, wenn ein Fehlerzustand von der Ladestation erfasst wird. Der Fehlerzustand bezieht sich auf das Laden des Energiespeichers durch die Ladestation. Der Fehlerzustand umfasst beispielsweise einen Fehlstrom, einen Überstrom, eine Überspannung, eine erhöhte Temperatur oder dergleichen. Der Fehlerzustand kann ferner einen Wegfall einer sicherheitsbezogenen Freigabe bedingung für den EnergiefLuss durch die Ladestation umfassen. Ein solcher Fehlerzustand kann in der Ladestation selbst auftreten, kann aber auch das La dekabel, den zu ladenden Energiespeicher oder das Elektrofahrzeug, oder auch das Stromnetz, an das die Ladestation angeschlossen ist, betreffen.
Das Erfassen des Fehlerzustands durch die Ladestation kann ein Empfangen eines entsprechenden Signals von einer zu der Ladestation externen Einheit um fassen. Die externe Einheit ist beispielsweise eine Sicherheitseinrichtung des Elektrofahrzeugs. Das heißt, dass der Fehlerzustand nicht zwingend von einer Komponente der Ladestation erfasst wird.
Andererseits umfasst die Ladestation in Ausführungsformen sicherheitsrelevan te Einrichtungen, wie Sicherungen, Strom- und/oder Spannungsmesseinrichtun gen und dergleichen, die zum Erfassen des Fehlerzustands eingerichtet sein können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Schritt c) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach Durchführen des Schrittes b) durch geführt.
Die vorbestimmte Zeitspanne wird insbesondere in Abhängigkeit von Parame tern des verwendeten ersten Leistungsschaltelements bestimmt.
Beispielsweise kann die vorbestimmte Zeitspanne in Abhängigkeit einer für das erste Leistungsschaltelement charakteristischen Zeitkonstante, die einen zeitli chen Zusammenhang zwischen Ansteuerspannung und Ansteuerstrom des elekt romagnetischen Antriebs bestimmt werden. Ein Beispiel für die charakteristi sche Zeitkonstante ist der F aktor L/R für einen Stromkreis, in dem eine Spule mit Induktivität L mit einem Widerstand R in Reihe geschaltet ist, wie anhand der Gleichung (2) oben bereits erläutert. Die vorbestimmte Zeitspanne wird bei¬ spielsweise als T = 3 L/R bestimmt, wobei der Ansteuerstrom zu dieser Zeit auf etwa I = IH + (IA - IH) · exp(-3) gefallen ist (hierbei steht IH für den Haltestrom im stationären Fall und IA für den Anziehstrom im stationären Fall).
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da auf eine explizite Messung des An¬ steuerstroms verzichtet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ferner:
Erfassen eines Betrages des Stromflusses und/oder einer zeitlichen Ände¬ rungsrate des Stromflusses durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistun gs sch altelem ents ,
Vergleichen des erfassten Stromflusses mit dem bestimmten Schwellwert und/oder Vergleichen der erfassten Änderungsrate mit einem bestimmten Schwellwert für die zeitliche Änderungsrate, und
Durchführen des Verfahrensschrittes c) in Abhängigkeit des Vergleichs.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da hiermit sichergestellt ist, dass die schnelle Abschaltung des ersten Leistungsschaltelements bereits möglich ist, wenn der Verfahrensschritt c) durchgeführt wird. Der Verfahrensschritt c) wird insbesondere nur dann durchgeführt, wenn der Vergleich ergibt, dass der erfass¬ te Stromfluss kleiner oder gleich dem bestimmten Schwellwert ist, und/oder dass die erfasste Änderungsrate kleiner oder gleich dem bestimmten Schwellwert für die zeitliche Änderungsrate ist.
Der Schwellwert für den Stromfluss wird insbesondere auf Basis des Haltestroms IH bestimmt, der durch den elektromagnetischen Antrieb fließt, wenn dieser mit der Haltspannung angesteuert wird und nachdem alle dynamischen Vorgänge abgeklungen sind. Der bestimmte Schwellwert kann etwas über dem Haltestrom hegen, beispielsweise kann der Schwellwert zwischen 100% - 150% des Hal- testroms betragen. Insbesondere wird der Schwellwert als 101% - 115% von IH bestimmt.
Die Änderungsrate ist physikalisch gesehen eine Stromänderung/Zeiteinheit (dl(t)/dt) und hat beispielsweise die physikalische Dimension Strom/Zeit. Die Än derungsrate ist ein Indiz dafür, ob sich der Stromkreis des elektromagnetischen Antriebs einem stationären Zustand angenähert hat oder wie weit fortgeschrit ten diese Annährung ist. Die Änderungsrate nimmt beispielsweise direkt nach der Reduktion auf die Haltespannung einen hohen Wert an und fällt dann von dem hohen Wert auf null ab. Wenn die Änderungsrate null ist, dann ist das Sys tem im stationären Zustand, in dem der zu der Haltespannung korrespondieren de Haltestrom durch den elektromagnetischen Antrieb fließt. Zu diesem Zeit punkt ist die zusätzliche im Magnetfeld gespeicherte Energie dissipiert. Der be stimmte Schwellwert für die Änderungsrate hegt vorzugsweise zwischen null und 50% eines Maximalwerts für die Änderungsrate, insbesondere beträgt der Schwellwert l/exp(l) des Maximalwerts. Unter dem Maximalwert wird vorlie gend insbesondere der Wert der Änderungsrate direkt nach dem Umschalten von der Anziehspannung auf die Haltespannung verstanden. Der Maximalwert für die Änderungsrate kann für ein bestimmtes Leistungsschaltelement mit be stimmten Betriebsparametern insbesondere experimentell bestimmt werden. Der Maximalwert der Änderungsrate kann aber auch theoretisch unter Zugrundele gung der physikalischen Zusammenhänge ermittelt werden.
In Ausführungsformen kann ein Freigeben des zweiten Leistungsschaltelements für die Ermöglichung des Verfahrensschrittes c) in Abhängigkeit des Vergleichs erfolgen. Beispielsweise kann eine Sicherheitssteuerung vorgesehen sein, die ein Schalten des zweiten Leistungsschaltelements von dem nicht -leiten den in den leitenden Zustand unterbinden kann. Dies kann beispielsweise mittels eines &- Gatters erfolgen, dessen einer Eingang von der Sicherheitssteuerung in Abhän gigkeit des Vergleichs angesteuert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind das erste Leis tungsschaltelement und das zweite Leistungsschaltelement in Bezug auf den EnergiefLuss zum Elektrofahrzeug in Reihe geschaltet.
Das heißt, dass die Energie durch die Ladestation über beide Leistungsschalt elemente übertragen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind das erste Leis tungsschaltelement und das zweite Leistungsschaltelement in der Ladestation direkt miteinander verbunden.
Hierunter wird verstanden, dass zwischen dem ersten Leistungsschaltelement und dem zweiten Leistungsschaltelement außer Stromleiter keine anderen elektrischen oder elektronischen Bauteile angeordnet sind. Man kann diese An ordnung auch als doppelte Trennstelle bezeichnen.
Insbesondere befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungs schaltelement auch kein Knoten, von dem eine Verbindung zu einem parallel ge schalteten elektrischen oder elektronischen Bauteil besteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist wenigstens ein wei teres elektrisches und/oder elektronisches Bauelement der Ladestation zwischen das erste Leistungsschaltelement und das zweite Leistungsschaltelement ge schaltet.
Das zwischengeschaltete Bauelement umfasst alle möglichen Arten von Bauele menten, wie Filter, Spulen, Kondensatoren, Halbleiterbauelemente, wie Dioden, Strom- und/oder Spannungsmessanordnungen, Strom- und/oder Spannungs umsetzer und dergleichen mehr.
In Ausführungsformen ist das erste Leistungsschaltelement eingangsseitig der Ladestation und das zweite Leistungsschaltelement ausgangsseitig der Ladesta- tion angeordnet, oder umgekehrt. Das heißt insbesondere, dass das jeweilige Leistungsschaltelement das dem Eingang oder Ausgang nächstliegende Bauele ment ist und damit dazu eingerichtet ist, den Energiefluss aus der Ladestation in die jeweilige Richtung heraus komplett zu unterbrechen. Insbesondere sind hier bei alle weiteren Bauelemente der Ladestation, die zum Bereitstellen der elektri schen Energie genutzt werden, zwischen das erste und das zweite Leistungs schaltelement geschaltet.
Es sei jedoch angemerkt, dass die Ladestation weitere Eingänge und/oder Aus gänge aufweisen kann, über die beispielsweise eine Versorgungsspannung be reitstellbar und/oder Kommunikationsverbindungen herstellbar sind.
In weiteren Ausführungsformen sind lediglich passive Bauelemente, wie ein Wi derstand und/oder ein Filter, zwischen dem Eingang und dem eingangsseitig an geordneten Leistungsschaltelement und/oder zwischen dem Ausgang und dem ausgangsseitigen Leistungsschaltelement angeordnet.
In weiteren Ausführungsformen ist nur das erste oder nur das zweite Leistungs schaltelement eingangsseitig oder ausgangsseitig der Ladestation angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Ladestation eine Sicherheitsschaltung auf, die das Ansteuern des ersten Leistungsschaltele ments überwacht und die das Ansteuern des zweiten Leistungsschaltelements unterbindet, bis das erste Leistungsschaltelement mit der Haltespannung ange steuert wird und der Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ers ten Leistungsschaltelements den bestimmten Schwellwert erreicht oder unter schreitet.
Darunter, dass die Sicherheitsschaltung das Ansteuern des ersten Leistungs schaltelements überwacht, wird beispielsweise verstanden, dass die Sicherheits schaltung Steuersignale ausgibt, die das Ansteuern des ersten Leistungsschalt elements mit der Anziehspannung und nachfolgend mit der Haltespannung ver- anlassen. Die Sicherheitsschaltung kann auch selbst zum Ansteuern des ersten Leistungsschaltelements eingerichtet sein. Insbesondere kann die Sicherheits schaltung jederzeit das Ansteuern des ersten Leistungsschaltelements beenden oder unterbrechen, wenn ein Fehlerfall erfasst wird.
Die Sicherheitssteuerung kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als ein Al gorithmus, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebil det sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das zweite Leis tungsschaltelement als ein elektromagnetisches Relais, als ein elektronisches Relais, als ein steuerbarer AC/DC-Wandler oder als ein steuerbarer DC/DC- Wandler ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Ladestation ein drittes, elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement auf, das zum Unterbrechen des EnergiefLusses durch die Ladestation zum Elektrofahrzeug eingerichtet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement eingangsseitig der La destation und das dritte Leistungsschaltelement ausgangsseitig der Ladestation angeordnet ist und das zweite Leistungsschaltelement zwischen das erste und das dritte Leistungsschaltelement geschaltet ist, und wobei das dritte Leistungs schaltelement entsprechend den Schritten a) und b) in den leitenden Zustand versetzt wird, bevor der Schritt c) durchgeführt wird.
Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhaft jeglicher Energiefluss von der La destation nach außen im Fehlerfall schnell unterbunden werden, indem das ers te, das dritte oder auch beide Leistungsschaltelemente geöffnet werden. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn sich in der Ladestation Bauelemente be- finden, die im Betrieb der Ladestation eine höhere Energiemenge Zwischenspei chern, wie beispielsweise Spulen und/oder Kondensatoren. Wenn nur das erste Leistungsschaltelement vorhanden ist, kann es Vorkommen, dass die zwischen gespeicherte Energie trotz geöffnetem ersten Leistungsschaltelement in uner wünschter Weise abfließt und einen Schaden verursachen kann.
Darunter, dass das dritte Leistungsschaltelement entsprechend den Schritten a) und b) in den leitenden Zustand versetzt wird, bevor der Schritt c) durchgeführt wird, ist zu verstehen, dass für das dritte Leistungsschaltelement die gleichen Schritte durchgeführt werden, wie für das erste Leistungsschaltelement angege ben. Insbesondere wird das zweite Leistungsschaltelement erst dann angesteu ert, wenn der Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb sowohl des ers ten als auch des dritten Leistungsschaltelements den jeweils bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet. Es sei angemerkt, dass der bestimmte Schwellwert für das erste und das dritte Leistungsschaltelement unterschiedlich sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte a) und b) mit dem ersten und dem dritten Leistungsschaltelement sich zeitlich überschneidend, insbesondere zeitgleich, durchgeführt.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschla gen, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch ei nen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt aus zuführen.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm -Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in ei nem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer ent- sprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerpro gramm-Mittel erfolgen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Energie speichers eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie vor geschlagen. Die Ladestation umfasst: ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement und ein zweites elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement, wobei das erste Leistungsschalt element ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente einen nicht -leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom flie ßen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation zu dem Elektrofahrzeug oder umge kehrt eingerichtet ist, eine erste Ansteuereinheit zum Ansteuern eines elektromagnetischen An triebs des ersten Leistungsschaltelements mit einer Anziehspannung, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den lei tenden Schaltzustand zu verbringen, wobei die erste Ansteuereinheit dazu einge richtet ist, den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteu ern, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und eine zweite Ansteuereinheit zum Ansteuern des zweiten Leistungsschalt elements, um das zweite Leistungsschaltelement von dem nicht -leiten den in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, in Abhängigkeit eines von der ersten An steuereinheit ausgegebenen Freigabesignals.
Die Ladestation wird vorzugsweise gemäß dem Verfahren des ersten Aspekts be trieben. Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsfor men und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Ladestation entsprechend. Die Ladestation weist die gleichen Vorteile auf, die anhand des Verfahrens beschrie ben sind. Die jeweilige Ansteuereinheit kann hardwaretechnisch und/oder softwaretech nisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausge bildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als ein Algorithmus, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein. Die erste und die zweite Ansteuereinheit können insbesondere gemeinsam in einer übergeordneten Einheit integriert sein.
Die erste Ansteuereinheit kann auch als eine Sicherheitsschaltung ausgebildet sein, die das Ansteuern des ersten Leistungsschaltelements mit der Ansteuer spannung und der Haltespannung und das Ansteuern des zweiten Leistungs schaltelements kontrolliert.
Insbesondere ist die erste Ansteuereinheit ferner zum Ansteuern des ersten Leis tungsschaltelements zum Öffnen des ersten Leistungsschaltelements im Fehler fall eingerichtet.
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 Elektrofahrzeugs geeig net, indem die Ladestation über eine Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeugs mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektro fahrzeugs elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugs quelle 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 intelli gente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die Ladestation kann insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Ladestation umfasst die erste Ansteuerein heit ein Zeitglied zum Zählen eines vorbestimmten Zeitintervalls und ist dazu eingerichtet, das Freigabesignal auszugeben, sobald das vorbestimmte Zeitinter vall abgelaufen ist, nachdem die erste Ansteuereinheit das erste Leistungs schaltelement mit der Haltespannung ansteuert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation umfasst die erste An steuereinheit einen Strommesser zum Erfassen eines Betrages eines Stromflus ses und/oder einer Änderungsrate des Stromflusses durch den elektromagneti schen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements und ist dazu eingerichtet, das Freigabesignal auszugeben, wenn der erfasste Stromfluss einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet und/oder wenn die erfasste Änderungs rate einen bestimmten Schwellwert für die zeitliche Änderungsrate erreicht oder unterschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation sind ein erstes Netzteil zum Bereitstellen der Anziehspannung für das erste Leistungsschaltelement und ein zweites Netzteil zum Bereitstellen der Haltespannung für das erste Leis tungsschaltelement vorgesehen.
In dieser Ausführungsform kann die Haltespannung vorteilhaft mit einer sehr geringen Verlustleistung bereitgestellt werden. Ein Energieverbrauch der La destation im Betrieb kann damit reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation weist die Ladestation ein drittes, elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement auf, das zum Unterbrechen des Energieflusses durch die Ladestation zu dem Elektrofahrzeug eingerichtet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement eingangsseitig der La destation und das dritte Leistungsschaltelement ausgangsseitig der Ladestation angeordnet ist und das zweite Leistungsschaltelement zwischen das erste und das dritte Leistungsschaltelement geschaltet ist, und wobei die erste Ansteuer einheit ferner dazu eingerichtet ist, einen elektromagnetischen Antrieb des drit- ten Leistungsschaltelements mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das dritte Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den lei tenden Schaltzustand zu verbringen, und das dritte Leistungsschaltelement mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das dritte Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht expli zit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausfüh rungsbeispiele 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 Gegen stand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungs beispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzug ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zum Laden eines elektrischen
Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladestation;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform ei ner Ladestation;
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform ei ner Ladestation;
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform ei ner Ladestation;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit beispielhaften Strom- und Spannungsver läufen; Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Ladestation; und
Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Be¬ zugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeugs 108 mittels einer Ladestation 10.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist die Ladestation 10 an ein mehrphasiges Teilneh¬ mernetz 101 angeschlossen, das seinerseits über einen Anschlusspunkt 120 mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz 100 verbunden ist. Es handelt sich in diesem Beispiel (und auch in den nachfolgend anhand der Fig. 2 - 7 erläuter¬ ten Ausführungsbeispielen) ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 108 ist mittels eines Ladekabels 105, das mit einer Anschlussbuchse AB der Ladestation 10 verbunden ist, mit der Ladestation 10 gekoppelt.
Die Ladestation 10 umfasst ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschalt¬ element 11 und ein zweites elektrisch steuerbaren Leistungsschaltelement 12, wobei das erste Leistungsschaltelement 11 ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement, wie ein Relais oder Schütz, ist. Das zweite Leistungs¬ schaltelement 12 kann beispielsweise als ein elektronisches Leistungsschaltele¬ ment ausgebildet sein. Jedes der Leistungsschaltelemente 11, 12 weist einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom durch das jeweilige Leistungs¬ schaltelement 11, 12 fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, auf. Jedes der Leistungsschaltelemente 11, 12 ist zum Un- terbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 10 zu dem Elektrofahr zeug 108 oder umgekehrt eingerichtet.
Die Ladestation 10 umfasst eine Steuerung 19, die eine erste Ansteuereinheit 19A (siehe Fig. 4 oder 6) und eine zweite Ansteuereinheit 19B (siehe Fig. 4 oder 6) aufweist. Die erste Ansteuereinheit 19A ist zum Ansteuern eines elektromag netischen Antriebs des ersten Leistungsschaltelements 11 mit einer Anziehspan nung UA (siehe Fig. 5) eingerichtet, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbrin gen, und ist weiterhin dazu eingerichtet, den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 11 mit einer gegenüber der Anziehspannung UA verringerten Haltespannung UH anzusteuern, nachdem das erste Leistungs schaltelement 11 in dem leitenden Schaltzustand ist. Die zweite Ansteuereinheit 19B ist zum Ansteuern des zweiten Leistungsschaltelements 12 eingerichtet, um das zweite Leistungsschaltelement 12 von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, in Abhängigkeit eines von der ersten Ansteuereinheit 19A ausgegebenen Freigabesignals SIG (siehe Fig. 4 oder 6).
Es sei angemerkt, dass die Ladestation 10 eine Vielzahl weiterer Bauelemente aufweisen kann, auf deren Darstellung aus Gründen der Übersicht in der Fig. 1 verzichtet wurde, was jedoch aus den weiteren Ausführungsbeispielen hervor geht.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer La destation 10, die beispielsweise wie in der Fig. 1 dargestellt zum Laden eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 108 eingerichtet ist. In dieser Aus führungsform ist die Ladestation 10 an ein (nicht dargestelltes) Teilnehmernetz mit drei Phasen LI - L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE ange schlossen. Die Ladestation 10 weist eine Vielzahl von Bauelementen 11 - 19 auf, die zum Bereitstellen der elektrischen Energie an der Anschlussbuchse AB die nen. Es handelt sich bei den Bauelementen 11 - 19 beispielhaft um ein eingangs seitiges EMV-Filter 13, einen Schutzschalter 14 (Erdschlussüberwachung), ein erstes Leistungsschaltelement 11, das als ein Schütz ausgebildet ist, ein zweites Leistungsschaltelement 12, einen AC/DC-Wandler 15, einen DC/DC-Wandler 16, einen weiteren Schutzschalter 17 (DC-Schütz), ein ausgangsseitiges EMV-Filter 18 sowie eine Steuerung 19. Die Ladestation 10 ist damit beispielhaft zum Gleichstromladen ausgebildet.
Die Steuerung 19 ist insbesondere zum Ansteuern des ersten und zweiten Leis tungsschaltelements 11, 12, wie anhand der Fig. 1 erläutert, eingerichtet. Zu sätzlich ist in der Fig. 2 angedeutet, dass die Steuerung 19 auch zum Steuern weiterer Bauelemente und/oder zum Erfassen von relevanten Messwerten und/oder Zustandsdaten von den Bauelementen eingerichtet ist.
Es sei angemerkt, dass die Ladestation 10 alternativ auch zum Wechselstromla den eingerichtet sein kann, wobei dann der AC/DC-Wandler 15 und der DC/DC- Wandler 16 entfallen und stattdessen beispielsweise ein AC/AC-Wandler vor handen sein kann.
Zudem sei angemerkt, dass die Anordnung der unterschiedlichen Bauelemente 11 - 18, insbesondere deren Reihenfolge, ebenfalls lediglich beispielhaft ist und verschiedene andere Anordnungen möglich sind, ohne dass die Funktion der La destation 10 beeinträchtigt wird. Ferner können weniger, mehr und/oder andere Bauelemente als in der Fig. 2 beispielhaft gezeigt in der Ladestation 10 vorhan den sein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer La destation 10, die, beispielsweise wie in der Fig. 1 dargestellt, zum Laden eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 108 eingerichtet ist. In dieser Aus führungsform ist die Ladestation 10 an ein (nicht dargestelltes) Teilnehmernetz mit drei Phasen LI - L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE ange schlossen. Die Ladestation 10 umfasst ein erstes, ein zweites und ein drittes Leistungsschaltelement 11, 12, 21, sowie eine Anzahl weiterer Bauelemente 13, 15, 16 und eine Steuerung 19. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten und dritten Leistungsschaltelement 11, 21 jeweils um ein elektromagnetisch schalt bares Leistungsschaltelement, wie einen Schütz. Das zweite Leistungsschaltele ment 12 ist beispielsweise als ein elektronische Leistungsschaltelement ausge bildet. Bei den weiteren Bauelementen handelt es sich beispielhaft um ein EMV- Filter 13, einen AC/DC-Wandler 15 und einen DC/DC-Wandler 16.
Jedes der drei Leistungsschaltelemente 11, 12, 21 ist zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 10 eingerichtet. Jedes der Leistungsschalt elemente 11, 12, 21 wird von der Steuerung 19 gesteuert, die beispielsweise wie anhand der Fig. 1 erläutert ausgebildet sein kann.
In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Leistungsschaltelement 11 insbesondere eingangsseitig der Ladestation 10 angeordnet, wobei unter "ein gangsseitig" vorliegend teilnehmernetzseitig verstanden wird. Das dritte Leis tungsschaltelement 21 ist ausgangsseitig der Ladestation 10 angeordnet, wobei unter "ausgangsseitig" vorliegend Elektrofahrzeug-seitig verstanden wird. In dem dargestellten Beispiel ist das erste Leistungsschaltelement 11 das erste Bauelement der Ladestation 10 von dem Teilnehmernetz aus betrachtet, und das dritte Leistungsschaltelement 21 ist das letzte Bauelement der Ladestation 10 von dem Teilnehmernetz aus betrachtet (abgesehen von der Anschlussbuchse AB).
Damit ist das erste Leistungsschaltelement 11 dazu eingerichtet, jeglichen Ener giefluss von dem Teilnehmernetz in die Ladestation 10 hinein oder von der La destation 10 in das Teilnehmernetz hinaus zu unterbrechen. Das dritte Leis tungsschaltelement 21 ist dazu eingerichtet, jeglichen Energiefluss von der La destation 10 zu dem Elektrofahrzeug 108 oder von dem Elektrofahrzeug 108 in die Ladestation 10 zu unterbrechen.
Indem das erste, das zweite und das dritte Leistungsschaltelement 11, 12, 21 je weils wie anhand der Fig. 1 oder der Fig. 7 erläutert von der Steuerung 19 ge steuert werden, ist insbesondere ein schnelles Unterbrechen des Energieflusses von Beginn an, direkt nachdem das zweite Schaltelement 12 in den leitenden Zu stand versetzt wurde, möghch. Damit ist eine Sicherheit der Ladestation 10 er höht. Unter dem Begriff "schnelles Unterbrechen" wird beispielsweise verstan den, dass der Energiefluss innerhalb von 20 ms nach Auftreten eines Fehlers un terbrochen ist.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform einer La destation 10, die beispielsweise, wie in der Fig. 1 dargestellt, zum Laden eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 108 eingerichtet ist. In dieser Aus führungsform ist die Ladestation 10 an ein (nicht dargestelltes) Teilnehmernetz mit drei Phasen LI - L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE ange schlossen. Die Ladestation 10 weist eine Vielzahl von Bauelementen 11 - 20, 22 - 26 auf, die zum Bereitstellen der elektrischen Energie an der Anschlussbuchse AB dienen. Es handelt sich bei den Bauelementen 11 - 20, 22 - 26 beispielhaft um ein eingangsseitiges EMV-Filter 13, einen Schutzschalter 14 (Erdschluss überwachung), eine Netzimpedanzmessung 22, ein erstes Leistungsschaltele ment 11, das als ein Schütz ausgebildet ist, ein zweites Leistungsschaltelement 12, eine Fehlerstromüberwachung zur Gleichstromerkennung 23, eine LCL- Filteranordnung 24, einen AC/DC-Wandler 15, einen DC/DC-Wandler 16, eine Gleichstrom-Messeinrichtung 25, eine Spannungsmesseinrichtung 26, einen wei teren Schutzschalter 17 (DC-Schütz), ein ausgangsseitiges EMV-Filter 18, eine Steuerung 19, eine Regeleinheit 20 und eine Netzüberwachungseinheit 27. Die Regeleinheit 20 ist zum Regeln des AC/DC-Wandlers 15 und des DC/DC- Wandlers 16 in Abhängigkeit von Steuersignalen, die von der Steuerung 19 emp fangen werden, eingerichtet.
Die Steuerung 19 ist in eine erste Ansteuereinheit 19A und eine zweite Ansteu ereinheit 19B unterteilt. Die erste Ansteuereinheit 19A kann auch als Sicher heitssteuerung bezeichnet werden, die zum Steuern aller sicherheitsrelevanten Steueraufgaben eingerichtet ist. Es sei angemerkt, dass die Sicherheitssteuerung auch darauf beschränkt sein kann, die sicherheitsrelevanten Funktionen und Parameter zu überwachen, selbst aber keine direkte Steuerung durchführt, son- dern lediglich sicherheitsrelevante Funktionen freigibt oder blockiert. Die zweite Ansteuereinheit 19B kann auch als allgemeine Steuerung bezeichnet werden, die zum Steuern aller nicht sicherheitsrelevanten Steueraufgaben eingerichtet ist. Die erste und die zweite Ansteuereinheit 19A, 19B empfangen von den Messein¬ heiten 23, 25, 26, 27 erfasste Messdaten, auf deren Basis sie die jeweihgen Steu¬ er- und Regelaufgaben durchführen. Insbesondere ist die erste Ansteuereinheit 19A zum Ansteuern eines elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungs¬ schaltelements 11 mit einer Anziehspannung UA (siehe Fig. 5) eingerichtet, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, und ist weiterhin dazu eingerichtet, den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 11 mit ei¬ ner gegenüber der Anziehspannung UA verringerten Haltespannung UH anzu¬ steuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement 11 in dem leitenden Schalt¬ zustand ist.
Die zweite Ansteuereinheit 19B ist zum Ansteuern des zweiten Leistungsschalt¬ elements 12 eingerichtet, um das zweite Leistungsschaltelement 12 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, in Abhängigkeit eines von der ersten Ansteuereinheit 19A ausgegebenen Freigabe¬ signals SIG. In diesem Beispiel erfolgt die Freigabe für die Ansteuerung des zweiten Leistungsschaltelements 12 über ein &-Gatter, dessen einer Eingang mit der ersten Ansteuereinheit 19 A gekoppelt ist, und an den die erste Ansteuerein¬ heit 19A das Freigabesignal SIG ausgibt. Solange das Freigabesignal SIG nicht anliegt, kann daher das zweite Leistungsschaltelement 12 nicht in den leitenden Zustand verbracht werden, selbst wenn die zweite Ansteuereinheit 19B ein ent¬ sprechendes Ansteuersignal ausgibt.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit beispielhaften Strom- und Spannungsverläufen. Das obere Diagramm zeigt beispielhaft eine Ansteuerspannung UL, mit der ein elektromagnetischer Antrieb eines Leistungsschaltelements 11, 12, 21 angesteu¬ ert wird, und das untere Diagramm zeigt beispielhaft den sich jeweils ergeben¬ den Stromfluss II durch den elektromagnetischen Antrieb, der auch als Ansteu- erstrom bezeichnet werden kann. Die horizontale Achse zeigt die Zeit t und ist für beide Diagramme identisch. Der elektromagnetische Antrieb ist beispielswei se als eine Spule ausgebildet, wobei ein Stromfluss durch die Spule ein Magnet feld hervorruft. Es sei angemerkt, dass die in den beiden Diagrammen darge stellten Strom- und Spannungs Verläufe idealisiert dargestellt sind, um die Vor teile der Erfindung deutlicher zu machen. In einer Ansteuerschaltung können verschiedene zusätzliche Effekte auftreten, die in Variationen der Strom- und Spannungsverläufen gegenüber der Darstellung in der Fig. 5 resultieren können. Die nachfolgend erläuterten Vorteile bleiben hierbei jedoch bestehen.
Zu einem Zeitpunkt tO soll das Leistungsschaltelement 11, 12, 21 von dem nicht- leitenden in den leitenden Zustand versetzt werden, weshalb die Ansteuerspan nung UL auf die Anziehspannung UA gesetzt wird. Der Stromfluss II zeigt einen verzögerten Anstieg, da zunächst elektrische Energie zum Aufbau des Magnet feldes gebraucht wird. Der zeitliche Verlauf lässt sich beispielsweise anhand von Gleichung (2) beschreiben. Der Stromfluss II nähert sich einem durch die An steuerspannung UA und dem ohmschen Widerstand des Ansteuerstromkreises bestimmten Gleich ge wicht wert IA (Anziehstrom) an. Beispielsweise wird dieser Gleich ge wichts wert IA kurz vor dem Zeitpunkt ti erreicht.
Zu einem Zeitpunkt ti wird die Ansteuerspannung UL auf einen reduzierten Wert UH, die Haltespannung, gesetzt. Die Haltespannung UL ist derart gewählt, dass das Leistungsschaltelement 11, 12, 21 sicher in dem leitenden Zustand verbleibt, aber der Stromfluss II durch den elektromagnetischen Antrieb deutlich reduziert ist. Wie an dem unteren Diagramm erkennbar, fäht der Strom II durch den elektromagnetischen Antrieb langsam ab. Dies hegt daran, dass in dem Magnet feld gespeicherte Energie dissipiert werden muss, was über einen zusätzlichen (induzierten) Stromfluss erfolgt. Der Strom II fällt auf einen Haltestromstrom IH ab, der beispielsweise kurz von dem Zeitpunkt t2 erreicht ist.
Zum Zeitpunkt t2 wird beispielsweise ein Fehler erfasst, wie ein Kurzschluss in der Ladestation 10 (siehe Fig. 1 - 4 oder 6) oder in dem Elektrofahrzeug 108 (Siehe Fig. l), weshalb der Energiefluss durch die Ladestation 10 schnellstmög lich zu beenden ist. Hierzu wird das Leistungsschaltelement 11, 12, 21 zum Öff nen angesteuert, das heißt, dass es von dem leitenden in den nicht -leitenden Zu stand versetzt wird. Hierzu wird die Ansteuerspannung UL auf null reduziert. Der Ansteuerstrom II fällt nicht sofort auf null, sondern aufgrund des Magnet felds wie zuvor verzögert ab. Nach einem Zeitintervall Atl unterschreitet der Stromfluss den Stromwert Io, der als Abfallstrom bezeichnet werden kann. Bei diesem Stromfluss ist das Magnetfeld so schwach, dass der Anker des Leistungs schaltelements 11, 12, 21 abfällt und somit der geschaltete Kontakt (oder die Kontakte) öffnet.
Um die durch die Ansteuerung mit der Haltespannung UH schnellere Abschal tung, also den Zeitgewinn, deutlich zu machen, ist in dem Diagramm beispielhaft mit U auch der Fall dargestellt, wenn der Stromfluss zu dem Zeitpunkt t2 noch auf dem Niveau von IA liegt. Dann dauert es das Zeitintervall At2, bis der Ab fallstrom Io erreicht ist, wobei das Zeitintervall At2 ein Vielfaches des Zeitinter valls Atl umfasst.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer La destation 10, wobei aus Gründen der Übersicht nur ein erstes und ein zweites Leistungsschaltelement 11, 12 sowie eine Steuerung 19 gezeigt sind. Die Steue rung 19 umfasst eine erste Ansteuereinheit 19A und eine zweite Ansteuereinheit 19B. Die erste Ansteuereinheit 19 A ist zum Ansteuern des ersten Leistungs- schaltelements 11 mit einer Ansteuerspannung UL eingerichtet, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leiten den in den leitenden Zustand zu versetzen. Insbesondere umfasst die erste Ansteuereinheit 19A hierfür zwei Netzgeräte NT1, NT2. Das erste Netzgerät NT1 ist zum Bereitstellen einer An ziehspannung UA (siehe Fig. 5) eingerichtet und das zweite Netzgerät NT2 ist zum Bereitstellen eine Haltespannung UH (siehe Fig. 5) eingerichtet. Die Ver wendung von zwei Netzteilen NT1, NT2 für die zwei Spannungsniveaus UA, UH hat den Vorteil, dass die Verlustleistung beim Bereitstellen der unter schiedli- chen Spannungen reduziert ist im Vergleich zur Verwendung eines Spannungs teilers oder eines Widerstands oder dergleichen.
Ein Controller CTR steuert beispielhaft die Schaltstellung eines Schalters (ohne Bezugszeichen) und steuert damit, welchen Wert die Ansteuerspannung UL auf weist. Beim Einschalten der Ladestation 10 wird das erste Leistungsschaltele ment 11 zuerst in den leitenden Zustand versetzt, und erst danach das zweite Leistungsschaltelement 12.
Hierzu wird das erste Leistungsschaltelement 11 zunächst mit der Anziehspan nung UA angesteuert, wie in der Fig. 6 dargestellt. Wenn das erste Leistungs schaltelement 11 stabil in dem leitenden Zustand ist, wird die Ansteuerspannung UL auf die Haltespannung UH reduziert, indem der Schalter auf das zweite Netz teil NT2 umschaltet. In diesem Beispiel ist die erste Ansteuereinheit 19A zum Erfassen eines Stromflusses II durch einen elektromagnetischen Antrieb des ers ten Leistungsschaltelements 11 eingerichtet. Der Controller CTR empfängt den erfassten Stromfluss II, auf dessen Basis der Controller CTR ermitteln kann, wann der Stromfluss II auf den bestimmten Schwellwert, beispielsweise den Hal testrom IH, abgefallen ist. Erst danach gibt der Controller CTR ein Freigabesig nal SIG aus, welches auf einen Eingang eines &-Gatters gelegt ist. Auf diese Weise kontrolliert die erste Ansteuereinheit 19A das Umschalten des zweiten Leistungsschaltelements 12 von dem nicht -leitenden in den leitenden Zustand.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 10, beispielsweise der anhand einer der Fig. 1 - 4 oder 6 erläuterten Ladestation.
In einem ersten Schritt Sl wird ein elektromagnetischer Antrieb des ersten Leis tungsschaltelements 11 (siehe Fig. 1 - 4 sowie 6) mit einer Anziehspannung UH (siehe Fig. 5) angesteuert, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen. In einem zweiten Schritt S2 wird der elektromagnetische Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 11 mit einer gegenüber der Anziehspannung UA verrin¬ gerten Haltespannung UH (siehe Fig. 5) angesteuert, nachdem das erste Leis¬ tungsschaltelement 11 in dem leitenden Schaltzustand ist.
In einem dritten Schritt S3 wird das zweite Leistungsschaltelement 12 (siehe Fig. 1 - 4 sowie 6) angesteuert, um das zweite Leistungsschaltelement 12 von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbrin¬ gen, nachdem ein Stromfluss II (siehe Fig. 5) durch den elektromagnetischen An- trieb des ersten Leistungsschaltelements 11 einen bestimmten Schwellwert er¬ reicht oder unterschreitet.
Obwohl die vorhegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Ladestation
11 erstes Leistungsschaltelement
12 zweites Leistungsschaltelement
13 EMV-Filter
14 Schutzschalter
15 AC/DC-Wandler
16 DC/DC-Wandler
17 Schutzschalter
18 EMV-Filter
19 Steuerung
19A erste Ansteuereinheit 19B zweite Ansteuereinheit
20 Regeleinheit
21 drittes Leistungsschaltelement
22 Netzimpedanzmessung
23 Stromüberwachung
24 Filter
25 Stromüberwachung
26 Spannungsüberwachung
27 Netzüberwachung
100 Energieversorgungsnetz
101 Teilnehmernetz 105 Ladekabel
108 Energiespeicher 110 Elektrofahrzeug 120 Anschlusspunkt
Ätl Zeitintervall Ät2 Zeitintervall Ätl2 Zeitintervall AB Anschlussbuchse CTR Controller
I Strom
IA Anziehstrom IH Haltestrom
II Spulenstrom Io Abfallstrom LI Phase
L2 Phase L3 Phase
N Neutralleiter NT1 Netzteil NT2 Netzteil PE Schutzleiter Sl Verfahrens schritt
52 Verfahrens schritt
53 Verfahrens schritt SIG Freigabesignal t Zeitachse tO Einschaltzeitpunkt tl Umschaltzeitpunkt t2 Ausschaltzeitpunkt U Spannung UA Anziehspannung UH Haltespannung
UL Spulenspannung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (10) zum Laden eines Energie speichers (110) eines Elektrofahrzeugs (108) mit elektrischer Energie, wobei die Ladestation (10) ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement (ll) und ein zweites elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement (12) aufweist, wo bei das erste Leistungsschaltelement (ll) ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (ll, 12) ei nen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (ll, 12) zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation (10) zu dem Elektrofahrzeug (108) oder umgekehrt eingerichtet ist, mit den Schritten: a) Ansteuern (Sl) eines elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungs schaltelements (ll) mit einer Anziehspannung (UA), um das erste Leistungs schaltelement (ll) von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) Ansteuern (S2) des elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungs schaltelements (ll) mit einer gegenüber der Anziehspannung (UA) verringerten Haltespannung (UH), nachdem das erste Leistungsschaltelement (ll) in dem lei tenden Schaltzustand ist, und c) Ansteuern (S3) des zweiten Leistungsschaltelements (12), um das zweite Leistungsschaltelement (12) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den lei tenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss (II) durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (ll) betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
Abschalten der Haltespannung (UH) für das erste Leistungsschaltelement (ll), um das erste Leistungsschaltelement (ll) in den nicht -leitenden Schaltzu- stand zu verbringen, wenn ein Fehlerzustand von der Ladestation (10) erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach Durchfüh ren des Schrittes b) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:
Erfassen eines Betrages des Stromflusses (II) und/oder einer zeitlichen Än derungsrate des Stromflusses (II) durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (ll),
Vergleichen des erfassten Betrages mit dem bestimmten Schwellwert und/oder Vergleichen der erfassten Änderungsrate mit einem bestimmten Schwellwert für die zeitliche Änderungsrate, und
Durchführen des Verfahrensschrittes c) in Abhängigkeit des Vergleichs.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leistungsschaltelement (ll) und das zweite Leistungsschaltele ment (12) in Bezug auf den Energiefluss zum Elektrofahrzeug (108) in Reihe ge schaltet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leistungsschaltelement (ll) und das zweite Leistungsschaltele ment (12) in der Ladestation (10) direkt miteinander verbunden sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (13 - 18, 22 - 27) der Ladestation (10) zwischen dem ersten Leistungsschaltele- ment (ll) und dem zweiten Leistungsschaltelement (12) geschaltet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (10) eine Sicherheitsschaltung (19A) aufweist, die das An steuern des ersten Leistungsschaltelements (ll) überwacht und die das Ansteu ern des zweiten Leistungsschaltelements (12) unterbindet, bis das erste Leis tungsschaltelement (ll) mit der Haltespannung (UH) angesteuert wird und der Stromfluss (II) durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungs schaltelements (ll) den bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Leistungsschaltelement (12) als ein elektromagnetisches Relais, als ein elektronisches Relais, als ein AC/DC-Wandler (15) oder als ein DC/DC- Wandler (16) ausgebildet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (10) ein drittes, elektromagnetisch schaltendes Leistungs schaltelement (21) aufweist, das zum Unterbrechen des Energieflusses durch die Ladestation (10) zum Elektrofahrzeug (108) eingerichtet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement (ll) eingangsseitig der Ladestation (10) und das dritte Leistungsschaltelement (21) ausgangsseitig der Ladestation (10) angeordnet ist und das zweite Leistungsschaltelement (12) zwischen das erste und das dritte Leistungsschaltelement (ll, 21) geschaltet ist, und wobei das dritte Leistungs schaltelement (2l) entsprechend den Schritten a) und b) in den leitenden Zu stand versetzt wird, bevor der Schritt c) durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) mit dem ersten und dem dritten Leistungsschaltele ment (ll, 2l) sich zeitlich überschneidend, insbesondere zeitgleich, durchgeführt werden.
12. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
13. Ladestation (10) zum Laden eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahr zeugs (108) mit elektrischer Energie, mit: einem ersten elektrisch steuerbaren Leistungsschaltelement (ll) und einem zweiten elektrisch steuerbaren Leistungsschaltelement (12), wobei das erste Leistungsschaltelement (ll) ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschalt element ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (ll, 12) einen nicht- leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungs schaltelemente (ll, 12) zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die La destation (10) zu dem Elektrofahrzeug (110) oder umgekehrt eingerichtet ist, einer ersten Ansteuereinheit (19A) zum Ansteuern eines elektromagneti schen Antriebs des ersten Leistungsschaltelements (ll) mit einer Anziehspan nung (UA), um das erste Leistungsschaltelement (ll) von dem nicht -leiten den Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, wobei die erste An steuereinheit (19A) dazu eingerichtet ist, den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (ll) mit einer gegenüber der Anziehspannung (UA) verringerten Haltespannung (UH) anzusteuern, nachdem das erste Leis tungsschaltelement (ll) in dem leitenden Schaltzustand ist, und einer zweiten Ansteuereinheit (19B) zum Ansteuern des zweiten Leistungs schaltelements (12), um das zweite Leistungsschaltelement (12) von dem nicht- leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, in Ab hängigkeit eines von der ersten Ansteuereinheit (19A) ausgegebenen Freigabe signals (SIG).
14. Ladestation nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ansteuereinheit (19A) ein Zeitglied zum Zählen eines vorbestimm ten Zeitintervalls umfasst und dazu eingerichtet ist, das Freigabesignal (SIG) auszugeben, sobald das vorbestimmte Zeitintervall abgelaufen ist, nachdem die erste Ansteuereinheit (19A) das erste Leistungsschaltelement (ll) mit der Halte spannung (UH) ansteuert.
15. Ladestation nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ansteuereinheit (ll) einen Strommesser zum Erfassen eines Be trages eines Stromflusses (II) und/oder einer zeitlichen Änderungsrate des Stromflusses (II) durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungs schaltelements (ll) umfasst und dazu eingerichtet ist, das Freigabesignal (SIG) auszugeben, wenn der erfasste Betrag einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet und/oder wenn die erfasste Änderungsrate einen bestimmten Schwellwert für die zeithche Änderungsrate erreicht oder unterschreitet.
16. Ladestation nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Netzteil (NTl) zum Bereitstellen der Anziehspannung (UA) für das erste Leistungsschaltelement (ll) und ein zweites Netzteil (NT2) zum Be reitstellen der Haltespannung (UH) für das erste Leistungsschaltelement (ll) vorgesehen ist.
17. Ladestation nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (10) ein drittes, elektromagnetisch schaltendes Leistungs schaltelement (21) aufweist, das zum Unterbrechen des Energieflusses durch die Ladestation (10) zu dem Elektrofahrzeug (108) eingerichtet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement (ll) eingangsseitig der Ladestation (10) und das dritte Leistungsschaltelement (21) ausgangsseitig der Ladestation (10) angeordnet ist und das zweite Leistungsschaltelement (12) zwischen das erste und das dritte Leistungsschaltelement (ll, 21) geschaltet ist, und wobei die erste Ansteuerein heit (19A) ferner dazu eingerichtet ist, einen elektromagnetischen Antrieb des dritten Leistungsschaltelements (21) mit einer Anziehspannung (UA) anzusteu ern, um das dritte Leistungsschaltelement (21) von dem nicht -leitenden Schalt zustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, und das dritte Leistungs schaltelement (2l) mit einer gegenüber der Anziehspannung (UA) verringerten Haltespannung (UH) anzusteuern, nachdem das dritte Leistungsschaltelement (21) in dem leitenden Schaltzustand ist.
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