EP4196364A1 - Ladestation, system und verfahren - Google Patents

Ladestation, system und verfahren

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Publication number
EP4196364A1
EP4196364A1 EP22714140.5A EP22714140A EP4196364A1 EP 4196364 A1 EP4196364 A1 EP 4196364A1 EP 22714140 A EP22714140 A EP 22714140A EP 4196364 A1 EP4196364 A1 EP 4196364A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging station
phase
phases
converter
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22714140.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard WEIDINGER
Andreas Wimmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keba Energy Automation GmbH
Original Assignee
Keba Energy Automation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keba Energy Automation GmbH filed Critical Keba Energy Automation GmbH
Publication of EP4196364A1 publication Critical patent/EP4196364A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H02J3/322—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means the battery being on-board an electric or hybrid vehicle, e.g. vehicle to grid arrangements [V2G], power aggregation, use of the battery for network load balancing, coordinated or cooperative battery charging

Definitions

  • the invention relates to a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle with electrical energy by means of a multi-phase network that can be coupled to the charging station.
  • the invention also relates to a system with such a charging station and a method for operating such a charging station.
  • the present technical field relates to the charging of an energy store in 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 the 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 recorded and / or emitted electrical energy, and with a housing enclosing the electrotechnical African components.
  • Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are fast charging methods in which the charging station provides the electric vehicle with direct voltage/current (DC), or alternatively alternating current charging - methods in which the electric vehicle has single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle uses a built-in AC/DC converter to convert into direct current for the energy store to be charged.
  • DC direct voltage/current
  • AC alternating current
  • charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process.
  • An asymmetry which can also be referred to as unbalanced load, occurs when one phase of a multi-phase power grid is more heavily loaded (due to current draw or current feed-in) than the other phases.
  • VDE-AR-N 4100 there are specifications in VDE-AR-N 4100 that limit the maximum unbalanced load to an output of 4.6 kW. Consumers or generators that have a higher output than 4.6 kW must be connected to the subscriber network in multiple phases so that the output is evenly distributed over the phases and an unbalanced load is thus avoided.
  • EP 3 729 593 A1 DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 B1,
  • a charging station having the features of claim 1 by a system having the features of claim 23, by a system having the features of claim 24 and by a method having the features of claim 25.
  • a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle with electrical energy by means of a multi-phase network that can be coupled to the charging station is proposed.
  • the charging station comprises: one between a number of phases (also denoted by LI, L2, L3) of the multi-phase network and a number of converters connected to the energy store that can be coupled to the output conductors of the charging station and having a plurality of controllable semiconductor switching elements, and a control unit which is set up to control the controllable semiconductor switching elements of the converter in such a way that the phases LI, L2, L3 result in currents with at least two different current intensities, in particular with at least two different effective values.
  • phases LI, L2, L3 result in currents with at least two different current intensities, in particular with at least two different effective values.
  • the charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing, with an interior space in which a plurality of electrical and/or electronic components and a connection socket connected to at least one of the components for connecting a charging plug for the energy store of the electric vehicle are arranged .
  • 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 its connection socket and the charging plug of the electric vehicle.
  • the charging station acts as a source of electrical energy for the electric vehicle, and the electrical energy can 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 referred to as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include contactors, all-current-sensitive circuit breakers, DC, over and fault current monitoring device, relay, connection terminal, electronic circuits and a control device, for example comprising a printed circuit board, on which a plurality of electronic components for controlling and/or measuring and/or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle are arranged are.
  • the converter can be referred to as an AC/DC converter.
  • the AC/DC converter is set up in particular for converting an AC voltage into a DC voltage and/or for converting a DC voltage into an AC voltage.
  • the charging station comprises in particular an intermediate circuit downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors which are connected to an intermediate circuit center point.
  • the multiphase network is, for example, a multiphase subscriber network.
  • the multi-phase network can also be a multi-phase power supply network.
  • the polyphase network has a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor (also denoted by N).
  • the “charging and/or discharging of an energy store” includes both supplying electrical energy and drawing electrical energy. This means that the energy store can act as a consumer or as a producer in the subscriber network.
  • the present charging station can provide currents with different current intensities, in particular with different effective values, on the phases L1, L2, L3, it is suitable for unbalanced loads.
  • the control unit can load the phases LI, L2, L3 differently and thus compensate for an unbalanced load.
  • the control unit and its control of the controllable semiconductor switching elements of the converter make it possible to Adjust power distribution to the three phases LI, L2, L3 both in the charging operation of the charging station and in the discharging operation of the charging station, which enables unbalanced loads on the phases LI, L2, L3.
  • the charging operation is characterized by the fact that a total active power flows from the charging station to the energy storage of the electric vehicle.
  • total active power flows from the energy store of the electric vehicle to the charging station.
  • the power distribution can be regulated by the present charging station in such a way that the total active power is zero. For this purpose, power is fed into part of the phases LI, L2, L3, whereas the same power is drawn from another part of the phases LI, L2, L3.
  • This unbalanced load compensation can also be carried out for capacitive or inductive reactive power.
  • the charging station can be used within the scope of its rated power for active reactive power compensation or alternatively for the desired reactive power feed, also known as phase shifter operation, which can be used, for example, to increase or decrease the voltage of the subscriber network.
  • phase shifter operation also known as phase shifter operation, which can be used, for example, to increase or decrease the voltage of the subscriber network.
  • the present charging station can also be used to compensate for current harmonics at the grid connection point.
  • non-sinusoidal currents for example mains currents affected by harmonics, are impressed in the mains phases LI, L2, L3 by the charging station, which can compensate for the harmonic currents measured at the mains connection point.
  • Such reactive power for distortion can also be made available by means of the intermediate circuit capacitors, so that no electric vehicle has to be connected to the charging station for harmonic compensation either.
  • the functionalities provided by the charging station at the grid connection point for active power feed-in, unbalanced load compensation, direct current compensation, phase shifter operation, reactive power compensation and harmonic compensation can be used as network services to improve the quality and security of supply of the subscriber network, for example one local power grid. They can also serve to reduce power distribution losses or, alternatively, power distribution costs.
  • these functionalities advantageously do not all require that an electric vehicle is connected to the charging station or is being charged. On the contrary, it can be advantageous if no electric vehicle is charged, because then the full rated power is available in the charging station for the grid service.
  • the charging station includes an intermediate circuit connected downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors, which are connected to an intermediate circuit center point. Furthermore, the charging station preferably comprises a circuit connecting the intermediate circuit center point and the neutral conductor N of the multi-phase network, which is set up to compensate for an unbalanced load between the intermediate circuit center point and between the intermediate circuit center point which occurs as a result of the currents on the phases LI, L2, L3 with the at least two different current intensities and the neutral conductor N of the polyphase network.
  • the circuit is set up in particular to compensate for the residual current between the intermediate circuit center point and the neutral conductor N of the multi-phase network that results from the currents in phases LI, L2, L3 with the at least two different current intensities when the network voltage of the multi-phase network is fixed to guide the network.
  • the circuit is set up to conduct the residual current resulting from the currents in phases LI, L2, L3 with the at least two different current intensities when the energy store is being charged and/or when the energy store is being discharged.
  • the converter has three half-bridges connected between a positive output conductor and a negative output conductor of the charging station.
  • a first half bridge is assigned to a first phase LI of the multiphase network
  • a second half bridge is assigned to a second phase L2 of the multiphase network
  • a third half bridge is assigned to a third phase L3 of the multiphase network.
  • the converter has a balancing device for balancing an intermediate potential of the intermediate circuit of the converter.
  • the balancing device is preferably designed as described in patent application DE 10 2020 122 458.3, the content of which is hereby incorporated in its entirety by reference.
  • the balancing device has a half-bridge with two semiconductor switching elements connected between the positive output conductor and the negative output conductor of the charging station.
  • a smoothing choke is connected between the center tap of the half-bridge and the neutral output conductor.
  • the smoothing choke forms a coil side of an isolating transformer for operating a DC power supply unit.
  • a PWM switching generator is also preferred provided, which is set up to switch the two semiconductor switching elements in a variable duty cycle in such a way that a desired intermediate potential, in particular a symmetrical intermediate potential, can be set at the neutral output conductor.
  • the charging station comprises a DC/DC converter connected downstream of the intermediate circuit for outputting a stepped-up or stepped-down DC voltage to the energy store by means of the positive output conductor and the negative output conductor or by means of the positive output conductor, the negative output conductor and the neutral output conductor of the electric vehicle.
  • the circuit has a line connecting the intermediate circuit center point and the neutral conductor N of the polyphase network.
  • a controllable switch is provided in the line connecting the intermediate circuit center point and the neutral conductor N of the polyphase network.
  • the switch is in particular a semiconductor switch or a mechanical switch.
  • the switch is preferably actuated as a function of an operating state, in particular a desired operating state, of the charging station.
  • the switch is closed to carry out the unbalanced load compensation because the total current in the phases LI, L2, L3 is not equal to zero and the neutral conductor N carries the differential current.
  • closing the switch is also understood to mean, for example, periodic closing and opening.
  • the charging station comprises an EMC filter device and an LCL filter device connected downstream of the EMC filter device, which are coupled between three network-side connection terminals for the three phases LI, L2, L3 of the multi-phase network and the three half-bridges.
  • the LCL filter device preferably includes at least three inductors and three capacitors.
  • the three capacitors are coupled to the center of the intermediate circuit via a line.
  • a four-leg choke or a five-leg choke can be used, with three windings on a common iron core.
  • the circuit has a fourth half-bridge assigned to the neutral conductor N of the polyphase network.
  • the fourth half-bridge is set up to couple the neutral conductor N of the polyphase network to the neutral conductor N via one of the output conductors.
  • This embodiment with the fourth half bridge has the advantageous effect that it is also possible to compensate for undesired direct current components in the currents on phases L1, L2, L3.
  • This embodiment with the fourth half-bridge offers advantages for supplying a direct current component in the neutral conductor current, in particular because the minimum intermediate circuit voltages required for operation can be selected to be smaller than in a topology without a fourth half-bridge.
  • the respective half-bridge is in particular a 2-point half-bridge or a 3-point half-bridge.
  • the first half-bridge, the second half-bridge, the third half-bridge and the fourth half-bridge are connected in parallel between the positive output conductor and the negative output conductor of the charging station. If the half-bridges are designed as 3-point half-bridges, they are connected in parallel between the positive output conductor, the negative output conductor and the neutral output conductor of the charging station.
  • the charging current for charging the energy store can be provided by means of the output conductors comprising the positive output conductor, the negative output conductor and the neutral output conductor.
  • the charging station comprises a permanently connected charging cable with a connector plug for the electric vehicle, the charging cable having a number of coupling points for connecting the charging cable in the charging station, the coupling points of the connector plug connected to the output conductors having a number of Phases of the charging cable can be coupled.
  • the charging cable connects the electric vehicle or the energy store of the electric vehicle to the charging station and is set up to transfer the charging current.
  • the charging cable has the lines for the positive output conductor, the negative output conductor and the protective conductor (PE), as well as the pilot contact/control pilot (CP) conductor and the proximity switch/proximity pilot (PP) conductor for signal, sensor and or data transfers.
  • PE protective conductor
  • CP pilot contact/control pilot
  • PP proximity switch/proximity pilot
  • the connector plug can have further coupling points, for example to connect a protective conductor and/or one or more signal, sensor or data transmission conductors.
  • the connector plug can be designed in such a way that it is compatible with different specifications, in particular the connector plug can be DC-Low compatible, with the connector plug coupling point L2 being connected to the negative output conductor, the connector plug coupling point L3 being connected to the positive output conductor and the connection plug coupling point PE is connected to the neutral output conductor or be compatible with DOMid where connector crosspoints LI and L2 are connected to the negative output conductor, connector crosspoints L3 and N are connected to the positive output conductor, and connector crosspoint PE is connected to the neutral output conductor or be compatible with DOHigh, where the terminal plug positive coupling point is connected to the positive output conductor, the terminal plug negative coupling point is connected to the output negative conductor, and the output neutral conductor is connected to the terminal plug PE coupling point.
  • the charging cable can have a number of conductors corresponding to the coupling points.
  • the charging station can have a number of connection sockets for charging cables of different configurations.
  • the charging station comprises a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable, a respective output conductor of the number being connected to a respective coupling point of the connection socket, and the coupling points of the connection socket connected to the output conductors having a number can be coupled to phases of the charging cable.
  • the charging cable connects the electric vehicle or the energy store of the electric vehicle to the connection socket and is set up to transmit the charging current.
  • the charging cable has the lines for the positive output conductor, the negative output conductor and the protective conductor (PE), as well as the conductor pilot contact/control pilot (CP) and the conductor proximity switch/proximity pilot (PP) for signal, sensor - or data transmissions.
  • connection socket can have further coupling points, for example to connect a protective conductor and/or one or more signal, sensor or data transmission conductors.
  • the connection socket can be designed in such a way that it is compatible with different specifications, in particular
  • the connector socket can be DOLow compatible, where the L2 coupling point is connected to the negative output conductor, the L3 coupling point to the positive output conductor and the PE coupling point to the neutral output conductor, or DOMid compatible, where the LI and L2 coupling points are connected to be connected to the negative output conductor, the coupling points L3 and N are connected to the positive output conductor and the coupling point PE is connected to the neutral output conductor, or to DOHigh.
  • the charging cable can have a number of conductors corresponding to the coupling points.
  • the charging station can have a number of connection sockets for differently designed charging cables.
  • the charging station comprises a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable, with a respective output conductor of the number being connected to a respective coupling point of the connection socket, and with the coupling points of the connection socket connected to the output conductors being connected to a neutral conductor and a number of phases of the charging cable can be coupled.
  • the phases of the multi-phase subscriber network are thus assigned to the neutral conductor of the charging cable and phases of the charging cable by means of the charging station.
  • an EMC filter device and an LCL filter device connected downstream of the EMC filter device are coupled between four mains-side connection terminals for the three phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N of the multi-phase network and the four half-bridges.
  • the LCL filter device preferably comprises four inductors and four capacitors.
  • the first half-bridge, the second half-bridge, the third half-bridge and the fourth half-bridge are coupled to a respective mains-side terminal of the charging station by means of a respective one of the chokes.
  • the four Capacitors are coupled to the intermediate circuit center via a line.
  • the circuit is set up to conduct a residual current designed as a residual current with a DC component, in particular a residual current designed as a direct current, between the intermediate circuit center point and the neutral conductor N of the multiphase network.
  • the circuit is set up to set, in particular to regulate, a current strength of the residual current resulting as a result of the currents in the phases L1, L2, L3 with the at least two different current strengths.
  • the converter has a balancing device for balancing an intermediate potential of the intermediate circuit of the converter.
  • the converter is designed as a 3-point converter.
  • the respective controllable semiconductor switching element of the converter is designed as a semiconductor switch, in particular as a transistor, preferably as a SiC MOSFET or as an IGBT.
  • the converter is designed as a unidirectional converter.
  • the converter is designed as a bidirectional converter.
  • the charging station includes a communication module.
  • the communication module is preferably set up to negotiate a charging plan with charging electronics of the energy store coupled to the charging station.
  • the charging electronics of the energy store requests a certain charging power via the communication module at the charging station and the charging station, for example a control device of the charging station, determines whether the requested charging power can be provided. A current state of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account in particular. If the requested charging power cannot be provided, the charging station can make a “counterproposal” via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy store, or the charging electronics can make a new request of its own. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated. Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when an energy storage device is reconnected to the charging station.
  • the charging station comprises a power switching device for safely disconnecting the number of output conductors from the multi-phase subscriber network.
  • the power switching device can be designed as an electromechanical element, such as a contactor or a four-phase relay.
  • the power switching device can be designed and controlled individually for a respective phase of the multiphase subscriber network and/or for a respective output conductor of the switching matrix, so that individual assignments can be interrupted by means of the power switching device, for example.
  • a bridging device for connecting a first phase LI and a second phase L2 of the phases LI, L2, L3 and a further bridging device for connecting a third phase L3 of the phases LI, L2 are used to form a single-phase operation of the charging station 1 , L3 and the neutral conductor N are provided.
  • a bridging device for connecting a first phase LI and a second phase L2 of the phases LI, L2, L3 and a further bridging device for connecting the second phase L2 and a third phase L3 of the Phases LI, L2, L3 provided.
  • the respective bridging device is formed, for example, as a copper bracket.
  • the bridging devices are arranged immediately after the mains-side connection terminals of the charging station.
  • a system which has a charging station according to the first aspect or according to one of the embodiments of the first aspect and two bridging devices external to the charging station for forming a single-phase operation of the charging station. Since the one bridging device is set up for connecting a first phase LI and a second phase L2 of the phases LI, L2, L3 and the other bridging device is set up for connecting a third phase L3 of the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • a system which has a charging station according to the first aspect or according to one of the embodiments of the first aspect and two bridging devices external to the charging station for forming a single-phase operation of the charging station. Since the one bridging device is set up to connect a first phase LI and a second phase L2 of the phases LI, L2, L3 and the other bridging device is set up to connect the second phase L2 and a third phase L3 of the phases LI, L2, L3.
  • a method for operating a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle with electrical energy is provided by means of a device that can be coupled to the charging station Proposed multi-phase network, the charging station 1 having a number of phases LI, L2, L3 of the multi-phase network and a number of ge coupled to the energy storage output conductors of the charging station connected converter with a plurality of controllable semiconductor switching elements.
  • the procedure includes:
  • This method has the same advantages as explained for the charging station according to the first aspect.
  • the embodiments described for the proposed charging station apply accordingly to the proposed method.
  • the definitions and explanations for the charging station also apply accordingly to the proposed method.
  • a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station.
  • the charging station comprises: one between a number of phases of the multi-phase network and a number of with output conductors, which can be coupled to the energy storage device, of the charging station-connected converter with a plurality of controllable semiconductor switching elements, and an intermediate circuit downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors which are connected to an intermediate circuit center point, the converter having a balancing device for balancing an intermediate potential of the Has intermediate circuit.
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement with a first embodiment of a charging station and an electric vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle
  • FIG. 3 shows the schematic circuit diagram of the charging station according to FIG. 2 with entered current measuring points for the half-bridge currents of the converter and entered power measuring points for the phases before the converter;
  • FIG. 4a-4d show diagrams of the half-bridge currents measured according to FIG. 3, averaged over a switching period, of the half-bridge currents measured according to FIG. NEN phase active power and the total active power of the intermediate circuit for a charging operation of the charging station according to FIG. 3.
  • FIG. 5a-5d show diagrams of the half-bridge currents measured in accordance with FIG. 3, the active phase powers measured in accordance with FIG. 3 and the total active power of the intermediate circuit for a discharge operation of the charging station in accordance with FIG. 3;
  • 6a-6d show diagrams of the half-bridge currents measured in accordance with FIG. 3, the active phase powers measured in accordance with FIG. 3 and the total active power of the intermediate circuit for operation of the charging station in accordance with FIG. 3 without an energy store connected to an electric vehicle;
  • FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle
  • FIG. 8 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle
  • FIG. 9 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle.
  • FIG. 10 shows a schematic flowchart of a method for operating a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle.
  • FIG. 1 schematically shows an arrangement with a first embodiment of a charging station 1 and an electric vehicle 100 having an electrical energy store 110.
  • a multi-phase subscriber network 120 is connected to a multi-phase power supply network 200 by means of a network connection point 125 .
  • the multiphase subscriber network 120 has, in particular, a number of phases, for example L1, L2 and L3, and a neutral conductor N. In this example, it is a question of three-phase power networks without restricting the generality.
  • the electric vehicle 100 can be coupled to the charging station 1 by means of a charging cable 105 which is permanently connected to the charging station 1 . In another embodiment, the electric vehicle 100 can be coupled to the charging station 1 by means of a charging cable 105 which is connected to a connection socket (not shown) of the charging station 1 .
  • the charging station 1 can have a number of electrical and/or electronic components (not shown in FIG. 1) and is for charging and/or discharging the energy store 110 of the electric vehicle 100 with electrical energy by means of the multi-phase subscriber network coupled to the charging station 1 120 furnished.
  • the charging station 1 comprises a converter 10 connected between the phases LI, L2, L3 of the subscriber network 120 and the energy store 110 and having a plurality of controllable semiconductor switching elements (see FIG. 2).
  • the order judge 10 can also be referred to as an AC / DC converter.
  • the converter 10 is intended in particular for converting an AC voltage into a DC voltage and/or for converting a DC voltage into an AC voltage.
  • the charging station 10 also includes a control unit 20.
  • the control unit 20 is set up to control the controllable semiconductor switching elements of the converter 10 to be controlled in such a way that currents II, I2, 13 (see FIGS. 2, 3, 7) with at least two different current intensities, in particular with at least different effective values, result on the phases LI, L2, L3.
  • the charging station 1 preferably comprises a communication module (not shown).
  • the communication module is set up to negotiate a charging plan with charging electronics of the energy store 110 coupled to the charging station 1 .
  • the charging electronics of the energy store 110 requests a specific charging power via the communication module at the charging station 1 and the charging station 1 determines whether the requested charging power can be provided. A current state of the subscriber network 120 and/or of the energy supply network 200 is/are taken into account here in particular. If the requested charging power cannot be provided, the charging station 1 can make a “counterproposal” via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy store 110, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging stations communicate on 1 and the charging electronics of the energy store 110 until the charging plan is out. Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when an energy store 110 is newly connected to the charging station 1 .
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station 1 for charging and discharging an energy store 110 of an electric vehicle 100.
  • the second embodiment of FIG. 2 includes all the features of the first embodiment of FIG.
  • the charging station 1 has at least four connection terminals 91,
  • the LCL filter device 80 comprises three inductors 81, 82, 83 and three capacitors 85,
  • the converter 10 of FIG. 2 is connected between the LCL filter device 80 and a balancing device 60 .
  • the converter 10 in FIG. 2 has three half-bridges 11, 12, 13 connected between a positive output conductor A1 and a negative output conductor A2.
  • the second half bridge 12 is assigned to the second phase L2 of the subscriber network 120 and the third half bridge 13 is assigned to the third phase L3 of the subscriber network 120 .
  • the balancing device 60 connected downstream of the converter 10 is provided for balancing an intermediate potential of an intermediate circuit 30 of the converter 10 .
  • the intermediate circuit 30 of FIG. 2 has two intermediate circuit capacitors 31, 32, which are connected to an intermediate circuit center point 33 between the positive output conductor Al and the negative output conductor A2.
  • the balancing device 60 is preferably designed as described in the patent application DE 10 2020 122 458.3, the content of which is hereby fully incorporated by reference.
  • the balancing device 60 has a half-bridge with two semiconductor switching elements 61, 62 connected between the positive output conductor A1 and the negative output conductor A2. Between the center tap 63 of the half-bridge and the neutral output conductor A3 of the charging station 1, a smoothing choke 64 is switched on.
  • the smoothing choke 64 forms in particular a coil side of an isolating transformer for operating a DC voltage power supply.
  • a PWM switching generator (not shown) can be provided, which is set up to switch the two semiconductor switching elements 61, 62 in a variable duty cycle in such a way that a desired intermediate potential, in particular in particular a symmetrical intermediate potential at which the neutral output conductor A3 can be set.
  • a DC/DO converter (not shown in FIG. 2) is connected downstream of the intermediate circuit 30 .
  • the DC/DO converter is set up to output a boosted or bucked DC voltage to the energy store 110 of the electric vehicle 100 by means of the positive output conductor Al and the negative output conductor A2 or by means of the positive output conductor Al, the negative output conductor A2 and the neutral output conductor A3.
  • the charging station 1 of Fig. 2 comprises a circuit 40 connecting the intermediate circuit center point 33 of the intermediate circuit 30 and the neutral conductor N of the multiphase subscriber network 120.
  • the circuit 40 is set up to compensate for unbalanced loads due to the currents II, 12, 13 on the phases L1, L2, L3 with the at least two different current strengths resulting in residual current IR flowing between the intermediate circuit center point 33 and the neutral conductor N of the subscriber network 120.
  • the circuit 40 is set up, in particular, to balance the unbalanced load between the intermediate circuit center 33 and the neutral conductor N of the multi-phase part resulting from the currents II, 12, 13 on the phases LI, L2, L3 with the at least two different current intensities mernetzes 120 to lead residual current IR flowing at a rigid mains voltage of the multi-phase subscriber network 120.
  • Circuit 40 is preferably set up to, when charging energy store 110 and/or discharging energy store 110, the residual current IR that results as a result of currents II, I2, 13 on phases LI, L2, L3 with the at least two different current intensities respectively.
  • the circuit 40 of FIG. 2 has an electrical line 41 connecting the intermediate circuit center point 33 and the neutral conductor N of the multiphase subscriber network 120 .
  • a controllable switch 42 in the intermediate - circle center 33 and the neutral conductor N of the multiphase subscriber network ⁇ zes 120 connecting line 41 is provided.
  • the switch 42 is in particular a semiconductor switch or a mechanical switch.
  • the switch 42 is preferably actuated as a function of an operating state, in particular a desired operating state, of the charging station 1. As shown in FIG.
  • FIG 3 shows the schematic circuit diagram of the charging station 1 according to FIG Power measuring points for the phases LI, L2, L3 before the converter 10.
  • I_H+_L1 denotes the half-bridge current to LI in the positive intermediate circuit half, averaged over a switching period
  • I_H+ _L2 denotes the half-bridge current to L2 in the positive intermediate circuit half, averaged over a switching period
  • I_H+_L3 denotes the average over a switching period ⁇ half-bridge current to L3 in the positive intermediate circuit half.
  • I_H-_L1 denotes the half-bridge current to LI in the negative intermediate circuit half averaged over a switching period
  • I_H - _L2 the half-bridge current to L2 in the negative intermediate circuit half averaged over a switching period
  • I_H-_L3 the half-bridge current averaged over a switching period to L3 in the negative intermediate circuit half.
  • P_L1 in FIG. 3 designates the phase power on LI
  • P_L2 the phase power on L2
  • P_L3 the phase power on L3.
  • FIG. 4a-4d show diagrams of the half-bridge currents I_H +_L1, 1_H+_L2, 1_H+_L3, 1_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 measured according to FIG. 3, the phase Active powers P_L1, P_L2, P_L3 and the total active power P_ZK of the intermediate circuit for charging operation of the charging station 1 according to FIG. 3.
  • FIG. 4a shows a diagram to illustrate the mean values of the half-bridge currents I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H+_L3 in the positive half of the intermediate circuit measured according to FIG.
  • FIG. 4b shows a diagram to illustrate the mean values of the half-bridge currents I_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 measured according to FIG. 3 in the negative intermediate circuit half.
  • FIG. 4c shows a diagram to illustrate the phase active powers P_L1, P_L2 , P_L3 measured at the power measurement points according to FIG. 3, and
  • FIG. 4d shows a diagram to illustrate the total active power P_ZK of the intermediate circuit.
  • FIGS. 5a-5d show the discharging operation of the charging station 1 according to FIG. 3.
  • FIGS. 5a-5d show diagrams of the half-bridge currents I_H+_L1, 1_H+_L2 measured according to FIG , 1_H+_L3, 1_H-_L1, I_H-_L2, 1_H-_L3, the active phase powers P_L1, P_L2, P_L3 measured according to Fig. 3 and the total active power P_ZK of the intermediate circuit for the discharging operation of the charging station 1 according to Fig. 3.
  • FIG. 5a shows a diagram to illustrate the mean values of the half-bridge currents I_H + _L1 , 1_H+_L2, 1_H+_L3 measured in accordance with FIG. 3 in the positive intermediate circuit half.
  • FIG. 5b shows a diagram to illustrate the mean values of the half-bridge currents I_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 measured according to FIG. 3 in the negative intermediate circuit half.
  • FIG. 5c shows a diagram for the evaluation of the active phase powers P_L1, P_L2, P_L3 measured at the power measurement points according to FIG. 3, and
  • FIG. 5d shows a diagram for illustrating the total active power P_ZK of the intermediate circuit.
  • FIGS. 6a-6d show diagrams of the half-bridge currents I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H +_L3, 1_H-_L1 measured in accordance with FIG , 1_H-_L2, 1_H-_L3, the phases measured according to FIG.
  • Fig. 4a-4d Fig. 5a-5d and Fig. 6a-6d show, the active power distribution P_L1, P_L2 and P_L3 on the three phases LI, L2 and L3 within the device rated power of the charging station 1 both in Ladebe ⁇ operation (see. Fig. 4a-4d) and in discharging (see. Fig. 5a-5d) under the pre ⁇ premise that the neutral conductor N is connected, bidirectional freely adjustable and thus suitable for unbalanced loads.
  • an unbalanced load compensation can also be carried out on the phases LI, L2, L3 for this case in FIGS. 6a-6d.
  • power is fed in on part of the phases LI, L2, L3 and the same power is drawn off on another part of the phases LI , L2, L3.
  • the average intermediate circuit currents I_H in FIGS. 4a, 4b, 5a, 5b and 6a, 6b in these exemplary curves apply, for example, to a regulated intermediate circuit voltage of 800 V direct voltage between the terminals Al and A2.
  • “averaged” means in particular that the switching frequency components of the currents are not considered (mean value model of the converter 10).
  • the resulting current amplitudes I_H are inversely proportional to the intermediate circuit voltage. Since the intermediate circuit voltage is constantly regulated and the phase powers P_L1, P_L2 and P_L3 form in the form of a sine square with sinusoidally regulated mains currents and a sinusoidal mains voltage, the mean intermediate circuit currents I_H are also sine-squared.
  • L2 L2 is not equal to zero and the neutral conductor N carries the differential current IR.
  • FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station 1 for charging and/or discharging an energy storage device 110 of an electric vehicle 100 .
  • the third embodiment of the charging station 1 according to FIG. 7 has, instead of the circuit 40 of the second embodiment of FIGS. 2 and 3, a circuit 50 which, according to FIG.
  • the fourth half bridge 14 is set up to couple the neutral conductor N of the multiphase subscriber network 120 to the neutral conductor N via the output conductor A3.
  • the first half-bridge 11, the second half-bridge 12, the third half-bridge 13 and the fourth half-bridge 14 are connected in parallel between the positive output conductor Al and the negative output conductor A2.
  • the half-bridges 11, 12, 13, 14 as 3-point half-bridges these are connected in parallel between the positive output conductor Al, the negative output conductor A2 and the neutral conductor output conductor A3 from the charging station 1.
  • the EMC filter device 70 and the LCL filter device 80 connected downstream of the EMC filter device 70 are connected between the four line-side connection terminals 91, 92, 93, 94 for the three phases LI,
  • the LCL filter device 80 preferably includes four inductors 81, 82, 83, 84 and four capacitors 85, 86, 87, 88.
  • the first half-bridge 11, the second half-bridge 12, the third half-bridge 13 and the fourth half-bridge 14 are with means one of the respective chokes 81, 82, 83, 84 coupled to a respective mains-side connection terminal 91, 92, 93, 94 of the charging station 1.
  • the four capaci tors 85, 86, 87, 88 are coupled via an electrical line 89 to the intermediate circle center 33 of the intermediate circuit 30.
  • the circuit 50 is set up to conduct a residual current IR formed as a residual current with a DC component between the intermediate circuit center point 33 and the neutral conductor N of the multiphase subscriber network 120 .
  • a direct current component can also be impressed into the neutral conductor N.
  • a compensation of undesired direct current components in the phase currents of the phases LI, L2, L3 can also be carried out so advantageously within the scope of the device rated power of the charging station 1 at the grid connection point 125 (see FIG. 1).
  • the topology according to FIG. 7 offers advantages with the fourth half-bridge 14 for supplying the direct current component in the neutral conductor current, in particular because the minimum required intermediate circuit voltage for regulated operation smaller than can be chosen for the topology according to FIG. This unbalanced load balance can also be carried out for capacitive or inductive reactive power.
  • the charging station 1 can be used within the scope of its rated power for active reactive power compensation or alternatively for the desired reactive power feed, the so-called phase shifter operation, which can be used, for example, to increase or decrease the voltage of the subscriber network 120.
  • the curves of the phase powers P_L1 and/or P_L2 and/or P_L3 are shifted according to FIGS. 4 to 6 in such a way that their mean value is zero.
  • the reactive power component that is impressed into the energy supply network 200 can be made available entirely from the intermediate circuit capacitors 31, 32. Accordingly, no electric vehicle 100 has to be connected (see FIGS. 6a-6d), even if, for example in the case of reactive power compensation, the sum of the reactive powers on the network phases LI, L2, L3 is not equal to zero.
  • a mixed operation of active power and reactive power is also possible on all mains phases LI, L2, L3, within the scope of the device rated power of the charging station 1 with any distribution set.
  • the present charging station 1 can also be used to compensate for current harmonics at the grid connection point 125 .
  • non-sinusoidal currents for example mains currents affected by harmonics, are impressed into the mains phases LI, L2, L3 by the charging station 1, which currents can compensate for the harmonics currents measured at the mains connection point 125.
  • Such reactive power for distortion can also be made available by means of intermediate circuit capacitors 31, 32, so that no electric vehicle 100 has to be connected to charging station 1 for harmonic compensation either.
  • the functions provided by the charging station 1 at the grid connection point 125 for active power feed, for unbalanced load compensation, for direct current compensation, for phase shifter operation, for band power compensation and for harmonic compensation can be used as a grid Services are used to improve the quality and security of supply of the subscriber network 125, for example a local power supply network. They can also serve to reduce power distribution losses or, alternatively, power distribution costs.
  • FIG. 8 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station 1 for charging and/or discharging an energy store 110 of an electric vehicle 100.
  • the fourth embodiment of FIG. 8 is based in particular on the second embodiment according to FIG. 2 or the third embodiment according to FIG. 7 and then includes all of their features.
  • the charging station 1 of FIG. 8 has two bridging devices 131, 132.
  • the first bridging device 131 connects the first phase LI to the second phase L2.
  • the second bridging device 132 connects the third phase L3 to the neutral conductor N.
  • the bridging devices 131 and 132 are therefore suitable for forming a single-phase operation of the charging station 1 .
  • Fig. 9 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a charging station 1 for charging and/or discharging an energy store 110 of an electric vehicle 100.
  • the charging station 1 of Fig. 9 a bridging device 133 for connecting the first phase LI and the second phase L2 and a further bridging device 134 for connecting the second phase L2 and the third phase L3.
  • the respective bridging device 131, 132, 133, 134 of FIG. 8 and FIG. 9 is designed, for example, as a copper clip.
  • the bridging devices 131, 132, 133, 134 are arranged immediately after the network- side connection terminals 91, 92, 93, 94 of the charging station 1.
  • FIG. 10 shows a schematic flowchart of a method for operating a charging station 1 for charging and/or discharging an energy store 110 of an electric vehicle with electrical energy by means of a multiphase network 120 that can be coupled to the charging station 1.
  • the charging station 1 is, for example, as in formed explained the above figures.
  • the charging station 1 is coupled to the multi-phase network 120 in step S1.
  • step S2 the controllable semiconductor switching elements of the converter 10 of the charging station 1 are driven in such a way that the phases LI, L2, L3
  • converters e.g. AC/DC converters
  • connection terminal 100 electric vehicle 105 charging cable 110 energy storage 120 multi-phase subscriber network 125 grid connection point

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Ladestation (1) zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeuges (100) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen. Die Ladestation umfasst einen zwischen einer Anzahl von Phasen (L1, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher (110) koppelbaren Ausgangsleitern (Al, A2, A3) der Ladestation (1) geschalteten Umrichter (10) mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen und eine Steuereinheit (20), welche dazu eingerichtet ist, die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters (10) derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen (L1, L2, L3) Ströme (I1, I2, I3) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.

Description

LADESTATION, SYSTEM UND VERFAHREN
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes. Ferner betrifft die Erfin dung ein System mit einer solchen Ladestation sowie ein Verfahren zum Betrei ben einer solchen Ladestation.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers ei nes Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit we nigstens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer An schlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotech nischen Komponenten umschließenden Gehäuse.
Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleich spannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromlade - verfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, wel chen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC Wandler in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechsel- stromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energie speichers den Ladevorgang.
In Ländern mit mehrphasigen Energieversorgungsnetzen, wie Österreich oder Deutschland, gibt es Vorgaben der Netzbetreiber und/oder gesetzliche Vorschrif ten bezüghch der Einhaltung einer Netzsymmetrie an Teilnehmernetzanschlüs sen. Eine Asymmetrie, die auch als Schieflast bezeichnet werden kann, entsteht, wenn eine Phase eines mehrphasigen Stromnetzes stärker belastet wird (durch Stromentnahme oder durch Stromeinspeisung) als die übrigen Phasen. Bei spielsweise gibt es in der VDE-AR-N 4100 Vorgaben, die die maximale Schieflast auf eine Leistung von 4,6 kW begrenzen. Verbraucher oder Erzeuger, die eine höhere Leistung als 4,6 kW aufweisen, sind mehrphasig in dem Teilnehmernetz anzuschließen, so dass die Leistung gleichmäßig auf die Phasen verteilt und eine Schieflast damit vermieden wird.
Herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664244 Al,
EP 3 729 593 Al, DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 Bl,
DE 10 2016 212 135 Al, DE 10 2017 100 138 Al, WO 2020/167132 Al und DE 10 2009 060 364 Al bekannt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des An spruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 23, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 24 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden und/oder Entla den eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschla gen. Die Ladestation umfasst: einen zwischen einer Anzahl von Phasen (auch bezeichnet mit LI, L2, L3) des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher kop pelbaren Ausgangsleitern der Ladestation geschalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, und eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die steuerbaren Halb leiterschaltelemente des Umrichters derart anzusteuern, dass sich auf den Pha sen LI, L2, L3 Ströme mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, ins besondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdich tes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem eine Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und eine mit zumindest einer der Kompo nenten verbundene Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers für den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges angeordnet sind.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges ge eignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektri sche Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschluss buchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der La destation umfassen Schütz, Allstromsensitiver-Schutzschalter, Gleich-, Über- und Fehlerstrom -Überwachungsvorrichtung, Relais, Anschlussklemme, elektro nische Schaltkreise und eine Steuervorrichtung, beispielsweise umfassend eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der La destation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind.
Der Umrichter kann insbesondere als AC/DC-Wandler bezeichnet werden. Der AC/DC-Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechsel spannung eingerichtet. Die Ladestation umfasst insbesondere einen dem Um richter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskon densatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).
Es sei angemerkt, dass das "Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers" sowohl ein Zuführen von elektrischer Energie als auch ein Entnehmen von elektrischer Energie umfasst. Das heißt, dass der Energiespeicher als Verbrau cher oder als Erzeuger in dem Teilnehmernetz wirken kann.
Dadurch, dass die vorliegende Ladestation auf den Phasen LI, L2, L3 Ströme mit unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit unterschiedlichen Effektiv- werten, bereitstellen kann, ist sie zum Schieflastausgleich geeignet. Die Steuer einheit kann durch ihre Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente des Umrich ters die Phasen LI, L2, L3 unterschiedlich belasten und damit eine Schieflast ausgleichen.
Insbesondere wird durch die Steuereinheit und ihre Ansteuerung der steuerba ren Halbleiterschaltelemente des Umrichters ermöglicht, die Wirk- Leistungsverteilung auf die drei Phasen LI, L2, L3 sowohl im Ladebetrieb der Ladestation als auch im Entladebetrieb der Ladestation einzustellen, wodurch ein Schieflastausgleich auf den Phasen LI, L2, L3 ermöglicht wird. Der Ladebe trieb zeichnet sich dabei dadurch aus, dass eine Summen-Wirkleistung von der Ladestation zum Energiespeicher des Elektrofahrzeuges fließt. Beim Entladebe trieb hingegen fließt eine Summen-Wirkleistung aus dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges zu der Ladestation. Für den Fall, dass kein Elektrofahrzeug und damit kein Energiespeicher an der Ladestation angeschlossen ist, kann die Leistungsverteilung durch die vorliegende Ladestation so geregelt werden, dass die Summen-Wirkleistung Null ist. Dazu wird auf einem Teil der Phasen LI, L2, L3 Leistung eingespeist, wohingegen auf einem anderen Teil der Phasen LI, L2, L3 die gleiche Leistung entnommen wird.
Der vorliegende Schieflastaus gleich kann auch für kapazitive oder induktive Blindleistungen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Ladestation im Rahmen ihrer Bemessungsleistung zur aktiven Blindleistungskompensation oder alternativ zur gewollten Blindleistungseinspeisung eingesetzt werden, auch Pha senschieber-Betrieb genannt, welcher zum Beispiel zur Spannungsanhebung oder Spannungsabsenkung des Teilnehmernetzes eingesetzt werden kann. Bei reiner Blindleistungseinspeisung sind die Verläufe der Phasenleistungen auf den Phasen LI, L2, L3 so verschoben, dass ihr Mittelwert Null ist. Der in das Ener gieversorgungsnetz eingeprägte Blindleistungs-Anteil kann vollständig mittels der Zwischenkreiskondensatoren zur Verfügung gestellt werden. Es muss dem nach kein Elektrofahrzeug angeschlossen sein, auch dann nicht, wenn, wie zum Beispiel bei der Blindleistungskompensation, die Summe der Blindleistungen auf den Netzphasen LI, L2, L3 ungleich Null ist. Auf allen Netzphasen LI, L2, L3 ist auch ein Mischbetrieb aus Wirkleistung und Blindleistung möglich, im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation mit beliebig eingestellter Vertei lung.
Insbesondere kann die vorliegende Ladestation auch zum Ausgleich von Strom- Oberschwingungen am Netzanschlusspunkt eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden in die Netzphasen LI, L2, L3 durch die Ladestation nicht-sinusförmige Ströme, beispielsweise oberschwingungsbehaftete Netzströme, eingeprägt, wel che die am Netzanschlusspunkt gemessenen Oberschwingungsströme kompen sieren können. Eine solche Blindleistung zur Verzerrung kann ebenfalls mittels der Zwischenkreiskondensatoren zur Verfügung gestellt werden, so dass auch für die Oberschwingungskompensation kein Elektrofahrzeug an der Ladestation an geschlossen sein muss.
Die an dem Netzanschlusspunkt von der Ladestation bereitgestellten Funktiona litäten zur Wirkleistungseinspeisung, zum Schieflastausgleich, zur Gleichstrom - Kompensation, zum Phasenschieber-Betrieb, zur Blindleistungskompensation und zur Oberschwingungskompensation können als Netz-Dienstleistungen dazu dienen, die Qualität und die Versorgungssicherheit des Teilnehmernetzes, bei spielsweise eines örtlichen Stromversorgungsnetzes, zu verbessern. Sie können ebenfalls dazu dienen, die Energieverteilungsverluste oder alternativ die Ener gieverteilungskosten zu senken.
Wie oben bereits ausgeführt, setzen diese Funktionalitäten vorteilhafterweise allesamt nicht voraus, dass ein Elektrofahrzeug an die Ladestation angeschlos sen ist oder geladen wird. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, wenn kein Elektro fahrzeug geladen wird, weil dann die volle Bemessungsleistung in der Ladestati on für die Netzdienstleistung zur Verfügung steht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensato ren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind. Ferner umfasst die Ladestation vorzugsweise eine den Zwischenkreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes verbindende Schaltung, welche dazu eingerichtet ist, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken er gebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes fließenden Reststrom zu führen. Die Schaltung ist insbesondere dazu eingerichtet, zum Schieflastausgleich den sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unter schiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes fließenden Reststrom bei ei ner starren Netzspannung des mehrphasigen Netzes zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, beim Laden des Energiespeichers und/oder beim Entladen des Energiespeichers den sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter drei zwischen ei nem positiven Ausgangsleiter und einem negativen Ausgangsleiter der Ladesta tion geschaltete Halbbrücken auf. Dabei ist eine erste Halbbrücke einer ersten Phase LI des mehrphasigen Netzes zugeordnet, eine zweite Halbbrücke ist einer zweiten Phase L2 des mehrphasigen Netzes zugeordnet und eine dritte Halbbrü cke ist einer dritten Phase L3 des mehrphasigen Netzes zugeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter eine Symmetrie rung-Vorrichtung zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischen kreises des Umrichters auf.
Die Symmetrierung-Vorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet wie in der Patent anmeldung DE 10 2020 122 458.3 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Be zugnahme vollumfänglich mit einbezogen wird. Die Symmetrierung-Vorrichtung weist eine zwischen dem positiven Ausgangsleiter und dem negativen Ausgangs leiter der Ladestation geschaltete Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltelemen- ten auf. Zwischen dem Mittelabgriff der Halbbrücke und dem Neutral- Ausgangsleiter ist eine Glättungsdrossel geschaltet. Die Glättungsdrossel bildet insbesondere eine Spulenseite eines Trenntransformators zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzteils. Außerdem ist vorzugsweise ein PWM-Schaltgenerator vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, die beiden Halbleiterschaltelemente in einem veränderlichen Tastgrad derart zu schalten, dass ein gewünschtes Zwi schenpotential, insbesondere ein symmetrisches Zwischenpotential, an dem Neutral- Ausgangsleiter einstellbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Zwi schenkreis nachgeschalteten DC/DC-Wandler zum Ausgeben einer hochgesetzten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters und des negativen Ausgangsleiters oder mittels des positiven Ausgangsleiters, des nega tiven Ausgangsleiters und des Neutral-Ausgangsleiter an den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltung eine den Zwischen kreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes verbindende Leitung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein ansteuerbarer Schalter in der den Zwischenkreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Net zes verbindenden Leitung vorgesehen.
Der Schalter ist insbesondere ein Halbleiter sch alter oder ein mechanischer Schalter. Die Ansteuerung des Schalters erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines Betriebszustands, insbesondere eines gewünschten Betriebszustands, der Ladestation.
Bei dieser Ausführungsform wird der Schalter zur Ausführung des Schieflast- ausgleiches geschlossen, weil die Stromsumme in den Phasen LI, L2, L3 ungleich Null ist und der Neutralleiter N den Differenzstrom führt. Vorliegend wird unter Schließen des Schalters beispielsweise auch ein periodisches Schließen und Öff nen verstanden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine EMV- Filtereinrichtung und eine der EMV-Filtereinrichtung nachgeschaltete LCL- Filtereinrichtung, welche zwischen drei netzseitigen Anschlussklemmen für die drei Phasen LI, L2, L3 des mehrphasigen Netzes und den drei Halbbrücken ge koppelt sind.
Die LCL-Filtereinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest drei Drosseln und drei Kondensatoren. Die drei Kondensatoren sind über eine Leitung mit dem Zwischenkreismittelpunkt gekoppelt. Alternativ kann auch eine Vierschenkel drossel oder eine Fünfschenkel drossel verwendet werden, wobei sich drei Wick lungen auf einem gemeinsamen Eisenkern befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltung eine dem Neutral leiter N des mehrphasigen Netzes zugeordnete vierte Halbbrücke auf. Die vierte Halbbrücke ist dazu eingerichtet, den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes über einen der Ausgangsleiter mit dem Neutralleiter N zu koppeln.
Diese Ausführungsform mit der vierten Halbbrücke hat den vorteilhaften Effekt, dass auch eine Kompensation unerwünschter Gleichstrom -Anteile in den Strö men auf den Phasen LI, L2, L3 durchgeführt werden kann. Hierbei bietet diese Ausführungsform mit der vierten Halbbrücke für die Lieferung eines Gleich strom-Anteils im Neutralleiterstrom Vorteile, insbesondere weil die für den gere gelten Betrieb minimal erforderlichen Zwischenkreisspannungen kleiner als bei einer Topologie ohne vierte Halbbrücke gewählt werden können.
Die jeweihge Halbbrücke ist insbesondere eine 2 -Punkt-Halbbrücke oder eine 3- Punkt -Halbbrücke .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke, die dritte Halbbrücke und die vierte Halbbrücke parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter und dem negativen Ausgangsleiter der Ladestation geschaltet. Sind die Halbbrücken als 3-Punkt-Halbbrücken ausgebildet, so sind diese paral lel zwischen dem positiven Ausgangsleiter, dem negativen Ausgangsleiter und dem Neutral- Ausgangsleiter der Ladestation geschaltet.
Mittels der Ausgangsleiter umfassend den positiven Ausgangsleiter, den negati ven Ausgangsleiter und den Neutral- Ausgangsleiter kann der Ladestrom zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein fest ver bundenes Ladekabel mit einem Anschlussstecker für das Elektrofahrzeug, wobei das Ladekabel eine Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen des Lade kabels in der Ladestation besitzt, wobei die mit den Ausgangsleitern verbunde nen Kopplungspunkte des Anschlusssteckers mit einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.
Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energie speicher des Elektrofahrzeuges mit der Ladestation und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet. Das Ladekabel hat insbesondere die Leitungen für den positiven Ausgangsleiter, den negativen Ausgangsleiter und den Schutzleiter (PE), zusätzlich auch den Leiter Pilotkontakt/Control Pilot (CP) und den Leiter Proximity-Schalter/Proximity Pilot (PP) für Signal-, Senor- oder Datenübertra gungen.
Der Anschlussstecker kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal-, Sensor- oder Daten übertragungs-Leiter zu verbinden. Der Anschlussstecker kann derart ausgestal tet sein, dass dieser mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbe sondere kann der Anschlussstecker DC-Low kompatibel sein, wobei der An schlussstecker-Kopplungspunkt L2 mit dem negativen Ausgangsleiter, der An schlussstecker-Kopplungspunkt L3 mit dem positiven Ausgangsleiter und der Anschlussstecker-Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter ver- bunden wird, oder mit DOMid kompatibel sein, wo die Anschlussstecker- Kopplungspunkte LI und L2 mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden wer den, die Anschlussstecker-Kopplungspunkte L3 und N mit dem positiven Aus gangsleiter verbunden werden und der Anschlussstecker-Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DOHigh kompati bel sein, wobei der positive Anschlussstecker-Kopplungspunkt der positive Aus gansleiter verbunden ist, der negative Anschlussstecker-Kopplungspunkt mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden ist und der neutrale Ausgangsleiter mit dem Anschlussstecker-PE -Kopplungspunkt verbunden ist. Das Ladekabel kann eine den Kopplungspunkten entsprechende Anzahl an Leitern aufweisen.
In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für un terschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine An schlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Aus gangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einer An zahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.
Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energie speicher des Elektrofahrzeuges mit der Anschlussbuchse und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet. Das Ladekabel hat insbesondere die Leitungen für den positiven Ausgangsleiter, den negativen Ausgangsleiter und den Schutzleiter (PE), zusätzlich auch den Leiter Pilotkontakt/Control Pilot (CP) und den Leiter Proximity- Sch alter /Proximity Pilot (PP) für Signal-, Senor- oder Datenübertra gungen.
Die Anschlussbuchse kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal-, Sensor- oder Daten übertragungs-Leiter zu verbinden. Die Anschlussbuchse kann derart ausgestal tet sein, dass diese mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbe- sondere kann die Anschlussbuchse DOLow kompatibel sein, wobei der Kopp lungspunkt L2 mit dem negativen Ausgangsleiter, der Kopplungspunkt L3 mit dem positiven Ausgangsleiter und der Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DOMid kompatibel sein, wo die Kopp lungspunkte LI und L2 mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden werden, die Kopplungspunkte L3 und N mit dem positiven Ausgangsleiter verbunden werden und der Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbun den wird, oder mit DOHigh. Das Ladekabel kann eine den Kopplungspunkten entsprechende Anzahl an Leitern aufweisen. In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Lade kabel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine An schlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Aus gangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einem Neutralleiter und einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.
In dieser Ausführungsform werden somit die Phasen des mehrphasigen Teil nehmernetzes mittels der Ladestation dem Neutralleiter des Ladekabels und Phasen des Ladekabels zugeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine EMV-Filtereinrichtung und eine der EMV-Filtereinrichtung nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung zwischen vier netzseitigen Anschlussklemmen für die drei Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes und den vier Halbbrücken gekoppelt.
Dabei umfasst die LCL-Filtereinrichtung vorzugsweise vier Drosseln und vier Kondensatoren. Die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke, die dritte Halbbrü cke und die vierte Halbbrücke sind mittels einer jeweiligen der Drosseln mit ei ner jeweihgen netzseitigen Anschlussklemme der Ladestation gekoppelt. Die vier Kondensatoren sind über eine Leitung mit dem Zwischenkreismittelpunkt ge koppelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, ei nen als Reststrom mit Gleichanteil ausgebildeten Reststrom, insbesondere einen als Gleichstrom ausgebildeten Reststrom, zwischen dem Zwischenkreismittel punkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, eine Stromstärke des sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zu mindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststroms einzustel len, insbesondere zu regeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter eine Symmetrie rung-Vorrichtung zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischen kreises des Umrichters auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein 3-Punkt- Umrichter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das jeweilige steuerbare Halbleiter schaltelement des Umrichters als ein Halbleiterschalter, insbesondere als Tran sistor, bevorzugt als ein SiC-MOSFET oder als ein IGBT, ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein unidirektiona- ler Umrichter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein bidirektionaler Umrichter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommuni kationsmodul. Das Kommunikationsmodul ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers auszuhandeln.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Bei spielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Lade leistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die La destation, beispielsweise eine Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" ma chen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvor gangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Leistungs schaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz. Die Leistungsschaltvorrichtung kann als ein elektromechanisches Element, wie beispielsweise ein Schütz oder ein Vierpha- sen-Relais, ausgebildet sein. Die Leistungsschaltvorrichtung kann individuell für eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder für einen je weiligen Ausgangsleiter der Schaltmatrix ausgebildet und ansteuerbar sein, so dass sich beispielsweise einzelne Zuordnungen mittels der Leistungsschaltvor richtung unterbrechen lassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 und eine wei tere Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer dritten Phase L3 der Pha sen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N vorgesehen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 und eine wei tere Überbrückungseinrichtung zum Verbinden der zweiten Phase L2 und einer dritten Phase L3 der Phasen LI, L2, L3 vorgesehen.
Die jeweilige Überbrückungseinrichtung ist beispielsweise als Kupferbügel aus gebildet. Insbesondere sind die Überbrückungseinrichtungen unmittelbar nach den netzseitigen Anschlussklemmen der Ladestation angeordnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System vorgeschlagen, welches eine Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts sowie zwei zu der Ladestation externe Überbrückungseinrich tungen zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation aufweist. Da bei ist die eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 eingerichtet und die andere Überbrückungseinrichtung ist zum Verbinden einer dritten Phase L3 der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N eingerichtet.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System vorgeschlagen, welches eine Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts sowie zwei zu der Ladestation externe Überbrückungseinrich tungen zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation aufweist. Da bei ist die eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 eingerichtet und die andere Überbrückungseinrichtung ist zum Verbinden der zweiten Phase L2 und einer dritten Phase L3 der Phasen LI, L2, L3 eingerichtet.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestati on zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeu ges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, wobei die Ladestation 1 einen zwischen ei ner Anzahl von Phasen LI, L2, L3 des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher koppelbaren Ausgangsleitern der Ladestation ge schalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltele- menten aufweist. Das Verfahren umfasst:
Anzusteuern der steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters der art, dass sich auf den Phasen LI, L2, L3 Ströme mit zumindest zwei unterschied lichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effek tivwerten, ergeben.
Dieses Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, die zu der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Die für die vorgeschlagene Ladestation be schriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren ent sprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladesta tion auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
Gemäß einem fünften Aspekt wird eine Ladestation zum Laden und/oder Entla den eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschla gen. Die Ladestation umfasst: einen zwischen einer Anzahl von Phasen des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher koppelbaren Ausgangsleitern der La destation geschalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halb leiterschaltelementen, und einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt ver bunden sind, wobei der Umrichter eine Symmetrierung-Vorrichtung zur Symmetrie rung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises aufweist.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht 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 mit einer ersten Ausführungs form einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug;
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges;
Fig. 3 zeigt das schematische Schaltbild der Ladestation nach Fig. 2 mit eingetragenen Strommesspunkten für die Halbbrückenströme des Umrichters und eingetragenen Leistungsmesspunkten für die Pha sen vor dem Umrichter;
Fig. 4a-4d zeigen Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen, über eine Schalt periode gemittelten Halbbrückenströme, der gemäß Fig. 3 gemesse- nen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwi schenkreises für einen Ladebetrieb der Ladestation gemäß Fig. 3;
Fig. 5a-5d zeigen Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströ me, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises für einen Entladebe trieb der Ladestation gemäß Fig. 3;
Fig. 6a-6d zeigen Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströ me, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises für einen Betrieb der Ladestation gemäß Fig. 3 ohne angeschlossenen Energiespeicher ei nes Elektrofahrzeuges;
Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges;
Fig. 8 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges;
Fig. 9 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges; und
Fig. 10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Be treiben einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Be zugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem Elektrofahrzeug 100 aufweisend einen elektrischen Energiespeicher 110.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 120 mittels eines Netzanschlusspunktes 125 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 200 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 120 hat insbesondere eine An zahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter N. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 100 kann mittels eines Ladekabels 105, das mit der Ladestation 1 fest verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekop pelt werden. In einer anderen Ausführungsform kann das Elektrofahrzeug 100 mittels eines Ladekabels 105, das mit einer Anschlussbuchse (nicht gezeigt) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt werden.
Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Kom ponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. l) und ist zum Laden und/oder Ent laden des Energiespeichers 110 des Elektrofahrzeuges 100 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilneh mernetzes 120 eingerichtet.
Die Ladestation 1 umfasst einen zwischen den Phasen LI, L2, L3 des Teilneh mernetzes 120 und dem Energiespeicher 110 geschalteten Umrichter 10 mit ei ner Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen (siehe Fig. 2). Der Um richter 10 kann auch als AC/DC-Wandler bezeichnet werden. Der Umrichter 10 ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung einge richtet.
Die Ladestation 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 ist dazu eingerichtet, die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters 10 derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen LI, L2, L3 Ströme II, 12, 13 (siehe Fig. 2, 3, 7) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.
Außerdem umfasst die Ladestation 1 vorzugsweise ein Kommunikationsmodul (nicht gezeigt). Das Kommunikationsmodul ist dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Energiespeichers 110 auszuhandeln.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Bei spielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers 110 eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation 1 an und die Ladestation 1 ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes 120 und/oder des Energieversorgungsnetzes 200 berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleis tung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation 1 über das Kommunikations- modul einen "Gegenvorschlag" machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers 110 angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestati on 1 und die Ladeelektronik des Energiespeichers 110, bis der Ladeplan ausge handelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher 110 neu mit der Ladestation 1 verbunden wird.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elekt rofahrzeuges 100. Die zweite Ausführungsform der Fig. 2 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform nach Fig. 1.
Gemäß der Fig. 2 hat die Ladestation 1 zumindest vier Anschlussklemmen 91,
92, 93, 94 für die drei Phasen LI, L2, L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 und den Neutralleiter N. Den Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 nachgeschal tet sind eine EMV-Filtereinrichtung 70 sowie eine der EMV-Filtereinrichtung 70 nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung 80. Die LCL-Filtereinrichtung 80 umfasst in dem Beispiel der Fig. 2 drei Drosseln 81, 82, 83 und drei Kondensatoren 85,
86, 87.
Der Umrichter 10 der Fig. 2 ist zwischen der LCL-Filtereinrichtung 80 und einer Symmetrierung-Vorrichtung 60 geschaltet. Der Umrichter 10 der Fig. 2 hat drei zwischen einem positiven Ausgangsleiter Al und einem negativen Ausgangslei ter A2 geschaltete Halbbrücken 11, 12, 13. Dabei ist die erste Halbbrücke 11 der ersten Phase LI des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet. Die zweite Halbbrücke 12 ist der zweiten Phase L2 des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet, und die dritte Halbbrücke 13 ist der dritten Phase L3 des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet.
Die dem Umrichter 10 nachgeschaltete Symmetrierung-Vorrichtung 60 ist zur Symmetrierung eines Zwischenpotenzials eines Zwischenkreises 30 des Umrich ters 10 vorgesehen. Der Zwischenkreis 30 der Fig. 2 hat zwei Zwischenkreiskon densatoren 31, 32, welche mit einem Zwischenkreismittelpunkt 33 zwischen dem positiven Ausgangsleiter Al und dem negativen Ausgangsleiter A2 verbunden sind.
Die Symmetrierung-Vorrichtung 60 ist vorzugsweise ausgebildet, wie in der Pa tentanmeldung DE 10 2020 122 458.3 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollumfän glich mit einbezogen wird. Die Symmetrierung- Vorrichtung 60 weist eine zwischen dem positiven Ausgangsleiter Al und dem negativen Ausgangsleiter A2 geschaltete Halbbrücke mit zwei Halbleiterschalt elementen 61, 62 auf. Zwischen dem Mittelabgriff 63 der Halbbrücke und dem Neutral- Ausgangsleiter A3 der Ladestation 1 ist eine Glättungsdrossel 64 ge schaltet. Die Glättungsdrossel 64 bildet insbesondere eine Spulenseite eines Trenntransformators zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzteils. Außerdem kann ein PWM-Schaltgenerator (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welcher dazu eingerichtet ist, die beiden Halbleiterschaltelemente 61, 62 in einem veränderli chen Tastgrad derart zu schalten, dass ein gewünschtes Zwischenpotential, ins- besondere ein symmetrisches Zwischenpotential, an dem Neutral· Ausgangsleiter A3 einstellbar ist.
Dem Zwischenkreis 30 ist insbesondere ein DC/DOWandler (nicht gezeigt in Fig. 2) nachgeschaltet. Der DC/DOWandler ist zum Ausgeben einer hochgesetz ten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters Al und des negativen Ausgangsleiters A2 oder mittels des positiven Ausgangsleiters Al, des negativen Ausgangsleiters A2 und des Neutral· Ausgangsleiters A3 an den Energiespeicher 110 des Elektrofahrzeuges 100 eingerichtet.
Ferner umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine den Zwischenkreismittelpunkt 33 des Zwischenkreises 30 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilneh mernetzes 120 verbindende Schaltung 40. Die Schaltung 40 ist dazu eingerichtet, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme II, 12, 13 auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 33 und dem NeutraUeiter N des Teil· nehmernetzes 120 fließenden Reststrom IR zu führen.
Dabei ist die Schaltung 40 insbesondere dazu eingerichtet, zum Schieflastaus gleich den sich infolge der Ströme II, 12, 13 auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwi schenkreismittelpunkt 33 und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilneh mernetzes 120 fließenden Reststrom IR bei einer starren Netzspannung des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 zu führen. Dabei ist die Schaltung 40 vor zugsweise dazu eingerichtet, beim Laden des Energiespeichers 110 und/oder beim Entladen des Energiespeichers 110 den sich infolge der Ströme II, 12, 13 auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom IR zu führen.
Die Schaltung 40 der Fig. 2 weist eine den Zwischenkreismittelpunkt 33 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 verbindende elektrische Leitung 41 auf. Dabei ist ein ansteuerbarer Schalter 42 in der den Zwischen - kreismittelpunkt 33 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernet¬ zes 120 verbindenden Leitung 41 vorgesehen. Der Schalter 42 ist insbesondere ein Halbleiterschalter oder ein mechanischer Schalter. Die Ansteuerung des Schalters 42 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines Betriebszustands, insbe¬ sondere eines gewünschten Betriebszustands, der Ladestation 1. Wie die Fig. 2 zeigt, sind die drei Kondensatoren 85, 86, 87 der LCL-Filtereinrichtung 80 mit dem Zwischenkreismittelpunkt 33 gekoppelt.
Fig. 3 zeigt das schematische Schaltbild der Ladestation 1 nach Fig. 2 mit einge¬ tragenen Strommesspunkten für die Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H+_L3, 1_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 des Umrichters 10 und eingetragenen Leis¬ tungsmesspunkten für die Phasen LI, L2, L3 vor dem Umrichter 10.
In Fig. 3 bezeichnet I_H+_L1 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrü¬ ckenstrom zu LI in der positiven Zwischenkreishälfte, I_H+_L2 bezeichnet den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L2 in der positiven Zwischenkreishälfte, und I_H+_L3 bezeichnet den über eine Schaltperiode gemit¬ telten Halbbrückenstrom zu L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. Analog hierzu bezeichnet I_H-_L1 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrücken¬ strom zu LI in der negativen Zwischenkreishälfte, I_H-_L2 den über eine Schalt¬ periode gemittelten Halbbrückenstrom zu L2 in der negativen Zwischenkreis - hälfte und I_H-_L3 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L3 in der negativen Zwischenkreishälfte.
Ferner bezeichnet P_L1 in Fig. 3 die Phasenleistung auf LI, P_L2 die Phasenleis¬ tung auf L2 und P_L3 die Phasenleistung auf L3.
Hierzu zeigen die Fig. 4a-4d Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrü¬ ckenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, 1_H+_L3, 1_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen- Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises für einen Ladebetrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3. Im Detail zeigt Fig. 4a ein Diagramm zur Illustrierung der Mittel- werte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H+_L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. Fig. 4b zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 in der negativen Zwischenkreishälfte. Fig. 4c zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der an den Leistungsmesspunkten gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen- Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und Fig. 4d zeigt ein Dia¬ gramm zur Illustrierung der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises.
Die Fig. 4a-4d zeigen also den Ladebetrieb der Ladestation 1, bei welchem die Ladestation 1 den Energiespeicher 110 mit elektrischer Energie lädt. Dies wird insbesondere ersichtlich an der Fig. 4d, die die Summen-Wirkleistung mit + 10 kW zeigt (P_ZK = 10 kW).
Demgegenüber zeigen die Fig. 5a-5d den Entladebetrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3. Analog zu den die Fig. 4a-4d, zeigen die Fig. 5a-5d Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, 1_H+_L3, 1_H-_L1, I_H-_L2, 1_H-_L3, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises für den Entladebetrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3. Im Detail zeigt Fig. 5a ein Dia¬ gramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrü¬ ckenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, 1_H+_L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. Fig. 5b zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 in der negativen Zwischenkreishälfte. Fig. 5c zeigt ein Diagramm zur IUustrierung der an den Leistungsmesspunkten gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und Fig. 5d zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Summen- Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises.
Gemäß Fig. 5d beträgt die Summen-Wirkleistung P_ZK -6 kW (P_ZK = -6 kW). Dies bedeutet, dass der Energiespeicher 110 durch die Ladestation 1 mit 6 kW entladen wird. Analog zu den die Fig. 4a-4d und zu den Fig. 5a-5d, zeigen die Fig. 6a-6d Dia¬ gramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H+_L3, 1_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen - Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwi¬ schenkreises für einen Betrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3 ohne angeschlos¬ senen Energiespeicher 110 eines Elektrofahrzeuges 100. Entsprechend ist gemäß Fig. 6d die Summen-Wirkleistung P_ZK Null (P_ZK = 0 kW).
Wie die Fig. 4a-4d, Fig. 5a-5d und Fig. 6a-6d zeigen, ist die Wirk- Leistungsverteilung P_L1, P_L2 und P_L3 auf die drei Phasen LI, L2 und L3 im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 sowohl im Ladebe¬ trieb (vgl. Fig. 4a-4d) als auch im Entladebetrieb (vgl. Fig. 5a-5d) unter der Vo¬ raussetzung, dass der Neutralleiter N angeschlossen ist, bidirektional frei ein¬ stellbar und damit zum Schieflastausgleich geeignet. Die Summen-Wirkleistung P_ZK (P_ZK = P_L1 + P_L2 + P_L3) fließt zum Elektrofahrzeug 100 im Ladebe¬ trieb (P_ZK positiv, Ladebetrieb, vgl. Fig. 4d) oder wird aus dem Energiespeicher 110 des Elektrofahrzeuges 100 entnommen (P_ZK negativ, Entladebetrieb, vgl. Fig. 5d).
Für den Fall, dass kein Elektrofahrzeug 100 angeschlossen ist, wird die Leis¬ tungsverteilung so geregelt, dass die Summenleistung P_ZK Null ist (P_ZK = 0, vgl. Fig. 6d).
Im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 kann beispiels¬ weise auch für diesen Fall der Fig. 6a-6d ein Schieflastausgleich auf den Phasen LI, L2, L3 ausgeführt werden. Dazu wird auf einem Teil der Phasen LI, L2, L3 Leistung eingespeist und auf einem anderen Teil der Phasen LI, L2, L3 die glei¬ che Leistung entnommen.
Die gemittelten Zwischenkreisströme I_H der Fig. 4a, 4b, 5a, 5b und 6a, 6b in diesen beispielhaften Kurvenverläufen gelten beispielsweise für eine geregelte Zwischenkreisspannung von 800 V Gleichspannung zwischen den Anschlüssen Al und A2. "Gemittelt" heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die schaltfrequenten Komponenten der Ströme nicht betrachtet werden (Mittel wertmodell des Umrichters 10).
Die sich einstellenden Stromamplituden I_H sind umgekehrt proportional zur Zwischenkreisspannung. Da die Zwischenkreisspannung konstant geregelt wird und sich bei sinusförmig geregelten Netzströmen und sinusförmiger Netzspan nung die Phasenleistungen P_L1, P_L2 und P_L3 sinusquadratförmig ausbilden, sind die mittleren Zwischenkreisströme I_H ebenfalls sinusquadratförmig.
Um den Schieflastausgleich beispielsweise gemäß Fig. 3 durchzuführen, ist der Schalter 42 in Fig. 3 geschlossen, weil die Stromsumme in den Netzphasen LI,
L2, L3 ungleich Null ist und der Neutralleiter N den Differenzstrom IR führt.
Des Weiteren ist in Fig. 7 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausfüh rungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers 110 eines Elektrofahrzeuges 100 dargestellt.
Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 gemäß Fig. 7 hat anstelle der Schaltung 40 der zweiten Ausführungsform der Fig. 2 und 3 eine Schaltung 50, welche gemäß Fig. 7 eine dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernet zes 120 zugeordnete vierte Halbbrücke 14 aufweist. Die vierte Halbbrücke 14 ist dazu eingerichtet, den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 über den Ausgangsleiter A3 mit dem Neutralleiter N zu koppeln. Dabei sind ge mäß Fig. 7 die erste Halbbrücke 11, die zweite Halbbrücke 12, die dritte Halb brücke 13 und die vierte Halbbrücke 14 parallel zwischen dem positiven Aus gangsleiter Al und dem negativen Ausgangsleiter A2 geschaltet. Für das Beispiel der Ausbildung der Halbbrücken 11, 12, 13, 14 als 3 -Punkt-Halbbrücken sind diese parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter Al, dem negativen Aus gangsleiter A2 und dem Neutralleiter- Ausgangsleiter A3 der Ladestation 1 ge schaltet. Wie die Fig. 7 ferner illustriert, sind die EMV-Filtereinrichtung 70 und die der EMV-Filtereinrichtung 70 nachgeschaltete LCL -Filter einrichtung 80 zwischen den vier netzseitigen Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 für die drei Phasen LI,
L2, L3 und den Neutralleiter N des Teilnehmernetzes 120 und den vier Halbbrü cken 11, 12, 13, 14 geschaltet.
Dabei umfasst die LCL-Filtereinrichtung 80 vorzugsweise vier Drosseln 81, 82, 83, 84 und vier Kondensatoren 85, 86, 87, 88. Die erste Halbbrücke 11, die zweite Halbbrücke 12, die dritte Halbbrücke 13 und die vierte Halbbrücke 14 sind mit tels einer der jeweiligen Drosseln 81, 82, 83, 84 mit einer jeweibgen netzseitigen Anschlussklemme 91, 92, 93, 94 der Ladestation 1 gekoppelt. Die vier Kondensa toren 85, 86, 87, 88 sind über eine elektrische Leitung 89 mit dem Zwischen kreismittelpunkt 33 des Zwischenkreises 30 gekoppelt.
Die Schaltung 50 ist dazu eingerichtet, einen als Reststrom mit Gleichanteil aus gebildeten Reststrom IR zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 33 und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 zu führen. Dies ist auch der funktionale Unterschied zwischen den Topologien nach Fig. 2 und Fig. 7, nämlich dass bei der Topologie gemäß Fig. 7 in den Neutralleiter N auch ein Gleichstrom -Anteil eingeprägt werden kann. Somit kann mit der Topologie nach Fig. 7 so vorteilhaft im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 am Netzanschlusspunkt 125 (siehe Fig. l) auch eine Kompensation uner wünschter Gleichstrom -Anteile in den Phasenströmen der Phasen LI, L2, L3 ausgeführt werden.
Beispielsweise im Haushaltsbereich entstehen Gleichstrom -Anteile in den Pha senströmen durch Verbraucher, wie beispielsweise Haarföhns. Sie sind eine un erwünschte Belastung des Teilnehmernetzes 120 sowie des Energieversorgungs- netzes 200. Die Topologie nach Fig. 7 bietet mit der vierten Halbbrücke 14 für die Lieferung des Gleichstrom -Anteils im Neutralleiterstrom Vorteile, insbesondere weil die für den geregelten Betrieb minimal erforderliche Zwischenkreisspan nung kleiner als bei der Topologie nach Fig. 2 gewählt werden kann. Der vorliegende Schieflastaus leich kann auch für kapazitive oder induktive Blindleistungen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Ladestation 1 im Rahmen ihrer Bemessungsleistung zur aktiven Blindleistungskompensation oder alternativ zur gewollten Blindleistungseinspeisung eingesetzt werden, dem soge nannte Phasenschieber-Betrieb, welcher zum Beispiel zur Spannungsanhebung oder Spannungsabsenkung des Teilnehmernetzes 120 dienen kann. Bei reiner Blindleistungseinspeisung sind die Verläufe der Phasenleistungen P_L1 und/oder P_L2 und/oder P_L3 gemäß der Fig. 4 bis 6 so verschoben, dass ihr Mittelwert Null ist. Der in das Energieversorgungsnetz 200 eingeprägte Blindleistungs- Anteil kann vollständig aus den Zwischenkreiskondensatoren 31, 32 zur Verfü gung gestellt werden. Es muss demnach kein Elektrofahrzeug 100 angeschlossen sein (vgl. Fig. 6a-6d), auch dann nicht, wenn, wie zum Beispiel bei der Blindleis tungskompensation, die Summe der Blindleistungen auf den Netzphasen LI, L2, L3 ungleich Null ist. Auf allen Netzphasen LI, L2, L3 ist auch ein Mischbetrieb aus Wirkleistung und Blindleistung möghch, im Rahmen der Geräte- Bemessungsleistung der Ladestation 1 mit beliebig eingestellter Verteilung.
Insbesondere kann die vorliegende Ladestation 1 auch zum Ausgleich von Strom- Oberschwingungen am Netzanschlusspunkt 125 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden in die Netzphasen LI, L2, L3 durch die Ladestation 1 nicht sinusförmige Ströme, beispielsweise oberschwingungsbehaftete Netzströme, ein geprägt, welche die am Netzanschlusspunkt 125 gemessenen Oberschwingungs ströme kompensieren können. Eine solche Blindleistung zur Verzerrung kann ebenfalls mittels der Zwischenkreiskondensatoren 31, 32 zur Verfügung gestellt werden, so dass auch für die Oberschwingungskompensation kein Elektrofahr zeug 100 an der Ladestation 1 angeschlossen sein muss.
Die an dem Netzanschlusspunkt 125 von der Ladestation 1 bereitgestellten Funktionahtäten zur Wirkleistungseinspeisung, zum Schieflastausgleich, zur Gleichstrom -Kompensation, zum Phasenschieber-Betrieb, zur Bhndleistungs- kompensation und zur Oberschwingungskompensation können als Netz- Dienstleistungen dazu dienen, die Qualität und die Versorgungssicherheit des Teilnehmernetzes 125, beispielsweise eines örtlichen Stromversorgungsnetzes, zu verbessern. Sie können ebenfalls dazu dienen, die Energieverteilungsverluste oder alternativ die Energieverteilungskosten zu senken.
Wie oben bereits ausgeführt, setzen diese Funktionalitäten vorteilhafterweise allesamt nicht voraus, dass ein Elektrofahrzeug 100 an die Ladestation 1 ange¬ schlossen ist oder geladen wird. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, wenn kein Elektrofahrzeug 100 geladen wird, weil dann die volle Bemessungsleistung in der Ladestation 1 für die Netzdienstleistung zur Verfügung steht.
Ferner zeigt die Fig. 8 ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungs¬ form einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 100.
Die vierte Ausführungsform der Fig. 8 basiert insbesondere auf der zweiten Aus¬ führungsform gemäß Fig. 2 oder der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 7 und umfasst dann jeweils sämtliche derer Merkmale. Darüber hinaus hat die La¬ destation 1 der Fig. 8 zwei Überbrückungseinrichtungen 131, 132. Die erste Überbrückungseinrichtung 131 verbindet die erste Phase LI mit der zweiten Phase L2. Die zweite Überbrückungseinrichtung 132 verbindet die dritte Phase L3 mit dem Neutralleiter N. Damit sind die Überbrückungseinrichtungen 131 und 132 zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 geeignet.
Des Weiteren zeigt die Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausfüh¬ rungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei¬ chers 110 eines Elektrofahrzeuges 100. Zur Ausbildung eines einphasigen Be¬ triebs der Ladestation 1 hat die Ladestation 1 der Fig. 9 eine Überbrückungsein- richtung 133 zum Verbinden der ersten Phase LI und der zweiten Phase L2 und eine weitere Überbrückungseinrichtung 134 zum Verbinden der zweiten Phase L2 und der dritten Phase L3. Die jeweilige Überbrückungseinrichtung 131, 132, 133, 134 der Fig. 8 und der Fig. 9 ist beispielsweise als Kupferbügel ausgebildet. Insbesondere sind die Überbrückungseinrichtungen 131, 132, 133, 134 unmittelbar nach den netzseiti¬ gen Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 der Ladestation 1 angeordnet.
Außerdem zeigt die Fig. 10 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energie¬ speichers 110 eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 120. Die Ladestation 1 ist beispielsweise wie in den vorstehenden Figuren erläutert ausgebildet.
In Schritt Sl wird die Ladestation 1 mit dem mehrphasigen Netz 120 gekoppelt.
In Schritt S2 werden die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters 10 der Ladestation 1 derart angesteuert, dass sich auf den Phasen LI, L2, L3
Ströme II, 12, 13 mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbeson¬ dere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektiv werten, ergeben.
Obwohl die vorhegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ladestation
10 Umrichter, z.B. AC/DC-Wandler
11 erste Halbbrücke
12 zweite Halbbrücke
13 dritte Halbbrücke
14 vierte Halbbrücke 20 Steuereinheit
30 Zwischenkreis
31 Zwischenkreiskondensator
32 Zwischenkreiskondensator
33 Zwischenkreismittelpunkt
40 Schaltung
41 Leitung
42 Schalter 50 Schaltung 60 Symmetrierung-Vorrichtung 61 Halbleiterschaltelement 62 Halbleiterschaltelement
63 Mittelabgriff
64 Glättungsdrossel 70 EM V- F ilt er einrichtun g 80 LCL-Filtereinrichtung 81 Drossel 82 Drossel
83 Drossel
84 Drossel
85 Kondensator
86 Kondensator
87 Kondensator
88 Kondensator 89 Leitung
91 Anschlussklemme
92 Anschlussklemme
93 Anschlussklemme
94 Anschlussklemme 100 Elektrofahrzeug 105 Ladekabel 110 Energiespeicher 120 mehrphasiges Teilnehmernetz 125 Netzanschlusspunkt
131 Überbrückungseinrichtung
132 Überbrückungseinrichtung
133 Überbrückungseinrichtung
134 Überbrückungseinrichtung 200 mehrphasiges Energieversorgungsnetz
Al Ausgangsleiter
A2 Ausgangsleiter
A3 Ausgangsleiter
I_H+_L1 Halbbrückenstrom zu Phase LI in der positiven Zwi¬ schenkreishälfte
I_H+_L2 Halbbrückenstrom zu Phase L2 in der positiven Zwi- schenkreishälfte
I_H+_L3 Halbbrückenstrom zu Phase L3 in der positiven Zwi- schenkreishälfte
I_H-_L1 Halbbrückenstrom zu Phase LI in der negativen Zwi- schenkreishälfte
I_H-_L2 Halbbrückenstrom zu Phase L2 in der negativen Zwi- schenkreishälfte
I_H-_L3 Halbbrückenstrom zu Phase L3 in der negativen Zwi- schenkreishälfte
11 Strom auf Phase L 1 12 Strom auf Phase L2 13 Strom auf Phase L3 IR Reststrom LI Phase L2 Phase L3 Phase N Neutralleiter
P_L1 Phasenleistung auf Phase LI P_L2 Phasenleistung auf Phase L2 P_L3 Phasenleistung auf Phase L3 P_ZK Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises s Zeit in Sekunden
Sl, S2 Verfahrensschritte

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ladestation (l) zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeuges (100) mit elektrischer Energie mittels eines mit der La destation (l) koppelbaren mehrphasigen Netzes (120), mit: einem zwischen einer Anzahl von Phasen (LI, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher (110) koppelbaren Ausgangsleitern (Al, A2, A3) der Ladestation (l) geschalteten Umrichter (10) mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, und einer Steuereinheit (20), welche dazu eingerichtet ist, die steuerbaren Halb leiterschaltelemente des Umrichters (10) derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen (LI, L2, L3) Ströme (II, 12, 13) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwer ten, ergeben.
2. Ladestation nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Umrichter (10) nachgeschalteten Zwischenkreis (30) mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren (31, 32), die mit einem Zwischenkreismittel punkt (33) verbunden sind, und eine den Zwischenkreismittelpunkt (33) und den Neutralleiter (N) des mehrpha sigen Netzes (120) verbindende Schaltung (40, 50), welche dazu eingerichtet ist, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme (II, 12, 13) auf den Phasen (LI, L2, L3) mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergeben den, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt (33) und dem Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) fließenden Reststrom (IR) zu führen.
3. Ladestation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (40, 50) dazu eingerichtet ist, beim Laden des Energiespei chers (110) und/oder beim Entladen des Energiespeichers (110) den sich infolge der Ströme (II, 12, 13) auf den Phasen (LI, L2, L3) mit den zumindest zwei un terschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom (IR) zu führen.
4. Ladestation nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) drei zwischen einem positiven Ausgangsleiter (Al) und einem negativen Ausgangsleiter (A2) der Ladestation (l) geschaltete Halbbrü cken (l 1, 12, 13) aufweist, wobei eine erste (ll) der Halbbrücken einer ersten Phase (Ll) des mehrphasigen Netzes (120) zugeordnet ist, wobei eine zweite (12) der Halbbrücken einer zwei ten Phase (L2) des mehrphasigen Netzes (120) zugeordnet ist und eine dritte (13) der Halbbrücken einer dritten Phase (L3) des mehrphasigen Netzes (120) zuge ordnet ist.
5. Ladestation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) eine Symmetrierung-Vorrichtung (60) zur Symmetrie rung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises (30) des Umrichters (10) aufweist.
6. Ladestation nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen dem Zwischenkreis (30) nachgeschalteten DC/DC-Wandler zum Ausgeben einer hochgesetzten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters (Al) und des negativen Ausgangsleiters (A2) oder mittels des positiven Ausgangsleiters (Al), des negativen Ausgangsleiters (A2) und des Neutral- Ausgangsleiters (A3) an den Energiespeicher (110) des Elektrofahrzeu ges (100).
7. Ladestation nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (40) eine den Zwischenkreismittelpunkt (33) und den Neutral leiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) verbindende Leitung (4l) aufweist.
8. Ladestation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein ansteuerbarer Schalter (42) in der den Zwischenkreismittelpunkt (33) und den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) verbindenden Leitung (4l) vorgesehen ist.
9. Ladestation nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine EMV-Filtereinrichtung (70) und eine der EMV-Filtereinrichtung (70) nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung (80) zwischen drei netzseitigen An schlussklemmen (91, 92, 93) für die drei Phasen (LI, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und den drei Halbbrücken (l 1, 12, 13) gekoppelt sind.
10. Ladestation nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (50) eine dem Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) zugeordnete vierte Halbbrücke (14) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) über einen der Ausgangs leiter (A3) mit dem Neutralleiter (N) zu koppeln.
11. Ladestation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbbrücke (ll), die zweite Halbbrücke (12), die dritte Halbbrücke (13) und die vierte Halbbrücke (14) parallel zwischen dem positiven Ausgangslei ter (Al) und dem negativen Ausgangsleiter (A2) der Ladestation (l) geschaltet sind.
12. Ladestation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine EMV-Filtereinrichtung (70) und eine der EMV-Filtereinrichtung (70) nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung (80) zwischen vier netzseitigen An schlussklemmen (91, 92, 93, 94) für die drei Phasen (LI, L2, L3) und den Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) und den vier Halbbrücken (l 1,
12. 13, 14) gekoppelt sind.
13. Ladestation nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (50) dazu eingerichtet ist, einen als Reststrom mit Gleichan teil ausgebildeten Reststrom (IR), insbesondere einen als Gleichstrom ausgebil deten Reststrom (IR), zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt (33) und dem Neutralleiter (N) des mehrphasigen Netzes (120) zu führen.
14. Ladestation nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (50) dazu eingerichtet ist, eine Stromstärke des sich infolge der Ströme (II, 12, 13) auf den Phasen (LI, L2, L3) mit den zumindest zwei un terschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststroms (IR) einzustellen, insbe sondere zu regeln.
15. Ladestation nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) eine Symmetrierung-Vorrichtung (60) zur Symmetrie rung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises (30) des Umrichters (10) aufweist.
16. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) als ein 3 -Punkt-Umrichter ausgebildet ist.
17. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige steuerbare Halbleiterschaltelement des Umrichters (10) als ein Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor, bevorzugt als ein SiOMOSFET oder als ein IGBT, ausgebildet ist.
18. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) als ein unidirektionaler Umrichter ausgebildet ist.
19. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (10) als ein bidirektionaler Umrichter ausgebildet ist.
20. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (l) ein Kommunikationsmodul aufweist, welches dazu ein gerichtet ist, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers (2) auszuhandeln.
21. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (l) eine Über brückungseinrichtung (131) zum Verbinden einer ersten Phase (Ll) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (Ll, L2, L3) und eine weitere Überbrückungsein richtung (132) zum Verbinden einer dritten Phase (L3) der Phasen (Ll, L2, L3) und des Neutralleiters (N) vorgesehen sind.
22. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (l) eine Über brückungseinrichtung (133) zum Verbinden einer ersten Phase (Ll) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (Ll, L2, L3) und eine weitere Überbrückungsein- richtung (134) zum Verbinden der zweiten Phase (L2) und einer dritten Phase (L3) der Phasen (LI, L2, L3) vorgesehen sind.
23. System umfassend eine Ladestation (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 sowie zwei zu der Ladestation (l) externe Überbrückungseinrichtungen (131,
132) zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (l), wobei die eine Überbrückungseinrichtung (131) zum Verbinden einer ersten Phase (Ll) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (Ll, L2, L3) eingerichtet ist und die andere Überbrückungseinrichtung (132) zum Verbinden einer dritten Phase (L3) der Phasen (Ll, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist.
24. System umfassend eine Ladestation (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 sowie zwei zu der Ladestation (l) externe Überbrückungseinrichtungen (133,
134) zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation (l), wobei die eine Überbrückungseinrichtung (133) zum Verbinden einer ersten Phase (Ll) und einer zweiten Phase (L2) der Phasen (Ll, L2, L3) eingerichtet ist und die andere Überbrückungseinrichtung (134) zum Verbinden der zweiten Phase (L2) und einer dritten Phase (L3) der Phasen (Ll, L2, L3) eingerichtet ist.
25. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (l) zum Laden und/oder Entla¬ den eines Energiespeichers (110) eines Elektrofahrzeuges (100) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (l) koppelbaren mehrphasigen Netzes (120), wobei die Ladestation (l) einen zwischen einer Anzahl von Phasen (Ll, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (120) und einer Anzahl von mit dem Energiespei¬ cher (110) koppelbaren Ausgangsleitern (Al, A2, A3) der Ladestation (l) geschal¬ teten Umrichter (10) mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltele- menten aufweist, mit:
Anzusteuern der steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters (10) derart, dass sich auf den Phasen (Ll, L2, L3) Ströme (II, 12, 13) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unter¬ schiedlichen Effektivwerten, ergeben.
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