EP4256673A1 - Ladesystem, spannungswandlereinheit, und speichereinheit - Google Patents

Ladesystem, spannungswandlereinheit, und speichereinheit

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Publication number
EP4256673A1
EP4256673A1 EP21836618.5A EP21836618A EP4256673A1 EP 4256673 A1 EP4256673 A1 EP 4256673A1 EP 21836618 A EP21836618 A EP 21836618A EP 4256673 A1 EP4256673 A1 EP 4256673A1
Authority
EP
European Patent Office
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connection
voltage converter
connections
unit
storage unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP21836618.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hannes Hobi
Marc HANSELMANN
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Brusa Technology Ag
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
BRUSA HyPower AG
Mercedes Benz Group AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4256673A1 publication Critical patent/EP4256673A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to the field of charging systems for electrical energy stores, in particular mobile electrical energy stores, in particular for electric vehicles.
  • Known charging devices in particular for electric vehicles, are typically connected between a charging station and an electrical energy store. They are used to adapt a voltage present at the charging station to a voltage level of the energy store, if necessary. This depends on the voltage at the charging station: either this voltage present at an input of the charger can be switched through to the energy storage device (bypass mode) without requiring voltage conversion, or it must be converted by a converter according to the voltage level of the energy storage device will.
  • Such charging devices can be subject to regulations according to which the energy storage device must be able to be separated from the charging station with all poles by means of a mechanical isolating switch.
  • Examples of a known charging device are disclosed in DE 10 2017 220 287 A1 and DE 10 2018 207 185 A1.
  • At least one of these tasks is solved by a charging system, a voltage converter unit, and a storage unit having the features of the corresponding independent patent claims.
  • the two supply connections of the storage unit can be taken over and operated unchanged, as can supply lines for connecting to a charging station. Based on the same memory unit, a configuration can therefore be implemented with or without the voltage converter unit. This is advantageous in production, since the memory unit can be used unchanged for both configurations.
  • a storage unit or a vehicle containing it can also be retrofitted with a voltage converter unit after it has been put into operation.
  • the voltage converter unit may or may not be modular. Such a module has only a single circuit breaker or no circuit breaker at all. A total number of circuit breakers is thereby minimized.
  • the charging system is designed according to claim 2.
  • the charging system is designed according to claim 3. This makes it possible to produce the charging system in the form of separate modules, i.e. voltage converter unit and storage unit, and to combine them for use.
  • the charging system modularized in this way can be operated either with or without a voltage converter unit.
  • the charging system is designed according to claim 4. This makes it possible to establish and release the connection between the voltage converter unit and the storage unit in a simple manner. In embodiments, the charging system is designed according to claim 5. This makes it possible to operate the charging system with a safety system that is customary in electric vehicle technology, for example interlock or HV interlock or with pilot contacts.
  • the charging system is designed according to claim 6 and/or claim 7. This makes the charging system suitable for use in an electric vehicle.
  • Corresponding voltages of the charging station can be 400 volts or 800 volts, for example.
  • the voltage converter unit is designed according to claim 8.
  • the input connection can thus be disconnected from a voltage converter of the voltage converter unit with the first isolating switch.
  • the memory unit is designed according to claim 9.
  • the storage unit can thus be operated either with or without a voltage converter unit.
  • FIG. 1 shows a charging system with a voltage converter unit and a storage unit
  • FIG. 2 shows the charging system with a specific first embodiment of the voltage converter unit.
  • FIG. 3 shows a charging system with a voltage converter unit and a storage unit according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows the charging system according to the second embodiment with a specific second embodiment of the voltage converter unit.
  • the same parts or parts with the same effect are provided with the same reference symbols in the figures.
  • FIG. 1 shows a charging system 2 connected to a charging station 1 .
  • the charging system 2 has a voltage converter unit 3 and a storage unit 4 .
  • the voltage converter unit 3 has an input terminal 31, an output terminal 32, a common terminal 33, and a voltage converter 37 for converting an input voltage present between the input terminal 31 and the common terminal 33 into an output voltage present between the output terminal 32 and the common terminal 33.
  • the memory unit 4 has: a first connection 41 for connection to the input connection 31 of the voltage converter unit 3, a second connection 42 for connection to the output connection 32 of the voltage converter unit 3 and for feeding a first connection 481 of the memory 48, a third connection 43 for Connection to the common connection 33 of the voltage converter unit 3 and for feeding a second connection 482 of the memory 48, a first supply connection 44 for connection to a first charging connection 11 of a charging station 1, and a second supply connection 45 for connection to a second charging connection 12 of the charging station 1.
  • the first or second supply connection 44, 45 is connected to a first charging connection 11 or a second charging connection 12 of the charging station 1 via a first supply line 13 or a second supply line 14.
  • the two supply lines 13, 14 are designed as separate cables and the two supply connections 44, 45 are designed on separate plugs. This ensures that the individual, separate cables do not become too heavy if they have to be designed for high charging currents.
  • the two supply lines 13, 14 are implemented in a common cable and the two supply connections 44, 45 are formed on a common plug.
  • the input connection 31 of the voltage converter unit 3 can be separated from the voltage converter 37 via a first isolating switch 36 .
  • the second supply connection 45 is connected to the first connection 41 of the memory unit 4 instead of the first. With the same polarity of the memory 48 and the charging station 1, this corresponds to an operating mode of the voltage converter 37 with reversed polarity.
  • the storage unit 4 and in particular the storage 48 can be equipped with a battery management system (not shown) and/or a charge control system of a known type.
  • the latter can, for example, control the charging station 1 and/or the voltage converter unit 3 via communication links (not shown).
  • the memory unit 4 is part of a consumer circuit, also called a traction circuit in the case of a vehicle, or is connected to a consumer circuit. Furthermore, the memory unit 4 can have further isolating switches 483, 484 for isolating the first and the second connection 481, 482 of the memory 48 from the remaining elements, for example from the voltage converter unit 3 and the load circuit. The presence of such further isolating switches 483, 484 for isolating the memory unit 4 can be stipulated by standards.
  • the isolating switches 36, 46, 47 and the voltage converter 37 are controlled by a controller 100 and communication links (not shown).
  • the controller 100 is shown as an example in the voltage converter unit 3, but can also be arranged in the storage unit 4 or outside of both units. Other common elements to ensure the function and safety, such as monitoring the supply connections 44, 45 are not shown.
  • the charging system 2 can be converted into a converter mode can be switched.
  • the second circuit breaker 46 is open and the first circuit breaker 36 and third circuit breaker 47 are closed.
  • the voltage converter 37 is clocked.
  • the voltage of the second charging connection 12 is present via the second supply line 14 and the second supply connection 45 at the third connection 43 of the memory unit 4 and thus at the common connection 33 of the voltage converter unit 3 and at the second connection 482 of the memory 48 .
  • the charging system 2 can be switched to a bypass mode. In this, the first circuit breaker 36 is open and the second circuit breaker 46 and third circuit breaker 47 are closed. The voltage converter 37 is not clocked. The voltage of the charging station 1 is present at the memory 48.
  • the memory 48 is typically a rechargeable battery or rechargeable battery.
  • the voltage converter 37 is usually a DC-DC converter. It can be, for example, a charge pump, a step-up converter (boost converter), step-down converter (buck converter) or a combination as step-up/step-down converter, or have another topology, for example a bridge circuit which implements a DC-DC converter.
  • a charge pump can be designed for voltage doubling or voltage multiplication.
  • the voltage converter 37 usually transfers electrical energy from the charging station 1, which feeds the voltage converter 37 via the input connection 31 and the common connection 33, to the storage device 48, which is fed from the voltage converter 37 via the output connection 32 and the common connection 33.
  • a feedback mode can also be additionally implemented, in which energy is transmitted in the opposite direction.
  • passive valves diodes
  • active semiconductor switches in the voltage converter 37 .
  • FIG. 2 shows a charging system 2 in which the voltage converter 37 is designed as a charge pump.
  • the voltage converter 37 is designed as a charge pump.
  • an inductance LRES is connected in series with a storage capacitance CRES, as a result of which a resonant oscillating circuit is formed.
  • the functioning of this voltage converter 37 is explained in WO 2018/046370 A1, the content of which is hereby incorporated by reference in its entirety.
  • FIG. 2 also shows the other isolating switches 483, 484 for isolating the store 48. These can also be present in the more general representation according to FIG.
  • Figures 3 and 4 show, analogously to Figures 1 and 2, a charging system 2 in which the first isolating switch 36 is not arranged in the voltage converter unit 3, but as the first isolating switch 36b in the storage unit 4.
  • the first supply connection 44 or the second supply connection 45 of the storage unit 4 can be disconnected via the first isolating switch 36b of the storage unit 4 connected to the first connection 41 of the memory unit 4 .

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Abstract

Ein Ladesystem (2) für einen Speicher (48) in einem Elektrofahrzeug, weist auf: eine Spannungswandlereinheit (3) und eine Speichereinheit (4), wobei die Speichereinheit (4) zur Versorgung mit elektrischer Energie über zwei Versorgungsanschlüsse (44, 45) ausgebildet ist, ein Speicher (48) der Speichereinheit (4) zwei Anschlüsse (481, 482) aufweist, welche über einen zweiten und einen dritten Trennschalter (46, 47) abtrennbar an die Versorgungsanschlüsse (44, 45) angeschlossen sind, die Spannungswandlereinheit (3) als eine von der Speichereinheit (4) separate Baueinheit ausgebildet ist, die über drei Anschlüsse (31, 32, 33) an die Speichereinheit (4) angeschlossen ist, und im angeschlossenen Zustand innerhalb der Speichereinheit (4) - zwei der drei Anschlüsse (33, 32) an die zwei Anschlüsse (481, 482) des Speichers (48) geschaltet sind, und - der dritte der drei Anschlüsse (31) mit einem der Versorgungsanschlüsse (44, 45) verbunden ist, und innerhalb der Spannungswandlereinheit (3) der dritte der drei Anschlüsse (31) über einen ersten Trennschalter (36) führt.

Description

LADESYSTEM, SPANNUNGSWANDLEREINHEIT, UND SPEICHEREINHEIT
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Ladesysteme für elektrische Energiespeicher, insbesondere mobile elektrische Energiespeicher, insbesondere für Elektrofahrzeuge.
Bekannte Ladegeräte, insbesondere für Elektrofahrzeuge, sind typischerweise zwischen eine Ladestation und einen elektrischen Energiespeicher geschaltet. Sie dienen dazu, eine an der Ladestation vorliegende Spannung bei Bedarf an ein Spannungsniveau des Energiespeichers anzupassen. Dies richtet sich nach der Spannung an der Ladestation: entweder kann diese an einem Eingang des Ladegeräts anliegende Spannung an den Energiespeicher durchgeschaltet werden (Bypass- Modus), ohne dass eine Spannungswandlung erforderlich ist, oder sie muss durch einen Wandler entsprechend dem Spannungsniveau des Energiespeichers gewandelt werden. Solche Ladegeräte können Vorschriften unterliegen, gemäss welchen der Energiespeicher mittels mechanischer Trennschalter vollpolig von der Ladestation abtrennbar sein muss.
In bekannten Ladegeräten liegt eine Spannungswandlereinheit vor, welche zwischen die Ladestation und den Energiespeicher - typischerweise eine wieder aufladbare Batterie respektive Akku - geschaltet ist. Im Bypass-Betrieb können Schnell-Lade- Vorgänge durchgeführt werden, bei denen relativ hohe Ströme auftreten, so dass Leiterquerschnitte in der Spannungswandlereinheit entsprechend hoch ausgelegt sein müssen. Ferner müssen zur vollpoligen Abschaltung mehrere Trennschalter in der Spannungswandlereinheit vorhanden sein. Ferner kann bei einem modularen Aufbau wahlweise mit oder ohne Spannungswandlereinheit eine unnötige Verdopplung von Elementen vorliegen.
Beispiele eines bekannten Ladegeräts sind in der DE 10 2017 220 287 Al und in der DE 10 2018 207 185 Al offenbart.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Ladesystem, eine Spannungswandlereinheit, und eine Speichereinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile behebt.
Mindestens eine diese Aufgaben lösen ein Ladesystem, eine Spannungswandlereinheit, und eine Speichereinheit mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche.
Damit ist es möglich, sowohl den Speicher als auch einen im Spannungswandlereinheit angeordneten Spannungswandler mittels der drei Trennschalter allpolig von den V ersorgungsanschlüssen abzutrennen.
Weiter ist es möglich, die Spannungswandlereinheit mit nur einem einzigen oder gar keinem Trennschalter auszurüsten, da weitere Trennschalter in der Speichereinheit vorliegen und - weil die Spannungswandlereinheit nicht direkt an der Ladestation angeschlossen ist, sondern über die Speichereinheit - die Abtrennung der Spannungswandlereinheit von der Ladestation über die Trennschalter in der Speichereinheit geschehen kann.
Weiter ist es möglich, die Speichereinheit über die beiden Versorgungsanschlüsse direkt an die Ladestation anzuschliessen, ohne dass die dazu verwendeten Leiter durch die Spannungswandlereinheit geführt werden. Dadurch wiederum müssen keine hohen Ströme, wie sie bei einer Schnellladung im Bypass-Modus auftreten, durch die Spannungswandlereinheit geführt werden, und können Leiter in der Spannungswandlereinheit 3 entsprechend kleiner ausgelegt werden.
Weiter ist es möglich, die Speichereinheit ganz ohne die Spannungswandlereinheit auszufiihren und zu betreiben. Dabei können die beiden Versorgungsanschlüsse der Speichereinheit unverändert übernommen und betrieben werden, ebenso Versorgungsleitungen zum Anschluss an eine Ladestation. Es kann also, aufbauend auf der gleichen Speichereinheit, eine Konfiguration mit oder ohne die Spannungswandlereinheit realisiert werden. Dies ist bei der Herstellung von Vorteil, indem die Speichereinheit unverändert für beide Konfigurationen eingesetzt werden kann. Ferner kann eine Speichereinheit respektive ein diese enthaltendes Fahrzeug, auch nach Inbetriebnahme mit einer Spannungswandlereinheit nachgerüstet werden. Die Spannungswandlereinheit kann als Modul vorliegen oder nicht. Ein solches Modul weist nur einem einzigen oder gar keinem Trennschalter auf. Eine Gesamtzahl von Trennschaltern wird dabei minimiert.
In Ausführungsformen ist das Ladesystem gemäss Anspruch 2 ausgebildet.
In Ausführungsformen ist das Ladesystem gemäss Anspruch 3 ausgebildet. Damit ist es möglich, das Ladesystem in Form separater Module, d.h. Spannungswandlereinheit und Speichereinheit, herzustellen und für den Einsatz zusammenzuführen. Insbesondere ist das derart modularisierte Ladesystem wahlweise mit oder ohne Spannungswandlereinheit betreibbar.
In Ausführungsformen ist das Ladesystem gemäss Anspruch 4 ausgebildet. Damit ist es möglich, die Verbindung zwischen Spannungswandlereinheit und Speichereinheit auf einfache Weise herzustellen und zu lösen. In Ausführungsformen ist das Ladesystem gemäss Anspruch 5 ausgebildet. Damit ist es möglich, das Ladesystem mit einem in der Elektrofahrzeugtechnik üblichen Sicherungssystem zu betreiben, beispielsweise Interlock oder HV-Interlock oder mit Pilotkontakten.
In Ausführungsformen ist das Ladesystem gemäss Anspruch 6 und/oder Anspruch 7 ausgebildet. Damit ist das Ladesystem für die Anwendung in einem Elektrofahrzeug geeignet. Entsprechende Spannungen der Ladestation können beispielsweise 400 Volt oder 800 Volt sein.
Die Spannungswandlereinheit ist gemäss Anspruch 8 ausgebildet. Damit kann mit dem ersteh Trennschalter der Eingangsanschluss von einem Spannungs Wandler der Spannungswandlereinheit abgetrennt werden.
Die Speichereinheit ist gemäss Anspruch 9 ausgebildet. Damit kann die Speichereinheit wahlweise mit oder ohne eine Spannungswandlereinheit betrieben werden.
Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 ein Ladesystem mit einer Spannungswandlereinheit und einer Speichereinheit;
Figur 2 das Ladesystem mit einer konkreten ersten Ausfiihrungsform der Spannungswandlereinheit.
Figur 3 ein Ladesystem mit einer Spannungswandlereinheit und einer Speichereinheit gemäss einer zweiten Ausfiihrungsform;
Figur 4 das Ladesystem gemäss der zweiten Ausfiihrungsform mit einer konkreten zweiten Ausführungsform der Spannungswandlereinheit. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile oder gleich wirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Ladesystem 2, angeschlossen an eine Ladestation 1. Das Ladesystem 2 weist eine Spannungswandlereinheit 3 und eine Speichereinheit 4 auf.
Die Spannungswandlereinheit 3 weist einen Eingangsanschluss 31, einen Ausgangsanschluss 32, einen gemeinsamen Anschluss 33, und einen Spannungswandler 37 zum Wandeln einer zwischen dem Eingangsanschluss 31 und dem gemeinsamen Anschluss 33 anliegenden Eingangsspannung in eine zwischen dem Ausgangsanschluss 32 und dem gemeinsamen Anschluss 33 anliegenden Ausgangsspannung auf.
Beim Betrieb des Spannungswandlers 37 ist seine Eingangsspannung gleich einer Ausgangsspannung der Ladestation 1, und ist seine Ausgangsspannung gleich einer Spannung des Speichers 48.
Die die Speichereinheit 4 weist auf: einen ersten Anschluss 41 zum Anschluss an den Eingangsanschluss 31 der Spannungswandlereinheit 3, einen zweiten Anschluss 42 zum Anschluss an den Ausgangsanschluss 32 der Spannungswandlereinheit 3 und zum Speisen eines ersten Anschlusses 481 des Speichers 48, einen dritten Anschluss 43 zum Anschluss an den gemeinsamen Anschluss 33 der Spannungswandlereinheit 3 und zum Speisen eines zweiten Anschlusses 482 des Speichers 48, einen ersten Versorgungsanschluss 44 zum Anschluss an einen ersten Ladeanschluss 11 einer Ladestation 1, und einen zweiten Versorgungsanschluss 45 zum Anschluss an einen zweiten Ladeanschluss 12 der Ladestation 1.
Der Anschluss des ersten respektive zweiten Versorgungsanschlusses 44, 45 an einen ersten Ladeanschluss 11 respektive einen zweiten Ladeanschluss 12 der Ladestation 1 geschieht über eine erste Versorgungsleitung 13 respektive eine zweite Versorgungsleitung 14.
In Ausfuhrungsformen sind die beiden Versorgungsleitungen 13, 14 als separate Kabel ausgefuhrt und sind die beiden Versorgungsanschlüsse 44, 45 an separaten Steckern ausgebildet. Damit wird erreicht, dass die einzelnen, separaten Kabel nicht zu schwer werden, falls sie für hohe Ladeströme ausgelegt sein müssen.
In Ausführungsformen sind die beiden Versorgungsleitungen 13, 14 in einem gemeinsamen Kabel ausgefuhrt und sind die beiden Versorgungsanschlüsse 44, 45 an einem gemeinsamen Stecker ausgebildet.
Innerhalb der Spannungswandlereinheit 3 ist
• der Eingangsanschluss 31 der Spannungswandlereinheit 3 über einen ersten Trennschalter 36 vom Spannungswandler 37 abtrennbar.
Innerhalb der Speichereinheit 4
• ist der erste Versorgungsanschluss 44 mit dem ersten Anschluss 41 der Speichereinheit 4 verbunden,
• sind der zweite Anschluss 42 der Speichereinheit 4 und der erste Anschluss
481 des Speichers 48 über einen zweiten Trennschalter 46 abtrennbar mit dem ersten Versorgungsanschluss 44 verbunden, und
• sind der dritte Anschluss 43 der Speichereinheit 4 und der zweite Anschluss
482 des Speichers 48 über einen dritten Trennschalter 47 abtrennbar mit dem zweiten Versorgungsanschluss 45 verbunden. In Ausführungsformen ist anstelle des ersten der zweite Versorgungsanschluss 45 mit dem ersten Anschluss 41 der Speichereinheit 4 verbunden. Dies entspricht, bei gleicher Polarität des Speichers 48 und der Ladestation 1, einer Betriebsweise des Spannungswandlers 37 mit umgekehrter Polarität.
Die Speichereinheit 4 und insbesondere die Speicher 48 kann mit einem (nicht eingezeichneten) Batteriemanagementsystem und/oder einer Laderegelung bekannter Art ausgerüstet sein. Letztere kann beispielsweise die Ladestation 1 und/oder die Spannungswandlereinheit 3 über (nicht eingezeichnete) Kommunikationsverbindungen ansteuem.
In Ausfuhrungsformen ist die Speichereinheit 4 Teil eines Verbraucherkreises, im Falle eines Fahrzeugs auch Traktionskreis genannt, oder mit einem Verbraucherkreis verbunden. Weiter kann die Speichereinheit 4 weitere Trennschalter 483, 484 zum Abtrennen der ersten und des zweiten Anschlusses 481, 482 des Speichers 48 von den übrigen Elementen, beispielsweise von der Spannungswandlereinheit 3 und dem Verbraucherkreis aufweisen. Das Vorliegen solcher weiterer Trennschalter 483, 484 zum Abtrennen der Speichereinheit 4 kann durch Normen vorgeschrieben sein.
Die Ansteuerung der Trennschalter 36, 46, 47 und des Spannungswandlers 37 erfolgt durch eine Steuerung 100 und (nicht eingezeichnete) Kommunikationsverbindungen. Die Steuerung 100 ist beispielhaft in der Spannungswandlereinheit 3 eingezeichnet, kann aber auch in der Speichereinheit 4 oder ausserhalb beider Einheiten angeordnet sein. Weitere übliche Elemente zur Gewährleistung der Funktion und Sicherheit, beispielsweise zur Überwachung der Versorgungsanschlüsse 44, 45, sind nicht dargestellt.
Falls die von der Ladestation 1 gelieferte Spannung nicht gleich der zum Laden des Speichers 48 benötigten Spannung ist, kann das Ladesystem 2 in einen Wandler- Modus geschaltet werden. In diesem ist der zweite Trennschalter 46 geöffnet und sind der erste Trennschalter 36 und dritte Trennschalter 47 geschlossen. Der Spannungswandler 37 wird getaktet.
Dabei wandelt er die am Eingangsanschluss 31 der Spannungswandlereinheit 3 über den ersten Anschluss 41 und den ersten Versorgungsanschluss 44 der Speichereinheit 4 und die erste Versorgungsleitung 13 anliegende Spannung des ersten Ladeanschlusses 11 in die am Ausgangsanschluss 32 der Spannungswandlereinheit 3 anliegende Spannung. Diese liegt über den zweiten Anschluss 42 der Speichereinheit 4 am ersten Anschluss 481 des Speichers 48 an. Die genannten Spannungen sind auf den gemeinsamen Anschluss 33 bezogen.
Die Spannung des zweiten Ladeanschlusses 12 liegt über die zweite Versorgungsleitung 14 und den zweiten Versorgungsanschluss 45 am dritten Anschluss 43 der Speichereinheit 4 und damit am gemeinsamen Anschluss 33 der Spannungswandlereinheit 3 sowie am zweiten Anschluss 482 des Speichers 48 an.
Falls die von der Ladestation 1 gelieferte Spannung gleich der zum Laden des Speichers 48 benötigten Spannung ist, kann das Ladesystem 2 in einen Bypass-Modus geschaltet werden. In diesem ist der erste Trennschalter 36 geöffnet und sind der zweite Trennschalter 46 und dritte Trennschalter 47 geschlossen. Der Spannungswandler 37 wird nicht getaktet. Die Spannung der Ladestation 1 liegt am Speicher 48 an.
Falls das Ladesystem 2 von der Ladestation 1 galvanisch abgetrennt werden soll, werden alle drei Trennschalter 36, 46, 47 geöffnet.
Der Speicher 48 ist typischerweise eine wieder aufladbare Batterie respektive Akku. Der Spannungswandler 37 ist in der Regel ein DC-DC-Wandler. Er kann beispielsweise eine Ladungspumpe, ein Hochsetzsteller (boost-converter), Tiefsetzsteller (buck-converter) oder eine Kombination als Hoch-Tiefsetzsteller sein, oder eine andere Topologie aufweisen, beispielsweise eine Brückenschaltung, welche einen DC- DC-Wandler realisiert. Eine Ladungspumpe kann zur Spannungsverdoppelung oder zur Spannungsvervielfachung ausgebildet sein.
Der Spannungswandler 37 transferiert im Betrieb im Regelfall elektrische Energie von der Ladestation 1, welche über den Eingangsanschluss 31 und den gemeinsamen Anschluss 33 den Spannungswandler 37 speist, zum Speicher 48, welcher über den Ausgangsanschluss 32 und den gemeinsame Anschluss 33 vom Spannungswandler 37 gespeist wird. In Ausführungsformen kann auch zusätzlich ein Rückspeisungs-Modus realisiert werden, in welchem Energie in die entgegengesetzte Richtung übertragen wird. Dazu können im Spannungswandler 37 passive Ventile (Dioden) durch aktive Halbleiterschalter ersetzt sein.
Figur 2 zeigt ein Ladesystem 2, in welchem der Spannungswandler 37 als Ladungspumpe ausgebildet ist. In der hier gezeigten Variante einer Ladungspumpe liegt in Serie zu einer Speicherkapazität CRES eine Induktivität LRES, wodurch ein resonanter Schwingkreis gebildet wird. Die Funktionsweise dieses Spannungswandlers 37 ist in WO 2018/046370 Al erklärt, deren Inhalt hiermit durch Referenz in seiner Gesamtheit übernommen wird. Die Figur 2 zeigt auch die weiteren Trennschalter 483, 484 zum Abtrennen des Speichers Speicher 48. Diese können auch in der allgemeineren Darstellung gemäss Figur 1 vorliegen.
Figuren 3 und 4 zeigen, analog zu den Figuren 1 und 2, jeweils ein Ladesystem 2, in welchem der erste Trennschalter 36 nicht in der Spannungswandlereinheit 3 angeordnet ist, sondern als erster Trennschalter 36b in der Speichereinheit 4. Dabei ist der erste Versorgungsanschluss 44 oder der zweite Versorgungsanschluss 45 der Speichereinheit 4 über den ersten Trennschalter 36b der Speichereinheit 4 abtrennbar mit dem ersten Anschluss 41 der Speichereinheit 4 verbunden. In den Ausfuhrungsformen der Figuren 3 und 4 liegt also kein Trennschalter in der Spannungswandlereinheit 3 vor, insbesondere kein Trennschalter zum Abtrennen des dritten der drei Anschlüsse 31 der Spannungswandlereinheit 3.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Ladesystem (2), insbesondere für einen mobilen Speicher (48), insbesondere für einen Speicher (48) in einem Elektrofahrzeug, aufweisend eine Spannungswandlereinheit (3) und eine Speichereinheit (4), wobei die Speichereinheit (4) zur Versorgung mit elektrischer Energie über zwei Versorgungsanschlüsse (44, 45) ausgebildet ist, ein Speicher (48) der Speichereinheit (4) zwei Anschlüsse (481, 482) aufweist, welche über einen zweiten und einen dritten Trennschalter (46, 47) abtrennbar an die Versorgungsanschlüsse (44, 45) angeschlossen sind, die Spannungswandlereinheit (3) als eine von der Speichereinheit (4) separate Baueinheit ausgebildet ist, die über drei Anschlüsse (31, 32, 33) der Spannungswandlereinheit (3) an die Speichereinheit (4) angeschlossen ist, und im angeschlossenen Zustand innerhalb der Speichereinheit (4)
• zwei der drei Anschlüsse (32, 33) der Spannungswandlereinheit (3) an die zwei Anschlüsse (481, 482) des Speichers (48) geschaltet sind, und entweder gemäss einer zweiten Ausführungsvariante innerhalb der Speichereinheit (4)
• der dritte der drei Anschlüsse (31) der Spannungswandlereinheit (3) über einen ersten Trennschalter (36b) mit einem der Versorgungsanschlüsse (44, 45) verbunden ist, oder gemäss einer ersten Ausführungsvariante innerhalb der Speichereinheit (4)
• der dritte der drei Anschlüsse (31) der Spannungswandlereinheit (3) mit einem der Versorgungsanschlüsse (44, 45) verbunden ist, und innerhalb der Spannungswandlereinheit (3) der dritte der drei Anschlüsse (31) der Spannungswandlereinheit (3) über einen ersten Trennschalter (36) führt. Ladesystem (2) gemäss Anspruch 1, wobei die Spannungswandlereinheit (3) einen Eingangsanschluss (31), einen Ausgangsanschluss (32), einen gemeinsamen Anschluss (33), und einen Spannungswandler (37) zum Wandeln einer zwischen dem Eingangsanschluss (31) und dem gemeinsamen Anschluss (33) anliegenden Eingangsspannung in eine zwischen dem Ausgangsanschluss (32) und dem gemeinsamen Anschluss (33) anliegenden Ausgangsspannung aufweist, wobei die Speichereinheit (4) einen ersten Anschluss (41) zum Anschluss an den Eingangsanschluss (31) der Spannungswandlereinheit (3), einen zweiten Anschluss (42) zum Anschluss an den Ausgangsanschluss (32) der Spannungswandlereinheit (3) und zum Speisen eines ersten Anschlusses (481) des Speichers (48), einen dritten Anschluss (43) zum Anschluss an den gemeinsamen Anschluss (33) der Spannungswandlereinheit (3) und zum Speisen eines zweiten Anschlusses (482) des Speichers (48), einen ersten Versorgungsanschluss (44) zum Anschluss an einen ersten Ladeanschluss (11) einer Ladestation (1), und einen zweiten Versorgungsanschluss (45) zum Anschluss an einen zweiten Ladeanschluss (12) der Ladestation (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass entweder gemäss der zweiten Ausfiihrungsvariante innerhalb der Speichereinheit (4)
• der erste Versorgungsanschluss (44) über den ersten Trennschalter (36b) abtrennbar mit dem ersten Anschluss (41) der Speichereinheit (4) verbunden ist, • der zweite Anschluss (42) der Speichereinheit (4) und der erste Anschluss (481) des Speichers (48) über den zweiten Trennschalter
(46) abtrennbar mit dem ersten Versorgungsanschluss (44) verbunden sind, und
• der dritte Anschluss (43) der Speichereinheit (4) und der zweite Anschluss (482) des Speichers (48) über den dritten Trennschalter
(47) abtrennbar mit dem zweiten Versorgungsanschluss (45) verbunden sind. oder gemäss der ersten Ausfuhrungsvariante innerhalb der Spannungswandlereinheit (3)
• der Eingangsanschluss (31) der Spannungswandlereinheit (3) über einen ersten Trennschalter (36) vom Spannungswandler (37) abtrennbar ist, innerhalb der Speichereinheit (4)
• der erste Versorgungsanschluss (44) mit dem ersten Anschluss (41) der Speichereinheit (4) verbunden ist,
• der zweite Anschluss (42) der Speichereinheit (4) und der erste Anschluss (481) des Speichers (48) über den zweiten Trennschalter
(46) abtrennbar mit dem ersten Versorgungsanschluss (44) verbunden sind, und
• der dritte Anschluss (43) der Speichereinheit (4) und der zweite Anschluss (482) des Speichers (48) über den dritten Trennschalter
(47) abtrennbar mit dem zweiten Versorgungsanschluss (45) verbunden sind. Ladesystem (2) gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungswandlereinheit (3) dazu ausgebildet ist, unabhängig von der Speichereinheit (4) herstellbar, handhabbar und transportierbar zu sein. Ladesystem (2) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die drei Anschlüsse (31, 32, 33), über welche die Spannungswandlereinheit (3) an die Speichereinheit (4) angeschlossen ist, lösbare und wieder verbindbare Anschlüsse sind, insbesondere Steckanschlüsse oder geschraubte Anschlüsse oder geklemmte Anschlüsse. Ladesystem (2) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Versorgungsanschlüsse (44, 45) an einem einzigen Stecker oder an zwei separaten Steckern ausgebildet sind, wobei insbesondere dieser einzige Stecker oder diese zwei Stecker jeweils Sicherheitskontakte für einen Pilotstromkreis respektive Sicherheitsstromkreis aufweist. Ladesystem (2) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Versorgungsanschlüsse (44, 45) für einen maximalen Schnell-Ladestrom ausgebildet sind, der mehr als das Doppelte eines durch die Spannungswandlereinheit (3) lieferbaren maximalen Ladestroms beträgt. Ladesystem (2) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Versorgungsanschlüsse (44, 45) für einen maximalen Schnell-Ladestrom von über 300, insbesondere über 400 Ampere ausgebildet sind, und/oder die
> Spannungswandlereinheit (3) für einen maximalen Ladestrom von über 50 Ampere^ insbesondere von über 100 Ampere ausgebildet ist. Spannungswandlereinheit (3), insbesondere zur Verwendung in einem Ladesystem (2) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend einen Eingangsanschluss (31) zur Verbindung mit einem ersten Pol einer Eingangsspannungsquelle, einen Ausgangsanschluss (32) zur Verbindung mit einem ersten Pol eines zu speisenden Verbrauchers, und einen gemeinsamen Anschluss (33) zur Verbindung mit einem zweiten Pol der Eingangsspannungsquelle und einem zweiten Pol des Verbrauchers, wobei der Eingangsanschluss (31) über einen ersten Trennschalter (36) fuhrt. Speichereinheit (4), insbesondere zur Verwendung in einem Ladesystem (2) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend zwei Versorgungsanschlüsse (44, 45) und einen Speicher (48), wobei der Speicher (48) zwei Anschlüsse (481, 482) aufweist, welche über einen zweiten und einen dritten Trennschalter (46, 47) abtrennbar an die Versorgungsanschlüsse (44, 45) angeschlossen sind, wobei die Speichereinheit (4) drei Anschlüsse (41, 42, 43) zum Anschluss an korrespondierende Anschlüsse einer Spannungswandlereinheit (3) aufweist, und innerhalb der Speichereinheit (4)
• zwei der drei Anschlüsse (42, 43) an die zwei Anschlüsse (481, 482) des Speichers (48) geschaltet sind, und entweder gemäss einer zweiten Ausführungsvariante
• der dritte der drei Anschlüsse (41) über einen ersten Trennschalter (36b) abtrennbar mit einem der Versorgungsanschlüsse (44, 45) verbunden ist, oder gemäss einer ersten Ausführungsvariante
• der dritte der drei Anschlüsse (41) mit einem der Versorgungsanschlüsse (44, 45) verbunden ist.
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