EP4409707A1 - Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen - Google Patents

Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen

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Publication number
EP4409707A1
EP4409707A1 EP22797318.7A EP22797318A EP4409707A1 EP 4409707 A1 EP4409707 A1 EP 4409707A1 EP 22797318 A EP22797318 A EP 22797318A EP 4409707 A1 EP4409707 A1 EP 4409707A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging station
charging
current
phases
unit
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
EP22797318.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David Auzinger
Hans-Georg Reiter
Markus Hug
Christoph Reiter
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 EP4409707A1 publication Critical patent/EP4409707A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • 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
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • 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
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
    • H02H3/332—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers with means responsive to DC component in the fault current

Definitions

  • the invention relates to a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station. Furthermore, the invention relates to a system with a plurality of such charging stations.
  • the present technical field relates to charging an energy store of an electric vehicle.
  • the applicant's European patent EP 2 882 607 B1 describes a charging station for electric vehicles, with at least one input interface for feeding electrical energy from a stationary power supply network into the charging station, with a connection socket for connecting a charging plug of an electric vehicle for 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 electrical energy consumed and/or emitted, and with a housing enclosing the electrotechnical 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 one or more phases, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle converts into direct current for the energy storage device to be charged using a built-in AC/DC converter.
  • DC direct voltage/current
  • AC alternating current
  • a charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process.
  • patent EP 2 571 128 B1 describes an electrical protective device for a charging station, which has a type A residual current protective device and a monitoring device to ensure the functioning of the type A residual current protective device.
  • the monitoring device to ensure the function of the type A residual current protective device is connected in series with this type A residual current protective device.
  • the type A residual current protective device has a disconnection device for opening the phases and the neutral conductor.
  • the electrical protective device also includes a measuring current transformer circuit for detecting a residual DC current, an evaluation unit for processing the signal detected by the measuring current transformer circuit, a further switch-off device and a communication interface which is connected to the output of the evaluation unit and contains a relay output for controlling the further switch-off device.
  • the electrical protective device of EP 2 571 128 B1 thus has two separate devices connected in series for opening the phases and the neutral conductor, each with a dedicated switch-off device.
  • the task is solved by a charging station with the features of claim 1.
  • a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multiphase network that can be coupled to the charging station, which has: a switching device, in particular a single switching device, which is set up to open and close the phases and the neutral conductor of the charging station a fault current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, in particular a single fault current sensor, which is set up to detect a fault current that varies over time with a direct current component and an alternating current component, a first unit which is used to detect sinusoidal alternating fault currents and pulsating direct fault currents as a function of the detected fault current and is set up depending on the provision of a first control signal for controlling the switching device for opening the phases and the neutral conductor, a second unit, which to m detection of DC fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, for providing a second control signal for controlling the switching device for opening the phases and the neutral conductor, and a control device for controlling components of the charging station,
  • a single residual current sensor and a single switch-off device are advantageously used to detect sinusoidal AC fault currents, pulsating DC fault currents and DC fault currents and to switch off the phases and the neutral conductor when a fault is detected.
  • This single shutdown The device is also used by the functional controller, which is designed in particular as part of the control device.
  • the fault current sensor can also be referred to as an all-current sensitive fault current sensor.
  • the switching device can also be referred to as a switching element.
  • the switching device is preferably designed in such a way that, in the event of a mains voltage failure, it opens, in particular automatically, and can thus establish a safe state.
  • Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include the switching device, for example a contactor or relay, connection terminals, electronic circuits, the fault current sensor, a communication module, a communication interface, a user interface, an EMC filter and at least one power supply.
  • the control device comprises, for example, 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, as well as an authentication device such as an RFID/NFC reader/Bluetooth module or an automated authorization process via high-level communication, in particular according to the ISO 15118 standard, or according to the plug-and-charge principle and the like.
  • the third control signal is generated in particular as a function of vehicle authentication and/or vehicle verification and/or user authentication and/or user verification, as a function of overcurrent monitoring and/or as a function of correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station.
  • the vehicle authentication and/or vehicle verification and/or user authentication and/or user verification ensures that only a valid user or an electric vehicle known to the charging station is allowed to charge at the charging station.
  • One or more of the following technologies can be used for this purpose: RFID, Bluetooth, code entry, fingerprint reader, vein scanner.
  • An electric vehicle can, for example, transmit its ID via high-level communication, in particular ISO 15118, or according to the plug-and-charge principle.
  • PWM mode PWM; pulse-width modulation
  • ISO 15118 can be used to detect when the electric vehicle does not adhere to a negotiated charging plan. Correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station can be detected, for example, by means of a plug-present sensor and/or a charge pilot signal and/or the locking detection unit.
  • the charging station can in particular have an energy measuring unit which is set up to measure the amount of energy drawn from the electric vehicle.
  • a billing unit can also be provided in particular, which bills the user or customer for the energy consumed by the electric vehicle.
  • the charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing, with an interior space in which the electrical and/or electronic components 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 in that the charging station is electrically connected 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, the electrical energy being able to be transferred to an energy store in the electric vehicle by means of a connection socket and charging plug.
  • the charging station can also be referred to as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • 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 station includes a control circuit which is set up to control the switching device, if at least one of the control signals is provided, in such a way that it opens the phases and the neutral conductor of the charging station.
  • the control circuit is preferably set up to control the switching device, if at least one of the control signals is provided, by means of an opening signal in such a way that it opens the phases and the neutral conductor of the charging station.
  • control device of the charging station is set up to transmit the opening signal, if at least one of the control signals is provided, via the communication interface to the electric vehicle, by means of which a switching device installed in the electric vehicle, for example a DC vehicle contactor, can be opened.
  • this opening signal is also transmitted via the communication interface to the electric vehicle, which then opens the DC vehicle contactor installed in the electric vehicle.
  • the control circuit accordingly controls the switching device to open the phases and the neutral conductor when one or more of the control signals is provided or set.
  • a provided control signal is therefore sufficient to open the phases and the neutral conductor of the charging station and to create a safe state.
  • the drive circuit comprises a wired-OR operation which ORs the first drive signal, the second drive signal and the third drive signal.
  • the charging station comprises: at least four input-side connection terminals for coupling the phases and the neutral conductor of the multi-phase network, and output-side connection terminals to which either a charging cable for electric vehicles is attached directly, or a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable of the electric vehicle.
  • the first unit is set up to emulate a type A residual current circuit breaker, in particular in accordance with standard 61008'1.
  • emulation of a type A residual current circuit breaker is to be understood in particular as simulating the type A residual current circuit breaker, for example emulating the error analysis functionality of the type A residual current circuit breaker in software.
  • first unit and/or the second unit are designed as part of the control device.
  • the first unit and the second Unit implemented in software.
  • the first and/or the second unit can be in the form of an FPGA or an ASIC.
  • the second unit is set up to a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device according to the IEC 62955 standard , to emulate.
  • emulating a direct current detection device means, in particular, simulating the direct current detection device, for example the residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard or the residual direct current monitoring device according to the standard To understand IEC 62955, in software.
  • the charging station comprises a module which integrates the first unit and the second unit and is set up to have a type B residual current circuit breaker, in particular according to standard EN 61008'1 and/or according to standard EN 62423 train error protection.
  • the module of the present embodiment accordingly forms or simulates the fault protection of the type B residual current circuit breaker, for example in accordance with standard EN 61008-1 or in accordance with standard EN 62423.
  • the module is designed, for example, as part of the control device.
  • the module can be implemented in software and/or in hardware.
  • the charging station includes a current measuring device for measuring the current flowing on the phases in the direction of flow to the electric vehicle.
  • the current measuring device is a useful current sensor.
  • the switching device is formed as a contactor, as a four-phase relay or by four relays for the three phases and the neutral conductor.
  • the charging station includes a test unit which is set up to impress and evaluate a test current in at least one of the phases, in the neutral conductor and/or in a separate test winding of the residual current sensor.
  • the test unit is set up to be triggered for testing by means of a test command for simulating a pressing of a test button.
  • the test command is in particular a software command, by means of which the test unit can be triggered in such a way that it triggers the testing and thus the injection of the test current.
  • the test command thus emulates the test button known from conventional type A residual current circuit breakers.
  • the conventional mechanical test button is therefore advantageously not necessary, particularly in this embodiment.
  • the test command can be generated via any form of backend and transmitted to the charging station.
  • An example of this is when a user transmits the test command to the charging station via a smartphone app.
  • the operator of the charging station transmits the test command at regular intervals via his server to the charging station coupled to the server.
  • the charging station always terminates a charging process by completely testing the safety chain and sending a current to the test unit via a software command from the control device. The test unit then injects the test current, the test current is detected by the sensor and the contactor is tripped.
  • a test with an actual current flow interruption is preferably always carried out at the end of the charging process.
  • the charging station comprises an electromechanical mechanism for mechanically displaying the switching position of the switching device.
  • the electromechanics include an electrical coupling of the feedback and a visual indicator controlled by the shutter for indicating the switch position.
  • the visual display device includes, for example, two LEDs that light up green and red.
  • the panel always covers one of the two LEDs.
  • the LED not covered by the bezel is visible to the user. Due to the electrical coupling of the panel with the feedback contacts of the switching device, the panel always follows the switching position of the switching device.
  • the screen controls the visual display device and shows, in particular by means of the colors red and green, the switching position of the switching device, for example the contactor.
  • the electromechanics are coupled to an energy store, so that the electromechanics are suitable for maintaining the display of the switching position of the switching device for a predetermined time even when the charging station is in a de-energized state.
  • the energy store is designed as a battery, for example.
  • an electrical coupling of a mechanical display e.g. a bistable lifting magnet with a color code (red/green) on the armature
  • a screen which only shows one color each
  • an energy store that is Failure of the supply ensures that the switching device is monitored for a while and the display is made.
  • the final state of the relay is open when de-energized, unless it is welded, in which case it remains stably closed - both are feasible with a limited energy store.
  • the test current is a pulsed, high-frequency alternating current which has a frequency of 1 to 5 kHz and a maximum duration of 10 ms.
  • the test current is thus designed in particular in such a way that it is not interpreted as a fault current.
  • the test current is in particular a signal that cannot occur in practice and therefore cannot be interpreted as an error.
  • the fault current sensor is designed: by a summation current converter for providing the fault current that changes over time, or by four current converters for the three phases and the neutral conductor for providing a respective output signal, and an adder unit connected downstream of the four current converters for providing the fault current that changes over time by adding the output signals provided by the four current transformers.
  • the charging station comprises a communication module which is set up either to specify an energy consumption quantity for the electric vehicle by means of PWM signals or to negotiate a charging plan with charging electronics of the electric vehicle coupled to the charging station in accordance with ISO 15118.
  • Negotiation takes place as described in ISO 15118.
  • the charging electronics of the energy store requests a certain charging power via the communication module from the charging station and the charging station, for example the 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.
  • the charging station can make a “counterproposal” via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy storage device, or the charging electronics can make its own request again. 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 a battery is reconnected to the charging station.
  • the charging station has: a communication interface which is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which in particular manages the charging station, a user interface for input from a user and/or for output to the user, and/or a power pack which is set up to convert an AC voltage provided via the phases into a predetermined DC voltage for the control device and/or the components of the charging station.
  • the respective unit for example the first unit or the second unit, can be implemented in terms of hardware and/or software.
  • the unit can be designed as a device or as part of a device, for example as a computer or as a microprocessor or as part of the control device.
  • the unit can be embodied as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a program code or as an executable object.
  • a system is proposed with a plurality N of charging stations (with N>2), the respective charging station being designed according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect.
  • the N charging stations are connected by means of a star connection to a single circuit breaker, which is coupled to the grid connection point.
  • a method for ensuring fault protection in a charging station without upstream installation of an RCD type A or B in which AC faults and pulsed DC faults in the measurement signals of the current measurement sensor are detected in the charging station in a first unit in the charging station , and in the event of an error, the first switch-off signal opens the switching device, a second unit in the charging station detects DC errors in the measurement signals of the current measuring sensor and, in the event of an error, opens the switching device using the second switch-off signal, a control device in the charging station which verifies the authenticity of the user and/or the monitors the electric vehicle, and/or monitors the connection between the charging station and the electric vehicle, including the locking between the plug and socket, and/or, in the case of PWM communication with the electric vehicle, controls the amount of energy actually drawn from the electric vehicle t (and switches off if the amount of energy is too high), or in the case of ISO 15118 (or high-level communication) checks the amount of energy actually drawn from the electric vehicle (and
  • the test of the current error devices can be performed by a software command at any time.
  • the test of the current error devices is triggered by the control device at the end of the charging process by a software command. This checks the entire switch-off chain.
  • control device controls a test signal so that the residual current sensors and the first unit and the second unit can be tested during operation without a switch-off process being indicated.
  • the embodiments described for the proposed charging station apply accordingly to the proposed method. Furthermore, the definitions and explanations for the charging station also apply accordingly to the proposed method.
  • 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 an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 4 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • FIG. 5 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle.
  • Fig. 1 schematically shows an arrangement with a first embodiment of a charging station 1 and an electrical energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • a multi-phase subscriber network 4 is connected to a multi-phase power supply network 7 by means of a network connection point 6 .
  • the multi-phase subscriber network 4 has, in particular, a number of phases, for example L1, L2 and L3, and a neutral conductor N. In this example, without restricting the generality, it is a question of three-phase power networks.
  • the electric vehicle 3 is coupled to the charging station 1 by means of a charging cable 5 which is connected to a connection socket (not shown in FIG. 1, see for example in FIG. 2) of the charging station 1 .
  • the charging station 1 can have a number of electrical and/or electronic components (not shown in FIG. 1, see for example in FIG. 2) and is for charging the energy store 2 of the electric vehicle 3 with electrical Energy set up by means of the coupled to the charging station 1 polyphase subscriber network 4.
  • Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the second embodiment of the charging station 1 in Fig. 2 includes all the features of the first embodiment of the charging station 1 in Fig. 1.
  • the charging station 1 of Fig. 2 has four input-side terminals 10a, 10b, 10c, lOd for coupling the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N of the multi-phase network 4.
  • the charging station 1 also has another terminal (not shown) for the PE conductor.
  • the charging station 1 On the output side, the charging station 1 has a connection socket 15 with a number of coupling points for connecting the charging cable 5 of the electric vehicle 3.
  • connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d and the connection socket 15 Between the connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d and the connection socket 15, a current measuring device 17, a switching device 8 and a fault current sensor 9 are coupled.
  • the current measuring device 17 is a useful current sensor and is set up to measure the electric current flowing on the phases LI, L2, L3 in the direction of flow to the electric vehicle 3 .
  • the switching device 8 is suitable for opening and closing the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N of the charging station 1.
  • the charging station 1 has only a single switching device 8.
  • the switching device 8 is, for example, a contactor or a four-phase relay. Alternatively, the switching device 8 can be formed by four relays for the three phases L1, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the fault current sensor 9 is associated with the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N and is set up to detect a fault current F that varies over time and has a direct current component and an alternating current component.
  • the residual current sensor 9 is a summation current transformer, for example.
  • the charging station 1 of FIG. 2 comprises a first unit 11, a second unit 12 and a control device 13.
  • the control device 13 is in particular the central control device of the charging station 1 for controlling the electrical and/or electronic components of the charging station 1.
  • the first Unit 11 and the second unit 12 can—as shown in FIG. 2—be formed external to the control device 13 .
  • the first unit 11 and the second unit 12 are designed as part of the control device 13 .
  • the first unit 11 is designed to detect sinusoidal AC fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, to provide a first drive signal A1 to drive the switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the first unit 11 is preferably set up to emulate a type A residual current circuit breaker, preferably in accordance with standard 61008'1.
  • the second unit 12 is set up to detect DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, to provide a second control signal A2 for controlling the switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the second unit 12 is preferably set up to emulate a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device according to the IEC 62955 standard.
  • the control device 13 is set up to provide a third control signal A3 for controlling the switching device 8 for opening the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the control device 13 generates the third control signal A3 in particular depending on a vehicle authentication and/or vehicle verification and/or user authentication and/or user verification, depending on an overcurrent monitoring and/or depending on a correct connection of the charging cable 5 to the electric vehicle 3 and/or to the charging station 1.
  • the charging station 1 also includes a control circuit 14.
  • the control circuit 14 is set up to control the switching device 8, if at least one of the control signals Al, A2, A3 is provided, by means of an opening signal O in such a way that the phases LI, L2, L3 and opens the neutral conductor N of charging station 1.
  • the control circuit 14 controls the switching device 8 to open the phases L1, L2, L3 and the neutral conductor N when one or more of the control signals A1, A2, A3 is provided or set.
  • the control circuit 14 comprises a WIRED-OR operation which ORs the first control signal A1, the second control signal A2 and the third control signal A3.
  • the charging station 1 preferably has an electromechanical system (not shown) for mechanically displaying the switching position of the switching device 8 .
  • the electromechanics include a shutter controlled via an electrical coupling of the feedback contacts of the switching device 8, which follows the switching position of the switching device 8, and a visual display device controlled by the shutter for displaying the switching position of the switching device 8.
  • the visual display device comprises, for example, two LEDs which are green and glow red.
  • the bezel always covers one of the two LEDs, while the LED not covered by the bezel is visible to the user. Due to the electrical coupling of the panel with the feedback contacts of the switching device 8, the panel always follows the switching position of the switching device. device 8. As a result, the panel controls the visual display device in such a way that it shows the user the switching position of the switching device 8 using the colors red and green.
  • the electromechanics are preferably coupled to an energy store in such a way that the electromechanics can maintain the display of the switching position of the switching device 8 for a predetermined time even when the charging station 1 is in a de-energized state.
  • the charging station 1 of FIG. 2 includes a communication module 19.
  • the communication module 19 is set up either to specify an energy consumption quantity for the electric vehicle 3 by means of PWM signals or to negotiate a charging plan with charging electronics of the electric vehicle 3 coupled to the charging station 1 in accordance with ISO 15118 .
  • the charging station 1 of FIG. 2 includes a communication interface 20.
  • the communication interface 20 is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which manages the charging station 1 in particular.
  • the user can in particular authenticate and/or verify himself via the end device.
  • the charging station 1 of FIG. 2 has a user interface 21 for user inputs and/or for user outputs.
  • the user interface 21 includes a touch screen.
  • at least one power pack 22 is provided, which is set up to convert an AC voltage provided via the phases LI, L2, L3 into a predetermined DC voltage for the control device 13 and/or the other components of the charging station 1.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3 .
  • the third embodiment of the charging station 1 according to FIG. 3 is based on the second embodiment of the charging station 1 according to FIG. 2 and differs from this in that the charging station 1 according to FIG. 3 comprises a module 18 .
  • the module 18 integrates the first unit 11 and the second unit 12 and is set up to form or simulate fault protection corresponding to a type B residual current circuit breaker, in particular according to standard EN 610081-1 and/or according to standard EN 62423.
  • the module 18 can also be designed as part of the control device 13 .
  • Fig. 4 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the fourth embodiment of the charging station 1 according to FIG. 4 includes all the features of the second embodiment of the charging station 1 according to FIG Charging station 1 of Fig. 4 has a test unit 16.
  • the test unit 16 is set up to inject a test current into at least one of the phases LI, L2, L3, into the neutral conductor N and/or into a separate test winding of the residual current sensor 9 and evaluate.
  • the test unit 16 is set up in particular to be triggered for testing by means of a test command for simulating a pressing of a test button.
  • the test command is a software command, for example, by means of which the test unit 16 is triggered in such a way that it triggers the testing and thus the injection of the test current.
  • the test command thus emulates the test button known from the conventional type A residual current circuit breaker.
  • the test current is preferably a pulsed, high-frequency alternating current, which has, for example, a frequency of 1 to 5 kHz and a maximum duration of 10 ms.
  • Fig. 5 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the fifth embodiment of the charging station 1 according to FIG. 5 includes all the features of the second embodiment of the charging station 1 according to FIG Charging station 1 of Fig. 5 a special training of the error current sensor 9.
  • the residual current sensor 9 comprises four current transformers 9a, 9b, 9c, 9d for the three phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the respective current transformer 9a, 9b, 9c, 9d provides an output signal S1- S4 ready.
  • An adder unit 9e is connected downstream of the four current transformers 9a, 9b, 9c, 9d, which adds the output signals S1-S4 provided by the four current transformers 9a, 9b, 9c, 9d and thus provides the time-varying error current F on the output side.

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Abstract

Es wird eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahr-zeuges vorgeschlagen, welche aufweist:eine Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist,einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechsel-stromanteil eingerichtet ist,eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfeh-lerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersig-nals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist,eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, undeine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation, welche zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist.

Description

LADESTATION UND SYSTEM MIT EINER MEHRZAHL VON LADESTATIONEN
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einer Mehrzahl solcher Ladestationen.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit wenigstens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer Anschlussbuchse 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 elektrotechnischen Komponenten umschließenden Gehäuse.
Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstr omlade- verfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen 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 Energiespeichers den Ladevorgang.
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664 244 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.
Des Weiteren beschreibt das Patent EP 2 571 128 Bl eine elektrische Schutzvorrichtung für eine Ladestation, welche eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A und eine Überwachungseinrichtung zur Sicherstellung der Funktion der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A aufweist. Dabei ist die Überwachungseinrichtung zur Sicherstellung der Funktion der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A zu dieser Fehlerstrom- Schutzeinrichtung Typ A in Reihe geschaltet. Die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A weist eine Abschaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters auf. Ferner umfasst die elektrische Schutzvorrichtung einen Messstromwandlerkreis zur Erfassung eines Gleichfehlerstroms, eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung des von dem Messstromwandlerkreis erfassten Signals, eine weitere Abschaltvorrichtung und eine mit dem Ausgang der Auswerteeinheit verbundene Kommunikationsschnittstelle, die einen Relais- Ausgang zur Steuerung der weiteren Abschaltvorrichtung beinhaltet.
Damit hat die elektrische Schutzvorrichtung der EP 2 571 128 Bl zwei getrennte, in Reihe geschaltete Vorrichtungen zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters mit einer jeweiligen dedizierten Abschaltvorrichtung.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu schaffen. Die gestellte Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, welche aufweist: eine Schaltvorrichtung, insbesondere eine einzige Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist, einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, insbesondere einen einzigen Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstrom anteil eingerichtet ist, eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, und eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation, welche zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist.
Bei der vorliegenden Ladestation werden vorteilhafterweise zur Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, pulsierenden Gleichfehlerströmen und Gleichfehler ström en und zur Abschaltung der Phasen und des Neutralleiters bei detektiertem Fehler nur ein einziger Fehlerstromsensor und eine einzige Abschalt Vorrichtung, zum Beispiel ein Schütz, verwendet. Diese einzige Abschalt- Vorrichtung wird darüber hinaus auch von der funktionalen Steuerung verwendet, welche insbesondere als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet ist.
Der Fehlerstromsensor kann auch als allstromsensitiver Fehlerstromsensor bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung kann auch als Schaltelement bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie bei einem Ausfall der Netzspannung, insbesondere selbstständig, öffnet und somit einen sicheren Zustand herstellen kann.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen die Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein Schütz oder Relais, Anschlussklemmen, elektronische Schaltkreise, den Fehlerstromsensor, ein Kommunikationsmodul, eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, einen EMV'Filter und zumindest ein Netzteil. Die Steuervorrichtung umfasst beispielsweise eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind, sowie eine Authentifizierungseinrichtung wie beispielsweise RFID/NFC-Reader/Bluetoothmodule oder einem automatisierten Authori- sierungsvorgang über High-Level-Communication, insbesondere nach ISO 15118 Standard, oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip und dergleichen.
Das dritte Ansteuersignal wird insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation generiert. Bei der Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung wird sichergestellt, dass ausschließlich ein valider Benutzer bzw. ein der Ladestation bekanntes Elektrofahrzeug an der Ladestation laden darf. Für die Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizie- rung können eine oder mehrere der folgenden Technologien eingesetzt werden: RFID, Bluetooth, Code-Eingabe, Fingerabdrucklesegerät, Venenscanner. Ein Elektrofahrzeug kann hierbei beispielsweise seine ID über High-Level- Communication, insbesondere ISO 15118 oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip übertragen.
Hinsichtlich der Überstromüberwachung kann beispielsweise im PWM-Modus (PWM; Puls-Weiten-Modulation) überwacht werden, wenn das Elektrofahrzeug mehr Strom von der Ladestation bezieht, als dieses von der Ladestation per PWM vorgegeben bekommt. Alternativ kann mittels ISO 15118 detektiert werden, wenn sich das Elektrofahrzeug nicht an einen ausgehandelten Ladeplan hält. Der richtige Anschluss des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation kann beispielsweise mittels eines Plug-Present-Sensors und/oder eines Charge-Pilot-Signals und/oder der Verriegelungsdetektionseinheit detektiert werden.
Des Weiteren kann die Ladestation insbesondere eine Energiemesseinheit aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, die vom Elektrofahrzeug bezogene Energiemenge zu messen. Zusätzlich kann insbesondere auch eine Abrechnungseinheit vorgesehen sein, welche die von dem Elektrofahrzeug konsumierte Energie gegenüber dem Benutzer oder Kunden abrechnet.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten 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 geeignet, 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 elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschlussbuchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden.
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).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuerschaltung, welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, derart anzusteuern, dass diese die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnet.
Vorzugsweise ist die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öff- nungssignals derart anzusteuern, dass diese die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung der Ladestation dazu eingerichtet, das Öffnungssignal, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug zu übertragen, mittels welchem dann eine im Elektrofahrzeug eingebaute Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein DC-Fahrzeug-Schütz, geöffnet werden kann.
Das heißt, wenn im Fehlerfall das Schaltelement und/oder das weitere Schaltelement durch das Öffnungssignal geöffnet wird, dann wird dieses Öffnungssignal zusätzlich über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug übertragen, welches dann den im Elektrofahrzeug eingebauten DC-Fahrzeug- Schütz öffnet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ladekabel sowohl von Seiten der Ladestation, insbesondere dem Netz, als auch von Seite des Elektrofahrzeu- ges, insbesondere der sich um Elektrofahrzeug befindlichen Batterie, potential- frei ist.
Die Ansteuerschaltung steuert demnach die Schaltvorrichtung dann zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale bereitgestellt ist bzw. gesetzt sind. Damit reicht ein bereitgestelltes Ansteuersignal aus, um die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation zu öffnen und einen sicheren Zustand herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung eine Wired-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal, das zweite Ansteuersignal und das dritte Ansteuersignal ODER- verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation: zumindest vier eingangsseitige Anschlussklemmen zum Koppeln der Phasen und des Neutralleiters des mehrphasigen Netzes, und ausgangsseitige Anschlussklemmen, an welche entweder ein Ladekabel für Elektrofahrzeuge direkt angeschlagen ist, oder eine Anschlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels des Elektrofahrzeuges.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Einheit dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom- Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
Unter Emulieren eines Fehlerstrom- Schutzschalters Typ A ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Fehlerstrom- Schutzschalters Typ A, beispielsweise ein Nachbilden der Fehleranalyse-Funktionalität des Fehlerstrom- Schutzschalters Typ A in Software, zu verstehen.
Insbesondere sind die erste Einheit und/oder die zweite Einheit als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Beispielsweise sind die erste Einheit und die zweite Einheit in Software implementiert. Alternativ können die erste und/oder die zweite Einheit als FPGA oder als ASIC ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Einheit dazu eingerichtet, ein Gleichstrom-Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Detection -Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual- Direct-Current-Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.
Unter Emulieren eines Gleichstrom-Detektionsgerätes ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Gleichstrom-Detektionsgerätes, beispielsweise des Residu- al-Direct-Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955 oder des Residu- al-Direct-Current-Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, in Software, zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Modul, welches die erste Einheit und die zweite Einheit integriert und dazu eingerichtet ist, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 61008'1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden. Das Modul der vorliegenden Ausführungsform bildet demnach den Fehlerschutz des Fehlerstrom-Schutzschalters Typ B, beispielsweise gemäß der Norm EN 61008-1 oder gemäß der Norm EN 62423, aus bzw. nach. Das Modul ist beispielsweise als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Das Modul kann in Software und/oder in Hardware ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Strommesseinrichtung zum Messen des auf den Phasen in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug fließenden Stroms. Die Strommesseinrichtung ist ein Nutzstromsensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein Schütz, als ein Vierphasen-Relais oder durch vier Relais für die drei Phasen und den Neutralleiter aus gebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Test- Einheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen, in den Neutralleiter und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors einzuprägen und auszuwerten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Test-Einheit dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Test- taste getriggert zu werden.
Der Testbefehl ist insbesondere ein Software-Befehl, mittels dem die Test- Einheit derart getriggert werden kann, dass sie das Testen und damit das Einprägen des Teststroms auslöst. Der Testbefehl bildet damit insbesondere die von herkömmlichen Fehlerstrom- Schutzschaltern Typ A bekannte Testtaste nach. Die herkömmliche mechanische Testtaste ist damit insbesondere bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise nicht nötig.
Beispielsweise kann der Testbefehl über jegliche Formen eines Backend generiert und an die Ladestation übertragen werden. Ein Beispiel hierfür ist, dass ein Benutzer über eine Smartphone-App den Testbefehl an die Ladestation überträgt. Gemäß einem weiteren Beispiel setzt der Betreiber der Ladestation den Testbefehl in regelmäßigen Abständen über seinen Server an die mit dem Server gekoppelte Ladestation ab. Gemäß einem weiteren Beispiel beendet die Ladestation einen Ladevorgang stets dadurch, dass die Sicherheitskette komplett getestet wird und dabei ein Strom über einen Software-Befehl der Steuervorrichtung an die Test-Einheit gesendet wird. Die Test-Einheit prägt dann den Teststrom ein, der Teststrom wird vom Sensor erkannt und der Schütz wird ausgelöst. Hierdurch erfolgt vorzugsweise stets am Ende des Ladevorgangs ein Test mit tatsächlicher Stromflussunterbrechung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Elektromechanik zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der Sch alt Vorrichtung. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmel- dungskontakte der Schaltvorrichtung gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der Schaltvorrichtung folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung.
Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs. Die nicht von der Blende überdeckte LED ist für den Benutzer sichtbar. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der Schaltvorrichtung folgt die Blende stets der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung und zeigt, insbesondere mittels der Farben rot und grün, die Schaltstellung der Schaltvorrichtung, beispielsweise des Schützes, an.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher gekoppelt, so dass die Elektromechanik dazu geeignet ist, auch im energielosen Zustand der Ladestation die Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung für eine vorbestimmte Zeit aufrecht zu erhalten. Der Energiespeicher ist beispielsweise als Batterie ausgeführt.
Beispielsweise sind eine elektrische Kopplung einer mechanischen Anzeige (z.B. ein bistabiler Hubmagnet mit einer F arbcodierung (Rot/Grün) am Anker) und eine Blende, die jeweils nur eine Farbe zeigt, an den Rückmeldekontakten der Schaltvorrichtung in Kombination mit einem Energiespeicher vorgesehen, der beim Ausfall der Versorgung dafür sorgt, dass die Schaltvorrichtung noch eine Zeit lang überwacht wird und die Anzeige erfolgt. Der Endzustand des Relais ist im stromlosen Zustand offen, es sei denn, es ist verschweißt, dann bleibt es stabil geschlossen - beides ist mit einem gegrenzten Energiespeicher realisierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Teststrom ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom, welcher eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist. Der Teststrom ist somit insbesondere derart ausgebildet, dass er nicht als Fehlerstrom interpretiert wird. Der Teststrom ist insbesondere ein Signal, welches in der Praxis nicht Vorkommen kann und damit nicht als Fehler interpretiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Fehlerstromsensor ausgebildet: durch einen Summenstrom- Wandler zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms, oder durch vier Stromwandler für die drei Phasen und den Neutralleiter zum Bereitstellen eines jeweiligen Ausgangssignals und eine den vier Stromwandlern nachgeschaltete Addiereinheit zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms durch Addition der von den vier Stromwandlern bereitgestellten Ausgangssignale.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommunikationsmodul, welches dazu eingerichtet ist, entweder mittels PWM-Signalen dem Elektrofahrzeug eine Energiebezugsmenge vorzugeben oder gemäß der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Elektrofahrzeuges auszuhandeln. Das Aushandeln erfolgt wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladestation, beispielsweise die 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 bereit- stellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" machen, 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 Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ladestation auf: eine Kommunikationsschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation verwaltet, auszutauschen, eine Benutzerschnittstelle für Eingaben eines Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer, und/oder ein Netzteil, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung und/oder die Komponenten der Ladestation bereitzustellen.
Die jeweilige Einheit, zum Beispiel die erste Einheit oder die zweite Einheit, kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardware-technischen Implementierung kann die Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen vorgeschlagen (mit N > 2), wobei die jeweilige Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung sind die N Ladestationen mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden, welcher mit dem Netzanschlusspunkt gekoppelt ist. Durch die Ausbildung der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ist es möglich, die N Ladestationen mittels der Sternschaltung zu koppeln und mit einem einzigen Leistungsschutzschalter gegenüber dem Netzanschlusspunkt zu sichern. Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Sicherstellung des Fehler- Schutzes in einer Ladestation ohne vorgelagerter Installation eines RCD Typ A oder B vorgeschlagen, bei welchem in der Ladestation in einer ersten Einheit in der Ladestation Wechselstromfehler und getaktete Gleichstromfehler in den Messsignalen des Strommesssensors erkannt werden, und im Fehlerfall das erste Abschaltsignal die Schaltvorrichtung öffnet, eine zweite Einheit in der Ladestation Gleichstromfehler in den Messignalen des Strommesssensors erkennt und im Fehlerfall die Schaltvorrichtung mittels des zweiten Abschaltsignals öffnet, eine Steuervorrichtung in der Ladestation, welche die Authentizität des Benutzers und/oder des Elektrofahrzeuges überwacht, und/oder die Verbindung der Ladestation mit dem Elektrofahrzeug, inklusive der Verriegelung zwischen Stecker und Buchse überwacht, und/oder bei PWM Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug die tatsächlich vom Elektrofahrzeug bezogene Energiemenge kontrolliert (und bei zu hoher Energiemenge abschaltet), oder bei ISO 15118 (oder high- level Kommunikation) die tatsächlich vom Elektrofahrzeug bezogene Energiemenge kontrolliert (und bei zu hoher Energiemenge abschaltet) und/oder die Ladung nicht startet, wenn keine Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Ladestation aufgebaut werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Test der Stromfehlereinrichtungen durch einen Softwarebefehl jederzeit durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Test der Stromfehlereinrichtungen durch die Steuervorrichtung am Ende des Ladevorganges durch einen Softwarebefehl ausgelöst. Hierdurch wird die gesamte Abschaltkette geprüft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung ein Testsignal an, so dass die Fehlerstromsensoren und die erste Einheit und die zweite Einheit während dem Betrieb getestet werden können, ohne dass ein Abschaltvorgang indiziert wird. Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladestation auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
"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 explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele 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 Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug!
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges! Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges! und
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem elektrischen Energiespeicher 2 eines Elektrofahrzeuges 3.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 6 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl 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 3 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Anschlussbuchse (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 2) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt.
Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 2) und ist zum Laden des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die zweite Ausführungsform der Ladestation 1 der Fig. 2 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 1.
Die Ladestation 1 der Fig. 2 hat vier eingangsseitige Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd zum Koppeln der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N des mehrphasigen Netzes 4. Insbesondere hat die Ladestation 1 auch eine weitere Anschlussklemme (nicht gezeigt) für den PE -Leiter.
Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 eine Anschlussbuchse 15 mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen des Ladekabels 5 des Elektrofahrzeuges 3.
Zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd und der Anschlussbuchse 15 sind eine Strommesseinrichtung 17, eine Schaltvorrichtung 8 sowie ein Fehlerstromsensor 9 gekoppelt.
Die Strommesseinrichtung 17 ist ein Nutzstromsensor und ist zum Messen des auf den Phasen LI, L2, L3 in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug 3 fließenden elektrischen Stroms eingerichtet.
Die Schaltvorrichtung 8 ist zum Öffnen und Schließen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N der Ladestation 1 geeignet. Insbesondere hat die Ladestation 1 nur eine einzige Schaltvorrichtung 8. Die Schaltvorrichtung 8 ist beispielsweise ein Schütz oder ein Vierphasen-Relais. Alternativ kann die Schaltvorrichtung 8 durch vier Relais für die drei Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N ausgebildet sein. Der Fehlerstromsensor 9 ist den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N zugeordnet und zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet. Der Fehlerstromsensor 9 ist beispielsweise ein Summenstromwandler.
Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine erste Einheit 11, eine zweite Einheit 12 und eine Steuervorrichtung 13. Die Steuervorrichtung 13 ist insbesondere die zentrale Steuervorrichtung der Ladestation 1 zum Steuern der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation 1. Die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 können - wie in Fig. 2 dar gestellt - extern der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein. Alternativ sind die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet.
Die erste Einheit 11 ist zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströ- men und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N eingerichtet. Dabei ist die erste Einheit 11 vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom- Schutzschalter Typ A, bevorzugt gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
Die zweite Einheit 12 ist zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N eingerichtet.
Vorzugsweise ist die zweite Einheit 12 dazu eingerichtet, ein Gleichstrom- Detektionsgerät, bevorzugt ein ResiduaLDirect-Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, ein drittes Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N bereitzustellen. Dabei generiert die Steuervorrichtung 13 das dritte Ansteuersignal A3 insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels 5 an dem Elektrofahrzeug 3 und/oder an der Ladestation 1.
Ferner umfasst die Ladestation 1 eine Ansteuerschaltung 14. Die Ansteuerschaltung 14 ist dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung 8, falls zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals O derart anzusteuern, dass diese die Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N der Ladestation 1 öffnet. Mit anderen Worten steuert die Ansteuerschaltung 14 die Schaltvorrichtung 8 dann zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist beziehungsweise gesetzt sind. Beispielsweise umfasst die Ansteuerschaltung 14 hierzu eine WIRED-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal Al, das zweite Ansteuersignal A2 und das dritte Ansteuersignal A3 ODER-verknüpft.
Des Weiteren weist die Ladestation 1 vorzugsweise eine Elektromechanik (nicht gezeigt) zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung 8 auf. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der Schaltvorrichtung 8 gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der Schaltvorrichtung 8 folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung 8. Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs, wohingegen die nicht von der Blende überdeckte LED für den Benutzer sichtbar ist. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der Schaltvorrichtung 8 folgt die Blende stets der Schaltstellung der Schaltvorrich- tung 8. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung derart, dass diese dem Benutzer die Schaltstellung der Schaltvorrichtung 8 mittels der Farben Rot und Grün anzeigt.
Vorzugsweise ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher derart gekoppelt, dass die Elektromechanik auch im energielosen Zustand der Ladestation 1 die Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung 8 für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten kann.
Ferner umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 ein Kommunikationsmodul 19. Das Kommunikationsmodul 19 ist dazu eingerichtet, entweder mittels PWM-Signalen dem Elektrofahrzeug 3 eine Energiebezugsmenge vorzugeben oder gemäß der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Elektrofahrzeuges 3 auszuhandeln.
Außerdem umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine Kommunikationsschnittstelle 20. Die Kommunikationsschnittstelle 20 ist dazu eingerichtet, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation 1 verwaltet, auszutauschen. Über das Endgerät kann sich der Benutzer insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren.
Ferner hat die Ladestation 1 der Fig. 2 eine Benutzerschnittstelle 21 für Eingaben des Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer. Beispielsweise umfasst die Benutzerschnittstelle 21 einen Touchscreen. Außerdem ist zumindest ein Netzteil 22 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung 13 und/oder die weiteren Komponenten der Ladestation 1 bereitzustellen.
In Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 dargestellt. Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3 basiert auf der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 2 und unterscheidet sich von dieser dadurch, dass die Ladestation 1 nach Fig. 3 ein Modul 18 umfasst. Das Modul 18 integriert die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 und ist dazu eingerichtet, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 610081-1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden oder nachzubilden. Das Modul 18 kann auch als Teil des Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die vierte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 4 umfasst alle Merkmale der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 2. Darüber hinaus umfasst die Ladestation 1 der Fig. 4 eine Test-Einheit 16. Die Test-Einheit 16 ist dazu eingerichtet, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen LI, L2, L3, in den Neutralleiter N und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors 9 einzuprägen und auszuwerten. Dabei ist die Test-Einheit 16 insbesondere dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Testtaste getriggert zu werden. Der Testbefehl ist beispielsweise ein Software-Befehl, mittels dem die Test-Einheit 16 derart getriggert wird, dass sie das Testen und damit das Einprägen des Teststroms auslöst. Der Testbefehl bildet damit insbesondere die vom herkömmlichen Fehlerstrom- Schutzschalter Typ A bekannte Test-Taste nach.
Der Teststrom ist vorzugsweise ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom, welcher beispielsweise eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die fünfte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 5 umfasst alle Merkmale der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 2. Darüber hinaus hat die Ladestation 1 der Fig. 5 eine besondere Ausbildung des Fehler- stromsensors 9. Gemäß der Fig. 5 umfasst der Fehlerstromsensor 9 vier Stromwandler 9a, 9b, 9c, 9d für die drei Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N. Der jeweilige Stromwandler 9a, 9b, 9c, 9d stellt ein Ausgangssignal S1-S4 bereit. Den vier Stromwandlern 9a, 9b, 9c, 9d nachgeschaltet ist eine Addiereinheit 9e, welche die von den vier Stromwandlern 9a, 9b, 9c, 9d bereitgestellten Ausgangssignale S1-S4 addiert und so den zeitlich veränderlichen Fehlerstrom F ausgangsseitig bereitstellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ladestation
2 Energiespeicher
3 Elektrofahrzeug
4 mehrphasiges Teilnehmernetz
5 Ladekabel
6 Netzanschlusspunkt
7 mehrphasiges Energieversorgungsnetz
8 Schaltvorrichtung
9 F ehlerstromsensor
9a Stromwandler
9b Stromwandler
9c Stromwandler
9d Stromwandler
9e Addiereinheit
10a Anschlussklemme
10b Anschlussklemme
10c Anschlussklemme lOd Anschlussklemme
11 erste Einheit
12 zweite Einheit
13 Steuervorrichtung
14 Ansteuerschaltung
15 Anschlussbuchse
16 Test-Einheit
17 Strommesseinrichtung
18 Modul
19 Kommunikationsmodul
20 Kommunikationsschnittstelle
21 Benutzerschnittstelle
22 Netzteil Al erstes Ansteuersignal
A2 zweites Ansteuersignal
A3 drittes Ansteuersignal F Fehlerstrom
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
N Neutralleiter O Öffnungssignal
S1 Ausgangssignal
S2 Ausgangssignal
S3 Ausgangssignal
S4 Ausgangssignal

Claims

24 PATENTANSPRÜCHE
1. Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), mit: einem Kommunikationsmodul (19), welches dazu eingerichtet ist, entweder mittels PWM-Signalen dem Elektrofahrzeug (3) eine Energiebezugsmenge vorzugeben oder gemäß der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation (1) gekoppelten Elektrofahrzeuges (3) auszuhandeln, einer Sch alt Vorrichtung (8), welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) der Ladestation (1) eingerichtet ist, einem den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, einer ersten Einheit (11), welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, einer zweiten Einheit (12), welche zum Detektieren von Gleichfehler strömen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, und einer Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1), welche zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist.
2. Ladestation nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ansteuerschaltung (14), welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung (8), falls zumindest eines der Ansteuersignale (Al, A2, A3) bereitgestellt ist, derart anzusteuern, dass diese die Phasen (LI, L2, L3) und den Neutralleiter (N) der Ladestation (1) öffnet.
3. Ladestation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (14) eine Wired-OR-Verknüpfung umfasst, welche das erste Ansteuersignal (Al), das zweite Ansteuersignal (A2) und das dritte Ansteuersignal (A3) ODER-verknüpft.
4. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einheit (11) dazu eingerichtet ist, einen Fehlerstrom- Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
5. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (12) dazu eingerichtet ist, ein Gleichstrom- Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct-Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.
6. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Modul (18), welches die erste Einheit (11) und die zweite Einheit (12) integriert und dazu eingerichtet ist, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 61008-1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden.
7. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Strommesseinrichtung (17) zum Messen des auf den Phasen (LI, L2, L3) in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug (3) fließenden Stroms.
8. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Test-Einheit (16), welche dazu eingerichtet ist, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen (LI, L2, L3), in den Neutralleiter (N) und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors (9) einzuprägen und auszuwer- ten.
9. Ladestation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Test-Einheit (16) dazu eingerichtet ist, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Testtaste getriggert zu werden.
10. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektromechanik zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung (8) vorgesehen ist, welche eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der Schaltvorrichtung (8) gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der Schaltvorrichtung (8) folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung aufweist.
11. Ladestation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromechanik mit einem Energiespeicher gekoppelt ist, so dass die Elektromechanik dazu geeignet ist, auch im energielosen Zustand der Ladestation (1) die Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung (8) für eine vorbestimmte Zeit aufrechtzuerhalten.
12. Ladestation nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, 27 dass der Teststrom ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom ist, welcher eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist.
13. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) aufweist: eine Kommunikationsschnittstelle (20), welche dazu eingerichtet ist, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation (1) verwaltet, auszutauschen, eine Benutzerschnittstelle (21) für Eingaben eines Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer, und/oder ein Netzteil (22), welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen (LI, L2, L3) bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung (13) und/oder die Komponenten der Ladestation (1) bereitzustellen.
14. System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen (1), wobei die jeweilige Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die N Ladestationen (1) mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden sind, welcher mit dem Netzanschlusspunkt (6) gekoppelt ist.
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