WO2014106549A2 - Ladestation mit notbetriebsart, verfahren zum betreiben einer ladestation und elektro-transportmittel - Google Patents

Ladestation mit notbetriebsart, verfahren zum betreiben einer ladestation und elektro-transportmittel Download PDF

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Bernhard Schmid
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    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/12—Remote or cooperative charging

Definitions

  • Charging station with emergency mode method for operating a charging station and electric transport
  • the invention relates to a charging station with emergency mode, a method for operating a charging station and an electric transport.
  • the electric transport is, for example, ei ⁇ ne electrically powered land vehicle, aircraft or watercraft, which is connected to the charging station via a charging cable, inductively or otherwise.
  • the invention relates to a charging station:
  • a detection unit for detecting the failure of a supply voltage of a power supply network, wherein the detection unit is coupled to the control unit,
  • the transmission unit is coupled to the control unit, and wherein the message or signal relates to a supplying electrical energy from a battery ⁇ shear of the transport means to the La ⁇ destation.
  • the invention further relates to a method for operating a charging station at which it is in an emergency operating mode a base station, or both a charging station and a building of an electric transport means with electrical energy provides ver ⁇ or.
  • the invention relates to an electric transport:
  • a receiving unit that can receive messages or signals from a charging station
  • a switching unit which allows a mode in which is supplied by an accumulator of the transport electrical energy to an external unit, in particular to a charging station, - And with a control unit, the input side is connected to the receiving unit and the output side with the switching unit.
  • a simply constructed charging station which in particular allows an emergency ⁇ plants.
  • an associated method and an associated electric transport are to be specified.
  • the object relating to the charging station object is achieved by a La ⁇ destation according to Claim. 1
  • the object related to a method is solved by a method according to the independent method claim.
  • the transport-related object is achieved by a means of transport according to the independent claim. Further developments are specified for the charging station, the method and the means of transport in the subclaims.
  • the charging station can contain:
  • a detection unit for detecting the failure of a supply voltage Ver ⁇ a power supply system, wherein the detection unit is coupled to the control unit,
  • the transmitting unit is coupled to the control unit and wherein preferably the message or the signal relates to a supply of electrical energy from a battery, in particular a traction battery, of the means of transport to the charging station.
  • the charging station can be a charging station, a wall box or a similar charging device, for example, supplemented by a billing and / or payment system or an access control.
  • the charging station can be a DC charging, for example.
  • a fast charging in times that are shorter than 30 minutes, and / or allow an AC charging, which may take several hours, for example.
  • the charging can be done with a cable, i. conductive, with coils, i. inductively or otherwise.
  • the control unit is, for example, a microprocessor or a microcontroller, which contains a processor and peripheral units.
  • the processor operates in an electronic memory rather stored program commands.
  • a microprocessor or a microcontroller, which contains a processor and peripheral units.
  • the processor operates in an electronic memory rather stored program commands.
  • a microcontroller which contains a processor and peripheral units.
  • the processor operates in an electronic memory rather stored program commands.
  • Control unit may be used, which does not contain a processor, e.g. a state machine, e.g. in a FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the detection unit may be a voltage sensor, a current sensor or another sensor.
  • the term "coupled” refers in particular to an electrically conductive connection or a data transmission connection. The data transmission can be wired, fiber-bound or via radio.
  • the transmitter unit can hold a Pulweitenmodulationsech ent ⁇ . It can also be used a power line communication, ie a transmission via a power supply. Alternatively, the transmitting unit can also transmit via radio.
  • the message or signal can prepare the power transfer for emergency purposes, such as signaling the Ladestati ⁇ on, that it is suitable for emergency operation, which can be noted in the trans ⁇ port medium.
  • the detection or the signal can also initiate or effect the energy transmission for emergency operation, for example when the energy supply has just failed, and the charging station, for example, for a short time, eg for less than 10 minutes or for less than one minute, from a buffer unit is supplied, for example, from an internal battery of the charging station or a capacitor (SuperCap, GoldCap).
  • the signal or message indicating that the charging station is suitable for emergency operation may be specified, for example, in an international standard. Alternatively, a company-specific or proprietary signaling or message is used.
  • the electric transport may be an electric car, an electric truck, an electric plane, an electric boat or an electric ship.
  • the electric transport may also contain a combustion drive or another drive, so that it is a hybrid transport.
  • smaller Transportmit ⁇ tel can allow emergency operation, such as electric scooter, electric motorcycle, or electric bicycle.
  • the battery is more accurately referred to as an accumulator. In colloquial terms, it is also referred to as a battery or a rechargeable battery.
  • the battery can contain a large number of cells, each of which, in the fully charged state, generates a galvanic voltage which can be derived from the voltage series and which, for example, is less than 5 volts.
  • Many cells can be connected in series, so that from ⁇ output voltages of several 100 volts produced which are suitable for driving an electric motor of suitable power and thus for driving the transport means.
  • Typical voltages are in the range of 400 volts to 800 volts.
  • the charging station can also without large own
  • the emergency energy supply system can be based on the use of the battery of a means of transport or even on the Nut ⁇ tion of the batteries of several transport means for the emergency energy supply of the building. At least this use can be an essential part of the emergency energy supply system, for example at least 20 percent of the maximum energy required.
  • the charging station may include an AC DC converter that can charge a rechargeable battery of the means of transport.
  • the AC DC converter can be a bidirectional converter.
  • the charging station may include a DC AC converter with a power greater than 1 kilowatt, greater than 5 kilowatts, or greater than 10 kilowatts. So that it can be a Gleichwoodsladesta ⁇ tion in which an AC system voltage is converted into a charging DC voltage charging mode which can be applied directly to the traction battery means of transport.
  • the battery voltage is applied to a DC AC converter in the charging station.
  • An AC DC converter is an alternating current to direct current converter, which also applies to the voltages, i. AC voltage to DC voltage.
  • a DC AC converter converts DC voltage into alternating voltage.
  • the transducers may hold electronic power switching elements ⁇ ent, in particular based on semiconductors such as Heidelbergtransis ⁇ factors (FET, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like).
  • Bidirectional means that the converter, depending on the control of the switching element generates either a DC voltage from a DC voltage or a DC voltage from an AC voltage.
  • the charging station can also contain two power converters instead of a bidirectional converter, ie an AC DC converter and a DC AC converter.
  • the converter is thus located at a DC voltage ⁇ station in the charging station itself and can thus be controlled by the control unit in a simple manner.
  • In the means of transport is for DC charging or for the supply of electrical energy on the basis of
  • the DC AC power converter can be used for emergency power supply of the charging station and / or consumers not housed in the charging station housing, e.g. for the emergency power supply of a building.
  • the charging station can be a DC AC converter or a DC DC
  • the DC AC converter can be used for the emergency power supply of the charging station itself, e.g. the control unit and the transmission unit.
  • two DC AC converters may be present in the charging station, i. a high power DC AC converter and a low power DC AC converter.
  • AC DC AC converter with de ⁇ nen an intermediate circuit voltage is generated are used.
  • the intermediate circuit is also suitable for direct application of a DC voltage.
  • the AC DC AC converter can then be used both in normal operation and in emergency operation for the supply of the control unit of the charging station and possibly other units.
  • the bidirectionally operating AC DC converter can mode in the DC AC did not work out network, that allow a sogenann ⁇ th isolated operation.
  • the DC AC wall- ler with a power exceeding 1 kW, greater than 5 kW or greater than 10 kilowatts of non-network processing performed ⁇ th.
  • the isolated operation may be necessary if the emergency operation is not a pilot signal for a line-commutated feed forward hands.
  • inverters with an internal frequency generator, which can operate both mains-powered and non-mains-powered, see, for example, inverters from Studer.
  • the charging station can pass an incoming alternating current to the means of transport and thus can not contain a power converter.
  • an AC voltage from the charging station In order to be unchanged übertra ⁇ gen an AC voltage from the charging station to transport loading.
  • an AC voltage from the transport to the Ladesta ⁇ tion and possibly further transmitted to a building can be in the emergency operating mode.
  • the means of transport may include an AC-DC converter, for example a bidirectionally operating AC-DC converter, which in the DC-AC operating mode can preferably again not be network-operated.
  • a separate DC AC converter can be present in the means of transport, which works only unidirectionally and is used for an infeed or for an emergency operation.
  • this unidirectional DC AC converter can, for example, not network-guided or network-controlled work, in particular either.
  • the non-line-commutated DC AC converter can be used, at least as long as ge still provides electrical power no other vehicle on the La ⁇ destation.
  • inverter or converter with internal Frequenzgenera- tor can be used in the vehicle which netzge ⁇ leads both work and non-network out, that can feed in Inetz ⁇ operating, see, eg. Inverters of Studer or from other suppliers.
  • the vehicle can also supply a small AC voltage. As a result, damage to the charging stations can be reduced or eliminated.
  • the small AC voltage may be sufficient for an emergency operation of the charging station.
  • the control unit may be connected to a separation unit with which the charging station can be disconnected from the power supply network.
  • the separation unit differs in particular from a voltage converter.
  • the disconnect unit also allows defined operation on power recovery after a power failure.
  • the separation unit can be turned on by service employees or automatically, if, for example, it is ensured that no more energy is transmitted from the transport for supplying the Ladesta ⁇ tion.
  • the detection unit can be arranged behind the separation unit when viewed from the charging station. In this way, the voltage return can be detected in a simple way.
  • the charging station may contain a separate voltage network, eg a low voltage network supplying at least one, at least two, at least three or all of the following units:
  • a lighting unit for illuminating the surroundings of the charging station
  • a lighting unit for illuminating a display unit of the charging station, in particular a backlight
  • a cooling unit of the charging station electronics in particular a fan
  • the low voltage can in particular be less than 50 volts.
  • the low voltage may be a DC voltage or an AC voltage.
  • Many components of automation technology or building services work, for example, with 24 volts AC, see, for example, Siemens SIEMATIC.
  • the illumination unit for illuminating the vicinity of the charging station may for example be a lamp, an LED, in particular egg ⁇ ne high-power LED (Light Emitting Device), or a plurality of LEDs, that is, this illumination may be different from a display element of the charging station, such as a display with which operating states of the charging station can be displayed.
  • a display element of the charging station such as a display with which operating states of the charging station can be displayed.
  • Cooling units such as fans, are used especially in Schnellla ⁇ destationen, ie when DC voltage charging. Cooling is also important in an emergency operation to avoid damage. tion of the electronic components to avoid by heat accumulating, in particular the power components. In particular ⁇ sondere can no longer used after-cooled components are in emergency mode, which for example have previously been used. Briefly during normal operation for loading.
  • the emergency call unit can be used, for example, in multi-storey car parks. It may in particular be an in-house emergency call, which takes place, for example, via lines.
  • the charging station can be interconnected with at least one additional charging station in emergency mode in the energy network.
  • Solan ⁇ ge a means of transport is still being Schlos ⁇ sen at a charging station, all charging stations and the CONNECTED it Senen devices can operate in emergency mode.
  • Charging station users could also connect their vehicle in emergency mode, whereby charging takes place automatically when the voltage returns. Also, the vehicle can be removed from the charging station, which continue, for example, can be paid properly or a proper logout can be done.
  • the set ⁇ which provides in emergency non-wetting out electric power at least one charging station.
  • a method can also be defined in order to determine such a charging station.
  • the run-up of the network in emergency mode can also function without prior collusion, for example if the first inverter is not network-controlled and the other inverters of charging stations or means of transport are then networked switch.
  • an entire building can, for example, be supplied with emergency power, eg. A building with more than five floors or a detached house, a row house or a Dop ⁇ pelhaus.
  • the composite may include at least one DC charging station and at least one AC charging station.
  • the charging station may be connected bäudemanagementsystems on a data transmission network of a Ge, wherein in notbe ⁇ the building management system drove the charging stations in the energy supply of the building includes, in particular in an emergency lighting and / or an emergency call system and / or an emergency ventilation.
  • a building management system is, for example, the building management system Desigo of Siemens.
  • the building management system can detect all electrical energy sources present in emergency mode, i. e.g. Emergency power batteries, emergency diesel generators, rechargeable batteries in vehicles, etc. According thereto, the building management system can, for example, selectively access these energy sources, for example taking into account temporal priorities and / or consumer priorities. Possibly. The building management system can also initiate a suitable segmentation of the energy supply network of the building.
  • emergency mode i. e.g. Emergency power batteries, emergency diesel generators, rechargeable batteries in vehicles, etc.
  • the building management system can, for example, selectively access these energy sources, for example taking into account temporal priorities and / or consumer priorities. Possibly.
  • the building management system can also initiate a suitable segmentation of the energy supply network of the building.
  • Building management systems can use standardized bus systems such as KNX (Konnex), BacNet (Building Automation and Control Network), LonTalk (Local Operating Network), Ethernet or Radio etc.
  • Building management system serve to control the systems of a building, in particular at least one, at least two ⁇ he or all of the following plants,
  • the building is an event ⁇ site for more than 100 people for more than 500 people, or more than 1000 people.
  • the building can be, for example, a theater, a cinema, a nightclub or similar.
  • other buildings where many people can stay using the Not sunnyssystem such rations prison a hospital, especially Notstromersorgung of Ope ⁇ , a multi-storey office building or a skyscraper, for example, with more than 10 floors.
  • emergency care can be used, e.g. for the operation of the refrigerator and / or a freezer and / or emergency lighting.
  • a house building management system can be involved.
  • a charging station or both a charging station and a building can be supplied with electrical energy by an electric transport means.
  • the charging station can be supplied in case of failure a voltage of a power supply system of the transport means with electrical ⁇ of shear energy.
  • the charging station is a DC charging column. In another embodiment, the charging ⁇ column is an AC charging station.
  • the charging stations can, as already mentioned above, also be operated in the network in emergency mode, for example at least one DC charging station in combination with at least one
  • the network of charging stations can also be disconnected from the power supply network during emergency operation in order to avoid repercussions or the power supply to allow from the means of transport.
  • Large power grids provide a small resistance, eg less than 100 micro ohms, and could otherwise prevent the starting of an inverter, which, for example, assumes a short circuit at such a small resistance.
  • the composite can be also connected to the power supply ⁇ network of a building, in particular under the control of a building management system, as above performs excluded.
  • An electric transport may include:
  • a switching unit that allows a mode of operation is supplied in the electric accumulator by a means of transport energy to an external unit, particularly to a charging station ⁇ ,
  • the control unit may control a function of a signal received with the receiving unit ⁇ signal or dependent on a received message to the receiving unit, the switching unit to ⁇ , particularly in an emergency operating mode of the loading column.
  • the means of transport can be used with a charging station mentioned above or with the above-mentioned methods for operating such charging stations, so that the above-mentioned technical effects also apply to the means of transport.
  • the switching unit may have at least two terminals which are interconnected by the switching unit for a period of more than one second or more than 10 seconds.
  • the switching unit is not a converter but a switch.
  • This switching unit can be used in particular in a means of transport or part of a means of transport which is used for rapid charging or DC charging.
  • the electrical energy can be a DC voltage less than 50 volts, which takes place, for example, by switching to a vehicle electrical system voltage.
  • the switching unit may be a DC AC converter, with which electrical energy is supplied to an external unit, in particular a bidirectionally operating converter.
  • This switching unit can be used in particular in a Transportmit ⁇ tel or part of a means of transport that is or is used for AC charging.
  • the external unit is, for example, a charging station, or both a charging station and a building, wherein the building is preferably supplied before ⁇ via the charging station.
  • the converter can not operate mains-controlled in the DC AC operating mode, so that isolated operation is possible.
  • the converter can supply a voltage less than 50 volts, which may be sufficient for the supply of a charging station and significantly reduces potential damage to persons or at the charging station.
  • the small AC voltage can also be made available without a request by a charging station, in particular if the charging process is interrupted abruptly. When voltage returns then the small AC voltage can be switched off automatically It can also be a DC charging station with a
  • Small AC signal voltage or AC charging station are supplied with a small signal DC voltage in emergency operation. It is also claimed a means of transport alone, the ei ⁇ NEN converter contains, which operates in a DC AC mode is not network-guided and which is used for emergency operation of a charging ⁇ station and / or a building.
  • the charging station or the network of charging stations is located on a company premises.
  • the means of transport can also belong to a company fleet. This allows the company to decide if the emergency mode vehicles can be unloaded. Costs for emergency power systems can be significantly reduced.
  • the driver gives his explicit by mutual understanding to the fact that the battery of his vehicle for the notbe ⁇ drive can be used and / or to what extent.
  • the batteries are accessed in an emergency.
  • a CPU Central Pro ⁇ cessing unit
  • loading units / charging stations eg wall box, charging station
  • the functionality of the charging unit received the ⁇ .
  • the integrity of the charging unit further functionalities can be maintained which are necessary from öf ⁇ fentlichem interest, eg, emergency, emergency, notbe ⁇ lighting, and other functions if necessary.
  • the control unit can detect the failure of the public energy ⁇ supply, for example by detecting a voltage drop, o. ⁇ .
  • the control unit may have functionalities to ensure emergency operation by powering the vehicle battery.
  • FIG. 1 shows a functional diagram, wherein at a Stö ⁇ tion in the public network, the CPU of the loading unit ensures an emergency operation and initiates appropriate action, including: - emergency call,
  • FIG. 1 shows a charging infrastructure which is suitable for emergency operation
  • FIG. 2 units of an AC charging station
  • FIG. 3 units of an electric car with AC DC charging converter
  • FIG. 4 units of a DC charging station
  • FIG. 6 shows method steps for connecting an electric car to a charging station
  • FIG. 7 Method steps in the event of a power failure.
  • FIG. 1 shows a charging infrastructure 10, which is suitable for an emergency operation of a charging station 12 or several charging stations operated in combination.
  • the charging infrastructure 10 allows loading the
  • the charging station 12 is, for example, a charging station, a wallbox or wall box, o. ⁇ . Examples of the structure of the charging station 12 are below with reference to FIG 2 for an AC charging station
  • FIG. 4 for a DC charging station 12b.
  • the structure of an electric car 14 is explained below, for example, with reference to FIG. 3 for an electric car 14a or with reference to FIG. 5 for an electric car 14b.
  • an energy transmission path 16 for example a charging cable or two coils, between which energy can be transmitted via induction.
  • an energy flow 18 from the electric car 14 to the charging station 18 applies to an emergency mode of operation of the charging station 12.
  • the charging station 12 contains a control circuit 20, for example a CPU (Central Processing Unit), which controls the charging and also the emergency operation of the charging station 12.
  • a control circuit 20 for example a CPU (Central Processing Unit)
  • CPU Central Processing Unit
  • the coming of the electric car 14 energy flow is completely or partially ⁇ as energy flow 22 in emergency operation of the charging station 12th used, eg for an emergency call system, an emergency operation, to send information to the driver of the electric car 14, eg that no loading is possible, for obtaining the locking of the charging cable 16, etc.
  • the charging station 12 is connected to a power supply network 24. It is assumed that a fault 30 occurs between a line section 26 and a line section 28, which leads to a failure of the mains voltage at the charging station 12.
  • the fault is, for example, a cable break or the failure of a switching device.
  • the charging station 12 remains functional because it supplies the electrical energy for emergency operation from the battery of the
  • Electric cars 14 can see what will be explained in more detail below with reference to Figures 2 to 7.
  • the fault 30 can also occur at another location in the power supply network 24.
  • the emergency operation of the charging station 12 allows, for example., That a building management DVA 32 (data processing system) may use the battery of the electric car 14 for an emergency supply of a Ge ⁇ bäudes.
  • a building management program is, for example, the program Desigo of Siemens.
  • the DVA 32 and the charging station 12 are, for example, coupled via a data transmission connection 34.
  • the connection of the Ladestati ⁇ on 12 is optional to a building management system.
  • FIG. 2 shows units of an AC (alternated current) La ⁇ destation 12a for example. Charges or 230 volt AC voltage at a different voltage value that is used in a power supply network ⁇ a country. From the charging station 12a, a charging cable 16a leads to a connecting device 94a, for example to a plug. Alternatively, inductive charging can also be used. The plug 94a is plugged into a receiving device on an electric car 14a, which will be explained below, for example, with reference to FIG.
  • the charging station 12a can again as a charging station or as
  • the charging station 12a is connected via the line 28a to a power supply network, which allows the charging of the batteries of an electric car at the charging station 12a in normal operation.
  • a power supply network which allows the charging of the batteries of an electric car at the charging station 12a in normal operation.
  • an optional switch Sla between the conduit 28a and the loading station 12a is closed.
  • the charging station 12a includes:
  • an optional measuring device 50a for example for detecting the electrical energy removed during charging (active power and / or reactive power),
  • FI F-fault, I-current
  • An optional circuit breaker 54a the automatically activated when overvoltage or overcurrent, for example when the zuläs ⁇ SiGe maximum charging current is exceeded,
  • an AC-AC converter 62a which supplies the control module 58a and further units of the charging station, for example, with a small AC voltage, e.g. with an effective value less than 50 volts and greater than 5 volts,
  • an optional buffer unit 64a which, for example for some Se ⁇ customer, for example, less than 60 seconds or less than 10 seconds, the control module 58a and any further units 96a to 100a supplied to the switching between normal operation and emergency operation or in reverse.
  • the buffer unit 64a may, for example, also be part of the wall ⁇ coupler 62a and the control module 58a.
  • the buffer unit contains, for example, a capacitor and / or a rechargeable battery, eg with a charging capacity of less than 1 kWh (kilowatt hour) or less than 100 Ws (watt second).
  • the control module 58a includes:
  • control unit 66a e.g. a CPU corresponding to the control unit 20 shown in FIG. 1, and
  • a communication unit 68a for example a
  • Pulse width modulation unit with the control information via the charging cable 16a to the connected to the charging station 12a electric car 14b, see Figure 3, can be sent.
  • control unit 66a and the communication unit 68a are coupled in the control module 58a, in particular for data exchange.
  • a powerline communication or a transmission via radio can be used.
  • Control module 58a
  • FI switch 52a and the circuit breaker 54a allow, for example, a standard-compliant or standard-compliant operation of the charging station 12a in the charging mode 3 according to IEC 61851, possibly also with an additional surge arrester.
  • switches may be reversed.
  • additional switches may be provided, e.g. at least one surge arrester.
  • the input of AC AC converter 62a may be connected to another location.
  • a communication link 90a is located between the communication unit 68a and the charging cable 16a.
  • the connection 90a is connected to the contactor 56a.
  • other connection points may be used, for example directly at one end of the charging cable 16a.
  • Consumers 96a to 100a of the charging station 12a are also connected to the output of the AC to AC converter 62a, e.g.
  • an environment lighting unit 96a e.g. an incandescent lamp, an energy-saving lamp or a fluorescent tube,
  • Additional units 100a such as locking unit for a connecting device of the charging cable 16a directly to the La ⁇ destation 12a, a corresponding unlocking unit ei ⁇ ne cooling unit for the electronics of the charging station 12a, an emergency call unit, etc.
  • An optional detection line 110a is located between the Lei ⁇ tion 28a and the control unit 66a.
  • the sense line 110a allows 66a to detect the power failure and possibly also the voltage recovery and, for example, the Sla switch the control unit.
  • the power failure can also be detected in the charging station 12a, for example on the line 82a.
  • the charger 12a as a charging station known works, if necessary, however, the electric car can even be signaled in normal operation that the charging station 12 is geeig ⁇ net for emergency operation.
  • the cradle 12a in the normal mode, it can transmit ⁇ whether the currently connected electric car 14, 14a ei ⁇ NEN emergency supported.
  • the charging station 12a may then request electric Ener ⁇ energy from the electric car 14a and use for their own energy supply ⁇ . If necessary, energy can also be supplied to the line 28a in cooperation with a building management system.
  • the loading station 12a also be connected to a building management ⁇ management system to, for example, in emergency operation.
  • the traction battery of the electric car 14, 14a is connected not only to the emergency power supply to the loading station 12a but also for other to the line 28a consumer ⁇ the building, which is preferably done under the control of the building management system.
  • the AC-AC converter 62a it is also possible to use an AC-DC converter which generates a DC voltage, for example less than 50 volts and greater than 5 volts.
  • the converter 62a When a small AC voltage comes in emergency operation from the electric car, the converter 62a should be a wide-range converter, which allows a large input voltage range, in particular the mains voltage and the AC voltage are. Thus, the converter 62a is supplied in the emergency mode via the line 70a and the line 80a.
  • a DC voltage can be fed in an AC charging for emergency operation from the vehicle ⁇ the. 3 shows units of an electric car 14a with AC DC charging converter 124.
  • the electric car 14a can be operated, for example, at the charging station 12a.
  • the electric car 14 includes the following for the charging of the batteries of the electric vehicles 14a and for emergency operation of the loading station 12a ⁇ relevant units:
  • connection unit 120a e.g. a socket for the plug of the charging cable
  • a communication unit 122a which, for example, PWM signals
  • Pulse Width Modulation transmits and / or receives, in particular information, i. a message or a signal, for example. That the charging station 12a is emergency operable
  • an AC DC converter 124a which is bidirectional, for example,
  • BMS battery management system 126a
  • an optional on-board battery 128a which, for example, supplies a DC extra-low voltage of, for example, less than 50 volts and greater than 5 volts,
  • a traction battery 130a which, for example, supplies a DC voltage in the range of 400 to 800 volts when fully charged.
  • a powerline communication or a transmission via radio can also be used in the communication unit 122a.
  • an AC-DC converter and a DC-AC converter may also be used.
  • the battery management system 126a may also be part of the traction battery 130a, for example.
  • the electric car 14a may also include a DC charging member as explained below with reference to FIG.
  • a DC charging member as explained below with reference to FIG.
  • it may then be determined or determined which emergency operation is to be possible, ie alternating voltage (AC) or direct current (DC). If the charging station is capable of both types of charging, it can, for example, explicitly specify which emergency operation should take place.
  • AC alternating voltage
  • DC direct current
  • connection unit 120a a line 134a between the connection unit 120a and a first terminal of the AC-DC converter 124a
  • connection unit 120a a line 136a between the connection unit 120a and a second connection of the AC-DC converter 124a
  • conduit 140a between the traction battery 130a, for example, egg ⁇ nem ground pole or negative pole, and a fourth port of the AC to DC converter 124a,
  • line 142a is, for example, a control line
  • a line 144a or a plurality of lines 144a between the battery management system 126a and the traction battery 130a for example control lines and / or detection lines,
  • a line 146a or a plurality of lines 146a between the battery management system 126a and the communication unit 122a, in particular for forwarding the signals or messages received in connection with the emergency operation of the charging station 14a from the communication unit 122a to the battery management system 126a, and
  • connection unit 120a - a data transmission connection 148a between the connection unit 120a and the communication unit 122a, into ⁇ particular for transmitting in connection with the emergency operation of the charging station 14 transmitted signals.
  • the electric car 14 also includes a traction motor 132a, the wheels for example. Two or four, not shown in ⁇ drives. In place of a traction motor 132a, two or four wheel hub motors.
  • the drive motors (n) may also be controlled by inverters or converters, eg via AC DC converters.
  • the electric car 14a is, for example, a conventional electric car, the ⁇ sen communication unit 122a and battery management system 126a have been modified so that an emergency operation of a charging station is possible. In particular, associated requirements of the charging station can be met.
  • the request is transmitted as a corresponding message or as a signal via the La ⁇ cable 16a or otherwise.
  • the electric car 14a supplies an alternating voltage in emergency operation which has a considerably smaller maximum voltage amount or effective voltage amount than the charging AC voltage received in the charging mode, which can be achieved by appropriate control of the relevant converter, e.g. of the bidirectional transducer 124a.
  • the emergency operation AC voltage is, for example, less than 50 percent or less than 20 percent of the AC voltage.
  • the alternating voltage to be supplied in emergency operation can also be specified by the charging station in a next variant, wherein the electric car 14a can generate at least two mutually different alternating voltages for emergency operation.
  • the AC voltage generated by the converter 124a or an additional converter in emergency mode is in particular not network ⁇ out, so that island operation is possible.
  • FIG. 4 shows units of a DC (directed current) charging ⁇ station 12b, for example. Invites to a DC voltage in the range of 400 to 800 volts. From the charging station 12b introduces Charging cable 16b to a connection device 94b, for example to a plug. The plug 94b is plugged into a receiving device on an electric car 14b, which will be explained below with reference to FIG. 5, for example.
  • the charging station 12b can be designed as a charging station or as a wallbox or in another way.
  • the charging station 12b is connected via the line 28b to a power supply network which allows the charging of the batteries of an electric car at the charging station 12b during normal operation.
  • an optional switch Slb between the line 28b and the charging station 12b is closed.
  • the charging station 12b contains:
  • an optional measuring device 50b for example for detecting the electrical energy removed during charging (active power and / or reactive power),
  • FI F-fault, I-current
  • an optional protection switch which automatically switches over voltage or over-current, for example when the zuläs ⁇ SiGe maximum charging current is exceeded.
  • an AC-DC converter 150 which converts a mains AC voltage into a DC voltage and which, for example, can operate bidirectionally,
  • control module 58b the structure of which is explained in more detail below,
  • an AC-DC-AC converter 62b which, for example, controls the control module 58b and further units of the charging station 12b
  • AC power supplied e.g. with an effective value less than 50 volts and greater than 5 volts
  • control module 58b and possibly other units 96b can supply up 100b to the switching between normal. to allow operation and emergency operation or in the opposite direction.
  • the bidirectional converter 150 operates in the DC AC mode before ⁇ preferably not network-guided, so that island operation is possible. The same applies to a separate DC AC converter.
  • the buffer unit 64b may, for example, also be part of the wall ⁇ lers 62b and the control module 58b.
  • the buffer unit contains, for example, a capacitor and / or a rechargeable battery, eg with a charging capacity of less than 1 kWh (kilowatt-hour) or less than 100 Ws (watt-seconds).
  • the control module 58b includes:
  • control unit 66b e.g. a CPU corresponding to the control unit 20 shown in FIG. 1, and
  • a communication unit 68b for example a
  • Pulse width modulation unit with the control information on the charging cable 16b can be sent to the objective ⁇ closed to the loading station 12b electric car 14b, see Figure 5.
  • the control unit 66b and the communication unit 68b are coupled in the control module 58b, in particular for DATAOUT ⁇ exchange.
  • pulse width modulation it is also possible to use a power line communication or a transmission via radio.
  • the FI switch 52b and the circuit breaker 54b allow, for example, a standard-compliant or standard-compliant operation of the charging station 12b in the charging mode 4 according to IEC 61851, possibly also with an additional surge arrester or several additional surge arresters and / or an insulation monitor.
  • switches may be reversed.
  • additional switches may be provided, e.g. at least one
  • the input of the AC to AC converter 62b may be connected to another location.
  • a communication link 90b is located between the communication unit 68b and the charging cable 16b.
  • execution ⁇ for the connection 90b to the contactor 56b connected.
  • other connection points may be used, for example directly at one end of the charging cable 16b.
  • Consumers 96b to 100b of the charging station 12b are also connected to the output of the AC to AC converter 62b, eg
  • an environment lighting unit 96b e.g. an incandescent lamp, an energy-saving lamp or a fluorescent tube,
  • Further units 100b such as locking unit for a connection device of the charging cable 16b directly to the charging station 12b, a corresponding unlocking unit, a cooling unit for the electronics of the charging station 12b, a
  • An optional detection line 110b is located between the line 28b and the control unit 66b.
  • the sense line 110b enables the control unit 66b of the power failure, and if necessary to detect the voltage recovery and to actuate 112b, that is initially opened during a power failure and clamping ⁇ voltage recovery closing.
  • the switch Slb eg. Via an optional remote control line
  • the power failure can also be detected in the charging station 12b, for example on the line 80b.
  • the charging station 12b operates as a known charging station, if necessary, however, the electric car can already be signaled in normal operation that the charging station 12b is appro priate ⁇ for emergency operation. Also, the charging station 12b may he ⁇ forward in normal operation whether the currently connected electric car 14, 14b egg NEN emergency supported.
  • the charging station 12b may then request electric Ener ⁇ energy from the electric car 14b and use for their own energy supply ⁇ . If necessary, electrical energy can also be supplied to the line 28b in cooperation with a building management system.
  • the charging station 12b can also be connected to a building management ⁇ management system to, for example, in emergency operation.
  • the traction battery of the electric car 14b is not only for emergency ⁇ supply the charging station 12b but beyond to also further to the line 28b connected load of the building use what is preferably done under control of Ge ⁇ building management system.
  • AC-DC-AC converter 62b instead of the AC-DC-AC converter 62b, it is also possible to use an AC-DC converter which generates a DC voltage, for example less than 50 volts and greater than 5 volts.
  • the AC DC AC converter 62b also includes, for example, a switching unit that ensures that only one voltage source is used, i. either the DC voltage coming via the line 170 or an alternating voltage coming via the line 80b and generated by the converter 150 or an additional converter.
  • a small signal DC voltage e.g. less than 50 volts and greater than 5 volts, come from the electric car 14b, for example, a vehicle electrical system voltage. This voltage can be used without conversion, only with voltage value adjustment or after conversion to an AC voltage to supply the charging station 12b in emergency operation.
  • a small signal AC voltage to a DC charging station can be fed from the vehicle for emergency operation of the charging ⁇ pillar.
  • FIG. 5 shows units of an electric car 14b suitable for DC charging.
  • the electric car 14b can thus be operated, for example, at the charging station 12b.
  • the electric car 14b contains the following for charging the battery of the electric car 14b or for emergency operation of the charging station 12b ⁇ relevant units:
  • connection unit 120b for example, a socket for Ste ⁇ cker of the charging cable
  • a communication unit 122b which, for example, PWM signals
  • Pulse Width Modulation transmits and / or receives, in particular information, i. a message or a signal, for example, that the charging station 12b is emergency operational
  • BMS battery management system 126b
  • an optional on-board battery 128b which, for example, supplies a DC extra-low voltage of, for example, less than 50 volts and greater than 5 volts,
  • a traction battery 130b which supplies for example in the fully charged to ⁇ was a DC voltage in the range of 400 to 800 volts.
  • a powerline communication or a transmission via radio can also be used in the communication unit 122b.
  • the battery management system 126b can also be part of the traction battery 130b, for example.
  • the electric car 14b may also include an AC charging member as explained above with reference to FIG. Can vary depending on the type 14b of the loading station then be fixed or be determined which emergency operation is to be mög ⁇ Lich, ie, alternating voltage (AC) or direct current (DC). If the charging station is capable of both types of charging, it can, for example, explicitly specify which emergency operation should take place. Between the mentioned units there are the following connections:
  • connection unit 120b a line 210 between the connection unit 120b and a first connection of the separation unit 200
  • connection unit 120b a line 212 between the connection unit 120b and a second connection of the separation unit 200
  • line 142b is, for example, a control line
  • the electric car 14b also includes a traction motor
  • the drive motors (n) may also be controlled by inverters or converters, eg AC DC converters.
  • the electric car 14b is, for example, a conventional electric car, the ⁇ sen communication unit 122b and battery management system 126b have been modified so that an emergency operation of a charging station 12b is possible. In particular, associated requirements of the charging station 12b can be met.
  • the request is transmitted as a corresponding message or as a signal via the charging cable 16b or in another way.
  • the electric car 14b supplies a DC voltage in emergency operation, which has approximately the same maximum voltage amount as the charge DC voltage received in the charging mode.
  • the electric car 14b provides a DC voltage in emergency operation, which has a considerably smaller amount of voltage than the charging DC voltage received in the charging operation, which can be achieved, for example, by switching to a vehicle electrical system voltage.
  • the emergency DC voltage is, for example, less than 50 percent or less than 20 percent of the DC charging voltage.
  • To be delivered in emergency DC voltage can be set in a next variant of the loading station 12b, where the electric car 14b for emergency Minim ⁇ least two from each other can produce different DC voltages.
  • step 300 shows process steps when connecting an electric car, for example, 14, 14a, 14b, to a charging station or loading station ⁇ , for example, 12, 12a and 12b, respectively.
  • the method steps are also referred to below as steps.
  • the method begins in step 300, for example, with the connection of
  • step 302 the vehicle recognizes the charging ⁇ cable.
  • step 304 which also lie before the step 302 or are executed simultaneously to this step can detects the charging station or the charging station, that a vehicle is ready for loading.
  • the charging station signals that an emergency mode with use of the vehicle battery (traction battery or vehicle battery) is present. It may also be the type of voltage expected in the emergency mode, i. DC voltage or AC voltage, as well as the amount of voltage to be specified by the charging station or negotiated between the charging station and the electric car.
  • the charging station then generates a charging current, for example a maximum charging current IMax to be supplied by it.
  • the charging current may be a direct current or an alternating current.
  • a step 310 the battery of the vehicle is then gela ⁇ , for example.
  • a shutdown occurs, for example, on a single charge.
  • FIG. 7 shows method steps in the event of a power failure.
  • the method steps are also referred to below as steps.
  • the method begins in a step 350, for example, with the steps explained with reference to FIG. 6.
  • step 352 there is a power failure or a fault in the power supply of the charging station (LS). This can, for example, during loading or after the
  • the failure may also occur before charging.
  • the vehicle or electric car eg 14, 14a, 14b
  • the vehicle or electric car eg 14, 14a, 14b
  • the charging station e.g. 12, 12a and 12b
  • the power failure eg. Via a sensor on the supply network or to a low voltage power supply within the charging station.
  • the charging station then separates from the now possibly de-energized network, for example by opening the switch Sla or Slb or another Schal ⁇ age .
  • the function of the control of the charging station can be ensured by a buffer circuit (charging station internal battery, capacitor) or in another way.
  • Conflicts between the charging station and the supply network can also be avoided in other ways, for example by measures outside the charging station.
  • the vehicle is then instructed by the charging station to start the emergency power supply.
  • the emergency operation can be started automatically by the vehicle, for example in the event of an unexpected interruption of the charging process, at the request of the driver or on the basis of another suitable event.
  • step 360 the traction battery of the driving ⁇ zeugs or a vehicle electrical system or on-board battery power then feeds the charging station and optionally still other loads of a building in emergency operation.
  • the execution of step 360 may, for example, depend on the consent of the driver, keeper or owner. Alternatively, for example, in the event of a disaster, step 360 may also be executed without the driver or other person's consent.
  • the method is ended in a step 362, for example at
  • the emergency operation is stopped by the vehicle or driver. det, for example, when the battery is discharged to a predetermined level.
  • the loading stations may be connected to the power supply network 24 or to a corresponding said power supply network with a different supply voltage and / or of other mains frequency than 50 Hertz single-phase, two-phase or dreipha ⁇ sig.
  • the AC charging can also single-phase, two-phase or three-phase ⁇ done.
  • the embodiments are not to scale and are not restrictive. Modifications in the context of expert action are possible.
  • the invention in detail further illustrated by the preferred embodiment and has been be ⁇ enrolled, the invention is not limited by the of- fenbarten examples and other variations Kgs ⁇ NEN by those skilled be derived therefrom without departing from the scope of the invention.
  • the developments and refinements mentioned in the introduction can be combined with one another.
  • the exemplary embodiments mentioned in the description of the figures can also be combined with one another.
  • the developments and refinements mentioned in the introduction can be combined with the exemplary embodiments mentioned in the description of the figures.

Abstract

Erläutert wird eine Ladestation (12): - mit einer Steuereinheit (20), - mit einer Erfassungseinheit zum Erfassen des Ausfalls einer Versorgungsspannung eines Energieversorgungsnetzes (24), wobei die Erfassungseinheit an die Steuereinheit (20) gekoppelt ist, - und mit einer Sendeeinheit zum Senden einer Nachricht oder eines Signals an ein Elektro-Transportmittel (14), wobei die Sendeeinheit an die Steuereinheit (20) gekoppelt ist und wobei die Nachricht oder das Signal ein Liefern von elektrischer Energie aus einem Traktionsakku des Transportmittels (14) zu der Ladestation (12) betrifft.

Description

Beschreibung
Ladestation mit Notbetriebsart, Verfahren zum Betreiben einer Ladestation und Elektro-Transportmittel
Die Erfindung betrifft eine Ladestation mit Notbetriebsart, ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation und ein Elektro-Transportmittel. Das Elektro-Transportmittel ist bspw. ei¬ ne elektrisch angetriebenes Landfahrzeug, Luftfahrzeug oder Wasserfahrzeug, das mit der Ladestation über ein Ladekabel, induktiv oder auf andere Weise verbunden wird.
Die Erfindung betrifft eine Ladestation:
- mit einer Steuereinheit,
- mit einer Erfassungseinheit zum Erfassen des Ausfalls einer Versorgungsspannung eines Energieversorgungsnetzes, wobei die Erfassungseinheit an die Steuereinheit gekoppelt ist,
- und mit einer Sendeeinheit zum Senden einer Nachricht oder eines Signals an ein Elektro-Transportmittel,
wobei die Sendeeinheit an die Steuereinheit gekoppelt ist und wobei die Nachricht oder das Signal ein Liefern von elektri¬ scher Energie aus einem Akku des Transportmittels zu der La¬ destation betrifft. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation, bei dem in einer Notbetriebsart eine Ladestation oder sowohl eine Ladestation als auch ein Gebäude von einem Elektro-Transportmittel mit elektrischer Energie ver¬ sorgt wird oder werden.
Auch betrifft die Erfindung ein Elektro-Transportmittel:
- mit einer Empfangseinheit, die Nachrichten oder Signale von einer Ladestation empfangen kann,
- mit einer Schalteinheit, die eine Betriebsart ermöglicht, in der von einem Akkumulator des Transportmittels elektrische Energie an eine externe Einheit, insbesondere an eine Ladestation, geliefert wird, - und mit einer Steuereinheit, die eingangsseitig mit der Empfangseinheit und ausgangsseitig mit der Schalteinheit verbunden ist. Es ist Aufgabe einer Weiterbildung der Erfindung eine einfach aufgebaute Ladestation anzugeben, die insbesondere einen Not¬ betriebe erlaubt. Außerdem sollen ein zugehöriges Verfahren und ein zugehöriges Elektro-Transportmittel angegeben werden. Die auf die Ladestation bezogene Aufgabe wird durch eine La¬ destation gemäß Anspruch 1 gelöst. Außerdem wird die auf ein Verfahren bezogene Aufgabe durch ein Verfahren gemäß nebengeordnetem Verfahrensanspruch gelöst. Die auf ein Transportmittel bezogene Aufgabe wird durch ein Transportmittel nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Weiterbildungen sind für die Ladestation, das Verfahren und für das Transportmittel in den Unteransprüchen angegeben.
Die Ladestation kann enthalten:
- eine Steuereinheit,
- eine Erfassungseinheit zum Erfassen des Ausfalls einer Ver¬ sorgungsspannung eines Energieversorgungsnetzes, wobei die Erfassungseinheit an die Steuereinheit gekoppelt ist,
- und eine Sendeeinheit zum Senden einer Nachricht oder eines Signals an ein Elektro-Transportmittel,
wobei die Sendeeinheit an die Steuereinheit gekoppelt ist und wobei vorzugsweise die Nachricht oder das Signal ein Liefern von elektrischer Energie aus einem Akku, insbesondere einem Traktionsakku, des Transportmittels zu der Ladestation be- trifft.
Die Ladestation kann eine Ladesäule eine Wandbox oder eine ähnliche zum Laden geeignete Vorrichtung sein, bspw. ergänzt um ein Abrechungs- und/oder Bezahlsystem bzw. eine Zugangs- kontrolle.
Die Ladestation kann ein Gleichspannungsladen, bspw. ein Schnellladen in Zeiten, die kürzer als 30 Minuten sind, und/oder ein Wechselspannungsladen ermöglichen, das bspw. mehrere Stunden dauern kann.
Das Laden kann mit einem Kabel, d.h. konduktiv, mit Spulen, d.h. induktiv, oder auf andere Art und Weise erfolgen.
Die Steuereinheit ist bspw. ein Mikroprozessor oder ein Mik- rocontroller, der einen Prozessor und periphere Einheiten enthält. Der Prozessor arbeitet in einem elektronischen Spei- eher gespeicherte Programmbefehle ab. Alternativ kann eine
Steuereinheit verwendet werden, die keinen Prozessor enthält, z.B. eine Zustandsmaschine, die z.B. in einem FPGA (Field Programmable Gate Array) , realisiert ist. Die Erfassungseinheit kann ein Spannungssensor, ein Stromsensor oder ein anderer Sensor sein. Der Begriff "gekoppelt" betrifft insbesondere eine elektrisch leitfähige Verbindung oder eine Datenübertragungsverbindung. Die Datenübertragung kann drahtgebunden, fasergebunden oder über Funk erfolgen.
Die Sendeeinheit kann eine Pulweitenmodulationseinheit ent¬ halten. Es kann auch eine Power Line Kommunikation verwendet werden, d.h. eine Übertragung über eine Spannungsversorgung. Alternativ kann die Sendeeinheit auch über Funk senden.
Die Nachricht oder das Signal kann die Energieübertragung für den Notbetrieb vorbereiten, z.B. signalisiert die Ladestati¬ on, dass sie für einen Notbetrieb geeignet ist, was im Trans¬ portmittel vermerkt werden kann. Alternativ kann die Nach- rieht oder das Signal die Energieübertragung für den Notbetrieb auch direkt veranlassen oder bewirken, bspw. wenn die Energieversorgung gerade ausgefallen ist, und die Ladestation bspw. kurzzeitig, z.B. für weniger als 10 Minuten oder für weniger als eine Minute, von einer Puffereinheit versorgt wird, bspw. von einem internen Akku der Ladestation oder einem Kondensator (SuperCap, GoldCap) . Das Signal oder die Nachricht, das bzw. die anzeigt, dass die Ladestation für einen Notbetrieb geeignet ist, kann bspw. in einem internationalen Standard festgelegt sein. Alternativ wird eine firmenspezifische bzw. proprietäre Signalisierung bzw. Nachricht verwendet. Von Bedeutung können hier die Standards IEC (International Electrotechnical Commission) 61439, DIN (Deutsch Industrie Norm) EN (Euronorm) 61851, z.B. DIN EN 61851-22, IEC 62196 usw. sein. Das Elektro-Transportmittel kann ein Elektroauto ein Elektro- Lastfahrzeug, ein Elektroflugzeug, ein Elektroboot oder ein Elektroschiff sein. Das Elektro-Transportmittel kann neben dem Elektroantrieb auch noch einen Verbrennungsantrieb oder einen anderen Antrieb enthalten, so dass es sich um ein Hyb- rid-Transportmittel handelt. Aber auch kleinere Transportmit¬ tel können einen Notbetrieb ermöglichen, z.B. Elektroroller, Elektromotorrad, oder Elektrofahrrad .
Der Akku wird genauer auch als Akkumulator bezeichnet. Um- gangssprachlich spricht man auch von einer Batterie bzw. von einer wieder aufladbaren Batterie. Der Akku kann eine Vielzahl von Zellen enthalten, die jeweils im voll geladenen Zustand eine aus der Spannungsreihe ableitbare Galvano-Spannung erzeugen, die bspw. kleiner als 5 Volt ist.
Viele Zellen können in Reihe geschaltet werden, so dass Aus¬ gangsspannungen von mehreren 100 Volt entstehen, die zum Antrieb eines Elektromotors geeigneter Leistung und damit zum Antrieb des Transportmittels geeignet sind. Typische Spannun- gen liegen im Bereich von 400 Volt bis 800 Volt.
Somit kann die Ladestation auch ohne großen eigenen
Pufferakku bzw. ohne große eigene Pufferbatterie bzw. ohne eigenen Pufferakku bzw. ohne eigene Pufferbatterie einen Not- betrieb gewährleisten.
Eine im Notbetrieb funktionsfähige Ladestation kann eine Vo¬ raussetzung für ein Notenergieversorgungssystem eines Gebäu- des sein. Das Notenergieversorgungssystem kann auf der Nutzung des Akkus eines Transportmittels oder sogar auf der Nut¬ zung der Akkus von mehreren Transportmitteln für die Notenergieversorgung des Gebäudes beruhen. Zumindest kann diese Nut- zung wesentlicher Teil des Notenergieversorgungssystems sein, bspw. mindestens 20 Prozent der maximal benötigten Energie.
Die Ladestation kann einen AC DC Wandler enthalten, der einen Akku des Transportmittels laden kann. Der AC DC Wandler kann ein bidirektionaler Wandler sein. Alternativ kann die Ladestation einen DC AC Wandler mit einer Leistung größer als 1 Kilowatt, größer als 5 Kilowatt oder größer als 10 Kilowatt enthalten. Damit kann es sich um eine Gleichspannungsladesta¬ tion handeln, bei der im Ladebetrieb eine Netzwechselspannung in eine Ladegleichspannung umgewandelt wird, die direkt an den Traktions-Akku des Transportmittels angelegt werden kann.
Im Notbetrieb liegt die Akkuspannung an einem DC AC Wandler in der Ladestation an.
Ein AC DC Wandler ist eine Wechselstrom (alternated current) zu Gleichstrom (directed current) Wandler, was entsprechend auch für die Spannungen gilt, d.h. Wechselspannung zu Gleichspannung. Ein DC AC Wandler wandelt Gleichspannung in Wech- selspannung um.
Die Wandler können elektronische Leistungsschaltelemente ent¬ halten, insbesondere auf Halbleiterbasis, z.B. Schalttransis¬ toren (FET, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) o.a.). Bidirektional bedeutet, dass der Wandler abhängig von der An- steuerung der Schaltelement entweder aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung oder aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt.
Die Ladestation kann an Stelle eines bidirektionalen Wandlers auch zwei Leistungswandler enthalten, d.h. einen AC DC Wandler und einen DC AC Wandler. Der Wandler befindet sich somit bei einer Gleichspannungsla¬ destation in der Ladestation selbst und kann damit von der Steuereinheit auf einfache Art und Weise angesteuert werden. Im Transportmittel ist für das Gleichspannungsladen bzw. für das Liefern von elektrischer Energie auf der Basis von
Gleichspannung an externe Verbraucher kein Wandler erforderlich. Der DC AC Leistungswandler kann für eine Notenergieversorgung der Ladestation und/oder von Verbrauchern, die nicht im Gehäuse der Ladestation untergebracht sind, verwendet werden, z.B. für die Notstromversorgung eines Gebäudes. Die Ladestation kann einen DC AC Wandler oder einen DC DC-
Wandler oder einen AC DC AC Wandler enthalten, der eine Leistung kleiner als 1 Kilowatt hat, und der vorzugsweise mit dem Ladeanschluss für das Transportmittel verbunden ist. Der DC AC Wandler kann für die Notenergieversorgung der Ladestation selbst verwendet werden, z.B. der Steuereinheit und der Sendeeinheit.
Damit können zwei DC AC Wandler in der Ladestation vorhanden sein, d.h. ein DC AC Wandler großer Leistung und eine DC AC Wandler kleiner Leistung.
Insbesondere werden auch AC DC AC Wandler eingesetzt, bei de¬ nen eine Zwischenkreisgleichspannung erzeugt wird. Der Zwi- schenkreis ist auch zum direkten Anlegen einer Gleichspannung geeignet. Der AC DC AC Wandler kann dann sowohl im Normalbetrieb als auch im Notbetrieb für die Versorgung der Steuereinheit der Ladestation und ggf. weiterer Einheiten verwendet werden .
Der bidirektional arbeitende AC DC Wandler kann in der DC AC Betriebsart nicht netzgeführt arbeiten, d.h. einen sogenann¬ ten Inselbetrieb ermöglichen. Alternativ kann der DC AC Wand- ler mit einer Leistung größer als 1 Kilowatt, größer als 5 Kilowatt oder größer als 10 Kilowatt nicht netzgeführt arbei¬ ten. Der Inselbetrieb kann erforderlich sein, wenn im Notbetrieb kein Pilotsignal für eine netzgeführte Einspeisung vor- handen ist.
Werden mehrere Ladestation auch im Notbetrieb im Verbund be¬ trieben, bspw. durch Parallelschalten von Ladestationen, so muss zunächst nur einer der Wandler netzunabhängig arbeiten. Die anderen Wandler können sich dann diesem Wandler
aufsynchronisieren .
Auch Wechselrichter mit internem Frequenzgenerator können verwendet werden, die sowohl netzgeführt als auch nicht netz- geführt arbeiten können, siehe bspw. Wechselrichter der Firma Studer .
Die Ladestation kann einen ankommenden Wechselstrom zu dem Transportmittel durchleiten und kann damit keinen Leistungs- Wandler enthalten. Damit kann beim Laden eine Wechselspannung von der Ladestation zum Transportmittel unverändert übertra¬ gen werden. In umgekehrter Richtung kann in der Notbetriebsart eine Wechselspannung vom Transportmittel zu der Ladesta¬ tion und ggf. weiter zu einem Gebäude übertragen werden.
Wenn die Ladestation selbst keinen Leistungswandler enthält, kann das Transportmittel einen AC DC Wandler enthalten bspw. einen bidirektional arbeitenden AC DC Wandler, der in der DC AC Betriebsart vorzugsweise wieder nicht netzgeführt arbeiten kann.
Alternativ kann in dem Transportmittel ein separater DC AC Wandler vorhanden sein, der nur unidirektional arbeitet und für eine Einspeisung oder für einen Notbetrieb verwendet wird. Auch dieser unidirektionale DC AC Wandler kann bspw. nicht netzgeführt oder netzgeführt arbeiten, insbesondere wahlweise. Für den Notbetrieb der Ladestation kann der nicht netzgeführte DC AC Wandler verwendet werden, zumindest solan- ge noch kein anderes Fahrzeug elektrische Energie an die La¬ destation liefert.
Auch Wechselrichter bzw. Wandler mit internem Frequenzgenera- tor können im Fahrzeug verwendet werden, die sowohl netzge¬ führt als auch nicht netzgeführt arbeiten, d.h. im Inselbe¬ trieb einspeisen können, siehe bspw. Wechselrichter der Firma Studer oder von anderen Anbietern. Das Fahrzeug kann auch ein Kleinwechselspannung liefern. Dadurch können Beschädigungen der Ladestationen verringert oder ausgeschlossen werden. Die Kleinwechselspannung kann für einen Notbetrieb der Ladestation ausreichend sein. Die Steuereinheit kann mit einer Trenneinheit verbunden sein, mit der die Ladestation vom Energieversorgungsnetz getrennt werden kann. Die Trenneinheit unterscheidet sich insbesondere von einem Spannungswandler.
Durch die Trenneinheit kann gewährleistet werden, dass es beim Liefern der elektrischen Energie vom Transportmittel zur Ladestation keine unerwünschten Rückwirkungen auf elektrische Anlagen gibt, die nicht direkt an der Ladestation betrieben werden .
Die Trenneinheit ermöglicht auch einen definierten Betrieb bei Spannungswiederkehr nach einem Netzausfall. So kann die Trenneinheit über Servicemitarbeiter oder automatisch angeschaltet werden, wenn bspw. sichergestellt ist, dass keine Energie mehr vom Transportmittel zur Versorgung der Ladesta¬ tion übertragen wird.
Weiterhin ermöglicht die Trenneinheit, dass ein Wechselrich¬ ter einen vergleichsweise großen Widerstand an seinem Ausgang hat, so dass er ordnungsgemäß arbeitet. Bei einem Kurzschluss bzw. bei einem kurzschlussähnlichem Widerstand wäre das nicht der Fall. Die Erfassungseinheit kann von der Ladestation aus gesehen hinter der Trenneinheit angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Spannungswiederkehr auf einfache Art erfasst werden. Die Ladestation kann ein separates Spannungsnetz enthalten, z.B. ein Kleinspannungsnetz , das mindestens eine, mindestens zwei, mindestens drei oder alle der folgenden Einheiten speist :
- die Steuereinheit,
- die Sendeeinheit,
- eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten der Umgebung der Ladestation,
- eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten einer Anzeigeeinheit der Ladestation, insbesondere eine Hintergrundbeleuch- tung,
- eine Verriegelungseinheit und/oder eine
Entriegelungseinheit für eine Anschlussvorrichtung eines Ladekabels ,
- eine Kühleinheit der Elektronik der Ladestation, insbeson- dere ein Lüfter,
- eine Notrufeinheit .
Die Kleinspannung kann insbesondere kleiner als 50 Volt sein. Bei der Kleinspannung kann es sich um eine Gleichspannung oder um eine Wechselspannung handeln. Viele Komponenten der Automatisierungstechnik oder der Haustechnik arbeiten bspw. mit 24 Volt Wechselspannung, siehe bspw. Siemens SIEMATIC.
Die Beleuchtungseinheit zum Beleuchten der Umgebung der Lade- Station kann z.B. eine Lampe sein, eine LED, insbesondere ei¬ ne Hochleistungs-LED (Light Emitting Device), bzw. mehrere LEDs, d.h. diese Beleuchtung kann verschieden sein von einem Anzeigelement der Ladestation, wie einem Display, mit dem Be- triebszustände der Ladestation angezeigt werden können.
Kühleinheiten, wie Lüfter, werden insbesondere bei Schnellla¬ destationen eingesetzt, d.h. beim Gleichspannungsladen. Die Kühlung ist auch in einem Notbetrieb wichtig, um eine Zerstö- rung der elektronischen Bauelemente durch sich stauende Wärme zu vermeiden, insbesondere der Leistungsbauelemente. Insbe¬ sondere können im Notbetrieb nicht mehr genutzte Bauteile nachgekühlt werden, die bspw. kurz zuvor im Normalbetrieb noch für das Laden verwendet worden sind.
Die Notrufeinheit kann bspw. in Parkhäusern Verwendung finden. Es kann sich insbesondere um einen hausinternen Notruf handeln, der bspw. über Leitungen erfolgt.
Die Ladestation kann mit mindestens einer weiteren Ladestation im Notbetrieb im Energieverbund verschaltet werden. Solan¬ ge noch ein Transportmittel an einer Ladestation angeschlos¬ sen ist, können alle Ladestationen und die daran angeschlos- senen Geräte im Notbetrieb arbeiten. Nutzer von Ladestationen könnten so auch im Notbetrieb ihr Fahrzeug anschließen, wobei bei Spannungswiederkehr das Laden automatisch erfolgt. Auch kann das Fahrzeug von der Ladestation entfernt werden, wobei weiterhin bspw. ordnungsgemäß bezahlt werden kann oder ein ordnungsgemäßes Abmelden erfolgen kann.
Vorzugsweise kann mindestens eine Ladestation festgelegt wer¬ den, die im Notbetrieb nicht netzgeführt elektrische Energie liefert. Alternativ kann auch ein Verfahren festgelegt wer- den, um eine solche Ladestation zu bestimmen.
Bei der Verwendung von geeigneten Wechselrichtern in der Ladestation bzw. in den Fahrzeugen kann der Hochlauf des Verbunds im Notbetrieb auch ohne vorherige Absprachen funktio- nieren, bspw. wenn der erste Wechselrichter nicht netzgeführt arbeitet und sich die anderen Wechselrichter von Ladestationen bzw. Transportmitteln dann netzgeführt zuschalten.
Aus einem Verbund heraus kann bspw. ein ganzes Gebäude mit Notstrom versorgt werden, bspw. ein Gebäude mit mehr als fünf Etagen oder ein Einfamilienhaus, ein Reihenhaus oder ein Dop¬ pelhaus . Der Verbund kann mindestens eine Gleichspannungsladestation und mindestens eine Wechselspannungsladestation enthalten.
Die Ladestation kann an einem Datenübertragungsnetz eines Ge- bäudemanagementsystems angeschlossen sein, wobei im Notbe¬ trieb das Gebäudemanagementsystem die Ladestationen in die Energieversorgung des Gebäudes einbezieht, insbesondere in eine Notbeleuchtung und/oder ein NotrufSystem und/oder eine Notbelüftung. Ein solches Gebäudemanagementsystem ist bspw. das Gebäudemanagementsystem Desigo der Firma Siemens.
Das Gebäudemanagementsystem kann alle im Notbetrieb vorhandenen elektrischen Energiequellen erfassen, d.h. z.B. Notstromakkus, Notstromdieselaggregate, Akkus in Fahrzeugen usw. Da- nach kann das Gebäudemanagementsystem bspw. selektiv auf diese Energiequellen zugreifen, bspw. unter der Berücksichtigung von zeitlichen Prioritäten und/oder Verbraucherprioritäten. Ggf. kann das Gebäudemanagementsystem auch eine geeignete Segmentierung des Energieversorgungsnetzes des Gebäudes ver- anlassen.
Gebäudemanagementsysteme können standardisierte Bussysteme verwenden, wie KNX (Konnex) , BacNet (Building Automatisation and Control Network) , LonTalk (Local Operating Network) , Ethernet oder Funk etc.
Gebäudemanagementsystem dienen der Steuerung der Anlagen eines Gebäudes, insbesondere mindestens einer, mindestens zwei¬ er oder aller der folgenden Anlagen,
- Raumheizungen,
- Lüftung,
- Beleuchtung,
- Jalousien,
- Warmwasser.
Bei einer Ausgestaltung ist das Gebäude eine Veranstaltungs¬ stätte für mehr als 100 Personen für mehr als 500 Personen oder für mehr als 1000 Personen. Mit zunehmender Größe sind strengere gesetzliche Auflagen an Notversorgungssysteme zu erfüllen. Das Gebäude kann bspw. ein Theater, ein Kino, eine Diskothek o.a. sein. Aber auch andere Gebäude, in denen sich viele Menschen aufhalten können das Notbetriebssystem nutzen, z.B. ein Krankenhaus, insbesondere Notstromersorgung von Ope¬ rationsräumen, ein mehrstöckiges Bürogebäude oder ein Hochhaus, z.B. mit mehr als 10 Etagen.
Aber auch bei privaten Häusern kann die Notversorgung einge- setzt werden, z.B. für den Betrieb des Kühlschranks und/oder einer Kühltruhe und/oder einer Notbeleuchtung. Wieder kann ein Gebäudemanagementsystem des Hauses einbezogen werden.
Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Ladestation, insbe- sondere einer Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, kann in einer Notbetriebsart eine Ladestation oder sowohl eine Ladestation als auch ein Gebäude von einem Elekt- ro-Transportmittel mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden.
Somit gelten die oben für die Ladestationen angesprochenen technischen Wirkungen auch für das Verfahren, insbesondere die Erhöhung des Ladekomforts auch im Notbetrieb. Die Ladestation kann beim Ausfall einer Spannung eines Energieversorgungsnetzes von dem Transportmittel aus mit elektri¬ scher Energie versorgt werden.
Bei einer Ausgestaltung ist die Ladesäule eine Gleichspan- nungsladesäule . Bei einer anderen Ausgestaltung ist die Lade¬ säule eine Wechselspannungsladesäule .
Die Ladesäulen können, wie oben bereits erwähnt, auch im Verbund im Notbetrieb betrieben werden, bspw. mindestens eine Gleichspannungsladesäule im Verbund mit mindestens einer
Wechselspannungsladesäule. Der Verbund aus Ladesäulen kann im Notbetrieb auch vom Energieversorgungsnetz getrennt werden, um Rückwirkungen zu vermeiden bzw. um die Energieversorgung vom Transportmittel aus zu ermöglichen. Große Energieversorgungsnetze stellen einen kleinen Widerstand dar, z.B. kleiner als 100 Mikroohm, und könnten sonst das Starten eines Wechselrichter verhindern, der bspw. bei einem so kleinen Wider- stand von einem Kurzschluss ausgeht.
Alternativ, kann der Verbund auch mit dem Energieversorgungs¬ netz eines Gebäudes verbunden werden, insbesondere unter Steuerung eines Gebäudemanagementsystems, wie oben ausge- führt.
Ein Elektro-Transportmittel kann enthalten:
- eine Empfangseinheit, die Nachrichten oder Signale von ei¬ ner Ladestation empfangen kann,
- eine Schalteinheit, die eine Betriebsart ermöglicht, in der von einem Akkumulator des Transportmittels elektrische Energie an eine externe Einheit, insbesondere an eine Lade¬ station, geliefert wird,
- und eine Steuereinheit, die eingangsseitig mit der Emp- fangseinheit und ausgangsseitig mit der Schalteinheit ver¬ bunden ist.
Die Steuereinheit kann abhängig von einem mit der Empfangs¬ einheit empfangenen Signal oder abhängig von einer mit der Empfangseinheit empfangenen Nachricht die Schalteinheit an¬ steuern, insbesondere in einer Notbetriebsart der Ladesäule.
Das Transportmittel kann mit einer oben erwähnten Ladestation oder mit den oben erwähnten Verfahren zum Betreiben solcher Ladestationen verwendet werden, so dass die oben genannten technischen Wirkungen auch für das Transportmittel gelten.
Die Schalteinheit kann mindestens zwei Anschlüsse haben, die durch die Schalteinheit für eine Zeitspanne von mehr als ei- ner Sekunde oder von mehr als 10 Sekunden miteinander verbunden werden. Somit ist die Schalteinheit kein Wandler sondern ein Schalter. Diese Schalteinheit kann insbesondere in einem Transportmittel bzw. Teil eines Transportmittels verwendet werden, das bzw. der für Schnellladen bzw. für Gleichspannungsladen verwendet wird.
Die elektrische Energie kann eine Gleichspannung kleiner als 50 Volt sein, was bspw. durch Umschalten auf eine Bordnetzspannung erfolgt.
Alternativ kann die Schalteinheit ein DC AC Wandler sein, mit dem elektrische Energie an eine externe Einheit geliefert wird, insbesondere ein bidirektional arbeitender Wandler.
Diese Schalteinheit kann insbesondere in einem Transportmit¬ tel bzw. Teil eines Transportmittels verwendet werden, das bzw. der für Wechselspannungsladen verwendet wird. Die externe Einheit ist bspw. eine Ladestation oder sowohl eine Ladestation als auch ein Gebäude, wobei das Gebäude vor¬ zugsweise über die Ladestation versorgt wird.
Der Wandler kann in der DC AC Betriebsart nicht netzgeführt arbeiten, so dass Inselbetrieb möglich ist. Der Wandler kann eine Spannung kleiner als 50 Volt liefern, was für die Versorgung einer Ladestation ausreichend sein kann und potentielle Schäden an Personen oder an der Ladestation erheblich verringert. Die Kleinwechselspannung kann auch ohne Anforde- rung durch eine Ladestation zur Verfügung gestellt werden, insbesondere wenn der Ladevorgang unvermittelt unterbrochen wird. Bei Spannungsrückkehr kann dann die Kleinwechselspannung automatisch abgeschaltet werden Es kann aber auch eine Gleichstromladestation mit einer
Kleinsignalwechselspannung oder eine Wechselstromladestation mit einer Kleinsignalgleichspannung im Notbetrieb versorgt werden . Es wird auch ein Transportmittel allein beansprucht, das ei¬ nen Wandler enthält, der in einer DC AC Betriebsart nicht netzgeführt arbeitet und der für einen Notbetrieb einer Lade¬ station und/oder eines Gebäudes verwendet wird. Bei einer Ausgestaltung befindet sich die Ladestation bzw. der Verbund aus Ladestationen auf einem Firmengelände. Die Transportmittel können ebenfalls zu einem Firmenfuhrpark ge- hören. Damit kann die Firma entscheiden, ob die Fahrzeuge für die Notbetriebsart entladen werden können. Kosten für Notstromsysteme lassen sich so erheblich senken.
Bei anderen Szenarien gibt der Fahrer sein explizites Einver- ständnis dazu, dass der Akku seines Fahrzeugs für den Notbe¬ trieb genutzt werden kann und/oder in welchem Maße.
Bei einem weiteren Szenario wird im öffentlichen Interesse, vorzugsweise basierend auf einer gesetzlichen Grundlage, auf die Akkus im Notfall zugegriffen.
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird eine CPU (Central Pro¬ cessing Unit) mit Notbetrieb bei Ladeeinheiten/Ladestationen (z.B. Wallbox, Ladesäule) unter Zuhilfenahme der Fahrzeugbat- terie angegeben.
Beim Ausfall der öffentlichen Stromversorgung, z.B. längerfristig (mehr als 10 Minuten oder mehr als eine Stunde) oder kurzfristig (z.B. weniger als 10 Minuten) kann über die Fahr- zeugbatterie die Funktionalität der Ladeeinheit erhalten wer¬ den. Durch den Funktionserhalt der Ladeeinheit können weitere Funktionalitäten aufrecht erhalten werden, die ggf. von öf¬ fentlichem Interesse sind, z.B. Notbetrieb, Notruf, Notbe¬ leuchtung, und ggf. weitere Funktionen.
Die Steuereinheit kann den Ausfall der öffentlichen Energie¬ versorgung detektieren, bspw. durch Erfassen eines Spannungsabfalls, o. ä. Die Steuereinheit kann Funktionalitäten haben, um einen Notbetrieb durch Speisung über die Fahrzeugbatterie sicherzustellen.
Unter Zuhilfenahme der angeschlossenen Batterie/Akku können wichtige Funktionalitäten aufrecht erhalten werden, wie z.B.: - Kühlung der Ladeeinheit, z.B. Schnellladeeinheiten bzw. Fastcharger, die noch nachgekühlt werden müssen,
- Notruf,
- Notbeleuchtung, z.B. in Parkhäusern, öffentlichen Gebäuden bzw. an der Säule selbst,
- Memory Funktion bzw. Speicherfunktion von Benutzungseinstellungen wie z.B. Ladezeit, Ladedauer, Parkzeit usw.,
- Funktionserhalt der Verriegelung am Stecker, z.B. als Diebstahlschutz für den Nutzer der Ladestation bzw. für den Fahrer des Elektroautos,
- auch Entriegelung des Steckers bei motorbetriebener Verriegelung, z.B. auf Anforderung des Fahrers hin,
- Notversorgung von Geräten, die von der Ladeinheit umgeben sind oder die an die Ladeinheit angeschlossen bzw. an der Ladeinheit angeordnet sind.
Die Figur 1 zeigt eine Funktionsskizze, wobei bei einer Stö¬ rung im öffentlichen Netz die CPU der Ladeeinheit einen Notbetrieb sichert und entsprechende Maßnahmen einleitet, z.B.: - Notruf,
- Notbetrieb,
- Information an den Fahrer,
- Erhalt der Verriegelung,
- usw .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglich¬ keit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung. So¬ fern in dieser Anmeldung der Begriff "etwa" verwendet wird, bedeutet dies, dass auch der exakte Wert offenbart ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen: Figur 1 eine Ladeinfrastruktur, die für einen Notbetrieb geeignet ist,
Figur 2 Einheiten einer AC Ladestation,
Figur 3 Einheiten eines Elektroautos mit AC DC Ladewandler, Figur 4 Einheiten einer DC Ladestation,
Figur 5 Einheiten eines Elektroautos mit DC Lademöglichkeit,
Figur 6 Verfahrensschritte beim Anschluss eine Elektroautos an eine Ladesäule, und
Figur 7 Verfahrensschritte bei einem Netzausfall.
Die Figur 1 zeigt eine Ladeinfrastruktur 10, die für einen Notbetrieb einer Ladestation 12 bzw. mehrerer im Verbund betriebener Ladestationen geeignet ist.
Die Ladeinfrastruktur 10 ermöglicht das Laden des
Traktionsakkus eines Elektroautos 14 an der Ladestation 12. Die Ladestation 12 ist bspw. eine Ladesäule, eine Wallbox bzw. Wandbox, o. ä. Beispiele für den Aufbau der Ladestation 12 werden unten an Hand der Figur 2 für eine AC Ladestation
12a und an Hand der Figur 4 für eine DC Ladestation 12b näher erläutert. Der Aufbau eines Elektroautos 14 wird unten an Hand der Figur 3 für ein Elektroauto 14a bzw. an Hand der Figur 5 für ein Elektroauto 14b bspw. erläutert.
Zwischen dem Elektroauto 14 und der Ladestation 12 gibt es eine Energieübertragungsstrecke 16, z.B. ein Ladekabel oder zwei Spulen, zwischen denen über Induktion Energie übertragen werden kann. Beim Laden ist der Energiefluss von der Ladesta- tion 12 zum Elektroauto 14 gerichtet. Ein Energiefluss 18 vom Elektroauto 14 zur Ladestation 18 gilt für eine Notbetriebs¬ art der Ladestation 12.
Die Ladestation 12 enthält eine Steuerschaltung 20, z.B. eine CPU (Central Processing Unit) , die das Laden und auch den Notbetrieb der Ladestation 12 steuert. So wird der von dem Elektroauto 14 kommende Energiefluss vollständig oder teil¬ weise als Energiefluss 22 im Notbetrieb der Ladestation 12 genutzt, z.B. für ein NotrufSystem, einen Notbetrieb, zum Senden einer Information an den Fahrer des Elektroautos 14, z.B. dass kein Laden möglich ist, für den Erhalt der Verriegelung des Ladekabels 16, usw.
Die Ladestation 12 ist an ein Energieversorgungsnetz 24 angeschlossen. Es sei angenommen, dass zwischen einem Leitungsabschnitt 26 und einem Leitungsabschnitt 28 eine Störung 30 auftritt, die zu einem Ausfall der Netzspannung an der Lade- Station 12 führt. Die Störung ist bspw. ein Kabelbruch oder der Ausfall einer Schalteinrichtung. Obwohl eine Störung vorliegt, bleibt die Ladestation 12 funktionsfähig, weil sie die elektrische Energie für den Notbetrieb aus dem Akku des
Elektroautos 14 entnehmen kann, was unten an Hand der Figuren 2 bis 7 näher erläutert wird. Die Störung 30 kann aber auch an einer anderen Stelle im Energieversorgungsnetz 24 auftreten .
Außerdem ermöglicht der Notbetrieb der Ladestation 12 bspw., dass eine Gebäudemanagement DVA 32 (Datenverarbeitungsanlage) den Akku des Elektroautos 14 für eine Notversorgung eines Ge¬ bäudes nutzen kann. Ein solches Gebäudemanagementprogramm ist bspw. das Programm Desigo der Firma Siemens. Die DVA 32 und die Ladestation 12 sind bspw. über eine Datenübertragungsver- bindung 34 gekoppelt. Jedoch ist der Anschluss der Ladestati¬ on 12 an ein Gebäudemanagementsystem optional.
Die Figur 2 zeigt Einheiten einer AC (alternated current) La¬ destation 12a, die bspw. mit 230 Volt Wechselspannung lädt oder mit einem anderen Spannungswert, der in einem Energie¬ versorgungsnetz eines Landes gebräuchlich ist. Von der Ladestation 12a führt ein Ladekabel 16a zu einer Verbindungseinrichtung 94a, z.B. zu einem Stecker. Alternativ kann auch induktives Laden verwendet werden. Der Stecker 94a wird in eine Aufnahmevorrichtung an einem Elektroauto 14a gesteckt, das unten bspw. an Hand der Figur 3 erläutert wird. Die Ladestation 12a kann wieder als Ladesäule oder als
Wallbox oder auf andere Art ausgeführt sein. Die Ladestation 12a ist über die Leitung 28a mit einem Energieversorgungsnetz verbunden, das im Normalbetrieb das Laden der Akkus eines Elektroautos an der Ladestation 12a ermöglicht. Im Normalbe¬ trieb ist ein optionaler Schalter Sla zwischen der Leitung 28a und der Ladestation 12a geschlossen.
Die Ladestation 12a enthält:
- ein optionales Messgerät 50a, bspw. zum Erfassen der beim Laden entnommenen elektrischen Energie (Wirkleistung und/oder Blindleistung),
- einen optionalen FI (F - Fehler, I -Strom) Schalter 52a, der beim Auftreten von Fehlerströmen die Ladestation 12a vom Netz trennt und so eine Gefährdung von Personen verhindert,
- einen optionalen Schutzschalter 54a, der bei Überspannungen oder Überstrom selbsttätig schaltet, bspw. wenn der zuläs¬ sige maximale Ladestrom überschritten wird,
- ein Schütz 56a, mit dem das Laden begonnen und beendet werden kann,
- ein Steuermodul 58a, dessen Aufbau unten noch näher erläu¬ tert wird,
- einen AC AC Wandler 62a, der das Steuermodul 58a und weite- re Einheiten der Ladestation bspw. mit einer Kleinwechselspannung versorgt, z.B. mit einem Effektivwert kleiner als 50 Volt und größer als 5 Volt,
- eine optionale Puffereinheit 64a, die bspw. für einige Se¬ kunden, z.B. kleiner als 60 Sekunden oder kleiner als 10 Sekunden das Steuermodul 58a und ggf. weitere Einheiten 96a bis 100a versorgen kann, um das Umschalten zwischen Normalbetrieb und Notbetrieb bzw. in umgekehrte Richtung zu er¬ möglichen . Die Puffereinheit 64a kann bspw. auch Bestandteil des Wand¬ lers 62a bzw. des Steuermoduls 58a sein. Die Puffereinheit enthält bspw. einen Kondensator und/oder einen Akku, z.B. mit einer Ladekapazität kleiner als 1 kWh (Kilowattstunde) oder kleiner als 100 Ws (Wattsekunden) .
Das Steuermodul 58a enthält:
- eine Steuereinheit 66a, z.B. eine CPU, die der in der Figur 1 gezeigten Steuereinheit 20 entspricht, und
- eine Kommunikationseinheit 68a, bspw. eine
Pulsweitenmodulationseinheit , mit der Steuerinformationen über das Ladekabel 16a zu dem an die Ladestation 12a ange- schlossenen Elektroauto 14b, siehe Figur 3, gesendet werden können .
Die Steuereinheit 66a und die Kommunikationseinheit 68a sind im Steuermodul 58a gekoppelt, insbesondere zum Datenaus- tausch.
An Stelle einer Pulsweitenmodulation kann auch eine Powerline-Kommunikation oder eine Übertragung über Funk verwendet werden .
Es gibt die folgenden Verbindungen der Einheiten der Ladestation 12a:
- eine Leitung 70a zwischen dem Schalter Sla und dem optionalen Messgerät 50a,
- eine Leitung 72a zwischen dem optionalen Messgerät 50a und dem FI Schalter 52a,
- eine Leitung 74a zwischen dem FI Schalter 52a und dem
Schutzschalter 54a,
- eine Leitung 76a zwischen dem Schütz 56a und dem Ladekabel 16a,
- eine Leitung 80a zwischen dem Schalter Sla und dem AC AC Wandler 62a zum Erzeugen der Kleinwechselspannung,
- eine Leitung 82a zwischen dem AC AC Wandler 62a und dem
Steuermodul 58a,
- eine Leitung 84a zwischen der Steuereinheit 66a und dem
Schütz 56a, und
- eine Leitung 86a zwischen dem optionalen Puffer 64a und dem AC AC Wandler 62a. Der FI Schalter 52a und der Schutzschalter 54a ermöglichen bspw. einen normkonformen bzw. normgerechten Betrieb der Ladestation 12a in der Ladebetriebsart 3 nach IEC 61851, ggf. auch mit einem zusätzlichen Überspannungsabieiter.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Reihenfolge der Schalter vertauscht sein. Weiterhin können zusätzliche Schal ter vorgesehen sein, z.B. mindestens ein Überspannungsabieiter. Auch kann der Eingang des AC AC Wandlers 62a an ei ner anderen Stelle angeschlossen sein.
Eine Datenübertragungsverbindung 90a liegt zwischen der Kommunikationseinheit 68a und dem Ladekabel 16a. Im Ausführungs beispiel ist die Verbindung 90a am Schütz 56a angeschlossen. Alternativ können andere Anschlussstellen verwendet werden, bspw. direkt an dem einen Ende des Ladekabels 16a.
Verbraucher 96a bis 100a der Ladestation 12a sind ebenfalls am Ausgang des AC AC Wandlers 62a angeschlossen, z.B.
- eine Umfeld-Beleuchtungseinheit 96a, z.B. eine Glühlampe, eine Energiesparlampe oder eine Leuchtstoffröhre,
- eine Displaybeleuchtungseinheit 98a,
- weitere Einheiten 100a, wie Verriegelungseinheit für eine Verbindungsvorrichtung des Ladekabels 16a direkt an der La¬ destation 12a, eine entsprechende Entriegelungseinheit, ei¬ ne Kühleinheit für die Elektronik der Ladestation 12a, eine Notrufeinheit usw. Eine optionale Erfassungsleitung 110a liegt zwischen der Lei¬ tung 28a und der Steuereinheit 66a. Die Erfassungsleitung 110a ermöglicht der Steuereinheit 66a den Netzausfall und ggf. auch die Spannungswiederkehr zu erfassen und den Schalter Sla bspw. über eine optionale Fernwirkleitung 112a zu be- tätigen, d.h. zunächst Öffnen bei Netzausfall und bei Span¬ nungswiederkehr Schließen. Alternativ kann der Netzausfall auch in der Ladestation 12a erfasst werden, bspw. an der Leitung 82a. Die Funktion der Ladestation 12a wird unten an Hand der Figur 6 bzw. 7 noch näher erläutert. Im Normalbetrieb arbeitet die Ladestation 12a, wie eine bekannte Ladestation, ggf. kann dem Elektroauto jedoch auch schon im Normalbetrieb signalisiert werden, dass die Ladestation 12a für einen Notbetrieb geeig¬ net ist. Ebenso kann die Ladestation 12a im Normalbetrieb er¬ mitteln, ob das gerade angeschlossene Elektroauto 14, 14a ei¬ nen Notbetrieb unterstützt.
Im Notbetrieb kann die Ladestation 12a dann elektrische Ener¬ gie vom Elektroauto 14a anfordern und für die eigene Energie¬ versorgung nutzen. Im Zusammenwirken mit einem Gebäudemanagementsystem kann ggf. auch Energie an die Leitung 28a gelie- fert werden.
Optional kann die Ladestation 12a auch an ein Gebäudemanage¬ mentsystem angeschlossen sein, um im Notbetrieb bspw. den Traktions-Akku des Elektroautos 14, 14a nicht nur zur Not- Stromversorgung der Ladestation 12a sondern darüber hinaus auch für weitere an die Leitung 28a angeschlossene Verbrau¬ cher des Gebäudes zu nutzen, was vorzugsweise unter Steuerung des Gebäudemanagementsystems erfolgt. An Stelle des AC AC Wandlers 62a kann auch ein AC DC Wandler verwendet werden, der eine Kleingleichspannung erzeugt, bspw. kleiner als 50 Volt und größer als 5 Volt.
Wenn eine Kleinwechselspannung im Notbetrieb vom Elektroauto kommt, sollte der Wandler 62a ein Weitbereichswandler sein, der einen großen Eingangsspannungsbereich ermöglicht, in dem insbesondere die Netzspannung und die Kleinwechselspannung liegen. Somit wird der Wandler 62a im Notbetrieb über die Leitung 70a und die Leitung 80a versorgt.
Auch kann eine Kleingleichspannung bei einer Wechselstromladesäule für den Notbetrieb vom Fahrzeug aus eingespeist wer¬ den . Die Figur 3 zeigt Einheiten eines Elektroautos 14a mit AC DC Ladewandler 124. Das Elektroauto 14a kann bspw. an der Ladestation 12a betrieben werden.
Das Elektroauto 14a enthält die folgenden für das Laden der Akkus des Elektroautos 14a bzw. für den Notbetrieb der Lade¬ station 12a relevanten Einheiten:
- eine Verbindungseinheit 120a, z.B. eine Buchse für den Ste- cker des Ladekabels,
- eine Kommunikationseinheit 122a, die bspw. PWM-Signale
(Pulweitenmodulation) sendet und/oder empfängt, insbesondere eine Information, d.h. eine Nachricht bzw. ein Signal, bspw. dass die Ladestation 12a notbetriebsfähig ist
und/oder dass der Notbetrieb gestartet werden soll,
- einen AC DC Wandler 124a, der bspw. bidirektional ist,
- ein Batteriemanagementsystem 126a (BMS) , bspw. zur Überwachung der Temperatur im Traktionsakku 130a und/oder zum sogenannten Zellausgleich zwischen den Zellen des
Traktionsakkus 130a,
- einen optionalen Bordnetzakku 128a, der bspw. ein Gleichkleinspannung liefert, von bspw. kleiner als 50 Volt und größer als 5 Volt,
- einen Traktionsakku 130a, der bspw. im voll geladenen Zu- stand eine Gleichspannung im Bereich von 400 bis 800 Volt liefert .
An Stelle einer Pulsweitenmodulation kann in der Kommunikationseinheit 122a auch eine Powerline-Kommunikation oder eine Übertragung über Funk verwendet werden.
An Stelle des bidirektionalen AC DC Wandler 124a können auch ein AC DC Wandler und ein DC AC Wandler verwendet werden. Das Batteriemanagementsystem 126a kann bspw. auch Bestandteil des Traktionsakkus 130a sein.
Zusätzlich kann das Elektroauto 14a auch einen DC Ladeteil enthalten, wie er unten an Hand der Figur 5 erläutert wird. Abhängig von der Art der Ladestation 14a kann dann festgelegt sein oder festgelegt werden, welcher Notbetrieb möglich sein soll, d.h. Wechselspannung (AC) oder Gleichspannung (DC) . Kann die Ladestation beide Ladearten, so kann sie bspw. ex- plizit festlegen, welcher Notbetrieb erfolgen soll.
Zwischen den genannten Einheiten gibt es die folgenden Verbindungen :
- eine Leitung 134a zwischen der Verbindungseinheit 120a und einem ersten Anschluss des AC DC Wandlers 124a,
- eine Leitung 136a zwischen der Verbindungseinheit 120a und einem zweiten Anschluss des AC DC Wandlers 124a,
- eine Leitung 138a zwischen dem Traktionsakku 130a, z.B. dem Pluspol, und einem dritten Anschluss des AC DC Wandlers 124a,
- eine Leitung 140a zwischen dem Traktionsakku 130a, z.B. ei¬ nem Massepol bzw. Minuspol, und einem vierten Anschluss des AC DC Wandlers 124a,
- eine Leitung 142a bzw. mehrere Leitungen 142a zwischen dem Wandler 124a und dem Batteriemanagementsystem 126a, wobei die Leitung 142a bspw. eine Steuerleitung ist,
- eine Leitung 144a bzw. mehrere Leitungen 144a zwischen dem Batteriemanagementsystem 126a und dem Traktionsakku 130a, bspw. Steuerleitungen und/oder Erfassungsleitungen,
- eine Leitung 146a bzw. mehrere Leitungen 146a zwischen dem Batteriemanagementsystem 126a und der Kommunikationseinheit 122a, insbesondere zum Weiterleiten der im Zusammenhang mit dem Notbetrieb der Ladestation 14a empfangenen Signale oder Nachrichten von der Kommunikationseinheit 122a zum Batte- riemanagementsystem 126a, und
- eine Datenübertragungsverbindung 148a zwischen der Verbindungseinheit 120a und der Kommunikationseinheit 122a, ins¬ besondere zum Übertragen von im Zusammenhang mit dem Notbetrieb der Ladestation 14a übertragenen Signalen.
Das Elektroauto 14a enthält außerdem einen Traktionsmotor 132a, der bspw. zwei oder vier nicht dargestellte Räder an¬ treibt. An Stelle eines Traktionsmotors 132a können auch zwei oder vier Radnabenmotore (n) verwendet werden. Auch die An- triebsmotore (n) werden ggf. über Wechselrichter bzw. Wandler angesteuert, z.B. über AC DC Wandler. Das Elektroauto 14a ist bspw. ein übliches Elektroauto, des¬ sen Kommunikationseinheit 122a und Batteriemanagementsystem 126a jedoch so modifiziert worden sind, dass ein Notbetrieb einer Ladestation möglich ist. Insbesondere können zugehörige Anforderungen der Ladestation erfüllt werden. Die Anforderung wird als entsprechende Nachricht oder als Signal über das La¬ dekabel 16a bzw. auf andere Art übertragen.
Bei einer Variante liefert das Elektroauto 14a im Notbetrieb eine Wechselspannung, die etwa den gleichen maximalen Span- nungsbetrag bzw. Effektivspannungsbetrag hat wie die im Lade¬ betrieb empfangene Ladewechselspannung.
Bei einer anderen Variante liefert das Elektroauto 14a im Notbetrieb eine Wechselspannung, die einen erheblich kleine- ren Maximalspannungsbetrag bzw. Effektivspannungsbetrag hat als die im Ladebetrieb empfangene Ladewechselspannung, was durch entsprechende Ansteuerung des betreffenden Wandlers erreicht werden kann, z.B. des bidirektionalen Wandlers 124a. Die Notbetriebswechselspannung beträgt bspw. weniger als 50 Prozent oder weniger als 20 Prozent der Ladewechselspannung.
Die im Notbetrieb zu liefernde Wechselspannung kann bei einer nächsten Variante auch von der Ladestation vorgegeben werden, wobei das Elektroauto 14a für den Notbetrieb mindestens zwei voneinander verschiedene Wechselspannungen erzeugen kann.
Die vom Wandler 124a bzw. einem zusätzlichen Wandler im Notbetrieb erzeugte Wechselspannung ist insbesondere nicht netz¬ geführt, so dass ein Inselbetrieb möglich ist.
Die Figur 4 zeigt Einheiten einer DC (directed current) Lade¬ station 12b, die bspw. mit einer Gleichspannung im Bereich von 400 bis 800 Volt lädt. Von der Ladestation 12b führt ein Ladekabel 16b zu einer Verbindungseinrichtung 94b, z.B. zu einem Stecker. Der Stecker 94b wird in eine Aufnahmevorrich- tung an einem Elektroauto 14b gesteckt, das unten bspw. an Hand der Figur 5 erläutert wird.
Die Ladestation 12b kann als Ladesäule oder als Wallbox oder auf andere Art ausgeführt sein. Die Ladestation 12b ist über die Leitung 28b mit einem Energieversorgungsnetz verbunden, das im Normalbetrieb das Laden der Akkus eines Elektroautos an der Ladestation 12b ermöglicht. Im Normalbetrieb ist ein optionaler Schalter Slb zwischen der Leitung 28b und der Ladestation 12b geschlossen.
Die Ladestation 12b enthält:
- ein optionales Messgerät 50b, bspw. zum Erfassen der beim Laden entnommenen elektrischen Energie (Wirkleistung und/oder Blindleistung),
- einen optionalen FI (F - Fehler, I-Strom) Schalter 52b, der beim Auftreten von Fehlerströmen die Ladestation 12b vom Netz trennt und so eine Gefährdung von Personen verhindert,
- einen optionalen Schutzschalter 54b, der bei Überspannungen oder Überstrom selbsttätig schaltet, bspw. wenn der zuläs¬ sige maximale Ladestrom überschritten wird,
- einen AC DC Wandler 150, der eine Netzwechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt und der bspw. bidirektional arbeiten kann,
- ein Schütz 56b, mit dem das Laden begonnen und beendet werden kann,
- ein Steuermodul 58b, dessen Aufbau unten noch näher erläu- tert wird,
- einen AC DC AC Wandler 62b, der das Steuermodul 58b und weitere Einheiten der Ladestation 12b bspw. mit einer
Kleinwechselspannung versorgt, z.B. mit einem Effektivwert kleiner als 50 Volt und größer als 5 Volt,
- eine optionale Puffereinheit 64b, die bspw. für einige Se¬ kunden, z.B. kleiner als 60 Sekunden oder kleiner als 10 Sekunden das Steuermodul 58b und ggf. weitere Einheiten 96b bis 100b versorgen kann, um das Umschalten zwischen Normal- betrieb und Notbetrieb bzw. in umgekehrter Richtung zu ermöglichen .
An Stelle eines bidirektionalen Wandlers 150 kann auch ein AC DC Wandler und ein DC AC Wandler verwendet werden. Der bidirektionale Wandler 150 arbeitet in der DC AC Betriebsart vor¬ zugsweise nicht netzgeführt, so dass ein Inselbetrieb möglich ist. Gleiches gilt für einen separaten DC AC Wandler. Die Puffereinheit 64b kann bspw. auch Bestandteil des Wand¬ lers 62b bzw. des Steuermoduls 58b sein. Die Puffereinheit enthält bspw. einen Kondensator und/oder einen Akku, z.B. mit einer Ladekapazität kleiner als 1 kWh (Kilowattstunde) oder kleiner als 100 Ws (Wattsekunden) .
Das Steuermodul 58b enthält:
- eine Steuereinheit 66b, z.B. eine CPU, die der in der Figur 1 gezeigten Steuereinheit 20 entspricht, und
- eine Kommunikationseinheit 68b, bspw. eine
Pulsweitenmodulationseinheit , mit der Steuerinformationen über das Ladekabel 16b zu dem an die Ladestation 12b ange¬ schlossenen Elektroauto 14b, siehe Figur 5, gesendet werden können . Die Steuereinheit 66b und die Kommunikationseinheit 68b sind im Steuermodul 58b gekoppelt, insbesondere zum Datenaus¬ tausch .
An Stelle einer Pulsweitenmodulation kann auch eine Powerli- ne-Kommunikation oder eine Übertragung über Funk verwendet werden .
Es gibt die folgenden Verbindungen der Einheiten der Ladestation 12b:
- eine Leitung 70b zwischen dem Schalter Slb und dem optionalen Messgerät 50b,
- eine Leitung 72b zwischen dem optionalen Messgerät 50b und dem FI Schalter 52b, - eine Leitung 74b zwischen dem FI Schalter 52b und dem
Schutzschalter 54b,
- eine Leitung 160 zwischen dem Schutzschalter 54b und dem AC DC Wandler 150,
- eine Leitung 162 zwischen dem AC DC Wandler 150 und dem
Schütz 56b,
- eine optionale Leitung 164 zwischen dem Schütz 56b und dem Ladekabel 16b,
- eine Leitung 170 zwischen der Leitung 164 und einem
Gleichspannungspin bzw. Gleichspannungsanschluss des AC DC
AC Wandlers 62b,
- eine Leitung 80b zwischen dem Schalter Slb und dem AC AC Wandler 62b zum Erzeugen der Kleinwechselspannung,
- eine Leitung 82b zwischen dem AC AC Wandler 62b und dem
Steuermodul 58b,
- eine Leitung 84b zwischen der Steuereinheit 66b und dem
Schütz 56b, und
- eine Leitung 86b zwischen dem optionalen Puffer 64b und dem AC AC Wandler 62b.
Der FI Schalter 52b und der Schutzschalter 54b ermöglichen bspw. einen normkonformen bzw. normgerechten Betrieb der Ladestation 12b in der Ladebetriebsart 4 nach IEC 61851, ggf. auch mit einem zusätzlichen Überspannungsabieiter bzw. mehre- ren zusätzlichen Überspannungsableitern und/oder einem Isolationswächter .
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Reihenfolge der Schalter vertauscht sein. Weiterhin können zusätzliche Schal- ter vorgesehen sein, z.B. mindestens ein
Überspannungsabieiter. Auch kann der Eingang des AC AC Wandlers 62b an einer anderen Stelle angeschlossen sein.
Eine Datenübertragungsverbindung 90b liegt zwischen der Kom- munikationseinheit 68b und dem Ladekabel 16b. Im Ausführungs¬ beispiel ist die Verbindung 90b am Schütz 56b angeschlossen. Alternativ können andere Anschlussstellen verwendet werden, bspw. direkt an dem einen Ende des Ladekabels 16b. Verbraucher 96b bis 100b der Ladestation 12b sind ebenfalls am Ausgang des AC AC Wandlers 62b angeschlossen, z.B.
- eine Umfeld-Beleuchtungseinheit 96b, z.B. eine Glühlampe, eine Energiesparlampe oder eine Leuchtstoffröhre,
- eine Displaybeleuchtungseinheit 98b,
- weitere Einheiten 100b, wie Verriegelungseinheit für eine Verbindungsvorrichtung des Ladekabels 16b direkt an der Ladestation 12b, eine entsprechende Entriegelungseinheit, ei- ne Kühleinheit für die Elektronik der Ladestation 12b, eine
Notrufeinheit usw.
Eine optionale Erfassungsleitung 110b liegt zwischen der Leitung 28b und der Steuereinheit 66b. Die Erfassungsleitung 110b ermöglicht der Steuereinheit 66b den Netzausfall und ggf. auch die Spannungswiederkehr zu erfassen und den Schalter Slb bspw. über eine optionale Fernwirkleitung 112b zu betätigen, d.h. zunächst Öffnen bei Netzausfall und bei Span¬ nungswiederkehr Schließen. Alternativ kann der Netzausfall auch in der Ladestation 12b erfasst werden, z.B. an der Leitung 80b.
Die Funktion der Ladestation 12b wird unten an Hand der Figur 6 bzw. 7 noch näher erläutert. Im Normalbetrieb arbeitet die Ladestation 12b, wie eine bekannte Ladestation, ggf. kann dem Elektroauto jedoch auch schon im Normalbetrieb signalisiert werden, dass die Ladestation 12b für einen Notbetrieb geeig¬ net ist. Ebenso kann die Ladestation 12b im Normalbetrieb er¬ mitteln, ob das gerade angeschlossene Elektroauto 14, 14b ei- nen Notbetrieb unterstützt.
Im Notbetrieb kann die Ladestation 12b dann elektrische Ener¬ gie vom Elektroauto 14b anfordern und für die eigene Energie¬ versorgung nutzen. Im Zusammenwirken mit einem Gebäudemanage- mentsystem kann ggf. auch elektrische Energie an die Leitung 28b geliefert werden. Optional kann die Ladestation 12b auch an ein Gebäudemanage¬ mentsystem angeschlossen sein, um im Notbetrieb bspw. den Traktions-Akku des Elektroautos 14b nicht nur zur Notstrom¬ versorgung der Ladestation 12b sondern darüber hinaus auch für weitere an die Leitung 28b angeschlossene Verbraucher des Gebäudes zu nutzen, was vorzugsweise unter Steuerung des Ge¬ bäudemanagementsystems erfolgt.
An Stelle des AC DC AC Wandlers 62b kann auch ein AC DC Wand- 1er verwendet werden, der eine Kleingleichspannung erzeugt, bspw. kleiner als 50 Volt und größer als 5 Volt.
Es könnte an der Leitung 170 auch ein DC AC Wandler oder ein DC DC Wandler angeschlossen sein, der zusätzlich zum Wandler 62b verwendet wird. Eine geeignete Umschalteinheit ist dann ggf. vorzusehen.
Der AC DC AC Wandler 62b enthält bspw. auch eine Umschalteinheit, die sicher stellt, dass nur eine Spannungsquelle ver- wendet wird, d.h. entweder die über die Leitung 170 kommende Gleichspannung oder eine über die Leitung 80b kommende und vom Wandler 150 bzw. einem zusätzlichen Wandler erzeugte WechselSpannung . Bei einer Variante kann auch nur eine Kleinsignalgleichspannung, z.B. kleiner als 50 Volt und größer als 5 Volt, vom Elektroauto 14b kommen, bspw. eine Bordnetzspannung. Diese Spannung kann ohne Umwandlung, nur mit Spannungswertanpassung oder nach Umwandlung in eine Wechselspannung zur Versorgung der Ladestation 12b im Notbetrieb verwendet werden.
Auch kann eine Kleinsignalwechselspannung an eine Gleichspannungsladesäule vom Fahrzeug aus für den Notbetrieb der Lade¬ säule eingespeist werden.
Die Figur 5 zeigt Einheiten eines Elektroautos 14b, das für Gleichspannungsladen geeignet ist. Das Elektroauto 14b kann somit bspw. an der Ladestation 12b betrieben werden. Das Elektroauto 14b enthält die folgenden für das Laden der Akkus des Elektroautos 14b bzw. für den Notbetrieb der Lade¬ station 12b relevanten Einheiten:
- eine Verbindungseinheit 120b, z.B. eine Buchse für den Ste¬ cker des Ladekabels,
- eine Kommunikationseinheit 122b, die bspw. PWM-Signale
(Pulweitenmodulation) sendet und/oder empfängt, insbesondere eine Information, d.h. eine Nachricht bzw. ein Signal, bspw. dass die Ladestation 12b notbetriebsfähig ist
und/oder dass der Notbetrieb gestartet werden soll,
- eine Trenneinheit 200, z.B. mit nur zwei Leistungsschal¬ tern,
- ein Batteriemanagementsystem 126b (BMS) , bspw. zur Überwa- chung der Temperatur im Traktionsakku 130b und/oder zum sogenannten Zellausgleich zwischen den Zellen des
Traktionsakkus 130b,
- einen optionalen Bordnetzakku 128b, der bspw. ein Gleichkleinspannung liefert, von bspw. kleiner als 50 Volt und größer als 5 Volt,
- einen Traktionsakku 130b, der bspw. im voll geladenen Zu¬ stand eine Gleichspannung im Bereich von 400 bis 800 Volt liefert . An Stelle einer Pulsweitenmodulation kann in der Kommunikationseinheit 122b auch eine Powerline-Kommunikation oder eine Übertragung über Funk verwendet werden.
Das Batteriemanagementsystem 126b kann bspw. auch Bestandteil des Traktionsakkus 130b sein.
Zusätzlich kann das Elektroauto 14b auch einen AC Ladeteil enthalten, wie er oben an Hand der Figur 3 erläutert worden ist. Abhängig von der Art der Ladestation 14b kann dann fest- gelegt sein oder festgelegt werden, welcher Notbetrieb mög¬ lich sein soll, d.h. Wechselspannung (AC) oder Gleichspannung (DC) . Kann die Ladestation beide Ladearten, so kann sie bspw. explizit festlegen, welcher Notbetrieb erfolgen soll. Zwischen den genannten Einheiten gibt es die folgenden Verbindungen :
- eine Leitung 210 zwischen der Verbindungseinheit 120b und einem ersten Anschluss der Trenneinheit 200,
- eine Leitung 212 zwischen der Verbindungseinheit 120b und einem zweiten Anschluss der Trenneinheit 200,
- eine Leitung 214 zwischen dem Traktionsakku 130b, z.B. dem Pluspol, und einem dritten Anschluss der Trenneinheit 200, - eine Leitung 216a zwischen dem Traktionsakku 130b, z.B. ei¬ nem Massepol bzw. Minuspol, und einem vierten Anschluss der Trenneinheit 200,
- eine Leitung 142b bzw. mehrere Leitungen 142b zwischen der Trenneinheit 200 und dem Batteriemanagementsystem 126b, wo- bei die Leitung 142b bspw. eine Steuerleitung ist,
- eine Leitung 144b bzw. mehrere Leitungen 144b zwischen dem Batteriemanagementsystem 126b und dem Traktionsakku 130b, bspw. Steuerleitungen und/oder Erfassungsleitungen,
- eine Leitung 146b bzw. mehrere Leitungen 146b zwischen dem Batteriemanagementsystem 126b und der Kommunikationseinheit
122b, insbesondere zum Weiterleiten der im Zusammenhang mit dem Notbetrieb der Ladestation 14b empfangenen Signale oder Nachrichten von der Kommunikationseinheit 122b zum Batte¬ riemanagementsystem 126b, und
- eine Datenübertragungsverbindung 148b zwischen der Verbindungseinheit 120b und der Kommunikationseinheit 122b, ins¬ besondere zum Übertragen von im Zusammenhang mit dem Notbetrieb der Ladestation 14b übertragenen Signalen. Das Elektroauto 14b enthält außerdem einen Traktionsmotor
132b, der bspw. zwei oder vier nicht dargestellte Räder an¬ treibt. An Stelle eines Traktionsmotors 132b können auch zwei oder vier Radnabenmotore (n) verwendet werden. Auch die An- triebsmotore (n) werden ggf. über Wechselrichter bzw. Wandler angesteuert, z.B. AC DC Wandler.
Das Elektroauto 14b ist bspw. ein übliches Elektroauto, des¬ sen Kommunikationseinheit 122b und Batteriemanagementsystem 126b jedoch so modifiziert worden sind, dass ein Notbetrieb einer Ladestation 12b möglich ist. Insbesondere können zugehörige Anforderung der Ladestation 12b erfüllt werden. Die Anforderung wird als entsprechende Nachricht oder als Signal über das Ladekabel 16b bzw. auf andere Art übertragen.
Bei einer Variante liefert das Elektroauto 14b im Notbetrieb eine Gleichspannung, die etwa den gleichen maximalen Spannungsbetrag wie die im Ladebetrieb empfangene Ladegleichspan- nung hat.
Bei einer anderen Variante liefert das Elektroauto 14b im Notbetrieb eine Gleichspannung, die einen erheblich kleineren Spannungsbetrag hat als die im Ladebetrieb empfangene Lade- gleichspannung, was bspw. durch Umschalten auf eine Bordnetzspannung erreicht werden kann. Die Notgleichspannung beträgt bspw. weniger als 50 Prozent oder weniger als 20 Prozent der Ladegleichspannung . Die im Notbetrieb zu liefernde Gleichspannung kann bei einer nächsten Variante auch von der Ladestation 12b vorgegeben werden, wobei das Elektroauto 14b für den Notbetrieb mindes¬ tens zwei voneinander verschiedene Gleichspannungen erzeugen kann .
Die Figur 6 zeigt Verfahrensschritte beim Anschluss eines Elektroautos, z.B. 14, 14a, 14b, an eine Ladesäule bzw. Lade¬ station, z.B. 12, 12a bzw. 12b. Die Verfahrensschritte werden im Folgenden auch kurz als Schritte bezeichnet. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 300 bspw. mit dem Verbinden von
Fahrzeug und Ladestation über ein Ladekabel oder durch Positionieren einer Spule im Fahrzeug bzw. Elektroauto 14, 14a, 14b, und einer Spule außerhalb des Fahrzeugs beim induktiven Laden .
In einem folgenden Schritt 302 erkennt das Fahrzeug das Lade¬ kabel. In einem Schritt 304, der auch vor dem Schritt 302 liegen bzw. gleichzeitig zu diesem Schritt ausgeführt werden kann, erfasst die Ladestation bzw. die Ladesäule, dass ein Fahrzeug ladebereit ist.
In einem Schritt 304 signalisiert die Ladestation, dass eine Notbetriebsart mit Nutzung des Fahrzeugakkus (Traktionsakku oder Bordnetzakku) vorhanden ist. Es kann auch die in der Notbetriebsart erwartete Spannungsart, d.h. Gleichspannung oder Wechselspannung, sowie die Höhe der Spannung von der Ladestation vorgegeben werden oder zwischen der Ladestation und dem Elektroauto ausgehandelt werden.
In einem Schritt 308 erzeugt die Ladestation dann einen Ladestrom, bspw. einen von ihr maximal zu liefernden Ladestrom IMax . Der Ladestrom kann ein Gleichstrom oder ein Wechsel- ström sein.
In einem Schritt 310 wird der Akku des Fahrzeugs dann gela¬ den, bspw. bis fahrzeugseitig eine Abschaltung erfolgt, z.B. bei voll geladenem Akku.
Damit werden auch für den Notbetrieb relevante Verfahrens¬ schritte im Normalbetrieb ausgeführt.
Die Reihenfolge der in der Figur 6 gezeigten Schritte kann auch verändert werden. Außerdem können weitere Schritte vor, zwischen oder nach den genannten Schritten ausgeführt werden.
Die Figur 7 zeigt Verfahrensschritte bei einem Netzausfall. Die Verfahrensschritte werden im Folgenden auch kurz als Schritte bezeichnet. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 350 bspw. mit den an Hand der Figur 6 erläuterten Schritten.
In einem folgenden Schritt 352 kommt es zu einem Netzausfall oder zu einer Störung in der Energiezuleitung der Ladestation (LS) . Dies kann bspw. während des Ladens oder auch nach dem
Laden erfolgen. Bei zeitgetriggertem Laden kann sich der Ausfall auch vor dem Laden ereignen. Alternativ kann das Fahrzeug bzw. Elektroauto, z.B. 14, 14a, 14b, auch nur vorsorg- lieh an die Ladestation angeschlossen werden, bspw. um gerade einen Notbetrieb zu gewährleisten.
In einem Schritt 354 erfasst die Ladestation, z.B. 12, 12a bzw. 12b, den Spannungsausfall, bspw. über einen Sensor am Versorgungsnetz oder an einer Kleinspannungsstromversorgung innerhalb der Ladestation.
In einem optionalen Schritt 356 trennt sich die Ladestation anschließend vom nun ggf. spannungslosen Netz, bspw. durch Öffnen des Schalters Sla bzw. Slb oder eines anderen Schal¬ ters. Die Funktion der Steuerung der Ladestation kann durch eine Pufferschaltung (Ladstationsinterner Akku, Kondensator) oder auf andere Art gewährleistet werden. Konflikte zwischen Ladestation und Versorgungsnetz können aber auch auf andere Weise vermieden werden, bspw. durch Maßnahmen außerhalb der Ladestation .
In einem ebenfalls optionalen Schritt 358 wird dann das Fahr- zeug von der Ladestation angewiesen mit der Notstromversorgung zu beginnen. Alternativ kann bspw. der Notbetrieb vom Fahrzeug automatisch gestartet werden, bspw. bei einer unerwarteten Unterbrechung des Ladevorgangs, auf Anforderung des Fahrers hin oder auf Grund eines anderen geeigneten Ereignis- ses.
In einem Schritt 360 speist dann der Traktions-Akku des Fahr¬ zeugs oder ein Bordnetz bzw. Bordnetzakku die Ladestation und ggf. noch weitere Verbraucher eines Gebäudes im Notbetrieb. Die Ausführung des Schritts 360 kann bspw. von der Zustimmung des Fahrers, Halters oder Besitzers abhängen. Alternativ kann bspw. in Katastrophenfällen der Schritt 360 auch ohne Zustimmung des Fahrers bzw. anderer Personen ausgeführt werden. Das Verfahren wird in einem Schritt 362 beendet, bspw. bei
Spannungswiederkehr oder durch einen Servicemitarbeiter. Alternativ wird der Notbetrieb vom Fahrzeug bzw. Fahrer been- det, bspw. wenn der Akku auf ein vorgegebenes Maß entladen ist .
Die Reihenfolge der in der Figur 7 gezeigten Verfahrens- schritte kann auch verändert werden. Außerdem können weitere Verfahrensschritte vor, zwischen oder nach den genannten Schritten ausgeführt werden.
Die für eine Elektroauto bzw. Elektrofahrzeug erläuterten Ausführungsbeispiele gelten entsprechend für andere Elektro- transportmittel .
Die Ladestationen können einphasig, zweiphasig oder dreipha¬ sig an das Energieversorgungsnetz 24 bzw. an ein entsprechen- des Energieversorgungsnetz mit anderer Versorgungsspannung und/oder andrer Netzfrequenz als 50 Hertz angeschlossen sein. Das AC Laden kann ebenfalls einphasig, zweiphasig oder drei¬ phasig erfolgen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und be¬ schrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die of- fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen kön¬ nen vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die in der Einleitung genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen können untereinander kombiniert werden. Die in der Figurenbeschreibung ge- nannten Ausführungsbeispiele können ebenfalls untereinander kombiniert werden. Weiterhin können die in der Einleitung genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen mit den in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungsbeispielen kombiniert werden.

Claims

Ladestation (12, 12a, 12b),
mit einer Steuereinheit (20, 66a, 66b),
mit einer Erfassungseinheit (110a, 110b) zum Erfassen des Ausfalls einer Versorgungsspannung eines Energieversorgungsnetzes (24, 28a, 28b), wobei die Erfassungseinheit (110a, 110b) an die Steuereinheit (20, 66a, 66b) gekoppelt ist,
und mit einer Sendeeinheit (68a, 68b) zum Senden einer Nachricht oder eines Signals an ein Elektro- Transportmittel (14, 14a, 14b),
wobei die Sendeeinheit (68a, 68b) an die Steuereinheit (20, 66a, 66b) gekoppelt ist und wobei die Nachricht oder das Signal ein Liefern von elektrischer Energie aus einem Akku (130a, 130b) des Transportmittels (14, 14a, 14b) zu der Ladestation (12, 12a, 12b) betrifft.
Ladestation (12, 12b) nach Anspruch 1, wobei die Ladestation (12, 12b) einen AC DC Wandler (150) enthält, der ei¬ nen Akku (130b) des Transportmittels (14, 14a, 14b) laden kann,
wobei der AC DC Wandler (150) ein bidirektionaler Wandler ist oder wobei die Ladestation (12, 12b) einen DC AC Wand¬ ler enthält mit einer Leistung größer als 1 Kilowatt, grö¬ ßer als 5 Kilowatt oder größer als 10 Kilowatt.
Ladestation (12, 12b) nach Anspruch 2, wobei die Ladestation einen DC AC Wandler (156) oder einen DC DC-Wandler oder einen AC DC AC (156) Wandler enthält, der eine Leis¬ tung kleiner als 1 Kilowatt hat, und der vorzugsweise mit dem Ladeanschluss (16, 16b) für das Transportmittel (14, 14b) verbunden ist.
Ladestation (12, 12b) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der bidirektional arbeitende AC DC Wandler (150) in der DC AC Betriebsart oder der DC AC Wandler mit einer Leistung grö- ßer als 1 Kilowatt, größer als 5 Kilowatt oder größer als 10 Kilowatt nicht netzgeführt arbeiten kann.
Ladestation (12, 12a) nach Anspruch 1, wobei die Ladestation (12, 12a) einen ankommenden Wechselstrom zu dem
Transportmittel (14, 14a) durchleitet oder durchleiten kann .
Ladestation (12, 12a, 12b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (20, 66a, 66b) mit ei¬ ner Trenneinheit (Sla, Slb) verbunden ist, mit der die La¬ destation (12, 12a, 12b) vom Energieversorgungsnetz (24, 28a, 28b) getrennt werden kann.
Ladestation (12, 12a, 12b) nach Anspruch 6, wobei die Erfassungseinheit (110a, 110b) von der Ladestation (12, 12a, 12b) aus gesehen hinter der Trenneinheit (Sla, Slb) ange¬ ordnet ist.
Ladestation (12, 12a, 12b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (12, 12a, 12b) ein sepa¬ rates Spannungsnetz (82a, 82b) enthält, das mindestens ei¬ ne, mindestens zwei, mindestens drei oder alle der folgen¬ den Einheiten speist:
die Steuereinheit (20, 66a, 66b),
die Sendeeinheit (68a, 68b),
eine Beleuchtungseinheit (98a, 98b) zum Beleuchten der Um¬ gebung der Ladestation (12, 12a, 12b),
eine Beleuchtungseinheit (100a, 110b) zum Beleuchten einer Anzeigeeinheit der Ladestation (12, 12a, 12b), insbesonde¬ re eine Hintergrundbeleuchtung,
eine Verriegelungseinheit (100a, 110b) und/oder eine
Entriegelungseinheit (100a, 110b) für eine Anschlussvor¬ richtung eines Ladekabels (16, 16a, 16b),
eine Kühleinheit (100a, 110b) der Elektronik der Ladesta¬ tion (12, 12a, 12b), insbesondere ein Lüfter,
eine Notrufeinheit (100a, 110b). Ladestation (12, 12a, 12b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (12, 12a, 12b) mit min¬ destens einer weiteren Ladestation im Notbetrieb im Energieverbund verschaltet werden kann.
Ladestation (12, 12a, 12b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (12, 12a, 12b) an einem Datenübertragungsnetz (34) eines elektronischen Gebäudemanagementsystems (32) angeschlossen ist, und wobei im Notbetrieb das Gebäudemanagementsystem (32) die Ladestationen (12, 12a, 12b) in die Energieversorgung eines Gebäudes einbezieht, insbesondere in eine Notbeleuchtung und/oder ein Notrufsystem und/oder eine Notbelüftung. 11. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (12, 12a, 12b), insbesondere einer Ladestation (12, 12a, 12b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem in einer Notbetriebsart eine Ladestation (12, 12a, 12b) oder sowohl eine Ladestation (12, 12a, 12b) als auch ein Gebäude von einem Elektro-Transportmittel (14, 14a, 14b) mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden .
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Ladestation (12, 12a, 12b) beim Ausfall einer Spannung eines Energieversorgungsnetzes (24, 28a, 28b) von dem Transportmittel (14, 14a, 14b) aus mit elektrischer Energie versorgt wird .
Elektro-Transportmittel (14, 14a, 14b), insbesondere zur Verwendung mit einer Ladestation (12, 12a, 12b) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder zur Verwendung in einem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
mit einer Empfangseinheit (148a, 148b), die Nachrichten oder Signale von einer Ladestation (12, 12a, 12b) empfangen kann,
mit einer Schalteinheit (124a, 200), die eine Betriebsart ermöglicht, in der von einem Akkumulator (130a, 130b) des Transportmittels (14, 14a, 14b) elektrische Energie an eine externe Einheit, insbesondere an eine Ladestation (12, 12a, 12b), geliefert wird,
und mit einer Steuereinheit (126a, 126b), die eingangs- seitig mit der Empfangseinheit (148a, 148b) und ausgangs seitig mit der Schalteinheit (124a, 200) verbunden ist.
Transportmittel (14, 14b) nach Anspruch 13, wobei die Schalteinheit (200) mindestens zwei Anschlüsse hat, die durch die Schalteinheit (200) für eine Zeitspanne von mehr als einer Sekunde oder von mehr als 10 Sekunden mit einander verbunden werden,
und/oder wobei die elektrische Energie eine Spannung kleiner als 50 Volt hat.
Transportmittel (14, 14a) nach Anspruch 13, wobei die Schalteinheit (124a) ein DC AC Wandler ist, mit dem elektrische Energie an eine externe Einheit geliefert werden kann, insbesondere ein bidirektional arbeitender Wandler (124a),
und wobei vorzugsweise der Wandler (124a) in der DC AC Betriebsart nicht netzgeführt arbeiten kann,
und wobei vorzugsweise der Wandler (124a) eine Spannung kleiner als 50 Volt liefern kann.
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