WO2014114515A2 - Ladeeinrichtung zum laden einer anzahl n von elektrofahrzeugen und ladestation - Google Patents

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Johannes Reinschke
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Definitions

  • the present invention relates to a charging device for charging a number N of electric vehicles and a charging station.
  • a prerequisite for electromobility using electric vehicles is the existence of a nationwide charging infrastructure.
  • the charging of electric vehicles as well as the feeding of electrical energy from the batteries of the electric vehicles into the electric power grid takes place here, for example, with DC fast charging stations.
  • DC fast charging stations can either be built according to the Japanese Chademo standard or to the IEC / SAE standard (IEC 61851-23). Both standards require that at ei ⁇ ne DC fast charger connected electric vehicles both from (Low) etz as are isolated from each other.
  • the electrical isolation can be achieved in a DC Quick ⁇ charging station for example by means of one or more isolating transformer, wherein there are two realization variants ⁇ : In a first variant of the separating transformer is a 50- or
  • the DC rapid charging station consists of an AC-DC converter followed by one or more DC-DC regulators with galvanic isolation.
  • DC power is converted into AC voltage (with a frequency clearly larger than 50 ... 60Hz, typically several 10kHz) by means of power electronics, a separation transformer is operated with this AC voltage and the secondary side AC voltage at the separation Transformer then rectified again. Due to the high frequency of the alternating voltage used in the DC-DC controller, the isolating transformer has a significantly smaller design than in the first variant.
  • an object of the present invention is to provide an improved charging device for charging a number of electric vehicles.
  • a charging device for charging a number N of electric vehicles has a network connection device for connecting the charging device to an AC network, a number N of coupling devices for coupling the charging device with the N electric vehicles, a plurality of backup batteries, a rectifier for rectifying an AC current provided by the AC network into a DC current for charging the AC line Buffer batteries and a circuit device for Beschalzten the backup batteries such that the power supply device and the coupling means are galvanically isolated.
  • the charging device enables a structurally simple and cost-effective electrical isolation of the electric vehicles to be charged from the AC mains. The use of elaborate Separating transformers with at least one isolating transformer per ⁇ to be charged electric vehicle is avoided.
  • the backup battery can also be referred to as a secondary battery, accumulator ⁇ tor or battery.
  • the circuit device is set up to delay the backup batteries such that the network connection device and the coupling devices are galvanically isolated and that the coupling devices are galvanically separated from one another.
  • the buffer batteries are connected in parallel, for example.
  • the circuit device is set up to couple N buffer batteries of the N + 1 buffer batteries with the N coupling devices and to charge at least one more of the N + 1 buffer batteries by means of the rectifier.
  • N Electric vehicles with ⁇ means of N backup batteries can be charged simultaneously, in addition, another battery that is ver ⁇ connected with any electric car can be charged.
  • the maximum number N of electric vehicles by means of N buffer batteries are charged at a time each, wherein at least one additional backup battery at the same time can be set ⁇ load.
  • the circuit means includes a first interface module which is coupled between the rectifier and the backup batteries and having first switching means for coupling and decoupling the backup batteries to the rectifier, and a second section ⁇ module connected between the backup batteries and N with the coupling means coupled DC-DC actuators is coupled and second switching means for coupling N Puf ⁇ fererbatterien with the N coupling means.
  • the DC-DC converter can be, for example, a DC converter.
  • the circuit device allows an efficient electrical isolation of the electric vehicles to be charged from both the AC power grid and each other.
  • the first interface module comprises an electrical resistance, via which the direct current rectified by the first rectifier flows in a state of the charging device in which all the buffer batteries are decoupled from the rectifier.
  • the electrical resistance functions as a consumer instead of the backup batteries if none of the backup batteries is connected to the AC network, ie if a backup battery, which was previously connected to the electric vehicle for charging an electric vehicle, has a certain charging capacity. stood below and is replaced by switching the circuit device against another backup battery, which is temporarily no backup battery connected to the rectifier.
  • the resistance value of the electrical resistance is selected such that a load current-side load breakdown at the rectifier (60) is prevented when the decoupling of all the buffer batteries by the rectifier.
  • Preventing a load collapse avoids, for example, an error detection of the charging electric vehicle and there ⁇ with a termination of the charging process due to the supposedly detected error.
  • a control device for controlling the circuit device, which is set up to control the coupling of N specific buffer batteries of the N + 1 buffer batteries with the N DC controllers and coupling the at least one further backup battery of the N + 1 buffer batteries to control with the rectifier.
  • the control device allows an efficient switching of
  • the N DC converters are each designed as a step-down converter. Step-down converters allow cost-effective and efficient conversion of the DC voltage applied to the step-down converters.
  • the N DC converters are each designed as a high-setting converter.
  • the rectifier is connected between the first interface module and the network connection device. In this way, an efficient rectification of the Wech ⁇ sellid from the AC network is possible.
  • a respective charging interface is coupled between the respective DC adjuster and the respective coupling device, the respective charging interface comprising at least one measuring device and / or at least one protective device.
  • the measuring devices allow a measurement of the state of charge of the battery to be charged of an electric vehicle.
  • the protective ⁇ devices serve to protect to load buffer and vehicle batteries and the charging infrastructure further example from voltage spikes.
  • a buffer capacity of the DC-DC converter depending on a switching period ⁇ for coupling and decoupling the backup batteries, an output voltage of the rectifier and a maximum output of DC-DC converter is set.
  • the charging device is bidirectionally operable between the AC mains and the electric vehicles. In this way it is also possible to feed electrical energy from the vehicle batteries of the electric vehicles in the AC ⁇ power grid.
  • 1 is a schematic view of awhosbei ⁇ game of a charging device for charging a number N of electric vehicles.
  • Fig. 2 is a schematic view of another embodiment of an exporting ⁇ approximately loading means for loading a number N of electric vehicles.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a loading device 10 for loading a number N of electric vehicles.
  • the charging device 10 has a rectifier 60 in the form of an AC-DC converter, which is connected on the input side by means of a network connection device 20 to the AC network 30.
  • a first section ⁇ module 71 also referred to as "pre-Battery Interface Module” follows.
  • N is the number of parallel operable coupling means 41-4N for coupling the charging device 10 with N electric vehicles of the charging device 10.
  • the coupling devices 41-4N are also referred to as charging points.
  • the "Pre-Battery Interface Module” 71 ensures that a respective backup battery 51-5N is connected to a charging point 41-4N, while the backup battery 51-5N connected to no charging point 41-4N is disconnected from the AC-DC converter 60 If the buffer battery 51-5N connected to the AC-DC converter 60 is fully charged, it is exchanged with one of the other backup batteries 51-5N.
  • the buffer battery 51-5N with the lowest state of charge (“low state-of-charge”) is replaced by a fully charged backup battery 51-5N.
  • a second interface module 72 is coupled to the buffer batteries 51-5N.
  • the second interface module 72 is also referred to as a "post-battery interface module".
  • N Gleichstromum ⁇ judge 81-8N are coupled, for example in the form of DC-DC buck converters, where N is the number of parallel betreibba ⁇ ren charging points 41-4N of the charging device 10.
  • Each respective DC-DC converter 81-8N is coupled on the output side to a charging interface 91-9N comprising a protection and measurement technology.
  • the first and the second interface module 71, 72 together form a circuit device 71, 72, which is set up to beschaltten the buffer batteries 51-5N such that the power supply device 20 and the coupling means 41-4N are galvanically isolated and that the coupling means 41-4N are galvanically isolated from each other.
  • Fig. 2 shows a schematic view of another embodiment of an exporting ⁇ approximately charger 10 for charging a purchase number N of electric vehicles.
  • Fig. 2 shows the
  • Interface module 71 are coupled to each other, wherein S2 is an opener and Sl is a closer, or vice versa.
  • S2 is an opener and Sl is a closer, or vice versa.
  • the zugzugete via the switch S2 resistor R allows the Switching the backup batteries 51, 52 from the AC-DC converter 60 without switching off the AC-DC inverter 60th
  • Second switching means of the second interface module 72 comprise the mutually coupled switches S3 and S4.
  • the coupling of the switches S3 and S4 causes each ⁇ that buffer battery 51, 52 is charged, which is not connected via egg ⁇ ne coupling device 41-4N with an electric vehicle.
  • a control device 73 controls the circuit device 71, 72 and in particular the switches S2 and Sl of the first interface module 71 and S3 and S4 of the second interface module 72.
  • the AC-DC converter 60 is designed, for example, for a maximum DC output current of 30 A at a DC output voltage in the range 600 ... 840V.
  • the resistor R is advantageously designed so that it can flow up to 30A, that is
  • a suitable buffer capacitance C is in the range of 10mF, as the following estimate at the input of the DC-DC modulator 81-8N shows:
  • Output voltage U of the AC-DC converter 600V (or more) max.
  • Power DC DC adjuster power 50kW

Abstract

Es wird eine Ladeeinrichtung zum Laden einer Anzahl N von Elektrofahrzeugen vorgeschlagen. Die Ladeeinrichtung hat eine Netzanschlusseinrichtung zum Anschließen der Ladeeinrichtung an ein Wechselstromnetz, eine Anzahl N von Kupplungseinrichtungen zum Koppeln der Ladeeinrichtung mit den N Elektrofahrzeugen, eine Mehrzahl parallel geschalteter Pufferbatterien, einen Gleichrichter zum Gleichrichten eines von dem Wechselstromnetz bereitgestellten Wechselstroms in einen Gleichstrom zum Laden der Pufferbatterien und eine Schaltungseinrichtung zum Beschalten der Pufferbatterien derart, dass die Netzanschlusseinrichtung und die Kupplungseinrichtungen galvanisch getrennt sind. Die Ladeeinrichtung ermöglicht eine konstruktiv einfache und kostengünstige galvanische Trennung der zu ladenden Elektrofahrzeuge vom Wechselstromnetz. Weiterhin wird eine Ladestation mit einer Anzahl von Ladeeinrichtungen vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Ladeeinrichtung zum Laden einer Anzahl N von Elektrofahrzeugen und Ladestation
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zum Laden einer Anzahl N von Elektrofahrzeugen sowie eine Ladestation . Eine Voraussetzung für Elektromobilität mittels Elektrofahr- zeugen ist das Vorhandensein einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur. Das Laden von Elektrofahrzeugen sowie das Einspeisen von elektrischer Energie aus den Batterien der Elekt- rofahrzeuge in das elektrische Stromnetz erfolgt dabei bei- spielsweise mit Gleichstrom-Schnellladestationen (englisch: DC Fast Chargers) .
Gleichstrom-Schnellladestationen können entweder nach dem japanischen Chademo-Standard oder nach der IEC/SAE-Norm (IEC 61851-23) aufgebaut werden. Beide Normen fordern, dass an ei¬ ne Gleichstrom-Schnellladestation angeschlossene Elektrofahr- zeuge sowohl vom (Niederspannungs- ) etz als auch untereinander galvanisch getrennt sind. Die galvanische Trennung kann in einer Gleichstrom-Schnell¬ ladestation beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Trenn-Transformatoren erreicht, wobei es zwei Realisierungs¬ varianten gibt: In einer ersten Variante ist der Trenn-Trafo ein 50- oder
60Hz-Trafo, der in der Ladestation nahe am Netzanschlusspunkt platziert ist. Die Gleichrichtung mit Hilfe eines AC-DC- Wandlers erfolgt an der Sekundärseite des 50/60Hz-Trafos . In diesem Fall sind jedoch für ein gleichzeitiges Laden von meh- reren Elektrofahrzeugen mehrere komplette Ladestationen dieser Bauart erforderlich. In einer zweiten Variante besteht die Gleichstrom- Schnellladestation aus einem AC-DC-Wandler gefolgt von einem oder mehreren DC-DC-Stellern mit galvanischer Trennung. In einem DC-DC-Steller mit galvanischer Trennung werden mittels Leistungselektronik Gleichspannung in Wechselspannung (mit einer Frequenz deutlich größer als 50...60Hz, typischerweise mehrere 10kHz) umgewandelt, mit dieser Wechselspannung ein Trenn-Trafo betrieben und die sekundärseitige Wechselspannung am Trenn-Trafo anschließend wieder gleichgerichtet. Aufgrund der hohen Frequenz der im DC-DC-Steller verwendeten Wechselspannung hat der Trenn-Trafo eine deutlich kleinere Bauform als in der ersten Variante.
In beiden Varianten stellt die galvanische Trennung mittels Trenn-Trafo einen erheblichen konstruktiven Aufwand und somit einen erheblichen Kostenfaktor dar.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladeeinrichtung zum Laden einer Anzahl von Elektro- fahrzeugen zu schaffen.
Demgemäß wird eine Ladeeinrichtung zum Laden einer Anzahl N von Elektrofahrzeugen vorgeschlagen. Die Ladeeinrichtung hat eine Netzanschlusseinrichtung zum Anschließen der Ladeein- richtung an ein Wechselstromnetz, eine Anzahl N von Kupplungseinrichtungen zum Koppeln der Ladeeinrichtung mit den N Elektrofahrzeugen, eine Mehrzahl von Pufferbatterien, einen Gleichrichter zum Gleichrichten eines von dem Wechselstromnetz bereitgestellten Wechselstroms in einen Gleichstrom zum Laden der Pufferbatterien und eine Schaltungseinrichtung zum Beschälten der Pufferbatterien derart, dass die Netzanschlusseinrichtung und die Kupplungseinrichtungen galvanisch getrennt sind. Die Ladeeinrichtung ermöglicht eine konstruktiv einfache und kostengünstige galvanische Trennung der zu ladenden Elektro- fahrzeuge vom Wechselstromnetz. Die Verwendung von aufwändi- gen Trenn-Trafos mit mindestens einem Trenn-Trafo pro zu be¬ ladendem Elektrofahrzeug wird vermieden.
Statt eines einzelnen Gleichrichters, der beispielsweise als AC-DC-Umrichter ausgestaltet ist, können auch mehrere Gleichrichter oder AC-DC-Umrichter parallelgeschaltet sein.
Die Pufferbatterie kann auch als Sekundärbatterie, Akkumula¬ tor oder Batterie bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform ist die Schaltungseinrichtung dazu eingerichtet, die Pufferbatterien derart zu beschälten, dass die Netzanschlusseinrichtung und die Kupplungseinrichtungen galvanisch getrennt sind und dass die Kupplungseinrichtungen untereinander galvanisch getrennt sind.
Auf diese Weise wird ohne die Verwendung eines Trenn-Trafos erreicht, dass die zu ladenden Elektrofahrzeuge galvanisch sowohl vom Wechselstromnetz als auch untereinander getrennt sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mehrzahl von Pufferbatterien zumindest N+l Pufferbatterien (M=N+1). Die Pufferbatterien sind beispielsweise parallel geschaltet.
Das Vorhandensein einer weiteren Pufferbatterie zusätzlich zu den N Pufferbatterien erlaubt es, eine der N Pufferbatterien gegen die weitere Pufferbatterie auszutauschen, beispielswei¬ se wenn die eine der N Pufferbatterien einen bestimmten Lade- zustand unterschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltungseinrichtung dazu eingerichtet, N Pufferbatterien der N+l Pufferbatterien mit den N Kupplungseinrichtungen zu koppeln und zu- mindest eine weitere der N+l Pufferbatterien mittels des Gleichrichters zu laden. Auf diese Weise können gleichzeitig N Elektrofahrzeuge mit¬ tels N Pufferbatterien geladen werden, wobei zusätzlich eine weitere Pufferbatterie, die mit keinem Elektrofahrzeug ver¬ bunden ist, geladen werden kann.
Damit kann zu einem jeden Zeitpunkt die maximale Anzahl N von Elektrofahrzeugen mittels N Pufferbatterien geladen werden, wobei zumindest eine weitere Pufferbatterie zeitgleich aufge¬ laden werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltungseinrichtung ein erstes Schnittstellenmodul, welches zwischen dem Gleichrichter und den Pufferbatterien gekoppelt ist und erste Schaltmittel zum Koppeln und Entkoppeln der Pufferbatterien mit dem Gleichrichter aufweist, sowie ein zweites Schnitt¬ stellenmodul, welches zwischen den Pufferbatterien und N mit den Kupplungseinrichtungen gekoppelten Gleichstromstellern gekoppelt ist und zweite Schaltmittel zum Koppeln von N Puf¬ ferbatterien mit den N Kupplungseinrichtungen aufweist.
Der Gleichstromsteller kann beispielsweise ein Gleichstromumrichter sein.
Die Schaltungseinrichtung erlaubt eine effiziente galvanische Trennung der zu ladenden Elektrofahrzeuge sowohl vom Wechsel¬ stromnetz als auch untereinander.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Schnittstellenmodul einen elektrischen Widerstand, über welchen der von dem ersten Gleichrichter gleichgerichtete Gleichstrom in einem Zustand der Ladeeinrichtung fließt, in welchem alle Pufferbatterien von dem Gleichrichter entkoppelt sind.
Der elektrische Widerstand fungiert dabei als Verbraucher an- stelle der Pufferbatterien, wenn keine der Pufferbatterien mit dem Wechselstromnetz verbunden ist, wenn also eine Pufferbatterie, die zuvor zum Laden eines Elektrofahrzeugs mit dem Elektrofahrzeug verbunden war, einen bestimmten Ladezu- stand unterschreitet und durch Schalten der Schaltungseinrichtung gegen eine weitere Pufferbatterie ausgetauscht wird, wodurch kurzzeitig keine Pufferbatterie mit dem Gleichrichter verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Widerstandswert des elektrischen Widerstandes derart gewählt, dass ein wech- selstromseitiger Lasteinbruch an dem Gleichrichter (60) beim Entkoppeln aller Pufferbatterien von dem Gleichrichter ver- hindert ist.
Das Verhindern eines Lasteinbruchs vermeidet beispielsweise eine Fehlererkennung des zu ladenden Elektrofahrzeugs und da¬ mit einen Abbruch des Ladevorgangs aufgrund des vermeintlich erkannten Fehlers.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung zum Steuern der Schaltungseinrichtung vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, ein Koppeln von N bestimmten Pufferbatte- rien der N+l Pufferbatterien mit den N Gleichstromstellern zu steuern und ein Koppeln der zumindest einen weiteren Pufferbatterie der N+l Pufferbatterien mit dem Gleichrichter zu steuern . Die Steuereinrichtung erlaubt ein effizientes Schalten der
Schaltungseinrichtung zum Austausch einer Pufferbatterie mit einer weiteren Pufferbatterie und somit ein Fehler- und Unterbrechungs-freies Laden der Elektrofahrzeuge . Bei einer weiteren Ausführungsform, bei welcher die Ladeeinrichtung eine unidirektionale Ladeeinrichtung ist, sind die N Gleichstromumrichter jeweils als ein Tiefsetzsteller ausgebildet . Tiefsetzsteller erlauben eine kostengünstige und effiziente Wandlung der an den Tiefsetzstellern anliegenden Gleichspannung . Bei einer weiteren Ausführungsform, bei welcher die Ladeeinrichtung eine bidirektionale Ladeeinrichtung ist, sind die N Gleichstromumrichter jeweils als ein Hochtiefsetzsteiler ausgebildet .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Gleichrichter zwischen dem ersten Schnittstellenmodul und der Netzanschlusseinrichtung verbunden. Auf diese Weise ist ein effizientes Gleichrichten der Wech¬ selspannung aus dem Wechselstromnetz möglich.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine jeweilige Ladeschnittstelle zwischen dem jeweiligen Gleichstromsteller und der jeweiligen Kupplungseinrichtung gekoppelt, wobei die jeweilige Ladeschnittstelle zumindest eine Messeinrichtung und/oder zumindest eine Schutzeinrichtung umfasst.
Die Messeinrichtungen erlauben ein Messen des Ladezustands der zu ladenden Batterie eines Elektrofahrzeugs . Die Schutz¬ einrichtungen dienen zum Schutz der zu ladenden Puffer- und Fahrzeug-Batterien sowie der weiteren Ladeinfrastruktur beispielsweise vor Spannungsspitzen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Pufferkapazität des Gleichstromumrichters in Abhängigkeit von einer Umschalt¬ dauer zum Koppeln und Entkoppeln der Pufferbatterien, einer Ausgangsspannung des Gleichrichters und einer maximalen Leistung des Gleichstromumrichters eingestellt.
Dies ermöglicht ein effizientes Umschalten der Schalteinrichtung zwischen zwei Pufferbatterien.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Ladeeinrichtung bidirektional zwischen dem Wechselstromnetz und den Elektro- fahrzeugen betreibbar. Auf diese Weise ist es auch möglich, elektrische Energie aus den Fahrzeugbatterien der Elektrofahrzeuge in das Wechsel¬ stromnetz einzuspeisen.
Weiterhin wird eine Ladestation mit einer Anzahl von Ladeeinrichtungen vorgeschlagen.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Verfahrensschritte, Merkmale oder Ausführungsformen des Ver¬ fahrens oder der Anordnung. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen oder abändern.
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 Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei¬ spiels einer Ladeeinrichtung zum Laden einer Anzahl N von Elektrofahrzeugen; und
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausfüh¬ rungsbeispiels einer Ladeeinrichtung zum Laden einer Anzahl N von Elektrofahrzeugen .
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei¬ spiels einer Ladeeinrichtung 10 zum Laden einer Anzahl N von Elektrofahrzeugen . Die Ladeeinrichtung 10 weist einen Gleichrichter 60 in Form eines AC-DC-Umrichters auf, der eingangsseitig mittels einer Netzanschlusseinrichtung 20 an das Wechselstromnetz 30 angeschlossen ist. Am Ausgangs des AC-DC-Umrichters 60 folgt ein erstes Schnitt¬ stellenmodul 71, das auch als „Pre-Battery Interface Module" bezeichnet wird. An das erste Schnittstellenmodul 71 sind N+l Pufferbatterien 51-5N angeschlossen, wobei N die Anzahl der parallel betreibbaren Kupplungseinrichtungen 41-4N zum Kop- peln der Ladeeinrichtung 10 mit N Elektrofahrzeugen der Ladeeinrichtung 10 ist. Die Kupplungseinrichtungen 41-4N werden auch als Ladepunkte bezeichnet.
Das „Pre-Battery Interface Module" 71 stellt sicher, dass je- weils eine Pufferbatterie 51-5N mit einem Ladepunkt 41-4N verbunden ist, während die mit keinem Ladepunkt 41-4N verbundene Pufferbatterie 51-5N vom AC-DC-Umrichter 60 geladen werden kann. Ist die mit dem AC-DC-Umrichter 60 verbundene Pufferbatterie 51-5N vollgeladen, wird sie mit einer der anderen Pufferbatterien 51-5N ausgetauscht.
Verschiedene Kriterien für die Auswahl der Austauschbatterie sind denkbar. Vorteilhaft wird die Pufferbatterie 51-5N mit dem geringsten Ladezustand („lowest state-of-Charge" ) gegen eine vollgeladene Pufferbatterie 51-5N ausgetauscht.
An die Pufferbatterien 51-5N ist ein zweites Schnittstellen- modul 72 gekoppelt. Das zweite Schnittstellenmodul 72 wird auch als „Post-Battery Interface Module" bezeichnet. An das zweite Schnittstellenmodul 72 sind N Gleichstromum¬ richter 81-8N gekoppelt, beispielsweise in Form von DC-DC- Tiefsetzstellern, wobei N die Anzahl der parallel betreibba¬ ren Ladepunkte 41-4N der Ladevorrichtung 10 ist.
Jeder jeweilige DC-DC-Steller 81-8N ist ausgangsseitig mit einer eine Schutz- und Messtechnik umfassenden Ladeschnittstelle 91-9N gekoppelt. Das erste und das zweite Schnittstellenmodul 71, 72 bilden zusammen eine Schaltungseinrichtung 71, 72, die dazu eingerichtet ist, die Pufferbatterien 51-5N derart zu beschälten, dass die Netzanschlusseinrichtung 20 und die Kupplungseinrichtungen 41-4N galvanisch getrennt sind und dass die Kupp- lungseinrichtungen 41-4N untereinander galvanisch getrennt sind .
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausfüh¬ rungsbeispiels einer Ladeeinrichtung 10 zum Laden einer An- zahl N von Elektrofahrzeugen . Insbesondere zeigt Fig. 2 die
Schaltungseinrichtung mit den Schnittstellenmodulen 71, 72 im Detail .
In dem in Fig. 2 dargestellten Szenario ist N=l, das heißt die in Fig. 2 dargestellte Ladeeinrichtung 10 hat einen Lade¬ punkt 41 und zwei (N+l) Pufferbatterien 51, 52.
Bei einem Ladepunkt 41-4N für Elektrofahrzeuge ermöglicht die Verwendung von zwei Pufferbatterien 51, 52 eine galvanische Trennung vom Wechselstromnetz 30 ohne Trenn-Trafo. Bei N Ladepunkten 41-4N werden mindestens N+l Pufferbatterien 51, 52 benötigt .
Die Umschalter S2 und Sl erster Schaltmittel des ersten
Schnittstellenmoduls 71 sind miteinander gekoppelt, wobei S2 ein Öffner und Sl ein Schließer ist, oder umgekehrt. Der über den Schalter S2 zugschaltete Widerstand R ermöglicht das Schalten der Pufferbatterien 51, 52 vom AC-DC-Umrichter 60 ohne Abschalten des AC-DC-Umrichters 60.
Zweite Schaltmittel des zweiten Schnittstellenmoduls 72 um- fassen die miteinander gekoppelten Umschalter S3 und S4. Die Koppelung der Umschalter S3 und S4 bewirkt, dass jeweils die¬ jenige Pufferbatterie 51, 52 geladen wird, die nicht über ei¬ ne Kupplungseinrichtung 41-4N mit einem Elektrofahrzeug verbunden ist.
Eine Steuereinrichtung 73, aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Fig. 2 durch Pfeile dargestellt, steuert dabei die Schaltungseinrichtung 71, 72 und insbesondere die Umschalter S2 und Sl des ersten Schnittstellenmoduls 71 sowie S3 und S4 des zweiten Schnittstellenmoduls 72.
Bei geeigneter Auslegung des Widerstands R ist beim Öffnen von Sl kein Lasteinbruch am Netzanschlusspunkt des AC-DC- Umrichters 60 sichtbar.
Der AC-DC-Umrichter 60 ist beispielsweise für einen maximalen DC-Ausgangsstrom von 30A bei einer DC-Ausgangsspannung im Bereich 600...840V ausgelegt. Der Widerstand R wird vorteilhaft so ausgelegt, dass durch ihn bis zu 30A fließen können, das heißt
600V/30A < R < 840V/30A.
Zum Umschalten zwischen einer zu einem bestimmten Zeitpunkt des Ladevorgangs mit dem Elektrofahrzeug verbundenen Puffer¬ batterie 51 werden während des Umschaltvorganges die mit dem Elektrofahrzeug verbundene Pufferbatterie 51 und die mit dem AC-DC-Umrichter 60 verbundene Pufferbatterie 52 gleichzeitig kurzzeitig vom AC-DC-Umrichter 60 getrennt, indem der Um- Schalter Sl geöffnet wird. Da dabei am Ausgang des AC-DC- Umrichters 60 der Widerstand R durch den mit Sl gekoppelten Umschalter S2 zugeschaltet wird, kann der AC-DC-Umrichter 60 weiter mit seinem maximalen DC-Ausgangsstrom betrieben wer- den, wodurch das Batterieumschalten am Netzanschlusspunkt 20 des AC-DC-Umrichters 60 nicht als „Lasteinbruch" sichtbar wird . Das Umschalten zwischen den Pufferbatterien 51 und 52 ist auch seitens des Elektrofahrzeugs nicht feststellbar, wenn der mit dem Elektrofahrzeug verbundene DC-DC-Steller 81-8N eingangsseitig über eine hinreichend große Kapazität verfügt. Eine geeignete Pufferkapazität C liegt beispielsweise im Be- reich von lOmF, wie die folgende Abschätzung am Eingang des DC-DC-Stellers 81-8N zeigt:
Umschaltdauer dt: ca. 30msec
Ausgangsspannung U des AC-DC-Umrichters: 600V (oder mehr) max. Leistung P des DC-DC-Stellers: 50kW
E = H * C * U2
= P * dt
= 1500 J
--> C = 2 * E / Όζ = 8.3 mF
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Ladeeinrichtung (10) zum Laden einer Anzahl N von Elektro- fahrzeugen, mit:
einer Netzanschlusseinrichtung (20) zum Anschließen der
Ladeeinrichtung (10) an ein Wechselstromnetz (30),
einer Anzahl N von Kupplungseinrichtungen (41-4N) zum Koppeln der Ladeeinrichtung (10) mit den N Elektrofahrzeugen, einer Mehrzahl von Pufferbatterien (51-5M) ,
einem Gleichrichter (60) zum Gleichrichten eines von dem
Wechselstromnetz (30) bereitgestellten Wechselstroms in einen Gleichstrom zum Laden der Pufferbatterien (51-5M) , und
einer Schaltungseinrichtung (71, 72) zum Beschälten der Pufferbatterien (51-5M) derart, dass die Netzanschlussein- richtung (20) und die Kupplungseinrichtungen (41-4N) galvanisch getrennt sind.
2. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungseinrichtung (71, 72) dazu eingerichtet ist, die Pufferbatterien (51-5M) derart zu beschälten, dass die Netzanschlusseinrichtung (20) und die Kupplungseinrichtungen (41-4N) galvanisch getrennt sind und dass die Kupp¬ lungseinrichtungen (41-4N) untereinander galvanisch getrennt sind.
3. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mehrzahl von Pufferbatterien (51-5M) zumindest N+l Pufferbatterien (51-5M) umfasst.
4. Ladeeinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungseinrichtung (71, 72) dazu eingerichtet ist, N Pufferbatterien (51-5N) der N+l Pufferbatterien (51- 5N) mit den N Kupplungseinrichtungen (41-4N) zu koppeln und zumindest eine weitere der N+l Pufferbatterien (51-5N) mittels des Gleichrichters (60) zu laden.
5. Ladeeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungseinrichtung (71, 72) umfasst:
ein erstes Schnittstellenmodul (71), welches zwischen dem Gleichrichter (60) und den Pufferbatterien (51-5M) gekoppelt ist und erste Schaltmittel (Sl, S2) zum Koppeln und Ent¬ koppeln der Pufferbatterien (51-5M) mit dem Gleichrichter (60) aufweist, und
ein zweites Schnittstellenmodul (72), welches zwischen den Pufferbatterien (51-5M) und N mit den Kupplungseinrichtungen (41-4N) gekoppelten Gleichstromstellern (81-8N) gekoppelt ist und zweite Schaltmittel (S3, S4) zum Koppeln von N der Pufferbatterien (51-5M) mit den N Kupplungseinrichtungen (41-4N) aufweist.
6. Ladeeinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Schnittstellenmodul (71) einen elektrischen Widerstand (R) umfasst, über welchen der von dem Gleichrichter (60) gleichgerichtete Gleichstrom in einem Zustand der Ladeeinrichtung (10) fließt, in welchem alle Pufferbatterien (51-5M) von dem Gleichrichter (60) entkoppelt sind.
7. Ladeeinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Widerstandswert des elektrischen Widerstandes (R) derart gewählt ist, dass ein wechselstromseitiger Lasteinbruch an dem Gleichrichter (60) beim Entkoppeln aller Puffer- batterien (51-5M) von dem Gleichrichter (60) vermindert ist.
8. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuereinrichtung (73) zum Steuern der Schaltungs- einrichtung (71, 72) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, ein Koppeln von N bestimmten Pufferbatterien (51-5N) der N+l Pufferbatterien (51-5M) mit den N Gleichstromstellern (81-8N) zu steuern und ein Koppeln der zumindest einen weite- ren Pufferbatterie der N+l Pufferbatterien (51-5M) mit dem Gleichrichter (60) zu steuern.
9. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die N Gleichstromsteller (81-8N) bei einer unidirektio- nalen Ladeeinrichtung jeweils als ein Tiefsetzsteller ausgebildet sind,
dass die N Gleichstromsteller (81-8N) bei einer bidirektiona- len Ladeeinrichtung jeweils als ein Hochtiefsetzsteiler ausgebildet sind.
10. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der Gleichrichter (60) zwischen dem ersten Schnittstellenmodul (71) und der Netzanschlusseinrichtung (20) verbunden ist .
11. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass eine jeweilige Ladeschnittstelle (91-9N) zwischen dem jeweiligen Gleichstromsteller (81-8N) und der jeweiligen Kupplungseinrichtung (41-4N) gekoppelt ist, wobei die jewei¬ lige Ladeschnittstelle (91-9N) zumindest eine Messeinrich- tung und/oder zumindest eine Schutzeinrichtung umfasst.
12. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass in den Gleichstromsteller (81-8N) eine Pufferkapazität in Abhängigkeit von einer Umschaltdauer zum Koppeln und Entkoppeln der Pufferbatterien (51-5M) , einer Ausgangsspannung des Gleichrichters (60) und einer maximalen Leistung des Gleichstromstellers (81-8N) eingebaut ist.
13. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (10) bidirektional zwischen dem Wechselstromnetz (30) und den Elektrofahrzeugen betreibbar ist .
14. Ladestation mit einer Anzahl von Ladeeinrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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