WO2019042866A1 - Charging point, arrangement comprising multiple such charging points, and method for operating such a charging point - Google Patents

Charging point, arrangement comprising multiple such charging points, and method for operating such a charging point Download PDF

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WO2019042866A1
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Hans-Jürgen Pfisterer
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Hochschule Osnabrück
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    • Y04S10/126Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • Charging station arrangement with several such charging stations and method for operating such a charging station
  • the invention relates to a charging station, an arrangement with a plurality of such charging stations and a method for operating such a charging station.
  • Charging stations are used to supply electrical vehicles with electrical energy and are due to the
  • a local electric smart grid can make this possible.
  • This can be, for example, the grid connection point, a Photovoltaic system, the electric vehicle itself or other sources (generator or electric energy provider) to be.
  • the network will also be one or more
  • Electromobility one or more DC networks added.
  • Charging columns are commonly used as a rule
  • Vehicle battery can be coupled.
  • Charging pillar that is flexible and can be used for a wide variety of tasks in a local smart grid and thereby enables the lowest possible cost of an efficient exchange of electrical energy, so that a wide variety of electric vehicles, mobility and
  • the charging station of the type described here has at least one power-electronic converter module for converting
  • the charging station has a
  • the converter module is electrically interposed between the DC bus and the distributor module.
  • the distributor module is set up, individual connection lines of the one or more DC connection lines or the one or more AC voltage
  • the converter module is controllable by means of the controller such that the converter module operates alternatively as a DC-DC converter, rectifier or inverter.
  • Such a charging station can act as a central element in a local smart grid.
  • An advantage of this charging station is that the various subnets, sources (producers or electric energy providers) and sinks
  • the charging station can perform multiple tasks within the smart grid
  • a charging station is particularly advantageous for this, since this is usually only temporarily in operation, that is, when no electric vehicle has to be charged. In this way, the charging station is predestined to take over further tasks in the Smart Grid.
  • the charging station can thus be used as a central element in a smart grid
  • the charging station allows the connection of the
  • Converter module to a variety of subnets or topologies or sources respectively
  • the converter module can be controlled by means of the controller such that the converter module depending on
  • the charging station can assume different operating modes.
  • the one or more DC connection lines or the one or more AC connection lines can comprise connection lines for connecting one or more of the following components:
  • One or more photovoltaic modules or systems comprising individual photovoltaic strings or
  • Low-voltage battery eg DC voltage up to 60V
  • a high-voltage battery eg DC voltage between 60V and 1500V
  • AC battery eg DC and AC voltage up to 1500V
  • the converter module of the charging station is bidirectional
  • the converter module can be used as a DC-DC converter (boost converter or step-down converter), rectifier or
  • the transducer module serves as a very flexible power electronic component for energy transfer between the above
  • the DC bus serves as a kind as a kind
  • the DC link can be transferred to or from the electrical energy via one or more leads of the one or more DC power lines or the one or more AC power supply lines from or to the various energy sources or sinks.
  • the DC bus is, for example, a DC bus of high DC voltage in the range of 650 to 900 volts DC. In various embodiments, the
  • DC bus having a first bus line for a positive DC voltage, a second bus line as a center conductor and a third bus line for a negative DC voltage.
  • the DC bus can be a fourth bus line for a second positive DC voltage and a fifth bus line for a second negative DC voltage
  • the second positive DC voltage may be the same as or different from the first positive DC voltage
  • the second negative DC voltage may be equal to or different from the first negative DC voltage.
  • the distributor module has one or more switching elements for respectively connecting or disconnecting individual connection lines of the one or more DC connection lines or the one or more alternating voltage lines.
  • the distributor module can be used as switching matrix or as
  • Crossbar distributor between the converter module and the DC or AC power supply lines to be established.
  • the charging station may include a plurality of the illustrated converter modules. Furthermore, the charging station may include a plurality of the illustrated converter modules. Furthermore, the
  • Charging station also have multiple distribution modules.
  • Charging station can be set up such that in each case a distributor module, an interconnection of one or more of the converter modules with individual leads of the
  • AC power supply lines takes over.
  • only one distributor module can be provided, which takes over the interconnection of the plurality of converter modules of the charging station with the corresponding connecting lines.
  • first converter modules as DC converter (boost converter or buck converter) work
  • second converter modules as a rectifier or inverter
  • the charging station In various embodiments of the charging station, the
  • Each converter unit has a first connection side and a second connection side, wherein the converter units with their first connection sides to different distribution connection lines of
  • Distributor module are connected and with their second
  • Connection sides are connected in parallel on one or more bus lines of the DC bus.
  • Distributor module is set up by means of
  • connection lines of the type explained by means of one or more distribution modules of the charging station.
  • each transducer unit of the type described is such by control
  • Step-down converter between the second connection side and the first connection side
  • each transducer unit thus bidirectionally a corresponding energy transfer
  • the transducer module has three
  • Converter units which are connected as a B6 bridge circuit between three distributor connection lines of the distributor module and one or more bus lines of the DC bus, wherein each one converter unit forms a bridge branch of the B6 bridge circuit.
  • a B6 bridge circuit represents a suitable topology for the converter module in the charging station of the type described. Via the three bridge branches of the B6 bridge circuit is a multiphase AC voltage network, in particular one
  • Connection lines of the DC power supply lines or the AC power supply lines are connected via a very easy to implement converter topology to the charging station, while still a diversity of the various tasks and operating modes of the above
  • Connection side converter means comprising at least one inductance, which is connected upstream of the respective bridge branch at the respective first terminal sides.
  • each converter unit allows different switching paths through the transducer module.
  • the switching elements of each converter unit are opened or closed by means of the control
  • Rectifier or inverter operate.
  • an arrangement according to claim 7 having a plurality of charging stations of the type described above, wherein the charging columns are connected to each other via the DC bus.
  • the charging stations can also be connected to each other via an independent communication bus or a control bus.
  • the arrangement can be operated by a higher-level control of the charging stations such that a flexible energetic exchange between various sources and sinks, which can be connected via the respective connecting lines to the charging columns, can be achieved.
  • An exchange of electrical energy in this case runs from a source via one or more connection lines of the DC voltage connection lines or the AC voltage connection lines via one or more converter modules of one or more charging columns in the DC bus and the DC bus via one or more converter Modules of one or more, possibly other, charging stations to a sink, over one or more others
  • Connection cables of the DC connection cables or the AC power supply cables is connected.
  • the charging stations can be flexibly switched between different operating modes, with the corresponding converter modules being connectable to a wide variety of connection lines.
  • an arrangement of the type described quasi forms a local distribution network for feeding or removing electrical energy into or out of a local smart grid.
  • the arrangement is controllable via one or more main controls for controlling the charging columns.
  • different operating modes of the charging stations can be controlled via the one or more main controls, wherein in each operating mode at least two charging stations cooperate and the one or more
  • the main controllers are configured for switching the transformer modules of the charging stations with one or more of the DC connecting cables as well as the AC voltage
  • the above object is achieved in a further aspect by a method according to claim 9 for operating a charging station, wherein the charging station is designed according to the above type.
  • the at least one converter module is operated alternately in a first operating mode or in a second operating mode. This means that between a first operating mode and a second operating mode of the at least one converter module depending on the desired or required operating mode is changed. In the first
  • Such a method allows flexible operation of a converter module of the charging station alternatively in one
  • the converter module can switch between these two operating modes be flexibly switched back and forth.
  • the converter module can take multiple tasks.
  • a connection of the converter module with a variety of connection cables depending on the operating mode takes place
  • the method can be extended such that several charging stations are operated in parallel according to an arrangement of the type described above.
  • one or more converter modules of one or more first charging columns in the first operating mode and one or more converter modules of one or more second charging columns in the second operating mode are operated at the same time.
  • all charging stations can be operated in the first or in the second operating mode. The method thus allows a
  • Transducer modules and a respective transducer module has a plurality of transducer units according to the above type and possibly interconnection.
  • one or more first converter units or one or more second converter units of a respective converter module with individual connection lines of one or the a plurality of DC power supply lines and the one or more AC power supply lines
  • the first and second converter units are in each case as a DC-DC converter between the connected individual connection lines of the one or more DC voltage connection lines and the
  • the individual converter units can alternately with different
  • DC voltage connection lines or the one or more alternating current connecting lines are connected or disconnected and thereby alternately, depending on the task, as a DC-DC converter, rectifier or inverter can be controlled.
  • the method can be extended such that several charging stations of this type are operated in parallel as an arrangement.
  • the charging station explained above the arrangement of several charging stations explained above and the methods explained above can be used in a smart grid for resource utilization
  • the electric vehicles and / or other electrical mobility and work resources can by means of
  • Battery storage or hybrid systems are powered.
  • the corresponding battery memories of the resources may be connected to a corresponding smart grid, e.g. in the household, industrial or agricultural
  • the electric vehicles and / or other electrical mobility and labor resources may be limited to three
  • the battery system / the battery storage for the electric vehicles and / or other electric mobility and Work resources can also be built in three different ways:
  • Low voltage battery e.g., small vehicles, implements or other resources with a power consumption of up to 11 kW and an energy storage system of up to 20 kWh, for example lawnmower, small tractor, in-house
  • the mentioned combinations 1) and 2) can by means of a bidirectional charging station of the type described above or an arrangement with several such charging stations of the type described above and / or according to one of the above explained method can be realized.
  • the one or more converter modules or converter units can be set up as a plurality of resonantly operated DC / DC converters. These can, for example, receive a signed current signal via a communication interface and adjust the desired charge / discharge current.
  • Converter modules can be realized, which can be connected both in series and in parallel.
  • the DC voltage to be provided at the input in said combinations 1) and 2) may be from a local
  • DC network or via a DC system can be obtained, which is generated by a power converter.
  • the above combination 3) can be done using a
  • AC battery can be realized in the electric vehicle and / or in the other electrical mobility and work resource.
  • the AC battery can consist of several battery modules, which after a
  • Such a battery can be connected to an AC voltage network directly or by means of one or more of the above-explained charging stations, optionally in conjunction with one of the methods explained above.
  • Such a battery is also capable of an AC system of high frequency (greater than 30,000 Hz) generate and thus to feed an inductive energy transmitter (for a wireless power transmission).
  • On the stationary side could be a resonantly operated
  • Power converter a multilevel power converter or a
  • connection with one or more of the described charging stations and / or methods can be used.
  • an AC battery of the type described could also on a drive converter in the electric vehicle and / or in the other electric mobility and
  • Energy storage systems corresponding resources can be integrated into a local smart grid, which
  • bidirectional charging / discharging allows. Electric vehicles and / or other electrical
  • motorhomes can be easily and efficiently integrated into a local photovoltaic system.
  • An electrically driven motorhome with a range of 350 km is for a travel activity
  • Energy storage system can be integrated with 40 to 60 kWh.
  • agricultural self-propelled vehicles equipped with hybrid technology can be equipped with a smaller diesel engine, since this only has to be designed for the average power and not for the peak power. This can save about 10-15% diesel.
  • the battery of such a resource can be considered
  • Caches will be integrated into a local photovoltaic / biogas plant in the many months of non-use throughout the year.
  • An appropriate connection of all these resources to the local Smart Grid can be done via a
  • FIG. 1 a schematic representation of a charging station
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • Figure 3 shows several characteristics of a total current ripple on the switching ratio within a
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a
  • Figure 1 shows an embodiment of a charging station 1 with a plurality of line electronic converter modules 2.
  • Charging station 1 is used, among other things, to supply a
  • the charging station 1 a total of four power electronics with converter modules 2 on.
  • the power electronics are as LEI to LEm characterized.
  • the charging station 1 has more or fewer power electronics LE.
  • Power electronics LEI to LEm are each one
  • Each converter module 2 has a first connection side 10 and a second connection side 11 and is connected with its first connection side 10 to different distributor connection lines 12 of the respective distribution module 7 and with its second connection side 11 parallel to bus lines of the DC bus 4
  • the DC bus 4 is a DC bus of high DC voltage, for example, a DC voltage in the range between 650 and 900 volts DC.
  • the DC bus 4 includes various in the embodiment of FIG.
  • Bus lines These include a first bus line DC + for a first positive DC voltage, a second bus line MP acting as a mid-point conductor, and a third bus line DC
  • Bus line DC- for a first negative DC voltage.
  • the center conductor MP thus forms a quasi "center potential" between the two DC voltage lines DC + and DC-.
  • the DC bus 4 also has a fourth bus line DC + 2 for a second positive DC voltage and a fifth bus line DC-2 for a second negative DC voltage.
  • the DC bus 4 is arranged as a kind of intermediate circuit between the individual converter modules 2 of the charging station 1 to the various converter modules 2 of the
  • the individual converter modules 2 can via switching elements 13 via
  • Connecting lines are connected at their second terminal sides 11 with the different bus lines of the DC bus 4 or separated from them.
  • the switching elements 13 may be mechanical, electronic
  • Embodiment according to Figure 1 a state is shown, in which the converter modules 2 of the power electronics LEI and LE2 respectively with the bus lines DC + and DC -
  • Converter modules 2 of the power electronics LE3 and LEm with the bus lines DC + 2 and DC-2 of the DC bus 4 are connected. Other switching connections are in the
  • all converter modules 2 can all be
  • Power electronics LEI to LEm be connected to all bus lines of the DC bus 4 or others
  • the distributor module 7 has the function of switching by means of the distributor connection lines 12 individual
  • each distributor module 7 is a switching matrix or
  • the distributor module 7 individual connection lines of
  • Switching elements 9 can mechanical, electronic
  • Switching element may be configured to connect individual distributor connection lines 12 with the first terminal sides 10 of the converter modules 2 or separate from it. Furthermore, these switching elements for a protective separation of the converter modules 2 of the
  • Power electronics LEI to LEm be designed by the connecting lines 5 and 6 respectively.
  • Overcurrent or overvoltage protection switch can be provided.
  • throttles or filters can be provided between individual distributor connection lines 12 and one or more of the connection lines 5 or 6.
  • the individual photovoltaic systems may be individual photovoltaic strings, photovoltaic strings connected in parallel, or systems constructed from photovoltaic modules.
  • the DC voltage connection lines 5 according to FIG. 1 comprise two DC lines DC_Chargel and DC_Charge2 as well as two connection lines to corresponding battery systems Batl and Bat2.
  • DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are
  • One or more lines for one or more reference potentials of the respective DC voltage connection lines 5 are not shown in Figure 1. These could, however, be e.g. have the same reference potential as one or more of the bus lines DC or DC 2 of the
  • the battery systems Batl and Bat2 can be eg stationary energy storage or integrated energy storage of electric vehicles or other electrical mobility and labor resources.
  • the alternating voltage connecting lines 6 comprise the phases LI to L3 of a three-phase alternating voltage network (public
  • the neutral conductor N of the AC connecting lines 6 can be electrically located at the same reference potential as the center conductor MP of the DC bus 4
  • connection lines can in turn be alternative
  • Embodiments also be set up instead of the connection lines shown in Figure 1 to the three-phase AC mains. Here can be different
  • a main controller 8 performs a control of the charging station 1, that is, all modules and units of the charging station 1, through, wherein different operating modes can be taken.
  • the individual distributor modules 7 switch the respective converter modules 2 to individual connecting lines of the DC voltage converter. Connecting lines 5 and the AC voltage connection lines 6 together or separate them.
  • Power electronics LEI to LEm are with their converter modules 2 each as bidirectional power electronics between the DC power supply lines 5 and the AC power supply lines 6 on the first
  • DC bus 4 is set up on the second connection side of the converter modules 2.
  • the individual converter modules 2 are controlled such that energy between individual connecting lines of the connecting lines 5 and 6 and
  • the charging station 1 can be flexibly adapted to a wide variety of requirements.
  • the charging station 1 can be flexibly adapted to a wide variety of requirements.
  • the charging station 1 can be flexibly adapted to a wide variety of requirements.
  • Charging column 1 can be used advantageously when two or more different tasks or requirements must be handled simultaneously within the smart grid. Even in a case in which clearly more than two requirements must be perceived at the same time, the charging station 1 can be adapted very flexibly to the most diverse energetic needs.
  • the different requirements can be in different performance ranges. There are usually only a few basic transformation requirements in a local smart grid. These include converting a DC voltage to a higher or higher voltage
  • the charging station 1 makes it possible to carry out two or more time-parallel tasks of this kind by intelligent means Interconnection of one or more of the configured converter modules 2 with individual ones of the connecting lines 5 and 6 by means of the individual distributor modules 7. Even a single converter module 2 is set up, various converter tasks of the abovementioned type in parallel with time
  • each transducer module 2 has a limited
  • the individual photovoltaic systems Solar_l to Solar_n of the connection lines 5 can be interconnected via the distributor modules 7 with individual or multiple converter modules 2 such that via one or more connecting lines on the first connection side 10 of a respective converter module 2, a corresponding input voltage (DC voltage of the photovoltaic systems) is converted into a higher output voltage on the part of the DC bus 4.
  • a so-called maximum power point tracking so-called maximum power point tracking, MPP tracking
  • MPP tracking maximum power point tracking
  • Converter module 2 or more converter modules 2 are operated in parallel.
  • the three-phase alternating voltage network or another AC voltage system of the abovementioned type which can be connected to the converter modules 2 via the connecting lines 6 by means of the distributor modules 7, can be connected directly to the DC bus 4 via the individual converter modules 2. so energy in both directions
  • the AC voltage network or the other AC voltage system 6 can, for example, the
  • Net connection point of the charging station 1 be.
  • Charging station 1 are operated such that each one
  • Transducer module 2 is connected to each one of the AC power grids or other AC voltage systems. On This could be realized by interconnecting the converter modules 2 via the DC bus 4, a kind of online uninterruptible power supply (so-called UPS system) by a third converter module 2, the DC bus 4 with an energy storage (for example Batl or Bat2 the connecting lines 5) or with an electric vehicle (for example, connected via
  • UPS system a kind of online uninterruptible power supply
  • the DC bus 4 with an energy storage (for example Batl or Bat2 the connecting lines 5) or with an electric vehicle (for example, connected via
  • connection lines of the respective converter modules 2 can also be used to from a
  • AC charging of an electric vehicle or other electrical mobility and work resource is used, which is connected to one or more phases of the AC power lines 6 or other (not shown) AC power lines.
  • Charging column 1 can be adapted very flexibly to various requirements within the Smart Grid.
  • FIG. 1 illustrates a concrete operating situation of the charging station 1.
  • the converter module 2 of the hoelekronik LEI is in this case at its first connection side 10 by means of the distributor module 7 at a first and second
  • connections to other connection lines are disconnected.
  • the converter module 2 of the power electronics LE2 in contrast, with first and second connecting lines on the first
  • Both converter modules 2 of the power electronics LEI and LE2 are connected on the side of the DC bus 4 by means of the switching elements 13 to the bus lines DC + and DC-. In this way, electrical energy from the photovoltaic systems Solar_l and Solar_2 over the
  • DC voltage line DC_Chargel are connected and only one connecting cable from LE2 to the DC voltage line
  • DC_Charge2 may be connected to a higher power
  • DC_Chargel are submitted as to DC_Charge2. It is
  • the battery system Batl which is connected via a connecting cable to the converter module 2 of LEI, can be operated in this constellation either as a source of energy or as an energy sink. This depends on the power requirement on the part of the converter module 2 of LE2. This power requirement is higher than the electrical power that is available through the photovoltaic systems Solar_l and
  • Battery system Batl act as an additional source of energy. However, if the power provided via the photovoltaic systems Solar_l and Solar_2 is higher than the power required on the part of the converter module 2 of LE2, then excess power of the photovoltaic systems Solar_l and Solar_2 can be fed into the battery system Batl as an energy sink become. The latter is then done without intervention of the converter module 2 of LE2, but only by appropriate interconnection of the converter branches of the converter module 2 of LEI.
  • the converter module 2 of LEI operates as a boost converter between DC voltages from Solar_1 and Solar_2 and the DC voltage bus 4 and
  • the converter module 2 of LE2 operates in the constellation of Figure 1 as a buck converter between DC voltages of
  • the converter module 2 of LE3 is connected in accordance with FIG. 1 with its three connection lines to one of the three phases LI to L3 of the AC voltage network 6.
  • the converter module LEm is by means of its distributor module 7 with a first connecting line to the
  • DC system DC_Chargel connected, while it is connected to the other connecting cables in each case with the battery system Batl or Bat2.
  • Both converter modules 2 of LE3 and LEm are connected via switching elements 13 to the bus lines DC + 2 and DC-2 of the DC bus 4.
  • this constellation of LE3 and LEm for example, a supply of electrical energy from the three-phase AC voltage network 6 by means of LE3 in the DC bus 4 and a corresponding output of
  • Batl and Bat2 possible.
  • Work resource can be charged from the three-phase AC power 6, while excess energy in the
  • Battery systems Batl or Bat2 is stored.
  • the battery systems Batl and Bat2 are energy sinks.
  • the battery systems Batl and Bat2 are energy sinks.
  • Rectifier or inverter while LEm works in parallel as buck converter or boost converter.
  • one or more converter modules 2 can also be connected so intelligently by means of their distributor modules 7 that
  • Connecting cables DC_Chargel and DC_Charge2 is realized.
  • an energy exchange between one or both of the connecting lines DC_Chargel and DC_Charge2 and one or more battery systems Batl and Bat2 by means of one or more appropriately connected converter modules 2 is possible.
  • a DC fast charging from stationary batteries could be realized.
  • an energy exchange between an energy storage Batl or Bat2 and the DC voltage system high voltage of the DC bus 4 is possible. Due to a possibility of interconnecting the individual converter modules 2 of the power electronics LEI to LEm of the charging station 1 by means of the respective distributor modules 7 is thus a high number of different combination options of
  • DC bus 4 performed as a DC link.
  • the topology in Figure 1 thus represents one Ring topology that allows a flexible power distribution.
  • a control of the charging station 1 takes place in the various operating modes by the main controller 8. This controls the individual converter modules 2 of
  • Power electronics LEI to LEm such that they each work alternately in the different operating modes.
  • a connection or disconnection of the individual converter strands of the converter modules 2 is controlled by the distributor modules 7.
  • the small tractor may e.g. be provided as energy storage (source or sink) in the form of a battery system Batl or Bat2.
  • the small tractor is e.g. equipped with a low-voltage battery and an electric drive.
  • This vehicle is usually used about every ten days in summer. During the remainder of the time, the vehicle may be connected via a DC link 5, e.g. Solar_l, with a photovoltaic system and be connected to the local power grid, the daytime electrical energy caching and in times with low
  • Photovoltaic power generation to provide the local smart grid (e.g., a home plant) with electrical energy.
  • FIG. 1 Another application of the embodiment of the charging station 1 according to FIG. Provide integration of a motorhome with electric or hybrid drive. This is usually used only a few weeks a year.
  • the motorhome can be connected to the local smart grid via a DC or DC
  • Energy storage of the motorhome can thus excess electrical energy, such as photovoltaic energy, stored and used in times of low energy production again.
  • Another application of the embodiment of the charging station 1 according to FIG. 1 may, for example, provide for integration of a agricultural self-propelled vehicle with a mobile energy store into the smart grid of a farm.
  • a self-driver can be connected outside the working season with a photovoltaic system and the energy generated be cached until the operation has a higher demand than the own power generation can deliver.
  • the local smart grid can be supported and the external reference
  • FIG. 2 shows an embodiment of a converter module 2 of a corresponding power electronics LE, as used in FIG.
  • the power electronics LE has in addition to the converter module 2, a controller 3 for controlling the
  • the converter module 2 comprises a so-called B6 bridge circuit with three converter units 2 a, 2 b and 2 c, each of which comprises a bridge branch of the B6 bridge circuit.
  • the converter units 2 a, 2 b and 2 c each have a first connection side 10 a, 10 b and 10 c, each with a distributor connection line 12 of the respective
  • Distributor module 7 are connected according to Figure 1. Furthermore, according to FIG. 2, lines of a second connection side 11 of the respective converter units 2 a to 2 c are known from FIG.
  • Power electronics LE led out which are interconnected with corresponding bus lines of the DC bus 4 according to Figure 1 or with a neutral conductor N. Concretely include the connection lines of the second connection side 11 two connection lines, which are each connectable to the bus lines DC +, DC- or DC + 2 and DC-2 of the DC bus 4 (see FIG. 1) and a
  • Connecting line 11 which is set up as a neutral conductor N and serves as a reference potential for the power electronics LE according to Figure 2.
  • the neutral conductor N is across two output capacitances 14a and 14b of the other two
  • the converter units 2a to 2c are at their second
  • Each converter unit 2a to 2c comprises at its first
  • Terminal side 10a to 10c each have an inductance 17a, 17b and 17c, which is connected upstream of the respective bridge branch of the B6 bridge circuit.
  • Each bridge branch comprises parallel circuits of switching elements 15a
  • Bridge branches of the respective converter units 2a to 2c by means of the controller 3, various switching paths in the respective bridge branches between the respective first terminal sides 10a to 10c and the second terminal side 11 may be formed.
  • the converter units 2a to 2c are bidirectionally controllable between the first terminal sides 10a to 10c and the second terminal sides 11 in this way.
  • each converter unit 2a to 2c by constantly holding open the switching element 15a and controlled opening or closing of the switching element 15b as Step-up converter between the respective first terminal side 10a to 10c and the second terminal side 11 are operated, with switching paths between the respective
  • Inductance 17a to 17c via the diode 16a or via the switching element 15b towards the connection lines of the second connection side 11 result.
  • the converter units 2a to 2c are in this way controllable boost converters between the first terminal sides 10a to 10c and the second terminal side 11, wherein the switching element 15b by means of the controller 3, for example via a pulse width modulated (PWM) switching signal, optionally in conjunction with a certain switching frequency and / or a certain switching dead time is controlled.
  • PWM pulse width modulated
  • converter units 2a to 2c can each be operated such that both switching elements 15a and 15b in the respective bridge branch with a specific
  • the converter units 2 a to 2 c can each be either as an inverter between the second terminal side 11 and the respective first terminal sides 10 a to 10 c or as a rectifier between the respective first terminal sides 10 a to 10 c and the second
  • Connection side 11 work.
  • the different voltages at the respective first terminal sides 10a to 10c result in corresponding voltages at the respective DC voltage connection lines 5 and AC voltage connection lines 6, respectively, when connected accordingly
  • Terminal side 11 operable.
  • FIG. 3 shows various characteristic curves I to III of FIG
  • the curves of Figure 3 each describe a Rippeistrom behavior the power electronics LE in a Gleichstromsteller- operation, that is in an operation as boost converter or buck converter.
  • the characteristic I describes the Rippelstrom- behavior in operation of a single one of the converter units 2a to 2c
  • the characteristic II describes the Rippelstrom- behavior in parallel operation of two of the converter units 2a to 2c
  • the characteristic III describes the ripple current behavior in parallel operation of the three
  • Converter units 2a to 2c An operation of one, two or all three converter units according to FIG. 2 can result, depending on how much power and which
  • FIG. 3 illustrates that the total current ripple AI_ges can be reduced by an intelligent control of the respective converter units at a certain switching ratio D.
  • the individual converter units are each offset by 360 ° / number of converter units operated in parallel. When only one converter unit is operated, this means that it is simply controlled via a control signal that repeats periodically after 360 °.
  • a minimum of the total current ripple AI_ges results for such operation only at one
  • Switching ratio D 0.5 are minimized, see characteristic curve II in Figure 3.
  • a parallel operation of all three converter units is a control of the converter units, each with 33% of the total power per converter unit and with three control signals, which are offset by 120 ° to each other. This results in a
  • the individual converter units are controlled with mutually offset control signals, so that the Bacstromrippel AI_ges can be reduced according to Figure 3 at a suitably selected switching ratio D and thus the power electronics LE can be optimally operated in accordance with Figure 2 in a Gleichstromsteller rehearsal.
  • FIG. 4 shows a modification of the power electronics LE according to FIG. 2. All components correspond to those explained with reference to FIG. 2, with the exception of an additional inductance 18, which corresponds to the respective inductances 17a, 17b and 17c at the respective first connection sides 10a, 10b and 10c
  • FIG. 4 (see Figure 2) is connected upstream.
  • the configuration according to FIG. 4 can be used in a DC-controller operation of the power electronics LE.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a
  • the charging station user interface 19 according to FIG. 5 permits the consideration of various parameters for controlling the charging station 1 according to FIG. 1. Via a BUS system, all the charging stations, power generation systems, measuring devices and energy consumers communicate with each other, thereby a meaningful energy flow distribution is possible.
  • User interface 19 comprises various interfaces, including (on the left side) a bus interface to the local smart grid, input parameters of generation and consumption installations, a signal input of a local current-price signal, for example via
  • Main controller 8 may be connected according to Figure 1.
  • the user interface 19 has connections to bus lines for a controller 3 of each
  • bus lines for a current signal for example, control signal
  • bus lines for a sign signal also for control
  • the bus signals or the bus lines can be part of one or more
  • Control buses for example, a CAN bus or a PLC bus.
  • the user interface 19 according to FIG. 5 may have, for example, a display (not shown) via which a user can read information or enter data and parameters.
  • a corresponding Control takes place in interaction with a main controller 8 according to FIG. 1.
  • a charging station 1 according to FIG. 1 can be selectively controlled, taking into account various control parameters, variables and input data, so that different operating modes can be optimally utilized. For example, give input parameters about weather data that
  • Photovoltaic systems provide insufficient electrical energy, for example, a control of the charging station 1 according to Figure 1 can be such that one or more
  • Transducer modules 2 in addition to the photovoltaic systems, for example, Solar_l to Solar_n, with one or more
  • Distribution modules 7 are interconnected to sufficient
  • an input parameter can be used via a local or cumulative electricity price signal in order to connect the charging station 1 via the
  • the maximum available power is the one for the vehicle delivered maximum possible electricity.
  • ECO-Charge is loaded so that the vehicle reaches a desired state of charge at a certain time.
  • the power electronics LE is controlled so that this regulates the energy transfer according to economic and ecological rules. First, the local, then the
  • Weather data can be used as corresponding forecast data for the desired loading period.
  • Embodiments may have a charging station 1 according to FIG. 1 less or more of the illustrated converter modules 2. It is conceivable, for example, that a charging station 1
  • a plurality of charging stations 1 according to FIG. 1 may also be connected via the DC bus 4 or another control bus (see description of FIG.
  • a single power electronics LE according to FIG. 2 comprises fewer or more of the illustrated converter units 2 a to 2 c.
  • the B6 bridge circuit shown in FIG. 2 represents a possibility of a simple construction of a converter module 2.
  • Various other ones can also be used here Circuit topologies for bidirectional transducer units are used.
  • the charging station becomes the central point.
  • Individual converter modules 2 or converter units 2a to 2c can take on a wide variety of tasks within the charging station 1 and in dependence on a specific operating mode with individual
  • a charging column 1 of the type described and a corresponding operating method of a charging station or an arrangement of several charging stations of the type described are quasi a ring topology between individual electrical subnetworks, electrical generators and electrical consumers within of a local smart grid, whereby a decentralized very flexible energy management can be carried out.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to a charging point (1) comprising a power electronics converter module (2) for converting electrical energy, a controller (3) for controlling the converter module (2), a direct voltage bus (4), a distribution module (7), one or more direct voltage connection lines (5) and one or more alternating voltage connection lines (6). The converter module (2) is electrically interconnected between the direct voltage bus (4) and the distribution module (7). The distribution module (7) is designed to connect or disconnect the individual connection lines of the one or more direct voltage connection lines (5), or of the one or more alternating voltage connection lines (6) to the converter module (2) or from the converter module (2). The converter module (2) can be controlled by the controller (3) such that the converter module (2) can work as a DC-to-DC converter, or alternatively as a rectifier or inverter.

Description

Beschreibung description
Ladesäule, Anordnung mit mehreren solcher Ladesäulen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladesäule Charging station, arrangement with several such charging stations and method for operating such a charging station
Die Erfindung betrifft eine Ladesäule, eine Anordnung mit mehreren solcher Ladesäulen sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladesäule. Ladesäulen werden zur Versorgung elektrischer Fahrzeuge mit elektrischer Energie eingesetzt und werden aufgrund der The invention relates to a charging station, an arrangement with a plurality of such charging stations and a method for operating such a charging station. Charging stations are used to supply electrical vehicles with electrical energy and are due to the
Entwicklungen im Automobilbereich in naher Zukunft mehr und mehr an Bedeutung gewinnen. Elektrische Fahrzeuge werden in den nächsten Jahren deutlich stärker im Straßenverkehr vertreten sein. Die Ladung der Fahrzeuge mit elektrischer Energie wird an verschiedenen Punkten beziehungsweise in verschiedenen Szenarien stattfinden. Zunächst werden die Fahrzeuge, wenn möglich, während der Arbeitszeit auf Developments in the automotive sector will become more and more important in the near future. Electric vehicles will be significantly more involved in road traffic in the coming years. The charging of the vehicles with electrical energy will take place at different points or in different scenarios. First of all, the vehicles will, if possible, get up during working hours
Unternehmensparkplätzen geladen. Dies ist in der Regel die effizienteste Art, regenerativ erzeugte elektrische Energie zur Ladung entsprechender Fahrzeuge zu nutzen. Die anderen Szenarien unterteilen sich je nach städtischem und ländlichem Wohngebiet in die Möglichkeit, auf städtischen Company parking lots loaded. This is usually the most efficient way to use regenerative electrical energy to charge appropriate vehicles. The other scenarios are subdivided into urban urban and rural areas, urban ones
Parkplatzflächen zu laden oder im Rahmen eines lokalen Parking spaces to load or as part of a local
Netzwerkes (sogenanntes Smart Grid) zu Hause. Ladesäulen bilden dabei die Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und dem lokalen Elektrizitätsnetz. In Zukunft werden sich die Network (so-called Smart Grid) at home. Charging columns form the interface between the vehicle and the local electricity grid. In the future, the
Elektrizitätsnetze deutlich verändern. Es wird einen deutlich höheren Anteil dezentral erzeugter Energie geben, und dieser sollte möglichst dezentral genutzt werden. Ein lokales elektrisches Smart Grid kann dies ermöglichen. In einem solchen Netz müssen mehrere Einspeisemöglichkeiten realisiert werden. Dies kann zum Beispiel der Netzanschlusspunkt, eine Photovoltaik-Anlage, das Elektrofahrzeug selbst oder weitere Quellen (Erzeuger bzw. Bereitsteller elekrischer Energie) sein. In der Regel wird das Netz auch ein oder mehrere Changing electricity grids significantly. There will be a significantly higher proportion of decentralized energy, and this should be used as locally as possible. A local electric smart grid can make this possible. In such a network several feed-in options must be realized. This can be, for example, the grid connection point, a Photovoltaic system, the electric vehicle itself or other sources (generator or electric energy provider) to be. In general, the network will also be one or more
Energiespeichersysteme haben. Dies kann die Fahrzeugbatterie, ein oder mehrere stationäre Energiespeicher als auch Have energy storage systems. This can be the vehicle battery, one or more stationary energy storage as well
thermische oder mechanische Energiespeicher sein. Ferner können einzelne Teilnetze eines solchen Smart Grids be thermal or mechanical energy storage. Furthermore, individual subnets of such a smart grid
unterschiedliche Spannungsebenen und Netztopologien haben. So werden beispielsweise 230/400 Volt Wechselspannung benötigt. Neben dieser herkömmlichen Versorgung werden, durch die fortschreitende Entwicklung in der Photovoltaik-Technik, in der elektrischen Energiespeicherung sowie in der have different voltage levels and network topologies. For example, 230/400 volts AC are needed. In addition to this conventional supply are, by the progressive development in photovoltaic technology, in the electrical energy storage and in the
Elektromobilität ein oder mehrere Gleichspannungsnetze hinzukommen . Electromobility one or more DC networks added.
Neben den klassischen elektrischen Verkehrsmitteln, sei es öffentlich als auch individuell, gibt es auch eine Reihe von elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressourcen und deren Anwendungen, die nicht täglich genutzt werden. Dies können z.B. Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen sein, wie Rasenmäher, Heckenscheren, Elektroscooter oder e-Bikes. Im Bereich der Touristik können das Reisemobile, Hausboote oder auch In addition to traditional electric transport, whether public or individual, there are also a number of electrical mobility and labor resources and their applications that are not used on a daily basis. This can e.g. Vehicles and machines, such as lawn mowers, hedge trimmers, electric scooters or e-bikes. In the field of tourism, the motorhomes, houseboats or can
Freizeitboote sein. Im Bereich der Landtechnik werden viele große Arbeitsmaschinen nur saisonal genutzt, z.B. Be leisure boats. In the field of agricultural engineering, many large working machines are only used seasonally, e.g.
Maishecksler, Mähdrescher oder weitere Ernte- und Maize forage harvesters, combine harvester or other harvest and
Bearbeitungsmaschinen. Eine höhere Effizienz dieser  Processing machines. A higher efficiency of this
Gerätschaften und Ressourcen erhält man jedoch nur, wenn man die eingesetzten Ressourcen deutlich stärker nutzen kann, d.h. man muss zusätzlichen Mehrwert durch neue Anwendungen schaffen, die eine verstärkte, z.B. tägliche, Nutzung However, equipment and resources are only obtained if one can use the resources used much more, i. one must provide additional added value through new applications involving enhanced, e.g. daily, use
ermöglichen . Ladesäulen werden herkömmlich in der Regel als enable . Charging columns are commonly used as a rule
unidirektionale elektrische Energiezapfsäulen speziell für elektrische Fahrzeuge und deren etablierte Ladetechnologien gebaut und betrieben. Hierbei ist je nach Leistung und nach Spannungsform zu unterscheiden. Ladesäulen im Bereich kleiner Leistung (< 11 Kilowatt) werden als Wechselstromladepunkte angeboten. Ladesäulen höherer Leistung (z.B. 22 Kilowatt) werden ebenfalls als Wechselstromladepunkte angeboten. Beim Laden mit Wechselspannung muss im Fahrzeug diese Unidirectional electric fuel dispensers designed and operated specifically for electric vehicles and their established charging technologies. Here, a distinction must be made between the performance and the voltage shape. Charging columns in the low power range (<11 kilowatts) are offered as AC charging points. Chargers of higher power (e.g., 22 kilowatts) are also offered as AC charging points. When charging with AC voltage must in the vehicle this
Wechselspannung in Gleichspannung gewandelt werden. Daneben existieren sogenannte Schnellladesäulen, die normalerweise eine DC-Ladetechnik nutzen. Das bedeutet, dass der Ladepunkt (die Ladesäule) an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz angeschlossen ist und diese Spannung in eine geregelte AC voltage to be converted into DC voltage. In addition, there are so-called fast charging columns, which usually use a DC charging technology. This means that the charging point (the charging station) is connected to a three-phase AC mains and this voltage in a regulated
Gleichspannung wandelt, welche dann direkt mit der DC voltage converts, which then directly with the
Fahrzeugbatterie gekoppelt werden kann. Bei derartigen  Vehicle battery can be coupled. In such
Lösungen entfällt eine Wandlung im Fahrzeug selbst. Einige Schnellladesäulen bieten auch kombinierte Ladesysteme an, bei denen sowohl Wechselspannungs- als auch Gleichspannungsladen möglich ist. Ein Nachteil all dieser Systeme besteht darin, dass diese nur unidirektional funktionieren. Das heißt, es ist nur ein Laden möglich. Solutions do not require conversion in the vehicle itself. Some fast charging stations also offer combined charging systems that allow both AC and DC charging. A disadvantage of all these systems is that they only work unidirectionally. This means that only one shop is possible.
Im Bereich der Gleichstromtechnik werden mittlerweile In the field of DC technology are now
vereinzelt bidirektionale Lade-/Entladesysteme occasionally bidirectional charge / discharge systems
wissenschaftlich beschrieben. Eine bidirektionale Lade-/ Entladetechnik ermöglicht hierbei die komplette Integration des Fahrzeugs in das lokale Netz. Dennoch besteht bei all den genannten Lösungen ein Nachteil darin, dass Ladepunkte bisher nur einen sehr geringen scientifically described. A bidirectional charging / discharging technology enables complete integration of the vehicle into the local network. Nevertheless, there is a disadvantage in all the solutions mentioned that charging points so far only a very small
Funktionsumfang in einem lokalen Smart Grid übernehmen und nur genützt werden können, wenn ein Fahrzeug zum Laden bereitsteht und dieses auch geladen werden kann (abhängig vom Ladezustand). In einigen Situationen sind jedoch keine Functionality in a local smart grid and can only be used if a vehicle to load is ready and this can also be charged (depending on the state of charge). In some situations, however, there are none
Fahrzeuge vorhanden oder die Fahrzeuge werden nicht oder nur mit deutlich verminderter Leistung geladen. Dies passiert in der Regel, wenn die Fahrzeugspeicher (Fahrzeugbatterien) nahezu vollgeladen sind. Für eine über elektrische Fahrzeuge hinausgehende verbesserte Ressourceneffizienz sind diese bisherigen Lösungen ebenso ungeeignet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vehicles present or the vehicles are not loaded or only with significantly reduced power. This usually happens when the vehicle storage (vehicle batteries) are almost fully charged. For improved resource efficiency beyond electric vehicles, these previous solutions are also inappropriate. Object of the present invention is therefore, a
Ladesäule aufzuzeigen, die flexibel ist und für vielfältigste Aufgaben in einem lokalen Smart Grid Verwendung finden kann und dabei mit möglichst geringem Aufwand einen effizienten Austausch von elektrischer Energie ermöglicht, so dass unterschiedlichste elektrische Fahrzeuge, Mobilitäts- und Charging pillar that is flexible and can be used for a wide variety of tasks in a local smart grid and thereby enables the lowest possible cost of an efficient exchange of electrical energy, so that a wide variety of electric vehicles, mobility and
Arbeitsressourcen effizient und umweltschonend in ein lokales Smart Grid integriert werden können. Work resources can be efficiently and environmentally friendly integrated into a local smart grid.
Die Aufgabe wird in einem ersten Aspekt durch eine Ladesäule gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. The object is achieved in a first aspect by a charging station according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments are disclosed in the subclaims.
Die Ladesäule der hier erläuterten Art weist wenigstens ein leistungselektronisches Wandler-Modul zum Wandeln The charging station of the type described here has at least one power-electronic converter module for converting
elektrischer Energie sowie eine Steuerung zum Steuern des Wandler-Moduls auf. Ferner weist die Ladesäule einen electrical energy and a controller for controlling the converter module. Furthermore, the charging station has a
Gleichspannungs-Bus, wenigstens ein Verteiler-Modul sowie eine oder mehrere Gleichspannungs-Anschlussleitungen und eine oder mehrere Wechselspannungs-Anschlussleitungen auf. Das Wandler-Modul ist dem Gleichspannungs-Bus und dem Verteiler- Modul elektrisch zwischengeschaltet. Das Verteiler-Modul ist eingerichtet, einzelne Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der einen oder der mehreren Wechselspannungs-DC bus, at least one distribution module and one or more DC power cables and one or more AC power cables. The converter module is electrically interposed between the DC bus and the distributor module. The distributor module is set up, individual connection lines of the one or more DC connection lines or the one or more AC voltage
Anschlussleitungen jeweils mit dem Wandler-Modul zu verbinden oder vom Wandler-Modul zu trennen. Das Wandler-Modul ist vermittels der Steuerung derart steuerbar, dass das Wandler- Modul alternativ als Gleichspannungswandler, Gleichrichter oder Wechselrichter arbeitet. Connecting cables to each with the converter module or separate from the converter module. The converter module is controllable by means of the controller such that the converter module operates alternatively as a DC-DC converter, rectifier or inverter.
Eine derartige Ladesäule kann als zentrales Element in einem lokalen Smart Grid agieren. Ein Vorteil dieser Ladesäule ist, dass die unterschiedlichsten Teilnetze, Quellen (Erzeuger bzw. Bereitsteller elektrischer Energie) und Senken Such a charging station can act as a central element in a local smart grid. An advantage of this charging station is that the various subnets, sources (producers or electric energy providers) and sinks
(Verbraucher elektrischer Energie) innerhalb des Smart Grids sehr flexibel und an unterschiedlichste Betriebs-Modi (Consumers of electrical energy) within the Smart Grid very flexible and in different operating modes
angepasst verschaltet werden können. Auf diese Weise kann die Ladesäule multiple Aufgaben innerhalb des Smart Grids adapted to be interconnected. In this way, the charging station can perform multiple tasks within the smart grid
übernehmen. Eine Ladesäule ist hierfür besonders vorteilhaft, da diese in der Regel nur zeitweise in Betrieb ist, das heißt, wenn kein Elektrofahrzeug geladen werden muss. Auf diese Weise ist die Ladesäule prädestiniert dazu, weitere Aufgaben im Smart Grid zu übernehmen. Die Ladesäule kann somit als zentrales Element in einem Smart Grid mit take over. A charging station is particularly advantageous for this, since this is usually only temporarily in operation, that is, when no electric vehicle has to be charged. In this way, the charging station is predestined to take over further tasks in the Smart Grid. The charging station can thus be used as a central element in a smart grid
unterschiedlichsten Quellen und Senken (elektrische different sources and sinks (electrical
Fahrzeuge, aber auch sonstige elektrische Mobilitäts- und Arbeitsressourcen der oben aufgeführten Art) eingesetzt werden. Vehicles, but also other electrical mobility and work resources of the type listed above) are used.
Durch die Möglichkeit des Verbindens beziehungsweise Trennens einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen jeweils mit oder von dem Wandler-Modul der Ladesäule vermittels des Verteiler-Moduls erlaubt die Ladesäule ein Anbinden des Due to the possibility of connecting or disconnecting individual connection lines of the one or more DC connection lines or the one or more AC connection lines respectively with or from the converter module of the charging station by means of the distributor module, the charging station allows the connection of the
Wandler-Moduls an unterschiedlichste Teilnetze beziehungsweise Topologien oder Quellen beziehungsweise Converter module to a variety of subnets or topologies or sources respectively
Senken elektrischer Energie innerhalb eines Smart Grids . Das Wandler-Modul kann dabei vermittels der Steuerung derart gesteuert werden, dass das Wandler-Modul je nach Lowering electrical energy inside a smart grid. The converter module can be controlled by means of the controller such that the converter module depending on
Betriebsmodus als Gleichspannungswandler, Gleichrichter oder Wechselrichter zwischen dem Gleichspannungs-Bus und einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Operating mode as a DC-DC converter, rectifier or inverter between the DC bus and individual leads of one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen DC voltage connection lines or the one or more alternating voltage connection lines
arbeiten kann. Auf diese Weise ist die Ladesäule, über die bisherigen Einsatzzwecke hinaus, sehr flexibel für can work. In this way, the charging station, beyond the existing purposes beyond, very flexible for
vielfältigste Aufgaben einsetzbar. Insbesondere in lokalen, dezentralen Energieversorgungsnetzen kann die Ladesäule verschiedene Betriebsmodi einnehmen. versatile tasks can be used. In particular in local, decentralized energy supply networks, the charging station can assume different operating modes.
Die einen oder mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise die einen oder mehreren Wechselspannungs- Anschlussleitungen können Anschlussleitungen zum Anschließen einer oder mehrerer der folgenden Komponenten umfassen: The one or more DC connection lines or the one or more AC connection lines can comprise connection lines for connecting one or more of the following components:
- eine oder mehrere Photovoltaik-Module oder -anlagen, umfassend einzelne Photovoltaik-Strings oder  - One or more photovoltaic modules or systems, comprising individual photovoltaic strings or
parallelgeschaltete Photovoltaik-Strings ,  parallel photovoltaic strings,
- ein oder mehrere Gleichstromladesysteme,  - one or more DC charging systems,
- ein- oder mehrphasige (zum Beispiel dreiphasige)  - single or multi-phase (for example three-phase)
Wechselspannungsnetze,  AC systems,
- elektrische Fahrzeuge oder elektrische Mobilitäts- und Arbeitsressourcen, die jeweils eine  - electric vehicles or electric mobility and work resources, each one
Niederspannungsbatterie (z.B. Gleichspannung bis 60V), eine Hochvoltbatterie (z.B. Gleichspannung zwischen 60V und 1500V) oder Wechselspannungsbatterie (z.B. Gleich- und Wechselspannung bis 1500V) . Das Wandler-Modul der Ladesäule ist als bidirektionale Low-voltage battery (eg DC voltage up to 60V), a high-voltage battery (eg DC voltage between 60V and 1500V) or AC battery (eg DC and AC voltage up to 1500V). The converter module of the charging station is bidirectional
Leistungselektronik ausgeführt. Je nach Ansteuerung kann das Wandler-Modul als Gleichspannungswandler (Hochsetzsteller beziehungsweise Tiefsetzsteller) , Gleichrichter oder Power electronics running. Depending on the control, the converter module can be used as a DC-DC converter (boost converter or step-down converter), rectifier or
Wechselrichter arbeiten. Auf diese Weise dient das Wandler- Modul als sehr flexible leistungselektronische Komponente für einen Energietransfer zwischen den oben genannten Inverter work. In this way, the transducer module serves as a very flexible power electronic component for energy transfer between the above
verschiedenen Anschlussleitungen, ggf. daran angeschlossenen Komponenten und dem Gleichspannungs-Bus der Ladesäule. Der Gleichspannungs-Bus dient gewissermaßen als eine Art various connection cables, possibly connected components and the DC bus of the charging station. The DC bus serves as a kind as a kind
Zwischenkreis, in den oder aus dem elektrische Energie über eine oder mehrere Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der einen oder der mehreren Wechselspannungs- Anschlussleitungen von den oder zu den verschiedensten energetischen Quellen oder Senken übertragen werden kann. Der Gleichspannungs-Bus ist zum Beispiel ein Gleichspannungs-Bus einer hohen Gleichspannung im Bereich von 650 bis 900 Volt Gleichspannung. In diversen Ausführungsformen kann der  DC link, can be transferred to or from the electrical energy via one or more leads of the one or more DC power lines or the one or more AC power supply lines from or to the various energy sources or sinks. The DC bus is, for example, a DC bus of high DC voltage in the range of 650 to 900 volts DC. In various embodiments, the
Gleichspannungs-Bus eine erste Busleitung für eine positive Gleichspannung, eine zweite Busleitung als Mittelpunktleiter und eine dritte Busleitung für eine negative Gleichspannung aufweisen. Ergänzend hierzu kann der Gleichspannungs-Bus eine vierte Busleitung für eine zweite positive Gleichspannung und eine fünfte Busleitung für eine zweite negative DC bus having a first bus line for a positive DC voltage, a second bus line as a center conductor and a third bus line for a negative DC voltage. In addition to this, the DC bus can be a fourth bus line for a second positive DC voltage and a fifth bus line for a second negative DC voltage
Gleichspannung aufweisen. Die zweite positive Gleichspannung kann gleich oder verschieden zur ersten positiven  Have DC voltage. The second positive DC voltage may be the same as or different from the first positive DC voltage
Gleichspannung sein. Die zweite negative Gleichspannung kann gleich oder verschieden zur ersten negativen Gleichspannung sein. Be DC voltage. The second negative DC voltage may be equal to or different from the first negative DC voltage.
Eine Vermittlung zwischen dem Wandler-Modul und den einzelnen Anschlussleitungen der diversen Teilnetz-Topologien erfolgt gesteuert vermittels des Verteiler-Moduls, das eine zentrale Rolle in der erläuterten Ladesäule spielt. In diversen An exchange takes place between the converter module and the individual connection lines of the various subnetwork topologies controlled by means of the distributor module, which plays a central role in the illustrated charging station. In various
Ausführungsformen der Ladesäule weist das Verteiler-Modul ein oder mehrere Schaltelemente auf, zum jeweiligen Verbinden oder Trennen einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Embodiments of the charging station, the distributor module has one or more switching elements for respectively connecting or disconnecting individual connection lines of the one or more DC connection lines or the one or more alternating voltage lines.
Anschlussleitungen mit oder vom Wandler-Modul. Das Verteiler- Modul kann als Schaltmatrix beziehungsweise als Connection cables with or from the converter module. The distributor module can be used as switching matrix or as
Kreuzschienenverteiler zwischen dem Wandler-Modul und den Gleichspannungs- beziehungsweise Wechselspannungs- Anschlussleitungen eingerichtet sein. Crossbar distributor between the converter module and the DC or AC power supply lines to be established.
In diversen Ausführungsformen kann die Ladesäule mehrere der erläuterten Wandler-Module aufweisen. Ferner kann die In various embodiments, the charging station may include a plurality of the illustrated converter modules. Furthermore, the
Ladesäule auch mehrere Verteiler-Module aufweisen. Die Charging station also have multiple distribution modules. The
Ladesäule kann dabei derart eingerichtet sein, dass jeweils ein Verteiler-Modul eine Verschaltung eines oder mehrerer der Wandler-Module mit einzelnen Anschlussleitungen der Charging station can be set up such that in each case a distributor module, an interconnection of one or more of the converter modules with individual leads of the
Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der DC connection cables or the
Wechselspannungs-Anschlussleitungen übernimmt. Alternativ kann auch nur ein Verteiler-Modul vorgesehen sein, das die Verschaltung der mehreren Wandler-Module der Ladesäule mit den entsprechenden Anschlussleitungen übernimmt.  AC power supply lines takes over. Alternatively, only one distributor module can be provided, which takes over the interconnection of the plurality of converter modules of the charging station with the corresponding connecting lines.
Ein Einrichten mehrerer Wandler-Module in der Ladesäule hat den Vorteil, dass die Ladesäule gleichzeitig verschiedene Aufgaben innerhalb eines Smart Grids durchführen kann. Dabei können beispielsweise ein oder mehrere erste Wandler-Module als Gleichspannungswandler (Hochsetzsteller beziehungsweise Tiefsetzsteller) arbeiten, während ein oder mehrere zweite Wandler-Module als Gleichrichter oder Wechselrichter Setting up several converter modules in the charging station has the advantage that the charging station can simultaneously perform various tasks within a smart grid. In this case, for example, one or more first converter modules as DC converter (boost converter or buck converter) work, while one or more second converter modules as a rectifier or inverter
arbeiten. Somit ist durch eine solche Ladesäule eine sehr flexible und ggf. parallel bidirektionale Verteilung work. Thus, by such a charging station is a very flexible and possibly parallel bidirectional distribution
elektrischer Energie zwischen unterschiedlichen electrical energy between different ones
Netztopologien (Gleichspannungs-Anschlussleitungen Network topologies (DC connection cables
beziehungsweise Wechselspannungs-Anschlussleitungen) und/oder verschiedensten Quellen und Senken elektrischer Ressourcen auf der einen Seite und dem Gleichspannungs-Bus auf der anderen Seite möglich. or AC power lines) and / or various sources and sinks of electrical resources on the one hand and the DC bus on the other hand possible.
In diversen Ausführungsformen der Ladesäule kann das In various embodiments of the charging station, the
wenigstens eine Wandler-Modul eine Mehrzahl von Wandler- Einheiten aufweisen. Jede Wandler-Einheit weist dabei eine erste Anschlussseite und eine zweite Anschlussseite auf, wobei die Wandler-Einheiten mit ihren ersten Anschlussseiten an unterschiedliche Verteiler-Anschlussleitungen des at least one transducer module having a plurality of transducer units. Each converter unit has a first connection side and a second connection side, wherein the converter units with their first connection sides to different distribution connection lines of
Verteiler-Moduls geschaltet sind und mit ihren zweiten Distributor module are connected and with their second
Anschlussseiten an einer oder mehreren Busleitungen des Gleichspannungs-Busses parallel geschaltet sind. Das Connection sides are connected in parallel on one or more bus lines of the DC bus. The
Verteiler-Modul ist dabei eingerichtet, vermittels der Distributor module is set up by means of
Verteiler-Anschlussleitungen einzelne Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen bzw. der einen oder der mehreren Wechselspannungs- Anschlussleitungen mit der jeweiligen ersten Anschlussseite der einzelnen Wandler-Einheiten des Wandler-Moduls zu Distributor connection lines to individual connection lines of the one or more DC connection lines or the one or more AC voltage connection lines to the respective first terminal side of the individual converter units of the converter module
verbinden oder davon zu trennen. connect or disconnect.
Eine Konfiguration eines Wandler-Moduls der Ladesäule mit mehreren Wandler-Einheiten hat den Vorteil, dass bereits in Bezug auf ein Wandler-Modul der Ladesäule eine flexible A configuration of a converter module of the charging column with a plurality of converter units has the advantage that even with respect to a converter module of the charging station a flexible
Aufteilung verschiedener Aufgaben möglich ist. So kann beispielsweise eine Wandler-Einheit als Division of various tasks is possible. For example, a converter unit as
Gleichspannungswandler zwischen einer oder mehreren  DC-DC converter between one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen und dem Gleichspannungs- Bus fungieren, während eine oder mehrere andere Wandler- Einheiten als Gleichrichter beziehungsweise Wechselrichter zwischen einer oder mehreren Wechselspannungs- Anschlussleitungen und dem Gleichspannungs-Bus fungieren. Berücksichtigt man nun eine Ausführung der Ladesäule mit mehreren Wandler-Modulen, wobei jedes Wandler-Modul mehrere Wandler-Einheiten der erläuterten Art aufweist, so ist eine Diversität und Flexibilität der Ladesäule in sehr hohem Maße und mit sehr „feingliedrigen" Konfigurationsmöglichkeiten erzielbar. Eine Realisierung der verschiedensten Aufgaben der einzelnen Wandler-Einheiten erfolgt durch entsprechende DC power cables and the DC bus while one or more other converter Units act as a rectifier or inverter between one or more AC power supply lines and the DC bus. If one now considers an embodiment of the charging station with a plurality of converter modules, each converter module having a plurality of converter units of the type explained, diversity and flexibility of the charging station can be achieved to a very high degree and with very "fine-line" configuration options The most diverse tasks of the individual converter units is carried out by appropriate
Verschaltung der Anschlussleitungen der erläuterten Art vermittels des einen oder der mehreren Verteiler-Module der Ladesäule . Interconnection of the connection lines of the type explained by means of one or more distribution modules of the charging station.
In diversen Ausführungsformen ist eine jede Wandler-Einheit der erläuterten Art vermittels der Steuerung derart In various embodiments, each transducer unit of the type described is such by control
steuerbar, dass die Wandler-Einheit alternativ als controllable that the transducer unit alternatively as
- Hochsetzsteller zwischen der ersten Anschlussseite und der zweiten Anschlussseite,  Boost converter between the first connection side and the second connection side,
- Tiefsetzsteller zwischen der zweiten Anschlussseite und der ersten Anschlussseite,  Step-down converter between the second connection side and the first connection side,
- Gleichrichter zwischen der ersten Anschlussseite und der zweiten Anschlussseite, oder  - Rectifier between the first connection side and the second connection side, or
- Wechselrichter zwischen der zweiten Anschlussseite und der ersten Anschlussseite arbeitet.  - Inverter operates between the second connection side and the first connection side.
Je nach Bedürfnis eines Energietransfers zwischen den Depending on the need of an energy transfer between the
Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Connecting cables of one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der ein oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen und dem Gleichspannungs-Bus kann eine jede Wandler-Einheit somit bidirektional einen entsprechenden Energietransfer DC connecting lines or the one or more alternating voltage connecting lines and the DC bus, each transducer unit thus bidirectionally a corresponding energy transfer
durchführen . In einer Ausführungsform weist das Wandler-Modul drei carry out . In one embodiment, the transducer module has three
Wandler-Einheiten auf, die als B6-Brückenschaltung zwischen drei Verteiler-Anschlussleitungen des Verteiler-Moduls und einer oder mehreren Busleitungen des Gleichspannungs-Busses verschaltet sind, wobei jeweils eine Wandler-Einheit einen Brückenzweig der B6-Brückenschaltung bildet. Eine B6- Brückenschaltung stellt eine zweckmäßige Topologie für das Wandler-Modul in der Ladesäule der erläuterten Art dar. Über die drei Brückenzweige der B6-Brückenschaltung ist ein mehrphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere eine Converter units, which are connected as a B6 bridge circuit between three distributor connection lines of the distributor module and one or more bus lines of the DC bus, wherein each one converter unit forms a bridge branch of the B6 bridge circuit. A B6 bridge circuit represents a suitable topology for the converter module in the charging station of the type described. Via the three bridge branches of the B6 bridge circuit is a multiphase AC voltage network, in particular one
dreiphasige Netzversorgung auf einfache Weise an ein Wandler- Modul anbindbar. Auch können auf diese Weise mehrere Three-phase power supply easily connectable to a converter module. Also, several can do this way
Anschlussleitungen der Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der Wechselspannungs-Anschlussleitungen über eine sehr einfach zu realisierende Wandler-Topologie an die Ladesäule angebunden werden, wobei dennoch eine Diversität der verschiedenen Aufgaben und Betriebsmodi der oben Connection lines of the DC power supply lines or the AC power supply lines are connected via a very easy to implement converter topology to the charging station, while still a diversity of the various tasks and operating modes of the above
erläuterten Art gewährleistet ist. explained type is guaranteed.
In der Konfiguration des Wandler-Moduls als B6- Brückenschaltung weisen die Wandler-Einheiten jeweils In the configuration of the converter module as a B6 bridge circuit, the converter units respectively
zwischen der ersten Anschlussseite und der zweiten between the first terminal side and the second one
Anschlussseite Wandlermittel auf, umfassend wenigstens eine Induktivität, die an den jeweiligen ersten Anschlussseiten dem jeweiligen Brückenzweig vorgeschaltet ist. Die Connection side converter means, comprising at least one inductance, which is connected upstream of the respective bridge branch at the respective first terminal sides. The
Brückenzweige selbst weisen Parallelschaltungen aus Bridge branches themselves have parallel connections
Schaltelementen und Gleichrichter-Elementen auf, die Switching elements and rectifier elements, the
verschiedene Schaltpfade durch das Wandler-Modul ermöglichen. Die Schaltelemente jeder Wandler-Einheit werden vermittels der Steuerung zur Öffnung beziehungsweise Schließung allow different switching paths through the transducer module. The switching elements of each converter unit are opened or closed by means of the control
verschiedener Schaltpfade der jeweiligen Brückenzweige zwischen der ersten Anschlussseite und der zweiten Anschlussseite gesteuert. Auf diese Weise können die Wandler- Einheiten (Brückenzweige der B6-Brückenschaltung) various switching paths of the respective bridge branches between the first terminal side and the second Controlled connection side. In this way, the converter units (bridge branches of the B6 bridge circuit)
bidirektional als Hochsetzsteller, Tiefsetzsteller, bidirectional as boost converter, buck converter,
Gleichrichter oder Wechselrichter operieren. Rectifier or inverter operate.
Die obige Aufgabe wird in einem weiteren Aspekt durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 7 mit mehreren Ladesäulen der oben erläuterten Art gelöst, wobei die Ladesäulen über den Gleichspannungs-Bus miteinander verbunden sind. Ergänzend zum Gleichspannungs-Bus können die Ladesäulen auch über einen davon unabhängigen Kommunikations-Bus beziehungsweise einen Steuer-Bus miteinander verbunden sein. Eine Anordnung mit mehreren Ladesäulen der erläuterten Art erlaubt eine The above object is achieved in a further aspect by an arrangement according to claim 7 having a plurality of charging stations of the type described above, wherein the charging columns are connected to each other via the DC bus. In addition to the DC bus, the charging stations can also be connected to each other via an independent communication bus or a control bus. An arrangement with several charging columns of the type explained allows a
Einrichtung einer Art Ring-Topologie zwischen Establish a kind of ring topology between
Anschlussleitungen der einen oder mehreren Gleichspannungs- Anschlussleitungen beziehungsweise der einen oder mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen, den Ladesäulen sowie dem Gleichspannungs-Bus beziehungsweise einem sonstigen Bus, über den die Ladesäulen miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann die Anordnung durch eine übergeordnete Steuerung der Ladesäulen derart betrieben werden, dass ein flexibler energetischer Austausch zwischen verschiedensten Quellen und Senken, die über die jeweiligen Anschlussleitungen an die Ladesäulen anschließbar sind, erzielbar ist. Ein Austausch elektrischer Energie läuft dabei von einer Quelle vermittels einer oder mehrerer Anschlussleitungen der Gleichspannungs- Anschlussleitungen beziehungsweise der Wechselspannungs- Anschlussleitungen über ein oder mehrere Wandler-Module einer oder mehrerer Ladesäulen in den Gleichspannungs-Bus und vom Gleichspannungs-Bus über ein oder mehrere Wandler-Module einer oder mehrerer, gegebenenfalls anderen, Ladesäulen hin zu einer Senke, die über eine oder mehrere andere Connection lines of the one or more DC voltage connection lines or the one or more AC voltage connection lines, the charging columns and the DC bus or other bus via which the charging stations are connected to each other. In this way, the arrangement can be operated by a higher-level control of the charging stations such that a flexible energetic exchange between various sources and sinks, which can be connected via the respective connecting lines to the charging columns, can be achieved. An exchange of electrical energy in this case runs from a source via one or more connection lines of the DC voltage connection lines or the AC voltage connection lines via one or more converter modules of one or more charging columns in the DC bus and the DC bus via one or more converter Modules of one or more, possibly other, charging stations to a sink, over one or more others
Anschlussleitungen der Gleichspannungs-Anschlussleitungen beziehungsweise der Wechselspannungs-Anschlussleitungen angebunden ist. Vermittels jeweiliger Verteiler-Module sind die Ladesäulen flexibel zwischen verschiedenen Betriebsmodi schaltbar, wobei die entsprechenden Wandler-Module mit verschiedensten Anschlussleitungen verschaltbar sind. Auf diese Weise bildet eine Anordnung der erläuterten Art quasi ein lokales Verteilernetz zum Einspeisen beziehungsweise Entnehmen elektrischer Energie in beziehungsweise aus einem lokalen Smart Grid. Connection cables of the DC connection cables or the AC power supply cables is connected. By means of respective distributor modules, the charging stations can be flexibly switched between different operating modes, with the corresponding converter modules being connectable to a wide variety of connection lines. In this way, an arrangement of the type described quasi forms a local distribution network for feeding or removing electrical energy into or out of a local smart grid.
In diversen Ausführungsformen ist die Anordnung über eine oder mehrere Hauptsteuerungen zur Steuerung der Ladesäulen steuerbar. Insbesondere können verschiedene Betriebsmodi der Ladesäulen über die eine oder mehreren Hauptsteuerungen gesteuert werden, wobei in jedem Betriebsmodus zumindest zwei Ladesäulen zusammenwirken und die eine oder mehreren In various embodiments, the arrangement is controllable via one or more main controls for controlling the charging columns. In particular, different operating modes of the charging stations can be controlled via the one or more main controls, wherein in each operating mode at least two charging stations cooperate and the one or more
Hauptsteuerungen eingerichtet sind für jeden Betriebsmodus spezifische Verschaltungen der Wandler-Module der Ladesäulen mit einzelnen oder mehreren der Gleichspannungs- Anschlussleitungen sowie der Wechselspannungs-For each operating mode, the main controllers are configured for switching the transformer modules of the charging stations with one or more of the DC connecting cables as well as the AC voltage
Anschlussleitungen vermittels der jeweiligen Verteiler-Module der Ladesäulen vorzugeben. Specify connecting cables by means of the respective distribution modules of the charging stations.
Die obige Aufgabe wird in einem weiteren Aspekt durch ein Verfahren nach Patentanspruch 9 zum Betreiben einer Ladesäule gelöst, wobei die Ladesäule gemäß der obigen Art ausgeführt ist . The above object is achieved in a further aspect by a method according to claim 9 for operating a charging station, wherein the charging station is designed according to the above type.
Bei diesem Verfahren wird das wenigstens eine Wandler-Modul wechselweise in einem ersten Betriebsmodus oder in einem zweiten Betriebsmodus betrieben. Das heißt, dass zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus des wenigstens einen Wandler-Moduls je nach gewünschtem bzw. erforderlichem Betriebsmodus gewechselt wird. Im ersten In this method, the at least one converter module is operated alternately in a first operating mode or in a second operating mode. This means that between a first operating mode and a second operating mode of the at least one converter module depending on the desired or required operating mode is changed. In the first
Betriebsmodus werden folgende Maßnahmen durchgeführt: Operating mode, the following measures are carried out:
- Trennen sämtlicher Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen vermittels des Verteiler-Moduls vom Wandler-Modul,  Disconnecting all connection lines of the one or more AC connection lines by means of the distributor module from the converter module,
- Verbinden einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen  - Connecting individual leads of the one or more DC power lines
vermittels des Verteiler-Moduls mit dem Wandler-Modul, by means of the distributor module with the converter module,
- Steuern des Wandler-Moduls als Gleichspannungswandler zwischen den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen und dem Gleichspannungs-Bus . - Controlling the converter module as a DC-DC converter between the individual connection lines of the one or more DC connection lines and the DC bus.
Im zweiten Betriebsmodus werden folgende Maßnahmen In the second operating mode, the following measures
durchgeführt : carried out :
- Trennen sämtlicher Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen vermittels des Verteiler-Moduls vom Wandler-Modul,  Disconnecting all connection lines of the one or more DC connection lines by means of the distributor module from the converter module,
- Verbinden einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen  - Connecting individual leads of the one or more AC connection leads
vermittels des Verteiler-Moduls mit dem Wandler-Modul, by means of the distributor module with the converter module,
- Steuern des Wandler-Moduls als Gleichrichter zwischen den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen und dem Gleichspannungs-Bus oder als Wechselrichter zwischen dem Gleichspannungs-Bus und den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs- Anschlussleitungen . Controlling the converter module as a rectifier between the individual connection lines of the one or more AC connection lines and the DC bus or as an inverter between the DC bus and the individual connection lines of the one or more AC connection lines.
Ein derartiges Verfahren ermöglicht einen flexiblen Betrieb eines Wandler-Moduls der Ladesäule alternativ in einem Such a method allows flexible operation of a converter module of the charging station alternatively in one
Erstbetriebsmodus oder in einem zweiten Betriebsmodus. Das Wandler-Modul kann zwischen diesen beiden Betriebsmodi flexibel hin und her geschaltet werden. Das Verfahren First operating mode or in a second operating mode. The converter module can switch between these two operating modes be flexibly switched back and forth. The procedure
ermöglicht somit das Betreiben der Ladesäule als zentrales Element in einem lokalen Smart Grid, wobei unterschiedlichste Netze, Quellen und Verbraucher flexibel verschaltet werden können, wobei das Wandler-Modul multiple Aufgaben übernehmen kann. Ein Verschalten des Wandler-Moduls mit verschiedensten Anschlussleitungen je nach Betriebsmodus erfolgt thus enables the operation of the charging station as a central element in a local smart grid, with a variety of networks, sources and consumers can be flexibly interconnected, the converter module can take multiple tasks. A connection of the converter module with a variety of connection cables depending on the operating mode takes place
verfahrensgemäß über das Verteiler-Modul. according to the method via the distributor module.
Das Verfahren kann derart erweitert werden, dass mehrere Ladesäulen gemäß einer Anordnung der oben erläuterten Art parallel betrieben werden. Dabei werden gleichzeitig jeweils ein oder mehrere Wandler-Module einer oder mehrerer erster Ladesäulen im ersten Betriebsmodus und jeweils ein oder mehrere Wandler-Module einer oder mehrerer zweiter Ladesäulen im zweiten Betriebsmodus betrieben. Alternativ können auch alle Ladesäulen im ersten oder im zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Das Verfahren ermöglicht somit eine The method can be extended such that several charging stations are operated in parallel according to an arrangement of the type described above. In this case, one or more converter modules of one or more first charging columns in the first operating mode and one or more converter modules of one or more second charging columns in the second operating mode are operated at the same time. Alternatively, all charging stations can be operated in the first or in the second operating mode. The method thus allows a
Diversität der Anordnung der mehreren Ladesäulen in einem sehr hohen Maße bezogen auf die verschiedensten Diversity of the arrangement of the multiple charging stations in a very high degree with respect to the most diverse
Konfigurationsmöglichkeiten zum Energieaustausch zwischen verschiedenen Quellen und Verbrauchern innerhalb eines Smart Grids . Die obige Aufgabe wird in einem weiteren Aspekt durch ein Verfahren nach Patentanspruch 11 zum Betreiben einer Configuration options for energy exchange between different sources and consumers within a smart grid. The above object is achieved in a further aspect by a method according to claim 11 for operating a
Ladesäule gelöst, wobei die Ladesäule ein oder mehrere Charging column dissolved, the charging station one or more
Wandler-Module aufweist und ein jeweiliges Wandler-Modul eine Mehrzahl von Wandler-Einheiten gemäß der obigen Art und ggf. Verschaltung aufweist. Durch ein derartiges Verfahren können eine oder mehrere erste Wandler-Einheiten bzw. eine oder mehrere zweite Wandler-Einheiten eines jeweiligen Wandler- Moduls mit einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen bzw. der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen Transducer modules and a respective transducer module has a plurality of transducer units according to the above type and possibly interconnection. By such a method, one or more first converter units or one or more second converter units of a respective converter module with individual connection lines of one or the a plurality of DC power supply lines and the one or more AC power supply lines
verbunden werden, während die jeweiligen Wandler-Einheiten von den jeweiligen anderen Anschlussleitungen (der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen bzw. der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen) getrennt sind. Die ersten bzw. zweiten Wandler-Einheiten werden dabei jeweils als Gleichspannungswandler zwischen verbundenen einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen und dem are connected while the respective converter units are separated from the respective other connection lines (the one or more AC connection lines or the one or more DC connection lines). The first and second converter units are in each case as a DC-DC converter between the connected individual connection lines of the one or more DC voltage connection lines and the
Gleichspannungs-Bus bzw. als Gleichrichter zwischen DC bus or as a rectifier between
verbundenen einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen und dem interconnected individual leads of the one or more AC leads and the
Gleichspannungs-Bus oder als Wechselrichter zwischen dem Gleichspannungs-Bus und verbundenen einzelnen DC bus or as an inverter between the DC bus and connected individual
Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Connecting cables of one or more
Wechselspannungs-Anschlussleitungen gesteuert. Die einzelnen Wandler-Einheiten können wechselweise mit verschiedenen AC power cables controlled. The individual converter units can alternately with different
Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Connecting cables of one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen bzw. der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen verbunden bzw. getrennt werden und dabei wechselweise, je nach Aufgabe, als Gleichspannungswandler, Gleichrichter oder Wechselrichter gesteuert werden. Das Verfahren kann derart erweitert werden, dass mehrere Ladesäulen dieser Art als Anordnung parallel betrieben werden. DC voltage connection lines or the one or more alternating current connecting lines are connected or disconnected and thereby alternately, depending on the task, as a DC-DC converter, rectifier or inverter can be controlled. The method can be extended such that several charging stations of this type are operated in parallel as an arrangement.
Weitere vorteilhafte Aspekte, Weiterbildungen und Further advantageous aspects, developments and
Implementierungen sind in den zugehörigen Unteransprüchen offenbart. Implementations are disclosed in the appended subclaims.
Merkmale, Aspekte und Maßnahmen der erläuterten Verfahren finden entsprechende Anwendung in strukturellen Merkmalen einer Ladesäule beziehungsweise einer Anordnung mehrerer Ladesäulen der oben erläuterten Art und umgekehrt. Features, aspects and measures of the described methods find corresponding application in structural features a charging station or an arrangement of several charging stations of the type described above and vice versa.
Die oben erläuterte Ladesäule, die oben erläuterte Anordnung mehrerer Ladesäulen sowie die oben erläuterten Verfahren können in einem Smart Grid zur Ressourcenausnutzung The charging station explained above, the arrangement of several charging stations explained above and the methods explained above can be used in a smart grid for resource utilization
unterschiedlichster elektrischer Fahrzeuge und/oder sonstiger elektrischer Mobilitäts- und Arbeitsressourcen der oben aufgeführten Art Anwendung finden. various electric vehicles and / or other electrical mobility and work resources of the type listed above apply.
Die elektrischen Fahrzeuge und/oder sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressourcen können dabei mittels The electric vehicles and / or other electrical mobility and work resources can by means of
Batteriespeicher oder Hybridsystemen mit Energie versorgt werden. Die entsprechenden Batteriespeicher der Ressourcen können mit einem entsprechenden Smart Grid, z.B. im Haushalt, im Industrieunternehmen oder im landwirtschaftlichen Battery storage or hybrid systems are powered. The corresponding battery memories of the resources may be connected to a corresponding smart grid, e.g. in the household, industrial or agricultural
Unternehmen, so verbunden werden, dass die Batteriespeicher sich (außerhalb ihrer normalen Bestimmung) voll in das jeweilige lokale elektrische Versorgungsnetz integrieren und als Teil des stationären Energieversorgungssystems Businesses are connected in such a way that the battery storage units (outside their normal destination) fully integrate into the respective local electrical supply network and as part of the stationary energy supply system
bewirtschaftet werden können. can be managed.
Die elektrischen Fahrzeuge und/oder sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressourcen können auf drei The electric vehicles and / or other electrical mobility and labor resources may be limited to three
verschiedene Arten bidirektional mit dem lokalen Smart Grid verbunden werden: Different types are bidirectionally connected to the local Smart Grid:
1) Gleichstromverbindung kabelgeführt,  1) DC connection wired,
2) Wechselstromverbindung kabelgeführt,  2) AC connection wired,
3) Wechselfeldverbindung induktiv.  3) Alternating field connection inductive.
Das Batteriesystem/der Batteriespeicher für die elektrischen Fahrzeuge und/oder sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressourcen kann ebenfalls auf drei verschiedene Arten aufgebaut sein: The battery system / the battery storage for the electric vehicles and / or other electric mobility and Work resources can also be built in three different ways:
1) Niederspannungsbatterie (Gleichspannung bis 60V),  1) Low voltage battery (DC voltage up to 60V),
2) Hochvoltbatterie (Gleichspannung zwischen 60V und 1500V), 3) Wechselspannungsbatterie (Gleich- und Wechselspannung bis 2) High-voltage battery (DC voltage between 60V and 1500V), 3) AC battery (DC and AC voltage up to
1500V) . 1500V).
Somit ergeben sich für diese Anwendungen folgende mögliche Kombinationen : Thus, the following possible combinations result for these applications:
1) Gleichstromverbindung kabelgeführt mit 1) DC connection with cable
Niederspannungsbatterie (z.B. kleine Fahrzeuge, Arbeitsgeräte oder sonstige Ressourcen mit einer Leistungsaufnahme bis zu 11 kW und einem Energiespeichersystem mit bis zu 20 kWh; z.B. Rasenmäher, Kleintraktor, innerbetriebliche  Low voltage battery (e.g., small vehicles, implements or other resources with a power consumption of up to 11 kW and an energy storage system of up to 20 kWh, for example lawnmower, small tractor, in-house
Transportlogistik) , Transport logistics),
2) Gleichstromverbindung kabelgeführt mit Hochvoltbatterie (elektrische Fahrzeuge, Arbeitsgeräte oder sonstige 2) DC connection wired with high-voltage battery (electric vehicles, implements or other
Ressourcen, wie PKW, Reisemobile oder landtechnische Resources such as cars, motorhomes or agricultural
Fahrzeuge, mit einer Leistungsaufnahme von größer 5 kW und Energiespeichersystemen mit größer 10 kWh) ,  Vehicles with a power consumption of more than 5 kW and energy storage systems with more than 10 kWh),
3) Wechselstromverbindung kabelgeführt oder 3) AC connection wired or
Wechselfeldverbindung induktiv in Verbindung mit einer Alternating field connection inductively in conjunction with a
Wechselspannungsbatterie (prinzipiell für alle mobilen AC battery (principally for all mobile
Anwendungen und Ressourcen mit einer Leistung größer 5 kW und einem Energieinhalt größer 5 kWh) . Insbesondere die genannten Kombinationen 1) und 2) können mittels einer bidirektionalen Ladesäule der oben erläuterten Art oder einer Anordnung mit mehreren solcher Ladesäulen der oben erläuterten Art und/oder gemäß einem der oben erläuterten Verfahren realisiert werden. In der oder den Ladesäulen können das oder die Wandler-Module bzw. Wandler- Einheiten als mehrere resonant betriebene DC/DC-Wandler eingerichtet sein. Diese können z.B. ein vorzeichenbehaftetes Stromsignal über eine Kommunikationsschnittstelle erhalten und den gewünschten Lade-/Entladestrom einregeln. Die Applications and resources with a capacity of more than 5 kW and an energy content of more than 5 kWh). In particular, the mentioned combinations 1) and 2) can by means of a bidirectional charging station of the type described above or an arrangement with several such charging stations of the type described above and / or according to one of the above explained method can be realized. In the charging station (s), the one or more converter modules or converter units can be set up as a plurality of resonantly operated DC / DC converters. These can, for example, receive a signed current signal via a communication interface and adjust the desired charge / discharge current. The
genannten Kombinationen 1) und 2) können alternativ oder ergänzend auch über einen Multilevel-Stromrichter mit mentioned combinations 1) and 2) can alternatively or additionally also via a multilevel power converter with
galvanisch getrennten Einzelmodulen als entsprechende galvanically isolated individual modules as appropriate
Wandler-Module realisiert werden, die sowohl in Reihe als auch parallel verschaltet werden können. Die in den genannten Kombinationen 1) und 2) am Eingang zur Verfügung zu stellende Gleichspannung kann aus einem lokalen Converter modules can be realized, which can be connected both in series and in parallel. The DC voltage to be provided at the input in said combinations 1) and 2) may be from a local
Gleichspannungsnetz oder über ein Gleichspannungssystem gewonnen werden, das durch einen Stromrichter erzeugt wird.  DC network or via a DC system can be obtained, which is generated by a power converter.
Die genannte Kombination 3) kann mithilfe einer The above combination 3) can be done using a
Wechselspannungsbatterie im elektrischen Fahrzeug und/oder in der sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressource realisiert werden. Die Wechselspannungsbatterie kann dabei aus mehreren Batteriemodulen bestehen, die nach einer AC battery can be realized in the electric vehicle and / or in the other electrical mobility and work resource. The AC battery can consist of several battery modules, which after a
bestimmten Schaltabfolge in Reihe, parallel oder in Bypass geschaltet werden können. Dadurch können sowohl certain switching sequence in series, in parallel or in bypass can be switched. This can both
Gleichspannungen als auch Wechselspannungen direkt durch die Batterie stufenförmig erzeugt werden. Durch DC voltages as well as AC voltages are generated stepwise directly by the battery. By
Pulsweitenmodulation eines Batteriemoduls können die  Pulse width modulation of a battery module, the
Spannungsstufen und somit die Oberschwingungen deutlich reduziert werden. Eine solche Batterie kann direkt oder mittels einer oder mehrerer der oben erläuterten Ladesäulen, ggf- in Verbindung mit einem der oben erläuterten Verfahren, an ein Wechselspannungsnetz kabelgebunden angeschlossen werden. Eine solche Batterie ist ebenfalls in der Lage ein Wechselspannungssystem hoher Frequenz (größer 30.000 Hz) zu erzeugen und damit einen induktiven Energieübertrager (für eine kabellose Energieübertragung) zu speisen. Auf der stationären Seite könnte ein resonant betriebener Voltage levels and thus the harmonics are significantly reduced. Such a battery can be connected to an AC voltage network directly or by means of one or more of the above-explained charging stations, optionally in conjunction with one of the methods explained above. Such a battery is also capable of an AC system of high frequency (greater than 30,000 Hz) generate and thus to feed an inductive energy transmitter (for a wireless power transmission). On the stationary side could be a resonantly operated
Stromrichter, ein Multilevel-Stromrichter oder eine Power converter, a multilevel power converter or a
stationäre Wechselspannungsbatterie, ggf. jeweils in stationary AC battery, possibly in each case
Verbindung mit einer oder mehreren der erläuterten Ladesäulen und/oder Verfahren, eingesetzt werden. Bei Einsatz einer Wechselspannungsbatterie der erläuterten Art könnte ebenfalls auf einen Antriebsstromrichter im elektrischen Fahrzeug und/oder in der sonstigen elektrischen Mobilitäts- und  Connection with one or more of the described charging stations and / or methods can be used. When using an AC battery of the type described could also on a drive converter in the electric vehicle and / or in the other electric mobility and
Arbeitsressource verzichtet werden. Work resource be waived.
Derartige Anwendungen der erläuterten Kombinationen 1) bis 3) haben den Vorteil, dass bisher ungenützte mobile Such applications of the illustrated combinations 1) to 3) have the advantage that previously unused mobile
Energiespeichersysteme entsprechender Ressourcen in ein lokales Smart Grid eingebunden werden können, wodurch Energy storage systems corresponding resources can be integrated into a local smart grid, which
zusätzliche Speicherkapazitäten erschlossen und die lokalen elektrischen Versorgungssysteme sicherer und effizienter werden. Die elektrischen Fahrzeuge und/oder sonstigen additional storage capacities are developed and the local electrical supply systems become safer and more efficient. The electric vehicles and / or other
elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressourcen können electric mobility and work resources
bidirektional in die jeweilige lokale elektrische bidirectional in the respective local electrical
Energieversorgung (Smart Grid) eingebunden werden. Dies ermöglicht den vorteilhaften Umstieg von Energy supply (Smart Grid). This allows the advantageous change of
Verbrennertechnologien auf Elektromobilität auch bei Combustion technologies on electric mobility also at
elektrischen Fahrzeugen, die selten mobil genutzt werden, und schafft einen Mehrwert und einen finanziellen Anreiz auf diese neue Technologie umzusteigen. electric vehicles, which are rarely used on mobiles, and creates added value and a financial incentive to switch to this new technology.
Zur Regelung des Leistungsaustauschs in einem solchen Smart Grid wird ein einfacher Parameter, nämlich der Ladestrom, der bisher nur einen positiven Wertebereich für das Laden hatte, erweitert um einen negativen Wertebereich der das In order to regulate the power exchange in such a smart grid, a simple parameter, namely the charging current, which previously had only a positive value range for charging, is expanded by a negative value range of the
bidirektionale Laden/Entladen ermöglicht. Elektrische Fahrzeuge und/oder sonstige elektrische bidirectional charging / discharging allows. Electric vehicles and / or other electrical
Mobilitäts- und Arbeitsressourcen, die bisher nur Mobility and work resources previously only
gelegentlich genutzt wurden, können auf diese Weise can be used occasionally, this way
gewinnbringend in die lokale elektrische Energieversorgung integriert werden. Dadurch erhöht sich die Wertschöpfung der entsprechenden Ressourcen und neue ressourcen- und be profitably integrated into the local electrical energy supply. This increases the added value of the corresponding resources and new resources and resources
umweltschonende Konzepte können realisiert werden. Zum Beispiel können Reisemobile auf diese Weise einfach und effizient in eine lokale Photovoltaikanlage integriert werden. Ein elektrisch angetriebenes Reisemobil mit einer Reichweite von 350 km ist für eine Reisetätigkeit Environmentally friendly concepts can be realized. For example, motorhomes can be easily and efficiently integrated into a local photovoltaic system. An electrically driven motorhome with a range of 350 km is for a travel activity
ausreichend. Parallel könnte das Reisemobil die viele sufficient. At the same time the motorhome could be the many
ungenutzte Zeit im lokalen Smart Grid als idle time in the local smart grid as
Energiespeichersystem mit 40 bis 60 kWh integriert werden. Als weiteres Beispiel können landtechnische Selbstfahrer, die mit Hybridtechnologie ausgestattet sind, mit einem kleineren Dieselaggregat ausgestattet werden, da dieses nur auf die mittlere Leistung und nicht auf die Spitzenleistung ausgelegt werden muss. Dadurch kann etwa 10-15 % Diesel eingespart werden. Die Batterie einer solchen Ressource kann als  Energy storage system can be integrated with 40 to 60 kWh. As another example, agricultural self-propelled vehicles equipped with hybrid technology can be equipped with a smaller diesel engine, since this only has to be designed for the average power and not for the peak power. This can save about 10-15% diesel. The battery of such a resource can be considered
Pufferspeicher in den vielen Monaten des Nichteinsatzes während des Jahres in eine lokale Photovoltaik-/Biogasanlage integriert werden. Eine entsprechende Anbindung alldieser Ressourcen an das lokale Smart Grid kann über eine Caches will be integrated into a local photovoltaic / biogas plant in the many months of non-use throughout the year. An appropriate connection of all these resources to the local Smart Grid can be done via a
bidirektionale Ladesäule der oben erläuterten Art oder über eine Anordnung mit mehreren solcher Ladesäulen der oben erläuterten Art und/oder gemäß einem der oben erläuterten Verfahren realisiert werden. bidirectional charging station of the type described above or via an arrangement having a plurality of such charging stations of the type described above and / or realized according to one of the methods explained above.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme mehrerer Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with the aid of several figures. Show it:
Figur 1 schematisierte Darstellung einer Ladesäule, FIG. 1 a schematic representation of a charging station,
Figur 2 eine schematisierte Darstellung einer Figure 2 is a schematic representation of a
Leistungselektronik innerhalb der Ladesäule gemäß Figur 1, Figur 3 mehrere Kennlinien eines Gesamtstromrippels über dem Schaltverhältnis innerhalb einer  Power electronics within the charging station according to Figure 1, Figure 3 shows several characteristics of a total current ripple on the switching ratio within a
Leistungselektronik gemäß Figur 2,  Power electronics according to FIG. 2,
Figur 4 eine alternative Ausführungsform der Figure 4 shows an alternative embodiment of
Leistungselektronik gemäß Figur 2, sowie  Power electronics according to Figure 2, and
Figur 5 eine schematisierte Darstellung einer Figure 5 is a schematic representation of a
Benutzerschnittstelle der Ladesäule gemäß Figur 1. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Ladesäule 1 mit mehreren leitungselektronischen Wandler-Modulen 2. Die  User interface of the charging station according to Figure 1. Figure 1 shows an embodiment of a charging station 1 with a plurality of line electronic converter modules 2. The
Ladesäule 1 dient unter anderem zur Versorgung eines Charging station 1 is used, among other things, to supply a
elektrischen Fahrzeuges oder einer sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressource mit elektrischer Energie oder zur Entnahme von elektrischer Energie aus einer solchen Ressource und kann Anwendung in einem sogenannten lokalen Smart Grid (lokales elektrisches Netz mit verschiedenen electric vehicle or other electrical mobility and work resource with electrical energy or for the removal of electrical energy from such a resource and can be used in a so-called local smart grid (local electric grid with various
Teilnetzen, Topologien, Quellen und Senken) Anwendung finden, In der Ausführungsform gemäß Figur 1 weist die Ladesäule 1 insgesamt vier Leistungselektroniken mit Wandler-Modulen 2 auf. Die Leistungselektroniken sind als LEI bis LEm gekennzeichnet. In alternativen Ausführungsformen weist die Ladesäule 1 mehr oder weniger Leistungselektroniken LE auf. Subnetworks, topologies, sources and sinks) find application, In the embodiment according to Figure 1, the charging station 1 a total of four power electronics with converter modules 2 on. The power electronics are as LEI to LEm characterized. In alternative embodiments, the charging station 1 has more or fewer power electronics LE.
Die Struktur und Funktion der einzelnen Leistungselektroniken LE wird weiter unten im Zusammenhang mit Figur 2 näher erläutert. Die einzelnen Wandler-Module 2 der The structure and function of the individual power electronics LE will be explained in more detail below in connection with FIG. The individual converter modules 2 of
Leistungselektroniken LEI bis LEm sind jeweils einem Power electronics LEI to LEm are each one
Gleichspannungs-Bus 4 und einem Verteiler-Modul 7 elektrisch zwischengeschaltet. Jedes Wandler-Modul 2 weist eine erste Anschlussseite 10 und eine zweite Anschlussseite 11 auf und ist mit seiner ersten Anschlussseite 10 an unterschiedliche Verteiler-Anschlussleitungen 12 des jeweiligen Verteiler- Moduls 7 geschaltet und mit seiner zweiten Anschlussseite 11 an Busleitungen des Gleichspannungs-Busses 4 parallel DC bus 4 and a distributor module 7 electrically interposed. Each converter module 2 has a first connection side 10 and a second connection side 11 and is connected with its first connection side 10 to different distributor connection lines 12 of the respective distribution module 7 and with its second connection side 11 parallel to bus lines of the DC bus 4
geschaltet bzw. mit einem Neutralleiter N verschaltet. switched or interconnected with a neutral conductor N.
Der Gleichspannungs-Bus 4 ist ein Gleichspannungs-Bus hoher Gleichspannung, zum Beispiel einer Gleichspannung im Bereich zwischen 650 und 900 Volt DC . Der Gleichspannungs-Bus 4 umfasst in der Ausführungsform gemäß Figur 1 diverse The DC bus 4 is a DC bus of high DC voltage, for example, a DC voltage in the range between 650 and 900 volts DC. The DC bus 4 includes various in the embodiment of FIG
Busleitungen. Diese umfassen eine erste Busleitung DC+ für eine erste positive Gleichspannung, eine zweite Busleitung MP, die als Mittelpunktleiter fungiert, und eine dritte  Bus lines. These include a first bus line DC + for a first positive DC voltage, a second bus line MP acting as a mid-point conductor, and a third bus line DC
Busleitung DC- für eine erste negative Gleichspannung. Der Mittelpunktleiter MP bildet somit quasi ein "Mitten- Potential" zwischen den beiden Gleichspannungsleitungen DC+ und DC- . Neben diesen Busleitungen weist der Gleichspannungs- Bus 4 noch eine vierte Busleitung DC+2 für eine zweite positive Gleichspannung und eine fünfte Busleitung DC-2 für eine zweite negative Gleichspannung auf. Die zweiten Bus line DC- for a first negative DC voltage. The center conductor MP thus forms a quasi "center potential" between the two DC voltage lines DC + and DC-. In addition to these bus lines, the DC bus 4 also has a fourth bus line DC + 2 for a second positive DC voltage and a fifth bus line DC-2 for a second negative DC voltage. The second
positiven und negativen Gleichspannungen DC+2, DC-2 können den ersten positiven und negativen Gleichspannungen DC+, DC- jeweils entsprechen oder von diesen verschieden sein. Auch bezüglich der Gleichspannungen auf den vierten und fünften Busleitungen DC+2 und DC-2 verhält sich der Mittelpunktleiter MP als Mitten-Potential. Der Gleichspannungs-Bus 4 ist als eine Art Zwischenkreis zwischen den einzelnen Wandler-Modulen 2 der Ladesäule 1 eingerichtet, um die verschiedenen Wandler-Module 2 der positive and negative DC voltages DC + 2, DC-2 may be equal to or different from the first positive and negative DC voltages DC +, DC-, respectively. Also with respect to the DC voltages on the fourth and fifth bus lines DC + 2 and DC-2, the center conductor MP behaves as the center potential. The DC bus 4 is arranged as a kind of intermediate circuit between the individual converter modules 2 of the charging station 1 to the various converter modules 2 of the
Ladesäule 1 miteinander zu verbinden. Die einzelnen Wandler- Module 2 können dabei über Schaltelemente 13 über Charging column 1 to connect with each other. The individual converter modules 2 can via switching elements 13 via
Anschlussleitungen an ihren zweiten Anschlussseiten 11 mit den verschiedenen Busleitungen des Gleichspannungs-Busses 4 verbunden beziehungsweise von diesen getrennt werden. Die Schaltelemente 13 können mechanische, elektronisch Connecting lines are connected at their second terminal sides 11 with the different bus lines of the DC bus 4 or separated from them. The switching elements 13 may be mechanical, electronic
angesteuerte oder elektronische Schalter sein. In der be controlled or electronic switch. In the
Ausführungsform gemäß Figur 1 ist ein Zustand dargestellt, bei dem die Wandler-Module 2 der Leistungselektroniken LEI und LE2 jeweils mit den Busleitungen DC+ und DC- des Embodiment according to Figure 1, a state is shown, in which the converter modules 2 of the power electronics LEI and LE2 respectively with the bus lines DC + and DC -
Gleichspannungs-Busses 4 verschaltet sind, während die DC bus 4 are interconnected while the
Wandler-Module 2 der Leistungselektroniken LE3 und LEm mit den Busleitungen DC+2 und DC-2 des Gleichspannungs-Busses 4 verbunden sind . Andere Schaltverbindungen sind in der Converter modules 2 of the power electronics LE3 and LEm with the bus lines DC + 2 and DC-2 of the DC bus 4 are connected. Other switching connections are in the
Konfiguration gemäß Figur 1 entsprechend über Schaltelemente 13 geöffnet. In alternativen Betriebsmodi können die Wandler- Module 2 natürlich auch in anderer Weise mit diversen Configuration according to Figure 1 according to open via switching elements 13. Of course, in alternative operating modes, the converter modules 2 can also be supplied in various ways
Busleitungen des Gleichspannungs-Busses 4 verbunden sein. Zum Beispiel können sämtliche Wandler-Module 2 sämtlicher Bus lines of the DC bus 4 to be connected. For example, all converter modules 2 can all be
Leistungselektroniken LEI bis LEm mit sämtlichen Busleitungen des Gleichspannungs-Busses 4 verbunden sein oder andere Power electronics LEI to LEm be connected to all bus lines of the DC bus 4 or others
Konstellationen von Teilzwischenkreisen als die in Figur 1 dargestellte angenommen werden. Allgemein sind die einzelnen Verbindungen zwischen den Wandler-Modulen 2 und den Constellations of subcircles are assumed to be those shown in FIG. In general, the individual connections between the converter modules 2 and the
Busleitungen des Gleichspannungs-Busses 4 vermittels der Schaltelemente 13 einzeln zu- beziehungsweise abschaltbar. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist pro Bus lines of the DC bus 4 by means of the switching elements 13 individually switched on or off. In the embodiment according to FIG. 1, per
Leistungselektronik LEI bis LEm ein Verteiler-Modul 7 Power electronics LEI to LEm a distributor module 7
eingerichtet. Das Verteiler-Modul 7 hat die Funktion, vermittels der Verteiler-Anschlussleitungen 12 einzelne set up. The distributor module 7 has the function of switching by means of the distributor connection lines 12 individual
Anschlussleitungen diverser Gleichspannungs- Anschlussleitungen 5 beziehungsweise diverser Connection lines of various DC voltage connection cables 5 or more diverse
Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 mit der jeweiligen ersten Anschlussseite 10 der einzelnen Wandler-Module 2 der Leistungselektroniken LEI bis LEm zu verbinden oder davon zu trennen. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist ein jedes Verteiler-Modul 7 als Schaltmatrix beziehungsweise AC connection lines 6 to connect to the respective first terminal side 10 of the individual converter modules 2 of the power electronics LEI to LEm or separate from it. In the embodiment according to FIG. 1, each distributor module 7 is a switching matrix or
Kreuzschienenverteiler zwischen dem jeweiligen Wandler-Modul 2 und den Gleichspannungs-Anschlussleitungen 5 Crossbar distributor between the respective converter module 2 and the DC voltage connection lines 5
beziehungsweise den Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 eingerichtet. Vermittels verschiedener Schaltelemente 9 kann das Verteiler-Modul 7 einzelne Anschlussleitungen der or the AC power supply lines 6 set. By means of various switching elements 9, the distributor module 7 individual connection lines of
Gleichspannungs-Anschlussleitungen 5 beziehungsweise der Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 mit den DC voltage connection lines 5 and the AC voltage connection lines 6 with the
Anschlussleitungen auf der ersten Anschlussseite 10 der jeweiligen Wandler-Module 2 der Leistungselektroniken LEI bis LEm verbinden oder davon trennen. Auf diese Weise können die jeweiligen Verteiler-Module 7 einzelne Verbindungen der Connect or disconnect connecting lines on the first connection side 10 of the respective converter modules 2 of the power electronics LEI to LEm. In this way, the respective distributor modules 7 individual connections of the
Gleichspannungs-Anschlussleitungen 5 beziehungsweise der Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 zu den jeweiligen DC voltage connection lines 5 and the AC voltage connection lines 6 to the respective
Wandler-Modulen 2 einzeln zu- oder abschalten. Die Turn on or off converter modules 2 individually. The
Schaltelemente 9 können mechanische, elektronisch Switching elements 9 can mechanical, electronic
angesteuerte oder elektronische Schalter sein. Zwischen den jeweiligen Verteiler-Modulen 7 und den Wandler-Modulen 2 der Leistungselektroniken LEI bis LEm können weitere be controlled or electronic switch. Between the respective distributor modules 7 and the converter modules 2 of the power electronics LEI to LEm can further
Schaltelement (nicht in Figur 1 dargestellt) eingerichtet sein, um einzelne Verteiler-Anschlussleitungen 12 mit den ersten Anschlussseiten 10 der Wandler-Module 2 zu verbinden oder davon zu trennen. Ferner können diese Schaltelemente für eine Schutztrennung der Wandler-Module 2 der Switching element (not shown in Figure 1) may be configured to connect individual distributor connection lines 12 with the first terminal sides 10 of the converter modules 2 or separate from it. Furthermore, these switching elements for a protective separation of the converter modules 2 of the
Leistungselektroniken LEI bis LEm von den Anschlussleitungen 5 bzw. 6 ausgelegt sein. Hier können z.B. Überstrom- bzw. Überspannungsschutzschalter vorgesehen sein. Ferner können zwischen einzelnen Verteiler-Anschlussleitungen 12 und einzelnen oder mehreren der Anschlussleitungen 5 bzw. 6 Drosseln bzw. Filter (nicht in Figur 1 dargestellt)  Power electronics LEI to LEm be designed by the connecting lines 5 and 6 respectively. Here, e.g. Overcurrent or overvoltage protection switch can be provided. Furthermore, throttles or filters (not shown in FIG. 1) can be provided between individual distributor connection lines 12 and one or more of the connection lines 5 or 6.
eingerichtet sein, um Störsignale zwischen den einzelnen Anschlussleitungen zu minimieren. be set up to minimize interference between the individual leads.
In der Ausführungsform gemäß Figur 1 umfassen die In the embodiment according to FIG
Gleichspannungs-Anschlussleitungen 5 insgesamt vier DC connecting cables 5 a total of four
Anschlussleitungen zu Photovoltaik-Anlagen Solar_l bis Connecting cables to photovoltaic systems Solar_l to
Solar_n. Die einzelnen Photovoltaik-Anlagen können einzelne Photovoltaik-Strings , parallel geschaltete Photovoltaik- Strings beziehungsweise aus Photovoltaik-Modulen aufgebaute Anlagen sein. Daneben umfassen die Gleichspannungs- Anschlussleitungen 5 gemäß Figur 1 zwei Gleichstromleitungen DC_Chargel und DC_Charge2 sowie zwei Anschlussleitungen zu entsprechenden Batteriesystemen Batl und Bat2. Die Solar_n. The individual photovoltaic systems may be individual photovoltaic strings, photovoltaic strings connected in parallel, or systems constructed from photovoltaic modules. In addition, the DC voltage connection lines 5 according to FIG. 1 comprise two DC lines DC_Chargel and DC_Charge2 as well as two connection lines to corresponding battery systems Batl and Bat2. The
Gleichstromleitungen, DC_Chargel und DC_Charge2 sind DC lines, DC_Chargel and DC_Charge2 are
beispielsweise Anschlussleitungen zu Gleichstromladesystemen für eine Anbindung von elektrischen Fahrzeugen an die For example, connecting cables to DC charging systems for connecting electric vehicles to the
Ladesäule 1. Ein oder mehrere Leitungen für ein oder mehrere Bezugspotentiale der jeweiligen Gleichspannungs- Anschlussleitungen 5 sind nicht in Figur 1 dargestellt. Diese könnten aber z.B. das gleiche Bezugspotential aufweisen, wie eine oder mehrere der Busleitungen DC- oder DC-2 des Charging Station 1. One or more lines for one or more reference potentials of the respective DC voltage connection lines 5 are not shown in Figure 1. These could, however, be e.g. have the same reference potential as one or more of the bus lines DC or DC 2 of the
Gleichspanungs-Busses 4. Die Batteriesysteme Batl und Bat2 können z.B. stationäre Energiespeicher oder eingebundene Energiespeicher von elektrischen Fahrzeugen oder sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressourcen sein. Die Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 umfassen in der Ausführungsform gemäß Figur 1 die Phasen LI bis L3 eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes (öffentliches DC bus 4. The battery systems Batl and Bat2 can be eg stationary energy storage or integrated energy storage of electric vehicles or other electrical mobility and labor resources. In the embodiment according to FIG. 1, the alternating voltage connecting lines 6 comprise the phases LI to L3 of a three-phase alternating voltage network (public
Versorgungsnetz) sowie den entsprechenden Neutralleiter N.Supply network) and the corresponding neutral conductor N.
Der Neutralleiter N der Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 kann elektrisch auf dem gleichen Bezugspotential liegen, wie der Mittelpunktleiter MP des Gleichspannungs-Busses 4 The neutral conductor N of the AC connecting lines 6 can be electrically located at the same reference potential as the center conductor MP of the DC bus 4
beziehungsweise wie der Neutralleiter N des jeweiligen or as the neutral conductor N of the respective
Anschlusses der einzelnen Wandler-Module 2 an deren zweiten Anschlussseiten 11. Es können hierfür jedoch auch Connection of the individual converter modules 2 at the second terminal sides 11. However, it can also for this purpose
verschiedene Bezugspotentiale eingerichtet sein, dies je nach Anwendungsfall und Konfiguration der Ladesäule 1. In zur Figur 1 alternativen Ausführungsformen können die be set up different reference potentials, depending on the application and configuration of the charging station 1. In alternative to Figure 1 embodiments, the
Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 neben den Anschlüssen an das dreiphasige Wechselspannungsnetz noch eine oder mehrere zusätzliche Anschlussleitungen (nicht dargestellt) an Wechselspannungsnetze oder z.B. an Wechselspannungsbatterien elektrischer Fahrzeuge oder sonstiger elektrischer AC power supply lines 6, in addition to the connections to the three-phase AC mains one or more additional connection lines (not shown) to AC networks or e.g. on AC batteries of electric vehicles or other electrical
Mobilitäts- und Arbeitsressourcen aufweisen. Letztgenannte Anschlussleitungen können in wiederum alternativen Mobility and work resources. The latter connection lines can in turn be alternative
Ausführungsformen auch anstelle der in Figur 1 dargestellten Anschlussleitungen an das dreiphasige Wechselspannungsnetz eingerichtet sein. Hier können sich verschiedene Embodiments also be set up instead of the connection lines shown in Figure 1 to the three-phase AC mains. Here can be different
Konfigurationen der Ladesäule 1 je nach Anwendungsfall ergeben . Configurations of the charging station 1 depending on the application result.
Eine Hauptsteuerung 8 führt eine Steuerung der Ladesäule 1, das heißt sämtliche Module und Einheiten der Ladesäule 1, durch, wobei verschiedene Betriebsmodi eingenommen werden können. In den verschiedenen Betriebsmodi schalten die einzelnen Verteiler-Module 7 die jeweiligen Wandler-Module 2 mit einzelnen Anschlussleitungen der Gleichspannungs- Anschlussleitungen 5 beziehungsweise der Wechselspannungs- Anschlussleitungen 6 zusammen oder trennen diese. Die A main controller 8 performs a control of the charging station 1, that is, all modules and units of the charging station 1, through, wherein different operating modes can be taken. In the various operating modes, the individual distributor modules 7 switch the respective converter modules 2 to individual connecting lines of the DC voltage converter. Connecting lines 5 and the AC voltage connection lines 6 together or separate them. The
Leistungselektroniken LEI bis LEm sind mit ihren Wandler- Modulen 2 jeweils als bidirektionale Leistungselektronik zwischen den Gleichspannungs-Anschlussleitungen 5 und den Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 auf der ersten Power electronics LEI to LEm are with their converter modules 2 each as bidirectional power electronics between the DC power supply lines 5 and the AC power supply lines 6 on the first
Anschlussseite 10 der Wandler-Module 2 und dem Connection side 10 of the converter modules 2 and the
Gleichspannungs-Bus 4 auf der zweiten Anschlussseite der Wandler-Module 2 eingerichtet. Die einzelnen Wandler-Module 2 werden derart gesteuert, dass Energie zwischen einzelnen Anschlussleitungen der Anschlussleitungen 5 und 6 und DC bus 4 is set up on the second connection side of the converter modules 2. The individual converter modules 2 are controlled such that energy between individual connecting lines of the connecting lines 5 and 6 and
einzelnen Busleitungen des Gleichspannungs-Busses 4 individual bus lines of the DC bus 4
ausgetauscht werden kann. Durch Einrichten der Verteiler-Module 7 innerhalb der can be exchanged. By setting up the distributor modules 7 within the
Ladesäule 1 kann die Ladesäule 1 flexibel an verschiedenste Anforderungen angepasst werden. Insbesondere ist die  Charging station 1, the charging station 1 can be flexibly adapted to a wide variety of requirements. In particular, the
Ladesäule 1 vorteilhaft einsetzbar, wenn zwei oder mehr unterschiedliche Aufgaben beziehungsweise Anforderungen gleichzeitig innerhalb des Smart Grids bewältigt werden müssen. Selbst in einem Fall, in dem deutlich mehr als zwei Anforderungen zur gleichen Zeit wahrgenommen werden müssen, kann die Ladesäule 1 sehr flexibel an die verschiedensten energetischen Bedürfnisse angepasst werden. Die verschiedenen Anforderungen können in unterschiedlichen Leistungsbereichen liegen. In der Regel gibt es in einem lokalen Smart Grid nur einige grundlegende Wandlungsanforderungen. Diese umfassen ein Wandeln einer Gleichspannung in eine höhere oder Charging column 1 can be used advantageously when two or more different tasks or requirements must be handled simultaneously within the smart grid. Even in a case in which clearly more than two requirements must be perceived at the same time, the charging station 1 can be adapted very flexibly to the most diverse energetic needs. The different requirements can be in different performance ranges. There are usually only a few basic transformation requirements in a local smart grid. These include converting a DC voltage to a higher or higher voltage
geringere Gleichspannung beziehungsweise das Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung oder eine lower DC voltage or the conversion of an AC voltage to a DC voltage or a
Gleichspannung in eine Wechselspannung. Die Ladesäule 1 gemäß Figur 1 ermöglicht die Durchführung zweier oder mehrerer zeitparalleler Aufgaben dieser Art durch intelligente Verschaltung eines oder mehrerer der eingerichteten Wandler- Module 2 mit einzelnen der Anschlussleitungen 5 und 6 vermittels der einzelnen Verteiler-Module 7. Bereits ein einzelnes Wandler-Modul 2 ist eingerichtet, verschiedene Wandleraufgaben der oben genannten Art zeitparallel DC voltage in an AC voltage. The charging station 1 according to FIG. 1 makes it possible to carry out two or more time-parallel tasks of this kind by intelligent means Interconnection of one or more of the configured converter modules 2 with individual ones of the connecting lines 5 and 6 by means of the individual distributor modules 7. Even a single converter module 2 is set up, various converter tasks of the abovementioned type in parallel with time
durchzuführen. Eine Erläuterung hierzu findet sich im perform. An explanation can be found in
Zusammenhang mit Figur 2 unten. Related to Figure 2 below.
Naturgemäß hat jedes Wandler-Modul 2 eine begrenzte Naturally, each transducer module 2 has a limited
Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von den verwendeten leistungselektronischen Bauelementen und deren Performance as a function of the power electronic components used and their
Schaltungskonfiguration innerhalb jedes Wandler-Moduls 2. Benötigt man für eine Aufgabe eine Leistungsfähigkeit, die die Leistungsgrenze eines Wandler-Moduls 2 übersteigt, können mehrere Wandler-Module 2 der Ladesäule 1 gemäß Figur 1 entsprechend vermittels der Verteiler-Module 7 parallel geschaltet werden. Auf diese Weise stellt die Ladesäule 1 einen sehr flexiblen Wandlerpunkt innerhalb des Smart Grids bereit, der vielseitige Aufgaben sehr flexibel übernehmen kann . Circuit configuration within each converter module 2. If one needs a performance that exceeds the power limit of a converter module 2, several converter modules 2 of the charging station 1 according to FIG. 1 can be connected in parallel by means of the distributor modules 7. In this way, the charging station 1 provides a very flexible converter point within the smart grid, which can take on versatile tasks very flexibly.
Die einzelnen Photovoltaik-Anlagen Solar_l bis Solar_n der Anschlussleitungen 5 können über die Verteiler-Module 7 so mit einzelnen oder mehreren Wandler-Modulen 2 verschaltet werden, dass über eine oder mehrere Anschlussleitungen auf der ersten Anschlussseite 10 eines jeweiligen Wandler-Moduls 2 eine entsprechende Eingangsspannung (Gleichspannung der Photovoltaik-Anlagen) in eine höhere Ausgangsspannung auf Seiten des Gleichspannungs-Busses 4 gewandelt wird. Dabei ist die Implementierung eines sogenannten Maximal-Leistungspunkt- Trackings (sogenanntes Maximum Power Point Tracking, MPP- Tracking) vermittels der einzelnen Wandler-Module 2 möglich. Auf diese Weise können die Photovoltaik-Anlagen Solar_l bis Solar_n mittels eines oder mehrerer Wandlerzweige eines oder mehrerer der Wandler-Module 2 mit dem Gleichspannungssystem hoher Gleichspannung des Gleichspannungs-Busses 4 verbunden werden . The individual photovoltaic systems Solar_l to Solar_n of the connection lines 5 can be interconnected via the distributor modules 7 with individual or multiple converter modules 2 such that via one or more connecting lines on the first connection side 10 of a respective converter module 2, a corresponding input voltage (DC voltage of the photovoltaic systems) is converted into a higher output voltage on the part of the DC bus 4. The implementation of a so-called maximum power point tracking (so-called maximum power point tracking, MPP tracking) by means of the individual converter modules 2 is possible. In this way, the photovoltaic systems Solar_l can up Solar_n be connected by means of one or more converter branches of one or more of the converter modules 2 with the DC system high DC voltage of the DC bus 4.
Hinsichtlich der weiteren Gleichstrom-Anschlussleitungen innerhalb der Anschlussleitungen 5 können die einzelnen With regard to the further DC connection lines within the connection lines 5, the individual
Wandlerzweige der Wandler-Module 2 als Tiefsetzsteller oder Hochsetzsteller den Gleichspannungs-Bus 4 entsprechend mit Batteriesystemen Batl, Bat2 oder mit den Converter branches of the converter modules 2 as a buck converter or boost converter the DC bus 4 according to battery systems Batl, Bat2 or with the
Gleichspannungssystemen DC_Chargel, DC_Charge2 mit im  DC voltage systems DC_Chargel, DC_Charge2 with im
Verhältnis zum Gleichspannungs-Bus 4 geringerer Spannung verbinden. Werden in diesen Fällen sehr hohe Leistungen benötigt, könnten mehrere Wandlerzweige eines einzelnen Connect ratio to the DC bus 4 lower voltage. If very high powers are required in these cases, several converter branches of a single could
Wandler-Moduls 2 beziehungsweise mehrere Wandler-Module 2 parallel betrieben werden. Converter module 2 or more converter modules 2 are operated in parallel.
Das dreiphasige Wechselspannungsnetz oder ein sonstiges Wechselspannungssystem der oben genannten Art, das über die Anschlussleitungen 6 vermittels der Verteiler-Module 7 mit den Wandler-Modulen 2 verbindbar ist, kann über die einzelnen Wandler-Module 2 direkt mit dem Gleichspannungs-Bus 4 verbunden werden, sodass in beiden Richtungen Energie The three-phase alternating voltage network or another AC voltage system of the abovementioned type, which can be connected to the converter modules 2 via the connecting lines 6 by means of the distributor modules 7, can be connected directly to the DC bus 4 via the individual converter modules 2. so energy in both directions
ausgetauscht werden kann. Das Wechselspannungsnetz oder das sonstige Wechselspannungssystem 6 kann zum Beispiel dercan be exchanged. The AC voltage network or the other AC voltage system 6 can, for example, the
Netzanschlusspunkt der Ladesäule 1 sein. Es ist alternativ zur in Figur 1 dargestellten Ausführungsform denkbar, mehrere Wechselspannungsnetze oder sonstige Wechselspannungssysteme mit einzelnen Anschlüssen der Anschlussleitungen 6 Net connection point of the charging station 1 be. As an alternative to the embodiment shown in FIG. 1, it is conceivable to have a plurality of AC voltage networks or other AC voltage systems with individual terminals of the connection lines 6
vorzusehen. Hierbei können zwei Wandler-Module 2 der provided. Here, two converter modules 2 of the
Ladesäule 1 derart betrieben werden, dass jeweils ein Charging station 1 are operated such that each one
Wandler-Modul 2 mit jeweils einem der Wechselspannungsnetze oder sonstigen Wechselspannungssysteme verbunden ist. Auf diese Weise könnte durch Verschaltung der Wandler-Module 2 über den Gleichspannungs-Bus 4 eine Art Online- Unterbrechungsfreie-Spannungsversorgung (sogenannte USV- Anlage) realisiert werden, indem ein drittes Wandler-Modul 2 den Gleichspannungs-Bus 4 mit einem Energiespeicher (zum Beispiel Batl oder Bat2 der Anschlussleitungen 5) oder mit einem Elektrofahrzeug (zum Beispiel angebunden über Transducer module 2 is connected to each one of the AC power grids or other AC voltage systems. On This could be realized by interconnecting the converter modules 2 via the DC bus 4, a kind of online uninterruptible power supply (so-called UPS system) by a third converter module 2, the DC bus 4 with an energy storage (for example Batl or Bat2 the connecting lines 5) or with an electric vehicle (for example, connected via
DC_Chargel oder DC_Charge2 der Anschlussleitungen 5) oder mit einer sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressource verbindet. DC_Chargel or DC_Charge2 of the connection lines 5) or with another electrical mobility and work resource connects.
Weiterhin können einzelne Anschlussleitungen der jeweiligen Wandler-Module 2 auch dazu benutzt werden, aus einer Furthermore, individual connection lines of the respective converter modules 2 can also be used to from a
Gleichspannung auf Seiten des Gleichspannungs-Busses 4 eine oder mehrere Wechselspannungen zu erzeugen, die DC voltage on the side of the DC bus 4 to generate one or more AC voltages, the
beispielsweise in das Wechselspannungsnetz oder sonstiges Wechselspannungssystem der Anschlussleitungen 6 eingespeist werden. Diese Wechselspannungen könnten alternativ zum For example, in the AC mains or other AC voltage system of the connecting lines 6 are fed. These alternating voltages could be used as an alternative to
Wechselspannungsladen eines Elektrofahrzeuges oder einer sonstigen elektrischen Mobilitäts- und Arbeitsressource verwendet werden, das oder die an eine oder mehrere Phasen der Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 oder anderer (nicht dargestellter) Wechselspannungsleitungen angebunden ist. AC charging of an electric vehicle or other electrical mobility and work resource is used, which is connected to one or more phases of the AC power lines 6 or other (not shown) AC power lines.
Überschreitet hierbei die erforderliche Ausgangsleistung die durch die einzelnen Wandlerstränge der Wandler-Module 2 bereitgestellte Teilleistung, können mehrere Wandlerstränge eines Wandler-Moduls 2 beziehungsweise mehrere Wandler-Module 2 parallel geschaltet werden. Man sieht also, dass die If the required output power exceeds the partial power provided by the individual converter strings of the converter modules 2, several converter strings of one converter module 2 or a plurality of converter modules 2 can be connected in parallel. So you see, that the
Ladesäule 1 sehr flexibel an verschiedenste Anforderungen innerhalb des Smart Grids angepasst werden kann. Charging column 1 can be adapted very flexibly to various requirements within the Smart Grid.
In Figur 1 ist eine konkrete Betriebssituation der Ladesäule 1 veranschaulicht. Das Wandler-Modul 2 der Leistungselekronik LEI ist hierbei an seiner ersten Anschlussseite 10 vermittels des Verteiler-Moduls 7 an einer ersten und zweiten FIG. 1 illustrates a concrete operating situation of the charging station 1. The converter module 2 of the Leistungselekronik LEI is in this case at its first connection side 10 by means of the distributor module 7 at a first and second
Anschlussleitung mit einer Photovoltaik-Anlage Solar_l bzw. Solar_2 verschaltet und an einer dritten Anschlussleitung mit einer Gleichspannungsleitung des Batteriesystems Batl Connecting cable with a photovoltaic system Solar_l or Solar_2 and connected to a third connection line with a DC voltage line of the battery system Batl
verschaltet. Dies ist dadurch veranschaulicht, dass innerhalb des Verteiler-Moduls 7 entsprechende Schaltelemente 9 (fett dargestellt) mit den entsprechenden Anschlussleitungen geschlossen dargestellt sind. Die anderen Schaltelemente 9 werden entsprechend offen gehalten, sodass andere connected. This is illustrated by the fact that corresponding switching elements 9 (shown in bold) within the distributor module 7 are shown closed with the corresponding connection lines. The other switching elements 9 are kept open, so others
Verbindungen zu anderen Anschlussleitungen getrennt sind. Das Wandler-Modul 2 der Leistungselektronik LE2 ist dagegen mit ersten und zweiten Anschlussleitungen auf der ersten  Connections to other connection lines are disconnected. The converter module 2 of the power electronics LE2, in contrast, with first and second connecting lines on the first
Anschlussseite 10 mit der Gleichstrom-Anschlussleitung Connection side 10 with the DC connection cable
DC_Chargel verschaltet und mit einer dritten Anschlussleitung mit separaten Gleichstrom-Anschlussleitung DC_Charge2 DC_Chargel interconnected and with a third connecting cable with separate DC connecting cable DC_Charge2
verschaltet. Beide Wandler-Module 2 der Leistungselektroniken LEI und LE2 sind auf Seiten des Gleichspannungs-Busses 4 vermittels der Schaltelemente 13 mit den Busleitungen DC+ und DC- verbunden. Auf diese Weise kann elektrische Energie aus den Photovoltaik-Anlagen Solar_l und Solar_2 über das connected. Both converter modules 2 of the power electronics LEI and LE2 are connected on the side of the DC bus 4 by means of the switching elements 13 to the bus lines DC + and DC-. In this way, electrical energy from the photovoltaic systems Solar_l and Solar_2 over the
Wandler-Modul 2 von LEI über den Zwischenkreis des Converter module 2 from LEI via the DC bus of the
Gleichspannungs-Busses 4 und das Wandler-Modul 2 von LE2 in die Gleichspannungs-Anschlussleitungen DC_Chargel und DC bus 4 and the converter module 2 of LE2 in the DC voltage lines DC_Chargel and
DC_Charge2 eingespeist werden. Nachdem zwei DC_Charge2 are fed. After two
Anschlussleitungen des Wandler-Moduls 2 von LE2 mit der  Connection cables of the converter module 2 of LE2 with the
Gleichspannungsleitung DC_Chargel verbunden sind und nur eine Anschlussleitung von LE2 mit der Gleichspannungsleitung DC voltage line DC_Chargel are connected and only one connecting cable from LE2 to the DC voltage line
DC_Charge2 verbunden ist, kann eine höhere Leistung an DC_Charge2 may be connected to a higher power
DC_Chargel abgegeben werden als an DC_Charge2. Es ist DC_Chargel are submitted as to DC_Charge2. It is
beispielsweise denkbar, ein Schnellladen eines For example, conceivable, a fast charging a
Elektrofahrzeuges oder einer sonstigen elektrischen Electric vehicle or other electrical
Mobilitäts- und Arbeitsressource an DC_Chargel durchzuführen, während ein weiteres Elektrofahrzeug oder eine sonstige elektrische Mobilitäts- und Arbeitsressource an DC_Charge2 langsamer geladen wird. Das Batteriesystem Batl, das über eine Anschlussleitung mit dem Wandler-Modul 2 von LEI verschaltet ist, kann in dieser Konstellation entweder als Energiequelle oder als Energiesenke betrieben werden. Dies hängt vom Leistungsbedarf auf Seiten des Wandler-Moduls 2 von LE2 ab. Ist dieser Leistungsbedarf höher, als die elektrische Leistung, die über die Photovoltaik-Anlagen Solar_l und To perform mobility and work resources on DC_Chargel, while another electric vehicle or other electrical mobility and work resource is being charged slower at DC_Charge2. The battery system Batl, which is connected via a connecting cable to the converter module 2 of LEI, can be operated in this constellation either as a source of energy or as an energy sink. This depends on the power requirement on the part of the converter module 2 of LE2. This power requirement is higher than the electrical power that is available through the photovoltaic systems Solar_l and
Solar_2 bereitgestellt werden kann, so kann das Solar_2 can be deployed, so that can
Batteriesystem Batl als zusätzliche Energiequelle fungieren. Ist jedoch die Leistung, die über die Photovoltaik-Anlagen Solar_l und Solar_2 bereitgestellt wird, höher als die auf Seiten des Wandler-Moduls 2 von LE2 benötigte Leistung, so kann überschüssige Leistung der Photovoltaik-Anlagen Solar_l und Solar_2 in das Batteriesystem Batl als Energiesenke eingespeist werden. Letzteres geschieht dann ohne Zutun des Wandler-Moduls 2 von LE2, sondern ausschließlich durch entsprechende Verschaltung der Wandlerzweige des Wandler- Moduls 2 von LEI.  Battery system Batl act as an additional source of energy. However, if the power provided via the photovoltaic systems Solar_l and Solar_2 is higher than the power required on the part of the converter module 2 of LE2, then excess power of the photovoltaic systems Solar_l and Solar_2 can be fed into the battery system Batl as an energy sink become. The latter is then done without intervention of the converter module 2 of LE2, but only by appropriate interconnection of the converter branches of the converter module 2 of LEI.
In der Konstellation gemäß Figur 1 arbeitet das Wandler-Modul 2 von LEI als Hochsetzsteller zwischen Gleichspannungen aus Solar_l und Solar_2 und dem Gleichspannungs-Bus 4 und In the constellation according to FIG. 1, the converter module 2 of LEI operates as a boost converter between DC voltages from Solar_1 and Solar_2 and the DC voltage bus 4 and
parallel als Hochsetzsteller bzw. Tiefsetzsteller zwischen Gleichspannungen des Batteriesystems Batl und dem parallel as a boost converter or buck converter between DC voltages of the battery system Batl and the
Gleichspannungs-Bus 4, je nachdem, ob Energie aus Batl in den Gleichspannungs-Bus 4 oder vom Gleichspannungs-Bus 4 in Batl transferiert wird (siehe obige Erläuterungen) . Das Wandler- Modul 2 von LE2 arbeitet in der Konstellation gemäß Figur 1 als Tiefsetzsteller zwischen Gleichspannungen des DC bus 4, depending on whether energy is transferred from Batl in the DC bus 4 or the DC bus 4 in Batl (see above). The converter module 2 of LE2 operates in the constellation of Figure 1 as a buck converter between DC voltages of
Gleichspannungs-Busses 4 und den Gleichspannungsleitungen DC_Chargel und DC_Charge2. Das Wandler-Modul 2 von LE3 ist gemäß Figur 1 mit seinen drei Anschlussleitungen jeweils mit einer der drei Phasen LI bis L3 des Wechselspannungsnetzes 6 verbunden. Andere DC bus 4 and the DC lines DC_Chargel and DC_Charge2. The converter module 2 of LE3 is connected in accordance with FIG. 1 with its three connection lines to one of the three phases LI to L3 of the AC voltage network 6. Other
Verbindungen sind im Verteiler-Modul 7 zu LE3 getrennt. Das Wandler-Modul LEm ist vermittels seines Verteiler-Moduls 7 mit einer ersten Anschlussleitung an das Connections are separated in distributor module 7 to LE3. The converter module LEm is by means of its distributor module 7 with a first connecting line to the
Gleichspannungssystem DC_Chargel angebunden, während es mit den anderen Anschlussleitungen jeweils mit dem Batteriesystem Batl beziehungsweise Bat2 verschaltet ist. Beide Wandler- Module 2 von LE3 und LEm sind über Schaltelemente 13 mit den Busleitungen DC+2 und DC-2 des Gleichspannungs-Busses 4 verschaltet. In dieser Konstellation von LE3 und LEm ist beispielsweise eine Einspeisung elektrischer Energie aus dem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 6 vermittels LE3 in den Gleichspannungs-Bus 4 und eine entsprechende Abgabe der  DC system DC_Chargel connected, while it is connected to the other connecting cables in each case with the battery system Batl or Bat2. Both converter modules 2 of LE3 and LEm are connected via switching elements 13 to the bus lines DC + 2 and DC-2 of the DC bus 4. In this constellation of LE3 and LEm, for example, a supply of electrical energy from the three-phase AC voltage network 6 by means of LE3 in the DC bus 4 and a corresponding output of
Energie aus dem Gleichspannungs-Bus 4 vermittels LEm an die entsprechenden Gleichspannungsleitungen DC_Chargel Energy from the DC bus 4 by means of LEm to the corresponding DC voltage lines DC_Chargel
beziehungsweise Batl und Bat2 möglich. Beispielsweise kann ein mit DC_Chargel verbundenes Elektrofahrzeug oder eine damit verbundene sonstige elektrische Mobilitäts- und Batl and Bat2 possible. For example, an electric vehicle connected to DC_Chargel or an associated other electric mobility and electric vehicle
Arbeitsressource aus dem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 6 geladen werden, während überschüssige Energie in den Work resource can be charged from the three-phase AC power 6, while excess energy in the
Batteriesystemen Batl beziehungsweise Bat2 gespeichert wird. Hierbei sind die Batteriesysteme Batl und Bat2 Energiesenken. Im Falle einer sehr hohen Leistungsanforderung an der Battery systems Batl or Bat2 is stored. Here, the battery systems Batl and Bat2 are energy sinks. In the case of a very high performance requirement at the
Anschlussleitung DC_Chargel könnten die Batteriesysteme Batl und Bat2 jedoch zusätzlich zum dreiphasigen Connection cable DC_Chargel, the battery systems Batl and Bat2 could, however, in addition to the three-phase
Wechselspannungsnetz 6 als Energiequellen Energie AC power 6 as energy sources of energy
bereitstellen, die vermittels der Verschaltung von LEm über den Gleichspannungs-Bus 4 direkt an die Anschlussleitung DC_Chargel abgegeben wird. Alternativ könnte auch eine provide, which is delivered by means of the interconnection of LEm via the DC bus 4 directly to the connecting line DC_Chargel. Alternatively could also be a
Einspeisung von Energie aus DC Chargel, Batl und Bat2 über LEm und den GLeichspannungs-Bus 4 vermittels LE3 in das dreiphasige Wechselspannungsnetz 6 erfolgen. Je nach Feeding energy from DC Chargel, Batl and Bat2 over LEm and the Gleichspannungs-Bus 4 by means of LE3 in the three-phase AC voltage 6 done. Depending on
Betriebssituation arbeitet LE3 gemäß Figur 1 dann als Operating situation works LE3 according to Figure 1 then as
Gleichrichter oder Wechselrichter, während LEm parallel als Tiefsetzsteller oder Hochsetzsteller arbeitet. Rectifier or inverter, while LEm works in parallel as buck converter or boost converter.
Alternativ zur Situation gemäß Figur 1 können einzelne oder mehrere Wandler-Module 2 vermittels ihrer Verteiler-Module 7 auch derart intelligent verschaltet werden, dass As an alternative to the situation according to FIG. 1, one or more converter modules 2 can also be connected so intelligently by means of their distributor modules 7 that
beispielsweise ein DC-Schnellladen oder -Entladen über diefor example, a DC fast charging or discharging over the
Anschlussleitungen DC_Chargel und DC_Charge2 realisiert wird. Alternativ ist auch ein Energieaustausch zwischen einer oder beiden der Anschlussleitungen DC_Chargel und DC_Charge2 und einer oder mehreren Batteriesystemen Batl und Bat2 vermittels eines oder mehrerer entsprechend verschalteter Wandler-Module 2 möglich. Hier könnte beispielsweise ein DC-Schnellladen aus stationären Batterien realisiert werden. Weiter alternativ ist auch ein Energieaustausch zwischen einem Energiespeicher Batl beziehungsweise Bat2 und dem Gleichspannungssystem hoher Spannungs des Gleichspannungs-Busses 4 möglich. Aufgrund einer Verschaltmöglichkeit der einzelnen Wandler-Module 2 der Leistungeselektroniken LEI bis LEm der Ladesäule 1 vermittels der jeweiligen Verteiler-Module 7 ist somit eine hohe Anzahl an verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten des Connecting cables DC_Chargel and DC_Charge2 is realized. Alternatively, an energy exchange between one or both of the connecting lines DC_Chargel and DC_Charge2 and one or more battery systems Batl and Bat2 by means of one or more appropriately connected converter modules 2 is possible. Here, for example, a DC fast charging from stationary batteries could be realized. Further alternatively, an energy exchange between an energy storage Batl or Bat2 and the DC voltage system high voltage of the DC bus 4 is possible. Due to a possibility of interconnecting the individual converter modules 2 of the power electronics LEI to LEm of the charging station 1 by means of the respective distributor modules 7 is thus a high number of different combination options of
Energieaustausches zwischen den einzelnen Teilnetzen des lokalen Smart Grids möglich. Eine Umverteilung elektrischer Energie (Ein- und Ausspeisen) wird jedes Mal über den Energy exchange between the individual subnets of the local smart grid possible. A redistribution of electrical energy (infeed and outfeed) is done each time over the
Gleichspannungs-Bus 4 als Zwischenkreis durchgeführt. Durch Anbinden der verschiedenen Wandler-Module 2 an den DC bus 4 performed as a DC link. By connecting the various converter modules 2 to the
Gleichspannungs-Bus 4 ergibt sich somit eine bidirektionale Energieumverteilung zwischen den verschiedenen DC bus 4 thus results in a bidirectional energy redistribution between the different
Anschlussleitungen 5 und 6 als Energiequellen beziehungsweise Energiesenken. Die Topologie in Figur 1 stellt somit eine Ring-Topologie dar, die eine flexible Energieverteilung ermöglicht. Eine Steuerung der Ladesäule 1 erfolgt in den verschiedenen Betriebsmodi durch die Hauptsteuerung 8. Diese steuert die einzelnen Wandler-Module 2 der Connecting lines 5 and 6 as energy sources or energy sinks. The topology in Figure 1 thus represents one Ring topology that allows a flexible power distribution. A control of the charging station 1 takes place in the various operating modes by the main controller 8. This controls the individual converter modules 2 of
Leistungselektroniken LEI bis LEm derart, dass diese jeweils wechselweise in den verschiedenen Betriebsmodi arbeiten. Ein Verbinden bzw. Trennen der einzelnen Wandler-Stränge der Wandler-Module 2 erfolgt gesteuert über die Verteiler-Module 7. Power electronics LEI to LEm such that they each work alternately in the different operating modes. A connection or disconnection of the individual converter strands of the converter modules 2 is controlled by the distributor modules 7.
Eine Anwendung der Ausführungsform der Ladesäule 1 gemäß Figur 1 kann z.B. eine Einbindung eines elektrischen An application of the embodiment of the charging station 1 according to FIG. an involvement of an electrical
Kleintraktors zum Rasenmähen als elektrische Arbeitsressource vorsehen. Der Kleintraktor kann z.B. als Energiespeicher (Quelle oder Senke) in Form eines Batteriesystems Batl oder Bat2 vorgesehen sein. Der Kleintraktor ist z.B. mit einer Niederspannungsbatterie und einem elektrischen Antrieb ausgestattet. Dieses Fahrzeug wird im Sommer in der Regel etwa alle zehn Tage benutzt. Während der restlichen Zeit kann das Fahrzeug über eine Gleichstromverbindung 5, z.B. Solar_l, mit einer Photovoltaikanlage und mit dem lokalen Stromnetz verbunden sein, die tagsüber erzeugte elektrische Energie Zwischenspeichern und in Zeiten mit geringer Provide small tractor for lawn mowing as an electrical working resource. The small tractor may e.g. be provided as energy storage (source or sink) in the form of a battery system Batl or Bat2. The small tractor is e.g. equipped with a low-voltage battery and an electric drive. This vehicle is usually used about every ten days in summer. During the remainder of the time, the vehicle may be connected via a DC link 5, e.g. Solar_l, with a photovoltaic system and be connected to the local power grid, the daytime electrical energy caching and in times with low
Photovoltaikstromerzeugung das lokale Smart Grid (z.B. eine Hausanlage) mit elektrischer Energie versorgen.  Photovoltaic power generation to provide the local smart grid (e.g., a home plant) with electrical energy.
Eine weitere Anwendung der Ausführungsform der Ladesäule 1 gemäß Figur 1 kann z.B. eine Einbindung eines Reisemobils mit elektrischem oder Hybridantrieb vorsehen. Dieses wird in der Regel nur wenige Wochen im Jahr genutzt. Das Reisemobil kann mit dem lokalen Smart Grid über eine Gleichstrom- oder Another application of the embodiment of the charging station 1 according to FIG. Provide integration of a motorhome with electric or hybrid drive. This is usually used only a few weeks a year. The motorhome can be connected to the local smart grid via a DC or DC
Wechselstromverbindung 5, 6 verbunden sein. Im mobilen AC connection 5, 6 connected. In the mobile
Energiespeicher des Reisemobils kann somit überschüssige elektrische Energie, z.B. Photovoltaikenergie, gespeichert und in Zeiten geringer Energieerzeugung wieder genutzt werden . Eine weitere Anwendung der Ausführungsform der Ladesäule 1 gemäß Figur 1 kann z.B. eine Einbindung eines landtechnischen Selbstfahrers mit mobilem Energiespeicher in das Smart Grid eines landwirtschaftlichen Betriebes vorsehen. Dabei kann ein solcher Selbstfahrer außerhalb der Arbeitssaison mit einer Photovoltaikanlage verbunden werden und die erzeugte Energie zwischengespeichert werden bis der Betrieb einen höheren Bedarf hat als die Eigenstromerzeugung liefern kann. In diesem Fall kann mittels des mobilen Energiespeichers das lokale Smart Grid gestützt werden und der Fremdbezug Energy storage of the motorhome can thus excess electrical energy, such as photovoltaic energy, stored and used in times of low energy production again. Another application of the embodiment of the charging station 1 according to FIG. 1 may, for example, provide for integration of a agricultural self-propelled vehicle with a mobile energy store into the smart grid of a farm. In this case, such a self-driver can be connected outside the working season with a photovoltaic system and the energy generated be cached until the operation has a higher demand than the own power generation can deliver. In this case, using the mobile energy storage, the local smart grid can be supported and the external reference
verringert werden. be reduced.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Wandler-Moduls 2 einer entsprechenden Leistungselektronik LE, wie sie in Figur 1 Anwendung findet. Die Leistungselektronik LE weist neben dem Wandler-Modul 2 eine Steuerung 3 zur Steuerung des FIG. 2 shows an embodiment of a converter module 2 of a corresponding power electronics LE, as used in FIG. The power electronics LE has in addition to the converter module 2, a controller 3 for controlling the
Wandler-Moduls 2 auf. Das Wandler-Modul 2 umfasst in der Ausführungsform gemäß Figur 2 eine sogenannte B6- Brückenschaltung mit drei Wandler-Einheiten 2a, 2b und 2c, die jeweils einen Brückenzweig der B6-Brückenschaltung umfassen. Die Wandler-Einheiten 2a, 2b und 2c weisen jeweils eine erste Anschlussseite 10a, 10b und 10c auf, die jeweils mit einer Verteiler-Anschlussleitung 12 des jeweiligen  Transducer module 2 on. In the embodiment according to FIG. 2, the converter module 2 comprises a so-called B6 bridge circuit with three converter units 2 a, 2 b and 2 c, each of which comprises a bridge branch of the B6 bridge circuit. The converter units 2 a, 2 b and 2 c each have a first connection side 10 a, 10 b and 10 c, each with a distributor connection line 12 of the respective
Verteiler-Moduls 7 gemäß Figur 1 verbunden sind. Ferner sind gemäß Figur 2 Leitungen einer zweiten Anschlussseite 11 der jeweiligen Wandler-Einheiten 2a bis 2c aus der Distributor module 7 are connected according to Figure 1. Furthermore, according to FIG. 2, lines of a second connection side 11 of the respective converter units 2 a to 2 c are known from FIG
Leistungselektronik LE herausgeführt, die mit entsprechenden Busleitungen des Gleichspannungs-Busses 4 gemäß Figur 1 bzw. mit einem Neutralleiter N verschaltbar sind. Konkret umfassen die Anschlussleitungen der zweiten Anschlussseite 11 zwei Anschlussleitungen, die jeweils mit den Busleitungen DC+, DC- beziehungsweise DC+2 und DC-2 des Gleichspannungs-Busses 4 (vergleiche Figur 1) verbindbar sind und eine Power electronics LE led out, which are interconnected with corresponding bus lines of the DC bus 4 according to Figure 1 or with a neutral conductor N. Concretely include the connection lines of the second connection side 11 two connection lines, which are each connectable to the bus lines DC +, DC- or DC + 2 and DC-2 of the DC bus 4 (see FIG. 1) and a
Anschlussleitung 11, die als Neutralleiter N eingerichtet ist und als Bezugspotential für die Leistungselektronik LE gemäß Figur 2 dient. Der Neutralleiter N ist über zwei Ausgangs- Kapazitäten 14a und 14b von den beiden anderen Connecting line 11, which is set up as a neutral conductor N and serves as a reference potential for the power electronics LE according to Figure 2. The neutral conductor N is across two output capacitances 14a and 14b of the other two
Anschlussleitungen der zweiten Anschlussseite 11 abgegrenzt, sodass sich verschiedene Potentiale an den entsprechendenConnection lines of the second terminal side 11 delimited, so that different potentials to the corresponding
Anschlussleitungen der zweiten Anschlussseite 11 bilden. Die Wandler-Einheiten 2a bis 2c sind an ihren zweiten Connecting lines of the second connection side 11 form. The converter units 2a to 2c are at their second
Anschlussseiten 11 entsprechend parallel geschaltet. Jede Wandlereinheit 2a bis 2c umfasst an ihrer ersten Connection sides 11 connected in parallel accordingly. Each converter unit 2a to 2c comprises at its first
Anschlussseite 10a bis 10c jeweils eine Induktivität 17a, 17b und 17c, die den jeweiligen Brückenzweig der B6- Brückenschaltung vorgeschaltet ist. Ein jeder Brückzweig umfasst Parallelschaltungen aus Schaltelementen 15a  Terminal side 10a to 10c each have an inductance 17a, 17b and 17c, which is connected upstream of the respective bridge branch of the B6 bridge circuit. Each bridge branch comprises parallel circuits of switching elements 15a
beziehungsweise 15b und Gleichrichterelementen 16a or 15b and rectifier elements 16a
beziehungsweise 16b, die in der Ausführungsform gemäß Figur 2 als Dioden ausgeführt sind. Durch entsprechendes Steuern der Schaltelemente 15a und 15b in den entsprechenden or 16b, which are designed as diodes in the embodiment according to FIG. By appropriately controlling the switching elements 15a and 15b in the corresponding
Brückenzweigen der jeweiligen Wandler-Einheiten 2a bis 2c vermittels der Steuerung 3 können verschiedene Schaltpfade in den jeweiligen Brückenzweigen zwischen den jeweiligen ersten Anschlussseiten 10a bis 10c und der zweiten Anschlussseite 11 gebildet werden. Die Wandler-Einheiten 2a bis 2c sind auf diese Weise bidirektional zwischen den ersten Anschlussseiten 10a bis 10c und den zweiten Anschlussseiten 11 steuerbar. So kann eine jede Wandler-Einheit 2a bis 2c durch ständiges Offenhalten des Schaltelementes 15a und gesteuertes Öffnen beziehungsweise Schließen des Schaltelementes 15b als Hochsetzsteller zwischen der jeweiligen ersten Anschlussseite 10a bis 10c und der zweiten Anschlussseite 11 betrieben werden, wobei sich Schaltpfade zwischen der jeweiligen Bridge branches of the respective converter units 2a to 2c by means of the controller 3, various switching paths in the respective bridge branches between the respective first terminal sides 10a to 10c and the second terminal side 11 may be formed. The converter units 2a to 2c are bidirectionally controllable between the first terminal sides 10a to 10c and the second terminal sides 11 in this way. Thus, each converter unit 2a to 2c by constantly holding open the switching element 15a and controlled opening or closing of the switching element 15b as Step-up converter between the respective first terminal side 10a to 10c and the second terminal side 11 are operated, with switching paths between the respective
Induktivität 17a bis 17c über die Diode 16a beziehungsweise über das Schaltelement 15b hin zu den Anschlussleitungen der zweiten Anschlussseite 11 ergeben. Die Wandler-Einheiten 2a bis 2c sind auf diese Weise steuerbare Hochsetzsteller zwischen den ersten Anschlussseiten 10a bis 10c und der zweiten Anschlussseite 11, wobei das Schaltelement 15b vermittels der Steuerung 3 zum Beispiel über ein pulsweiten moduliertes (PWM) Schaltsignal, gegebenenfalls in Verbindung mit einer bestimmten Schaltfrequenz und/oder einer bestimmten Schalttotzeit, angesteuert wird. Umgekehrt ist duch ständiges Offenhalten des Schaltelementes 15b und ein gesteuertes Inductance 17a to 17c via the diode 16a or via the switching element 15b towards the connection lines of the second connection side 11 result. The converter units 2a to 2c are in this way controllable boost converters between the first terminal sides 10a to 10c and the second terminal side 11, wherein the switching element 15b by means of the controller 3, for example via a pulse width modulated (PWM) switching signal, optionally in conjunction with a certain switching frequency and / or a certain switching dead time is controlled. Conversely, duch constant keeping open of the switching element 15b and a controlled
Öffnen und Schließen des Schaltelementes 15a ein Opening and closing of the switching element 15a a
Tiefsetzstellerbetrieb einer jeden Wandler-Einheit 2a bis 2c zwischen der zweiten Anschlussseite 11 und den jeweiligen ersten Anschlussseiten 10a bis 10c realisierbar, wobei sich Schaltpfade zwischen der jeweiligen Induktivität 17a bis 17c und der Diode 16b beziehungsweise dem Schaltelement 15a hin zu den Anschlussleitungen der zweiten Anschlussseite 11 ergeben. Auch hier kann das Schaltelement 15a vermittels der Steuerung 3 durch ein PWM-Steuersignal , gegebenenfalls in Verbindung mit einer bestimmten Schaltfrequenz und/oder  Buck converter operation of each converter unit 2a to 2c between the second terminal side 11 and the respective first terminal sides 10a to 10c feasible, wherein switching paths between the respective inductance 17a to 17c and the diode 16b and the switching element 15a to the connection lines of the second terminal side 11th result. Again, the switching element 15a by means of the controller 3 by a PWM control signal, optionally in conjunction with a specific switching frequency and / or
Schalttotzeit, angesteuert werden, sodass die Wandler- Einheiten 2a bis 2c als gesteuerte Tiefsetzsteller betrieben werden können. Schalttotzeit be controlled so that the converter units 2a to 2c can be operated as a controlled buck converter.
Darüber hinaus können die Wandler-Einheiten 2a bis 2c jeweils derart betrieben werden, dass beide Schaltelemente 15a und 15b im jeweiligen Brückenzweig mit einem bestimmten In addition, the converter units 2a to 2c can each be operated such that both switching elements 15a and 15b in the respective bridge branch with a specific
Schaltverhältnis bei einer bestimmten Schaltfrequenz und/oder einer bestimmten Schalttotzeit zum Öffnen beziehungsweise Schließen angesteuert werden. In diesem Betrieb ist keines der Schaltelemente 15a beziehungsweise 15b dauerhaft Switching ratio at a certain switching frequency and / or a certain switching dead time to open or Close to be controlled. In this operation, none of the switching elements 15a and 15b is permanent
geöffnet. Hierbei können die Wandler-Einheiten 2a bis 2c jeweils entweder als Wechselrichter zwischen der zweiten Anschlussseite 11 und den jeweiligen ersten Anschlussseiten 10a bis 10c oder als Gleichrichter zwischen den jeweiligen ersten Anschlussseiten 10a bis 10c und der zweiten open. Here, the converter units 2 a to 2 c can each be either as an inverter between the second terminal side 11 and the respective first terminal sides 10 a to 10 c or as a rectifier between the respective first terminal sides 10 a to 10 c and the second
Anschlussseite 11 arbeiten. Die verschiedenen Spannungen an den jeweiligen ersten Anschlussseiten 10a bis 10c ergeben entsprechende Spannungen an den jeweiligen Gleichspannungs- Anschlussleitungen 5 beziehungsweise Wechselspannungs- Anschlussleitungen 6 bei entsprechendem Verschalten Connection side 11 work. The different voltages at the respective first terminal sides 10a to 10c result in corresponding voltages at the respective DC voltage connection lines 5 and AC voltage connection lines 6, respectively, when connected accordingly
vermittels der Verteiler-Module 7 gemäß Figur 1. Die by means of the distributor modules 7 according to FIG
jeweiligen Spannungen an der zweiten Anschlussseite 11 ergeben die entsprechenden Spannungen des Gleichspannungs- Busses 4. respective voltages on the second terminal side 11 give the corresponding voltages of the DC bus. 4
Auf diese Weise ist eine Leistungselektronik LE durch In this way, a power electronics LE is through
gesteuertes Schalten der Wandler-Einheiten 2a bis 2c in den jeweiligen Brückenzweigen der B6-Brückenschaltung vermittels der Steuerung 3 bidirektional als Hochsetzsteller, controlled switching of the converter units 2a to 2c in the respective bridge branches of the B6 bridge circuit by means of the controller 3 bidirectionally as a boost converter,
Tiefsetzsteller, Wechselrichter oder Gleichrichter zwischen den ersten Anschlussseiten 10a bis 10c und der zweiten Buck converter, inverter or rectifier between the first terminal sides 10a to 10c and the second
Anschlussseite 11 betreibbar. In alternativen Terminal side 11 operable. In alternative
Ausführungsformen zu Figur 2 weist das Wandler-Modul 2 weniger als drei oder mehr als drei Wandler-Einheiten auf, je nach Anwendungsfall und Konfiguration der Leistungselektronik LE . Figur 3 zeigt verschiedene Kennlinien I bis III eines Embodiments of Figure 2, the converter module 2 less than three or more than three converter units, depending on the application and configuration of the power electronics LE. FIG. 3 shows various characteristic curves I to III of FIG
Gesamtstromrippels AI_ges über dem Schaltverhältnis D bezogen auf die Leistungselektronik LE gemäß Figur 2. Die Kennlinien gemäß Figur 3 beschreiben jeweils ein Rippeistrom-Verhalten der Leistungselektronik LE in einem Gleichstromsteller- Betrieb, das heißt in einem Betrieb als Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller. Die Kennlinie I beschreibt das Rippelstrom- Verhalten bei Betrieb einer einzelnen der Wandler-Einheiten 2a bis 2c, die Kennlinie II beschreibt das Rippelstrom- Verhalten bei parallelem Betrieb von zwei der Wandler- Einheiten 2a bis 2c, und die Kennlinie III beschreibt das Rippelstrom-Verhalten bei parallelem Betrieb der drei Gesamtstromrippels AI_ges over the switching ratio D based on the power electronics LE according to Figure 2. The curves of Figure 3 each describe a Rippeistrom behavior the power electronics LE in a Gleichstromsteller- operation, that is in an operation as boost converter or buck converter. The characteristic I describes the Rippelstrom- behavior in operation of a single one of the converter units 2a to 2c, the characteristic II describes the Rippelstrom- behavior in parallel operation of two of the converter units 2a to 2c, and the characteristic III describes the ripple current behavior in parallel operation of the three
Wandler-Einheiten 2a bis 2c. Ein Betrieb von jeweils einer, zwei oder allen drei Wandler-Einheiten gemäß Figur 2 können sich ergeben, je nachdem wie viel Leistung und welches Converter units 2a to 2c. An operation of one, two or all three converter units according to FIG. 2 can result, depending on how much power and which
Schaltverhalten von der Steuerung 3 vorgegeben wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad (Ausnutzung) und der Rippel-Strom der Leistungselektronik LE gemäß Figur 2 optimiert werden. Figur 3 veranschaulicht, dass der Gesamtstromrippel AI_ges durch eine intelligente Ansteuerung der jeweiligen Wandler- Einheiten bei einm bestimmten Schaltverhältnis D reduziert werden kann. Idealerweise werden die einzelnen Wandler- Einheiten um jeweils 360° / Anzahl der parallel betriebenen Wandler-Einheiten versetzt angesteuert. Bei Betrieb nur einer Wandler-Einheit bedeutet dies, dass diese einfach über ein Steuersignal angesteuert wird, das sich periodisch nach 360° wiederholt. Ein Minimum des Gesamtstromrippels AI_ges ergibt sich für einen solchen Betrieb lediglich bei einem Switching behavior of the controller 3 is specified. As a result, the efficiency (utilization) and the ripple current of the power electronics LE according to FIG. 2 can be optimized. FIG. 3 illustrates that the total current ripple AI_ges can be reduced by an intelligent control of the respective converter units at a certain switching ratio D. Ideally, the individual converter units are each offset by 360 ° / number of converter units operated in parallel. When only one converter unit is operated, this means that it is simply controlled via a control signal that repeats periodically after 360 °. A minimum of the total current ripple AI_ges results for such operation only at one
Schaltverhältnis D = 0 (Schaltelemente dauerhaft geöffnet) beziehungsweise D = 1 (Schaltelemente dauerhaft geschlossen) , siehe Kennlinie I in Figur 3. Bei einem parallelen Betrieb von zwei Wandler-Einheiten erfolgt eine Ansteuerung der Switching ratio D = 0 (switching elements permanently open) or D = 1 (switching elements permanently closed), see characteristic I in Figure 3. In a parallel operation of two converter units is a control of
Wandler-Einheiten mit 50 % der Leistung pro Wandler-Einheit und zwei um 180° zu einander versetzten Steuersignalen. Dabei kann der Gesamtstromrippel AI_ges zusätzlich zu den Converter units with 50% power per converter unit and two control signals offset by 180 °. In this case, the total current ripple AI_ges in addition to the
Randminima bei D = 0 und D = 1 auch bei einem Randminima at D = 0 and D = 1 also at one
Schaltverhältnis D = 0,5 minimiert werden, siehe Kennlinie II in Figur 3. Bei einem parallelen Betrieb von allen drei Wandler-Einheiten erfolgt eine Ansteuerung der Wandler- Einheiten mit jeweils 33 % der Gesamtleistung pro Wandler- Einheit und mit drei Steuersignalen, die jeweils um 120° zueinander versetzt sind. Hierbei ergibt sich eine Switching ratio D = 0.5 are minimized, see characteristic curve II in Figure 3. In a parallel operation of all three converter units is a control of the converter units, each with 33% of the total power per converter unit and with three control signals, which are offset by 120 ° to each other. This results in a
Reduzierung des Gesamtstromrippels AI_ges zusätzlich zu den Randminima bei D = 0 und D = 1 auch bei einem  Reduction of the total current ripple AI_ges in addition to the boundary minima at D = 0 and D = 1 also at one
Schaltverhältnis D = 0,33 beziehungsweise D = 0,66, siehe Kennlinie III in Figur 3. Switching ratio D = 0.33 or D = 0.66, see characteristic III in Figure 3.
Auf diese Weise können je nach Leistungsbedarf die einzelnen Wandler-Einheiten mit zueinander versetzten Steuersignalen angesteuert werden, sodass der Gesamstromrippel AI_ges gemäß Figur 3 bei geeignet gewähltem Schaltverhältnis D reduziert werden kann und somit die Leistungselektronik LE gemäß Figur 2 in einem Gleichstromstellerbetrieb optimal betrieben werden kann . In this way, depending on the power requirement, the individual converter units are controlled with mutually offset control signals, so that the Gesamtstromrippel AI_ges can be reduced according to Figure 3 at a suitably selected switching ratio D and thus the power electronics LE can be optimally operated in accordance with Figure 2 in a Gleichstromstellerbetrieb.
Figur 4 zeigt eine Abwandlung der Leistungselektronik LE gemäß Figur 2. Sämtliche Komponenten entsprechen den zu Figur 2 erläuterten, mit Ausnahme einer zusätzlichen Induktivität 18, die dem jeweiligen Induktivitäten 17a, 17b und 17c an den jeweiligen ersten Anschlussseiten 10a, 10b und 10c FIG. 4 shows a modification of the power electronics LE according to FIG. 2. All components correspond to those explained with reference to FIG. 2, with the exception of an additional inductance 18, which corresponds to the respective inductances 17a, 17b and 17c at the respective first connection sides 10a, 10b and 10c
(vergleiche Figur 2) vorgeschaltet ist. Die Konfiguration gemäß Figur 4 kann in einem Gleichstromstellerbetrieb der Leistungselektronik LE Anwendung finden. Durch eine (see Figure 2) is connected upstream. The configuration according to FIG. 4 can be used in a DC-controller operation of the power electronics LE. By a
entsprechende Ausführung der Induktivitäten 17a bis 17c und 18 kann eine Reduktion der energetischen Verluste und einer Baugröße jeweils auf etwa 50 % erzielt werden. In einer derartigen Konfiguration könnten die Induktivitäten 17a bis 17c auch über einen oder mehrere Magnetkerne gekoppelt sein. Die Induktivität 18 kann zu- oder wegschaltbar eingerichtet sein . Figur 5 zeigt eine schematisierte Darstellung einer corresponding embodiment of the inductors 17a to 17c and 18, a reduction of the energy losses and a size can be achieved in each case to about 50%. In such a configuration, the inductors 17a-17c could also be coupled via one or more magnetic cores. The inductor 18 may be switched on or switched off. Figure 5 shows a schematic representation of a
intelligenten Benutzerschnittstelle 19 zur Steuerung einer Ladesäule 1 gemäß Figur 1 über eine Hauptsteuerung 8. Die Ladesäulen-Benutzerschnittstelle 19 gemäß Figur 5 ermöglicht die Berücksichtigung verschiedenster Parameter zur Steuerung der Ladesäule 1 gemäß Figur 1. Über ein BUS-System können sämtliche Ladesäulen, Energieerzeugungsanlagen, Messgeräte und Energieverbraucher miteinander kommunizieren, dadurch ist eine sinnvolle Energieflussaufteilung möglich. Die Intelligent user interface 19 for controlling a charging station 1 according to FIG. 1 via a main controller 8. The charging station user interface 19 according to FIG. 5 permits the consideration of various parameters for controlling the charging station 1 according to FIG. 1. Via a BUS system, all the charging stations, power generation systems, measuring devices and energy consumers communicate with each other, thereby a meaningful energy flow distribution is possible. The
Benutzerschnittstelle 19 gemäß Figur 5 umfasst verschiedene Schnittstellen, unter anderem (auf der linken Seite) eine Bus-Schnittstelle an das lokale Smart Grid, Eingangsparameter von Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen, einen Signaleingang eines lokalen Strompreissignals, das zum Beispiel über  User interface 19 according to FIG. 5 comprises various interfaces, including (on the left side) a bus interface to the local smart grid, input parameters of generation and consumption installations, a signal input of a local current-price signal, for example via
Internet bezogen werden kann, Eingangsparameter eines C02- Signals, eines Strompreises (übergeordnet beziehungsweise kumuliert) und von Wetterdaten (zum Beispiel zur  Internet, input parameters of a C02 signal, an electricity price (superordinate or cumulative) and weather data (for example
Berücksichtigung von Photovoltaik-Energie) sowie einen übergeordneten Steuerbus, der beispielsweise mit der Consideration of photovoltaic energy) as well as a higher-ranking tax bus, for example with the
Hauptsteuerung 8 gemäß Figur 1 verbunden sein kann. Auf der rechten Seite weist die Benutzerschnittstelle 19 Anschlüsse zu Busleitungen für eine Steuerung 3 der einzelnen  Main controller 8 may be connected according to Figure 1. On the right side, the user interface 19 has connections to bus lines for a controller 3 of each
Leistungselektroniken LE gemäß Figur 2, eine oder mehrere Busleitungen für ein Stromsignal (zum Beispiel Steuersignal) sowie eine oder mehrere Busleitungen für ein Vorzeichensignal (ebenfalls zur Steuerung) auf. Die Bussignale beziehungsweise die Busleitungen können Bestandteil eines oder mehrerer Power electronics LE according to Figure 2, one or more bus lines for a current signal (for example, control signal) and one or more bus lines for a sign signal (also for control) on. The bus signals or the bus lines can be part of one or more
Steuerbusse, zum Beispiel eines CAN-Busses oder eines PLC- Busses sein. Die Benutzerschnittstelle 19 gemäß Figur 5 kann beispielsweise ein Display aufweisen (nicht dargestellt) , über das ein Benutzer Informationen ablesen beziehungsweise Daten und Parameter eingeben kann. Eine entsprechende Steuerung erfolgt im Zusammenspiel mit einer Hauptsteuerung 8 gemäß Figur 1. Control buses, for example, a CAN bus or a PLC bus. The user interface 19 according to FIG. 5 may have, for example, a display (not shown) via which a user can read information or enter data and parameters. A corresponding Control takes place in interaction with a main controller 8 according to FIG. 1.
Auf diese Weise kann eine Ladesäule 1 gemäß Figur 1 unter Berücksichtigung verschiedener Steuerparameter, Variablen und Eingangsdaten gezielt gesteuert werden, sodass verschiedene Betriebsmodi optimal ausgenutzt werden können. Ergeben beispielsweise Eingangsparameter über Wetterdaten, dass In this way, a charging station 1 according to FIG. 1 can be selectively controlled, taking into account various control parameters, variables and input data, so that different operating modes can be optimally utilized. For example, give input parameters about weather data that
Photovoltaik-Anlagen nur unzureichend elektrische Energie liefern, kann beispielsweise eine Steuerung der Ladesäule 1 gemäß Figur 1 derart erfolgen, dass eines oder mehrere Photovoltaic systems provide insufficient electrical energy, for example, a control of the charging station 1 according to Figure 1 can be such that one or more
Wandler-Module 2 neben den Photovoltaik-Anlagen, zum Beispiel Solar_l bis Solar_n, auch mit einem oder mehreren Transducer modules 2 in addition to the photovoltaic systems, for example, Solar_l to Solar_n, with one or more
Batteriespeichern Batl oder Bat2 über entsprechende Battery storage Batl or Bat2 via appropriate
Verteiler-Module 7 verschaltet werden, um ausreichend Distribution modules 7 are interconnected to sufficient
Leistung innerhalb der Ladesäule 1 bereitstellen zu können. Andererseits kann zum Beispiel ein Eingangsparameter über ein lokales oder kumuliertes Strompreis-Signal herangezogen werden, um eine Verschaltung der Ladesäule 1 über die  To provide power within the charging station 1 can. On the other hand, for example, an input parameter can be used via a local or cumulative electricity price signal in order to connect the charging station 1 via the
einzelnen Wandler-Module 2 mit einem öffentlichen individual converter modules 2 with a public
dreiphasigen Wechselspannungsnetz (siehe Wechselspannungs- Anschlussleitungen 6 gemäß Figur 1) zu unterbinden oder zu begünstigen. Man sieht, dass durch eine intelligente three-phase alternating voltage network (see AC voltage connection lines 6 according to Figure 1) to prevent or favor. You can see that through an intelligent
Benutzerschnittstelle 19 gemäß Figur 5 die einzelnen User interface 19 according to Figure 5, the individual
Betriebsmodi, wie sie zu Figur 1 erläutert worden sind, optimal gesteuert werden können. Operating modes, as they have been explained to Figure 1, can be optimally controlled.
Über eine intelligente Steuerung vermittels der Via an intelligent control by means of
Benutzerschnittstelle 19, ggf. in Zusammenspiel mit einer Hauptsteuerung 8 (siehe Figur 1) können mehrere verschiedene Lade-/Entlademodi der Ladesäule 1 für ein elektrisches User interface 19, possibly in conjunction with a main controller 8 (see Figure 1), several different charging / discharging modes of the charging station 1 for an electric
Fahrzeug angeboten werden. Bei einer Schnellladeoption (FAST) wird mit der maximal zur Verfügung stehenden Leistung der für das Fahrzeug maximal mögliche Strom geliefert. Bei der Option ECO-Charge wird so geladen das das Fahrzeug einen gewünschten Ladezustand zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht. Dabei wird die Leistungselektronik LE so gesteuert das diese nach ökonomischen und ökologischen Regeln den Energietransfer regelt. Dabei werden zunächst die lokalen, dann die Vehicle are offered. For a fast charging option (FAST), the maximum available power is the one for the vehicle delivered maximum possible electricity. With the option ECO-Charge is loaded so that the vehicle reaches a desired state of charge at a certain time. The power electronics LE is controlled so that this regulates the energy transfer according to economic and ecological rules. First, the local, then the
regionalen und zuletzt überregionale Kennwerte regional and most recently supraregional parameters
berücksichtigt. Liefert zum Beispiel eine Photovoltaikanlage Solar_l bis Solar_n lokal soviel Energie, dass diese ins Netz 6 eingespeist werden müsste, wird der Ladestrom erhöht. Gibt es keinen lokalen und regionalen Energieertrag wird ein C02- Signal für die Steuerung verwendet. Wenn der C02-Ausstoß des Energiemixes pro elektrischer Energie gering ist, wird der Ladestrom erhöht, ansonsten wird dieser vermindert. considered. If, for example, a photovoltaic system Solar_l to Solar_n supplies locally so much energy that it would have to be fed into the network 6, the charging current is increased. If there is no local and regional energy yield, a C02 signal is used for the control. If the CO 2 emission of the energy mix per electrical energy is low, the charging current is increased, otherwise it will be reduced.
Wetterdaten können als entsprechende Prognosedaten über den gewünschten Ladezeitraum genutzt werden. Weather data can be used as corresponding forecast data for the desired loading period.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen sind ledigleich beispielhaft gewählt. In alternativen The embodiments shown in the figures are chosen by way of example only. In alternative
Ausführungsformen kann eine Ladesäule 1 gemäß Figur 1 weniger oder mehr der dargestellten Wandler-Module 2 aufweisen. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine Ladesäule 1 Embodiments may have a charging station 1 according to FIG. 1 less or more of the illustrated converter modules 2. It is conceivable, for example, that a charging station 1
ausschließlich ein Wandler-Modul 2 umfasst. In bestimmten Ausführungsformen können auch mehrere Ladesäulen 1 gemäß Figur 1 über den Gleichspannungs-Bus 4 oder einen sonstigen Steuer-Bus (vgl. Beschreibung zu Figur 5 oben) zu einer exclusively a converter module 2 comprises. In certain embodiments, a plurality of charging stations 1 according to FIG. 1 may also be connected via the DC bus 4 or another control bus (see description of FIG
Anordnung zusammengefasst sein. Ferner ist denkbar, dass eine einzelne Leistungselektronik LE gemäß Figur 2 weniger oder mehr der dargestellten Wandler-Einheiten 2a bis 2c umfasst. Die in Figur 2 dargestellte B6-Brückenschaltung stellt eine Möglichkeit eines einfachen Aufbaus eines Wandler-Moduls 2 dar. Hier können auch verschiedene andere Schaltungstopologien für bidirektionale Wandler-Einheiten eingesetzt werden. Arrangement summarized. Furthermore, it is conceivable that a single power electronics LE according to FIG. 2 comprises fewer or more of the illustrated converter units 2 a to 2 c. The B6 bridge circuit shown in FIG. 2 represents a possibility of a simple construction of a converter module 2. Various other ones can also be used here Circuit topologies for bidirectional transducer units are used.
Eine Ladesäule und entsprechende Betriebsverfahren der erläuterten Art bieten den Vorteil einer sehr flexiblen A charging station and corresponding operating methods of the type explained offer the advantage of a very flexible
Energieverteilung zwischen verschiedenen Teilnetzen innerhalb eines lokalen Smart Grids . Die Ladesäule wird dabei zum zentralen Punkt. Einzelne Wandler-Module 2 beziehungsweise Wandler-Einheiten 2a bis 2c können verschiedenste Aufgaben innerhalb der Ladesäule 1 übernehmen und in Abhängigkeit von einem bestimmten Betriebsmodus mit einzelnen  Power distribution between different subnets within a local smart grid. The charging station becomes the central point. Individual converter modules 2 or converter units 2a to 2c can take on a wide variety of tasks within the charging station 1 and in dependence on a specific operating mode with individual
Anschlussleitungen von Gleichspannungs-Anschlussleitungen 5 beziehungsweise Wechselspannungs-Anschlussleitungen 6 verschaltet werden. Eine entsprechende Steuerung erfolgt über die einzelnen Verteiler-Module 7. Durch eine Ladesäule 1 der erläuterten Art und ein entsprechendes Betriebsverfahren einer Ladesäule beziehungsweise einer Anordnung mehrerer Ladesäulen der erläuterten Art ist quasi eine Ring-Topologie zwischen einzelnen elektrischen Teilnetzen, elektrischen Erzeugern und elektrischen Verbrauchern innerhalb eines lokalen Smart Grids möglich, wodurch ein dezentrales sehr flexibles Energiemanagement durchgeführt werden kann.  Connecting lines of DC connecting cables 5 and AC connecting lines 6 are connected. A corresponding control takes place via the individual distributor modules 7. A charging column 1 of the type described and a corresponding operating method of a charging station or an arrangement of several charging stations of the type described are quasi a ring topology between individual electrical subnetworks, electrical generators and electrical consumers within of a local smart grid, whereby a decentralized very flexible energy management can be carried out.
Verschiedenste elektrische Fahrzeuge oder sonstige Various electric vehicles or other
elektrische Mobilitäts- und Arbeitsressourcen können dadurch effizient und umweltschonend genutzt und als Energiequellen oder Energiesenken in das lokale Smart Grid eingebunden werden . Bezugs zeichenliste This makes it possible to use electrical mobility and work resources in an efficient and environmentally friendly manner and to integrate them into the local Smart Grid as energy sources or energy sinks. Reference sign list
1 Ladesäule 1 charging station
2 Wandlermodul 2 converter module
2a, 2b, 2c Wandler-Einheit 2a, 2b, 2c converter unit
3 Steuerung  3 control
4 Gleichspannungs-Bus 4 DC bus
5 Gleichspannungs-Anschlussleitungen 6 Wechselspannungs-Anschlussleitungen 7 Verteiler-Modul 5 DC connecting cables 6 AC connecting cables 7 distributor module
8 HauptSteuerung 8 main control
9 Schaltelernent 9 switching element
10 erste Anschlussseite  10 first connection side
10a, 10b, 10c erste Anschlussseiten  10a, 10b, 10c first connection pages
11 zweite Anschlussseite 11 second connection side
12 Verteiler-Anschlussleitung 12 distributor connection cable
13 Schaltelernent 13 switching elements
14a, 14b Ausgangs-Kapazitäten  14a, 14b output capacities
15a, 15b Schaltelernent 15a, 15b Schaltelernent
16a, 16b Diode 16a, 16b diode
17a, 17b, 17c Induktivität  17a, 17b, 17c inductance
18 Induktivität  18 inductance
19 Benutzerschnittstelle  19 user interface
LE Leistungselektronik  LE power electronics
LEI bis LEn Leistungselektronik LEI to LEn power electronics
DC+, DC- Busleitungen DC +, DC bus cables
DC+2, Dc-2 Busleitungen DC + 2, Dc-2 bus cables
CD_Chargel Gleichspannungs-Anschlussleitung DC_Charge2 Gleichspannungs-Anschlussleitung Batl, Bat2 Gleichspannungs-Anschlussleitungen LI, L2, L3 Wechselspannungs- Anschlussleitungen MP Mittelpunktleiter CD_Chargel DC power cable DC_Charge2 DC power cable Batl, Bat2 DC power cables LI, L2, L3 AC power cables MP center conductor
N Neutralleiter Solar_l N neutral conductor Solar_l
Solar_2 Gleichspannungs-Anschlussleitung Solar_3 Gleichspannungs-Anschlussleitung Solar_n Gleichspannungs-Anschlussleitung AI_ges Gesamtstromrippel Solar_2 DC Power Cable Solar_3 DC Power Cable Solar_n DC Power Cable AI_ges Total Current Ripple
I, II, III Kennlinien  I, II, III characteristics

Claims

Patentansprüche claims
1. Ladesäule (1) aufweisend: 1. charging station (1) comprising:
- wenigstens ein leistungselektronisches Wandler-Modul (2) zum Wandeln elektrischer Energie,  at least one power electronic converter module (2) for converting electrical energy,
- eine Steuerung (3) zum Steuern des Wandler-Moduls (2), a controller (3) for controlling the converter module (2),
- einen Gleichspannungs-Bus (4), a DC bus (4),
- wenigstens ein Verteiler-Modul (7),  at least one distributor module (7),
- eine oder mehrere Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) sowie  - One or more DC connection cables (5) and
- eine oder mehrere Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6), wobei das Wandler-Modul (2) dem Gleichspannungs-Bus (4) und dem Verteiler-Modul (7) elektrisch zwischengeschaltet ist und das Verteiler-Modul (7) eingerichtet ist, einzelne  - One or more alternating voltage connecting lines (6), wherein the converter module (2) the DC bus (4) and the distributor module (7) is electrically interposed and the distributor module (7) is arranged, individual
Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Connecting cables of one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) bzw. der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) jeweils mit dem Wandler-Modul (2) zu verbinden oder vom Wandler-Modul (2) zu trennen,  DC connecting leads (5) or the one or more AC connecting leads (6) to be connected respectively to the transducer module (2) or to be separated from the transducer module (2),
wobei das Wandler-Modul (2) vermittels der Steuerung (3) derart steuerbar ist, dass das Wandler-Modul (2) alternativ als Gleichspannungswandler, Gleichrichter oder Wechselrichter arbeitet . wherein the transducer module (2) by means of the controller (3) is controllable such that the transducer module (2) operates alternatively as a DC-DC converter, rectifier or inverter.
2. Ladesäule (1) nach Anspruch 1, wobei das Verteiler-Modul (7) ein oder mehrere Schaltelemente (9) aufweist zum 2. charging station (1) according to claim 1, wherein the distributor module (7) comprises one or more switching elements (9) for
jeweiligen Verbinden oder Trennen einzelner respectively connecting or disconnecting individual ones
Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Connecting cables of one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) bzw. der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) mit oder vom Wandler-Modul (2) . DC connecting lines (5) or the one or more alternating voltage connecting lines (6) with or from the converter module (2).
3. Ladesäule (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der 3. charging station (1) according to claim 1 or 2, wherein the
Gleichspannungs-Bus (4) eine erste Busleitung (DC+, DC+2) für eine positive Gleichspannung, eine zweite Busleitung (MP) als Mittelpunktleiter und eine dritte Busleitung (DC-, DC-2) für eine negative Gleichspannung aufweist. DC bus (4) a first bus line (DC +, DC + 2) for a positive DC voltage, a second bus line (MP) as a center conductor and a third bus line (DC, DC-2) for a negative DC voltage.
4. Ladesäule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wandler-Modul (2) eine Mehrzahl von Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) aufweist, 4. charging station (1) according to one of claims 1 to 3, wherein the transducer module (2) comprises a plurality of transducer units (2a, 2b, 2c),
wobei jede Wandler-Einheit (2a, 2b, 2c) eine erste wherein each transducer unit (2a, 2b, 2c) is a first
Anschlussseite (10a, 10b, 10c) und eine zweite Anschlussseite (11) aufweist und die Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) mit ihren ersten Anschlussseiten (10a, 10b, 10c) an Terminal side (10a, 10b, 10c) and a second terminal side (11) and the converter units (2a, 2b, 2c) with their first terminal sides (10a, 10b, 10c) to
unterschiedliche Verteiler-Anschlussleitungen (12) des different distribution connection lines (12) of the
Verteiler-Moduls (7) geschaltet sind und mit ihren zweiten Anschlussseiten (11) an einer oder mehreren Busleitungen des Gleichspannungs-Busses (4) parallel geschaltet sind, und wobei das Verteiler-Modul (7) eingerichtet ist, vermittels der Verteiler-Anschlussleitungen (12) einzelne Distributor module (7) are connected in parallel with their second terminal sides (11) on one or more bus lines of the DC bus (4), and wherein the distributor module (7) is arranged, by means of the distributor connection lines ( 12) individual
Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Connecting cables of one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) bzw. der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) mit der jeweiligen ersten Anschlussseite (10a, 10b, 10c) der DC connecting leads (5) or the one or more AC connecting leads (6) to the respective first terminal side (10a, 10b, 10c) of
einzelnen Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) des Wandler-Moduls (2) zu verbinden oder davon zu trennen. individual converter units (2a, 2b, 2c) of the converter module (2) to connect or disconnect.
5. Ladesäule (1) nach Anspruch 4, wobei jede Wandler- Einheit (2a, 2b, 2c) vermittels der Steuerung (3) derart steuerbar ist, dass die Wandler-Einheit (2a, 2b, 2c) 5. charging station (1) according to claim 4, wherein each converter unit (2a, 2b, 2c) by means of the controller (3) is controllable such that the converter unit (2a, 2b, 2c)
alternativ als alternatively as
- Hochsetzsteller zwischen der ersten Anschlussseite (10a, 10b, 10c) und der zweiten Anschlussseite (11),  Boost converter between the first terminal side (10a, 10b, 10c) and the second terminal side (11),
- Tiefsetzsteller zwischen der zweiten Anschlussseite (11) und der ersten Anschlussseite (10a, 10b, 10c), - Gleichrichter zwischen der ersten Anschlussseite (10a, 10b, 10c) und der zweiten Anschlussseite (11), oder Step-down converter between the second connection side (11) and the first connection side (10a, 10b, 10c), - Rectifier between the first terminal side (10 a, 10 b, 10 c) and the second terminal side (11), or
- Wechselrichter zwischen der zweiten Anschlussseite (11) und der ersten Anschlussseite (10a, 10b, 10c) arbeitet.  - Inverter between the second connection side (11) and the first connection side (10a, 10b, 10c) operates.
6. Ladesäule (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Wandler- Modul (2) drei Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) aufweist, die als B6-Brückenschaltung zwischen drei Verteiler- Anschlussleitungen (12) des Verteiler-Moduls (7) und einer oder mehreren Busleitungen des Gleichspannungs-Busses (4) verschaltet sind, wobei jeweils eine Wandler-Einheit (2a, 2b, 2c) einen Brückenzweig der B6-Brückenschaltung bildet. 6. charging station (1) according to claim 4 or 5, wherein the converter module (2) has three converter units (2a, 2b, 2c), which as a B6 bridge circuit between three distribution lines (12) of the distribution module (7) and one or more bus lines of the DC bus (4) are connected, wherein each one converter unit (2a, 2b, 2c) forms a bridge branch of the B6 bridge circuit.
7. Anordnung mit mehreren Ladesäulen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ladesäulen (1) über den 7. Arrangement with a plurality of charging columns (1) according to one of claims 1 to 6, wherein the charging columns (1) via the
Gleichspannungs-Bus (4) miteinander verbunden sind.  DC bus (4) are interconnected.
8. Anordnung nach Anspruch 7, aufweisend eine oder mehrere Hauptsteuerungen (8) zur Steuerung der Ladesäulen (1), insbesondere zur Steuerung verschiedener Betriebsmodi der8. Arrangement according to claim 7, comprising one or more main controls (8) for controlling the charging columns (1), in particular for controlling different operating modes of
Ladesäulen (1), wobei in jedem Betriebsmodus zumindest zwei Ladesäulen (1) zusammenwirken und die eine oder mehreren Hauptsteuerungen (8) eingerichtet sind für jeden Charging columns (1), wherein cooperate in each operating mode, at least two charging stations (1) and the one or more main controls (8) are arranged for each
Betriebsmodus spezifische Verschaltungen der Wandler-Module (2) der Ladesäulen (1) mit einzelnen oder mehreren der Operating mode specific interconnections of the converter modules (2) of the charging columns (1) with one or more of the
Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) sowie der DC connection cables (5) and the
Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) vermittels der jeweiligen Verteiler-Module (7) der Ladesäulen (1) AC connecting lines (6) by means of the respective distribution modules (7) of the charging stations (1)
vorzugeben . pretend.
9. Verfahren zum Betreiben einer Ladesäule (1), die nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführt ist, wobei das 9. A method for operating a charging station (1), which is designed according to one of claims 1 to 6, wherein the
wenigstens eine Wandler-Modul (2) wechselweise in einem ersten Betriebsmodus oder in einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird und wobei at least one transducer module (2) alternately in one operating mode or in a second operating mode and wherein
a) im ersten Betriebsmodus folgende Maßnahmen durchgeführt werden : a) in the first operating mode, the following measures are carried out:
- Trennen sämtlicher Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) vermittels des Verteiler-Moduls (7) vom Wandler-Modul (2), Separating all connection lines of the one or more AC connection lines (6) by means of the distributor module (7) from the converter module (2),
- Verbinden einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) vermittels des Verteiler-Moduls (7) mit dem Wandler-Modul (2),  Connecting individual connecting lines of the one or more DC connecting lines (5) to the converter module (2) by means of the distributor module (7),
- Steuern des Wandler-Moduls (2) als Gleichspannungswandler zwischen den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) und dem Gleichspannungs-Bus (4); und  - Controlling the converter module (2) as a DC-DC converter between the individual connection lines of the one or more DC connection lines (5) and the DC bus (4); and
b) im zweiten Betriebsmodus folgende Maßnahmen durchgeführt werden : b) in the second operating mode, the following measures are carried out:
- Trennen sämtlicher Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) vermittels des Verteiler-Moduls (7) vom Wandler-Modul (2),  Disconnecting all connecting lines of the one or more DC connecting lines (5) by means of the distributor module (7) from the converter module (2),
- Verbinden einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) vermittels des Verteiler-Moduls (7) mit dem Wandler-Modul (2), Connecting individual connecting lines of the one or more AC connecting lines (6) to the converter module (2) by means of the distributor module (7),
- Steuern des Wandler-Moduls (2) als Gleichrichter zwischen den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) und dem  - Controlling the converter module (2) as a rectifier between the individual connecting lines of the one or more AC connecting leads (6) and the
Gleichspannungs-Bus (4) oder als Wechselrichter zwischen dem Gleichspannungs-Bus (4) und den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs- Anschlussleitungen (6).  DC bus (4) or as an inverter between the DC bus (4) and the individual connection lines of the one or more AC connection leads (6).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei mehrere Ladesäulen (1) gemäß einer Anordnung nach Anspruch 7 oder 8 betrieben werden, wobei gleichzeitig jeweils ein oder mehrere Wandler- Module (2) einer oder mehrerer erster Ladesäulen (1) im ersten Betriebsmodus und jeweils ein oder mehrere Wandler- Module (2) einer oder mehrerer zweiter Ladesäulen (1) im zweiten Betriebsmodus betrieben werden. 10. The method of claim 9, wherein a plurality of charging columns (1) are operated according to an arrangement according to claim 7 or 8, wherein at the same time in each case one or more converter Modules (2) of one or more first charging columns (1) in the first operating mode and in each case one or more converter modules (2) of one or more second charging columns (1) are operated in the second operating mode.
11. Verfahren zum Betreiben einer Ladesäule (1), die nach einem der Ansprüche 4 bis 6 ausgeführt ist, umfassend die folgenden Maßnahmen: 11. A method for operating a charging station (1), which is designed according to one of claims 4 to 6, comprising the following measures:
- Trennen sämtlicher Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) vermittels des Verteiler-Moduls (7) jeweils von einer oder mehreren ersten Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) des Wandler-Moduls (2), Disconnecting all connection lines of the one or more AC connection lines (6) by means of the distributor module (7) in each case from one or more first converter units (2a, 2b, 2c) of the converter module (2),
- Verbinden einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) vermittels des Verteiler-Moduls (7) jeweils mit der einen oder den mehreren ersten Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) des Wandler- Moduls (2), Connecting individual connecting lines of the one or more DC connecting lines (5) by means of the distributor module (7) in each case to the one or more first converter units (2a, 2b, 2c) of the converter module (2),
- Steuern der einen oder der mehreren ersten Wandler- Einheiten (2a, 2b, 2c) des Wandler-Moduls (2) als  Controlling the one or more first converter units (2a, 2b, 2c) of the converter module (2) as
Gleichspannungswandler zwischen den einzelnen DC-DC converter between the individual
Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Connecting cables of one or more
Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) und dem DC connecting cables (5) and the
Gleichspannungs-Bus (4); DC bus (4);
- Trennen sämtlicher Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Gleichspannungs-Anschlussleitungen (5) vermittels des Verteiler-Moduls (7) jeweils von einer oder mehreren zweiten Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) des Wandler-Moduls (2) ,  Disconnecting all connecting lines of the one or more DC connecting lines (5) by means of the distributor module (7) in each case from one or more second converter units (2a, 2b, 2c) of the converter module (2),
- Verbinden einzelner Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) vermittels des Verteiler-Moduls (7) jeweils mit der einen oder den mehreren zweiten Wandler-Einheiten (2a, 2b, 2c) des Wandler- Moduls (2), - Steuern der einen oder der mehreren zweiten Wandler- Einheiten (2a, 2b, 2c) des Wandler-Moduls (2) als Connecting individual connecting lines of the one or more AC connecting lines (6) by means of the distributor module (7) in each case to the one or more second converter units (2a, 2b, 2c) of the converter module (2), Controlling the one or more second transducer units (2a, 2b, 2c) of the transducer module (2) as
Gleichrichter zwischen den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) und dem Gleichspannungs-Bus (4) bzw. als Wechselrichter zwischen dem Gleichspannungs-Bus (4) und den einzelnen Anschlussleitungen der einen oder der mehreren Rectifier between the individual connecting lines of the one or more AC connecting lines (6) and the DC bus (4) or as an inverter between the DC bus (4) and the individual connecting lines of the one or more
Wechselspannungs-Anschlussleitungen (6) . AC connection cables (6).
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