WO2023046393A1 - Ladekabel für eine ladestation, ladestation, system mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation - Google Patents

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WO2023046393A1
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charging
voltage
charging station
line
conductor
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PCT/EP2022/073472
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Markus Hug
Bernhard Höglinger
Harald Fischer
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KEBA Energy Automation GmbH
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    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles

Definitions

  • the invention relates to a charging cable for a charging station for charging an energy store of an electric vehicle, a charging station for charging an energy store of an electric vehicle, a system with a plurality of such charging stations and a method for operating a charging station for charging an electric vehicle.
  • the present technical field relates to charging an energy store of an electric vehicle.
  • Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are rapid charging methods in which the charging station provides the electric vehicle with direct voltage/current (DC), or alternatively alternating current charging methods in which the electric vehicle receives single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle converts into direct current for the energy storage device to be charged using a built-in AC/DC converter.
  • DC direct voltage/current
  • AC alternating current
  • a charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process.
  • Bombardier describes a transformer-equipped DC charging station for electric vehicles in German patent application DE10151153A1, with a rectifier or AC/DC converter, a DO intermediate circuit with transformer and a downstream DC/DO converter.
  • charging cables which have two parallel lines for DC+ and DC- arranged in the charging cable. But if in the event of an error, e.g. B. If the insulation of the charging cable breaks and the user touches one of these lines, DC+ or DC-, he touches a voltage of 400 V (in terms of amount). Such a voltage of 400 V can be fatal.
  • a charging cable with the features of claim 1 by a charging station with the features of claim 7, by a system with a plurality of charging stations with the features of claim 17 and by a method for operating a charging station for charging an electric vehicle solved with the features of claim 19.
  • a charging cable for a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with a DO charging voltage of at least 600 V in particular is proposed.
  • the charging cable is a coaxial cable with an inner conductor and a hollow-cylindrical outer conductor, with the inner conductor being designed for a first nominal voltage and the outer conductor for a second nominal voltage, with the quotient of the first nominal voltage and the second nominal voltage being in a range between 1.1 and 5 is preferably in a range between 1.3 and 4, more preferably in a range between 1.6 and 3.
  • the charging cable as a coaxial cable with the inner conductor designed for the first nominal voltage and the outer conductor designed for the second nominal voltage is designed in such a way that with a high DC charging voltage of 800 V, for example, a higher DC voltage (e.g. 500 V ) on the inner conductor and a lower DC voltage (e.g. - 300 V) on the outer conductor.
  • a high DC charging voltage of 800 V for example, a higher DC voltage (e.g. 500 V ) on the inner conductor and a lower DC voltage (e.g. - 300 V) on the outer conductor.
  • the present charging cable as a coaxial cable with the inner conductor and the hollow-cylindrical outer conductor, a user will only touch the outer conductor in the event of a fault, for example if the charging cable insulation breaks, and thus touch a voltage that is smaller in amount.
  • the magnitude of the DC voltage carried on the outer conductor is limited to 300 V. In particular, this voltage is not life-threatening for the user.
  • a fault current arises that can be detected.
  • a switching device e.g. B. a contactor can be opened. Details on this are explained in more detail below.
  • the outer conductor protects the inner conductor. In other words, the outer conductor protects the user from touching the inner conductor, which can carry a higher DC voltage.
  • the inner conductor carries a positive DC voltage
  • the outer conductor carries a negative DC voltage
  • the inner conductor and the hollow-cylindrical outer conductor are embedded in an insulating plastic, with a PE conductor and a charge pilot signal line also being embedded in the plastic.
  • the inner conductor lies on the longitudinal axis of the charging cable and forms the interior of the charging cable.
  • the inner conductor is surrounded by a first layer of plastic.
  • the first layer is then followed by the outer conductor.
  • the outer conductor is then followed by a second layer of plastic.
  • the inner conductor which preferably carries the higher DC voltage, is surrounded by two plastic layers and the outer conductor, which leads to corresponding protection for the user in the event of a fault.
  • the charging cable comprises an interior space and an exterior space, with the hollow-cylindrical outer conductor delimiting the interior space, with a first layer of plastic separating the inner conductor and the outer conductor in the interior space, with the PE conductor and the charge pilot signal line in outside are embedded in a second layer of plastic.
  • the PE conductor is designed as a hollow-cylindrical coaxial conductor which surrounds the outer conductor and is embedded in the second layer of the plastic.
  • the charge pilot signal line and a plurality of temperature signal lines are embedded outside of the PE conductor in the second layer of plastic.
  • Two temperature signal lines are preferably used to connect a temperature sensor.
  • the hollow-cylindrical outer conductor is designed as a braiding made up of a plurality of conductors, in particular wires.
  • the braid can also be referred to as a ladder braid.
  • the braiding is preferably set up to contract when the charging cable is stretched.
  • a charging station without a transformer for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station, which has: an AC/DC converter for converting an AC voltage provided by the multi-phase network via the phases into a DC voltage provided by means of a DC+ line and a DC- line, a control device for controlling components of the charging station comprising the AC/DC converter, and a charging cable according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect.
  • the charging station can also be referred to as a transformerless DC charging station.
  • the charging station without a transformer does not use a transformer to convert AC voltage into DC voltage, but instead uses the AC/DC converter and, optionally, a downstream DC/DC converter.
  • the AC/DC converter can also be referred to as a converter.
  • the AC/DC converter is set up in particular for converting an AC voltage into a DC voltage and/or for converting a DC voltage into an AC voltage.
  • the charging station comprises in particular an intermediate circuit connected downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors which are connected to an intermediate circuit center point.
  • the DC voltage provided by the AC/DC converter or a DC voltage boosted based on this, boosted for example by a DC/DC converter, is used as the DC charging voltage for charging the energy store of the coupled electric vehicle.
  • the charging station can in particular have an energy measuring unit which is set up to measure the amount of energy drawn from the electric vehicle.
  • a billing unit can also be provided in particular, which bills the user or customer for the energy consumed by the electric vehicle.
  • the charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing, with an interior space in which the electrical and/or electronic components are arranged.
  • the charging station can also be referred to as a charging connection device.
  • the charging station is designed in particular as a wall box.
  • the charging station is suitable for charging or regenerating the energy store of an electric vehicle in that the charging station is electrically connected to the energy store or the charging electronics of the electric vehicle via its connection socket and the charging plug of the electric vehicle.
  • the charging station acts as a source of electrical energy for the electric vehicle, with the electrical energy being able to be transferred to an energy store in the electric vehicle by means of a charging cable and charging plug.
  • the charging station can also be used as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • the charging station can also draw energy from the electric vehicle and feed it back into the multi-phase grid. Technically, this is referred to as Vehicle-to-Grid (V2G).
  • V2G Vehicle-to-Grid
  • the charging station can not only feed back into the grid, but also charge another vehicle, or supply another consumer, or charge another energy store. This process is also known as Vehicle-to-anything very thing (V2X
  • the multiphase network is, for example, a multiphase subscriber network.
  • the multi-phase network can also be a multi-phase power supply network.
  • the polyphase network has a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor (also denoted by N).
  • the charging station comprises a control unit, which is set up to control the AC/DC converter and/or the DC/DC converter at a DC charging voltage of at most 600 V in such a way that the DC+ coupled to the inner conductor of the charging cable -Line or coupled DC--line carries a first direct voltage and the DC--line or coupled DC+-line coupled to the outer conductor of the charging cable carries a second direct voltage, the first direct voltage and the second direct voltage having different signs and the same amounts, and to control the AC/DC converter and/or the DC/DC converter at a DC charging voltage of more than 600 V in such a way that the DC- line coupled to the outer conductor of the charging cable or the coupled DC+ line generates a third DC voltage with a Maximum amount of 300 V and the DC+ line coupled to the inner conductor of the charging cable or the coupled DC- line carries a fourth DC voltage with a m amount, which corresponds to a difference between the DC charging voltage and the third DC voltage, the third DC voltage and the fourth DC
  • the amount of direct voltage carried on the outer conductor is limited to a maximum of 300 V. In particular, this is not life-threatening. If, for example, the DO charging voltage negotiated between the charging station and the electric vehicle is 800 V, then the third DC voltage can be -300 V, whereas the fourth DC voltage can be +500 V.
  • the charging station comprises a DC/DC converter connected downstream of the AC/DC converter, an intermediate circuit coupled between the AC/DC converter and the DC/DC converter and having an intermediate potential, and a setting unit for setting the intermediate potential of the intermediate circuit such that the third direct voltage and the fourth direct voltage are symmetrical to the adjusted intermediate potential.
  • the setting unit will shift the intermediate potential to + 100 V.
  • the third DC voltage of -300 V and the fourth DC voltage of +500 V are symmetrical to the set intermediate potential of +100 V. This symmetrical setting increases the safety of the charging station system as a whole.
  • the setting unit includes a voltage regulator which is set up to regulate the intermediate potential in such a way that it lies symmetrically between the third direct voltage and the fourth direct voltage.
  • the present voltage regulator enables the intermediate potential to be regulated to that value which is equidistant (in terms of the amount of voltage) between the third direct voltage and the fourth direct voltage.
  • the charging station comprises: a fault current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, which is set up to detect a fault current that changes over time with a direct current component and an alternating current component, a switching device which is set up to open and close the DC+ line and the DC- line of the charging station, a first unit, which is set up to detect sinusoidal AC fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, to provide a first control signal for controlling the switching device to open the DC+ line and the DC- line, and a second unit, which is set up for detecting DC fault currents as a function of the detected fault current and depending on it for ready-steep a second drive signal for driving the switching device to open the DC + line and the DC line is set up, the control device for providing a third drive signals is set up to drive the switching device to open the DC+ line and the DC- line.
  • the charging station comprises: a fault current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, which is set up to detect a fault current that changes over time with a direct current component and an alternating current component, a further switching device which is set up to open and close the phases and the neutral conductor of the charging station, a first unit, which is set up to detect sinusoidal alternating fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, to provide a first control signal to control the further switching device to open the phases and the neutral conductor, and a second unit, which is set up to detect DC fault currents depending on the detected fault current and depending on it for providing a second control signal is set up to control the further switching device to open the phases and the neutral conductor, the control device being set up to provide a third control signal to control the further switching device to open the phases and the neutral conductor.
  • a single residual current sensor and a single Ab - switching device for example a DC contactor
  • this single switch-off device is also used by the functional controller, which is designed in particular as part of the control device.
  • the AC/DC converter and/or DC/DC converter can be controlled by the functional control in such a way that it also acts as a switch.
  • the fault current sensor can also be referred to as an all-current sensitive fault current sensor.
  • the switching device can also be referred to as a switching element.
  • the switching device is preferably designed in such a way that, in the event of a mains voltage failure, it opens, in particular automatically, and can thus establish a safe state.
  • Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include the switching device, for example a contactor or relay, connection terminals, electronic circuits, the fault current sensor, a communication module, a communication interface, a user interface, an EMC filter and at least one power supply.
  • the control device includes, for example, a printed circuit board on which a plurality of electronic components for controlling and/or measuring and/or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle zeug are arranged, as well as an authentication device such as RFID / NFC reader / Bluetooth module or an automated authorization process via high-level communication, in particular according to the ISO 15118 standard, or according to the plug-and-charge principle and the like.
  • the third control signal is generated in particular as a function of vehicle authentication and/or vehicle verification or user authentication and/or user verification, as a function of overcurrent monitoring and/or as a function of correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station.
  • the vehicle authentication and/or vehicle verification or user authentication and/or user verification ensures that only a valid user or an electric vehicle known to the charging station is allowed to charge at the charging station.
  • One or more of the following technologies can be used for vehicle authentication and/or vehicle verification, user authentication and/or user verification: RFID, Bluetooth, code entry, fingerprint reader, vein scanner or the like.
  • An electric vehicle can, for example, transmit its ID via high-level communication, in particular ISO 15118, or according to the plug-and-charge principle.
  • ISO 15118 can be used to detect when the electric vehicle does not adhere to a negotiated charging plan. Correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station can be detected, for example, by means of a plug-present sensor and/or a charge pilot signal and/or the locking detection unit.
  • the control device is set up to control the AC/DC converter by means of a control signal generated as a function of the opening signal, in particular to switch it off in the event of a fault.
  • the AC/DC converter thus acts like a mechanical switch and provides a second isolation in the power path.
  • the control device is set up to control the AC/DC converter using a control signal generated as a function of the opening signal and/or a DC/DC converter connected downstream of the AC/DC converter with a control signal generated as a function of the opening signal steer.
  • the AC/DC converter as well as the DC/DC converter thus act as mechanical switches and bring about further isolation in the power path.
  • the charging station comprises a control circuit which is set up to control the switching device, if at least one of the control signals is provided, by means of an opening signal in such a way that the DC+ line and the DC- line open, the phases and the neutral conductor can also be opened.
  • the power electronics can be switched off in that a control signal generated as a function of the opening signal opens them. This results in a double isolation of the vehicle from the network.
  • the control circuit accordingly controls the switching device to open the DC+ line and the DC- line and/or the phases and the neutral conductor when one or more of the control signals is provided or set.
  • a provided control signal is therefore sufficient to open the DC+ line and the DC- line of the charging station and to create a safe state.
  • another switching device is provided in the AC circuit, which is set up to open and close the phases and the neutral conductor of the charging station.
  • control circuit is preferably set up to, if at least one of the control signals is provided, the further switching device to be controlled by means of an opening signal in such a way that it opens the phases and the neutral conductor of the charging station.
  • connection terminals are provided for the three phases, the neutral conductor and a PE conductor, with the residual current sensor being connected downstream of the connection terminals, the AC/DC converter being downstream of the residual current sensor, the switching device being downstream of the AC/DC converter and the terminal strip of the switching device is connected downstream, and the charging cable is connected to the terminal strip, in particular is firmly connected or attached.
  • control device is set up to control, in particular to switch off, the AC/DC converter by means of a control signal generated as a function of the opening signal.
  • control device switches off the AC/DC converter using the control signal when the opening signal is set. In other words, the control device switches off the AC/DC converter when at least one of the control signals is provided.
  • the charging station comprises an insulation breakage sensor assigned to the charging cable for providing an insulation breakage sensor signal which is indicative of an insulation breakage of the charging cable.
  • a break in the insulation of the charging cable is, for example, a break in a cable sheath of the charging cable or a break in the insulation on the charging plug of the charging cable.
  • the charging station alternatively or additionally comprises a broken insulation sensor which is assigned to the housing of the charging station and is set up to provide a broken insulation sensor signal. which is indicative of damage to the insulation of the charging station housing.
  • the charging station includes an evaluation unit which is set up to evaluate the insulation breakage sensor signal provided in order to determine an insulation breakage of the charging cable and/or the housing of the charging station.
  • the control device is preferably set up to provide the third control signal as a function of a determined break in the insulation.
  • the evaluation unit detects an insulation breakage on the charging cable, its charging connector and/or the housing of the charging station, the third control signal is provided by the control device so that the control circuit controls the switching device in such a way that the DC+ line and DC line of charging station opens.
  • connection terminals are provided for the three phases, the neutral conductor and a PE conductor, with an EMC filter downstream of the five connection terminals being provided, the residual current sensor being downstream of the EMC filter, the further switching device being downstream of the residual current sensor, the AC/DC converter is connected downstream of the further switching device, a DC/DC converter is provided downstream of the AC/DC converter, the switching device is connected downstream of the DC/DC converter, a further EMC filter is provided downstream of the switching device, and the terminal strip to which the charging cable is connected is connected downstream of the further EMC filter.
  • the DC/DC converter is set up, in particular, to step up the direct voltage provided by the AC/DC converter and to make it available on the output side as a DC charging voltage.
  • the DC/DC converter can also be referred to as a DC voltage converter.
  • the control circuit is set up to control the switching device and the further switching device, if at least one of the control signals is provided, by means of the opening signal in such a way that they open the DC+ line and the DC- line, as well as through the second Switching device the phases and the neutral conductor.
  • control circuit controls both the switching device and the additional switching device, so that these control the DC+ line and the DC- line as well as the phases and the neutral conductor of the Open charging station.
  • the AC/DC converter and the DC/DC converter can also be switched off accordingly. This further increases the safety of the charging station.
  • the switching device is designed as a first electrically controllable power switching element and the further switching device is designed as a second controllable power switching element.
  • the first power switching element is an electromagnetically switching power switching element, each of the power switching elements having a non-conductive switching state in which no current can flow and a conducting switching state in which current can flow, each of the power switching elements for interrupting a flow of energy through the Charging station is set up for the energy storage of the electric vehicle.
  • control device is set up to: a) activate an electromagnetic drive of the first power switching element using a first control signal with a pick-up voltage in order to bring the first power switching element from the non-conductive switching state to the conducting switching state, b) the electromagnetic drive of the first power switching element by means of to drive the first drive signal with a holding voltage that is lower than the pull-in voltage after the first power switching element is in the conducting switching state, and c) to control the second power switching element by means of a second control signal in order to bring the second power switching element from the non-conductive switching state to the conducting switching state after a current flow through the electromagnetic drive of the first power switching element has reached or fallen below a specific threshold value.
  • the first control signal can in particular have different amplitudes.
  • the first control signal can also be modulated differently in steps a) and b), for example by using PWM modulation (PWM; pulse width modulation).
  • This embodiment has the advantage that the first power switching element is already being driven with a reduced holding current due to the reduced holding voltage at the time when the second power switching element is brought into the conducting switching state and can therefore be switched off more quickly. Since energy can only flow through the charging station when the second power switching element is conductive, in the event of a fault occurring immediately afterwards, such as a short circuit or a ground fault in the electric vehicle to be charged or the like, the first power switching element can be switched off more quickly than it is is possible without this embodiment. This increases the operational safety of the charging station.
  • power switching element is understood in particular to mean that switches are involved that can switch an electrical load on or off.
  • the conductive state which can also be referred to as the switched-on state
  • electrical power can flow through the switching element, which can be in the range from a few watts to several kilowatts, for example up to 500 kW. This is to be seen in contrast to pure signal switches, which are only suitable for switching signals whose electrical power is well below one watt.
  • electrically controllable power switching element means, for example, a switching element that can be switched via a corresponding electrical control or control circuit. Examples of electrically controllable switching elements are electromechanical relays and electronic switches, which can also be referred to as semiconductor relays.
  • electromagnetically switching power switching element is understood to mean, for example, a relay or a contactor which has a mechanical actuating element which can be actuated by a magnetic field that can be generated by an electromagnet, in particular a coil.
  • the actuating element can also be referred to as an armature and the switchable contacts can also be referred to as working contacts.
  • the non-conductive state which can also be referred to as the switched-off or open state, the normally open contacts are separated by a gap, the size of the gap depending on the maximum operating voltage applied to the normally open contacts and the required current breaking capacity of the Switching element is determined.
  • the housing of the charging station is doubly insulated.
  • the charging cable together with its charging plug, is doubly insulated.
  • the drive circuit comprises a wired-OR operation which ORs the first drive signal, the second drive signal and the third drive signal.
  • the first unit is set up to emulate a type A residual current circuit breaker, in particular in accordance with standard 61008'1.
  • emulation of a type A residual current circuit breaker is to be understood in particular as simulating the type A residual current circuit breaker, for example emulating the error analysis functionality of the type A residual current circuit breaker in software.
  • first unit and/or the second unit are designed as part of the control device.
  • the first unit and the second unit are implemented in software.
  • the first and/or the second unit can be in the form of an FPGA or an ASIC.
  • the second unit is set up to be a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device in accordance with the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device in accordance with the IEC 62955 standard , to emulate.
  • emulating a direct current detection device means, in particular, simulating the direct current detection device, for example the residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard or the residual direct current monitoring device according to the standard To understand IEC 62955, in software.
  • the charging station comprises a module which integrates the first unit and the second unit and is set up to form fault protection corresponding to a type B residual current circuit breaker, in particular in accordance with standard EN 61008'1 and/or in accordance with standard EN 62423.
  • the module of the present embodiment accordingly forms or simulates the fault protection of the type B residual current circuit breaker, for example in accordance with standard EN 61008-1 or in accordance with standard EN 62423.
  • the module is designed, for example, as part of the control device.
  • the module can be implemented in software and/or in hardware.
  • the charging station includes a current measuring device for measuring the current flowing on the phases in the direction of flow to the electric vehicle.
  • the current measuring device is a useful current sensor.
  • the switching device is designed as a contactor, as a four-phase relay or by four relays for the three phases and the neutral conductor.
  • the charging station includes a test unit which is set up to impress and evaluate a test current in at least one of the phases, in the neutral conductor and/or in a separate test winding of the residual current sensor.
  • the test unit is set up to be triggered for testing by means of a test command for simulating a pressing of a test button.
  • the test command is in particular a software command, by means of which the test unit can be triggered in such a way that it triggers the testing and thus the injection of the test current.
  • the test command thus emulates the test button known from conventional type A residual current circuit breakers.
  • the conventional mechanical test button is therefore advantageously not necessary, particularly in this embodiment.
  • the test command can be generated via any form of backend and transmitted to the charging station. An example of this is when a user transmits the test command to the charging station via a smartphone app.
  • the operator of the charging station transmits the test command at regular intervals via his server to the charging station coupled to the server.
  • the charging station always terminates a charging process by completely testing the safety chain and sending a current to the test unit via a software command from the control device.
  • the test unit then injects the test current, the test current is detected by the sensor and the contactor is tripped.
  • a test with an actual current flow interruption is preferably always carried out at the end of the charging process.
  • the charging station comprises an electromechanical system for mechanically displaying the switching position of the switching device.
  • the electromechanics include a bezel controlled via an electrical coupling of the feedback contacts of the switching device, which follows the switch position of the switching device, and a visual indicator controlled by the bezel for indicating the switch position.
  • the visual display device includes, for example, two LEDs that light up green and red.
  • the panel always covers one of the two LEDs.
  • the LED not covered by the bezel is visible to the user. Due to the electrical coupling of the panel with the feedback contacts of the switching device, the panel always follows the switching position of the switching device.
  • the screen controls the visual display device and shows, in particular by means of the colors red and green, the switching position of the switching device, for example the contactor.
  • the electromechanical system is coupled to an energy store, so that the electromechanical system is suitable for displaying the switching position of the charging station even in the de-energized state To maintain switching device for a predetermined time.
  • the energy store is designed as a battery, for example.
  • an electrical coupling of a mechanical display e.g. a bistable lifting magnet with a color coding (red/green) on the armature
  • a screen which only shows one color at a time
  • an energy storage device which, in the event of a failure of the supply ensures that the switching device is monitored for a while and the display takes place.
  • the final state of the relay is open when de-energized, unless it is welded, in which case it remains stably closed - both are feasible with a limited energy store.
  • the test current is a pulsed, high-frequency alternating current which has a frequency of 1 to 5 kHz and a maximum duration of 10 ms.
  • the test current is thus designed in particular in such a way that it is not interpreted as a fault current.
  • the test current is in particular a signal that cannot occur in practice and therefore cannot be interpreted as an error.
  • the fault current sensor is designed: by a summation current converter for providing the fault current that changes over time, or by four current converters for the three phases and the neutral conductor for providing a respective output signal, and an adder unit connected downstream of the four current converters for providing the fault current that changes over time by adding the output signals provided by the four current transformers.
  • the charging station includes a communication module which is set up to specify an energy consumption quantity for the electric vehicle either by means of PWM signals or, in accordance with ISO 15118, a charging plan with charging electronics of the device coupled to the charging station. to negotiate an electric vehicle.
  • a charging plan with charging electronics of the device coupled to the charging station. to negotiate an electric vehicle.
  • negotiation takes place as described in ISO 15118.
  • the charging electronics of the energy store requests a certain charging power via the communication module from the charging station and the charging station, for example the control device of the charging station, determines whether the requested charging power can be provided.
  • a current state of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account in particular.
  • the charging station can make a “counterproposal” via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy storage device, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated.
  • Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station.
  • the charging station has: a communication interface which is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which in particular manages the charging station, a user interface for inputs from a user and/or for outputs to the User, and/or a power pack, which is set up to convert an AC voltage provided via the phases into a predetermined DC voltage for the control device and/or the components of the charging station.
  • the control device of the charging station is set up to transmit the opening signal, if at least one of the control signals is provided, via the communication interface to the electric vehicle, by means of which a switching device installed in the electric vehicle, for example a DC vehicle contactor, can be opened.
  • a switching device installed in the electric vehicle for example a DC vehicle contactor
  • this opening signal is also transmitted via the communication interface to the electric vehicle, which then opens the DO vehicle contactor installed in the electric vehicle. This ensures that the charging cable is potential-free both from the charging station side, in particular the network, and from the electric vehicle side, in particular the battery located around the electric vehicle.
  • the respective unit for example the first unit or the second unit, can be implemented in terms of hardware and/or software.
  • the unit can be designed as a device or as part of a device, for example as a computer or as a microprocessor or as part of the control device.
  • the unit can be embodied as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a program code or as an executable object.
  • a system is proposed with a plurality N of charging stations (with N>2), the respective charging station being designed according to the second aspect or one of the embodiments of the second aspect.
  • the N charging stations are connected by means of a star connection to a single circuit breaker, which is coupled to the grid connection point.
  • the charging station By designing the charging station according to the first aspect or according to one of the embodiments of the first aspect, it is possible to couple the N charging stations by means of the star connection and to secure them with a single circuit breaker from the grid connection point.
  • a method for operating a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station is proposed.
  • the charging station includes an AC/DC converter for converting an AC voltage provided by the multiphase network via the phases into a DC voltage provided by means of a DC+ line and a DC- line, a control device for controlling components of the charging station including the AC/DC - Converter and a charging cable according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect.
  • the charging station is designed in particular according to the second aspect or one of the embodiments of the second aspect.
  • the method comprises the steps: a) determining a current DC charging voltage for charging the electric vehicle coupled to the charging station, b) determining whether the current DC charging voltage determined is less than 600 V, cl) if the current DC charging voltage determined is smaller than 600 V, driving the AC/DC converter in such a way that the DC+ line or coupled DC- line coupled to the inner conductor of the charging cable carries a first DC voltage and the DC-- line or coupled DC+ line coupled to the outer conductor of the charging cable - Line carries a second DC voltage, the first DC voltage and the second DC voltage having different signs and the same amounts, and c2) if the current DC charging voltage determined is greater than or equal to 600 V, driving the AC/DC converter in such a way that the DC- line coupled to the outer conductor of the charging cable or the coupled DC+ line carries a third DC voltage with a maximum magnitude of 300 V for and the DC+ line coupled to the inner conductor of the charging cable or coupled DC- line carries a fourth DC voltage with an amount which corresponds to
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement with a first embodiment of a charging station and an electric vehicle!
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a charging cable for a charging station!
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a charging cable for a charging station!
  • Fig. 4 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station for charging an energy storage device of an electric vehicle!
  • Fig. 5 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • FIG. 6 shows a schematic view of an embodiment of a method for operating a charging station.
  • Fig. 1 schematically shows an arrangement with a first embodiment of a charging station 1 and an electrical energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • a multi-phase subscriber network 4 is connected to a multi-phase power supply network 7 by means of a network connection point 6 .
  • the multi-phase subscriber network 4 has, in particular, a number of phases, for example L1, L2 and L3, and a neutral conductor N. In this example, without restricting the generality, it is a question of three-phase power networks.
  • the electric vehicle 3 is coupled to the charging station 1 by means of a charging cable 5 which is connected to a terminal block 16 (not shown in FIG. 1, see for example in FIG. 4) of the charging station 1 .
  • the charging station 1 can have a number of electrical and/or electronic components (not shown in FIG. 1, see for example in FIG. 4) and is for charging the energy store 2 of the electric vehicle 3 with electrical Energy set up by means of the coupled to the charging station 1 polyphase subscriber network 4.
  • the housing of the charging station 1 is in particular doubly insulated. Furthermore, the charging cable 5 together with its charging plug 17 (see, for example, FIG. 4) is also preferably double-insulated.
  • the power-carrying conductors (DC+ line and DC" line) are individually insulated, and the housing of the charging connector 17 also has an insulating effect.
  • the charging connector 17 can also be encapsulated with an insulating compound on the inside.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a charging cable 5 for a charging station 1, for example the charging station 1 according to Fig. 1.
  • the charging cable 5 in FIG. 2 is a coaxial cable and has an inner conductor DCI and a hollow-cylindrical outer conductor DCA.
  • the hollow-cylindrical outer conductor DCA is preferably in the form of a braid made up of a plurality of conductors, for example wires.
  • the inner conductor DCI and the hollow-cylindrical outer conductor DCA are embedded in an insulating plastic K1, K2.
  • the charging cable 5 of FIG. 2 has a PE conductor PE and a charge pilot signal line CP, both of which are also embedded in the plastic K1, K2.
  • the charging cable 5 also has an interior space IR and an exterior space AR.
  • the hollow-cylindrical outer conductor DCA delimits the inner space IR.
  • a first layer Kl of the plastic separates the inner conductor DCI and the outer conductor DCA.
  • the PE conductor PE and the charge pilot signal line CP are embedded in FIG. 2 in the outer space AR in a second layer K2 of the plastic.
  • the inner conductor DCI is designed for a first nominal voltage and the outer conductor DCA is designed for a second nominal voltage.
  • the quotient of the first nominal voltage and the second nominal voltage is in a range between 1.1 and 5, preferably in a range between 1.3 and 4, more preferably in a range between 1.6 and 3.0.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a charging cable 5 for a charging station 1, for example the charging station 1 according to FIG.
  • the charging cable 5 in FIG. 3 is also a coaxial cable with an inner conductor DCI and a hollow-cylindrical outer conductor DCA.
  • the inner conductor DCI and the hollow-cylindrical outer conductor DC- are embedded in an insulating plastic K1, K2.
  • the charging cable 5 of FIG. 3 has a hollow-cylindrical PE conductor PE, a charge pilot signal line CP and a plurality of temperature signal lines T, both of which are also embedded in the plastic K1, K2.
  • the charging cable 5 has an interior space IR and an exterior space AR.
  • the hollow-cylindrical outer conductor DCA delimits the inner space IR.
  • a first layer Kl of the plastic separates the inner conductor DCI and the outer conductor DCA.
  • the inner conductor DCI is designed for a first nominal voltage and the outer conductor DCA is designed for a second nominal voltage.
  • the quotient of the first nominal voltage and the second nominal voltage is in a range between 1.1 and 5, preferably in a range between 1.3 and 4, more preferably in a range between 1.6 and 3.0.
  • the PE conductor of the charging cable 1 according to FIG. 3 is designed as a hollow-cylindrical coaxial conductor surrounding the outer conductor DCA. This is embedded in the second layer K2 of the plastic.
  • Fig. 4 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the second embodiment of the charging station 1 in Fig. 4 includes all the features of the first embodiment of the charging station 1 in Fig. 1.
  • the charging station 1 of FIG. 4 has five input-side connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e for coupling the phases LI, L2, L3, the neutral conductor N and the PE conductor PE of the multi-phase network 4.
  • the charging station 1 On the output side, the charging station 1 has a terminal strip 16 to which the charging cable 5 together with its charging plug 17 is attached.
  • an EMC filter 24 Between the terminals 10a, 10b, 10c, lOd, lOe and the terminal strip 16 are an EMC filter 24, a residual current sensor 9 downstream of the EMC filter 24, a further switching device 8 downstream of the residual current sensor 9, an AC/ DC converter 15, a DC/DC converter 25 downstream of the AC/DC converter 15, a switching device 26 downstream of the DC/DC converter 25 and a further EMC filter 27 downstream of the switching device 26 are provided.
  • a current measuring device (not shown) can also be provided, which is set up to measure the electric current flowing on the phases LI, L2, L3 in the direction of flow to the electric vehicle 3 .
  • the current measuring device is a useful current sensor and is set up to measure the electric current flowing on the phases LI, L2, L3 in the direction of flow to the electric vehicle 3 .
  • the charging station 1 On the output side, the charging station 1 has the charging cable 5 with a charging plug 17 for connection to the electric vehicle 3.
  • the charging cable 5 is designed according to FIG. 2 or FIG. 3, for example.
  • the AC/DC converter 15 converts the AC voltage provided by the multi-phase network 4 via the phases LI, L2, L3 into a DC voltage and provides this as positive DC voltage DC+ and negative DC voltage DC- via two output lines, also denoted DC+ and DC- , the DC/DC converter 25 ready.
  • the switching device 26 downstream of the DC/DC converter 25 is suitable for opening and closing the DC+- line DC+ and the DC- line DC- of the charging station 1 .
  • the switching device 26 is a contactor, for example, or consists of relays for switching off the DC voltage.
  • the switching device 26 is arranged on the DC side of the charging station 1 and can also be referred to as a DC switching device.
  • the DC switching device is a contactor, for example.
  • the fault current sensor 9 is associated with the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N and is set up to detect a fault current F that varies over time and has a direct current component and an alternating current component.
  • the residual current sensor 9 is a summation current transformer, for example.
  • the charging station 1 of FIG. 4 comprises a first unit 11, a second unit 12 and a control device 13.
  • the control device 13 is in particular the central control device of the charging station 1 for controlling the electrical and/or electronic components of the charging station 1.
  • the first Unit 11 and the second unit 12 can be formed externally to the control device 13, as shown in FIG. Alternatively, the first unit 11 and the second unit 12 are designed as part of the control device 13 .
  • the first unit 11 is for detecting sinusoidal AC fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, for providing a first control signal A1 for controlling the switching device 26 for opening the DC+ line DC+ and the DC ⁇ line DC ⁇ furnished.
  • the first unit 11 is preferential wise set up to emulate a type A residual current circuit breaker, preferably according to standard 61008'1.
  • the second unit 12 is for detecting DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, for providing a second control signal A2 for controlling the switching device 26 to open the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and/or the further switching device 8 set up to open phases LI , L2, L3 and neutral conductor N.
  • the second unit 12 is preferably set up to include a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device in accordance with the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device in accordance with the IEC 62955 standard emulate.
  • a direct current detection device preferably a residual direct current detection device in accordance with the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device in accordance with the IEC 62955 standard emulate.
  • the charging station 1 can also include a module (not shown) which integrates the first unit 11 and the second unit 12 and which is set up to have a type B residual current circuit breaker, in particular in accordance with standard EN 610081'1 and/or in accordance with the standard EN 62423, to train or simulate appropriate error protection.
  • the module can also be designed as part of the control device 13 .
  • control device 13 is set up to send a third control signal A3 to control the switching device 26 to open the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and/or to control the further switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N to provide.
  • the control device 13 generates the third control signal A3 in particular depending on a vehicle authentication and/or vehicle verification and/or user authentication and/or user verification, depending on an overcurrent monitoring and/or depending on a correct connection of the charging cable 5 to the electric vehicle 3 and/or to the charging station 1.
  • the charging station 1 also includes a control circuit 14.
  • the control circuit 14 is set up to control the switching device 26 and/or the further switching device 8, if at least one of the control signals Al, A2, A3 is provided, by means of an opening signal O in such a way that the DC+ -Line DC+ and the DC- line DC- and/or the phases LI , L2, L3 and the neutral conductor N of the charging station 1 opens.
  • the control circuit 14 then controls the switching device 26 to open the DC+ and DC- lines and/or the further switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N when one or more of the control signals Al, A2 , A3 is provided or set.
  • control circuit 14 comprises a WIRED-OR operation which ORs the first control signal A1, the second control signal A2 and the third control signal A3.
  • control circuit 14 of Fig. 4 is set up in particular to control not only the switching device 26 but also the further switching device 8, if at least one of the control signals A1, A2, A3 is provided, by means of the opening signal O in such a way that it activates the phases LI, L2 , L3 and the neutral conductor N in the charging station 1 opens. This increases the security of the charging station 1 .
  • a charge pilot signal CP can be transmitted between the control device 13 of the charging station 1 and the electric vehicle 3 via the charging cable 5 .
  • the charging station 1 of FIG. 4 also includes a communication module 19.
  • the communication module 19 is set up to negotiate a charging plan with charging electronics of the electric vehicle 3 coupled to the charging station 1 in accordance with high-level communication, in particular the ISO 15118 standard.
  • the charging station 1 of FIG. 4 includes a communication interface 20.
  • the communication interface 20 is set up to transmit data with a nem end device of the user and / or a server which manages the charging station 1 in particular to exchange.
  • the user can, in particular, authenticate and/or verify himself via the terminal device, but also in particular authenticate and/or verify the vehicle.
  • the communication module 19 and the communication interface 20 are preferably designed as a single component which can perform both tasks.
  • the charging station 1 of FIG. 4 has a user interface 21 for user inputs and/or for user outputs.
  • user interface 21 includes a touch screen.
  • at least one power pack 22 is provided, which is set up to convert an AC voltage provided via the phases LI, L2, L3 into a predetermined DC voltage for the control device 13 and/or the other components of the charging station 1.
  • an insulation breakage sensor 18 is assigned to the charging cable 5 of FIG. 4 .
  • the insulation rupture sensor 18 is suitable for providing an insulation rupture sensor signal IS, which is indicative of an insulation rupture in the charging cable 5, the charging connector 17 and/or the housing 1.
  • the broken insulation sensor 18 carries out, for example, an impedance measurement, a capacitive measurement, a voltage measurement, a current measurement, a power measurement and/or an inductive measurement.
  • An example of such an insulation break is a break in the insulating sheath of the charging cable 5.
  • the charging station 1 of FIG. 4 has an evaluation unit 23 which is set up to evaluate the insulation breakage sensor signal IS provided to determine an insulation breakage IB of the charging cable 5 of the charging plug 17 and/or the housing 1 .
  • the insulation breakage sensor signal IS provided to determine an insulation breakage IB of the charging cable 5 of the charging plug 17 and/or the housing 1 .
  • more Insulation breakage sensors may be provided (not shown), for example assigned to the charging plug 17 and/or the housing of the charging station 1.
  • the control device 13 is then set up to provide the third control signal A3 as a function of a determined insulation breakage IB. In other words, if an insulation breakage IB is detected, the third control signal A3 is provided or set and consequently the switching device 26 and/or the further switching device 8 opens.
  • the charging station 1 preferably has an electromechanical system (not shown) for mechanically displaying the switching position of the further switching device 8 .
  • the electromechanics comprises a screen controlled via an electrical coupling of the feedback contacts of the further switching device 8, which follows the switching position of the further switching device 8, and a visual display device controlled by the screen for displaying the switching position of the further switching device 8.
  • the visual display device comprises, for example, two LEDs , which glow green and red.
  • the bezel always covers one of the two LEDs, while the LED not covered by the bezel is visible to the user. Due to the electrical coupling of the panel with the feedback contacts of the additional switching device 8, the panel always follows the switching position of the additional switching device 8. The panel thereby controls the visual display device in such a way that it shows the user the switching position of the additional switching device 8 using the colors red and green indicates.
  • the electromechanics are preferably coupled to an energy store in such a way that the electromechanics can maintain the display of the switching position of the further switching device 8 for a predetermined time even when the charging station 1 is in a de-energized state.
  • the charging station 1 of Fig. 4 has a control unit 28 coupled to the control device 13, which is used to control the AC/DC converter 15 is set up by means of a control signal C1 and for driving the DC/DC converter 25 by means of a control signal C2.
  • the control signals C1 and C2 can be used to switch off the AC/DC converter 15 and the DC/DC converter 25 when an opening signal O is set.
  • control unit 28 is preferably set up to control the AC/DC converter 15 at a maximum DC charging voltage of 600 V in such a way that the DC+ line DC+ coupled to the inner conductor DC+ of the charging cable 5 carries a first direct voltage and the DC line coupled to the outer conductor DC of the charging cable 5 carries a second direct voltage, the first direct voltage and the second direct voltage having different signs and the same amounts.
  • control unit 28 is preferably set up to control the AC/DC converter 15 at a DC charging voltage of more than 600 V in such a way that the DC line coupled to the outer conductor DC of the charging cable 5 generates a third DC voltage with a negative sign and an amount of at most 300 V and the DC+ line DC+ coupled to the inner conductor DC+ of the charging cable 5 carries a fourth direct voltage with a positive sign and an amount which corresponds to a difference between the DC voltage and the third direct voltage.
  • the charging station 1 has an intermediate circuit coupled between the AC/DC converter 15 and the DC/DC converter 25 with an intermediate circuit potential ZP and a setting unit 29.
  • the setting unit 29 sets the intermediate potential ZP of the intermediate circuit in such a way that the third DC voltage and the fourth DC voltage are symmetrical to the set intermediate potential ZP.
  • the setting unit 29 preferably has a voltage regulator which is set up to regulate the intermediate potential ZP in such a way that it is symmetrical between the third direct voltage and the fourth direct voltage.
  • Fig. 5 shows a third, alternative embodiment of a charging station 1 to the second embodiment of Fig. 4.
  • the third embodiment of Fig. 5 differs from the second embodiment of Fig. 4 in that for controlling the switching device 26 and the other switching device 8 different, dedicated control signals TI and T2 are used, namely a first control signal TI for the switching device 26 and a second control signal T2 for the further control device 8.
  • the switching device 26 is preferably designed as a first electrically controllable power switching element, and the further switching device 8 is preferably designed as a second controllable power switching element.
  • the first power switching element is an electromagnetically switched power switching element, each of the power switching elements 8, 26 having a non-conducting switching state in which no current can flow and a conducting switching state in which current can flow.
  • each of the power switching elements 8 , 26 is set up to interrupt a flow of energy through the charging station 1 to the energy store 2 of the electric vehicle 3 .
  • the control device 13 is set up to a) control an electromagnetic drive of the first power switching element 26 by means of a first control signal with a pick-up voltage in order to bring the first power switching element 26 from the non-conducting switching state to the conducting switching state, b) the electromagnetic drive of the first power switching element 26 by means of the first drive signal with a holding voltage that is lower than the pull-in voltage after the first power switching element 26 is in the conducting switching state, and c) to drive the second power switching element 8 by means of a second drive signal in order to change the second power switching element 8 from the non-conducting switching state to spend in the conductive switching state after a current flow through the electromagnetic drive of the first power switching element 26 reaches or falls below a specific threshold value.
  • control device 14 can also be taken over by the control device 14 .
  • control device 14 can also be designed as part of the control device 13 .
  • the charging station is preferably without a transformer and can therefore preferably be referred to as a charging station 1 without a transformer.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an embodiment of a method for operating a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3 with electrical energy by means of a multi-phase network 4 that can be coupled to the charging station 1.
  • the charging station 1 is designed, for example, as shown in FIG. 4 or in FIG.
  • the method of FIG. 6 comprises the steps S10, S20, S31 and S32.
  • step S10 a current DC charging voltage negotiated between the charging station 1 and the electric vehicle 3 for charging the electric vehicle 3 is determined.
  • step S20 it is determined whether the currently determined DC charging voltage is less than 600 V. If the current DC charging voltage determined is less than 600 V, step S31 is applied next. However, if the determined DC charging voltage is greater than or equal to 600 V, step S32 is applied.
  • step S31 the AC/DC converter 15 is controlled in such a way that the DC+ line DC+ coupled to the inner conductor DCI of the charging cable 5 or the coupled DC- line DC- carries a first direct voltage and that coupled to the outer conductor DCA of the charging cable 5 DC- line DC- or coupled DC+- line DC+ carries a second DC voltage, with the first DC voltage the second DC voltage have different signs and the same amounts.
  • step S32 if the determined, current DO charging voltage is greater than or equal to 600 V, the AC/DC converter 15 is controlled in such a way that the DC line coupled to the outer conductor DCA of the charging cable 5 is DC or 5 coupled DC+ line DC+ carries a third direct voltage of a maximum amount of 300 V, and the DC+ line DC+ coupled to the inner conductor DCI of the charging cable 5 or the coupled DC- line DC- carries a fourth direct voltage of an amount corresponding to the difference between the DC corresponds to the charging voltage and the third direct voltage, the third direct voltage and the fourth direct voltage having different signs and different magnitudes.
  • the magnitude of the direct voltage carried on the outer conductor DCA is limited to a maximum of 300 V. In particular, this is not life-threatening.
  • the DC charging voltage negotiated between the charging station 1 and the electric vehicle 3 is 800 V
  • the third DC voltage can be ⁇ 300 V
  • the fourth DC voltage can be +500 V.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Ladekabel (5) für eine Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit einer DC-Ladespannung insbesondere von zumindest 600 V vorgeschlagen. Dabei ist das Ladekabel (5) ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter (DC+) und einem hohlzylindrischen Außenleiter (DC–), wobei der Innenleiter (DC+) für eine erste Nennspannung und der Außenleiter (DC–) für eine zweite Nennspannung ausgelegt ist, wobei der Quotient aus der ersten Nennspannung und der zweiten Nennspannung in einem Bereich zwischen 1,1 und 5 liegt, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,3 und 4 liegt, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,6 und 3 liegt.

Description

LADEKABEL FÜR EINE LADESTATION, LADESTATION, SYSTEM MIT EINER MEHRZAHL VON LADESTATIONEN UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER LADESTATION
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, ein System mit einer Mehrzahl solcher Ladestationen sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromladeverfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC-Wandlers in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstr omladeverfahr en kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang.
Im Folgenden werden nur insbesondere Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, besprochen.
Hierzu beschreibt beispielsweise Bombardier in der deutschen Patentanmeldung DE10151153A1 eine trafobehaftete DC-Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit einem Gleichrichter bzw. AC/DC Wandler, einem DOZwischenkreis mit Transformator und einem nachgeschalteten DC/DOWandler.
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP3175529B1, US20190143822A1, US9425641B2 und US9789774B2 bekannt. Alle Lösungen aus dem Stand der Technik haben die Gemeinsamkeit, dass zumindest ein Trafo im System integriert ist, welcher ein lokales IT-Netz ausbildet und dadurch bei einem ersten Fehler kein Fehlerstrom fließt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine Ladestation mit Leistungselektronik verwendet, welche über keinen Trafo verfügt. Hierzu wird auf die Patentanmeldungen DE 102021106275.6 und DE 102021108233.1 der Anmelderin verwiesen.
Herkömmlicherweise werden bei solchen Schnellladeverfahren mit einer hohen DC-Ladespannung von beispielsweise 800 V Ladekabel verwendet, welche zwei in dem Ladekabel angeordnete, parallele Leitungen für DC+ und DC- aufweisen. Wenn aber im Fehlerfall, z. B. bei einem Isolationsbruch des Ladekabels, der Anwender eine dieser Leitungen, DC+ oder DC- berührt, so berührt er eine Spannung von 400 V (dem Betrag nach). Eine solche Spannung von 400 V kann lebensgefährlich sein.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu verbessern
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Ladekabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 7, durch ein System mit einer Mehrzahl von Ladestationen mit den Merkmalen des Anspruchs 17 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit einer DOLadespannung insbesondere von zumindest 600 V vor geschlagen. Dabei ist das Ladekabel ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem hohlzylindrischen Außenleiter, wobei der Innenleiter für eine erste Nennspannung und der Außenleiter für eine zweite Nennspannung ausgelegt ist, wobei der Quotient aus der ersten Nennspannung und der zweiten Nennspannung in einem Bereich zwischen 1,1 und 5 hegt, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,3 und 4 liegt, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,6 und 3 liegt.
Das Ladekabel als Koaxialkabel mit dem für die erste Nennspannung ausgelegten Innenleiter und dem für die zweite Nennspannung ausgelegten Außenleiter ist derart ausgelegt, dass bei einer hohen DC-Ladespannung von beispielsweise 800 V eine dem Betrag nach höhere DC-Spannung (z. B. 500 V) auf dem Innenleiter und eine dem Betrag nach geringere DC-Spannung (z. B. - 300 V) auf dem Außenleiter geführt werden kann.
Durch die Ausbildung des vorliegenden Ladekabels als Koaxialkabel mit dem Innenleiter und dem hohlzylindrischen Außenleiter wird ein Anwender im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Isolationsbruch des Ladekabels, nur den Außenleiter berühren und damit eine dem Betrag nach kleinere Spannung berühren. Beispielsweise wird der Betrag der auf dem Außenleiter geführten Gleichspannung auf 300 V begrenzt. Diese Spannung ist für den Anwender insbesondere nicht lebensgefährlich.
Bei der Berührung des spannungsführenden Außenleiters durch den Anwender entsteht ein Fehlerstrom, der detektierbar ist, wobei in Abhängigkeit einer solchen Detektion eine Schaltvorrichtung, z. B. ein Schütz, geöffnet werden kann. Details hierzu werden im Folgenden näher erläutert. Bei der vorliegenden Anordnung des Ladekabels mit Innenleiter und dem den Innenleiter umgebenden Außenleiter schützt der Außenleiter den Innenleiter. Mit anderen Worten schützt der Außenleiter den Anwender davor, den Innenleiter, der eine dem Betrag nach höhere Gleichspannung führen kann, zu berühren.
Der Innenleiter führt insbesondere eine positive Gleichspannung, wohingegen der Außenleiter eine negative Gleichspannung führt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Innenleiter eine negative Gleichspannung führt und der Außenleiter eine positive Gleichspannung führt.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Innenleiter und der hohlzylindrische Außenleiter in einem isolierenden Kunststoff eingebettet, wobei zusätzlich ein PE-Leiter und eine Charge-Pilot-Signalleitung in dem Kunststoff eingebettet sind.
Bei dieser Ausführungsform liegt der Innenleiter auf der Längsachse des Ladekabels und bildet das Innere des Ladekabels. Der Innenleiter wird von einer ersten Schicht des Kunststoffes umgeben. Der ersten Schicht folgt dann der Außenleiter. Dem Außenleiter folgt dann eine zweite Schicht des Kunststoffes. Damit ist bei dieser Ausführungsform der die vorzugsweise höhere Gleichspannung führende Innenleiter von zwei Kunststoffschichten und dem Außenleiter umgegeben, was zu einem entsprechenden Schutz für den Anwender im Fehlerfall führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ladekabel einen Innenraum und einen Außenraum, wobei der hohlzylindrische Außenleiter den Innenraum begrenzt, wobei in dem Innenraum eine erste Schicht des Kunststoffes den Innenleiter und den Außenleiter trennt, wobei der PE-Leiter und die Charge- Pilot-Signalleitung in dem Außenraum in einer zweiten Schicht des Kunststoffes eingebettet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der PE -Leiter als ein den Außenleiter umgebender hohlzylindrischer Koaxialleiter ausgebildet, welcher in der zweiten Schicht des Kunststoffes eingebettet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Charge-Pilot'Signalleitung und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen außerhalb des PE-Leiters in der zweiten Schicht des Kunststoffes eingebettet sind. Vorzugsweise werden jeweils zwei Temperatur-Signalleitungen für die Anbindung eines Temperatur-Sensors verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der hohlzylindrische Außenleiter als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet. Das Geflecht kann auch als Leitergeflecht bezeichnet werden. Dabei ist das Geflecht vorzugsweise dazu eingerichtet, sich bei einer Dehnung des Ladekabels zusammenzuziehen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine trafolose Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, welche aufweist: einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+- Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, und ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts.
Die Ladestation kann auch als trafolose DC-Ladestation bezeichnet werden. Die vorliegende trafolose Ladestation nutzt keinen Trafo zum Wandeln der Wechselspannung in die Gleichspannung, sondern den AC/DC-Wandler und optional einen nachgeschalteten DC/DC-Wandler. Der AC/DC-Wandler kann auch als Umrichter bezeichnet werden. Der AC/DC- Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung eingerichtet. Die Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.
Die von dem AC/DC-Wandler bereitgestellte Gleichspannung oder eine basierend auf dieser hochgesetzte Gleichspannung, hochgesetzt beispielsweise durch einen DC/DC'Wandler, wird als DC-Ladespannung zum Laden des Energiespeichers des gekoppelten Elektrofahrzeuges verwendet.
Des Weiteren kann die Ladestation insbesondere eine Energiemesseinheit auf- weisen, welche dazu eingerichtet ist, die vom Elektrofahrzeug bezogene Energiemenge zu messen. Zusätzlich kann insbesondere auch eine Abrechnungseinheit vorgesehen sein, welche die von dem Elektrofahrzeug konsumierte Energie gegenüber dem Benutzer oder Kunden abrechnet.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet sind.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges geeignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Ladekabel samt Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intel- ligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die Ladestation kann weiters auch vom Elektrofahrzeug Energie beziehen und in das mehrphasige Netz zurückspeisen. Dies wird in der Fachsprache als Vehicle-to-Grid (V2G) bezeichnet. Insbesondere kann die Ladestation nicht nur zurück ins Netz speisen, sondern auch ein anderes Fahrzeug laden, oder einen anderen Verbraucher versorgen, oder einen anderen Energiespeicher laden. Dieser Prozess wird auch als Vehicle -to- anythin g/e very thing (V2X) bezeichnet.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuereinheit , welche dazu eingerichtet ist, bei einer DC-Ladespannung von höchstens 600 V den AC/DC-Wandler und/oder den DC/DC-Wandler derart anzusteuern, dass die mit dem Innenleiter des Ladekabels gekoppelte DC+-Leitung oder gekoppelte DC--Leitung eine erste Gleichspannung führt und die mit dem Außenleiter des Ladekabels gekoppelte DC--Leitung oder gekoppelte DC+-Leitung eine zweite Gleichspannung führt, wobei die erste Gleichspannung und die zweite Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und gleiche Beträge aufweisen, und bei einer DC-Ladespannung von mehr als 600 V den AC/DC-Wandler und/oder den DC/DC-Wandler derart anzusteuern, dass die mit dem Außenleiter des Ladekabels gekoppelte DC--Leitung oder gekoppelte DC+-Leitung eine dritte Gleichspannung mit einem Betrag von höchstens 300 V führt und die mit dem Innenleiter des Ladekabels gekoppelte DC+-Leitung oder gekoppelte DC-- Leitung eine vierte Gleichspannung mit einem Betrag, welcher einem Differenzbetrag zwischen der DC-Ladespannung und der dritten Gleichspannung entspricht, führt, wobei die dritte Gleichspannung und die vierte Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und unterschiedliche Beträge aufweisen. Durch diese Ansteuerung ist die auf dem Außenleiter geführte Gleichspannung dem Betrag nach auf maximal 300 V beschränkt. Diese ist insbesondere nicht lebensgefährlich. Beträgt beispielsweise die zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug ausgehandelte DOLadespannung 800 V, so kann die dritte Gleichspannung - 300 V betragen, wohingegen die vierte Gleichspannung + 500 V betragen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem AC/DC-Wandler nachgeschalteten DC/DC-Wandler, einen zwischen dem AC/DC- Wandler und dem DC/DC-Wandler gekoppelten Zwischenkreis mit einem Zwischenpotential und eine Einstelleinheit zur Einstellung des Zwischenpotentials des Zwischenkreises derart, dass die dritte Gleichspannung und die vierte Gleichspannung symmetrisch zu dem eingestellten Zwischenpotential sind.
Für das obige Beispiel der dritten Gleichspannung mit - 300 V auf dem Außenleiter und + 500 V auf dem Innenleiter wird die Einstelleinheit das Zwischenpotential auf + 100 V schieben. Somit sind die dritte Gleichspannung von - 300 V und die vierte Gleichspannung von + 500 V symmetrisch zu dem eingestellten Zwischenpotential von + 100 V. Diese symmetrische Einstellung erhöht die Sicherheit des Gesamtsystems Ladestation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Einstelleinheit einen Spannungsregler, welcher dazu eingerichtet ist, das Zwischenpotential derart zu regeln, dass dieses symmetrisch zwischen der dritten Gleichspannung und der vierten Gleichspannung liegt.
Der vorliegende Spannungsregler ermöglicht die Regelung des Zwischenpotentials auf denjenigen Wert, der äquidistant (dem Spannungsbetrag nach) zwischen der dritten Gleichspannung und der vierten Gleichspannung hegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation: einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeithch veränderhchen Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist, eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+- Leitung und der DC--Leitung eingerichtet ist, und eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereit-steilen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen DC+-Leitung und der DC--Leitung eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC- ■Leitung eingerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation: einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeithch veränderhchen Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist, eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, und eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform der Ladestation werden vorteilhafterweise zur Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, pulsierenden Gleichfehlerströmen und Gleichfehlerströmen und zur Abschaltung der DC+- Leitung und der DC--Leitung und/oder der Phasen und des Neutralleiters bei detektiertem Fehler nur ein einziger Fehlerstromsensor und eine einzige Ab- schaltvorrichtung, zum Beispiel ein DC'Schütz, verwendet. Diese einzige Abschaltvorrichtung wird darüber hinaus auch von der funktionalen Steuerung verwendet, welche insbesondere als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet ist. Für eine doppelte Isolierung kann von der funktionalen Steuerung der AC/DC- Wandler und/oder DC/DC-Wandler so angesteuert werden, dass dieser ebenfalls als Schalter wirkt.
Der Fehlerstromsensor kann auch als allstromsensitiver Fehlerstromsensor bezeichnet werden. Die Sch alt Vorrichtung kann auch als Schaltelement bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie bei einem Ausfall der Netzspannung, insbesondere selbstständig, öffnet und somit einen sicheren Zustand herstellen kann.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen die Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein Schütz oder Relais, Anschlussklemmen, elektronische Schaltkreise, den Fehlerstromsensor, ein Kommunikationsmodul, eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, einen EMV'Filter und zumindest ein Netzteil. Die Steuervorrichtung umfasst beispielsweise eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahr- zeug angeordnet sind, sowie eine Authentifizierungseinrichtung wie beispielsweise RFID/NFC-Reader/Bluetoothmodule oder einem automatisierten Authori- sierungsvorgang über High-Level'Communication, insbesondere nach ISO 15118 Standard, oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip und dergleichen.
Das dritte Ansteuersignal wird insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation generiert. Bei der Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung wird sichergestellt, dass ausschließlich ein valider Benutzer bzw. ein der Ladestation bekanntes Elektrofahrzeug an der Ladestation laden darf. Für die Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung können eine oder mehrere der folgenden Technologien eingesetzt werden: RFID, Bluetooth, Code-Eingabe, Fingerabdrucklesegerät, Venenscanner oder ähnliches. Ein Elektrofahrzeug kann hierbei beispielsweise seine ID über High-Level- Communication, insbesondere ISO 15118 oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip übertragen.
Mittels ISO 15118 kann detektiert werden, wenn sich das Elektrofahrzeug nicht an einen ausgehandelten Ladeplan hält. Der richtige Anschluss des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation kann beispielsweise mittels eines Plug-Present-Sensors und/oder eines Charge-Pilot-Signals und/oder der Verriegelungsdetektionseinheit detektiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern, insbesondere im Fehlerfall abzuschalten. Damit wirkt der AC/DC-Wandler wie ein mechanischer Schalter und bewirkt im Leistungspfad eine zweite Isolierung. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern und/oder einen dem AC/DC-Wandler nachgeschalteten DC/DC'Wandler mit einem in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern. Damit wirken der AC/DC-Wandler wie auch der DC/DC'Wandler als mechanische Schalter und bewirken im Leistungspfad eine weitere Isolierung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuerschaltung, welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, die Phasen und der Neutralleiter können ebenfalls geöffnet werden. Zusätzlich kann die Leistungselektronik abgeschaltet werden, indem ein in Abhängigkeit des Öffnungssignals generiertes Steuersignal diese öffnet. Dies bewirkt eine doppelte Isolierung des Fahrzeugs gegenüber dem Netz.
Die Ansteuerschaltung steuert demnach die Schaltvorrichtung dann zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder der Phasen und des Neutralleiters an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale bereitgestellt ist bzw. gesetzt sind. Damit reicht ein bereitgestelltes Ansteuersignal aus, um die DC+- Leitung und die DC--Leitung der Ladestation zu öffnen und einen sicheren Zustand herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zusätzlich zu der Schaltvorrichtung im DC'Stromkreis eine weitere Schaltvorrichtung im AC'Stromkreis vorgesehen, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist.
Vorzugsweise ist dabei die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass diese die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind fünf Anschlussklemmen für die drei Phasen, den Neutralleiter und einen PE-Leiter vorgesehen, wobei der Fehlerstromsensor den Anschlussklemmen nachgeschaltet ist, der AC/DC-Wandler dem Fehlerstromsensor nachgeschaltet ist, die Schaltvorrichtung dem AC/DC- Wandler nachgeschaltet ist und die Klemmleiste der Schaltvorrichtung nachge- schalten ist, und an der Klemmleiste das Ladekabel verbunden ist, insbesondere fest verbunden oder angeschlagen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern, insbesondere abzuschalten.
Insbesondere schaltet die Steuervorrichtung den AC/DC-Wandler mittels des Steuersignals dann aus, wenn das Öffnungssignal gesetzt ist. Mit anderen Worten schaltet die Steuervorrichtung den AC/DC-Wandler dann aus, wenn zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Ladekabel zugeordneten Isolationsbruch-Sensor zum Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist.
Ein Isolationsbruch des Ladekabels ist beispielsweise ein Bruch eines Kabelmantels des Ladekabels oder ein Bruch der Isolation an dem Ladestecker des Ladekabels.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation alternativ oder zusätzlich einen dem Gehäuse der Ladestation zugeordneten Isolationsbruch- Sensor, welcher dazu eingerichtet ist, ein Isolationsbruch-Sensorsignal bereitzu- stellen, welches indikativ für eine Beschädigung der Isolation des Gehäuses der Ladestation ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, das bereitgestellte Isolationsbruch- Sensorsignal zum Ermitteln eines Isolationsbruches des Ladekabels und/oder des Gehäuses der Ladestation auszuwerten. Dabei ist die Steuervorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, das dritte Ansteuersignal in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches bereitzustellen.
Wenn demnach mittels der Aus werteeinheit ein Isolationsbruch an dem Ladekabel, seinem Ladestecker und/oder an dem Gehäuse der Ladestation festgestellt ist, wird das dritte Ansteuersignal von der Steuervorrichtung bereitgestellt, so dass die Ansteuerschaltung die Schaltvorrichtung derart ansteuert, dass diese die DC+-Leitung und DC--Leitung der Ladestation öffnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind fünf Anschlussklemmen für die drei Phasen, den Neutralleiter und einen PE -Leiter vorgesehen, wobei ein den fünf Anschlussklemmen nachgeschaltetes EMV-Filter vorgesehen ist, der Fehlerstromsensor dem EMV-Filter nachgeschaltet ist, die weitere Schaltvorrichtung dem Fehlerstromsensor nachgeschaltet ist, der AC/DC-Wandler der weiteren Schaltvorrichtung nachgeschaltet ist, ein dem AC/DC-Wandler nachgeschalteter DC/DC'Wandler vorgesehen ist, die Schaltvorrichtung dem DC/DC-Wandler nachgeschaltet ist, ein der Schaltvorrichtung nachgeschaltetes weiteres EMV- Filter vorgesehen ist und die Klemmleiste, an welcher das Ladekabel verbunden ist, dem weiteren EMV-Filter nachgeschaltet ist.
Der DC/DC'Wandler ist insbesondere dazu eingerichtet, die von dem AC/DC- Wandler bereitgestellte Gleichspannung hochzusetzen und als DC- Ladespannung ausgangsseitig bereitzustellen. Der DC/DC-Wandler kann auch als Gleichspannungs wandler bezeichnet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung und die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels des Öffnungssignals derart anzusteuern, dass diese die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, wie auch durch die zweite Schaltvorrichtung die Phasen und der Neutralleiter.
Ist demnach zumindest eines der Ansteuersignale in dieser Ausführungsform bereitgestellt (oder gesetzt), so steuert die Ansteuerschaltung sowohl die Schaltvorrichtung als auch die weitere Schaltvorrichtung an, so dass diese die DC+- Leitung und die DC--Leitung wie auch die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnen. Zusätzlich können auch der AC/DC-Wandler und der DC/DC- Wandler entsprechend abgeschaltet werden. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet und die weitere Schaltvorrichtung ist als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Dabei ist das erste Leistungsschaltelement ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation zu dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges eingerichtet ist. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet: a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
Für die Schritte a) und b) kann das erste Ansteuersignal insbesondere unterschiedliche Amplituden aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Ansteuersignal in den Schritten a) und b) auch unterschiedlich moduliert sein, beispielsweise durch Anwendung einer PWM-Modulation (PWM; Pulsweitenmodulation).
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das erste Leistungsschaltelement zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Schaltzustand verbracht wird, bereits mit reduziertem Haltestrom aufgrund der reduzierten Haltespannung angesteuert wird und daher schneller abschaltbar ist. Da ein Energiefluss durch die Ladestation erst dann möglich ist, wenn das zweite Leistungsschaltelement leitend ist, kann in einem unmittelbar danach auftretenden Fehlerfall, wie beispielsweise ein Kurzschluss oder ein Erdschluss in dem zu ladenden Elektrofahrzeug oder dergleichen, das erste Leistungsschaltelement schneller abgeschaltet werden, als es ohne diese Ausführungsform möglich ist. Damit wird die Betriebssicherheit der Ladestation erhöht.
Unter dem Begriff "Leistungsschaltelement" wird insbesondere verstanden, dass es sich um Schalter handelt, die eine elektrische Last zu- oder abschalten können. Im leitenden Zustand, der auch als eingeschalteter Zustand bezeichnet werden kann, kann eine elektrische Leistung durch das Schaltelement fließen, die im Bereich von einigen Watt bis hin zu mehreren Kilowatt, beispielsweise bis zu 500 kW, betragen kann. Dies ist im Gegensatz zu reinen Signalschaltern zu sehen, die nur zum Schalten von Signalen, deren elektrische Leistung deutlich unter einem Watt liegt, geeignet sind. Unter dem Begriff "elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement" wird beispielsweise ein Schaltelement verstanden, das über eine entsprechende elektrische Ansteuerung oder auch Ansteuerschaltung schaltbar ist. Beispiele für elektrisch steuerbare Schaltelemente sind elektromechanische Relais sowie elektronische Schalter, die auch als Halbleiterrelais bezeichnet werden können.
Unter dem Begriff "elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement" wird beispielsweise ein Relais oder ein Schütz verstanden, welches ein mechanisches Betätigungselement aufweist, das durch ein von einem Elektromagneten, insbesondere einer Spule, erzeugbares Magnetfeld betätigbar ist. Wenn das Betätigungselement betätigt wird, schließt es die schaltbaren Kontakte, so dass das Relais oder der Schütz eingeschaltet ist. Das Betätigungselement kann auch als Anker bezeichnet werden und die schaltbaren Kontakte können auch als Arbeitskontakte bezeichnet werden. In dem nicht-leitenden Zustand, der auch als ausgeschalteter oder geöffneter Zustand bezeichnet werden kann, sind die Arbeitskontakte durch einen Spalt voneinander getrennt, wobei die Größe des Spalts in Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung, die an den Arbeitskontakten angelegt wird, sowie des erforderlichen Stromabschaltvermögens des Schaltelements, bestimmt ist.
Darunter, dass jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses eingerichtet ist, wird insbesondere verstanden, dass die Ladestation keine Energie überträgt, wenn zumindest eines der beiden Leistungsschaltelemente ausgeschaltet, das heißt in dem nicht-leitenden Zustand ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die beiden Leistungsschaltelemente in Bezug auf den Energiefluss durch die Ladestation in Reihe geschaltet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse der Ladestation doppelt isoliert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ladekabel samt seinem Ladestecker doppelt isoliert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung eine Wired-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal, das zweite Ansteuersignal und das dritte Ansteuersignal ODER- verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Einheit dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
Unter Emulieren eines Fehlerstrom-Schutzschalters Typ A ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Fehlerstrom-Schutzschalters Typ A, beispielsweise ein Nachbilden der Fehleranalyse-Funktionalität des Fehlerstrom- Schutzschalters Typ A in Software, zu verstehen.
Insbesondere sind die erste Einheit und/oder die zweite Einheit als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Beispielsweise sind die erste Einheit und die zweite Einheit in Software implementiert. Alternativ können die erste und/oder die zweite Einheit als FPGA oder als ASIC ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Einheit dazu eingerichtet, ein Gleichstrom-Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Detection -Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual- Direct-Current'Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.
Unter Emulieren eines Gleichstrom-Detektionsgerätes ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Gleichstrom-Detektionsgerätes, beispielsweise des Residu- al-Direct'Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955 oder des Residu- al-Direct-Current-Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, in Software, zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Modul, welches die erste Einheit und die zweite Einheit integriert und dazu eingerichtet ist, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 61008'1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden. Das Modul der vorliegenden Ausführungsform bildet demnach den Fehlerschutz des Fehlerstrom-Schutzschalters Typ B, beispielsweise gemäß der Norm EN 61008-1 oder gemäß der Norm EN 62423, aus bzw. nach. Das Modul ist beispielsweise als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Das Modul kann in Software und/oder in Hardware ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Strommesseinrichtung zum Messen des auf den Phasen in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug fließenden Stroms. Die Strommesseinrichtung ist ein Nutzstromsensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein Schütz, als ein Vierphasen-Relais oder durch vier Relais für die drei Phasen und den Neutralleiter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Test- Einheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen, in den Neutralleiter und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors einzuprägen und auszuwerten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Test-Einheit dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Test- taste getriggert zu werden.
Der Testbefehl ist insbesondere ein Software-Befehl, mittels dem die Test- Einheit derart getriggert werden kann, dass sie das Testen und damit das Einprägen des Teststroms auslöst. Der Testbefehl bildet damit insbesondere die von herkömmlichen Fehlerstrom- Schutzschaltern Typ A bekannte Testtaste nach. Die herkömmliche mechanische Testtaste ist damit insbesondere bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise nicht nötig. Beispielsweise kann der Testbefehl über jegliche Formen eines Backend generiert und an die Ladestation übertragen werden. Ein Beispiel hierfür ist, dass ein Benutzer über eine Smartphone-App den Testbefehl an die Ladestation überträgt. Gemäß einem weiteren Beispiel setzt der Betreiber der Ladestation den Testbefehl in regelmäßigen Abständen über seinen Server an die mit dem Server gekoppelte Ladestation ab. Gemäß einem weiteren Beispiel beendet die Ladestation einen Ladevorgang stets dadurch, dass die Sicherheitskette komplett getestet wird und dabei ein Strom über einen Software-Befehl der Steuervorrichtung an die Test-Einheit gesendet wird. Die Test-Einheit prägt dann den Teststrom ein, der Teststrom wird vom Sensor erkannt und der Schütz wird ausgelöst. Hierdurch erfolgt vorzugsweise stets am Ende des Ladevorgangs ein Test mit tatsächlicher Stromflussunterbrechung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Elektromechanik zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der Schaltvorrichtung gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der Schaltvorrichtung folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung.
Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs. Die nicht von der Blende überdeckte LED ist für den Benutzer sichtbar. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der Schaltvorrichtung folgt die Blende stets der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung und zeigt, insbesondere mittels der Farben rot und grün, die Schaltstellung der Schaltvorrichtung, beispielsweise des Schützes, an.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher gekoppelt, so dass die Elektromechanik dazu geeignet ist, auch im energielosen Zustand der Ladestation die Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung für eine vorbestimmte Zeit aufrecht zu erhalten. Der Energiespeicher ist beispielsweise als Batterie ausgeführt.
Beispielsweise sind eine elektrische Kopplung einer mechanischen Anzeige (z.B. ein bistabiler Hubmagnet mit einer Farbcodierung (Rot/Grün) am Anker) und eine Blende, die jeweils nur eine Farbe zeigt, an den Rückmeldekontakten der Schaltvorrichtung in Kombination mit einem Energiespeicher vorgesehen, der beim Ausfall der Versorgung dafür sorgt, dass die Schaltvorrichtung noch eine Zeit lang überwacht wird und die Anzeige erfolgt. Der Endzustand des Relais ist im stromlosen Zustand offen, es sei denn, es ist verschweißt, dann bleibt es stabil geschlossen - beides ist mit einem gegrenzten Energiespeicher realisierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Teststrom ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom, welcher eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist. Der Teststrom ist somit insbesondere derart ausgebildet, dass er nicht als Fehlerstrom interpretiert wird. Der Teststrom ist insbesondere ein Signal, welches in der Praxis nicht vorkommen kann und damit nicht als Fehler interpretiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Fehlerstromsensor ausgebildet: durch einen Summenstrom- Wandler zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms, oder durch vier Stromwandler für die drei Phasen und den Neutralleiter zum Bereitstellen eines jeweiligen Ausgangssignals und eine den vier Stromwandlern nachgeschaltete Addiereinheit zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms durch Addition der von den vier Stromwandlern bereitgestellten Ausgangssignale.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommunikationsmodul, welches dazu eingerichtet ist, entweder mittels PWM-Signalen dem Elektrofahrzeug eine Energiebezugsmenge vorzugeben oder gemäß der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekop- pelten Elektrofahrzeuges auszuhandeln. Das Aushandeln erfolgt wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladestation, beispielsweise die Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereit- stellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ladestation auf: eine Kommunikationsschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation verwaltet, auszutauschen, eine Benutzerschnittstelle für Eingaben eines Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer, und/oder ein Netzteil, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung und/oder die Komponenten der Ladestation bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung der Ladestation dazu eingerichtet, das Öffnungssignal, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug zu übertragen, mittels welchem dann eine im Elektrofahrzeug eingebaute Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein DC-Fahrzeug-Schütz, geöffnet werden kann. Das heißt, wenn im Fehlerfall das Schaltelement und/oder das weitere Schaltelement durch das Öffnungssignal geöffnet wird, dann wird dieses Öffnungssig- nal zusätzlich über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug übertragen, welches dann den im Elektrofahrzeug eingebauten DOFahrzeug- Schütz öffnet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ladekabel sowohl von Seiten der Ladestation, insbesondere dem Netz, als auch von Seite des Elektrofahrzeuges, insbesondere der sich um Elektrofahrzeug befindlichen Batterie, potential- frei ist.
Die jeweilige Einheit, zum Beispiel die erste Einheit oder die zweite Einheit, kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardware-technischen Implementierung kann die Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen vorgeschlagen (mit N > 2), wobei die jeweilige Ladestation gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung sind die N Ladestationen mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden, welcher mit dem Netzanschlusspunkt gekoppelt ist. Durch die Ausbildung der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ist es möglich, die N Ladestationen mittels der Sternschaltung zu koppeln und mit einem einzigen Leistungsschutzschalter gegenüber dem Netzanschlusspunkt zu sichern. Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vor geschlagen. Die Ladestation umfasst einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler und ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts. Die Ladestation ist insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Ermitteln einer aktuellen DC-Ladespannung zum Laden des mit der Ladestation gekoppelten Elektrofahrzeuges, b) Feststellen, ob die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung kleiner als 600 V ist, cl) falls die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung kleiner als 600 V ist, Ansteuern des AC/DC-Wandlers derart, dass die mit dem Innenleiter des Ladekabels gekoppelte DC+-Leitung oder gekoppelte DC--Leitung eine erste Gleichspannung führt und die mit dem Außenleiter des Ladekabels gekoppelte DC-- Leitung oder gekoppelte DC+-Leitung eine zweite Gleichspannung führt, wobei die erste Gleichspannung und die zweite Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und gleiche Beträge aufweisen, und c2) falls die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung größer als oder gleich 600 V ist, Ansteuern des AC/DC-Wandlers derart, dass die mit dem Außenleiter des Ladekabels gekoppelte DC--Leitung oder gekoppelte DC+-Leitung eine dritte Gleichspannung mit einem Betrag von höchstens 300 V führt und die mit dem Innenleiter des Ladekabels gekoppelte DC+-Leitung oder gekoppelte DC-- Leitung eine vierte Gleichspannung mit einem Betrag, welcher einem Differenzbetrag zwischen der DC-Ladespannung und der dritten Gleichspannung entspricht, führt. Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vor geschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladestation auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug!
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation!
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation! Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges! und
Fig. 6 zeigt ein schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem elektrischen Energiespeicher 2 eines Elektrofahrzeuges 3.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 6 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter N. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 3 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Klemmleiste 16 (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 4) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt.
Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 4) und ist zum Laden des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.
Das Gehäuse der Ladestation 1 ist insbesondere doppelt isoliert. Des Weiteren ist das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 (siehe beispielsweise Fig. 4) ebenfalls vorzugsweise doppelt isoliert. Im Ladestecker 17 sind die leistungsführenden Leiter (DC+-Leitung und DC"Leitung) einzeln isoliert, das Gehäuse des Ladesteckers 17 wirkt ebenfalls isolierend. Der Ladestecker 17 kann zusätzlich innen mit einer isolierenden Masse vergossen werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels 5 für eine Ladestation 1, beispielsweise der Ladestation 1 nach Fig. 1.
Das Ladekabel 5 der Fig. 2 ist ein Koaxialkabel und hat einen Innenleiter DCI sowie einen hohlzylindrischen Außenleiter DCA. Der hohlzylindrische Außenleiter DCA ist vorzugsweise als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, beispielsweise Drähten, ausgebildet.
Der Innenleiter DCI und der hohlzylindrische Außenleiter DCA sind in einem isolierendem Kunststoff Kl, K2 eingebettet. Zusätzlich hat das Ladekabel 5 der Fig. 2 einen PE-Leiter PE und eine Charge-Pilot-Signalleitung CP, welche ebenfalls beide in dem Kunststoff Kl, K2 eingebettet sind. Weiter hat das Ladekabel 5 einen Innenraum IR und einen Außenraum AR. Der hohlzylindrische Außenleiter DCA begrenzt den Innenraum IR. In dem Innenraum IR trennt eine erste Schicht Kl des Kunststoffes den Innenleiter DCI und den Außenleiter DCA. Der PE-Leiter PE und die Charge-Pilot-Signalleitung CP sind in der Fig. 2 in dem Außenraum AR in einer zweiten Schicht K2 des Kunststoffes eingebettet.
Der Innenleiter DCI ist für eine erste Nennspannung und der Außenleiter DCA ist für eine zweite Nennspannung ausgelegt. Der Quotient aus der ersten Nennspannung und der zweiten Nennspannung hegt in einem Bereich zwischen 1.1 und 5, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,3 und 4, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,6 und 3,0.
In Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ladekabels 5 für eine Ladestation 1, beispielsweise der Ladestation 1 nach Fig. 1, dargestellt.
Auch das Ladekabel 5 der Fig. 3 ist ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter DCI und einem hohlzylindrischen Außenleiter DCA.
Der Innenleiter DCI und der hohlzylindrische Außenleiter DC- sind in einem isolierendem Kunststoff Kl, K2 eingebettet. Zusätzlich hat das Ladekabel 5 der Fig. 3 einen hohlzylindrischen PE-Leiter PE, eine Charge-Pilot'Signalleitung CP und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen T, welche ebenfalls beide in dem Kunststoff Kl, K2 eingebettet sind. Des Weiteren hat das Ladekabel 5 einen Innenraum IR und einen Außenraum AR. Der hohlzylindrische Außenleiter DCA begrenzt den Innenraum IR. In dem Innenraum IR trennt eine erste Schicht Kl des Kunststoffes den Innenleiter DCI und den Außenleiter DCA.
Der Innenleiter DCI ist für eine erste Nennspannung und der Außenleiter DCA ist für eine zweite Nennspannung ausgelegt. Der Quotient aus der ersten Nennspannung und der zweiten Nennspannung hegt in einem Bereich zwischen 1.1 und 5, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,3 und 4, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,6 und 3,0.
Der PE-Leiter des Ladekabels 1 nach Fig. 3 ist als ein den Außenleiter DCA umgebender hohlzylindrischer Koaxialleiter ausgebildet. Dieser ist in der zweiten Schicht K2 des Kunststoffes eingebettet.
Die Charge-Pilot'Signalleitung CP der Fig. 3 ist wie die Mehrzahl von Temperatursignalleitungen T außerhalb des PE -Leiters PE in der zweiten Schicht K2 des Kunststoffes eingebettet. Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die zweite Ausführungsform der Ladestation 1 der Fig. 4 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 1.
Die Ladestation 1 der Fig. 4 hat fünf eingangsseitige Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe zum Koppeln der Phasen LI, L2, L3, des Neutralleiters N und des PE -Leiters PE des mehrphasigen Netzes 4.
Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 eine Klemmleiste 16, an welcher das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 angeschlagen ist.
Zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Klemmleiste 16 sind ein EMV-Filter 24, ein dem EMV-Filter 24 nachgeschalteter Fehlerstromsensor 9, eine dem Fehlerstromsensor 9 nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung 8, ein der weiteren Schaltvorrichtung 8 nachgeschalteter AC/DC- Wandler 15, ein dem AC/DC-Wandler 15 nachgeschalteter DC/DC-Wandler 25, eine dem DC/DC-Wandler 25 nachgeschaltete Schaltvorrichtung 26 und ein der Schaltvorrichtung 26 nachgeschaltetes weiteres EMV-Filter 27 vorgesehen.
Des Weiteren kann auch eine Strommesseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche zum Messen des auf den Phasen LI, L2, L3 in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug 3 fließenden elektrischen Stroms eingerichtet ist. Die Strommesseinrichtung ist ein Nutzstromsensor und ist zum Messen des auf den Phasen LI, L2, L3 in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug 3 fließenden elektrischen Stroms eingerichtet.
Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 das Ladekabel 5 mit einem Ladestecker 17. zum Anschließen an das Elektrofahrzeug 3. Das Ladekabel 5 ist beispielsweise gemäß der Fig. 2 oder der Fig. 3 ausgebildet. Der AC/DC-Wandler 15 wandelt die von dem mehrphasigen Netz 4 über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung und stellt diese als positive Gleichspannung DC+ und negative Gleichspannung DC- über zwei Ausgangsleitungen, auch bezeichnet mit DC+ und DC-, dem DC/DC- Wandler 25 bereit.
Die dem DC/DC-Wandler 25 nachgeschaltete Schaltvorrichtung 26 ist zum Öffnen und Schließen der DC+--Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- der Ladestation 1 geeignet. Die Schaltvorrichtung 26 ist beispielsweise ein Schütz oder besteht aus Relais für die Abschaltung der DC-Spannung. Die Schaltvorrichtung 26 ist auf der DC -Seite der Ladestation 1 angeordnet und kann auch als DC- Schaltvorrichtung bezeichnet werden. Die DC'Schaltvorrichtung ist beispielsweise ein Schütz.
Der Fehlerstromsensor 9 ist den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N zugeordnet und zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet. Der Fehlerstromsensor 9 ist beispielsweise ein Summenstromwandler.
Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der Fig. 4 eine erste Einheit 11, eine zweite Einheit 12 und eine Steuervorrichtung 13. Die Steuervorrichtung 13 ist insbesondere die zentrale Steuervorrichtung der Ladestation 1 zum Steuern der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation 1. Die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 können - wie in Fig. 4 dargestellt - extern der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein. Alternativ sind die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet.
Die erste Einheit 11 ist zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströ- men und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- eingerichtet. Dabei ist die erste Einheit 11 Vorzugs- weise dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom- Schutzschalter Typ A, bevorzugt gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
Die zweite Einheit 12 ist zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI , L2, L3 und des Neutralleiters N eingerichtet.
Vorzugsweise ist die zweite Einheit 12 dazu eingerichtet, ein Gleichstrom- Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct'Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.
Die Ladestation 1 kann auch ein Modul (nicht gezeigt) umfassen, welches die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 integriert und welches dazu eingerichtet ist, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 610081'1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden oder nachzubilden. Das Modul kann auch als Teil des Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein.
Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, ein drittes Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+- Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI , L2, L3 und des Neutralleiters N bereitzustellen. Dabei generiert die Steuervorrichtung 13 das dritte Ansteuersignal A3 insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels 5 an dem Elektrofahrzeug 3 und/oder an der Ladestation 1. Ferner umfasst die Ladestation 1 eine Ansteuerschaltung 14. Die Ansteuerschaltung 14 ist dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung 26 und oder die weitere Schaltvorrichtung 8, falls zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals O derart anzusteuern, dass diese die DC+-Leitung DC+ und die DC--Leitung DC- und/oder die Phasen LI , L2, L3 und der Neutralleiter N der Ladestation 1 öffnet. Mit anderen Worten steuert die Ansteuerschaltung 14 die Schaltvorrichtung 26 dann zum Öffnen der DC+ und DC- Leitungen und/oder die weitere Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI , L2, L3 und des Neutralleiters N an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist beziehungsweise gesetzt sind. Beispielsweise umfasst die Ansteuerschaltung 14 hierzu eine WIRED-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal Al, das zweite Ansteuersignal A2 und das dritte Ansteuersignal A3 ODER-verknüpft. Ferner ist die Ansteuerschaltung 14 der Fig. 4 insbesondere dazu eingerichtet, neben der Schaltvorrichtung 26 auch die weitere Schaltvorrichtung 8, falls zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels des Öffnungssignals O derart anzusteuern, dass diese die Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N in der Ladestation 1 öffnet. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation 1 erhöht.
Außerdem illustriert die Fig. 4, dass ein Charge-Pilot-Signal CP zwischen der Steuervorrichtung 13 der Ladestation 1 über das Ladekabel 5 mit dem Elektrofahrzeug 3 übertragen werden kann.
Ferner umfasst die Ladestation 1 der Fig. 4 ein Kommunikationsmodul 19. Das Kommunikationsmodul 19 ist dazu eingerichtet, gemäß einer High-Level- Communication, insbesondere dem ISO 15118 Standard einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Elektrofahrzeuges 3 auszuhandeln.
Außerdem umfasst die Ladestation 1 der Fig. 4 eine Kommunikationsschnittstelle 20. Die Kommunikationsschnittstelle 20 ist dazu eingerichtet, Daten mit ei- nem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation 1 verwaltet, auszutauschen. Über das Endgerät kann sich der Benutzer insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren aber auch das Fahrzeug insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren.
Vorzugsweise sind das Kommunikationsmodul 19 und die Kommunikations- Schnittstelle 20 als eine einzige Komponente ausgebildet, welche beide Aufgaben erledigen kann.
Ferner hat die Ladestation 1 der Fig. 4 eine Benutzerschnittstelle 21 für Eingaben des Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer. Beispielsweise umfasst die Benutzerschnittstelle 21 einen Touchscreen. Außerdem ist zumindest ein Netzteil 22 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung 13 und/oder die weiteren Komponenten der Ladestation 1 bereitzustellen.
Des Weiteren ist dem Ladekabel 5 der Fig. 4 ein Isolationsbruch-Sensor 18 zugeordnet. Der Isolationsbruch-Sensor 18 ist dazu geeignet, ein Isolationsbruch- Sensorsignal IS bereitzustellen, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels 5, des Ladesteckers 17 und/oder des Gehäuses 1 ist. Zur Bereitstellung des Isolationsbruch-Sensorsignals IS führt der Isolationsbruch-Sensor 18 beispielsweise eine Impedanzmessung, eine kapazitive Messung, eine Spannungsmessung, eine Strommessung, eine Leistungsmessung und/oder eine induktive Messung durch. Ein Beispiel für einen solchen Isolationsbruch ist ein Bruch des isolierenden Mantels des Ladekabels 5.
Des Weiteren hat die Ladestation 1 der Fig. 4 eine Auswerteeinheit 23, welche dazu eingerichtet ist, das bereitgestellte Isolationsbruch-Sensorsignal IS zum Ermitteln eines Isolationsbruchs IB des Ladekabels 5 des Ladesteckers 17 und/oder des Gehäuses 1 auszuwerten. Alternativ oder zusätzlich können weitere Isolationsbruch-Sensoren vorgesehen sein (nicht gezeigt), beispielsweise zugeordnet dem Ladestecker 17 und/oder dem Gehäuse der Ladestation 1.
Die Steuervorrichtung 13 ist dann dazu eingerichtet, das dritte Ansteuersignal A3 in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches IB bereitzustellen. Mit anderen Worten, wird ein Isolationsbruch IB festgestellt, so wird das dritte Ansteuersignal A3 bereitgestellt beziehungsweise gesetzt und folglich öffnet die Schaltvorrichtung 26 und/oder die weitere Schaltvorrichtung 8.
Des Weiteren weist die Ladestation 1 vorzugsweise eine Elektromechanik (nicht gezeigt) zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 auf. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der weiteren Schaltvorrichtung 8 gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8. Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs, wohingegen die nicht von der Blende überdeckte LED für den Benutzer sichtbar ist. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der weiteren Schaltvorrichtung 8 folgt die Blende stets der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung derart, dass diese dem Benutzer die Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 mittels der F arben Rot und Grün anzeigt.
Vorzugsweise ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher derart gekoppelt, dass die Elektromechanik auch im energielosen Zustand der Ladestation 1 die Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten kann.
Außerdem hat die Ladestation 1 der Fig. 4 eine mit der Steuervorrichtung 13 gekoppelte Ansteuereinheit 28, welche zur Ansteuerung des AC/DC-Wandlers 15 mittels eines Steuersignals Cl und zur Ansteuerung des DC/DC-Wandlers 25 mittels eines Ansteuersignals C2 eingerichtet ist. Beispielsweise können die Ansteuersignale Cl und C2 eingesetzt werden, um bei Vorliegen eines gesetzten Öffnungssignals O den AC/DC-Wandler 15 sowie den DC/DC-Wandler 25 abzuschalten.
Des Weiteren ist die Ansteuereinheit 28 vorzugsweise dazu eingerichtet, bei einer DC-Ladespannung von höchstens 600 V den AC/DC-Wandler 15 derart anzusteuern, dass die mit dem Innenleiter DC+ des Ladekabels 5 gekoppelte DC+- Leitung DC+ eine erste Gleichspannung führt und die mit dem Außenleiter DC- des Ladekabels 5 gekoppelte DC--Leitung eine zweite Gleichspannung führt, wobei die erste Gleichspannung und die zweite Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und gleiche Beträge aufweisen.
Des Weiteren ist die Ansteuereinheit 28 vorzugsweise dazu eingerichtet, bei einer DC-Ladespannung von mehr als 600 V den AC/DC-Wandler 15 derart anzusteuern, dass die mit dem Außenleiter DC- des Ladekabels 5 gekoppelte DC-- Leitung DC- eine dritte Gleichspannung mit negativen Vorzeichen und einen Betrag von höchstens 300 V führt und die mit dem Innenleiter DC+ des Ladekabels 5 gekoppelte DC+-Leitung DC+ eine vierte Gleichspannung mit positiven Vorzeichen und einem Betrag führt, welcher einem Differenzbetrag zwischen der DC — Spannung und der dritten Gleichspannung entspricht.
Des Weiteren hat die Ladestation 1 einen zwischen dem AC/DC-Wandler 15 und dem DC/DC-Wandler 25 gekoppelten Zwischenkreis mit einem Zwischenkreispotential ZP sowie eine Einstelleinheit 29. Die Einstelleinheit 29 stellt das Zwischenpotential ZP des Zwischenkreises derart ein, dass die dritte Gleichspannung und die vierte Gleichspannung symmetrisch zu dem eingestellten Zwischenpotential ZP sind. Vorzugsweise weist die Einstelleinheit 29 hierzu einen Spannungsregler auf, welcher dazu eingerichtet ist, das Zwischenpotential ZP derart zu regeln, dass dieses symmetrisch zwischen der dritten Gleichspannung und der vierten Gleichspannung hegt. Fig. 5 zeigt eine dritte, alternative Ausführungsform einer Ladestation 1 zu der zweiten Ausführungsform der Fig. 4. Die dritte Ausführungsform der Fig. 5 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform der Fig. 4 dahingehend, dass zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 26 und der weiteren Schaltvorrichtung 8 unterschiedliche, dedizierte Ansteuersignale TI und T2 verwendet werden, nämlich ein erstes Ansteuersignal TI für die Schaltvorrichtung 26 und ein zweites Ansteuersignal T2 für die weitere Ansteuervorrichtung 8.
Dabei ist die Schaltvorrichtung 26 vorzugsweise als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet, und die weitere Schaltvorrichtung 8 ist vorzugsweise als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Das erste Leistungsschaltelement ist ein elektromagnetisch geschaltetes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 einen nichtleitenden Schaltzustand, in welchem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist. Dabei ist jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 1 zu dem Energiespeicher 2 des Elektrofahrzeuges 3 eingerichtet.
Dabei ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement 26 von dem nicht -leiten den Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement 26 in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement 8 mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement 8 von dem nichtleitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungs- schaltelements 26 betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
Diese Funktionalität kann auch von der Ansteuereinrichtung 14 übernommen werden. In Ausführungsformen kann die Ansteuereinrichtung 14 auch als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, ist die Ladestation vorzugsweise trafolos und kann demnach bevorzugt als trafolose Ladestation 1 bezeichnet werden.
Außerdem zeigt die Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 4.
Die Ladestation 1 ist beispielsweise wie in der Fig. 4 oder in der Fig. 5 gezeigt ausgeführt. Das Verfahren der Fig. 6 umfasst die Schritte S10, S20, S31 und S32.
In Schritt S10 wird eine aktuelle, zwischen der Ladestation 1 und dem Elektrofahrzeug 3 ausgehandelte DC-Ladespannung zum Laden des Elektrofahrzeuges 3 ermittelt.
In Schritt S20 wird festgestellt, ob die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung kleiner als 600 V ist. Falls die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung kleiner als 600 V ist, so wird der Schritt S31 als nächster angewendet. Ist aber die ermittelte DC-Ladespannung größer als oder gleich 600 V, so wird der Schritt S32 angewendet.
In Schritt S31 wird der AC/DC-Wandler 15 derart angesteuert, dass die mit dem Innenleiter DCI des Ladekabels 5 gekoppelte DC+-Leitung DC+ oder gekoppelte DC--Leitung DC- eine erste Gleichspannung führt und die mit dem Außenleiter DCA des Ladekabels 5 gekoppelte DC--Leitung DC- oder gekoppelte DC+- Leitung DC+ eine zweite Gleichspannung führt, wobei die erste Gleichspannung die zweite Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und gleiche Beträge aufweisen.
Demgegenüber wird in Schritt S32, falls die ermittelte, aktuelle DO Ladespannung größer als oder gleich 600 V ist, der AC/DC-Wandler 15 derart angesteuert, dass die mit dem Außenleiter DCA des Ladekabels 5 gekoppelte DC--Leitung DC- oder 5 gekoppelte DC+-Leitung DC+ eine dritte Gleichspannung einen Betrag von höchstens 300 V führt, und die mit dem Innenleiter DCI des Ladekabels 5 gekoppelte DC+-Leitung DC+ oder gekoppelte DC--Leitung DC- eine vierte Gleichspannung einem Betrag, welcher einem Differenzbetrag zwischen der DC-Ladespannung und der dritten Gleichspannung entspricht, führt, wobei die dritte Gleichspannung und die vierte Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und unterschiedliche Beträge aufweisen..
Bei dem Verfahren nach Fig. 6 ist die auf dem Außenleiter DCA geführte Gleichspannung dem Betrag nach auf maximal 300 V beschränkt. Diese ist insbesondere nicht lebensgefährlich. Beträgt beispielsweise die zwischen der Ladestation 1 und dem Elektrofahrzeug 3 ausgehandelte DC-Ladespannung 800 V, so kann die dritte Gleichspannung - 300 V betragen, wohingegen die vierte Gleichspannung + 500 V betragen kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ladestation
2 Energiespeicher
3 Elektrofahrzeug
4 mehrphasiges Teilnehmernetz
5 Ladekabel
6 Netzanschlusspunkt
7 mehrphasiges Energieversorgungsnetz
8 Schaltvorrichtung
9 Fehlerstromsensor
10a Anschlussklemme
10b Anschlussklemme
10c Anschlussklemme lOd Anschlussklemme lOe Anschlussklemme
11 erste Einheit
12 zweite Einheit
13 Steuervorrichtung
14 Ansteuerschaltung
15 AC/DC-Wandler
16 Klemmleiste
17 Ladestecker
18 Isolationsbruch-Sensor
19 Kommunikationsmodul
20 Kommunikationsschnittstelle
21 Benutzerschnittstelle
22 Netzteil
23 Isolationsbruch - Aus werteeinheit
24 EM V- Filter
25 DC/DC-Wandler
26 Schaltvorrichtung 27 EMV- Filter
28 Ansteuereinheit
29 Einstelleinheit
Al erstes Ansteuersignal
A2 zweites Ansteuersignal
A3 drittes Ansteuersignal
AR Außenraum
C 1 Steuersignal
C2 Steuersignal
CP Charge-Pilot-Signalleitung
DC+ DC+-Leitung
DC- DC--Leitung
DCI Innenleiter
DC A Außenleiter
F Fehlerstrom
IB Isolationsbruch
IR Innenraum
IS Isolationsbruch-Sensorsignal
Kl Schicht aus Kunststoff
K2 Schicht aus Kunststoff
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
N Neutralleiter
O Öffnungssignal
PE PE -Leiter
T Temperatur-Signalleitung
TI Ansteuersignal
T2 Ansteuersignal
S10 Verfahrensschritt
S20 Verfahrensschritt 531 Verfahrensschritt
532 Verfahrensschritt
ZP Zwischenpotential

Claims

42 PATENTANSPRÜCHE
1. Ladekabel (5) für eine Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit einer DC'Ladespannung insbesondere von zumindest 600 V, wobei das Ladekabel (5) ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter (DCI) und einem hohlzylindrischen Außenleiter (DCA) ist, wobei der Innenleiter (DCI) für eine erste Nennspannung und der Außenleiter (DCA) für eine zweite Nennspannung ausgelegt ist, wobei der Quotient aus der ersten Nennspannung und der zweiten Nennspannung in einem Bereich zwischen 1,1 und 5 liegt, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,3 und 4 hegt, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 1,6 und 3 liegt.
2. Ladekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (DCI) und der hohlzylindrische Außenleiter (DCA) in einem isolierenden Kunststoff (Kl, K2) eingebettet sind, wobei zusätzlich ein PE -Leiter (PE) und eine Charge-Pilot-Signalleitung (CP) in dem Kunststoff (Kl, K2) eingebettet sind.
3. Ladekabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel (5) einen Innenraum (IR) und einen Außenraum (AR) aufweist, wobei der hohlzylindrische Außenleiter (DCA) den Innenraum (IR) begrenzt, wobei in dem Innenraum (IR) eine erste Schicht (Kl) des Kunststoffes den Innenleiter (DCI) und den Außenleiter (DCA) trennt, wobei der PE-Leiter (PE) und die Charge-Pilot-Signalleitung (CP) in dem Außenraum (AR) in einer zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes eingebettet sind.
4. Ladekabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 43 dass der PE-Leiter (PE) als ein den Außenleiter (DCA) umgebender hohlzylindrischer Koaxialleiter ausgebildet ist, welcher in der zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes eingebettet ist.
5. Ladekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Charge-Pilot-Signalleitung (CP) und eine Mehrzahl von Temperatur- Signalleitungen (T) außerhalb des PE -Leiters (PE) in der zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes eingebettet sind.
6. Ladekabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Außenleiter (DCA) als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet ist, wobei das Geflecht vorzugsweise dazu eingerichtet ist, sich bei einer Dehnung des Ladekabels (5) zusammenzuziehen.
7. Trafolose Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), mit einem AC/DC-Wandler (15) zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz (4) über die Phasen (LI, L2, L3) bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung (DC+) und einer DC--Leitung (DC-) bereitgestellten Gleichspannung, einer Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1) umfassend den AC/DC-Wandler (15), und einem Ladekabel (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Ladestation nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Ansteuereinheit (28), welche dazu eingerichtet ist, 44 bei einer DC-Ladespannung von höchstens 600 V den AC/DC-Wandler (15) derart anzusteuern, dass die mit dem Innenleiter (DCI) des Ladekabels (5) gekoppelte DC+-Leitung (DC+) oder DC--Leitung (DC-) eine erste Gleichspannung führt und die mit dem Außenleiter (DCA) des Ladekabels (5) gekoppelte DC-- Leitung (DC-) oder DC+-Leitung (DC+) eine zweite Gleichspannung führt, wobei die erste Gleichspannung und die zweite Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und gleiche Beträge aufweisen, und bei einer DC-Ladespannung von mehr als 600 V den AC/DC-Wandler (15) derart anzusteuern, dass die mit dem Außenleiter (DCA) des Ladekabels (5) gekoppelte DC--Leitung (DC-) oder gekoppelte DC+-Leitung (DC+) eine dritte Gleichspannung mit einem Betrag von höchstens 300 V führt und die mit dem Innenleiter (DC+) des Ladekabels (5) gekoppelte DC+-Leitung (DC+) oder gekoppelte DC-- Leitung (DC-) eine vierte Gleichspannung mit einem Betrag, welcher einem Differenzbetrag zwischen der DC-Ladespannung und der dritten Gleichspannung entspricht, führt, wobei die dritte Gleichspannung und die vierte Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und unterschiedliche Beträge aufweisen.
9. Ladestation nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen dem AC/DC-Wandler (15) nachgeschalteten DC/DC-Wandler (25), einen zwischen dem AC/DC-Wandler (15) und dem DC/DC-Wandler (25) gekoppelten Zwischenkreis mit einem Zwischenpotential (ZP) und eine Einstelleinheit (29) zur Einstellung des Zwischenpotentials (ZP) des Zwischenkreises derart, dass die dritte Gleichspannung und die vierte Gleichspannung symmetrisch zu dem eingestellten Zwischenpotential (ZP) sind.
10. Ladestation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinheit (29) einen Spannungsregler aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, das Zwischenpotential (ZP) derart zu regeln, dass dieses symmetrisch zwischen der dritten Gleichspannung und der vierten Gleichspannung hegt.
11. Ladestation nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch einen den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine Schaltvorrichtung (26), welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) der Ladestation (1) eingerichtet ist, eine erste Einheit (11), welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) eingerichtet ist, und eine zweite Einheit (12), welche zum Detektieren von Gleichfehler strömen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung (13) zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) eingerichtet ist.
12. Ladestation nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch einen den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine weitere Schaltvorrichtung (8), welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) der Ladestation (1) eingerichtet ist, eine erste Einheit (11), welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten An- Steuersignals (Al) zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, und eine zweite Einheit (12), welche zum Detektieren von Gleichfehler strömen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung (13) zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist.
13. Ladestation nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch einen dem Ladekabel (5) und/oder dem Gehäuse der Ladestation (1) zugeordneten Isolationsbruch-Sensor (18) zum Bereitstellen eines Isolationsbruch- Sensorsignals (IS), welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels (5) und/oder des Gehäuses der Ladestation (1) ist, und eine Auswerteeinheit (23), welche dazu eingerichtet ist, das bereitgestellte Isolationsbruch -Sensorsignal (IS) zum Ermitteln eines Isolationsbruches (IB) des Ladekabels (5) und/oder des Gehäuses der Ladestation (1) auszu werten, wobei die Steuervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, das dritte Ansteuersignal (A3) in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches (IB) bereitzustellen.
14. Ladestation nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Schaltvorrichtung (26) im DC-Stromkreis eine weitere Schaltvorrichtung (8) im AG-Stromkreis vorgesehen ist, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) der Ladestation (1) eingerichtet ist.
15. Ladestation nach Anspruch 14, 47 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (26) als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungs- schaltelement ausgebildet ist und die weitere Schaltvorrichtung (8) als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet ist, wobei das erste Leis- tungsschaltelement (26) ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (8, 26) einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (8, 26) zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation (1) zu dem Energiespeicher (2) des Elektrofahrzeuges (3) eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist: a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (26) mittels eines ersten Ansteuersignals (Tl) mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement (26) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (26) mittels des ersten Ansteuersignals (Tl) mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement (26) in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement (8) mittels eines zweiten Ansteuersignals (T2) anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement (8) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (26) betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
16. Ladestation nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Ladestation (1) und das Ladekabel (5) samt seinen Ladestecker (17) doppelt isoliert sind. 48
17. System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen (1), wobei die jeweilige Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 16 ausgebildet ist.
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die N Ladestationen (1) mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden sind, welcher mit dem Netzanschlusspunkt (6) gekoppelt ist.
19. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), welche einen AC/DC-Wandler (15) zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz (4) über die Phasen (LI, L2, L3) bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung (DC+) und einer DC--Leitung (DC-) bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1) umfassend den AC/DC-Wandler (15) und ein Ladekabel (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, mit den Schritten: a) Ermitteln (S10) einer aktuellen DC-Ladespannung zum Laden des mit der Ladestation (1) gekoppelten Elektrofahrzeuges (3), b) Feststellen (S20), ob die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung kleiner als 600 V ist, cl) falls die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung kleiner als 600 V ist, Ansteuern (S31) des AC/DC-Wandlers (15) derart, dass die mit dem Innenleiter (DCI) des Ladekabels (5) gekoppelte DC+-Leitung (DC+) oder DC--Leitung (DC-) eine erste Gleichspannung führt und die mit dem Außenleiter (DCA) des Ladekabels (5) gekoppelte DC--Leitung (DC-) oder DC+-Leitung (DC+) eine zweite Gleichspannung führt, wobei die erste Gleichspannung und die zweite Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und gleiche Beträge aufweisen, und c2) falls die ermittelte aktuelle DC-Ladespannung größer als oder gleich 600 V ist, Ansteuern (S32) des AC/DC-Wandlers (15) derart, dass die mit dem Außenleiter (DCI) des Ladekabels (5) gekoppelte DC--Leitung (DC-) oder DC+- 49
Leitung (DC+) eine dritte Gleichspannung mit einen Betrag von höchstens 300 V führt und die mit dem Innenleiter (DCI) des Ladekabels (5) gekoppelte DC+- Leitung (DC+) oder DC--Leitung (DC-) eine vierte Gleichspannung mit einem Betrag, welcher einem Differenzbetrag zwischen der DC'Ladespannung und der dritten Gleichspannung entspricht, führt, wobei die dritte Gleichspannung und die vierte Gleichspannung unterschiedliche Vorzeichen und unterschiedliche Beträge aufweisen.
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