WO2023046397A1 - Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen - Google Patents

Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen Download PDF

Info

Publication number
WO2023046397A1
WO2023046397A1 PCT/EP2022/073553 EP2022073553W WO2023046397A1 WO 2023046397 A1 WO2023046397 A1 WO 2023046397A1 EP 2022073553 W EP2022073553 W EP 2022073553W WO 2023046397 A1 WO2023046397 A1 WO 2023046397A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
charging station
charging
switching device
converter
phases
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/073553
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Hug
Bernhard Höglinger
Harald Fischer
Original Assignee
KEBA Energy Automation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KEBA Energy Automation GmbH filed Critical KEBA Energy Automation GmbH
Publication of WO2023046397A1 publication Critical patent/WO2023046397A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/18—Cables specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
    • H02H3/332—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers with means responsive to dc component in the fault current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/34—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system
    • H02H3/347—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system using summation current transformers

Definitions

  • the invention relates to a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station, the conversion of the alternating voltage (AC voltage) into a direct voltage (DC voltage) required for charging the batteries in the charging station he follows.
  • 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.
  • the power efficiency of the power electronics is many times higher, but the security in the event of a first fault is lower in contrast to the prior art in systems with transformers, because a fault current flows at the first fault.
  • 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: a residual current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, in particular a single residual current sensor, which is used to detect a time-varying fault current with a DC component and an AC component, 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 switching device which can be opened and closed the DC+ line and the DC- line of the charging station is set up, and/or a further switching device, which is set up for opening and closing the phases and the neutral conductor, a first unit which is designed for detecting sinusoidal n AC fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current and depending thereon for providing a first control signal for controlling the switching device
  • only one is advantageously used to detect sinusoidal alternating fault currents, pulsating DC fault currents and DC fault currents and to switch off the DC+ line and the DC- line and/or the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N when a fault is detected single residual current sensor and at least one switch off device, for example a DC contactor and / or an AC contactor used.
  • 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 can be controlled by the functional controller 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 residual current sensor, a communication module, a communication interface, a user interface, an EMC filter and at least one power supply.
  • the control device comprises, for example, a printed circuit board on which a plurality of electronic components for controlling and/or measuring and/or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle are arranged, as well as an authentication device such as an RFID/NFC reader/Bluetooth module or an automated authorization process via high-level communication, in particular according to the ISO 15118 standard, or according to the plug-and-charge principle and the like.
  • the third control signal is generated in particular as a function of vehicle authentication and/or vehicle verification 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 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 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 referred to 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 network. 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 (V
  • 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).
  • 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.
  • 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 to control a DC/DC converter connected downstream of the AC/DC converter with a control signal generated as a function of the opening signal steer.
  • both the AC/DC converter and the DC/DC converter act as mechanical switches and provide further isolation in the power path.
  • the charging station comprises a control circuit which is set up to control the switching device and/or the further 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+ and DC- line opens, the phases and the Neutral conductors can also be opened.
  • the power electronics can be switched off by being opened by means of a control signal generated as a function of the opening signal. This results in a double isolation of the vehicle from the network.
  • the drive circuit accordingly drives the switching device to open the DC+ line and the DC- line when one or more of the drive 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.
  • the control circuit is preferably set up to control the further switching device, if at least one of the control signals is provided, by means of an opening signal in such a way that it opens the phases and the neutral conductor of the charging station.
  • 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 an insulation rupture sensor assigned to the housing of the charging station, which is set up to provide an insulation rupture sensor signal which is indicative of damage to the insulation of the housing of the charging station.
  • the charging station alternatively or additionally comprises an insulation rupture sensor assigned to the housing of the charging station, which is set up to provide an insulation rupture sensor signal which is indicative of damage to the insulation of the housing of the charging station.
  • 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 break on the charging cable, its charging plug and/or on 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 it connects the DC+ line and DC --Charging station line 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 error current sensor is connected downstream of the EMC filter, the further switching device is connected 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 to the DC/DC converter is connected downstream, a further EMC filter downstream of the switching device is provided 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 provide it as a DC charging voltage on the output side.
  • the DC/DC converter can also be referred to as a DC voltage converter.
  • 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 the DC+ and DC- lines as well as the phases and the neutral conductor of the charging station open.
  • 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, with each of the power switching elements having one non-conductive switching state in which no current can flow, and a conductive switching state in which current can flow, wherein each of the power switching elements is set up to interrupt a flow of energy through the charging station to the energy store 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 of 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) driving the second power switching element by means of a second drive signal in order to bring the second power switching element from the non-conducting 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 a flow of energy through the charging station is only possible 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 Conclusion in the electric vehicle to be charged or the like, the first power switching element can be switched off faster than 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.
  • 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.
  • the 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 a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device according to the IEC 62955 standard , to emulate.
  • emulating a direct current detection device means, in particular, simulating the direct current detection device, for example the residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard or the residual direct current monitoring device according to the standard To understand IEC 62955, in software.
  • the charging station comprises a module which integrates the first unit and the second unit and is set up to have a type B residual current circuit breaker, in particular according to standard EN 61008'1 and/or according to standard EN 62423 train error protection.
  • the module of the present embodiment accordingly forms or simulates the fault protection of the type B residual current circuit breaker, for example in accordance with standard EN 61008-1 or in accordance with standard EN 62423.
  • the module is designed, for example, as part of the control device.
  • the module can be implemented in software and/or in hardware.
  • the charging station includes a current measuring device for measuring the current flowing on the phases in the direction of flow to the electric vehicle.
  • the current measuring device is a useful current sensor.
  • the switching device is designed as a contactor, as a four-phase relay or by four relays for the three phases and the neutral conductor.
  • the charging station comprises a test unit which is adapted to a test current in at least one of phases, in the neutral conductor and/or in a separate test winding of the residual current sensor and to evaluate.
  • 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 shutter controlled via an electrical coupling of the feedback contacts of the switching device, which the switching position ment of the switching device follows, and a visual indicator controlled by the panel for indicating the switching position.
  • the visual display device includes, for example, two LEDs that light up green and red.
  • the panel always covers one of the two LEDs.
  • the LED not covered by the bezel is visible to the user. Due to the electrical coupling of the panel with the feedback contacts of the switching device, the panel always follows the switching position of the switching device.
  • the screen controls the visual display device and shows, in particular by means of the colors red and green, the switching position of the switching device, for example the contactor.
  • the electromechanics are coupled to an energy store, so that the electromechanics are suitable for maintaining the display of the switching position of the switching device for a predetermined time even when the charging station is in a de-energized state.
  • the energy store is designed as a battery, for example.
  • an electrical coupling of a mechanical display e.g. a bistable lifting magnet with a color 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 comprises a communication module which is set up either to specify an energy consumption quantity for the electric vehicle by means of PWM signals or to negotiate a charging plan with charging electronics of the electric vehicle coupled to the charging station in accordance with ISO 15118.
  • Negotiation takes place as described in ISO 15118.
  • the charging electronics of the energy store requests a certain charging power via the communication module from the charging station and the charging station, for example the control device of the charging station, determines whether the requested charging power can be provided.
  • a current state of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account in particular.
  • the charging station can make a “counterproposal” via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy storage device, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated.
  • Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station.
  • the charging station has: a communication interface which is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which in particular manages the charging station, a user interface for input from a user and/or for output to the user, and/or a power pack which is set up to convert an AC voltage provided via the phases into a predetermined DC voltage for the control device and/or the components of the charging station.
  • control device of the charging station is set up to transmit the opening signal, if at least one of the control signals is provided, via the communication interface to the electric vehicle, by means of which a switching device installed in the electric vehicle, for example a DC vehicle contactor, can be opened.
  • this opening signal is also transmitted via the communication interface to the electric vehicle, which then opens the DC vehicle contactor installed in the electric vehicle. 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 first aspect or one of the embodiments of the first aspect.
  • the N charging stations are connected by means of a star connection to a single circuit breaker, which is coupled to the grid connection point.
  • a method for ensuring fault protection in a charging station without upstream installation of an RCD type A or B in which AC faults and pulsed DC faults in the measurement signals of the current measurement sensor are detected in the charging station in a first unit in the charging station , and in the event of an error, the first switch-off signal opens the switching device, a second unit in the charging station detects DC errors in the measurement signals of the current measuring sensor and, in the event of an error, opens the switching device using the second switch-off signal, a control device in the charging station which verifies the authenticity of the user and/or the electric vehicle, and/or monitors the connection of the charging station to the electric vehicle, including the locking between plug and socket, and/or in the case of ISO 15118 (or high-level communication) checks the amount of energy actually drawn from the electric vehicle rt (and switches off when the amount of energy is too high) and/or charging does not start if no communication can be established between the electric vehicle and the charging station.
  • the first switch-off signal opens the switching device
  • the test of the current error devices is triggered by the control device at the end of the charging process by a software command. This checks the entire switch-off chain.
  • control device controls a test signal so that the residual current sensors and the first unit and the second unit can be tested during operation without a switch-off process being indicated.
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement with a first embodiment of a charging station and an electric vehicle!
  • Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 4 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 5 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a sixth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of a seventh embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle! and FIG. 8 shows a schematic circuit diagram of an eighth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle.
  • Fig. 1 schematically shows an arrangement with a first embodiment of a charging station 1 and an electrical energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • a multi-phase subscriber network 4 is connected to a multi-phase power supply network 7 by means of a network connection point 6 .
  • the multi-phase subscriber network 4 has, in particular, a number of phases, for example L1, L2 and L3, and a neutral conductor N. In this example, without restricting the generality, it is a question of three-phase power networks.
  • the electric vehicle 3 is coupled to the charging station 1 by means of a charging cable 5 which is connected to a connection socket (not shown in FIG. 1, see for example in FIG. 2) of the charging station 1 .
  • the charging station 1 can have a number of electrical and/or electronic components (not shown in Fig. 1, see for example in Fig. 2) and is for charging the energy store 2 of the electric vehicle 3 with electrical energy by means of the multi-phase system coupled to the charging station 1 Subscriber network 4 set up.
  • the housing of the charging station 1 is in particular doubly insulated.
  • the charging cable 5 together with its charging plug 24 is also preferably double-insulated.
  • the individual power-carrying lines (DC+ line and DO line) are first individually and then collectively covered with an electrically insulating material and then surrounded again with an insulating jacket.
  • the Charging plugs 24 are the power-carrying conductors (DC+ line and DC” line) individually insulated, and the housing of plug 24 also has an insulating effect.
  • the plug 24 can also be cast on the inside with an insulating compound.
  • Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the second embodiment of the charging station 1 in Fig. 2 includes all the features of the first embodiment of the charging station 1 in Fig. 1.
  • the charging station 1 of Fig. 2 has five input-side connection terminals 10a, 10b, 10c, lOd, lOe 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 23 to which the charging cable 5 together with its charging plug 24 is attached. Between the connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e and the terminal strip 23, a residual current sensor 9, an AC / DC converter 17 and a switching device 29 are coupled. Furthermore, 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 charging station 1 On the output side, the charging station 1 has a charging cable 5 with a charging plug 24 for connection 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 AC/DC converter 17 converts the AC voltage provided by the multiphase network 4 via the phases LI, L2, L3 into a DC voltage and produces this as a positive DC voltage DC+ and a negative DC voltage DC- via two output lines, also designated DC+ and DC-, of the terminal strip 23.
  • the switching device 29 is suitable for opening and closing the DC+- line DC+ and the DC- line DC- of the charging station 1 .
  • the switching device 29 is, for example, a contactor or consists of relays for switching off the DC voltage and is therefore also referred to as a DC contactor.
  • the fault current sensor 9 is associated with the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N and is set up to detect a fault current F that varies over time and has a direct current component and an alternating current component.
  • the residual current sensor 9 is a summation current transformer, for example.
  • the charging station 1 of FIG. 2 comprises a first unit 11, a second unit 12 and a control device 13.
  • the control device 13 is in particular the central control device of the charging station 1 for controlling the electrical and/or electronic components of the charging station 1.
  • the first Unit 11 and the second unit 12 can—as shown in FIG. 2—be formed external to the control device 13 .
  • the first unit 11 and the second unit 12 are designed as part of the control device 13 .
  • the first unit 11 is 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 29 for opening the DC+ line DC+ and the DC- line DC- furnished.
  • the first unit 11 is preferably set up to emulate a type A residual current circuit breaker, preferably in accordance with standard 61008'1.
  • the second unit 12 is for detecting DC residual currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, for providing a second drive signal A2 for driving the switching device 29 to open the DC+ line DC+ and the DC- line DC-on.
  • the second unit 12 is set up to a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device according to the IEC 62955 standard emulate.
  • control device 13 is set up to provide a third control signal A3 for controlling the switching device 29 for opening the DC+ line DC+ and the DC- line DC-.
  • 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 29, 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 it opens the DC+ line DC+ and the DC --DC line- of charging station 1 opens.
  • the control circuit 14 controls the switching device 29 to open the DC+ and DC- lines when one or more of the control signals A1, A2, A3 is provided or set.
  • the control circuit 14 comprises a WIRED-OR operation which ORs the first control signal A1, the second control signal A2 and the third control signal A3.
  • the charging station 1 of FIG. 2 also illustrates that 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. 2 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. 2 includes a communication interface 20.
  • the communication interface 20 is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which manages the charging station 1 in particular.
  • the user can, in particular, authenticate and/or verify himself via the 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. 2 has a user interface 21 for user inputs and/or for user outputs.
  • the user interface 21 includes a touch screen.
  • at least one power pack 22 is provided, which is set up to convert an AC voltage provided via the phases LI, L2, L3 into a predetermined DC voltage for the control device 13 and/or the other components of the charging station 1.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the third embodiment of the charging station 1 according to FIG. 3 is based on the second embodiment of the charging station 1 according to FIG. 2 and differs from it in that the charging cable 5 of FIG. 3 is assigned an insulation breakage sensor 25 .
  • the insulation rupture sensor 25 is suitable for providing an insulation rupture sensor signal IS, which is indicative of an insulation the charging cable 5, the charging plug 24 and/or the housing 1 is broken.
  • the broken insulation sensor 25 carries out, for example, an impedance measurement, a capacitive 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. 3 has an evaluation unit 26 which is set up to evaluate the insulation breakage sensor signal IS provided in order to determine an insulation breakage IB of the charging cable 5 of the charging plug 24 and/or the housing 1 .
  • an evaluation unit 26 which is set up to evaluate the insulation breakage sensor signal IS provided in order to determine an insulation breakage IB of the charging cable 5 of the charging plug 24 and/or the housing 1 .
  • further insulation breakage sensors can be provided (not shown), for example assigned to the charging plug 24 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 29 and/or the further switching device 8 opens.
  • FIG. 4 is a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station 1 is shown.
  • the fourth embodiment of the charging station 1 according to FIG. 4 is based on the third embodiment of the charging station 1 according to FIG. 3.
  • an EMC filter 27, a residual current sensor 9 downstream of the EMC filter 27, a further switching device 8 downstream of the residual current sensor 9, an AC/DC converter 17 downstream of the switching device 8, a DC/DC downstream of the AC/DC converter 17 converter 28, a switching device 29 connected downstream of the DC/DC converter 28 and a further EMC filter 30 connected downstream of the switching device 29 are provided.
  • the switching device 29 is arranged on the DC side of the charging station 1 and can also be used as a DC Switching device are called.
  • the DC switching device is a contactor, for example.
  • control circuit 14 of FIG. 4 is set up in particular to control not only the switching device 29 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 the phases LI , L2, L3 and the neutral conductor in the charging station opens.
  • This increases the security of the charging station 1 .
  • a switch-off signal C1 is sent to the power electronics AC/DC converter 17 and DC/DC converter 28 via the control device 13 . This in turn increases security.
  • 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.
  • Fig. 5 shows an alternative embodiment of a charging station 1 to the fourth embodiment of FIG. 4.
  • the fifth embodiment of FIG. 5 differs from the fourth embodiment of FIG , dedicated control signals TI and T2 are used, namely a first control signal TI for the switching device 29 and a second control signal T2 for the further control device 8.
  • the switching device 29 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, 29 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 8 , 29 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 29 by means of a first control signal with a pick-up voltage in order to bring the first power switching element 29 from the non-conducting switching state to the conducting switching state, b) the electromagnetic drive of the first power switching element 29 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 29 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 switch 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 29 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 .
  • FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a sixth embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3 .
  • the sixth embodiment of the charging station 1 according to FIG. 6 is based on the third embodiment of the charging station 1 according to FIG. 3 and differs from it in that the charging station 1 according to FIG. 6 comprises a module 18 .
  • the module 18 integrates the first unit 11 and the second unit 12 and is set up to form or simulate fault protection corresponding to a type B residual current circuit breaker, in particular according to standard EN 610081-1 and/or according to standard EN 62423.
  • the module 18 can also be designed as part of the control device 13 .
  • Fig. 7 shows a schematic circuit diagram of a seventh embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the seventh embodiment of the charging station 1 according to FIG. 7 includes all the features of the third embodiment of the charging station 1 according to FIG Charging station 1 of Fig. 7 has a test unit 16.
  • the test unit 16 is set up to inject a test current into at least one of the phases LI, L2, L3, into the neutral conductor N and/or into a separate test winding of the residual current sensor 9 and evaluate.
  • the test unit 16 is set up in particular to be triggered for testing by means of a test command for simulating a pressing of a test button.
  • the test command is, for example, a software command, by means of which the test unit 16 is triggered in such a way that it tests and thus the imprinting of the test current triggers.
  • the test command thus emulates the test button known from the conventional type A residual current circuit breaker.
  • the test current is preferably a pulsed, high-frequency alternating current, which has, for example, a frequency of 1 to 5 kHz and a maximum duration of 10 ms.
  • Fig. 8 shows a schematic circuit diagram of an eighth embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the eighth embodiment of the charging station 1 according to FIG. 8 includes all the features of the third embodiment of the charging station 1 according to FIG Charging station 1 of FIG. 8 shows a special design of the residual current sensor 9.
  • FIG. 9b, 9c, 9d provides an output signal S1-S4.
  • An adder unit 9e is connected downstream of the four current transformers 9a, 9b, 9c, 9d, which adds the output signals S1-S4 provided by the four current transformers 9a, 9b, 9c, 9d and thus provides the time-varying fault current F on the output side.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Es wird eine Ladestation vorgeschlagen, welche aufweist: einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor zum Erfassen eines Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil, einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung und einer DC–-Leitung bereitgestellte Gleichspannung, eine Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC–-Leitung und/oder eine weitere Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters, eine erste Einheit zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des Fehlerstroms und zum Bereitstellen eines Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen, eine zweite Einheit zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des Fehlerstroms und zum Bereitstellen eines Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen, und eine Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen.

Description

LADESTATION UND SYSTEM MIT EINER MEHRZAHL VON LADESTATIONEN
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes, wobei die Umwandlung der Wechselspannung (AC'Spannung) in eine für das Laden der Batterien benötigte Gleichspannung (DC'Spannung) in der Ladestation erfolgt.
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 sogenannte 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.
Dadurch ist die Leistungseffizienz der Leistungselektronik um ein Vielfaches höher, allerdings die Sicherheit bei einem ersten Fehler im Gegensatz zum Stand der Technik bei trafobehafteten Systeme niedriger, weil beim ersten Fehler ein Fehlerstrom fließt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladestation zum Laden eines Energiespeichers mit einer DC-Ladespannung eines Elektrofahrzeuges zu schaffen, insbesondere eine trafolose Ladestation zum Laden eines Energiespeichers mit einer DC-Ladespannung eines Elektrofahrzeuges zu schaffen, welche das gleiche oder ein höheres Sicherheitslevel aufweist, wie die Ladestationen aus dem Stand der Technik.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß einem ersten 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 den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, insbesondere einen einzigen Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, 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, einer Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+- Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist, und/oder einer weiteren Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters 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 und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, und eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, welche zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist. Die Ladestation kann auch als trafolose DOLadestation bezeichnet werden.
Bei der vorliegenden Ladestation werden vorteilhafterweise zur Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, pulsierenden Gleichfehlerströmen und Gleichfehler ström en und zur Abschaltung der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N bei detektiertem Fehler nur ein einziger Fehlerstromsensor und zumindest eine Ab sch alt Vorrichtung, zum Beispiel ein DC-Schütz und/oder ein AC-Schütz, verwendet. Diese einzige Ab sch alt Vorrichtung 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 so angesteuert werden, dass dieser ebenfalls als Schalter wirkt.
Der Fehlerstromsensor kann auch als allstromsensitiver Fehlerstromsensor bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung kann auch als Schaltelement bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie bei einem Ausfall der Netzspannung, insbesondere selbstständig, öffnet und somit einen sicheren Zustand herstellen kann.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen die Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein Schütz oder Relais, Anschlussklemmen, elektronische Schaltkreise, den Fehlerstromsensor, ein Kommunikationsmodul, eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, einen EMV'Filter und zumindest ein Netzteil. Die Steuervorrichtung umfasst beispielsweise eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind, sowie eine Authentifizierungseinrichtung wie beispielsweise RFID/NFC-Reader/Bluetoothmodule oder einem automatisierten Authori- sierungsvorgang über High-Level'Communication, insbesondere nach ISO 15118 Standard, oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip und dergleichen. Das dritte Ansteuersignal wird insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung 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.
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 intelligente 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 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 und/oder die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass die DC+ und DC- Leitung öffnet, die Phasen und der Neutralleiter können ebenfalls geöffnet werden. Zusätzlich kann die Leistungselektronik abgeschaltet werden, indem diese mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals geöffnet wird. 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 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 bereitzustellen, welches indikativ für eine Beschädigung der Isolation des Gehäuses der Ladestation ist.
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 bereitzustellen, 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 Auswerteeinheit 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 Fehler- stromsensor 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 die DC+ und 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 Erd- Schluss 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 Fehler- stromsensors 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 Schaltstel- lung 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 gekoppelten Elektrofahrzeuges auszuhandeln. Das Aushandeln erfolgt wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladestation, beispielsweise die Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereit- stellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ladestation auf: eine Kommunikationsschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation verwaltet, auszutauschen, eine Benutzerschnittstelle für Eingaben eines Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer, und/oder ein Netzteil, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung und/oder die Komponenten der Ladestation bereitzustellen.
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 Schalt- element durch das Öffnungssignal geöffnet wird, dann wird dieses Öffnungssignal zusätzlich über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug übertragen, welches dann den im Elektrofahrzeug eingebauten DC-Fahrzeug- Schütz öffnet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ladekabel sowohl von Seiten der Ladestation, insbesondere dem Netz, als auch von Seite des 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 zweiten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen vorgeschlagen (mit N > 2), wobei die jeweilige Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung sind die N Ladestationen mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden, welcher mit dem Netzanschlusspunkt gekoppelt ist. Durch die Ausbildung der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ist es möglich, die N Ladestationen mittels der Sternschaltung zu koppeln und mit einem einzigen Leistungsschutzschalter gegenüber dem Netzanschlusspunkt zu sichern.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Sicherstellung des Fehler- Schutzes in einer Ladestation ohne vorgelagerter Installation eines RCD Typ A oder B vorgeschlagen, bei welchem in der Ladestation in einer ersten Einheit in der Ladestation Wechselstromfehler und getaktete Gleichstromfehler in den Messsignalen des Strommesssensors erkannt werden, und im Fehlerfall das erste Abschaltsignal die Schaltvorrichtung öffnet, eine zweite Einheit in der Ladestation Gleichstromfehler in den Messignalen des Strommesssensors erkennt und im Fehlerfall die Schaltvorrichtung mittels des zweiten Abschaltsignals öffnet, eine Steuervorrichtung in der Ladestation, welche die Authentizität des Benutzers und/oder des Elektrofahrzeuges überwacht, und/oder die Verbindung der Ladestation mit dem Elektrofahrzeug, inklusive der Verriegelung zwischen Stecker und Buchse überwacht, und/oder bei ISO 15118 (oder High-Level- Kommunikation) die tatsächlich vom Elektrofahrzeug bezogene Energiemenge kontrolliert (und bei zu hoher Energiemenge abschaltet) und/oder die Ladung nicht startet, wenn keine Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Ladestation aufgebaut werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Test der Stromfehlereinrichtungen durch einen Softwarebefehl jederzeit durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Test der Stromfehlereinrichtungen durch die Steuervorrichtung am Ende des Ladevorganges durch einen Softwarebefehl ausgelöst. Hierdurch wird die gesamte Abschaltkette geprüft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung ein Testsignal an, so dass die Fehlerstromsensoren und die erste Einheit und die zweite Einheit während dem Betrieb getestet werden können, ohne dass ein Abschaltvorgang indiziert wird.
Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladestation auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungs- beispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug!
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer sechsten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltbild einer siebten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges! und Fig. 8 zeigt ein schematisches Schaltbild einer achten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem elektrischen Energiespeicher 2 eines Elektrofahrzeuges 3.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 6 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter N. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 3 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Anschlussbuchse (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 2) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt.
Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 2) und ist zum Laden des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.
Das Gehäuse der Ladestation 1 ist insbesondere doppelt isoliert. Des Weiteren ist das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 24 (siehe beispielsweise Fig. 2) ebenfalls vorzugsweise doppelt isoliert. Dabei werden im Ladekabel 5 die einzelnen leistungsführenden Leitungen (DC+-Leitung und DO-Leitung) zuerst einzeln und anschließend gemeinsam mit einem elektrisch isolierenden Material überzogen, und anschließend nochmals mit einem isolierenden Mantel umgeben. Im Ladestecker 24 sind die leistungsführenden Leiter (DC+-Leitung und DC” Leitung) einzeln isoliert, das Gehäuse des Steckers 24 wirkt ebenfalls isolierend. Der Stecker 24 kann zusätzlich innen mit einer isolierenden Masse vergossen werden.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die zweite Ausführungsform der Ladestation 1 der Fig. 2 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 1.
Die Ladestation 1 der Fig. 2 hat 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 23, an welcher das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 24 angeschlagen ist. Zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Klemmleiste 23 sind ein Fehlerstromsensor 9, ein AC/DC-Wandler 17 und eine Schaltvorrichtung 29 gekoppelt. 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.
Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 ein Ladekabel 5 mit einem Ladestecker 24. zum Anschließen an das Elektrofahrzeug 3.
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.
Der AC/DC-Wandler 17 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-, der Klemmleiste 23 bereit.
Die Sch alt Vorrichtung 29 ist zum Öffnen und Schließen der DC+--Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- der Ladestation 1 geeignet. Die Schaltvorrichtung 29 ist beispielsweise ein Schütz oder besteht aus Relais für die Abschaltung der DC- Spannung, und wird daher auch als DC'Schütz bezeichnet.
Der Fehlerstromsensor 9 ist den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N zugeordnet und zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet. Der Fehlerstromsensor 9 ist beispielsweise ein Summenstromwandler.
Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine erste Einheit 11, eine zweite Einheit 12 und eine Steuervorrichtung 13. Die Steuervorrichtung 13 ist insbesondere die zentrale Steuervorrichtung der Ladestation 1 zum Steuern der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation 1. Die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 können - wie in Fig. 2 dar gestellt - extern der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein. Alternativ sind die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet.
Die erste Einheit 11 ist zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströ- men und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 29 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- eingerichtet. Dabei ist die erste Einheit 11 vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, bevorzugt gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
Die zweite Einheit 12 ist zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 29 zum Öffnen DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC-ein gerichtet.
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.
Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, ein drittes Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 29 zum Öffnen der DC+- Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- 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 29, 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- der Ladestation 1 öffnet. Mit anderen Worten steuert die Ansteuerschaltung 14 die Schaltvorrichtung 29 dann zum Öffnen der DC+ und DC- Leitungen 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.
Außerdem illustriert die Fig. 2, 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. 2 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. 2 eine Kommunikationsschnittstelle 20. Die Kommunikationsschnittstelle 20 ist dazu eingerichtet, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation 1 verwaltet, auszutauschen. Über das Endgerät kann sich der Benutzer insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren 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. 2 eine Benutzerschnittstelle 21 für Eingaben des Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer. Beispielsweise umfasst die Benutzerschnittstelle 21 einen Touchscreen. Außerdem ist zumindest ein Netzteil 22 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung 13 und/oder die weiteren Komponenten der Ladestation 1 bereitzustellen.
Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeugs 3. Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3 basiert auf der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 2 und unterscheidet sich von dieser dadurch, dass dem Ladekabel 5 der Fig. 3 ein Isolationsbruch-Sensor 25 zugeordnet ist. Der Isolationsbruch-Sensor 25 ist dazu geeignet, ein Isolationsbruch-Sensorsignal IS bereitzustellen, welches indikativ für einen Isolations- bruch des Ladekabels 5, des Ladesteckers 24 und/oder des Gehäuses 1 ist. Zur Bereitstellung des Isolationsbruch-Sensorsignals IS führt der Isolationsbruch- Sensor 25 beispielsweise eine Impedanzmessung, eine kapazitive Messung 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. 3 eine Auswerteeinheit 26, welche dazu eingerichtet ist, das bereitgestellte Isolationsbruch-Sensorsignal IS zum Ermitteln eines Isolationsbruchs IB des Ladekabels 5 des Ladesteckers 24 und/oder des Gehäuses 1 auszuwerten. Alternativ oder zusätzlich können weitere Isolationsbruch-Sensoren vorgesehen sein (nicht gezeigt), beispielsweise zugeordnet dem Ladestecker 24 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 29 und/oder die weitere Schaltvorrichtung 8.
In Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation 1 dargestellt. Die vierte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 4 basiert auf der dritten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3. Bei der vierten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 4 sind zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Klemmleiste 23 ein EMV- Filter 27, ein dem EMV-Filter 27 nachgeschalteter Fehlerstromsensor 9, eine dem Fehlerstromsensor 9 nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung 8, ein der Schaltvorrichtung 8 nachgeschalteter AC/DC-Wandler 17, ein dem AC/DC- Wandler 17 nachgeschalteter DC/DC-Wandler 28, eine dem DC/DC-Wandler 28 nachgeschaltete Schaltvorrichtung 29 und ein der Schaltvorrichtung 29 nachgeschaltetes weiteres EMV-Filter 30 vorgesehen. Die Schaltvorrichtung 29 ist auf der DC'Seite der Ladestation 1 angeordnet und kann auch als DC- Schaltvorrichtung bezeichnet werden. Die DC-Schaltvorrichtung ist beispielsweise ein Schütz.
Dabei ist die Ansteuerschaltung 14 der Fig. 4 insbesondere dazu eingerichtet, neben der Schaltvorrichtung 29 auch die weitere Schaltvorrichtung 8, falls zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels des Öff- nungssignals O derart anzusteuern, dass diese die Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter in der Ladestation öffnet. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation 1 erhöht. Weiters wird über die Steuervorrichtung 13 ein Abschaltsignal Cl an die Leistungselektronik AC/DC-Wandler 17 und DC/DC-Wandler 28 gesendet. Dies erhöht die Sicherheit wiederum.
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. Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Ladestation 1 zu der vierten Ausführungsform der Fig. 4. Die fünfte Ausführungsform der Fig. 5 unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform der Fig. 4 dahingehend, dass zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 29 und der weiteren Schaltvorrichtung 8 unterschiedliche, dedizierte Ansteuersignale TI und T2 verwendet werden, nämhch ein erstes Ansteuersignal TI für die Sch alt Vorrichtung 29 und ein zweites Ansteuersignal T2 für die weitere Ansteuervorrichtung 8.
Dabei ist die Schaltvorrichtung 29 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, 29 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, 29 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 29 mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement 29 von dem nicht -leiten den Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 29 mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement 29 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 29 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.
In Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild einer sechsten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 dargestellt. Die sechste Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 6 basiert auf der dritten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3 und unterscheidet sich von dieser dadurch, dass die Ladestation 1 nach Fig. 6 ein Modul 18 umfasst. Das Modul 18 integriert die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 und ist dazu eingerichtet, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 610081-1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden oder nachzubilden. Das Modul 18 kann auch als Teil des Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltbild einer siebten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die siebte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 7 umfasst alle Merkmale der dritten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3. Darüber hinaus umfasst die Ladestation 1 der Fig. 7 eine Test-Einheit 16. Die Test-Einheit 16 ist dazu eingerichtet, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen LI, L2, L3, in den Neutralleiter N und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors 9 einzuprägen und auszuwerten.
Dabei ist die Test-Einheit 16 insbesondere dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Testtaste getriggert zu werden. Der Testbefehl ist beispielsweise ein Software-Befehl, mittels dem die Test-Einheit 16 derart getriggert wird, dass sie das Testen und damit das Ein- prägen des Teststroms auslöst. Der Testbefehl bildet damit insbesondere die vom herkömmlichen Fehlerstrom- Schutzschalter Typ A bekannte Test-Taste nach.
Der Teststrom ist vorzugsweise ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom, welcher beispielsweise eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist.
Fig. 8 zeigt ein schematisches Schaltbild einer achten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die achte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 8 umfasst alle Merkmale der dritten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3. Darüber hinaus hat die Ladestation 1 der Fig. 8 eine besondere Ausbildung des Fehlerstromsensors 9. Gemäß der Fig. 8 umfasst der Fehlerstromsensor 9 vier Stromwandler 9a, 9b, 9c, 9d für die drei Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N. Der jeweilige Stromwandler 9a, 9b, 9c, 9d stellt ein Ausgangssignal S1-S4 bereit. Den vier Stromwandlern 9a, 9b, 9c, 9d nachgeschaltet ist eine Addiereinheit 9e, welche die von den vier Stromwandlern 9a, 9b, 9c, 9d bereitgestellten Ausgangssignale Sl- S4 addiert und so den zeitlich veränderlichen Fehlerstrom F ausgangsseitig bereitstellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ladestation
2 Energiespeicher
3 Elektrofahrzeug
4 mehrphasiges Teilnehmernetz
5 Ladekabel
6 Netzanschlusspunkt
7 mehrphasiges Energieversorgungsnetz
8 Schaltvorrichtung
9 Fehlerstromsensor
9a Stromwandler
9b Stromwandler
9c Stromwandler
9d Stromwandler
9e Addiereinheit
10a Anschlussklemme
10b Anschlussklemme
10c Anschlussklemme lOd Anschlussklemme lOe Anschlussklemme
11 erste Einheit
12 zweite Einheit
13 Steuervorrichtung
14 Ansteuerschaltung
15 Anschlussbuchse
16 Test-Einheit
17 AC/DC-Wandler
18 Modul
19 Kommunikationsmodul
20 Kommunikationsschnittstelle
21 Benutzerschnittstelle 22 Netzteil
23 Klemmleiste
24 Ladestecker
25 Isolationsbruch-Sensor
26 Isolationsbruch-Auswerteeinheit
27 EM V- Filter
28 DC/DC-Wandler
29 Sch altvorrichtun g
30 EM V- Filter
Al erstes Ansteuersignal
A2 zweites Ansteuersignal
A3 drittes Ansteuersignal
CI Steuersignal
C2 Steuersignal
CP Charge-Pilot-Signal
DC+ positive Gleichspannung
DC- negative Gleichspannung
F Fehlerstrom
IB Isolationsbruch
IS Isolationsbruch-Sensorsignal
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
N Neutralleiter
O Öffnungssignal
PE PE -Leiter
S1 Ausgangssignal
S2 Ausgangssignal
S3 Ausgangssignal
S4 Ausgangssignal
TI Ansteuersignal T2 Ansteuersignal

Claims

35 PATENTANSPRÜCHE
1. 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 den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, einem AC/DC-Wandler (17) 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 Schaltvorrichtung (29), welche zum Öffnen und Schließen der DC+- Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) der Ladestation (1) und/oder einer weiteren Schaltvorrichtung (8), welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, einer ersten Einheit (11), welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (29) 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) eingerichtet ist, einer zweiten Einheit (12), welche zum Detektieren von Gleichfehler strömen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (29) zum Öffnen DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) und/oder zum Ansteuern der weiteren Sch alt Vorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, und einer Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1) umfassend den AC/DC-Wandler (17) , welche zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (29) zum Öffnen 36 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) eingerichtet ist.
2. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den AC/DC-Wandler (17) mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals (O) generierten Steuersignals (Cl) zu steuern und/oder einen dem AC/DC-Wandler (17) nachgeschalteten DC/DC-Wandler (28) mit einem in Abhängigkeit des Öffnungssignals (O) generierten Steuersignals (C2) zu steuern, insbesondere im Fehlerfall abzuschalten.
3. Ladestation nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ansteuerschaltung (14), welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung (29) 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 den Neutralleiter (N) öffnet.
4. Ladestation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Schaltvorrichtung (29) im DC'Stromkreis eine weitere Schaltvorrichtung (8) im AC'Stromkreis vorgesehen ist, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) der Ladestation (1) eingerichtet ist.
5. Ladestation nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Ansteuerschaltung (14), welche dazu eingerichtet, die weitere Schaltvorrichtung (8), falls zumindest eines der Ansteuersignale (Al, A2, A3) bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals (O) derart anzusteuern, dass diese die Phasen (LI, L2, L3) und den Neutralleiter (N) der Ladestation (1) öffnet.
6. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Anschlussklemmen (10a - lOe) für die drei Phasen (LI, L2, L3), den Neutralleiter (N) und einen PE -Leiter (PE) vorgesehen sind, dass der Fehlerstromsensor (9) den Anschlussklemmen (10a - lOe) nachgeschaltet ist, dass der AC/DC-Wandler (17) dem Fehlerstromsensor (9) nachgeschaltet ist, dass die Schaltvorrichtung (29) dem AC/DC-Wandler (17) nachgeschaltet ist, und dass eine dem AC/DC-Wandler (17) nachgeschaltete Klemmleiste (23) vorgesehen ist, an welcher das Ladekabel (5) verbunden ist.
7. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen dem Ladekabel (5) und/oder dem Gehäuse der Ladestation (1) zugeordneten Isolationsbruch-Sensor (25) 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 (26), 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.
8. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Anschlussklemmen (10a - lOe) für die drei Phasen (LI, L2, L3), den Neutralleiter (N) und einen PE -Leiter (PE) vorgesehen sind, dass ein den fünf Anschlussklemmen (10a - lOe) nachgeschaltetes EMV-Filter (27) vorgesehen ist, dass der Fehlerstromsensor (9) dem EMV-Filter (27) nachgeschaltet ist, dass die weitere Schaltvorrichtung (8) dem Fehlerstromsensor (9) nachgeschaltet ist, dass der AC/DC-Wandler (17) der weiteren Schaltvorrichtung (8) nachgeschaltet ist, dass ein dem AC/DC-Wandler (17) nachgeschalteter DC/DC-Wandler (28) vorgesehen ist, dass die Schaltvorrichtung (29) dem DC/DC-Wandler (28) nachgeschaltet ist, dass ein der Schaltvorrichtung (29) nachgeschaltetes weiteres EMV-Filter (30) vorgesehen ist, und dass die Klemmleiste (23), an welcher das Ladekabel (5) verbunden ist, dem weiteren EMV-Filter (30) nachgeschaltet ist.
9. Ladestation nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (29) als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet ist und die weitere Schaltvorrichtung (8) als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (8, 29) 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, 29) 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 (29) mittels eines ersten Ansteuersignals (Tl) mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement (29) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, 39 b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (29) mittels des ersten Ansteuersignals (Tl) mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement (29) in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement (8) mittels eines zweiten Ansteuersignals (T2) 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 Leistungsschaltelements (29) betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
10. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Ladestation (1) und das Ladekabel (5) samt seinen Ladestecker (24) doppelt isoliert sind.
11. Ladestation nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (14) eine Wired-OR-Verknüpfung umfasst, welche das erste Ansteuersignal (Al), das zweite Ansteuersignal (A2) und das dritte Ansteuersignal (A3) ODER-verknüpft.
12. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einheit (11) dazu eingerichtet ist, einen Fehlerstrom- Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
13. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (12) dazu eingerichtet ist, ein Gleichstrom- Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct-Current-Detection-Device gemäß 40 der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.
14. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein Modul (18), welches die erste Einheit (11) und die zweite Einheit (12) integriert und dazu eingerichtet ist, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 61008-1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden.
15. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein Kommunikationsmodul (19), welches dazu eingerichtet ist, mit einer High-Level- Communication, insbesondere der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation (1) gekoppelten Elektrofahrzeuges (3) auszuhandeln.
16. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) aufweist: eine Kommunikationsschnittstelle (20), welche dazu eingerichtet ist, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation (1) verwaltet, auszutauschen, eine Benutzerschnittstelle (21) für Eingaben eines Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer, und/oder ein Netzteil (22), welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen (LI, L2, L3) bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung (13) und/oder die Komponenten der Ladestation (1) bereitzustellen.
17. System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen (1), wobei die jeweilige Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist. 41
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.
PCT/EP2022/073553 2021-09-27 2022-08-24 Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen WO2023046397A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021124860.4 2021-09-27
DE102021124860.4A DE102021124860A1 (de) 2021-09-27 2021-09-27 Ladestation und System mit einer Mehrzahl von Ladestationen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023046397A1 true WO2023046397A1 (de) 2023-03-30

Family

ID=83283078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/073553 WO2023046397A1 (de) 2021-09-27 2022-08-24 Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021124860A1 (de)
WO (1) WO2023046397A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05276674A (ja) * 1992-03-27 1993-10-22 Nissan Motor Co Ltd 充電装置
DE10151153A1 (de) 2001-10-19 2003-04-30 Bombardier Transp Gmbh Vorrichtung zum Laden von Batterien für Elektrofahrtzeuge
DE102010028626A1 (de) * 2010-05-05 2011-11-10 Dipl.-Ing. Walther Bender Gmbh & Co. Kg Stromaufladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug
DE102014217928A1 (de) * 2014-09-08 2016-03-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Gleichstrom-Fehlerstroms
US9425641B2 (en) 2011-11-14 2016-08-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery charging apparatus
US9789774B2 (en) 2015-04-02 2017-10-17 Hyundai Motor Company Charger for vehicles
EP3175529B1 (de) 2014-07-31 2019-01-09 ABB Schweiz AG System zum aufladen der batterie eines elektrofahrzeugs
US20190143822A1 (en) 2017-11-14 2019-05-16 Ford Global Technologies, Llc Compound bidirectional integrated charger for a vehicle
DE102018121320A1 (de) * 2018-08-31 2020-03-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung und Ladevorrichtung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021106275A1 (de) 2021-03-15 2022-09-15 KEBA Energy Automation GmbH Verfahren zum Betreiben einer Ladestation und Ladestation
DE102021108233A1 (de) 2021-03-31 2022-10-06 KEBA Energy Automation GmbH Ladestation, System und Verfahren

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05276674A (ja) * 1992-03-27 1993-10-22 Nissan Motor Co Ltd 充電装置
DE10151153A1 (de) 2001-10-19 2003-04-30 Bombardier Transp Gmbh Vorrichtung zum Laden von Batterien für Elektrofahrtzeuge
DE102010028626A1 (de) * 2010-05-05 2011-11-10 Dipl.-Ing. Walther Bender Gmbh & Co. Kg Stromaufladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug
US9425641B2 (en) 2011-11-14 2016-08-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery charging apparatus
EP3175529B1 (de) 2014-07-31 2019-01-09 ABB Schweiz AG System zum aufladen der batterie eines elektrofahrzeugs
DE102014217928A1 (de) * 2014-09-08 2016-03-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Gleichstrom-Fehlerstroms
US9789774B2 (en) 2015-04-02 2017-10-17 Hyundai Motor Company Charger for vehicles
US20190143822A1 (en) 2017-11-14 2019-05-16 Ford Global Technologies, Llc Compound bidirectional integrated charger for a vehicle
DE102018121320A1 (de) * 2018-08-31 2020-03-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung und Ladevorrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "FI-Schutzschalter - Funktion/Aufbau - Der Elektriker", 21 September 2021 (2021-09-21), pages 1 - 8, XP093001208, Retrieved from the Internet <URL:https://web.archive.org/web/20210921055005/https://der-elektriker.org/fi-schutzschalter-funktionaufbau/> [retrieved on 20221123] *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021124860A1 (de) 2023-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104936817B (zh) 售电断路器
DE102019128406A1 (de) Rekonfigurierbares mikronetz
EP2460022B1 (de) Einrichtung und Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie an einen Verbraucherstromkreis
EP2384922B1 (de) Stromaufladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug
EP1222087B1 (de) Verfahren und anordnung zum steuern einer schaltverbindung zwischen den elektrischen ausgängen einer brennstoffzelle und einem isolierten elektrischen netz
DE102021106275A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Ladestation und Ladestation
WO2014022874A2 (de) Ladeanschlussvorrichtung für elektrofahrzeuge
EP3699015B1 (de) Elektrische schaltungsvorrichtung zur erkennung eines nichtgeöffneten schaltkontaktes sowie einer schutzleiterunterbrechung in einer ein- oder mehrphasigen elektrischen zuleitung
DE102014208015A1 (de) AC/DC Schnellladegerät
EP3572272A1 (de) Ladeanlage, ladeverfahren und ladesystem
CN110632435B (zh) 高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法
DE102014208696A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Schutz von Ladevorgängen von Fahrzeugen
DE102021124937A1 (de) Ladekabel für eine ladestation, ladestation, system mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation
WO2023094076A1 (de) Ladestation, system und anordnung mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation
WO2023046397A1 (de) Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen
WO2023046393A1 (de) Ladekabel für eine ladestation, ladestation, system mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation
DE102016216321A1 (de) Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten eines Stromes
WO2023046417A1 (de) Ladekabel für eine ladestation, ladestation, system mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation
DE102007014726A1 (de) Elektrische Prüf- und Schalteinrichtung bei maritimen Schaltapparaten
WO2023046399A1 (de) Ladekabel für eine ladestation, ladestation, system mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation
DE102021124930A1 (de) Ladekabel für eine ladestation, ladestation, system mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation
DE102021124894A1 (de) Ladekabel für eine Ladestation, Ladestation, System mit einer Mehrzahl von Ladestationen und Verfahren zum Betreiben einer Ladestation
EP2500208B2 (de) Schutzschaltungsanordnung
WO2023046964A1 (de) Ladestation und system mit einer mehrzahl von ladestationen
EP2282219A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie an einen Verbraucherstromkreis

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22769158

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022769158

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022769158

Country of ref document: EP

Effective date: 20240417