WO2023046399A1 - Ladekabel für eine ladestation, ladestation, system mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation - Google Patents

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WO2023046399A1
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conductor
selv
charging
line
charging station
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PCT/EP2022/073580
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Harald Fischer
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KEBA Energy Automation GmbH
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    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters

Definitions

  • the invention relates to a charging cable for a charging station for charging an energy store of an electric vehicle, a charging station for charging an energy store of an electric vehicle, a system with a plurality of such charging stations and a method for operating a charging station for charging an electric vehicle.
  • the present technical field relates to charging an energy store of an electric vehicle.
  • Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are rapid charging methods in which the charging station provides the electric vehicle with direct voltage/current (DC), or alternatively alternating current charging methods in which the electric vehicle receives single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle converts into direct current for the energy storage device to be charged using a built-in AC/DC converter.
  • DC direct voltage/current
  • AC alternating current
  • a charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process.
  • Bombardier describes a transformer-equipped DC charging station for electric vehicles in German patent application DE10151153A1, with a rectifier or AC/DC converter, a DO intermediate circuit with transformer and a downstream DC/DO converter.
  • charging cables which have two parallel lines for DC+ and DC- arranged in the charging cable. But if in the event of an error, e.g. B. If the insulation of the charging cable breaks and the user touches one of these lines, DC+ or DC-, he touches a voltage of 400 V (in terms of amount). Such a voltage of 400 V can be fatal.
  • a charging cable for a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with a DO charging voltage comprises at least one DC+ conductor, at least one DC- conductor, a PE conductor and a hollow-cylindrical SELV conductor (SELV; Safety Extra Low Voltage), wherein the SELV conductor is set up to carry a safety extra-low voltage.
  • the power-carrying conductors namely the DC+ conductor and the DC- conductor
  • the SELV' conductor protects the user from touching the power-carrying conductors DC- and DC+ in the event of a fault, for example if the cable sheathing breaks.
  • 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.
  • Safety extra-low voltage can also be referred to as SELV voltage.
  • Safety extra-low voltage is a small electrical voltage that offers special protection against electric shock due to its low level and isolation from circuits with higher voltages, in particular the voltage on the DC- conductor or on the DC+ conductor of the charging cable.
  • the safety extra-low voltage is in particular less than 120 V DC (direct voltage), or preferably less than 50 V AC (alternating voltage).
  • a safety extra-low voltage, e.g. B. 50 V AC (alternating voltage) are impressed into the SELV' conductor of the charging cable.
  • the current flowing through the SELV conductor and caused by the impressed safety extra-low voltage can be detected by a residual current sensor in the charging station, which means that the DC+ line and DC- line and/or the Phases and the neutral conductor through a switching device of the charging station can be triggered.
  • a residual current sensor in the charging station which means that the DC+ line and DC- line and/or the Phases and the neutral conductor through a switching device of the charging station can be triggered.
  • the safety of the entire system including the charging cable is significantly increased. Details on this are explained in more detail below.
  • the at least one DC+ conductor, the at least one DC- conductor, the PE conductor and the SELV conductor are embedded in an insulating plastic.
  • a charge pilot signal line and a plurality of temperature signal lines are preferably additionally embedded in the plastic.
  • the charging cable comprises an interior space and an exterior space, with the SELV conductor being arranged in the exterior space and delimiting the interior space.
  • a first layer of plastic surrounding the SELV conductor in the outer space insulates the SELV conductor from the outside.
  • the at least one DC+ conductor, the at least one DC- conductor and the PE conductor are embedded in a second layer of the plastic.
  • a plurality of DC+ conductors and a plurality of DC- conductors are arranged in the second layer of the plastic, in particular two DC+ conductors and two DC- conductors each, and the PE conductor is on the longitudinal axis of the charging cable arranged.
  • the PE conductor is designed as a hollow-cylindrical PE conductor surrounding the at least one DC+ conductor and the at least one DC ⁇ conductor.
  • a first layer of plastic surrounding the SELV conductor in the outer space insulates the SELV conductor from the outside.
  • the at least one DC+ conductor and the at least one DC- conductor are embedded in a second layer of plastic and the PE conductor is embedded between the second layer of plastic and a third layer of plastic.
  • the third layer of plastic is arranged between the SELV conductor and the PE conductor.
  • a plurality of DC+ conductors and a plurality of DC- conductors arranged in the second layer of the plastic in particular two DC+ conductors and two DC- conductors each, which are constructed longitudinally in particular in the form of a cable quad.
  • the structure in the form of a cable quad means that the four conductors (two DC+ conductors and two DC- conductors) are twisted into each other in a longitudinal direction in a rotational manner.
  • the SELV conductor is in the form of a braid made from a plurality of conductors, in particular wires.
  • the PE conductor is in the form of a braid made up of a plurality of conductors, in particular wires.
  • the braid can also be referred to as a ladder braid.
  • the braiding is preferably set up to contract when the charging cable is stretched.
  • a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station, which has: an AC/DC converter for converting an AC voltage provided by the multi-phase network via the phases into a a DC+ line and a DC- line provided DC voltage, a control device for controlling components of the charging station comprising the AC/DC converter, and a charging cable according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect.
  • the charging station can also be referred to as a DC charging station without a transformer, since it does not use a transformer to convert the AC voltage into DC voltage in its power path, but rather the AC/DC converter and, optionally, a downstream DC/DC converter.
  • the AC/DC converter can also be referred to as a converter.
  • the AC/DC converter is set up in particular for converting an AC voltage into a DC voltage and/or for converting a DC voltage into an AC voltage.
  • the charging station comprises in particular an intermediate circuit connected downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors which are connected to an intermediate circuit center point.
  • the DC voltage provided by the AC/DC converter or a DC voltage boosted based on this, boosted for example by a DC/DC converter, is used as the DC charging voltage for charging the energy store of the coupled electric vehicle.
  • the charging station can in particular have an energy measuring unit which is set up to measure the amount of energy drawn from the electric vehicle.
  • a billing unit can also be provided in particular, which bills the user or customer for the energy consumed by the electric vehicle.
  • the charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing, with an interior space in which the electrical and/or electronic components are arranged.
  • the charging station can also be referred to as a charging connection device.
  • the charging station is designed in particular as a wall box.
  • the charging station is suitable for charging or regenerating the energy store of an electric vehicle in that the charging station is electrically connected to the energy store or the charging electronics of the electric vehicle via its connection socket and the charging plug of the electric vehicle.
  • the charging station acts as a source of electrical energy for the electric vehicle, with the electrical energy being able to be transferred to an energy store in the electric vehicle by means of a charging cable and charging plug.
  • the charging station can also be used as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • the charging station can also draw energy from the electric vehicle and feed it back into the multi-phase grid. This is known in technical terms as vehicle-to-grid. In particular, 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 referred to as vehicle-to-any thing/e very thin gb.
  • the multiphase network is, for example, a multiphase subscriber network.
  • the multi-phase network can also be a multi-phase power supply network.
  • the polyphase network has a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor (also denoted by N).
  • the charging station comprises: a switching device downstream of the AC/DC converter, which is set up to open and close the DC+ line and the DC- line of the charging station, a residual current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, which is designed to detect a time-varying fault current with a direct current component and an alternating current component, a first unit, which is designed to detect sinusoidal alternating fault currents and pulsating direct fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, to provide a first control signal (Al) to control the switching device to open the DC+ - Line and the DC line is set up, a second unit, which for detecting DC residual currents as a function of the detected fault current and depending thereon for providing a second control signal for controlling the switching device to open the DC + line and the DC - - Le Itung is set up, and a power supply, which is connected on the input side via a first input line to the neutral conductor and a second input line to one of the phases after the fault current sensor
  • the charging station comprises: a further switching device connected upstream of the AC/DC converter, which is set up to open and close the phases and the neutral conductor of the charging station, a fault current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, which is used to detect a fault current that changes over time DC component and AC component is set up, a first unit, which is set up to detect sinusoidal alternating fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, to provide a first control signal for controlling the further switching device for opening and closing the phases and the neutral conductor, a second unit, which is used to detect DC fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, to provide a second control signal for controlling the further switching device to open and closing the phases and the neutral conductor, and a power pack which is connected on the input side via a first input line to the neutral conductor and via a second input line to one of the phases downstream of the fault current sensor and on the output side via a first output line
  • a single residual current sensor and a switch-off device for example a DC contactor or an AG contactor, is used.
  • this switch-off device is also used by the functional controller, which is designed in particular as part of the control device.
  • the AC/DC converter and/or the DC/DC converter can be controlled by the functional control in such a way that it also acts as a switch.
  • This embodiment of the charging station includes the following special safety mechanism.
  • a safety extra-low voltage e.g. B. 50 volts AC (alternating current) impressed in the SELV conductor of the charging cable.
  • the residual current sensor In the event of a fault, for example if the charging cable sheath breaks, the residual current flowing through the SELV conductor and caused by the impressed safety extra-low voltage is detected by the residual current sensor. This current flowing away via the SELV conductor in the event of a fault is therefore detected by the residual current sensor, which triggers the switching device to open the DC+ line and DC- line and/or the phases and the neutral conductor.
  • the third control signal provided can also be used to control a further switching device in the AC circuit for opening the phases and the neutral conductor and/or the AC/DC converter are switched off (deactivated) and/or the DC/DC converter is switched off (deactivated).
  • 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 over-current monitoring and/or as a function of correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station.
  • 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.
  • user authentication and/or user verification can or several of the following technologies are used: RFID, Bluetooth, code entry, fingerprint reader, vein scanner or similar.
  • 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.
  • 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 a DC/DC converter connected downstream of the AC/DC converter using a control signal generated as a function of the opening signal to control.
  • 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, if at least one of the control signals is provided, by means of an opening signal in such a way that the DC+ line and the DC- line open, the phases and the neutral conductor can also or alternatively be opened.
  • the power electronics can be switched off by voltage signal generated control signal this opens. 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 control signal that is provided is therefore sufficient to open the DC+ line and the DC- line and/or the phases and the neutral conductor of the charging station and to establish a safe state.
  • a voltmeter is connected between the first output line and the second output line of the power pack to provide a voltage value which is indicative of a potential shift of the SELV conductor.
  • the control device is set up to provide the third drive signal for driving the switching device to open the DC+ line and the DC- line as a function of the voltage value provided.
  • the voltmeter thus acts in particular as a sensor for detecting short circuits in the charging cable.
  • the DC+ conductor of the charging cable touches the SELV conductor of the charging cable in the event of a fault
  • this touching during operation of the charging station i. H. if the DC+ conductor and the DC- conductor carry high DC voltages, this leads to a potential shift on the SELV conductor that is touched.
  • This potential shift can be detected by the voltmeter.
  • the voltmeter provides a corresponding voltage value on the output side, which can be evaluated by the control device, so that it is suitable for generating the third control signal for controlling the switching device for opening the DC+ line and the DC" line.
  • a further switching device is provided in the AC circuit in addition to the switching device in the DC 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.
  • connection terminals are provided for the three phases, the neutral conductor and a PE conductor, with an EMC filter downstream of the five connection terminals being provided, the residual current sensor being downstream of the EMC filter, the further switching device being downstream of the residual current sensor, the AC/DC converter is connected downstream of the further switching device, a DC/DC converter connected downstream of the AC/DC converter is provided, 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 further Switching device the phases and the neutral conductor.
  • control circuit controls both the switching device and the additional switching device, so that these control the DC+ line and the DC- line as well as the phases and the neutral conductor of the Open charging station.
  • the AC/DC converter and the DC/DC converter can also be switched off accordingly. This further increases the safety of the charging station.
  • the switching device is designed as a first electrically controllable power switching element and the further switching device is designed as a second controllable power switching element.
  • the first power switching element is an electromagnetically switching power switching element, each of the power switching elements having a non-conductive switching state in which no current can flow and a conducting switching state in which current can flow, each of the power switching elements for interrupting a flow of energy through the charger tion is set up for the energy storage of the electric vehicle.
  • control device is set up to: a) activate an electromagnetic drive of the first power switching element using a first control signal with a pick-up voltage in order to bring the first power switching element from the non-conductive switching state to the conducting switching state, b) the electromagnetic drive of the first power switching element by means of 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 energy can only flow through the charging station when the second power switching element is conductive, in the event of a fault occurring immediately afterwards, such as a short circuit or a ground fault in the electric vehicle to be charged or the like, the first power switching element can be switched off more quickly than it is is possible without this embodiment. This increases the operational safety of the charging station.
  • the term "power switching element" is understood in particular to mean that switches are involved that can switch an electrical load on or off.
  • the switching element In 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.
  • Energy flow is set up, it is understood in particular that the charging station tion does not transmit any energy when at least one of the two power switching elements is switched off, that is to say is in the non-conductive state. This is achieved, for example, in that the two power switching elements are connected in series with respect to the flow of energy through the charging station.
  • the housing of the charging station is doubly insulated.
  • the charging cable together with its charging plug, is doubly insulated.
  • the drive circuit comprises a wired-OR operation which ORs the first drive signal, the second drive signal and the third drive signal.
  • the first unit is set up to emulate a type A residual current circuit breaker, in particular in accordance with standard 61008'1.
  • emulation of a type A residual current circuit breaker is to be understood in particular as simulating the type A residual current circuit breaker, for example emulating the error analysis functionality of the type A residual current circuit breaker in software.
  • first unit and/or the second unit are designed as part of the control device.
  • the first unit and the second unit are implemented in software.
  • the first and/or the second unit can be in the form of an FPGA or an ASIC.
  • the second unit is set up to use 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.
  • 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 includes a test unit which is set up to impress and evaluate a test current in at least one of the phases, in the neutral conductor and/or in a separate test winding of the residual current sensor.
  • the test unit is set up to be triggered for testing by means of a test command for simulating a pressing of a test button.
  • the test command is in particular a software command, by means of which the test unit can be triggered in such a way that it triggers the testing and thus the injection of the test current.
  • the test command thus emulates the test button known from conventional type A residual current circuit breakers.
  • the conventional mechanical test button is therefore advantageously not necessary, particularly in this embodiment.
  • the test command can be generated via any form of backend and transmitted to the charging station.
  • An example of this is when a user transmits the test command to the charging station via a smartphone app.
  • the operator of the charging station transmits the test command at regular intervals via his server to the charging station coupled to the server.
  • the charging station always terminates a charging process by completely testing the safety chain and sending a current to the test unit via a software command from the control device. The test unit then injects the test current, the test current is detected by the sensor and the contactor is tripped.
  • a test with an actual current flow interruption is preferably always carried out at the end of the charging process.
  • the charging station comprises an electromechanical system for mechanically displaying the switching position of the switching device.
  • the electromechanics include a bezel controlled via an electrical coupling of the feedback contacts of the switching device, which follows the switch position of the switching device, and a visual indicator controlled by the bezel for indicating the switch position.
  • the visual display device includes, for example, two LEDs that light up green and red. The panel always covers one of the two LEDs. The LED not covered by the bezel is visible to the user. Due to the electrical coupling of the panel with the feedback contacts of the switching device, the panel always follows the switching position of the switching device. As a result, 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 to provide the time-varying residual current, or by four current transformers for the three phases and the neutral conductor to provide a respective output signal and an adder unit downstream of the four current transformers to provide the time-varying fault current 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 with a plurality N of charging stations is proposed (with N> 2), the respective charging station according to the second aspect or one of the embodiments of the second aspect.
  • the N charging stations are connected by means of a star connection to a single circuit breaker, which is coupled to the grid connection point.
  • a method for operating a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station includes an AC/DC converter for converting an AC voltage provided by the multiphase network via the phases into a DC voltage provided by means of a DC+ line and a DC- line, a control device for controlling components of the charging station comprising the AC/DC -Converter, a switching device downstream of the AC/DC converter, which is set up to open and close the DC+ line and the DC- line of the charging station, and/or a further switching device upstream of the AC/DC converter, which is designed to open and closing the phases and the neutral conductor of the charging station, a residual current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, a charging cable according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect, and a power pack which is connected to the neutral conductor on the input side via a first input line and via a second input line with one of the phases after
  • Detection of a time-varying residual current with a direct current component and an alternating current component by the residual current sensor which includes detection of a residual current flowing through the SELV conductor in the event of a fault by means of the residual current sensor,
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement with a first embodiment of a charging station and an electric vehicle!
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a charging cable for a charging station!
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a charging cable for a charging station!
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of a third embodiment of a charging cable for a charging station!
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a fourth embodiment of a charging cable for a charging station!
  • FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 7 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • FIG. 8 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • FIG. 9 shows a schematic view of an embodiment of a method for operating a charging station.
  • Fig. 1 schematically shows an arrangement with a first embodiment of a charging station 1 and an electrical energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • a multi-phase subscriber network 4 is connected to a multi-phase power supply network 7 by means of a network connection point 6 .
  • the multi-phase subscriber network 4 has, in particular, a number of phases, for example L1, L2 and L3, and a neutral conductor N. In this example, without restricting the generality, it is a question of three-phase power networks.
  • the electric vehicle 3 is coupled to the charging station 1 by means of a charging cable 5 which is connected to a terminal block 16 (not shown in FIG. 1, see for example in FIG. 6) 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. 6) 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. Furthermore, the charging cable 5 together with its charging plug 17 (see, for example, FIG. 6) is also preferably double-insulated.
  • the power-carrying conductors (DC+ line and DC- line) in the charging connector 17 are individually insulated, and the housing of the charging connector 17 also has an insulating effect.
  • the charging plug 17 can also be encapsulated on the inside with an insulating compound.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a charging cable 5 for a charging station 1, for example the charging station 1 according to Fig. 1.
  • the charging cable 5 of FIG. 2 has a DC+ conductor DC+, a DC- conductor DC-, a PE conductor PE and a hollow cylindrical conductor surrounding the DC+ conductor DC+, the DC- conductor DC- and the PE conductor PE hollow-cylindrical SELV'conductor SELV.
  • the SELV conductor SELV is set up to carry a safety extra-low voltage.
  • the charging cable 5 of FIG. 2 has an interior space IR and an exterior space AR.
  • the SELV conductor SELV is arranged in the exterior space AR and delimits the interior space IR.
  • a first layer K1 of the plastic is also provided, which surrounds the SELV conductor SELV and insulates it from the outside.
  • a cable jacket can be provided over the first layer K1 of the plastic.
  • the first layer K1 of the plastic can also form the cable jacket.
  • the DC+ conductor DC+, the DC ⁇ conductor DO and the PE conductor PE are embedded in a second layer K2 of the plastic.
  • the second layer K2 of the plastic insulates the DC+ conductor, the DC- conductor and the PE conductor from one another and from the SELV conductor SELV.
  • Fig. 3 shows a schematic view of a second embodiment of a charging cable 5 of a charging station 1.
  • the second embodiment of Fig. 3 differs from the first embodiment of Fig. 2 in that the first layer Kl of the plastic has two DC+ conductors DC+ and two DC- conductors DC- are arranged.
  • the two DC+ conductors DC+ and the two DC- conductors DC- are distributed according to the arrangement of a cable quad.
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of a third embodiment of a charging cable 5 of a charging station 1.
  • the third exemplary embodiment of the charging cable 5 according to FIG. 4 differs from the first exemplary embodiment according to FIG. 2 and the second exemplary embodiment according to FIG. 3 in that the PE conductor PE of FIG - Head surrounding hollow cylindrical PE conductor is formed.
  • a first layer Kl of the plastic surrounding the SELV conductor SELV insulates the SELV conductor SELV from the outside.
  • the DC+ conductor DC+ and the DC ⁇ conductor DO are embedded in a second layer K2 of the plastic.
  • the hollow-cylindrical PE conductor PE is embedded between the second layer K2 of the plastic and a third layer K3 of the plastic.
  • the third layer K3 of the plastic is arranged between the SELV conductor SELV and the PE conductor PE.
  • a charge pilot signal line CP and a plurality of temperature signal lines T are embedded in the third layer K3 of the plastic. without restrictions
  • FIG. 4 shows four temperature signal lines T. Two temperature signal lines T are used for coupling a temperature sensor.
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of a fourth embodiment of a charging cable 5 of a charging station 1.
  • the fourth embodiment of FIG. 5 is based on the third embodiment of FIG DC+ conductor DC+ and two DC- conductors DC- are arranged.
  • the two DC+ conductors DC+ and the second DC- conductor DC- are distributed according to the arrangement of a cable quad.
  • the SELV conductor SELV is designed in particular as a braiding made up of a plurality of conductors, in particular wires.
  • the PE conductor PE in the two embodiments according to FIGS. 4 and 5 is designed as a braiding made up of a plurality of conductors, in particular wires.
  • the respective mesh can also be referred to as a conductor mesh and is preferably set up to contract when the charging cable 5 is stretched.
  • Fig. 6 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. 6 includes all the features of the first embodiment of the charging station 1 in Fig. 1.
  • the charging station 1 of FIG. 6 has five input-side connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e for coupling the phases LI, L2, L3, the neutral conductor N and the PE conductor PE of the multi-phase network 4.
  • the charging station 1 On the output side, the charging station 1 has a terminal strip 16 to which the charging cable 5 together with its charging plug 17 is attached.
  • the charging cable 5 is designed, for example, according to FIG. 2, according to FIG. 3, according to FIG. 4 or according to FIG. de.
  • a residual current sensor 9 Between the connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e and the terminal strip 16, a residual current sensor 9, an AC / DC converter 15 and a switching device 26 are coupled.
  • a current measuring device (not shown) can also be provided, which is set up to measure the electric current flowing on the phases LI, L2, L3 in the direction of flow to the electric vehicle 3 .
  • the current measuring device is a useful current sensor and is set up to measure the electric current flowing on the phases LI, L2, L3 in the direction of flow to the electric vehicle 3 .
  • the AC/DC converter 15 converts the AC voltage provided by the multi-phase network 4 via the phases LI, L2, L3 into a DC voltage and provides this as positive DC voltage DC+ and negative DC voltage DC- via two output lines, also denoted DC+ and DC- , the terminal strip 16 ready.
  • the switching device 26 is suitable for opening and closing the DC+- line DC+ and the DC- line DC- of the charging station 1 .
  • the switching device 26 is, 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. 6 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. 6—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 26 for opening the DC+ line DC+ and the DC ⁇ line DC ⁇ and/or set up to control the further switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • 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 fault currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, for providing a second control signal A2 for controlling the switching device 26 for opening the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and/or for controlling the others Switching device 8 set up to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the second unit 12 is preferably set up to emulate 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.
  • control device 13 is set up to send a third control signal A3 to control the switching device 26 to open the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and/or to control the further switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N to provide.
  • the control device 13 generates the third control signal A3 in particular depending on a vehicle authentication and/or vehicle verification and/or user authentication and/or user verification, depending on an overcurrent monitoring and/or depending on a correct connection of the charging cable 5 to the electric vehicle 3 and/or to the charging station 1.
  • the charging station 1 also includes a control circuit 14.
  • the control circuit 14 is set up to control the switching device 26, 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 --The DC line and/or the phases LI, L2,L3 and the neutral conductor N of the charging station 1 opens.
  • the control circuit 14 then controls the switching device 26 to open the DC+ and DC- lines and/or the further switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N when one or more of the control signals Al, A2 , A3 is provided or set.
  • 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. 6 has a power pack 18, which is connected on the input side via a first input line 28 to the neutral conductor N and via a second input line 29 to one of the phases LI, L2, L3 after the fault current sensor 9 and on the output side via a first Output line 30 is connected to the PE line PE of the charging station 1 and via a second output line 31 to the SELV conductor SELV of the charging cable 5 .
  • the power supply unit 18 is set up for impressing the safety extra-low voltage in the SELV conductor SELV of the charging cable 5 , so that a fault current F flowing via the SELV conductor SELV in the event of a fault is detected by the fault current sensor 9 .
  • This embodiment of the charging station 1 thus includes a special safety mechanism.
  • the residual current sensor 8 which opens the DC+ line DC+ and the DC-- line DC- by the switching device 26 and/or the opening of the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N triggers.
  • the charging station 1 comprises a voltmeter 23, which is connected between the first output line 30 and the second output line 31 of the power supply unit 18 and is set up to provide a voltage value which is indicative of a potential shift of the SELV conductor SELV .
  • the control device 13 then provides the third control signal A3 to control the switching device 26 to open the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and/or the further switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N in the charging station 1 ready.
  • FIG. 6 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. 6 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. 6 has 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, in particular, manages the charging station 1.
  • 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. 6 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. 7 is a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station 1 is shown.
  • the third embodiment of the charging station 1 according to FIG. 7 is based on the second embodiment of the charging station 1 according to FIG. 6.
  • an EMC filter 24, a residual current sensor 9 downstream of the EMC filter 24, a further switching device 8 downstream of the residual current sensor 9, an AC/DC converter 15 downstream of the switching device 8, a DC/DC downstream of the AC/DC converter 15 converter 25, a switching device 26 connected downstream of the DC/DC converter 25 and a further EMC filter 27 connected downstream of the switching device 26 are provided.
  • the switching device 26 is arranged on the DC side of the charging station 1 and can also be referred to as a DC switching device.
  • the DC switching device is a contactor, for example.
  • control circuit 14 of FIG. 7 is set up in particular to control not only the switching device 26 but also the further switching device 8, if at least one of the control signals A1, A2, A3 is provided, by means of the opening signal O in such a way that it activates the phases LI , L2, L3 and the neutral conductor N in charging station 1 opens.
  • This increases the security of the Charging station 1 increased.
  • a switch-off signal C1 is sent to the AC/DC converter 15 and a switch-off signal C2 is sent to the DC/DC converter 25 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 .
  • the electromechanics are preferably coupled to an energy store in such a way that the electromechanics can maintain the display of the switching position of the further switching device 8 for a predetermined time even when the charging station 1 is in a de-energized state.
  • Fig. 8 shows an alternative embodiment of a charging station 1 to the third embodiment of FIG. 7.
  • the fourth embodiment of FIG. 8 differs from the third embodiment of FIG , dedicated control signals TI and T2 are used, namely a first control signal TI for the switching device 26 and a second control signal T2 for the further control device 8.
  • the switching device 26 is preferably designed as a first electrically controllable power switching element
  • the further switching device 8 is preferably designed as a second controllable power switching element.
  • the first power switching element is an electromagnetically switched power switching element, each of the power switching elements 8, 26 having a non-conducting switching state in which no current can flow and a conducting switching state in which current can flow.
  • each of the power switching elements 8 , 26 is set up to interrupt a flow of energy through the charging station 1 to the energy store 2 of the electric vehicle 3 .
  • the control device 13 is set up to a) control an electromagnetic drive of the first power switching element 26 by means of a first control signal with a pick-up voltage in order to bring the first power switching element 26 from the non-conducting switching state to the conducting switching state, b) the electromagnetic drive of the first power switching element 26 by means of the first drive signal with a holding voltage that is lower than the pull-in voltage after the first power switching element 26 is in the conducting switching state, and c) to drive the second power switching element 8 by means of a second drive signal in order to change the second power switching element 8 from the non-conducting switching state to spend in the conductive switching state after a current flow through the electromagnetic drive of the first power switching element 26 has reached or fallen below a specific threshold value.
  • FIG. 9 shows a schematic view of an embodiment of a method for operating a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3 with electrical energy by means of a multi-phase network 4 that can be coupled to the charging station 1.
  • the charging station 1 is, for example, as in one of the 6 to 8 executed.
  • the method of FIG. 9 includes the steps S10 to S50:
  • step S10 a safety extra-low voltage is impressed into the SELV conductor SELV of the charging cable 5 by means of the power pack 18.
  • Step S20 includes detection of a time-varying fault current F with a DC component and an AC component by the fault current sensor 9, which also includes detection of a fault current F flowing via the SELV conductor SELV in the event of a fault by means of the fault current sensor 9.
  • Step S30 includes detecting sinusoidal alternating fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending on this, providing a first control signal Al for controlling the switching device 26 to open the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and /or to control the additional switching device to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • Step S40 includes detecting DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending on this, providing a second control signal A2 for controlling the switching device 26 for opening the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and/or for controlling the further switching device 8 to open phases LI, L2, L3 and neutral N.
  • step S50 a third control signal A3 for controlling the switching device 26 for opening the DC+ line DC+ and the DC- line DC- and/or for controlling the further switching device 8 for opening the phase sen LI, L2, L3 and the neutral conductor N provided by the control device 13.
  • the switching device 26 and/or the further switching device 8 is opened.

Abstract

Es wird ein Ladekabel (5) für eine Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit einer DC-Ladespannung vorgeschlagen. Dabei umfasst das Ladekabel (5) zumindest einen DC+-Leiter (DC+), zumindest einen DC–-Leiter (DC–), einen PE-Leiter (PE) und einen den zumindest einen DC+-Leiter (DC+), den zumindest einen DC–-Leiter (DC–) und den PE-Leiter (PE) umgebenden hohlzylindrischen SELV-Leiter (SELV) aufweist, wobei der SELV-Leiter (SELV) zum Führen einer Sicherheitskleinspannung eingerichtet ist.

Description

LADEKABEL FÜR EINE LADESTATION, LADESTATION, SYSTEM MIT EINER MEHRZAHL VON LADESTATIONEN UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER LADESTATION
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, ein System mit einer Mehrzahl solcher Ladestationen sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromladeverfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC-Wandlers in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstr omladeverfahr en kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang.
Im Folgenden werden nur insbesondere Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, besprochen.
Hierzu beschreibt beispielsweise Bombardier in der deutschen Patentanmeldung DE10151153A1 eine trafobehaftete DC-Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit einem Gleichrichter bzw. AC/DC Wandler, einem DOZwischenkreis mit Transformator und einem nachgeschalteten DC/DOWandler.
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP3175529B1, US20190143822A1, US9425641B2 und US9789774B2 bekannt. Alle Lösungen aus dem Stand der Technik haben die Gemeinsamkeit, dass zumindest ein Trafo im System integriert ist, welcher ein lokales IT-Netz ausbildet und dadurch bei einem ersten Fehler kein Fehlerstrom fließt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine Ladestation mit Leistungselektronik verwendet, welche über keinen Trafo verfügt. Hierzu wird auf die Patentanmeldungen DE 102021106275.6 und DE 102021108233.1 der Anmelderin verwiesen.
Herkömmlicherweise werden bei solchen Schnellladeverfahren mit einer hohen DC-Ladespannung von beispielsweise 800 V Ladekabel verwendet, welche zwei in dem Ladekabel angeordnete, parallele Leitungen für DC+ und DC- aufweisen. Wenn aber im Fehlerfall, z. B. bei einem Isolationsbruch des Ladekabels, der Anwender eine dieser Leitungen, DC+ oder DC- berührt, so berührt er eine Spannung von 400 V (dem Betrag nach). Eine solche Spannung von 400 V kann lebensgefährlich sein.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu verbessern
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Ladekabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 8, durch ein System mit einer Mehrzahl von Ladestationen mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit einer DOLadespannung vor geschlagen. Dabei umfasst das Ladekabel zumindest einen DC+-Leiter, zumindest einen DC--Leiter, einen PE-Leiter und einen den zumindest einen DC+- Leiter, den zumindest einen DC--Leiter und den PE-Leiter umgebenden hohlzylindrischen SELV-Leiter (SELV; Safety Extra Low Voltage) aufweist, wobei der SELV'Leiter zum Führen einer Sicherheitskleinspannung eingerichtet ist.
Bei dem vorliegenden Ladekabel ist vorgesehen, dass die leistungsführenden Leiter, nämlich der DC+-Leiter und der DC--Leiter, mehrfach geschützt sind, nämlich von dem umgebenden hohlzylindrischen SELV'Leiter sowie mehreren Schichten aus Kunststoff. Damit schützt der SELV'Leiter den Anwender im Fehlerfall davor, beispielsweise bei einem Isolationsbruch des Kabelmantels, die leistungsführenden Leiter DC- und DC+ zu berühren. Ein Isolationsbruch des Ladekabels ist beispielsweise ein Bruch eines Kabelmantels des Ladekabels oder ein Bruch der Isolation an dem Ladestecker des Ladekabels.
Die Sicherheitskleinspannung kann auch als SELV'Spannung bezeichnet werden. Die Sicherheitskleinspannung ist eine kleine elektrische Spannung, die aufgrund ihrer geringen Höhe und der Isolierung gegen Stromkreise höherer Spannung, insbesondere der Spannung auf dem DC--Leiter oder auf dem DC+-Leiter des Ladekabels, besonderen Schutz gegen einen elektrischen Schlag bietet. Die Sicherheitskleinspannung ist insbesondere kleiner als 120 V DC (Gleichspannung), beziehungsweise bevorzugt kleiner als 50 V AC (Wechselspannung). Zum Beispiel über ein Netzteil kann eine Sicherheitskleinspannung, z. B. 50 V AC (Wechselspannung), in den SELV'Leiter des Ladekabels eingeprägt werden. Im Fehlerfall, beispielsweise im Falle eines Mantelbruches des Ladekabels, kann der über den SELV'Leiter fließende, durch die eingeprägte Sicherheitskleinspannung bedingte Strom von einem Fehlerstromsensor der Ladestation detektiert werden, wodurch ein Öffnen der DC+-Leitung und DC--Leitung und/oder der Phasen und des Neutralleiters durch eine Schaltvorrichtung der Ladestation getriggert werden kann. Hierzu wird die Sicherheit des Gesamtsystems inklusive Ladekabel deutlich erhöht. Details hierzu werden im Folgenden näher erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform sind der zumindest eine DC+-Leiter, der zumindest eine DC--Leiter, der PE-Leiter und der SELV-Leiter in einem isolierenden Kunststoff eingebettet.
Vorzugsweise sind zusätzlich eine Charge-Pilot'Signalleitung und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen in dem Kunststoff eingebettet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ladekabel einen Innenraum und einen Außenraum, wobei der SELV-Leiter in dem Außenraum angeordnet ist und den Innenraum begrenzt. Dabei isoliert in dem Außenraum eine den SELV-Leiter umgebende erste Schicht des Kunststoffes den SELV-Leiter nach außen. In dem Innenraum sind der zumindest eine DC+-Leiter, der zumindest eine DC--Leiter und der PE-Leiter in einer zweiten Schicht des Kunststoffes eingebettet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine Mehrzahl von DC+-Leitern und eine Mehrzahl von DC--Leitern in der zweiten Schicht des Kunststoffes angeordnet, insbesondere jeweils zwei DC+-Leiter und zwei DC--Leiter, und der PE-Leiter ist auf der Längsachse des Ladekabels angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der PE-Leiter als ein den zumindest einen DC+-Leiter und den zumindest einen DC--Leiter umgebender hohlzylindrischer PE-Leiter ausgebildet. Dabei isoliert in dem Außenraum eine den SELV- Leiter umgebende erste Schicht des Kunststoffes den SELV-Leiter nach außen. In dem Innenraum sind der zumindest eine DC+-Leiter und der zumindest eine DC--Leiter in einer zweiten Schicht des Kunststoffes eingebettet und der PE- Leiter ist zwischen der zweiten Schicht des Kunststoffes und einer dritten Schicht des Kunststoffes eingebettet. Weiter ist die dritte Schicht des Kunststoffes zwischen dem SELV-Leiter und dem PE-Leiter angeordnet. Hierbei sind vor- zugsweise eine Mehrzahl von DC+-Leitern und eine Mehrzahl von DC--Leitern in der zweiten Schicht des Kunststoffes angeordnet, insbesondere jeweils zwei DC+-Leiter und zwei DC--Leiter, welche insbesondere in der Form eines Seilvierers longitudinal aufgebaut sind. Der Aufbau in Form eines Seilvierers bedeutet, dass die vier Leiter (zwei DC+-Leiter und zwei DC--Leiter) in longitudinaler Richtung rotationsförmig ineinander verdreht sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der SELV-Leiter als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der PE -Leiter als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet.
Das Geflecht kann auch als Leiter geflecht bezeichnet werden. Dabei ist das Geflecht vorzugsweise dazu eingerichtet, sich bei einer Dehnung des Ladekabels zusammenzuziehen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, welche aufweist: einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+- Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, und ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts.
Die Ladestation kann auch als trafolose DC-Ladestation bezeichnet werden, da sie in ihrem Leistungspfad keinen Trafo zum Wandeln der Wechselspannung in die Gleichspannung nutzt, sondern den AC/DC-Wandler und optional einen nachgeschalteten DC/DC-Wandler. Der AC/DC-Wandler kann auch als Umrichter bezeichnet werden. Der AC/DC- Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung eingerichtet. Die Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.
Die von dem AC/DC-Wandler bereitgestellte Gleichspannung oder eine basierend auf dieser hochgesetzte Gleichspannung, hochgesetzt beispielsweise durch einen DC/DC'Wandler, wird als DC-Ladespannung zum Laden des Energiespeichers des gekoppelten Elektrofahrzeuges verwendet.
Des Weiteren kann die Ladestation insbesondere eine Energiemesseinheit auf- weisen, welche dazu eingerichtet ist, die vom Elektrofahrzeug bezogene Energiemenge zu messen. Zusätzlich kann insbesondere auch eine Abrechnungseinheit vorgesehen sein, welche die von dem Elektrofahrzeug konsumierte Energie gegenüber dem Benutzer oder Kunden abrechnet.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet sind.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges geeignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Ladekabel samt Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intel- ligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die Ladestation kann weiters auch vom Elektrofahrzeug Energie beziehen und in das mehrphasige Netz zurückspeisen. Dies wird in der Fachsprache als Vehicle-to-Grid 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 V ehicle - to - any thing/e very thin g b ezeichnet .
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation: eine dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist, einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil 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 (Al) zum Ansteuern der Sch alt Vorrichtung zum Öffnen der DC+- Leitung und der DC--Leitung 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 DC+-Leitung und der DC--Leitung eingerichtet ist, und ein Netzteil, welches eingangsseitig über eine erste Eingangsleitung mit dem Neutralleiter und über eine zweite Eingangsleitung mit einer der Phasen nach dem Fehlerstromsensor verbunden ist und ausgangsseitig über eine erste Ausgangsleitung mit der PE-Leitung der Ladestation und über eine zweite Ausgangsleitung mit dem SELV-Leiter des Ladekabels verbunden ist, wobei das Netzteil zum Einprägen der Sicherheitskleinspannung in den SELV-Leiter (SELV) des Ladekabels eingerichtet ist, so dass ein im Fehlerfall über den SELV- Leiter fließender Fehlerstrom von dem Fehlerstromsensor erfassbar ist, wobei die Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung eingerichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation: eine dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist, einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen 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 weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, und ein Netzteil, welches eingangsseitig über eine erste Eingangsleitung mit dem Neutralleiter und über eine zweite Eingangsleitung mit einer der Phasen nach dem Fehlerstromsensor verbunden ist und ausgangsseitig über eine erste Ausgangsleitung mit der PE-Leitung der Ladestation und über eine zweite Ausgangsleitung mit dem SELV-Leiter des Ladekabels verbunden ist, wobei das Netzteil zum Einprägen der Sicherheitskleinspannung in den SELV-Leiter des Ladekabels eingerichtet ist, so dass ein im Fehlerfall über den SELV-Leiter fließender Fehlerstrom von dem Fehlerstromsensor erfassbar ist, wobei die Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist,.
Bei den obigen beiden Ausführungsform der Ladestation werden vorteilhafterweise zur Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, pulsierenden Gleichfehlerströmen und Gleichfehlerströmen und zur Abschaltung der DC+- Leitung und der DC--Leitung und/oder zur Unterbrechung der Phasen und des Neutralleiters bei detektiertem Fehler nur ein einziger Fehlerstromsensor und eine Abschaltvorrichtung, zum Beispiel ein DC'Schütz oder ein AG-Schütz, verwendet. Diese Abschaltvorrichtung wird darüber hinaus auch von der funktionalen Steuerung verwendet, welche insbesondere als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet ist. Für eine doppelte Isolierung kann von der funktionalen Steuerung der AC/DC-Wandler und/oder der DC/DC-Wandler so angesteuert werden, dass dieser ebenfalls als Schalter wirken.
Diese Ausführungsform der Ladestation umfasst folgenden besonderen Sicherheitsmechanismus. Über das Netzteil wird eine Sicherheitskleinspannung, z. B. 50 Volt AC (Wechselstrom), in den SELV-Leiter des Ladekabels eingeprägt. Im Fehlerfall, beispielsweise im Falle eines Mantelbruches des Ladekabels, wird der über den SELV-Leiter abfließende, durch die eingeprägte Sicherheitskleinspannung bedingte Fehlerstrom von dem Fehlerstromsensor detektiert. Dieser im Fehlerfall über den SELV-Leiter abfließende Strom wird demnach von dem Fehlerstromsensor detektiert, was ein Öffnen der DC+-Leitung und DC--Leitung und/oder der Phasen und des Neutralleiters durch die Schaltvorrichtung triggert.
Alternativ oder zusätzlich kann mittels des bereitgestellten dritten Ansteuersignals auch eine weitere Schaltvorrichtung im AC'Stromkreis zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters angesteuert werden und/oder der AC/DC- Wandler abgeschaltet (deaktiviert) werden und/oder der DC/DC-Wandler abgeschaltet (deaktiviert) werden.
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 her stellen 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 Üb er Stromüberwachung 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 aus gehandelten Ladeplan hält. Der richtige Anschluss des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation kann beispielsweise mittels eines Plug-Present-Sensors und/oder eines Charge-Pilot-Signals und/oder der Verriegelungsdetektionseinheit detektiert werden.
Gemäß einer weiteren 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 weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern und/oder einen dem AC/DC-Wandler nachgeschalteten DC/DC-Wandler mit einem in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern. Damit wirken der AC/DC-Wandler wie auch der DC/DC-Wandler als mechanische Schalter und bewirken im Leistungspfad eine weitere Isolierung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuerschaltung, welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, die Phasen und der Neutralleiter können ebenfalls oder alternativ geöffnet werden. Zusätzlich kann die Leistungselektronik abgeschaltet werden, indem ein in Abhängigkeit des Öff- nungssignals generiertes Steuersignal diese öffnet. Dies bewirkt eine doppelte Isolierung des Fahrzeugs gegenüber dem Netz.
Die Ansteuerschaltung steuert demnach die Schaltvorrichtung dann zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung 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 und/oder die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation zu öffnen und einen sicheren Zustand herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Voltmeter zum Bereitstellen eines Spannungswertes, welcher indikativ für eine Potentialverschiebung des SELV'Leiters ist, zwischen der ersten Ausgangsleitung und der zweiten Ausgangsleitung des Netzteils geschaltet ist. Dabei ist die Steuervorrichtung zum Bereitstellen des dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung in Abhängigkeit des bereitgestellten Spannungswertes eingerichtet. Das Voltmeter wirkt damit insbesondere als Sensor zur Kurzschlussdetektion im Ladekabel.
Wenn beispielsweise im Fehlerfall der DC+-Leiter des Ladekabels den SELV- Leiter des Ladekabels berührt, so führt dieses Berühren im Betrieb der Ladestation, d. h. wenn der DC+-Leiter und der DC--Leiter hohe Gleichspannungen führen, zu einer Potenzialverschiebung auf dem berührten SELV-Leiter. Diese Po- tenzialverschiebung ist durch das Voltmeter detektierbar. Insbesondere stellt das Voltmeter in Abhängigkeit der Potenzialverschiebung ausgangsseitig einen entsprechenden Spannungswert bereit, welcher von der Steuervorrichtung ausgewertet werden kann, so dass diese dazu geeignet ist, das dritte Ansteuersignal zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC" Leitung zu generieren.
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 sind fünf Anschlussklemmen für die drei Phasen, den Neutralleiter und einen PE-Leiter vorgesehen, wobei ein den fünf Anschlussklemmen nachgeschaltetes EMV-Filter vorgesehen ist, der Fehlerstromsensor dem EMV-Filter nachgeschaltet ist, die weitere Schaltvorrichtung dem Fehlerstromsensor nachgeschaltet ist, der AC/DC-Wandler der weiteren Schaltvorrichtung nachgeschaltet ist, ein dem AC/DC-Wandler nachgeschalteter DC/DC-Wandler vorgesehen ist, die Schaltvorrichtung dem DC/DC-Wandler nachgeschaltet ist, ein der Schaltvorrichtung nachgeschaltetes weiteres EMV- Filter vorgesehen ist und die Klemmleiste, an welcher das Ladekabel verbunden ist, dem weiteren EMV-Filter nachgeschaltet ist.
Der DC/DC-Wandler ist insbesondere dazu eingerichtet, die von dem AC/DC- Wandler bereitgestellte Gleichspannung hochzusetzen und als DC- Ladespannung ausgangsseitig bereitzustellen. Der DC/DC-Wandler kann auch als Gleichspannungs wandler bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung und die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels des Öffnungssignals derart anzusteuern, dass diese die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, wie auch durch die weitere Schaltvorrichtung die Phasen und der Neutralleiter.
Ist demnach zumindest eines der Ansteuersignale in dieser Ausführungsform bereitgestellt (oder gesetzt), so steuert die Ansteuerschaltung sowohl die Schaltvorrichtung als auch die weitere Schaltvorrichtung an, so dass diese die DC+- Leitung und die DC--Leitung wie auch die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnen. Zusätzlich können auch der AC/DC-Wandler und der DC/DC- Wandler entsprechend abgeschaltet werden. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet und die weitere Schaltvorrichtung ist als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Dabei ist das erste Leistungsschaltelement ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladesta- tion zu dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges eingerichtet ist. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet: a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
Für die Schritte a) und b) kann das erste Ansteuersignal insbesondere unterschiedliche Amplituden aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Ansteuersignal in den Schritten a) und b) auch unterschiedlich moduliert sein, beispielsweise durch Anwendung einer PWM-Modulation (PWM; Pulsweitenmodulation).
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das erste Leistungsschaltelement zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Schaltzustand verbracht wird, bereits mit reduziertem Haltestrom aufgrund der reduzierten Haltespannung angesteuert wird und daher schneller abschaltbar ist. Da ein Energiefluss durch die Ladestation erst dann möglich ist, wenn das zweite Leistungsschaltelement leitend ist, kann in einem unmittelbar danach auftretenden Fehlerfall, wie beispielsweise ein Kurzschluss oder ein Erdschluss in dem zu ladenden Elektrofahrzeug oder dergleichen, das erste Leistungsschaltelement schneller abgeschaltet werden, als es ohne diese Ausführungsform möglich ist. Damit wird die Betriebssicherheit der Ladestation erhöht. Unter dem Begriff "Leistungsschaltelement" wird insbesondere verstanden, dass es sich um Schalter handelt, die eine elektrische Last zu- oder abschalten können. Im leitenden Zustand, der auch als eingeschalteter Zustand bezeichnet werden kann, kann eine elektrische Leistung durch das Schaltelement fließen, die im Bereich von einigen Watt bis hin zu mehreren Kilowatt, beispielsweise bis zu 500 kW, betragen kann. Dies ist im Gegensatz zu reinen Signalschaltern zu sehen, die nur zum Schalten von Signalen, deren elektrische Leistung deutlich unter einem Watt liegt, geeignet sind.
Unter dem Begriff "elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement" wird beispielsweise ein Schaltelement verstanden, das über eine entsprechende elektrische Ansteuerung oder auch Ansteuerschaltung schaltbar ist. Beispiele für elektrisch steuerbare Schaltelemente sind elektromechanische Relais sowie elektronische Schalter, die auch als Halbleiterrelais bezeichnet werden können.
Unter dem Begriff "elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement" wird beispielsweise ein Relais oder ein Schütz verstanden, welches ein mechanisches Betätigungselement aufweist, das durch ein von einem Elektromagneten, insbesondere einer Spule, erzeugbares Magnetfeld betätigbar ist. Wenn das Betätigungselement betätigt wird, schließt es die schaltbaren Kontakte, so dass das Relais oder der Schütz eingeschaltet ist. Das Betätigungselement kann auch als Anker bezeichnet werden und die schaltbaren Kontakte können auch als Arbeitskontakte bezeichnet werden. In dem nicht-leitenden Zustand, der auch als ausgeschalteter oder geöffneter Zustand bezeichnet werden kann, sind die Arbeitskontakte durch einen Spalt voneinander getrennt, wobei die Größe des Spalts in Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung, die an den Arbeitskontakten angelegt wird, sowie des erforderlichen Stromabschaltvermögens des Schaltelements, bestimmt ist.
Darunter, dass jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines
Energieflusses eingerichtet ist, wird insbesondere verstanden, dass die Ladesta- tion keine Energie überträgt, wenn zumindest eines der beiden Leistungsschaltelemente ausgeschaltet, das heißt in dem nicht-leitenden Zustand ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die beiden Leistungsschaltelemente in Bezug auf den Energiefluss durch die Ladestation in Reihe geschaltet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse der Ladestation doppelt isoliert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ladekabel samt seinem Ladestecker doppelt isoliert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung eine Wired-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal, das zweite Ansteuersignal und das dritte Ansteuersignal ODER- verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Einheit dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.
Unter Emulieren eines Fehlerstrom-Schutzschalters Typ A ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Fehlerstrom-Schutzschalters Typ A, beispielsweise ein Nachbilden der Fehleranalyse-Funktionalität des Fehlerstrom- Schutzschalters Typ A in Software, zu verstehen.
Insbesondere sind die erste Einheit und/oder die zweite Einheit als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Beispielsweise sind die erste Einheit und die zweite Einheit in Software implementiert. Alternativ können die erste und/oder die zweite Einheit als FPGA oder als ASIC ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Einheit dazu eingerichtet, ein Gleichstrom-Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Detection -Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual- Direct-Current'Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.
Unter Emulieren eines Gleichstrom-Detektionsgerätes ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Gleichstrom-Detektionsgerätes, beispielsweise des Residu- al-Direct-Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955 oder des Residu- al-Direct-Current-Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, in Software, zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Modul, welches die erste Einheit und die zweite Einheit integriert und dazu eingerichtet ist, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 61008'1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden. Das Modul der vorliegenden Ausführungsform bildet demnach den Fehlerschutz des Fehlerstrom-Schutzschalters Typ B, beispielsweise gemäß der Norm EN 61008-1 oder gemäß der Norm EN 62423, aus bzw. nach. Das Modul ist beispielsweise als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Das Modul kann in Software und/oder in Hardware ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Strommesseinrichtung zum Messen des auf den Phasen in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug fließenden Stroms. Die Strommesseinrichtung ist ein Nutzstromsensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein Schütz, als ein Vierphasen-Relais oder durch vier Relais für die drei Phasen und den Neutralleiter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Test- Einheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen, in den Neutralleiter und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors einzuprägen und auszuwerten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Test-Einheit dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Test- taste getriggert zu werden.
Der Testbefehl ist insbesondere ein Software-Befehl, mittels dem die Test- Einheit derart getriggert werden kann, dass sie das Testen und damit das Einprägen des Teststroms auslöst. Der Testbefehl bildet damit insbesondere die von herkömmlichen Fehlerstrom-Schutzschaltern Typ A bekannte Testtaste nach. Die herkömmliche mechanische Testtaste ist damit insbesondere bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise nicht nötig.
Beispielsweise kann der Testbefehl über jegliche Formen eines Backend generiert und an die Ladestation übertragen werden. Ein Beispiel hierfür ist, dass ein Benutzer über eine Smartphone-App den Testbefehl an die Ladestation überträgt. Gemäß einem weiteren Beispiel setzt der Betreiber der Ladestation den Testbefehl in regelmäßigen Abständen über seinen Server an die mit dem Server gekoppelte Ladestation ab. Gemäß einem weiteren Beispiel beendet die Ladestation einen Ladevorgang stets dadurch, dass die Sicherheitskette komplett getestet wird und dabei ein Strom über einen Software-Befehl der Steuervorrichtung an die Test-Einheit gesendet wird. Die Test-Einheit prägt dann den Teststrom ein, der Teststrom wird vom Sensor erkannt und der Schütz wird ausgelöst. Hierdurch erfolgt vorzugsweise stets am Ende des Ladevorgangs ein Test mit tatsächlicher Stromflussunterbrechung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Elektromechanik zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der Schaltvorrichtung gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der Schaltvorrichtung folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung. Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs. Die nicht von der Blende überdeckte LED ist für den Benutzer sichtbar. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der Schaltvorrichtung folgt die Blende stets der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung und zeigt, insbesondere mittels der Farben rot und grün, die Schaltstellung der Schaltvorrichtung, beispielsweise des Schützes, an.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher gekoppelt, so dass die Elektromechanik dazu geeignet ist, auch im energielosen Zustand der Ladestation die Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung für eine vorbestimmte Zeit aufrecht zu erhalten. Der Energiespeicher ist beispielsweise als Batterie ausgeführt.
Beispielsweise sind eine elektrische Kopplung einer mechanischen Anzeige (z.B. ein bistabiler Hubmagnet mit einer Farbcodierung (Rot/Grün) am Anker) und eine Blende, die jeweils nur eine Farbe zeigt, an den Rückmeldekontakten der Schaltvorrichtung in Kombination mit einem Energiespeicher vorgesehen, der beim Ausfall der Versorgung dafür sorgt, dass die Schaltvorrichtung noch eine Zeit lang überwacht wird und die Anzeige erfolgt. Der Endzustand des Relais ist im stromlosen Zustand offen, es sei denn, es ist verschweißt, dann bleibt es stabil geschlossen - beides ist mit einem gegrenzten Energiespeicher realisierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Teststrom ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom, welcher eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist. Der Teststrom ist somit insbesondere derart ausgebildet, dass er nicht als Fehlerstrom interpretiert wird. Der Teststrom ist insbesondere ein Signal, welches in der Praxis nicht vorkommen kann und damit nicht als Fehler interpretiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Fehlerstromsensor ausgebildet: durch einen Summenstrom- Wandler zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms, oder durch vier Stromwandler für die drei Phasen und den Neutralleiter zum Bereitstellen eines jeweiligen Ausgangssignals und eine den vier Stromwandlern nachgeschaltete Addiereinheit zum Bereitstellen des zeithch 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 dritten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen vorgeschlagen (mit N > 2), wobei die jeweilige Ladestation gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung sind die N Ladestationen mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden, welcher mit dem Netzanschlusspunkt gekoppelt ist. Durch die Ausbildung der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ist es möglich, die N Ladestationen mittels der Sternschaltung zu koppeln und mit einem einzigen Leistungsschutzschalter gegenüber dem Netzanschlusspunkt zu sichern.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vor geschlagen. Die Ladestation umfasst einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, eine dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+- Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist, und/oder eine dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist, einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts und ein Netzteil, welches eingangsseitig über eine erste Eingangsleitung mit dem Neutralleiter und über eine zweite Eingangsleitung mit einer der Phasen nach dem Fehlerstromsensor verbunden ist und ausgangsseitig über eine erste Ausgangsleitung mit der PE -Leitung der Ladestation und über eine zweite Ausgangsleitung mit dem SELV-Leiter des Ladekabels verbunden ist. Die Ladestation ist insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Einprägen einer Sicherheitskleinspannung in den SELV-Leiter des Ladekabels mittels des Netzteils,
Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil durch den Fehlerstromsensor, welches ein Erfassen eines im Fehlerfall über den SELV-Leiter fließenden Fehlerstroms mittels des Fehlerstromsensors umfasst,
Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon 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 Neutral- leiters(N
Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehler- Stroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen DC+-Leitung und der DC-- Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters , und
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 (N durch die Steuervorrichtung.
Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vor geschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladestation auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug!
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation!
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation!
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation!
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation! Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 8 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges! und
Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem elektrischen Energiespeicher 2 eines Elektrofahrzeuges 3.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 6 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter N. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 3 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Klemmleiste 16 (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 6) 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. 6) und ist zum Laden des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.
Das Gehäuse der Ladestation 1 ist insbesondere doppelt isoliert. Des Weiteren ist das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 (siehe beispielsweise Fig. 6) ebenfalls vorzugsweise doppelt isoliert. Im Ladestecker 17 sind die leistungsführenden Leiter (DC+-Leitung und DC--Leitung) einzeln isoliert, das Gehäuse des Ladesteckers 17 wirkt ebenfalls isolierend. Der Ladestecker 17 kann zusätzlich innen mit einer isolierenden Masse vergossen werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels 5 für eine Ladestation 1, beispielsweise der Ladestation 1 nach Fig. 1.
Das Ladekabel 5 der Fig. 2 hat einen DC+-Leiter DC+, einen DC--Leiter DC-, einen PE-Leiter PE und einen den DC+-Leiter DC+, den DC--Leiter DC- und den PE-Leiter PE umgebenden hohlzylindrischen hohlzylindrischen SELV'Leiter SELV. Der SELV'Leiter SELV ist zum Führen einer Sicherheitskleinspannung eingerichtet.
Das Ladekabel 5 der Fig. 2 hat einen Innenraum IR und einen Außenraum AR. Der SELV'Leiter SELV ist in dem Außenraum AR angeordnet und begrenzt den Innenraum IR. In dem Außenraum AR ist weiterhin eine erste Schicht Kl des Kunststoffes vorgesehen, welche den SELV'Leiter SELV umgibt und diesen nach außen hin isoliert. Über der ersten Schicht Kl des Kunststoffes kann ein Kabelmantel vorgesehen sein. Alternativ kann auch die erste Schicht Kl des Kunststoffes den Kabelmantel bilden. In dem Innenraum IR der Fig. 2 sind der DC+-Leiter DC+, der DC--Leiter DO und der PE -Leiter PE in einer zweiten Schicht K2 des Kunststoffes eingebettet. Die zweite Schicht K2 des Kunststoffes isoliert sowohl den DC+-Leiter, den DC-- Leiter und den PE -Leiter wechselseitig sowie auch gegenüber dem SELV-Leiter SELV.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eine Ladekabels 5 einer Ladestation 1. Die zweite Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 dahingehend, dass in der ersten Schicht Kl des Kunststoffes jeweils zwei DC+-Leiter DC+ und zwei DC--Leiter DC- angeordnet sind. Die zwei DC+-Leiter DC+ und die zwei DC-- Leiter DC- sind gemäß der Anordnung eines Seilvierers verteilt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Ladekabels 5 einer Ladestation 1.
Das dritte Ausführungsbeispiel des Ladekabels 5 nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dahingehend, dass der PE-Leiter PE der Fig. 4 als ein den DC+-Leiter DC+ und den DC--Leiter umgebender hohlzylindrischer PE-Leiter ausgebildet ist.
In dem Außenraum AR nach Fig. 4 isoliert eine den SELV-Leiter SELV umgebende erste Schicht Kl des Kunststoffes den SELV-Leiter SELV nach außen. In dem Innenraum IR nach Fig. 4 sind der DC+-Leiter DC+ und der DC--Leiter DO in einer zweiten Schicht K2 des Kunststoffes eingebettet. Der hohlzylindrische PE-Leiter PE ist zwischen der zweiten Schicht K2 des Kunststoffes und einer dritten Schicht K3 des Kunststoffes eingebettet. Die dritte Schicht K3 des Kunststoffes ist zwischen dem SELV-Leiter SELV und dem PE-Leiter PE angeordnet. Außerdem sind bei der dritten Ausführungsform des Ladekabels 1 nach Fig. 4 in der dritten Schicht K3 des Kunststoffes eine Charge-Pilot-Signalleitung CP und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen T eingebettet. Ohne Einschrän- kung der Allgemeinheit zeigt die Fig. 4 vier Temperatur-Signalleitungen T. Dabei werden jeweils zwei Temperatur-Signalleitungen T zur Ankopplung eines Temperatursensors verwendet.
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines Ladekabels 5 einer Ladestation 1. Die vierte Ausführungsform nach Fig. 5 basiert auf der dritten Ausführungsform nach Fig. 4 und unterscheidet sich von dieser dahingehend, dass in der zweiten Schicht K2 des Kunststoffes jeweils zwei DC+-Leiter DC+ und zwei DC--Leiter DC- angeordnet sind. Die zwei DC+-Leiter DC+ und die zweite DC--Leiter DC- sind gemäß der Anordnung eines Seilvierers verteilt.
Der SELV'Leiter SELV ist bei den vier Ausführungsformen gemäß der Fig. 2 bis 5 insbesondere als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist auch der PE -Leiter PE bei den beiden Ausführungsformen gemäß der Fig. 4 und 5 als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet. Das jeweilige Geflecht kann auch als Leitergeflecht bezeichnet werden und ist vorzugsweise dazu eingerichtet, sich bei einer Dehnung des Ladekabels 5 zusammen zu ziehen.
Fig. 6 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. 6 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 1.
Die Ladestation 1 der Fig. 6 hat fünf eingangsseitige Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe zum Koppeln der Phasen LI, L2, L3, des Neutralleiters N und des PE -Leiters PE des mehrphasigen Netzes 4.
Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 eine Klemmleiste 16, an welcher das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 angeschlagen ist. Das Ladekabel 5 ist beispielsweise gemäß Fig. 2, gemäß Fig. 3, gemäß Fig. 4 oder gemäß Fig. 5 ausgebil- det. Zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Klemmleiste 16 sind ein Fehlerstromsensor 9, ein AC/DC-Wandler 15 und eine Schaltvorrichtung 26 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. 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 15 wandelt die von dem mehrphasigen Netz 4 über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung und stellt diese als positive Gleichspannung DC+ und negative Gleichspannung DC- über zwei Ausgangsleitungen, auch bezeichnet mit DC+ und DC-, der Klemmleiste 16 bereit.
Die Schaltvorrichtung 26 ist zum Öffnen und Schließen der DC+--Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- der Ladestation 1 geeignet. Die Schaltvorrichtung 26 ist beispielsweise ein Schütz oder besteht aus Relais für die Abschaltung der DC- Spannung, 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. 6 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. 6 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 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N 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 26 zum Öffnen 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.
Vorzugsweise ist die zweite Einheit 12 dazu eingerichtet, ein Gleichstrom- Detektionsgerät, bevorzugt ein ResiduaLDirect-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 26 zum Öffnen der DC+- Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N bereitzustellen. Dabei generiert die Steuervorrichtung 13 das dritte Ansteuersignal A3 insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels 5 an dem Elektrofahrzeug 3 und/oder an der Ladestation 1. Ferner umfasst die Ladestation 1 eine Ansteuerschaltung 14. Die Ansteuerschaltung 14 ist dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung 26, 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 der Ladestation 1 öffnet. Mit anderen Worten steuert die Ansteuerschaltung 14 die Schaltvorrichtung 26 dann zum Öffnen der DC+ und DC- Leitungen und oder die weitere Schaltvorrichtung 8 dann zum Öffnen der Phasen LI, L2,L3 und des Neutralleiter N an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist beziehungsweise gesetzt sind. Beispielsweise umfasst die Ansteuerschaltung 14 hierzu eine WIRED-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal Al, das zweite Ansteuersignal A2 und das dritte Ansteuersignal A3 ODER-verknüpft.
Außerdem hat die Ladestation 1 der Fig. 6 ein Netzteil 18, welches eingangsseitig über eine erste Eingangsleitung 28 mit dem Neutralleiter N und über eine zweite Eingangsleitung 29 mit einer der Phasen LI, L2, L3 nach dem Fehlerstromsensor 9 verbunden ist und ausgangsseitig über eine erste Ausgangsleitung 30 mit der PE -Leitung PE der Ladestation 1 und über eine zweite Ausgangsleitung 31 mit dem SELV-Leiter SELV des Ladekabels 5 verbunden ist. Dabei ist das Netzteil 18 zum Einprägen der Sicherheitskleinspannung in den SELV- Leiter SELV des Ladekabels 5 eingerichtet ist, so dass ein im Fehlerfall über den SELV-Leiter SELV fließender Fehlerstrom F von dem Fehlerstromsensor 9 erfasst wird.
Damit umfasst diese Ausführungsform der Ladestation 1 einen besonderen Sicherheitsmechanismus. Über das Netzteil 18 wird die Sicherheitskleinspannung, z. B. 50 Volt AC (Wechselspannung), in den SELV-Leiter SELV des Ladekabels 5 eingeprägt. Im Fehlerfall, beispielsweise im Falle eines Mantelbruches des Ladekabels 5, wird der im Fehlerfall über den SELV-Leiter SELV abfließende Strom von dem Fehlerstromsensor 8 detektiert, was ein Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- durch die Schaltvorrichtung 26 und/oder das Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N triggert.
Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 nach Fig. 6 ein Voltmeter 23, welches zwischen der ersten Ausgangsleitung 30 und der zweiten Ausgangsleitung 31 des Netzteils 18 geschaltet ist und zum Bereitstellen eines Spannungswertes, welcher indikativ für eine Potentialverschiebung des SELV-Leiters SELV ist, eingerichtet ist. In Abhängigkeit des bereitgestellten Spannungs wertes stellt dann die Steuervorrichtung 13 das dritte Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC-- Leitung DC- und/oder der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N in der Ladestation 1 bereit.
Außerdem illustriert die Fig. 6, 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. 6 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 hat die Ladestation 1 der Fig. 6 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. 6 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.
In Fig. 7 ist ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1 dargestellt. Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 7 basiert auf der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 6. Bei der dritten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 7 sind zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Klemmleiste 16 ein EMV- Filter 24, ein dem EMV-Filter 24 nachgeschalteter Fehlerstromsensor 9, eine dem Fehlerstromsensor 9 nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung 8, ein der Schaltvorrichtung 8 nachgeschalteter AC/DC-Wandler 15, ein dem AC/DC- Wandler 15 nachgeschalteter DC/DC-Wandler 25, eine dem DC/DC-Wandler 25 nachgeschaltete Schaltvorrichtung 26 und ein der Schaltvorrichtung 26 nachgeschaltetes weiteres EMV-Filter 27 vorgesehen. Die Schaltvorrichtung 26 ist auf der DC'Seite der Ladestation 1 angeordnet und kann auch als DC- Schaltvorrichtung bezeichnet werden. Die DC'Schaltvorrichtung ist beispielsweise ein Schütz.
Dabei ist die Ansteuerschaltung 14 der Fig. 7 insbesondere dazu eingerichtet, neben der Schaltvorrichtung 26 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 N in der Ladestation 1 öffnet. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation 1 erhöht. Weiters wird über die Steuervorrichtung 13 ein Abschaltsignal Cl an den AC/DC-Wandler 15 und ein Abschaltsignal C2 an den DC/DC- Wandler 25 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 Farben 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. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Ladestation 1 zu der dritten Ausführungsform der Fig. 7. Die vierte Ausführungsform der Fig. 8 unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform der Fig. 7 dahingehend, dass zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 26 und der weiteren Schaltvorrichtung 8 unterschiedliche, dedizierte Ansteuersignale TI und T2 verwendet werden, nämlich ein erstes Ansteuersignal TI für die Schaltvorrichtung 26 und ein zweites Ansteuersignal T2 für die weitere Ansteuervorrichtung 8. Dabei ist die Schaltvorrichtung 26 vorzugsweise als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet, und die weitere Schaltvorrichtung 8 ist vorzugsweise als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Das erste Leistungsschaltelement ist ein elektromagnetisch geschaltetes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 einen nichtleitenden Schaltzustand, in welchem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist. Dabei ist jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 1 zu dem Energiespeicher 2 des Elektrofahrzeuges 3 eingerichtet.
Dabei ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement 26 von dem nicht -leiten den Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement 26 in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement 8 mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement 8 von dem nichtleitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
Diese Funktionalität kann auch von der Ansteuereinrichtung 14 übernommen werden. In Ausführungsformen kann die Ansteuereinrichtung 14 auch als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein. Des Weiteren zeigt die Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 4. Die Ladestation 1 ist beispielsweise wie in einer der Fig. 6 bis Fig. 8 ausgeführt. Das Verfahren der Fig. 9 umfasst die Schritte S10 bis S50:
In Schritt S10 wird eine Sicherheitskleinspannung in den SELV-Leiter SELV des Ladekabels 5 mittels des Netzteils 18 eingeprägt.
Der Schritt S20 umfasst ein Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil durch den Fehlerstromsensor 9, welches auch ein Erfassen eines im Fehlerfall über den SELV-Leiter SELV fließenden Fehlerstroms F mittels des Fehlerstromsensors 9 umfasst.
Der Schritt S30 umfasst ein Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströ- men und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon ein Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N.
Der Schritt S40 umfasst ein Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon ein Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen 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.
In Schritt S50 wird ein drittes Ansteuersignals A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Sch alt Vorrichtung 8 zum Öffnen der Pha- sen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N durch die Steuervorrichtung 13 bereitgestellt.
Ist zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2 oder A3 bereitgestellt, so wird die Schaltvorrichtung 26 und/oder die weitere Schaltvorrichtung 8 geöffnet.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ladestation
2 Energiespeicher
3 Elektrofahrzeug
4 mehrphasiges Teilnehmernetz
5 Ladekabel
6 Netzanschlusspunkt
7 mehrphasiges Energieversorgungsnetz
8 Schaltvorrichtung
9 Fehlerstromsensor
10a Anschlussklemme
10b Anschlussklemme
10c Anschlussklemme lOd Anschlussklemme lOe Anschlussklemme
11 erste Einheit
12 zweite Einheit
13 Steuervorrichtung
14 Ansteuerschaltung
15 AC/DC-Wandler
16 Klemmleiste
17 Ladestecker
18 Netzteil
19 Kommunikationsmodul
20 Kommunikationsschnittstelle
21 Benutzerschnittstelle
22 Netzteil
23 Voltmeter
24 EM V- Filter
25 DC/DC-Wandler
26 Schaltvorrichtung 27 EMV- Filter
28 Eingangsleitung
29 Eingangsleitung
30 Ausgangsleitung
31 Ausgangsleitung
Al erstes Ansteuersignal
A2 zweites Ansteuersignal
A3 drittes Ansteuersignal
AR Außenraum
CI Steuersignal
C2 Steuersignal
CP Charge-Pilot-Signalleitung
DC+ DC+-Leiter, DC+-Leitung
DC- DC--Leiter, DC--Leitung
F Fehlerstrom
IR Innenraum
Kl Schicht aus Kunststoff
K2 Schicht aus Kunststoff
K3 Schicht aus Kunststoff
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
N Neutralleiter
O Öffnungssignal
PE PE -Leiter
T Temperatur-Signalleitung
TI Ansteuersignal
T2 Ansteuersignal
S Schirm
S10 - S50 Verfahrensschritte

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ladekabel (5) für eine Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit einer DC'Ladespannung, wobei das Ladekabel (5) zumindest einen DC+-Leiter (DC+), zumindest einen DC--Leiter (DC-), einen PE-Leiter (PE) und einen den zumindest einen DC+- Leiter (DC+), den zumindest einen DC--Leiter (DC-) und den PE-Leiter (PE) umgebenden hohlzylindrischen SELV-Leiter (SELV) aufweist, wobei der SELV- Leiter (SELV) zum Führen einer Sicherheitskleinspannung eingerichtet ist.
2. Ladekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine DC+-Leiter (DC+), der zumindest eine DC--Leiter (DC- ), der PE-Leiter (PE) und der SELV-Leiter (SELV) in einem isolierenden Kunststoff (Kl, K2, K3) eingebettet sind, wobei vorzugsweise zusätzlich eine Charge- Pilot-Signalleitung (CP) und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen (T) in dem Kunststoff (Kl, K2, K3) eingebettet sind.
3. Ladekabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel (5) einen Innenraum (IR) und einen Außenraum (AR) aufweist, wobei der SELV-Leiter (SELV) in dem Außenraum (AR) angeordnet ist und den Innenraum (IR) begrenzt, wobei in dem Außenraum (AR) eine den SELV-Leiter (SELV) umgebende erste Schicht (Kl) des Kunststoffes den SELV-Leiter (SELV) nach außen isoliert und in dem Innenraum (IR) der zumindest eine DC+-Leiter (DC+), der zumindest eine DC--Leiter (DC-) und der PE-Leiter (PE) in einer zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes eingebettet sind.
4. Ladekabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von DC+-Leitern (DC+) und eine Mehrzahl von DC--Leitern (DC-) in der zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes angeordnet sind, insbesondere jeweils zwei DC+-Leiter (DC+) und zwei DC--Leiter (DC-), und der PE-Leiter (PE) auf der Längsachse des Ladekabels (5) angeordnet ist.
5. Ladekabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der PE-Leiter (PE) als ein den zumindest einen DC+-Leiter (DC+) und den zumindest einen DC--Leiter (DC-) umgebender hohlzylindrischer PE-Leiter (PE) ausgebildet ist, wobei in dem Außenraum (AR) eine den SELV-Leiter (SELV) umgebende erste Schicht (Kl) des Kunststoffes den SELV-Leiter (SELV) nach außen isoliert, und in dem Innenraum (IR) der zumindest eine DC+-Leiter (DC+) und der zumindest eine DC--Leiter (DC-) in einer zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes eingebettet sind und der PE-Leiter (PE) zwischen der zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes und einer dritten Schicht (K3) des Kunststoffes eingebettet ist, wobei die dritte Schicht (K3) des Kunststoffes zwischen dem SELV-Leiter (SELV) und dem PE-Leiter (PE) angeordnet ist.
6. Ladekabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von DC+-Leitern (DC+) und eine Mehrzahl von DC--Leitern (DC-) in der zweiten Schicht (K2) des Kunststoffes angeordnet sind, insbesondere jeweils zwei DC+-Leiter (DC+) und zwei DC--Leiter (DC-), welche insbesondere in der Form eines Seilvierers longitudinal aufgebaut sind.
7. Ladekabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der SELV-Leiter (SELV) als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet ist, und/oder dass der PE-Leiter (PE) als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet ist.
8. Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), mit einem AC/DC-Wandler (15) zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz (4) über die Phasen (LI, L2, L3) bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung (DC+) und einer DC--Leitung (DC-) bereitgestellten Gleichspannung, einer Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1) umfassend den AC/DC-Wandler (15), und einem Ladekabel (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Ladestation nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dem AC/DC-Wandler (15) nachgeschaltete Schaltvorrichtung (26), welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) der Ladestation (1) eingerichtet ist, einen den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine erste Einheit (11), welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) eingerichtet ist, eine zweite Einheit (12), welche zum Detektieren von Gleichfehler strömen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) eingerichtet ist, und ein Netzteil (18), welches eingangsseitig über eine erste Eingangsleitung (28) mit dem Neutralleiter (N) und über eine zweite Eingangsleitung (29) mit einer der Phasen (LI, L2, L3) nach dem Fehlerstromsensor (9) verbunden ist und ausgangsseitig über eine erste Ausgangsleitung (30) mit der PE -Leitung (PE) der Ladestation (1) und über eine zweite Ausgangsleitung (30) mit dem SELV-Leiter (SELV) des Ladekabels (5) verbunden ist, wobei das Netzteil (18) zum Einprägen der Sicherheitskleinspannung in den SELV-Leiter (SELV) des Ladekabels (5) eingerichtet ist, so dass ein im Fehlerfall über den SELV-Leiter (SELV) fließender Fehlerstrom (F) von dem Fehlerstromsensor (9) erfassbar ist, wobei die Steuervorrichtung (13) zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+- Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) eingerichtet ist.
10. Ladestation nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dem AC/DC-Wandler (15) vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung (8), welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) der Ladestation (1) eingerichtet ist, einen den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine erste Einheit (11), welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, eine zweite Einheit (12), welche zum Detektieren von Gleichfehler strömen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, und ein Netzteil (18), welches eingangsseitig über eine erste Eingangsleitung (28) mit dem Neutralleiter (N) und über eine zweite Eingangsleitung (29) mit einer der Phasen (LI, L2, L3) nach dem Fehlerstromsensor (9) verbunden ist und ausgangsseitig über eine erste Ausgangsleitung (30) mit der PE -Leitung (PE) der Ladestation (1) und über eine zweite Ausgangsleitung (30) mit dem SELV-Leiter (SELV) des Ladekabels (5) verbunden ist, wobei das Netzteil (18) zum Einprägen der Sicherheitskleinspannung in den SELV-Leiter (SELV) des Ladekabels (5) eingerichtet ist, so dass ein im Fehlerfall über den SELV-Leiter (SELV) fließender Fehlerstrom (F) von dem Fehlerstromsensor (9) erfassbar ist, wobei die Steuervorrichtung (13) zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist.
11. Ladestation nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Voltmeter (23) zum Bereitstellen eines Spannungswertes, welcher indikativ für eine Potentialverschiebung des SELV-Leiters (SELV) ist, zwischen der ersten Ausgangsleitung (30) und der zweiten Ausgangsleitung (31) des Netzteils (18) geschaltet ist, wobei die Steuervorrichtung (13) zum Bereitstellen des dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+-Leiter (DC+) und der DC--Leiter (DC-) und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) in Abhängigkeit des bereitgestellten Spannungswertes eingerichtet ist.
12. Ladestation nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Schaltvorrichtung (26) im DC-Stromkreis eine weitere Schaltvorrichtung (8) im AG-Stromkreis vorgesehen ist, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) der Ladestation (1) eingerichtet ist.
13. Ladestation nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (26) als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet ist und die weitere Schaltvorrichtung (8) als ein zwei- tes steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement (26) ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (8, 26) einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente (8, 26) zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation (1) zu dem Energiespeicher (2) des Elektrofahrzeuges (3) eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist: a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (26) mittels eines ersten Ansteuersignals (Tl) mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement (26) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (26) mittels des ersten Ansteuersignals (Tl) mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement (26) in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement (8) mittels eines zweiten Ansteuersignals (T2) anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement (8) von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements (26) betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
14. Ladestation nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Ladestation (1) und das Ladekabel (5) samt seinen Ladestecker (17) doppelt isoliert sind.
15. System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen (1), wobei die jeweilige Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14 ausgebildet ist.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die N Ladestationen (1) mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden sind, welcher mit dem Netzanschlusspunkt (6) gekoppelt ist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), welche einen AC/DC-Wandler (15) zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz (4) über die Phasen (LI, L2, L3) bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung (DC+) und einer DC--Leitung (DC-) bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1) umfassend den AC/DC-Wandler (15), eine dem AC/DC-Wandler (15) nachgeschaltete Schaltvorrichtung (26), welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) der Ladestation (1) eingerichtet ist, und/oder eine dem AC/DC-Wandler (15) vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung (8), welche zum Öffnen und Schließen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) der Ladestation (1) eingerichtet ist, einen den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), ein Ladekabel (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und ein Netzteil (18), welches eingangsseitig über eine erste Eingangsleitung (28) mit dem Neutralleiter (N) und über eine zweite Eingangsleitung (29) mit einer der Phasen (LI, L2, L3) nach dem Fehlerstromsensor (9) verbunden ist und ausgangsseitig über eine erste Ausgangsleitung (30) mit der PE -Leitung (PE) der Ladestation (1) und über eine zweite Ausgangsleitung (30) mit dem SELV-Leiter (SELV) des Ladekabels (5) verbunden ist, aufweist, mit den Schritten:
Einprägen (S10) einer Sicherheitskleinspannung in den SELV-Leiter (SELV) des Ladekabels (5) mittels des Netzteils (18),
Erfassen (S20) eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil durch den Fehlerstromsensor (9), welches ein Erfassen eines im Fehlerfall über den SELV-Leiter (SELV) fließenden Fehlerstroms (F) mittels des Fehlerstromsensors (9) umfasst, Detektieren (S30) von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC-- Leitung (DC-) und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N),
Detektieren (S40) von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen 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), und
Bereitstellen (S50) eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (26) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) durch die Steuervorrichtung (13).
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Citations (10)

* 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
EP2071587A1 (de) * 2007-12-06 2009-06-17 Nexans Starkstromleitung für ortsveränderliche Verbraucher
US9425641B2 (en) 2011-11-14 2016-08-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery charging apparatus
DE202017103370U1 (de) * 2017-06-02 2017-09-05 Igus Gmbh Durchmesserreduziertes Mehrleiterkabel und Kontaktvorrichtung hierfür
US9789774B2 (en) 2015-04-02 2017-10-17 Hyundai Motor Company Charger for vehicles
WO2018058784A1 (zh) * 2016-09-28 2018-04-05 广东美的制冷设备有限公司 电源线及电器设备
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
DE102019112742A1 (de) * 2019-05-15 2020-11-19 Leoni Kabel Gmbh Koaxialleitung

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 (10)

* 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
EP2071587A1 (de) * 2007-12-06 2009-06-17 Nexans Starkstromleitung für ortsveränderliche Verbraucher
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
US9789774B2 (en) 2015-04-02 2017-10-17 Hyundai Motor Company Charger for vehicles
WO2018058784A1 (zh) * 2016-09-28 2018-04-05 广东美的制冷设备有限公司 电源线及电器设备
DE202017103370U1 (de) * 2017-06-02 2017-09-05 Igus Gmbh Durchmesserreduziertes Mehrleiterkabel und Kontaktvorrichtung hierfür
US20190143822A1 (en) 2017-11-14 2019-05-16 Ford Global Technologies, Llc Compound bidirectional integrated charger for a vehicle
DE102019112742A1 (de) * 2019-05-15 2020-11-19 Leoni Kabel Gmbh Koaxialleitung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Schütz (Schalter) – Wikipedia", 26 December 2016 (2016-12-26), XP055417791, Retrieved from the Internet <URL:https://de.wikipedia.org/wiki/Schütz_(Schalter)> [retrieved on 20171020] *

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