WO2023094076A1 - Ladestation, system und anordnung mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation - Google Patents

Ladestation, system und anordnung mit einer mehrzahl von ladestationen und verfahren zum betreiben einer ladestation Download PDF

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conductor
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switching device
charging
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Bernhard Höglinger
Markus Hug
Harald Fischer
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KEBA Energy Automation GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station. Furthermore, the invention relates to a system with a plurality of such charging stations. The invention also relates to an arrangement with such a system, a grid connection point and a circuit breaker coupled between the charging station and the grid connection point. Furthermore, the invention relates to a method for operating a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy.
  • the present technical field relates to charging an energy store of an electric vehicle.
  • the applicant's European patent EP 2 882 607 B1 describes a charging station for electric vehicles, with at least one input interface for feeding electrical energy from a stationary power supply network into the charging station, with a connection socket for connecting a charging plug of an electric vehicle for the controlled delivery of electrical energy to the electric vehicle, with a plurality of electrotechnical components comprising an electronic control device for switching, measuring or monitoring the electrical energy consumed and/or emitted, and with a housing enclosing the electrotechnical components.
  • Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are fast 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 is provided with single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current AC , which the charging vehicle converts into direct current for the energy storage device to be charged using a built-in AC/DC converter.
  • a charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process.
  • patent EP 2 571 128 B1 describes an electrical protective device for a charging station, which has a type A residual current protective device and a monitoring device to ensure the functioning of the type A residual current protective device.
  • the monitoring device to ensure the correct functioning of the type A residual current protective device is connected in series with this type A residual current protective device.
  • the type A residual current protective device has a disconnection device for opening the phases and the neutral conductor.
  • the electrical protective device also includes a measuring current transformer circuit for detecting a residual DC current, an evaluation unit for processing the signal detected by the measuring current transformer circuit, a further switch-off device and a communication interface which is connected to the output of the evaluation unit and contains a relay output for controlling the further switch-off device.
  • the electrical protective device of EP 2 571 128 B1 thus has two separate devices connected in series for opening the phases and the neutral conductor, each with a dedicated switch-off device.
  • a voltage drop between the PE conductor and one of the phases is conventionally detected using an optocoupler.
  • Such conventional solutions based on optocouplers are known, for example, from DE 19 601 880 A1, DE 10 2012 219 542 A1 and DE 20 2012 012 590 U1.
  • a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy by means of a multi-phase network that can be coupled to the charging station which has: five connection terminals for three phases (also denoted by; LI, L2,
  • a fault current sensor assigned to the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor which is used to detect a fault current that varies over time with a direct current component and AC component is set up
  • a switching device for opening the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor a first unit, which is used to detect sinusoidal AC residual currents and pulsating DC residual currents depending on the fault current detected and, depending on this, to provide a first control signal for controlling the switching device arranged to open phases LI, L2, L3 and the neutral conductor, and a second unit, which is set up 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 switching device to open phases LI, L2, L3 and the neutral conductor, a control device for controlling components of the charging station, which is set up to provide a third control signal for controlling the switching device to open the
  • the switching device is activated to open the phases and the neutral conductor.
  • the switching device is also used by the functional controller, which is designed in particular as part of the control device.
  • An error that can be assigned to the PE conductor is, for example, damage or a break (cable break) or an interruption in the PE conductor.
  • the residual current sensor is used, which advantageously fulfills a multiple function in the present charging station: i) detection of sinusoidal alternating residual currents, ii) detection of pulsating DC residual currents, iii) detection of DC residual currents, and iv) detection of errors attributable to the PE conductor.
  • the conventional optocoupler can be dispensed with in the present case, so that the present charging station is more cost-effective in comparison to charging stations with an optocoupler for PE monitoring.
  • the residual current sensor can also be referred to as an all-current-sensitive residual current sensor.
  • the switching device can also be referred to as a switching element.
  • the switching device is preferably designed in such a way that, in the event of a mains voltage failure, it opens, in particular automatically, and can thus establish a safe state.
  • Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include the switching device, for example a contactor or relay, connection terminals, electronic circuits, the fault current sensor, a communication module, a communication interface, a user interface, an EMC filter and at least one power supply.
  • the control device includes, for example, a printed circuit board on which a plurality of electronic components for controlling and/or measuring and/or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle 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 and/or user authentication and/or user verification, as a function of overcurrent monitoring and/or as a function of correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station.
  • vehicle authentication and/or vehicle verification and/or user authentication and/or user verification it is ensured that only a valid user or an electric vehicle known to the charging station may charge at the charging station.
  • One or more of the following technologies can be used for vehicle authentication and/or vehicle verification and/or user authentication and/or user verification: RFID, Bluetooth, code entry, fingerprint reader, vein scanner.
  • 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.
  • 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 connection socket and charging plug.
  • the charging station can also be referred to as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • the multiphase network is, for example, a multiphase subscriber network.
  • the multi-phase network can also be a multi-phase power supply network.
  • the multi-phase network is a TN-S network and in particular has a number of phases, for example LI, L2 and L3, a neutral conductor (also denoted by N) and a PE conductor (also denoted by PE) or a TN-C network with a number of phases, e.g. LI, L2 and L3, and a PEN conductor (also denoted PEN) which combines the PE conductor and the N conductor.
  • the test circuit includes a series connection of a resistor and a switch that can be controlled by the control device.
  • the control device is set up to activate the switch in the open state of the switching device in such a way that it closes, so that the test current is made available for evaluation by the residual current sensor.
  • control device is set up to detect a fault that can be assigned to the PE conductor if the fault current sensor does not detect a fault current when the switch of the test circuit is in the activated state.
  • the control device is set up in particular to detect that there is no error that can be assigned to the PE conductor if the residual current sensor detects a residual current when the switch of the test circuit is in the activated state.
  • the resistance value of the resistor is chosen such that the current value of the test current provided is 1 mA to 15 mA, preferably 2 mA to 5 mA, particularly preferably 2.5 mA to 4.5 mA.
  • the resistance value of the resistor is selected as a function of a characteristic value of a circuit breaker connected upstream of the charging station in such a way that the current value of the test current provided is 1 mA to 15 mA, preferably 2 mA to 5 mA, particularly preferably 2.5 mA to 4.5 mA mA, is.
  • circuit breaker with a rated current of 30 mA or circuit breaker with a rated current of 10 mA there are in particular the following standard values: circuit breaker with a rated current of 30 mA or circuit breaker with a rated current of 10 mA.
  • the tripping current for the circuit breaker is in particular 50 to 100% of the rated current. Therefore, a circuit breaker with a rated current of 30 mA results in a tripping current of 15 to 30 mA and thus a maximum permissible test current of 14.999999 mA and with a circuit breaker with a rated current of 10 mA a tripping current of 5 to 10 mA and thus a maximum permissible test current of 4.999999 mA.
  • the charging station is an AO charging station.
  • the AC charging station comprises connection terminals on the output side, to which either a charging cable of the electric vehicle is attached directly, or a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable of the electric vehicle.
  • the charging station is a DC charging station, which has an AC/DC converter downstream of the switching device for converting an AC voltage provided by the multiphase network 4 via the phases LI, L2, L3 into a DC+ line and a DC - Line has provided DC voltage.
  • the DC charging station comprises connection terminals on the output side, to which a charging cable of the electric vehicle is attached directly.
  • the charging station comprises a DC/DC converter connected downstream of the AC/DC converter.
  • the DC/DC converter is preferably set up to increase the DC voltage provided by the AC/DC converter and to provide it as a DC charging voltage on the output side.
  • the charging station comprises a further switching device which is connected downstream of the DC/DC converter and is set up to open and close the DC+ line and the DC- line of the charging station.
  • the switching device is provided in the AC circuit of the charging station, whereas the other switching device is provided in the DC circuit of the charging station.
  • the first unit is set up to generate the first control signal for controlling the switching device to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor and/or to control the further switching device to open the DC+ line and the DC- line
  • the second unit is set up to, depending on the fault current detected, the second control signal for controlling the switching device to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor and/or for controlling the further switching device to open the DC+ line and the DC line
  • the control device is set up to, depending on the fault current detected, the third control signal for controlling the switching device for opening the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor and/or for controlling the further switching device for Open the DC+ line and provide the DC-- line.
  • the charging station includes a control circuit which is set up to control the switching device, if at least one of the control signals is provided, in such a way that it opens the phases and the neutral conductor of the charging station.
  • the control circuit is preferably 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 it opens the phases and the neutral conductor 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, to the electric vehicle via the communication interface.
  • vehicle by means of which a switching device installed in the electric vehicle, for example a DO vehicle contactor, can be opened.
  • this opening signal is also transmitted via the communication interface to the electric vehicle, which then opens the DO vehicle contactor installed in the electric vehicle. This ensures that the charging cable is potential-free both on the part of the charging station, in particular the network, and on the part of the electric vehicle, in particular the battery located in the electric vehicle.
  • the control circuit accordingly controls the switching device to open the phases and the neutral conductor when one or more of the control signals is provided or set.
  • a provided control signal is therefore sufficient to open the phases and the neutral conductor of the charging station and to create a safe state.
  • the drive circuit comprises a wired-OR operation which ORs the first drive signal, the second drive signal and the third drive signal.
  • the first unit is set up to emulate a type A residual current circuit breaker, in particular in accordance with standard 61008'1.
  • emulation of a type A residual current circuit breaker is to be understood in particular as simulating the type A residual current circuit breaker, for example emulating the error analysis functionality of the type A residual current circuit breaker in software.
  • the first unit and/or the second unit are designed as part of the control device.
  • the first unit and the second unit are implemented in software.
  • the first and/or the second unit can be in the form of an FPGA or an ASIC.
  • the second unit is set up to be a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device in accordance with the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device in accordance with the IEC 62955 standard , to emulate.
  • emulating a direct current detection device means, in particular, simulating the direct current detection device, for example the residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard or the residual direct current monitoring device according to the standard To understand IEC 62955, in software.
  • the charging station comprises a module which integrates the first unit and the second unit and is set up to 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 further switching device is designed as a first electrically controllable power switching element and the switching device is designed as a second controllable power switching element, with the first power switching element being an electromagnetically switching power switching element, with each of the power switching elements having a non-conductive switching state in which no current can flow , and has a conductive switching state in which current can flow, each of the power switching elements being set up to interrupt a flow of energy through the charging station to the energy store of the electric vehicle, the control device being set up to: a) electromagnetically drive the first power switching element by means of a to drive the first drive 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) to drive the electromagnetic drive of the first power switching element 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 in is in the conductive switching state, and c) to activate the second power switching element by means of a second drive signal in order to bring
  • the fault current sensor is designed: by a summation current converter for providing the fault current that varies over time, or by four current transformers for the three phases and the neutral conductor for providing a respective output signal and an adder unit downstream of the four current transformers for providing the fault current that varies over time by adding the output signals provided by the four current transformers.
  • the charging station comprises a communication module which is set up either to specify an energy consumption quantity for the electric vehicle by means of PWM signals or to negotiate a charging plan with charging electronics of the electric vehicle coupled to the charging station in accordance with ISO 15118.
  • Negotiation takes place as described in ISO 15118.
  • the charging electronics of the energy store requests a certain charging power via the communication module from the charging station and the charging station, for example the control device of the charging station, determines whether the requested charging power can be provided.
  • a current state of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account in particular.
  • the charging station can make a "counter-suggestion" via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy store, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated.
  • Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station.
  • the charging station has: a communication interface which is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which in particular manages the charging station, a user interface for inputs from a user and/or for outputs to the user, and/or a power pack which is set up to convert an AC voltage provided via the phases into a predetermined DC voltage for the control device and/or the components of the charging station.
  • the 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 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 for charging an energy store of at least one electric vehicle with a number of charging stations, in particular with a plurality N of charging stations (with N>2), is proposed.
  • the respective charging station is designed according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect.
  • the N charging stations are connected by means of a star connection to a single circuit breaker, which is coupled to the grid connection point.
  • an arrangement for charging an energy store of at least one electric vehicle comprises a system according to the second aspect with at least one charging station, a grid connection point and a circuit breaker coupled between the charging station and the grid connection point.
  • the grid connection point is connected to the phases LI, L2, L3 and a PEN conductor on the input side, divides the PEN conductor internally into the PE conductor and the neutral conductor and is connected to the charging station on the output side via the phases LI, L2, L3, the PE conductor and the neutral conductor connected.
  • the control device of the charging station is set up to detect a fault that can be assigned to the PE conductor and/or the PEN conductor if the fault current sensor does not detect a fault current when the switch of the test circuit is in the activated state.
  • a method for operating a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station is proposed.
  • the charging station is designed in particular according to the first aspect or according to one of the embodiments of the first aspect.
  • the charging station includes five connection terminals for three phases LI, L2, L3, a neutral conductor and a PE conductor, a fault current sensor assigned to the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor for detecting a fault current that varies over time with a DC component and an AC component, a switching device for Opening of phases LI, L2, L3 and neutral and a control device for controlling components of the charging station.
  • the procedure consists of the following steps :
  • the method comprises the steps:
  • control device providing a third drive signal to drive the switching device to open phases LI, L2, L3 and the neutral conductor.
  • the method comprises the steps:
  • the evaluation of the detected fault current leads to one of the following measures: A) if the detected fault current is less than a first predetermined threshold value, the charging station is transferred to a safe state, or
  • the charging station is classified as safe and is ready for operation.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of an arrangement with a first embodiment of a charging station and an electric vehicle!
  • Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle!
  • Fig. 4 shows schematically a second embodiment of an arrangement with an embodiment of a charging station and an electric vehicle!
  • FIG. 5 schematically shows the second embodiment of the arrangement according to FIG. 4 with the current flow drawn in with an intact PE conductor!
  • FIG. 6 shows a schematic view of an embodiment of a method for operating a charging station.
  • Fig. 1 schematically shows an arrangement with a first embodiment of a charging station 1 and an electrical energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • a multi-phase subscriber network 4 is connected to a multi-phase power supply network 7 by means of a network connection point 6 .
  • the multiphase subscriber network 4 has a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor N (or PEN conductor, see FIG. 4).
  • N or PEN conductor, see FIG. 4
  • the electric vehicle 3 is by means of a charging cable 5, which is connected to a socket (not shown in Fig. 1, see for example in Fig. 2) of the charging station 1 or to a terminal strip 23 (not shown in Fig. 1, see for example in Fig. 3) of the charging station 1 is attached, coupled to the charging station 1.
  • the charging station 1 has a number of electrical and/or electronic components (not shown in FIG. 1, see for example in FIG. 2) and is for charging the energy store 2 of the electric vehicle 3 with electrical energy by means of the multi-phase system coupled to the charging station 1 Subscriber network 4 set up.
  • the components include at least one switching device 8, a residual current sensor 9, a control device 13 and a test circuit 15, which are explained in more detail with reference to FIGS.
  • Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the second embodiment of the charging station 1 in Fig. 2 is based on the first embodiment of the charging station 1 in Fig. 1.
  • the charging station 1 of FIG. 2 has five input-side connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e for coupling the phases LI, L2, L3, the neutral conductor N and the PE conductor PE.
  • the charging station 1 On the output side, the charging station 1 has a connection socket 18 with a number of coupling points for connecting the charging cable 5 of the electric vehicle 3. Between the connection terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e and the connection socket 15, a fault current sensor 9 and a switching device 8 are coupled.
  • the switching device 8 is suitable for opening and closing the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N of the charging station 1.
  • the charging station 1 of FIG. 2 has a single switching device 8.
  • the switching device 8 is, for example, a contactor or a four-phase relay.
  • the switching device 8 can be formed by four relays for the three phases L1, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the fault current sensor 9 is associated with the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N and is set up to detect a fault current F that varies over time and has a direct current component and an alternating current component.
  • the residual current sensor 9 is a summation current transformer, for example.
  • the charging station 1 of FIG. 2 comprises a first unit 11, a second unit 12 and a control device 13.
  • the control device 13 is in particular the central control device of the charging station 1 for controlling the electrical and/or electronic components of the charging station 1.
  • the first Unit 11 and the second unit 12 can—as shown in FIG. 2—be formed external to the control device 13 .
  • the first unit 11 and the second unit 12 are designed as part of the control device 13 .
  • the first unit 11 is designed to detect sinusoidal AC fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, to provide a first drive signal A1 to drive the 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 set up to detect DC fault currents as a function of the detected fault current F and, depending thereon, to provide a second control signal A2 for controlling the switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • the second unit 12 is set up to a direct current detection device, preferably a residual direct current detection device according to the IEC 62955 standard, particularly preferably a residual direct current monitoring device according to the IEC 62955 standard emulate.
  • control device 13 is set up to provide a third control signal A3 for controlling the switching device 8 for opening the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N.
  • 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 8, if at least one of the control signals Al, A2, A3 is provided, by means of an opening signal O in such a way that the phases LI, L2, L3 and opens the neutral conductor N of charging station 1.
  • the control circuit 14 controls the switching device 8 to open the phases L1, L2, L3 and the neutral conductor N when one or more of the control signals A1, A2, A3 is provided or set.
  • the control circuit 14 comprises a WIRED-OR operation which ORs the first control signal A1, the second control signal A2 and the third control signal A3.
  • the charging station 1 of Figure 2 has a test circuit 15 connected between a certain one of the phases, LI in the example of Figure 2, and the PE conductor PE.
  • the test circuit 15 is connected to the phase LI on the input side.
  • the test circuit 15 is connected to the phase L2 or to the phase L3.
  • the test circuit 15 is connected between a single one of the phases LI or L2 or L3 and the PE conductor PE.
  • the test circuit 15 has a resistor 16 and a switch 17 connected in series with the resistor 16 .
  • the series connection of resistor 16 and switch 17 shown in FIG. 2 can also be reversed, ie switch 17 can be connected to phase LI and resistor 16 is connected downstream of switch 17 .
  • the test circuit 15 is suitable for providing a test current, which is generated by means of the AC voltage provided via the specific phase LI and flows via the PE conductor PE, for evaluation by the residual current sensor 9 .
  • the control device 13, in particular the switch 17, can control the open state of the switching device 8 by means of a control signal S in such a way that the switch 17 closes, so that the test current is made available for evaluation by the fault current sensor 9. If the switching device 8 is open, the control device 13 can close the switch 17 so that the test current can flow from the phase LI via the PE conductor PE for evaluation by the residual current sensor 9 .
  • the control device 13 is then preferably set up to detect a fault that can be assigned to the PE conductor PE, such as a break in the PE conductor PE, for example, if the fault current sensor 9 does not detect a fault current when the switch 17 of the test circuit 15 is in the activated state. Accordingly, the control device 13 is set up in particular to detect that there is no error that can be assigned to the PE conductor PE if the fault current sensor 9 detects a fault current when the switch 17 of the test circuit is in the activated state. This means that when the switch 17 is in the activated state (with the switching device 8 open), it is on Fault current detected by the fault current sensor 9 indicates that there is no fault in the PE conductor PE, e.g. B. no breakage of the PE conductor PE is present.
  • the resistance value of the resistor 16 of the test circuit 15 is chosen such that the current value of the test current provided is 1 mA to 15 mA, preferably 2 mA to 5 mA, particularly preferably 2.5 mA to 4.5 mA.
  • the resistance value is selected in particular as a function of a characteristic value of a circuit breaker 31 connected upstream of the charging station 1 (see, for example, FIGS. 4 and 5).
  • circuit breaker 31 with a rated current of 30 mA or circuit breaker 31 with a rated current of 10 mA there are in particular the following standard values: circuit breaker 31 with a rated current of 30 mA or circuit breaker 31 with a rated current of 10 mA.
  • the tripping current for the power circuit breaker 31 is in particular 50 to 100% of the rated current. Therefore, a circuit breaker 31 with a rated current of 30 mA results in a tripping current of 15 to 30 mA and thus a maximum permissible test current of 14.999999 mA and a circuit breaker 31 with a rated current of 10 mA results in a tripping current of 5 to 10 mA and thus a maximum permissible Test current of 4.999999 mA.
  • the charging station 1 of FIG. 2 comprises a communication module 19.
  • the communication module 19 is set up either to specify an energy consumption quantity for the electric vehicle 3 by means of PWM signals or to negotiate a charging plan with charging electronics of the electric vehicle 3 coupled to the charging station 1 in accordance with ISO 15118 .
  • the charging station 1 of FIG. 2 includes a communication interface 20.
  • the communication interface 20 is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which manages the charging station 1 in particular. The user can in particular authenticate and/or verify himself via the end device.
  • the charging station 1 of FIG. 2 has a user interface 21 for user inputs and/or for user outputs.
  • user interface 21 includes a touch screen.
  • at least one power pack 22 is provided, which is set up to convert an AC voltage provided via the phases LI, L2, L3 into a predetermined DC voltage for the control device 13 and/or the other components of the charging station 1.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station 1 for charging an energy store 2 of an electric vehicle 3 .
  • the third embodiment of the charging station 1 according to FIG. 3 is based on the second embodiment of the charging station 1 according to FIG. 2 and differs from it in particular in that the charging station 1 according to FIG. 3 is designed as a DC charging station.
  • the charging station 1 in FIG input-side EMC filter 28 and an output-side EMC filter 29.
  • the AC/DC converter 25 is set up to convert an AC voltage provided by the multiphase network 4 via the phases LI, L2, L3 into a DC voltage provided by means of a DC+ line DC+ and a DC- line DC-.
  • the downstream DC/DC converter 26 is set up to increase the DC voltage provided by the AC/DC converter 25 and to make it available on the output side as a DC charging voltage.
  • the further switching device 27 downstream of the DC/DC converter 26 is set up to open and close the DC+ line DC+ and the DC ⁇ line DC′ of the charging station 1 .
  • the first unit 11, the second unit 12 and the control device 13 have an additional function.
  • the first unit 11 is set up to, depending on the detected fault current F, the first control signal Al to control the switching device 8 to open the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N and to control the further switching device 27 to open the DC+- line DC+ and the DC--line DC-.
  • FIG. 4 schematically shows a second embodiment of an arrangement with an embodiment of a charging station 1 and an electric vehicle 3.
  • FIG. 5 illustrates the second embodiment of the arrangement according to FIG.
  • the arrangement according to Fig. 4 comprises a charging station 1, a network connection point 6 and a circuit breaker 31 coupled between the charging station 1 and the network connection point 6.
  • the charging station 1 is designed in particular according to one of the embodiments of Figs. 1 to 3 and comprises at least one switching device 8 , a fault current sensor 9 and a test circuit 15.
  • the grid connection point 6 is coupled to a transformer 30 of the power supply grid 7 via three phases LI, L2, L3 and a PEN conductor PEN.
  • the grid connection point 6 divides the PEN conductor PEN internally into one PE conductor PE and a neutral conductor N.
  • the grid connection point 6 is connected to the charging station 1 via the phases LI, L2, L3, the PE conductor PE and the neutral conductor N.
  • the charging station 1 includes in particular the components shown in FIG. 2 or in FIG. 3 .
  • the control device 13 of the charging station 1 according to Fig. 4 is set up in particular to detect a fault that can be assigned to the PE conductor PE and/or the PEN conductor PEN if the fault current sensor 9 does not detect a fault current when the switch 17 of the test circuit 15 is in the activated state (when switching device 8 is open) detected.
  • the current flow SF of the test current provided when the PE conductor PE is intact results as shown in FIG.
  • the current flow SF takes place via the phase LI, the switch and the resistance of the test circuit 15, the PE conductor PE back to the circuit breaker 31 and then to the grid connection point 6, in which the PE conductor PE and the neutral conductor N are combined, so that the current flow SF then continues in the direction of the energy supply network 7 via the PEN conductor PEN and closes via the transformer 30 .
  • FIG. 6 shows a schematic view of an embodiment of a method for operating a charging station 1 .
  • Exemplary embodiments of the charging station 1 can be found in FIGS. 1 to 5.
  • the charging station 1 is set up to charge an energy store 2 of an electric vehicle 3 with electrical energy using a multi-phase network 4 that can be coupled to the charging station 1 .
  • the charging station 1 comprises five connection terminals 10a, 10b, 10c, lOd, lOe for three phases LI, L2, L3, a neutral conductor N and a PE conductor PE, a residual current sensor 9 assigned to the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N Detection of a time-varying fault current F with a DC component and an AC component, a switching device 8 for opening the phases LI, L2, L3 and the neutral conductor N, and a control device 13 for controlling components of the charging station 1.
  • step SO it is first checked whether the switching device 8 is open. If this is open, you can continue with step S1.
  • step S1 a test circuit 15 connected between a specific phase LI or L2 or L3 and the PE conductor PE is activated in the open state of the switching device 8 in such a way that an AC voltage provided via the specific phase LI or L2 or L3 is generated and test current flowing via the PE conductor PE is provided for evaluation by the residual current sensor 9 .
  • step S2 the test current provided is evaluated by the fault current sensor 9 to detect a fault that can be assigned to the PE conductor PE.
  • the evaluation shows that no current is flowing. Since the test current does not generate a measurable fault current, it is derived in particular from this that the PE conductor PE is interrupted. As a result, the charging station 1 is brought into a safe state until the error is rectified. The safe state of the charging station 1 is provided in particular by the fact that the switching device 8 remains open.
  • the evaluation shows that the current is too high, particularly too high relative to a predetermined threshold value. If, in particular, a direct current flowing through the resistance is detected or an alternating current that is too high, then it is deduced that there is a short circuit in the electrical system of the charging station 1 or upstream. Here, too, the charging station 1 is brought into a safe state, in particular by opening the switching device 8, until the error has been rectified. case C)
  • a current within a predetermined tolerance range is detected, from which it is derived that there is no error and that the charging station 1 can remain operational.
  • the method according to FIG. 6 can include the following steps:

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Abstract

Es wird eine Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektro-fahrzeuges (3) vorgeschlagen, welche aufweist: einen den Phasen (L1, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Er-fassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, eine Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (L1, L2, L3) und des Neutralleiters (N) und eine zwischen einer bestimm-ten der Phasen (L1) und dem PE-Leiter (PE) verbundenen Testschaltung (15), welche im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung (8) dazu geeignet ist, einenmittels der über die bestimmte Phase (L1) bereitgestellten Wechselspannung er-zeugten und über den PE-Leiter (PE) fließenden Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor (9) bereitzustellen.

Description

LADESTATION, SYSTEM UND ANORDNUNG MIT EINER MEHRZAHL VON LADESTATIONEN UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER LADESTATION
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einer Mehrzahl solcher Ladestationen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem solchen System, einem Netzanschlusspunkt und einem zwischen der Ladestation und dem Netzanschlusspunkt gekoppelten Leitungsschutzschalter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit wenigstens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotechnischen Komponenten umschließenden Gehäuse. 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 eines eingebauten AC/DC Wandlers in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang.
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664 244 Al, EP 3 729 593 Al, DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 Bl,
DE 10 2016 212 135 Al, DE 10 2017 100 138 Al, WO 2020/167132 Al und DE 10 2009 060 364 Al bekannt.
Des Weiteren beschreibt das Patent EP 2 571 128 Bl eine elektrische Schutzvorrichtung für eine Ladestation, welche eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A und eine Überwachungseinrichtung zur Sicherstellung der Funktion der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A aufweist. Dabei ist die Überwachungseinrichtung zur Sicherstellung der Funktion der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A zu dieser Fehlerstrom- Schutzeinrichtung Typ A in Reihe geschaltet. Die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Typ A weist eine Abschaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters auf. Ferner umfasst die elektrische Schutzvorrichtung einen Messstromwandlerkreis zur Erfassung eines Gleichfehlerstroms, eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung des von dem Messstromwandlerkreis erfassten Signals, eine weitere Abschaltvorrichtung und eine mit dem Ausgang der Auswerteeinheit verbundene Kommunikationsschnittstelle, die einen Relais- Ausgang zur Steuerung der weiteren Abschaltvorrichtung beinhaltet. Damit hat die elektrische Schutzvorrichtung der EP 2 571 128 Bl zwei getrennte, in Reihe geschaltete Vorrichtungen zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters mit einer jeweiligen dedizierten Abschaltvorrichtung. Zur Detektion eines dem PE-Leiter zuordenbaren Fehlers wird herkömmlicherweise ein Spannungsabfall zwischen dem PE-Leiter und einer der Phasen mittels eines Optokopplers detektiert. Solche auf Optokopplern basierende herkömmliche Lösungen sind beispielsweise aus der DE 19 601 880 Al, DE 10 2012 219 542 Al und DE 20 2012 012 590 Ul bekannt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu verbessern.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 11, durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, welche aufweist: fünf Anschlussklemmen für drei Phasen (auch bezeichnet mit; LI, L2,
L3), einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit; N) und einen PE-Leiter (auch bezeichnet mit; PE), einen den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstrom anteil und Wechselstrom anteil eingerichtet ist, eine Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters, eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters eingerichtet ist, und eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters eingerichtet ist, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation, welche zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters eingerichtet ist, und eine zwischen einer bestimmten der Phasen und dem PE-Leiter verbundene Testschaltung, welche im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung dazu geeignet ist, einen mittels der über die bestimmte Phase bereitgestellten Wechselspannung erzeugten und über den PE-Leiter fließenden Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor bereitzustellen.
Bei der vorliegenden Ladestation wird vorteilhafterweise zur Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, pulsierenden Gleichfehlerströmen und Gleichfehlerströmen sowie zur Detektion eines dem PE-Leiter zuordenbaren Fehlers nur ein einziger Fehlerstromsensor verwendet. In Abhängigkeit eines durch den Fehlerstromsensor detektierten Fehlers wird die Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters angesteuert. Die Schaltvorrichtung wird darüber hinaus auch von der funktionalen Steuerung verwendet, welche insbesondere als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet ist.
Ein dem PE-Leiter zuordenbarer Fehler liegt beispielsweise bei einer Beschädigung oder einem Bruch (Kabelbruch) oder einer Unterbrechung des PE -Leiters vor. Zur Detektion eines dem PE-Leiter zuordenbaren Fehlers wird vorhegend der Fehlerstromsensor verwendet, der bei der vorliegenden Ladestation vorteilhafterweise eine Mehrfachfunktion erfüllt: i) Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, ii) Detektion von pulsierenden Gleichfehlerströmen, iii) Detektion von Gleichfehlerströmen, und iv) Detektion von dem PE-Leiter zuordenbaren Fehlern. Hinsichtlich der Detektion von dem PE-Leiter zuordenbaren Fehlern kann vorliegend auf den herkömmlichen Optokoppler verzichtet werden, so dass die vorliegende Ladestation im Vergleich zu Ladestationen mit Optokoppler zur PE- Überwachung kostengünstiger ist.
Der Fehlerstromsensor kann auch als allstromsensitiver Fehlerstromsensor bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung kann auch als Schaltelement bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie bei einem Ausfall der Netzspannung, insbesondere selbstständig, öffnet und somit einen sicheren Zustand herstellen kann.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen die Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein Schütz oder Relais, Anschlussklemmen, elektronische Schaltkreise, den Fehlerstromsensor, ein Kommunikationsmodul, eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, einen EMV'Filter und zumindest ein Netzteil. Die Steuervorrichtung umfasst beispielsweise eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind, sowie eine Authentifizierungseinrichtung wie beispielsweise RFID/NFC-Reader/Bluetoothmodule oder einem automatisierten Autorisierungsvorgang über High-LeveLCommunication, 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 und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation generiert. Bei der Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/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 und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung können eine oder mehrere der folgenden Technologien eingesetzt werden: RFID, Bluetooth, Code-Eingabe, Fingerabdrucklesegerät, Venenscanner. Ein Elektrofahrzeug kann hierbei beispielsweise seine ID über High-Level- Communication, insbesondere ISO 15118 oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip übertragen.
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 Anschlussbuchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz ist ein TN-S Netz und hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N) und einen PE-Leiter (auch bezeichnet mit PE) oder ein TN-C Netz mit einer Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen PEN-Leiter (auch bezeichnet mit PEN), welcher den PE-Leiter und den N-Leiter kombiniert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Testschaltung eine Serienschaltung eines Widerstandes und eines durch die Steuervorrichtung ansteuerbaren Schalters. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den Schalter im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung derart anzusteuern, dass dieser schließt, so dass der Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, einen dem PE-Leiter zuordenbaren Fehler zu detektieren, falls der Fehlerstromsensor im angesteuerten Zustand des Schalters der Testschaltung keinen Fehlerstrom erfasst.
Die Steuervorrichtung ist dabei insbesondere dazu eingerichtet zu detektieren, dass kein dem PE-Leiter zuordenbarer Fehler vorliegt, falls der Fehlerstromsensor im angesteuerten Zustand des Schalters der Testschaltung einen Fehlerstrom erfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Widerstandswert des Widerstandes derart gewählt, dass der Stromwert des bereitgestellten Teststroms 1 mA bis 15 mA, bevorzugt 2 mA bis 5 mA, besonders bevorzugt 2,5 mA bis 4,5 mA, beträgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Widerstandswert des Widerstandes in Abhängigkeit eines Kennwerts eines der Ladestation vorgeschalteten Leitungsschutzschalters derart gewählt, dass der Stromwert des bereitgestellten Teststroms 1 mA bis 15 mA, bevorzugt 2 mA bis 5 mA, besonders bevorzugt 2,5 mA bis 4,5 mA, beträgt.
Hinsichtlich des Kennwerts des vorgeschalteten Leistungsschutzschalters (FI- Schutzschalter) gibt es insbesondere folgende Standardwerte: Leistungsschutzschalter mit Nennstrom 30 mA oder Leistungsschutzschalter mit Nennstrom von 10 mA. Der Auslösestrom für den Leistungsschutzschalter beträgt dabei insbesondere 50 bis 100 % des Nennstroms. Daher ergibt sich bei einem Leistungsschutzschalter mit Nennstrom 30 mA ein Auslösestrom von 15 bis 30 mA und damit ein maximal zulässiger Teststrom von 14,999999 mA und bei einem Leistungsschutzschalter mit Nennstrom 10 mA ein Auslösestrom von 5 bis 10 mA und damit ein maximal zulässiger Teststrom von 4,999999 mA.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation eine AOLadestation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die AC-Ladestation ausgangsseitige Anschlussklemmen, an welche entweder ein Ladekabel des Elektrofahrzeuges direkt angeschlagen ist, oder eine Anschlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels des Elektrofahrzeuges.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation eine DC-Ladestation, welche einen der Schaltvorrichtung nachgeschalteten AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz 4 über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung und einer DC-- Leitung bereitgestellte Gleichspannung aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die DC-Ladestation ausgangsseitige Anschlussklemmen, an welche ein Ladekabel des Elektrofahrzeuges direkt angeschlagen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem AC/DC-Wandler nachgeschalteten DC/DC-Wandler. Der DC/DC-Wandler ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die von dem AC/DC-Wandler bereitgestellte Gleichspannung hochzusetzen und als DC-Ladespannung ausgangsseitig bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine dem DC/DC-Wandler nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist. Die Schaltvorrichtung ist im AC-Stromkreis der Ladestation vorgesehen, wohingegen die weitere Schaltvorrichtung im DC-Stromkreis der Ladestation vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Einheit dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms das erste Ansteuersignal zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung bereitzustellen, die zweite Einheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms das zweite Ansteuersignal zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung bereitzustellen, und die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms das dritte Ansteuersignal zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC-- Leitung bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuerschaltung, welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, derart anzusteuern, dass diese die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnet.
Vorzugsweise ist die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öff- nungssignals derart anzusteuern, dass diese die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnet.
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 Elektrofahr- zeug zu übertragen, mittels welchem dann eine im Elektrofahrzeug eingebaute Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein DOFahrzeug-Schütz, geöffnet werden kann.
Das heißt, wenn im Fehlerfall das Schaltelement und/oder das weitere Schaltelement durch das Öffnungssignal geöffnet wird, dann wird dieses Öffnungssig- nal zusätzlich über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug übertragen, welches dann den im Elektrofahrzeug eingebauten DOFahrzeug- Schütz öffnet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ladekabel sowohl von Seiten der Ladestation, insbesondere dem Netz, als auch von Seiten des Elektrofahrzeuges, insbesondere der sich im Elektrofahrzeug befindlichen Batterie, potentialfrei ist.
Die Ansteuerschaltung steuert demnach die Schaltvorrichtung dann zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale bereitgestellt ist bzw. gesetzt sind. Damit reicht ein bereitgestelltes Ansteuersignal aus, um die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation zu öffnen und einen sicheren Zustand herzustellen.
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 Schaltvorrichtun als ein Schütz, als ein Vierphasen-Relais oder durch vier Relais für die drei Phasen und den Neutralleiter aus gebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die weitere Schaltvorrichtung als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet und die Schaltvorrichtung ist als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet, wobei das erste Leistungsschaltelement ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente einen nichtleitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation zu dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist: 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.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Fehlerstromsensor ausgebildet: durch einen Summenstrom- Wandler zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms, oder durch vier Stromwandler für die drei Phasen und den Neutralleiter zum Bereitstellen eines jeweiligen Ausgangssignals und eine den vier Stromwandlern nachgeschaltete Addiereinheit zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms durch Addition der von den vier Stromwandlern bereitgestellten Ausgangssignale.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommunikationsmodul, welches dazu eingerichtet ist, entweder mittels PWM-Signalen dem Elektrofahrzeug eine Energiebezugsmenge vorzugeben oder gemäß der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Elektrofahrzeuges auszuhandeln. Das Aushandeln erfolgt wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladestation, beispielsweise die Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereit- stellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ladestation auf: eine Kommunikationsschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation verwaltet, auszutauschen, eine Benutzerschnittstelle für Eingaben eines Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer, und/oder ein Netzteil, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung und/oder die Komponenten der Ladestation bereitzustellen.
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 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 software-technischen Implementierung kann die Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System zum Laden eines Energiespeichers zumindest eines Elektrofahrzeuges mit einer Anzahl von Ladestationen, insbesondere mit Mehrzahl N von Ladestationen (mit N > 2), vor geschlagen. Dabei ist die jeweilige Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung sind die N Ladestationen mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden, welcher mit dem Netzanschlusspunkt gekoppelt ist. Durch die Ausbildung der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ist es möglich, die N Ladestationen mittels der Sternschaltung zu koppeln und mit einem einzigen Leistungsschutzschalter gegenüber dem Netzanschlusspunkt zu sichern.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Anordnung zum Laden eines Energiespeichers zumindest eines Elektrofahrzeuges vor geschlagen. Die Anordnung umfasst ein System gemäß dem zweiten Aspekt mit zumindest einer Ladestation, einem Netzanschlusspunkt und einem zwischen der Ladestation und dem Netzanschlusspunkt gekoppelten Leitungsschutzschalter. Dabei ist der Netzanschlusspunkt eingangsseitig an die Phasen LI, L2, L3 und einen PEN-Leiter angeschlossen, teilt intern den PEN-Leiter auf den PE-Leiter und den Neutralleiter und ist ausgangsseitig mit der Ladestation über die Phasen LI, L2, L3, den PE- Leiter und den Neutralleiter verbunden. Hierbei ist die Steuervorrichtung der Ladestation dazu eingerichtet, einen dem PE-Leiter und/oder dem PEN-Leiter zuordenbaren Fehler zu detektieren, falls der Fehlerstromsensor im angesteuerten Zustand des Schalters der Testschaltung keinen Fehlerstrom erfasst.
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 ist insbesondere gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ausgebildet. Die Ladestation umfasst fünf Anschlussklemmen für drei Phasen LI, L2, L3, einen Neutralleiter und einen PE-Leiter, einen den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil, eine Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters und eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation. Das Verfahren umfasst die Schritte :
Ansteuern einer zwischen einer bestimmten der Phasen und dem PE- Leiter verbundenen Testschaltung im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung derart, dass ein mittels einer über die bestimmte Phase bereitgestellten Wechselspannung erzeugter und über den PE -Leiter fließender Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor bereitgestellt wird, und
Auswerten des bereitgestellten Teststroms durch den Fehlerstromsensor zur Detektion eines dem PE-Leiter zuordenbaren Fehlers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
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 Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters,
Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters eingerichtet ist, und/oder
Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals durch die Steuervorrichtung zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
Detektieren des geöffneten Zustands der Schaltvorrichtung und/oder der weiteren Schaltvorrichtung,
Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms, und
Bewerten des detektieren Fehlerstroms und abhängig davon Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform führt das Bewerten des detektierten Fehlerstroms zu einer der folgenden Maßnahmen: A) falls der detektierte Fehlerstrom kleiner als ein erster vorbestimmter Schwellwert ist, wird die Ladestation in einen sicheren Zustand überführt, oder
B) falls der detektierte Fehlerstrom größer als ein zweiter vorbestimmter Schwellwert ist, wird die Ladestation in den sicheren Zustand überführt, oder
C) falls der detektierte Fehlerstrom zwischen dem ersten und dem zweiten vorbestimmten Schwellwert ist, wird die Ladestation als sicher eingestuft und ist betriebsbereit.
Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladestation auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzug- ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug!
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 4 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Anordnung mit einer Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug!
Fig. 5 zeigt schematisch die zweite Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 4 mit eingezeichnetem Stromfluss bei intaktem PE-Leiter! und
Fig. 6 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 (oder PEN- Leiter, siehe Fig. 4). Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 3 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Anschlussbuchse (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 2) der Ladestation 1 verbunden ist oder an einer Klemmleiste 23 (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 3) der Ladestation 1 angeschlagen ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt.
Die Ladestation 1 weist eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten auf (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 2) und ist zum Laden des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet. Die Komponenten umfassen zumindest eine Schaltvorrichtung 8, einen Fehlerstromsensor 9, eine Steuervorrichtung 13 und eine Testschaltung 15, welche unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 näher erläutert werden.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die zweite Ausführungsform der Ladestation 1 der Fig. 2 basiert auf der ersten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 1.
Die Ladestation 1 der Fig. 2 hat fünf eingangsseitige Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe zum Koppeln der Phasen LI, L2, L3, des Neutralleiters N und des PE -Leiters PE.
Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 eine Anschlussbuchse 18 mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen des Ladekabels 5 des Elektrofahrzeuges 3. Zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Anschlussbuchse 15 sind ein Fehlerstromsensor 9 und eine Schaltvorrichtung 8 gekoppelt.
Die Schaltvorrichtung 8 ist zum Öffnen und Schließen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N der Ladestation 1 geeignet. Insbesondere hat die Ladestation 1 der Fig. 2 eine einzige Schaltvorrichtung 8. Die Schaltvorrichtung 8 ist beispielsweise ein Schütz oder ein Vierphasen-Relais. Alternativ kann die Schaltvorrichtung 8 durch vier Relais für die drei Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N ausgebildet sein.
Der Fehlerstromsensor 9 ist den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N zugeordnet und zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet. Der Fehlerstromsensor 9 ist beispielsweise ein Summenstromwandler.
Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine erste Einheit 11, eine zweite Einheit 12 und eine Steuervorrichtung 13. Die Steuervorrichtung 13 ist insbesondere die zentrale Steuervorrichtung der Ladestation 1 zum Steuern der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation 1. Die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 können - wie in Fig. 2 dar gestellt - extern der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein. Alternativ sind die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet.
Die erste Einheit 11 ist zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströ- men und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 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 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N eingerichtet.
Vorzugsweise ist die zweite Einheit 12 dazu eingerichtet, ein Gleichstrom- Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct-Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.
Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, ein drittes Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der 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 8, falls zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals O derart anzusteuern, dass diese die Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N der Ladestation 1 öffnet. Mit anderen Worten steuert die Ansteuerschaltung 14 die Schaltvorrichtung 8 dann zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist beziehungsweise gesetzt sind. Beispielsweise umfasst die Ansteuerschaltung 14 hierzu eine WIRED-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal Al, das zweite Ansteuersignal A2 und das dritte Ansteuersignal A3 ODER-verknüpft. Außerdem weist die Ladestation 1 der Fig. 2 eine Testschaltung 15 auf, welche zwischen einer bestimmten der Phasen, LI in dem Beispiel der Fig. 2, und dem PE-Leiter PE verbunden ist. Wie ausgeführt, ist die Testschaltung 15 eingangsseitig mit der Phase LI verbunden. Alternativ hierzu ist die Testschaltung 15 mit der Phase L2 oder mit der Phase L3 verbunden. Jedenfalls ist die Testschaltung 15 zwischen einer einzelnen der Phasen LI oder L2 oder L3 und dem PE-Leiter PE verbunden. Die Testschaltung 15 weist einen Widerstand 16 und einen in Serie zu dem Widerstand 16 geschalteten Schalter 17 auf. Insbesondere kann die in der Fig. 2 gezeigte Serienschaltung von Widerstand 16 und Schalter 17 auch umgedreht sein, d. h. der Schalter 17 kann mit der Phase LI verbunden sein und der Widerstand 16 ist dem Schalter 17 nachgeschaltet.
Die Testschaltung 15 ist im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung 8 dazu geeignet, einen mittels der über die bestimmte Phase LI bereitgestellten Wechselspannung erzeugten und über den PE-Leiter PE fließenden Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor 9 bereitzustellen. Hierbei kann die Steuervorrichtung 13, insbesondere den Schalter 17, im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung 8 mittels eines Steuersignals S derart ansteuern, dass der Schalter 17 schließt, so dass der Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor 9 bereitgestellt wird. Wenn also die Schaltvorrichtung 8 geöffnet ist, so kann die Steuervorrichtung 13 den Schalter 17 schließen, so dass der Test- ström zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor 9 von der Phase LI über den PE-Leiter PE fließen kann. Hierbei ist die Steuervorrichtung 13 dann vorzugsweise dazu eingerichtet, einen dem PE-Leiter PE zuordenbaren Fehler, wie beispielsweise ein Bruch des PE-Leiters PE, zu detektieren, falls der Fehlerstromsensor 9 im angesteuerten Zustand des Schalters 17 der Testschaltung 15 keinen Fehlerstrom erfasst. Entsprechend ist die Steuervorrichtung 13 dabei insbesondere dazu eingerichtet zu detektieren, dass kein dem PE-Leiter PE zuordenbarer Fehler vorliegt, falls der Fehlerstromsensor 9 im angesteuerten Zustand des Schalters 17 der Testschaltung einen Fehlerstrom erfasst. Damit ist im angesteuerten Zustand des Schalters 17 (bei geöffneter Schaltvorrichtung 8) ein von dem Fehlerstromsensor 9 erfasster Fehlerstrom indikativ dafür, dass bei dem PE-Leiter PE kein Fehler, z. B. kein Bruch des PE-Leiters PE, vorliegt.
Insbesondere ist der Widerstandswert des Widerstandes 16 der Testschaltung 15 derart gewählt, dass der Stromwert des bereitgestellten Teststroms 1 mA bis 15 mA, bevorzugt 2 mA bis 5 mA, besonders bevorzugt 2,5 mA bis 4,5 mA beträgt. Hierbei wird der Widerstandswert insbesondere in Abhängigkeit eines Kennwerts eines der Ladestation 1 vorgeschalteten Leistungsschutzschalters 31 (siehe beispielsweise Fig. 4 und Fig. 5) gewählt.
Hinsichtlich des Kennwerts des vorgeschalteten Leistungsschutzschalters 31 (FI- Schutzschalter) gibt es insbesondere folgende Standardwerte: Leistungsschutzschalter 31 mit Nennstrom 30 mA oder Leistungsschutzschalter 31 mit Nennstrom von 10 mA. Der Auslösestrom für den Leistungsschutzschalter 31 beträgt dabei insbesondere 50 bis 100 % des Nennstroms. Daher ergibt sich bei einem Leistungsschutzschalter 31 mit Nennstrom 30 mA ein Auslösestrom von 15 bis 30 mA und damit ein maximal zulässiger Teststrom von 14,999999 mA und bei einem Leistungsschutzschalter 31 mit Nennstrom 10 mA ein Auslösestrom von 5 bis 10 mA und damit ein maximal zulässiger Teststrom von 4,999999 mA.
Ferner umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 ein Kommunikationsmodul 19. Das Kommunikationsmodul 19 ist dazu eingerichtet, entweder mittels PWM-Signalen dem Elektrofahrzeug 3 eine Energiebezugsmenge vorzugeben oder gemäß der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Elektrofahrzeuges 3 auszuhandeln.
Außerdem umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine Kommunikationsschnittstelle 20. Die Kommunikationsschnittstelle 20 ist dazu eingerichtet, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation 1 verwaltet, auszutauschen. Über das Endgerät kann sich der Benutzer insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren. Ferner hat die Ladestation 1 der Fig. 2 eine Benutzerschnittstelle 21 für Eingaben des Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer. Beispielsweise umfasst die Benutzerschnittstelle 21 einen Touchscreen. Außerdem ist zumindest ein Netzteil 22 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung 13 und/oder die weiteren Komponenten der Ladestation 1 bereitzustellen.
In Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 dargestellt. Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3 basiert auf der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 2 und unterscheidet sich von dieser insbesondere dadurch, dass die Ladestation 1 nach Fig. 3 als eine DC-Ladestation ausgebildet ist.
Die Ladestation 1 der Fig. 3 hat einen der Schaltvorrichtung 8 nachgeschalteten AC/DC-Wandler 25, einen dem AC/DC-Wandler 25 nachgeschalteten DC/DC- Wandler 26, eine dem DC/DC-Wandler 26 nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung 27 sowie ein eingangsseitiges EMV-Filter 28 und ein ausgangsseitiges EM V- Filter 29.
Der AC/DC-Wandler 25 ist dazu eingerichtet, eine von dem mehrphasigen Netz 4 über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung DC+ und einer DC--Leitung DC- bereitgestellte Gleichspannung zu wandeln. Der nachgeschaltete DC/DC-Wandler 26 ist dazu eingerichtet, die von dem AC/DC-Wandler 25 bereitgestellte Gleichspannung hochzusetzen und als DC-Ladespannung ausgangsseitig bereitzustellen.
Die dem DC/DC-Wandler 26 nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung 27 ist zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC'der Ladestation 1 eingerichtet. Bei der Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 3 haben die erste Einheit 11, die zweite Einheit 12 und die Steuervorrichtung 13 eine zusätzliche Funktion. Gemäß der Fig. 3 ist die erste Einheit 11 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F das erste Ansteuersignal Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N und zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 27 zum Öffnen der DC+- Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- bereitzustellen. In analoger Weise ist die zweite Einheit 12 der Fig. 3 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F das zweite Ansteuersignal A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N und zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 27 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC"Leitung DC- bereitzustellen. Entsprechend ist die Steuervorrichtung 13 der Fig. 3 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F das dritte Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N und zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 27 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC" Leitung DC- bereitzustellen.
Des Weiteren zeigt die Fig. 4 schematisch eine zweite Ausführungsform einer Anordnung mit einer Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem Elektrofahrzeug 3. Hierzu illustriert die Fig. 5 die zweite Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 4 mit eingezeichnetem Stromfluss SF bei intaktem PE-Leiter PE.
Die Anordnung nach Fig. 4 umfasst eine Ladestation 1, einen Netzanschlusspunkt 6 und einen zwischen der Ladestation 1 und dem Netzanschlusspunkt 6 gekoppelten Leitungsschutzschalter 31. Die Ladestation 1 ist insbesondere gemäß einer der Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 ausgebildet und umfasst zumindest eine Schaltvorrichtung 8, einen Fehlerstromsensor 9 und eine Testschaltung 15. Der Netzanschlusspunkt 6 ist mit einem Transformator 30 des Energieversorgungsnetzes 7 über drei Phasen LI, L2, L3 und einen PEN-Leiter PEN gekoppelt. Der Netzanschlusspunkt 6 teilt den PEN-Leiter PEN intern auf einen PE-Leiter PE und einen Neutralleiter N auf. Ausgangsseitig ist der Netzanschlusspunkt 6 über die Phasen LI, L2, L3, den PE-Leiter PE und den Neutralleiter N mit der Ladestation 1 verbunden.
Wie oben bereits ausgeführt, umfasst die Ladestation 1 insbesondere die in Fig. 2 oder in Fig. 3 dargestellten Komponenten. Dabei ist die Steuervorrichtung 13 der Ladestation 1 nach Fig. 4 insbesondere dazu eingerichtet, einen dem PE-Leiter PE und/oder dem PEN-Leiter PEN zuordbaren Fehler zu detektieren, falls der Fehlerstromsensor 9 im angesteuerten Zustand des Schalters 17 der Testschaltung 15 keinen Fehlerstrom (bei geöffneter Sch alt Vorrichtung 8) erfasst. Der Stromfluss SF des bereitgestellten Teststroms bei intaktem PE-Leiter PE ergibt sich wie in Fig. 5 dargestellt. Der Stromfluss SF erfolgt über die Phase LI, den Schalter und den Widerstand der Testschaltung 15, den PE-Leiter PE zurück zum Leistungsschutzschalter 31 und dann an den Netzanschlusspunkt 6, in welchem der PE-Leiter PE und der Neutralleiter N zusammengefasst sind, so dass der Stromfluss SF dann weiter in Richtung des Energieversorgungsnetzes 7 über den PEN-Leiter PEN läuft und sich über den Transformator 30 schließt.
In Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 dargestellt. Ausführungsbeispiele für die Ladestation 1 finden sich in den Fig. 1 bis 5. Die Ladestation 1 ist zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 4 eingerichtet. Die Ladestation 1 umfasst fünf Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe für drei Phasen LI, L2, L3, einen Neutralleiter N und einen PE-Leiter PE, einen den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N zugeordneten Fehlerstromsensor 9 zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstrom anteil, eine Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N und eine Steuervorrichtung 13 zum Steuern von Komponenten der Ladestation 1.
Das Verfahren der Fig. 6 umfasst die Schritte SO, Si, S2 und S3: In Schritt SO wird zuerst überprüft, ob die Schaltvorrichtung 8 geöffnet ist. Ist diese geöffnet, dann kann mit dem Schritt S1 fortgefahren werden.
In Schritt S1 wird eine zwischen einer bestimmten der Phasen LI oder L2 oder L3 und dem PE-Leiter PE verbundene Testschaltung 15 im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung 8 derart angesteuert, dass ein mittels einer über die bestimmte Phase LI oder L2 oder L3 bereitgestellten Wechselspannung erzeugter und über den PE-Leiter PE fließender Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor 9 bereitgestellt wird.
In Schritt S2 wird der bereitgestellte Teststrom durch den Fehlerstromsensor 9 zur Detektion eines dem PE-Leiter PE zuordenbaren Fehlers ausgewertet.
Bei dieser Auswertung werden insbesondere folgende Fälle A) bis C) differenziert:
Fall A)
Die Auswertung ergibt, dass kein Strom fließt. Nachdem der Teststrom keinen messbaren Fehlerstrom erzeugt, wird insbesondere daraus abgeleitet, dass der PE-Leiter PE unterbrochen ist. Folglich wird die Ladestation 1 in einen sicheren Zustand verbracht, bis der Fehler behoben ist. Der sichere Zustand der Ladestation 1 wird insbesondere dadurch bereitgestellt, dass die Schaltvorrichtung 8 geöffnet bleibt.
Fall B)
Die Auswertung ergibt, dass ein zu hoher Strom fließt, zu hoch insbesondere relativ zu einem vorbestimmten Schwellwert. Wird insbesondere ein durch den Widerstand fließender Gleichstrom detektiert oder ein zu hoher Wechselstrom, dann wird daraus abgeleitet, dass im elektrischen System der Ladestation 1 oder vorgelagert ein Kurzschluss besteht. Auch hier wird die Ladestation 1 in einen sicheren Zustand überführt, insbesondere durch Öffnen der Schaltvorrichtung 8, bis der Fehler behoben ist. Fall C)
Es wird ein Strom innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches erfasst, woraus abgeleitet wird, dass kein Fehler vorliegt und die Ladestation 1 betriebsbereit bleiben kann.
Zusätzlich kann das Verfahren nach Fig. 6 die folgenden Schritte umfassen:
Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N,
Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N, und/oder
Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals A3 durch die Steuervorrichtung 13 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N.
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 Testschaltung
16 Widerstand
17 Schalter
18 Anschlussbuchse
19 Kommunikationsmodul
20 Kommunikationsschnittstelle
21 Benutzerschnittstelle
22 Netzteil
23 Klemmleiste
24 Ladestecker
25 AC/DC-Wandler
26 DC/DC-Wandler 27 Schaltvorrichtung
28 EM V- Filter
29 EM V- Filter
30 Transformator
31 Leitungsschutzschalter
Al erstes Ansteuersignal
A2 zweites Ansteuersignal
A3 drittes Ansteuersignal
DC+ DC+'Leiter, DC+-Leitung
DC- DC-'Leiter, DC--Leitung
F Fehlerstrom
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
N Neutralleiter
O Öffnungssignal
PE PE -Leiter
PEN PEN-Leiter
S Steuersignal
SF Stromfluss bei intaktem PE -Leiter
50 Verfahrensschritt
51 Verfahrensschritt
52 Verfahrensschritt
53 Verfahrensschritt

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), mit fünf Anschlussklemmen (10a - lOe) für drei Phasen (LI, L2, L3), einen Neutralleiter (N) und einen PE-Leiter (PE), einem den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9), welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstrom anteil und Wechselstrom anteil eingerichtet ist, einer Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N), einer ersten Einheit (11), welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, und einer zweiten Einheit (12), welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals (A2) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, einer Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1), welche zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) eingerichtet ist, und einer zwischen einer bestimmten der Phasen (Ll) und dem PE-Leiter (PE) verbundenen Testschaltung (15), welche im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung (8) dazu geeignet ist, einen mittels der über die bestimmte Phase (Ll) bereitgestellten Wechselspannung erzeugten und über den PE-Leiter (PE) fließenden Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor (9) bereitzustellen.
2. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testschaltung (15) eine Serienschaltung eines Widerstandes (16) und eines durch die Steuervorrichtung (13) ansteuerbaren Schalters (17) aufweist.
3. Ladestation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den Schalter (17) im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung (8) derart anzusteuern, dass dieser (17) schließt, so dass der Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor (9) bereitgestellt wird.
4. Ladestation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, einen dem PE-Leiter (PE) zuordenbaren Fehler zu detektieren, falls der Fehlerstromsensor (9) im angesteuerten Zustand des Schalters (17) der Testschaltung (15) keinen Fehlerstrom erfasst.
5. Ladestation nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert des Widerstandes (16) derart gewählt ist, insbesondere in Abhängigkeit eines Kennwerts eines der Ladestation (1) vorgeschalteten Leitungsschutzschalters (31) derart gewählt ist, dass der Strom wert des bereitgestellten Teststroms 1mA bis 15 mA, bevorzugt 2 mA bis 5 mA, besonders bevorzugt 2,5 mA bis 4,5 mA, beträgt.
6. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) eine AOLadestation ist.
7. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) eine DOLadestation ist, welche einen der Schaltvorrichtung (8) nachgeschalteten AC/DC-Wandler (25) 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 aufweist.
8. Ladestation nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen dem AC/DC-Wandler (25) nachgeschalteten DC/DC-Wandler (26), welcher insbesondere dazu eingerichtet ist, die von dem AC/DC-Wandler (25) bereitgestellte Gleichspannung hochzusetzen und als DC-Ladespannung ausgangsseitig bereitzustellen.
9. Ladestation nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dem DC/DC-Wandler (26) nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung (27), welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung (DC+) und der DC-- Leitung (DC-) der Ladestation (1) eingerichtet ist.
10. Ladestation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einheit (11) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) das erste Ansteuersignal (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (27) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) bereitzustellen, dass die zweite Einheit (12) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) das zweite Ansteuersignal (A2) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (27) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) bereitzustellen, und dass die Steuervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F) das dritte Ansteuersignal (A3) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (27) zum Öffnen der DC+-Leitung (DC+) und der DC--Leitung (DC-) bereitzustellen.
11. System zum Laden eines Energiespeichers (2) zumindest eines Elektrofahrzeuges (3) mit einer Anzahl von Ladestationen (1), insbesondere mit Mehrzahl N von Ladestationen (1), wobei die jeweilige Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
12. Anordnung zum Laden eines Energiespeichers (2) zumindest eines Elektrofahrzeuges (3), mit einem System nach Anspruch 11 mit zumindest einer Ladestation (1), einem Netzanschlusspunkt (6), und einem zwischen der Ladestation (1) und dem Netzanschlusspunkt (6) gekoppelten Leitungsschutzschalter (31), wobei der Netzanschlusspunkt (6) eingangsseitig an die Phasen (LI, L2, L3) und einen PEN-Leiter (PEN) angeschlossen ist, intern den PEN-Leiter (PEN) auf den PE -Leiter (PE) und den Neutralleiter (N) teilt und ausgangsseitig mit der Ladestation (1) über die Phasen (LI, L2, L3), den PE-Leiter (PE) und den Neutralleiter (N) verbunden ist, und wobei die Steuervorrichtung (13) der Ladestation (1) dazu eingerichtet ist, einen dem PE-Leiter (PE) und/oder dem PEN-Leiter (PEN) zuordenbaren Fehler zu detektieren, falls der Fehlerstromsensor (9) im angesteuerten Zustand des Schalters (17) der Testschaltung (15) keinen Fehlerstrom erfasst.
13. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (1), insbesondere einer Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), welche fünf Anschlussklemmen (10a - lOe) für drei Phasen (LI, L2, L3), einen Neutralleiter (N) und einen PE-Leiter (PE), einen den Phasen (LI, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) zugeordneten Fehlerstromsensor (9) zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms (F) mit Gleichstrom anteil und Wechselstromanteil, eine Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (LI, L2, L3) und des Neutralleiters (N) und eine Steuervorrichtung (13) zum Steuern von Komponenten der Ladestation (1) aufweist, mit den Schritten:
Ansteuern (Sl) einer zwischen einer bestimmten der Phasen (Ll) und dem PE-Leiter (PE) verbundenen Testschaltung (15) im geöffneten Zustand der Schaltvorrichtung (8) derart, dass ein mittels einer über die bestimmte Phase (Ll) bereitgestellten Wechselspannung erzeugter und über den PE-Leiter (PE) fließender Teststrom zur Auswertung durch den Fehlerstromsensor (9) bereitgestellt wird, und
Auswerten (S2) des bereitgestellten Teststroms durch den Fehlerstromsensor (9) zur Detektion eines dem PE-Leiter (PE) zuordenbaren Fehlers.
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch
Detektieren des geöffneten Zustands der Schaltvorrichtung (8) und/oder der weiteren Schaltvorrichtung (27),
Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms (F), und
Bewerten des detektieren Fehlerstroms (F) und abhängig davon Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals (Al) zum Ansteuern der Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen der Phasen (Ll, L2, L3) und des Neutralleiters (N).
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass das Bewerten des detektierten Fehlerstroms (F) zu einer der folgenden Maßnahmen führt: A) falls der detektierte Fehlerstrom (F) kleiner als ein erster vorbestimmter Schwellwert ist, wird die Ladestation (1) in einen sicheren Zustand über- führt, oder
B) falls der detektierte Fehlerstrom (F) größer als ein zweiter vorbestimmter Schwellwert ist, wird die Ladestation (1) in den sicheren Zustand über- führt, oder
C) falls der detektierte Fehlerstrom (F) zwischen dem ersten und dem zweiten vorbestimmten Schwellwert ist, wird die Ladestation (1) als sicher eingestuft und ist betriebsbereit.
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