DE102021124937A1 - CHARGING CABLE FOR A CHARGING STATION, CHARGING STATION, MULTIPLE CHARGING STATIONS SYSTEM AND METHOD OF OPERATING A CHARGING STATION - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Ladekabel (5) für eine Ladestation (1) zum Laden eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit einer DC-Ladespannung vorgeschlagen. Dabei umfasst das Ladekabel (5) zumindest einen DC+-Leiter (DC+), zumindest einen DC--Leiter (DC-), einen PE-Leiter (PE) und eine mit einem Fluid gefüllte Kammer (C), welche den zumindest einen DC+-Leiter (DC+), den zumindest einen DC--Leiter (DC-) und den PE-Leiter (PE) im Querschnitt umgibt.A charging cable (5) for a charging station (1) for charging an energy store (2) of an electric vehicle (3) with a DC charging voltage is proposed. The charging cable (5) comprises at least one DC+ conductor (DC+), at least one DC- conductor (DC-), a PE conductor (PE) and a chamber (C) filled with a fluid, which contains the at least one DC+ -conductor (DC+), which surrounds at least one DC- conductor (DC-) and the PE conductor (PE) in cross-section.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, ein System mit einer Mehrzahl solcher Ladestationen sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges.The invention relates to a charging cable for a charging station for charging an energy store of an electric vehicle, a charging station for charging an energy store of an electric vehicle, a system with a plurality of such charging stations and a method for operating a charging station for charging an electric vehicle.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-strom (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromladeverfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC-Wandlers in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang.The present technical field relates to charging an energy store of an electric vehicle. Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are rapid charging methods in which the charging station provides the electric vehicle with direct voltage/current (DC), or alternatively alternating current charging methods in which the electric vehicle is supplied with single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle converts into direct current for the energy storage device to be charged using a built-in AC/DC converter. With the AC charging process, a charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process.
Im Folgenden werden nur insbesondere Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-strom (DC) zur Verfügung stellt, besprochen.In the following, only rapid charging methods in particular, in which the charging station makes direct voltage/current (DC) available to the electric vehicle, are discussed.
Hierzu beschreibt beispielsweise Bombardier in der deutschen Patentanmeldung
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine Ladestation mit Leistungselektronik verwendet, welche über keinen Trafo verfügt. Hierzu wird auf die Patentanmeldungen
Herkömmlicherweise werden bei solchen Schnellladeverfahren mit einer hohen DC-Ladespannung von beispielsweise 800 V Ladekabel verwendet, welche zwei in dem Ladekabel angeordnete, parallele Leitungen für DC+ und DC- aufweisen. Wenn aber im Fehlerfall, z. B. bei einem Isolationsbruch des Ladekabels, der Anwender eine dieser Leitungen, DC+ oder DC- berührt, so berührt er eine Spannung von 400 V (dem Betrag nach). Eine solche Spannung von 400 V kann lebensgefährlich sein.Conventionally, in such rapid charging methods with a high DC charging voltage of, for example, 800 V, charging cables are used which have two parallel lines for DC+ and DC- arranged in the charging cable. But if in the event of an error, e.g. B. If the insulation of the charging cable breaks and the user touches one of these lines, DC+ or DC-, he touches a voltage of 400 V (in terms of amount). Such a voltage of 400 V can be fatal.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu verbessernIt is an object of the present invention to improve the charging of an energy store of an electric vehicle
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Ladekabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 7, durch ein System mit einer Mehrzahl von Ladestationen mit den Merkmalen des Anspruchs 17 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. The object is achieved by a charging cable with the features of
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit einer DC-Ladespannung vorgeschlagen. Dabei umfasst das Ladekabel zumindest einen DC+-Leiter, zumindest einen DC--Leiter, einen PE-Leiter und eine mit einem Fluid gefüllte Kammer, welche den zumindest einen DC+-Leiter, den zumindest einen DC--Leiter und den PE-Leiter im Querschnitt umgibt.According to a first aspect, a charging cable for a charging station for charging an energy store of an electric vehicle with a DC charging voltage is proposed. The charging cable comprises at least one DC+ conductor, at least one DC- conductor, a PE conductor and a chamber filled with a fluid, which contains the at least one DC+ conductor, the at least one DC- conductor and the PE conductor in the cross-section surrounds.
Insbesondere umgibt die mit dem Fluid gefüllte Kammer den zumindest einen DC+-Leiter, den zumindest einen DC--Leiter und den PE-Leiter über die Länge des Ladekabels, vorzugsweise über die gesamte Länge des Ladekabels. Der Querschnitt der Kammer ist vorzugsweise ringförmig, beispielsweise kreisringförmig.In particular, the chamber filled with the fluid surrounds the at least one DC+ conductor, the at least one DC- conductor and the PE conductor over the length of the charging cable, preferably over the entire length of the charging cable. The cross section of the chamber is preferably ring-shaped, for example circular.
Vorteilhafterweise ist ein Isolationsbruch des Ladekabels basierend auf einer Änderung des Drucks in der mit dem Fluid gefüllten Kammer detektierbar, beispielsweise durch einen dem Ladekabel zugeordneten Isolationsbruch-Sensor. Der Isolationsbruch-Sensor stellt ein Isolationsbruch-Sensorsignal, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist, bei einer Änderung bzw. signifikanten Änderung, welche insbesondere über eine vorbestimmte Zeitdauer größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, bereit. Wird ein solches Isolationsbruch-Sensorsignal bereitgestellt, kann infolgedessen eine Schaltvorrichtung der Ladestation, z. B. ein Schütz, geöffnet werden. Hierdurch wird die Sicherheit des Gesamtsystems Ladekabel deutlich erhöht. Details hierzu werden im Folgenden näher erläutert.Advantageously, a rupture of the insulation of the charging cable can be detected based on a change in the pressure in the chamber filled with the fluid, for example by an insulation rupture sensor assigned to the charging cable. The insulation breakage sensor provides an insulation breakage sensor signal, which is indicative of an insulation breakage of the charging cable, in the event of a change or significant change, which is greater than a predetermined threshold value, in particular over a predetermined period of time. If such an insulation breakage sensor signal is provided, a switching device of the charging station, e.g. B. a contactor can be opened. This clearly demonstrates the safety of the charging cable system as a whole elevated. Details on this are explained in more detail below.
Ein Isolationsbruch des Ladekabels ist beispielsweise ein Bruch eines Kabelmantels des Ladekabels oder ein Bruch der Isolation an dem Ladestecker des Ladekabels.A break in the insulation of the charging cable is, for example, a break in a cable sheath of the charging cable or a break in the insulation on the charging plug of the charging cable.
Gemäß einer Ausführungsform sind der zumindest eine DC+-Leiter, der zumindest eine DC--Leiter und der PE-Leiter in einem isolierenden Kunststoff eingebettet. Vorzugsweise sind zusätzlich eine Charge-Pilot-Signalleitung und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen in dem Kunststoff eingebettet.According to one embodiment, the at least one DC+ conductor, the at least one DC- conductor and the PE conductor are embedded in an insulating plastic. A charge pilot signal line and a plurality of temperature signal lines are preferably additionally embedded in the plastic.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ladekabel einen Innenraum und einen Außenraum, wobei die Kammer den Innenraum begrenzt, wobei in dem Innenraum der zumindest eine DC+-Leiter, der zumindest eine DC-Leiter und der PE-Leiter in einer ersten Schicht des Kunststoffes eingebettet sind und wobei eine in dem Außenraum angeordnete zweite Schicht des Kunststoffes die Kammer nach außen isoliert.According to a further embodiment, the charging cable comprises an interior space and an exterior space, with the chamber delimiting the interior space, with the at least one DC+ conductor, the at least one DC conductor and the PE conductor being embedded in a first layer of the plastic in the interior space and wherein a second layer of plastic disposed in the exterior space insulates the chamber from the outside.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine Mehrzahl von DC+-Leitern und eine Mehrzahl von DC--Leitern in der ersten Schicht des Kunststoffes angeordnet, insbesondere jeweils zwei DC+-Leiter und zwei DC--Leiter, welche insbesondere in der Form eines Seilvierers longitudinal aufgebaut sind. Der Aufbau in Form eines Seilvierers bedeutet, dass die vier Leiter (zwei DC+-Leiter und zwei DC--Leiter) in longitudinaler Richtung rotationsförmig ineinander verdreht sind.According to a further embodiment, a plurality of DC+ conductors and a plurality of DC- conductors are arranged in the first layer of the plastic, in particular two DC+ conductors and two DC- conductors, which are constructed longitudinally in particular in the form of a cable quad . The structure in the form of a cable quad means that the four conductors (two DC+ conductors and two DC- conductors) are twisted into each other in a longitudinal direction in a rotational manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid der Kammer ein Gas, insbesondere ein ungiftiges und nicht entzündliches Gas, beispielsweise umfassend Luft, Stickstoff, Kohlendioxid und/oder Kohlenmonoxid in geringer Konzentration , oder eine Flüssigkeit, insbesondere eine erst unter einer Temperatur von mindestens -30°C gefrierende Flüssigkeit, beispielsweise umfassend Alkohol, oder Gemisch aus Wasser und Glykol, Glysofar und/oder Ethylenglykol.According to a further embodiment, the fluid of the chamber is a gas, in particular a non-toxic and non-flammable gas, for example comprising air, nitrogen, carbon dioxide and/or carbon monoxide in a low concentration, or a liquid, in particular only below a temperature of at least -30° C Freezing liquid, for example comprising alcohol, or a mixture of water and glycol, glysofar and/or ethylene glycol.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid ein Kühlmittel und die Kammer ist als eine mehrteilige Kammer, insbesondere als eine zweiteilige Kammer, umfassend einen Hinkanal und Rückkanal für das Kühlmittel ausgebildet. Mittels des Hinkanals und des Rückkanals ist eine Strömung des Kühlmittels durch die Kammer erzeugbar.According to a further embodiment, the fluid is a coolant and the chamber is designed as a multi-part chamber, in particular as a two-part chamber, comprising a forward channel and a return channel for the coolant. A flow of the coolant through the chamber can be generated by means of the forward channel and the return channel.
Dies bewirkt vorteilhafterweise eine Kühlung des Ladekabels, insbesondere der leistungsführenden Leiter DC+ und DC- des Ladekabels. Hierdurch können die leistungsführenden Leiter DC+ und DC- vorteilhafterweise höhere Gleichspannungen führen.This advantageously causes cooling of the charging cable, in particular the power-carrying conductors DC+ and DC- of the charging cable. As a result, the power-carrying conductors DC+ and DC- can advantageously carry higher direct voltages.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine trafolose Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, welche aufweist:
- einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung,
- eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, und
- ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts.
- an AC/DC converter for converting an AC voltage provided by the multiphase network via the phases into a DC voltage provided by means of a DC+ line and a DC- line,
- a control device for controlling components of the charging station comprising the AC/DC converter, and
- a charging cable according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect.
Die Ladestation kann auch als trafolose DC-Ladestation bezeichnet werden. Die vorliegende trafolose Ladestation nutzt keinen Trafo zum Wandeln der Wechselspannung in die Gleichspannung, sondern den AC/DC-Wandler und optional einen nachgeschalteten DC/DC-Wandler.The charging station can also be referred to as a transformerless DC charging station. The charging station without a transformer does not use a transformer to convert AC voltage into DC voltage, but instead uses the AC/DC converter and, optionally, a downstream DC/DC converter.
Der AC/DC-Wandler kann auch als Umrichter bezeichnet werden. Der AC/DC-Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung eingerichtet. Die Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.The AC/DC converter can also be referred to as a converter. The AC/DC converter is set up in particular for converting an AC voltage into a DC voltage and/or for converting a DC voltage into an AC voltage. The charging station comprises in particular an intermediate circuit connected downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors which are connected to an intermediate circuit center point.
Die von dem AC/DC-Wandler bereitgestellte Gleichspannung oder eine basierend auf dieser hochgesetzte Gleichspannung, hochgesetzt beispielsweise durch einen DC/DC-Wandler, wird als DC-Ladespannung zum Laden des Energiespeichers des gekoppelten Elektrofahrzeuges verwendet.The DC voltage provided by the AC/DC converter or a DC voltage boosted based on this, boosted for example by a DC/DC converter, is used as the DC charging voltage for charging the energy store of the coupled electric vehicle.
Des Weiteren kann die Ladestation insbesondere eine Energiemesseinheit aufweisen, 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.Furthermore, 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. In addition, a billing unit can also be provided in particular, which bills the user or customer for the energy consumed by the electric vehicle.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet sind.The charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing with an interior in which the elec ric and / or electronic components are arranged.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges geeignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Ladekabel samt Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die Ladestation kann weiters auch vom Elektrofahrzeug Energie beziehen und in das mehrphasige Netz zurückspeisen. Dies wird in der Fachsprache als Vehicle-to-Grid bezeichnet. Insbesondere kann die Ladestation nicht nur zurück ins Netz speisen, sondern auch ein anderes Fahrzeug laden, oder einen anderen Verbraucher versorgen, oder einen anderen Energiespeicher laden. Dieser Prozess wird auch als Vehicle-to-anything/everything bezeichnet.The charging station can also be referred to as a charging connection device. The charging station is designed in particular as a wall box. The charging station is suitable for charging or regenerating the energy store of an electric vehicle in that the charging station is electrically connected to the energy store or the charging electronics of the electric vehicle via its connection socket and the charging plug of the electric vehicle. The charging station acts as a source of electrical energy for the electric vehicle, with the electrical energy being able to be transferred to an energy store in the electric vehicle by means of a charging cable and charging plug. The charging station can also be referred to as an intelligent charging station for electric vehicles. The charging station can also draw energy from the electric vehicle and feed it back into the multi-phase grid. This is known in technical terms as vehicle-to-grid. In particular, the charging station can not only feed back into the grid, but also charge another vehicle, or supply another consumer, or charge another energy store. This process is also referred to as vehicle-to-anything/everything.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise L1, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).The multiphase network is, for example, a multiphase subscriber network. The multi-phase network can also be a multi-phase power supply network. In particular, the polyphase network has a number of phases, for example L1, L2 and L3, and a neutral conductor (also denoted by N).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation
- eine dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist,
- einen dem Ladekabel zugeordneten Isolationsbruch-Sensor zum Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist, basierend auf einer Änderung des Drucks in der mit dem Fluid gefüllten Kammer, und
- eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, das bereitgestellte Isolationsbruch-Sensorsignal zum Ermitteln eines Isolationsbruches des Ladekabels auszuwerten,
- wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Schaltvorrichtung in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches zu öffnen.
- a switching device downstream of the AC/DC converter, which is set up to open and close the DC+ line and the DC- line of the charging station,
- an insulation rupture sensor associated with the charging cable for providing a insulation rupture sensor signal indicative of an insulation rupture of the charging cable based on a change in pressure in the fluid-filled chamber, and
- an evaluation unit which is set up to evaluate the provided insulation breakage sensor signal to determine an insulation breakage of the charging cable,
- wherein the control device is set up to open the switching device as a function of a determined break in the insulation.
Der Isolationsbruch-Sensor detektiert eine Änderung des Drucks in der mit dem Fluid gefüllten Kammer, insbesondere eine solche Änderung, welche über eine vorbestimmte Zeitdauer größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Eine solche Änderung des Drucks in der mit dem Fluid gefüllten Kammer des Ladekabels ist indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels. Bei dieser Ausführungsform öffnet die Steuervorrichtung die dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung bei Feststellen eines ermittelten Isolationsbruches. Die dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung ist im DC-Stromkreis der Ladestation angeordnet und kann demnach auch als DC-Schaltvorrichtung bezeichnet werden.The insulation rupture sensor detects a change in the pressure in the chamber filled with the fluid, in particular a change that is greater than a predetermined threshold value over a predetermined period of time. Such a change in pressure in the fluid-filled chamber of the charging cable is indicative of a rupture of the insulation of the charging cable. In this embodiment, the control device opens the switching device connected downstream of the AC/DC converter when an insulation break is detected. The switching device downstream of the AC/DC converter is arranged in the DC circuit of the charging station and can therefore also be referred to as a DC switching device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation
eine dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist,
einen dem Ladekabel zugeordneten Isolationsbruch-Sensor zum Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist, basierend auf einer Änderung des Drucks in der mit dem Fluid gefüllten Kammer, und
eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, das bereitgestellte Isolationsbruch-Sensorsignal zum Ermitteln eines Isolationsbruches des Ladekabels auszuwerten,
wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die weitere Schaltvorrichtung in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches zu öffnen.According to a further embodiment, the charging station comprises
a further switching device connected upstream of the AC/DC converter, which is set up to open and close the phases and the neutral conductor of the charging station,
an insulation rupture sensor associated with the charging cable for providing a insulation rupture sensor signal indicative of an insulation rupture of the charging cable based on a change in pressure in the fluid-filled chamber, and
an evaluation unit which is set up to evaluate the provided insulation breakage sensor signal to determine an insulation breakage of the charging cable,
wherein the control device is set up to open the further switching device as a function of an insulation break that has been determined.
Bei dieser Ausführungsform wird bei festgestelltem Isolationsbruch des Ladekabels die weitere Schaltvorrichtung, welche dem AC/DC-Wandler vorgeschaltet ist, durch die Steuervorrichtung geöffnet. Die dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung befindet sich im AC-Stromkreis der Ladestation und kann demnach auch als AC-Schaltvorrichtung bezeichnet werden.In this embodiment, the further switching device, which is connected upstream of the AC/DC converter, is opened by the control device when a break in the insulation of the charging cable is detected. The further switching device connected upstream of the AC/DC converter is located in the AC circuit of the charging station and can therefore also be referred to as an AC switching device.
Des Weiteren ist es vorzugsweise möglich, dass die Steuervorrichtung bei festgestelltem Isolationsbruch des Ladekabels beide Schaltvorrichtungen öffnet, nämlich die AC-Schaltvorrichtung und die DC-Schaltvorrichtung.Furthermore, it is preferably possible for the control device to open both switching devices, namely the AC switching device and the DC switching device, when a break in the insulation of the charging cable is detected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Isolationsbruch-Sensor dazu eingerichtet, einen Druckabfall in der Kammer des Ladekabels zu detektieren und abhängig davon das Isolationsbruch-Sensorsignal bereitzustellen.According to a further embodiment, the insulation rupture sensor is set up to detect a drop in pressure in the chamber of the charging cable and to provide the insulation rupture sensor signal depending on this.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Isolationsbruch-Sensor dazu eingerichtet, das Isolationsbruch-Sensorsignal bereitzustellen, wenn der Druckabfall in der Kammer des Ladekabels über eine vorbestimmte Zeitdauer größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.According to a further embodiment, the insulation breakage sensor is set up to provide the insulation breakage sensor signal when the pressure drop in the chamber of the charging cable is greater than a predetermined threshold over a predetermined period of time.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Ladekabel, welches ein Kühlmittel als Fluid in der Kammer aufweist und bei welchem die Kammer als eine mehrteilige Kammer, insbesondere als eine zweiteilige Kammer, umfassend einen Hinkanal und Rückkanal für das Kühlmittel ausgebildet ist, mittels welchen eine Strömung des Kühlmittels durch die Kammer erzeugbar ist, und ein Kühlaggregat. Das Kühlaggregat ist eingangsseitig mit dem Rückkanal und ausgangsseitig mit dem Hinkanal der Kammer des Ladekabels verbunden und dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Strömung des Kühlmittels durch die Kammer des Ladekabels einzustellen.According to a further embodiment, the charging station comprises a charging cable which has a coolant as the fluid in the chamber and in which the chamber is designed as a multi-part chamber, in particular as a two-part chamber, comprising a forward and return channel for the coolant, by means of which a flow of the coolant can be generated by the chamber, and a cooling unit. The cooling unit is connected on the inlet side to the return channel and on the outlet side to the inlet channel of the chamber of the charging cable and is set up to adjust a predetermined flow of the coolant through the chamber of the charging cable.
Das Kühlaggregat ist hierbei vorzugsweise dazu eingerichtet, das von dem Rückkanal empfangene Kühlmittel zu kühlen und das gekühlte Kühlmittel zur Einstellung einer bestimmten Strömung in den Hinkanal einzuleiten.In this case, the cooling unit is preferably set up to cool the coolant received from the return channel and to introduce the cooled coolant into the front channel in order to set a specific flow.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation
einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist,
eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, und
eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen DC+-Leitung und der DC--eitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist,
wobei die Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Offnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches eingerichtet ist.According to a further embodiment, the charging station comprises
a fault current sensor assigned to the phases and the neutral conductor, which is set up to detect a fault current that varies over time with a direct current component and an alternating current component,
a first unit for detecting sinusoidal alternating residual currents and pulsating direct residual currents as a function of the fault current detected and, depending thereon, for providing a first control signal for controlling the switching device, for opening the DC+ line and the DC- line and/or for controlling the further switching device is arranged to open and close the phases and the neutral conductor, and
a second unit, which is used to detect DC fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, to provide a second control signal to control the switching device to open the DC+ line and the DC- line and/or to control the further switching device to open and close the phases and the neutral conductor is set up,
wherein the control device is set up to provide a third control signal to control the switching device to open the DC+ line and the DC- line and/or to control the further switching device to open and close the phases and the neutral conductor depending on a determined insulation breakage.
Bei der vorliegenden Ausführungsform der Ladestation werden vorteilhafterweise zur Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, pulsierenden Gleichfehlerströmen und Gleichfehlerströmen und zur Abschaltung der DC+-Leitung und der DC--Leitung bei detektiertem Fehler nur ein einziger Fehlerstromsensor und eine oder zwei Abschaltvorrichtungen verwendet. Diese eine oder zwei Abschaltvorrichtungen werden darüber hinaus auch von der funktionalen Steuerung verwendet, welche insbesondere als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet ist. Für eine mehrfache Isolierung kann von der funktionalen Steuerung der AC/DC-Wandler und/oder der DC/DC-Wandler so angesteuert werden, dass dieser ebenfalls als Schalter wirkt.In the present embodiment of the charging station, only a single residual current sensor and one or two switch-off devices are advantageously used to detect sinusoidal alternating residual currents, pulsating direct residual currents and direct residual currents and to switch off the DC+ line and the DC- line when a fault is detected. These one or two switch-off devices are also used by the functional controller, which is designed in particular as part of the control device. For multiple isolation, the AC/DC converter and/or the DC/DC converter can be controlled by the functional control in such a way that it also acts as a switch.
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.The fault current sensor can also be referred to as an all-current sensitive fault current sensor. The switching device can also be referred to as a switching element. The switching device is preferably designed in such a way that, in the event of a mains voltage failure, it opens, in particular automatically, and can thus establish a safe state.
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 Authorisierungsvorgang über High-Level-Communication, insbesondere nach ISO15118 Standard, oder nach dem Plug-and-Charge Prinzip und dergleichen.Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include the switching device, for example a contactor or relay, connection terminals, electronic circuits, the residual current sensor, a communication module, a communication interface, a user interface, an EMC filter and at least one power supply. The control device comprises, for example, a printed circuit board on which a plurality of electronic components for controlling and/or measuring and/or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle are arranged, as well as an authentication device such as an RFID/NFC reader/Bluetooth module or an automated authorization process via high-level communication, in particular according to the ISO15118 standard, or according to the plug-and-charge principle and the like.
Das dritte Ansteuersignal wird insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation generiert. Bei der Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung wird sichergestellt, dass ausschließlich ein valider Benutzer bzw. ein der Ladestation bekanntes Elektrofahrzeug an der Ladestation laden darf. Für die Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung können eine oder mehrere der folgenden Technologien eingesetzt werden: RFID, Bluetooth, Code-Eingabe, Fingerabdrucklesegerät, Venenscanner oder ähnliches. Ein Elektrofahrzeug kann hierbei beispielsweise seine ID über High-Level-Communication, insbesondere ISO 15118 oder nach dem Plug-and-Charge Prinzip übertragen.The third control signal is generated in particular as a function of vehicle authentication and/or vehicle verification or user authentication and/or user verification, as a function of overcurrent monitoring and/or as a function of correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station. The vehicle authentication and/or vehicle verification or user authentication and/or user verification ensures that only a valid user or an electric vehicle known to the charging station is allowed to charge at the charging station. One or more of the following technologies can be used for vehicle authentication and/or vehicle verification, user authentication and/or user verification: RFID, Bluetooth, code entry, fingerprint reading device, vein scanner or similar. An electric vehicle can, for example, transmit its ID via high-level communication, in particular ISO 15118, or according to the plug-and-charge principle.
Mittels ISO 15118 kann detektiert werden, wenn sich das Elektrofahrzeug nicht an einen ausgehandelten Ladeplan hält. Der richtige Anschluss des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation kann beispielsweise mittels eines Plug-Present-Sensors und/oder eines Charge-Pilot-Signals und/oder der Verriegelungsdetektionseinheit detektiert werden.ISO 15118 can be used to detect when the electric vehicle does not adhere to a negotiated charging plan. Correct connection of the charging cable to the electric vehicle and/or to the charging station can be detected, for example, by means of a plug-present sensor and/or a charge pilot signal and/or the locking detection unit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuerschaltung, welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung und/oder die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass die DC+-Leitung und die DC--Leitung geöffnet werden und/oder die Phasen und der Neutralleiter geöffnet werden. Zusätzlich kann die Leistungselektronik abgeschaltet werden, indem ein in Abhängigkeit des Öffnungssignals generiertes Steuersignal diese öffnet. Dies bewirkt eine doppelte Isolierung des Fahrzeugs gegenüber dem Netz.According to a further embodiment, the charging station comprises a control circuit which is set up to control the switching device and/or the further switching device, if at least one of the control signals is provided, by means of an opening signal in such a way that the DC+ line and the DC- line are opened and/or the phases and the neutral conductor are opened. In addition, the power electronics can be switched off in that a control signal generated as a function of the opening signal opens them. This results in a double isolation of the vehicle from the network.
Die Ansteuerschaltung steuert demnach die Schaltvorrichtung dann zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale bereitgestellt ist bzw. gesetzt sind. Damit reicht ein bereitgestelltes Ansteuersignal aus, um die DC+-Leitung und die DC--Leitung der Ladestation zu öffnen und einen sicheren Zustand herzustellen. Entsprechendes gilt für die weitere Schaltvorrichtung.The drive circuit accordingly drives the switching device to open the DC+ line and the DC- line when one or more of the drive signals is provided or set. A provided control signal is therefore sufficient to open the DC+ line and the DC- line of the charging station and to create a safe state. The same applies to the other switching device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern, insbesondere im Fehlerfall abzuschalten. Damit wirkt der AC/DC-Wandler wie ein mechanischer Schalter und bewirkt im Leistungspfad eine weitere Isolierung.According to a further embodiment, the control device is set up to control the AC/DC converter by means of a control signal generated as a function of the opening signal, in particular to switch it off in the event of a fault. The AC/DC converter thus acts like a mechanical switch and provides further isolation in the power path.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern und/oder einen dem AC/DC-Wandler nachgeschalteten DC/DC-Wandler mit einem in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern. Damit wirken der AC/DC-Wandler wie auch der DC/DC-Wandler als mechanische Schalter und bewirken im Leistungspfad eine weitere Isolierung.According to a further embodiment, the control device is set up to control the AC/DC converter using a control signal generated as a function of the opening signal and/or a DC/DC converter connected downstream of the AC/DC converter using a control signal generated as a function of the opening signal to control. Thus, both the AC/DC converter and the DC/DC converter act as mechanical switches and provide further isolation in the power path.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zusätzlich zu der Schaltvorrichtung im DC-Stromkreis eine weitere Schaltvorrichtung im AC-Stromkreis vorgesehen, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist.According to a further embodiment, in addition to the switching device in the DC circuit, a further switching device is provided in the AC circuit, which is set up to open and close the phases and the neutral conductor of the charging station.
Vorzugsweise ist dabei die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass diese die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnet.The control circuit is preferably set up to control the further switching device, if at least one of the control signals is provided, by means of an opening signal in such a way that it opens the phases and the neutral conductor of the charging station.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind fünf Anschlussklemmen für die drei Phasen, den Neutralleiter und einen PE-Leiter vorgesehen, wobei der Fehlerstromsensor den Anschlussklemmen nachgeschaltet ist, der AC/DC-Wandler dem Fehlerstromsensor nachgeschaltet ist, die Schaltvorrichtung dem AC/DC-Wandler nachgeschaltet ist und die Klemmleiste der Schaltvorrichtung nachgeschalten ist, und an der Klemmleiste das Ladekabel verbunden ist, insbesondere fest verbunden oder angeschlagen ist.According to a further embodiment, five connection terminals are provided for the three phases, the neutral conductor and a PE conductor, with the residual current sensor being connected downstream of the connection terminals, the AC/DC converter being downstream of the residual current sensor, the switching device being downstream of the AC/DC converter and the terminal strip of the switching device is connected downstream, and the charging cable is connected to the terminal strip, in particular is firmly connected or attached.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern, insbesondere abzuschalten.According to a further embodiment, the control device is set up to control, in particular to switch off, the AC/DC converter by means of a control signal generated as a function of the opening signal.
Insbesondere schaltet die Steuervorrichtung den AC/DC-Wandler mittels des Steuersignals dann aus, wenn das Öffnungssignal gesetzt ist. Mit anderen Worten schaltet die Steuervorrichtung den AC/DC-Wandler dann aus, wenn zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist.In particular, the control device switches off the AC/DC converter using the control signal when the opening signal is set. In other words, the control device switches off the AC/DC converter when at least one of the control signals is provided.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Gehäuse der Ladestation zugeordneten weiteren Isolationsbruch-Sensor zum Bereitstellen eines weiteren Isolationsbruch-Sensorsignals, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Gehäuses der Ladestation ist, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das bereitgestellte weitere Isolationsbruch-Sensorsignal zum Ermitteln eines Isolationsbruches des Gehäuses der Ladestation auszuwerten, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das dritte Ansteuersignal in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches des Gehäuses bereitzustellen.According to a further embodiment, the charging station comprises a further insulation breakage sensor assigned to the housing of the charging station for providing a further insulation breakage sensor signal which is indicative of an insulation breakage in the housing of the charging station, with the control unit being set up to use the additional insulation breakage sensor signal provided for Evaluate determining an insulation breakage of the housing of the charging station, the control device being set up to provide the third control signal as a function of a determined insulation breakage of the housing.
Wenn demnach mittels der Steuereinheit ein Isolationsbruch an dem Ladekabel, seinem Ladestecker und/oder an dem Gehäuse der Ladestation festgestellt ist, wird das dritte Ansteuersignal von der Steuervorrichtung bereitgestellt, so dass die Ansteuerschaltung die Schaltvorrichtung derart ansteuert, dass diese die DC+-Leitung und DC--Leitung der Ladestation öffnet.Accordingly, if an insulation breakage on the charging cable, its charging connector and/or the housing of the charging station is detected by means of the control unit, the third control signal is provided by the control device, so that the control circuit controls the switching device in such a way controls that it opens the DC+ line and DC- line of the charging station.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind fünf Anschlussklemmen für die drei Phasen, den Neutralleiter und einen PE-Leiter vorgesehen, wobei ein den fünf Anschlussklemmen nachgeschaltetes EMV-Filter vorgesehen ist, der Fehlerstromsensor dem EMV-Filter nachgeschaltet ist, die weitere Schaltvorrichtung dem Fehlerstromsensor nachgeschaltet ist, der AC/DC-Wandler der weiteren Schaltvorrichtung nachgeschaltet ist, ein dem AC/DC-Wandler nachgeschalteter DC/DC-Wandler vorgesehen ist, die Schaltvorrichtung dem DC/DC-Wandler nachgeschaltet ist, ein der Schaltvorrichtung nachgeschaltetes weiteres EMV-Filter vorgesehen ist und die Klemmleiste, an welcher das Ladekabel verbunden ist, dem weiteren EMV-Filter nachgeschaltet ist.According to a further embodiment, five connection terminals are provided for the three phases, the neutral conductor and a PE conductor, with an EMC filter downstream of the five connection terminals being provided, the residual current sensor being downstream of the EMC filter, the further switching device being downstream of the residual current sensor, the AC/DC converter is connected downstream of the further switching device, a DC/DC converter is provided downstream of the AC/DC converter, the switching device is connected downstream of the DC/DC converter, a further EMC filter is provided downstream of the switching device, and the terminal strip to which the charging cable is connected is connected downstream of the further EMC filter.
Der DC/DC-Wandler ist insbesondere dazu eingerichtet, die von dem AC/DC-Wandler bereitgestellte Gleichspannung hochzusetzen und als DC-Ladespannung ausgangsseitig bereitzustellen. Der DC/DC-Wandler kann auch als Gleichspannungswandler bezeichnet werden.The DC/DC converter is set up in particular to step up the direct voltage provided by the AC/DC converter and to provide it as a DC charging voltage on the output side. The DC/DC converter can also be referred to as a DC voltage converter.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung und die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels des Öffnungssignals derart anzusteuern, dass diese die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, wie auch durch die zweite Schaltvorrichtung die Phasen und der Neutralleiter.According to a further embodiment, the control circuit is set up to control the switching device and the further switching device, if at least one of the control signals is provided, by means of the opening signal in such a way that they open the DC+ line and the DC- line, as well as through the second Switching device the phases and the neutral conductor.
Ist demnach zumindest eines der Ansteuersignale in dieser Ausführungsform bereitgestellt (oder gesetzt), so steuert die Ansteuerschaltung sowohl die Schaltvorrichtung als auch die weitere Schaltvorrichtung an, so dass diese die DC+-Leitung und die DC--Leitung wie auch die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnen. Zusätzlich können auch der AC/DC-Wandler und der DC/DC-Wandler entsprechend abgeschaltet werden. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation weiter erhöht.If at least one of the control signals is provided (or set) in this embodiment, the control circuit controls both the switching device and the additional switching device, so that they control the DC+ line and the DC- line as well as the phases and the neutral conductor of the Open charging station. In addition, the AC/DC converter and the DC/DC converter can also be switched off accordingly. This further increases the safety of the charging station.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet und die weitere Schaltvorrichtung ist als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Dabei ist das erste Leistungsschaltelement ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation zu dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges eingerichtet ist. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet:
- a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen,
- b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und
- c) das zweite Leistungsschaltelement mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
- a) to control an electromagnetic drive of the first power switching element by means of a first control signal with a pull-in voltage in order to bring the first power switching element from the non-conductive switching state to the conducting switching state,
- b) to control the electromagnetic drive of the first power switching element by means of the first control signal with a holding voltage that is lower than the pull-in voltage after the first power switching element is in the conductive switching state, and
- c) to control the second power switching element by means of a second control signal in order to bring the second power switching element from the non-conductive switching state to the conducting switching state after a current flow through the electromagnetic drive of the first power switching element has reached or fallen below a specific threshold value.
Für die Schritte a) und b) kann das erste Ansteuersignal insbesondere unterschiedliche Amplituden aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Ansteuersignal in den Schritten a) und b) auch unterschiedlich moduliert sein, beispielsweise durch Anwendung einer PWM-Modulation (PWM; Pulsweitenmodulation).For steps a) and b), the first control signal can in particular have different amplitudes. Alternatively or additionally, the first control signal can also be modulated differently in steps a) and b), for example by using PWM modulation (PWM; pulse width modulation).
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das erste Leistungsschaltelement zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Schaltzustand verbracht wird, bereits mit reduziertem Haltestrom aufgrund der reduzierten Haltespannung angesteuert wird und daher schneller abschaltbar ist. Da ein Energiefluss durch die Ladestation erst dann möglich ist, wenn das zweite Leistungsschaltelement leitend ist, kann in einem unmittelbar danach auftretenden Fehlerfall, wie beispielsweise ein Kurzschluss oder ein Erdschluss in dem zu ladenden Elektrofahrzeug oder dergleichen, das erste Leistungsschaltelement schneller abgeschaltet werden, als es ohne diese Ausführungsform möglich ist. Damit wird die Betriebssicherheit der Ladestation erhöht.This embodiment has the advantage that the first power switching element is already being driven with a reduced holding current due to the reduced holding voltage at the time when the second power switching element is brought into the conducting switching state and can therefore be switched off more quickly. Since energy can only flow through the charging station when the second power switching element is conductive, in the event of a fault occurring immediately afterwards, such as a short circuit or a ground fault in the electric vehicle to be charged or the like, the first power switching element can be switched off more quickly than it is is possible without this embodiment. This increases the operational safety of the charging station.
Unter dem Begriff „Leistungsschaltelement“ wird insbesondere verstanden, dass es sich um Schalter handelt, die eine elektrische Last zu- oder abschalten können. Im leitenden Zustand, der auch als eingeschalteter Zustand bezeichnet werden kann, kann eine elektrische Leistung durch das Schaltelement fließen, die im Bereich von einigen Watt bis hin zu mehreren Kilowatt, beispielsweise bis zu 500 kW, betragen kann. Dies ist im Gegensatz zu reinen Signalschaltern zu sehen, die nur zum Schalten von Signalen, deren elektrische Leistung deutlich unter einem Watt liegt, geeignet sind.The term “power switching element” is understood in particular to mean that switches are involved that can switch an electrical load on or off. In the conductive state, which can also be referred to as the switched-on state, electrical power can flow through the switching element in the range from a few watts to several kilowatts, for example up to 500 kW. This is to be seen in contrast to pure signal switches, which are only suitable for switching signals whose electrical power is well below one watt.
Unter dem Begriff „elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement“ wird beispielsweise ein Schaltelement verstanden, das über eine entsprechende elektrische Ansteuerung oder auch Ansteuerschaltung schaltbar ist. Beispiele für elektrisch steuerbare Schaltelemente sind elektromechanische Relais sowie elektronische Schalter, die auch als Halbleiterrelais bezeichnet werden können.The term “electrically controllable power switching element” means, for example, a switching element that can be switched via a corresponding electrical control or control circuit. Examples of electrically controllable switching elements are electromechanical relays and electronic switches, which can also be referred to as semiconductor relays.
Unter dem Begriff „elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement“ wird beispielsweise ein Relais oder ein Schütz verstanden, welches ein mechanisches Betätigungselement aufweist, das durch ein von einem Elektromagneten, insbesondere einer Spule, erzeugbares Magnetfeld betätigbar ist. Wenn das Betätigungselement betätigt wird, schließt es die schaltbaren Kontakte, so dass das Relais oder der Schütz eingeschaltet ist. Das Betätigungselement kann auch als Anker bezeichnet werden und die schaltbaren Kontakte können auch als Arbeitskontakte bezeichnet werden. In dem nicht-leitenden Zustand, der auch als ausgeschalteter oder geöffneter Zustand bezeichnet werden kann, sind die Arbeitskontakte durch einen Spalt voneinander getrennt, wobei die Größe des Spalts in Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung, die an den Arbeitskontakten angelegt wird, sowie des erforderlichen Stromabschaltvermögens des Schaltelements, bestimmt ist.The term "electromagnetically switching power switching element" is understood to mean, for example, a relay or a contactor that has a mechanical actuating element that can be actuated by a magnetic field that can be generated by an electromagnet, in particular a coil. When the actuator is actuated, it closes the switchable contacts so that the relay or contactor is switched on. The actuating element can also be referred to as an armature and the switchable contacts can also be referred to as working contacts. In the non-conductive state, which can also be referred to as the switched-off or open state, the normally open contacts are separated by a gap, the size of the gap depending on the maximum operating voltage applied to the normally open contacts and the required current breaking capacity of the Switching element is determined.
Darunter, dass jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses eingerichtet ist, wird insbesondere verstanden, dass die Ladestation keine Energie überträgt, wenn zumindest eines der beiden Leistungsschaltelemente ausgeschaltet, das heißt in dem nicht-leitenden Zustand ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die beiden Leistungsschaltelemente in Bezug auf den Energiefluss durch die Ladestation in Reihe geschaltet sind.The fact that each of the power switching elements is set up to interrupt an energy flow means in particular that the charging station does not transmit any energy when at least one of the two power switching elements is switched off, ie is in the non-conductive state. This is achieved, for example, in that the two power switching elements are connected in series with respect to the flow of energy through the charging station.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse der Ladestation doppelt isoliert.According to a further embodiment, the housing of the charging station is doubly insulated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ladekabel samt seinem Ladestecker doppelt isoliert.According to a further embodiment, the charging cable, together with its charging plug, is doubly insulated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung eine Wired-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal, das zweite Ansteuersignal und das dritte Ansteuersignal ODER-verknüpft.In accordance with a further embodiment, the drive circuit comprises a wired-OR link which ORs the first drive signal, the second drive signal and the third drive signal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Einheit dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008-1, zu emulieren.According to a further embodiment, the first unit is set up to emulate a type A residual current circuit breaker, in particular according to standard 61008-1.
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.In the present case, emulation of a type A residual current circuit breaker is to be understood in particular as emulating the type A residual current circuit breaker, for example emulating the error analysis functionality of the type A residual current circuit breaker in software.
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.In particular, the first unit and/or the second unit are designed as part of the control device. For example, the first unit and the second unit are implemented in software. Alternatively, the first and/or the second unit can be in the form of an FPGA or an ASIC.
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.According to a further embodiment, 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.
Unter Emulieren eines Gleichstrom-Detektionsgerätes ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Gleichstrom-Detektionsgerätes, beispielsweise des Residual-Direct-Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955 oder des Residual-Direct-Current-Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, in Software, zu verstehen.In the present case, emulating a direct current detection device means, in particular, simulating the direct current detection device, for example the residual direct current detection device in accordance with the IEC 62955 standard or the residual direct current monitoring device in accordance with the IEC 62955 standard, in software to understand.
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.According to another embodiment, the charging station comprises a module that integrates the first unit and the second unit and is adapted 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.
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.According to a further embodiment, 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.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein Schütz, als ein Vierphasen-Relais oder durch vier Relais für die drei Phasen und den Neutralleiter ausgebildet.According to a further embodiment, 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.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Test-Einheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen, in den Neutralleiter und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors einzuprägen und auszuwerten.According to a further embodiment, the charging station includes a test unit which is set up to inject and evaluate a test current in at least one of the phases, in the neutral conductor and/or in a separate test winding of the residual current sensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Test-Einheit dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Testtaste getriggert zu werden.According to a further embodiment, the test unit is set up to be triggered for testing by means of a test command for simulating a pressing of a test button.
Der Testbefehl ist insbesondere ein Software-Befehl, mittels dem die Test-Einheit derart getriggert werden kann, dass sie das Testen und damit das Einprägen des Teststroms auslöst. Der Testbefehl bildet damit insbesondere die von herkömmlichen Fehlerstrom-Schutzschaltern Typ A bekannte Testtaste nach. Die herkömmliche mechanische Testtaste ist damit insbesondere bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise nicht nötig.The test command is in particular a software command, by means of which the test unit can be triggered in such a way that it triggers the testing and thus the injection of the test current. The test command thus emulates the test button known from conventional type A residual current circuit breakers. The conventional mechanical test button is therefore advantageously not necessary, particularly in this embodiment.
Beispielsweise kann der Testbefehl über jegliche Formen eines Backend generiert und an die Ladestation übertragen werden. Ein Beispiel hierfür ist, dass ein Benutzer über eine Smartphone-App den Testbefehl an die Ladestation überträgt. Gemäß einem weiteren Beispiel setzt der Betreiber der Ladestation den Testbefehl in regelmäßigen Abständen über seinen Server an die mit dem Server gekoppelte Ladestation ab. Gemäß einem weiteren Beispiel beendet die Ladestation einen Ladevorgang stets dadurch, dass die Sicherheitskette komplett getestet wird und dabei ein Strom über einen Software-Befehl der Steuervorrichtung an die Test-Einheit gesendet wird. Die Test-Einheit prägt dann den Teststrom ein, der Teststrom wird vom Sensor erkannt und der Schütz wird ausgelöst. Hierdurch erfolgt vorzugsweise stets am Ende des Ladevorgangs ein Test mit tatsächlicher Stromflussunterbrechung.For example, the test command can be generated via any form of backend and transmitted to the charging station. An example of this is when a user transmits the test command to the charging station via a smartphone app. According to a further example, the operator of the charging station transmits the test command at regular intervals via his server to the charging station coupled to the server. According to a further example, the charging station always terminates a charging process by completely testing the safety chain and sending a current to the test unit via a software command from the control device. The test unit then injects the test current, the test current is detected by the sensor and the contactor is tripped. As a result, a test with an actual current flow interruption is preferably always carried out at the end of the charging process.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Elektromechanik zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der Schaltvorrichtung gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der Schaltvorrichtung folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung.According to a further embodiment, the charging station comprises an electromechanical system for mechanically displaying the switching position of the switching device. The electromechanics include a bezel controlled via an electrical coupling of the feedback contacts of the switching device, which follows the switch position of the switching device, and a visual indicator controlled by the bezel for indicating the switch position.
Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs. Die nicht von der Blende überdeckte LED ist für den Benutzer sichtbar. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der Schaltvorrichtung folgt die Blende stets der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung und zeigt, insbesondere mittels der Farben rot und grün, die Schaltstellung der Schaltvorrichtung, beispielsweise des Schützes, an.The visual display device includes, for example, two LEDs that light up green and red. The panel always covers one of the two LEDs. The LED not covered by the bezel is visible to the user. Due to the electrical coupling of the panel with the feedback contacts of the switching device, the panel always follows the switching position of the switching device. As a result, the screen controls the visual display device and shows, in particular by means of the colors red and green, the switching position of the switching device, for example the contactor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher gekoppelt, so dass die Elektromechanik dazu geeignet ist, auch im energielosen Zustand der Ladestation die Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung für eine vorbestimmte Zeit aufrecht zu erhalten. Der Energiespeicher ist beispielsweise als Batterie ausgeführt.According to a further embodiment, the electromechanics are coupled to an energy store, so that the electromechanics are suitable for maintaining the display of the switching position of the switching device for a predetermined time even when the charging station is in a de-energized state. The energy store is designed as a battery, for example.
Beispielsweise sind eine elektrische Kopplung einer mechanischen Anzeige (z.B. ein bistabiler Hubmagnet mit einer Farbcodierung (Rot/Grün) am Anker) und eine Blende, die jeweils nur eine Farbe zeigt, an den Rückmeldekontakten der Schaltvorrichtung in Kombination mit einem Energiespeicher vorgesehen, der beim Ausfall der Versorgung dafür sorgt, dass die Schaltvorrichtung noch eine Zeit lang überwacht wird und die Anzeige erfolgt. Der Endzustand des Relais ist im stromlosen Zustand offen, es sei denn, es ist verschweißt, dann bleibt es stabil geschlossen - beides ist mit einem gegrenzten Energiespeicher realisierbar.For example, an electrical coupling of a mechanical display (e.g. a bistable lifting magnet with a color coding (red/green) on the armature) and a screen, which only shows one color at a time, are provided on the feedback contacts of the switching device in combination with an energy storage device which, in the event of a failure of the supply ensures that the switching device is monitored for a while and the display takes place. The final state of the relay is open when de-energized, unless it is welded, in which case it remains stably closed - both are feasible with a limited energy store.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Teststrom ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom, welcher eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist. Der Teststrom ist somit insbesondere derart ausgebildet, dass er nicht als Fehlerstrom interpretiert wird. Der Teststrom ist insbesondere ein Signal, welches in der Praxis nicht vorkommen kann und damit nicht als Fehler interpretiert werden kann.According to a further embodiment, the test current is a pulsed, high-frequency alternating current which has a frequency of 1 to 5 kHz and a maximum duration of 10 ms. The test current is thus designed in particular in such a way that it is not interpreted as a fault current. The test current is in particular a signal that cannot occur in practice and therefore cannot be interpreted as an error.
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.
- by a summation current converter to provide 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.
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 bereitstellbar 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.According to a further embodiment, the charging station includes a communication module which is set up to specify an energy consumption quantity for the electric vehicle either by means of PWM signals or according to ISO 15118 a charging plan with charging electronics of the electric vehicle coupled to the charging station to negotiate Negotiation takes place as described in ISO 15118. For example, 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. If the requested charging power cannot be provided, the charging station can make a "counter-suggestion" via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy storage device, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated. Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station.
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.
- a communication interface which is set up to exchange data with a terminal device of the user and/or a server which in particular manages the charging station,
- a user interface for input from a user and/or for output to the user, and/or
- a power pack which is set up to convert an AC voltage provided via the phases into a predetermined DC voltage for the control device and/or the components of the charging station.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung der Ladestation dazu eingerichtet, das Öffnungssignal, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug zu übertragen, mittels welchem dann eine im Elektrofahrzeug eingebaute Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein DC-Fahrzeug-Schütz, geöffnet werden kann.According to a further embodiment, the control device of the charging station is set up to transmit the opening signal, if at least one of the control signals is provided, via the communication interface to the electric vehicle, by means of which a switching device installed in the electric vehicle, for example a DC vehicle contactor, can be opened.
Das heißt, wenn im Fehlerfall das Schaltelement und/oder das weitere Schaltelement durch das Öffnungssignal geöffnet wird, dann wird dieses Öffnungssignal zusätzlich über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug übertragen, welches dann den im Elektrofahrzeug eingebauten DC-Fahrzeug-Schütz öffnet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ladekabel sowohl von Seiten der Ladestation, insbesondere dem Netz, als auch von Seite des Elektrofahrzeuges, insbesondere der sich um Elektrofahrzeug befindlichen Batterie, potentialfrei ist.This means that if, in the event of a fault, the switching element and/or the further switching element is opened by the opening signal, this opening signal is also transmitted via the communication interface to the electric vehicle, which then opens the DC vehicle contactor installed in the electric vehicle. This ensures that the charging cable is potential-free both on the part of the charging station, in particular the network, and on the part of the electric vehicle, in particular the battery located around the electric vehicle.
Die jeweilige Einheit, zum Beispiel die erste Einheit oder die zweite Einheit, kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardware-technischen Implementierung kann die Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.The respective unit, for example the first unit or the second unit, can be implemented in terms of hardware and/or software. In the case of a hardware implementation, 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. In the case of a software implementation, 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.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen vorgeschlagen (mit N ≥ 2), wobei die jeweilige Ladestation gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet ist.According to a third aspect, a system is proposed with a plurality N of charging stations (with N≧2), the respective charging station being designed according to the second aspect or one of the embodiments of the second aspect.
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.According to a development, 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. By designing the charging station according to the first aspect or according to one of the embodiments of the first aspect, it is possible to couple the N charging stations by means of the star connection and to secure them with a single circuit breaker from the grid connection point.
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 vorgeschlagen. Die Ladestation umfasst einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts, eine dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist, und/oder eine dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, und einen dem Ladekabel zugeordneten Isolationsbruch-Sensor. Die Ladestation ist insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist, basierend auf einer Änderung des Drucks in der mit dem Fluid gefüllten Kammer des Ladekabels durch den Isolationsbruch- Sensor,
- Ermitteln eines Isolationsbruches des Ladekabels basierend auf dem bereitgestellten Isolationsbruch-Sensorsignal, und
- Öffnen der Schaltvorrichtung und/oder der weiteren Schaltvorrichtung in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches.
- Providing an insulation rupture sensor signal, which is indicative of an insulation rupture of the charging cable, based on a change in pressure in the filled with the fluid chamber of the charging cable through the insulation rupture sensor,
- Determining an insulation breakage of the charging cable based on the provided insulation breakage sensor signal, and
- Opening of the switching device and/or the further switching device as a function of an insulation break that has been determined.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren außerdem die Schritte:
- Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil durch einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor,
- Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters,
- Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung (8) zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters, und
- Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters durch die Steuervorrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Isolationsbruches.
- Detection of a time-varying residual current with a direct current component and an alternating current component by a residual current sensor assigned to the phases and the neutral conductor,
- Detecting sinusoidal AC fault currents and pulsating DC fault currents as a function of the fault current detected and, depending thereon, providing a first control signal for controlling the switching device for opening the DC+ line and the DC- line and/or for controlling the further switching device for opening and closing the phases and of the neutral conductor,
- Detection of DC fault currents as a function of the detected fault current and, depending thereon, for providing a second control signal for controlling the switching device for opening the DC+ line and the DC- line and/or for controlling the further switching device (8) for opening and closing the phases and the neutral conductor, and
- Providing a third control signal for controlling the switching device for opening the DC+ line and the DC- line and/or for controlling the further switching device for opening and closing the phases and the neutral conductor by the control device depending on the insulation break determined.
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.The embodiments described for the proposed charging station apply accordingly to the proposed method. Furthermore, the definitions and explanations for the charging station also apply accordingly to the proposed method.
„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."A" is not necessarily to be understood as being limited to exactly one element. Rather, a plurality of elements, such as two, three or more, can also be provided. Any other count word used here should also not be understood to mean that there is a restriction to precisely the stated number of elements. Rather, numerical deviations upwards and downwards are possible, unless otherwise stated.
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.Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug; -
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation; -
3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation; -
4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges; -
5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges; -
6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges; und -
7 zeigt ein schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation.
-
1 shows schematically an arrangement with a first embodiment of a charging station and an electric vehicle; -
2 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a charging cable for a charging station; -
3 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a charging cable for a charging station; -
4 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle; -
5 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle; -
6 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle; and -
7 shows a schematic view of an embodiment of a method for operating a charging station.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.Elements that are the same or have the same function have been provided with the same reference symbols in the figures, unless otherwise stated.
In dem Beispiel der
Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in
Das Gehäuse der Ladestation 1 ist insbesondere doppelt isoliert. Des Weiteren ist das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 (siehe beispielsweise
Das Ladekabel 5 der
Der DC+-Leiter DC+, der DC--Leiter DC- und der PE-Leiter PE sind in einer ersten Schicht K1 eines isolierenden Kunststoffes eingebettet. Vorzugsweise sind zusätzlich eine Charge-Pilot-Signalleitung CP und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen T in der ersten Schicht K1 des Kunststoffes eingebettet. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit zeigt die
Wie die
Vorzugsweise ist das Fluid der Kammer C ein Gas, insbesondere ein ungiftiges und nicht entzündliches Gas, beispielsweise umfassend Luft, Stickstoff, Kohlendioxid und/oder Kohlenmonoxid in geringer Konzentration, oder eine Flüssigkeit, insbesondere eine erst unter einer Temperatur von -30°C gefrierende Flüssigkeit, beispielsweise umfassend Alkohol, oder ein Gemisch von Wasser mit Glykol, Glysofar und/oder Ethylenglykol.The fluid in chamber C is preferably a gas, in particular a non-toxic and non-flammable gas, for example comprising air, nitrogen, carbon dioxide and/or carbon monoxide in a low concentration, or a liquid, in particular a liquid that only freezes below a temperature of -30°C , for example comprising alcohol, or a mixture of water with glycol, glysofar and/or ethylene glycol.
In Ausführungsformen ist das Fluid ein Kühlmittel und die Kammer C ist als eine mehrteilige Kammer, insbesondere als eine zweiteilige Kammer, aufweisend einen Hinkanal und einen Rückkanal für das Kühlmittel ausgebildet. Mittels des Hinkanals und des Rückkanals ist eine Strömung, insbesondere eine vorbestimmte Strömung, des Kühlmittels durch die Kammer erzeugbar. Hierzu weist die Ladestation 1, beispielsweise nach
Die zweite Ausführungsform nach
Die Ladestation 1 der
Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 eine Klemmleiste 16, an welcher das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 angeschlagen ist. Das Ladekabel 5 ist beispielsweise gemäß
Der AC/DC-Wandler 15 wandelt die von dem mehrphasigen Netz 4 über die Phasen L1, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung und stellt diese als positive Gleichspannung DC+ und negative Gleichspannung DC-über zwei Ausgangsleitungen, auch bezeichnet mit DC+ und DC-, der Klemmleiste 16 bereit.The AC/
Die Schaltvorrichtung 26 ist zum Öffnen und Schließen der DC+--Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- der Ladestation 1 geeignet. Die Schaltvorrichtung 26 ist beispielsweise ein Schütz oder besteht aus Relais für die Abschaltung der DC-Spannung, und wird daher auch als DC-Schütz bezeichnet.The switching
Der Fehlerstromsensor 9 ist den Phasen L1, 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.The fault
Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der
Die erste Einheit 11 ist zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals A1 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- eingerichtet. Dabei ist die erste Einheit 11 vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, bevorzugt gemäß der Norm 61008-1, zu emulieren.The
Die zweite Einheit 12 ist zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Offnen DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- eingerichtet.The
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.The
Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, ein drittes Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- 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.Furthermore, the
Ferner umfasst die Ladestation 1 eine Ansteuerschaltung 14. Die Ansteuerschaltung 14 ist dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung 26, falls zumindest eines der Ansteuersignale A1, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals O derart anzusteuern, dass diese die DC+-Leitung DC+ und die DC--Leitung DC- der Ladestation 1 öffnet. Mit anderen Worten steuert die Ansteuerschaltung 14 die Schaltvorrichtung 26 dann zum Öffnen der DC+ und DC- Leitungen an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale A1, A2, A3 bereitgestellt ist beziehungsweise gesetzt sind. Beispielsweise umfasst die Ansteuerschaltung 14 hierzu eine WIRED-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal A1, das zweite Ansteuersignal A2 und das dritte Ansteuersignal A3 ODER-verknüpft.The charging
Außerdem illustriert die
Ferner umfasst die Ladestation 1 der
Außerdem hat die Ladestation 1 der
Vorzugsweise sind das Kommunikationsmodul 19 und die Kommunikationsschnittstelle 20 als eine einzige Komponente ausgebildet, welche beide Aufgaben erledigen kann.The
Ferner hat die Ladestation 1 der
Des Weiteren hat die Ladestation 1 nach
Die Auswerteeinheit 23 ist dazu eingerichtet, dass bereitgestellte Isolationsbruch-Sensorsignal IS zum Ermitteln eines Isolationsbruches IB des Ladekabels 5 auszuwerten. In Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches IB steuert die Steuervorrichtung 13 die Schaltvorrichtung 26 derart an, dass diese die DC+-Leitung DC+ und die DC--eitung DC- öffnet.The
Folglich ist eine von dem Isolationsbruch-Sensor 18 detektierte Änderung des Drucks in der Kammer C des Ladekabels indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels 5. Ein Beispiel für einen solchen Isolationsbruch ist ein Bruch des Mantels des Ladekabels 5, beispielsweise der Schicht K2 des Kunststoffes.Consequently, a change in the pressure in chamber C of the charging cable detected by the
Dabei ist die Steuervorrichtung 13 dann dazu eingerichtet, das dritte Ansteuersignal A3 in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches IB bereitzustellen. Mit anderen Worten, wird ein Isolationsbruch IB festgestellt, so wird das dritte Ansteuersignal A3 bereitgestellt beziehungsweise gesetzt und folglich öffnet die Schaltvorrichtung 26.In this case, the
In
Dabei ist die Ansteuerschaltung 14 der
Insbesondere können bei einem von dem Isolationsbruch-Sensor 18 detektierten Isolationsbruch beide Schaltvorrichtungen geöffnet werden, nämlich die DC-Schaltvorrichtung 26 und die AC-Schaltvorrichtung 8.In particular, both switching devices, namely the
Des Weiteren weist die Ladestation 1 vorzugsweise eine Elektromechanik (nicht gezeigt) zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 auf. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der weiteren Schaltvorrichtung 8 gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8. Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs, wohingegen die nicht von der Blende überdeckte LED für den Benutzer sichtbar ist. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der weiteren Schaltvorrichtung 8 folgt die Blende stets der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung derart, dass diese dem Benutzer die Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 mittels der Farben Rot und Grün anzeigt.Furthermore, the charging
Vorzugsweise ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher derart gekoppelt, dass die Elektromechanik auch im energielosen Zustand der Ladestation 1 die Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten kann.The electromechanics are preferably coupled to an energy store in such a way that the electromechanics can maintain the display of the switching position of the
Dabei ist die Schaltvorrichtung 26 vorzugsweise als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet, und die weitere Schaltvorrichtung 8 ist vorzugsweise als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Das erste Leistungsschaltelement ist ein elektromagnetisch geschaltetes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 einen nicht-leitenden Schaltzustand, in welchem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist. Dabei ist jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 1 zu dem Energiespeicher 2 des Elektrofahrzeuges 3 eingerichtet.The switching
Dabei ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet,
- a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um
das erste Leistungsschaltelement 26 von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, - b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement 26 in dem leitenden Schaltzustand ist, und
- c)
das zweite Leistungsschaltelement 8 mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, umdas zweite Leistungsschaltelement 8 von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
- a) to control an electromagnetic drive of the first
power switching element 26 by means of a first control signal with a pick-up voltage in order to bring the firstpower switching element 26 from the non-conductive switching state to the conducting switching state, - b) to control the electromagnetic drive of the first
power switching element 26 by means of the first control signal with a holding voltage that is lower than the pull-in voltage after the firstpower switching element 26 is in the conductive switching state, and - c) to control the second
power switching element 8 by means of a second control signal in order to bring the secondpower switching element 8 from the non-conductive switching state into the conducting switching state after a current flow through the electromagnetic drive of the firstpower switching element 26 has reached or fallen below a specific threshold value.
Diese Funktionalität kann auch von der Ansteuereinrichtung 14 übernommen werden. In Ausführungsformen kann die Ansteuereinrichtung 14 auch als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein.This functionality can also be taken over by the
Des Weiteren zeigt die
- Der Schritt S10 umfasst ein Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals IS, welches indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels 5 ist, basierend auf einer Änderung des Drucks in der mit dem Fluid gefüllten Kammer C des Ladekabels 5 durch
den dem Ladekabel 5 zugeordneten Isolationsbruch-Sensor 18. - Der Schritt S20 umfasst ein Ermitteln eines Isolationsbruches IB des
Ladekabels 5 basierend auf dem bereitgestellten Isolationsbruch-Sensorsignal IS. - Der Schritt S30 umfasst ein
Öffnen der Schaltvorrichtung 26 und/oder der weiteren Schaltvorrichtung 8 in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches IB.
- Step S10 includes providing an insulation rupture sensor signal IS, which is indicative of an insulation rupture in the charging
cable 5, based on a change in the pressure in the fluid-filled chamber C of the chargingcable 5 by theinsulation rupture sensor 18 assigned to the chargingcable 5. - Step S20 includes determining an insulation breakage IB of the charging
cable 5 based on the provided insulation breakage sensor signal IS. - Step S30 includes opening the
switching device 26 and/or thefurther switching device 8 as a function of a determined insulation breakage IB.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of embodiments, it can be modified in many ways.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Ladestationcharging station
- 22
- Energiespeicherenergy storage
- 33
- Elektrofahrzeugelectric vehicle
- 44
- mehrphasiges Teilnehmernetzmultiphase subscriber network
- 55
- Ladekabelcharging cable
- 66
- Netzanschlusspunktgrid connection point
- 77
- mehrphasiges Energieversorgungsnetzmulti-phase power supply network
- 88th
- Schaltvorrichtungswitching device
- 99
- Fehlerstromsensorresidual current sensor
- 10a10a
- Anschlussklemmeterminal block
- 10b10b
- Anschlussklemmeterminal block
- 10c10c
- Anschlussklemmeterminal block
- 10d10d
- Anschlussklemmeterminal block
- 10e10e
- Anschlussklemmeterminal block
- 1111
- erste Einheitfirst unit
- 1212
- zweite Einheitsecond unit
- 1313
- Steuervorrichtungcontrol device
- 1414
- Ansteuerschaltungcontrol circuit
- 1515
- AC/DC-WandlerAC/DC converter
- 1616
- Klemmleisteterminal strip
- 1717
- Ladesteckercharging plug
- 1818
- Isolationsbruch-SensorInsulation break sensor
- 1919
- Kommunikationsmodulcommunication module
- 2020
- Kommunikationsschnittstellecommunication interface
- 2121
- Benutzerschnittstelleuser interface
- 2222
- Netzteilpower adapter
- 2323
- Isolationsbruch-AuswerteeinheitInsulation break evaluation unit
- 2424
- EMV-FilterEMC filter
- 2525
- DC/DC-WandlerDC/DC converter
- 2626
- Schaltvorrichtungswitching device
- 2727
- EMV-FilterEMC filter
- A1A1
- erstes Ansteuersignalfirst control signal
- A2A2
- zweites Ansteuersignalsecond control signal
- A3A3
- drittes Ansteuersignalthird control signal
- ARAR
- Außenraumoutdoor space
- CC
- Kammerchamber
- C1C1
- Steuersignalcontrol signal
- C2C2
- Steuersignalcontrol signal
- CPCP
- Charge-Pilot-SignalleitungCharge Pilot signal line
- DC+DC+
- DC+-Leiter, DC+-LeitungDC+ conductor, DC+ line
- DC-DC
- DC--Leiter, DC--LeitungDC conductor, DC line
- Ff
- Fehlerstromresidual current
- IBIB
- Isolationsbruchinsulation rupture
- IRIR
- Innenrauminner space
- ISIS
- Isolationsbruch-SensorsignalInsulation break sensor signal
- K1K1
- Schicht aus Kunststofflayer of plastic
- K2K2
- Schicht aus Kunststofflayer of plastic
- L1L1
- Phasephase
- L2L2
- Phasephase
- L3L3
- Phasephase
- NN
- Neutralleiterneutral wire
- OO
- Öffnungssignalopening signal
- PEPE
- PE-LeiterPE conductor
- TT
- Temperatur-SignalleitungTemperature signal line
- T1T1
- Ansteuersignalcontrol signal
- T2T2
- Ansteuersignalcontrol signal
- S10S10
- Verfahrensschrittprocess step
- S20S20
- Verfahrensschrittprocess step
- S30S30
- Verfahrensschrittprocess step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 10151153 A1 [0004]DE 10151153 A1 [0004]
- EP 3175529 B1 [0005]EP 3175529 B1 [0005]
- US 20190143822 A1 [0005]US20190143822A1 [0005]
- US 9425641 B2 [0005]US9425641B2 [0005]
- US 9789774 B2 [0005]US 9789774 B2 [0005]
- DE 102021106275 [0006]DE 102021106275 [0006]
- DE 1020211082331 [0006]DE 1020211082331 [0006]
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117491761A (en) * | 2023-09-04 | 2024-02-02 | 吉事励电子(苏州)有限公司 | DC charging pile testing device and testing method |
| US20250030454A1 (en) * | 2023-07-21 | 2025-01-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Device for the communication of an electric or hybrid vehicle with an electric charging station, and communication method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10151153A1 (en) | 2001-10-19 | 2003-04-30 | Bombardier Transp Gmbh | Device for charging batteries for electric vehicles has converter containing inverter for producing a.c. voltage from step-up device's D.C. output and rectifier coupled via transformer |
| US9425641B2 (en) | 2011-11-14 | 2016-08-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Battery charging apparatus |
| US9789774B2 (en) | 2015-04-02 | 2017-10-17 | Hyundai Motor Company | Charger for vehicles |
| EP3175529B1 (en) | 2014-07-31 | 2019-01-09 | ABB Schweiz AG | System for charging battery of electric vehicle |
| US20190143822A1 (en) | 2017-11-14 | 2019-05-16 | Ford Global Technologies, Llc | Compound bidirectional integrated charger for a vehicle |
| DE102021106275A1 (en) | 2021-03-15 | 2022-09-15 | KEBA Energy Automation GmbH | Method of operating a charging station and charging station |
| DE102021108233A1 (en) | 2021-03-31 | 2022-10-06 | KEBA Energy Automation GmbH | Charging station, system and procedure |
-
2021
- 2021-09-27 DE DE102021124937.6A patent/DE102021124937A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10151153A1 (en) | 2001-10-19 | 2003-04-30 | Bombardier Transp Gmbh | Device for charging batteries for electric vehicles has converter containing inverter for producing a.c. voltage from step-up device's D.C. output and rectifier coupled via transformer |
| US9425641B2 (en) | 2011-11-14 | 2016-08-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Battery charging apparatus |
| EP3175529B1 (en) | 2014-07-31 | 2019-01-09 | ABB Schweiz AG | System for charging battery of electric vehicle |
| US9789774B2 (en) | 2015-04-02 | 2017-10-17 | Hyundai Motor Company | Charger for vehicles |
| US20190143822A1 (en) | 2017-11-14 | 2019-05-16 | Ford Global Technologies, Llc | Compound bidirectional integrated charger for a vehicle |
| DE102021106275A1 (en) | 2021-03-15 | 2022-09-15 | KEBA Energy Automation GmbH | Method of operating a charging station and charging station |
| DE102021108233A1 (en) | 2021-03-31 | 2022-10-06 | KEBA Energy Automation GmbH | Charging station, system and procedure |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20250030454A1 (en) * | 2023-07-21 | 2025-01-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Device for the communication of an electric or hybrid vehicle with an electric charging station, and communication method |
| CN117491761A (en) * | 2023-09-04 | 2024-02-02 | 吉事励电子(苏州)有限公司 | DC charging pile testing device and testing method |
| CN117491761B (en) * | 2023-09-04 | 2024-05-03 | 吉事励电子(苏州)有限公司 | DC charging pile testing device and testing method |
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|---|---|---|---|
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