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TECHNISCHES GEBIET
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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.
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STAND DER TECHNIK
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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.
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Im Folgenden werden nur insbesondere Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-strom (DC) zur Verfügung stellt, besprochen.
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Hierzu beschreibt beispielsweise Bombardier in der deutschen Patentanmeldung
DE10151153A1 eine trafobehaftete DC-Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit einem Gleichrichter bzw. AC/DC Wandler, einem DC-Zwischenkreis mit Transformator und einem nachgeschalteten DC/DC-Wandler.
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Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten
EP3175529B1 ,
US20190143822A1 ,
US9425641B2 und
US9789774B2 bekannt. Alle Lösungen aus dem Stand der Technik haben die Gemeinsamkeit, dass zumindest ein Trafo im System integriert ist, welcher ein lokales IT-Netz ausbildet und dadurch bei einem ersten Fehler kein Fehlerstrom fließt.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine Ladestation mit Leistungselektronik verwendet, welche über keinen Trafo verfügt. Hierzu wird auf die Patentanmeldungen
DE102021106275 .6 und
DE102021108233.1 der Anmelderin verwiesen.
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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.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu verbessern
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Die gestellte Aufgabe wird durch ein Ladekabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 9, durch ein System mit einer Mehrzahl von Ladestationen mit den Merkmalen des Anspruchs 19 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.
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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 einen den DC+-Leiter, den DC--Leiter und den PE-Leiter umgebenden Kabelmantel. Dabei ist außen an dem Kabelmantel eine spannungsversorgte Überwachungs-Anordnung umfassend eine Anzahl von elektrischen Leitungen derart angeordnet, dass eine detektierbare elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist.
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Ein Isolationsbruch des Ladekabels ist beispielsweise ein Bruch eines Kabelmantels des Ladekabels oder ein Bruch der Isolation an dem Ladestecker des Ladekabels.
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Ein solcher Isolationsbruch des Ladekabels bewirkt eine elektrische Unterbrechung der außen an dem Kabelmantel angeordneten Überwachungs-Anordnung, beispielsweise eine elektrische Unterbrechung eine der elektrischen Leitungen der Überwachungs-Anordnung. Eine solche elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung ist detektierbar, beispielsweise durch eine dem Ladekabel zugeordnete Sensoreinheit zum Detektieren einer solchen elektrischen Unterbrechung. Wird eine solche elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung detektiert, 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.
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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.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Überwachungs-Anordnung flächendeckend auf dem Ladekabel angeordnet.
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Bei dieser Ausführungsform überdeckt die Überwachungs-Anordnung den Kabelmantel des Ladekabels. Dabei ist die Überwachungs-Anordnung beispielsweise als ein Netz, eine Matrix oder eine Struktur von elektrischen Leitungen auf dem Kabelmantel ausgebildet. Beispielsweise ist die Überwachungs-Anordnung mäanderförmig oder spiralförmig auf dem Kabelmantel des Ladekabels angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die Überwachungs-Anordnung eine einzige elektrische Leitung, die derart verteilt auf dem Ladekabel angeordnet ist, dass eine detektierbare elektrische Unterbrechung der elektrischen Leitung indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist.
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Insbesondere ist diese einzige elektrische Leitung derart auf dem Kabelmantel des Ladekabels angeordnet, dass sie den Kabelmantel großflächig, insbesondere flächendeckend, überdeckt. Dabei ist diese einzige elektrische Leitung beispielsweise spiralförmig oder mäanderförmig auf dem Kabelmantel des Ladekabels angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Überwachungs-Anordnung eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen, die derart verteilt auf dem Ladekabel angeordnet sind, dass eine detektierbare elektrische Unterbrechung der elektrischen Leitung indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Überwachungs-Anordnung eine Anzahl von Leuchtmitteln zur visuellen Anzeige zumindest einer Statusinformation der Ladestation, welche mittels der Anzahl von elektrischen Leitungen verbunden sind. Zum Beispiel sind die Leuchtmittel als LEDs ausgebildet.
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Durch die Leuchtmittel können verschiedene Statusinformationen oder Status der Ladestation dem Anwender, beispielsweise einem Fahrer eines zu ladenden Elektrofahrzeuges, angezeigt werden. Beispielsweise können verschiedene Leuchtmittel eingesetzt werden, wobei das jeweilige Leuchtmittel einen Status anzeigt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Leuchtmittel eingesetzt werden, welches dazu eingerichtet ist, verschiedenfarbig zu leuchten und damit verschiedene Status der Ladestation auszugeben. Wenn beispielsweise das zumindest eine Leuchtmittel dazu eingerichtet sind, verschiedene Farben für verschiedene Status der Ladestation auszugeben, so kann beispielsweise die Farbe Rot bedeuten, dass die Ladestation in einem Fehlerstatus ist, die Farbe Grün kann bedeuten, dass die Ladestation ladebereit ist, und die Farbe Blau kann bedeuten, dass die Ladestation aktuell lädt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet sind.
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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.
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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).
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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,
eine dem Ladekabel zugeordnete Sensoreinheit zum Detektieren einer elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung und zum Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals bei einer detektierten elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung, und
eine Steuereinheit, 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.
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Die Sensoreinheit detektiert eine elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung basierend auf einer Änderung der Impedanz, der Induktivität und/oder der Kapazität der außen an dem Kabelmantel angeordneten Überwachungs-Anordnung. Eine elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung ist indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels.
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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.
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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,
eine dem Ladekabel zugeordnete Sensoreinheit zum Detektieren einer elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung und zum Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals bei einer detektierten elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung, und
eine Steuereinheit, 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.
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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.
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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.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Spannungsversorgung der Überwachungs-Anordnung einzustellen, insbesondere zu steuern oder zu regeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Spannungsversorgung der Überwachungs-Anordnung einzustellen, insbesondere zu steuern oder zu regeln, und die Leuchtmittel der Überwachungs-Anordnung zur visuellen Anzeige der zumindest einer Statusinformation der Ladestation anzusteuern.
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Insbesondere für die Ausführungsform der Überwachungs-Anordnung mit den Leuchtmitteln zur visuellen Anzeige von Statusinformationen der Ladestation ist diese Ausführungsform dahingehend vorteilhaft, dass die Steuereinheit auch die Leuchtmittel ansteuern kann, und zwar derart, dass diese die aktuellen Statusinformationen der Ladestation an den Anwender visuell ausgeben.
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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--Leitung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuerschaltung, welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, die Phasen und der Neutralleiter können ebenfalls geöffnet werden. Zusätzlich kann die Leistungselektronik abgeschaltet werden, indem ein in Abhängigkeit des Öffnungssignals generiertes Steuersignal diese öffnet. Dies bewirkt eine doppelte Isolierung des Fahrzeugs gegenüber dem Netz.
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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.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern, insbesondere im Fehlerfall abzuschalten. Damit wirkt der AC/DC-Wandler wie ein mechanischer Schalter und bewirkt im Leistungspfad eine zweite Isolierung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse der Ladestation doppelt isoliert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ladekabel samt seinem Ladestecker doppelt isoliert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung eine Wired-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal, das zweite Ansteuersignal und das dritte Ansteuersignal ODER-verknüpft.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Einheit dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008-1, zu emulieren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Test-Einheit dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Testtaste getriggert zu werden.
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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.
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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.
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Hierdurch erfolgt vorzugsweise stets am Ende des Ladevorgangs ein Test mit tatsächlicher Stromflussunterbrechung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 zugeordnete Sensoreinheit. Die Ladestation ist insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Detektieren einer elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung des Ladekabels und Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals bei einer detektierten elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung mittels der Sensoreinheit ,
- 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.
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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.
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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.
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„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.
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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.
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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.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem elektrischen Energiespeicher 2 eines Elektrofahrzeuges 3.
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In dem Beispiel der 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 6 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise L1, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter N. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 3 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Klemmleiste 16 (nicht dargestellt in 1, siehe zum Beispiel in 4) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt.
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Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in 1, siehe zum Beispiel in 4) und ist zum Laden des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.
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Das Gehäuse der Ladestation 1 ist insbesondere doppelt isoliert. Des Weiteren ist das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 (siehe beispielsweise 4) ebenfalls vorzugsweise doppelt isoliert. Im Ladestecker 17 sind die leistungsführenden Leiter (DC+-Leitung und DC--Leitung) einzeln isoliert, das Gehäuse des Ladesteckers 17 wirkt ebenfalls isolierend. Der Ladestecker 17 kann zusätzlich innen mit einer isolierenden Masse vergossen werden.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels 5 für eine Ladestation 1, beispielsweise der Ladestation 1 nach 1.
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Das Ladekabel 5 der 2 hat einen DC+-Leiter DC+, einen DC--Leiter DC—, einen PE-Leiter PE und einen den DC+-Leiter DC+, den DC—-Leiter DC- und den PE-Leiter PE umgebenden Kabelmantel M. Der Kabelmantel M ist insbesondere aus einem isolierenden Kunststoff.
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Der DC+-Leiter und der DC—-Leiter liegen nebeneinander in dem Ladekabel 5, d. h. ihre Anordnung in dem Ladekabel 5 kann auch als parallel bezeichnet werden.
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Der DC+-Leiter DC+, der DC—-Leiter DC- und der PE-Leiter PE sind in einem isolierenden Kunststoff K eingebettet. Vorzugsweise sind zusätzlich eine Charge-Pilot-Signalleitung CP und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen T in dem Kunststoff K eingebettet. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit zeigt die 2 vier Temperatur-Signalleitungen T. Dabei werden jeweils zwei Temperatur-Signalleitungen T zur Ankopplung eines Temperatursensors verwendet.
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Wie die 2 zeigt, hat das Ladekabel 5 außen an dem Kabelmantel M eine spannungsversorgte Überwachungs-Anordnung 28 zumindest umfassend eine Anzahl von elektrischen Leitungen, welche derart angeordnet ist, dass eine detektierbare elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels 5 ist.
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Die Überwachungs-Anordnung 28 umfasst eine oder mehrere elektrische Leitungen und vorzugsweise zusätzlich eine Anzahl von Leuchtmitteln. Eine elektrische Unterbrechung eine der elektrischen Leitungen auf dem Kabelmantel M und/oder eine elektrische Unterbrechung eine der auf dem Kabelmantel M angeordneten Leuchtmittel ist detektierbar und ist indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels 5. Mit anderen Worten wird ein Isolationsbruch des Ladekabels 5 mittels einer Detektion einer elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 detektiert. Die spannungsversorgte Überwachungs-Anordnung 28 ist in 2 aus Gründen der Veranschaulichung nur schematisch gezeichnet. Die Überwachungs-Anordnung 28 ist auf dem Kabelmantel M beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig angeordnet. Insbesondere überdeckt die Überwachungs-Anordnung 28 einen großen Teil der Fläche oder die ganze Fläche des Kabelmantels M.
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Die Leuchtmittel der Überwachungs-Anordnung 28 sind beispielsweise als LEDs, insbesondere als verschiedenfarbige LEDs, zur visuellen Ausgabe verschiedener Statusinformationen der Ladestation 1 ausgebildet. Die LEDs sind mittels der elektrischen Leitungen der Überwachungs-Anordnung 28 verbunden.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ladekabels 5 einer Ladestation 1.
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Die zweite Ausführungsform nach 3 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach 2 dahingehend, dass in dem Kunststoff K jeweils zwei DC+-Leiter DC+ und zwei DC--Leiter DC- angeordnet sind. Die zwei DC+-Leiter DC+ und die zwei DC--Leiter DC- sind gemäß der Anordnung eines Seilvierers verteilt. Der Aufbau in Form eines Seilvierers bedeutet, dass die vier Leiter (zwei DC+-Leiter DC+ und zwei DC--Leiter DC-) in longitudinaler Richtung rotationsförmig ineinander verdreht sind. Der PE-Leiter PE nach 3 ist im Zentrum des Seilvierers aus den beiden DC+-Leitern DC+ und den beiden DC--Leitern DC- angeordnet.
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4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die zweite Ausführungsform der Ladestation 1 der 4 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform der Ladestation 1 nach 1.
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Die Ladestation 1 der 4 hat fünf eingangsseitige Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, 10d, 10e zum Koppeln der Phasen L1, L2, L3, des Neutralleiters N und des PE-Leiters PE des mehrphasigen Netzes 4.
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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 2 oder gemäß 3 ausgebildet. Zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, 10d, 10e und der Klemmleiste 16 sind ein Fehlerstromsensor 9, ein AC/DC-Wandler 15 und eine Schaltvorrichtung 26 gekoppelt. Des Weiteren kann auch eine Strommesseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche zum Messen des auf den Phasen L1, L2, L3 in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug 3 fließenden elektrischen Stroms eingerichtet ist. Die Strommesseinrichtung ist ein Nutzstromsensor und ist zum Messen des auf den Phasen L1, L2, L3 in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug 3 fließenden elektrischen Stroms eingerichtet.
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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 DCüber zwei Ausgangsleitungen, auch bezeichnet mit DC+ und DC-, der Klemmleiste 16 bereit.
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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.
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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.
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Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der 4 eine erste Einheit 11, eine zweite Einheit 12 und eine Steuervorrichtung 13. Die Steuervorrichtung 13 ist insbesondere die zentrale Steuervorrichtung der Ladestation 1 zum Steuern der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation 1. Die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 können - wie in 4 dargestellt - extern der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein. Alternativ sind die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Außerdem illustriert die 4, dass ein Charge-Pilot-Signal CP zwischen der Steuervorrichtung 13 der Ladestation 1 über das Ladekabel 5 mit dem Elektrofahrzeug 3 übertragen werden kann.
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Ferner umfasst die Ladestation 1 der 4 ein Kommunikationsmodul 19. Das Kommunikationsmodul 19 ist dazu eingerichtet, gemäß einer High-Level-Communication, insbesondere dem ISO 15118 Standard einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Elektrofahrzeuges 3 auszuhandeln.
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Außerdem hat die Ladestation 1 der 4 eine Kommunikationsschnittstelle 20. Die Kommunikationsschnittstelle 20 ist dazu eingerichtet, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation 1 verwaltet, auszutauschen. Über das Endgerät kann sich der Benutzer insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren aber auch das Fahrzeug insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren.
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Vorzugsweise sind das Kommunikationsmodul 19 und die Kommunikationsschnittstelle 20 als eine einzige Komponente ausgebildet, welche beide Aufgaben erledigen kann.
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Ferner hat die Ladestation 1 der 4 eine Benutzerschnittstelle 21 für Eingaben des Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer. Beispielsweise umfasst die Benutzerschnittstelle 21 einen Touchscreen. Außerdem ist zumindest ein Netzteil 22 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen L1, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung 13 und/oder die weiteren Komponenten der Ladestation 1 bereitzustellen.
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Des Weiteren hat die Ladestation 1 nach 4 eine dem Ladekabel 5 zugeordnete Sensoreinheit 18 zum Detektieren einer elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 des Ladekabels 5. Detektiert die Sensoreinheit 18 eine solche elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28, so stellt sie ausgangsseitig ein Isolationsbruch-Sensorsignal IS bereit. Das bereitgestellte Isolationsbruch-Sensorsignal IS wird einer Steuereinheit 23 zugeführt. Die Steuereinheit 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--Leitung DC- öffnet. Insbesondere detektiert die Sensoreinheit 18 eine elektrische Unterbrechung des spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 basierend auf einer Änderung der Impedanz, der Induktivität und/oder der Kapazität der außen an dem Kabelmantel M angeordneten Überwachungs-Anordnung 28. Folglich ist eine elektrische Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 indikativ für einen Isolationsbruch des Ladekabels 5.
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Ein Beispiel für einen solchen Isolationsbruch ist ein Bruch des isolierenden Kabelmantels M des Ladekabels 5.
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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.
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In 5 ist ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1 dargestellt. Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 nach 5 basiert auf der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach 4. Bei der dritten Ausführungsform der Ladestation 1 nach 5 sind zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, 10d, 10e und der Klemmleiste 16 ein EMV-Filter 24, ein dem EMV-Filter 24 nachgeschalteter Fehlerstromsensor 9, eine dem Fehlerstromsensor 9 nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung 8, ein der Schaltvorrichtung 8 nachgeschalteter AC/DC-Wandler 15, ein dem AC/DC-Wandler 15 nachgeschalteter DC/DC-Wandler 25, eine dem DC/DC-Wandler 25 nachgeschaltete Schaltvorrichtung 26 und ein der Schaltvorrichtung 26 nachgeschaltetes weiteres EMV-Filter 27 vorgesehen. Die Schaltvorrichtung 26 ist auf der DC-Seite der Ladestation 1 angeordnet und kann auch als DC-Schaltvorrichtung bezeichnet werden. Die weitere Schaltvorrichtung 8 ist auf der AC-Seite der Ladestation 1 angeordnet und kann auch als AC-Schaltvorrichtung bezeichnet werden. Die jeweilige Schaltvorrichtung ist beispielsweise ein Schütz.
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Dabei ist die Ansteuerschaltung 14 der 5 insbesondere dazu eingerichtet, neben der Schaltvorrichtung 26 auch die weitere Schaltvorrichtung 8, falls zumindest eines der Ansteuersignale A1, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels des Öffnungssignals O derart anzusteuern, dass diese die Phasen L1, L2, L3 und den Neutralleiter in der Ladestation öffnet. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation 1 erhöht. Weiters wird über die Steuervorrichtung 13 ein Abschaltsignal C1 an den AC/DC-Wandler 15 und ein Abschaltsignal C2 an den DC/DC-Wandler 25 gesendet. Dies erhöht die Sicherheit wiederum.
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Insbesondere können bei einer von der Sensoreinheit 18 detektierten elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 beide Schaltvorrichtungen geöffnet werden, nämlich die DC-Schaltvorrichtung 26 und die AC-Schaltvorrichtung 8.
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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.
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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.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Ladestation 1 zu der dritten Ausführungsform der 5. Die vierte Ausführungsform der 6 unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform der 5 dahingehend, dass zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 26 und der weiteren Schaltvorrichtung 8 unterschiedliche, dedizierte Ansteuersignale T1 und T2 verwendet werden, nämlich ein erstes Ansteuersignal T1 für die Schaltvorrichtung 26 und ein zweites Ansteuersignal T2 für die weitere Ansteuervorrichtung 8.
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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.
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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, um das zweite Leistungsschaltelement 8 von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.
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Diese Funktionalität kann auch von der Ansteuereinrichtung 14 übernommen werden. In Ausführungsformen kann die Ansteuereinrichtung 14 auch als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein.
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Des Weiteren zeigt die 7 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 4. Die Ladestation 1 ist beispielsweise wie in einer der 4 bis 6 ausgeführt. Das Verfahren der 7 umfasst die Schritte S10, S20 und S30:
- Der Schritt S10 umfasst ein Detektieren einer elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 des Ladekabels 5 und ein Bereitstellen eines Isolationsbruch-Sensorsignals IS bei einer detektierten elektrischen Unterbrechung der spannungsversorgten Überwachungs-Anordnung 28 mittels einer dem Ladekabel 5 zugeordneten Sensoreinheit 18.
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Der Schritt S20 umfasst ein Ermitteln eines Isolationsbruches IB des Ladekabels 5 basierend auf dem bereitgestellten Isolationsbruch-Sensorsignal IS.
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Der Schritt S30 umfasst ein Öffnen der Schaltvorrichtung 26 und/oder der weiteren Schaltvorrichtung 8 in Abhängigkeit eines ermittelten Isolationsbruches IB.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladestation
- 2
- Energiespeicher
- 3
- Elektrofahrzeug
- 4
- mehrphasiges Teilnehmernetz
- 5
- Ladekabel
- 6
- Netzanschlusspunkt
- 7
- mehrphasiges Energieversorgungsnetz
- 8
- Schaltvorrichtung
- 9
- Fehlerstromsensor
- 10a
- Anschlussklemme
- 10b
- Anschlussklemme
- 10c
- Anschlussklemme
- 10d
- Anschlussklemme
- 10e
- Anschlussklemme
- 11
- erste Einheit
- 12
- zweite Einheit
- 13
- Steuervorrichtung
- 14
- Ansteuerschaltung
- 15
- AC/DC-Wandler
- 16
- Klemmleiste
- 17
- Ladestecker
- 18
- Sensoreinheit
- 19
- Kommunikationsmodul
- 20
- Kommunikationsschnittstelle
- 21
- Benutzerschnittstelle
- 22
- Netzteil
- 23
- Steuereinheit
- 24
- EMV-Filter
- 25
- DC/DC-Wandler
- 26
- Schaltvorrichtung
- 27
- EMV-Filter
- 28
- Überwachungs-Anordnung
- A1
- erstes Ansteuersignal
- A2
- zweites Ansteuersignal
- A3
- drittes Ansteuersignal
- C1
- Steuersignal
- C2
- Steuersignal
- CP
- Charge-Pilot-Signalleitung
- DC+
- DC+-Leiter, DC+-Leitung
- DC-
- DC--Leiter, DC--Leitung
- F
- Fehlerstrom
- IB
- Isolationsbruch
- IS
- Isolationsbruch-Sensorsignal
- K
- Kunststoff
- L1
- Phase
- L2
- Phase
- L3
- Phase
- M
- Kabelmantel
- N
- Neutralleiter
- O
- Öffnungssignal
- PE
- PE-Leiter
- T
- Temperatur-Signalleitung
- T1
- Ansteuersignal
- T2
- Ansteuersignal
- S10
- Verfahrensschritt
- S20
- Verfahrensschritt
- S30
- Verfahrensschritt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10151153 A1 [0004]
- EP 3175529 B1 [0005]
- US 20190143822 A1 [0005]
- US 9425641 B2 [0005]
- US 9789774 B2 [0005]
- DE 102021106275 [0006]
- DE 1020211082331 [0006]
