WO2022207467A1 - Ladestation und verfahren zum betreiben einer ladestation - Google Patents

Ladestation und verfahren zum betreiben einer ladestation Download PDF

Info

Publication number
WO2022207467A1
WO2022207467A1 PCT/EP2022/057829 EP2022057829W WO2022207467A1 WO 2022207467 A1 WO2022207467 A1 WO 2022207467A1 EP 2022057829 W EP2022057829 W EP 2022057829W WO 2022207467 A1 WO2022207467 A1 WO 2022207467A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
charging station
semiconductor switching
converter
bridge
charging
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/057829
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Visosky
Original Assignee
KEBA Energy Automation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KEBA Energy Automation GmbH filed Critical KEBA Energy Automation GmbH
Priority to EP22718609.5A priority Critical patent/EP4308403A1/de
Publication of WO2022207467A1 publication Critical patent/WO2022207467A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H02M1/346—Passive non-dissipative snubbers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle with electrical energy by means of a multi-phase network that can be coupled to the charging station.
  • the inventions also relate to a method for operating such a charging station.
  • the present technical field relates to the charging of an energy store in an electric vehicle.
  • the applicant's European patent EP 2 882 607 B1 describes a charging station for electric vehicles, with at least one input interface for feeding electrical energy from a stationary power supply network into the charging station, with a connection socket for connecting a charging plug of an electric vehicle for the controlled delivery of electrical energy to the electric vehicle, with a plurality of electrotechnical components comprising an electronic control device for switching, measuring or monitoring the recorded and / or emitted electrical energy, and with a housing enclosing the electrotechnical African components.
  • Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are fast charging methods in which the charging station provides the electric vehicle with direct voltage/current (DC), or alternatively alternating current charging - methods in which the electric vehicle has single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle uses a built-in AC/DC converter to convert into direct current for the energy store to be charged.
  • DC direct voltage/current
  • AC alternating current
  • charging logic in the vehicle or the energy storage device controls the charging process.
  • both an AC/DC converter and a DC/DC converter are used in a charging station suitable for DO charging.
  • the document EP 2 515 424 B1 shows a DC voltage converter for stepping up and/or stepping down voltages, with at least one first connection and at least one second connection and at least one third connection, with an energy flow between the first and second connections on the one hand and the third connection on the other hand is possible, a first half-bridge that can be operated in a clocked manner, which is connected in parallel to the first connection and has a series connection of at least one first switching device and a second switching device, and a second half-bridge that can be operated in a clocked manner and is parallel to is connected to the second connection and has a series connection of at least one third switching device and at least one fourth switching device, where the midpoints of the two half-bridges that can be operated in a clocked manner are connected to one another via at least one choke, with this at least one choke as the flying inductance is operated
  • EP 3 729 593 A1 DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 B1,
  • the task is solved by a charging station with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 17.
  • a charging station in particular a charging station without a transformer, is proposed for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle with electrical energy by means of a multiphase network that can be coupled to the charging station.
  • the charging station includes an AC/DC converter that can be coupled to a number of phases of the multiphase network, an intermediate circuit connected downstream of the AC/DC converter, which has a number of output conductors connected between a positive output conductor and a negative output conductor of the AC/DC converter Intermediate circuit capacitors, and a DC/DO converter connected downstream of the intermediate circuit, which has a first half bridge connected to the positive output conductor and a second half bridge connected to the negative output conductor, with the center tap of the first half bridge and the center tap of the second half bridge being connected via a choke are.
  • the charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing, with an interior space in which a plurality of electrical and/or electronic components and a connection socket connected to at least one of the components for connecting a charging plug for the energy store of the electric vehicle are arranged .
  • the charging station can also be referred to as a charging connection device.
  • the charging station is designed in particular as a wall box.
  • the charging station is suitable for charging or regenerating the energy store of an electric vehicle by electrically connecting the charging station 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 see energy can be transferred to an energy storage device of the electric vehicle by means of a connection socket and charging plug.
  • the charging station can also be referred to as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include a contactor, universal current-sensitive circuit breaker, direct current, overcurrent and fault current monitoring device, relay, connection terminal, electronic circuits and a control device, for example comprising a printed circuit board on which a plurality of electronic Are arranged components for controlling and / or measuring and / or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle.
  • 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 includes in particular an intermediate circuit downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors, which are connected to an intermediate circuit center point.
  • the multiphase network is, for example, a multiphase subscriber network.
  • the multi-phase network can also be a multi-phase power supply network.
  • the polyphase network has a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor (also denoted by N).
  • the “charging and/or discharging of an energy store” includes both supplying electrical energy and drawing electrical energy. This means that the energy store can act as a consumer or as a producer in the subscriber network.
  • a control unit which can control individual or all elements and units of the charging station.
  • the choke of the DC/DC converter can preferably be operated as a flying inductance.
  • the DC/DO converter with the flying inductance can function like a quasi-potential separation.
  • the DC/DO converter has a number of semiconductor switching elements, which are in the form of MOSFETs, for example.
  • the DC/DC converter works as a voltage inverter, the DC/DC converter preferably being driven in such a way that the diodes of the MOSFETs never become conductive in an undesired manner during undisturbed operation.
  • the inductance preferably flies back and forth between the input potential and the output potential.
  • the potential of the energy store can move freely relative to the potential of the intermediate circuit of the charging station.
  • the regulation of the inductor current of the inductor in the event of a ground fault is preferably not affected.
  • the duty cycle of the DC/DC converter does not have to be changed either.
  • the proposed DC/DC converter preferably behaves functionally like a DC/DC converter with a transformer.
  • the output potential to ground can be freely shifted within certain limits during operation without affecting the function of the DC/DC converter.
  • the choke of the DC/DC converter can be operated as a flying inductor.
  • the charging station is a transformerless charging station.
  • the DC/DO converter is designed as a bidirectional DC/DO converter for stepping up and/or stepping down voltages.
  • the DC/DO converter can also be referred to as a DC voltage converter.
  • the DC/DC converter has a symmetrical design and can buck and boost in both directions.
  • the respective half-bridge comprises a series connection of two semiconductor switching elements.
  • the center tap of the half-bridge is between the two series-connected semiconductor switching elements.
  • the respective semiconductor switching element is designed as a MOSFET, preferably as a SiC MOSFET, or as an IGBT or as a SiC cascode.
  • the present topology acts as a bidirectional voltage translation device (DC transformer), the voltage translation, which can be adjusted by the control unit, depending on the ratio between the on-time and off-time of the semiconductor switching elements. With a duty cycle of 50%, the voltage transformation ratio is 1.
  • the charging station comprises a control unit which is set up to control the semiconductor switching elements in such a way that two corresponding semiconductor switching elements of the two half-bridges switch simultaneously, in particular switch with an identical switch-on delay.
  • the two mains-side semiconductor switching elements of the half-bridges can be switched simultaneously, and the two load-side semiconductor switching elements of the two half-bridges can also be switched simultaneously.
  • the control unit never turns on the semiconductor switching elements of a half bridge at the same time.
  • an interference suppression circuit is arranged between the intermediate circuit and the DC/DO converter, which circuit has two interference suppression capacitors connected in parallel with the intermediate circuit capacitors.
  • the node connecting the two interference suppression capacitors is connected to earth potential.
  • the ground potential can also be referred to below as ground or earth.
  • the charging station includes an intermediate output circuit connected downstream of the DC/DC converter with a number of capacitors which are connected between a negative output potential tap and a positive output potential tap of the charging station and can be arranged in parallel with the energy store of the electric vehicle.
  • an interference suppression circuit on the load side is arranged between the DC/DC converter and the intermediate output circuit.
  • the load-side interference suppression circuit has two interference suppression capacitors connected in parallel with the number of capacitors in the output intermediate circuit, with the node connecting the two interference suppression capacitors being connected to ground potential.
  • control unit is set up to activate the semiconductor switching elements in such a way that the line-side semiconductor switching element of the first half-bridge and the load-side semiconductor switching element of the second half-bridge have overlapping switch-on times (switch-on times) and/or that the line-side semiconductor switching element of the second half-bridge and the load-side semiconductor switching element of the first half-bridge have overlapping turn-on times.
  • the ratio of the switch-on times of the network-side semiconductor switching elements corresponds to the switch-on times of the load-side semiconductor switching elements preferably a predetermined quotient.
  • This activation with the overlapping switch-on times causes a charge shift in the interference suppression capacitors in such a way that the potential of the energy store can be adjusted relative to ground potential. This allows balancing with respect to earth potential (mass).
  • the control unit can be implemented in terms of hardware and/or software.
  • the control unit can be designed as a device or as part of a device, for example as a computer or as a microprocessor or as a control computer.
  • the control unit can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a program code, or as an executable object.
  • control unit is set up to switch off one of the line-side semiconductor switching elements of the two half-bridges earlier than the other line-side semiconductor switching element of the two half-bridges, so that a line-side primary circuit and a load-side secondary circuit can be coupled via the inductor or is provided.
  • control unit is set up to switch off one of the load-side semiconductor switching elements of the two half-bridges earlier than the other load-side semiconductor switching element of the two half-bridges, so that coupling of a mains-side primary circuit and a load-side secondary circuit via the inductor is made possible or is provided.
  • the semiconductor switching elements are MOSFETs.
  • the control unit is set up to open the gates of the MOS To control FETs of the half-bridges with such phase-shifted control signals that a coupling of a mains-side primary circuit and egg nes load-side secondary circuit via the inductor is made possible or provided.
  • the symmetry of the output voltage with respect to ground can be regulated relative to one another by a slight phase shift in the drive signals of the first half-bridge and the second half-bridge.
  • the phase shift periodically results in a short-term coupling of the input circuit and the output circuit. This even if no active power is being transmitted through the charging station.
  • the control unit has a charging current regulator, a balancing current regulator and a differential voltage regulator.
  • the charging current controller is set up to set the ratio of the switch-on times of the line-side semiconductor switching elements to the switch-on times of the load-side semiconductor switching elements.
  • the balancing current controller is set up to provide an adjustment signal for balancing the potential at the negative output potential tap and the potential at the positive output potential tap with respect to ground potential.
  • the differential voltage controller is set up to provide a target value for the setting signal as a function of at least one measured voltage in the load-side secondary circuit.
  • the differential voltage regulator is slower than the balancing current regulator.
  • the anode of a first diode is coupled to the negative output potential tap and the cathode of the first diode is coupled to the intermediate circuit center point. Furthermore, the anode of a second diode is coupled to the intermediate circuit center and the cathode of the second diode is coupled to the positive output potential tap. According to a further embodiment, the anode of the first diode is connected to the negative output potential tap and the cathode of the first diode is connected to the intermediate circuit center point. Furthermore, the anode of the second diode is connected to the intermediate circuit center and the cathode of the second diode is connected to the positive output potential tap.
  • an overvoltage protection element is coupled between the intermediate circuit center point and a node to which the cathode of the first diode is connected and to which the anode of the second diode is connected.
  • the overvoltage protection element is in particular a varistor or a bidirectional suppressor diode, such as a bidirectional transildiode.
  • a series connection made up of a first overvoltage protection element and the first diode is arranged between the intermediate circuit center point and the negative output potential tap. Furthermore, a series connection made up of a second overvoltage protection element and the second diode is arranged between the intermediate circuit center point and the positive output potential tap.
  • an EMC filter device and an LCL filter device connected downstream of the EMC filter device are coupled between three mains-side connection terminals for the three phases of the multi-phase network and the AC/DC converter.
  • the LCL filter device preferably includes at least three inductors and three capacitors.
  • the AC/DC converter is designed as a 3-point AC/DC converter.
  • a resonant capacitor is connected to the center tap of the first half-bridge, which is parallel to the mains side semiconductor switching element of the first half-bridge is connected, with a further resonant capacitor connected to the center tap of the first half-bridge, which is connected in parallel to the load-side semiconductor switching element of the first half-bridge ⁇ th.
  • a reversing capacitor is connected to the center tap of the second half bridge, which is connected in parallel to the line-side semiconductor switching element of the second half bridge, with a reversing capacitor connected to the center tap of the second half bridge, which is parallel to the load-side semiconductor switching element of the second half bridge is switched.
  • the reversing capacitors bring about a soft switching and thus a reduction in the switching losses.
  • the reversing capacitors can also be referred to as ZVS capacitors of the snubber capacitors (ZVS; zero-voltage switching).
  • the charging station comprises a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable.
  • the charging cable connects the electric vehicle or the energy store of the electric vehicle to the connection socket and is set up to transmit the charging current.
  • connection socket can have further coupling points, for example to connect a protective conductor and/or one or more signal or data transmission conductors.
  • the connection socket can be designed in such a way that it is compatible with different specifications, in particular the connection socket can be backwards compatible, which means that it can be coupled, for example, to a charging cable for single-phase, two-phase or three-phase charging .
  • the charging station can have a number of connection sockets for differently configured charging cables.
  • the charging station includes a communi ⁇ cation module.
  • the communication module is preferably set up to negotiate a charging plan with charging electronics of the energy store coupled to the charging station.
  • Negotiation takes place, for example, as described in ISO 15118.
  • the charging electronics of the energy store requests a certain charging power via the communication module at the charging station and the charging station, for example a control device of the charging station, determines whether the charging power requested can be provided. In particular, a current state of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account. If the requested charging power cannot be provided, the charging station can make a “counterproposal” via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy store, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated.
  • Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when a battery is reconnected to the charging station.
  • the charging station comprises a power switching device for safely disconnecting the number of output conductors from the multi-phase subscriber network.
  • the power switching device can be designed as an electro-mechanical element, such as a contactor or a four-phase relay.
  • the power switching device can be designed and controlled individually for a respective phase of the multiphase subscriber network and/or for a respective output conductor of the switching matrix, so that individual assignments can be interrupted by means of the power switching device, for example.
  • a reversing capacitor is connected to the center tap of the first half-bridge, which is connected in parallel to the one input-side semiconductor switching element of the first half-bridge, with a further reversing capacitor connected to the center tap of the first half-bridge, which is connected in parallel to the load-side semiconductor switching element of the first Half bridge is switched. Furthermore, a reversing capacitor is connected to the center tap of the second half-bridge, which is parallel to the one output-side semiconductor switching element of the second half-bridge is connected, with a reversing capacitor connected to the center tap of the second half-bridge, which is connected in parallel to the load-side semiconductor switching element of the second half-bridge.
  • the reversing capacitors cause soft switching and thus a reduction in switching losses.
  • the oscillating capacitors can also be referred to as ZVS capacitors or snubber capacitors (ZVS; zero-voltage switching).
  • ZVS snubber capacitors
  • a method for operating a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle with electrical energy using a multi-phase network that can be coupled to the charging station having a number of phases of the AC/DC converter that can be coupled to a polyphase network, an intermediate circuit connected downstream of the AC/DC converter, which has a number of intermediate circuit capacitors connected between a positive output conductor and a negative output conductor of the AC/DC converter, and a DC/DO converter connected downstream of the intermediate circuit , which has a first half-bridge connected to the positive output conductor and a second half-bridge connected to the negative output conductor.
  • the procedure includes :
  • This method has the same advantages as explained for the charging station according to the first aspect.
  • the embodiments described for the proposed charging station apply to the proposed method. speaking.
  • the definitions and explanations for the charging station also apply accordingly to the proposed method.
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement with a first embodiment of a charging station and an electric vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle
  • Fig. 4 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of a charging station for charging and / or discharging an Energypei chers an electric vehicle!
  • Fig. 5 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a charging station for charging and / or discharging an energy storage chers an electric vehicle!
  • Fig. 6 shows a schematic circuit diagram of a sixth embodiment of a charging station for charging and / or discharging an energy storage chers an electric vehicle!
  • FIG. 7 shows the schematic circuit diagram of FIG. 6 with the mains-side primary circuit drawn in and the load-side secondary circuit drawn in!
  • FIG. 8 shows the schematic circuit diagram of FIG. 6 with the circuit of the balancing current drawn in!
  • Fig. 9 shows diagrams to illustrate the inductor current and various signals of the DC/DC converter!
  • FIG. 10 shows the schematic circuit diagram of FIG. 6 with the balancing control drawn in!
  • FIG. 11 shows a schematic flowchart of a method for operating a charging station for charging and/or discharging an energy store of an electric vehicle.
  • FIG. 1 schematically shows an arrangement with a first embodiment of a charging station 1 and an electrical energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • a multi-phase subscriber network 4 is connected to a multi-phase power supply network 7 by means of a network connection point 6 .
  • the multi-phase subscriber network 4 has in particular a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor. In this example, without loss of generality, it is a matter of three-phase power grids.
  • the electric vehicle 2 is coupled to the charging station 1 by means of a charging cable 5 which is connected to a connection socket (not shown) of the charging station 1 .
  • the charging station 1 can have a number of electrical and/or electronic components (not shown in FIG. 1, see for example FIG. 2) and is for charging and/or discharging the energy store 2 of the electric vehicle 3 with electrical energy using the the charging station 1 coupled multi-phase subscriber network 4 set up.
  • the charging station 1 preferably comprises a communication module (not shown).
  • the communication module is set up to negotiate a charging plan with charging electronics of the energy store 2 coupled to the charging station 1 .
  • the charging electronics of the energy storage device 2 requests a certain charging capacity via the communication module at the charging station 1 and the charging station 1 determines whether the requested charging capacity can be provided. A current state of the subscriber network 4 and/or the power supply network 7 is taken into account in particular. If the requested charging power cannot be provided, the charging station 1 can use the communication module make a "counterproposal" which can be accepted by the charging electronics of the energy store 2 ⁇ or the charging electronics again makes its own request. In this way, the charging station 1 and the charging electronics of the energy store 2 communicate until the charging plan has been negotiated. Negotiating the charging plan can be part of the pairing process when an energy storage device 2 is newly connected to the charging station 1 .
  • Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of a charging station 1 for charging and discharging an energy store 110 of an electric vehicle 100.
  • the second embodiment of FIG. 2 includes all the features of the first embodiment of FIG.
  • the charging station 1 of FIG. 2 has three connection terminals 101, 102, 103 for the three phases LI, L2, L3 of the multiphase network 4.
  • the charging station 1 also has another connection terminal (not shown) for the neutral conductor.
  • an EMC filter device 200 is connected downstream of the connection terminals 101, 102, 103. Furthermore, the charging station 1 of FIG Output potential ⁇ alabgriff 701 and a positive output potential tap 702 are connected.
  • an EMC filter device (not shown) can be connected between the negative output potential tap 701 and the positive output potential tap 702 .
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of a charging station 1.
  • the third embodiment of FIG. 3 includes all the features of the second embodiment according to FIG. 2, with FIG. 3 illustrating details of the charging station 1.
  • the intermediate circuit 500 connected downstream of the AC/DC converter 400 has two intermediate circuit capacitors 501, 502, which are connected between a positive output conductor 401 and a negative output conductor 402 of the AC/DC converter 400.
  • the DC/DO converter 600 connected downstream of the intermediate circuit 500 has a first half-bridge H1 and a second half-bridge H2.
  • the first half-bridge H1 is connected to the positive output conductor 401 of the AC/DC converter 400 and includes a series connection of two semiconductor switching elements 601, 602.
  • the first half-bridge H1 is also connected to the negative output potential tap 701.
  • the second half-bridge H2 is connected to the negative output conductor 402 of the AC/DC converter 400 and includes a series connection of two semiconductor switching elements 603, 604.
  • the respective semiconductor switching element 601, 602, 603, 604 is in the form of a MOSFET, for example.
  • the second half-bridge H2 is connected to the positive output potential tap 701.
  • the center tap Ml of the first half-bridge H1 and the center tap M2 of the second half-bridge H2 are connected via a choke 605.
  • the inductance of the choke 605 is preferably between 10 mH and 100 mH.
  • the value of the inductance of the inductor 605 is selected from the range between 10 mH and 100 mH, in particular depending on the power of the charging station 1 and the selected switching frequency.
  • the choke 605 of the DC/DO converter 600 can be operated in particular as a flying inductor.
  • the charging station 1 of FIG. switching semiconductor switching elements 601, 603 and 602, 604 of the two half-bridges H1, H2 simultaneously, in particular with an identical turn-on delay.
  • the two mains-side semiconductor switching elements 601, 603 of the two half-bridges H1, H2 can be switched simultaneously, and the two load-side semiconductor switching elements 602, 604 of the two half-bridges H1, H2 can also be switched simultaneously.
  • the semiconductor switching elements 601 and 603 are therefore corresponding semiconductor switching elements, just as the semiconductor switching elements 602 and 604 are corresponding semiconductor switching elements.
  • the intermediate output circuit 700 Downstream of the DC/DC converter 600 is an intermediate circuit 700 which has a number of capacitors.
  • the intermediate output circuit 700 has—without restricting generality—a capacitor 703, which is connected between the negative output potential tap 701 and the positive output potential tap 702 of the charging station 1 and can be arranged in parallel with the energy store 2 of the electric vehicle 3.
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of a fourth specific embodiment of a charging station 1 for charging and/or discharging an energy store 2 of an electric vehicle 3 .
  • the fourth embodiment of FIG. 4 includes all the features of the third embodiment of FIG.
  • the charging station 1 of FIG. 4 has an interference suppression circuit 550 arranged between the intermediate circuit 500 and the DC/DC converter 600.
  • the interference suppression circuit 550 comprises two interference suppression capacitors 551, 552 connected in parallel to the intermediate circuit capacitors 501, 502 Node 553 connecting capacitors 551, 552 is connected to earth potential (ground).
  • the charging station 1 of FIG. 4 has a load-side interference suppression circuit 650 arranged between the DC/DC converter 600 and the output intermediate circuit 700. capacitors 651, 652.
  • the node 653 connecting the two interference suppression capacitors 651, 652 is connected to ground potential (ground).
  • FIG. 5 shows a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of a charging station 1 for charging and/or discharging an energy store 2 of an electric vehicle 3.
  • the fifth embodiment of FIG. 5 includes all the features of the fourth embodiment of FIG.
  • the charging station 1 of FIG. 5 also has a first diode 801 and a second diode 802.
  • the anode of the first diode 801 is connected to the negative output potential tap 701, and the cathode of the first diode 801 is connected to the intermediate circuit center point 503.
  • the anode of the second diode 802 is connected to the intermediate circuit center point 503, and the cathode of the second diode 802 is connected to the positive output potential tap 702 .
  • an oscillating capacitor 606 is connected to the center tap M1 of the first half-bridge H1 and is connected in parallel to the semiconductor switching element 601. Furthermore, a resonant capacitor 607 is connected to the center tap M1 of the first half bridge H1, which capacitor is connected in parallel to the semiconductor switching element 602.
  • a resonant capacitor 608 is connected to the center tap M2 of the second half-bridge H2 and is connected in parallel to the semiconductor switching element 603 .
  • a resonant capacitor 609 is connected to the center tap M2 of the second half-bridge H2 and is connected in parallel to the semiconductor switching element 604 .
  • the reversing capacitors 606, 607, 608, 609 bring about soft switching and thus a reduction in the switching losses.
  • the resonant capacitors can also be referred to as ZVS capacitors or snubber capacitors (ZVS; zero-voltage switching).
  • 6 shows a schematic circuit diagram of a sixth embodiment of a charging station 1 for charging and/or discharging an energy store 2 of an electric vehicle 3 .
  • the sixth embodiment of FIG. 6 includes all features of the fifth embodiment of FIG.
  • the charging station 1 has an overvoltage protection element 803 which is coupled between the intermediate circuit center point 503 and a node 804 to which the cathode of the first diode 801 is connected and to which the anode of the second diode 802 is connected.
  • the overvoltage protection element 803 is, for example, a varistor or a bidirectional suppressor diode, such as a bidirectional transildiode.
  • the functionality of the diodes 801, 802 and the overvoltage protection element 803 is the protection of the semiconductor switching elements 601, 602, 603, 604 against overvoltage from the upstream network 4.
  • the diodes 801, 802 and the overvoltage protection element 803 achieve this in particular by the Po potential of the output potential tap 702 cannot become more negative than the potential of the intermediate circuit center point 503 and the potential at the output potential tap 701 cannot become more positive than the potential of the intermediate circuit center point 503.
  • a series connection made up of a first overvoltage protection element and the first diode 801 can be arranged between the intermediate circuit center point 503 and the negative output potential tap 701, and a series connection made up of a second overvoltage protection element and the second Diode 802 may be arranged.
  • the control unit 610 is preferably set up to control the semiconductor switching elements 601, 602, 603, 604 in such a way that the line-side semiconductor switching element 601 of the first half-bridge H1 and the load-side semiconductor switching element 604 of the second half-bridge H2 have overlapping switch-on times and /or that the line-side semiconductor switching element 603 of the second half-bridge H2 and the load-side semiconductor switching element 602 of the first half-bridge Hl have overlapping switch-on times.
  • the ratio of the switch-on times of the line-side semiconductor switching elements 601, 603 to the switch-on times of the load-side semiconductor switching elements 602, 604 is in particular adjustable or constant, ie has a predetermined quotient.
  • control unit 610 is preferably set up to turn off one of the line-side semiconductor switching elements 601, 603 of the two half-bridges Hl, H2 earlier than the other line-side semiconductor switching element 603, 601 of the two half-bridges Hl, H2, so that a coupling of a line-side primary circuit K1 ( see Fig. 7) and a load-side secondary circuit K2 (see Fig. 7) is provided via the choke 605.
  • a coupling for the circuit K3 of a balancing current is shown in FIG. Details on this are explained below.
  • the semiconductor switching elements 601, 602, 603, 604 can be in the form of MOSFETs.
  • the control unit 610 can preferably be set up to control the gates of the MOSFETs 601, 602, 603, 604 of the half-bridges Hl, H2 with such phase-shifted control signals G1, G2, G3, G4, so that a coupling of the mains-side primary circuit Kl (See he Fig. 7) and the load-side secondary circuit K2 (see Fig. 7) is provided via the choke 605.
  • FIG. 9a shows the current in the inductor 605 and FIG. 9b shows the output voltage as Ul, positive to ground as U2, negative to ground as U3 and the mean output voltage as U4.
  • Fig. 9c shows the reverse voltages of MOSFETs 601, 602, 603 and 604, where VI is the reverse voltage across MOSFET 601, V2 is the reverse voltage across MOSFET 602, V3 is the reverse voltage across MOSFET 603 and V4 is the reverse voltage across MOSFET 604 is.
  • FIG. 9a shows the current in the inductor 605
  • FIG. 9b shows the output voltage as Ul, positive to ground as U2, negative to ground as U3 and the mean output voltage as U4.
  • Fig. 9c shows the reverse voltages of MOSFETs 601, 602, 603 and 604, where VI is the reverse voltage across MOSFET 601, V2 is the reverse voltage across MOSFET 602, V3 is the reverse voltage across MOSFET 603 and V4 is the reverse voltage across MOSFET 604 is.
  • 9d shows the gate signals of the MOSFETs 601, 602, 603 and 604.
  • the gate signal G1 is assigned to the MOSFET 601
  • the gate signal G2 is assigned to the MOSFET 602, which is the gate signal G3 assigned to the MOSFET 603
  • the gate signal 604 is assigned to the MOSFET 604 assigned.
  • the mean value of the inductor current through the choke 605 is 60 A. This is the sum of the mean input current of the primary circuit Kl (see Fig. 7) and the mean output current of the secondary circuit K2 (see Fig .7).
  • times A are provided in the gate signals G1, G2, G3, G4 of the MOSFETs 601, 602, 603, 604 for the charge reversal of the resonant capacitors 606, 607, 608 and 609.
  • the charge reversal can be seen at edge B of the MOSFET blocking voltages according to FIG. 9c.
  • MOSFET 603 is switched off earlier than MOSFET 601. This results in the above-mentioned coupling (see Circuit K3 in Fig. 8) of the circuits.
  • the symmetry of the output voltage to ground shifts with each switching process (cf. FIG. 9b at time point C). A symmetry control can thus take place.
  • control unit 610 can have two current regulators which are, in particular, independent of one another.
  • control unit 610 includes a charging current controller 611 and a balancing current controller 612.
  • control unit 610 includes a differential voltage controller 613.
  • the charging current controller 611 is set up in particular to set the ratio of the switch-on times of the network-side MOSFETs 601, 603 to the switch-on times of the load-side MOSFETs 602, 604.
  • the balancing current regulator 612 provides a balancing current (see circuit K3 in Fig. 8 and SY in Fig.
  • the differential voltage controller 613 is set up in particular to set a target value SWS (see FIG. 10) for a setting signal SY as a function of at least one measured voltage U2, U3 (see FIG. 10) in the load-side secondary Provide circuit K2.
  • the differential voltage controller 613 is slower than the balancing current controller 612.
  • the rapid charging current regulator 611 influences the ratio of the switch-on times (switch-on durations) of the network-side MOSFETs 601, 603 to the switch-on times of the load-side MOSFETs 602, 604. If the ratio is less than 1, the input voltage is reduced, if the ratio is greater than 1, it is increased, if the ratio is 1, the input voltage is merely inverted.
  • the differential current controller influences the switch-off time of individual MOSFETs 601, 602, 603, 604 or the phase shift.
  • the balancing current regulator 612 can set a balancing current according to FIGS. 8 and 10.
  • the differential voltage controller 613 provides the target value SWS for the setting signal SY. For example, this can ensure that an earth leakage current caused by unequal soiling of the output potential taps 701 and 702 to earth is compensated for by the balancing current controller 612 and the output voltage thus remains earth-symmetrical.
  • it is preferably suitable for compensating for the tendency towards asymmetry caused by timing tolerances in the gate signals G1, G2, G3, G4. Details on this are explained with reference to FIG. 10 .
  • FIG. 10 shows the schematic circuit diagram of FIG. 6 with drawn-in symmetry control, with some of the reference symbols drawn in FIG. 6 being omitted in FIG. 10 for reasons of clarity.
  • the control unit 610 shown in FIG. 10 can also be referred to as a control unit or control device and is set up for balancing control.
  • the control unit 610 of FIG. 10 includes a charging current controller 611, a balancing current controller 612 and a differential voltage controller 613.
  • the charging station 1 of FIG. 10 includes a first current measuring device 614, a second current measuring device 615, a first voltage measuring device 616, a second voltage measuring device 617, a first subtraction unit 618, a summing unit 619, a second subtraction unit 620, a halving unit 621 and a PWM generator 622 (PWM; pulse width modulation).
  • PWM pulse width modulation
  • the first current measuring device 614 is set up to measure the current I3 flowing from the first half-bridge H1 to the negative output potential tap 701.
  • the second current measuring device 615 is set up to measure the current I2 flowing from the second half-bridge H2 to the positive output potential tap 702 .
  • the first subtraction unit 618 is suitable for providing a first difference signal DS1 from a difference between the stream I2 and the stream I3 on the output side.
  • the summing unit 619 sums the streams I2 and I3 and, depending on this, provides a sum signal SSI on the output side.
  • the first voltage measuring device 616 is set up to measure a voltage drop between the negative output potential tap 701 and ground and to provide a first voltage value U3 (negative to ground) on the output side as a function of this measurement.
  • the second voltage measuring device 617 is set up to measure a voltage drop between the positive output potential tap 702 and ground and to provide a second voltage signal U2 (plus to ground) on the output side depending on the measurement.
  • the second subtraction unit 620 forms a second difference signal DS2 from the difference between U2 and U3 and makes this available on the output side.
  • the differential voltage regulator 613 receives on the input side the second differential signal DS2 from the second subtraction unit 620 and a differential voltage setpoint DSS and, depending on this, provides the balancing current setpoint SWS on the output side and feeds this to the balancing current Controller 612 closed.
  • the balancing current controller 612 receives the balancing current setpoint SWS on the input side and the first difference signal DSl from the first subtraction unit 618. Depending on these received signals DSl, SWS, the balancing current controller 612 provides the setting signal SY on the output side and feeds it to the PWM generator 622 .
  • the charging current controller 611 receives the halved sum signal SS2 and a nominal charging current value LSS and, depending on this, provides a setting signal for setting the switch-on times of the MOSFETs 601, 602, 603, 604 on the output side.
  • the PWM generator generates the gate signals G1, G2, G3, G4 for the MOSFETs 601, 602, 603, 604 depending on the received adjustment signal ES and the received adjustment signal SY.
  • the differential voltage controller 613 is so slow that it initially cannot change the balancing current in the event of a fault current suddenly occurring.
  • the charge reversal of the capacitors 651 and 652 is preferably not disturbed.
  • the system behaves like a system that is galvanically isolated from the network 4.
  • the DC/DC converter 600 is preferably switched off. If desired, the system could continue to operate with a ground fault if required without driving a current into the ground fault.
  • step S1 the charging station 1 is coupled to the multi-phase network 4 and to the energy store 2 of the electric vehicle 3.
  • step S2 the inductor 605 of the DC/DO converter 600 connecting the center tap M1 of the first half-bridge H1 and the center tap M2 of the second half-bridge H2 is operated as a flying inductance.
  • control unit 611 charging current controller 612 balancing current controller
  • Gl gate signal for semiconductor switching element 601 G2 gate signal for semiconductor switching element 602

Landscapes

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

Abstract

Es wird eine Ladestation (1) zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation (1) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4) vorgeschlagen, mit: einem mit einer Anzahl von Phasen (L1, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (4) koppelbaren AC/DC-Wandler (400), einem dem AC/DC-Wandler (400) nachgeschalteten Zwischenkreis (500), welcher eine Anzahl von zwischen einem positiven Ausgangsleiter (401) und einem negativen Ausgangsleiter (402) des AC/DC-Wandlers (400) geschaltete Zwischenkreiskondensatoren (501, 502) aufweist, und einem dem Zwischenkreis (500) nachgeschalteten DC/DC-Wandler (600), welcher eine mit dem positiven Ausgangsleiter (401) verbundene erste Halbbrücke (H1) und eine mit dem negativem Ausgangsleiter (402) verbundene zweite Halbbrücke (H2) aufweist, wobei der Mittelabgriff (M1) der ersten Halbbrücke (H1) und der Mittelabgriff (M2) der zweiten Halbbrücke (H2) über eine Drossel (605) verbunden sind.

Description

LADESTATION UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER
LADESTATION
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes. Ferner betrifft die Erfin dung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladestation.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers ei nes Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit we nigstens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer An schlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotech nischen Komponenten umschließenden Gehäuse.
Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleich spannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromlade - verfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, wel chen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC Wandler in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechsel- stromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energie speichers den Ladevorgang.
Folglich kommen bei einer zum DOLaden geeigneten Ladestation sowohl ein AC/DC-Wandler als auch ein DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler) zum Einsatz. Hierzu zeigt das Dokument EP 2 515 424 Bl einen Gleichspannungs- wandler zum Hoch- und/oder Tiefsetzen von Spannungen, mit wenigstens einem ersten Anschluss und wenigstens einem zweiten Anschluss sowie wenigstens ei nem dritten Anschluss, wobei ein Energiefluss zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen einerseits und dem dritten Anschluss andererseits möglich ist, einer getaktet betreibbaren ersten Halbbrücke, welche parallel zu dem ersten An schluss geschaltet ist und eine Reihenschaltung von wenigstens einer ersten Sch alt Vorrichtung und einer zweiten Schaltvorrichtung aufweist, und einer ge taktet betreibbaren zweiten Halbbrücke, welche parallel zu dem zweiten An schluss geschaltet ist und eine Reihenschaltung von wenigstens einer dritten Sch alt Vorrichtung und wenigstens einer vierten Schaltvorrichtung aufweist, wo bei die Mittelpunkte der beiden getaktet betreibbaren Halbbrücken über wenigs tens eine Drossel miteinander verbunden sind, wobei diese wenigstens eine Dros sel als fliegende Induktivität betrieben wird.
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664244 Al,
EP 3 729 593 Al, DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 Bl,
DE 10 2016 212 135 Al, DE 10 2017 100 138 Al, WO 2020/167132 Al und DE 10 2009 060 364 Al bekannt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu schaffen. Die gestellte Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des An spruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Ladestation, insbesondere eine transfor matorlose Ladestation, zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladesta tion koppelbaren mehrphasigen Netzes vor geschlagen. Die Ladestation umfasst^ einen mit einer Anzahl von Phasen des mehrphasigen Netzes koppelbaren AC/DC-Wandler, einen dem AC/DC-Wandler nachgeschalteten Zwischenkreis, welcher eine Anzahl von zwischen einem positiven Ausgangsleiter und einem negativen Aus gangsleiter des AC/DC-Wandlers geschaltete Zwischenkreiskondensatoren auf weist, und einen dem Zwischenkreis nachgeschalteten DC/DOWandler, welcher eine mit dem positiven Ausgangsleiter verbundene erste Halbbrücke und eine mit dem negativem Ausgangsleiter verbundene zweite Halbbrücke aufweist, wobei der Mittelabgriff der ersten Halbbrücke und der Mittelabgriff der zweiten Halb brücke über eine Drossel verbunden sind.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdich tes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem eine Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und eine mit zumindest einer der Kompo nenten verbundene Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers für den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges angeordnet sind.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum AufLaden bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges ge eignet, 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 elektri- sehe Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschluss buchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der La destation umfassen Schütz, Allstromsensitiver-Schutzschalter, Gleich-, Über und Fehlerstrom -Überwachungsvorrichtung, Relais, Anschlussklemme, elektro nische Schaltkreise und eine Steuervorrichtung, beispielsweise umfassend eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der La destation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind.
Der AC/DC-Wandler kann auch als Umrichter bezeichnet werden. Der AC/DC- Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleich spannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspan nung eingerichtet. Die Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensato ren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).
Es sei angemerkt, dass das "Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers" sowohl ein Zuführen von elektrischer Energie als auch ein Entnehmen von elektrischer Energie umfasst. Das heißt, dass der Energiespeicher als Verbrau cher oder als Erzeuger in dem Teilnehmernetz wirken kann.
Insbesondere ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche einzelne oder alle Ele mente und Einheiten der Ladestation steuern kann. Ferner ist die Drossel des DC/DC-Wandlers vorzugsweise als fliegende Induktivität betreibbar. Hierbei kann der DC/DO Wandler mit der fliegenden Induktivität vortedhafterweise funktional wie eine Quasi-Potentialtrennung wirken. Beispielsweise weist der DC/DO Wandler eine Anzahl von Halbleiterschaltelementen auf, welche bei spielsweise als MOSFET ausgebildet sind. Insbesondere arbeitet der DC/DC- Wandler als Spannungsinverter, wobei der DC/DC-Wandler vorzugsweise derart angesteuert wird, dass die Dioden der MOSFETs im ungestörten Betrieb niemals in unerwünschter Weise leitend werden. Die Induktivität fliegt im Betrieb vor zugsweise zwischen dem Eingangspotential und dem Ausgangspotential bin und her. Hierdurch ergibt sich funktional die Quasi-Potentialtrennung. Bei einem Erdschluss an dem Energiespeicher (Akkumulator, Akku) kann sich das Potenti al des Energiespeichers relativ zum Potential des Zwischenkreises der Ladestati on ungestört frei verlagern. Dabei wird die Regelung des Drosselstroms der Dros sel im Erdschlussfall vorzugsweise nicht tangiert. Auch der Tastgrad des DC/DC- Wandlers muss nicht geändert werden.
Der vorgeschlagene DC/DC-Wandler verhält sich vorzugsweise funktional wie ein DC/DC-Wandler mit Transformator. Das Ausgangspotential gegen Erde kann im Betrieb innerhalb gewisser Grenzen frei verlagert werden, ohne dass die Funkti on des DC/DC-Wandlers davon tangiert wird.
Bei entsprechender Dimensionierung der Halbleiterschaltelemente des DC/DC- Wandlers ist es möglich, dass eine Person einen Pol des Ausgangs der Ladestati on berührt, ohne dass ein wesenthcher Gleichstrom durch den Körper der Person fließen würde.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Drossel des DC/DC-Wandlers als fliegende Induktivität betreibbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation eine transformator lose Ladestation. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der DC/DO Wandler als ein bidirek tionaler DC/DOWandler zum Hochsetzen und/oder Tiefsetzen von Spannungen ausgebildet. Der DC/DOWandler kann auch als Gleichspannungswandler be zeichnet werden. Der DC/DC-Wandler ist insbesondere symmetrisch aufgebaut und kann in beide Richtungen tief- und hochsetzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die jeweilige Halbbrücke eine Reihenschaltung von zwei Halbleiterschaltelementen. Der Mittelabgriff der Halbbrücke ist zwischen den beiden in Reihe geschalteten Halbleiterschaltele- menten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das jeweilige Halbleiterschaltele- ment als ein MOSFET, bevorzugt als ein SiC-MOSFET, oder als ein IGBT oder als eine SiC-Kaskode ausgebildet.
Insbesondere wirkt die vorliegende Topologie als bidirektionale Spannungsüber setzung-Vorrichtung (DC Transformator), wobei die Spannungsübersetzung, wel che von der Steuereinheit einstellbar ist, vom Verhältnis zwischen Einschaltdau er und Ausschaltdauer der Halbleiterschaltelemente abhängt. Bei einem Tast grad von jeweils 50 % beträgt das Spannungsübersetzungsverhältnis 1.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Steuerein heit, welche dazu eingerichtet ist, die Halbleiterschaltelemente derart anzusteu ern, dass jeweils zwei korrespondierende Halbleiterschaltelemente der beiden Halbbrücken gleichzeitig schalten, insbesondere mit einer identischen Einschalt verzögerung schalten.
Dabei sind insbesondere die zwei netzseitigen Halbleiterschaltelemente der bei den Halbbrücken gleichzeitig schaltbar, wie auch die beiden lastseitigen Halb leiterschaltelemente der beiden Halbbrücken gleichzeitig schaltbar sind. Insbesondere schaltet die Steuereinheit zu keinem Zeitpunkt die Halbleiter schaltelemente einer Halbbrücke gleichzeitig ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Entstörschaltung zwischen dem Zwischenkreis und dem DC/DOWandler angeordnet, welche zwei zu den Zwi schenkreiskondensatoren parallel geschaltete Entstörkondensatoren aufweist. Dabei ist der die beiden Entstörkondensatoren verbindende Knoten mit Erdpo tential verbunden. Das Erdpotential kann im Folgenden auch als Masse oder Er de bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem DC/DC-Wandler nachgeschalteten Ausgangszwischenkreis mit einer Anzahl von Kondensatoren, welche zwischen einem negativen Ausgangspotentialabgriff und einem positiven Ausgangspotentialabgriff der Ladestation geschaltet sind und parallel zu dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges anordenbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine lastseitige Entstörschaltung zwischen dem DC/DC-Wandler und dem Ausgangszwischenkreis angeordnet. Die lastseitige Entstörschaltung weist zwei zu der Anzahl von Kondensatoren des Ausgangszwischenkreises parallel geschaltete Entstörkondensatoren auf, wobei der die beiden Entstörkondensatoren verbindende Knoten mit Erdpotential ver bunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Halbleiterschaltelemente derart anzusteuern, dass das netzseitige Halb leiterschaltelement der ersten Halbbrücke und das lastseitige Halbleiterschalt- element der zweiten Halbbrücke überlappende Einschaltzeiten (Einschaltdau ern) haben und/oder dass das netzseitige Halbleiterschaltelement der zweiten Halbbrücke und das lastseitige Halbleiterschaltelement der ersten Halbbrücke überlappende Einschaltzeiten haben. Dabei entspricht das Verhältnis der Ein schaltzeiten der netzseitigen Halbleiterschaltelemente zu den Einschaltzeiten der lastseitigen Halbleiterschaltelemente vorzugsweise einem vorbestimmten Quotienten.
Diese Ansteuerung mit den überlappenden Einschaltzeiten bedingt eine La dungsverschiebung bei den Entstörkondensatoren derart, dass das Potential des Energiespeichers gegenüber Erdpotential einstellbar ist. Hierdurch kann eine Symmetrierung gegenüber Erdpotential (Masse) bewerkstelligt werden.
Die Steuereinheit kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch im plementiert sein. Bei einer har dware -technischen Implementierung kann die Steuereinheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Steuerrechner ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Steuereinheit als Compu terprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Pro grammcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, einen der netzseitigen Halbleiterschaltelemente der beiden Halbbrücken früher auszuschalten als das andere netzseitige Halbleiterschaltelement der beiden Halbbrücken, so dass eine Verkopplung eines netzseitigen Primär-Stromkreises und eines lastseitigen Sekundär-Stromkreises über die Drossel ermöglicht wird bzw. bereitgestellt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, einen der lastseitigen Halbleiterschaltelemente der beiden Halbbrücken früher auszuschalten als das andere lastseitige Halbleiterschaltelement der beiden Halbbrücken, so dass eine Verkopplung eines netzseitigen Primär-Stromkreises und eines lastseitigen Sekundär-Stromkreises über die Drossel ermöglicht wird bzw. bereitgestellt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Halbleiterschaltelemente MOSFETs. Dabei ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Gates der MOS- FETs der Halbbrücken mit derart phasenverschobenen Ansteuersignalen anzu steuern, dass eine Verkopplung eines netzseitigen Primär-Stromkreises und ei nes lastseitigen Sekundär-Stromkreises über die Drossel ermöglicht wird bzw. bereitgestellt ist.
Bei dieser Ausführungsform kann die Symmetrie der Ausgangsspannung gegen Erde durch eine geringfügige Phasenverschiebung der Ansteuersignale der ers ten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke gegeneinander geregelt werden. Durch die Phasenverschiebung ergibt sich periodisch eine kurzzeitige Verkopp lung des Eingangsstromkreises und des Ausgangsstromkreises. Dies auch dann, wenn keine Wirkleistung durch die Ladestation übertragen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Lade strom-Regler, einen Symmetrierstrom -Regler und einen Differenzspannungs- Regler auf. Dabei ist der Ladestrom -Regler dazu eingerichtet, das Verhältnis der Einschaltzeiten der netzseitigen Halbleiterschaltelemente zu den Einschaltzeiten der lastseitigen Halbleiterschaltelemente einzustellen. Der Symmetrierstrom - Regler ist dazu eingerichtet, ein Einstellsignal zur Symmetrierung des Potentials an dem negativen Ausgangspotentialabgriff und des Potentials an dem positiven Ausgangspotentialabgriff gegenüber Erdpotential zu stellen. Ferner ist der Diffe- renzspannungs-Regler dazu eingerichtet, einen Soll-Wert für das Einstellsignal in Abhängigkeit zumindest einer gemessenen Spannung in dem lastseitigen Se- kundär-Stromkreis bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Differenzspannungs-Regler lang samer als der Symmetrierstrom -Regler.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Anode einer ersten Diode mit dem negativen Ausgangspotentialabgriff gekoppelt und die Kathode der ersten Diode ist mit dem Zwischenkreismittelpunkt gekoppelt. Ferner ist die Anode ei ner zweiten Diode mit dem Zwischenkreismittelpunkt gekoppelt und die Kathode der zweiten Diode ist mit dem positiven Ausgangspotentialabgriff gekoppelt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Anode der ersten Diode mit dem negativen Ausgangspotentialabgriff verbunden und die Kathode der ersten Diode ist mit dem Zwischenkreismittelpunkt verbunden. Des Weiteren ist die Anode der zweiten Diode mit dem Zwischenkreismittelpunkt verbunden und die Katho de der zweiten Diode ist mit dem positiven Ausgangspotentialabgriff verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Überspannungsschutzelement zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und einem Knoten gekoppelt, an wel chem die Kathode der ersten Diode verbunden ist und an welchem die Anode der zweiten Diode verbunden ist. Das Überspannungsschutzelement ist insbesondere ein Varistor oder eine bidirektionale Suppressordiode, wie beispielsweise eine bidirektionale Transildiode.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Zwischenkreismittel punkt und dem negativen Ausgangspotentialabgriff eine Reihenschaltung aus einem ersten Überspannungsschutzelement und der ersten Diode angeordnet. Weiter ist zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem positiven Aus gangspotentialabgriff eine Reihenschaltung aus einem zweiten Überspannungs- schutzelement und der zweiten Diode angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine EMV-Filtereinrichtung und eine der EMV-Filtereinrichtung nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung zwischen drei netzseitigen Anschlussklemmen für die drei Phasen des mehrphasigen Net zes und dem AC/DC-Wandler gekoppelt. Die LCL-Filtereinrichtung umfasst vor zugsweise zumindest drei Drosseln und drei Kondensatoren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der AC/DC-Wandler als ein 3-Punkt- AC/DC-Wandler ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an dem Mittelabgriff der ersten Halbbrücke ein Umschwingkondensator angeschlossen, der parallel zu dem netz- seitigen Halbleiterschaltelement der ersten Halbbrücke geschaltet ist, wobei an dem Mittelabgriff der ersten Halbbrücke ein weiterer Umschwingkondensator angeschlossen, der parallel zu dem lastseitigen Halbleiterschaltelement der ers¬ ten Halbbrücke geschaltet ist. Ferner ist an dem Mittelabgriff der zweiten Halb¬ brücke ein Umschwingkondensator angeschlossen, der parallel zu dem netzseiti¬ gen Halbleiterschaltelement der zweiten Halbbrücke geschaltet ist, wobei an dem Mittelabgriff der zweiten Halbbrücke ein Umschwingkondensator angeschlossen, welcher parallel zu dem lastseitigen Halbleiterschaltelement der zweiten Halb¬ brücke geschaltet ist. Die Umschwingkondensatoren bewirken ein weiches Schal¬ ten und damit eine Verminderung der Schaltverluste. Die Umschwingkondensa¬ toren können auch als ZVS-Kondensatoren der Snubberkondensatoren bezeich¬ net werden (ZVS; Zero-Voltage-Switching).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine An¬ schlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels. Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mit der Anschlussbuchse und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet.
Die Anschlussbuchse kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal- oder Datenübertra¬ gungs-Leiter zu verbinden. Die Anschlussbuchse kann derart ausgestaltet sein, dass diese mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbesondere kann die Anschlussbuchse abwärtskompatibel sein, das heißt, dass sie beispiels¬ weise mit einem Ladekabel zum einphasigen, zweiphasigen oder auch dreiphasi¬ gen Laden koppelbar ist. In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommuni¬ kationsmodul. Das Kommunikationsmodul ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers auszuhandeln. Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Bei spielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladel eistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladesta tion, beispielsweise eine Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die an gefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktuel ler Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes be rücksichtigt. 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 ausge handelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Leistungs schaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz. Die Leistungsschaltvorrichtung kann als ein elektro-mechanisches Element, wie beispielsweise ein Schütz oder ein Vierpha- sen-Relais, ausgebildet sein. Die Leistungsschaltvorrichtung kann individuell für eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder für einen je weiligen Ausgangsleiter der Schaltmatrix ausgebildet und ansteuerbar sein, so dass sich beispielsweise einzelne Zuordnungen mittels der Leistungsschaltvor richtung unterbrechen lassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an dem Mittelabgriff der ersten Halbbrücke ein Umschwingkondensator angeschlossen, der parallel zu dem ein gangsseitigen Halbleiterschaltelement der ersten Halbbrücke geschaltet ist, wo bei an dem Mittelabgriff der ersten Halbbrücke ein weiterer Umschwingkonden sator angeschlossen, der parallel zu dem lastseitigen Halbleiterschaltelement der ersten Halbbrücke geschaltet ist. Ferner ist an dem Mittelabgriff der zweiten Halbbrücke ein Umschwingkondensator angeschlossen, der parallel zu dem ein- gangsseitigen Halbleiterschaltelement der zweiten Halbbrücke geschaltet ist, wobei an dem Mittelabgriff der zweiten Halbbrücke ein Umschwingkondensator angeschlossen, welcher parallel zu dem lastseitigen Halbleiterschaltelement der zweiten Halbbrücke geschaltet ist. Die Umschwingkondensatoren bewirken ein weiches Schalten und damit eine Verminderung der Schaltverluste. Die Um¬ schwingkondensatoren können auch als ZVS -Kondensatoren oder Snubberkon- densatoren bezeichnet werden (ZVS; Zero-Voltage-Switching). Insoweit kann vor¬ teilhaft parallel zu jedem Halbleiterschaltelement einen Umschwingkondensator zur Realisierung eines verlustreduzierenden weichen Umschaltverhaltens, d.h. einem ZVS-Umschaltverhaltens, zu schalten.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestati¬ on zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeu¬ ges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, wobei die Ladestation einen mit einer An¬ zahl von Phasen des mehrphasigen Netzes koppelbaren AC/DC-Wandler, einen dem AC/DC-Wandler nachgeschalteten Zwischenkreis, welcher eine Anzahl von zwischen einem positiven Ausgangsleiter und einem negativen Ausgangsleiter des AC/DC-Wandlers geschalteten Zwischenkreiskondensatoren aufweist, und einen dem Zwischenkreis nachgeschalteten DC/DOWandler umfasst, welcher eine mit dem positiven Ausgangsleiter verbundene erste Halbbrücke und eine mit dem negativem Ausgangsleiter verbundene zweite Halbbrücke aufweist. Das Verfahren umfasst :
Anzusteuern der steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters der¬ art, dass sich auf den Phasen Ströme mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwer¬ ten, ergeben.
Dieses Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, die zu der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Die für die vorgeschlagene Ladestation be¬ schriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren ent- sprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladesta tion auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht expli zit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausfüh rungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungs beispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzug ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungs form einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug;
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges;
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges; Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer sechsten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges!
Fig. 7 zeigt das schematisches Schaltbild der Fig. 6 mit eingezeichnetem netzseitigen Primär-Stromkreis und eingezeichnetem lastseitigen S ekun där - Stromkreis !
Fig. 8 zeigt das schematisches Schaltbild der Fig. 6 mit eingezeichnetem Stromkreis des Symmetrierstroms!
Fig. 9 zeigt Diagramme zur Illustrierung des Drosselstroms und verschie dener Signale des DC/DC-Wandlers!
Fig. 10 zeigt das schematisches Schaltbild der Fig. 6 mit eingezeichneter Symmetrierregelung! und
Fig. 11 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Be treiben einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Be zugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem elektrischen Energiespeicher 2 eines Elektrofahrzeuges 3.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 6 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 ange schlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 2 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Anschlussbuchse (nicht gezeigt) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der La destation 1 gekoppelt.
Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Kom ponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 2) und ist zum Laden und/oder Entladen des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehr phasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.
Außerdem umfasst die Ladestation 1 vorzugsweise ein Kommunikationsmodul (nicht gezeigt). Das Kommunikationsmodul ist dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Energiespeichers 2 auszuhandeln.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Bei spielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers 2 eine bestimmte La deleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation 1 an und die La destation 1 ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes 4 und/oder des Energieversorgungsnetzes 7 berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation 1 über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" machen, welcher von der Ladeelektronik des Energie¬ speichers 2 angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation 1 und die Ladeelektronik des Energiespeichers 2, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher 2 neu mit der Ladestation 1 verbunden wird.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elekt¬ rofahrzeuges 100. Die zweite Ausführungsform der Fig. 2 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform nach Fig. 1.
Die Ladestation 1 der Fig. 2 hat drei Anschlussklemme 101, 102, 103 für die drei Phasen LI, L2, L3 des mehrphasigen Netzes 4. Insbesondere hat die Ladestation 1 auch eine weitere Anschlussklemme (nicht gezeigt) für den Neutralleiter.
Gemäß der Fig. 2 ist eine EMV-Filtervorrichtung 200 den Anschlussklemmen 101, 102, 103 nachgeschaltet. Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine der EMV-Filtervorrichtung 200 nachgeschaltete LCL -Filtervorrichtung 300, einen AC/DC-Wandler 400, einen Zwischenkreis 500, einen DC/DC-Wandler 600 sowie einen Ausgangszwischenkreis 700, an dem ein negativer Ausgangspotenzi¬ alabgriff 701 und ein positiver Ausgangspotenzialabgriff 702 angeschlossen sind.
Insbesondere kann eine EMV-Filtereinrichtung (nicht gezeigt) zwischen dem ne¬ gativen Ausgangspotenzialabgriff 701 und dem positiven Ausgangspotenzial¬ abgriff 702 angeschlossen sein.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1. Die dritte Ausführungsform der Fig. 3 umfasst alle Merkmale der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2, wobei die Fig. 3 Details der Ladestation 1 illustriert. Gemäß der Fig. 3 hat der dem AC/DC-Wandler 400 nachgeschaltete Zwischen kreis 500 zwei Zwischenkreiskondensatoren 501, 502, welche zwischen einem positiven Ausgangsleiter 401 und einem negativen Ausgangsleiter 402 des AC/DC-Wandlers 400 geschaltet sind.
Der dem Zwischenkreis 500 nachgeschaltete DC/DOWandler 600 weist eine ers te Halbbrücke Hl und eine zweite Halbbrücke H2 auf. Die erste Halbbrücke Hl ist mit dem positiven Ausgangsleiter 401 des AC/DC-Wandlers 400 verbunden und umfasst eine Reihenschaltung von zwei Halbleiterschaltelementen 601, 602. Ferner ist die erste Halbbrücke Hl mit dem negativen Ausgangspotentialabgriff 701 verbunden.
Die zweite Halbbrücke H2 ist mit dem negativen Ausgangsleiter 402 des AC/DC- Wandlers 400 verbunden und umfasst eine Reihenschaltung von zwei Halbleiter- schaltelementen 603, 604. Das jeweilige Halbleiterschaltelement 601, 602, 603, 604 ist beispielsweise als MOSFET ausgebildet. Außerdem ist die zweite Halb brücke H2 mit dem positiven Ausgangspotentialabgriff 701 verbunden.
Der Mittelabgriff Ml der ersten Halbbrücke Hl und der Mittelabgriff M2 der zweiten Halbbrücke H2 sind über eine Drossel 605 verbunden.
Die Induktivität der Drossel 605 liegt vorzugsweise zwischen 10 mH und 100 mH. Dabei wird der Wert der Induktivität der Drossel 605 insbesondere je nach Leis tung der Ladestation 1 und gewählter Schaltfrequenz aus dem Bereich zwischen 10 mH und 100 mH gewählt.
Die Drossel 605 des DC/DOWandlers 600 ist insbesondere als fliegende Indukti vität betreibbar.
Ferner hat die Ladestation 1 der Fig. 3 eine Steuereinheit 610. Die Steuereinheit 610 ist dazu eingerichtet, die Halbleiterschaltelemente 601, 602, 603, 604 zu steuern und insbesondere derart anzusteuern, dass jeweils zwei korrespondie- rende Halbleiterschaltelemente 601, 603 und 602, 604 der beiden Halbbrücken Hl, H2 gleichzeitig schalten, insbesondere mit einer identischen Einschaltverzö- gerung schalten.
Dabei sind insbesondere die zwei netzseitigen Halbleiterschaltelemente 601, 603 der beiden Halbbrücken Hl, H2 gleichzeitig schaltbar, wie auch die beiden last seitigen Halbleiterschaltelemente 602, 604 der beiden Halbbrücken Hl, H2 gleichzeitig schaltbar sind. Damit sind die Halbleiterschaltelemente 601 und 603 korrespondierende Halbleiterschaltelemente, wie auch die Halbleiterschaltele- mente 602 und 604 korrespondierende Halbleiterschaltelemente sind.
Dem DC/DC-Wandler 600 nachgeschaltet ist ein Aus gangsz wischenkreis 700, welcher eine Anzahl von Kondensatoren aufweist. In dem Beispiel der Fig. hat der Ausgangszwischenkreis 700 - ohne Einschränkung der Allgemeinheit - einen Kondensator 703, welcher zwischen dem negativen Ausgangspotentialabgriff 701 und dem positiven Ausgangspotenzialabgriff 702 der Ladestation 1 geschaltet ist und parallel zu dem Energiespeicher 2 des Elektrofahrzeuges 3 anordenbar ist.
In Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 dargestellt. Die vierte Ausführungsform der Fig. 4 umfasst alle Merkmale der dritten Ausführungsform nach Fig. 3.
Darüber hinaus hat die Ladestation 1 der Fig. 4 eine zwischen dem Zwischen kreis 500 und dem DC/DC-Wandler 600 angeordnete Entstörschaltung 550. Die Entstörschaltung 550 umfasst zwei zu den Zwischenkreiskondensatoren 501, 502 parallel geschaltete Entstörkondensatoren 551, 552. Der die beiden Entstörkon densatoren 551, 552 verbindende Knoten 553 ist mit Erdpotential (Masse) ver bunden. Des Weiteren hat die Ladestation 1 der Fig. 4 eine zwischen dem DC/DC-Wandler 600 und dem Ausgangszwischenkreis 700 angeordnete lastseiti ge Entstörschaltung 650. Die lastseitige Entstörschaltung 650 hat zwei zu dem Kondensator 703 des Ausgangszwischenkreises 700 parallel geschaltete Entstör- kondensatoren 651, 652. Der die beiden Entstörkondensatoren 651, 652 verbin¬ dende Knoten 653 ist mit Erdpotential (Masse) verbunden.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die fünfte Ausführungsform der Fig. 5 umfasst alle Merk¬ male der vierten Ausführungsform nach Fig. 4.
Die Ladestation 1 der Fig. 5 hat ferner eine erste Diode 801 sowie eine zweite Diode 802. Dabei ist die Anode der ersten Diode 801 mit dem negativen Aus¬ gangspotentialabgriff 701 verbunden, und die Kathode der ersten Diode 801 ist mit dem Zwischenkreismittelpunkt 503 verbunden. Die Anode der zweiten Diode 802 ist mit dem Zwischenkreismittelpunkt 503 verbunden, und die Kathode der zweiten Diode 802 ist mit dem positiven Ausgangspotentialabgriff 702 verbun¬ den.
Gemäß Fig. 5 ist an dem Mittelabgriff Ml der ersten Halbbrücke Hl ein Um¬ schwingkondensator 606 angeschlossen, der parallel zu dem Halbleiterschalt- element 601 geschaltet ist. Ferner ist an dem Mittelabgriff Ml der ersten Halb¬ brücke Hl ein Umschwingkondensator 607 angeschlossen, der parallel zu dem Halbleiterschaltelement 602 geschaltet ist.
Analog ist an dem Mittelabgriff M2 der zweiten Halbbrücke H2 ein Umschwing¬ kondensator 608 angeschlossen, der parallel zu dem Halbleiterschaltelement 603 geschaltet ist. Entsprechend ist an dem Mittelabgriff M2 der zweiten Halbbrücke H2 ein Umschwingkondensator 609 angeschlossen, welcher parallel zu dem Halbleiterschaltelement 604 geschaltet ist.
Die Umschwingkondensatoren 606, 607, 608, 609 bewirken ein weiches Schalten und damit eine Verminderung der Schaltverluste. Die Umschwingkondensatoren können auch als ZVS-Kondensatoren oder Snubberkondensatoren bezeichnet werden (ZVS; Zero-Voltage-Switching). In Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild einer sechsten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 dargestellt. Die sechste Ausführungsform der Fig. 6 umfasst alle Merkmale der fünften Ausführungsform nach Fig. 5.
Des Weiteren hat die Ladestation 1 nach Fig. 6 ein Überspannungsschutzele ment 803, welches zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 503 und einem Kno ten 804 gekoppelt ist, an welchem die Kathode der ersten Diode 801 verbunden ist und an welchem die Anode der zweiten Diode 802 verbunden ist.
Das Überspannungsschutzelement 803 ist beispielsweise ein Varistor oder eine bidirektionale Suppressordiode, wie zum Beispiel eine bidirektionale Transildio- de.
Die Funktionahtät der Dioden 801, 802 und des Überspannungsschutzelementes 803 ist der Schutz der Halbleiterschaltelemente 601, 602, 603, 604 vor Über spannung aus dem vorgelagerten Netz 4. Dies erreichen die Dioden 801, 802 so wie das Überspannungsschutzelement 803 insbesondere dadurch, indem das Po tential des Ausgangspotentialabgriffs 702 nicht negativer werden kann als das Potential des Zwischenkreismittelpunktes 503 und das Potential an dem Aus gangspotentialabgriff 701 nicht positiver werden kann als das Potential des Zwi schenkreismittelpunktes 503.
Alternativ und nicht gezeigt kann zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 503 und dem negativen Ausgangspotenzialabgriff 701 eine Reihenschaltung aus ei nem ersten Überspannungsschutzelement und der ersten Diode 801 angeordnet sein und zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 503 und dem positiven Aus gangspotenzialabgriff 702 kann eine Reihenschaltung aus einem zweiten Über spannungsschutzelement und der zweiten Diode 802 angeordnet sein. Dabei ist die Steuereinheit 610 vorzugsweise dazu eingerichtet, die Halbleiter- schaltelemente 601, 602, 603, 604 derart anzusteuern, dass das netzseitige Halb- leiterschaltelement 601 der ersten Halbbrücke Hl und das lastseitige Halbleiter- schaltelement 604 der zweiten Halbbrücke H2 überlappende Einschaltzeiten ha ben und/oder dass das netzseitige Halbleiterschaltelement 603 der zweiten Halb brücke H2 und das lastseitige Halbleiterschaltelemente 602 der ersten Halbbrü cke Hl überlappende Einschaltzeiten haben. Dabei ist das Verhältnis der Ein schaltzeiten der netzseitigen Halbleiterschaltelemente 601, 603 zu den Ein schaltzeiten der lastseitigen Halbleiterschaltelemente 602, 604 insbesondere ein stellbar oder konstant, das heißt weist einen vorbestimmten Quotienten auf.
Außerdem ist die Steuereinheit 610 vorzugsweise dazu eingerichtet, einen der netzseitigen Halbleiterschaltelemente 601, 603 der beiden Halbbrücken Hl, H2 früher auszuschalten als das andere netzseitige Halbleiterschaltelement 603, 601 der beiden Halbbrücken Hl, H2, so dass eine Verkopplung eines netzseitigen Primär-Stromkreises Kl (siehe Fig. 7) und eines lastseitigen Sekundär- Stromkreises K2 (siehe Fig. 7) über die Drossel 605 bereitgestellt ist. Eine solche Verkopplung für den Stromkreis K3 eines Symmetrierstroms ist in Fig. 8 darge stellt. Details hierzu werden im Weiteren erläutert.
Wie die Fig. 6 zeigt, können die Halbleiterschaltelemente 601, 602, 603, 604 als MOSFETs ausgebildet sein. Dabei kann die Steuereinheit 610 vorzugsweise dazu eingerichtet sein, die Gates der MOSFETs 601, 602, 603, 604 der Halbbrücken Hl, H2 mit derart phasenverschobenen Ansteuersignalen Gl, G2, G3, G4 anzu steuern, so dass eine Verkopplung des netzseitigen Primär-Stromkreises Kl (sie he Fig. 7) und des lastseitigen Sekundär-Stromkreises K2 (siehe Fig. 7) über die Drossel 605 bereitgestellt ist.
Das Obige, insbesondere die Funktionsweise der als fliegende Induktivität be treibbaren Drossel 605 und die Ausgangspotentialregelung, wird im Folgenden anhand der Diagramme der Fig. 9 näher erläutert. Hierzu zeigt die Fig. 9a den Strom in der Drossel 605 und die Fig. 9b zeigt die Ausgangsspannung bezeichnet als Ul, Plus gegen Erde bezeichnet als U2, Minus gegen Erde bezeichnet als U3 und die mittlere Ausgangsspannung bezeichnet als U4. Ferner zeigt die Fig. 9c die Sperrspannungen der MOSFETs 601, 602, 603 und 604, wobei VI die Sperr spannung am MOSFET 601 ist, V2 die Sperrspannung am MOSFET 602 ist, V3 die Sperrspannung am MOSFET 603 ist und V4 die Sperrspannung am MOSFET 604 ist. Des Weiteren zeigt die Fig. 9d die Gate-Signale der MOSFETs 601, 602, 603 und 604. Hierbei ist das Gate-Signal Gl dem MOSFET 601 zugeordnet, das Gate-Signal G2 ist dem MOSFET 602 zugeordnet, das Gate-Signal G3 ist dem MOSFET 603 zugeordnet und das Gate-Signal 604 ist dem MOSFET 604 zuge ordnet.
Wie die Fig. 9a zeigt, ist der Mittelwert des Drosselstroms durch die Drossel 605 60 A. Dies ist die Summe aus dem mittleren Eingangsstrom des Primär- Stromkreis Kl (siehe Fig. 7) und dem mittleren Ausgangsstrom des Sekundär- Stromkreises K2 (siehe Fig. 7). Mit Bezug zur Fig. 9d sind in die Gate-Signale Gl, G2, G3, G4 der MOSFETs 601, 602, 603, 604 Zeiten A für die Umladung der Umschwingkondensatoren 606, 607, 608 und 609 vorgesehen. Die Umladung ist an der Flanke B der MOSFET-Sperrspannungen gemäß Fig. 9c zu sehen. Der Maximalstrom von + 150 A gemäß Fig. 9a in der Drossel 605 bewirkt eine schnel le Umladung, der Minimalstrom von -30 A gemäß Fig. 9a in der Drossel 605 be wirkt demgegenüber eine langsame Umladung und somit eine flache Flanke B der MOSFET-Sperrspannungen in Fig. 9c. Das Einschalten der MOSFETs, siehe A in Fig. 9d, findet stets dann statt, wenn die Sperrspannung des MOSFETs Null ist, um Einschaltverluste zu verringern beziehungsweise zu vermeiden. Wenn die MOSFETs ausschalten (siehe A in Fig. 9d), so steigt die MOSFET- Sperrspannung während der Umladung über ihnen so langsam an, dass die Sperrspannung während des Ausschaltens klein bleibt, das heißt es ergibt sich ein dU/dt begrenztes Ausschalten. Im Vergleich zu einem harten Ausschalten ergeben sich dadurch sehr viel weniger Ausschaltverluste.
Zum Zeitpunkt C in Fig. 9d wird der MOSFET 603 früher ausgeschaltet als der MOSFET 601. Dadurch ergibt sich die oben angesprochene Verkopplung (siehe Stromkreis K3 in Fig. 8) der Stromkreise. Die Symmetrie der Ausgangsspannung gegen Erde verschiebt sich dabei mit jedem Schaltvorgang (vgl. Fig. 9b zum Zeit punkt C). So kann eine Symmetrieregelung stattfinden.
Wie oben bereits ausgeführt, gibt es zwei Möglichkeiten zur Symmetrieregelung: erstens ein geringfügig früheres Ausschalten von einzelnen oder mehreren MOSFETs und zweitens eine geringfügige Phasenverschiebung der Gate-Signale Gl, G2, G3, G4 der beiden Halbbrücken Hl, H2 gegeneinander.
Wie die Fig. 6, 7,8 und 10 zeigen, kann die Steuereinheit 610 zwei Stromregler aufweisen, die insbesondere unabhängig voneinander sind. So umfasst die Steu ereinheit 610 insbesondere einen Ladestrom -Regler 611 und einen Symmetrier- strom-Regler 612. Außerdem umfasst die Steuereinheit 610 einen Differenzspan- nungs-Regler 613.
Der Ladestromregler 611 ist insbesondere dazu eingerichtet, das Verhältnis der Einschaltzeiten der netzseitigen MOSFETs 601, 603 zu den Einschaltzeiten der lastseitigen MOSFETs 602, 604 einzustellen. Der Symmetrierstrom-Regler 612 stellt einen Symmetrierstrom (siehe Stromkreis K3 der Fig. 8 sowie SY in Fig.
10) zur Symmetrierung des Potentials an dem negativen Ausgangspotenzialab griff 701 und des Potentials an dem positiven Ausgangspotentialabgriff 702 ge genüber Erdpotential zu stellen.
Der Differenzspannungs-Regler 613 ist insbesondere dazu eingerichtet, einen Soll-Wert SWS (siehe Fig. 10) für ein Einstellsignal SY in Abhängigkeit-zumin- dest einer gemessenen Spannung U2, U3 (siehe Fig. 10) in dem lastseitigen Se- kundär-Stromkreis K2 bereitzustellen. Dabei ist der Differenzspannungs-Regler 613 langsamer als der Symmetrierstrom-Regler 612.
Wie oben ausgeführt, beeinflusst der schnelle Ladestrom-Regler 611 das Ver hältnis der Einschaltzeiten (Einschaltdauern) der netzseitigen MOSFETs 601, 603 zu den Einschaltzeiten der lastseitigen MOSFETs 602, 604. Bei einem Ver- hältnis kleiner 1 wird die Eingangsspannung heruntergesetzt, bei einem Ver hältnis größer 1 wird sie hochgesetzt, bei einem Verhältnis von 1 wird die Ein gangsspannung lediglich invertiert.
Der Differenzstrom -Regler beeinflusst den Ausschaltzeitpunkt einzelner MOS- FETs 601, 602, 603, 604 oder die Phasenverschiebung. Wie oben ausgeführt, kann der Symmetrierstrom-Regler 612 einen Symmetrierstrom gemäß Fig. 8 und 10 stellen. Der Differenzspannungs-Regler 613 hefert den Soll-Wert SWS für das Einstellsignal SY. Beispielsweise kann dieser dafür sorgen, dass ein durch un gleiche Verschmutzungen der Ausgangspotentialabgriffe 701 und 702 gegen Erde verursachter Erd-Fehlstrom vom Symmetrierstrom-Regler 612 ausgeglichen wird und somit die Ausgangsspannung erdsymmetrisch bleibt. Er ist außerdem vor zugsweise dazu geeignet, dass die durch Timing-Toleranzen in den Gate-Signalen Gl, G2, G3, G4 verursachte Tendenz zur Asymmetrie ausgeglichen wird. Details hierzu werden mit Bezug zu Fig. 10 erläutert.
Hierbei zeigt die Fig. 10 das schematisches Schaltbild der Fig. 6 mit eingezeich neter Symmetrierregelung, wobei einige der in Fig. 6 gezeichneten Bezugszei chen aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 10 weggelassen sind.
Die in Fig. 10 gezeigte Steuereinheit 610 kann auch als Regelungseinheit oder Regelungseinrichtung bezeichnet werden und ist zur Symmetrierregelung einge richtet. Die Regelungseinheit 610 der Fig. 10 umfasst einen Ladestrom -Regler 611, einen Symmetrierstrom-Regler 612 sowie einen Differenzspannungs-Regler 613. Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 nach Fig. 10 eine erste Strommess einrichtung 614, eine zweite Strommesseinrichtung 615, eine erste Spannungs messeinrichtung 616, eine zweite Spannungsmesseinrichtung 617, eine erste Subtrahiereinheit 618, eine Summiereinheit 619, eine zweite Subtrahiereinheit 620, eine Halbierungseinheit 621 sowie einen PWM-Generator 622 (PWM; Puls- weiten-Modulation). Die erste Strommesseinrichtung 614 ist dazu eingerichtet, den von der ersten Halbbrücke Hl zum negativen Ausgangspotentialabgriff 701 fließenden Strom 13 zu messen. Entsprechend ist die zweite Strommesseinrichtung 615 dazu einge richtet, den von der zweiten Halbbrücke H2 zum positiven Ausgangspotentialab griff 702 fließenden Strom 12 zu messen.
Die erste Subtrahiereinheit 618 ist dazu geeignet, ein erstes Differenzsignal DSl aus einer Differenz zwischen dem Strom 12 und dem Strom 13 ausgangsseitig bereitzustellen. Die Summiereinheit 619 hingegen summiert die Ströme 12 und 13 und stellt in Abhängigkeit davon ausgangsseitig einen Summensignal SSI be reit.
Die Halbierungseinheit 621 halbiert das erste Summensignal SSI, bereitgestellt von der Summiereinheit 619, und stellt ausgangsseitig ein zweites Summensig nal SS2 bereit (SS2 = 0,5 * SSl).
Die erste Spannungsmesseinrichtung 616 ist dazu eingerichtet, eine zwischen dem negativen Ausgangspotentialabgriff 701 und Erde abfallende Spannung zu messen und in Abhängigkeit von dieser Messung ausgangsseitig einen ersten Spannungswert U3 (Minus gegen Erde) bereitzustellen.
Ferner ist die zweite Spannungsmesseinrichtung 617 dazu eingerichtet, eine zwi schen dem positiven Ausgangspotentialabgriff 702 und Erde abfallende Span nung zu messen und in Abhängigkeit der Messung ausgangsseitig ein zweites Spannungssignal U2 (Plus gegen Erde) bereitzustellen. Die zweite Subtrahie reinheit 620 bildet aus der Differenz zwischen U2 und U3 ein zweites Differenz signal DS2 und stellt dieses ausgangsseitig bereit.
Der Differenzspannungs-Regler 613 empfängt eingangsseitig das zweite Diffe renzsignal DS2 von der zweiten Subtrahiereinheit 620 sowie einen Differenz spannungssollwert DSS und stellt in Abhängigkeit davon ausgangsseitig den Symmetrierstromsollwert SWS bereit und führt diesen dem Symmetrierstrom- Regler 612 zu. Der Symmetrierstrom -Regler 612 empfängt eingangsseitig den Symmetrierstromsollwert SWS und das erste Differenzsignal DSl von der ersten Subtrahiereinheit 618. In Abhängigkeit von diesen empfangenen Signalen DSl, SWS stellt der Symmetrierstrom-Regler 612 ausgangsseitig das Einstellsignal SY bereit und führt dieses dem PWM-Generator 622 zu.
Der Ladestrom-Regler 611 empfängt eingangsseitig das halbierte Summensignal SS2 und einen Ladestromsollwert LSS und stellt in Abhängigkeit davon aus gangsseitig ein Einstellsignal zum Einstellen der Einschaltzeiten der MOSFETs 601, 602, 603, 604 bereit.
Der PWM-Generator generiert die Gatesignale Gl, G2, G3, G4 für die MOSFETs 601, 602, 603, 604 in Abhängigkeit des empfangenen Einstellsignals ES und des empfangenen Einstellsignals SY.
Der Differenzspannungs-Regler 613 ist insbesondere so langsam, dass er im Falle eines plötzlich auftretenden Fehlerstroms den Symmetrierstrom zunächst nicht verändern kann. Die Umladung der Kondensatoren 651 und 652 wird dabei vor zugsweise nicht gestört. Dadurch verhält sich das System wie ein galvanisch vom Netz 4 getrenntes System. Bevor der Differenzspannungs-Regler 613 Symmet rierstrom-Regler 612 in einem solchen FaU reagieren kann, wird der DC/DC- Wandler 600 vorzugsweise abgeschaltet. Falls gewünscht, könnte das System bei Bedarf auch mit Erdschluss weiterbetrieben werden, ohne einen Strom in den Erdschluss zu treiben.
Ferner zeigt die Fig. 11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energie speichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 4. Die Ladestation 1 ist bei spielsweise wie in den vorstehenden Figuren erläutert ausgebildet. In Schritt Sl wird die Ladestation 1 mit dem mehrphasigen Netz 4 und mit dem Energiespeicher 2 des Elektrofahrzeuges 3 gekoppelt.
In Schritt S2 wird die den Mittelabgriff Ml der ersten Halbbrücke Hl und den Mittelabgriff M2 der zweiten Halbbrücke H2 verbindende Drossel 605 des DC/DOWandlers 600 als fliegende Induktivität betrieben.
Obwohl die vorbegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ladestation
2 Energiespeicher
3 Elektrofahrzeug
4 mehrphasiges Teilnehmernetz
5 Ladekabel
6 Netzanschlusspunkt 7 mehrphasiges Energieversorgungsnetz
101 Anschlussklemme
102 Anschlussklemme
103 Anschlussklemme
200 EMV-F iltervorrichtung
300 LCL-Filtervorrichtung
400 AC/DC-Wandler
401 positiver Ausgangsleiter
402 negativer Ausgangsleiter
500 Zwischenkreis
501 Zwischenkreiskondensator
502 Zwischenkreiskondensator
503 Zwischenkreismittelpunkt
550 Entstörschaltung
551 Entstörkondensator
552 Entstörkondensator
553 Knoten 600 DC/DC-Wandler 601 Halbleiterschaltelement 602 Halbleiterschaltelement
603 Halbleiterschaltelement
604 Halbleiterschaltelement
605 Drossel
606 Umschwingkondensator 607 Umschwingkondensator
608 Umschwingkondensator
609 Umschwingkondensator
610 Steuereinheit 611 Ladestrom-Regler 612 Symmetrierstrom-Regler
613 Differenzsp annungs -Regler
614 erste Strommesseinrichtung
615 zweite Strommesseinrichtung
616 erste Spannungsmesseinrichtung
617 zweite Spannungsmesseinrichtung
618 erste Subtrahiereinheit
619 Summiereinheit
620 zweite Subtrahiereinheit 621 Halbierungseinheit 622 PWM- Generator
650 Entstörschaltung
651 Entstörkondensator
652 Entstörkondensator
653 Knoten
700 Ausgangszwischenkreis
701 Aus gan gsp otentialab griff
702 Aus gan gsp otentialab griff
703 Kondensator 801 Diode 802 Diode
803 Überspannungsschutzelement
804 Knoten
A, B, C Zeiten
E Einstellsignal
Gl Gate-Signal für Halbleiterschaltelement 601 G2 Gate-Signal für Halbleiterschaltelement 602
G3 Gate-Signal für Halbleiterschaltelement 603
G4 Gate-Signal für Halbleiterschaltelement 604
Hl erste Halbbrücke
H2 zweite Halbbrücke
I Strom
12 Strom
13 Strom
Kl Stromkreis
K2 Stromkreis
K3 Stromkreis
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
Ml Mittelabgriff der ersten Halbbrücke
M2 Mittelabgriff der zweiten Halbbrücke s Zeit in Sekunden
Sl, S2 V erfahrene schritte
SY Einstellsignal
Ul Aus gan gssp annun g
U2 Plus gegen Erde
U3 Minus gegen Erde
U4 Mittlere Ausgangsspannung
VI Spannung am Halbleiterschaltelement 601
V2 Spannung am Halbleiterschaltelement 602
V3 Spannung am Halbleiterschaltelement 603
V4 Spannung am Halbleiterschaltelement 604

Claims

PATENTANSPRÜCHE l. Ladestation (l) zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Energie mittels eines mit der La¬ destation (l) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), mit: einem mit einer Anzahl von Phasen (LI, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (4) koppelbaren AC/DC-Wandler (400), einem dem AC/DC-Wandler (400) nachgeschalteten Zwischenkreis (500), welcher eine Anzahl von zwischen einem positiven Ausgangsleiter (401) und ei¬ nem negativen Ausgangsleiter (402) des AC/DC-Wandlers (400) geschaltete Zwi¬ schenkreiskondensatoren (501, 502) aufweist, und einem dem Zwischenkreis (500) nachgeschalteten DC/DC-Wandler (600), welcher eine mit dem positiven Ausgangsleiter (401) verbundene erste Halbbrü¬ cke (Hl) und eine mit dem negativem Ausgangsleiter (402) verbundene zweite Halbbrücke (H2) aufweist, wobei der Mittelabgriff (Ml) der ersten Halbbrücke (Hl) und der Mittelabgriff (M2) der zweiten Halbbrücke (H2) über eine Drossel (605) verbunden sind, wobei die jeweihge Halbbrücke (Hl, H2) eine Reihenschaltung von zwei Halbleiterschaltelementen (601, 602, 603, 604) aufweist, wobei die Ladestation (l) eine Steuereinheit (610) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, die Halbleiterschaltelemente (601, 602, 603, 604) derart anzu¬ steuern, dass jeweils zwei korrespondierende Halbleiterschaltelemente (601, 603,
602, 604) der beiden Halbbrücken (Hl, H2) gleichzeitig schalten, insbesondere mit einer identischen Einschaltverzögerung schalten, wobei die Halbleiterschaltelemente (601, 602, 603, 604) MOSFETs sind und die Steuereinheit (610) dazu eingerichtet ist, die Gates der MOSFETs (601, 602,
603, 604) der Halbbrücken (Hl, H2) mit derart phasenverschobenen Ansteuer¬ signalen (Gl, G2, G3, G4) anzusteuern, so dass eine Verkopplung eines netzseiti¬ gen Primär-Stromkreises (Kl) und eines lastseitigen Sekundär-Stromkreises (K2) über die Drossel (605) bereitgestellt ist, wobei die Steuereinheit (610) einen Ladestrom-Regler (611), einen Symmet- rierstrom-Regler (612) und einen Differenzspannungs-Regler (613) aufweist, wobei der Ladestrom -Regler (611) dazu eingerichtet ist, das Verhältnis der Ein schaltzeiten der netzseitigen Halbleiterschaltelemente (601, 603) zu den Ein schaltzeiten der lastseitigen Halbleiterschaltelemente (602, 604) einzustellen, wobei der Symmetrierstrom-Regler (612) dazu eingerichtet ist, ein Einstellsignal (SY) zur Symmetrierung des Potentials an dem negativen Ausgangspotentialab griff (701) und des Potentials an dem positiven Ausgangspotentialabgriff (702) gegenüber Erdpotential zu stellen, und wobei der Differenzspannungs-Regler (613) dazu eingerichtet ist, einen Soll-Wert (SWS) für das Einstellsignal (SY) in Abhängigkeit zumindest einer gemessenen Spannung (U2, U3) in dem lastseiti gen Sekundär-Stromkreis (K2) bereitzustellen, wobei die Ladestation (l) einen den DC/DC-Wandler (600) nachgeschalteten Ausgangszwischenkreis (700) mit einer Anzahl von Kondensatoren (703) auf weist, welche zwischen einem negativen Ausgangspotentialabgriff (701) und ei nem positiven Ausgangspotentialabgriff (702) der Ladestation (l) geschaltet sind und parallel zu dem Energiespeicher (2) des Elektrofahrzeuges (3) anordbar sind, wobei die Anode einer ersten Diode (801) mit dem negativen Ausgangspo tentialabgriff (701) gekoppelt ist und die Kathode der ersten Diode (801) mit dem Zwischenkreismittelpunkt (503) gekoppelt ist und die Anode einer zweiten Diode (802) mit dem Zwischenkreismittelpunkt (503) gekoppelt ist und die Kathode der zweiten Diode (802) mit dem positiven Ausgangspotentialabgriff (702) gekoppelt ist.
2. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (605) des DC/DC-Wandlers (600) als fliegende Induktivität be treibbar ist.
3. Ladestation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (l) eine transformatorlose Ladestation ist.
4. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DOWandler (600) als ein bidirektionaler DC/DOWandler zum Hochsetzen und/oder Tiefsetzen von Spannungen ausgebildet ist.
5. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Halbleiterschaltelement (601, 602, 603, 604) als ein MOSFET, bevorzugt als ein SiC -MOSFET, oder als ein IGBT oder als eine SiOKaskode ausgebildet ist.
6. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zwischenkreis (500) und dem DC/DOWandler (600) eine Ent störschaltung (550) angeordnet ist, welche zwei zu den Zwischenkreiskondensa toren (501, 502) parallel geschaltete Entstörkondenstoren (551, 552) aufweist, wobei der die beiden Entstörkondensatoren (551, 552) verbindende Knoten (553) mit Erdpotential verbunden ist.
7. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem DODOWandler (600) und dem Ausgangszwischenkreis (700) eine lastseitige Entstörschaltung (650) angeordnet ist, welche zwei zu der Anzahl von Kondensatoren (703) des Ausgangszwischenkreises (700) parallel geschaltete Entstörkondensatoren (651, 652) aufweist, wobei der die beiden Entstörkonden satoren (651, 652) verbindende Knoten (653) mit Erdpotential verbunden ist.
8. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (610) dazu eingerichtet ist, die Halbleiterschaltelemente (601, 602, 603, 604) derart anzusteuern, dass das netzseitige Halbleiterschalt element (601) der ersten Halbbrücke (Hl) und das lastseitige Halbleiterschalt element (604) der zweiten Halbbrücke (H2) überlappende Einschaltzeiten haben und/oder dass das netzseitige Halbleiterschaltelement (603) der zweiten Halb brücke (H2) und das lastseitige Halbleiterschaltelement (602) der ersten Halb brücke (Hl) überlappende Einschaltzeiten haben, wobei das Verhältnis der Ein schaltzeiten der netzseitigen Halbleiterschaltelemente (601, 603) zu den Ein schaltzeiten der lastseitigen Halbleiterschaltelemente (602, 604) vorzugsweise einen vorbestimmten Quotienten aufweist.
9. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (610) dazu eingerichtet ist, einen der netzseitigen Halb leiterschaltelemente (601, 603) der beiden Halbbrücken (Hl, H2) früher auszu schalten als das andere netzseitige Halbleiterschaltelement (601, 603) der beiden Halbbrücken (Hl, H2), so dass eine Verkopplung eines netzseitigen Primär- Stromkreises (Kl) und eines lastseitigen Sekundär-Stromkreises (K2) über die Drossel (605) bereitgestellt ist.
10. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzspannungs-Regler (613) langsamer als der Symmetrierstrom- Regler (612) ist.
11. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode der ersten Diode (801) mit dem negativen Ausgangspotentialab griff (701) verbunden ist und die Kathode der ersten Diode (801) mit dem Zwi schenkreismittelpunkt (503) verbunden ist und die Anode der zweiten Diode (802) mit dem Zwischenkreismittelpunkt (503) verbunden ist und die Kathode der zweiten Diode (802) mit dem positiven Ausgangspotentialabgriff (702) ver bunden ist.
12. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überspannungsschutzelement (803) zwischen dem Zwischenkreismittel¬ punkt (503) und einem Knoten (804) gekoppelt ist, an welchem die Kathode der ersten Diode (801) verbunden ist und an welchem die Anode der zweiten Diode (802) verbunden ist.
13. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt (503) und dem negativen Aus¬ gangspotentialabgriff (701) eine Reihenschaltung aus einem ersten Überspan¬ nungsschutzelement und der ersten Diode (801) angeordnet ist und zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt (503) und dem positiven Ausgangspotentialab¬ griff (702) eine Reihenschaltung aus einem zweiten Überspannungsschutzele¬ ment und der zweiten Diode (802) angeordnet ist.
14. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine EMV-Filtereinrichtung (200) und eine der EMV-Filtereinrichtung (200) nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung (300) zwischen drei netzseitigen An¬ schlussklemmen (101, 102, 103) für die drei Phasen (LI, L2, L3) des mehrphasi¬ gen Netzes (4) und dem AC/DC-Wandler (400) gekoppelt sind.
15. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der AC/DC-Wandler (400) als ein 3-Punkt-AC/DC-Wandler ausgebildet ist.
16. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jedem Halbleiterschaltelement (601, 602, 603, 604) ein Um¬ schwingkondensator (606, 607, 608, 609) zur Realisierung eines ZVS- Umschaltverhaltens geschaltet ist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Ladestation (l) zum Laden und/oder Entla den eines Energiespeichers (2) eines Elektrofahrzeuges (3) mit elektrischer Ener gie mittels eines mit der Ladestation (l) koppelbaren mehrphasigen Netzes (4), wobei die Ladestation (l) einen mit einer Anzahl von Phasen (LI, L2, L3) des mehrphasigen Netzes (4) koppelbaren AC/DC-Wandler (400), einen dem AC/DC- Wandler (400) nachgeschalteten Zwischenkreis (500), welcher eine Anzahl von zwischen einem positiven Ausgangsleiter (401) und einem negativen Ausgangs leiter (402) des AC/DC-Wandlers (400) geschaltete Zwischenkreiskondensatoren (501, 502) aufweist, und einen dem Zwischenkreis (500) nachgeschalteten DC/DC-Wandler (600) umfasst, welcher eine mit dem positiven Ausgangsleiter (401) verbundene erste Halbbrücke (Hl) und eine mit dem negativem Ausgangs leiter (402) verbundene zweite Halbbrücke (H2) aufweist, mit:
Betreiben einer den Mittelabgriff (Ml) der ersten Halbbrücke (Hl) und den Mittelabgriff (M2) der zweiten Halbbrücke (H2) verbindenden Drossel (605) des DC/DC-Wandlers (600) als fliegende Induktivität, wobei die jeweihge Halbbrücke (Hl, H2) eine Reihenschaltung von zwei Halbleiterschaltelementen (601, 602, 603, 604) aufweist, wobei die Ladestation (l) eine Steuereinheit (610) aufweist, welche die Halbleiterschaltelemente (601, 602, 603, 604) derart ansteuert, dass jeweils zwei korrespondierende Halbleiterschaltelemente (601, 603, 602, 604) der beiden Halbbrücken (Hl, H2) gleichzeitig schalten, insbesondere mit einer identischen Einschaltverzögerung schalten, wobei die Halbleiterschaltelemente (601, 602, 603, 604) MOSFETs sind und die Steuereinheit (610) die Gates der MOSFETs (601, 602, 603, 604) der Halb brücken (Hl, H2) mit derart phasenverschobenen Ansteuersignalen (Gl, G2, G3, G4) ansteuert, so dass eine Verkopplung eines netzseitigen Primär-Stromkreises (Kl) und eines lastseitigen Sekundär-Stromkreises (K2) über die Drossel (605) bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheit (610) einen Ladestrom-Regler (611), einen Symmet- rierstrom-Regler (612) und einen Differenzspannungs-Regler (613) aufweist, wobei der Ladestrom -Regler (611) das Verhältnis der Einschaltzeiten der netzsei tigen Halbleiterschaltelemente (601, 603) zu den Einschaltzeiten der lastseitigen Halbleiterschaltelemente (602, 604) einstellt, wobei der Symmetrierstrom-Regler (612) ein Einstellsignal (SY) zur Symmetrierung des Potentials an dem negativen Ausgangspotentialabgriff (701) und des Potentials an dem positiven Ausgangspo tentialabgriff (702) gegenüber Erdpotential stellt, und wobei der Differenzspan- nungs-Regler (613) einen Soll-Wert (SWS) für das Einstellsignal (SY) in Abhän gigkeit zumindest einer gemessenen Spannung (U2, U3) in dem lastseitigen Se- kundär-Stromkreis (K2) bereitstellt, wobei die Ladestation (l) einen den DC/DC-Wandler (600) nachgeschalteten Ausgangszwischenkreis (700) mit einer Anzahl von Kondensatoren (703) auf- weist, welche zwischen einem negativen Ausgangspotentialabgriff (701) und ei nem positiven Ausgangspotentialabgriff (702) der Ladestation (l) geschaltet sind und parallel zu dem Energiespeicher (2) des Elektrofahrzeuges (3) anordbar sind, wobei die Anode einer ersten Diode (801) mit dem negativen Ausgangspo tentialabgriff (701) gekoppelt ist und die Kathode der ersten Diode (801) mit dem Zwischenkreismittelpunkt (503) gekoppelt ist und die Anode einer zweiten Diode (802) mit dem Zwischenkreismittelpunkt (503) gekoppelt ist und die Kathode der zweiten Diode (802) mit dem positiven Ausgangspotentialabgriff (702) gekoppelt ist.
PCT/EP2022/057829 2021-03-31 2022-03-24 Ladestation und verfahren zum betreiben einer ladestation WO2022207467A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22718609.5A EP4308403A1 (de) 2021-03-31 2022-03-24 Ladestation und verfahren zum betreiben einer ladestation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021108246.3A DE102021108246A1 (de) 2021-03-31 2021-03-31 Ladestation und Verfahren zum Betreiben einer Ladestation
DE102021108246.3 2021-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022207467A1 true WO2022207467A1 (de) 2022-10-06

Family

ID=81386837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/057829 WO2022207467A1 (de) 2021-03-31 2022-03-24 Ladestation und verfahren zum betreiben einer ladestation

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4308403A1 (de)
DE (1) DE102021108246A1 (de)
WO (1) WO2022207467A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023136097A1 (de) * 2022-12-20 2024-06-20 Sma Solar Technology Ag Elektrische Schaltungsanordnung und Verfahren zur Isolationsmessung an einem batterieelektrischen Fahrzeug

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009060364A1 (de) 2009-12-24 2011-06-30 Volkswagen AG, 38440 Vorrichtung und Verfahren zur Energieeinspeisung und/oder -rückspeisung von elektrischer Energie
EP2465176B1 (de) 2009-08-10 2015-03-04 Rwe Ag Ladestation für elektrofahrzeuge mit netzstabilisierung
DE112013007137T5 (de) 2013-06-07 2016-03-10 Mitsubishi Electric Corporation Lade- und Entlade-Steuervorrichtung und Elektromotorfahrzeug
EP2882607B1 (de) 2012-08-09 2016-10-12 Keba Ag Ladeanschlussvorrichtung für elektrofahrzeuge
DE102016212135A1 (de) 2016-07-04 2018-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen
DE102017100138A1 (de) 2017-01-05 2018-07-05 Envia Mitteldeutsche Energie Ag Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers an einem Versorgungsnetz
EP2515424B1 (de) 2011-04-20 2018-08-29 SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG Gleichspannungswandler
EP3664244A1 (de) 2018-12-04 2020-06-10 Innogy SE Ladestation mit lastmanagement durch anhebung der versorgungsspannung
WO2020167132A1 (en) 2019-02-11 2020-08-20 Easee As Charging station and arrangement of electric components for controlling the delivery of electricity from an electrical grid to an electric vehicle
EP3729593A1 (de) 2017-12-22 2020-10-28 Innogy SE Ladestation für elektrofahrzeuge sowie verfahren zum betreiben einer ladestation
CN112224081A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 阳光电源股份有限公司 一种多枪的充电桩及充电桩电路

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2465176B1 (de) 2009-08-10 2015-03-04 Rwe Ag Ladestation für elektrofahrzeuge mit netzstabilisierung
DE102009060364A1 (de) 2009-12-24 2011-06-30 Volkswagen AG, 38440 Vorrichtung und Verfahren zur Energieeinspeisung und/oder -rückspeisung von elektrischer Energie
EP2515424B1 (de) 2011-04-20 2018-08-29 SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG Gleichspannungswandler
EP2882607B1 (de) 2012-08-09 2016-10-12 Keba Ag Ladeanschlussvorrichtung für elektrofahrzeuge
DE112013007137T5 (de) 2013-06-07 2016-03-10 Mitsubishi Electric Corporation Lade- und Entlade-Steuervorrichtung und Elektromotorfahrzeug
DE102016212135A1 (de) 2016-07-04 2018-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen
DE102017100138A1 (de) 2017-01-05 2018-07-05 Envia Mitteldeutsche Energie Ag Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers an einem Versorgungsnetz
EP3729593A1 (de) 2017-12-22 2020-10-28 Innogy SE Ladestation für elektrofahrzeuge sowie verfahren zum betreiben einer ladestation
EP3664244A1 (de) 2018-12-04 2020-06-10 Innogy SE Ladestation mit lastmanagement durch anhebung der versorgungsspannung
WO2020167132A1 (en) 2019-02-11 2020-08-20 Easee As Charging station and arrangement of electric components for controlling the delivery of electricity from an electrical grid to an electric vehicle
CN112224081A (zh) * 2020-10-15 2021-01-15 阳光电源股份有限公司 一种多枪的充电桩及充电桩电路

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEMMEN ERIK ET AL: "Flexible Multilevel Converters Using Four-Switch Extended Commutation Cells", IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, vol. 3, no. 3, 1 September 2015 (2015-09-01), pages 794 - 804, XP011664596, ISSN: 2168-6777, [retrieved on 20150730], DOI: 10.1109/JESTPE.2015.2427913 *
PECELJ I ET AL: "A soft-switched, flying inductor DC-DC converter suitable for photovoltaic panels", POWER ELECTRONICS AND MOTION CONTROL CONFERENCE (IPEMC), 2012 7TH INTERNATIONAL, IEEE, 2 June 2012 (2012-06-02), pages 1241 - 1246, XP032215878, ISBN: 978-1-4577-2085-7, DOI: 10.1109/IPEMC.2012.6259018 *
RAKANOV YOVKO ET AL: "A New Grid Tied Transformerless Inverter Topology with Flying Inductor. Part 1: Analysis", 2020 INTERNATIONAL CONFERENCE AUTOMATICS AND INFORMATICS (ICAI), IEEE, 1 October 2020 (2020-10-01), pages 1 - 5, XP033873989, DOI: 10.1109/ICAI50593.2020.9311365 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4308403A1 (de) 2024-01-24
DE102021108246A1 (de) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69111986T2 (de) Einphasige Leistungswandlereinrichtung.
EP3014725B1 (de) Energiespeichereinrichtung mit gleichspannungsversorgungsschaltung und verfahren zum bereitstellen einer gleichspannung aus einer energiespeichereinrichtung
DE102011104322B4 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE102013212682B4 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
DE102018106305B4 (de) Wechselstromladung einer intelligenten Batterie
WO2022207258A1 (de) Ladestation, system und verfahren
DE102019106485B4 (de) Weissach-Gleichrichteranordnung
DE102018116486A1 (de) Kopplungsvorrichtung
WO2020233741A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ladung eines elektrischen batteriefahrzeugs
DE102021130757A1 (de) System und Verfahren für eine reaktive Steuerung für eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC) an einem einstufigen Onboard-Ladegerät
EP3647108A1 (de) Ladeanordnung für kraftfahrzeuge mit mehreren energiequellen
WO2022207467A1 (de) Ladestation und verfahren zum betreiben einer ladestation
WO1996003791A1 (de) Stromversorgungsgerät, insbesondere batterie-ladegerät für elektrofahrzeuge oder dergleichen
DE102012206801A1 (de) Schaltung mit einer stromrichterschaltung und verfahren zur leistungsanpassung
DE102014203404A1 (de) Stromrichterschaltung und Verfahren zum Betreiben derselben
EP4042540A1 (de) Ladegerät und verfahren zum betrieb des ladegerätes
EP4315579A1 (de) Dc/dc-wandlervorrichtung für eine windkraftanlage, ein elektrisches antriebsystem, oder für ein industrielles dc-versorgungsnetz und betriebsverfahren
DE102022120570B3 (de) Verfahren und Schaltung zu einer modularen Multilevelbatterie mit integriertem Nebenanschluss und Ladungsausgleich
DE102022209013B3 (de) Kostenoptimierte Fahrzeugladeschaltung mit einphasiger Rückspeisefunktion
DE102011081448A1 (de) Schaltungsanordnung mit elektronischem Schalter und Induktivität
EP3291433A1 (de) Gleichspannungswandler mit transformator
DE102021108250A1 (de) Ladestation und Verfahren zum Betreiben einer Ladestation
WO2024068115A1 (de) Ladegerät und verfahren zum betrieb des ladegerätes
DE102022210388A1 (de) Ladegerät und Verfahren zum Betrieb des Ladegerätes
WO2024002548A1 (de) Ladegerät und verfahren zum betrieb des ladegerätes

Legal Events

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

Ref document number: 22718609

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022718609

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022718609

Country of ref document: EP

Effective date: 20231017

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE