LADEKABEL FÜR EINE LADESTATION, LADESTATION, SYSTEM MIT EINER MEHRZAHL VON LADESTATIONEN UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER LADESTATION

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges, ein System mit einer Mehrzahl solcher Ladestationen sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges.

STAND DER TECHNIK

Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromladeverfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC-Wandlers in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstr omladeverfahr en kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang.

Im Folgenden werden nur insbesondere Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, besprochen.

Hierzu beschreibt beispielsweise Bombardier in der deutschen Patentanmeldung DE10151153A1 eine trafobehaftete DC-Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit einem Gleichrichter bzw. AC/DC Wandler, einem DOZwischenkreis mit Transformator und einem nachgeschalteten DC/DOWandler.

Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP3175529B1, US20190143822A1, US9425641B2 und US9789774B2 bekannt. Alle Lösungen aus dem Stand der Technik haben die Gemeinsamkeit, dass zumindest ein Trafo im System integriert ist, welcher ein lokales IT-Netz ausbildet und dadurch bei einem ersten Fehler kein Fehlerstrom fließt.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine Ladestation mit Leistungselektronik verwendet, welche über keinen Trafo verfügt. Hierzu wird auf die Patentanmeldungen DE 102021106275.6 und DE 102021108233.1 der Anmelderin verwiesen.

Herkömmlicherweise werden bei solchen Schnellladeverfahren mit einer hohen DC-Ladespannung von beispielsweise 800 V Ladekabel verwendet, welche zwei in dem Ladekabel angeordnete, parallele Leitungen für DC+ und DC- aufweisen. Wenn aber im Fehlerfall, z. B. bei einem Isolationsbruch des Ladekabels, der Anwender eine dieser Leitungen, DC+ oder DC- berührt, so berührt er eine Spannung von 400 V (dem Betrag nach). Eine solche Spannung von 400 V kann lebensgefährlich sein.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu verbessern

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Ladekabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 7, durch ein System mit einer Mehrzahl von Ladestationen mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Ladekabel für eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit einer DOLadespannung vor geschlagen. Dabei umfasst das Ladekabel zumindest einen DC+-Leiter, zumindest einen DC--Leiter, und einen den zumindest einen DC+-Leiter und den zumindest einen DC--Leiter umgebenden hohlzylindrischen PE-Leiter.

Bei dem vorliegenden Ladekabel ist vorgesehen, dass die leistungsführenden Leiter, nämlich der DC+-Leiter und der DC--Leiter, mehrfach geschützt sind, nämlich von dem umgebenden hohlzylindrischen PE-Leiter sowie zumindest einer Schicht aus Kunststoff. Damit schützt der PE-Leiter den Anwender im Fehlerfall davor, beispielsweise bei einem Isolationsbruch des Kabelmantels, die leistungsführenden Leiter zu berühren. Ein Isolationsbruch des Ladekabels ist beispielsweise ein Bruch eines Kabelmantels des Ladekabels oder ein Bruch der Isolation an dem Ladestecker des Ladekabels.

Wenn beispielsweise im Fehlerfall der DC+-Leiter des Ladekabels den PE-Leiter des Ladekabels berührt, so führt dieses Berühren im Betrieb der Ladestation, d. h. wenn der DC+-Leiter und der DC--Leiter hohe Gleichspannungen führen, zu einer Potenzialverschiebung auf dem PE-Leiter. Diese Potentialverschiebung ist insbesondere durch einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor der Ladestation detektierbar. Infolge einer solchen Detektion einer Potentialverschiebung auf dem PE-Leiter wird insbesondere eine Schaltvorrichtung, z. B. ein Schütz, zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation angesteuert.

Hierzu wird die Sicherheit des Gesamtsystems Ladekabel deutlich erhöht. Details hierzu werden im Folgenden näher erläutert.

Gemäß einer Ausführungsform sind der zumindest eine DC+-Leiter, der zumindest eine DC--Leiter und der PE-Leiter in einem isolierenden Kunststoff einge- bettet, wobei vorzugsweise zusätzlich eine Charge-Pilot-Signalleitung und eine Mehrzahl von Temperatur-Signalleitungen in dem Kunststoff eingebettet sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ladekabel einen Innenraum und einen Außenraum, wobei der hohlzylindrische PE-Leiter den Innenraum begrenzt, wobei in dem Innenraum der DC+-Leiter und der DC--Leiter in einer ersten Schicht des Kunststoffes eingebettet sind, wobei eine in dem Außenraum angeordnete zweite Schicht des Kunststoffes den PE-Leiter nach außen isoliert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der DC+-Leiter und der DC--Leiter parallel in der ersten Schicht des Kunststoffes angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine Mehrzahl von DC+-Leitern und eine Mehrzahl von DC--Leitern in der ersten Schicht des Kunststoffes angeordnet, insbesondere jeweils zwei DC+-Leiter und zwei DC--Leiter, welche insbesondere in der Form eines Seilvierers longitudinal aufgebaut sind. Der Aufbau in Form eines Seilvierers bedeutet, dass die vier Leiter (zwei DC+-Leiter und zwei DC--Leiter) in longitudinaler Richtung rotationsförmig ineinander verdreht sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der PE-Leiter als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet. Das Geflecht kann auch als Leiter geflecht bezeichnet werden. Dabei ist das Geflecht vorzugsweise dazu eingerichtet, sich bei einer Dehnung des Ladekabels zusammenzuziehen.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine trafolose Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, welche aufweist: einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+- Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, und ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts.

Die Ladestation kann auch als trafolose DC-Ladestation bezeichnet werden. Die vorliegende trafolose Ladestation nutzt keinen Trafo zum Wandeln der Wechselspannung in die Gleichspannung, sondern den AC/DC-Wandler und optional einen nachgeschalteten DC/DC-Wandler.

Der AC/DC-Wandler kann auch als Umrichter bezeichnet werden. Der AC/DC- Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung eingerichtet. Die Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.

Die von dem AC/DC-Wandler bereitgestellte Gleichspannung oder eine basierend auf dieser hochgesetzte Gleichspannung, hochgesetzt beispielsweise durch einen DC/DC-Wandler, wird als DC-Ladespannung zum Laden des Energiespeichers des gekoppelten Elektrofahrzeuges verwendet.

Des Weiteren kann die Ladestation insbesondere eine Energiemesseinheit auf- weisen, welche dazu eingerichtet ist, die vom Elektrofahrzeug bezogene Energiemenge zu messen. Zusätzlich kann insbesondere auch eine Abrechnungseinheit vorgesehen sein, welche die von dem Elektrofahrzeug konsumierte Energie gegenüber dem Benutzer oder Kunden abrechnet. Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet sind.

Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges geeignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Ladekabel samt Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die Ladestation kann weiters auch vom Elektrofahrzeug Energie beziehen und in das mehrphasige Netz zurückspeisen. Dies wird in der Fachsprache als Vehicle -to -Grid bezeichnet. Insbesondere kann die Ladestation nicht nur zurück ins Netz speisen, sondern auch ein anderes Fahrzeug laden, oder einen anderen Verbraucher versorgen, oder einen anderen Energiespeicher laden. Dieser Prozess wird auch als V ehicle - to - any thing/e very thin g b ezeichnet .

Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation eine dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist, und/oder eine dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist, einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welcher zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet ist, welches ein Erfassen eines im Fehlerfall über den PE -Leiter fließenden Fehlerstroms umfasst, eine erste Einheit, welche zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, und eine zweite Einheit, welche zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung zum Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters eingerichtet ist.

Alternativ oder zusätzlich kann mittels des bereitgestellten dritten Ansteuersignals die Schaltvorrichtung im DC'Stromkreis und/oder die weitere Schaltvorrichtung im AG-Stromkreis zum Öffnen der Phasen und des Neutralleiters angesteuert werden und/oder der AC/DC-Wandler abgeschaltet (deaktiviert) werden und/oder der DC/DC-Wandler abgeschaltet (deaktiviert) werden.

Der Fehlerstromsensor ist insbesondere dem AC/DC-Wandler vorgeschaltet und damit vorzugsweise im AG-Stromkreis der Ladestation angeordnet. Der dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete Fehlerstromsensor ist vorliegend zur Erfassung eines im Fehlerfall über den PE -Leiter des Ladekabels fließenden Fehlerstroms eingerichtet. Vorteilhafterweise ist hierzu keine weitere oder andere dedizierte Fehlerstromdetektionseinrichtung zur Detektion eines Fehlerstroms im Ladekabel notwendig.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Ladestation werden vorteilhafterweise zur Detektion von sinusförmigen Wechselfehlerströmen, pulsierenden Gleichfehlerströmen und Gleichfehlerströmen und zur Abschaltung der DC+- Leitung und der DC--Leitung bei detektiertem Fehler nur ein einziger Fehlerstromsensor und eine Abschaltvorrichtung, zum Beispiel ein DC'Schütz, verwendet. Diese Abschaltvorrichtung wird darüber hinaus auch von der funktionalen Steuerung verwendet, welche insbesondere als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet ist. Für eine doppelte Isolierung kann von der funktionalen Steuerung der AC/DC-Wandler und/oder der DC/DC-Wandler so angesteuert werden, dass dieser ebenfalls als Schalter wirkt.

Der Fehlerstromsensor kann auch als allstromsensitiver Fehlerstromsensor bezeichnet werden. Die Sch alt Vorrichtung kann auch als Schaltelement bezeichnet werden. Die Schaltvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie bei einem Ausfall der Netzspannung, insbesondere selbstständig, öffnet und somit einen sicheren Zustand herstellen kann.

Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen die Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein Schütz oder Relais, Anschlussklemmen, elektronische Schaltkreise, den Fehlerstromsensor, ein Kommunikationsmodul, eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, einen EMV'Filter und zumindest ein Netzteil. Die Steuervorrichtung umfasst beispielsweise eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind, sowie eine Authentifizierungseinrichtung wie beispielsweise RFID/NFC-Reader/Bluetoothmodule oder einem automatisierten Authori- sierungsvorgang über High-Level-Communication, insbesondere nach ISO 15118 Standard, oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip und dergleichen. Das dritte Ansteuersignal wird insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Üb er Stromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation generiert. Bei der Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung wird sichergestellt, dass ausschließlich ein valider Benutzer bzw. ein der Ladestation bekanntes Elektrofahrzeug an der Ladestation laden darf. Für die Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung können eine oder mehrere der folgenden Technologien eingesetzt werden: RFID, Bluetooth, Code-Eingabe, Fingerabdrucklesegerät, Venenscanner oder ähnliches. Ein Elektrofahrzeug kann hierbei beispielsweise seine ID über High-Level- Communication, insbesondere ISO 15118 oder nach dem Plug- and- Charge Prinzip übertragen.

Mittels ISO 15118 kann detektiert werden, wenn sich das Elektrofahrzeug nicht an einen ausgehandelten Ladeplan hält. Der richtige Anschluss des Ladekabels an dem Elektrofahrzeug und/oder an der Ladestation kann beispielsweise mittels eines Plug-Present-Sensors und/oder eines Charge-Pilot-Signals und/oder der Verriegelungsdetektionseinheit detektiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern, insbesondere im Fehlerfall abzuschalten. Damit wirkt der AC/DC-Wandler wie ein mechanischer Schalter und bewirkt im Leistungspfad eine zweite Isolierung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern und/oder einen dem AC/DC-Wandler nach- geschalteten DC/DC-Wandler mit einem in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern. Damit wirken der AC/DC-Wandler wie auch der DC/DC-Wandler als mechanische Schalter und bewirken im Leistungspfad eine weitere Isolierung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Ansteuerschaltung, welche dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, die Phasen und der Neutralleiter können ebenfalls geöffnet werden. Zusätzlich kann die Leistungselektronik abgeschaltet werden, indem ein in Abhängigkeit des Öffnungssignals generiertes Steuersignal diese öffnet. Dies bewirkt eine doppelte Isolierung des Fahrzeugs gegenüber dem Netz.

Die Ansteuerschaltung steuert demnach die Schaltvorrichtung dann zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale bereitgestellt ist bzw. gesetzt sind. Damit reicht ein bereitgestelltes Ansteuersignal aus, um die DC+-Leitung und die DC--Leitung der Ladestation zu öffnen und einen sicheren Zustand herzustellen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zusätzlich zu der Schaltvorrichtung im DC'Stromkreis eine weitere Schaltvorrichtung im AC'Stromkreis vorgesehen, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist.

Vorzugsweise ist dabei die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals derart anzusteuern, dass diese die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind fünf Anschlussklemmen für die drei Phasen, den Neutralleiter und einen PE-Leiter vorgesehen, wobei der Feh- lerstromsensor den Anschlussklemmen nachgeschaltet ist, der AC/DC-Wandler dem Fehlerstromsensor nachgeschaltet ist, die Schaltvorrichtung dem AC/DC- Wandler nachgeschaltet ist und die Klemmleiste der Schaltvorrichtung nachge- schalten ist, und an der Klemmleiste das Ladekabel verbunden ist, insbesondere fest verbunden oder angeschlagen ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den AC/DC-Wandler mittels eines in Abhängigkeit des Öffnungssignals generierten Steuersignals zu steuern, insbesondere abzuschalten.

Insbesondere schaltet die Steuervorrichtung den AC/DC-Wandler mittels des Steuersignals dann aus, wenn das Öffnungssignal gesetzt ist. Mit anderen Worten schaltet die Steuervorrichtung den AC/DC-Wandler dann aus, wenn zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind fünf Anschlussklemmen für die drei Phasen, den Neutralleiter und einen PE -Leiter vorgesehen, wobei ein den fünf Anschlussklemmen nachgeschaltetes EMV-Filter vorgesehen ist, der Fehlerstromsensor dem EMV-Filter nachgeschaltet ist, die weitere Schaltvorrichtung dem Fehlerstromsensor nachgeschaltet ist, der AC/DC-Wandler der weiteren Schaltvorrichtung nachgeschaltet ist, ein dem AC/DC-Wandler nachgeschalteter DC/DC-Wandler vorgesehen ist, die Schaltvorrichtung dem DC/DC-Wandler nachgeschaltet ist, ein der Schaltvorrichtung nachgeschaltetes weiteres EMV- Filter vorgesehen ist und die Klemmleiste, an welcher das Ladekabel verbunden ist, dem weiteren EMV-Filter nachgeschaltet ist.

Der DC/DC-Wandler ist insbesondere dazu eingerichtet, die von dem AC/DC- Wandler bereitgestellte Gleichspannung hochzusetzen und als DC- Ladespannung ausgangsseitig bereitzustellen. Der DC/DC-Wandler kann auch als Gleichspannungs wandler bezeichnet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung und die weitere Schaltvorrichtung, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, mittels des Öffnungssignals derart anzusteuern, dass diese die DC+-Leitung und die DC--Leitung öffnen, wie auch durch die zweite Schaltvorrichtung die Phasen und der Neutralleiter.

Ist demnach zumindest eines der Ansteuersignale in dieser Ausführungsform bereitgestellt (oder gesetzt), so steuert die Ansteuerschaltung sowohl die Schaltvorrichtung als auch die weitere Schaltvorrichtung an, so dass diese die DC+- Leitung und die DC--Leitung wie auch die Phasen und den Neutralleiter der Ladestation öffnen. Zusätzlich können auch der AC/DC-Wandler und der DC/DC- Wandler entsprechend abgeschaltet werden. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation weiter erhöht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet und die weitere Schaltvorrichtung ist als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Dabei ist das erste Leistungsschaltelement ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation zu dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges eingerichtet ist. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet: a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet.

Für die Schritte a) und b) kann das erste Ansteuersignal insbesondere unterschiedliche Amplituden aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Ansteuersignal in den Schritten a) und b) auch unterschiedlich moduliert sein, beispielsweise durch Anwendung einer PWM-Modulation (PWM; Pulsweitenmodulation).

Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das erste Leistungsschaltelement zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Schaltzustand verbracht wird, bereits mit reduziertem Haltestrom aufgrund der reduzierten Haltespannung angesteuert wird und daher schneller abschaltbar ist. Da ein Energiefluss durch die Ladestation erst dann möglich ist, wenn das zweite Leistungsschaltelement leitend ist, kann in einem unmittelbar danach auftretenden Fehlerfall, wie beispielsweise ein Kurzschluss oder ein Erdschluss in dem zu ladenden Elektrofahrzeug oder dergleichen, das erste Leistungsschaltelement schneller abgeschaltet werden, als es ohne diese Ausführungsform möglich ist. Damit wird die Betriebssicherheit der Ladestation erhöht.

Unter dem Begriff "Leistungsschaltelement" wird insbesondere verstanden, dass es sich um Schalter handelt, die eine elektrische Last zu- oder abschalten können. Im leitenden Zustand, der auch als eingeschalteter Zustand bezeichnet werden kann, kann eine elektrische Leistung durch das Schaltelement fließen, die im Bereich von einigen Watt bis hin zu mehreren Kilowatt, beispielsweise bis zu 500 kW, betragen kann. Dies ist im Gegensatz zu reinen Signalschaltern zu sehen, die nur zum Schalten von Signalen, deren elektrische Leistung deutlich unter einem Watt liegt, geeignet sind. Unter dem Begriff "elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement" wird beispielsweise ein Schaltelement verstanden, das über eine entsprechende elektrische Ansteuerung oder auch Ansteuerschaltung schaltbar ist. Beispiele für elektrisch steuerbare Schaltelemente sind elektromechanische Relais sowie elektronische Schalter, die auch als Halbleiterrelais bezeichnet werden können.

Unter dem Begriff "elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement" wird beispielsweise ein Relais oder ein Schütz verstanden, welches ein mechanisches Betätigungselement aufweist, das durch ein von einem Elektromagneten, insbesondere einer Spule, erzeugbares Magnetfeld betätigbar ist. Wenn das Betätigungselement betätigt wird, schließt es die schaltbaren Kontakte, so dass das Relais oder der Schütz eingeschaltet ist. Das Betätigungselement kann auch als Anker bezeichnet werden und die schaltbaren Kontakte können auch als Arbeitskontakte bezeichnet werden. In dem nicht-leitenden Zustand, der auch als ausgeschalteter oder geöffneter Zustand bezeichnet werden kann, sind die Arbeitskontakte durch einen Spalt voneinander getrennt, wobei die Größe des Spalts in Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung, die an den Arbeitskontakten angelegt wird, sowie des erforderlichen Stromabschaltvermögens des Schaltelements, bestimmt ist.

Darunter, dass jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses eingerichtet ist, wird insbesondere verstanden, dass die Ladestation keine Energie überträgt, wenn zumindest eines der beiden Leistungsschaltelemente ausgeschaltet, das heißt in dem nicht-leitenden Zustand ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die beiden Leistungsschaltelemente in Bezug auf den Energiefluss durch die Ladestation in Reihe geschaltet sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse der Ladestation doppelt isoliert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ladekabel samt seinem Ladestecker doppelt isoliert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung eine Wired-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal, das zweite Ansteuersignal und das dritte Ansteuersignal ODER- verknüpft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Einheit dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, insbesondere gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.

Unter Emulieren eines Fehlerstrom-Schutzschalters Typ A ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Fehlerstrom-Schutzschalters Typ A, beispielsweise ein Nachbilden der Fehleranalyse-Funktionalität des Fehlerstrom- Schutzschalters Typ A in Software, zu verstehen.

Insbesondere sind die erste Einheit und/oder die zweite Einheit als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Beispielsweise sind die erste Einheit und die zweite Einheit in Software implementiert. Alternativ können die erste und/oder die zweite Einheit als FPGA oder als ASIC ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Einheit dazu eingerichtet, ein Gleichstrom-Detektionsgerät, bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Detection -Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual- Direct-Current'Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.

Unter Emulieren eines Gleichstrom-Detektionsgerätes ist vorliegend insbesondere ein Nachbilden des Gleichstrom-Detektionsgerätes, beispielsweise des Residu- al-Direct'Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955 oder des Residu- al-Direct-Current-Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, in Software, zu verstehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Modul, welches die erste Einheit und die zweite Einheit integriert und dazu eingerichtet ist, einen einem Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B, insbesondere gemäß der Norm EN 61008'1 und/oder gemäß der Norm EN 62423, entsprechenden Fehlerschutz auszubilden. Das Modul der vorliegenden Ausführungsform bildet demnach den Fehlerschutz des Fehlerstrom-Schutzschalters Typ B, beispielsweise gemäß der Norm EN 61008-1 oder gemäß der Norm EN 62423, aus bzw. nach. Das Modul ist beispielsweise als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet. Das Modul kann in Software und/oder in Hardware ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Strommesseinrichtung zum Messen des auf den Phasen in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug fließenden Stroms. Die Strommesseinrichtung ist ein Nutzstromsensor.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung als ein Schütz, als ein Vierphasen-Relais oder durch vier Relais für die drei Phasen und den Neutralleiter ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Test- Einheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Teststrom in zumindest eine der Phasen, in den Neutralleiter und/oder in eine separate Testwicklung des Fehlerstromsensors einzuprägen und auszuwerten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Test-Einheit dazu eingerichtet, zum Testen mittels eines Testbefehls zum Nachbilden eines Drückens einer Test- taste getriggert zu werden.

Der Testbefehl ist insbesondere ein Software-Befehl, mittels dem die Test- Einheit derart getriggert werden kann, dass sie das Testen und damit das Einprägen des Teststroms auslöst. Der Testbefehl bildet damit insbesondere die von herkömmlichen Fehlerstrom- Schutzschaltern Typ A bekannte Testtaste nach. Die herkömmliche mechanische Testtaste ist damit insbesondere bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise nicht nötig. Beispielsweise kann der Testbefehl über jegliche Formen eines Backend generiert und an die Ladestation übertragen werden. Ein Beispiel hierfür ist, dass ein Benutzer über eine Smartphone-App den Testbefehl an die Ladestation überträgt. Gemäß einem weiteren Beispiel setzt der Betreiber der Ladestation den Testbefehl in regelmäßigen Abständen über seinen Server an die mit dem Server gekoppelte Ladestation ab. Gemäß einem weiteren Beispiel beendet die Ladestation einen Ladevorgang stets dadurch, dass die Sicherheitskette komplett getestet wird und dabei ein Strom über einen Software-Befehl der Steuervorrichtung an die Test-Einheit gesendet wird. Die Test-Einheit prägt dann den Teststrom ein, der Teststrom wird vom Sensor erkannt und der Schütz wird ausgelöst. Hierdurch erfolgt vorzugsweise stets am Ende des Ladevorgangs ein Test mit tatsächlicher Stromflussunterbrechung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Elektromechanik zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der Schaltvorrichtung gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der Schaltvorrichtung folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung.

Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs. Die nicht von der Blende überdeckte LED ist für den Benutzer sichtbar. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der Schaltvorrichtung folgt die Blende stets der Schaltstellung der Schaltvorrichtung. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung und zeigt, insbesondere mittels der Farben rot und grün, die Schaltstellung der Schaltvorrichtung, beispielsweise des Schützes, an.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher gekoppelt, so dass die Elektromechanik dazu geeignet ist, auch im energielosen Zustand der Ladestation die Anzeige der Schaltstellung der Schaltvorrichtung für eine vorbestimmte Zeit aufrecht zu erhalten. Der Energiespeicher ist beispielsweise als Batterie ausgeführt.

Beispielsweise sind eine elektrische Kopplung einer mechanischen Anzeige (z.B. ein bistabiler Hubmagnet mit einer Farbcodierung (Rot/Grün) am Anker) und eine Blende, die jeweils nur eine Farbe zeigt, an den Rückmeldekontakten der Schaltvorrichtung in Kombination mit einem Energiespeicher vorgesehen, der beim Ausfall der Versorgung dafür sorgt, dass die Schaltvorrichtung noch eine Zeit lang überwacht wird und die Anzeige erfolgt. Der Endzustand des Relais ist im stromlosen Zustand offen, es sei denn, es ist verschweißt, dann bleibt es stabil geschlossen - beides ist mit einem gegrenzten Energiespeicher realisierbar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Teststrom ein pulsförmiger, hochfrequenter Wechselstrom, welcher eine Frequenz von 1 bis 5 kHz und eine Dauer von maximal 10 ms aufweist. Der Teststrom ist somit insbesondere derart ausgebildet, dass er nicht als Fehlerstrom interpretiert wird. Der Teststrom ist insbesondere ein Signal, welches in der Praxis nicht vorkommen kann und damit nicht als Fehler interpretiert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Fehlerstromsensor ausgebildet: durch einen Summenstrom- Wandler zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms, oder durch vier Stromwandler für die drei Phasen und den Neutralleiter zum Bereitstellen eines jeweiligen Ausgangssignals und eine den vier Stromwandlern nachgeschaltete Addiereinheit zum Bereitstellen des zeitlich veränderlichen Fehlerstroms durch Addition der von den vier Stromwandlern bereitgestellten Ausgangssignale.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommunikationsmodul, welches dazu eingerichtet ist, entweder mittels PWM-Signalen dem Elektrofahrzeug eine Energiebezugsmenge vorzugeben oder gemäß der ISO 15118 einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekop- pelten Elektrofahrzeuges auszuhandeln. Das Aushandeln erfolgt wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladestation, beispielsweise die Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereit- stellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ladestation auf: eine Kommunikationsschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation verwaltet, auszutauschen, eine Benutzerschnittstelle für Eingaben eines Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer, und/oder ein Netzteil, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung und/oder die Komponenten der Ladestation bereitzustellen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung der Ladestation dazu eingerichtet, das Öffnungssignal, falls zumindest eines der Ansteuersignale bereitgestellt ist, über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug zu übertragen, mittels welchem dann eine im Elektrofahrzeug eingebaute Schaltvorrichtung, zum Beispiel ein DC-Fahrzeug-Schütz, geöffnet werden kann. Das heißt, wenn im Fehlerfall das Schaltelement und/oder das weitere Schalt- element durch das Öffnungssignal geöffnet wird, dann wird dieses Öffnungssig- nal zusätzlich über die Kommunikationsschnittstelle an das Elektrofahrzeug übertragen, welches dann den im Elektrofahrzeug eingebauten DOFahrzeug- Schütz öffnet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ladekabel sowohl von Seiten der Ladestation, insbesondere dem Netz, als auch von Seite des Elektrofahrzeuges, insbesondere der sich um Elektrofahrzeug befindlichen Batterie, potential- frei ist.

Die jeweilige Einheit, zum Beispiel die erste Einheit oder die zweite Einheit, kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardware-technischen Implementierung kann die Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Teil der Steuervorrichtung ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N von Ladestationen vorgeschlagen (mit N > 2), wobei die jeweilige Ladestation gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet ist.

Gemäß einer Weiterbildung sind die N Ladestationen mittels einer Sternschaltung mit einem einzigen Leitungsschutzschalter verbunden, welcher mit dem Netzanschlusspunkt gekoppelt ist. Durch die Ausbildung der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts ist es möglich, die N Ladestationen mittels der Sternschaltung zu koppeln und mit einem einzigen Leistungsschutzschalter gegenüber dem Netzanschlusspunkt zu sichern. Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vor geschlagen. Die Ladestation umfasst einen AC/DC-Wandler zum Wandeln einer von dem mehrphasigen Netz über die Phasen bereitgestellten Wechselspannung in eine mittels einer DC+-Leitung und einer DC--Leitung bereitgestellten Gleichspannung, eine Steuervorrichtung zum Steuern von Komponenten der Ladestation umfassend den AC/DC-Wandler, ein Ladekabel gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts und eine dem AC/DC-Wandler nachgeschaltete Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der DC+-Leitung und der DC--Leitung der Ladestation eingerichtet ist, und/oder eine dem AC/DC-Wandler vorgeschaltete weitere Schaltvorrichtung, welche zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters der Ladestation eingerichtet ist. Die Ladestation ist insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des zweiten Aspekts ausgebildet. Das Verfahren umfasst die Schritte^

Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms mit Gleichstroman- teil und Wechselstromanteil durch einen den Phasen und dem Neutralleiter zugeordneten Fehlerstromsensor, welches ein Erfassen eines im Fehlerfall über den PE -Leiter fließenden Fehlerstroms umfasst,

Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters,

Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen DC+-Leitung und der DC-- Leitung und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schließen der Phasen und des Neutralleiters, und Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen der DC+-Leitung und der DC--Leitung und/oder zum Ansteuern der Schaltvorrichtung zum Öffnen und Schheßen der Phasen und des Neutralleiters durch die Steuervorrichtung.

Die für die vorgeschlagene Ladestation beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vor geschlagene Verfahren entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladestation auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.

"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug! Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation;

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ladekabels für eine Ladestation;

Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges;

Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges;

Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges; und

Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem elektrischen Energiespeicher 2 eines Elektrofahrzeuges 3.

In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 6 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter N. Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 3 ist mittels eines Ladekabels 5, das mit einer Klemmleiste 16 (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 4) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt.

Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. 1, siehe zum Beispiel in Fig. 4) und ist zum Laden des Energiespeichers 2 des Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.

Das Gehäuse der Ladestation 1 ist insbesondere doppelt isoliert. Des Weiteren ist das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 (siehe beispielsweise Fig. 4) ebenfalls vorzugsweise doppelt isoliert. Im Ladestecker 17 sind die leistungsführenden Leiter (DC+-Leitung und DC"Leitung) einzeln isoliert, das Gehäuse des Ladesteckers 17 wirkt ebenfalls isolierend. Der Ladestecker 17 kann zusätzlich innen mit einer isolierenden Masse vergossen werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Ladekabels 5 für eine Ladestation 1, beispielsweise der Ladestation 1 nach Fig. 1.

Das Ladekabel 5 der Fig. 2 hat einen DC+-Leiter DC+, einen DC--Leiter DC- und einen den DC+-Leiter DC+ und den DC--Leiter DC- umgebenden hohlzylindrischen PE-Leiter PE. Der DC+-Leiter und der DC--Leiter liegen nebeneinander in dem Ladekabel 5, d. h. ihre Anordnung in dem Ladekabel 5 kann auch als parallel bezeichnet werden.

Der PE-Leiter PE ist insbesondere als ein Geflecht aus einer Mehrzahl von Leitern, insbesondere von Drähten, ausgebildet. Das Geflecht kann auch als Leitergeflecht bezeichnet werden und ist vorzugsweise dazu eingerichtet, sich bei einer Dehnung des Ladekabels 5 zusammen zu ziehen. Der DC+-Leiter DC+, der DC--Leiter DC- und der PE-Leiter PE sind in einem isolierenden Kunststoff Kl, K2 eingebettet. Dabei bezeichnen die Bezugszeichen Kl, K2 in Fig. 2 zwei verschiedene Schichten an Kunststoff. Zusätzlich sind eine Charge-Pilot-Signalleitung CP und eine Mehrzahl von Temperatur- Signalleitungen T in dem Kunststoff Kl, K2 eingebettet. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit zeigt die Fig. 2 vier Temperatur-Signalleitungen T. Dabei werden jeweils zwei Temperatur-Signalleitungen T zur Ankopplung eines Temperatursensors verwendet.

Wie die Fig. 2 zeigt, hat das Ladekabel 5 einen Innenraum IR und einen Außenraum AR. Der hohlzylindrische PE-Leiter PE begrenzt den Innenraum IR. In dem Innenraum IR sind der DC+-Leiter DC+ und der DC--Leiter DC- in einer ersten Schicht Kl des Kunststoffes eingebettet. Eine in dem Außenraum AR angeordnete zweite Schicht K2 des Kunststoffes isoliert den PE-Leiter PE nach außen hin. Über der zweiten Schicht K2 des Kunststoffes kann noch ein Kabelmantel (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Alternativ kann die zweite Schicht K2 des Kunststoffes auch den Kabelmantel bilden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ladekabels 5 einer Ladestation 1. Die zweite Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 dahingehend, dass in der ersten Schicht Kl des Kunststoffes Kl jeweils zwei DC+-Leiter DC+ und zwei DC--Leiter DC- angeordnet sind. Die zwei DC+-Leiter DC+ und die zwei DC--Leiter DC- sind gemäß der Anordnung eines Seilvierers verteilt.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3. Die zweite Ausführungsform der Ladestation 1 der Fig. 4 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 1. Die Ladestation 1 der Fig. 4 hat fünf eingangsseitige Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe zum Koppeln der Phasen LI, L2, L3, des Neutralleiters N und des PE -Leiters PE des mehrphasigen Netzes 4.

Ausgangsseitig hat die Ladestation 1 eine Klemmleiste 16, an welcher das Ladekabel 5 samt seinem Ladestecker 17 angeschlagen ist. Das Ladekabel 5 ist beispielsweise gemäß Fig. 2 oder gemäß Fig. 3 ausgebildet. Zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Klemmleiste 16 sind ein Fehlerstromsensor 9, ein AC/DC-Wandler 15 und eine Schaltvorrichtung 26 gekoppelt. Des Weiteren kann auch eine Strommesseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche zum Messen des auf den Phasen LI, L2, L3 in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug 3 fließenden elektrischen Stroms eingerichtet ist. Die Strommesseinrichtung ist ein Nutzstromsensor und ist zum Messen des auf den Phasen LI, L2, L3 in Flussrichtung zum Elektrofahrzeug 3 fließenden elektrischen Stroms eingerichtet.

Der AC/DC-Wandler 15 wandelt die von dem mehrphasigen Netz 4 über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung und stellt diese als positive Gleichspannung DC+ und negative Gleichspannung DC- über zwei Ausgangsleitungen, auch bezeichnet mit DC+ und DC-, der Klemmleiste 16 bereit.

Die Schaltvorrichtung 26 ist zum Öffnen und Schließen der DC+--Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- der Ladestation 1 geeignet. Die Schaltvorrichtung 26 ist beispielsweise ein Schütz oder besteht aus Relais für die Abschaltung der DC- Spannung, und wird daher auch als DC'Schütz bezeichnet.

Der Fehlerstromsensor 9 ist den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N zugeordnet und zum Erfassen eines zeitlich veränderlichen Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil eingerichtet. Insbesondere ist der Fehlerstromsensor 9 zum Erfassen eines im Fehlerfall über den PE -Leiter PE fließenden Fehlerstroms F eingerichtet, beispielsweise wenn im Fehlerfall der DC+-Leiter des Ladekabels 5 den PE-Leiter PE des Ladekabels 5 berührt. Der

Fehlerstromsensor 9 ist beispielsweise ein Summenstromwandler.

Des Weiteren umfasst die Ladestation 1 der Fig. 4 eine erste Einheit 11, eine zweite Einheit 12 und eine Steuervorrichtung 13. Die Steuervorrichtung 13 ist insbesondere die zentrale Steuervorrichtung der Ladestation 1 zum Steuern der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation 1. Die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 können - wie in Fig. 4 dar gestellt - extern der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein. Alternativ sind die erste Einheit 11 und die zweite Einheit 12 als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet.

Die erste Einheit 11 ist zum Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströ- men und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- eingerichtet. Dabei ist die erste Einheit 11 vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A, bevorzugt gemäß der Norm 61008'1, zu emulieren.

Die zweite Einheit 12 ist zum Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon zum Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- eingerichtet.

Vorzugsweise ist die zweite Einheit 12 dazu eingerichtet, ein Gleichstrom- Detektionsgerät, bevorzugt ein ResiduaLDirect-Current-Detection-Device gemäß der Norm IEC 62955, besonders bevorzugt ein Residual-Direct- Current- Monitoring-Device gemäß der Norm IEC 62955, zu emulieren.

Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, ein drittes Ansteuersignal A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+- Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- bereitzustellen. Dabei generiert die Steuervorrichtung 13 das dritte Ansteuersignal A3 insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeugauthentifizierung und/oder Fahrzeugverifizierung und/oder Benutzerauthentifizierung und/oder Benutzerverifizierung, in Abhängigkeit einer Überstromüberwachung und/oder in Abhängigkeit eines korrekten Anschlusses des Ladekabels 5 an dem Elektrofahrzeug 3 und/oder an der Ladestation 1.

Ferner umfasst die Ladestation 1 eine Ansteuerschaltung 14. Die Ansteuerschaltung 14 ist dazu eingerichtet, die Schaltvorrichtung 26, falls zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels eines Öffnungssignals O derart anzusteuern, dass diese die DC+-Leitung DC+ und die DC--Leitung DC- der Ladestation 1 öffnet. Mit anderen Worten steuert die Ansteuerschaltung 14 die Schaltvorrichtung 26 dann zum Öffnen der DC+ und DC- Leitungen an, wenn eines oder mehrere der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist beziehungsweise gesetzt sind. Beispielsweise umfasst die Ansteuerschaltung 14 hierzu eine WIRED-OR-Verknüpfung, welche das erste Ansteuersignal Al, das zweite Ansteuersignal A2 und das dritte Ansteuersignal A3 ODER-verknüpft.

Außerdem illustriert die Fig. 4, dass ein Charge-Pilot-Signal CP zwischen der Steuervorrichtung 13 der Ladestation 1 über das Ladekabel 5 mit dem Elektrofahrzeug 3 übertragen werden kann.

Ferner umfasst die Ladestation 1 der Fig. 4 ein Kommunikationsmodul 19. Das Kommunikationsmodul 19 ist dazu eingerichtet, gemäß einer High-Level- Communication, insbesondere dem ISO 15118 Standard einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Elektrofahrzeuges 3 auszuhandeln.

Außerdem hat die Ladestation 1 der Fig. 4 eine Kommunikationsschnittstelle 20. Die Kommunikationsschnittstelle 20 ist dazu eingerichtet, Daten mit einem Endgerät des Benutzers und/oder einem Server, welcher insbesondere die Ladestation 1 verwaltet, auszutauschen. Über das Endgerät kann sich der Benutzer insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren aber auch das Fahrzeug insbesondere authentifizieren und/oder verifizieren.

Vorzugsweise sind das Kommunikationsmodul 19 und die Kommunikations- Schnittstelle 20 als eine einzige Komponente ausgebildet, welche beide Aufgaben erledigen kann.

Ferner hat die Ladestation 1 der Fig. 4 eine Benutzerschnittstelle 21 für Eingaben des Benutzers und/oder für Ausgaben an den Benutzer. Beispielsweise umfasst die Benutzerschnittstelle 21 einen Touchscreen. Außerdem ist zumindest ein Netzteil 22 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, eine über die Phasen LI, L2, L3 bereitgestellte Wechselspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung für die Steuervorrichtung 13 und/oder die weiteren Komponenten der Ladestation 1 bereitzustellen.

In Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation 1 dargestellt. Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 5 basiert auf der zweiten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 4. Bei der dritten Ausführungsform der Ladestation 1 nach Fig. 5 sind zwischen den Anschlussklemmen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe und der Klemmleiste 16 ein EMV- Filter 24, ein dem EMV-Filter 24 nachgeschalteter Fehlerstromsensor 9, eine dem Fehlerstromsensor 9 nachgeschaltete weitere Schaltvorrichtung 8, ein der Schaltvorrichtung 8 nachgeschalteter AC/DC-Wandler 15, ein dem AC/DC- Wandler 15 nachgeschalteter DC/DC-Wandler 25, eine dem DC/DC-Wandler 25 nachgeschaltete Schaltvorrichtung 26 und ein der Schaltvorrichtung 26 nachgeschaltetes weiteres EMV-Filter 27 vorgesehen. Die Schaltvorrichtung 26 ist auf der DC'Seite der Ladestation 1 angeordnet und kann auch als DC- Schaltvorrichtung bezeichnet werden. Die DC'Schaltvorrichtung ist beispielsweise ein Schütz.

Dabei ist die Ansteuerschaltung 14 der Fig. 5 insbesondere dazu eingerichtet, neben der Schaltvorrichtung 26 auch die weitere Schaltvorrichtung 8, falls zu- mindest eines der Ansteuersignale Al, A2, A3 bereitgestellt ist, mittels des Öff- nungssignals O derart anzusteuern, dass diese die Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter in der Ladestation öffnet. Hierdurch wird die Sicherheit der Ladestation 1 erhöht. Weiters wird über die Steuervorrichtung 13 ein Abschaltsignal Cl an den AC/DC-Wandler 15 und ein Abschaltsignal C2 an den DC/DC- Wandler 25 gesendet. Dies erhöht die Sicherheit wiederum.

Des Weiteren weist die Ladestation 1 vorzugsweise eine Elektromechanik (nicht gezeigt) zur mechanischen Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 auf. Die Elektromechanik umfasst eine über eine elektrische Kopplung der Rückmeldungskontakte der weiteren Schaltvorrichtung 8 gesteuerte Blende, welche der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 folgt, und eine durch die Blende gesteuerte visuelle Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8. Die visuelle Anzeigeeinrichtung umfasst beispielsweise zwei LEDs, welche grün und rot leuchten. Die Blende überdeckt stets eine der beiden LEDs, wohingegen die nicht von der Blende überdeckte LED für den Benutzer sichtbar ist. Durch die elektrische Kopplung der Blende mit den Rückmeldungskontakten der weiteren Schaltvorrichtung 8 folgt die Blende stets der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8. Hierdurch steuert die Blende die visuelle Anzeigeeinrichtung derart, dass diese dem Benutzer die Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 mittels der F arben Rot und Grün anzeigt.

Vorzugsweise ist die Elektromechanik mit einem Energiespeicher derart gekoppelt, dass die Elektromechanik auch im energielosen Zustand der Ladestation 1 die Anzeige der Schaltstellung der weiteren Schaltvorrichtung 8 für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten kann.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Ladestation 1 zu der dritten Ausführungsform der Fig. 5. Die vierte Ausführungsform der Fig. 6 unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform der Fig. 5 dahingehend, dass zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 26 und der weiteren Schaltvorrichtung 8 unter- schiedliche, dedizierte Ansteuersignale TI und T2 verwendet werden, nämlich ein erstes Ansteuersignal TI für die Schaltvorrichtung 26 und ein zweites Ansteuersignal T2 für die weitere Ansteuervorrichtung 8.

Dabei ist die Schaltvorrichtung 26 vorzugsweise als ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet, und die weitere Schaltvorrichtung 8 ist vorzugsweise als ein zweites steuerbares Leistungsschaltelement ausgebildet. Das erste Leistungsschaltelement ist ein elektromagnetisch geschaltetes Leistungsschaltelement, wobei jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 einen nichtleitenden Schaltzustand, in welchem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, aufweist. Dabei ist jedes der Leistungsschaltelemente 8, 26 zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 1 zu dem Energiespeicher 2 des Elektrofahrzeuges 3 eingerichtet.

Dabei ist die Steuervorrichtung 13 dazu eingerichtet, a) einen elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels eines ersten Ansteuersignals mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das erste Leistungsschaltelement 26 von dem nicht -leiten den Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, b) den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 mittels des ersten Ansteuersignals mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement 26 in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) das zweite Leistungsschaltelement 8 mittels eines zweiten Ansteuersignals anzusteuern, um das zweite Leistungsschaltelement 8 von dem nichtleitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 26 betraglich einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet. Diese Funktionalität kann auch von der Ansteuereinrichtung 14 übernommen werden. In Ausführungsformen kann die Ansteuereinrichtung 14 auch als Teil der Steuervorrichtung 13 ausgebildet sein.

Des Weiteren zeigt die Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden eines Energiespeichers 2 eines Elektrofahrzeuges 3 mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 4. Die Ladestation 1 ist beispielsweise wie in einer der Fig. 4 bis Fig. 6 ausgeführt. Das Verfahren der Fig. 7 umfasst die Schritte S10 bis S40:

In Schritt S10 ein zeitlich veränderlicher Fehlerstroms F mit Gleichstromanteil und Wechselstromanteil durch einen den Phasen LI, L2, L3 und dem Neutralleiter N zugeordneten Fehlerstromsensor 9 erfasst. Dabei umfasst der Schritt S10 auch ein Erfassen eines im Fehlerfall über den PE -Leiter PE fließenden Fehler- Stroms F.

Der Schritt S20 umfasst ein Detektieren von sinusförmigen Wechselfehlerströ- men und pulsierenden Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon ein Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals Al zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen und Schließen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N.

Der Schritt S30 umfasst ein Detektieren von Gleichfehlerströmen in Abhängigkeit des erfassten Fehlerstroms F und abhängig davon ein Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals A2 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen und Schließen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N. Der Schritt S40 umfasst ein Bereitstellen eines dritten Ansteuersignals A3 zum Ansteuern der Schaltvorrichtung 26 zum Öffnen der DC+-Leitung DC+ und der DC--Leitung DC- und/oder zum Ansteuern der weiteren Schaltvorrichtung 8 zum Öffnen und Schheßen der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N durch die Steuervorrichtung 13.

Ist zumindest eines der Ansteuersignale Al, A2 oder A3 bereitgestellt, so wird die Schaltvorrichtung 26, und optional zusätzlich die weitere Schaltvorrichtung 8 geöffnet.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Ladestation

2 Energiespeicher

3 Elektrofahrzeug

4 mehrphasiges Teilnehmernetz

5 Ladekabel

6 Netzanschlusspunkt

7 mehrphasiges Energieversorgungsnetz

8 Schaltvorrichtung

9 Fehlerstromsensor

10a Anschlussklemme

10b Anschlussklemme

10c Anschlussklemme lOd Anschlussklemme lOe Anschlussklemme

11 erste Einheit

12 zweite Einheit

13 Steuervorrichtung

14 Ansteuerschaltung

15 AC/DC-Wandler

16 Klemmleiste

17 Ladestecker

19 Kommunikationsmodul

20 Kommunikationsschnittstelle

21 Benutzerschnittstelle

22 Netzteil

24 EM V- Filter

25 DC/DC-Wandler

26 Schaltvorrichtung

27 EMV-Filter Al erstes Ansteuersignal

A2 zweites Ansteuersignal

A3 drittes Ansteuersignal

AR Außenraum

C 1 Steuersignal

C2 Steuersignal

CP Charge-Pilot-Signalleitung

DC+ DC+-Leiter, DC+-Leitung

DC- DC--Leiter, DC--Leitung

F Fehlerstrom

IR Innenraum

IS Isolationsbruch-Sensorsignal

Kl Schicht aus Kunststoff

K2 Schicht aus Kunststoff

LI Phase

L2 Phase

L3 Phase

N Neutralleiter

O Öffnungssignal

PE PE -Leiter

T Temperatur-Signalleitung

TI Ansteuersignal

T2 Ansteuersignal

S10 Verfahrensschritt

S20 Verfahrensschritt

S30 Verfahrensschritt

S40 Verfahrensschritt