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DE102017209712A1 - Charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle, method for operating a charging device and rapid charging device - Google Patents

Charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle, method for operating a charging device and rapid charging device Download PDF

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DE102017209712A1
DE102017209712A1 DE102017209712.4A DE102017209712A DE102017209712A1 DE 102017209712 A1 DE102017209712 A1 DE 102017209712A1 DE 102017209712 A DE102017209712 A DE 102017209712A DE 102017209712 A1 DE102017209712 A1 DE 102017209712A1
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DE
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charging
current
energy storage
fast
mode
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Application number
DE102017209712.4A
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German (de)
Inventor
Stefan Dünsbier
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Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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Abstract

Zur Ermöglichung eines besonders schnellen und ortsunabhängigen Ladevorgangs einer Energiespeichereinrichtung eines Kraftfahrzeugs betrifft die Erfindung eine Ladevorrichtung (1) zum Laden der Energiespeichereinrichtung (2) des elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Grundladeeinrichtung (3) mit einem Netzanschluss (4) für Netzstrom (9) aus einem Stromnetz (8), und mit einer Schnellladeeinrichtung (5), welche mit dem Netzanschluss (4) koppelbar ist und welche eine Steuereinrichtung (6) aufweist, mittels welcher der Netzstrom (9) in Ladestrom (10) umwandelbar ist, über welche ein Energiespeicher (7) der Schnellladeeinrichtung (5) in einem Speichermodus mit dem Ladestrom (10) ladbar ist und über welche die Energiespeichereinrichtung (2) in einem Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher (7) ladbar ist, wobei die Schnellladeeinrichtung (5) als von der Grundladeeinrichtung (3) entkoppelbares, für einen Nutzer tragbares und in dem Kraftfahrzeug transportierbares Modul der Ladevorrichtung (1) ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung (1) sowie eine Schnellladeeinrichtung (5).

Figure DE102017209712A1_0000
To enable a particularly fast and location-independent charging of an energy storage device of a motor vehicle, the invention relates to a charging device (1) for charging the energy storage device (2) of the electrically operable motor vehicle, with a base charging device (3) with a mains connection (4) for mains current (9) a power grid (8), and a fast charging device (5) which can be coupled to the mains connection (4) and which has a control device (6) by means of which the mains current (9) can be converted into charging current (10) via which Energy store (7) of the fast charging device (5) in a storage mode with the charging current (10) is loadable and via which the energy storage device (2) in a fast charging mode with energy from the energy store (7) can be loaded, wherein the fast charging device (5) as from the Grundladeeinrichtung (3) decoupled, portable for a user and transportable in the motor vehicle M odul of the charging device (1) is formed. Furthermore, the invention relates to a method for operating a loading device (1) and a rapid loading device (5).
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Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung für eine Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs sowie eine Schnellladeeinrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle, a method for operating a charging device for an energy storage device of an electrically operable motor vehicle and a rapid charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle according to the preambles of the independent claims.

Eine derartige Ladevorrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs ist bereits aus der DE 10 2010 015 758 A1 bekannt. Die Ladevorrichtung umfasst eine Grundladeeinrichtung mit einem Netzanschluss für Netzstrom aus einem Stromnetz. Des Weiteren umfasst die Ladevorrichtung eine Schnellladeeinrichtung, welche mit dem Netzanschluss koppelbar ist und welche eine Steuereinrichtung aufweist, mittels welcher der Netzstrom in Ladestrom umwandelbar ist, über welche ein Energiespeicher der Schnellladeeinrichtung in einem Speichermodus mit dem Ladestrom ladbar ist und über welche die Energiespeichereinrichtung in einem Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher ladbar ist. Dabei umfasst der Energiespeicher eine Mehrzahl von Kondensatoren hoher Kapazität.Such a charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle is already out of the DE 10 2010 015 758 A1 known. The charging device comprises a basic charging device with a mains connection for mains power from a power grid. Furthermore, the charging device comprises a fast charging device, which can be coupled to the mains connection and which has a control device, by means of which the mains current can be converted into charging current, via which an energy store of the fast charging device can be charged in a storage mode with the charging current and via which the energy storage device in one Fast charging mode with energy from the energy storage is loadable. In this case, the energy store comprises a plurality of capacitors of high capacity.

Des Weiteren ist aus der DE 10 2014 218 418 A1 eine elektrische Leistungsversorgungssteuerung für ein Fahrzeug bekannt, mittels welcher eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs mit einer Ladevorrichtung ladbar ist.Furthermore, from the DE 10 2014 218 418 A1 an electric power supply control for a vehicle, by means of which an energy storage device of the vehicle is loadable with a charging device.

Überdies wird in der DE 10 2008 008 594 A1 ein tragbares elektronisches Gerät offenbart, welches durch einen Akku betrieben werden kann, wobei der Akku von einer Ladestation ladbar ist.Moreover, in the DE 10 2008 008 594 A1 discloses a portable electronic device which can be operated by a battery, the battery of a charging station can be loaded.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung sowie eine Schnellladeeinrichtung zu schaffen, mittels welcher das Kraftfahrzeug besonders schnell und ortsunabhängig mit Energie versorgbar ist.The object of the present invention is to provide a charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle, a method for operating a charging device and a fast charging device, by means of which the motor vehicle can be supplied with energy particularly quickly and location-independent.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ladevorrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, durch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung sowie durch eine Schnellladeeinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung angegeben.This object is achieved by a charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle, by a method for operating a charging device and by a fast charging device with the features of the independent claims. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective dependent claims and in the following description.

Zur Schaffung einer Ladevorrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art, mittels welcher das Kraftfahrzeug besonders schnell und ortsunabhängig mit Energie versorgt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schnellladeeinrichtung als von der Grundladeeinrichtung entkoppelbares, für einen Nutzer tragbares und in dem Kraftfahrzeug transportierbares Modul der Ladevorrichtung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Energiespeicher der Schnellladeeinrichtung in dem Speichermodus mit dem Ladestrom insbesondere bis zu einem vollgeladenen Zustand ladbar ist und anschließend von der Grundladeeinrichtung entkoppelt werden kann. Bei Bedarf kann der Nutzer die Schnellladeeinrichtung von der Grundladeeinrichtung wegtragen, um beabstandet von der Grundladeeinrichtung das Kraftfahrzeug mittels der Schnellladeeinrichtung zu laden. Mittels der Schnellladeeinrichtung kann das Kraftfahrzeug beziehungsweise die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs im Schnelllademodus mit einer besonders hohen Leistung mit Energie versorgt werden. Wird die Schnellladeeinrichtung mit dem Kraftfahrzeug mittransportiert, so kann die Schnellladeeinrichtung als Reserveenergiequelle dienen. Vorteilhafterweise kann in dem Schnelllademodus die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs unabhängig davon, ob sich das Kraftfahrzeug in einem Nahbereich der Grundladeeinrichtung befindet oder nicht, mittels der Schnellladeeinrichtung besonders schnell mit Energie versorgt werden, indem die Schnellladeeinrichtung die Energie mit hoher Leistung an die Energiespeichereinrichtung überträgt. Fällt ein Ladezustand der Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs beispielsweise unterhalb einen definierten Grenzladezustand, so kann dies dem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeteilt werden. Infolge der Mitteilung kann der Fahrer mittels der Schnellladeeinrichtung, welche in diesem Fall als Reserveenergiequelle dient, die Energiespeichereinrichtung mit Energie versorgen, sodass der Fahrer das Kraftfahrzeug zumindest bis zu einer nächsten Lademöglichkeit für das Kraftfahrzeug fahren kann. Vorteilhafterweise kann somit einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs vorgebeugt werden.To provide a charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle of the type mentioned, by means of which the motor vehicle can be supplied particularly fast and location-independent with energy, it is provided according to the invention that the fast charging device as decoupled from the base loader, portable for a user and in the motor vehicle transportable module of the charging device is formed. This means that the energy storage of the fast charging device can be charged in the storage mode with the charging current in particular up to a fully charged state and can then be decoupled from the basic charging device. If necessary, the user may carry away the rapid loading device from the base loading device, in order to load the motor vehicle at a distance from the basic loading device by means of the fast loading device. By means of the rapid charging device, the motor vehicle or the energy storage device of the motor vehicle can be supplied with energy in the rapid charging mode with a particularly high power. If the fast charging device is transported along with the motor vehicle, the fast charging device can serve as a reserve energy source. Advantageously, in the rapid charging mode, the energy storage device of the motor vehicle, regardless of whether the motor vehicle is in a vicinity of the Grundladeeinrichtung or not, are supplied by the fast charging device particularly fast with energy by the fast charging device transfers the energy with high power to the energy storage device. Falls a state of charge of the energy storage device of the motor vehicle while driving the motor vehicle, for example, below a defined limit state of charge, so this can be communicated to the driver of the motor vehicle. As a result of the notification, the driver can supply the energy storage device with energy by means of the rapid charging device, which in this case serves as a reserve energy source, so that the driver can drive the motor vehicle at least until the next charging possibility for the motor vehicle. Advantageously, it is thus possible to prevent the motor vehicle from being left behind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zwischen dem Speichermodus, dem Schnelllademodus und einem Lademodus, in welchem die Steuereinrichtung den Netzstrom aus dem Stromnetz in Ladestrom umwandelt und direkt die Energiespeichereinrichtung mit dem Ladestrom lädt, umzuschalten. Mit anderen Worten ist die Schnellladeeinrichtung sowohl im Speichermodus, im Schnelllademodus als auch im Lademodus als unterschiedlichen Modi betreibbar. Im Speichermodus wird der Energiespeicher mittels aus dem Netzstrom resultierenden Ladestroms geladen. Im Schnelllademodus wird die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs mit Energie aus dem Energiespeicher geladen. In dem Lademodus wird der aus dem Netzstrom resultierende Ladestrom direkt der Energiespeichereinrichtung zugeführt. Beispielsweise kann die Schnellladeeinrichtung in zwei der Modi gleichzeitig betrieben werden, sodass sowohl der Energiespeicher als auch die Energiespeichereinrichtung gleichzeitig mit aus dem Netzstrom resultierendem Ladestrom geladen werden. Ein Einstellen beziehungsweise ein Umstellen zwischen dem Speichermodus, dem Schnelllademodus und dem Lademodus erfolgt mittels der Steuereinrichtung. Vorteilhafterweise kann somit sowohl die Schnellladeeinrichtung als auch die Ladevorrichtung in einem einem Energiebedarf des Energiespeichers und/oder der Energiespeichereinrichtung entsprechenden Modus betrieben werden.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control device is set up to switch between the storage mode, the fast charging mode and a charging mode in which the control device converts the mains current from the mains into charging current and directly charges the energy storage device with the charging current. In other words, the fast charging device is operable as different modes in both the storage mode, the fast charging mode and the charging mode. In storage mode, the energy storage means of the Mains current resulting charging current charged. In fast charging mode, the energy storage device of the motor vehicle is charged with energy from the energy storage. In the charging mode, the charging current resulting from the mains current is fed directly to the energy storage device. For example, the fast charging device can be operated simultaneously in two of the modes, so that both the energy store and the energy storage device are charged simultaneously with charge current resulting from the mains current. A setting or switching between the storage mode, the fast charging mode and the charging mode by means of the control device. Advantageously, both the fast charging device and the charging device can thus be operated in a mode corresponding to an energy requirement of the energy store and / or the energy storage device.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Energiespeicher als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der Energiespeicher besonders leicht ist, sodass dieser für den Nutzer tragbar und in dem Kraftfahrzeug transportierbar ist. Insbesondere ist der als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildete Energiespeicher bei einer definierten Speicherkapazität und einer definierten Ladeleistung besonders leicht im Vergleich zu anderen Energiespeichermöglichkeiten.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the energy store is designed as a lithium-ion accumulator. This results in the advantage that the energy storage is particularly light, so that it is portable for the user and transportable in the motor vehicle. In particular, the formed as a lithium-ion battery energy storage at a defined storage capacity and a defined charging power is particularly easy compared to other energy storage options.

In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Energiespeicher eine Speicherkapazität von wenigstens 3 Kilowattstunden aufweist. Dies ermöglicht beispielsweise, dass das Kraftfahrzeug nach einem Laden der Energiespeichereinrichtung mit Energie aus dem vollgeladenen Energiespeicher zumindest bis zu einer nächstgelegenen Ladevorrichtung fahrbar ist. Somit kann ein Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs größtenteils unterbunden werden.In this context, it has proven to be advantageous if the energy storage has a storage capacity of at least 3 kilowatt hours. This makes it possible, for example, for the motor vehicle to be mobile after charging the energy storage device with energy from the fully charged energy store at least up to a nearest charging device. Thus, a stoppage of the motor vehicle can be largely prevented.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung für eine Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs. Bei dem Verfahren wird ein Netzanschluss einer Grundladeeinrichtung mit einer Schnellladeeinrichtung gekoppelt und Netzstrom aus einem Stromnetz an die Schnellladeeinrichtung übertragen. Darüber hinaus wandelt eine Steuereinrichtung der Schnellladeeinrichtung den Netzstrom in Ladestrom um und lädt einen Energiespeicher der Schnellladeeinrichtung in einem Speichermodus mit dem Ladestrom. Zu einem späteren Zeitpunkt wird die Energiespeichereinrichtung in einem Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher geladen. Zur Ermöglichung eines besonders schnellen und ortsunabhängigen Ladens der Energiespeichereinrichtung des elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs wird die Schnellladeeinrichtung von der Grundladeeinrichtung entkoppelt, von einem Nutzer getragen und/oder von dem Kraftfahrzeug transportiert. Das bedeutet, dass die Schnellladeeinrichtung nach deren Entkopplung von der Grundladeeinrichtung von dem Nutzer von der Grundladeeinrichtung weg getragen wird, um die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs beabstandet von der Grundladeeinrichtung im Schnelllademodus mittels der Schnellladeeinrichtung zu laden. Alternativ oder zusätzlich wird die Schnellladeeinrichtung von dem Kraftfahrzeug transportiert, beispielsweise als Reserveenergiequelle. Bedarf die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs besonders schnell und besonders dringend Energie, so kann die Energiespeichereinrichtung im Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher geladen werden. Beispielsweise ermöglicht dies, dass das Fahrzeug mit der Energie aus dem Energiespeicher bis zu einer nächstgelegenen Ladevorrichtung fahren kann, sodass dort die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs geladen werden kann. Ein durch Energiemangel begründetes Stehenbleiben des Kraftfahrzeugs kann hierdurch vorteilhafterweise weitestgehend unterbunden werden.The invention further relates to a method for operating a charging device for an energy storage device of an electrically operable motor vehicle. In the method, a mains connection of a basic charging device is coupled to a fast charging device and network power is transmitted from a power network to the fast charging device. In addition, a control device of the fast charging device converts the mains current into charging current and charges an energy store of the fast charging device in a storage mode with the charging current. At a later time, the energy storage device is charged with energy from the energy store in a fast charge mode. To enable a particularly fast and location-independent charging of the energy storage device of the electrically operable motor vehicle, the fast charging device is decoupled from the basic charging device, carried by a user and / or transported by the motor vehicle. That is, after decoupling from the base loader, the fast loader is carried away from the base loader by the user to load the energy storage device of the motor vehicle away from the base loader in the fast load mode by means of the fast loader. Alternatively or additionally, the rapid charging device is transported by the motor vehicle, for example as a reserve energy source. If the energy storage device of the motor vehicle requires energy particularly quickly and particularly urgently, the energy storage device can be charged with energy from the energy store in the fast charge mode. For example, this makes it possible for the vehicle to drive with the energy from the energy store to a nearest charging device, so that the energy storage device of the motor vehicle can be charged there. An established by lack of energy stoppage of the motor vehicle can thereby advantageously be largely prevented.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schnellladeeinrichtung beabstandet von dem Netzanschluss die Energiespeichereinrichtung im Schnelllademodus lädt. Somit kann die Energiespeichereinrichtung beabstandet von der Grundladeeinrichtung in dem Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher geladen werden. Dies erfolgt insbesondere mit hoher Leistung, sodass die Energiespeichereinrichtung besonders schnell mit der Energie aus dem Energiespeicher versorgt wird, sodass das Kraftfahrzeug besonders schnell eine Fahrt starten oder fortsetzen kann, welche energiebedingt ohne die Energie aus dem Energiespeicher nicht möglich gewesen wäre.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the fast charging device spaced from the mains connection, the energy storage device in the fast charging mode loads. Thus, the energy storage device may be charged with energy from the energy storage device spaced from the base charging device in the fast charging mode. This is done in particular with high power, so that the energy storage device is supplied very fast with the energy from the energy storage, so that the motor vehicle can start or continue a particularly fast drive, which energy would have been impossible without the energy from the energy storage.

Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Schnellladeeinrichtung in einem Lademodus Netzstrom von dem Netzanschluss empfängt, den Netzstrom in Ladestrom umwandelt und den Ladestrom direkt zum Laden an die Energiespeichereinrichtung überträgt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn in einem Zustand, in welchem die Schnellladeeinrichtung mit der Grundladeeinrichtung gekoppelt ist und die Energiespeichereinrichtung bereits im Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher geladen worden ist, sodass der Ladezustand des Energiespeichers unter einen definierten Grenzladezustand gesunken ist, die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs direkt mit dem aus dem Netzstrom resultierenden Ladestrom ladbar ist. Beispielsweise wird das Kraftfahrzeug mit der Ladevorrichtung gekoppelt und die Energiespeichereinrichtung zuerst im Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher versorgt, sodass besonders schnell die Energiespeichereinrichtung zumindest zu einem Teil geladen ist. Anschließend wird die Energiespeichereinrichtung mit dem aus dem Netzstrom des Stromnetzes resultierenden Ladestrom entsprechend einer vom Stromnetz bereitgestellten Leistung geladen. Somit kann vorteilhafterweise die Energiespeichereinrichtung besonders schnell mit einer Grundmenge an Energie aus dem Energiespeicher geladen werden und anschließend bis zu einem vollgeladenen Zustand mittels des Netzstroms aus dem Stromnetz geladen werden.It has proven to be advantageous if the fast charging device in a charging mode receives mains power from the mains connection, converts the mains current into charging current and transmits the charging current directly to the energy storage device for charging. This is particularly advantageous if, in a state in which the fast charging device is coupled to the base charging device and the energy storage device has already been charged with energy from the energy store in the fast charge mode, so that the state of charge of the energy store has fallen below a defined limit state, the energy storage device of the motor vehicle can be charged directly with the charging current resulting from the mains current. For example, the motor vehicle is coupled to the charging device and the energy storage device is first supplied with energy from the energy store in the fast-charging mode, so that particularly quickly Energy storage device is at least partially charged. Subsequently, the energy storage device is charged with the charging current resulting from the mains current of the power grid in accordance with a power provided by the power grid. Thus, advantageously, the energy storage device can be charged very quickly with a basic amount of energy from the energy storage and then be charged to a fully charged state by means of the mains power from the mains.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung bei einer Kopplung mit der Energiespeichereinrichtung zwischen dem Schnelllademodus und dem Lademodus in Abhängigkeit von einem Ladezustand des Energiespeichers umschaltet und die Steuereinrichtung bei einem von der Energiespeichereinrichtung abgekoppelten Zustand der Schnellladeeinrichtung den Speichermodus zumindest so lange einschaltet, bis ein definierter Ladezustand des Energiespeichers erreicht ist. Mit anderen Worten schaltet die Steuereinrichtung von dem Schnelllademodus in den Lademodus um, wenn der Ladezustand des Energiespeichers unter einen definierten Grenzladezustand gefallen ist. Ist die Schnellladeeinrichtung von der Energiespeichereinrichtung abgekoppelt und mit der Grundladeeinrichtung gekoppelt, so wird der Energiespeicher der Schnellladeeinrichtung mittels des Ladestroms zumindest so lange geladen, bis der definierte Ladezustand des Energiespeichers erreicht ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass, wenn die Energiespeichereinrichtung mit der Schnellladeeinrichtung gekoppelt ist, die Energiespeichereinrichtung besonders schnell mit der Energie aus dem Energiespeicher geladen wird. Darüber hinaus steuert die Steuereinrichtung den Speichermodus derart, dass der Energiespeicher in dem Speichermodus zumindest bis zu einem definierten Ladezustand geladen wird, sodass in einem späteren Schnelllademodus besonders viel Energie im Energiespeicher zum Laden der Energiespeichereinrichtung zur Verfügung steht.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control device switches in a coupling with the energy storage device between the fast charging mode and the charging mode in response to a state of charge of the energy storage and the controller turns on the storage mode at least as long at a disconnected from the energy storage device state of the fast charging device until a defined state of charge of the energy storage is reached. In other words, the controller switches from the fast charge mode to the charge mode when the state of charge of the energy store has fallen below a defined limit state of charge. If the fast charging device is decoupled from the energy storage device and coupled to the basic charging device, then the energy store of the fast charging device is charged by means of the charging current at least until the defined state of charge of the energy store is reached. This results in the advantage that when the energy storage device is coupled to the fast charging device, the energy storage device is charged very quickly with the energy from the energy storage. In addition, the control device controls the storage mode such that the energy store is loaded in the storage mode at least up to a defined state of charge, so that in a later fast charge mode particularly much energy is available in the energy storage for charging the energy storage device.

Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Steuereinrichtung die Energiespeichereinrichtung sowohl im Lademodus als auch im Schnelllademodus mit als Gleichstrom ausgebildetem Ladestrom lädt, und der Ladestrom im Schnelllademodus eine Leistung von wenigstens 30 Kilowatt aufweist. Dies ermöglicht, dass die Energiespeichereinrichtung besonders schnell mit dem Ladestrom geladen werden kann.It has proven to be advantageous if the control device charges the energy storage device both in the charging mode and in the fast charging mode with charging current designed as a direct current, and the charging current in the fast charging mode has a power of at least 30 kilowatts. This allows the energy storage device can be charged very fast with the charging current.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schnellladeeinrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs. Die Schnellladeeinrichtung umfasst eine Steuereinrichtung, mittels welcher Netzstrom eines Stromnetzes empfangbar ist und mittels welcher der Netzstrom in Ladestrom umwandelbar ist. Darüber hinaus umfasst die Schnellladeeinrichtung einen Energiespeicher, welcher mittels der Steuereinrichtung in einem Speichermodus mit dem Ladestrom ladbar ist und aus welchem mittels der Steuereinrichtung in einem Schnelllademodus Energie zum Laden der Energiespeichereinrichtung entnehmbar ist. Um ein besonders schnelles Laden der Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zwischen dem Speichermodus, dem Schnelllademodus und einem Lademodus, in welchem die Steuereinrichtung den Netzstrom empfängt, den Netzstrom in Ladestrom umwandelt und die Energiespeichereinrichtung direkt mit dem Ladestrom lädt, umzuschalten. Insbesondere schaltet die Steuereinrichtung derart zwischen dem Speichermodus, dem Schnelllademodus und dem Lademodus um, dass in dem Speichermodus besonders viel Energie in dem Energiespeicher gespeichert wird, sodass in einem späteren Schnelllademodus besonders schnell besonders viel Energie von dem Energiespeicher an die Energiespeichereinrichtung übertragen werden kann. Ist ein Ladezustand des Energiespeichers unter einen definierten Grenzladezustand gefallen, so schaltet die Steuereinrichtung zum weiteren Laden der Energiespeichereinrichtung bei einer Kopplung der Schnellladeeinrichtung mit einem Netzanschluss in den Lademodus, sodass die Energiespeichereinrichtung möglichst voll mit Energie beladen werden kann.Another aspect of the invention relates to a rapid charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle. The fast charging device comprises a control device, by means of which the mains current of a power grid can be received and by means of which the mains current can be converted into charging current. In addition, the fast charging device comprises an energy store, which is loadable by means of the control device in a storage mode with the charging current and from which by means of the control device in a fast charging mode energy for charging the energy storage device can be removed. In order to enable particularly rapid charging of the energy storage device of the motor vehicle, it is provided according to the invention that the control device is adapted to convert the mains current into charging current between the storage mode, the fast charging mode and a charging mode in which the control device receives the mains current and the energy storage device directly charged with the charging current, to switch. In particular, the control device switches between the storage mode, the fast charging mode and the charging mode such that in the storage mode, a particularly large amount of energy is stored in the energy store, so that in a later fast charging mode particularly high energy can be transferred from the energy store to the energy storage device. If a state of charge of the energy store has dropped below a defined limit state of charge, then the control device switches to charging mode for further charging of the energy storage device when the fast charging device is coupled to a mains connection, so that the energy storage device can be fully charged with energy as far as possible.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Schnellladeeinrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Vorteilen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Vorteile und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Schnellladeeinrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments and advantages of the method according to the invention and the rapid loading device according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the advantages and further developments of the charging device according to the invention. For this reason, the corresponding advantages and developments of the method according to the invention and the rapid charging device according to the invention are not described here again.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine Perspektivansicht einer Ladevorrichtung zum Laden einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs mit aus Netzstrom resultierendem Ladestrom; und
  • 2 ein schematisches Fließbild für ein Verfahren zum Betreiben der Ladevorrichtung gemäß 1, bei welchem Netzstrom aus einem Stromnetz an die Ladevorrichtung übertragen wird und aus dem Netzstrom resultierender Ladestrom an die Energiespeichereinrichtung des elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs übertragen wird.
In the following, embodiments of the invention are described. This shows:
  • 1 a perspective view of a charging device for charging an energy storage device of an electrically operable motor vehicle with mains current resulting charging current; and
  • 2 a schematic flow diagram of a method for operating the charging device according to 1 in which mains power is transmitted from a power grid to the charging device is and is transmitted from the mains current resulting charging current to the energy storage device of the electrically operable motor vehicle.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine Perspektivansicht der Ladevorrichtung 1 zum Laden einer Energiespeichereinrichtung 2 eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs. Die Ladevorrichtung 1 umfasst eine Grundladeeinrichtung 3 mit einem Netzanschluss 4 für Netzstrom 9 aus einem Stromnetz 8. Darüber hinaus weist die Ladevorrichtung 1 eine Schnellladeeinrichtung 5 auf, welche mit dem Netzanschluss 4 koppelbar ist und welche eine Steuereinrichtung 6 umfasst. Mittels der Steuereinrichtung 6 ist der Netzstrom 9 in Ladestrom 10 umwandelbar, ein Energiespeicher 7 der Schnellladeeinrichtung 5 in einem Speichermodus mit dem Ladestrom 10 ladbar und die Energiespeichereinrichtung 2 in einem Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher 7 ladbar. Vorliegend ist die Grundladeeinrichtung 3 stationär angeordnet und die Schnellladeeinrichtung 5 kann in einer nicht dargestellten Aufnahme der Grundladeeinrichtung 3 aufgenommen werden, oder der Aufnahme entnommen werden um die Schnellladeeinrichtung 5 von der Grundladeeinrichtung 3 zu entfernen. 1 shows a perspective view of the loading device 1 for charging an energy storage device 2 an electrically operable motor vehicle. The loading device 1 includes a basic charging device 3 with a mains connection 4 for mains power 9 from a power grid 8th , In addition, the loader points 1 a fast charging device 5 on which with the mains connection 4 can be coupled and which a control device 6 includes. By means of the control device 6 is the mains power 9 in charging current 10 convertible, an energy storage 7 the fast charging device 5 in a storage mode with the charging current 10 loadable and the energy storage device 2 in a fast charge mode with energy from the energy store 7 loaded. In the present case is the basic charging device 3 arranged stationary and the fast charging device 5 can in a recording, not shown, the basic charging device 3 be taken, or removed from the recording to the fast charging device 5 from the basic charging device 3 to remove.

Um ein besonders schnelles, ortsunabhängiges Laden der Energiespeichereinrichtung 2 mittels der Energie aus dem Energiespeicher 7 zu ermöglichen, ist die Schnellladeeinrichtung 5 als von der Grundladeeinrichtung 3 entkoppelbares, für einen Nutzer tragbares und in dem Kraftfahrzeug transportierbares Modul der Ladevorrichtung 1 ausgebildet. Der Energiespeicher 7 ist vorliegend als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet und weist eine Speicherkapazität von wenigstens 3 Kilowattstunden auf. Die Steuereinrichtung 6 der Schnellladeeinrichtung 5 ist dazu eingerichtet, zwischen dem Speichermodus, dem Schnelllademodus und einem Lademodus, in welchem die Steuereinrichtung 6 den Netzstrom 9 aus dem Stromnetz 8 in Ladestrom 10 umwandelt und die Energiespeichereinrichtung 2 mit dem Ladestrom 10 lädt, umzuschalten. Die Grundladeeinrichtung 3 ist vorliegend ortsfest ausgebildet, wohingegen die Schnellladeeinrichtung 5 von der Grundladeeinrichtung 3 entkoppelbar ist und die Energiespeichereinrichtung 2 mittels der Schnellladeeinrichtung 5 ortsunabhängig ladbar ist.To a particularly fast, location-independent charging of the energy storage device 2 by means of energy from the energy store 7 to enable is the fast charging device 5 as from the basic loader 3 decoupled, portable for a user and transportable in the motor vehicle module of the charging device 1 educated. The energy storage 7 is presently designed as a lithium-ion battery and has a storage capacity of at least 3 kilowatt hours. The control device 6 the fast charging device 5 is configured to switch between the storage mode, the fast charging mode and a charging mode in which the control device 6 the mains power 9 from the mains 8th in charging current 10 converts and the energy storage device 2 with the charging current 10 loads to switch. The basic charging device 3 is stationary in the present case, whereas the fast charging device 5 from the basic charging device 3 can be decoupled and the energy storage device 2 by means of the fast charging device 5 Can be loaded independently of location.

In 2 ist ein schematisches Fließbild zum Betreiben der Ladevorrichtung 1 dargestellt. In 2 ist das Stromnetz 8 schematisch mit einem Kästchen gekennzeichnet. Bei dem Stromnetz 8 handelt es sich vorliegend um ein Verbundstromnetz. Von diesem Stromnetz 8 wird der Netzstrom 9 an die Ladevorrichtung 1 übertragen. Der Netzstrom 9 wird von dem Stromnetz 8 an den Netzanschluss 4 der Ladevorrichtung 1 übertragen. Von dem Netzanschluss 4 wird der Netzstrom 9 an die Steuereinrichtung 6, welche unter anderem Leistungselektronik umfasst, übertragen. Die Steuereinrichtung 6 wandelt den Netzstrom 9 in Ladestrom 10 um und überträgt den Ladestrom 10 in dem Speichermodus an den Energiespeicher 7 beziehungsweise überträgt den Ladestrom 10 in dem Lademodus an die Energiespeichereinrichtung 2 des Kraftfahrzeugs. Für die Übertragung des Ladestroms 10 an die Energiespeichereinrichtung 2 des Kraftfahrzeugs umfasst die Ladevorrichtung 1 vorliegend einen IEC 62196 Typ 2 Stecker.In 2 is a schematic flow diagram for operating the charging device 1 shown. In 2 is the power grid 8th schematically marked with a box. At the power grid 8th this is a composite power grid. From this power grid 8th becomes the mains power 9 to the loader 1 transfer. The mains power 9 gets off the power grid 8th to the mains connection 4 the loader 1 transfer. From the mains connection 4 becomes the mains power 9 to the controller 6 , which includes, among other power electronics, transmitted. The control device 6 converts the mains power 9 in charging current 10 and transfers the charging current 10 in the storage mode to the energy storage 7 or transfers the charging current 10 in the charging mode to the energy storage device 2 of the motor vehicle. For the transmission of the charging current 10 to the energy storage device 2 of the motor vehicle comprises the charging device 1 in this case an IEC 62196 Type 2 Plug.

Im Speichermodus sowie im Lademodus ist die Schnellladeeinrichtung 5 mit der Grundladeeinrichtung 3 gekoppelt. Im Schnelllademodus kann die Schnellladeeinrichtung 5 mit der Grundladeeinrichtung 3 gekoppelt sein oder von der Grundladeeinrichtung 3 entkoppelt sein. Es ist somit möglich, dass die Schnellladeeinrichtung 5 die Energiespeichereinrichtung 2 beabstandet von dem Netzanschluss 4 und der Grundladeeinrichtung 3 im Schnelllademodus lädt. Ein Umschalten zwischen dem Schnelllademodus, dem Lademodus und dem Speichermodus folgt mittels der Steuereinrichtung 6, welche vorliegend in Abhängigkeit von einem Ladezustand des Energiespeichers 7 umschaltet. Eine Umwandlung des Netzstroms 9 in den Ladestrom 10 wird von der Steuereinrichtung 6 durchgeführt, wobei der Ladestrom 10 als Gleichstrom ausgebildet ist. Eine Leistung des Ladestroms 10 entspricht im Speichermodus und im Lademodus einer Leistung des Netzstroms 9 und im Schnelllademodus wenigstens 30 Kilowatt.In storage mode and in charging mode is the fast charging device 5 with the basic charging device 3 coupled. In fast charging mode, the fast charging device 5 with the basic charging device 3 be coupled or from the Grundladeeinrichtung 3 be decoupled. It is thus possible that the fast charging device 5 the energy storage device 2 spaced from the mains connection 4 and the basic charging device 3 loads in fast charge mode. Switching between the fast charging mode, the charging mode and the storage mode follows by the controller 6 which present in dependence on a state of charge of the energy store 7 switches. A conversion of the mains power 9 in the charging current 10 is from the controller 6 carried out, the charging current 10 is designed as a direct current. A power of the charging current 10 in memory mode and in charging mode corresponds to a power of the mains current 9 and at least 30 kilowatts in fast charge mode.

Eine Wandladestation, welche auch als Wall Box bezeichnet wird, nach Stand der Technik ist fest installiert und mit einer Anschlussmöglichkeit zum Laden von Elektroautos, bei welchem es sich um das elektrisch betreibbare Kraftfahrzeug handeln kann, ausgestattet. Üblicherweise umfasst die Wandladestation einen Typ 2-Stecker, um eine Typ 2-Steckverbindung auszubilden. Die Wandladestation wird über einen Anschluss an das Verbundstromnetz mit Energie versorgt. Mittels der Wandladestation kann eine Kommunikation zwischen dem Elektroauto und dem Verbundnetz ermöglicht werden, wobei die Wandladestation nach einem erfolgreichen Verbindungsaufbau den Ladestrom 10 für das Elektroauto freigibt. Somit kann die Wandladestation als Schnittstelle zu einer vorgelagerten Netzinstallation sowie für die Kommunikation mit dem Elektroauto dienen. Die Wandladestation übermittelt dem Elektroauto eine Information, welche charakterisiert, mit welcher Stromstärke das Elektroauto an einer vorhandenen Stromquelle, vorliegend dem Verbundstromnetz, laden kann. Ein Ladegerät ist für eine Ladung nach IEC 62196 Mode 1 bis 3 üblicherweise im Elektroauto integriert. Die Wandladestation fungiert somit als ein intelligenter An-/Aus-Schalter mit vielen Sicherheitsebenen und wird als sogenannter intelligenter Stromschalter bezeichnet. Eine Wandladestation, welche nicht als fest zu installierende Einheit ausgeführt ist und mobil bewegt werden kann, wird als mobile Ladebox bezeichnet. Diese bieten bei gleicher Funktionalität verglichen mit der fest installierten Wandladestation einen zusätzlichen Vorteil einer Mobilität durch Standfüße und einen Tragegriff. Darüber hinaus bietet die mobile Ladebox generell eine Möglichkeit einer Einstellung eines maximalen Strombezugs entsprechend einer vorhandenen Stromquelle. Elektroautoseitig besitzt die mobile Ladebox eine Typ 2-Steckdose für ein Standardladekabel. Netzseitig der mobilen Ladebox wird über eine genormte CEE-Steckverbindung, bei welcher es sich meistens um einen 32 A-CEE-Stecker handelt, eine Verbindung mit dem Stromnetz 8 hergestellt. Hieraus ergeben sich die Nachteile, dass eine maximale Leistung, welche an das Elektroauto abgegeben werden kann, durch einen Anschlusstyp der Wandladestation an das Verbundstromnetz begrenzt ist und die mobile Ladebox nur betrieben werden kann, wenn ein Anschluss an das Verbundstromnetz verfügbar ist.A wall charging station, which is also referred to as a wall box, according to the prior art is permanently installed and equipped with a connection option for charging electric cars, which may be the electrically operable motor vehicle equipped. Typically, the wall charging station includes a Type 2 plug to form a Type 2 connector. The wall charger is powered by a connection to the power grid. By means of the wall charging station can a Communication between the electric car and the interconnected network are made possible, the wall charging station after a successful connection setup the charging current 10 for the electric car releases. Thus, the wall charging station can serve as an interface to an upstream network installation as well as for communication with the electric car. The wall charging station transmits to the electric vehicle information which characterizes the current intensity with which the electric car can charge at an existing power source, in this case the composite power network. A charger is for a charge according to IEC 62196 mode 1 to 3 usually integrated in the electric car. The wall charger thus acts as an intelligent on / off switch with many levels of security and is referred to as a so-called smart power switch. A wall charging station, which is not designed as a fixed unit to install and can be moved by mobile, is referred to as a mobile charging box. These offer the same functionality compared to the fixed wall charging station an additional advantage of mobility through feet and a carrying handle. In addition, the mobile charging box generally offers a way of setting a maximum power reference according to an existing power source. On the electric car side, the mobile charging box has a type 2 socket for a standard charging cable. On the network side of the mobile charging box, a connection to the power grid is made via a standardized CEE plug connection, which is usually a 32 A CEE plug 8th produced. This results in the disadvantages that a maximum power, which can be delivered to the electric car, is limited by a connection type of the wall charging station to the power grid and the mobile charging box can only be operated when a connection to the power grid is available.

Zur Ermöglichung eines besonders schnellen und ortsunabhängigen Ladens der Energiespeichereinrichtung 2 ist die im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebene Ladevorrichtung 1 vorgesehen. Dabei umfasst die Ladevorrichtung 1 als fest installierte Einheit die Grundladeeinrichtung 3 sowie die von der Grundladeeinrichtung 3 abnehmbare und transportierbare Schnellladeeinrichtung 5. Die Schnellladeeinrichtung 5 umfasst sowohl den Energiespeicher 7 sowie eine DC-Leistungselektronik der Steuereinrichtung 6. Das Laden des Kraftfahrzeugs findet vorrangig über den Energiespeicher 7 der Schnellladeeinrichtung 5 in einem DC-Lademodus statt. Ist der Energiespeicher 7 geleert, schaltet die Schnellladeeinrichtung 5 auf das Verbundstromnetz als Energiequelle um. Um die Schnellladeeinrichtung 5 mit einem tragbaren Gesamtgewicht von 15 Kilogramm auszugestalten, wird angenommen, dass die DC-Leistungselektronik, welche auch als Leistungsregelelektronik bezeichnet wird, der Steuereinrichtung 6 eine spezifische Leistung von 20 Kilowatt pro Kilogramm aufweist, sodass eine DC-Ladeleistung von 30 Kilowatt mit circa 1,5 Kilogramm realisierbar ist. Darüber hinaus wird angenommen, dass der Energiespeicher 7, bei welchem es sich vorliegend um einen elektrischen Energiespeicher handelt, eine Speicherkapazität von 250 Wattstunden pro Kilogramm aufweist, entsprechend aktuellen Lithium-Hochleistungsmodulen, sodass 3,375 Kilowattstunden Energie mit einem Gewicht von 13,5 Kilogramm des Energiespeichers 7 realisiert werden können. Dies entspricht circa 31 Kilometern Reichweite in einem Kraftfahrzeugnotlaufmodus bei circa 60 bis 70 Kilometern pro Stunde und einem Verbrauch von circa 11 Kilowattstunden pro 100 Kilometern, welche mit der angenommenen DC-Ladeleistung der Schnellladeeinrichtung 5 von circa 30 Kilowatt innerhalb von circa 6,75 Minuten nachgefüllt werden könnten. Diese Annahmen beziehen sich auf ein tragbares Gesamtgewicht der Schnellladeeinrichtung 5, welche auch als abnehmbare, mobile Notlagebox bezeichnet werden kann, von circa 15 Kilogramm. Der Anschluss der Ladevorrichtung 1 sowie der Schnellladeeinrichtung 5 an das Kraftfahrzeug erfolgt über einen Typ 2-CCS-Stecker nach IEC 62196-4, das bedeutet mit Mode 4 als Gleichstromlademodus, damit die Energie des mobilen, elektrischen Energiespeichers 7 schnell und effektiv direkt in die Energiespeichereinrichtung 2, welche als Gleichspannungs-HV-Batterie ausgebildet ist, des Kraftfahrzeugs umgeladen werden kann.To enable a particularly fast and location-independent charging of the energy storage device 2 is the one related to the 1 and 2 described charging device 1 intended. This includes the charging device 1 as fixed unit the basic charging device 3 as well as from the basic charging device 3 removable and transportable fast loading device 5 , The fast charging device 5 includes both the energy storage 7 and a DC power electronics of the controller 6 , The charging of the motor vehicle takes place primarily via the energy store 7 the fast charging device 5 in a DC charging mode. Is the energy storage 7 emptied, the fast charger turns off 5 on the power grid as an energy source. To the fast charging device 5 with a total portable weight of 15 kilograms, it is assumed that the DC power electronics, which is also referred to as power control electronics, the controller 6 a specific power of 20 kilowatts per kilogram, so that a DC charging power of 30 kilowatts with about 1.5 kilograms is feasible. In addition, it is believed that the energy storage 7 , which in this case is an electrical energy storage, has a storage capacity of 250 watt-hours per kilogram, according to current lithium high-power modules, so that 3.375 kilowatt hours of energy with a weight of 13.5 kilograms of the energy storage 7 can be realized. This corresponds to about 31 kilometers of range in an emergency vehicle mode at about 60 to 70 kilometers per hour and a consumption of about 11 kilowatt hours per 100 kilometers, which with the assumed DC charging power of the fast charging device 5 of about 30 kilowatts could be refilled within about 6.75 minutes. These assumptions relate to a total portable weight of the fast charger 5 , which can also be referred to as a removable, mobile emergency box, of about 15 kilograms. The connection of the charger 1 and the fast charging device 5 to the motor vehicle via a type 2 CCS connector to IEC 62196 - 4 that means with fashion 4 as DC charging mode, so that the power of the mobile, electric energy storage 7 fast and effective directly into the energy storage device 2 , which is designed as a DC-HV battery, the vehicle can be reloaded.

Hieraus ergeben sich die Vorteile, dass eine maximale Ladeleistung, welche an das Kraftfahrzeug abgegeben werden kann, durch den vorrangigen elektrischen Energiespeicher 7 auf die maximal mögliche Ladeleistung der Leistungselektronik erweitert werden kann, vorliegend 30 Kilowatt. Des Weiteren kann die Schnellladeeinrichtung 5 vorteilhafterweise ohne deren Kopplung an das Verbundstromnetz betrieben werden. Im Falle eines Liegenbleibens des Kraftfahrzeugs kann die Schnellladeeinrichtung 5 somit wie ein Reservekanister als Reserveenergiequelle dienen, sodass kein Abschleppdienst erforderlich wird. Vorteilhafterweise können zum Versorgen der Ladevorrichtung 1 gängige, einfache und überall vorhandene einphasige (3,6 Kilowatt) Stromzuleitungen verwendet werden, falls kein Starkstrom vorhanden ist oder dieser nicht verlegt werden kann. Das Laden erfolgt für die ersten Kilometer, das bedeutet für eine Grundladung der Energiespeichereinrichtung 2 mit einer schnellen Ladeleistung des Schnelllademodus, bis der Energiespeicher 7 der Schnellladeeinrichtung 5 geleert ist. Anschließend erfolgt ein Umschalten auf eine zur Verfügung stehende Netzanschlussleistung, vorliegend 3,6 Kilowatt. Es kann somit eine maximale Verfügbarkeit des Kraftfahrzeugs für einen Kunden erreicht werden, da das Kraftfahrzeug in einem nahezu leergefahrenen Zustand innerhalb kürzester Zeit durch Laden mittels der Schnellladeeinrichtung 5 für beispielsweise Kurzstrecken in der Stadt von 20 bis 30 Kilometern verfügbar ist.This results in the advantages that a maximum charging power, which can be delivered to the motor vehicle, by the priority electrical energy storage 7 can be extended to the maximum possible charging power of the power electronics, in this case 30 kilowatts. Furthermore, the fast charging device 5 be advantageously operated without their coupling to the composite power network. In the case of a stay of the motor vehicle, the fast charging device 5 thus serve as a reserve canister as a backup power source, so no towing service is required. Advantageously, for supplying the charging device 1 Common, simple and widely used single-phase (3.6 kilowatts) power supply lines are used, if no high current is present or this can not be laid. The charging takes place for the first few kilometers, which means for a basic charge of the energy storage device 2 with a fast charging power of the fast charging mode until the energy storage 7 the fast charging device 5 is emptied. Subsequently, a switch to an available power supply, in this case 3.6 kilowatts. It can thus be achieved maximum availability of the motor vehicle for a customer, since the motor vehicle in a nearly depleted state within a very short time by charging by means of Quick charger 5 is available for example for short distances in the city of 20 to 30 kilometers.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Wandladestation mit mobiler Schnellladefunktionalität durch Ausgestaltung der Ladevorrichtung 1 mit der Schnellladeeinrichtung 5 realisiert werden kann.Overall, the examples, such as by the invention, a wall charging station with mobile fast charging functionality by design of the charging device 1 with the fast charging device 5 can be realized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010015758 A1 [0002]DE 102010015758 A1 [0002]
  • DE 102014218418 A1 [0003]DE 102014218418 A1 [0003]
  • DE 102008008594 A1 [0004]DE 102008008594 A1 [0004]

Claims (10)

Ladevorrichtung (1) zum Laden einer Energiespeichereinrichtung (2) eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Grundladeeinrichtung (3) mit einem Netzanschluss (4) für Netzstrom (9) aus einem Stromnetz (8), und mit einer Schnellladeeinrichtung (5), welche mit dem Netzanschluss (4) koppelbar ist und welche eine Steuereinrichtung (6) aufweist, mittels welcher der Netzstrom (9) in Ladestrom (10) umwandelbar ist, über welche ein Energiespeicher (7) der Schnellladeeinrichtung (5) in einem Speichermodus mit dem Ladestrom (10) ladbar ist und über welche die Energiespeichereinrichtung (2) in einem Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher (7) ladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellladeeinrichtung (5) als von der Grundladeeinrichtung (3) entkoppelbares, für einen Nutzer tragbares und in dem Kraftfahrzeug transportierbares Modul der Ladevorrichtung (1) ausgebildet ist.Charging device (1) for charging an energy storage device (2) of an electrically operable motor vehicle, having a base charging device (3) with a mains connection (4) for mains current (9) from a power grid (8), and having a fast charging device (5) the network connection (4) can be coupled and which has a control device (6), by means of which the mains current (9) is convertible into charging current (10) via which an energy store (7) of the fast charging device (5) in a storage mode with the charging current ( 10) and via which the energy storage device (2) can be charged with energy from the energy store (7) in a fast-charging mode, characterized in that the fast charging device (5) can be decoupled from the base charging device (3) and is portable for a user the motor vehicle transportable module of the charging device (1) is formed. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (6) dazu eingerichtet ist, zwischen dem Speichermodus, dem Schnelllademodus und einem Lademodus, in welchem die Steuereinrichtung (6) den Netzstrom (9) aus dem Stromnetz (8) in Ladestrom (10) umwandelt und direkt die Energiespeichereinrichtung (7) mit dem Ladestrom (10) lädt, umzuschalten.Loading device (1) after Claim 1 in which the control device (6) is set up between the storage mode, the fast charge mode and a charging mode in which the control device (6) converts the mains current (9) from the power network (8) into charging current (10) and directly the energy storage device ( 7) with the charging current (10) loads to switch. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Energiespeicher (7) als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet ist.Loading device (1) after Claim 1 or 2 , wherein the energy store (7) is designed as a lithium-ion accumulator. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (7) eine Speicherkapazität von wenigstens 3 Kilowattstunden aufweist.Charging device (1) according to one of the preceding claims, wherein the energy store (7) has a storage capacity of at least 3 kilowatt hours. Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung (1) für eine Energiespeichereinrichtung (2) eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Netzanschluss (4) einer Grundladeeinrichtung (3) mit einer Schnellladeeinrichtung (5) gekoppelt wird und Netzstrom (9) aus einem Stromnetz (8) an die Schnellladeeinrichtung (5) überträgt, bei welchem eine Steuereinrichtung (6) der Schnellladeeinrichtung (5) den Netzstrom (9) in Ladestrom (10) umwandelt und einen Energiespeicher (7) der Schnellladeeinrichtung (5) in einem Speichermodus mit dem Ladestrom (10) lädt und bei welchem zu einem späteren Zeitpunkt die Energiespeichereinrichtung (2) in einem Schnelllademodus mit Energie aus dem Energiespeicher (7) geladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellladeeinrichtung (5) von der Grundladeeinrichtung (3) entkoppelt wird, von einem Nutzer getragen wird und/oder von dem Kraftfahrzeug transportiert wird.Method for operating a charging device (1) for an energy storage device (2) of an electrically operable motor vehicle, in which a mains connection (4) of a basic charging device (3) is coupled to a fast charging device (5) and mains current (9) from a power network (8) to the rapid charging device (5), in which a control device (6) of the fast charging device (5) converts the mains current (9) into charging current (10) and an energy store (7) of the fast charging device (5) in a storage mode with the charging current (10 ) and at which at a later time the energy storage device (2) is charged with energy from the energy store (7) in a fast charge mode, characterized in that the fast charging device (5) is decoupled from the basic charging device (3) carried by a user is and / or transported by the motor vehicle. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schnellladeeinrichtung (5) beabstandet von dem Netzanschluss (4) die Energiespeichereinrichtung (2) im Schnelllademodus lädt.Method according to Claim 5 wherein the rapid charging device (5) spaced from the mains connection (4), the energy storage device (2) in the fast charge mode loads. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Schnellladeeinrichtung (5) in einem Lademodus Netzstrom (9) von dem Netzanschluss (4) empfängt, den Netzstrom (9) in Ladestrom (10) umwandelt und den Ladestrom (10) direkt zum Laden an die Energiespeichereinrichtung (2) überträgt.Method according to one of Claims 5 or 6 in which the fast charging device (5) receives mains current (9) from the mains connection (4) in a charging mode, converts the mains current (9) into charging current (10) and transfers the charging current (10) directly to the energy storage device (2) for charging. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (6) bei einer Kopplung mit der Energiespeichereinrichtung (2) zwischen dem Schnelllademodus und dem Lademodus in Abhängigkeit von einem Ladezustand des Energiespeichers (7) umschaltet und die Steuereinrichtung (6) bei einem von der Energiespeichereinrichtung (2) abgekoppelten Zustand der Schnellladeeinrichtung (5) den Speichermodus zumindest so lange einschaltet bis ein definierter Ladezustand des Energiespeichers (7) erreicht ist.Method according to one of Claims 5 to 7 in which the control device (6) switches over between the rapid charging mode and the charging mode as a function of a charging state of the energy store (7) when coupled to the energy storage device (2) and the control device (6) switches off at a state disconnected from the energy storage device (2) Fast charging device (5) the storage mode at least as long until a defined state of charge of the energy storage device (7) is reached. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Steuereinrichtung (6) die Energiespeichereinrichtung (2) sowohl im Lademodus als auch im Schnelllademodus mit als Gleichstrom ausgebildetem Ladestrom (10) lädt, und der Ladestrom (10) im Schnelllademodus eine Leistung von wenigstens 30 Kilowatt aufweist.Method according to one of Claims 5 to 8th in that the control device (6) charges the energy storage device (2) both in the charging mode and in the fast charging mode with a charging current (10) designed as a direct current, and the charging current (10) has a power of at least 30 kilowatts in the fast charging mode. Schnellladeeinrichtung (5) zum Laden einer Energiespeichereinrichtung (2) eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer Steuereinrichtung (6), mittels welcher Netzstrom (9) eines Stromnetzes (8) empfangbar ist und mittels welcher der Netzstrom (9) in Ladestrom (10) umwandelbar ist, und mit einem Energiespeicher (7), welcher mittels der Steuereinrichtung (6) in einem Speichermodus mit dem Ladestrom (10) ladbar ist und aus welchem mittels der Steuereinrichtung (6) in einem Schnelllademodus Energie zum Laden der Energiespeichereinrichtung (2) entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) dazu eingerichtet ist, zwischen dem Speichermodus, dem Schnelllademodus und einem Lademodus, in welchem die Steuereinrichtung (6) den Netzstrom (9) empfängt, den Netzstrom (9) in Ladestrom (10) umwandelt und die Energiespeichereinrichtung (2) direkt mit dem Ladestrom (10) lädt, umzuschalten.Fast charging device (5) for charging an energy storage device (2) of an electrically operable motor vehicle, with a control device (6), by means of which mains current (9) of a power network (8) is receivable and by means of which the mains current (9) convertible into charging current (10) is, and with an energy storage device (7) which by means of the control device (6) in a storage mode with the charging current (10) is loadable and from which by means of the control device (6) in a fast charging mode energy for charging the energy storage device (2) can be removed characterized in that the control device (6) is adapted to convert the mains current (9) into charging current (10) between the storage mode, the fast charging mode and a charging mode in which the control device (6) receives the mains current (9) the energy storage device (2) directly with the charging current (10) loads to switch.
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