TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes. Ferner betrifft die Erfin dung ein System mit einer solchen Ladestation sowie ein Verfahren zum Betrei ben einer solchen Ladestation.

STAND DER TECHNIK

Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden eines Energiespeichers ei nes Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit we nigstens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer An schlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotech nischen Komponenten umschließenden Gehäuse.

Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleich spannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromlade - verfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, wel chen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC Wandler in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechsel- stromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energie speichers den Ladevorgang.

In Ländern mit mehrphasigen Energieversorgungsnetzen, wie Österreich oder Deutschland, gibt es Vorgaben der Netzbetreiber und/oder gesetzliche Vorschrif ten bezüghch der Einhaltung einer Netzsymmetrie an Teilnehmernetzanschlüs sen. Eine Asymmetrie, die auch als Schieflast bezeichnet werden kann, entsteht, wenn eine Phase eines mehrphasigen Stromnetzes stärker belastet wird (durch Stromentnahme oder durch Stromeinspeisung) als die übrigen Phasen. Bei spielsweise gibt es in der VDE-AR-N 4100 Vorgaben, die die maximale Schieflast auf eine Leistung von 4,6 kW begrenzen. Verbraucher oder Erzeuger, die eine höhere Leistung als 4,6 kW aufweisen, sind mehrphasig in dem Teilnehmernetz anzuschließen, so dass die Leistung gleichmäßig auf die Phasen verteilt und eine Schieflast damit vermieden wird.

Herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664244 Al,

EP 3 729 593 Al, DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 Bl,

DE 10 2016 212 135 Al, DE 10 2017 100 138 Al, WO 2020/167132 Al und DE 10 2009 060 364 Al bekannt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu schaffen.

Die gestellte Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des An spruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 23, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 24 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden und/oder Entla den eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschla gen. Die Ladestation umfasst: einen zwischen einer Anzahl von Phasen (auch bezeichnet mit LI, L2, L3) des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher kop pelbaren Ausgangsleitern der Ladestation geschalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen, und eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die steuerbaren Halb leiterschaltelemente des Umrichters derart anzusteuern, dass sich auf den Pha sen LI, L2, L3 Ströme mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, ins besondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.

Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdich tes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem eine Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und eine mit zumindest einer der Kompo nenten verbundene Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers für den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges angeordnet sind.

Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges ge eignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektri sche Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschluss buchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden.

Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der La destation umfassen Schütz, Allstromsensitiver-Schutzschalter, Gleich-, Über- und Fehlerstrom -Überwachungsvorrichtung, Relais, Anschlussklemme, elektro nische Schaltkreise und eine Steuervorrichtung, beispielsweise umfassend eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der La destation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind.

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

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

Es sei angemerkt, dass das "Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers" sowohl ein Zuführen von elektrischer Energie als auch ein Entnehmen von elektrischer Energie umfasst. Das heißt, dass der Energiespeicher als Verbrau cher oder als Erzeuger in dem Teilnehmernetz wirken kann.

Dadurch, dass die vorliegende Ladestation auf den Phasen LI, L2, L3 Ströme mit unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit unterschiedlichen Effektiv- werten, bereitstellen kann, ist sie zum Schieflastausgleich geeignet. Die Steuer einheit kann durch ihre Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente des Umrich ters die Phasen LI, L2, L3 unterschiedlich belasten und damit eine Schieflast ausgleichen.

Insbesondere wird durch die Steuereinheit und ihre Ansteuerung der steuerba ren Halbleiterschaltelemente des Umrichters ermöglicht, die Wirk- Leistungsverteilung auf die drei Phasen LI, L2, L3 sowohl im Ladebetrieb der Ladestation als auch im Entladebetrieb der Ladestation einzustellen, wodurch ein Schieflastausgleich auf den Phasen LI, L2, L3 ermöglicht wird. Der Ladebe trieb zeichnet sich dabei dadurch aus, dass eine Summen-Wirkleistung von der Ladestation zum Energiespeicher des Elektrofahrzeuges fließt. Beim Entladebe trieb hingegen fließt eine Summen-Wirkleistung aus dem Energiespeicher des Elektrofahrzeuges zu der Ladestation. Für den Fall, dass kein Elektrofahrzeug und damit kein Energiespeicher an der Ladestation angeschlossen ist, kann die Leistungsverteilung durch die vorliegende Ladestation so geregelt werden, dass die Summen-Wirkleistung Null ist. Dazu wird auf einem Teil der Phasen LI, L2, L3 Leistung eingespeist, wohingegen auf einem anderen Teil der Phasen LI, L2, L3 die gleiche Leistung entnommen wird.

Der vorliegende Schieflastaus gleich kann auch für kapazitive oder induktive Blindleistungen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Ladestation im Rahmen ihrer Bemessungsleistung zur aktiven Blindleistungskompensation oder alternativ zur gewollten Blindleistungseinspeisung eingesetzt werden, auch Pha senschieber-Betrieb genannt, welcher zum Beispiel zur Spannungsanhebung oder Spannungsabsenkung des Teilnehmernetzes eingesetzt werden kann. Bei reiner Blindleistungseinspeisung sind die Verläufe der Phasenleistungen auf den Phasen LI, L2, L3 so verschoben, dass ihr Mittelwert Null ist. Der in das Ener gieversorgungsnetz eingeprägte Blindleistungs-Anteil kann vollständig mittels der Zwischenkreiskondensatoren zur Verfügung gestellt werden. Es muss dem nach kein Elektrofahrzeug angeschlossen sein, auch dann nicht, wenn, wie zum Beispiel bei der Blindleistungskompensation, die Summe der Blindleistungen auf den Netzphasen LI, L2, L3 ungleich Null ist. Auf allen Netzphasen LI, L2, L3 ist auch ein Mischbetrieb aus Wirkleistung und Blindleistung möglich, im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation mit beliebig eingestellter Vertei lung.

Insbesondere kann die vorliegende Ladestation auch zum Ausgleich von Strom- Oberschwingungen am Netzanschlusspunkt eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden in die Netzphasen LI, L2, L3 durch die Ladestation nicht-sinusförmige Ströme, beispielsweise oberschwingungsbehaftete Netzströme, eingeprägt, wel che die am Netzanschlusspunkt gemessenen Oberschwingungsströme kompen sieren können. Eine solche Blindleistung zur Verzerrung kann ebenfalls mittels der Zwischenkreiskondensatoren zur Verfügung gestellt werden, so dass auch für die Oberschwingungskompensation kein Elektrofahrzeug an der Ladestation an geschlossen sein muss.

Die an dem Netzanschlusspunkt von der Ladestation bereitgestellten Funktiona litäten zur Wirkleistungseinspeisung, zum Schieflastausgleich, zur Gleichstrom - Kompensation, zum Phasenschieber-Betrieb, zur Blindleistungskompensation und zur Oberschwingungskompensation können als Netz-Dienstleistungen dazu dienen, die Qualität und die Versorgungssicherheit des Teilnehmernetzes, bei spielsweise eines örtlichen Stromversorgungsnetzes, zu verbessern. Sie können ebenfalls dazu dienen, die Energieverteilungsverluste oder alternativ die Ener gieverteilungskosten zu senken.

Wie oben bereits ausgeführt, setzen diese Funktionalitäten vorteilhafterweise allesamt nicht voraus, dass ein Elektrofahrzeug an die Ladestation angeschlos sen ist oder geladen wird. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, wenn kein Elektro fahrzeug geladen wird, weil dann die volle Bemessungsleistung in der Ladestati on für die Netzdienstleistung zur Verfügung steht.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensato ren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind. Ferner umfasst die Ladestation vorzugsweise eine den Zwischenkreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes verbindende Schaltung, welche dazu eingerichtet ist, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken er gebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes fließenden Reststrom zu führen. Die Schaltung ist insbesondere dazu eingerichtet, zum Schieflastausgleich den sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unter schiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes fließenden Reststrom bei ei ner starren Netzspannung des mehrphasigen Netzes zu führen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, beim Laden des Energiespeichers und/oder beim Entladen des Energiespeichers den sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom zu führen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter drei zwischen ei nem positiven Ausgangsleiter und einem negativen Ausgangsleiter der Ladesta tion geschaltete Halbbrücken auf. Dabei ist eine erste Halbbrücke einer ersten Phase LI des mehrphasigen Netzes zugeordnet, eine zweite Halbbrücke ist einer zweiten Phase L2 des mehrphasigen Netzes zugeordnet und eine dritte Halbbrü cke ist einer dritten Phase L3 des mehrphasigen Netzes zugeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter eine Symmetrie rung-Vorrichtung zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischen kreises des Umrichters auf.

Die Symmetrierung-Vorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet wie in der Patent anmeldung DE 10 2020 122 458.3 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Be zugnahme vollumfänglich mit einbezogen wird. Die Symmetrierung-Vorrichtung weist eine zwischen dem positiven Ausgangsleiter und dem negativen Ausgangs leiter der Ladestation geschaltete Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltelemen- ten auf. Zwischen dem Mittelabgriff der Halbbrücke und dem Neutral- Ausgangsleiter ist eine Glättungsdrossel geschaltet. Die Glättungsdrossel bildet insbesondere eine Spulenseite eines Trenntransformators zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzteils. Außerdem ist vorzugsweise ein PWM-Schaltgenerator vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, die beiden Halbleiterschaltelemente in einem veränderlichen Tastgrad derart zu schalten, dass ein gewünschtes Zwi schenpotential, insbesondere ein symmetrisches Zwischenpotential, an dem Neutral- Ausgangsleiter einstellbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation einen dem Zwi schenkreis nachgeschalteten DC/DC-Wandler zum Ausgeben einer hochgesetzten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters und des negativen Ausgangsleiters oder mittels des positiven Ausgangsleiters, des nega tiven Ausgangsleiters und des Neutral-Ausgangsleiter an den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltung eine den Zwischen kreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes verbindende Leitung auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein ansteuerbarer Schalter in der den Zwischenkreismittelpunkt und den Neutralleiter N des mehrphasigen Net zes verbindenden Leitung vorgesehen.

Der Schalter ist insbesondere ein Halbleiter sch alter oder ein mechanischer Schalter. Die Ansteuerung des Schalters erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines Betriebszustands, insbesondere eines gewünschten Betriebszustands, der Ladestation.

Bei dieser Ausführungsform wird der Schalter zur Ausführung des Schieflast- ausgleiches geschlossen, weil die Stromsumme in den Phasen LI, L2, L3 ungleich Null ist und der Neutralleiter N den Differenzstrom führt. Vorliegend wird unter Schließen des Schalters beispielsweise auch ein periodisches Schließen und Öff nen verstanden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine EMV- Filtereinrichtung und eine der EMV-Filtereinrichtung nachgeschaltete LCL- Filtereinrichtung, welche zwischen drei netzseitigen Anschlussklemmen für die drei Phasen LI, L2, L3 des mehrphasigen Netzes und den drei Halbbrücken ge koppelt sind.

Die LCL-Filtereinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest drei Drosseln und drei Kondensatoren. Die drei Kondensatoren sind über eine Leitung mit dem Zwischenkreismittelpunkt gekoppelt. Alternativ kann auch eine Vierschenkel drossel oder eine Fünfschenkel drossel verwendet werden, wobei sich drei Wick lungen auf einem gemeinsamen Eisenkern befinden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltung eine dem Neutral leiter N des mehrphasigen Netzes zugeordnete vierte Halbbrücke auf. Die vierte Halbbrücke ist dazu eingerichtet, den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes über einen der Ausgangsleiter mit dem Neutralleiter N zu koppeln.

Diese Ausführungsform mit der vierten Halbbrücke hat den vorteilhaften Effekt, dass auch eine Kompensation unerwünschter Gleichstrom -Anteile in den Strö men auf den Phasen LI, L2, L3 durchgeführt werden kann. Hierbei bietet diese Ausführungsform mit der vierten Halbbrücke für die Lieferung eines Gleich strom-Anteils im Neutralleiterstrom Vorteile, insbesondere weil die für den gere gelten Betrieb minimal erforderlichen Zwischenkreisspannungen kleiner als bei einer Topologie ohne vierte Halbbrücke gewählt werden können.

Die jeweihge Halbbrücke ist insbesondere eine 2 -Punkt-Halbbrücke oder eine 3- Punkt -Halbbrücke .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke, die dritte Halbbrücke und die vierte Halbbrücke parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter und dem negativen Ausgangsleiter der Ladestation geschaltet. Sind die Halbbrücken als 3-Punkt-Halbbrücken ausgebildet, so sind diese paral lel zwischen dem positiven Ausgangsleiter, dem negativen Ausgangsleiter und dem Neutral- Ausgangsleiter der Ladestation geschaltet.

Mittels der Ausgangsleiter umfassend den positiven Ausgangsleiter, den negati ven Ausgangsleiter und den Neutral- Ausgangsleiter kann der Ladestrom zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein fest ver bundenes Ladekabel mit einem Anschlussstecker für das Elektrofahrzeug, wobei das Ladekabel eine Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen des Lade kabels in der Ladestation besitzt, wobei die mit den Ausgangsleitern verbunde nen Kopplungspunkte des Anschlusssteckers mit einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.

Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energie speicher des Elektrofahrzeuges mit der Ladestation und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet. Das Ladekabel hat insbesondere die Leitungen für den positiven Ausgangsleiter, den negativen Ausgangsleiter und den Schutzleiter (PE), zusätzlich auch den Leiter Pilotkontakt/Control Pilot (CP) und den Leiter Proximity-Schalter/Proximity Pilot (PP) für Signal-, Senor- oder Datenübertra gungen.

Der Anschlussstecker kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal-, Sensor- oder Daten übertragungs-Leiter zu verbinden. Der Anschlussstecker kann derart ausgestal tet sein, dass dieser mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbe sondere kann der Anschlussstecker DC-Low kompatibel sein, wobei der An schlussstecker-Kopplungspunkt L2 mit dem negativen Ausgangsleiter, der An schlussstecker-Kopplungspunkt L3 mit dem positiven Ausgangsleiter und der Anschlussstecker-Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter ver- bunden wird, oder mit DOMid kompatibel sein, wo die Anschlussstecker- Kopplungspunkte LI und L2 mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden wer den, die Anschlussstecker-Kopplungspunkte L3 und N mit dem positiven Aus gangsleiter verbunden werden und der Anschlussstecker-Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DOHigh kompati bel sein, wobei der positive Anschlussstecker-Kopplungspunkt der positive Aus gansleiter verbunden ist, der negative Anschlussstecker-Kopplungspunkt mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden ist und der neutrale Ausgangsleiter mit dem Anschlussstecker-PE -Kopplungspunkt verbunden ist. Das Ladekabel kann eine den Kopplungspunkten entsprechende Anzahl an Leitern aufweisen.

In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für un terschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine An schlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Aus gangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einer An zahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.

Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energie speicher des Elektrofahrzeuges mit der Anschlussbuchse und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet. Das Ladekabel hat insbesondere die Leitungen für den positiven Ausgangsleiter, den negativen Ausgangsleiter und den Schutzleiter (PE), zusätzlich auch den Leiter Pilotkontakt/Control Pilot (CP) und den Leiter Proximity- Sch alter /Proximity Pilot (PP) für Signal-, Senor- oder Datenübertra gungen.

Die Anschlussbuchse kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal-, Sensor- oder Daten übertragungs-Leiter zu verbinden. Die Anschlussbuchse kann derart ausgestal tet sein, dass diese mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbe- sondere kann die Anschlussbuchse DOLow kompatibel sein, wobei der Kopp lungspunkt L2 mit dem negativen Ausgangsleiter, der Kopplungspunkt L3 mit dem positiven Ausgangsleiter und der Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbunden wird, oder mit DOMid kompatibel sein, wo die Kopp lungspunkte LI und L2 mit dem negativen Ausgangsleiter verbunden werden, die Kopplungspunkte L3 und N mit dem positiven Ausgangsleiter verbunden werden und der Kopplungspunkt PE mit dem neutralen Ausgangsleiter verbun den wird, oder mit DOHigh. Das Ladekabel kann eine den Kopplungspunkten entsprechende Anzahl an Leitern aufweisen. In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Lade kabel aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine An schlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels, wobei ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl mit einem jeweiligen Kopplungspunkt der Anschlussbuchse verbunden ist, und wobei die mit den Aus gangsleitern verbundenen Kopplungspunkte der Anschlussbuchse mit einem Neutralleiter und einer Anzahl an Phasen des Ladekabels koppelbar sind.

In dieser Ausführungsform werden somit die Phasen des mehrphasigen Teil nehmernetzes mittels der Ladestation dem Neutralleiter des Ladekabels und Phasen des Ladekabels zugeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine EMV-Filtereinrichtung und eine der EMV-Filtereinrichtung nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung zwischen vier netzseitigen Anschlussklemmen für die drei Phasen LI, L2, L3 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes und den vier Halbbrücken gekoppelt.

Dabei umfasst die LCL-Filtereinrichtung vorzugsweise vier Drosseln und vier Kondensatoren. Die erste Halbbrücke, die zweite Halbbrücke, die dritte Halbbrü cke und die vierte Halbbrücke sind mittels einer jeweiligen der Drosseln mit ei ner jeweihgen netzseitigen Anschlussklemme der Ladestation gekoppelt. Die vier Kondensatoren sind über eine Leitung mit dem Zwischenkreismittelpunkt ge koppelt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, ei nen als Reststrom mit Gleichanteil ausgebildeten Reststrom, insbesondere einen als Gleichstrom ausgebildeten Reststrom, zwischen dem Zwischenkreismittel punkt und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Netzes zu führen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltung dazu eingerichtet, eine Stromstärke des sich infolge der Ströme auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zu mindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststroms einzustel len, insbesondere zu regeln.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Umrichter eine Symmetrie rung-Vorrichtung zur Symmetrierung eines Zwischenpotentials des Zwischen kreises des Umrichters auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein 3-Punkt- Umrichter ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das jeweilige steuerbare Halbleiter schaltelement des Umrichters als ein Halbleiterschalter, insbesondere als Tran sistor, bevorzugt als ein SiC-MOSFET oder als ein IGBT, ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein unidirektiona- ler Umrichter ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umrichter als ein bidirektionaler Umrichter ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommuni kationsmodul. Das Kommunikationsmodul ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers auszuhandeln.

Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Bei spielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Lade leistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die La destation, beispielsweise eine Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" ma chen, 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 Kopplungsvor gangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Leistungs schaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz. Die Leistungsschaltvorrichtung kann als ein elektromechanisches Element, wie beispielsweise ein Schütz oder ein Vierpha- sen-Relais, ausgebildet sein. Die Leistungsschaltvorrichtung kann individuell für eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder für einen je weiligen Ausgangsleiter der Schaltmatrix ausgebildet und ansteuerbar sein, so dass sich beispielsweise einzelne Zuordnungen mittels der Leistungsschaltvor richtung unterbrechen lassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 und eine wei tere Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer dritten Phase L3 der Pha sen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N vorgesehen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 und eine wei tere Überbrückungseinrichtung zum Verbinden der zweiten Phase L2 und einer dritten Phase L3 der Phasen LI, L2, L3 vorgesehen.

Die jeweilige Überbrückungseinrichtung ist beispielsweise als Kupferbügel aus gebildet. Insbesondere sind die Überbrückungseinrichtungen unmittelbar nach den netzseitigen Anschlussklemmen der Ladestation angeordnet.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System vorgeschlagen, welches eine Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts sowie zwei zu der Ladestation externe Überbrückungseinrich tungen zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation aufweist. Da bei ist die eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 eingerichtet und die andere Überbrückungseinrichtung ist zum Verbinden einer dritten Phase L3 der Phasen LI, L2, L3 und des Neutralleiters N eingerichtet.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System vorgeschlagen, welches eine Ladestation gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts sowie zwei zu der Ladestation externe Überbrückungseinrich tungen zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation aufweist. Da bei ist die eine Überbrückungseinrichtung zum Verbinden einer ersten Phase LI und einer zweiten Phase L2 der Phasen LI, L2, L3 eingerichtet und die andere Überbrückungseinrichtung ist zum Verbinden der zweiten Phase L2 und einer dritten Phase L3 der Phasen LI, L2, L3 eingerichtet.

Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestati on zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeu ges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschlagen, wobei die Ladestation 1 einen zwischen ei ner Anzahl von Phasen LI, L2, L3 des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher koppelbaren Ausgangsleitern der Ladestation ge schalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltele- menten aufweist. Das Verfahren umfasst:

Anzusteuern der steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters der art, dass sich auf den Phasen LI, L2, L3 Ströme mit zumindest zwei unterschied lichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effek tivwerten, ergeben.

Dieses Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, die zu der Ladestation gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Die für die vorgeschlagene Ladestation be schriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene Verfahren ent sprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu der Ladesta tion auch für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.

Gemäß einem fünften Aspekt wird eine Ladestation zum Laden und/oder Entla den eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation koppelbaren mehrphasigen Netzes vorgeschla gen. Die Ladestation umfasst: einen zwischen einer Anzahl von Phasen des mehrphasigen Netzes und einer Anzahl von mit dem Energiespeicher koppelbaren Ausgangsleitern der La destation geschalteten Umrichter mit einer Mehrzahl von steuerbaren Halb leiterschaltelementen, und einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt ver bunden sind, wobei der Umrichter eine Symmetrierung-Vorrichtung zur Symmetrie rung eines Zwischenpotentials des Zwischenkreises aufweist.

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

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

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungs beispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzug ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungs form einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug;

Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges;

Fig. 3 zeigt das schematische Schaltbild der Ladestation nach Fig. 2 mit eingetragenen Strommesspunkten für die Halbbrückenströme des Umrichters und eingetragenen Leistungsmesspunkten für die Pha sen vor dem Umrichter;

Fig. 4a-4d zeigen Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen, über eine Schalt periode gemittelten Halbbrückenströme, der gemäß Fig. 3 gemesse- nen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwi schenkreises für einen Ladebetrieb der Ladestation gemäß Fig. 3;

Fig. 5a-5d zeigen Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströ me, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises für einen Entladebe trieb der Ladestation gemäß Fig. 3;

Fig. 6a-6d zeigen Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströ me, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen und der Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises für einen Betrieb der Ladestation gemäß Fig. 3 ohne angeschlossenen Energiespeicher ei nes Elektrofahrzeuges;

Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges;

Fig. 8 zeigt ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges;

Fig. 9 zeigt ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausführungsform einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers eines Elektrofahrzeuges; und

Fig. 10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Be treiben einer Ladestation zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Be zugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Ladestation 1 und einem Elektrofahrzeug 100 aufweisend einen elektrischen Energiespeicher 110.

In dem Beispiel der Fig. 1 ist ein mehrphasiges Teilnehmernetz 120 mittels eines Netzanschlusspunktes 125 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 200 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 120 hat insbesondere eine An zahl 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 100 kann mittels eines Ladekabels 105, das mit der Ladestation 1 fest verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekop pelt werden. In einer anderen Ausführungsform kann das Elektrofahrzeug 100 mittels eines Ladekabels 105, das mit einer Anschlussbuchse (nicht gezeigt) der Ladestation 1 verbunden ist, mit der Ladestation 1 gekoppelt werden.

Die Ladestation 1 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Kom ponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. l) und ist zum Laden und/oder Ent laden des Energiespeichers 110 des Elektrofahrzeuges 100 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 1 gekoppelten mehrphasigen Teilneh mernetzes 120 eingerichtet.

Die Ladestation 1 umfasst einen zwischen den Phasen LI, L2, L3 des Teilneh mernetzes 120 und dem Energiespeicher 110 geschalteten Umrichter 10 mit ei ner Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen (siehe Fig. 2). Der Um richter 10 kann auch als AC/DC-Wandler bezeichnet werden. Der Umrichter 10 ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung einge richtet.

Die Ladestation 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 ist dazu eingerichtet, die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters 10 derart anzusteuern, dass sich auf den Phasen LI, L2, L3 Ströme II, 12, 13 (siehe Fig. 2, 3, 7) mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbesondere mit zumindest unterschiedlichen Effektivwerten, ergeben.

Außerdem umfasst die Ladestation 1 vorzugsweise ein Kommunikationsmodul (nicht gezeigt). Das Kommunikationsmodul ist dazu eingerichtet, einen Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 1 gekoppelten Energiespeichers 110 auszuhandeln.

Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Bei spielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers 110 eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation 1 an und die Ladestation 1 ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes 120 und/oder des Energieversorgungsnetzes 200 berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleis tung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation 1 über das Kommunikations- modul einen "Gegenvorschlag" machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers 110 angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestati on 1 und die Ladeelektronik des Energiespeichers 110, bis der Ladeplan ausge handelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans kann Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher 110 neu mit der Ladestation 1 verbunden wird.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ladestation 1 zum Laden und Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elekt rofahrzeuges 100. Die zweite Ausführungsform der Fig. 2 umfasst alle Merkmale der ersten Ausführungsform nach Fig. 1.

Gemäß der Fig. 2 hat die Ladestation 1 zumindest vier Anschlussklemmen 91,

92, 93, 94 für die drei Phasen LI, L2, L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 und den Neutralleiter N. Den Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 nachgeschal tet sind eine EMV-Filtereinrichtung 70 sowie eine der EMV-Filtereinrichtung 70 nachgeschaltete LCL-Filtereinrichtung 80. Die LCL-Filtereinrichtung 80 umfasst in dem Beispiel der Fig. 2 drei Drosseln 81, 82, 83 und drei Kondensatoren 85,

86, 87.

Der Umrichter 10 der Fig. 2 ist zwischen der LCL-Filtereinrichtung 80 und einer Symmetrierung-Vorrichtung 60 geschaltet. Der Umrichter 10 der Fig. 2 hat drei zwischen einem positiven Ausgangsleiter Al und einem negativen Ausgangslei ter A2 geschaltete Halbbrücken 11, 12, 13. Dabei ist die erste Halbbrücke 11 der ersten Phase LI des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet. Die zweite Halbbrücke 12 ist der zweiten Phase L2 des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet, und die dritte Halbbrücke 13 ist der dritten Phase L3 des Teilnehmernetzes 120 zugeordnet.

Die dem Umrichter 10 nachgeschaltete Symmetrierung-Vorrichtung 60 ist zur Symmetrierung eines Zwischenpotenzials eines Zwischenkreises 30 des Umrich ters 10 vorgesehen. Der Zwischenkreis 30 der Fig. 2 hat zwei Zwischenkreiskon densatoren 31, 32, welche mit einem Zwischenkreismittelpunkt 33 zwischen dem positiven Ausgangsleiter Al und dem negativen Ausgangsleiter A2 verbunden sind.

Die Symmetrierung-Vorrichtung 60 ist vorzugsweise ausgebildet, wie in der Pa tentanmeldung DE 10 2020 122 458.3 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollumfän glich mit einbezogen wird. Die Symmetrierung- Vorrichtung 60 weist eine zwischen dem positiven Ausgangsleiter Al und dem negativen Ausgangsleiter A2 geschaltete Halbbrücke mit zwei Halbleiterschalt elementen 61, 62 auf. Zwischen dem Mittelabgriff 63 der Halbbrücke und dem Neutral- Ausgangsleiter A3 der Ladestation 1 ist eine Glättungsdrossel 64 ge schaltet. Die Glättungsdrossel 64 bildet insbesondere eine Spulenseite eines Trenntransformators zum Betrieb eines Gleichspannungsnetzteils. Außerdem kann ein PWM-Schaltgenerator (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welcher dazu eingerichtet ist, die beiden Halbleiterschaltelemente 61, 62 in einem veränderli chen Tastgrad derart zu schalten, dass ein gewünschtes Zwischenpotential, ins- besondere ein symmetrisches Zwischenpotential, an dem Neutral· Ausgangsleiter A3 einstellbar ist.

Dem Zwischenkreis 30 ist insbesondere ein DC/DOWandler (nicht gezeigt in Fig. 2) nachgeschaltet. Der DC/DOWandler ist zum Ausgeben einer hochgesetz ten oder tiefgesetzten Gleichspannung mittels des positiven Ausgangsleiters Al und des negativen Ausgangsleiters A2 oder mittels des positiven Ausgangsleiters Al, des negativen Ausgangsleiters A2 und des Neutral· Ausgangsleiters A3 an den Energiespeicher 110 des Elektrofahrzeuges 100 eingerichtet.

Ferner umfasst die Ladestation 1 der Fig. 2 eine den Zwischenkreismittelpunkt 33 des Zwischenkreises 30 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilneh mernetzes 120 verbindende Schaltung 40. Die Schaltung 40 ist dazu eingerichtet, zum Schieflastausgleich einen sich infolge der Ströme II, 12, 13 auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 33 und dem NeutraUeiter N des Teil· nehmernetzes 120 fließenden Reststrom IR zu führen.

Dabei ist die Schaltung 40 insbesondere dazu eingerichtet, zum Schieflastaus gleich den sich infolge der Ströme II, 12, 13 auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden, zwischen dem Zwi schenkreismittelpunkt 33 und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilneh mernetzes 120 fließenden Reststrom IR bei einer starren Netzspannung des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 zu führen. Dabei ist die Schaltung 40 vor zugsweise dazu eingerichtet, beim Laden des Energiespeichers 110 und/oder beim Entladen des Energiespeichers 110 den sich infolge der Ströme II, 12, 13 auf den Phasen LI, L2, L3 mit den zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken ergebenden Reststrom IR zu führen.

Die Schaltung 40 der Fig. 2 weist eine den Zwischenkreismittelpunkt 33 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 verbindende elektrische Leitung 41 auf. Dabei ist ein ansteuerbarer Schalter 42 in der den Zwischen - kreismittelpunkt 33 und den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernet ^¬ zes 120 verbindenden Leitung 41 vorgesehen. Der Schalter 42 ist insbesondere ein Halbleiterschalter oder ein mechanischer Schalter. Die Ansteuerung des Schalters 42 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines Betriebszustands, insbe ^¬ sondere eines gewünschten Betriebszustands, der Ladestation 1. Wie die Fig. 2 zeigt, sind die drei Kondensatoren 85, 86, 87 der LCL-Filtereinrichtung 80 mit dem Zwischenkreismittelpunkt 33 gekoppelt.

Fig. 3 zeigt das schematische Schaltbild der Ladestation 1 nach Fig. 2 mit einge ^¬ tragenen Strommesspunkten für die Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H+_L3, 1_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 des Umrichters 10 und eingetragenen Leis ^¬ tungsmesspunkten für die Phasen LI, L2, L3 vor dem Umrichter 10.

In Fig. 3 bezeichnet I_H+_L1 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrü ^¬ ckenstrom zu LI in der positiven Zwischenkreishälfte, I_H+_L2 bezeichnet den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L2 in der positiven Zwischenkreishälfte, und I_H+_L3 bezeichnet den über eine Schaltperiode gemit ^¬ telten Halbbrückenstrom zu L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. Analog hierzu bezeichnet I_H-_L1 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrücken ^¬ strom zu LI in der negativen Zwischenkreishälfte, I_H-_L2 den über eine Schalt ^¬ periode gemittelten Halbbrückenstrom zu L2 in der negativen Zwischenkreis - hälfte und I_H-_L3 den über eine Schaltperiode gemittelten Halbbrückenstrom zu L3 in der negativen Zwischenkreishälfte.

Ferner bezeichnet P_L1 in Fig. 3 die Phasenleistung auf LI, P_L2 die Phasenleis ^¬ tung auf L2 und P_L3 die Phasenleistung auf L3.

Hierzu zeigen die Fig. 4a-4d Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrü ^¬ ckenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, 1_H+_L3, 1_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen- Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises für einen Ladebetrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3. Im Detail zeigt Fig. 4a ein Diagramm zur Illustrierung der Mittel- werte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H+_L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. Fig. 4b zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 in der negativen Zwischenkreishälfte. Fig. 4c zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der an den Leistungsmesspunkten gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen- Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und Fig. 4d zeigt ein Dia ^¬ gramm zur Illustrierung der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises.

Die Fig. 4a-4d zeigen also den Ladebetrieb der Ladestation 1, bei welchem die Ladestation 1 den Energiespeicher 110 mit elektrischer Energie lädt. Dies wird insbesondere ersichtlich an der Fig. 4d, die die Summen-Wirkleistung mit + 10 kW zeigt (P_ZK = 10 kW).

Demgegenüber zeigen die Fig. 5a-5d den Entladebetrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3. Analog zu den die Fig. 4a-4d, zeigen die Fig. 5a-5d Diagramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, 1_H+_L3, 1_H-_L1, I_H-_L2, 1_H-_L3, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises für den Entladebetrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3. Im Detail zeigt Fig. 5a ein Dia ^¬ gramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrü ^¬ ckenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, 1_H+_L3 in der positiven Zwischenkreishälfte. Fig. 5b zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Mittelwerte der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3 in der negativen Zwischenkreishälfte. Fig. 5c zeigt ein Diagramm zur IUustrierung der an den Leistungsmesspunkten gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen-Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und Fig. 5d zeigt ein Diagramm zur Illustrierung der Summen- Wirkleistung P_ZK des Zwischenkreises.

Gemäß Fig. 5d beträgt die Summen-Wirkleistung P_ZK -6 kW (P_ZK = -6 kW). Dies bedeutet, dass der Energiespeicher 110 durch die Ladestation 1 mit 6 kW entladen wird. Analog zu den die Fig. 4a-4d und zu den Fig. 5a-5d, zeigen die Fig. 6a-6d Dia ^¬ gramme der gemäß Fig. 3 gemessenen Halbbrückenströme I_H+_L1, 1_H+_L2, I_H+_L3, 1_H-_L1, 1_H-_L2, 1_H-_L3, der gemäß Fig. 3 gemessenen Phasen - Wirkleistungen P_L1, P_L2, P_L3 und der Summen-Wirkleistung P_ZK des Zwi ^¬ schenkreises für einen Betrieb der Ladestation 1 gemäß Fig. 3 ohne angeschlos ^¬ senen Energiespeicher 110 eines Elektrofahrzeuges 100. Entsprechend ist gemäß Fig. 6d die Summen-Wirkleistung P_ZK Null (P_ZK = 0 kW).

Wie die Fig. 4a-4d, Fig. 5a-5d und Fig. 6a-6d zeigen, ist die Wirk- Leistungsverteilung P_L1, P_L2 und P_L3 auf die drei Phasen LI, L2 und L3 im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 sowohl im Ladebe ^¬ trieb (vgl. Fig. 4a-4d) als auch im Entladebetrieb (vgl. Fig. 5a-5d) unter der Vo ^¬ raussetzung, dass der Neutralleiter N angeschlossen ist, bidirektional frei ein ^¬ stellbar und damit zum Schieflastausgleich geeignet. Die Summen-Wirkleistung P_ZK (P_ZK = P_L1 + P_L2 + P_L3) fließt zum Elektrofahrzeug 100 im Ladebe ^¬ trieb (P_ZK positiv, Ladebetrieb, vgl. Fig. 4d) oder wird aus dem Energiespeicher 110 des Elektrofahrzeuges 100 entnommen (P_ZK negativ, Entladebetrieb, vgl. Fig. 5d).

Für den Fall, dass kein Elektrofahrzeug 100 angeschlossen ist, wird die Leis ^¬ tungsverteilung so geregelt, dass die Summenleistung P_ZK Null ist (P_ZK = 0, vgl. Fig. 6d).

Im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 kann beispiels ^¬ weise auch für diesen Fall der Fig. 6a-6d ein Schieflastausgleich auf den Phasen LI, L2, L3 ausgeführt werden. Dazu wird auf einem Teil der Phasen LI, L2, L3 Leistung eingespeist und auf einem anderen Teil der Phasen LI, L2, L3 die glei ^¬ che Leistung entnommen.

Die gemittelten Zwischenkreisströme I_H der Fig. 4a, 4b, 5a, 5b und 6a, 6b in diesen beispielhaften Kurvenverläufen gelten beispielsweise für eine geregelte Zwischenkreisspannung von 800 V Gleichspannung zwischen den Anschlüssen Al und A2. "Gemittelt" heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die schaltfrequenten Komponenten der Ströme nicht betrachtet werden (Mittel wertmodell des Umrichters 10).

Die sich einstellenden Stromamplituden I_H sind umgekehrt proportional zur Zwischenkreisspannung. Da die Zwischenkreisspannung konstant geregelt wird und sich bei sinusförmig geregelten Netzströmen und sinusförmiger Netzspan nung die Phasenleistungen P_L1, P_L2 und P_L3 sinusquadratförmig ausbilden, sind die mittleren Zwischenkreisströme I_H ebenfalls sinusquadratförmig.

Um den Schieflastausgleich beispielsweise gemäß Fig. 3 durchzuführen, ist der Schalter 42 in Fig. 3 geschlossen, weil die Stromsumme in den Netzphasen LI,

L2, L3 ungleich Null ist und der Neutralleiter N den Differenzstrom IR führt.

Des Weiteren ist in Fig. 7 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausfüh rungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei chers 110 eines Elektrofahrzeuges 100 dargestellt.

Die dritte Ausführungsform der Ladestation 1 gemäß Fig. 7 hat anstelle der Schaltung 40 der zweiten Ausführungsform der Fig. 2 und 3 eine Schaltung 50, welche gemäß Fig. 7 eine dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernet zes 120 zugeordnete vierte Halbbrücke 14 aufweist. Die vierte Halbbrücke 14 ist dazu eingerichtet, den Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 über den Ausgangsleiter A3 mit dem Neutralleiter N zu koppeln. Dabei sind ge mäß Fig. 7 die erste Halbbrücke 11, die zweite Halbbrücke 12, die dritte Halb brücke 13 und die vierte Halbbrücke 14 parallel zwischen dem positiven Aus gangsleiter Al und dem negativen Ausgangsleiter A2 geschaltet. Für das Beispiel der Ausbildung der Halbbrücken 11, 12, 13, 14 als 3 -Punkt-Halbbrücken sind diese parallel zwischen dem positiven Ausgangsleiter Al, dem negativen Aus gangsleiter A2 und dem Neutralleiter- Ausgangsleiter A3 der Ladestation 1 ge schaltet. Wie die Fig. 7 ferner illustriert, sind die EMV-Filtereinrichtung 70 und die der EMV-Filtereinrichtung 70 nachgeschaltete LCL -Filter einrichtung 80 zwischen den vier netzseitigen Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 für die drei Phasen LI,

L2, L3 und den Neutralleiter N des Teilnehmernetzes 120 und den vier Halbbrü cken 11, 12, 13, 14 geschaltet.

Dabei umfasst die LCL-Filtereinrichtung 80 vorzugsweise vier Drosseln 81, 82, 83, 84 und vier Kondensatoren 85, 86, 87, 88. Die erste Halbbrücke 11, die zweite Halbbrücke 12, die dritte Halbbrücke 13 und die vierte Halbbrücke 14 sind mit tels einer der jeweiligen Drosseln 81, 82, 83, 84 mit einer jeweibgen netzseitigen Anschlussklemme 91, 92, 93, 94 der Ladestation 1 gekoppelt. Die vier Kondensa toren 85, 86, 87, 88 sind über eine elektrische Leitung 89 mit dem Zwischen kreismittelpunkt 33 des Zwischenkreises 30 gekoppelt.

Die Schaltung 50 ist dazu eingerichtet, einen als Reststrom mit Gleichanteil aus gebildeten Reststrom IR zwischen dem Zwischenkreismittelpunkt 33 und dem Neutralleiter N des mehrphasigen Teilnehmernetzes 120 zu führen. Dies ist auch der funktionale Unterschied zwischen den Topologien nach Fig. 2 und Fig. 7, nämlich dass bei der Topologie gemäß Fig. 7 in den Neutralleiter N auch ein Gleichstrom -Anteil eingeprägt werden kann. Somit kann mit der Topologie nach Fig. 7 so vorteilhaft im Rahmen der Geräte-Bemessungsleistung der Ladestation 1 am Netzanschlusspunkt 125 (siehe Fig. l) auch eine Kompensation uner wünschter Gleichstrom -Anteile in den Phasenströmen der Phasen LI, L2, L3 ausgeführt werden.

Beispielsweise im Haushaltsbereich entstehen Gleichstrom -Anteile in den Pha senströmen durch Verbraucher, wie beispielsweise Haarföhns. Sie sind eine un erwünschte Belastung des Teilnehmernetzes 120 sowie des Energieversorgungs- netzes 200. Die Topologie nach Fig. 7 bietet mit der vierten Halbbrücke 14 für die Lieferung des Gleichstrom -Anteils im Neutralleiterstrom Vorteile, insbesondere weil die für den geregelten Betrieb minimal erforderliche Zwischenkreisspan nung kleiner als bei der Topologie nach Fig. 2 gewählt werden kann. Der vorliegende Schieflastaus leich kann auch für kapazitive oder induktive Blindleistungen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Ladestation 1 im Rahmen ihrer Bemessungsleistung zur aktiven Blindleistungskompensation oder alternativ zur gewollten Blindleistungseinspeisung eingesetzt werden, dem soge nannte Phasenschieber-Betrieb, welcher zum Beispiel zur Spannungsanhebung oder Spannungsabsenkung des Teilnehmernetzes 120 dienen kann. Bei reiner Blindleistungseinspeisung sind die Verläufe der Phasenleistungen P_L1 und/oder P_L2 und/oder P_L3 gemäß der Fig. 4 bis 6 so verschoben, dass ihr Mittelwert Null ist. Der in das Energieversorgungsnetz 200 eingeprägte Blindleistungs- Anteil kann vollständig aus den Zwischenkreiskondensatoren 31, 32 zur Verfü gung gestellt werden. Es muss demnach kein Elektrofahrzeug 100 angeschlossen sein (vgl. Fig. 6a-6d), auch dann nicht, wenn, wie zum Beispiel bei der Blindleis tungskompensation, die Summe der Blindleistungen auf den Netzphasen LI, L2, L3 ungleich Null ist. Auf allen Netzphasen LI, L2, L3 ist auch ein Mischbetrieb aus Wirkleistung und Blindleistung möghch, im Rahmen der Geräte- Bemessungsleistung der Ladestation 1 mit beliebig eingestellter Verteilung.

Insbesondere kann die vorliegende Ladestation 1 auch zum Ausgleich von Strom- Oberschwingungen am Netzanschlusspunkt 125 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden in die Netzphasen LI, L2, L3 durch die Ladestation 1 nicht sinusförmige Ströme, beispielsweise oberschwingungsbehaftete Netzströme, ein geprägt, welche die am Netzanschlusspunkt 125 gemessenen Oberschwingungs ströme kompensieren können. Eine solche Blindleistung zur Verzerrung kann ebenfalls mittels der Zwischenkreiskondensatoren 31, 32 zur Verfügung gestellt werden, so dass auch für die Oberschwingungskompensation kein Elektrofahr zeug 100 an der Ladestation 1 angeschlossen sein muss.

Die an dem Netzanschlusspunkt 125 von der Ladestation 1 bereitgestellten Funktionahtäten zur Wirkleistungseinspeisung, zum Schieflastausgleich, zur Gleichstrom -Kompensation, zum Phasenschieber-Betrieb, zur Bhndleistungs- kompensation und zur Oberschwingungskompensation können als Netz- Dienstleistungen dazu dienen, die Qualität und die Versorgungssicherheit des Teilnehmernetzes 125, beispielsweise eines örtlichen Stromversorgungsnetzes, zu verbessern. Sie können ebenfalls dazu dienen, die Energieverteilungsverluste oder alternativ die Energieverteilungskosten zu senken.

Wie oben bereits ausgeführt, setzen diese Funktionalitäten vorteilhafterweise allesamt nicht voraus, dass ein Elektrofahrzeug 100 an die Ladestation 1 ange ^¬ schlossen ist oder geladen wird. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, wenn kein Elektrofahrzeug 100 geladen wird, weil dann die volle Bemessungsleistung in der Ladestation 1 für die Netzdienstleistung zur Verfügung steht.

Ferner zeigt die Fig. 8 ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungs ^¬ form einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 100.

Die vierte Ausführungsform der Fig. 8 basiert insbesondere auf der zweiten Aus ^¬ führungsform gemäß Fig. 2 oder der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 7 und umfasst dann jeweils sämtliche derer Merkmale. Darüber hinaus hat die La ^¬ destation 1 der Fig. 8 zwei Überbrückungseinrichtungen 131, 132. Die erste Überbrückungseinrichtung 131 verbindet die erste Phase LI mit der zweiten Phase L2. Die zweite Überbrückungseinrichtung 132 verbindet die dritte Phase L3 mit dem Neutralleiter N. Damit sind die Überbrückungseinrichtungen 131 und 132 zur Ausbildung eines einphasigen Betriebs der Ladestation 1 geeignet.

Des Weiteren zeigt die Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer fünften Ausfüh ^¬ rungsform einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energiespei ^¬ chers 110 eines Elektrofahrzeuges 100. Zur Ausbildung eines einphasigen Be ^¬ triebs der Ladestation 1 hat die Ladestation 1 der Fig. 9 eine Überbrückungsein- richtung 133 zum Verbinden der ersten Phase LI und der zweiten Phase L2 und eine weitere Überbrückungseinrichtung 134 zum Verbinden der zweiten Phase L2 und der dritten Phase L3. Die jeweilige Überbrückungseinrichtung 131, 132, 133, 134 der Fig. 8 und der Fig. 9 ist beispielsweise als Kupferbügel ausgebildet. Insbesondere sind die Überbrückungseinrichtungen 131, 132, 133, 134 unmittelbar nach den netzseiti ^¬ gen Anschlussklemmen 91, 92, 93, 94 der Ladestation 1 angeordnet.

Außerdem zeigt die Fig. 10 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 1 zum Laden und/oder Entladen eines Energie ^¬ speichers 110 eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie mittels eines mit der Ladestation 1 koppelbaren mehrphasigen Netzes 120. Die Ladestation 1 ist beispielsweise wie in den vorstehenden Figuren erläutert ausgebildet.

In Schritt Sl wird die Ladestation 1 mit dem mehrphasigen Netz 120 gekoppelt.

In Schritt S2 werden die steuerbaren Halbleiterschaltelemente des Umrichters 10 der Ladestation 1 derart angesteuert, dass sich auf den Phasen LI, L2, L3

Ströme II, 12, 13 mit zumindest zwei unterschiedlichen Stromstärken, insbeson ^¬ dere mit zumindest zwei unterschiedlichen Effektiv werten, ergeben.

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

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Ladestation

10 Umrichter, z.B. AC/DC-Wandler

11 erste Halbbrücke

12 zweite Halbbrücke

13 dritte Halbbrücke

14 vierte Halbbrücke 20 Steuereinheit

30 Zwischenkreis

31 Zwischenkreiskondensator

32 Zwischenkreiskondensator

33 Zwischenkreismittelpunkt

40 Schaltung

41 Leitung

42 Schalter 50 Schaltung 60 Symmetrierung-Vorrichtung 61 Halbleiterschaltelement 62 Halbleiterschaltelement

63 Mittelabgriff

64 Glättungsdrossel 70 EM V- F ilt er einrichtun g 80 LCL-Filtereinrichtung 81 Drossel 82 Drossel

83 Drossel

84 Drossel

85 Kondensator

86 Kondensator

87 Kondensator

88 Kondensator 89 Leitung

91 Anschlussklemme

92 Anschlussklemme

93 Anschlussklemme

94 Anschlussklemme 100 Elektrofahrzeug 105 Ladekabel 110 Energiespeicher 120 mehrphasiges Teilnehmernetz 125 Netzanschlusspunkt

131 Überbrückungseinrichtung

132 Überbrückungseinrichtung

133 Überbrückungseinrichtung

134 Überbrückungseinrichtung 200 mehrphasiges Energieversorgungsnetz

Al Ausgangsleiter

A2 Ausgangsleiter

A3 Ausgangsleiter

I_H+_L1 Halbbrückenstrom zu Phase LI in der positiven Zwi ^¬ schenkreishälfte

I_H+_L2 Halbbrückenstrom zu Phase L2 in der positiven Zwi- schenkreishälfte

I_H+_L3 Halbbrückenstrom zu Phase L3 in der positiven Zwi- schenkreishälfte

I_H-_L1 Halbbrückenstrom zu Phase LI in der negativen Zwi- schenkreishälfte

I_H-_L2 Halbbrückenstrom zu Phase L2 in der negativen Zwi- schenkreishälfte

I_H-_L3 Halbbrückenstrom zu Phase L3 in der negativen Zwi- schenkreishälfte

11 Strom auf Phase L 1 12 Strom auf Phase L2 13 Strom auf Phase L3 IR Reststrom LI Phase L2 Phase L3 Phase N Neutralleiter

P_L1 Phasenleistung auf Phase LI P_L2 Phasenleistung auf Phase L2 P_L3 Phasenleistung auf Phase L3 P_ZK Summen-Wirkleistung des Zwischenkreises s Zeit in Sekunden

Sl, S2 Verfahrensschritte