LADESTATION

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum La den eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges sowie eine entsprechende Ladestation.

STAND DER TECHNIK

Das vorliegende technische Gebiet betrifft eine Ladestation oder Ladeanschluss vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelde rin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit wenigstens einer Eingangs schnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer Anschlussbuchse zum Ver binden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektro technischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebe nen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotechnischen Komponenten umschließenden Gehäuse.

Aus Gründen der Sicherheit sind im Strompfad zwischen Netz und Last häufig zwei Elemente zur Unterbrechung eines StromfLusses in Serie geschaltet. Damit ist eine einfehlersichere Abschaltung des EnergiefLusses im Fehlerfall ermög licht. Eines der beiden Elemente ist insbesondere als ein elektromagnetisches Schaltelement ausgebildet, das bei Wegfall der Steuerspannung des Schaltele ments sicher öffnet. Über dieses Schaltelement wird die gesamte Ladeleistung übertragen und bei Eintreten des Fehlerfalls muss dieses innerhalb normativ geforderter Zeiten öffnen, beispielsweise innerhalb von 20 ms nach Auftreten des Fehlers. Innerhalb dieser Zeit muss zunächst der Fehler erfasst werden und dann muss die Abschaltung eingeleitet werden. Für den Abschaltvorgang selbst bleiben daher beispielsweise nur 10 ms.

Bei Verwendung von Leistungsrelais als Schaltelement mit Ansteuerung mittels Gleichspannung ist es bekannt, das Relais zunächst mit der vollen spezifizierten Spannung anzusteuern, um einen erhöhten Stromfluss in der Relaisspule und dadurch eine hinreichend hohe magnetische Flussdichte im noch geöffneten Luftspalt für die notwendige Kraft des Ankers für ein zuverlässiges und schnel les Schließen der Kontakte zu gewährleisten. Nach diesem Einschaltvorgang kann die Spannung auf eine Haltespannung reduziert werden, da aufgrund des geschlossenen Luftspalts der magnetische Widerstand verringert ist und somit ein geringerer Spulenstrom ausreicht, um die für die erforderliche Haltekraft benötigte magnetische Flussdichte zu bewirken. Damit wird einerseits die Ver lustleistung und damit die Erwärmung reduziert, andererseits kann dies für das Relais oder benachbarte elektrische oder elektronische Komponenten auch not wendig sein, um diese thermisch nicht zu überlasten. Außerdem ist aufgrund der reduzierten Haltespannung ein Stromfluss durch die Relaisspule ebenfalls redu ziert, weshalb die darin gespeicherte magnetische Feldenergie reduziert ist. Dies führt dazu, dass das Relais schneller geöffnet werden kann, da beim Abschalten weniger Feldenergie dissipiert werden muss.

Trotz dieser Haltespannungsreduktion verbleibt das Problem, dass die schnellere Abschaltung unmittelbar nach dem Einschalten nicht möglich ist, da das Relais zu diesem Zeitpunkt noch mit der vollen spezifizierten Spannung angesteuert wird bzw. der durch die Relaisspule fließende Strom erhöht ist. Allerdings ist ge rade beim Einschalten eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für das Eintreten, Vor- hegen oder Erkennen eines Fehlers gegeben, der ein rasches Wiederabschalten erforderlich machen kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Ladestation sowie eine entsprechende Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges zu schaffen.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 und durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 13 ge löst.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Ener gie vor geschlagen. Die Ladestation weist ein erstes elektrisch steuerbares Leis tungsschaltelement und ein zweites elektrisch steuerbares Leistungsschaltele ment auf. Das erste Leistungsschaltelement ist ein elektromagnetisch schalten des Leistungsschaltelement. Jedes der Leistungsschaltelemente weist einen nicht -leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen lei tenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, auf, wobei jedes der Leis tungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladesta tion zu dem Elektrofahrzeug oder umgekehrt eingerichtet ist. Das Verfahren um fasst die Schritte: a) Ansteuern eines elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungs schaltelements mit einer Anziehspannung, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu ver bringen, b) Ansteuern des elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungsschalt elements mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und c) Ansteuern des zweiten Leistungsschaltelements, um das zweite Leis tungsschaltelement von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, nachdem ein Stromfluss durch den elektromagne tischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements einen bestimmten Schwell wert erreicht oder unterschreitet. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass das erste Leistungsschaltelement zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Schaltzustand verbracht wird, bereits mit reduziertem Haltestrom aufgrund der reduzierten Haltespannung angesteuert wird und daher schneller abschaltbar ist. Da ein Energiefluss durch die Ladestation erst dann möglich ist, wenn das zweite Leistungsschaltelement leitend ist, kann in einem unmittelbar danach auftretenden Fehlerfall, wie beispielsweise ein Kurzschluss oder ein Erdschluss in dem zu ladenden Fahrzeug oder dergleichen, das erste Leistungsschaltelement schneller abgeschaltet werden, als es ohne dieses Verfahren möglich ist. Damit wird die Betriebssicherheit der Ladestation erhöht.

Unter dem Begriff "Leistungsschaltelement" wird insbesondere verstanden, dass es sich um Schalter handelt, die eine elektrische Last zu- oder abschalten kön nen. Im leitenden Zustand, der auch als eingeschalteter Zustand bezeichnet wer den kann, kann eine elektrische Leistung durch das Schaltelement fließen, die im Bereich von einigen Watt bis hin zu mehreren Kilowatt, beispielsweise bis zu 500 kW, betragen kann. Dies ist im Gegensatz zu reinen Signalschaltern zu se hen, die nur zum Schalten von Signalen, deren elektrische Leistung deutlich un ter einem Watt liegt, geeignet sind.

Unter dem Begriff "elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement" wird bei spielsweise ein Schaltelement verstanden, das über eine entsprechende elektri sche Ansteuerung oder auch Ansteuerschaltung schaltbar ist. Beispiele für elektrisch steuerbare Schaltelemente sind elektromechanische Relais sowie elektronische Schalter, die auch als Halbleiterrelais bezeichnet werden können.

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

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

Der elektromagnetische Antrieb des ersten Leistungsschaltelements ist insbe sondere durch eine Spule ausgebildet. Wenn die Spule mit einer Spannung be aufschlagt wird, das heißt, dass die Spule mit einer Spannung angesteuert wird, dann beginnt ein Strom durch die Spule zu fließen. Gemäß dem Induktionsgesetz resultiert aus dem Stromfluss ein Magnetfeld, wobei der Stromfluss durch die Spule zunächst verzögert ist, da die elektrische Energie zum Aufbau des Magnet felds benötigt wird. Die zeitliche Beziehung zwischen Strom und Spannung an einer Induktivität kann durch nachfolgende Gleichung (l) beschrieben werden:

U(t) = L · dl(t)/dt Gleichung (l).

Hierbei steht U(t) für die Spannung zum Zeitpunkt t, L für die Induktivität der Spule, l(t) für den Strom zum Zeitpunkt t und d/dt ist der Differenzialquotient (Ableitung) der Bezugsgröße (hier der Strom l(t)) nach der Zeit. In einem Strom kreis, der eine Spule mit einer Induktivität L und einem ohmschen Widerstand R in Reihe geschaltet aufweist, gilt für den Strom nach dem Einschalten mit 1(0) =

0 nachfolgende Gleichung (2): l(t) = Io · (l exp(-R t/L)) Gleichung (2).

Dabei ist Io = U/R der Strom im stationären Fall, also wenn alle dynamischen Vorgänge abgeschlossen sind. Aus der Gleichung (2) ist ersichtlich, dass der F ak- tor R/L für die zeithche Dynamik in diesem Fall bestimmend ist, weshalb dessen Kehrwert x = L/R auch als Zeitkonstante für einen jeweiligen Stromkreis be zeichnet wird. Für komplexere Stromkreise, die außer der Spule und dem Wider stand weitere Bauelemente, beispielsweise weitere Spulen und/oder Kondensato ren, und/oder die eine andere Verschaltung der Bauelemente aufweisen, lassen sich entsprechende Gleichungen herleiten, die dann etwas komplexer sein kön nen. Im Falle einer Spule eines elektromagnetischen Schaltelementes kann es zudem während der Bewegung des Ankers zu einer Rückwirkung auf den Spu lenstrom kommen, beispielsweise zu einem kurzen Einbruch beim Schließen oder einer Überhöhung beim Öffnen. Solche transienten Vorgänge sind durch ge schlossene Formeln nur modellhaft und näherungsweise zu beschreiben, aus Gründen der Übersicht wird hier nicht weiter darauf eingegangen.

Je höher der Strom durch die Spule, umso stärker wird das sich aufbauende Magnetfeld (Biot-Savart-Gesetz). Die Höhe des Stromflusses (und damit auch die Stärke des Magnetfelds) nach Abklingen aller transienten Vorgänge hängt insbe sondere von der Ansteuerspannung und dem elektrischen Widerstand des An steuerschaltkreises ab. Das Magnetfeld der Spule bewirkt eine anziehende Kraft auf den Anker, so dass dieser betätigt wird und damit die Arbeitskontakte schließt.

Um ein sicheres und zuverlässiges Einschalten zu gewährleisten, wird der elekt romagnetische Antrieb zunächst mit der Anziehspannung angesteuert. Die An ziehspannung ist derart eingestellt, dass der resultierende Anziehstrom und da mit das sich aufbauende Magnetfeld groß genug sind, um den Anker auch bei offenem Ankerluftspalt und ungünstigen Bedingungen, wie einem erhöhten me chanischen Widerstand beim Umschalten oder dergleichen, anzuziehen und da mit zu betätigen. Wenn das erste Leistungsschaltelement nach dem Einschalten in einem stabilen Betriebszustand ist und der Ankerluftspalt wie auch die Ar beitskontakte geschlossen sind, kann die Ansteuerspannung reduziert werden. Das Erreichen des stabilen Betriebszustands in diesem Sinne kann beispielswei se durch Abwarten eines vorbestimmten Zeitintervalls und/oder durch eine ge eignete Sensorik, die beispielsweise einen Spulenstrom und/oder eine vom Anker übertragene Kraft erfasst, sichergestellt werden. Es sei angemerkt, dass zu die sem Zeitpunkt erfindungsgemäß noch keine Energie durch die Ladestation flie ßen kann, da das zweite Leistungsschaltelement noch in dem nicht-leitenden Zu stand ist.

Nachdem das erste Leistungsschaltelement sicher eingeschaltet ist, kann die An steuerspannung von der Anziehspannung auf die Haltespannung reduziert wer den. Diese Reduzierung bewirkt, dass der Stromfluss durch den elektromagneti schen Antrieb ebenfalls reduziert wird. Gemäß der Lenz'schen Regel fällt der Strom nicht sofort nach der Reduktion ab, sondern die in dem Magnetfeld gespei cherte Energie bewirkt, dass der Strom nur langsam sinkt. Nach einer gewissen Zeit ist der Strom dann auf einen durch die Haltespannung bestimmten Wert, den Haltestrom, abgefallen. Die Haltespannung ist derart bestimmt, dass der sich ergebende Haltestrom einen Wert aufweist, bei dem der Anker einerseits sicher von dem Magnetfeld gehalten wird, andererseits aber auch deutlich schneller umschalten (öffnen) kann als ausgehend von der Anziehspannung und dem korrespondierenden Anziehstrom.

Erst nachdem der Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unter schreitet, wird das zweite Leistungsschaltelement in den leitenden Zustand ver setzt. Der bestimmte Schwellwert ist insbesondere als ein anderer Wert aus ei nem Intervall zwischen dem Anziehstrom und dem Haltestrom bestimmt. Vor zugsweise ist der Schwellwert kleiner als ein Mittelwert des Anziehstroms und des Haltestroms. Besonders bevorzugt entspricht der Schwellwert einem gegen über dem zu der Haltespannung korrespondierenden Haltestrom geringfügig er höhten Strom, beispielsweise einen um 10% höheren Strom. Durch diese Wahl des Schwellwerts kann das erste Leistungsschaltelement beim Zuschalten des zweiten Leistungsschaltelements schneller abgeschaltet werden, als wenn das zweite Leistungsschaltelement früher, insbesondere gleichzeitig oder gar vor dem ersten Leistungsschaltelement, in den leitenden Zustand versetzt wird.

Es sei angemerkt, dass die Angabe, wonach die Haltespannung gegenüber der Anziehspannung reduziert ist, sich insbesondere auf einen jeweiligen zeitlichen Mittelwert bezieht. So kann die Anziehspannung und/oder die Haltespannung in Form eines PWM-Signals (PWM: Pulsweitenmodulation) erzeugt oder bereitge stellt werden, wobei der zeitliche Mittelwert beispielsweise von dem Tastverhält nis (duty ratio) sowie den Spannungspegeln (oberer und unterer Spannungspe gel) des PWM-Signals abhängt. Die Spannungspegel eines PWM-Signals für die Anziehspannung und eines PWM-Signals für die Haltespannung können dabei gleich sein, wobei der Unterschied der beiden Spannungen durch ein unter schiedliches Tastverhältnis realisiert wird.

Somit steht die schnelle Abschaltung des ersten Leistungsschaltelement sofort zur Verfügung, wenn ein Energiefluss durch die Ladestation erfolgen kann.

Der Energiespeicher kann auch als ein Energiepuffer genutzt werden, wobei elektrische Energie aus dem Energiespeicher über die Ladestation in das Ener gieversorgungsnetz eingespeist werden kann. Dies kann zu einem stabileren Energieversorgungsnetz beitragen.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ferner den SchritL Abschalten der Haltespannung für das erste Leistungsschaltelement, um das erste Leistungsschaltelement in den nicht -leiten den Schaltzustand zu verbrin gen, wenn ein Fehlerzustand von der Ladestation erfasst wird. Der Fehlerzustand bezieht sich auf das Laden des Energiespeichers durch die Ladestation. Der Fehlerzustand umfasst beispielsweise einen Fehlstrom, einen Überstrom, eine Überspannung, eine erhöhte Temperatur oder dergleichen. Der Fehlerzustand kann ferner einen Wegfall einer sicherheitsbezogenen Freigabe bedingung für den EnergiefLuss durch die Ladestation umfassen. Ein solcher Fehlerzustand kann in der Ladestation selbst auftreten, kann aber auch das La dekabel, den zu ladenden Energiespeicher oder das Elektrofahrzeug, oder auch das Stromnetz, an das die Ladestation angeschlossen ist, betreffen.

Das Erfassen des Fehlerzustands durch die Ladestation kann ein Empfangen eines entsprechenden Signals von einer zu der Ladestation externen Einheit um fassen. Die externe Einheit ist beispielsweise eine Sicherheitseinrichtung des Elektrofahrzeugs. Das heißt, dass der Fehlerzustand nicht zwingend von einer Komponente der Ladestation erfasst wird.

Andererseits umfasst die Ladestation in Ausführungsformen sicherheitsrelevan te Einrichtungen, wie Sicherungen, Strom- und/oder Spannungsmesseinrichtun gen und dergleichen, die zum Erfassen des Fehlerzustands eingerichtet sein können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Schritt c) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach Durchführen des Schrittes b) durch geführt.

Die vorbestimmte Zeitspanne wird insbesondere in Abhängigkeit von Parame tern des verwendeten ersten Leistungsschaltelements bestimmt.

Beispielsweise kann die vorbestimmte Zeitspanne in Abhängigkeit einer für das erste Leistungsschaltelement charakteristischen Zeitkonstante, die einen zeitli chen Zusammenhang zwischen Ansteuerspannung und Ansteuerstrom des elekt romagnetischen Antriebs bestimmt werden. Ein Beispiel für die charakteristi sche Zeitkonstante ist der F aktor L/R für einen Stromkreis, in dem eine Spule mit Induktivität L mit einem Widerstand R in Reihe geschaltet ist, wie anhand der Gleichung (2) oben bereits erläutert. Die vorbestimmte Zeitspanne wird bei ^¬ spielsweise als T = 3 L/R bestimmt, wobei der Ansteuerstrom zu dieser Zeit auf etwa I = IH + (IA - IH) · exp(-3) gefallen ist (hierbei steht IH für den Haltestrom im stationären Fall und IA für den Anziehstrom im stationären Fall).

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da auf eine explizite Messung des An ^¬ steuerstroms verzichtet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ferner:

Erfassen eines Betrages des Stromflusses und/oder einer zeitlichen Ände ^¬ rungsrate des Stromflusses durch den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistun gs sch altelem ents ,

Vergleichen des erfassten Stromflusses mit dem bestimmten Schwellwert und/oder Vergleichen der erfassten Änderungsrate mit einem bestimmten Schwellwert für die zeitliche Änderungsrate, und

Durchführen des Verfahrensschrittes c) in Abhängigkeit des Vergleichs.

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da hiermit sichergestellt ist, dass die schnelle Abschaltung des ersten Leistungsschaltelements bereits möglich ist, wenn der Verfahrensschritt c) durchgeführt wird. Der Verfahrensschritt c) wird insbesondere nur dann durchgeführt, wenn der Vergleich ergibt, dass der erfass ^¬ te Stromfluss kleiner oder gleich dem bestimmten Schwellwert ist, und/oder dass die erfasste Änderungsrate kleiner oder gleich dem bestimmten Schwellwert für die zeitliche Änderungsrate ist.

Der Schwellwert für den Stromfluss wird insbesondere auf Basis des Haltestroms IH bestimmt, der durch den elektromagnetischen Antrieb fließt, wenn dieser mit der Haltspannung angesteuert wird und nachdem alle dynamischen Vorgänge abgeklungen sind. Der bestimmte Schwellwert kann etwas über dem Haltestrom hegen, beispielsweise kann der Schwellwert zwischen 100% - 150% des Hal- testroms betragen. Insbesondere wird der Schwellwert als 101% - 115% von IH bestimmt.

Die Änderungsrate ist physikalisch gesehen eine Stromänderung/Zeiteinheit (dl(t)/dt) und hat beispielsweise die physikalische Dimension Strom/Zeit. Die Än derungsrate ist ein Indiz dafür, ob sich der Stromkreis des elektromagnetischen Antriebs einem stationären Zustand angenähert hat oder wie weit fortgeschrit ten diese Annährung ist. Die Änderungsrate nimmt beispielsweise direkt nach der Reduktion auf die Haltespannung einen hohen Wert an und fällt dann von dem hohen Wert auf null ab. Wenn die Änderungsrate null ist, dann ist das Sys tem im stationären Zustand, in dem der zu der Haltespannung korrespondieren de Haltestrom durch den elektromagnetischen Antrieb fließt. Zu diesem Zeit punkt ist die zusätzliche im Magnetfeld gespeicherte Energie dissipiert. Der be stimmte Schwellwert für die Änderungsrate hegt vorzugsweise zwischen null und 50% eines Maximalwerts für die Änderungsrate, insbesondere beträgt der Schwellwert l/exp(l) des Maximalwerts. Unter dem Maximalwert wird vorlie gend insbesondere der Wert der Änderungsrate direkt nach dem Umschalten von der Anziehspannung auf die Haltespannung verstanden. Der Maximalwert für die Änderungsrate kann für ein bestimmtes Leistungsschaltelement mit be stimmten Betriebsparametern insbesondere experimentell bestimmt werden. Der Maximalwert der Änderungsrate kann aber auch theoretisch unter Zugrundele gung der physikalischen Zusammenhänge ermittelt werden.

In Ausführungsformen kann ein Freigeben des zweiten Leistungsschaltelements für die Ermöglichung des Verfahrensschrittes c) in Abhängigkeit des Vergleichs erfolgen. Beispielsweise kann eine Sicherheitssteuerung vorgesehen sein, die ein Schalten des zweiten Leistungsschaltelements von dem nicht -leiten den in den leitenden Zustand unterbinden kann. Dies kann beispielsweise mittels eines &- Gatters erfolgen, dessen einer Eingang von der Sicherheitssteuerung in Abhän gigkeit des Vergleichs angesteuert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind das erste Leis tungsschaltelement und das zweite Leistungsschaltelement in Bezug auf den EnergiefLuss zum Elektrofahrzeug in Reihe geschaltet.

Das heißt, dass die Energie durch die Ladestation über beide Leistungsschalt elemente übertragen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind das erste Leis tungsschaltelement und das zweite Leistungsschaltelement in der Ladestation direkt miteinander verbunden.

Hierunter wird verstanden, dass zwischen dem ersten Leistungsschaltelement und dem zweiten Leistungsschaltelement außer Stromleiter keine anderen elektrischen oder elektronischen Bauteile angeordnet sind. Man kann diese An ordnung auch als doppelte Trennstelle bezeichnen.

Insbesondere befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungs schaltelement auch kein Knoten, von dem eine Verbindung zu einem parallel ge schalteten elektrischen oder elektronischen Bauteil besteht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist wenigstens ein wei teres elektrisches und/oder elektronisches Bauelement der Ladestation zwischen das erste Leistungsschaltelement und das zweite Leistungsschaltelement ge schaltet.

Das zwischengeschaltete Bauelement umfasst alle möglichen Arten von Bauele menten, wie Filter, Spulen, Kondensatoren, Halbleiterbauelemente, wie Dioden, Strom- und/oder Spannungsmessanordnungen, Strom- und/oder Spannungs umsetzer und dergleichen mehr.

In Ausführungsformen ist das erste Leistungsschaltelement eingangsseitig der Ladestation und das zweite Leistungsschaltelement ausgangsseitig der Ladesta- tion angeordnet, oder umgekehrt. Das heißt insbesondere, dass das jeweilige Leistungsschaltelement das dem Eingang oder Ausgang nächstliegende Bauele ment ist und damit dazu eingerichtet ist, den Energiefluss aus der Ladestation in die jeweilige Richtung heraus komplett zu unterbrechen. Insbesondere sind hier bei alle weiteren Bauelemente der Ladestation, die zum Bereitstellen der elektri schen Energie genutzt werden, zwischen das erste und das zweite Leistungs schaltelement geschaltet.

Es sei jedoch angemerkt, dass die Ladestation weitere Eingänge und/oder Aus gänge aufweisen kann, über die beispielsweise eine Versorgungsspannung be reitstellbar und/oder Kommunikationsverbindungen herstellbar sind.

In weiteren Ausführungsformen sind lediglich passive Bauelemente, wie ein Wi derstand und/oder ein Filter, zwischen dem Eingang und dem eingangsseitig an geordneten Leistungsschaltelement und/oder zwischen dem Ausgang und dem ausgangsseitigen Leistungsschaltelement angeordnet.

In weiteren Ausführungsformen ist nur das erste oder nur das zweite Leistungs schaltelement eingangsseitig oder ausgangsseitig der Ladestation angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Ladestation eine Sicherheitsschaltung auf, die das Ansteuern des ersten Leistungsschaltele ments überwacht und die das Ansteuern des zweiten Leistungsschaltelements unterbindet, bis das erste Leistungsschaltelement mit der Haltespannung ange steuert wird und der Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb des ers ten Leistungsschaltelements den bestimmten Schwellwert erreicht oder unter schreitet.

Darunter, dass die Sicherheitsschaltung das Ansteuern des ersten Leistungs schaltelements überwacht, wird beispielsweise verstanden, dass die Sicherheits schaltung Steuersignale ausgibt, die das Ansteuern des ersten Leistungsschalt elements mit der Anziehspannung und nachfolgend mit der Haltespannung ver- anlassen. Die Sicherheitsschaltung kann auch selbst zum Ansteuern des ersten Leistungsschaltelements eingerichtet sein. Insbesondere kann die Sicherheits schaltung jederzeit das Ansteuern des ersten Leistungsschaltelements beenden oder unterbrechen, wenn ein Fehlerfall erfasst wird.

Die Sicherheitssteuerung kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als ein Al gorithmus, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebil det sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das zweite Leis tungsschaltelement als ein elektromagnetisches Relais, als ein elektronisches Relais, als ein steuerbarer AC/DC-Wandler oder als ein steuerbarer DC/DC- Wandler ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Ladestation ein drittes, elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement auf, das zum Unterbrechen des EnergiefLusses durch die Ladestation zum Elektrofahrzeug eingerichtet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement eingangsseitig der La destation und das dritte Leistungsschaltelement ausgangsseitig der Ladestation angeordnet ist und das zweite Leistungsschaltelement zwischen das erste und das dritte Leistungsschaltelement geschaltet ist, und wobei das dritte Leistungs schaltelement entsprechend den Schritten a) und b) in den leitenden Zustand versetzt wird, bevor der Schritt c) durchgeführt wird.

Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhaft jeglicher Energiefluss von der La destation nach außen im Fehlerfall schnell unterbunden werden, indem das ers te, das dritte oder auch beide Leistungsschaltelemente geöffnet werden. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn sich in der Ladestation Bauelemente be- finden, die im Betrieb der Ladestation eine höhere Energiemenge _Z wischenspei chern, wie beispielsweise Spulen und/oder Kondensatoren. Wenn nur das erste Leistungsschaltelement vorhanden ist, kann es Vorkommen, dass die zwischen gespeicherte Energie trotz geöffnetem ersten Leistungsschaltelement in uner wünschter Weise abfließt und einen Schaden verursachen kann.

Darunter, dass das dritte Leistungsschaltelement entsprechend den Schritten a) und b) in den leitenden Zustand versetzt wird, bevor der Schritt c) durchgeführt wird, ist zu verstehen, dass für das dritte Leistungsschaltelement die gleichen Schritte durchgeführt werden, wie für das erste Leistungsschaltelement angege ben. Insbesondere wird das zweite Leistungsschaltelement erst dann angesteu ert, wenn der Stromfluss durch den elektromagnetischen Antrieb sowohl des ers ten als auch des dritten Leistungsschaltelements den jeweils bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet. Es sei angemerkt, dass der bestimmte Schwellwert für das erste und das dritte Leistungsschaltelement unterschiedlich sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte a) und b) mit dem ersten und dem dritten Leistungsschaltelement sich zeitlich überschneidend, insbesondere zeitgleich, durchgeführt.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschla gen, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch ei nen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt aus zuführen.

Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm -Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in ei nem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer ent- sprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerpro gramm-Mittel erfolgen.

Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Energie speichers eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie vor geschlagen. Die Ladestation umfasst: ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement und ein zweites elektrisch steuerbares Leistungsschaltelement, wobei das erste Leistungsschalt element ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement ist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente einen nicht -leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom flie ßen kann, aufweist, wobei jedes der Leistungsschaltelemente zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation zu dem Elektrofahrzeug oder umge kehrt eingerichtet ist, eine erste Ansteuereinheit zum Ansteuern eines elektromagnetischen An triebs des ersten Leistungsschaltelements mit einer Anziehspannung, um das erste Leistungsschaltelement von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den lei tenden Schaltzustand zu verbringen, wobei die erste Ansteuereinheit dazu einge richtet ist, den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteu ern, nachdem das erste Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand ist, und eine zweite Ansteuereinheit zum Ansteuern des zweiten Leistungsschalt elements, um das zweite Leistungsschaltelement von dem nicht -leiten den in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, in Abhängigkeit eines von der ersten An steuereinheit ausgegebenen Freigabesignals.

Die Ladestation wird vorzugsweise gemäß dem Verfahren des ersten Aspekts be trieben. Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsfor men und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Ladestation entsprechend. Die Ladestation weist die gleichen Vorteile auf, die anhand des Verfahrens beschrie ben sind. Die jeweilige Ansteuereinheit kann hardwaretechnisch und/oder softwaretech nisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausge bildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als ein Algorithmus, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein. Die erste und die zweite Ansteuereinheit können insbesondere gemeinsam in einer übergeordneten Einheit integriert sein.

Die erste Ansteuereinheit kann auch als eine Sicherheitsschaltung ausgebildet sein, die das Ansteuern des ersten Leistungsschaltelements mit der Ansteuer spannung und der Haltespannung und das Ansteuern des zweiten Leistungs schaltelements kontrolliert.

Insbesondere ist die erste Ansteuereinheit ferner zum Ansteuern des ersten Leis tungsschaltelements zum Öffnen des ersten Leistungsschaltelements im Fehler fall eingerichtet.

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 Elektrofahrzeugs geeig net, indem die Ladestation über eine Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeugs mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektro fahrzeugs elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugs quelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschlussbuchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelli gente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die Ladestation kann insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Ladestation umfasst die erste Ansteuerein heit ein Zeitglied zum Zählen eines vorbestimmten Zeitintervalls und ist dazu eingerichtet, das Freigabesignal auszugeben, sobald das vorbestimmte Zeitinter vall abgelaufen ist, nachdem die erste Ansteuereinheit das erste Leistungs schaltelement mit der Haltespannung ansteuert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation umfasst die erste An steuereinheit einen Strommesser zum Erfassen eines Betrages eines Stromflus ses und/oder einer Änderungsrate des Stromflusses durch den elektromagneti schen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements und ist dazu eingerichtet, das Freigabesignal auszugeben, wenn der erfasste Stromfluss einen bestimmten Schwellwert erreicht oder unterschreitet und/oder wenn die erfasste Änderungs rate einen bestimmten Schwellwert für die zeitliche Änderungsrate erreicht oder unterschreitet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation sind ein erstes Netzteil zum Bereitstellen der Anziehspannung für das erste Leistungsschaltelement und ein zweites Netzteil zum Bereitstellen der Haltespannung für das erste Leis tungsschaltelement vorgesehen.

In dieser Ausführungsform kann die Haltespannung vorteilhaft mit einer sehr geringen Verlustleistung bereitgestellt werden. Ein Energieverbrauch der La destation im Betrieb kann damit reduziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation weist die Ladestation ein drittes, elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement auf, das zum Unterbrechen des Energieflusses durch die Ladestation zu dem Elektrofahrzeug eingerichtet ist, wobei das erste Leistungsschaltelement eingangsseitig der La destation und das dritte Leistungsschaltelement ausgangsseitig der Ladestation angeordnet ist und das zweite Leistungsschaltelement zwischen das erste und das dritte Leistungsschaltelement geschaltet ist, und wobei die erste Ansteuer einheit ferner dazu eingerichtet ist, einen elektromagnetischen Antrieb des drit- ten Leistungsschaltelements mit einer Anziehspannung anzusteuern, um das dritte Leistungsschaltelement von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den lei tenden Schaltzustand zu verbringen, und das dritte Leistungsschaltelement mit einer gegenüber der Anziehspannung verringerten Haltespannung anzusteuern, nachdem das dritte Leistungsschaltelement in dem leitenden Schaltzustand 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 zum Laden eines elektrischen

Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladestation;

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform ei ner Ladestation;

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform ei ner Ladestation;

Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform ei ner Ladestation;

Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit beispielhaften Strom- und Spannungsver läufen; Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Ladestation; und

Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Be ^¬ zugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Anordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeugs 108 mittels einer Ladestation 10.

In dem Beispiel der Fig. 1 ist die Ladestation 10 an ein mehrphasiges Teilneh ^¬ mernetz 101 angeschlossen, das seinerseits über einen Anschlusspunkt 120 mit einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz 100 verbunden ist. Es handelt sich in diesem Beispiel (und auch in den nachfolgend anhand der Fig. 2 - 7 erläuter ^¬ ten Ausführungsbeispielen) ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das Elektrofahrzeug 108 ist mittels eines Ladekabels 105, das mit einer Anschlussbuchse AB der Ladestation 10 verbunden ist, mit der Ladestation 10 gekoppelt.

Die Ladestation 10 umfasst ein erstes elektrisch steuerbares Leistungsschalt ^¬ element 11 und ein zweites elektrisch steuerbaren Leistungsschaltelement 12, wobei das erste Leistungsschaltelement 11 ein elektromagnetisch schaltendes Leistungsschaltelement, wie ein Relais oder Schütz, ist. Das zweite Leistungs ^¬ schaltelement 12 kann beispielsweise als ein elektronisches Leistungsschaltele ^¬ ment ausgebildet sein. Jedes der Leistungsschaltelemente 11, 12 weist einen nicht-leitenden Schaltzustand, in dem kein Strom durch das jeweilige Leistungs ^¬ schaltelement 11, 12 fließen kann, und einen leitenden Schaltzustand, in dem Strom fließen kann, auf. Jedes der Leistungsschaltelemente 11, 12 ist zum Un- terbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 10 zu dem Elektrofahr zeug 108 oder umgekehrt eingerichtet.

Die Ladestation 10 umfasst eine Steuerung 19, die eine erste Ansteuereinheit 19A (siehe Fig. 4 oder 6) und eine zweite Ansteuereinheit 19B (siehe Fig. 4 oder 6) aufweist. Die erste Ansteuereinheit 19A ist zum Ansteuern eines elektromag netischen Antriebs des ersten Leistungsschaltelements 11 mit einer Anziehspan nung UA (siehe Fig. 5) eingerichtet, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbrin gen, und ist weiterhin dazu eingerichtet, den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 11 mit einer gegenüber der Anziehspannung UA verringerten Haltespannung UH anzusteuern, nachdem das erste Leistungs schaltelement 11 in dem leitenden Schaltzustand ist. Die zweite Ansteuereinheit 19B ist zum Ansteuern des zweiten Leistungsschaltelements 12 eingerichtet, um das zweite Leistungsschaltelement 12 von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, in Abhängigkeit eines von der ersten Ansteuereinheit 19A ausgegebenen Freigabesignals SIG (siehe Fig. 4 oder 6).

Es sei angemerkt, dass die Ladestation 10 eine Vielzahl weiterer Bauelemente aufweisen kann, auf deren Darstellung aus Gründen der Übersicht in der Fig. 1 verzichtet wurde, was jedoch aus den weiteren Ausführungsbeispielen hervor geht.

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer La destation 10, die beispielsweise wie in der Fig. 1 dargestellt zum Laden eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 108 eingerichtet ist. In dieser Aus führungsform ist die Ladestation 10 an ein (nicht dargestelltes) Teilnehmernetz mit drei Phasen LI - L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE ange schlossen. Die Ladestation 10 weist eine Vielzahl von Bauelementen 11 - 19 auf, die zum Bereitstellen der elektrischen Energie an der Anschlussbuchse AB die nen. Es handelt sich bei den Bauelementen 11 - 19 beispielhaft um ein eingangs seitiges EMV-Filter 13, einen Schutzschalter 14 (Erdschlussüberwachung), ein erstes Leistungsschaltelement 11, das als ein Schütz ausgebildet ist, ein zweites Leistungsschaltelement 12, einen AC/DC-Wandler 15, einen DC/DC-Wandler 16, einen weiteren Schutzschalter 17 (DC-Schütz), ein ausgangsseitiges EMV-Filter 18 sowie eine Steuerung 19. Die Ladestation 10 ist damit beispielhaft zum Gleichstromladen ausgebildet.

Die Steuerung 19 ist insbesondere zum Ansteuern des ersten und zweiten Leis tungsschaltelements 11, 12, wie anhand der Fig. 1 erläutert, eingerichtet. Zu sätzlich ist in der Fig. 2 angedeutet, dass die Steuerung 19 auch zum Steuern weiterer Bauelemente und/oder zum Erfassen von relevanten Messwerten und/oder Zustandsdaten von den Bauelementen eingerichtet ist.

Es sei angemerkt, dass die Ladestation 10 alternativ auch zum Wechselstromla den eingerichtet sein kann, wobei dann der AC/DC-Wandler 15 und der DC/DC- Wandler 16 entfallen und stattdessen beispielsweise ein AC/AC-Wandler vor handen sein kann.

Zudem sei angemerkt, dass die Anordnung der unterschiedlichen Bauelemente 11 - 18, insbesondere deren Reihenfolge, ebenfalls lediglich beispielhaft ist und verschiedene andere Anordnungen möglich sind, ohne dass die Funktion der La destation 10 beeinträchtigt wird. Ferner können weniger, mehr und/oder andere Bauelemente als in der Fig. 2 beispielhaft gezeigt in der Ladestation 10 vorhan den sein.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer La destation 10, die, beispielsweise wie in der Fig. 1 dargestellt, zum Laden eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 108 eingerichtet ist. In dieser Aus führungsform ist die Ladestation 10 an ein (nicht dargestelltes) Teilnehmernetz mit drei Phasen LI - L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE ange schlossen. Die Ladestation 10 umfasst ein erstes, ein zweites und ein drittes Leistungsschaltelement 11, 12, 21, sowie eine Anzahl weiterer Bauelemente 13, 15, 16 und eine Steuerung 19. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten und dritten Leistungsschaltelement 11, 21 jeweils um ein elektromagnetisch schalt bares Leistungsschaltelement, wie einen Schütz. Das zweite Leistungsschaltele ment 12 ist beispielsweise als ein elektronische Leistungsschaltelement ausge bildet. Bei den weiteren Bauelementen handelt es sich beispielhaft um ein EMV- Filter 13, einen AC/DC-Wandler 15 und einen DC/DC-Wandler 16.

Jedes der drei Leistungsschaltelemente 11, 12, 21 ist zum Unterbrechen eines Energieflusses durch die Ladestation 10 eingerichtet. Jedes der Leistungsschalt elemente 11, 12, 21 wird von der Steuerung 19 gesteuert, die beispielsweise wie anhand der Fig. 1 erläutert ausgebildet sein kann.

In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Leistungsschaltelement 11 insbesondere eingangsseitig der Ladestation 10 angeordnet, wobei unter "ein gangsseitig" vorliegend teilnehmernetzseitig verstanden wird. Das dritte Leis tungsschaltelement 21 ist ausgangsseitig der Ladestation 10 angeordnet, wobei unter "ausgangsseitig" vorliegend Elektrofahrzeug-seitig verstanden wird. In dem dargestellten Beispiel ist das erste Leistungsschaltelement 11 das erste Bauelement der Ladestation 10 von dem Teilnehmernetz aus betrachtet, und das dritte Leistungsschaltelement 21 ist das letzte Bauelement der Ladestation 10 von dem Teilnehmernetz aus betrachtet (abgesehen von der Anschlussbuchse AB).

Damit ist das erste Leistungsschaltelement 11 dazu eingerichtet, jeglichen Ener giefluss von dem Teilnehmernetz in die Ladestation 10 hinein oder von der La destation 10 in das Teilnehmernetz hinaus zu unterbrechen. Das dritte Leis tungsschaltelement 21 ist dazu eingerichtet, jeglichen Energiefluss von der La destation 10 zu dem Elektrofahrzeug 108 oder von dem Elektrofahrzeug 108 in die Ladestation 10 zu unterbrechen.

Indem das erste, das zweite und das dritte Leistungsschaltelement 11, 12, 21 je weils wie anhand der Fig. 1 oder der Fig. 7 erläutert von der Steuerung 19 ge steuert werden, ist insbesondere ein schnelles Unterbrechen des Energieflusses von Beginn an, direkt nachdem das zweite Schaltelement 12 in den leitenden Zu stand versetzt wurde, möghch. Damit ist eine Sicherheit der Ladestation 10 er höht. Unter dem Begriff "schnelles Unterbrechen" wird beispielsweise verstan den, dass der Energiefluss innerhalb von 20 ms nach Auftreten eines Fehlers un terbrochen ist.

Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform einer La destation 10, die beispielsweise, wie in der Fig. 1 dargestellt, zum Laden eines Energiespeichers 110 eines Elektrofahrzeuges 108 eingerichtet ist. In dieser Aus führungsform ist die Ladestation 10 an ein (nicht dargestelltes) Teilnehmernetz mit drei Phasen LI - L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE ange schlossen. Die Ladestation 10 weist eine Vielzahl von Bauelementen 11 - 20, 22 - 26 auf, die zum Bereitstellen der elektrischen Energie an der Anschlussbuchse AB dienen. Es handelt sich bei den Bauelementen 11 - 20, 22 - 26 beispielhaft um ein eingangsseitiges EMV-Filter 13, einen Schutzschalter 14 (Erdschluss überwachung), eine Netzimpedanzmessung 22, ein erstes Leistungsschaltele ment 11, das als ein Schütz ausgebildet ist, ein zweites Leistungsschaltelement 12, eine Fehlerstromüberwachung zur Gleichstromerkennung 23, eine LCL- Filteranordnung 24, einen AC/DC-Wandler 15, einen DC/DC-Wandler 16, eine Gleichstrom-Messeinrichtung 25, eine Spannungsmesseinrichtung 26, einen wei teren Schutzschalter 17 (DC-Schütz), ein ausgangsseitiges EMV-Filter 18, eine Steuerung 19, eine Regeleinheit 20 und eine Netzüberwachungseinheit 27. Die Regeleinheit 20 ist zum Regeln des AC/DC-Wandlers 15 und des DC/DC- Wandlers 16 in Abhängigkeit von Steuersignalen, die von der Steuerung 19 emp fangen werden, eingerichtet.

Die Steuerung 19 ist in eine erste Ansteuereinheit 19A und eine zweite Ansteu ereinheit 19B unterteilt. Die erste Ansteuereinheit 19A kann auch als Sicher heitssteuerung bezeichnet werden, die zum Steuern aller sicherheitsrelevanten Steueraufgaben eingerichtet ist. Es sei angemerkt, dass die Sicherheitssteuerung auch darauf beschränkt sein kann, die sicherheitsrelevanten Funktionen und Parameter zu überwachen, selbst aber keine direkte Steuerung durchführt, son- dern lediglich sicherheitsrelevante Funktionen freigibt oder blockiert. Die zweite Ansteuereinheit 19B kann auch als allgemeine Steuerung bezeichnet werden, die zum Steuern aller nicht sicherheitsrelevanten Steueraufgaben eingerichtet ist. Die erste und die zweite Ansteuereinheit 19A, 19B empfangen von den Messein ^¬ heiten 23, 25, 26, 27 erfasste Messdaten, auf deren Basis sie die jeweihgen Steu ^¬ er- und Regelaufgaben durchführen. Insbesondere ist die erste Ansteuereinheit 19A zum Ansteuern eines elektromagnetischen Antriebs des ersten Leistungs ^¬ schaltelements 11 mit einer Anziehspannung UA (siehe Fig. 5) eingerichtet, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, und ist weiterhin dazu eingerichtet, den elektromagnetischen Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 11 mit ei ^¬ ner gegenüber der Anziehspannung UA verringerten Haltespannung UH anzu ^¬ steuern, nachdem das erste Leistungsschaltelement 11 in dem leitenden Schalt ^¬ zustand ist.

Die zweite Ansteuereinheit 19B ist zum Ansteuern des zweiten Leistungsschalt ^¬ elements 12 eingerichtet, um das zweite Leistungsschaltelement 12 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen, in Abhängigkeit eines von der ersten Ansteuereinheit 19A ausgegebenen Freigabe ^¬ signals SIG. In diesem Beispiel erfolgt die Freigabe für die Ansteuerung des zweiten Leistungsschaltelements 12 über ein &-Gatter, dessen einer Eingang mit der ersten Ansteuereinheit 19 A gekoppelt ist, und an den die erste Ansteuerein ^¬ heit 19A das Freigabesignal SIG ausgibt. Solange das Freigabesignal SIG nicht anliegt, kann daher das zweite Leistungsschaltelement 12 nicht in den leitenden Zustand verbracht werden, selbst wenn die zweite Ansteuereinheit 19B ein ent ^¬ sprechendes Ansteuersignal ausgibt.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit beispielhaften Strom- und Spannungsverläufen. Das obere Diagramm zeigt beispielhaft eine Ansteuerspannung UL, mit der ein elektromagnetischer Antrieb eines Leistungsschaltelements 11, 12, 21 angesteu ^¬ ert wird, und das untere Diagramm zeigt beispielhaft den sich jeweils ergeben ^¬ den Stromfluss I _I durch den elektromagnetischen Antrieb, der auch als Ansteu- erstrom bezeichnet werden kann. Die horizontale Achse zeigt die Zeit t und ist für beide Diagramme identisch. Der elektromagnetische Antrieb ist beispielswei se als eine Spule ausgebildet, wobei ein Stromfluss durch die Spule ein Magnet feld hervorruft. Es sei angemerkt, dass die in den beiden Diagrammen darge stellten Strom- und Spannungs Verläufe idealisiert dargestellt sind, um die Vor teile der Erfindung deutlicher zu machen. In einer Ansteuerschaltung können verschiedene zusätzliche Effekte auftreten, die in Variationen der Strom- und Spannungsverläufen gegenüber der Darstellung in der Fig. 5 resultieren können. Die nachfolgend erläuterten Vorteile bleiben hierbei jedoch bestehen.

Zu einem Zeitpunkt tO soll das Leistungsschaltelement 11, 12, 21 von dem nicht- leitenden in den leitenden Zustand versetzt werden, weshalb die Ansteuerspan nung UL auf die Anziehspannung UA gesetzt wird. Der Stromfluss II zeigt einen verzögerten Anstieg, da zunächst elektrische Energie zum Aufbau des Magnet feldes gebraucht wird. Der zeitliche Verlauf lässt sich beispielsweise anhand von Gleichung (2) beschreiben. Der Stromfluss I _I nähert sich einem durch die An steuerspannung UA und dem ohmschen Widerstand des Ansteuerstromkreises bestimmten Gleich ge wicht wert IA (Anziehstrom) an. Beispielsweise wird dieser Gleich ge wichts wert IA kurz vor dem Zeitpunkt ti erreicht.

Zu einem Zeitpunkt ti wird die Ansteuerspannung UL auf einen reduzierten Wert UH, die Haltespannung, gesetzt. Die Haltespannung UL ist derart gewählt, dass das Leistungsschaltelement 11, 12, 21 sicher in dem leitenden Zustand verbleibt, aber der Stromfluss I _I durch den elektromagnetischen Antrieb deutlich reduziert ist. Wie an dem unteren Diagramm erkennbar, fäht der Strom I _I durch den elektromagnetischen Antrieb langsam ab. Dies hegt daran, dass in dem Magnet feld gespeicherte Energie dissipiert werden muss, was über einen zusätzlichen (induzierten) Stromfluss erfolgt. Der Strom II fällt auf einen Haltestromstrom IH ab, der beispielsweise kurz von dem Zeitpunkt t2 erreicht ist.

Zum Zeitpunkt t2 wird beispielsweise ein Fehler erfasst, wie ein Kurzschluss in der Ladestation 10 (siehe Fig. 1 - 4 oder 6) oder in dem Elektrofahrzeug 108 (Siehe Fig. l), weshalb der Energiefluss durch die Ladestation 10 schnellstmög lich zu beenden ist. Hierzu wird das Leistungsschaltelement 11, 12, 21 zum Öff nen angesteuert, das heißt, dass es von dem leitenden in den nicht -leitenden Zu stand versetzt wird. Hierzu wird die Ansteuerspannung UL auf null reduziert. Der Ansteuerstrom I _I fällt nicht sofort auf null, sondern aufgrund des Magnet felds wie zuvor verzögert ab. Nach einem Zeitintervall Atl unterschreitet der Stromfluss den Stromwert Io, der als Abfallstrom bezeichnet werden kann. Bei diesem Stromfluss ist das Magnetfeld so schwach, dass der Anker des Leistungs schaltelements 11, 12, 21 abfällt und somit der geschaltete Kontakt (oder die Kontakte) öffnet.

Um die durch die Ansteuerung mit der Haltespannung U _H schnellere Abschal tung, also den Zeitgewinn, deutlich zu machen, ist in dem Diagramm beispielhaft mit U auch der Fall dargestellt, wenn der Stromfluss zu dem Zeitpunkt t2 noch auf dem Niveau von IA liegt. Dann dauert es das Zeitintervall At2, bis der Ab fallstrom Io erreicht ist, wobei das Zeitintervall At2 ein Vielfaches des Zeitinter valls Atl umfasst.

Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer La destation 10, wobei aus Gründen der Übersicht nur ein erstes und ein zweites Leistungsschaltelement 11, 12 sowie eine Steuerung 19 gezeigt sind. Die Steue rung 19 umfasst eine erste Ansteuereinheit 19A und eine zweite Ansteuereinheit 19B. Die erste Ansteuereinheit 19 A ist zum Ansteuern des ersten Leistungs- schaltelements 11 mit einer Ansteuerspannung UL eingerichtet, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leiten den in den leitenden Zustand zu versetzen. Insbesondere umfasst die erste Ansteuereinheit 19A hierfür zwei Netzgeräte NT1, NT2. Das erste Netzgerät NT1 ist zum Bereitstellen einer An ziehspannung UA (siehe Fig. 5) eingerichtet und das zweite Netzgerät NT2 ist zum Bereitstellen eine Haltespannung UH (siehe Fig. 5) eingerichtet. Die Ver wendung von zwei Netzteilen NT1, NT2 für die zwei Spannungsniveaus UA, UH hat den Vorteil, dass die Verlustleistung beim Bereitstellen der unter schiedli- chen Spannungen reduziert ist im Vergleich zur Verwendung eines Spannungs teilers oder eines Widerstands oder dergleichen.

Ein Controller CTR steuert beispielhaft die Schaltstellung eines Schalters (ohne Bezugszeichen) und steuert damit, welchen Wert die Ansteuerspannung UL auf weist. Beim Einschalten der Ladestation 10 wird das erste Leistungsschaltele ment 11 zuerst in den leitenden Zustand versetzt, und erst danach das zweite Leistungsschaltelement 12.

Hierzu wird das erste Leistungsschaltelement 11 zunächst mit der Anziehspan nung UA angesteuert, wie in der Fig. 6 dargestellt. Wenn das erste Leistungs schaltelement 11 stabil in dem leitenden Zustand ist, wird die Ansteuerspannung UL auf die Haltespannung UH reduziert, indem der Schalter auf das zweite Netz teil NT2 umschaltet. In diesem Beispiel ist die erste Ansteuereinheit 19A zum Erfassen eines Stromflusses I _I durch einen elektromagnetischen Antrieb des ers ten Leistungsschaltelements 11 eingerichtet. Der Controller CTR empfängt den erfassten Stromfluss I _I , auf dessen Basis der Controller CTR ermitteln kann, wann der Stromfluss I _I auf den bestimmten Schwellwert, beispielsweise den Hal testrom IH, abgefallen ist. Erst danach gibt der Controller CTR ein Freigabesig nal SIG aus, welches auf einen Eingang eines &-Gatters gelegt ist. Auf diese Weise kontrolliert die erste Ansteuereinheit 19A das Umschalten des zweiten Leistungsschaltelements 12 von dem nicht -leitenden in den leitenden Zustand.

Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladestation 10, beispielsweise der anhand einer der Fig. 1 - 4 oder 6 erläuterten Ladestation.

In einem ersten Schritt Sl wird ein elektromagnetischer Antrieb des ersten Leis tungsschaltelements 11 (siehe Fig. 1 - 4 sowie 6) mit einer Anziehspannung UH (siehe Fig. 5) angesteuert, um das erste Leistungsschaltelement 11 von dem nicht -leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbringen. In einem zweiten Schritt S2 wird der elektromagnetische Antrieb des ersten Leistungsschaltelements 11 mit einer gegenüber der Anziehspannung UA verrin ^¬ gerten Haltespannung UH (siehe Fig. 5) angesteuert, nachdem das erste Leis ^¬ tungsschaltelement 11 in dem leitenden Schaltzustand ist.

In einem dritten Schritt S3 wird das zweite Leistungsschaltelement 12 (siehe Fig. 1 - 4 sowie 6) angesteuert, um das zweite Leistungsschaltelement 12 von dem nicht-leitenden Schaltzustand in den leitenden Schaltzustand zu verbrin ^¬ gen, nachdem ein Stromfluss I _I (siehe Fig. 5) durch den elektromagnetischen An- trieb des ersten Leistungsschaltelements 11 einen bestimmten Schwellwert er ^¬ reicht oder unterschreitet.

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

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Ladestation

11 erstes Leistungsschaltelement

12 zweites Leistungsschaltelement

13 EMV-Filter

14 Schutzschalter

15 AC/DC-Wandler

16 DC/DC-Wandler

17 Schutzschalter

18 EMV-Filter

19 Steuerung

19A erste Ansteuereinheit 19B zweite Ansteuereinheit

20 Regeleinheit

21 drittes Leistungsschaltelement

22 Netzimpedanzmessung

23 Stromüberwachung

24 Filter

25 Stromüberwachung

26 Spannungsüberwachung

27 Netzüberwachung

100 Energieversorgungsnetz

101 Teilnehmernetz 105 Ladekabel

108 Energiespeicher 110 Elektrofahrzeug 120 Anschlusspunkt

Ätl Zeitintervall Ät2 Zeitintervall Ätl2 Zeitintervall AB Anschlussbuchse CTR Controller

I Strom

IA Anziehstrom IH Haltestrom

I _I Spulenstrom Io Abfallstrom LI Phase

L2 Phase L3 Phase

N Neutralleiter NT1 Netzteil NT2 Netzteil PE Schutzleiter Sl Verfahrens schritt

52 Verfahrens schritt

53 Verfahrens schritt SIG Freigabesignal t Zeitachse tO Einschaltzeitpunkt tl Umschaltzeitpunkt t2 Ausschaltzeitpunkt U Spannung UA Anziehspannung UH Haltespannung

UL Spulenspannung