用于运行充电站的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于给多个电气充电站供电的方法以及一种充电站安排和一种变压装置。

背景技术：

在给耗电设备(例如车辆的充电站)以交流电压的形式供电的情况下，一般由于相位偏移导致无功功率。为了评估将电能传输至耗电设备的质量，基于该耗电设备的无功功率与有功功率的比率来测定功率因数。

因此存在对于用尽可能高的功率因数供应充电站的方法的需求。

在美国文献us5,803,215a中提出一种用于将直流电和/或交流电传输至充电站的系统。

美国文献us2012280655a1公开了一种用于车辆的充电站，在该充电站中将到达的交流电压借助于一个输出级和一个ac/dc转换器转换成直流电压。

在美国文献us2013020989a1中公开一种ac/dc转换器。

从美国文献us2013307486a1中得知一种充电系统，该充电系统包括多个初级绕组和多个次级绕组。

在美国文献us2014035530a1中公开了一种用于借助于充电模块给电池充电的充电系统，这些充电模块通过一个控制器局域网数据总线(can-bus)连接。

技术实现要素：

在此背景下所提出的发明的目的在于，提供一种用于给充电站供电的方法，其中能够免除有源的功率因数校正器。

由此提出一种用于给多个电气充电站供电的方法，其中，将由一个电源提供的交流电压借助于至少一个变压器通过至少一个星形绕组和至少一个三角绕组变换到预定的交流电压电平并且接着通过多个交流电压线路引导至该多个电气充电站并且在该多个电气充电站中的相应的充电站中借助于由一个相应的充电站所包括的至少两个整流器分散地(dezentral)直接转换成直流电。

从说明书和下述2-8和11中得出多个构型。

所提出的方法尤其用于优化多个用于给车辆供电的充电站的相应的功率因数。为此根据本发明提出，为了供应一个相应的充电站，首先将到达的电以交流电压的形式借助于至少一个变压器变换并且接着通过多个交流电压线路(例如ac总线、ac树或ac环)引导至一个相应的充电柱并且在那里分散地转换成直流电。为了最小化功率损失而提出，该至少一个变压器包括均匀地电流流过的至少一个三角绕组和至少一个星形绕组，从而产生受控的相位偏置并且由此能够减少谐波，由此相对于现有技术，尤其相对于基于多个中间变压器(这些中间变压器对功率因数产生不利影响)的解决方案提高如此供电的充电站的功率因数。

在本发明的上下文中，直接地转换或直接地继续传递电被理解为直接地、即没有中间元件(例如功率因数校正滤波器)地从一个相应的开关元件(例如整流器)转换电或由一个相应的开关元件供应电的过程。

当然能够设想，根据本发明提供的三角绕组和星形绕组(即，在三角电路或星形电路中连接的多个电阻)共同安排在一个变压器中或分布地安排在多个变压器上。

在所提出的方法的一个可能的构型中提出，该多个电气充电站中的相应的充电站包括至少两个6脉冲整流器和至少一个电流隔离的dc/dc转换器。

这些电流隔离或断开的dc/dc转换器确保在一个相应的供应网络(即，ac网络)与一个相应的待充电的车辆之间的电流隔离以及在相应的电流隔离的车辆彼此之间的电流隔离。

尤其提出，相应的星形绕组或三角绕组给多个充电站(尤其至少两个充电站)供电，这些充电站相应地每个包括至少两个3相整流器(例如6脉冲整流器)和至少一个dc/dc转换器，尤其一个电流隔离的dc/dc转换器。

在所提出的方法的另一个可能的构型中提出，在给该多个电气充电站供电的情况下实施负载管理，借助于该负载管理将该多个电气充电站的总功率限制在该至少一个变压器的最大功率。

为了保护根据本发明提出的至少一个变压器免受过载，例如能够在用于监控相应的充电过程的一个控制设备上实施负载管理，该负载管理将由该至少一个变压器供电的多个充电站的相应的总功率限制在该变压器的最大功率。该负载管理能够根据一个预定的规则(例如“先到先得”原则或优先级列表)给相应的充电站供电，直到该变压器的最大功率。

通过使用根据本发明提出的至少一个变压器(该变压器具有至少各一个星形绕组和一个三角绕组)能够不同于通常使用的三相变压器而免除有源的功率因数校正器。替代于借助于输出级的有源的功率因数校正器，所提出的方法提出每个充电站使用两个6脉冲整流器，由该变压器变换的交流电压分散地转换成直流电以用于相应的充电站。

在所提出的方法的另一个可能的构型中提出，该至少一个变压器除了该至少一个星形绕组和该至少一个三角绕组外还包括至少一个另外的绕组(尤其一个之字形绕组)，借助于该另外的绕组提高了相偏置的相位的数目并且提高该多个电气充电站中的相应的充电站的功率因数。

对于在该至少一个根据本发明的变压器处除了该至少一个星形绕组和该至少一个三角绕组外还设置一个额外的绕组(例如之字形绕组)的情况，尤其提出，对应于额外的绕组的数目，在相应的充电站中设置另外的整流器，这些整流器通过对应的交流电线路与一个相应的额外的绕组电连接。

在所提出的方法的另一个可能的构型中提出，该至少一个变压器的相应的次级绕组接地或不接地地运行。

在所提出的本发明的上下文中，次级绕组意在理解为例如除了该至少一个星形绕组和该至少一个三角绕组以外的额外的绕组。

在所提出的方法的另一个可能的构型中提出，该多个电气充电站的总功率借助于多个变压器逐步地累积，这些变压器在并联连接中给该多个电气充电站供电。在此，通过多个变压器对用于供应该多个电气充电站的相应ac总线进行并联供电。

通过不同的充电站的功率的逐步或时间上前后相继的累积，能够降低电压峰值和对应的材料磨损。为了逐步接通相应的变压器，这些变压器能够通过电路连接或断开。对应地，借助于所提出的方法运行的充电站安排也能够在投入运行后简单且快速地通过并联安排另外的变压器和充电站进行扩展。

在所提出的方法的另一个可能的构型中提出，一个相应的充电站的该至少两个整流器并联、串联或在串联安排与并联安排之间可切换地安排。

相应的整流器的并联连接使得能够在一个对应的充电站中形成两个相差因数“2”的中间电路电流，由此该充电站的dc/dc转换器的输出电流范围变为两倍。

相应的整流器的串联连接使得能够在一个相应的充电站中形成两个相差因数“2”的中间电路电压，由此该充电站的dc/dc转换器的转变范围减小一半，使得提高该dc/dc转换器的效率。

通过一个充电站的相应的整流器在并联连接与串联连接之间可切换的连接，根据需要，该充电站的dc/dc转换器的输出电流范围能够提高两倍或该充电站的dc/dc转换器的转变范围能够减小一半，使得例如能够以400伏特和800伏特的电池电压独立地供应车辆。

在所提出的方法的另一个可能的构型中提出，该多个电气充电站中的多个充电站的这些电流隔离的dc/dc转换器在并联安排和串联安排之间可切换地电连接，并且该多个电气充电站中的多个充电站的这些dc/dc转换器并联或串联地连接在一起，以便改变借助于这些dc/dc转换器连接在一起的这些充电站的共用的输出电压或共用的输出电流。

通过经由在这些相应的充电站的相应的dc/dc转换器之间的连接来将相应的充电站连接在一起，能够在需要时快速且简单地提供十分强的电流和/或十分高的电压。

此外，本发明涉及一种用于给多个充电站供电的变压装置，其中，该变压装置包括至少一个变压器，并且该至少一个变压器适配为，借助于一个三角绕组和一个星形绕组将到达该至少一个变压器处的交流电压变换到预定的电压电平并且通过多个交流电压线路直接引导至该多个充电站中的这些充电站的相应的整流器。

所提出的变压装置尤其用于执行所提出的方法。

此外，本发明涉及具有多个充电站和用于给该多个充电站供电的变压装置的一种充电站安排，其中，该变压装置包括至少一个变压器，并且该至少一个变压器适配为，借助于一个三角绕组和一个星形绕组将到达该至少一个变压器处的交流电压变换到预定的电压电平并且通过多个交流电压线路将所述电压电平引导至该多个充电站中的相应的充电站，并且其中，该多个充电站中的相应的充电站包括至少两个整流器，这些整流器相应地由该至少一个变压器直接供电。

所提出的充电站安排尤其用于执行所提出的方法。

在所提出的充电站安排的另一个可能的构型中提出，该充电站安排包括多个充电站并且该多个充电站中的相应的充电站分别包括一个dc/dc转换器，并且其中，该多个充电站中的至少两个充电站的dc/dc转换器通过一个电路电连接，并且其中，该电路以如下方式构型：将该多个充电站中的至少两个充电站的dc/dc转换器彼此并联或串联，以便供应车辆的一个充电点。

通过相应的充电站的相应的dc/dc转换器的并联或串联连接，能够将多个充电站、尤其两个充电站连接在一起，使得该多个充电站给一个中央充电点供电。相应的dc/dc转换器的并联连接使得能够对对应的输出电流进行改变和调整，其中，这些dc/dc转换器尤其能够分布地存在于多个充电站上。相应的dc/dc转换器的串联连接使得能够对对应的输出电压进行可变的调整，其中，这些dc/dc转换器尤其能够分布地存在于多个充电站上。在使用两个转换器用于车辆的一个充电站的情况下，在整流器与转换器之间的电压例如能够保持在明显低于u＝1000v。相应的dc/dc转换器能够依赖于相应的dc/dc转换器的相应的要求实施为电流隔离或非电流隔离的。

在说明书和附图中可以找到进一步的优点和构型。

总体而言，本发明提出下述1、9和10中记载的技术方案，其中下述2-8和11记载的为优选技术方案：

1.用于给多个电气充电站供电的方法，其中将由电源提供的交流电压借助于至少一个变压器通过至少一个星形绕组和至少一个三角绕组变换到预定的交流电压电平，并且接着通过多个交流电压线路将所述电压电平引导至该多个电气充电站，并且在该多个电气充电站中的相应的充电站中借助于由一个相应的充电站所包括的至少两个整流器分散地直接转换成直流电。

2.根据上述1所述的方法，其中该多个电气充电站中的相应的充电站包括至少两个6脉冲整流器和至少一个电流隔离的dc/dc转换器。

3.根据上述2所述的方法，其中该多个电气充电站中的多个充电站的电流隔离的dc/dc转换器能够在并联安排和串联安排之间可切换地电连接，并且该多个电气充电站中的多个充电站的dc/dc转换器并联或串联地连接在一起，以便改变借助于所述dc/dc转换器连接在一起的充电站的共用的输出电压或共用的输出电流。

4.根据上述1-3之一所述的方法，其中在给该多个电气充电站供电的情况下实施负载管理，借助于该负载管理将该多个电气充电站的总功率限制在该至少一个变压器的最大功率。

5.根据上述1-4之一所述的方法，其中该至少一个变压器除了该至少一个星形绕组和该至少一个三角绕组外还包括至少一个另外的绕组，借助于该至少一个另外的绕组提高相偏置的相位的数目并且提高该多个电气充电站中的相应的充电站的功率因数。

6.根据上述1-5之一所述的方法，其中该至少一个变压器的相应的次级绕组接地或不接地地运行。

7.根据上述1-6之一所述的方法，其中该多个电气充电站的总功率借助于多个变压器逐步地累积，这些变压器在并联连接中给该多个电气充电站供电。

8.根据上述1-7之一所述的方法，其中，一个相应的充电站的该至少两个整流器并联、串联或能够在串联安排与并联安排之间可切换地安排。

9.用于给多个充电站供电的变压装置，其中该变压装置包括至少一个变压器，并且该至少一个变压器适配为借助于至少一个三角绕组和至少一个星形绕组将到达该至少一个变压器处的交流电压变换到预定的电压电平并且通过多个交流电压线路将所述电压电平直接引导至该多个充电站中的相应的充电站的整流器。

10.具有多个充电站和用于给该多个充电站供电的变压装置的充电站安排，其中该变压装置包括至少一个变压器，并且该至少一个变压器适配为借助于至少一个三角绕组和至少一个星形绕组将到达该至少一个变压器处的交流电压变换到预定的电压电平并且通过多个交流电压线路将所述电压电平直接引导至该多个充电站中的相应的充电站，并且其中，该多个充电站中的相应的充电站包括至少两个整流器，每个整流器由该至少一个变压器直接供电。

11.根据上述10所述的充电站安排，其中该充电站安排包括多个充电站并且该多个充电站中的相应的充电站分别包括一个dc/dc转换器，并且其中该多个充电站中的至少两个充电站的dc/dc转换器通过一个电路电连接，并且其中该电路以如下方式构型：将该多个充电站中的至少两个充电站的相应的dc/dc转换器并联或串联地连接至车辆的一个充电点。

不言而喻，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在分别给出的组合中使用，而且还能够在其他组合中或者单独使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明是在附图中借助于多个实施方式示意性示出的并且参照附图予以示意性及详细的说明。

图1中示出所提出的充电站安排的一个可行的构型的示意性图示。

图2中示出不同的充电站的两个dc/dc转换器连接在一起的示意性图示。

图3中示出根据现有技术的一个充电站安排。

图4中示出根据现有技术的一个另外的充电站安排。

图5中示出根据现有技术的还一个另外的充电站安排。

图6中示出根据现有技术的另一个充电站安排。

具体实施方案

图1示出一个变压器1，该变压器包括一个星形绕组3和一个三角绕组5。为了给相应的充电站7、9和11供电，将到达该变压器处的交流电压首先通过该变压器1借助于该星形绕组3和该三角绕组5变换到预定的电压电平并且接着通过一个6相总线13传输到这些充电站7、9和11。

这些充电站7、9和11各自包括两个整流器15和17，其中相应地一个整流器17与该星形绕组3电接触并且一个整流器15与该三角绕组5电接触。

借助于这些整流器15和17转换的直流电由在一个相应的充电站7、9和11内的这些整流器15和17引导至一个dc/dc转换器19，该转换器将该直流电转换至预定的电压电平并且使所述电压电平能够用于给终端耗电设备(例如机动车辆)充电。

这些整流器15和17在充电站7中并联连接。这具有的效果是，在该充电站7中能够形成两个相差因数“2”的中间电路电压，由此该dc/dc转换器19的输出电流范围变为两倍。

这些整流器15和17在充电站9中串联连接。这具有的效果是，在该充电站9中能够形成两个相差因数“2”的中间电路电压，由此该dc/dc转换器19的转变范围减小一半，使得该dc/dc转换器19的效率提高。

这些整流器15和17在充电站11中以如下方式连接在一起：能够在并联连接与串联连接之间进行选择，使得根据要求，该dc/dc转换器19的输出电流范围能够变为两倍或该dc/dc转换器19的转变范围能够减小一半并且例如能够以400伏特和800伏特的电池电压并联地供应车辆。

图2示出第一充电站的dc/dc转换器21和第二充电站的dc/dc转换器23。该dc/dc转换器21与该dc/dc转换器23以如下方式电连接：能够在这些dc/dc转换器21和23的并联安排与串联安排之间进行选择。

通过这些dc/dc转换器21和23的串联连接，能够可变地调整所连接的第一与第二充电站的输出电压，与之相反，在并联连接的情况下能够可变地调整输出电流。

图3示出根据现有技术的一个电路30。一个变压器31通过ac总线33供应相应的充电站的dc/dc转换器37。为了优化从该变压器31输出的电压以获得最佳的功率因数，配备有一个功率因数校正器或一个功率因数校正滤波器的整流器35连接在变压器31与相应的dc/dc转换器37之间。

图4中示出了具有中央整流器41和dc总线44的一个电路40。不同于根据图1的充电站安排，在使用电路40的情况下，用于通过该dc总线44传输电流的保护元件(例如功率保护开关器和过压保护装置)是必要的。

图5中示出一个电路50，该电路基于一个隔离变压器51。不同于该电路50，本文所提出的方法使得能够通过一个以高频率运行并且由此紧凑的变压器在该dc/dc转换器中进行电流隔离，使得能够在一个相应的充电站的整流器的上游免除50/60hz的隔离变压器51。相比于基于该电路50的充电站，通过本文所提出的方法能够更紧凑地实施相应的充电站。此外，通过使用所提出的方法避免了在该隔离变压器51中的空转损失。

图6中示出一个电路60，该电路包括一个变压器61，该变压器相应地包括一个星形绕组65和一个三角绕组67以用于供应一个充电站63。不同于该电路60，本文所提出的方法提出，将相应的星形绕组和三角绕组用于多个充电站，由此根据本文所提出方法的一个对应的电路能够比该电路60更紧凑且更成本有效地实施。此外，本文所提出的方法使得能够相比于该电路60降低布线耗费，因为在变压器与多个充电站之间的连接线路69不必星形地引导，而是例如能够构型为总线、树形或环形分布。