(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも１つのバッテリを充電するためのデバイスを提供する。【解決手段】少なくとも１つのバッテリを充電するためのデバイス（１０）は、エレクトロニクスモジュール（３０）と、充電ポイントを備えた少なくとも１つの充電ピラー（８０）とを有する。エレクトロニクスモジュール（３０）は、少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニットを有する。パワーエレクトロニクスユニットは、ＡＣ／ＤＣ変換器およびＤＣ／ＤＣ変換器を有する。エレクトロニクスモジュール（３０）および少なくとも１つの充電ピラー（８０）は、互いに空間的に分離される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１４）のトラクションバッテリである、少なくとも１つのバッテリ（９０）を充電するためのデバイス（１０）であって、エレクトロニクスモジュール（３０）と、充電ポイント（８１）を備えた少なくとも１つの充電ピラー（８０）とを有するデバイス（１０）であり、
エレクトロニクスモジュール（３０）は、ＡＣ／ＤＣ変換器（３４）およびＤＣ／ＤＣ変換器（３６）を有するパワーエレクトロニクスユニット（３２）を、少なくとも１つ有し、
前記エレクトロニクスモジュール（３０）および前記少なくとも１つの充電ピラー（８０）が、互いに空間的に分離される、デバイス（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニット（３２）が、１つの充電ポイント（８１）に直流電圧を供給するように設計される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニット（３２）が、炭化ケイ素半導体スイッチとして具体化される半導体スイッチ（３５）を有する、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器（３４）および前記ＤＣ／ＤＣ変換器（３６）が、ガルバニック絶縁なしで具体化される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記パワーエレクトロニクスユニット（３２）の効率レベルが、少なくとも一時的には、少なくとも９７％である、請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記エレクトロニクスモジュール（３０）が、高さ（Ｈ）が１．５ｍ未満、好ましくは１．３５ｍ未満のエレクトロニクスモジュールハウジング（３８）に配列される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記エレクトロニクスモジュール（３０）が、複数のパワーエレクトロニクスサブユニットレセプタクル（４０）を有し、複数のパワーエレクトロニクスサブユニットレセプタクル（４０）の各々が、パワーエレクトロニクスユニット（３２）に割り当てられ、パワーエレクトロニクスサブユニット（３３）を受け入れるように設計され、前記パワーエレクトロニクスユニット（３２）が、パワーエレクトロニクスサブユニット（３３）が前記複数のパワーエレクトロニクスサブユニットレセプタクル（４０）の少なくとも１つに配列される場合に使用することができる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記エレクトロニクスモジュール（３０）が、エレクトロニクスモジュールハウジング（３８）を有し、エレクトロニクスモジュールハウジング（３８）が、保守を可能にするために、一側面に、前記パワーエレクトロニクスサブユニットレセプタクル（４０）がそれを介してアクセス可能なエレクトロニクスモジュールハウジングアクセス（３９）を有する、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニット（３２）が、少なくとも６０ｋＷ、好ましくは少なくとも３００ｋＷ、特に好ましくは少なくとも４２０ｋＷの最大充電容量を充電ポイントに供給することが可能になるように設計される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
変圧器（５２）を備えた変圧器モジュール（５０）を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記変圧器モジュール（５０）が、前記エレクトロニクスモジュール（３０）から空間的に分離される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記変圧器（５２）が、一次巻線（５４）および複数の二次巻線システム（５６）を有し、複数の二次巻線システム（５６）が、互いにガルバニック分離され、各々が、１つのパワーエレクトロニクスユニット（３２）に割り当てられ、前記二次巻線システム（５６）が、好ましくは、星形または三角形構成の三相二次巻線システムとして具体化される、請求項１０または１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記変圧器（５２）が、全システムにおいて、０．８５より高い、好ましくは０．９より高い、特に好ましくは１．０である、同時率を可能にするように設計される、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記変圧器モジュール（５０）が変圧器モジュールハウジング（５８）を有し、前記エレクトロニクスモジュール（３０）がエレクトロニクスモジュールハウジング（３８）を有し、前記変圧器モジュールハウジング（５８）および前記エレクトロニクスモジュールハウジング（３８）が、同じ形状および同じ寸法を有する、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
冷却モジュール（７０）を有するデバイスであって、冷却モジュール（７０）が、冷却剤回路（７４）において冷却液（７９）を運ぶように設計される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記冷却モジュール（７０）および前記エレクトロニクスモジュール（３０）が、互いに空間的に分離される、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記冷却モジュール（７０）が、前記エレクトロニクスモジュール（３０）の冷却を可能にするために前記エレクトロニクスモジュール（３０）に流体的接続される、請求項１５または１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記エレクトロニクスモジュール（３０）が、前記エレクトロニクスモジュール（３０）から前記充電ピラー（８０）への冷却剤の流れ、前記充電ピラー（８０）から前記エレクトロニクスモジュール（３０）への冷却剤の流れまたは冷却剤の両方向の流れを可能にするために、少なくとも１つの充電ピラー（８０）に流体的接続される、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの充電ピラー（８０）が、充電ケーブル（８２）および熱交換器（８４）を有し、前記冷却モジュール（７０）が、前記熱交換器（８４）を使用して前記充電ケーブル（８２）の冷却を可能にするために、前記少なくとも１つの充電ピラー（８０）の前記熱交換器（８４）に流体的接続される、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記冷却モジュール（７０）が、パワーエレクトロニクスユニット（３２）および前記パワーエレクトロニクスユニット（３２）に割り当てられた充電ピラー（８０）に流体的に接続され、その結果、前記冷却モジュール（７０）から、前記充電ピラー（８０）を介し、前記充電ピラー（８０）に割り当てられた前記パワーエレクトロニクスユニット（３２）を介し、前記冷却モジュール（７０）に戻るかまたはその逆の冷却剤回路（７４）が可能になる、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記冷却モジュール（７０）が、少なくとも２つの冷却ユニット（７２）を有し、各々が、別個の冷却剤回路（７４）に割り当てられる、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記少なくとも２つの冷却ユニット（７２）が、前記少なくとも２つの冷却ユニット（７２）のうちの１つが故障した際に前記パワーエレクトロニクスユニット（３２）および充電ピラー（８０）の少なくともいくつかの冷却を可能にするために、異なる充電ピラー（８０）およびパワーエレクトロニクスユニット（３２）に流体的接続される、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記少なくとも２つの冷却ユニット（７２）の各々が、最大で３つのパワーエレクトロニクスユニット（３２）および充電ポイント（８１）に対して設計される、請求項２１または２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記冷却モジュール（７０）が、高さ（Ｈ）が１．５ｍ未満、好ましくは１．３５ｍ未満の冷却モジュールハウジング（７８）に配列される、請求項１５〜２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記冷却モジュール（７０）が冷却モジュールハウジング（７８）を有し、前記エレクトロニクスモジュール（３０）がエレクトロニクスモジュールハウジング（３８）を有し、前記冷却モジュールハウジング（７８）および前記エレクトロニクスモジュールハウジング（３８）が、同じ形状および同じ寸法を有する、請求項１５〜２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記冷却モジュール（７０）が、冷却剤回路（７４）を形成するために、並列接続された少なくとも２つのパワーエレクトロニクスユニット（３２）に流体的に接続され、並列接続された前記少なくとも２つのパワーエレクトロニクスユニット（３２）の冷却力に相互の関連で影響を及ぼすことができるように、制御可能なスルーフロー制御手段（７６）が提供される、請求項１５〜２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのバッテリを充電するためのデバイスに関し、具体的には、電気駆動の車両の少なくとも１つのバッテリを充電するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（特許文献１）は、整流器での直流電流容量供給および高い充電容量でバッテリを充電するための非常に多数の直流電流出力段を提示している。
【０００３】
（特許文献２）は、バッテリを充電するための誘導充電デバイスを提示している。誘導充電デバイスは、磁束を生成するために電圧源に接続された一次巻線を有し、誘導充電デバイスを冷却するためにポンプによって供給される冷却液が流れる冷却配管を有する。
【０００４】
（特許文献３）は、容量ケーブルを介して電流が供給される誘導充電カップリングを提示している。冷却液配管は、容量ケーブルを介して充電カップリングまで延びており、従って、充電カップリングおよび容量ケーブルを冷却することができる。
【０００５】
（特許文献４）は、最大５４ｋＶの電圧を有する容量グリッドに接続されたバッテリを充電するためのシステムを提示している。
【０００６】
（特許文献５）は、モジュール式設計の直流電流高速充電スタンドを提示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】英国特許出願公開第２５３６６５３Ａ号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５９４，３１５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３９６，２４１Ｂ１号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１０／１１４４５４Ａ１号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２０１４／００９３６９Ａ２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電気車両を素早く充電するという一般的な目標があり、これは、充電デバイスの観点から非常に高度な高い充電容量を必要とする。これに対する現在の規格は、ＩＥＣ６１８５１−２３のモード４セクションＣＣである。高い充電容量が望ましい。
【０００９】
従って、本発明の目的は、バッテリを充電するための新しいデバイスを利用可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
目的は、請求項１に記載されるデバイスによって達成される。
【００１１】
エレクトロニクスモジュールと充電ピラーの空間的分離は、モジュール式設計を可能にし、充電ピラーは、細長くすることができる。それに加えて、パワーエレクトロニクスの冷却は充電ピラーで直接起こる必要がないため、充電ピラーは低雑音方式で具体化することができる。
【００１２】
好ましい一実施形態によれば、少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニットは、厳密に１つの充電ポイントに直流電圧を供給するように設計される。これにより、大き過ぎないパワーエレクトロニクスユニットが可能になり、需要に応じて、パワーエレクトロニクスサブユニットによる拡張が可能になる。
【００１３】
好ましい一実施形態によれば、少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニットは、炭化ケイ素半導体スイッチとして具体化される半導体スイッチを有する。良いスイッチング特性および低い損失により、これらの半導体スイッチは、小さな設置空間および低い容量損失を可能にするために有利である。
【００１４】
好ましい一実施形態によれば、少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニットは、窒化ガリウム半導体スイッチとして具体化される半導体スイッチを有する。良いスイッチング特性および低い損失により、これらの半導体スイッチは、小さな設置空間および低い容量損失を可能にするために有利である。それに加えて、それらの半導体スイッチは、設置空間をそれほど取らない。
【００１５】
好ましい一実施形態によれば、ＡＣ／ＤＣ変換器およびＤＣ／ＤＣ変換器は、ガルバニック絶縁なしで具体化される。これにより、容量損失が低減され、測定により、約１％高い効率レベルが明らかになった。
【００１６】
好ましい一実施形態によれば、パワーエレクトロニクスユニットの効率レベルは、少なくとも一時的には、少なくとも９７％である。その結果、パワーエレクトロニクスユニットの冷却に必要な冷却容量が低減される。９７％は、具体的には、定格動作に対応する動作ポイントにおいて達成することができる。
【００１７】
好ましい一実施形態によれば、エレクトロニクスモジュールは、高さ（Ｈ）が１．５ｍ未満、好ましくは１．３５ｍ未満のエレクトロニクスモジュールハウジングに配列される。この最大のハウジング高さは、輸送に特に有利であることが証明されている。
【００１８】
好ましい一実施形態によれば、エレクトロニクスモジュールは、各々がパワーエレクトロニクスサブユニットの配列のために設計された非常に多数のパワーエレクトロニクスサブユニットレセプタクルを有する。また、パワーエレクトロニクスモジュールは、容量エレクトロニクスサブユニットがたった１つの容量エレクトロニクスサブユニットレセプタクルに配列されるかまたはたった１つのパワーエレクトロニクスサブユニットが利用可能である場合、あるいは、容量エレクトロニクスサブユニットレセプタクルのいくつかに容量エレクトロニクスサブユニットが配列されていない場合にも使用することができる。この実施形態は、パワーエレクトロニクスユニットに対して最大充電容量の関数として異なる数のパワーエレクトロニクスサブユニットを使用することができるため、そして同時に、未使用のパワーエレクトロニクスサブユニットを提供する必要はないため、モジュール式設計に有利であることが証明されている。
【００１９】
好ましい一実施形態によれば、パワーエレクトロニクスサブユニットは、スライド式引き出しとして具体化される。
【００２０】
好ましい一実施形態によれば、エレクトロニクスモジュールは、エレクトロニクスモジュールハウジングを有し、エレクトロニクスモジュールハウジングは、保守を可能にするために、一側面に、パワーエレクトロニクスサブユニット用のレセプタクルがそれを介してアクセス可能なエレクトロニクスモジュールハウジングアクセスを有する。従って、保守は、ハウジング全体を取り外す必要なしに、一側面から実行することができる。
【００２１】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールは、冷却モジュールハウジングを有し、冷却モジュールハウジングは、保守を可能にするために、一側面に、冷却モジュールハウジングアクセスを有する。
【００２２】
好ましい一実施形態によれば、変圧器モジュールは、変圧器モジュールハウジングを有し、変圧器モジュールハウジングは、保守を可能にするために、一側面に、変圧器モジュールハウジングアクセスを有する。
【００２３】
好ましい一実施形態によれば、少なくとも１つのパワーエレクトロニクスユニットは、少なくとも６０ｋＷ、好ましくは少なくとも３００ｋＷ、特に好ましくは少なくとも４２０ｋＷの最大充電容量を充電ポイントに供給することが可能になるように設計される。デバイスおよびパワーエレクトロニクスユニットの構成は高い充電容量のためのものであり、この目的のため、モジュール式設計を得ることおよび任意選択によりハウジングのスリムな構成を得ることも可能であった。
【００２４】
好ましい一実施形態によれば、デバイスは、変圧器を備えた変圧器モジュールを有する。変圧器モジュールは、多数のエレクトロニクスユニットに対して使用することができる。好ましい一実施形態によれば、変圧器モジュールは、エレクトロニクスモジュールから空間的に分離される。変圧器モジュールはエレクトロニクスモジュールの数に関係なく同じように構成することができるため、この構成は、モジュール式設計に対して有利であることが証明されている。
【００２５】
好ましい一実施形態によれば、変圧器は、一次巻線および多数の三相二次巻線システムを有し、多数の三相二次巻線システムは、互いにガルバニック分離された星形または三角形構成を有し、それぞれが厳密に１つのパワーエレクトロニクスユニットに割り当てられる。その結果、異なる二次巻線システムに接続されるパワーエレクトロニクスユニット間のガルバニック絶縁は、低い容量損失で達成することができる。
【００２６】
好ましい一実施形態によれば、変圧器を含む全システムは、０．８５より高い、好ましくは０．９より高い、特に好ましくは１．０である、高い同時率を有する。そのような変圧器により、非常に効率的なデバイスが可能になり、従って、個々のモジュールの小さな設置空間が可能になる。
【００２７】
好ましい一実施形態によれば、変圧器モジュールは変圧器モジュールハウジングを有し、エレクトロニクスモジュールはエレクトロニクスモジュールハウジングを有し、変圧器モジュールハウジングおよびエレクトロニクスモジュールハウジングは、同じ形状および同じ寸法を有する。これにより、モジュールを輸送する際のロジスティクスが容易になる。
【００２８】
好ましい一実施形態によれば、デバイスは、冷却モジュールを有し、冷却モジュールは、冷却剤回路において冷却液を運ぶように設計される。液体は高い熱容量を有するため、モジュール式設計は、冷却液によって特によく冷却することができる。
【００２９】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールおよびエレクトロニクスモジュールは、互いに空間的に分離される。これにより、モジュールの位置付けおよび輸送が容易になる。
【００３０】
好ましい一実施形態によれば、エレクトロニクスモジュールの冷却を可能にするために、冷却モジュールは、エレクトロニクスモジュールに流体的に接続される。これにより、冷却配管によってカバーされる距離が低減され、冷却回路の個々のブランチによる冷却剤の流れの隔離が容易になる。
【００３１】
好ましい一実施形態によれば、エレクトロニクスモジュールから充電ピラーへの冷却剤の流れを可能にするために、また好ましくは、充電ピラーからエレクトロニクスモジュールへの冷却剤の流れを可能にするために、エレクトロニクスモジュールは、少なくとも１つの充電ピラーに流体的に接続される。また、これによっても、冷却配管によってカバーされる距離が低減され、流体接続が容易になる。
【００３２】
好ましい一実施形態によれば、少なくとも１つの充電ピラーは、充電ケーブルおよび熱交換器を有し、熱交換器を使用して充電ケーブルの冷却を可能にするために、冷却モジュールは、少なくとも１つの充電ピラーの熱交換器に流体的に接続される。その結果、全システムにおいて、充電ピラーの領域における有利な冷却が可能になる。
【００３３】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールは、パワーエレクトロニクスユニットおよびこのパワーエレクトロニクスユニットに割り当てられた充電ピラーに流体的に接続され、その結果、冷却モジュールから、充電ピラーを介し、充電ピラーに割り当てられたパワーエレクトロニクスユニットを介し、冷却モジュールに戻る冷却剤回路が可能になる。
【００３４】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールは、パワーエレクトロニクスユニットおよびこのパワーエレクトロニクスユニットに割り当てられた充電ピラーに流体的に接続され、その結果、冷却モジュールから、充電ピラーを介し、充電ピラーに割り当てられたパワーエレクトロニクスユニットを介し、冷却モジュールに戻る冷却剤回路が可能になる。これは、機能ユニットをもたらし、冷却モジュールが機能している際、パワーエレクトロニクスユニットおよび関連付けられた充電ピラーは冷却され、従って、使用することができる。また、冷却剤回路は、逆の順番でも具体化することができる。
【００３５】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールは、少なくとも２つの冷却ユニットを有し、各々は、別個の冷却剤回路に割り当てられる。これらの冷却ユニットのうちの１つが故障した場合でも、充電ピラーのいくつかは依然として、他の冷却ユニットによる冷却手段によって使用することができる。それに加えて、好ましい寸法を有する冷却ユニットハウジングは、少なくとも２つの冷却ユニットを受け入れることができ、好ましくは厳密に２つの冷却ユニットを受け入れることができる。
【００３６】
好ましい一実施形態によれば、少なくとも２つの冷却ユニットのうちの１つが故障した際にパワーエレクトロニクスユニットおよび充電ピラーの少なくともいくつかの冷却を可能にするために、少なくとも２つの冷却ユニットは、異なる充電ピラーおよびパワーエレクトロニクスユニットに流体的に接続される。
【００３７】
好ましい一実施形態によれば、少なくとも２つの冷却ユニットの各々は、最大で３つのパワーエレクトロニクスユニットおよび充電ポイントに対して設計される。この数は、モジュール式設計に特に適していることが証明されている。
【００３８】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールは、高さが１．５ｍ未満、好ましくは１．３５ｍ未満の冷却モジュールハウジングに配列される。これは、ロジスティクスの輸送および格納に非常に有利に適している。
【００３９】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールは冷却モジュールハウジングを有し、エレクトロニクスモジュールはエレクトロニクスモジュールハウジングを有し、冷却モジュールハウジングおよびエレクトロニクスモジュールハウジングは、同じ形状および同じ寸法を有する。これにより、モジュールを輸送する際のロジスティクスが容易になる。
【００４０】
好ましい一実施形態によれば、冷却モジュールは、冷却剤回路を形成するために、並列接続された少なくとも２つのパワーエレクトロニクスユニットに流体的に接続され、並列接続された少なくとも２つのパワーエレクトロニクスユニットの冷却容量に相互の関連で影響を及ぼすことができるように、制御可能なスルーフロー制御手段が提供される。その結果、すべての充電ポイントが継続的に占有されるわけでも、全充電容量で充電されるわけでもないため、必要な最大冷却容量をより低く設定することができる。存在する冷却容量は、スルーフロー制御手段を用いてよりうまく使用することができる。
【００４１】
本発明のさらなる詳細および有利な開発は、以下で説明され、図面に示され、いかなる方法でも制限するものとして理解すべきではない例示的な実施形態においておよび下位請求項から見受けられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】充電ピラーを備えた充電スタンドの概略平面図を示す。
【図２】２つの充電ピラーを備えた充電スタンドの概略平面図を示す。
【図３】６つの充電ピラーを備えた充電スタンドの概略平面図を示す。
【図４】パワーエレクトロニクスユニットおよび組み込まれた冷却ユニットを備えたエレクトロニクスモジュールの三次元図を示す。
【図５】側壁なしの図４のエレクトロニクスモジュールの三次元図を示す。
【図６】図４のエレクトロニクスモジュールの概略図を示す。
【図７】２つのパワーエレクトロニクスユニットを備えたエレクトロニクスモジュールの三次元図を示す。
【図８】側壁なしの図７のパワーエレクトロニクスモジュールの三次元図を示す。
【図９】図７のエレクトロニクスモジュールの概略図を示す。
【図１０】２つの冷却ユニットを備えた冷却モジュールの三次元図を示す。
【図１１】側壁なしの図１０の冷却モジュールの三次元図を示す。
【図１２】図１０の冷却モジュールの概略図を示す。
【図１３】パワーエレクトロニクスユニットの概略図を示す。
【図１４】充電スタンドの電気回路図の概略図を示す。
【図１５】充電ピラーの概略図を示す。
【図１６】充電スタンドの冷却のための流体回路図の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
デバイスまたは充電スタンドは、充電設備を備えた駐車場で提供することができるが、例えば、高速道路ガソリンスタンドのような高速道路に位置する電気充電スタンドを構成することも可能である。
【００４４】
図１は、車両１４のバッテリを充電するため（具体的には、トラクションバッテリを充電するため）のデバイス１０を示す。１台の車両１４または多数の車両１４が駐車できる駐車スペース１２が概略的に示されている。例えば、歩道１６が提供され、歩道１６のそばには、駐車スペース１２とは反対方向に、エリア１８（例えば、砂利エリアまたはガーデンエリア）が提供されている。
【００４５】
デバイス１０は、送電線５１を介してエレクトロニクスモジュール３０に接続された変圧器モジュール５０を有する。エレクトロニクスモジュール３０は、送電線３１および冷却液配管７１を介して充電ピラー８０に接続される。冷却液配管７１は、破線で示されている。充電ピラー８０は、充電ポイント８１を有する。エレクトロニクスモジュール３０および充電ピラー８０は、互いに空間的に分離され、このことは、エレクトロニクスモジュール３０からの分離のおかげで充電ピラー８０をスリムにすることができる（すなわち、特に少量の絶縁空間しか必要としない）ため、有利である。それに加えて、エレクトロニクスモジュール３０は、高い充電能力での冷却を必要とし、それにより、雑音が生じる恐れがある。従って、エレクトロニクスモジュール３０の離れた設置は、低い干渉雑音しか生成しないかまたは干渉雑音を全く生成しない充電ピラー８０を可能にする。
【００４６】
エレクトロニクスモジュール３０はエレクトロニクスモジュールハウジング３８を有し、変圧器モジュールは変圧器モジュールハウジング５８を有する。変圧器モジュールハウジング５８およびエレクトロニクスモジュールハウジング３８は、好ましくは、概略的に示される同じサイズのモジュールによって示されるように、同じ形状および同じ寸法を有する。変圧器モジュールハウジング５８およびエレクトロニクスモジュールハウジング３８は、好ましくは、立方体状に具体化されるが、例えば、柱状の設計または六角形の断面を有する設計を選択することも可能である。
【００４７】
それに加えて、エレクトロニクスモジュール３０は、例示的な実施形態では、冷却のために設計され、冷却液配管７１を介するエレクトロニクスモジュール３０の冷却と充電ピラー８０の冷却が両方とも可能である。
【００４８】
図２は、２つの充電ピラー８０を備えるデバイス１０の例示的な実施形態を示す。図１とは対照的に、別個の冷却モジュール７０が提供されている。変圧器モジュール５０は、配管５１を介して、冷却モジュール７０とエレクトロニクスモジュール３０の両方に電気エネルギーを供給する。エレクトロニクスモジュール３０は、送電線３１を介して、両方の充電ピラー８０に電流を供給する。冷却モジュール７０は、エレクトロニクスモジュール３０への冷却剤の流れまたはエレクトロニクスモジュール３０からの冷却剤の流れ、および好ましくは、冷却剤の両方向の流れを可能にするために、冷却液配管７１Ａを介して、エレクトロニクスモジュール３０に接続される。エレクトロニクスモジュール３０は、冷却液配管７１Ｂを介して充電ピラー８０に接続され、従って、充電ピラー８０への冷却剤の供給または充電ピラー８０からの冷却剤の供給を可能にする。また、冷却液配管７１Ｂは、好ましくは、充電ピラー８０からエレクトロニクスモジュール３０への冷却剤の逆流またはその逆も可能にする。
【００４９】
また、エレクトロニクスモジュール３０は、ここでは、充電ピラー８０から切り離して配列される。
【００５０】
冷却モジュール７０は冷却モジュールハウジング７８を有し、冷却モジュールハウジング７８の形状および寸法は、好ましくは、変圧器モジュールハウジング５８の形状および寸法に対応し、好ましくは、エレクトロニクスモジュールハウジング３８の形状および寸法にも対応する。
【００５１】
同じ設計のハウジングは、ハウジングを要望通りに組み合わせて、例えば、トラックに積載することができるため、モジュールの輸送をかなり容易にする。
【００５２】
図３は、高い拡張段階におけるデバイス１０を示す。６つのピラー８０が提供され、各事例では、エレクトロニクスモジュール３０によって送電線３１を介して２つの充電ピラー８０に供給が行われる。変圧器モジュール５０は、冷却モジュール７０およびエレクトロニクスモジュール３０に電気エネルギーを供給するために、送電線５１を介して、冷却モジュール７０およびエレクトロニクスモジュール３０に接続される。冷却モジュール７０は、エレクトロニクスモジュール３０に冷却剤を供給するために、配管７１Ａを介して、エレクトロニクスモジュール３０に接続される。従って、冷却モジュール７０は、非常に多数のエレクトロニクスモジュールのための中央冷却モジュール７０として使用される。エレクトロニクスモジュール３０は、エレクトロニクスモジュール３０と充電ピラー８０との間の冷却剤の流れを可能にするために、冷却液配管７１Ｂを介して、充電ピラー８０に接続（流体的接続）される。
【００５３】
図１〜図３から明らかであるように、異なる拡張段階におけるデバイス１０のモジュール式設計は、エレクトロニクスモジュール３０および冷却モジュール７０を用いて達成することができる。冷却モジュール７０、エレクトロニクスモジュール３０および充電ピラー８０を備えた図３の実施形態は、１２の充電ピラーを備えたデバイスを可能にするために２倍にしたり、１〜１２の他の任意の数の充電ピラー８０に相応に合わせたりすることも、充電ポイント８１をモジュール方式で相応に実装することもできる。
【００５４】
好ましくは、デバイス１０の中央充電駐車コントローラまたはコントローラが提供され、例えば、変圧器モジュール５０に配列することができる。
【００５５】
図４は、エレクトロニクスモジュールハウジング３８を備えたエレクトロニクスモジュール３０の実施形態を示す。エレクトロニクスモジュールハウジング３８は、立方体状の設計であり、幅Ｂ、深さＴおよび高さＨが示されている。
【００５６】
高さＨは、好ましくは１．５ｍ未満であり、より好ましくは１．３５ｍ未満である。この高さ制限は、エレクトロニクスモジュールハウジング３８の輸送に対して有利であることが証明されている。それに加えて、多くの領域では、建築許可の必要性はそのような高さにはあてはまらない。また、有利には、扱いやすいサイズを有するそのようなハウジングも使用される。幅Ｂは、好ましくは１．０ｍ〜１．４ｍの範囲であり、より好ましくは１．１ｍ〜１．３ｍの範囲であり、特に好ましくは１．２ｍである。深さＴは、好ましくは０．４ｍ〜０．８ｍの範囲であり、より好ましくは０．５ｍ〜０．７ｍの範囲であり、特に好ましくは０．６ｍである。これらの寸法は、トラックでの輸送に対して特に有利である。トラックの積載面は、幅２．４４ｍおよび高さ２．２６ｍを有する場合が多い。
【００５７】
図５は、外壁なしの図４からのエレクトロニクスモジュール３０を示す。エレクトロニクスモジュール３０には、パワーエレクトロニクスユニット３２および冷却ユニット７２が提供される。冷却ユニット７２は、例えば、２つのブロワを使用して冷却する。
【００５８】
図６は、エレクトロニクスモジュール３０の設計の概略図を示す。エレクトロニクスモジュール３０には、パワーエレクトロニクスユニット３２および冷却ユニット７２が提供される。両方のユニットには、送電線５１を介して電気エネルギーが供給される。冷却ユニット７２は、冷却液配管７１Ｃを介してパワーエレクトロニクスユニット３２に接続され、それにより、パワーエレクトロニクスユニット３２の冷却が可能になる。パワーエレクトロニクスユニット３２は、充電ピラー８０に容量を供給するための送電線３１を有する。それに加えて、冷却液配管７１は、充電ピラー８０への冷却剤の流れおよび充電ピラー８０からの冷却剤の流れを可能にするために、パワーエレクトロニクスユニット３２から充電ピラー８０の方向に延在する。送電線５１、３１および冷却液配管７１の接続部は、好ましくは、すべてがハウジングの一側面に配列され、そこでアクセス可能であり、好ましくは、ハウジングアクセスの後方の前面に配列される。
【００５９】
パワーエレクトロニクスユニット３２は、好ましくは、厳密に１つの充電ポイント８１に直流電圧を供給するように設計される。この文脈では、パワーエレクトロニクスユニット３２を介して第１の充電ポイント８１または第２の充電ポイント８１に任意選択により供給する可能性はあるが、両方同時には供給されない。このことは、例えば、駐車位置の関数として選択することができる２つの充電ポイントが駐車スペースで提供される場合に有利であり得る。この代替のダブル使用により、パワーエレクトロニクスユニットのコストの節約を提供することができる。
【００６０】
好ましくは、厳密に１つの充電ポイント８１が充電ピラー８０で提供される。
【００６１】
エレクトロニクスモジュール３０におけるパワーエレクトロニクスユニット３２および冷却ユニット７２の提供は、エレクトロニクスモジュールハウジング３８が空間の観点からうまく利用されるため、図１に示されるような小さな設計のデバイス１０が与えられた場合は有利である。
【００６２】
図７は、エレクトロニクスモジュールハウジング３８を備えたエレクトロニクスモジュール３０のさらなる実施形態を示す。図４に関して行われた記述は、エレクトロニクスモジュールハウジング３８の形状および寸法にあてはまる。エレクトロニクスモジュールハウジング３８は、エレクトロニクスモジュールハウジング３８の一側面に、エレクトロニクスモジュールハウジングアクセス３９を有する。このエレクトロニクスモジュールハウジングアクセス３９を介して、好ましくは、パワーエレクトロニクスユニット３２を装着するかまたは取り外すことができ、保守を実行することができる。
【００６３】
図８は、図７からのエレクトロニクスモジュール３０を示すが、外壁はない。パワーエレクトロニクスユニット３２のうちの１つが両方で示されている。パワーエレクトロニクスユニット３２は、非常に多数のレセプタクル４０を有し、例えば、パワーエレクトロニクスサブユニット３３は、これらのレセプタクル４０に挿入することができる。パワーエレクトロニクスサブユニット３３の各々は、例えば、６０ｋＷの最大充電容量が可能である。パワーエレクトロニクスサブユニットの充電容量は合計され、パワーエレクトロニクスサブユニット３３を備えたパワーエレクトロニクスユニット３２は６０ｋＷの最大充電容量を有し、６つの容量エレクトロニクスサブユニット３３で３６０ｋＷの最大充電容量を有するという結果をもたらす。例示的な実施形態では、各パワーエレクトロニクスユニット３２に対して、最大で７つのパワーエレクトロニクスサブユニット３３を使用することができる。その結果、パワーエレクトロニクスサブユニット３３は、需要に応じて使用することができる。これにより、対応する充電ピラー８０に必要な時のみパワーエレクトロニクスサブユニット３３を使用しなければならないという旨のモジュール式設計が可能になる。それぞれのパワーエレクトロニクスユニット３２は、好ましくは、パワーエレクトロニクスサブユニット３３がパワーエレクトロニクスサブユニットレセプタクル４０のいくつかにのみ配列される時でさえ使用することができる。パワーエレクトロニクスサブユニット３３は、例えば、スライド式引き出しとして（具体的には、１９インチのスライド式引き出しとして）具体化することができる。
【００６４】
図９は、図７のエレクトロニクスモジュール３０の概略図を示す。パワーエレクトロニクスユニット３２には、送電線５１を介して容量が供給され、各パワーエレクトロニクスユニットは、送電線３１を介して、充電ピラー８０に電気エネルギーを供給する。
【００６５】
冷却液配管７１Ａは、冷却モジュール７０との相互作用による冷却剤の流れを可能にするために、パワーエレクトロニクスユニット３２に接続される。
【００６６】
冷却剤は、パワーエレクトロニクスユニット３２を冷却するために使用され、前記冷却剤は、冷却液配管７１Ｂを介して、それぞれのパワーエレクトロニクスユニット３２から充電ピラー８０に供給される。
【００６７】
送電線５１、３１および冷却液配管７１Ａ、７１Ｂの接続部は、好ましくは、すべてがハウジングの一側面に配列され、そこでアクセス可能であり、好ましくは、ハウジングアクセスの後方の前面に配列される。
【００６８】
図１０は、冷却モジュールハウジング７８を備えた冷却モジュール７０を示す。冷却モジュールハウジング７８の形状および寸法は、好ましくは、図４のエレクトロニクスモジュールハウジング３８の形状および寸法に対応する。側壁７８Ａには、好ましくは、良好な冷却を可能にするためのグリルが提供される。
【００６９】
図１１は、図１０からの冷却モジュール７０を示し、側壁が部分的に取り外されている。設置空間のおよそ半分と見られる冷却ユニット７２が見受けられる。
【００７０】
図１２は、冷却モジュール７０の設計の概略図を示す。冷却モジュール７０は、少なくとも１つの冷却ユニット７２を有し、例示的な実施形態では、２つの冷却ユニット７２を有し、冷却ユニット７２には、送電線５１を介して電気エネルギーが供給される。各冷却ユニット７２は冷却液配管７１Ａを有し、冷却液配管７１Ａを介して、冷却剤７９は、エレクトロニクスモジュール３０に供給したり、エレクトロニクスモジュール３０から冷却ユニット７２に返したりもすることができる。冷却剤回路は、冷却液配管７１Ａを介して、冷却ユニット７２ごとに実装することができる。
【００７１】
送電線５１および冷却液配管７１Ａの接続部は、好ましくは、すべてがハウジングの一側面に配列され、そこでアクセス可能であり、好ましくは、ハウジングアクセスの後方の前面に配列される。
【００７２】
図１３は、パワーエレクトロニクスユニット３２の設計の概略図を示す。パワーエレクトロニクスユニット３２は、整流器とも呼ばれるＡＣ／ＤＣ変換器３４と、直流電圧変換器とも呼ばれるＤＣ／ＤＣ変換器３６とを有する。交流電流は、送電線５１を介して、変圧器モジュール５０（図２および図３を参照）からパワーエレクトロニクスユニット３２に供給され、前記交流電流は、ＡＣ／ＤＣ変換器３４において整流される。好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器３４としてアクティブ整流器が使用され、前記整流器は、入力電圧の増加も可能にする。それに加えて、アクティブＡＣ／ＤＣ変換器３４は、パッシブＡＣ／ＤＣ変換器３４と比べて、より高い効率レベル、より小さな高調波およびより良い容量率を可能にする。
【００７３】
整流電圧は、直流電流中間回路を介してＤＣ／ＤＣ変換器に供給され、後者は、直流電圧の振幅の変更を可能にする。通常の事例では、ＤＣ／ＤＣ変換器３６は、振幅を低減するが、増加を実施することもできる。アクティブＡＣ／ＤＣ変換器３４が使用される際は、好ましくは、振幅の低減のみを行うことができるＤＣ／ＤＣ変換器３６が使用される。ＡＣ／ＤＣ変換器３４および／またはＤＣ／ＤＣ変換器３６に対して使用することができるものなどの半導体スイッチ３５が概略的に示されている。好ましくは、炭化ケイ素半導体スイッチが半導体スイッチ３５として使用される。そのような半導体スイッチは、非常に素早く切り替えることができ、比較的低いスイッチング損失を有するという利点を有する。その結果、生じる容量損失は少なく、これにより、パワーエレクトロニクスユニット３２の特にコンパクトな設計が可能になる。
【００７４】
炭化ケイ素半導体スイッチ３５の代替として、窒化ガリウム半導体スイッチ３５を使用することもできる。窒化ガリウム半導体スイッチは、さらに小さな設計を可能にする。高品質のＩＧＢＴ半導体は、特に、相対的に低い容量に対して使用することができる。
【００７５】
ＡＣ／ＤＣ変換器３４およびＤＣ／ＤＣ変換器３６は、好ましくは、ガルバニック絶縁なしで具体化される。すなわち、送電線５１と送電線３１との間では、ガルバニック絶縁は提供されない。ガルバニック絶縁は、基本的には、容量損失と関連付けられ、従って、そのような設計は、相対的に小さなサイズを可能にし、冷却量は少なくて済む。ガルバニック絶縁は、説明されるように、変圧器によって達成することができる。ガルバニック絶縁は、いくつかの国において規定されている。
【００７６】
パワーエレクトロニクスユニット３２は、好ましくは、少なくとも６０ｋＷ、好ましくは少なくとも３００ｋＷ、特に好ましくは少なくとも４２０ｋＷの最大充電容量を充電ポイントに供給できるように設計される。従って、少なくとも６０ｋＷ、少なくとも３００ｋＷまたは少なくとも４２０ｋＷの容量は、非常に高い充電容量でバッテリを充電することができる際に達成することができる。このためには、高容量パワーエレクトロニクスユニット３２が必要とされ、エレクトロニクスモジュール３０における２つのそのようなパワーエレクトロニクスユニット３２の提供は、エレクトロニクスモジュール３０の寸法は依然としてエレクトロニクスモジュール３０の輸送に実用的であるため、非常に有利であることが証明されている。高荷重輸送は必ずしも必要ではない。
【００７７】
図１４は、電気の観点からのデバイス１０の例示的な接続の概略図を示す。容量グリッド２０は、スイッチングシステム２２に接続され、スイッチングシステム２２は、変圧器モジュール５０に電気的に接続される。変圧器モジュール５０は、変圧器５２を有し、変圧器５２は、一次巻線５４と、非常に多数の二次巻線システム５６とを備える。各二次巻線システム５６は、パワーエレクトロニクスユニット３２および充電ポイント８１に割り当てられる。互いにガルバニック絶縁される非常に多数の二次巻線システムを備えた変圧器５２の実施形態は、変圧器５２の領域におけるガルバニック絶縁を可能にし、従って、パワーエレクトロニクスユニット３２の領域におけるガルバニック絶縁の省略を可能にする。それに加えて、各パワーエレクトロニクスユニット３２は、需要に応じて、追加の回路なしで、割り当てられた二次巻線システムを介して容量を獲得することができる。これは、同時率へのプラス効果を有する。
【００７８】
容量グリッド２０は、例えば、最大で３６ｋＶであり得る入力電圧を有する。
【００７９】
パワーエレクトロニクスユニットによって供給される出力電圧は、例えば、最大で９５０Ｖであり得、出力電流は、最大で５００Ａであり得る。
【００８０】
全システムに対して、０．８５より高い、好ましくは０．９より高い、特に好ましくは１．０である同時率を可能にする変圧器５２を使用することが好ましい。そのような変圧器５２は標準の変圧器と比べて高価であるが、例えば、全システムに対して０．６の同時率のみを可能にする変圧器より小さなモジュールの実施形態を可能にする。また、パワーエレクトロニクスユニット３２の各々が充電ポイントに対して使用される高い同時率に対しても有利であり、多数のパワーエレクトロニクスユニット３２は、１つの充電ポイントから相互に接続されない。
【００８１】
好ましい一実施形態では、損傷なしで、数時間の間、定格動作レベルを上回って動作することができるドライキャスト樹脂変圧器が使用される。充電ポイント間の容量バランスは、好ましくは、パワーエレクトロニクスユニットと相互に接続することによってではなく、容量グリッドを介して提供される。
【００８２】
パワーエレクトロニクスユニットにおいてガルバニック絶縁が提供される際は、変圧器の後方の容量グリッドと相互に接続することは可能であるが、同時率は降下するであろう。
【００８３】
図１５は、充電ピラー８０の設計の概略図を示す。充電ピラー８０は、熱交換器８４を有し、熱交換器８４は、一方は、冷却液配管７１Ｂに接続され、他方は、冷却剤回路８６に接続される。充電ケーブル８２が概略的に示されており、車両１４のバッテリ９０の充電ソケットまで延びている。送電線３１は、充電ケーブル８２内まで直接延在するか、または、さらなるスイッチもしくは分配器が充電カラム８０に提供される。冷却回路８６は、導体３１および充電プラグの接点の冷却を可能にし、従って、高い充電電流を可能にする。冷却回路８６は、好ましくは、充電ケーブル８２の充電プラグまで達する。充電ピラー８０には、充電ピラー制御ユニット８３が提供され、充電ピラー制御ユニット８３を介して、充電プロセスが制御され、オペレータ制御が可能である。
【００８４】
図１６は、冷却モジュール７０の２つの冷却ユニット７２への流体接続を示す。各冷却ユニット７２は、割り当てられた冷却回路７４に供給し、冷却回路７４はそれぞれ、並列接続された３つのパワーエレクトロニクスユニット３２を含む。冷却剤は、各事例では、パワーエレクトロニクスユニット３２を通じて、充電ピラー８０を通じて、ブランチ中を流れ、パワーエレクトロニクスユニット３２および充電ピラー８０は互いに直列接続される。ここでは、両方向が可能である。
【００８５】
好ましくは、並列接続された少なくとも２つのパワーエレクトロニクスユニット３２の冷却容量に相互の関連で影響を及ぼすことができるように、制御可能なスルーフロー制御手段７６が提供される。スルーフロー制御手段７６は、例えば、三方弁もしくは四方弁、または、それぞれのブランチにおいて提供できるフロー断面を変更することができる流量調節弁などの弁である。スルーフロー制御手段７６は、パワーエレクトロニクスユニット３２および充電ピラー８０の個々のブランチの上流、そのようなブランチの下流、または、そのようなブランチの上流と下流の両方に提供することができる。
【００８６】
スルーフロー制御手段７６を使用することにより、個々のブランチに対する冷却容量を設定することが可能であり、ブランチにおいて大きな冷却容量が使用される場合は、このブランチにおける冷却容量を相応に増加することができる。
【００８７】
異なるパワーエレクトロニクスユニット３２に対する少なくとも２つの冷却ユニット７２の提供およびそれぞれの冷却剤回路７４の使用は、冷却ユニット７２のうちの１つが故障した場合であっても充電ピラー８０のいくつかは動作を続けることができるという利点を有する。
【００８８】
当然ながら、各種の改善および変更は、本発明の範囲内で可能である。
【００８９】
本出願において送電線という用語が使用される場合は、送電線は、１つの導体または多数の導体を有し得る。直流電流の場合は、例えば、２つの導体または３つの導体を使用することができ（接地接続と共に）、交流電流の場合は、２つ、３つまたは４つの導体を使用することができる（接地接続と共に）。同様に、冷却液配管の事例では、例えば、前方流および逆流に対して、例えば、１つのパイプまたはホースを提供することも、多数のパイプおよび／またはホースを提供することも可能である。
【００９０】
パワーエレクトロニクスユニット３２および充電ピラー８０の冷却は、冷却剤のバイパスラインを介して直接起こしても、例えば、図１５の充電ピラー８０に対して、示されるようなものなど、追加の熱交換器および追加の冷却回路を提供してもよい。
【００９１】
戻し弁は、一方向のみの冷却剤の流れを可能にするために、冷却回路の個々のブランチにおいて提供することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０  デバイス
１４  車両
３０  エレクトロニクスモジュール
３２  パワーエレクトロニクスユニット
３４  ＡＣ／ＤＣ変換器
３６  ＤＣ／ＤＣ変換器
８０  充電ピラー
８１  充電ポイント
９０  バッテリ
【図１】
2019022437.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019022437.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019022437.tif 000016
【図１５】
2019022437.tif 000017
【図１６】
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【外国語明細書】
2019022437000001.pdf