DE69218450T2

DE69218450T2 - Ladestation für elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE69218450T2
Application number: DE69218450T
Authority: DE
Inventors: Jiri K. Oakville Ontario L6J 4X5 Nor
Original assignee: Norvik Traction Inc
Current assignee: GHV Refrigeration Inc
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1992-10-15
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2012-10-16
Also published as: JP3263075B2; DE69218450D1; CA2121470C; US5202617A; EP0610258A1; EP0610258B1; ATE150595T1; WO1993008630A1; JPH07503837A; CA2121470A1

Description

Feld der Erfindung:

Diese Erfindung betrifft Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Insbesondere sieht diese Erfindung Hochleistungsladevorrichtungen vor, an welchen Elektrofahrzeuge ihre bordeigenen Batterien schnell, effizient und sicher laden lassen können.

Hintergrund der Erfindung:

Während im allgemeinen die vorliegende Erfindung insbesondere auf Elektrofahrzeuge der Art, welche im wesentlichen Passagierfahrzeuge oder Frachtfahrzeuge, wie etwa Lieferwagen und leichte Lastkraftwagen sind, gerichtet ist, so ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls zur Verwendung mit anderen Elektrofahrzeugen, wie etwa elektrischen Golfkarren, Gabelstapler-Lastkraftwagen und anderen Industrie-Lastkraftwagen und Palettenhebern und dergleichen, ausgelegt ist. Wie nachfolgend genauer diskutiert wird, bietet sich die Erfindung jedoch insbesondere für kommerzielle Anwendungen an, bei welchen Elektrofahrzeuge, wie etwa Passagierfahrzeuge und Straßen-Frachtfahrzeuge, ihre Batterien auf nahezu die gleiche Weise wiederaufladen können, wie heutige Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen ihre Treibstofftanks wieder auffüllen. Eine Ladestation für Elektrofahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit an Straßenecken, entlang von Autobahnen usw. angetroffen werden.
Es gibt gegenwärtig eine Anzahl experimenteller Elektrofahrzeuge des Passagiertyps. Nahezu immer sind diese Fahrzeuge jedoch extrem ineffizient, tragen sehr schwere Batterien und haben bestenfalls eine sehr begrenzte Reichweite von vielleicht 100 oder 200 km, bevor die Batterien wiederaufgeladen werden müssen. Es werden beträchtliche Forschungen auf der ganzen Welt durchgeführt, um neue Batterien zu entwickeln, welche viel größere Leistung pro Einheitsgewicht und größere Kapazität aufweisen, damit schnellere und weitreichendere Fahrzeuge entwickelt werden können; und die vorliegende Erfindung erkennt, daß, da derartige Fahrzeuge entweder experimentell oder insbesondere als kommerzielle Fahrzeuge auf die Straße kommen, ein wesentlich größerer Bedarf nach Einrichtungen zu deren Wiederaufladen entstehen wird. Derartige Wiederaufladestationen müssen natürlich in der Lage sein, den Batterien sicher, schnell und ökonomisch Ladeleistung zu liefern.
Es folgt daraus, daß derartige Ladestationen in der Lage sein müssen, derart gesteuert zu werden, daß unterschiedliche Batterien mit unterschiedlichen Kapazitäten und selbst unterschiedlichen Klemmenspannungen - welche also von unterschiedlichem Typ sind - an der Ladestation zur Lieferung von Ladeleistung untergebracht werden müssen. Das bedeutet, daß entweder innerhalb der Ladestation oder den zu ladenden Batterien zugeordnet, ausreichende Steuerungsmöglichkeiten vorhanden sein müssen, um derartige Ladebedingungen zu ermöglichen; und die Ladestation muß auch derart ausgestattet sein, daß sie mit den Elektrofahrzeugen kompatibel ist. Offensichtlich müssen für kommerzielle Einrichtungen auch Mittel vorgesehen sein, um die Menge an gelieferter Energie zu messen und zu einem von dem Verbraucher zu bezahlenden Geldpreis zu gelangen. Die Besonderheiten dieser Frage liegen außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.
Gegenwärtig sind Elektrofahrzeuge häufig mit einer an Bord befindlichen, der Batterie zugeordneten, Ladevorrichtung versehen, wobei langsames Laden der Batterie -- beispielsweise über Nacht -- aus einem gewöhnlichen elektrischen Anschluß ausgeführt werden kann. Es kann auch sein, daß die Garage, in welcher das Fahrzeug aufbewahrt wird, mit einer stationären Ladevorrichtung ausgerüstet sein kann, welche im übrigen die gleiche sein kann, wie eine bordeigene Ladevorrichtung, wobei jedoch mehr als ein Fahrzeug geladen werden kann -- jedoch gewöhnlich nur eines zu einem Zeitpunkt. Diese beiden Verfahren sind die, weiche bei elektrischen Straßenfahrzeugen am häufigsten angetroffen werden, während die zweite oben erwähnte Alternative am häufigsten bei industriellen Ladevorrichtungen für Gabelstapler-Lastkraftwagen und dergleichen angetroffen wird. Andere Elektrofahrzeuge, wie etwa Golfkarren, können entfembare Batterieladen aufweisen, welche von dem Fahrzeug entfernt und geladen werden, während eine zweite Batterie in dem Fahrzeug angeordnet wird, um dessen nützliche Arbeitsanwendung fortzusetzen. Es ist klar, daß für elektrische Passagierfahrzeuge und dergleichen die Masse und das Gewicht der für die Leistungsversorgung des Fahrzeugs benötigen Batterien - sowie die Kosten der Batterien - jeglichen Gedanken an entfernbare Batterieladen verhindern.
Gegenwärtig verwenden die meisten Elektrofahrzeuge - insbesondere kommerzielle und industrielle Fahrzeuge, wie etwa Gabelstapler-Lastkraftwagen, Golfkarren und dergleichen - Blei-Säure-Batterien. Andere in Aussicht stehende und experimentelle Fahrzeuge können, zumindest in der nahen Zukunft, Nickel-Kadmium-, Nickel-Eisen- oder Nickel-Metallhydrid-Batterien verwenden, während andere Batterien, wie etwa Flüssig-Natrium-Batterien, außer Sichtweite liegen.
Die vorliegende Erfindung wird jedoch all jenen Umständen des Batterieladens für alle Arten von Elektrofahrzeugen gerecht, wie etwa denjenigen, welche vorangehend erläutert wurden.
Für eine tiefgreifende Diskussionen von schnellem Batterieladen und eine Diskussion von Batterieladevorrichtungen mit fortschrittlichen Merkmalen, durch welche sehr schnelles und sicheres Batterieladen sichergestellt ist, wird auf die Anmeldungen EF-A-0 311 460 (veröffentlicht am 12.4.89) und WO-A-92/16991 (veröffentlicht am 1.10.92) Bezug genommen. Die Ladevorrichtungen jener Erfindungen sind in der Lage, Qualitäts-Fahr- oder SLI-Batterien in 10 bis 20 Minuten wiederaufzuladen. Der Energiebedarf insbesondere eines elektrischen Automobils kann jedoch im Bereich von 20 bis 50 kWh liegen, und diese Energie in einer kurzen Zeit zu liefern, verlangt, daß die Ladevorrichtung einen großen Leistungsnennwert, beispielsweise in dem Bereich von 100 bis 300 kW aufweist. Offensichtlich müssen Ladevorrichtungen mit Leistungsnennwerten von 300 kW strategisch lokalisiert und in das elektrische Verteilungsnetz auf geeignete Weise einbunden sein. Derartige Ladevorrichtungen können bei Ladestationen gemäß der vorliegenden Erfindung an typischen Orten, wie etwa gewöhnlichen Tankstellen, Flottendepots und vielleicht selbst an Orten, wie etwa Parkplätzen und dergleichen, angetroffen werden.
Wie vorangehend angemerkt, sind Elektrofahrzeuge einschließlich elektrischer Automobile und Lieferwagen und dergleichen jedoch weit davon entfernt, bezüglich der Batteriekapazitäten und Spannungen, welche in sie eingebaut sind, standardisiert zu sein, und sie werden wahrscheinlich auf diese Weise fortfahren. Beispielsweise hat ein als IMPACT bezeichnetes von General Motors hergestelltes Experimentalfahrzeug eine 320 V-Batterie mit einer Kapazität von 45 Ah, wohingegen der von Fiat hergestellte PANDA ELETTRA eine 72 V-Batterie trägt, jedoch eine Kapazität von 185 Ah aufweist.
Was die vorliegende Erfindung vorsieht, ist eine universelle Ladestation, an welcher eine breite Mannigfaltigkeit an Fahrzeugen über einen breiten Bereich an Parametern geladen werden kann. Selbstverständlich besteht eine Anzahl von Vorbedingungen, einschließlich der Anforderung, daß das zu ladende Fahrzeug mit einem kompatiblen Leistungsverbinder versehen sein muß, und der offensichtlichen Anforderung, daß die Ladestation in der Lage sein muß, eine Gleichspannung mit einem ausreichenden Wert für jedes gegebene Fahrzeug und bei großen Stromraten bereitzustellen. Aufgrund der Natur der Ladestation werden Signale von der Batterie, welche gerade geladen wird, zu einer Leistungssteuerung in der Leistungsstufe der Ladestation gegeben, so muß wenigstens eine minimale Anpassung für Signale, welche wenigstens für die Spannung der Batterie zu jedem Zeitpunkt kennzeichnend sind, gemacht wird. Wenn die gesamte Einrichtung einschließlich der Leistungslieferungsstufe der Ladestation und das Steuermittel, welches die Leistungsstufe steuert (und welches für die zu ladende Batterie spezifisch sein kann) in Übereinstimmung mit den Lehren der vorangehend erwähnten ebenfalls anhängigen Anmeldungen sind, dann wird natürlich die Lieferung der maximalen Leistung bzw. Energie in der kürzest möglichen Zeit an die Batterie erzielt werden. Andernfalls wird die Ladestation der vorliegenden Erfindung dennoch arbeiten, jedoch wird keine Gewißheit bezüglich der optimalen Betriebseigenschaften bestehen.
Insofern sieht die vorliegende Erfindung ein System, wie es in Anspruch 1 angegeben ist, zum Laden eines Elektrofahrzeugs vor, welches mit einer wiederaufladbaren Batterie, einem Fahrmotor und einer Fahrsteuerung für den Fahrmotor versehen ist, wobei das System die folgenden Hauptkomponenten umfaßt:
Eine Leistungsstufe und eine Leistungssteuerstufe, welche separat von dem Fahrzeug sind, einen Leistungsverbinder an dem Fahrzeug zum Verbinden der Leistungsstufe mit dem Elektrofahrzeug, um dessen Batterie wiederaufzuladen, eine Schnittstelle zwischen der Leistungsstufe und der Leistungssteuerstufe und dem Elektrofahrzeug; Leistungsleitungen, welche in der Lage sind, große Ladeströme von der Leistungsstufe durch den Leistungsverbinder zu dem Elektrofahrzeug zu leiten; Signalleitungsmittel, welche in der Lage sind, Steuersignale zwischen der Leistungssteuerstufe und dem Elektrofahrzeug zu leiten und Verriegelungsmittel.
Die Leistungsstufe ist in der Lage, große Ladeströme bei der für die Batterie, die gerade geladen wird, benötigten Ladespannung innerhalb vorbestimmter Grenzen an zu liefernder Leistung zu liefern. Die Lieferrate an Ladestrom ist steuerbar.
Die Leistungsstufe umfaßt eine Leistungsquelle, einen Stromrichter und ein schaltendes Umrichtermodul, und sowohl die Leistungssteuerstufe und das Umrichtermodul sind schnellwirkend, so daß sie in der Lage sind, die Lieferung des Ladestroms in weniger als einigen Millisekunden an- und auszuschalten. Allgemeiner betrachtet umfaßt die Leistungsstufe eine Leistungsquelle, ein Stromrichtmittel und Mittel zum Steuern des Ladestromflusses zu der wiederaufladbaren Batterie.
Die Signalleitung kann von der Batterie zu der Leistungssteuerung Signale leiten, welche wenigstens für die Spannung der Batterie zu jedem Zeitpunkt kennzeichnend sind. Wenigstens die Leistungsleitungen und das Signalleitungsmittel sind der Schnittstelle zugeordnet.
Ein Ladesteuermittel ist an Bord des Fahrzeug vorgesehen, um die widerstandsfreie Spannung der Batterie während Intervallen zu messen, wenn die Lieferung des Ladestroms zu der Batterie abgeschaltet wurde. Somit kann der Betrieb der Leistungssteuerstufe durch die widerstandsfreie Spannung beeinflusst werden; und dadurch kann der Betrieb des schaltenden Umrichtermoduls oder anderer Mittel zum Steuern des Ladestromflusses zu der Batterie und von der Ladestation als eine Funktion der widerstandsfreien Spannung der Batterie gesteuert werden.
Das Verriegelungsmittel der Ladestation ist dazu ausgelegt, die Lieferung von Ladestrom zu der Batterie zu verhindern, außer wenn das Verriegelungsmittel geschlossen verriegelt ist. Das Verriegelungsmittel ist günstigerweise dem Leistungsverbinder zugeordnet.
Somit ist der Betrieb der Leistungsstufe zum Wiederaufladen einer Batterie in einem Elektrofahrzeug davon abhängig, daß das Verriegelungsmittel verriegelt geschlossen ist, um den Fluß an Ladestrom und Steuersignalen auf ihren jeweiligen Leitungen sicherzustellen, und der Ladebetrieb wird so gesteuert, daß die Leistung, welche zugeführt wird, innerhalb der vorbestimmten Grenzen liegt. Von weiterer Bedeutung ist der Sicherheitsaspekt der Verriegelungsmittel, wobei die körperliche und elektrische Auslegung des Leistungsverbinders derart sein kann, daß sichergestellt ist, daß der Benutzer die mit der Batterie oder der Ladestation verbundenen Hochspannungsanschlüsse nicht berühren kann oder diesen ausgesetzt sein kann.
Bei einem besonderen Typ von Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung, welche so aufgebaut sein kann, daß die Ladestation optimale Betriebseigenschaften aufweist, kommuniziert deie Leistungssteuerstufe mit dem bordeigenen Ladesteuermittel, welches innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist, um die Lieferungsrate von Ladestrom zu der Batterie zu steuern. In diesem Fall ist das Ladesteuermittel für die zu ladende Batterie spezifisch, so daß seine Betriebsfunktionen von dem Typ der zu ladenden Batterie, ihrer nominellen Spannung und ihrer nominellen elektrochemischen Energiekapazität abhängen. Das Ladesteuermittel ist dazu ausgelegt, Signale über das Signalleitungsmittel zu der Leistungssteuerstufe zu geben. Somit ist der Betrieb der Leistungssteuerstufe von der Natur der durch sie von der Ladesteuerung empfangenen Signale abhängig, und der Betrieb der Ladestation wird dadurch gesteuert und ist batteriespezifisch.
Unter den üblichen Umständen sind die Schnittstelle und der Leistungsverbinder körperlich einander zugeordnet. Tatsächlich können die Schnittstelle und der Leistungsverbinder ein und dieselbe Sache sein. Darüber hinaus können bei den einfachsten Einrichtungen, bei denen der Betrieb der Batterieladestation nicht batteriespezifisch ist, die mit der widerstandsfreien Spannung der Batterie in Bezug stehenden Signale über die Ladestromleitungen geführt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Diese Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Figuren und den Zeichnungen beschrieben, in welchen
Figur 1 eine Umhüllende der Ladevorrichtungskennwerte ist, welche Ladespannung mit Ladestrom vergleicht, bei relativ hoher Spitzenleistungsfähigkeit;
Figur 2 eine modifizierte Umhüllende der Ladevorrichtungskennwerte von Figur 1 ist,
Figur 3 eine Darstellung einer Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung ist, und zwar in einer typischen Betriebssituation mit einer Ladesteuerung an Bord des Fahrzeugs, dessen Batterie geladen wird,
Figur 4 ein Blockdiagramm einer typischen Ladesituation ähnlich der der Figur 3 ist,
Figur 5 ein Linienpaar eines typischen Mehrfach-Steuersignals und der resultierenden Strom-Kurven zeigt,
Figur 6 ähnlich der Figur 5 mit einem zweikomponentigen Steuersignal ist,
Figur 7 ähnlich der Figur 2 ist und zwei verschiedene Umhüllende der Ladevorrichtungskennwerte mit verschiedenen Spitzenspannungen zeigt, und
Figur 8 eine Familie von Umhüllenden der Ladevorrichtungskennwerte mit verschiedenen maximalen Ladeströmen zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird zunächst auf Figur 1 Bezug genommen. Dort ist eine Lade-Umhüllende dargestellt, welche die maximalen Ladespannungen und den Ladestrom, von welchen erwartet werden kann, daß sie von einer Ladestation für typische elektrische Passagierfahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, zeigt. Aufgrund der installierten Eigenschaften der Batterie in jenen Fahrzeugen muß die Ladestation in der Lage sein, Ladeleistung bei Spannungen von etwa 450 Volt bei Ladeströmen bis zu etwa 500 Ampere zu liefern. Die Verweisung auf die oben erwähnten Anmeldungen und eine weitere Anmeldung, welche am 29.4.93 als WO-A-93/08629 veröffentlicht wurde -- welche letztere Anmeldung insbesondere auf ein Monitorsystem für große Batterien während der Ladung oder Entladung gerichtet ist -- zeigt die Anforderung an eine Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung dahingehend, eine wesentliche wenn nicht gar vollständige Ladung der in Elektrofahrzeugen angetroffen Batterien mit hoher Kapazität in sehr kurzen Zeitdauern von etwa 5 bis 30 Minuten vorzusehen.
Die Umhüllende 10 der Ladevorrichtungskennwerte in Figur 1 zeigt eine Ladespannung von bis zu 450 V bei einem Ladestrom von bis zu 500 A. Wenn somit die Ladevorrichtung mit derartigen Kennwerten ihre Spitzenspannung bei ihrem Spitzenstrom liefern müßte, müßte sie in der Lage sein, eine Spitzenausgangsleistung von 225 kW zu liefern.
Die Kennwerte einer Batterie für ein GM-IMPACT-Automobil wurden oben mit 320 V bei einer Kapazität von 45 Ah angegeben. Angenommen, die Ladevorrichtung würde eine Stunde benötigen, um 45 Ah an Energie an die Batterie zu liefern, so zeigt Punkt 12 in Figur 1 einen Ladekennwert für eine Stunde Ladung für die Batterie bei 45 A. Ähnlich zeigt Punkt 14 eine einstündige Ladung bei 72 V und 185 A für die PANDA ELETTRA-Batterie.
Wenn jedoch beide dieser Batterien in der Lage wären, mit einem Ladestrom von 500 A geladen zu werden, dann würde die Zeitdauer zum Liefern der Ladung an die IMPACT-Batterie 45/500 Stunden oder 0,09 Stunden -- weniger als 6 Minuten -- betragen; und die PANDA ELETTRA-Batterie könnte in 185/500 oder 0,37 Stunden -- knapp über 22 Minuten -- geladen werden. Es ist klar, daß eine Ladevorrichtung mit einer Kennwert-Einhüllenden der Figur 1 gut dazu in der Lage ist, eine derartige Ladung in diesen Zeitdauern zu liefern.
Wenn weiterhin die Maximal- oder Spitzenleistung der Ladevorrichtung auf nur 120 kW oder nur etwa die Hälfte der möglichen Spitzenleistung einer Ladevorrichtung mit den Kennwerten der Figur 1 begrenzt wäre, dann würde ihre Umhüllende der Ladevorrichtungskennwerte die Form der Umhüllenden 16 der Figur 2 aufweisen. Dort ist die Kurve 18 eine Linie konstanter Leistung bei 120 kW, welche die Grenzen der Umhüllenden bei beispielsweise 400 V und 300 A oder 300 V und 400 A zeigt, wobei der maximal mögliche Strom bei 450 V 267 A ist und die maximale Spannung, welche bei 500 A ermöglicht werden könnte, 240 V ist. Es folgt somit, daß die IMPACT-Batterie unter Beibehaltung der Spitzenleistung der Ladestation von 120 kW bei 320 V nur mit 375 A geladen werden könnte, oder, in anderen Worten, in etwa 0,12 Stunden oder etwas über 7 Minuten. Die PANDA ELETTRA-Batterie würde hinsichtlich ihrer Ladezeit unberührt bleiben.
Der offensichtliche Vorteil der Verwendung einer Ladevorrichtung mit Kennwerten, wie sie in Figur 2 gezeigt sind, ist der, daß durch Begrenzen ihrer Spitzenleistungsfähigkeiten die Natur ihrer Verbindung mit dem Verteilungsnetz für elektrische Leistung verschieden sein kann, wie es auch die Gebühren für verbrauchte elektrische Energie sein können - welche sehr oft nicht nur auf der abgenommenen kWh-Energie sondern auf der Spitzenleistung in kW beruhen. Darüber hinaus ist dargestellt, daß trotz der sehr weit gestreuten Kennwerte der Batteriespannungen und Kapazitäten in Fahrzeugen desselben allgemeinen Typs, deren Ladezeiten relativ eng definiert sein können. In anderen Worten wird eine Ladestation mit einer Ladekennwerte-Umhüllenden, wie derjenigen, die in Figur 2 gezeigt ist, alle Bedürfnisse bei niedrigeren Kapitalkosten und niedrigeren Betriebskosten erfüllen als eine mit einer Ladekennwerte-Umhüllenden der Figur 1.
Es folgt nun eine Diskussion der Figuren 3 und 4. In ihrem weitesten Sinne sieht die vorliegende Erfindung eine Ladestation für Elektrofahrzeuge vor, welche die folgenden Komponenten, Grenzen und Eigenschaften aufweist:
Ein Fahrzeug 20 ist mit einer wiederaufladbaren Batterie 22, einem Fahrmotor 24 und einer Fahrsteuerung 26, welche den Fahrmotor steuert, versehen. Die Ladestation 30 weist eine allgemein bei 30A definierte Leistungsstufe auf, wobei eine Leistungssteuerstufe allgemein bei 32 angegeben ist, und sie weist einen Leistungsverbinder auf, welcher allgemein bei 34 angegeben ist und welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsstufe 30A mit dem Elektrofahrzeug 20 zu verbinden. Es gibt eine Schnittstelle zwischen der Leistungsstation und dem Elektrofahrzeug, welche Schnittstelle körperlich Verbinder, Leitungen, den Leistungsverbinder 34 usw. umfassen kann.
Leistungsleitungen 36 sind in der Lage, große Ladeströme von der Leistungsstufe der Ladestation durch den Leistungsverbinder 34 zu dem Elektrofahrzeug 20 zu leiten. Signalleitungen, welche allgemein bei 38 angegeben sind, sind vorgesehen, um Steuersignale zwischen der Leistungssteuerstufe der Ladestation und dem Elektrofahrzeug zu leiten. Verriegelungsmittel, wie sie allgemein bei 40 dargestellt sind, sind, wie nachfolgend detaillierter erläutert, vorgesehen.
Offensichtlich ist die Leistungsstufe 30A in der Lage, die großen Ladeströme zu liefern, welche notwendig sind, um die Batterie 22 bei der verlangten Ladespannung zu laden. Die Ladespannung ist im allgemeinen gerade etwas größer als die nominelle Anschlußspannung der Batterie, wenn sie in ihrem Betriebszustand ist. Die der Batterie zugeführte Leistung liegt aufgrund der vorangehend unter Bezugnahme auf Figur 2 diskutierten Gründe innerhalb vorbestimmter Grenzen. Die Lieferrate an Ladestrom ist durch verschiedene Mittel, einschließlich des Betriebs der Leistungssteuerstufe 32 der Ladestation steuerbar. Innerhalb der Leistungsstufe der Ladestation befindet sich eine Leistungsquelle, welche im allgemeinen das lokale Energieverteilungsnetz 42 ist, ein Stromrichter 44 und ein schaltendes Umrichtermodul 46. Die Signalleitung 38 ist dazu ausgelegt, Signale von der Batterie 22 zu der Leistungssteuerstufe 32 zu leiten, und die Signale sind wenigstens für die Spannung der Batterie 22 zu jedem Zeitpunkt kennzeichnend. Andere fortschrittliche Merkmale werden nachfolgend diskutiert. Der Stromrichter 44 und das schaltende Umrichtermodul 46 könnten auch ein gesteuerter Silizium-Stromrichter mit Phasensteuerung seines Schaltbetriebs sein.
Sowohl die Leistungssteuerstufe 32 als auch das Umrichtermodul 46 sind schnellwirkend, um in der Lage zu sein, die Lieferung des Ladestroms durch die Leistungsleitungen 36 in weniger als einigen Millisekunden an- und auszuschalten. Typischerweise kann der Ladestrom eine Ausschaltzeit von weniger als einer Millisekunde und eine Anschaltzeit von weniger als zwei Millisekunden aufweisen.
Um wenigstens ein bißchen Steuerung der Lieferung von Ladestrom über die Leistungsleitungen 36 an die Batterie 22 vorzusehen, sind Mittel 48 vorgesehen, um die widerstandsfreie Spannung der Batterie 22 während Intervallen zu messen, wenn die Lieferung ces Ladestroms an die Batterie abgeschaltet wurde. Das Modul 48 wird im allgemeinen wesentlich mehr umfassen als einfach Mittel zum Messen von widerstandsfreier Spannung der Batterie in der Weise, wie sie in den oben erwähnten Anmeldungen beschrieben wurde und wie sie im folgenden genauer diskutiert wird. Es ist jedenfalls klar, daß der Betrieb des schaltenden Umrichtermoduls wenigstens als eine Funktion der widerstandsfreien Spannung der Batterie gesteuert werden kann. Tatsächlich können Signale, welche für die widerstandsfreie Spannung der Batterie kennzeichnend sind, entlang der Leistungsleitungen 36 zu der Leistungssteuerstufe 32 gegeben werden.
Das Verriegelungsmittel 40 ist dazu ausgelegt, die Zuführung von Ladestrom an die Batterie 22 zu verhindern, außer wenn das Verriegelungsmittel geschlossen verriegelt ist. Das Verriegelungsmittel ist herkömmlicherweise dem Leistungsverbinder 34 zugeordnet. Somit ist der Betrieb der Ladestation 30 zum Wiederaufladen der Batterie 22 davon abhängig, ob das Verriegelungsmittel 40 geschlossen verriegelt ist, wobei der Fluß von Ladestrom auf den Ladeleitungen 36 und von Steuersignalen auf den Steuerleitungen 38 auftreten wird. Der Betrieb wird dadurch so gesteuert, daß die an die Batterie 22 gelieferte Leistung innerhalb der vorbestimmten Grenzen liegt.
Das Verriegelungsmittel 40 und/oder die Auslegung des Leistungsverbinders 34 sind herkömmlicherweise dazu ausgelegt und angeordnet, vollständig sicheren Betrieb vorzusehen und dadurch die Sicherheit des Benutzers sicherzustellen. Wenn somit der Leistungsverbinder 34 abgekoppelt ist und das Verriegelungsmittel 40 offen ist, wirkt die körperliche und elektrische Auslegung des Leistungsverbinders 34 und des Verriegelungsmittels 40 dahingehend, jegliche Möglichkeit von körperlichem Kontakt mit unter Spannung stehenden Hochspannungsanschlüssen oder Verbinderkontakten zu verhindern. Die Anschlüsse oder Verbinderkontakte, welche der Batterie 22 elektrisch zugeordnet sind, - welche eine große Klemmenspannung aufweisen kann, selbst wenn sie im wesentlichen entladen oder an gespeicherter elektrischer Energie entleert ist - sind körperlich so angeordnet, daß sie nicht berührt werden können. Die Verbindungsstifte, welche den Ladestrom zu der Batterie leiten, werden durch die elektrische Verriegelung gesperrt. Somit ist die Benutzersicherheit zu allen Zeiten sichergestellt.
Wie oben angemerkt, wird ein effizienterer Betrieb der Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung dann auftreten, wenn die Steuerung des Ladebetriebs als Folge einer Messung einer Anzahl von Parametern ausgeführt wird, welche mit der Fähigkeit der Batterie 22, Ladung aufzunehmen, in Zusammenhang stehen. In diesem Sinn kann deshalb das Modul 48 batteriespezifisch sein, und es kann als eine Ladesteuerung eingerichtet sein, welche speziell zur Steuerung der Lieferungsrate an Ladestrom zu der Batterie 22 ausgelegt ist. Die Ladesteuerung, welche batteriespezifisch ist, kann somit die Lieferung von Ladestrom als eine Folge von Informationen und Daten, welche in der Ladesteuerung entweder voreingestellt sind oder durch sie kontinuierlich überwacht werden, einschließlich des Typs der zu ladenden Batterie, ihrer nomiellen Spannung und ihrer nominellen elektrochemischen Energiekapazität. Andere Parameter können kontinuierlich überwacht werden, einschließlich der inneren widerstandsfreien Spannung der Batterie und ihrer Temperatur, und Steuersignale, welche von den momentanen Werten jener Parameter abhängen, können an die Leistungssteuerung 32 gegeben werden. Damit stimmt der Ladebetrieb stärker mit dem in den oben erwähnten Anmeldungen beschriebenen überein. Wenn darüber hinaus die innere widerstandsfreie Spannung und die Temperatur der Batterie für einzelne Zellen oder Gruppen von Zellen der Batterie 22 spezifisch sind, sind die hier befolgten Schaltkreise und Verfahren, wie oben erwähnt, so wie die in der Anmeldung gleichen Datums beschriebenen.
Wie durch die Linie 50 in Figur 4 angedeutet, sind offensichtlich dem Verriegelungsmittel 40 Mittel zugeordnet, um die Fahrsteuerung 26 zu sperren, so daß durch den Fahrmotor 24 während eines Ladebetriebs kein unnötiger Stromfluß von der Batterie 22 auftritt.
Man wird auch bemerken, daß die installierte Batterie 22 tatsächlich eine Anzahl von Modulen umfassen kann, von welchen jedes als eine eigene Batterie betrachtet werden kann. Das Ladesteuermodul 48 kann die Spannung an jedem der Batteriemodule abtasten und ist auch so dargestellt, daß es die Temperatur jedes der Batteriemodule in dem in Figur 4 gezeigten Schaltkreis abtastet.
Es ist anerkannt, daß Batterieladevorrichtungen der Kompliziertheit von jenen, welche in den Anmeldungen beschrieben werden, derart sind, daß die Ladesteuerungen ein sehr genaues Wissen über die Batterie, welche geladen wird, besitzen. Tatsächlich ist wenigstens etwas Information über die zu ladende Batterie für jede Batterieladevorrichtung notwenig, und indem die Laderate der Batterie zunimmt, ist mehr Information notwendig, um unerwünschte übermäßige Beanspruchung der Batterie zu vermeiden, während gleichzeitig optimales Laden in der kürzesten Zeitdauer erzielt wird. Aus diesen Gründen ist eine batteriespezifische Ladevorrichtung am wünschenswertesten.
Jedenfalls ist aus dem Vorangehenden klar, daß die Ladestation, soweit beschrieben, es erlaubt, daß die Batterien von Elektrofahrzeugen geladen werden, selbst wenn sie keine Ladesteuerung, wie die in Verbindung mit dem Modul 48 beschriebene, aufweisen. In diesem Fall sind, wie in Figur 3 gezeigt, manuell betätigbare Mittel vorgesehen, wodurch das Laden im wesentlichen unter manueller Steuerung vorgenommen wird, indem der Endspannungswert bei der Steuerung 52 und der höchste Stromwert, bei welchem der Ladestrom geliefert wird, bei der Steuerung 54 voreingestellt werden.
Bei 56 kann auch ein Zeitgeber eingestellt werden, wodurch der Ladebetrieb nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet werden wird.
In dem ersten Betriebsschritt der Ladestation der vorliegenden Erfindung wird der Leistungsverbinder 34 zusammengesetzt. Wenn die Ladesteuerung 48 an Bord des Fahrzeugs ist und sie mit der Stations-Leistungssteuerstufe 32 kompatibel ist, dann wird die Lampe 60 erleuchtet, um eine Anzeige dafür zu geben, daß die nachfolgenden Schritte automatisch vorgenommen werden. Somit ist eine "AUTO"-Funktion in Betrieb, und eine "MANUELL"-Funktion ist gesperrt. Der Betrieb wird dann durch Schalten einer Start/Stop-Steuerung 58 gestartet. Wenn umgekehrt die Ladesteuerung 48 nicht an Bord des Fahrzeugs vorhanden ist oder sie mit der Stations- Leistungssteuerstufe 32 nicht kompatibel ist, kann ein Schalter 62 - welcher das manuelle Einstellen der Steuerungen 52, 54 und 56 erlaubt - betätigt werden. Unter solchen Umständen wird die Ladestation 30 wenigstens innerhalb der vorbestimmten Grenzen an Spannung, Strom und Spitzenleistung, welche für die Ladestation erstellt wurden, arbeiten, sobald der Endspannungswert und der höchste Stromwert voreingestellt wurden. Dieser Betrieb ist im wesentlichen eine Ladeart mit konstantem Strom und konstanter Spannung, welche gegenwärtig zum Laden von Blei-Säure-Batterien sehr verbreitet ist und zum Laden von Blei-Säure-Batterien akzeptierbar ist. Optimale Ladebedingungen werden jedoch nicht erfüllt.
Darüber hinaus wird angenommen, daß, wenn die manuellen Steuerungen 52 und 54 eingestellt sind, der Benutzer sich über die Werte, auf welche jene Steuerungen eingestellt werden müssen, bewußt ist, um übermäßige Beanspruchung der Batterie zu vermeiden oder andererseits einen ineffizienten Ladebetrieb zu vermeiden.
Jedenfalls umfaßt das Modul 48 wenigstens ein weiteres Mittel, um die Temperatur der Batterie 22 zu bestimmen und um ein Alarmsignal auszugeben, wenn die Temperatur der Batterie 22 oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Das Alarmsignal würde beispielsweise den Betrieb eines Alarms 64 auslösen, so daß ein Blinklicht, ein Summer oder eine andere Alarmanzeige ausgelöst wird.
Offensichtlich wird ähnlich den Anzeigen bei einer Tankstelle bei der Ladestation ein Anzeigemodul 66 benötigt, und sie kann die voreingestellten Spannungs- und Stromwerte, bei welchen die Ladestation entweder unter manueller Steuerung oder in Übereinstimmung mit dem Ladesteuermittel 48 arbeiten wird, anzeigen. Das Anzeigemodul 66 würde auch eine akkumulierte Summe an gelieferter Energie in kWh und die von dem Verbraucher in Einheiten der Ortswährung zu bezahlenden Kosten des Ladebetriebs anzeigen.

Es folgt nun eine weitere Diskussion spezieller Merkmale der Figur 4:

Die Signalleitung 38 kann eine Anzahl einzelner Leiter umfassen, auf welchen Signale sein können, welche spezifisch sind für die Stromsteuerung, ein Freigabesignal, den momentanen Wert der Batterietemperatur, ein Bestätigungssignal, daß das Verriegelungsmittel verriegelt ist, ein Protokoll- oder Laufsignal kann benötigt werden, und es kann freie Leiter geben.
Der Leistungsverbinder 34 ist günstigerweise einer, welcher die Leistungsleitungen 36 und die Signalleitungen 38 aufnimmt. Darüber hinaus kann der Einfachheit und der Sicherheit halber der Bereich aller Leistungs- und Signalleitungen, welche mit der Ladestation fest verdrahtet sind, an einem Stecker 68 enden, welcher dazu ausgelegt ist, mit einer Aufnahme oder Buchse 70 körperlich zusammenzupassen. Somit weist der Leistungsverbinder günstigerweise eine erste Steckerkomponente 68 und eine zweite Buchsenkomponente 70 auf, welche dazu ausgelegt sind, körperlich und elektrisch zusammenzupassen. Das Verriegelungsmittel 40 kann Mittel umfassen, wie etwa einen Hebel 71, welchem ein Schalter 72 auf der Fahrzeugseite an dem Verbinder-Verriegelungsleiter der Aufnahme 70 zugeordnet ist, so daß der gesamte Ladebetrieb davon abhängig ist, daß der Schalter 72 geschlossen wurde. Somit wird sichergestellt, daß der Leistungsverbinder 34 sicher verriegelt ist, um die sehr großen Ladeströme zu bewältigen, und ferner sicherzustellen, daß die Signalleiter funktionieren.
Das folgende ist eine Diskussion der Abfolge an Ereignissen, welche auftreten, wenn ein Fahrzeugbatterie-Ladevorgang stattfindet. Dieser Ladevorgang kann entweder unter der Steuerung einer Ladesteuerung, welche batteriespezifisch ist und im allgemeinen an Bord des Elektrofahrzeugs angeordnet ist, wie etwa dem Ladesteuermodul 48, erfolgen, oder es kann ein manueller Betrieb sein. In jedem Fall wird der Leistungsverbinder 34 zusammengesetzt, indem der Stekker 68 mit der Aufnahme oder Buchse 70 mechanisch verbunden wird, wodurch die Ladestation mit den Fahrzeug verbunden wird. Das Verriegelungsmittel, wie etwa der Verriegelungshebel 71, wird verriegelt, womit der Schalter 72 geschlossen wird, so daß die Leistungssteuerung 32 und das Ladesteuermodul 48, wenn es vorhanden ist, beide freigegeben werden. Das Laden wird dann beginnen.
Bei Abwesenheit eines an Bord befindlichen Ladesteuermoduls 48 oder in dem Fall, daß das Ladesteuermodul 48 inkompatibel ist und nicht ein automatisches Freigabesignal entlang des geeigneten Leiters in der Signalleitung 38 an die Leistungssteuerung 32 sendet, kann dann ein manueller Betriebsmodus durch den Benutzer befolgt werden. In diesem Fall wird der manuelle Freigabeschalter 62 geschlossen, zu welcher Zeit der Spannungsauswahlbetätigungsschalter 52, der Stromauswahlschalter 54 und der Zeitauswahlschalter 56 zur manuellen Betätigung durch den Benutzer auf null gesetzt würden. Die durch den Benutzer ausgewählten geeigneten Einstellungen würden auf dem Anzeigemittel 66 wiedergegeben werden und, wie vorangehend angemerkt, wird angenommen, daß der Benutzer das Besitzerhandbuch gelesen hat oder anderes Wissen besitzt, um die geeigneten Werte auszuwählen. Nach Beendigung der Auswahl wird der Start/Stop-Knopf oder Schalter 48 betätigt, und das Laden wird innerhalb der Grenzen des Modus mit konstantem Strom und konstanter Spannung, welcher eingestellt wurde, und innerhalb der vorbestimmten Grenzen der Ladestation fortgesetzt. Es ist normalerweise notwendig, ein Zeitlimit voreinzustellen.
Das Laden wird dann fortgesetzt mit einem wenigstens etwas gesteuerten Ladestromfluß durch wenigstens die Bestimmung der widerstandsfreien Spannung der Batterie, wie sie während Unterbrechungen des Ladestroms erfaßt werden kann. Der Ladebetrieb würde nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer oder dann, wenn die Batterie zu heiß wird, wie vorangehend bei dem Auslösen des Alarms 64 beschrieben, oder durch Betätigung des Start/Stop-Schalters 58 enden. Jedenfalls würde das Laden sofort beendet, wenn der Verriegelungsschalter 40 geöffnet wird.
In dem üblicheren Fall, in dem das Ladesteuermodul 48 für die Batterie 22 spezifisch ist und sich an Bord des Fahrzeugs befindet, wird ein automatisches Freigabesignal von dem Ladesteuermodul 48 zu der Leistungssteuerung 32 über den entsprechenden Signalleiter zu der AUTO-Anzeigelampe 60 geschickt. Die Handsteuerungen mit Ausnahme des Start/Stop- Knopfes 58 werden gesperrt. Gleichzeitig würde, wie vorangehend erwähnt, die Ladesteuerung 48 die Fahrsteuerung 26 sperren, um während des Ladens einen Leistungsfluß aus der Batterie 22 zu verhindern.
Wenn der Start/Stop-Knopf 58 gedrückt wird, schickt die Leistungssteuerung 32 ein Lauf- oder Protokollsignal zu der Ladesteuerung 48, welche antwortet, indem sie ein entsprechendes Stromsteuersignal auf dem dafür bestimmten Leiter zurück zu der Leistungssteuerung 32 sendet. Die Art der Signale auf dem Stromsteuerleiter und die Kurve des Ladestroms auf den Leistungsleitungen 36 werden unten mit Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 diskutiert. Darüber hinaus wird der Ladebetrieb dann im wesentlichen so sein, wie in den oben erwähnten Anmeldungen beschrieben.
Der Ladebetrieb wird, zur Wiederholung, entweder durch den automatischen Betrieb der Ladesteuerung 48 beendet, wenn die Batterie 22 im wesentlichen vollständig geladen ist, oder durch Betätigung des Start/Stop-Knopfes 58 oder durch Entriegeln der Verriegelung 40.
In allen Fällen wird die Temperatur der Batterie 22 im wesentlichen überwacht werden, mit einer geeigneten Betriebsweise und einem Signal an dem Alarm 64, wenn die Temperatur der Batterie über einer vorbestimmten Schwelle liegt.
Man erkennt, daß die großen Ströme in den Leistungsleitungen 36 Unterschiede in dem lokalen Massepotential entlang der Länge der Leistungsleitung induzieren können. Im Fall eines modulierten Stroms, insbesondere unter der Steuerung des Ladesteuermoduls 48, werden diese Unterschiede in dem lokalen Massepotential auch eine Wechselstromkomponente aufweisen. Es muß deshalb sorgfältig beachtet werden, daß diese und andere Einflüsse nicht die Steuersignale auf dem Signalleitungsbündel 38 stören.
Alle Signale können digital sein, einschließlich selbst des Stromsteuersignals, welches die Eigenschaft eines Frequenzoder Tastverhältnisses, welches vorherbestimmt wurde, aufweisen kann. In jedem Fall ist es sinnvoll, daß die Signale auf den verschiedenen Signalleitern in der Signalleitung 38 als digitale Signale betrachtet werden. Die genaue Art der digitalen übertragung bei einem geeigneten Signal-Rausch-Verhältnis ist nicht Stoff der vorliegenden Erfindung; es gibt hervorragende Techniken, wie etwa Differenzleitungsempfänger, Stromschleifen oder optogekoppelte Eingänge. Die Leiter selbst können Koaxialleitungen sein, jedoch werden verdrillte Paare (twisted pairs) als die preiswerteste Wahl für die Signalleitung angesehen, und sie werden den Umständen gerecht.
Figur 5 zeigt ein zusammengesetztes Stromsteuersignal als Kurve 76 und die Kurve des resultierenden Ladestroms als Kurve 78. Hier ist das zusammengesetzte Stromsteuersignal in ein Spannungssignal bei einem Verhältnis von 10 mV/A kodiert, so daß 5 V einem Ladestrom von 500 A entsprechen. Man sieht, daß das Signal ein gepulstes Signal ist, welches taktgetrieben ist, wobei die Pulse gleich dem Tastzyklus des Ladestroms sind. Die ersten beiden Zyklen des zusammengesetzten Steuersignals 76 sind, wie dargestellt, jeweils auf einem Wert, der gleich einem Ladestrom von 500 A ist, wie auf Kurve 78 angegeben; wohingegen der dritte Zyklus bei 76a bei 2,5 V liegt, was einen Ladestrom, wie bei 78a dargestellt, von 250 A steuert. Man erkennt, daß, wenn das Steuersignal 76 über einem vorbestimmten Wert (in diesem Fall 0) liegt, der Ladestrom an ist; und, wenn das Ladesteuersignal 76 auf oder unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, der Ladestrom aus ist. Darüber hinaus ist, wenn der Ladestrom an ist, sein Wert - wie in Figur 5 angegeben - eine Funktion des Wertes des Stromsteuersignals. Man erkennt, daß der Ladestrom schneller abschaltet als er anschaltet; im Normalfall schaltet der Ladestrom in weniger als 1 ms ab und schaltet in weniger als 2 ms an.
Figur 6 zeigt eine der Figur 5 ähnliche Situation, außer daß das Stromsteuersignal in diesem Fall zwei Signale 80 und 82 umfaßt. Das Signal 82 ist streng ein Zwei-Werte- Digitalsignal mit beispielsweise den üblichen "0"- und "1"- Werten, und das Stromsignal 80 ist ein analoges Signal, welches auch bei dem 10 mV/A-Wert liegt. Somit verringert sich der Wert des analogen Stromsignals 80 von 5 V auf 2,5 V in der Kurve 80, und die Strom-Kurve 84 ist der Strom- Kurve 78 in Figur 5 gleich.
Offensichtlich wird in dem Fall, daß das Stromsteuersignal digital kodiert ist, die zusammengesetzte Signal-Kurve 76 eine größere Bandbreite benötigen, als wenn die zwei Komponenten 80 und 82 in einem Twisted-Pair-Übertragungsmodus mit Differentialempfängern übertragen werden würden. Dieses Beispiel ist einfach eine von vielen Arten, durch welche die Steuersignale, welche steuern und für den Ladestrom kennzeichnend sind, sowie andere Steuersignale im Hinblick auf Spannungswert, Batterietemperatur usw., zwischen dem Ladesteuermodul 48 und der Leistungssteuerung 32 übertragen werden.
Schließlich folgt unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 eine kurze Diskussion der Nennleistung der Ladestation der vorliegenden Erfindung: Figur 7 zeigt zwei Kurven 87 und 88, welche die gleiche allgemeine Form aufweisen wie Kurve 16 in Figur 2. Um jedoch die Analogie zwischen der Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einer gewöhnlichen Tankstelle, welche Benzin oder Dieselkraftstoff verkauft, zu stützen, zeigt Kurve 68 die Kennwerte-Einhüllende einer Leistungsstufe für eine Ladestation, welche Leistung mit einer maximalen Spitzenrate von 100 kW - dem "Normal"-Wert - liefert. Kurve 88 zeigt den "Super"-Wert bei 120 kW. Diese Kennwerte werden aus einer Bestandsaufnahme gegenwärtiger Entwürfe für Elektrofahrzeuge bestimmt, was zeigt, daß die meisten der experimentellen Elektrofahrzeuge eine nominelle Spannung von etwa 216 V oder weniger aufweisen. Deshalb ist eine Ladespannung von bis zu 300 V ausreichend, und eine Spitzenleistung von 100 kW ist ausreichend. Größere und mehr Energie verbrauchende Sportfahrzeuge, wie etwa das GM-IMPACT, können den Super-Ladewert mit einer maximalen Ladespannung von 450 V bei 120 kW Nenn-Spitzenleistung verwenden (es wird daran erinnert, daß der nominelle Spannungswert der Batterie in Betrieb 320 V ist). Gleichsam wie bei der analogen Tankstelle würde ein Bonuspreis für den Kauf einer Ladung bei dem "Super"-Wert im Vergleich zu dem "Normal"-Wert bezahlt werden.
Schließlich zeigt Figur 8 eine Familie von Ladestation- Kennwerten mit einer Familie Kennwerte-Einhüllenden, welche für Sportwagen, Lieferwagen, Fracht-Lastkraftwagen und dergleichen geeignet sind. Kurve 88 ist aus Figur 7 wiedergegeben und zeigt eine Einhüllende mit 120 kW Spitzenleistung; Kurve 90 ist eine "Schwerlast"-Kurve mit einer Spitzenleistung von 180 kW, und Kurve 92, welche einen maximalen Ladestrom von bis zu 1000 A aufweist, ist als Ylturboiv und mit einer Spitzenleistung von 240 kW typifiziert. Ein Vergleich von Kurve 92 der Figur 8 mit Kurve 10 der Figur 1 zeigt eine leicht größere Spitzenleistungsfähigkeit mit jedoch einem Ladestrom, welcher zweimal so groß ist, wie der der Kennwert-Einhüllenden der Figur 1.
Der Bereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.

Claims

1. System zum Laden eines Elektrofahrzeugs (20), welches mit einer wiederaufladbaren Batterie (22), einem Fahrmotor (24) und einer Fahrsteuerung (26) für den Fahrmotor versehen ist, wobei das System gekennzeichnet ist durch:

eine Leistungsstufe (30A), welche von dem Fahrzeug separat ist, eine Leistungssteuerstufe (32), welche von dem Fahrzeug separat ist, einen Leistungsverbinder (34) an dem Fahrzeug um die Leistungsstufe mit dem Elektrofahrzeug zum Wiederaufladen von dessen Batterie zu verbinden, eine Schnittstelle zwischen der Leistungsstufe und der Leistungssteuerstufe und dem Elektrofahrzeug, Leistungsleitungen (36), welche in der Lage sind, große Ladeströme von der Leistungsstufe durch den Leistungsverbinder zu dem Elektrofahrzeug zu leiten, Signalleitungsmittel (38), welche in der Lage sind, Steuersignale zwischen der Leistungssteuerstufe und dem Elektrofahrzeug zu leiten, und Verriegelungsmittel (40),

wobei die Leistungsstufe in der Lage ist, große Ladeströme bei der für die Batterie, die geladen wird, benötigten Ladespannung innerhalb vorbestimmter Grenzen an zu liefernder Leistung zu liefern und die Lieferrate an Ladestrom einstellbar ist, wobei die Leistungsstufe eine Leistungsquelle (42), ein Stromrichtmittel (44) und ein Mittel (32) zum Steuern des Ladestromflusses zu der wiederaufladbaren Batterie umfaßt,

wobei die Leistungssteuerstufe und das Mittel zum Steuern des Ladestromflusses zu der wiederaufladbaren Batterie jeweils schnellwirkend sind, so daß sie in der Lage sind, die Lieferung des Ladestroms in weniger als einigen Millisekunden an- und auszuschalten, sowie durch ein bordeigenes Ladesteuermittel (48), welches innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist, um die widerstandsfreie Spannung der Batterie während Intervallen zu messen, wenn die Lieferung von Ladestrom zu der Batterie abgeschaltet wurde, wodurch der Betrieb der Leistungssteuerstufe durch die widerstandsfreie Spannung beeinflußt werden kann, und wobei, wenn das Ladesteuermittel für die zu ladende Batterie spezifisch ist, seine Betriebsfunktionen von den Eigenschaften der zu ladenden Batterie, ihrer nominellen Spannung und ihrer nominellen elektrochemischen Energiekapazität abhängen,

und wobei das Ladesteuermittel dazu ausgelegt ist, Signale über das Signalleitungsmittel zu der Leistungssteuerstufe zu geben,

wobei wenigstens die Leistungsleitungen und das Signalleitungsmittel der Schnittstelle zugeordnet sind, und wobei das Verriegelungsmittel dem Leistungsverbinder zugeordnet ist und die Lieferung von Ladestrom zu der Batterie verhindert, außer wenn das Veriegelungsmittel geschlossen verriegelt ist, so daß der Betrieb der Leistungsstufe zum Wiederaufladen einer Batterie in einem Elektrofahrzeug davon abhängt, ob das Verriegelungsmittel verriegelt geschlossen ist, um das Fließen von Ladestrom und Steuersignalen auf ihren jeweiligen Leitungen sicherzustellen,

und wobei der Betrieb so gesteuert ist, daß die gelieferte Leistung innerhalb der vorbestimmten Grenzen liegt,

und wobei das Ladesteuermittel ferner ein Mittel umfaßt, um die Batterie wenigstens in Hinblick auf ihre innere widerstandsfreie Spannung und ihre Temperatur kontinuierlich zu überwachen, um Steuersignale an die Leistungssteuerstufe zu geben, welche von den momentanen Werten der inneren widerstandsfreien Spannung und der Temperatur der Batterie abhängen.

2. Ladesystem nach Anspruch 1, worin die Batterie eine Mehrzahl von Zellen umfaßt und worin die innere widerstandsfreie Spannung und die Temperatur der Batterie für einzelne Zellen oder Gruppen von Zellen der Batterie spezifisch sind.

3. Ladesystem nach Anspruch 2, worin das Verriegelungsmittel dazu ausgelegt ist, die Fahrsteuerung für den Fahrrnotor zu sperren, wenn das Verriegelungsmittel geschlossen verriegelt ist, wodurch die Fahrsteuerung freigegeben ist, wenn das Verriegelungsmittel offen ist.

4. Ladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend Alarmmittel zum Ausgeben eines Alarmsignals, wenn die Temperatur der Batterie oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

5. Ladesystem nach Anspruch 1, worin die Leistungsstufe manuell betätigbare Mittel (52, 54) zum Voreinstellen des Spannungswertes und des höchsten Stromwertes, bei welchen Ladestrom an die Batterie geliefert wird, und zwar innerhalb der vorbestimmten Grenzen, aufweist, und ferner umfassend manuell betätigbare Mittel (62) zum Starten und Beenden des Ladebetriebs, nachdem der Spannungswert und der größte Stromwert voreingestellt wurden.

6. Ladesystem nach Anspruch 5, worin die Leistungsstufe ferner Zeitgebermittel (56) umfaßt und worin der Ladebetrieb nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet wird.

7. Ladesystem nach Anspruch 6, worin das Zeitgebermittel manuell betätigbar ist, um die Zeitdauer innerhalb vorbestimmter Grenzen voreinzustellen.

8. Ladesystem nach Anspruch 2, worin ein durch die Signalleitung geleitetes Signal für den Wert des durch die Schnittstelle und den Leistungsverbinder zu der Batterie zu liefernden Ladestroms kennzeichnend ist und das Signal durch ein Taktmittel getrieben ist und worin, wenn das Signal oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, der Ladestrom an ist und, wenn das Signal auf oder unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, der Ladestrom aus ist und, wenn der Ladestrom an ist, sein Wert eine Funktion des Wertes des Signals ist.

9. Ladesystem nach Anspruch 8, worin das Signal ein digitales Signal ist.

10. Ladesystem nach Anspruch 8, worin das Signal eine erste digitale Komponente mit zwei diskreten Signalwerten und einen zweiten variablen analogen Wert aufweist, welcher für den Wert des der Batterie zu liefernden Ladestroms kennzeichnend ist.

11. Ladesystem nach Anspruch 2, worin der Leistungsverbinder eine erste Steckerkomponente (68) und eine zweite Buchsenkomponente (70) aufweist, welche dazu ausgelegt sind, körperlich und elektrisch zusammen zu passen.

12. Ladesystem nach Anspruch 1, worin das Mittel zum Steuern des Ladestromflusses zu der Batterie ein schaltendes Umrichtermodul (46) ist.

13. Ladesystem nach Anspruch 1, worin das Mittel zum Steuern des Ladestroms zu der Batterie wenigstens ein phasengesteuert gesteuerter Silizium-Stromrichter ist.

14. Ladesystem nach Anspruch 12, worin die Leistungssteuerstufe und das Umrichtermodul jeweils in der Lage sind, in weniger als etwa 2 Millisekunden an- und auszuschalten.

15. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Signalleitung Signale von der Batterie zu der Leistungssteuerung leitet, welche wenigstens für die Spannung der Batterie zu jedem Zeitpunkt kennzeichnend sind.