DE69602739T2

DE69602739T2 - Traktionsbatterieladesystem mit induktiver ankopplung

Info

Publication number: DE69602739T2
Application number: DE69602739T
Authority: DE
Inventors: Jiri Nor; Josef Soltys
Original assignee: Norvik Traction Inc
Current assignee: GHV Refrigeration Inc
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1999-10-21
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: EP0820653B1; WO1996032768A1; AU5097496A; AU698216B2; US5594318A; CA2217726A1; JPH11503599A; EP0820653A1; JP3547450B2; DE69602739D1; CA2217726C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Schaffung eines schnellen Wiederaufladens der Batterien eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung eine Ladestation und ein Verfahren zum Laden der Batterie eines Fahrzeugs, wobei die Zufuhr von Ladeenergie an die Batterie des Elektrofahrzeugs unabhängig von der Art der Ladesteuereinrichtung, die sich an Bord des Fahrzeugs befindet, ausgeführt werden kann. Genauer schafft die vorliegende Erfindung eine Ladestation und ein Verfahren, wobei die Ladeenergie von der Ladestation an das Elektrofahrzeug als Wechselstrom im Bereich von 10 kHz bis zu 200 kHz übertragen und dann im Fahrzeug gleichgerichtet wird. Die Steuerung der Zufuhrrate der Ladeenergie kann von verschiedenen Kriterien abhängen, die von der Art und der Entwicklungsstufe des im Fahrzeug vorhandenen Batterieladesteuermoduls abhängen, oder andernfalls unter der Steuerung eines Ladesteuermoduls, das in der Ladestation vorhanden ist, erfolgen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein schnelles Laden von Batterien ist mittlerweile wohlbekannt. Im folgenden wird auf mehrere Patente Bezug genommen, die sämtlich auf diesen Anmelder lauten und die verschiedene Aspekte eines schnellen Batterieladens lehren. Elektrofahrzeuge sind mittlerweile aus verschiedenen Gründen zunehmend weiter verbreitet. Tatsächlich könnten Elektrofahrzeuge eine mehr oder weniger starke Berechtigung erfahren, da Vorschriften erlassen werden, die fordern, daß wenigstens ein bestimmter Prozentsatz der von einem einzigen Fahrzeughersteller verkauften Fahrzeuge - insbesondere Personenkraftwagen mit einer Sitzanzahl von zwei bis neun Fahrgästen einschließlich des Fahrers -, die herkömmlicherweise durch Brennkraftmaschinen angetrieben werden, auch eine bestimmte Anzahl von Fahrzeugen umfassen muß, die sogenannte "Nullemissions"-Fahrzeuge sind. Das bedeutet, daß derartige Fahrzeuge keine Emissionen von Stickoxiden haben, wobei der am weitesten verbreitete Fahrzeugtyp, der solche strengen Standards erfüllen würde, ein Elektrofahrzeug ist. Elektrofahrzeuge werden durch Batterien mit Leistung versorgt und weisen eine Anzahl von Problemen oder andere Schwierigkeiten auf, die beseitigt werden müssen.
Nicht das kleinste dieser Probleme besteht in der Tatsache, daß ein großer Energiespeicher in Form von Batterien an Bord des Fahrzeugs vorhanden sein muß, damit ein Elektrofahrzeug eine vernünftige Reichweite - die Strecke, die es gefahren werden kann - besitzt. Wenn das Fahrzeug gefahren wird, verwendet es die von den Batterien gelieferte Energie, setzt sie in Antriebsleistung um, die den Rädern des Fahrzeugs zugeführt wird, so daß das Fahrzeug nur über eine endliche Strecke oder Zeitperiode betrieben werden kann, ohne daß eine Wiederaufladung der Batterien erforderlich ist.
Andere verwandte Bedingungen entstehen außerdem in bezug auf Flotten von Fahrzeugen, die in privatem oder gemeinsamem Besitz sind, die jedoch verschiedene Zwecke haben. Beispielsweise können große Fertigungsfabriken, Warenhäuser und dergleichen eine sehr große Anzahl von batteriebetriebenen Gabelstaplern, anderen Karren oder Schleppvorrichtungen und dergleichen haben. Golfplätze haben gewöhnlich eine große Anzahl von Golf-Carts, die von den eine Runde Golfspielenden Golfern gemietet werden können - wobei einige Plätze sogar vorschreiben, daß die Spieler ein Golf-Cart verwenden. Es gibt andere solche Flotten, etwa Post- oder Kurierpaket-Lieferfahrzeuge, die auf einer räumlich begrenzten Lieferroute täglich betrieben werden. Alle diese Arten von Elektrofahrzeugen können als Kandidaten angesehen werden, die Kunden für Ladestationen im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden kommerziell betriebene "Zapfstellen" betrachtet. Da der Gebrauch von. Elektrofahrzeugen zunehmend weiter verbreitet ist und da solche Fahrzeuge von auf den Straßen fahrenden Personenkraftwagen im wesentlichen ununterscheidbar sind, können diese Fahrzeuge weiter vom eigenen Standort entfernt gefahren werden oder es kann sich um Mietfahrzeuge handeln, die von Besuchern eines besonderen Ortes benutzt werden. In jedem Fall besteht eine wachsende Forderung nach solchen Fahrzeugen, die im wesentlichen in der gleichen Art, in der ein normales Fahrzeug zu einer Zapfstelle gefahren wird, um aufzutanken, einfach zu einer Zapfstelle gefahren werden. Bei einem Elektrofahrzeug. wird jedoch statt des Einfüllens von Benzin in den Kraftstofftank des Fahrzeugs elektrische Energie in die Batterien des Fahrzeugs übertragen.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß eine Forderung nach der Verfügbarkeit einer großen Anzahl von Ladestationen sowie die Forderung, daß jede Ladestation elektrische Energie an die Batterie des Fahrzeugs so schnell wie möglich übertragen kann, bestehen. Fahrer von Elektrofahrzeugen wären vielleicht ganz zufrieden, wenn sie für die Lieferung einer großen Menge elektrischer Energie (z. B. 20 kWh bis 50 kWh) 10 bis 20 Minuten warten müssen; sie wollen jedoch nicht mehrere Stunden warten, bis ihr Elektrofahrzeug wieder aufgeladen ist.
Es wird jedoch immer klarer, daß durch die Übertragung von Ladeenergie unter Verwendung eines hochfrequenten Wechselstroms die Größe der Energieübertragungskomponenten sowie die Größe der Verdrahtung reduziert werden können und daß der Vorteil der Komponenten und der Technologie, die in bezug auf die Wechselstrom-Energieübertragung fortschrittlich sind, genutzt werden kann. Ferner ist es durch die Anordnung einer Zufuhr von Batterieladeenergie über eine Primärseite eines induktiv gekoppelten Transformators, der an der Schnittstelle zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug angebracht ist, möglich, auf der Primärseite eine Energie mit hoher Spannung und niedrigem Strom zu verwenden und auf der Sekundärseite des induktiv gekoppelten Transformators oder des induktiven Kopplers Energie mit niedriger Spannung und hohem Strom zu verwenden. Um jedoch solche Anordnungen zu schaffen, muß im Fahrzeug ein Schlitz oder eine andere Aufnahmevorrichtung vorhanden sein, in der sich die Sekundärseite des Transformators befindet, während die Primärseite des Transformators sich an einem Fühler oder einem Stecker befindet, der in den Schlitz oder in die Aufnahmevorrichtung des Fahrzeugs eingeschoben wird, um die Anordnung einer induktiven Kopplung zu vollenden.
Ein besonderer Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die Spannungs- und Frequenzbedingungen auf der Primär- oder Ladestationsseite der Schnittstelle mit induktiver Kopplung für sämtliche Ladestationen unabhängig von den Stromaufnahmeeigenschaften und der Klemmenspannung der im Fahrzeug angebrachten Batterie auf einen konstanten Wert gesetzt werden können. So werden die Spannungs- und Stromanforderungen für irgendeine spezifische Batterie in einem Fahrzeug durch den spezifischen Entwurf der Sekundärseite des Transformators, die im Fahrzeug angebracht ist, automatisch berücksichtigt. Daher ist das Fahrzeug oder die Sekundärseite des induktiven Kopplers für jedes Fahrzeug bzw. für die darin angebrachte Batterie batterie- bzw. fahrzeugspezifisch.
Dies stellt wiederum sicher, daß der Eigentümer/die Bedienungsperson des Fahrzeugs erwarten kann, daß die Batterie unabhängig davon, bei welcher Ladestation er sich befindet, wieder aufgeladen werden kann; hierbei wird selbstverständlich vorausgesetzt, daß für die im Fahrzeug angebrachte Aufnahmevorrichtung und für den Ladestation-Energieübertragungsstecker, die die Sekundärseite bzw. die Primärseite des induktiv gekoppelten Transformators bilden, standardisierte physische Anforderungen bestehen.
Die vorliegende Erfindung zeigt auf, daß ein sicheres und effizientes Wiederaufladen in sehr kurzen Zeitperioden möglich sein muß; damit eine Ladestation 20 bis 50 kWh an eine Elektrofahrzeug-Batterie in 10 oder 20 Minuten zuführen kann, muß die Station selbstverständlich sehr hohe Nennleistungen in der Größenordnung von 100 bis 300 kW haben. Derartige Ladestationen oder Batterieladegeräte sind wahrscheinlich nicht so gängig, daß sie sich in jedermanns Garage finden. Darüber hinaus bedürfen Anschlüsse mit derart hoher Leistung an das lokal verfügbare Stromversorgungsnetz wahrscheinlich einer Zulassung und befinden sich an weiter voneinander entfernten Verteilungspunkten, möglicherweise nicht besonders verschieden von der Art, in der derzeit Benzin-Zapfstellen verteilt sind, alternativ befinden sie sich sogar an strategischen Orten wie etwa innerstädtischen öffentlichen Parkhäusern und dergleichen.
Dadurch entsteht jedoch ein nochmals weiteres Problem, das in bezug auf Elektrofahrzeuge besteht und künftig bestehen wird. Elektrofahrzeuge wie etwa Kraftfahrzeuge, Lieferwagen und dergleichen können extrem unterschiedliche Batteriekapazitäten, Batteriespannungen und vielleicht sogar Batterietypen besitzen.
Wie oben erwähnt worden ist, beseitigt die vorliegende Erfindung derartige Schwierigkeiten durch die Schaffung einer universellen Ladestation, die viele verschiedene elektrische Kraftfahrzeuge und Elektrofahrzeuge über einen weiten Bereich von Parametern - insbesondere einschließlich der Anfangsladestrom- und Anfangsspannungbedingungen, unter denen der Ladevorgang stattfindet - laden kann.
Wie oben erwähnt worden ist, ist es darüber hinaus selbstverständlich, daß eine geeignete und kompatible Leistungsverbindungsvorrichtung oder -aufnahmevorrichtung vorhanden sein muß, damit das Fahrzeug an eine Ladestation innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung angeschlossen werden kann. Daher muß der Leistungsverbinder, mit dem ein Elektrofahrzeug mit einer Ladestation verbunden werden kann, wenigstens zwei Drähte besitzen, die den Maximalwert des zu liefernden Ladestroms bei der Lieferspannung transportieren können. Darüber hinaus muß, wie später genauer beschrieben wird, ein Kommunikationsmittel vorhanden sein, das Daten bezüglich des Ladezustandes der in Aufladung befindlichen Batterie zwischen der Batterie und der Ladestation übertragen kann.
Selbstverständlich wird angenommen, daß jede aufzuladende Batterie einen Anfangsladestrom mit einer Rate von mehr als 1C annehmen kann - d. h. mit einer Ampererate, die größer als die Ampèrestunden-Kapazität der Batterie ist.
Es wird vermutet, daß künftig die meisten Elektrofahrzeuge mit einem Batterieenergie-Managementsystem (BEMS) ausgerüstet sein werden. Ein solches System kann so programmiert werden, daß es Ladealgorithmen verwendet, die entwickelt worden und nun auf dem Markt unter dem Markennamen MINIT-CHARGER von Norvik Technologies Inc., dem Anmelder der vorliegenden Erfindung, verfügbar sind. Selbstverständlich können andere Algorithmen oder andere Batterielade-Steuereinrichtungen verwendet werden, wie später beschrieben wird.
Die vorliegende Erfindung schafft eine universelle Ladestation, die viele verschiedene Elektrofahrzeuge unabhängig davon laden kann, ob sie an Bord eine hochentwickelte Batterieenergie-Managementsystem-Steuereinrichtung oder andere Steuereinrichtungen oder keinerlei Steuereinrichtung haben. Daher ist eine universelle Station innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung selbst mit einem Leistungsabschnitt - dessen einzige Funktion darin besteht, der Batterie Ladeenergie zuzuführen - und mit einem Ladesteuermodul ausgerüstet, dessen Zweck später beschrieben wird. Die Betriebsarten, in denen die universelle Ladestation der vorliegenden Erfindung arbeitet, sind in absteigender Reihenfolge ihres Entwicklungsniveaus die folgenden:
Zunächst kann die Ladestation als gesteuerte Stromquelle unter der Steuerung des batteriespezifischen Ladesteuermoduls, das sich an Bord des Elektrofahrzeugs befindet, arbeiten. In diesem Fall wirkt der Steuereinrichtungsabschnitt der Ladestation in einer herkömmlichen Master-Slave-Konfiguration als Slave für das bordinterne batteriespezifische Ladesteuermodul im Elektrofahrzeug.
Weiterhin kann die Ladestation der vorliegenden Erfindung im wesentlichen unter Beibehaltung der MINIT-CHARGER-Technologie arbeiten, wobei der Parameter des maximalen Anfangsladestroms durch Abfragen des Elektrofahrzeugs, um festzustellen, ob an Bord ein Modul ist, das wenigstens den maximalen Ladestrom angibt, dem die Batterie anfangs unterworfen werden sollte, mehr oder weniger automatisch eingestellt wird.
Schließlich kann die universelle Ladestation der vorliegenden Erfindung in einem niedrigeren Entwicklungsgrad in einer Betriebsart arbeiten, bei der der Parameter des maximalen Anfangsladestroms entweder manuell oder über eine Datenschnittstelle durch Eingeben einer Karte, auf der diese Daten codiert sein könnten, eingegeben wird.
Selbstverständlich werden diese Kriterien auf der Grundlage der Energieübertragung unter Verwendung eines induktiv gekoppelten Transformators bestimmt und diskutiert. So basieren der maximale Anfangsladestrom oder die Steuerung des Ladestroms auf den Eigenschaften des Transformators - und insbesondere auf dessen Sekundärseite, da die Primärseite des Transformators in sämtlichen Ladestationen konsistent ist - wobei die Gleichstrom-Ladeenergie, die an die in Aufladung befindliche Batterie geliefert wird, im allgemeinen eine Energie mit hohem Strom und niedriger Spannung ist; dennoch wird an die Primärseite des induktiv gekoppelten Transformators Energie mit niedrigem Strom und hoher Spannung geliefert. Typischerweise ist die Sekundärseite des induktiv gekoppelten Transformators so beschaffen, daß sie eine Nennladespannung im Bereich von 72 bis 324 Volt liefert, was durch die Spezifikationen der zu ladenden Batterie bestimmt wird. Die Spannung der Primärseite liegt im Bereich von 800 Volt, Industrienormen können jedoch letztendlich im Bereich von weniger als 600 Volt und vielleicht sogar 1200 Volt oder darüber angesiedelt sein. In jedem Fall erfolgt die Stromsteuerung durch Steuern des Werts des Stroms auf der Zufuhr- oder Primärseite.
Zunächst trifft das bordinterne batteriespezifische Ladesteuermodul, das im Elektrofahrzeug vorhanden ist, die Entscheidungen und schickt Signale bezüglich der Größe und des Zeitpunkts des Ladestroms an die Ladestation. In den beiden letzteren Fällen wird die Steuerung der Ladefunktion durch das in der Ladestation befindliche Ladesteuermodul ausgeübt.
Daher ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß Ladestationen unter Beachtung der aufgestellten Richtlinien aufgrund ihrer Merkmale eine bessere "Benutzerfreundlichkeit" bieten. Diese Merkmale können beispielsweise eine Kreditkarten- oder Geldkarten-Schnittstelle umfassen, wobei ein Einzelhandelskunde einfach für die seiner Elektrofahrzeug-Batterie zugeführte Energie bezahlt. Die Ladestation kann Register enthalten, wobei der Anfangsladestrom manuell eingegeben werden kann; sie kann jedoch auch eine Datenschnittstelle enthalten, wobei eine Karte, die mit den Ladeparameter-Einstellungen, die für die spezifische Batterie im Elektrofahrzeug erforderlich sind, codiert ist, in die Datenschnittstelle eingeschoben werden kann, um sicherzustellen, daß keine Fehler oder Bedienungsfehler auftreten. Auf der Karte können Daten bezüglich der Nennladespannung und des maximalen Ladestroms codiert sein, z. B. auf einem Magnetstreifen oder auf einem Speicherchip oder durch gestanzte Löcher oder durch eingeprägte Vertiefungen und/oder Erhebungen, wobei angenommen wird, daß die Datenschnittstelle mit irgendeiner derartigen Karte kompatibel ist.
Weiterhin könnte eine Ladestation der vorliegenden Erfindung auch mit einem Meßgerät ausgerüstet sein, das im voraus die an die Batterie zu liefernde Energiemenge oder den monetären Preis der der Batterie zuzuführenden Energie definieren könnte, ferner könnte ein geeignetes Unterbrechungsmittel vorgesehen sein, um die Lieferung des Ladestroms zu beenden, wenn eine vorgegebene Energiemenge geliefert worden ist oder ein vorgegebener monetärer Preis der Energie geliefert worden ist, je nachdem, was zuerst auftritt. Weiterhin könnte der monetäre Einheitspreis der Energie durch Steuereinrichtungen in der Ladestation geändert werden, wobei der Einheitspreis für die von ihr gelieferte Energie von der Tageszeit abhängen kann - es ist allgemein klar, daß die Lieferung von Ladeenergie während der normalen Tageszeit, zu der die Nachfrage nach einer Zufuhr elektrischer Energie vom örtlichen Stromversorgungsunternehmen sehr hoch ist, bedeuten würde, daß der Einheitspreis für die Energie höher als am Abend ist, wenn viele Büros, Läden und Fabriken und dergleichen nicht mehr geöffnet haben. Tatsächlich könnte das örtliche Stromversorgungsunternehmen fordern, daß in der Ladestation eine Mehrzweckschnittstelle vorhanden ist, über die es über seine eigenen Stromversorgungsleitungen kommunizieren kann, um den Einheitentalwert zu setzen und zurückzusetzen.
Es könnten auch ein anderes Lastmanagement und andere Funktionen wie etwa Einrichtungen für die Belastung des Büros des Fahrzeugbetreibers mit den Kosten für die einem Elektrofahrzeug zugeführte Ladeenergie oder Sperrvorkehrungen, die einen Diebstahl von Ladeenergie mit Ausnahme einer geeigneten Zulassung zum Bedienen der Ladestation usw. verhindern, vorhanden sein.
Wenn somit das Konzept der Ladestation auf eine Zapfstelle erweitert wird, könnte es eine Anzahl ähnlicher Ladestationen oder "Ladeausgabegeräte" geben, die physisch voneinander getrennt sind, so daß sie mehrere Elektrofahrzeuge aufnehmen können. Wie später beschrieben wird, können mehrere Elektro fahrzeuge vor mehreren Ladestationen angeordnet werden und sämtlich an einen einzigen Stationsgleichrichter angeschlossen und von diesem versorgt werden. In jedem Fall können die mehreren Ladestationen in Abhängigkeit von den Bedingungen sequentiell betrieben werden, um so zu einem Zeitpunkt ein Elektrofahrzeug zu laden, alternativ können mehrere gleichzeitig betrieben werden, sofern die zu einer Zeit zugeführte Ladeenergie ein vorgegebenes Maximum nicht übersteigt. In jedem Fall können Prioritäten oder andere Funktionssteuerungen festgelegt sein, um eine effiziente Nutzung der mehreren Ladestationen, die an eine gemeinsame Gleichrichterquelle gekoppelt sind, sicherzustellen. Selbstverständlich folgt auch, daß lokale Energiespeichervorrichtungen wie etwa eine Freilaufeinheit oder Bereitschaftsbatterien für den Lastausgleich vorgesehen sein können, um die Spitzenleistung zu begrenzen, die aus dem vom örtlichen Stromversorgungsunternehmen belieferten Versorgungsnetz gezogen wird.
Selbstverständlich hängen die Betriebsfunktionen der Ladestationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung im allgemeinen wenigstens teilweise von der Fähigkeit des Leistungsabschnitts in Ladestationen ab, sehr schnell ein- und auszuschalten. Darüber hinaus kann ein Überwachungssystem vorgesehen sein, das die Datenkommunikationsverbindung zwischen der in Aufladung befindlichen elektrischen Batterie und der Leistungsstation überwacht, ferner können die Ladungssteuermodule in der Weise beschaffen sein, daß sie Signale periodisch - z. B. nach jeweils 0,5 bis 2 Sekunden - kontinuierlich überwachen und austauschen. Das Überwachungssystem würde feststellen, ob über die Kommunikationsverbindung während einer vorgegebenen Zeitperiode - z. B. 4 bis 6 Sekunden - keine Datenkommunikation stattgefunden hat, wobei dann, wenn dies so ist, Signale ausgegeben werden, um den Ladevorgang zu beenden, um ernsthafte Schwierigkeiten eines Überladens der Batterie zu vermeiden.
Selbstverständlich würde die Bereitstellung von Ladeenergie für die Primärseite des induktiven Kopplers mit einer Frequenz von 10 kHz bis zu 200 kHz erfordern, das die Ladestation mit einem geeignet entworfenen und dimensionierten Schaltinvertermodul ausgerüstet ist, das so beschaffen ist, daß es Energie mit der gewählten Primärspannung und mit der gewählten Frequenz liefert. Jedes Fahrzeug würde seinerseits mit einem geeignet entworfenen und dimensionierten induktiven Koppler und einem Gleichrichter ausgerüstet sein, um die Ladeenergie mit dem Spannungspegel und den Ladestromraten zuzuführen, die für die jeweilige im Fahrzeug angebrachte Batterie als geeignet angesehen werden.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und für eine bessere Beschreibung der zugrundeliegenden Technologien und/oder verwandten Sachverhalte, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, bezieht sich der Anmelder auf die folgenden Patente:
Zunächst findet sich eine grundlegende Lehre von schnell ladenden Batterieladeeinrichtungen in dem NOR-Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.179.335, erteilt am 12. Januar 1993. Dieses Patent lehrt Batterieladeeinrichtungen, bei denen die elektrische Ladeleistung, die an die Batterie geliefert wird, für ein im voraus gewähltes Zeitintervall periodisch unterbrochen wird, um die Erfassung der Spannung ohne internen Widerstand der Batterie während der Unterbrechung der Ladeleistung zu ermöglichen. Es ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die die Spannung ohne internen Widerstand mit einer im voraus gewählten Referenzspannung vergleicht; eine weitere Schaltungsanordnung ist vorgesehen, um die an die Batterie gelieferte Leistung zu reduzieren, wenn die Spannung ohne internen Widerstand der Batterie die im voraus gewählte Referenzspannung übersteigt. Somit wird die Laderate der Batterie allmählich reduziert.
Das NOR-Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.202.617, erteilt am 13. April 1993, lehrt eine grundlegende Ladestation für Elektrofahrzeuge. Hier kann die Batterie des Elektrofahrzeugs entweder unter der Steuerung einer bordinternen Steuereinrichtung geladen werden, alternativ kann der Ladevorgang manuell gesteuert werden. Das Patent erfordert einen Leistungsverbinder und ein zugeordnetes Leistungskabel zum Verbinden mit dem Fahrzeug, eine Schnittstelle mit Signalkabeln, um Status- und/oder Steuersignale zwischen dem Fahrzeug und der Leistungsteuereinrichtung innerhalb der Ladestation zu transportieren, sowie eine Absperrung, die die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug verhindert, wenn sich der Leistungsverbinder nicht an seinem Bestimmungsort befindet. Wenn der Ladevorgang durch die bordinterne Steuereinrichtung gesteuert wird, ist der Betrieb der Ladestation batteriespezifisch, weshalb sich die Betriebsparameter der Ladestation von einem Elektrofahrzeug zum nächsten unterscheiden können.
An NOR u. a. wurde das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.204.611 am 20. April 1993 für eine fortschrittlichere Batterieladeeinrichtung erteilt. Hierbei wird die widerstandslose Klemmenspannung der Batterie während eines Intervalls erfaßt, in dem der Ladestrom unterbrochen ist, und mit einer unabhängigen Referenzspannung verglichen. Die Referenzspannung kann jedoch jederzeit in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur oder von der internen Temperatur oder dem internen Druck der Batterie oder in Abhängigkeit vom Ladestrom, wenn sich dieser in einem vorgegebenen Bereich befindet, oder sogar dann, wenn eine besondere Änderung des Wertes des Ladestroms während einer vorgegebenen Zeitperiode auftritt, geändert werden. Diese verschiedenen Vorkehrungen schließen beispielsweise ein thermisches Durchgehen aus und stellen sehr schnelle und vollständige Ladevorgänge für die Batterie unabhängig von ihrem Zustand sicher, in dem sie sich befunden haben könnte, als sie zum ersten Mal an die Batterieladeeinrichtung ange schlossen wurde, sofern sie überhaupt eine Ladung aufnehmen kann.
Es gibt außerdem das NOR-Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.206.578, erteilt 27. April 1993, das ein Überwachungssystem für Batterien während des Ladens oder Entladens lehrt, wobei die Anschlüsse zwischen benachbarten Paaren von Modulen und am Ende jeder Batterie angeordnet sind, so daß die Spannung an jedem Modul an dem Klemmenpaar, das das Modul definiert, gemessen werden kann. Einige oder sämtliche der Module können periodisch etwa durch einen geeigneten Betrieb eines Multiplexers getestet werden. Falls die Modulspannungen außerhalb vorgegebener Grenzen liegen, können Warnungen ausgegeben werden. Der Testvorgang kann tatsächlich unabhängig davon fortgesetzt werden, ob die Batterie geladen oder entladen wird.
Das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.548.200 an NOR u. a., erteilt am 20. August 1996, lehrt eine universelle Ladestation sowie ein Verfahren zum Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge. Diese Anmeldung lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine Gleichstrom-Ladeenergie an ein oder mehrere Fahrzeuge in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen liefert, wobei der Anfangspegel des Ladestroms und die anfängliche Ladespannung unter Berücksichtigung von Parametern, die entweder durch die bordinterne Batterielade-Steuereinrichtung oder durch eine Ladesteuereinrichtung in der Ladestation oder aber durch ein manuelles oder automatisches Setzen dieser Parameter vorgegeben sind, gesetzt und bestimmt werden. Wie jedoch erwähnt worden ist, ist diese Ladestation eine strikte Gleichstrombetrieb-Vorrichtung.
Es gibt außerdem die NOR-PCT-Anmeldung, die als WIPO-Dokument Nr. WO-A-96/22625 am 25. Juli 1996 veröffentlicht wurde. Diese Anmeldung lehrt Batterieenergie-Überwachungsschaltungen, wobei eine langkettige Batterie sowohl unter Lade- als auch unter Entladebedingungen überwacht werden kann. Die Überwachungsmo dule für spezifische Zellen oder Batteriemodule können voneinander und von den Batteriemodulen isoliert werden, wobei Anordnungen vorgesehen sind, die sicherstellen, daß große Spannungs- und/oder Stromabtastungen, die während einer periodischen Unterbrechung oder während anderer Abtastperioden ausgeführt werden, so beschaffen sind, daß sie ein Gleichgewicht der elektrischen Lade- oder Entladereaktion zu diesem Zeitpunkt angeben. Es sind Vorkehrungen getroffen, daß fehlerhafte Ablesungen während einer schnellen Beschleunigung oder Verzögerung eines Elektrofahrzeugs oder unter anderen Umständen mit Ausnahme von im wesentlichen stationären Zuständen verworfen oder zurückgewiesen werden. Es sind andere Vorkehrungen getroffen worden, so daß in bezug auf die noch in der Batterie befindliche verfügbare Energie Warnungen ausgegeben werden, wenn sie unter einen spezifischen Pegel abfällt; außerdem sind weitere Mittel vorgesehen, die sicherstellen, daß die Entladerate oder die Rate des regenerativen Ladens der Batterie vorgegebene Grenzen nicht übersteigen, die durch die Ladeaufnahmeeigenschaften der Batterie vorgegeben sein können.
Es sind mehrere Patente und Veröffentlichungen bekannt, wobei die Einzelheiten des Entwurfs und der Funktion des spezifischen Steckers und der Aufnahmevorrichtung, die den induktiv gekoppelten Transformator enthalten und die von der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, bekannt sind. Sie umfassen das Patent der Vereinigten Staaten Nr 4.656.412, erteilt am 7. April 1987 an McLYMAN. Dieses Patent lehrt eine über einen ferroresonanten Fluß gekoppelte Batterieladeeinrichtung, die jedoch eine Spannungsregelungsschaltung besitzt, die eine Ausgangsspannung schafft, die zur Frequenz der eingegebenen Wechselspannung proportional ist. Die Ferroresonanzschaltung enthält einen Ausgang, einen sättigbaren Kerntransformator und einen ersten linearen Induktor sowie einen Kondensator, der so abgestimmt ist, daß er bei der dritten Harmonischen der Wechselspannung vom Hochfrequenzumsetzer in Resonanz tritt. Es ist eine Rückkopplungsschaltung vorgesehen, die die Spannung über den Ausganganschlüssen mit einer Referenz spannung vergleicht und dadurch die Frequenz der Wechselspannung steuert, um so die Spannung über den Ausgangsanschlüssen auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Die Steuerung des Ladestroms in Abhängigkeit von der Ladeakzeptanz der in Aufladung befindlichen Batterie wird nicht diskutiert.
Das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.157.319 an KLONTZ u. a., erteilt am 20. Oktober 1992, schafft ein kontaktloses Batterieladesystem, das einen Primärumsetzer zum Umsetzen der Leistung von einer Leistungsquelle in eine hochfrequente Leistung enthält. Ein sekundärer Umsetzer befindet sich an Bord eines Elektrofahrzeugs und ist mit der Batterie gekoppelt, um die hochfrequente Leistung in eine Ladeleistung umzusetzen, die an die Batterie oder eine Energiespeichervorrichtung geliefert wird. Dieses Ladesystem arbeitet im Bereich von 2 kHz bis 50 kHz und kann große Mengen elektrischer Energie liefern. Die Erfindung ist jedoch insbesondere auf die spezifische Struktur der induktiven Kopplungsvorrichtung gerichtet. Die Weise, in der die Ladestromsteuerung ausgeführt wird, wird nicht betrachtet.
Eine nochmals weitere induktive Kopplungsvorrichtung wird in dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.216.402 von CAROSA, erteilt am 1. Juni 1993, gelehrt. Hierbei ist der induktive Koppler so beschaffen, daß bei gepaarter Primär- und Sekundärspule ein Induktanztransformator mit äußerst niedrigem Kriechverlust gebildet wird. Dieser Transformator ermöglicht die Übertragung elektrischer Leistung ohne Metall-Metall-Kontakt und erlaubt dadurch eine einfache Entfernung der Primärspule oder der Sekundärspule aus dem Transformator. Von dem Transformator wird gesagt, daß er in einem Frequenzbereich von ungefähr 40 kHz mit einer Leistungsübertragung von ungefähr 6000 Watt, die über einen induktiven Koppler mit einem Volumen von ungefähr 25,8 Kubikzoll übertragen werden, arbeitet, was eine Leistungsdichte von 230 Watt pro Kubikzoll ergibt. Der induktive Koppler schafft eine wetterfeste Vorrichtung, die Leistung an eine Last wie etwa ein Elektrofahrzeug koppelt, um so dessen Antriebsbatterie wieder aufzuladen. Es wird jedoch die Weise der Steuerung des Ladestroms nicht betrachtet.
Ein weiteres Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.341.083 an KLONTZ u. a., erteilt am 23. August 1994, zeigt mehrere verschiedene alternative Schemata für die Schaffung eines kontaktlosen Wiederaufladesystems sowie ein Verfahren zum Übertragen von Leistung von einem Primärumsetzer über Kabel und einen Koaxialwicklungstransformator an einen Sekundärumsetzer, der in einem Elektrofahrzeug installiert ist, und von dort zur Fahrzeugbatterie. Die vom Primärumsetzer an den Koaxialwicklungstransformator übertragene Leistung wird mit einer hohen Frequenz von 2 bis 50 kHz übertragen. Das Patent ist jedoch vor allem auf die Schaffung alternativer, billiger Wiederaufladestationen mit verschiedenen Steuergraden bezüglich der richtigen oder korrekten Wiederaufladestrategie für die Fahrzeugbatterie gerichtet.
Außerdem haben KLONTZ u. a. eine Arbeit mit den Titel An Actively Cooled 120 KW Co-Axial Winding Transformer for Fast Charqing Electric Vehicles auf den Seiten 1049 bis 1054 in der IEEE-Veröffentlichung Nr. 0-7803-1993-1/94 veröffentlicht. Der Zweck dieser Arbeit besteht darin, eine nochmals weitere Transformatorstruktur zu lehren, die bei 15 kHz bis 200 kl-1z arbeitet, und einen hocheffizienten Transformator zu schaffen, der eine Leistungsdichte im Bereich von 25 kW/kg besitzt. Die Struktur ist ein Koaxialwicklungs-Transformator. Erneut wird die Weise, in der die Ladestromsteuerung erfolgt, nicht betrachtet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 10 beansprucht ist, werden sowohl ein Verfahren zum Laden der Batterie eines Elektrofahrzeugs als auch eine Vorrichtung hierfür geschaffen, wobei die Batterie einen Anfangsladestrom mit einer Ampererate aufnehmen kann, die größer als die Amperestunden-Kapazität der Batterie ist, und wobei die Ladestation, von der aus die Ladeenergie der Batterie zugeführt wird, so angeordnet ist, daß sie Ladeenergie mit einer vorgegebenen Spannung und einer Zufuhrfrequenz zuführt, die typischerweise im Bereich von 10 kHz bis 200 kHz liegt. Die Ladeenergie wird dem Fahrzeug durch einen induktiven Koppler zugeführt, der eine Primärseite, die mit der Ladestation verbunden ist, sowie eine Sekundärseite hat, die in dem Fahrzeug montiert ist, und von dort durch einen in dem Fahrzeug montierten Gleichrichter zu der Batterie.
Das Verfahren enthält die folgenden Schritte:
(a) Ausstatten des Fahrzeugs mit der Sekundärseite des induktiven Kopplers, so daß Ladeenergie zu dem Fahrzeug und von dort durch den Gleichrichter zu der Batterie als Gleichstrom und mit einer Ladespannung zugeführt wird, die durch die Transformationseigenschaften der Sekundärseite des induktiven Kopplers bestimmt ist. Der Pegel des Ladestroms basiert auf der vorgegebenen Spannung und Zufuhrfrequenz der Ladeenergie, die der Primärseite des induktiven Kopplers zugeführt wird, um die Ladespannung für die in Aufladung befindliche Batterie geeignet zu machen.
(b) Die Primär- und die Sekundärseite des induktiven Kopplers werden physisch in einer räumlichen Beziehung angeordnet, um dazwischen eine induktive Kopplung herzustellen.
(c) Herstellen eines Kommunikationsmittels, das Daten über den Ladezustand der in Aufladung befindlichen Batterie zwischen der Batterie und der Ladestation übertragen kann.
(d) Das Fahrzeug wird über das Kommunikationsmittel abgefragt, um festzustellen, ob ein batteriespezifisches Ladesteuermodul vorhanden und mit der Batterie in dem Fahrzeug assoziiert ist; oder ob in dem Fahrzeug ein Personality-Modul vorhanden ist, das wenigstens das Kriterium des maximalen Ladestroms identifiziert, mit dem die Batterie mit der vorgegebenen Ladespannung in der kürzestmöglichen Zeit aufgeladen werden kann; oder um bei Abwesenheit eines batteriespezifischen Lademoduls in Verbindung mit der Batterie oder eines Personality-Moduls, das wenigstens das Kriterium des maximalen Ladestroms identifiziert, mit dem die Batterie mit der vorbestimmten Ladespannung in der kürzestmöglichen Zeit geladen werden kann, zu ermitteln, ob in dem Fahrzeug wenigstens ein Überwachungsmittel vorhanden ist, um den Wert der Klemmenspannung der in Aufladung befindlichen Batterie zu messen.
Das Verfahren enthält ferner einen der folgenden Schritte:
(e) Für den Fall, daß ein batteriespezifisches Ladesteuermodul in dem Fahrzeug vorhanden ist, Aufladen der Batterie durch Zuführen von Ladestrom durch den induktiven Koppler und den Gleichrichter unter der Steuerung des batteriespezifischen Ladesteuermoduls. Stoppen der Zufuhr von Ladestrom zu der Batterie als Antwort auf ein entsprechendes Signal, das von dem batteriespezifischen Ladesteuermodul ausgegeben wurde, und nachfolgendes physisches Wegnehmen der Primär- und der Sekundärseite des induktiven Kopplers voneinander, um die Batterie von der Ladestation zu trennen.
(f) Alternativ für den Fall, daß ein Personality-Modul, das wenigstens den maximalen Ladestrom identifiziert, in dem Fahrzeug vorhanden ist, Aufladen der Batterie durch Zuführen von Ladestrom durch den induktiven Koppler und den Gleichrichter anfänglich mit dem maximalen Ladestrom. Periodisches Unterbrechen der Zufuhr von Ladestrom und dann Ermitteln der momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung der Batterie während jedes Zeitintervalls, in dem die Zufuhr von Ladestom unterbrochen wurde, und Vergleichen mit einer Referenzspannung, die in einem Ladesteuermodul gespeichert ist, das in der Ladestation vorhanden ist. Reduzieren des Ladestroms durch Reduzieren des Stroms der Ladeenergie, die der Primärseite des induktiven Kopplers unter der Steuerung des Ladesteuermoduls in der Ladestation zugeführt wird. Stoppen der Zufuhr von Ladestrom durch den induktiven Koppler und den Gleichrichter zu der Batterie als Antwort auf ein Signal, das von dem Ladesteuermodul in der Ladestation ausgegeben wurde. Nachfolgendes physisches Wegnehmen der Primär- und der Sekundärseite des induktiven Kopplers voneinander, um die Batterie von der Ladestation zu trennen.
(g) Eine weitere Alternative besteht darin, daß in dem Fall, in dem in dem Fahrzeug wenigstens ein Überwachungsmittel vorhanden ist, um den Wert der Klemmenspannung der in Aufladung befindlichen Batterie zu messen, die Ladestation auf einen vorbestimmten zulässigen Stromwert der Ladeenergie mit der vorbestimmten Spannung voreingestellt wird. Ebenso kann eine maximale Menge an Ladeenergie, deren Zufuhr zu der Batterie zugelassen werden soll, voreingestellt werden. Die Zufuhr von Ladestrom wird periodisch unterbrochen und die momentane widerstandsfreie Klemmenspannung der Batterie wird während jedes Zeitintervalls, in dem die Zufuhr des Ladestroms unterbrochen wurde, ermittelt und mit einer Referenzspannung verglichen, die in dem in der Ladestation vorhandenen Ladesteuermodul gespeichert ist. Der Ladestrom wird durch Reduzieren des Stroms der Ladeenergie, die der Primärseite des induktiven Kopplers unter der Steuerung des Ladesteuermoduls in der Ladestation zugeführt wird, reduziert. Die Zuführung von Ladestrom durch den induktiven Koppler und den Gleichrichter zu der Batterie wird als Antwort auf ein Signal, das von dem Ladesteuermodul in der Ladestation oder nach der Zufuhr der voreingestellten maximalen Menge an Ladeenergie zu der Batterie ausgegeben wurde, gestoppt. Nachfolgend werden die Primär- und die Sekundärseite des induktiven Kopplers physisch voneinander weggenommen, um die Batterie von der Ladestation zu trennen.
Im Schritt (e) werden Signale zum Regeln der Zufuhr von Ladestrom von der Ladestation über das genannte Kommunikationsmittel geliefert. In jedem der Schritte (f) und (g) werden die Daten, die die momentane Klemmenspannung der Batterie anzei gen, zwischen der Batterie und der Ladestation über das Kommunikationsmittel übertragen.
Die Sekundärseite des induktiven Kopplers kann so montiert sein, daß sie eine Aufnahmevorrichtung mit einer gewählten Größe in dem Fahrzeug darstellt, in die die Primärseite des induktiven Kopplers eingesetzt werden kann, um einen Transformator mit trennbarem Kern zu bilden.
Darüber hinaus besitzt der Transformator mit trennbarem Kern ein hohes Wicklungsverhältnis, so daß die Primärspannung hoch ist und der Primärstrom niedrig ist im Vergleich zu der Ladespannung und dem Ladestrom, die der Batterie über den im Fahrzeug angebrachten Gleichrichter zugeführt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Nun werden Ausführungen dieser Erfindung beispielhaft und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, worin:
Fig. 1 ein Logikablaufplan des Abfrageschemas und der verschiedenen Ladeschemata ist, die beim Laden eines Elektrofahrzeugs von einer universellen Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können;
Fig. 2 eine Darstellung einer einzelnen Ladestation und eines einzelnen Fahrzeugs in einer typischen Betriebssituation ist, in der die Batterie des Fahrzeugs durch die Ladestation aufgeladen wird;
Fig. 3 eine typische allgemeine schematische Darstellung einer Ladestation für eine Flotte von mehreren Fahrzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 eine typische allgemeine schematische Darstellung einer Zapfstelle für mehrere Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5(a) ein Schaltplan der Primär- und der Sekundärseite des induktiven Kopplers in physischer und elektrischer gegenseitiger Nähe für die Herstellung einer induktiven Kopplung ist, wobei der Ausgang mit einem Vollwellengleichrichter verbunden ist; und
Fig. 5(b) eine ähnliche Figur wie Fig. 5(a) ist, jedoch die Verwendung eines Brückenschaltungsgleichrichters zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Nun wird auf die Fig. 1 bis 5 Bezug genommen.
Zunächst ist in Fig. 1 ein typischer Logikablaufplan 20 für den Betrieb einer Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Am Start 22 wird bei 24 ermittelt, ob an die Ladestation ein Fahrzeug angeschlossen ist. Wenn ja, wird das Fahrzeug bei 26 abgefragt, um zu ermitteln, ob sich an Bord des Fahrzeugs ein Batterieenergie-Managementsystem befindet. Wenn nein, wird das Fahrzeug bei 28 abgefragt, um festzustellen, ob irgendein anderes kompatibles batteriespezifisches Ladesteuermodul an Bord des Fahrzeugs ist; und wenn nein, wird das Fahrzeug bei 30 abgefragt, um zu ermitteln, ob sich an Bord des Fahrzeugs ein "Personality-Modul" befindet, wobei das Personality-Modul wenigstens die Kriterien des maximalen Ladestroms identifiziert, mit dem die Batterie in der kürzestmöglichen Zeitperiode geladen werden kann. Bei Fehlen des Personality-Moduls wird bei 32 entschieden, ob die Ladestation manuell betätigt wird. Wenn nein, wird die Logik nach 24 zurückgeschleift, wo ermittelt wird, ob wirklich ein Fahrzeug mit der Ladestation verbunden ist. Falls bei 32 ein manueller Betrieb gewählt ist, muß sich an Bord des Fahrzeugs wenigstens ein Überwachungsmittel befinden, das die Klemmenspannung der in Aufladung befindlichen Batterie bestimmt.
Wenn nun entweder im Schritt 26 oder im Schritt 28 festgestellt wird, daß sich an Bord des Fahrzeugs ein batteriespezifisches Ladesteuermodul befindet, wird bei 34 der Ladevorgang begonnen. Die Operatoren 36 und 38 geben an, daß das bordinterne batteriespezifische Ladesteuermodul die Ladestation wie eine gesteuerte Stromquelle betreibt, wobei die bordinterne Steuereinrichtung sämtliche Entscheidungen bezüglich des Werts des Ladestroms zu jedem Zeitpunkt trifft. Es gibt außerdem Start- und Stopp-Befehle aus, die beispielsweise nach jeder Sekunde wiederholt ausgegeben werden und einen Teil der Überwachungsfunktion bilden, um festzustellen, ob die Ladeoperation normal erfolgt und ob die aufgestellten Kriterien für den Ladestrom zu jedem Zeitpunkt noch immer befolgt werden. Früher oder später, gewöhnlich dann, wenn die Batterie geladen ist, wird bei 40 entschieden, den Ladevorgang anzuhalten. Wenn dem so ist, fragt die Ladestation bei 42 ab, um festzustellen, ob das Fahrzeug getrennt worden ist, wobei der Ladevorgang bei 44 abgeschlossen ist, wenn dem so ist.
Wenn bei 30 entschieden wird, daß sich an Bord des Fahrzeugs ein Personality-Modul befindet, wird bei 46 eine Start-Entscheidung getroffen. Die Ablesung des maximalen Stroms erfolgt bei 48, wobei die Steuerung an die Ladestation bei 50 übergeben wird. Hier folgt die Ladestation den Ladeprozeduren und -verfahren, die insbesondere in den obenerwähnten Patenten der Vereinigten Staaten Nr. 5.202.617 und Nr. 5.204.611 beschrieben sind.
Wie oben werden periodisch, beispielsweise nach jeweils einer Sekunde, Stopp-Befehle ausgegeben, wobei früher oder später die Entscheidung bei 52 getroffen wird, den Ladevorgang anzuhalten, weil die Batterie vollständig geladen ist. Erneut fragt die Ladestation selbst bei 42 ab, um festzustellen, ob das Fahrzeug getrennt worden ist, wobei der Ladevorgang bei 44 abgeschlossen ist, wenn dem so ist.
Falls schließlich bei 32 ein manueller Betrieb gewählt worden ist, wird bei 54 ermittelt, ob eine Fahrzeugidentifizierungskarte in eine Datenschnittstelle in der Ladestation eingeführt worden ist. Diese Fahrzeugidentifizierungskarte stellt die Ladestationseinstellungen für den maximalen Ladestrom her; wenn sie vorhanden ist, erfolgt dieser Schritt bei 56.
Wenn keine Fahrzeugidentifizierungskarte in die Datenschnittstelle in der Ladestation eingeführt worden ist, muß bei 58 eine Entscheidung über einen manuellen Start getroffen werden. Wenn dem so ist, muß der maximale Ladestrom manuell in das Register in der Ladestation bei 60 eingegeben werden.
Wie oben erwähnt worden ist, kann die Ladestation mit einem Meßgerät ausgerüstet sein, das im voraus die der Batterie zuzuführende Energiemenge oder den monetären Preis der der Batterie zuzuführenden Energie definieren kann, wobei dann ferner ein geeignetes Unterbrechungsmittel vorgesehen ist, das die Zuführung des Ladestroms beendet, wenn eine vorgegebene Energiemenge zugeführt worden ist, oder wenn ein vorgegebener monetärer Preis der Energie geliefert worden ist, je nachdem, was zuerst eintritt. Somit wird der Maximalwert der Ladeenergie, der der Batterie zuzuführen ist, durch wahlweises Einstellen des Meßgeräts erreicht. Wie oben erwähnt worden ist, kann ferner der monetäre Einheitspreis der Energie in Abhängigkeit von der Tageszeit, zu der der Ladestrom in die Batterie fließt, geändert werden.
Nach dem Schritt S6 oder dem Schritt 60 übernimmt das Ladesteuermodul in der Ladestation bei 62. Erneut müssen eine Anzahl von Entscheidungsschritten durchlaufen werden; der erste von ihnen befindet sich bei 64, wo ermittelt worden ist, ob voreingestellte Werte der der Batterie zugeführten gesamten kWh erreicht worden sind oder ob ein vorgegebener Energiepreis erreicht worden ist. Wenn ja, wird die Ladefunktion sofort beendet und fragt die Ladestation selbst bei 42 ab, um zu ermitteln, ab das Fahrzeug getrennt worden ist. Falls der voreingestellte Preis oder die voreingestellte Energiemenge, die der Batterie zuzuführen ist, noch nicht erreicht ist, wird bei 66 entschieden, ob irgendein besonderes Niveau - das typischerweise die Bedeutung hätte, ob die Batterie eine spezifische Klemmenspannung erreicht hat - erreicht worden ist. Wenn dem so ist, wird wiederum die Ladefunktion beendet und fragt die Ladestation selbst bei 42 ab, ob das Fahrzeug getrennt worden ist. Falls schließlich keine der Abfragen bei 64 oder 66 den Ladevorgang beendet hat, sind vom Ladesteuermodul in der Ladestation wie vorher periodische Stopp-Befehle ausgegeben worden. Früher oder später wird der Stopp-Befehl akzeptiert und wird bei 68 entschieden, die Ladefunktion zu beenden. Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Schritte 40, 52 und 68 auch einen manuellen Eingriff in jedem Fall angeben, wobei ein manueller Stopp-Befehl ausgegeben wird.
Selbstverständlich können Entscheidungen bezüglich der Beendigung der Ladefunktion bei 40, 52, 66 oder 68 in Abhängigkeit vom Entwicklungsgrad des bordinternen Batterieladesteuermoduls oder des Ladesteuermoduls in der Ladestation und in Abhängigkeit von der über die Datenkommunikationsleitung übertragenen Datenmenge getroffen werden, wobei die Ladefunktion beendet werden könnte, falls die interne Temperatur der Batterie oder ihr interner Druck zu hoch werden oder indem andere Kriterien berücksichtigt werden, die genauer in dem oben angegebenen Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.204.611 beschrieben sind.
In Fig. 2 ist ein Fahrzeug 80 gezeigt, das an einer Ladestation 82 befestigt ist. Das Fahrzeug besitzt eine bordinterne Batterie 84 und kann ein Batterieladesteuermodul oder ein Batterieenergie-Managementsystem 86 oder eine andere Überwachungsvorrichtung oder ein anderes Überwachungsmodul wie oben beschrieben besitzen. Das Fahrzeug 80 ist über den induktiven Koppler 88 mit der Ladestation 82 verbunden. Zwischen den induktiven Koppler 88 und die Batterie 84 ist ein Gleichrich ter 85 eingesetzt, der ein Vollwellen- oder ein Brückengleichrichter sein kann, wie später beschrieben wird.
Ferner ist ein Paar Drähte oder ein Koaxialkabel 90 vorgesehen, die die zuzuführende Ladeenergie mit hoher Spannung und hoher Frequenz über den Gleichrichter 85 zum induktiven Koppler 88 und von dort zur Batterie 84 transportieren kann. Außerdem ist ein Datenkommunikationsmittel 92 vorgesehen, das mit hierfür bestimmten Datendrähten oder mit einer Stromleitungs-Trägervorrichtung oder mit einer Lichtleitfaser versehen ist. Es können Optokoppler und zugeordnete Datenübertragungsmittel oder induktive Koppler mit niedriger Leistung und deren zugeordnete Übertragungsmittel vorgesehen sein. Alternativ kann die Datenkommunikationsleitung durch einen Funkfrequenzsender und einen Funkfrequenzempfänger, die sich geeigneterweise sowohl im Fahrzeug 80 als auch in der Ladestation 82 befinden, ersetzt sein. Für den Funkfrequenzsender und den Funkfrequenzempfänger sind gegebenenfalls geeignete Drähte, Kabel, optische Koppler oder Faserverbinder oder Übertragungsmittel vorgesehen. Die Ladestation 82 ist so dargestellt, daß sie mit der Netzverbindung mit Drähten 94 verbunden ist, die Hochspannungswechselspannungsleitungen sind, die vom örtlichen Stromversorgungsunternehmen bereitgestellt werden und aus denen elektrische Energie gezogen wird. Eine solche Anordnung arbeitet jedoch mit der Stromfrequenz des Unternehmens - gewöhnlich 50 Hz oder 60 Hz. Die Seite der Ladestation kann mit einer manuellen Schnittstelle und einem Tastenfeld 96 oder mit einem Kartenschlitz 98 versehen sein, der mit einer Datenschnittstelle in der Ladestation 82 kommuniziert. In jedem Fall sind Register oder Mikroprozessoren vorgesehen und dem Tastenfeld 96 oder dem Kartenschlitz 98 zugeordnet, so daß die Einstellung des maximalen Ladestroms manuell oder durch Einschieben einer Karte in den Kartenschlitz 98 erfolgen kann. Wie oben erwähnt worden ist, sind die Karte und die Datenschnittstelle, die dem Kartenschlitz 98 zugeordnet sind, kompatibel und können so beschaffen sein, daß sie "Personality-Daten" wie etwa den maximalen Ladestrom lesen können, der in der Karte entweder in einem Magnetstreifen, durch ausgestanzte Löcher, eingeprägte Vertiefungen oder Erhebungen codiert sein kann. Es können andere Meldegeräte 100 und 102 vorgesehen sein, die laufend einen Hinweis auf die zugeführte Energiemenge in kWh oder die Kosten in der lokalen Währung wie etwa Dollar angeben.
In diesem Zusammenhang ist angemerkt worden, daß es günstig sein könnte, die Versorgungsschnittstelle an der Vorderseite der Ladestation 82 mit geeigneten programmierbaren Registern oder dergleichen in der Ladestation auszurüsten, um den Preis pro Energieeinheit abhängig von der Tageszeit festzulegen. Die zeitabhängige Preisfestsetzung schafft für das örtliche Stromversorgungsunternehmen, für die Bedienungsperson der Ladestation und für den Verbraucher einen Vorteil, da höhere Preise während des Tages dazu führen könnten, daß von einem Betrieb der Ladestation in Zeiten mit Spitzenenergieverbrauch während des Tages abgesehen wird. Es könnte sein, daß der Preis für die Bedienungsperson der Ladestation vom örtlichen Stromversorgungsunternehmen abhängig von der Tageszeit unterschiedlich sein kann. In jedem Fall könnte das örtliche Stromversorgungsunternehmen weniger stark gefordert sein und könnte der Verbraucher ein wirtschaftliches Verhalten verwirklichen, wenn die Ladestation zu Nichtspitzenzeiten betrieben wird.
Es sollte angemerkt werden, daß das Batterieenergie-Managementsystem 86, das sich an Bord des Fahrzeugs 80 befindet, auch ein geeignetes Überwachungsmittel besitzen könnte, um die Batterie 84 während des Ladens und/oder Entladens zu überwachen, wie in dem obenerwähnten Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.206.578 gelehrt wird.
Darüber hinaus könnte das Personality-Modul, das an Bord des Fahrzeugs 80 anstelle der Ladesteuereinrichtung 86 vorgesehen sein könnte, so beschaffen sein, daß es ein kalibriertes Teilernetzwerk bereitstellt, dessen Zweck darin besteht, die Batterie 84 für die Ladestation 82 so erscheinen zu lassen, als ob es sich um eine Standard-Blei/Säure-Batterie mit bekannter Nennspannung handelt. Selbstverständlich wird gleichzeitig vom Personality-Modul der maximale Ladestrom aufgebaut. Somit können verschiedene elektrochemische Systeme für die Batterie 84 berücksichtigt werden.
In Fig. 3 ist ein typisches System gezeigt, das von einem Flotten-Operator betrieben werden könnte, der eine Anzahl von Elektrofahrzeugen besitzt, die Lieferfahrzeuge, Gabelstapler, Golf-Carts, Mietfahrzeuge oder dergleichen sein können. Hier können mehrere Fahrzeugbatterien von einer einzigen Ladestation 120 geladen werden, indem Ladeenergie an einen von mehreren Schaltern oder Schützen 122 verteilt wird, an die mehrere Elektrofahrzeuge 124 angeschlossen sein können. Jedes Fahrzeug 124 besitzt seine eigene bordinterne Batterie 126 und seine eigene bordinterne Ladesteuereinrichtung oder sein eigenes bordinternes Batterieladesteuermodul 128 gemäß der vorliegenden Beschreibung. Darüber hinaus ist jedes Fahrzeug 124 mit seinem eigenen induktiven Koppler 127 und seinem eigenen Gleichrichter 129 ausgerüstet. Außerdem ist ein Kommunikationskoppler 131 vorgesehen, mit dem Daten, die für jedes Fahrzeug 124 eindeutig sind, an die Ladestation 120 übertragen werden können.
Die Ladestation 120 ist mit dem Versorgungsnetz bei 130 über einen Gleichrichter 134 verbunden. Die Versorgungsschnittstelle 132 stellt ein Mittel für das örtliche Stromversorgungsunternehmen bereit, um mit der Ladestation zu kommunizieren, beispielsweise um den monetären Einheitspreis wie oben beschrieben zu ändern. In der Ladestation 120 sind ein Ladesteuermodul 136, ein Schaltinvertermodul 138, eine Benutzerschnittstelle 140 und eine Fahrzeugschnittstelle 142 vorhanden. Die Benutzerschnittstelle kann etwa das in Fig. 2 gezeigte Tastenfeld 96 und/oder ein Kartenschlitz 98 sein. Die Fahrzeugschnittstelle 142 bildet ein Mittel, durch das eine Datenkommunikationsverbindung 144 mit der Ladestation 120 von jedem Kommunikationskoppler 131 kommuniziert. Der Ladeeinrichtungs ausgang von der Ladestation befindet sich bei 146, ferner stellt eine Stromleitung, die ein Paar Drähte oder ein Koaxialkabel 148 umfaßt, den Ladestrom für jedes der Schütze 122 bereit.
Hierbei wird nur eines der Schütze 122 zu irgendeinem Zeitpunkt wahlweise geschlossen. Jedes der Schütze 122 besitzt jedoch seine eigene eindeutige Bezeichnung - z. B. wie durch die Bezeichnungen 122a, 122b, 122c, 122d usw. angegeben ist. Somit sind Mittel vorgesehen, um irgendeines der Schütze wahlweise zu schließen, während die Stromversorgungsleitung 148 mit sämtlichen Schaltern oder Schützen in Verbindung bleibt.
Es muß darauf hingewiesen werden, daß das Schaltinvertermodul sich von dem Schaltinvertermodul, das in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. 08/275.878 des Anmelders, auf die oben Bezug genommen worden ist, diskutiert wird, erheblich unterscheidet. In dieser früheren Anmeldung ist klar, daß der Zweck des Schaltinvertermoduls darin besteht, eine Stromsteuerung in der Weise zu schaffen, daß die Zufuhrrate der Ladeenergie gesteuert wird. Der Schaltinverter der früheren Erfindung kann ebensogut verwendet werden, um den Gleichstromausgang von der Ladestation zu trennen, die ihre Eingangsleistung über die Stromversorgungsleitungen vom Stromversorgungsnetz empfängt. Somit kann eine reinere und gesteuerte Gleichstromleistung bereitgestellt werden; außerdem wird dadurch eine galvanische Trennung irgendeines Fahrzeugs, das mit der Stromladestation verbunden ist, vom Stromversorgungsnetz geschaffen. In der vorliegenden Erfindung besteht jedoch der Zweck des Schaltinvertermoduls darin, einen Hochspannungs-Wechselstrom im Frequenzbereich von 10 kHz bis zu 200 kHz zu schaffen. Es ist festgestellt worden, daß eine geeignete Betriebsfrequenz für die meisten Zwecke bei ungefähr 60 kHz liegt. Somit ist der Ausgang vom Ladeeinrichtungsausgang 146 eine Ladeenergie mit hoher Spannung, niedrigem Strom und hoher Frequenz.
Es ist klar, daß die Ladestation 82 von Fig. 2 in ähnlicher Weise mit einem Hochfrequenz-Schaltinvertermodul versehen ist, wie oben mit Bezug auf die Ladestation 120 beschrieben worden ist.
Die Entscheidung bezüglich der Reihenfolge des aufeinanderfolgenden einzelnen Schließens der Schalter oder Schütze 122a, 122b usw. kann in Übereinstimmung mit einem aus einer Anzahl von Prioritätsprotokollen erfolgen. Beispielsweise könnte es gut sein, daß sich der Operator oder der Eigentümer der Ladestation und sämtlicher hiermit verbundenen Fahrzeuge dafür entscheiden könnte, keine Priorität vorzusehen und jeden der Schalter oder Schütze 122a, 122b usw. der Reihe nach entsprechend ihrer jeweiligen eindeutigen Bezeichnung zu schließen. Andererseits könnte er eine Priorität in bezug darauf vorsehen, welche der jeweiligen Batterien 126 zuerst geladen wird, indem bestimmt wird, welche jener Batterien entweder die größte Menge an Ladeenergie oder die geringste Menge an Ladeenergie erfordert. Die anderen Batterien würden dann entsprechend ihrer jeweiligen Ladeanforderungen, entweder aufsteigend oder absteigend unter Berücksichtigung des vorgesehenen Protokolls in eine Rangordnung gebracht. Alternativ könnte irgendein anderes, vom Benutzer bestimmtes Prioritätsprotokoll vorgesehen sein.
In Fig. 4 ist eine typische öffentliche Zapfstelle 180 gezeigt. Hier sind mehrere Ladestationen oder Auslässe 182 vorhanden, an die jeweils ein Fahrzeug 184 in weitgehend der gleichen Weise und unter Verwendung der gleichen Anordnungen wie in Fig. 2 gezeigt angeschlossen werden kann. Jede Ladestation 182 kann im wesentlichen das gleiche Erscheinungsbild und den gleichen Betrieb wie die Ladestation 82 haben, die oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden ist. Darüber hinaus ist jedes Fahrzeug 184 mit seiner eigenen Aufnahmevorrichtung 181 für den induktiven Koppler und mit dem Gleichrichter 183 wie oben mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschrieben versehen.
Jede der Ladestationen 182 in der Zapfstelle 180 kann eine Nennleistung von beispielsweise 150 kW haben. Der einzelne oder gemeinsame gesteuerte Gleichrichter 186, von dem jede der Ladestationen 182 mit Ladeleistung versorgt wird, kann jedoch eine Nennleistung von 300 kW haben. Selbstverständlich ist er mit seiner eigenen Versorgungsschnittstelle 188 und mit seiner eigenen Fakturierungsschnittstelle 190 versehen. Die Versorgungsschnittstelle schafft die geeigneten Verbindungen mit dem Stromversorgungsnetz 192, das vom örtlichen Stromversorgungsunternehmen bereitgestellt wird; die Fakturierungsschnittstelle 190 ist eine Schnittstelle für die Rechnungsabwicklung und das Management zwischen den Ladestationen 182 und einem Datennetz, das von Kreditkarten- und Geldkarten-Ausgebern betrieben wird.
Es ist möglich, daß zu irgendeinem Zeitpunkt mehr als ein Fahrzeug 184 an mehr als eine Ladestation 182 angeschlossen ist. Wenn dem so ist und wenn jede der zugeordneten Batterien für Elektrofahrzeuge gleichzeitig den maximalen Ladestrom absorbiert, kann der Ausgang von dem gesteuerten Gleichrichter 186 seine Nennleistung übersteigen. In diesem Fall kann eine Überwachungssteuereinrichtung 185 den Ausgang des gesteuerten Gleichrichters überwachen und so beschaffen sein, daß sie Signale ausgibt, die entweder den Ausgang von jeder der Ladestationen 182, die in Betrieb sind, reduzieren oder die die Möglichkeit des Anschlusses weiterer Ladestationen 182 bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ausgang vom gesteuerten Gleichrichter unter den vorgegebenen zulässigen maximalen Ausgang abgesunken ist, ausschließen.
Ebenso könnten Mittel für den Lastausgleich vorgesehen sein, wobei die Energieanforderungen durch den gesteuerten Gleichrichter 186 vom Stromversorgungsnetz 192 reduziert werden können. Beispielsweise können eine Lastausgleichsbatterie 196 oder eine Lastausgleichs-Freilaufenergiespeichervorrichtung 198 vorgesehen sein. Ihre Funktion besteht darin, Energie während Nichtspitzenzeiten zu akkumulieren, wenn der Preis der Energie vom Stromversorgungsnetz niedrig ist, und die Zapfstelle 180 zu unterstützen, wann immer dies während Spitzenzeiten notwendig ist. Offensichtlich kann der Zweck der Lade- /Entladesteuereinrichtung 194 auch darin bestehen, die Wiederaufladung der Lastausgleichsbatterie 196 während Nichtspitzenzeiten bis zu ihrer maximalen Kapazität sicherzustellen.
Oben ist beschrieben worden, daß jeder induktive Koppler, über den Ladeenergie von der Ladestation an das Fahrzeug übertragen wird, eine Primärseite und eine Sekundärseite enthält. Sowohl Fig. 5(a) als auch 5(b) zeigt allgemein die physische und die elektrische Anordnung, durch die der induktiv gekoppelte Transformator oder der induktive Koppler gebildet ist. Wie erwähnt, bestehen die Unterschiede zwischen den Ausführungen der Fig. 5(a) und 5(b) in der Weise der Gleichrichtung, die im Fahrzeug ausgeführt wird.
Ein induktiver Koppler ist allgemein bei 200 gezeigt und enthält eine Primärwicklung 210 sowie eine Sekundärwicklung 212. Es wird angemerkt, daß zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen 210 und 212 ein hohes Wicklungsverhältnis vorhanden ist. Günstigerweise sind die Primärseite 211 und die Sekundärseite 213 physisch in der Weise angeordnet, daß das Ferritelement 214 und das Ferritelement 216 so nebeneinander angeordnet werden können, daß ein magnetischer Fluß aufgebaut wird, während gleichzeitig das Ferritelement 214 in einer Buchse oder einer Aufnahmevorrichtung 218 enthalten ist, die durch das Ferritelement 216 und dessen Gehäuse definiert ist. Somit ist der physische Aufbau des induktiven Kopplers 200 demjenigen eines Steckers in einer Aufnahmevorrichtung nicht unähnlich.
Daraus folgt, daß der physische Entwurf der Aufnahmevorrichtung und des Steckers standardisiert werden kann und daß darüber hinaus die Primärseite 211 des induktiven Kopplers einen konsistenten Aufbau mit den gleichen physischen und elektrischen Eigenschaften für sämtliche elektrischen Ladesta tionen erhalten kann. Somit können die elektrischen Eigenschaften der Sekundärseite 213 spezifisch entworfen werden, um die jeweilige Gleichrichteranordnung 217 oder 219 und die zugeordnete Batterie 220 oder 222, wie sie in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt sind, zu berücksichtigen. Es könnte sein, daß die Ladespannung und die Stromaufnahmecharakteristik der Batterie 220 von denjenigen der Batterie 222 erheblich verschieden sind; es ist jedoch offensichtlich, daß trotz der Tatsache, daß die Primärseite des induktiven Kopplers vorgegebene und festgelegte physische und elektrische Eigenschaften besitzt, die Sekundärseite so beschaffen sein kann, daß sie die notwendige Gleichspannung und den notwendigen Gleichstrom, die zum Laden der Batterie 220 oder der Batterie 222 erforderlich sind, bereitstellt.
Es sind Vorrichtungen und Verfahren zum Laden eines oder mehrerer Elektrofahrzeuge beschrieben worden, wobei die Ladestation, an die irgendein Elektrofahrzeug angeschlossen werden kann, im wesentlichen in der Weise universell ist, daß sie viele verschiedene Elektrofahrzeuge berücksichtigen kann, die bordinterne Steuereinrichtungen besitzen können oder die auf Ladesteuereinrichtungen in den Ladestationen zurückgreifen können. Die von der Ladestation zum Fahrzeug gelieferte Ladeenergie besitzt eine hohe Frequenz (in der Größenordnung von 10 kHz bis zu 200 kHz), eine hohe Spannung und einen niedrigen Strom. Hierfür erfolgt eine Transformation und Gleichrichtung in eine Leistung mit niedriger Spannung und hohem Strom im Fahrzeug.
Weitere Abwandlungen und Änderungen können am Entwurf und bei der Herstellung der Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Aufladen einer Batterie (84, 26) für ein Elektrofahrzeug (80, 24), wobei die Batterie einen Anfangsladestrom mit einer Ampererate aufnehmen kann, die größer ist als die Ampere-Stundenkapazität der Batterie, und wobei eine Ladestation (82, 120, 182), von der aus die Ladeenergie der Batterie zugeführt wird, so angeordnet ist, daß sie Ladeenergie mit einer vorbestimmten Spannung und einer Zufuhrfrequenz zuführt, die im Bereich zwischen 10 kHz und maximal 200 kHz liegt, wobei die Ladeenergie dem genannten Fahrzeug durch einen induktiven Koppler (88, 200) zugeführt wird, der eine Primärseite (210) hat, die mit der genannten Ladestation verbunden ist, und eine Sekundärseite (212), die in dem genannten Fahrzeug montiert ist, und von dort durch einen in dem genannten Fahrzeug montierten Gleichrichter (217, 219) zu der genannten Batterie, wobei das genannte Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

a) Ausstatten des genannten Fahrzeuges mit der genannten Sekundärseite des genannten induktiven · Kopplers, so daß Ladeenergie zu dem genannten Fahrzeug und von dort durch den genannten Gleichrichter zu der genannten Batterie als Gleichstrom und mit einer Ladespannung zugeführt wird, die durch die Übertragungseigenschaften der genannten Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers auf der Basis der genannten vorbestimmten Spannung und Zufuhrfrequenz von Ladeenergie bestimmt wird, die die genannte Ladestation der genannten Primärseite des genannten induktiven Kopplers zuführt, um die genannte Ladespannung für die genannte in Aufladung befindliche Batterie geeignet zu machen;

b) physisches Positionieren der Primär- und der Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers in eine räumliche Beziehung, um eine induktive Kopplung dazwischen herzustellen;

c) Herstellen eines Kommunikationsmittels (92, 144), das Daten über den Ladezustand der in Aufladung befindlichen Batterie zwischen der Batterie und der Ladestation übertragen kann;

d) Abfragen (26) des Fahrzeugs über das genannte Kommunikationsmittel, um zu ermitteln, ob ein batteriespezifisches Ladesteuermodul (86) vorhanden und mit der genannten Batterie in dem genannten Fahrzeug assoziiert ist; oder ob in dem genannten Fahrzeug ein Personality-Modul vorhanden ist (28), das wenigstens das Kriterium des maximalen Ladestroms identifiziert, mit dem die Batterie mit der genannten vorbestimmten Ladespannung in der kürzestmöglichen Zeit aufgeladen werden kann; oder um in Abwesenheit eines batteriespezifischen Lademoduls in Verbindung mit der genannten Batterie oder eines Personality- Moduls, das wenigstens das Kriterium des maximalen Ladestroms identifiziert, mit dem die Batterie mit der genannten vorbestimmten Ladespannung in der kürzestmöglichen Zeit geladen werden kann, zu ermitteln, ob in dem genannten Fahrzeug wenigstens ein Überwachungsmittel vorhanden ist, um den Wert der Klemmenspannung der in Aufladung befindlichen Batterie zu messen;

wobei das genannte Verfahren ferner einen der folgenden Schritte umfaßt:

e) für den Fall, daß ein batteriespezifisches Ladesteuermodul in dem genannten Fahrzeug vorhanden ist, Aufladen der genannten Batterie durch Zuführen von Ladestrom durch den genannten induktiven Koppler und den genannten Gleichrichter unter der Steuerung des genannten batteriespezifischen Ladesteuermoduls, Stoppen (40) der Zufuhr von Ladestrom zu der genannten Batterie in Reaktion auf ein entsprechendes Signal, das von dem genannten batteriespezifischen Ladesteuermodul ausgegeben wurde, und nachfolgendes physisches Wegnehmen der genannten Primär- und Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers, um die genannte Batterie von der genannten Ladestation zu trennen; oder

f) für den Fall, daß ein Personality-Modul, das wenigstens den maximalen Ladestrom identifiziert, in dem genannten Fahrzeug vorhanden ist, Aufladen der genannten Batterie durch Zuführen von Ladestrom durch den genannten induktiven Koppler und den genannten Gleichrichter anfänglich mit dem genannten maximalen Ladestrom, periodisches Unterbrechen (50) der Zufuhr von Ladestrom und Ermitteln der momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung der genannten Batterie während jedes Zeitintervalls, wenn die Zufuhr von Ladestrom unterbrochen wurde, und Vergleichen der genannten momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung mit einer Referenzspannung, die in einem Ladesteuermodul gespeichert ist, das in der genannten Ladestation vorhanden ist, Reduzieren des Ladestroms durch Reduzieren des Stroms der genannten Ladeenergie, die der genannten Primärseite des genannten induktiven Kopplers unter der Steuerung des genannten Ladesteuermoduls in der genannten Ladestation zugeführt wird, Stoppen (52) der Zufuhr von Ladestrom durch den genannten induktiven Koppler und den genannten Gleichrichter zu der genannten Batterie in Reaktion auf ein Signal, das von dem genannten Ladesteuermodul in der genannten Ladestation ausgegeben wurde, und nachfolgendes physisches Wegnehmen der genannten Primär- und Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers, um die genannte Batterie von der genannten Ladestation zu trennen; oder

g) für den Fall, daß in dem genannten Fahrzeug wenigstens ein Überwachungsmittel vorhanden ist, um den Wert der Klemmenspannung der in Aufladung befindlichen Batterie zu messen, Voreinstellen der Ladestation auf einen vorbestimmten zulässigen Stromwert der genannten Ladeenergie mit der genannten vorbestimmten Spannung und Voreinstellen einer maximalen Menge an Ladeenergie, deren Zufuhr zu der genannten Batterie zugelassen werden soll, periodisches Unterbrechen (62) der Zufuhr von Ladestrom und Ermitteln der momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung der genannten Batterie während jedes Zeitintervalls, wenn die Zufuhr des Ladestroms unterbrochen wurde, und Vergleichen der genannten momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung mit einer Referenzspannung, die in einem Ladesteuermodul gespeichert ist, das in der genannten Ladestation vorhanden ist, Reduzieren des Ladestroms durch Reduzieren des Stroms der genannten Ladeenergie, die der genannten Primärseite des genannten induktiven Kopplers unter der Steuerung des genannten Ladesteuermoduls in der genannten Ladestation zugeführt wird, Stoppen (68) der Zuführung von Ladestrom durch den genannten induktiven Koppler und den genannten Gleichrichter zu der genannten Batterie in Reaktion auf ein Signal, das von dem genannten Ladesteuermodul in der genannten Ladstation oder nach der Zufuhr der genannten voreingestellten maximalen Menge an Ladeenergie (64, 66) zu der genannten Batterie ausgegeben wurde, und nachfolgendes physisches Wegnehmen der genannten Primär- und Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers, um die genannte Batterie von der genannten Ladestation zu trennen;

wobei in Schritt (e) Signale zum Regeln der Zufuhr von Ladestrom von der genannten Ladestation über das genannte Kommunikationsmittel übertragen werden; und in jedem der Schritte (f) und (g) die Daten, die die momentane Klemmenspannung der genannten Batterie anzeigen, zwischen der genannten Batterie und der genannten Ladestation über das genannte Kommunikationsmittel übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannte Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers so montiert wird, daß sie eine Aufnahmevorrichtung mit einer gewählten Größe in dem genannten Fahrzeug darstellt, in die die genannte Primärseite des genannten induktiven Kopplers eingesetzt werden kann, um einen Transformator mit trennbarem Kern zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der genannte Transformator mit trennbarem Kern ein hohes Wicklungsverhältnis hat, so daß die genannte Primärspannung hoch und der genannte Primärstrom niedrig ist im Vergleich zu der Ladespannung und dem Ladestrom, die der genannten Batterie durch den genannten Gleichrichter zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Kommunikationsmittel aus der Gruppe bestehend aus dedizierten Datendrähten, Stromleitungsträgervorrichtungen, Lichtwellenleitern, Optokopplern und zugehörigen Datenübertragungsmitteln, induktiven Kopplern und zugehörigen Übertragungsmitteln, Radiofrequenzsendern und - empfängern ausgewählt werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt in Schritt (g) des Voreinstellens der Ladestation auf einen vorbestimmten zulässigen Stromwert der genannten Ladeenergie mit der genannten vorbestimmten Spannung entweder durch manuelles Setzen dieses Wertes (96) in ein Werteregister hierfür, das sich in der genannten Ladestation befindet, oder durch Eingeben von Daten in das genannte Werteregister über eine Datenschnittstelle in der genannten Ladestation erfolgt, wobei die genannte Datenschnittstelle in der Lage ist, eine Karte (98) zu lesen, in der der genannte zulässige Stromwert über Magnetstreifen, gestanzte Löcher, eingeprägte Vertiefungen oder eingeprägte Erhebungen codiert ist, die alle mit einer bestimmten genannten Datenschnittstelle kompatibel sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt in Schritt (g) des Voreinstellens der maximalen Menge an Ladeenergie, die der genannten Batterie zugeführt werden soll, durch selektives Einstellen eines Meßgerätes zum Ermitteln der Menge an der genannten Batterie zugeführten Energie oder zum Ermitteln des Geldwertes der der genannten Batterie zugeführten Energie erfolgt, um die Zufuhr von Ladeenergie mit der genannten vorbestimmten Spannung zu beenden, wenn eine vorbestimmte Menge an Energie oder ein vorbestimmter Geldwert an Energie zugeführt wurde, was immer zuerst eintritt; und wobei der geldliche Preis pro Energieeinheit je nach der Tageszeit geändert werden kann, zu der Ladeenergie zu der genannten Batterie fließt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Mehrzahl von Fahrzeugbatterien (126) von einer einzigen Ladestation (120) durch Verteilen von Ladeenergie zu einem beliebigen aus einer Mehrzahl von Schaltern oder Schützen (122a, 122b, 122c, 122d, ...) geladen werden kann, die jeweils einen eindeutigen Zielort haben und die jeweils mit einer jeweiligen Primärseite eines jeweiligen induktiven Kopplers (127) verbunden sind, wobei selektiv jeweils nur einer aus der genannten Mehrzahl von Schaltern oder Schützen gleichzeitig geschlossen und die angeschlossene eine aus der genannten Mehrzahl von Fahrzeugbatterien aufgeladen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Entscheidung über die Reihenfolge des aufeinanderfolgenden Schließens von jeweils einem der genannten Schalter oder Schütze auf einem der folgenden Wege bestimmt wird: a) Festlegen keiner Priorität und Schließen der genannten Schalter oder Schütze der Reihe nach gemäß ihrem jeweiligen eindeutigen Zielort; oder b) Festlegen einer Priorität in bezug darauf, ob die jeweiligen Batterien, die durch jeden jeweiligen Schalter oder Schütz und die jeweilige Primärseite ihres jeweiligen induktiven Kopplers angeschlossen sind, in der Reihenfolge aufgeladen werden sollen, daß diejenigen Batterien, die entweder die größte oder die geringste Menge an Ladeenergie benötigen, zuerst aufgeladen werden, so daß eine ladebedarfsorientierte Rangfolge entsteht, oder c) selektives Bestimmen, welche Batterie zuerst aufgeladen werden soll, im Einklang mit einem vom Benutzer bestimmten Prioritätsprotokoll.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem wenigstens die Daten, die die momentane Klemmenspannung der genannten Batterie anzeigen, periodisch über das genannte Kommunikationsmittel übertragen werden, und wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne keine solche Kommunikation stattfindet, ein Signal zum Stoppen der Zufuhr von Ladeenergie zu dem genannten induktiven Koppler ausgegeben wird und der Fluß von Ladeenergie zu der genannten. Batterie stoppt.

10. Ladestation (82, 120, 182) zum Aufladen einer Batterie (84, 126) für ein Elektrofahrzeug (80, 124), wobei die Batterie einen Anfangsladestrom mit einer Ampererate aufnehmen kann, die größer ist als die Ampere- Stundenkapazität der Batterie, wobei die genannte Ladestation so angeordnet ist, daß sie Ladeenergie mit einer vorbestimmten Spannung und einer Zufuhrfrequenz, die im Bereich zwischen 10 kHz und maximal 200 kHz liegt, einer Primärseite (210) eines induktiven Kopplers (88, 200) zuführt, und wobei die genannte Batterie in einem Fahrzeug, das eine Sekundärseite (212) für den genannten darin montierten induktiven Koppler hat, zusammen mit einem Gleichrichter (217, 219) montiert ist, der zwischen der genannten Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers und der genannten Batterie angeschlossen ist, wobei die genannte vorbestimmte Spannung, mit der der genannte Ladestrom der genannten Batterie zugeführt wird, durch die Übertragungseigenschaften der genannten Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers auf der Basis der genannten vorbestimmten Spannung und Zufuhrfrequenz bestimmt wird, die der genannten Primärseite des genannten induktiven Kopplers zugeführt wird, um die genannte Ladespannung für die genannte in Aufladung befindliche Batterie geeignet zu machen; wobei die genannte Ladestation gekennzeichnet ist durch:

ein Mittel (90, 148) zum Zuführen von Energie mit der genannten vorbestimmten Spannung und der genannten Zufuhrfrequenz zu der genannten Primärseite des genannten induktiven Kopplers;

ein Kommunikationsmittel (92, 144), das in der Lage ist, Daten zwischen der genannten Batterie und der genannten Ladestation über den Ladezustand der genannten in Aufladung befindlichen Batterie zu übertragen;

ein Mittel zum Abfragen (26) des Fahrzeugs über das genannte Kommunikationsmittel, um zu ermitteln, ob ein batteriespezifisches Ladesteuermodul (86) vorhanden und mit der genannten Batterie in dem genannten Fahrzeug assoziiert ist; oder um zu ermitteln (28), ob in dem genannten Fahrzeug ein Personality-Modul vorhanden ist, das wenigstens das Kriterium des maximalen Ladestroms identifiziert, mit dem die Batterie mit der genannten vorbestimmten Ladespannung in der kürzestmöglichen Zeit aufgeladen werden kann; oder um in Abwesenheit eines batteriespezifischen Lademoduls in Verbindung mit der genannten Batterie oder eines Personality-Moduls, das wenigstens das Kriterium des maximalem Ladestroms identifiziert, mit dem die Batterie mit der genannten vorbestimmten Ladespannung in der kürzestmöglichen Zeit geladen werden kann, zu ermitteln, ob in dem genannten Fahrzeug wenigstens ein Überwachungsmittel vorhanden ist, um den Wert der Klemmenspannung der in Aufladung befindlichen Batterie zu messen;

ein Mittel zum Aufladen der genannten Batterie durch Zuführen von Ladeenergie zu dem genannten induktiven Koppler und von dort durch den genannten Gleichrichter zu der genannten Batterie unter der Steuerung eines batteriespezifischen Ladesteuermoduls in dem genannten Fahrzeug für den Fall, daß ein batteriespezifisches Ladesteuermodul in dem genannten Fahrzeug vorhanden ist, und ein Mittel zum Stoppen (40) der Zufuhr von Ladeenergie zu dem genannten induktiven Koppler in Reaktion auf ein entsprechendes Signal, das von dem genannten batteriespezifischen Ladesteuermodul ausgegeben wurde;

ein Mittel zum Aufladen der genannten Batterie durch Zuführen von Ladeenergie zu dem genannten induktiven Koppler und durch den genannten Gleichrichter zu der genannten Batterie, anfänglich mit einem maximalen Ladestrom, für den Fall, daß ein Personality-Modul, das wenigstens den maximalen Ladestrom identifiziert, in dem genannten Fahrzeug vorhanden ist, ein Mittel zum periodischen Unterbrechen (50) der Zufuhr von Ladestrom und zum Ermitteln der momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung der genannten Batterie während jedes Zeitintervalls, wenn die Zufuhr von Ladestrom unterbrochen wurde, ein Mittel zum Vergleichen der genannten momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung mit einer Referenzspannung, die in einem Ladesteuermodul gespeichert ist, das in der genannten Ladestation vorhanden ist, ein Mittel zum Reduzieren des Ladestroms durch Reduzieren des Stroms der genannten Ladeenergie, die der genannten Primärseite des genannten induktiven Kopplers unter der Steuerung des genannten Ladesteuermoduls in der genannten Ladestation zugeführt wird, und ein Mittel zum Stoppen (52) der Zufuhr von Ladestrom durch den genannten induktiven Koppler und den genannten Gleichrichter zu der genannten Batterie in Reaktion auf ein Signal, das von dem genannten Ladesteuermodul in der genannten Ladestation ausgegeben wurde, und

ein Mittel zum Voreinstellen der Ladestation auf die Zufuhr eines vorbestimmten zulässigen Stromwertes der genannten Ladeenergie mit der genannten vorbestimmten Spannung für den Fall, daß in dem genannten Fahrzeug wenigstens ein Überwachungsmittel vorhanden ist, um den Wert der Klemmenspannung der in Aufladung befindlichen Batterie zu messen, ein Mittel zum Voreinstellen einer maximalen Menge an Ladeenergie, deren Zufuhr zu der genannten Batterie zugelassen werden soll, ein Mittel zum periodischen Unterbrechen (62) der Zufuhr von Ladestrom, ein Mittel zum Ermitteln der momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung der genannten Batterie während jedes Zeitintervalls, wenn die Zufuhr des Ladestroms unterbrochen wurde, ein Mittel zum Vergleichen der genannten momentanen widerstandsfreien Klemmenspannung mit einer Referenzspannung, die in einem Ladesteuermodul gespeichert ist, das in der genannten Ladestation vorhanden ist, ein Mittel zum Reduzieren des Ladestroms durch Reduzieren des Stroms der genannten Ladeenergie, die der genannten Primärseite des genannten induktiven Kopplers unter der Steuerung des genannten Ladesteuermoduls in der genannten Ladestation zugeführt wird, und ein Mittel zum Stoppen (68) der Zufuhr von Ladestrom durch den genannten induktiven Koppler und den genannten Gleichrichter zu der genannten Batterie in Reaktion auf ein Signal, das von dem genannten Ladesteuermodul in der genannten Ladestation oder nach der Zufuhr des genannten voreingestellten maximalen Wertes an Ladeenergie (64, 66) zu der genannten Batterie ausgegeben wurde;

wobei Signale zum Regeln der Zufuhr von Ladeenergie von der genannten Ladestation unter der Steuerung des genannten batteriespezifischen Ladesteuermoduls in dem genannten Fahrzeug über das genannte Kommunikationsmittel übertragen werden; und Daten, die die momentane Klemmenspannung der genannten Batterie anzeigen, zwischen der genannten Batterie und dem genannten Ladesteuermodul in der genannten Ladestation über das genannte Kommunikationsmittel übertragen werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die genannte Sekundärseite des genannten induktiven Kopplers so montiert ist, daß sie eine Aufnahmevorrichtung mit einer gewählten Größe in dem genannten Fahrzeug darstellt, in die die genannte Primärseite des genannten induktiven Kopplers eingesetzt werden kann, um einen Transformator mit trennbarem Kern zu bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der genannte Transformator mit trennbarem Kern ein hohes Wicklungsverhältnis hat, so daß die genannte Primärspannung hoch und der genannte Primärstrom niedrig ist im Vergleich zu der Ladespannung und dem Ladestrom, die der genannten Batterie durch den genannten Gleichrichter zugeführt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das genannte Kommunikationsmittel aus der Gruppe bestehend aus dedizierten Datendrähten, Stromleitungsträgervorrichtungen, Lichtwellenleitern, Optokopplern und zugehörigen Datenübertragungsmitteln, induktiven Kopplern und zugehörigen Übertragungsmitteln, Radiofrequenzsendern und - empfängern ausgewählt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das genannte Mittel zum Voreinstellen der Ladestation auf einen vorbestimmten zulässigen Stromwert der genannten Ladeenergie mit der genannten vorbestimmten Spannung ein Mittel (96) zum manuellen Setzen dieses Wertes in ein Werteregister in der genannten Ladestation und eine Datenschnittstelle in der genannten Ladestation zum Eingeben von Daten in die genannten Werteregister über die genannte Datenschnittstelle umfaßt, und wobei die genannte Datenschnittstelle ein Mittel (98) aufweist, das in der Lage ist, eine Karte zu lesen, in der der genannte zulässige Stromwert über Magnetstreifen, gestanzte Löcher, eingeprägte Vertiefungen oder eingeprägte Erhebungen codiert ist, die alle mit einer bestimmten genannten Datenschnittstelle kompatibel sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das genannte Mittel zum Voreinstellen der maximalen Menge an Ladeenergie, die der genannten Batterie zugeführt werden soll, ein Meßgerät zum Ermitteln der Menge an der genannten Batterie zugeführten Energie oder zum Ermitteln des Geldwertes der der genannten Batterie zugeführten Energie und zum Ermitteln zum Beenden der Zufuhr von Ladeenergie mit der genannten vorbestimmten Spannung, wenn eine vorbestimmte Menge an Energie oder ein vorbestimmter Geldwert an Energie zugeführt wurde, was immer zuerst eintritt; und wobei der geldliche Preis pro Energieeinheit je nach der Tageszeit geändert werden kann, zu der Ladeenergie zu der genannten Batterie fließt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, umfassend ein Mittel, mit dem eine Mehrzahl von Fahrzeugbatterien (126) von einer einzigen Ladestation (120) aufgeladen werden kann, ein Mittel zum Verteilen von Ladeenergie zu einem beliebigen aus einer Mehrzahl von Schaltern oder Schützen (122a, 122b, 122c, 122d, ...), die jeweils einen eindeutigen Zielort haben und die jeweils mit einer jeweiligen Primärseite eines jeweiligen induktiven Kopplers (127) verbunden sind, wobei die genannte Vorrichtung ferner ein Mittel zum selektiven Schließen von jeweils nur einem aus der genannten Mehrzahl von Schaltern oder Schützen gleichzeitig umfaßt, um die eine aus der genannten Mehrzahl von Fahrzeugbatterien aufzuladen, die mit dem genannten einen aus der genannten Mehrzahl von Schaltern und Schützen verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Reihenfolge des aufeinanderfolgenden Schließens von jeweils einem der genannten Schalter oder Schütze durch eines der folgenden Mittel bestimmt wird: a) Mittel zum Schließen der genannten Schalter oder Schütze der Reihe nach gemäß ihrem jeweiligen eindeutigen Zielort; b) Mittel zum Festlegen einer Priorität in bezug darauf, ob die jeweiligen Batterien, die durch jeden jeweiligen Schalter oder Schütz und die jeweilige Primärseite ihres jeweiligen induktiven Kopplers angeschlossen sind, in der Reihenfolge aufgeladen werden sollen, daß diejenigen Batterien, die entweder die größte oder die geringste Menge an Ladeenergie benötigen, zuerst aufgeladen werden, so daß eine ladebedarfsorientierte Rangfolge entsteht, und c) ein Mittel zum selektiven Bestimmen, welche Batterie zuerst aufgeladen werden soll, im Einklang mit einem vom Benutzer bestimmten Prioritätsprotokoll.

18. Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Mittel zum periodischen Übertragen wenigstens der Daten, die die momentane Klemmenspannung der genannten Batterie über das genannte Kommunikationsmittel anzeigen, ein Mittel zum Überwachen der Übertragung von Daten über das genannte Kommunikationsmittel, und ein Mittel zum Ermitteln, ob innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne keine solche Übertragung von Daten über das genannte Kommunikationsmittel stattgefunden hat, so daß ein Signal zum Stoppen der Zufuhr von Ladeenergie zu dem genannten induktiven Koppler für den Fall ausgegeben wird, daß das genannte Überwachungsmittel innerhalb der genannten vorbestimmten Zeitspanne keine Übertragung von Daten über das genannte Kommunikationsmittel erfaßt.