DE102018100829A1 - Ladekabel für eine Ladesäule und Ladesäule mit einem solchen Ladekabel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung stellt ein Ladekabel (10) für eine Ladesäule mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Ladekabel (10) umfasst einen Kabelmantel (11) und einen Zusatzhandgriff (12); der Zusatzhandgriff (12) ist auf dem Kabelmantel (11) angeordnet; und der Zusatzhandgriff (12) weist eine Wärmeleitfähigkeit unter $\mathrm{0,3}\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot \text{K}},$

vorzugsweise unter $\mathrm{0,1}\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot \text{K}}$

auf.
Die Erfindung stellt ferner eine Ladesäule bereit.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladekabel für eine Ladesäule. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Ladesäule.
• Stand der Technik
• Als Ladestation wird in der Elektrotechnik jedwede stationäre Vorrichtung oder elektrische Anlage bezeichnet, welche dazu dient, mobilen akkubetriebenen Geräten, Maschinen oder Kraftfahrzeugen durch einfaches Einstellen oder Einstecken Energie zuzuführen, ohne den Energiespeicher - etwa die Traktionsbatterie eines Elektroautos - entnehmen zu müssen. Ladestationen für Elektroautos werden umgangssprachlich auch als „Stromtankstellen“ bezeichnet und können mehrere Ladepunkte umfassen, die je nach Bauform als „Ladesäulen“ charakterisiert werden.
• Bekannt sind hier insbesondere auf Gleichstrom (direct current, DC) basierende Schnellladesysteme (high performance charging, HPC) wie das in Europa verbreitete sogenannte kombinierte Ladesystem (combined charging system, CCS). Beim gattungsmäßigen Gleichstromladen wird Gleichstrom aus der Ladesäule direkt in das Fahrzeug eingespeist und hierzu durch einen leistungsstarken Gleichrichter vom Stromnetz oder durch große Pufferakkumulatoren an Solartankstellen bereitgestellt. Im Fahrzeug befindet sich ein Batteriemanagementsystem, das mit der Ladesäule kommuniziert, um die Stromstärke anzupassen oder bei Erreichung einer Kapazitätsgrenze den Vorgang zu beenden.
• Die hierzu erforderliche Leistungselektronik ist nach dem Stand der Technik üblicherweise in der Ladesäule integriert und bis zu einer Leistungsgrenze von 50 kW belastbar. Da die Gleichstromanschlüsse der Ladesäule direkt mit entsprechenden Anschlüssen der Traktionsbatterie verbunden werden, lassen sich so verlustarm hohe Ladeströme übertragen, was kurze Ladezeiten ermöglicht.
• Insbesondere bei DC-Hochleistungslanden von zukünftig mehr als 200 kW werden die hierzu erforderlichen Kabel allerdings deutlich schwerer, weshalb sie nur mühsam wie konventionelle Ladekabel mit lediglich einer Hand am Stecker zum Fahrzeug geführt und gesteckt werden können. Dieselbe Hand müsste in diesem Fall sowohl den Stecker tragen und dessen genaue Positionierung in der Ladebuchse vornehmen als auch das Kabelgewicht tragen und die Zugkraft in Richtung der Ladestation kompensieren. Die hohen Kräfte machen ein feines Positionieren fast unmöglich.
• Durch die hohen Ladeleistungen ist zudem eine Aufheizung des Kabelmantels nicht auszuschließen. Ein direktes Berühren oder Halten des Kabels in der Nähe des Steckers mit der zweiten Hand ist daher problematisch.
• Zusatzhandgriffe an Ladekabeln sind generell bekannt. CN106828137A und DE102012205972A1 etwa offenbaren jeweils eine Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug mit mindestens einem isolierten Griff.
• Offenbarung der Erfindung
• Die Erfindung stellt ein Ladekabel für eine Ladesäule sowie eine entsprechende Ladesäule gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
• Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der vorteilhaften Wärmeisolierung des Zusatzhandgriffes, um seine schnelle Aufwärmung zu vermeiden. Positionierung und Montage des Griffes, der vorzugsweise in direkter Nähe (ein bis zwei Schulterbreiten Abstand) zum Ladestecker angeordnet ist, erfolgen daher unter Verzicht auf von außen sichtbare Schrauben oder Metallteile, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und ferner zu Modifikationen einladen würden. Eine Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dabei durch ihr flexibles Haltungskonzept aus, das den Mantel trotzdem nicht beschädigt.
• Eine erfindungsgemäße technische Umsetzung dieser Anforderungen führt somit zu einer Verbesserung des Handlings durch eine geeignet ausgeführte zweite, separate Grifffläche in der Nähe zu einer ersten Griffstelle. Dieser zusätzliche Handgriff vermag die greifende Hand thermisch vom potentiell heißen Kabel zu isolieren. Zu diesem Zweck sollte die Griffoberschale (oder der gesamte Griff) vorzugsweise aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit unter $\mathrm{0,3}\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot \text{K}}-$

  

  vorzugsweise gar unter $\mathrm{0,1}\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot \text{K}}-$

  

  und geringer spezifischer Kapazität bestehen und insgesamt wenig Material umfassen, um seine thermische Kapazität zu minimieren. Einer entsprechenden Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Wärmeleitung vom Kabel in die Griffschalen vor allem durch die bei konventionellen Handgriffen große Berührfläche des Kabels mit den Griffschalen erfolgt. Eine Fixierung der Griffschale ist jedoch nötig und benötigt ausreichenden Kontakt sowie mechanische Festigkeit.
• Vorzugsweise sind daher keine Metallteile berührbar, insbesondere keine Schrauben von außen zugänglich, die einen starken und schnellen Wärmefluss in die Haut ermöglichen könnten (beispielsweise auch nur, wenn sich eine höhere Temperatur des Metalls rapide an die niedrigere Temperatur der Haut anpasst), selbst wenn sie nicht selbst zur Wärmeleitung vom Kabel in den Griff beitragen sollten. Hierzu kommt ein mechanisches Design zur Anwendung, durch welches keine den Griff fixierende Schraube berührbar ist.
• Vorzugsweise ist eine Minimierung der Kontaktfläche zwischen Oberschale und Kabel vorgesehen, beispielsweise durch flächenbezogen wenige Erhöhungen und viele Vertiefungen.
• Da die meisten thermisch gut leitenden Materialien keine ausreichende mechanische Festigkeit und Stabilität aufweisen, um einen Griff bereitzustellen - dies gilt für viele Schäume - oder mechanisch stabilisiert werden müssen und selbst nicht komprimiert werden dürfen, um ihre isolierende Wirkung zu entfalten oder zu maximieren - so etwa Gewebe -, bedient sich eine Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise zusätzlich eines Schichtaufbaus. Vorzugsweise findet hierbei thermisch schlecht leitendes Material als Hauptkontaktfläche zwischen den Griffschalen Verwendung. Alternativ ist thermisch schlecht leitendes Material als Zwischenschicht in den Griffschalen umlaufend eingebettet (beispielsweise luft- oder gasgefüllte Kammern, Schaum oder Gewebe mit Gas-Poren).
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
• Figurenliste
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
• 1 zeigt die perspektivische Ansicht eines Ladekabels für eine Ladesäule.
• 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des Ladekabels der 1.
• 3 zeigt die Explosionsdarstellung einer ersten Griffschale.
• 4 zeigt die perspektivische Ansicht einer zweiten Griffschale.
• 5 zeigt einen schematischen Längsschnitt der zweiten Griffschale.
• 6 zeigt die perspektivische Ansicht einer dritten Griffschale.
• 7 zeigt die perspektivische Ansicht einer vierten Griffschale.
• 8 zeigt die perspektivische Ansicht einer fünften Griffschale.
• Ausführungsformen der Erfindung
• 1 illustriert den grundlegenden Aufbau eines Ladekabels (10) für eine - zeichnerisch in ihrer Gesamtheit nicht dargestellte - Ladesäule. Als erfindungswesentliches Merkmal weist das Ladekabel (10) auf seinem Kabelmantel (11) einen unweit des Steckers angeordneten Zusatzhandgriff (12) auf.
• 2 beleuchtet den Aufbau dieses Zusatzhandgriffes (12) im Einzelnen. Letzterer setzt sich vorliegend aus zwei komplementär geformte Griffschalen (13) mit einem wechselseitigen Fixierungsmechanismus (14) und eingelegten Halterungsschellen (15) zusammen, deren Zusammenspiel aus der detaillierteren Darstellung der 3 ersichtlich wird. In dieser Ansicht sind an den Griffschalen (13) angeformte Haken (16) erkennbar, die im montierten Zustand des Zusatzhandgriffes (12) ineinandergreifen, während die Halterungsschellen (15) die solchermaßen ineinander fixierten Griffschalen (13) insgesamt am Kabel befestigen. Hierzu sind innenliegende vertikale und horizontale Kanten Zacken (17) an die Halterungsschellen (15) angeformt, welche letztere drehstarr am Kabelmantel (11) fixieren. Die Außenseite der Griffschalen (13) umlaufende Vertiefungen (18) dienen optional zum äußerlichen Abspannen beispielsweise mit Band oder Schelle, während die Halterungsschellen (15) jeweils in einer innenseitigen Nut (19) der Griffschalen (13) gesichert sind. Die Fixierung kann beispielsweise wie hier dargestellt an den beiden Enden des Zusatzhandgriffes (12) erfolgen. Durch den langen Weg und den geringen Querschnitt ist die Wärmeleitung in die Griffflächen gering. Kann der Wärmeleitungsquerschnitt derart geringgehalten werden, ist unter Umständen an diesen Stellen keine zusätzliche Isolierung notwendig.
• Die thermische Entkopplung kann jedoch verbessert werden, wenn zumindest eine dünne Isolierschicht eingebracht wird. In der Ausführungsform gemäß den 4 und 5 wurde zwischen Halterungsschellen (15) und Vertiefungen (18) eine thermische Isolierschicht eingebracht. Diese kann bevorzugt aus Gewebe sein (Mineralfaser, Steinwolle, Glaswolle, Thinsulate® etc.). Alternativ können aber auch andere Materialien, beispielsweise aufgeschäumte Polymere verwendet werden. Der gewählte thermische Isolationsstoff (20) wurde abbildungsgemäß derart direkt zwischen Kabelmantel (11) und Griffschale (13) gelegt, dass er einen möglichst großen Teil der Oberfläche abdeckt.
• Alternativ oder zusätzlich kommt, wie in 6 dargestellt, eine Einbettung von evakuierten, gas- oder luftgefüllten Kammern (21) entlang der Grifffläche in Betracht, zwischen denen Stege zur mechanischen Stabilisierung vorgesehen sein mögen. Zu denken ist auch die in 7 angedeutete Einbettung von Isoliermaterial (22) in die Griffschalen (13), beispielsweise aufgeschäumtem Kunststoff (Polyurethan, Polystyrol, Polyisocyanurat etc.) oder Gewebe (Mineralfasern, Steinwolle, Glaswolle, Thinsulate® etc.). Idealerweise ist dabei wie abgebildet ein Großteil der Fläche der jeweiligen Griffschale (13) abgedeckt; deren Endstücke müssen dagegen mechanisch stabil sein und bedürfen ohnehin keiner besonderen thermischen Isolation.
• In den 4, 6 und 7 sind zudem Einkerbungen (23) in den Halterungsschellen (15) geformt, die im Zusammenwirken mit komplementär geformten Vorsprüngen (24) in den Griffschalen (13) zur Fixierung derselben gegen Verschieben und Drehen dienen. Hieraus resultiert zugleich eine Trennung der Zacken (17) auf der Innenseite der Halterungsschellen (15), um in axialer Richtung des Kabels durch die so verdoppelte Zahl an Kanten besseren Halt zu bieten.
• Die Variante der 8 schließlich lässt innenseitige Aussparungen (25) erkennen, die tief genug sind, um entweder einen luftgefüllten Abstand zum Kabelmantel (11) zu schaffen oder zumindest durch geringen Druck den thermischen Übergang auf den Zusatzhandgriff (12) zu verringern. Die verbleibenden Kontaktstellen (26) mit dem Kabelmantel (11) weisen eine entsprechend geringe Fläche auf und sind anstatt separater Halterungsschellen (15) mit einer Fixierung durch Dornen (27) oder Zacken (28) unmittelbar im Inneren der Griffschalen (13) kombiniert. Zur Befestigung dienen hier Bohrungen für Klemmen oder Schrauben (29), wobei letztere allerdings von außen sichtbar wären.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• CN 106828137 A [0007]
• DE 102012205972 A1 [0007]

Claims (10)

1. Ladekabel (10) für eine Ladesäule, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Ladekabel (10) umfasst einen Kabelmantel (11) und einen Zusatzhandgriff (12), - der Zusatzhandgriff (12) ist auf dem Kabelmantel (11) angeordnet und - der Zusatzhandgriff (12) weist eine Wärmeleitfähigkeit unter $\mathrm{0,3}\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot \text{K}},$

   

   vorzugsweise unter $\mathrm{0,1}\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot \text{K}}$

   

   auf.
2. Ladekabel (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Zusatzhandgriff (12) weist in einem vorgesehenen Betriebstemperaturbereich des Ladekabels eine mittlere spezifische Wärmekapazität unter $2\frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot \text{K}},$

   

   vorzugsweise unter $1\frac{\text{kJ}}{\text{kg}\cdot \text{K}}$

   

   auf.
3. Ladekabel (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Zusatzhandgriff (12) umfasst Griffschalen (13) und einen nichtmetallischen Fixierungsmechanismus (14), insbesondere an den Griffschalen (13) angeformte Haken (16), und - der Fixierungsmechanismus (14) fixiert die Griffschalen (13) ineinander.
4. Ladekabel (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Zusatzhandgriff (12) umfasst einen thermischen Isolationsstoff (20) zwischen dem Kabelmantel (11) und den Griffschalen (13).
5. Ladekabel (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eines der folgenden Merkmale: - der Isolationsstoff (20) ist ein Schaum oder - der Isolationsstoff (20) ist ein Gewebe.
6. Ladekabel (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Griffschalen (13) weisen vorzugsweise gas- oder luftgefüllte Kammern (21) auf.
7. Ladekabel (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Griffschalen (13) umfassen ein Isoliermaterial (22).
8. Ladekabel (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eines der folgenden Merkmale: - das Isoliermaterial (22) ist ein Schaum oder - das Isoliermaterial (22) ist ein Gewebe.
9. Ladekabel (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Griffschalen (13) weisen innenseitige Aussparungen (25) und Kontaktstellen (26) auf und - die Kontaktstellen (26) tragen Dornen (27) zum Fixieren am Kabelmantel (11).
10. Ladesäule mit einem Ladekabel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

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