DE102018116947A1

DE102018116947A1 - Ladesäule und Ladepark für Elektroautos

Info

Publication number: DE102018116947A1
Application number: DE102018116947.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Götz; David Köhler
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Die Erfindung stellt eine Ladesäule für Elektroautos mit den folgenden Merkmalen bereit: Die Ladesäule umfasst eine Trägerplatte mit Befestigungselementen; die Ladesäule umfasst Schienen mit mehreren Segmenten zum Aufnehmen vertikaler Belastungen; und die Schienen (11) sind dazu angepasst, die Befestigungselemente (14) aus der Ladesäule (10) wahlweise herauszufahren.Die Erfindung stellt ferner einen entsprechenden Ladepark bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladesäule für Elektroautos. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus einen entsprechenden Ladepark.
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 Gleichstrom-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 Leistungselektronik befindet sich hierbei üblicherweise in der Ladesäule. Da die Gleichstromanschlüsse der Ladesäule direkt mit entsprechenden Anschlüssen der Traktionsbatterie verbunden werden, lassen sich verlustarm hohe Ladeströme übertragen, was kurze Ladezeiten ermöglicht.
Jede der Druckschriften US2013207606A , DE4213405A1 , DE202017100174U1 und US2010013433A offenbart eine Ladesäule für ein Elektrofahrzeug, die eine Schublade oder ein offenes Fach hat. Die jeweilige Öffnung der Ladesäulen gemäß US2013207606A sowie DE4213405A1 ermöglicht hierbei den Zugang zu einem Träger oder Schaltungselementen der Säule. Außer bei jener gemäß DE4213405A1 befindet sich die Öffnung bei allen Vorrichtungen vertikal an der Seite der Säule.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Ladesäule für Elektroautos und einen entsprechenden Ladepark gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Das erfindungsgemäße Ladesystem zielt auf eine möglichst schlanke aber hohe Ladesäule ab. Aus diesem Grund ist der Bauraum im Inneren der Ladesäule extrem begrenzt. Die eigentliche Leistungselektronik wird deshalb bereits vorzugsweise in eine andere Einheit ausgelagert und die Energie per Kabel angeliefert, die lediglich an das eigentliche Ladekabel weitergeleitet wird. An der Ladesäule findet dagegen jegliche Interaktion mit dem Benutzer, etwa zur Bezahlung statt. Sie umfasst daher neben dem Ladekabel insbesondere ein Display für eine entsprechende Benutzerschnittstelle.
Vorzugsweise sind ferner alle für die Abrechnung nötigen Bauteile - bspw. ein Energiemesser, der direkt in der Ladesäule oder sogar am Kabelende im Stecker die wirklich geladene Energie misst, oder ein Zeitzähler - sowie die Peripherie der Steuerung - zu denken ist hier an Display, Ladesteuerung, Kommunikation mit der Leistungselektronik, Beleuchtungsmodule der Ladesäule, Niederspannungsstromversorgung der genannten Komponenten und deren Absicherung - in der Ladesäule integriert.
Aufgrund des extrem knappen Bauraumes können im Fahrzeugbau übliche Aufbaukonzepte oder dem in der Elektrotechnik üblichen Schaltschrankbau nur schwerlich angewandt werden.
Ferner ist aufgrund des schmalen Aufbaus der Zugang über seitliche Türen sehr eingeschränkt, sofern nur eine einzige Seitenfläche über eine Tür zugänglich ist. Dennoch ermöglicht eine Ausführungsform der Erfindung, eine bestimmte Komponente zu wechseln oder zu inspizieren, ohne erst zahlreiche weitere Komponenten zu entfernen. Die vorliegende Erfindung umfasst hierzu ein Konzept, mit dem einzelne Module gebündelt, einfach entnommen und zum großen Teil bei Bedarf von vorne erreicht werden können. Hierzu dient eine Anordnung von Komponenten derart, dass nahezu alle Komponenten ohne Demontage anderer Komponenten zugänglich sind, selbst wenn nur eine Seite der Ladesäule geöffnet werden kann.
Ein Großteil an Komponenten aus dem energietechnischen Bereich ist für die Montage an eine Rückwand und den Zugang von vorne ausgelegt. Zwar können bei entsprechenden herkömmlichen Vorrichtungen im Grunde alle Wände von innen genutzt werden; allerdings ist bei einer Zugangstür dann auch nur eine Rückseite frontal zugänglich und der Raum in der Mitte wird damit nicht nutzbar.
Ferner müssen beim Verbau von Komponenten mit höheren Spannungen in der Regel sog. Kriechstrecken und Luftstrecken eingehalten werden, damit sich Spannungsdifferenzen zwischen Kontakten entlang von (ggf. auch verschmutzten) Oberflächen oder durch die Luft auch unter ungünstigsten Bedingungen nicht entladen. Gerade angesichts dieser Kriechstrecken ist ein enges Verbauen oft nur schwer möglich.
Ein erfindungswesentliches Element ist daher die eine Schienenführung für einen vertikalen Einschub. Dieser erlaubt es, vorzugsweise zusammengehörige Elemente zu kombinieren und auf einem gemeinsamen Träger zu montieren. Dieser Träger wiederum kann in senkrechter Richtung zu jener Seitenfläche, die eine Zugangstür oder -Öffnung aufweist, auf der Schiene oder den - vorzugsweise zwei oder drei - Schienen entweder innerhalb der Ladestation verschoben oder gar aus der Ladestation herausgezogen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt die Ansicht einer Ladesäule.
2 zeigt die Ansicht einer Schiene.
3 zeigt die Ansicht einer ersten Trägerplatte.
4 zeigt eine Draufsicht der Schiene.
5 zeigt eine erste Einzelheit der Schiene.
6 zeigt eine zweite Einzelheit der Schiene.
7 zeigt eine weitere Ansicht der Schiene.
8 zeigt die Ansicht einer zweiten Trägerplatte.
9 zeigt die transparente Ansicht einer dritten Trägerplatte mit zwei Schienen.
10 zeigt eine weitere Ansicht der Ladesäule im geöffneten Zustand.
11 zeigt eine erste Einzelheit der Ladesäule.
12 zeigt eine zweite Einzelheit der Ladesäule.
13 zeigt eine dritte Einzelheit der Ladesäule.

Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert den Gesamteindruck einer Ladesäule (10), die mit einer Schiene (11) der in 2 dargestellten Art ausgerüstet ist, welche wiederum mit einer Trägerplatte (13), die auch als Trägerrahmen mit lediglich Leisten, Streben und optional einzelnen eingelegten Platten ausgeführt sein kann, gemäß 3 zusammenwirkt und im Gegensatz zu den aus vielen Schaltschränken bekannten horizontalen Schubladen vorliegend vertikal ausgerichtet ist. Wie 4 verdeutlicht, weist die Schiene (11) einen Fixierungsmechanismus (15) zur Arretierung in einer vorgegebenen Position, vorzugsweise der Betriebsposition, auf. Wie eine Zusammenschau der 5, 6 und 7 zeigt, kann die besagte Fixierung durch einen Riegel (15) erfolgen, der bei Einschieben in die Ladesäule (10) automatisch verriegelt, jedoch zur Entnahme, bspw. durch manuelles Betätigen eines Hebels, entriegelt werden muss. Alternativ kann die Fixierung mittels einer Raste erfolgen, die mit einer vorgegebenen Mindestkraft überwunden werden kann. In jedem Fall verfügt die Schiene (11) über geeignete Vertiefungen (12) oder Aufhängungspunkte, in welche entsprechend geformte Haken, Bolzen oder anderweitige Befestigungselemente (14; siehe auch 8) seitens der Trägerplatte (13) eingreifen. Ihre größte Stabilität weisen die Schienen (11) hierbei, wie durch den senkrechten Pfeil in 9 markiert, vorzugsweise in Richtung deren Lagerung und längerer Kante auf.
Alternativ oder zusätzlich zum Fixierungsmechanismus (15) kann ferner ein Entnahmemechanismus vorliegen, der eine vollständige Entnahme des letzten Schienensegmentes erlaubt, um die gesamte Trägerplatte mit Schienensegment herauszuziehen und von den anderen Schienensegmenten zu entfernen.
Auf diese Weise wird gleichsam eine auswechselbare Schublade geschaffen, die bei der Wartung durchaus vollständig mit wenigen Handgriffen ersetzt werden kann. Das oder die letzten Schienensegmente können in diesem Fall fest an die Trägerplatte (13) oder Trägerrahmen montiert sein, beispielsweise durch Verschraubung oder Vernietung.
Ein auf den beschriebenen Schienen (11) beweglich gelagerter Träger (16) kann, wie im Beispiel gemäß 10, etwa vor den Leistungskabeln der Ladesäule (10) angeordnet werden, ohne dem Wartungstechniker den Zugriff auf diese Kabel zu verwehren. 11 gewährt zur Erläuterung dieses Aufbaus einen Blick durch die Türseite in die hierzu teiltransparent dargestellte Ladesäule (10). Schienen (11) der besagten Art sind hier über Distanzstücke (17) an einer Seitenwand montiert, welche die Trägerplatte (13) in eine zweite Ebene vor der ersten versetzen, in der hier Leitungen verlaufen.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der die Trägerplatte (13) umfassende Träger (16) oder Teile davon im ausgefahrenen Zustand gemäß 12 und 13 von den Schienen (11) entfernt werden. Hierzu ist der Träger (16) in den linear gelagerten Schienen (11) eingehängt, sodass das Eigengewicht des Trägers (16) oder des betreffenden Teils des Trägers (16) diesen im eingehängten Zustand im gelagerten Teil der Schiene (11) fixiert. Die so geschaffene vertikale „Schublade“ unterscheidet sich in ihrem Wesen somit deutlich von typischen 19"-Rackschubladen, die in konventionellen Systemen verbaut werden. Insbesondere schafft die Schublade Platz an vertikalen Flächen und definiert mehrere vertikale Ebenen. So wird der Raum (18) in einer weiteren Ebene vor der Seitenwand nutzbar für Komponenten, die einen Zugang von vorne benötigen, da der Träger (16) - zumindest, wenn er aus der Ladesäule (10) herausgezogen werden kann - von vorne zugänglich ist. Damit werden zumindest zwei Flächen von vorne zugänglich: einerseits die der Tür oder Öffnung gegenüberliegende Innenseitenfläche der Ladesäule (10) und zumindest mindestens eine Fläche je vertikaler Schublade. Diese können beispielsweise mit von vorzugsweise von vorne zugänglichen Komponenten belegt werden.
In der abbildungsgemäßen Ausführungsform wird auf die beschriebene Weise eine Art Leistungs- und Kabelschienenschacht (20) fest an der Wand hinter der Trägerplatte (13) montiert. Die Trägerplatte (13) stellt dabei - gerade im Vergleich zu einfachen Stromschienen - gleichzeitig die Einhaltung der nötigen Luft- und Kriechstrecken in einfacher Art sicher. Die Kriechwege entlang von Oberflächen sind erfindungsgemäß auf Pfade über die wenigen Lagerpunkte beschränkt; die Platte selbst kann ferner elektrisch isolierend ausgeführt werden und steht somit den direkten Luftstrecken gewissermaßen im Weg, sodass diese gleichsam um die Platte herum „verlängert“ werden.
Beispiele für vorzugsweise von vorne zugängliche Komponenten sind Komponenten mit Anzeigen oder Knöpfen an der Vorderseite wie Energiemeter, elektronische Steuerungen mit Debug-Pins, Buchsen oder DIP-Schaltern auf der Oberfläche, die zur Diagnose oder zum Programmieren benötigt werden und so kleinteilig sind, dass eine Bedienung ohne Einsehbarkeit nicht zumutbar ist, oder viele Komponenten in DIN-Schienenmontage. In einer bevorzugten Ausführungsform sind auf der entnehmbaren Trägerplatte (13) Niedervoltkomponenten verbaut, während in der Ebene hinter der Trägerplatte (13) Hochvoltkomponenten - also oberhalb der Schutzkleinspannung (SELV), nicht jedoch zwingend bei Hochspannung arbeitende Bauteile - untergebracht sind.
Die Trägerplatte (13) stellt damit eine unkompliziert entnehmbare Barriere dar, die Kriech- und Luftstrecken verlängert und bei losen HV- oder NV-Komponenten eine Berührung verhindert. In der Ausgestaltung gemäß 13 umfassen die NV-Komponenten der Trägerplatte (13) insbesondere die Ladesäulensteuerung als zentrales Steuergerät (ECU) der Usereinheit, das mind. eine Leiterplatte mit integrierten Schaltungen und Prozessor(en) umfasst, weitere Digitalkomponenten - bspw. die Überwachung des Ladekabels, die Stromversorgung der Ladesäulensteuerung sowie der anderen Digitalkomponenten - und die zum Betrieb der vorgenannten Komponenten nötige Verkabelung.
Durch die Schublade gelangt die Ladesäulensteuerung im eingeschobenen Zustand in unmittelbare Nähe zum, hier nahezu exakt hinter das, Bedienfeld der Ladesäule (10) mit dem Touchdisplay, mit welchem die Ladesäulensteuerung in direkter Verbindung steht.
Alternativ könnte das Display jedoch auch auf ähnlicher Höhe an einer anderen Seitenwand liegen, solange sich im eingefahrenen Zustand eine hinreichend kurze Distanz zwischen Ladesäulensteuerung und Display einstellt, um Leitungen anzubinden.
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

US 2013207606 A [0005]
DE 4213405 A1 [0005]
DE 202017100174 U1 [0005]
US 2010013433 A [0005]

Claims

Ladesäule (10) für Elektroautos, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladesäule (10) umfasst eine Trägerplatte (13), - die Ladesäule (10) umfasst Schienen (11) mit mehreren Segmenten zum Aufnehmen vertikaler Belastungen und - die Schienen (11) sind dazu angepasst, die Trägerplatte (13) aus der Ladesäule (10) wahlweise herauszufahren.
Ladesäule (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Trägerplatte (13) ist vertikal ausgerichtet.
Ladesäule (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Trägerplatte (13) weist Haken oder Bolzen (14) auf, - die Schienen (11) weisen Vertiefungen (12) zum Eingreifen oder Einhängen der Haken oder Bolzen (14) auf und - die Haken oder Bolzen (14) weisen an einem Ende eine Durchmesseraufweitung zum Sichern der Schienen (11) gegen ein Herausfallen auf.
Ladesäule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Schienen (11) weisen einen Fixierungsmechanismus (15) und eine Führung auf und - die Schienen (11) weisen jeweils ein letztes gelagertes Segment dergestalt auf, dass das letzte Segment entriegelt, aus der Führung gezogen und der Ladesäule (10) gemeinsam mit der Trägerplatte (13) entnommen werden kann.
Ladesäule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladesäule (10) enthält Leistungskabel und einen die Trägerplatte (13) umfassenden Träger (16) und - der Träger (16) ist auf den Schienen (11) beweglich vor den Leistungskabeln gelagert.
Ladesäule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladesäule (10) umfasst eine Seitenwand, Distanzstücke (17) und in einer ersten Ebene fest montierte Elemente, wobei die erste Ebene einen Raum (18) zwischen der Trägerplatte (13) und der Seitenwand schneidet, und - die Distanzstücke (17) versetzen die Trägerplatte (13) in eine zweite Ebene vor der ersten Ebene.
Ladesäule (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladesäule (10) umfasst ein Ladekabel, einen Boden und ein Dach mit einem Austritt für das Ladekabel und - die Elemente umfassen Ladeleitungen und Kühlleitungen, die aus dem Boden von externer Leistungselektronik und einem Kühlsystem in die Ladesäule (10) und hinter der Trägerplatte (13) entlang der Seitenwand zum Austritt verlaufen.
Ladesäule (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Raum (18) ist ein fest an der Seitenwand montierter Leitungs- und Kabelschienenschacht (20).
Ladesäule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladesäule (10) weist eine Tür und einen weiteren Raum (19) für durch die Tür zu montierende oder zu wartende Komponenten an einer der Tür gegenüberliegenden Seite auf und - die Komponenten umfassen DIN-Schienen (11).
Ladesäule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Ladesäule (10) umfasst eine Ladesäulensteuerung (21), Kabelführungen (22) und eine Spannungsversorgung (23) für die Ladesäulensteuerung (21) und weitere Digitalkomponenten.
Ladepark mit einer Ladesäule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.