DE102009039651A1

DE102009039651A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen eines Stromanschlusses

Info

Publication number: DE102009039651A1
Application number: DE102009039651A
Authority: DE
Inventors: Checrallah Kachouh; Hans-Dieter Dr. Storzer
Original assignee: Elektro Bauelemente GmbH
Current assignee: CCS Abwicklungs AG
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Stromanschlusses in einer wenigstens zwei Steckdosen aufweisenden Ladesäule für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, wobei zur Bereitstellung wenigstens einer Steckdose in einer Bereitstellungsposition eine der bereitzustellenden Steckdose zugeordnete und bei Nichtverwendung der Steckdose durch ein derselben zugeordnetes Verschlusselement verschlossene Öffnung in einem Gehäuse der Ladesäule freigegeben wird und ein Stecker eines mit dem Fahrzeug verbindbaren Ladekabels durch die Öffnung in die bereitgestellte Steckdose eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen externen Nutzer ein zentrales Initialisierungssignal bewirkt wird und dass dann alle nicht verwendeten Steckdosen einer vorgegebenen Benutzungskategorie aus einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdosen in dem Gehäuse für den Nutzer unzugänglich angeordnet sind, in einer Bereitstellungsposition bereitgestellt werden, in der die Steckdosen durch die Öffnungen mittelbar oder unmittelbar zugänglich sind und ein Stecker in eine der bereitgestellten Steckdosen einsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Stromanschlusses in einer wenigstens zwei Steckdosen aufweisenden Ladesäule für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, wobei zur Bereitstellung wenigstens einer Steckdose in einer Bereitstellungsposition eine der bereitzustellenden Steckdose zugeordnete und bei Nichtverwendung der Steckdose durch ein derselben zugeordnetes Verschlusselement verschossene Öffnung in einem Gehäuse der Ladesäule freigegeben wird und ein Stecker eines mit dem Fahrzeug verbindbaren Ladekabels durch die Öffnung in die bereitgestellte Steckdose eingesetzt wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Stromanschlusses für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug enthaltend ein Gehäuse mit einer Wandung und einer Anzahl an Öffnungen zum Einsetzen eines Steckers, enthaltend eine zu der Anzahl an Öffnungen korrespondierende Anzahl an Steckdosen zur Aufnahme der Stecker, wobei den Öffnungen Verschlusselemente zugeordnet sind zum Verschließen der Öffnungen bei Nichtverwendung der zugeordneten Steckdosen, und enthaltend eine Signalerfassungseinheit zur Erfassung von Signalen.
Elektrisch betreibbare Fahrzeuge werden heute mit einem Ladestrom von 16 Ampere, 32 Ampere oder 63 Ampere geladen. Der maximal zulässige Ladestrom ist abhängig von der Spezifikation des Fahrzeugs. Um eine sichere Aufladung des Fahrzeugs zu gewährleisten, darf der maximal zulässige Ladestrom nicht überschritten werden. Hierzu ist bekannt, dass für die unterschiedlichen Ladeströme unterschiedliche Ladesäulen zur Verfügung stehen. Da öffentlich zugängliche Ladesäulen zum gleichzeitigen Laden mehrere Fahrzeuge in der Regel eine Mehrzahl von Stromanschlüssen aufweisen, können unterschiedliche Stromanschlüsse für unterschiedliche Ladeströme bereitgestellt werden. Nachteilig ist jedoch, dass durch das Bereitstellen unterschiedlicher Stromanschlüsse die Investitionskosten für die Infrastruktur steigen. Darüber hinaus besteht bei der Bereitstellung unterschiedlicher Stromanschlüsse die Gefahr, dass insbesondere technisch unversierte Nutzer unsicher sind bezüglich der Wahl der richtigen, das heißt für ihr Fahrzeug geeigneten Ladesäule. Diese Nutzer meiden unter Umständen die Aufladung ihres Fahrzeugs an öffentlich zugänglichen Ladesäulen, so dass der Betreiber wirtschaftliche Einbußen zu verzeichnen hat.
Ferner ist bekannt, dass einheitliche Stromanschlüsse verwendet werden und der maximal zulässige Ladestrom von der Ladesäule selbst detektiert wird. Das Fahrzeug wird dann mit dem maximal zulässigen Ladestrom geladen. Der Nutzer kann demzufolge einen beliebigen der zur Verfügung gestellten Stromanschlüsse wählen und betätigt eine dem jeweiligen Stromanschluss zugeordnete Aktivierungstaste. Ein Verschlusselement einer dem Stromanschluss zugeordneten Steckdose wird hierbei automatisch oder durch den Nutzer manuell geöffnet, damit der Stecker des Ladekabels durch eine Öffnung der Ladesäule mit der Steckdose elektrisch und mechanisch verbunden werden kann. Nachteilig hierbei, ist, dass insbesondere Nutzer, die um die unterschiedlichen Ladeströme wissen, bei der Auswahl des Stromanschlusses verunsichert werden. Darüber hinaus bieten sich durch die an Ladesäule vorgesehenen Tasten Manipulationsmöglichkeiten, beispielsweise indem bei missbräuchlicher Betätigung der Taste die Steckdose freigegeben wird und ein Fremdkörper, beispielsweise ein Kaugummi, in die Steckdose eingeführt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Stromanschlusses in einer Ladesäule für elektrisch betreibbare Fahrzeuge derart anzugeben, dass die Ladesäule komfortabel und intuitiv bedienbar ist und ein guter Schutz gegen Vandalismus und Fehlbedienung gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch einen externen Nutzer ein zentrales Initialisierungssignal bewirkt wird und dass dann alle nicht verwendeten Steckdosen einer vorgegebenen Benutzungskategorie aus einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdosen in dem Gehäuse für den Nutzer unzugänglich angeordnet sind, in einer Bereitstellungsposition bereitgestellt werden, in der die Steckdosen durch die Öffnungen mittelbar oder unmittelbar zugänglich sind und ein Stecker in eine der bereitgestellten Steckdosen einsetzbar ist.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Bereitstellung aller nicht verwendeten Steckdosen einer vorgegebenen Benutzungskategorie dem Nutzer allein den probaten, das heißt den für sein Fahrzeug geeigneten Stromanschluss zur Verwendung anbietet. Hierbei muss der Standort des Nutzers von der Ladesäule nicht erkannt werden. Es werden einfach alle gegenwärtig nicht verwendeten Steckdosen einer vorgegebenen Benutzungskategorie bereitgestellt. Der Benutzer wählt dann eine Steckdose aus, die im beispielsweise aufgrund der Nähe zu seinem Fahrzeug günstig erscheint, und stecket den Stecker durch eine Öffnung in einem Gehäuse der Ladesäule in die ausgewählte Steckdose.
Im Sinne der Erfindung ist die Öffnung verschlossen, wenn ein die Öffnung verschließendes Verschlusselement verriegelt ist oder beispielsweise aufgrund einer selbsthemmenden Anordnung desselben nicht manuell geöffnet werden kann. Eine Steckdose ist für den Nutzer unmittelbar zugänglich, wenn dieser den Stecker durch die Öffnung ohne manuelle Betätigung des Verschlusselements oder eines anderen Elements in die Steckdose einstecken kann. Die Steckdose ist mittelbar zugänglich, wenn sie hinter einem von dem Nutzer manuell betätigbaren Verschlusselement angeordnet ist und der Stecker nach einer manuellen Betätigung des Verschlusselements in die Steckdose einsetzbar ist. Das Verschlusselement ist hierbei nicht verriegelt oder anderweitig gegen eine manuelle Betätigung gesichert. Die Steckdose ist unzugänglich angeordnet, wenn der Stecker weder mittelbar noch unmittelbar in die Steckdose eingesteckt werden kann. Dies ist beispielsweise erreicht, wenn das Verschlusselement die Öffnung verschließt oder der Stecker aufgrund der räumlichen Anordnung der Steckdose in dem Gehäuse nicht in dieselbe eingesteckt werden dann.
Das Verschlusselement kann beispielsweise als eine verriegelbare Klappe ausgebildet sein, die in einer Nichtverwendungsposition der Steckdose die der Steckdose zugeordnete Öffnung des Gehäuses ganz oder teilweise abdeckt und beispielsweise mittels eines elektromagnetisch betätigten Sperrbolzens verriegelt ist. In der Bereitstellungsposition ist die Klappe entriegelt, so dass der Nutzer die Klappe öffnen und den Stecker durch die Öffnung in die Steckdose einsetzen kann. Die Steckdose ist hierbei in der Bereitstellungsposition mittelbar zugänglich.
Das Verschlusselement kann beispielsweise als ein motorisch betätigbarer Schieber ausgebildet sein. In der Nichtverwendungsposition ist der Schieber derart vor der Öffnung angeordnet, dass die Steckdose nicht zugänglich ist. Zur Bereitstellung der Steckdose wird der Schieber motorisch betätigt und derart verschoben, dass die Steckdose durch die Öffnung unmittelbar zugänglich ist.
Die unterschiedlichen Benutzungskategorien können beispielsweise in Abhängigkeit von einem maximal zulässigen Ladestrom gebildet sein. Hierbei ist in der Ladesäule eine Anzahl von Stromanschlüssen installiert zur Aufladung des Fahrzeugs mit 16 Ampere, 32 Ampere oder 63 Ampere. Die Stromanschlüsse zur Aufladung des Fahrzeugs mit einem Ladestrom von 16 Ampere bilden eine erste Benutzungskategorie, die zur Aufladung des Fahrzeugs mit 32 Ampere eine zweite Benutzungskategorie und die zur Aufladung des Fahrzeugs mit 63 Ampere eine dritte Benutzungskategorie. Ebenso ist denkbar, dass die Benutzungskategorien anhand geometrischer bzw. konstruktiver Besonderheiten des Steckers gebildet sind und der gegenwärtig noch fehlenden Normung bzw. internationalen Einheitlichkeit auf diesem Gebiet Rechnung tragen. Ferner können die Benutzungskategorien unter örtlichen Gesichtspunkten gebildet sein. So können einem Nutzer eine oder mehrere Steckdosen in seiner unmittelbaren Nähe bereitgestellt werden, während entfernte Steckdosen in der Nichtverwendungsposition verbleiben. Ebenso ist es möglich, dass nicht gewarteten Stromanschlusse oder Stromanschlüsse, mit denen es in der Vergangenheit Probleme gab, zumindest temporär bis zur nächsten Wartung aus einer Benutzungskategorie ausgeschossen werden.
Um die Benutzungskategorie in besonders einfacher Weise automatisiert zu bestimmen, können entsprechende Informationen mit eigenem Initialisierungssignal übermittelt werden. In dem Initialisierungssignal können beispielsweise Informationen zu dem maximal zulässigen Ladestrom des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden soll. Das Initialisierungssignal kann beispielsweise von dem Nutzer via Funk (Mobiltelefon/SMS) an die Ladesäule übersandt werden. Ebenso kann der Nutzer mit einem von der Ladesäule automatisch auslesbaren RFID-Tag ausgestattet sein, wobei das Initialisierungssignal ausgelöst wird, sobald das RFID-Tag sich hinreichend nahe an der Ladesäule befindet. Ferner kann das Initialisierungssignal über ein an der Ladesäule, befindliches Bedienelement ausgelöst werden.
Die verdeckte Anordnung der Steckdosen in der Nichtverwendungsposition verhindert den versehentlichen oder unbefugten Zugriff auf die Steckdose. Da in der Nichtverwendungsposition der Steckdose zugleich die Gehäuseöffnung durch das Verschlusselement verschlossen ist, wird ein vorsätzliches oder versehentliches Einbringen von Fremdstoffen in das Gehäuse verhindert. In der Bereitstellungsposition ist die Öffnung unverschlossen und die Steckdose durch die Öffnung mittelbar oder unmittelbar zugänglich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die bereitzustellenden Steckdosen mittels einer Antriebseinheit aus der Nichtverwendungsposition, in der die Steckdosen hinter einer Wandung des Gehäuses verdeckt angeordnet sind, in die Bereitstellungsposition verbracht. Hierbei sind die Steckdosen in der Nichtverwendungsposition hinter einer Wandung des Gehäuses verdeckt angeordnet und in der Bereitstellungsposition unmittelbar zugänglich in dem Gehäuse angeordnet. Vorteilhaft wird der Nutzer von jeglicher Betätigung der Ladesäule befreit. Er steckt allein den Stecker in eine der bereitgestellten Steckdosen. Da der Nutzer hierfür lediglich eine Hand benötigt, kann er mit der zweiten Hand beispielsweise einen Regenschirm, eine Arbeitstasche oder ein Kind halten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Auswahlsignal erzeugt und an eine Steuereinheit weitergeleitet, sobald das Verschlusselement einer bereitgestellten Steckdose manuell betätigt wird und/oder der Stecker in eine bereitgestellte Steckdose eingeführt wird und/oder der Stecker in der Steckdose mittels eines der Steckdose bzw. dem Stecker zugeordneten Verriegelungselements verriegelt wird. Mit dem Auswahlsignal ist die ausgewählte Steckdose gekennzeichnet und der Ladevorgang kann gestartet werden. Vorteilhaft startet der Ladevorgang mit dem vorliegenden des Auswahlsignals automatisch, wobei zwischen dem Vorliegen des Auswahlsignals und dem Start des Ladevorgangs ein geeignet erscheinendes Verzögerungsintervall vorgesehen sein kann. Die Bedienung der Ladesäule wird hierdurch für den Nutzer vereinfacht, da nach dem Einbringen des Steckers auf ein separates Auslösen des Ladevorgangs beispielsweise mittels Knopfdrucks verzichtet werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die in der Bereitstellungsposition bereitgestellten und nicht ausgewählten Steckdosen nach Ablauf einer vorgegebenen Bereitstellungszeitperiode und/oder nach Empfang eines Rückstellsignals aus der Bereitstellungsposition in die Nichtverwendungsposition verbracht. Durch die automatisierte Rückstellung der nicht ausgewählten Steckdosen in die Nichtverwendungsposition wird der Schutz der Ladesäule vor Vandalismus weiter verbessert. Die Rückstellung kann nach Ablauf einer vordefinierten Bereitstellungszeitperiode erfolgen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn ein Nutzer seinen ursprünglichen Ladewunsch aufgegeben hat. Ausschlaggebend hierfür kann beispielsweise ein vergessenes oder defektes Ladekabel sein. Als ein Rückstellsignal kann beispielsweise eine über einen Bewegungssensor detektiertes Entfernen des Nutzers aus dem Umfeld der Ladesäule und/oder ein aktiv von dem Nutzer an die Ladesäule übermitteltes Abbruchsignal dienen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die in der Bereitstellungsposition bereitgestellten und nicht ausgewählten Steckdosen in Abhängigkeit vom Vorliegen des Auswahlsignals wenigstens einer ausgewählten Steckdose in die Nichtverwendungsposition zurückverbracht. Vorteilhaft können hierdurch bei Bereitstellung einer Mehrzahl von Steckdosen nach Auswahl einer bereitgestellten Steckdose die nicht ausgewählten Steckdosen in die Nichtverwendungsposition zurückverbracht werden. Auf diese Weise werden der Schutz vor Vandalismus und die Benutzungssicherheit verbessert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Verbringen einer Steckdose in die Nichtverwendungsposition unterbrochen, sobald die Steuereinheit anhand einer charakteristischen Veränderung wenigstens eines Betriebsparameters eines Motors der Antriebseinheit eine Blockade der in die Nichtverwendungsposition zu verbringenden Steckdose detektiert hat. Vorteilhaft wird hierdurch eine Beschädigung der Steckdose, der Ladesäule bzw. der Antriebseinheit in einer Blockadesituation vermieden. Eine derartige Blockadesituation kann Folge eines Missbrauchs, beispielsweise des Einführens eines Stocks oder anderen Fremdkörpers in die bereitgestellte Steckdose sein. Ebenso ist denkbar, dass unbeabsichtigt der Stecker nicht vollständig in die Steckdose eingesetzt wurde, so dass kein Auswahlsignal ausgelöst wird und die Steckdose beispielsweise nach Ablauf der Bereitstellungszeitperiode in die Nichtverwendungsposition verbracht werden soll.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Ladevorgang selbsttätig nach Vollaufladung eines Energiespeichers des Fahrzeugs oder durch ein vorzeitiges Auslösen eines Beendigungssignals beendet. Zur Zuordnung des Beendigungssignals zu einer der ausgewählten Steckdosen werden mit dem Initialisierungssignal und/oder mit dem Beendigungssignal Identifikationsinformationen übermittelt. Vorteilhaft wird durch die selbsttätige Beendigung des Ladevorgangs bei Vollaufladung der Fahrzeugbatterie ein Überladen der Batterie und eine Beschädigung derselben verhindert. Ein vorzeitiger Abbruch des Ladevorgangs kann beispielsweise erfolgen, wenn der Nutzer sein Fahrzeug vor Abschluss des Ladevorgangs und mit nur teilweise gefülltem Energiespeicher verwenden möchte. Ebenso ist denkbar, dass ein Beendigungssignal den Ladevorgang unterbricht, sobald eine vordefinierte Energiemenge aufgeladen wurde bzw. ein vorgegebenes Kostenbudget erschöpft ist. Die Zuordnung des Beendigungssignals zu einer der ausgewählten Steckdosen bewirkt hierbei, dass parallel an der Ladesäule angeschlossene Fahrzeuge unabhängig von dem einen Beendigungssignal weiter beladen werden können.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der in der Steckdose verriegelte Stecker nach Beendigung des Ladevorgangs und nach Empfang eines Freigabesignals entriegelt. Vorteilhaft kann durch die Entriegelung des Steckers nach Empfang eines Freigabesignals sichergestellt werden, dass das Ladekabel bis zur Rückkehr des Nutzers in der Ladestation verriegelt und vor Diebstahl geschützt ist. Ein unautorisiertes Entwenden des Ladekabels wird hierdurch vermieden. Das Freigabesignal kann bei Rückkehr des Nutzers automatisch erzeugt werden, beispielsweise bei einer automatischen Erkennung des Nutzers mittels RFID-Tag. Ebenso kann das Freigabesignal zusammen mit dem Beendigungssignal übersandt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Nutzer sein noch nicht vollständig geladenes Fahrzeug zur Weiterfahrt nutzen will. Zur Zuordnung des Freigabesignals zu einer der ausgewählten Steckdosen wird mit dem Initialisierungssignal und/oder mit dem Freigabesignal die Identifikationsinformation übermittelt. Die Übermittlung kann hierbei direkt an die Ladestation oder an eine räumlich von der Ladestation getrennt Zentralstation erfolgen, die ihrerseits mit der Ladestation kommuniziert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der Entnahme des entriegelten Steckers aus der Steckdose ein Entnahmesignal erzeugt. Dann wird die Steckdose von der Bereitstellungsposition in die Nichtverwendungsposition verbracht. Vorteilhaft ist hierdurch ein optimaler Schutz gegen Vandalismus bzw. unbeabsichtigter Fehlbedienung gewährleistet, da sichergestellt wird, dass die soeben freigegebenen nicht mehr verwendeten Steckdose unzugänglich in dem Gehäuse angeordnet ist und die Gehäuseöffnung durch das Verschlusselement verschlossen wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steckdose ein Betätigungsmittel zugeordnet ist derart, dass die Steckdose aus einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdose in dem Gehäuse unzugänglich angeordnet ist und die Öffnung durch ein Verschlussmittel verschlossen ist, in einer Bereitstellungsposition bereitstellbar ist, in der die Steckdose durch die Öffnung in dem Gehäuse mittelbar oder unmittelbar zugänglich ist zum Einsetzen des Stecker in die Steckdose, und dass die Betätigungseinheiten aller Steckdosen einer vorgegebenen Benutzungskategorie mittels einer Steuereinheit gemeinsam betätigbar sind zur gemeinsamen Bereitstellung aller Steckdosen der vorgegebenen Benutzungskategorie in der Bereitstellungsposition.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Ladesäule in der Nichtverwendungsposition zuverlässig gegen Vandalismus, Missbrauch und unbeabsichtigte Fehlbedienung geschützt. In der Bereitstellungsposition ist die Ladesäule auch für technisch ungeübte Nutzer einfach und intuitiv bedienbar. Der Nutzer kann durch die Bereitstellung alle Steckdosen einer Benutzungskategorie eine für ihn günstige Steckdose auswählen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Steckdosen derart beweglich in dem Gehäuse angeordnet, dass diese mittels einer als Betätigungseinheit dienenden Antriebseinheit aus von einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdose hinter der Wandung des Gehäuse verdeckt angeordnet ist, in die Bereitstellungsposition verbringbar sind, in der die Steckdosen durch die ihr zugeordnete Öffnung zugänglich sind. Vorteilhaft wird der Nutzer durch die aktive Bereitstellung der Steckdosen und deren unmittelbare Zugänglichkeit in der Bereitstellungsposition weitgehend von der manuellen Bedienung der Ladesäule entlastet. Hierdurch sinkt das Risiko einer Fehlbedienung. Zugleich verschmutzen Hände und/oder Kleidung des Nutzers nicht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Signalerfassungseinheit ein Empfangsmodul auf zur Erfassung kabellos übertragbarer Signale. Vorteilhaft kann hierdurch auf das Vorsehen von Tasten oder anderen Bedienelementen an der Ladestation verzichtet werden. Als Signale sind beispielsweise ein Initialisierungssignal zur Bereitstellung der Steckdosen in der Bereitstellungsposition, ein Beendigungssignal zum Beenden des Ladevorgangs oder ein Freigabesignal zum Entriegeln des Steckers übertragbar. Die verschiedenen Signale können berührungslos beispielsweise mittels Mobiltelefon/SMS, RFID (z. B. integriert in eine ID-Karte des Nutzers oder dem mit der Steckdose zu verbindenden Stecker) oder via Funk übertragen werden. Ebenso ist eine optische Übertragung der Signale, beispielsweise mittels Kamera, Näherungssensor oder in die Fahrzeuglichtfunktion integrierten Identifikationsinformationen realisierbar. Zum Beginn des Ladevorgangs ist daher allein das manuelle Einsetzen des mit dem Ladekabel verbundenen Steckers in die Ladestation notwendig. Die Ladestation kann hierbei bequem mit einer Hand bedient werden. Mit der zweiten Hand kann beispielsweise eine Arbeitstasche, ein Kind oder ein Schirm gehalten werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Ladesäule zur Bereitstellung elektrischer Energie für elektrisch betreibbare Fahrzeuge,
2 eine perspektivische Ansicht der Ladesäule in einer Nichtverwendungsposition und
3 eine perspektivische Darstellung der Ladesäule in einer Bereitstellungsposition.
Eine Vorrichtung ist als eine Ladesäule 1 zur Bereitstellung elektrischer Energie für elektrisch betreibbare Fahrzeuge ausgebildet und weist ein Gehäuse 2 mit einer Wandung 3 und mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 2 angeordneten Öffnungen 4.1, 4.2 auf. Durch die Öffnungen 4.1, 4.2 kann ein Stecker in eine von zwei in dem Gehäuse 2 angeordnete Steckdosen 5.1, 5.2 eingesetzt werden. Als Fahrzeug im Sinne der Erfindung gelten insbesondere Automobile, Zweiräder, Wasserfahrzeuge (Boote), Anhänger (z. B. Wohnanhänger, Verkaufsanhänger), Wohnmobile und Luftfahrzeuge.
Derartige Ladesäulen 1 werden beispielsweise auf Parkplätzen, an Einkaufszentren oder am Arbeitsplatz bereitgestellt. Für den Ladevorgang wird die Ladesäule 1 über ein Ladekabel mit einem Fahrzeug derart verbunden, dass ein Energiespeicher des Fahrzeugs aufgeladen werden kann. Da der Ladevorgang ungleich länger dauert als das Betanken konventioneller Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen, sind die Fahrzeuge typischerweise über Nacht an die Ladesäule 1 angeschlossen. Während des Ladevorgangs sind die Fahrzeuge in der Regel unbeobachtet.
Bedingt durch das Anwendungsszenario müssen eine sichere Bereitstellung der elektrischen Energie, ein maximaler Schutz der Ladesäule 1 vor Vandalismus und Missbrauch und eine einfache und intuitive Bedienung der Ladesäule 1 durch den Nutzer gewährleisten sein. Die Steckdosen 5.1, 5.2 können hierzu einzeln oder gemeinsam aus einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdosen 5.1, 5.2 von außen unzugänglich hinter der Wandung 3 des Gehäuses 2 angeordnet und die Öffnungen 4.1, 4.2 durch ihnen zugeordnete Verschlusselemente 6.1, 6.2 verschlossen sind, in eine Bereitstellungsposition verbracht werden, in der die Verschlusselemente 6.1, 6.2 die denselben zugeordneten Öffnungen 4.1, 4.2 freigeben und ein Stecker durch eine der Öffnungen 4.1, 4.2 in die der Öffnung 4.1, 4.2 zugeordnete Steckdose 5.1, 5.2 eingesteckt werden kann.
Die Steckdosen 5.1, 5.2 gehören zu einer gemeinsamen Benutzungskategorie, wobei in Abhängigkeit von der Spezifikation des Fahrzeugs von jeder Steckdose 5.1, 5.2 ein Ladestrom von 16 Ampere, 32 Ampere oder 63 Ampere zur Verfügung gestellt werden kann.
Zur Verbringung der wenigstens einen Steckdose 5.1, 5.2 von der Nichtverwendungsposition in die Bereitstellungsposition wird mittels einer Signalerfassungseinheit 7 ein Initialisierungssignal erfasst. Die mindestens eine Steckdose 5.1, 5.2 wird dann mittels einer als eine Betätigungseinheit dienenden Antriebseinheit 8, welche vorzugsweise elektrisch antreibbar ist, aus der Nichtverwendungsposition in die Bereitstellungsposition verbracht. Das Initialisierungssignal kann hierbei beispielsweise drahtlos an die Ladesäule 1 übertragen werden. In diesem Fall weist die Signalerfassungseinheit 7 ein Empfangsmodul 9 auf zum Empfang des Signals. Das Initialisierungssignal kann beispielsweise von einem externen Nutzer via Mobilfunk/SMS an die Ladesäule 1 oder eine beabstandet zu der Ladesäule 1 angeordnete übergeordnete Steuereinheit gesendet und von dort an die Ladesäule 1 übermittelt werden. Ebenso kann der Nutzer mit einer RFID-Karte ausgestattet sein, so dass der Nutzer bei Annäherung des Nutzers an die Ladesäule 1 von der Signalerfassungseinheit 7 identifiziert wird. Die Identifikation des Nutzers dient hierbei zugleich als Initialisierungssignal zur Bereitstellung der wenigstens einen Steckdose 5.1, 5.2. Als Nutzer kommen insbesondere der Fahrzeugführer oder ein anderer Fahrzeuginsasse in Frage. Darüber hinaus kann das Fahrzeug selbst – beispielsweise mittels einer via Funk übermittelten Kennung – identifiziert werden.
Alternativ kann das Initialisierungssignal als optisches Signal an die Ladesäule übertragen werden. Alternativ kann das Initialisierungssignal mittels Bedienelementen generiert werden, die an der Ladesäule 1 oder der ihr zugeordneten Zentralstation angeordnet sind und durch den Nutzer oder einer anderen Bedienperson betätigt werden.
Zur Bereitstellung der Steckdose 5.1, 5.2 in der Bereitstellungsposition und zur Durchführung des Ladevorgangs wird wie folgt verfahren. Nach Empfang des Initialisierungssignals wird zunächst wenigstens eine nicht verwendete, das heißt in der Nichtverwendungsposition befindliche Steckdose 5.1, 5.2 einer vorgegebenen Benutzungskategorie aus der Nichtverwendungsposition in die Bereitstellungsposition verbracht. In der Bereitstellungsposition ist die der wenigstens einen bereitgestellten Steckdose 5.1, 5.2 zugeordnete Öffnung 4.1, 4.2 nicht mehr durch das Verschlusselement 6.1, 6.2 verschlossen, so dass ein Stecker in die bereitgestellte Steckdose 5.1, 5.2 eingesetzt werden kann. Bei Einführung des Steckers in die bereitgestellte Steckdose 5.1, 5.2 und/oder bei Verriegelung des Steckers in der bereitgestellten Steckdose 5.1, 5.2 mittels eines der Steckdose 5.1, 5.2 und/oder dem Stecker zugeordneten, nicht dargestellten Verriegelungselements wird ein Auswahlsignal erzeugt und an eine Steuereinheit 10 weitergeleitet. Das Auswahlsignal kennzeichnet, dass der Stecker korrekt in die Steckdose 5.1, 5.2 eingeführt bzw. in der Steckdose 5.1, 5.2 verriegelt wurde. Das Auswahlsignal kann zugleich als Startsignal für den Ladevorgang dienen, der unmittelbar mit dem Anliegen des Auswahlsignals oder nach Ablauf einer Verzögerungszeitperiode gestartet werden kann.
Die in der Bereitstellungsposition bereitgestellten und nicht ausgewählten Steckdosen 5.1, 5.2 werden entweder nach Ablauf einer vorgegebenen Bereitstellungszeitperiode und/oder nach Empfang eines Rückstellsignals in die Nichtverwendungsposition zurückverbracht. Beispielsweise kann bei Bereitstellung beider Steckdosen 5.1, 5.2 und nach Empfang eines Auswahlsignals von einer der bereitgestellten Steckdosen 5.1, 5.2 die bereitgestellte und nicht ausgewählte Steckdose 5.1, 5.2 in die Nichtverwendungsposition zurückverbracht werden. Das Auswahlsignal der ausgewählten Steckdose 5.1, 5.2 wird hierbei als Rückstellsignal für die anderen Steckdosen 5.1, 5.2 verwendet.
Die Verbringung der Steckdose 5.1, 5.2 in die Nichtverwendungsposition und/oder die Bereitstellungsposition kann unterbrochen werden, sobald die Steuereinheit 10 anhand einer charakteristischen Veränderung mindestens eines Betriebsparameters eines Motors der Antriebseinheit 8 eine Blockade oder Schwergängigkeit der in die Nichtverwendungsposition und/oder die Bereitstellungsposition zu verbringende Steckdose 5.1, 5.2 detektiert hat. Somit lässt sich der Motor bei einer Blockade ausschalten bzw. abbremsen. Schäden an der Antriebseinheit, dem Gehäuse und/oder der Steckdose können hierdurch vermieden werden. Ebenfalls wird auf diese Weise eine Überkraftbegrenzung realisiert, die ein Verfahren der Steckdose 5.1, 5.2 beispielsweise dann verhindert, wenn ein Stecker nicht vollständig in die Steckdose eingesteckt oder wenn ein Fremdkörper, beispielsweise ein Ast oder ein Kaugummi, in die Steckdose 5.1, 5.2 eingebracht wurde.
Der Ladevorgang des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs wird selbsttätig nach Vollaufladung des Energiespeichers des Fahrzeugs oder vorzeitig nach Anliegen eines Beendigungssignals beendet. Das Beendigungssignal kann beispielsweise von dem Nutzer erzeugt werden, wenn dieser sein Fahrzeug vor vollständiger Aufladung des Energiespeichers von der Ladesäule 1 abkoppeln möchte. Ebenso kann das Beendigungssignal automatisch generiert werden, wenn ein vorgegebenes Guthaben aufgebraucht oder ein vorgegebener Ladezustand des Energiespeichers erreicht ist.
Der in der Steckdose 5.1, 5.2 verriegelte Stecker wird nach Beendigung des Ladevorgangs und Empfang eines Freigabesignals mittels des Empfangsmoduls 9 und/oder der Signalerfassungseinheit 7 entriegelt, so dass der Stecker aus der Steckdose 5.1, 5.2 entnommen werden kann. Die Freigabe des Steckers ist zunächst an die Bedingung geknüpft, dass der Ladevorgang beendet ist. Hierdurch wird die Betriebssicherheit der Ladesäule 1 gewährleistet und ein Missbrauch verhindert. Ferner wird der Stecker erst nach Empfang eines Freigabesignals entriegelt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Stecker nicht automatisch nach Beendigung des Ladevorgangs infolge Vollaufladung des Energiespeichers des Fahrzeugs oder Empfang des Beendigungssignals entriegelt und dann von jedem Dritten aus der Ladesäule 1 und oder dem Fahrzeug entnommen werden kann. Stattdessen kann der Nutzer das Freigabesignal auslösen, sobald er sich seinem Fahrzeug und der Ladesäule 1 nähert. Eine Entwendung des die Ladesäule 1 mit dem Fahrzeug verbundenen Ladekabels kann auf diese Weise verhindert werden.
Um das Beendigungssignal und das Freigabesignal einer von möglicherweise mehreren ausgewählten Steckdosen 5.1, 5.2 der Ladesäule 1 zuordnen zu können, wird mit dem Initialisierungssignal und/oder mit dem Beendigungssignal und/oder mit dem Freigabesignal eine Identifikationsinformation an die Ladesäule 1 übermittelt. Mit der Identifikationsinformation ist zum einen der Benutzer identifizierbar. Zum anderen können über die Identifikationsinformation nutzerspezifische Voreinstellungen, beispielsweise die Anzahl der bereitzustellenden Steckdosen 5.1, 5.2 oder Informationen über die Art der Bezahlung, übermittelt werden. Ebenso ist denkbar, dass die Identifikationsinformationen einen persönlichen Schlüssel, ein Kennwort oder dergleichen umfassen. Hierdurch wird ein Missbrauch durch unautorisierte Benutzung vermieden.
Die diversen Signale (Initialisierungssignal, Auswahlsignal, Rückstellsignal, Beendigungssignal, Freigabesignal) werden – sofern sie kabellos übertragen werden – vom Empfangsmodul 9 oder – sofern sie über Bedienelemente erzeugt werden – mittels der Signalerfassungseinheit 7 empfangen bzw. erfasst. Von der Signalerfassungseinheit 7 werden die Signale an die Steuereinheit 10 weitergeleitet. Die Steuereinheit 10 steuert dann ein Stellmittel der Antriebseinheit 8 oder ein das Verriegelungselement betätigendes Stellmittel an.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Steckdosen 5.1, 5.2 unterschiedlichen Benutzungskategorien zugeordnet sein. Hierbei wird dem Nutzer lediglich die ihm zugewandte Steckdose bereitgestellt. Die Position des Nutzers bzw. des Fahrzeugs wird über optische Sensoren ermittelt.
Es versteht sich, dass die Steckdose der Ladesäule auch als Stecker und der Stecker des Ladekabels als Steckdose ausgebildet sein können. Mithin bilden Steckdose und Stecker jeweils ein Steckelement einer Steckeinrichtung zur elektrischen Verbindung.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Stromanschlusses in einer wenigstens zwei Steckdosen aufweisenden Ladesäule für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, wobei zur Bereitstellung wenigstens einer Steckdose in einer Bereitstellungsposition eine der bereitzustellenden Steckdose zugeordnete und bei Nichtverwendung der Steckdose durch ein derselben zugeordnetes Verschlusselement verschossene Öffnung in einem Gehäuse der Ladesäule freigegeben wird und ein Stecker eines mit dem Fahrzeug verbindbaren Ladekabels durch die Öffnung in die bereitgestellte Steckdose eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen externen Nutzer ein zentrales Initialisierungssignal bewirkt wird und dass dann alle nicht verwendeten Steckdosen (5.1, 5.2) einer vorgegebenen Benutzungskategorie aus einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdosen (5.1, 5.2) in dem Gehäuse (2) für den Nutzer unzugänglich angeordnet sind, in einer Bereitstellungsposition bereitgestellt werden, in der die Steckdosen (5.1, 5.2) durch die Öffnungen (4.1, 4.2) mittelbar oder unmittelbar zugänglich sind und ein Stecker in eine der bereitgestellten Steckdosen (5.1, 5.2) einsetzbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bereitzustellenden Steckdosen (5.1, 5.2) mittels einer Antriebseinheit (8) aus der Nichtverwendungsposition, in der die Steckdosen (5.1, 5.2) hinter einer Wandung (3) des Gehäuses (2) verdeckt angeordnet sind, in die Bereitstellungsposition verbracht werden, wobei die Steckdosen unmittelbar zugänglich in dem Gehäuse angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einführung des Steckers in die bereitgestellte Steckdose (5.1, 5.2) und/oder bei Verriegelung des Steckers in der Steckdose (5.1, 5.2) mittels eines der bereitgestellten Steckdose (5.1, 5.2) und/oder dem Stecker zugeordneten Verriegelungselements ein Auswahlsignal erzeugt und an eine Steuereinheit (10) weitergeleitet wird zur Kennzeichnung der ausgewählten Steckdose (5.1, 5.2) und/oder zum Start eines Ladevorgangs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Bereitstellungsposition bereitgestellten und nicht ausgewählten Steckdosen (5.1, 5.2) nach Ablauf einer vorgegebenen Bereitstellungszeitperiode und/oder nach Empfang eines Rückstellsignals in die Nichtverwendungsposition verbracht werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bereitstellungsposition bereitgestellte und nicht ausgewählten Steckdosen (5.1, 5.2) in Abhängigkeit vom Vorliegen des Auswahlsignals wenigstens einer bereitgestellte und ausgewählten Steckdose (5.1, 5.2) in die Nichtverwendungsposition zurückverbracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbringen einer Steckdose (5.1, 5.2) in die Nichtverwendungsposition unterbrochen wird, sobald die Steuereinheit (10) anhand einer charakteristischen Veränderung wenigstens eines Betriebsparameters eines Motors der Antriebseinheit (8) eine Blockade der in die Nichtverwendungsposition zu verbringenden Steckdose (5.1, 5.2) detektiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass selbsttätig nach Vollaufladung eines Energiespeichers des Fahrzeugs oder durch vorzeitiges Auslösen eines Beendigungssignals der Ladevorgang beendet wird, wobei zur Zuordnung des Beendigungssignals zu einer der ausgewählten Steckdosen (5.1, 5.2) mit dem Initialisierungssignal und/oder mit dem Beendigungssignal eine Identifikationsinformation übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Beendigung des Ladevorgangs und nach Empfang eines Freigabesignals der in der Steckdose (5.1, 5.2) verriegelte Stecker entriegelt wird, wobei zur Zuordnung des Freigabesignals zu einer der ausgewählten Steckdosen (5.1, 5.2) mit dem Initialisierungssignal und/oder mit dem Freigabesignal die Identifikationsinformation übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Entnahme des entriegelten Steckers aus der Steckdose (5.1, 5.2) ein Entnahmesignal erzeugt wird und dann die Steckdose (5.1, 5.2) von der Bereitstellungsposition in die Nichtverwendungsposition verbracht wird.
Vorrichtung zum Bereitstellen eines Stromanschlusses für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug enthaltend ein Gehäuse mit einer Wandung und einer Anzahl an Öffnungen zum Einsetzen eines Steckers, enthaltend eine zu der Anzahl an Öffnungen korrespondierende Anzahl an Steckdosen zur Aufnahme der Stecker, wobei den Öffnungen Verschlusselemente zugeordnet sind zum Verschließen der Öffnungen bei Nichtverwendung der zugeordneten Steckdosen, und enthaltend eine Signalerfassungseinheit zur Erfassung von Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steckdose (5.1, 5.2) ein Betätigungsmittel (Antriebseinheit 8) zugeordnet ist derart, dass die Steckdose (5.1, 5.2) aus einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdose (5.1, 5.2) in dem Gehäuse (2) unzugänglich angeordnet ist und die Öffnung (4.1, 4.2) durch ein Verschlussmittel (6.1, 6.2) verschlossen ist, in einer Bereitstellungsposition bereitstellbar ist, in der die Steckdose (5.1, 5.2) durch die Öffnung (4.1, 4.2) in dem Gehäuse (2) mittelbar oder unmittelbar zugänglich ist zum Einsetzen des Stecker in die Steckdose (5.1, 5.2), und dass die Betätigungseinheiten (Antriebseinheit 8) aller Steckdosen (5.1, 5.2) einer vorgegebenen Benutzungskategorie mittels einer Steuereinheit (10) gemeinsam betätigbar sind zur gemeinsamen Bereitstellung aller Steckdosen (5.1, 5.2) der vorgegebenen Benutzungskategorie in der Bereitstellungsposition.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdosen (5.1, 5.2) derart beweglich in dem Gehäuse (2) angeordnet sind, dass diese mittels einer als Betätigungseinheit dienenden Antriebseinheit (8) aus von einer Nichtverwendungsposition, in der die Steckdose (5.1, 5.2) hinter der Wandung (3) des Gehäuse (2) verdeckt angeordnet ist, in die Bereitstellungsposition verbringbar sind, in der die Steckdosen (5.1, 5.2) durch die ihr zugeordnete Öffnungen (4.1, 4.2) zugänglich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerfassungseinheit (7) ein Empfangsmodul (9) aufweist zur Erfassung kabellos übertragbarer Signale.