DE102013210549A1

DE102013210549A1 - Ladesystem zur elektrischen Verbindung einer Ladesäule mit einem Elektroauto und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102013210549A1
Application number: DE102013210549.5A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Fischer; Thomas Schmid; Gunter Freitag
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2014195119A2; WO2014195119A3

Abstract

Beschreibung eines Ladesystems zur elektrischen Verbindung einer Ladesäule mit einem Elektroauto zu dessen Aufladung, umfassend ein Ladekabel (5), einen Ladestecker (6) an jeweils einem Ende des Ladekabels (5), wobei mindestens ein Ladestecker (6) eine erste Beleuchtung (14, 18) für einen Bereich an einer Ladebuchse entweder des Elektroautos (2) oder an der Ladesäule (1) aufweist, welches erste Beleuchtungssystem an eine separate Kleinstromversorgung angeschlossen ist, und/oder das Ladekabel (5) eine über dessen Länge verteilte zweite Beleuchtung (7) aufweist, um das Ladekabel (5) bei Dunkelheit zu sichern und welche zur Stromversorgung induktiv an einen Ladestrom gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System aus Ladekabel mit ein- oder beidseitigem Ladestecker. Derartige Stecker müssen ausgerichtet und orientiert in die jeweiligen Dosen bzw. Buchsen am Auto und an der Ladestation eingesteckt werden. Erst wenn die Steckverbindung hergestellt ist wird ein Ladestrom freigegeben. Der Einbau derartiger Buchsen ist üblicher Weise verdeckt. Dadurch sind diese konstruktiv vor direktem Wasser geschützt. Gleichzeitig sind sie aber auch schwer einzusehen. Für Autofahrer, die bei schlechter Sicht, beispielsweise in der Dunkelheit, mit einem Ladekabel hantieren müssen, ist dies teilweise schwierig und lästig. Dies gilt sowohl für eine Buchse an einer Ladestation als auch für eine Buchse an einem Elektroauto, welches über das Kabel an die Ladestation angeschlossen werden soll.
Bisherige Lösungen bestehen darin, eine Taschenlampe zu verwenden. Diese Verfahrensweise ist jedoch äußerst umständlich und unbequem. Es liegt insbesondere keine standardisierte Ausrüstung vor, die sämtliche Situationen beim Betrieb eines Ladekabels berücksichtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein System aus Ladestecker und Ladekabel zu beschreiben, welches die relevanten Bereiche beim Laden eines Elektroautos bei Dunkelheit beleuchtet.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch eine erste Beleuchtung für einen Bereich an einer Steckverbindung, indem mit einem Ladestecker des Ladekabels an einem Elektroauto oder an einer Ladesäule hergestellt wird, oder einer Kombination daraus. Weiterhin wird durch den Einsatz einer zweiten Beleuchtung das Ladekabel selbst entlang seiner Länge bei Dunkelheit sichtbar gemacht, so dass es als Hindernis erkennbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Stromversorgung für die erste Beleuchtung an einem Ladestecker durch eine vom Ladestrom unabhängige Kleinstromversorgung durchführbar ist, da diese Beleuchtung zu einer Zeit notwendig ist, in der kein Ladestrom fließt.
Die Kleinstromversorgung kann durch Batterien, Akkus, Hochleistungskondensatoren, wie SuperCaps oder ähnliches hergestellt werden.
Zur Versorgung der zweiten Beleuchtung zur Ausleuchtung entlang des Ladekabels ist vorgesehen, dass die Stromversorgung induktiv durch Auskopplung aus dem Ladestrom erfolgt. Diese induktive Art der Stromversorgung ist sehr effektiv und es werden geringe Energiemengen durch die Beleuchtung benötigt. Die Zeit des Ladevorgangs ist wesentlich länger als die Zeit zur Herstellung der Steckverbindungen. Somit steht eine effektive Beleuchtung für das Ladekabel während des Ladevorgangs zur Verfügung.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, falls Ladesäule und Elektroauto nicht ausgeleuchtet sind, beide Ladestecker des Ladesystems mit einer ersten Beleuchtung zu versehen.
Es ist vorteilhaft, sogenannte Licht emittierende Dioden, LEDs, in einen Ladestecker einzubauen, da diese LEDs klein in der Bauform extrem lichtstark und gleichzeitig mit geringem Energieverbrauch verbunden sind. Damit ist es möglich, solche als LED ausgeführte Beleuchtung in einen Ladestecker zu integrieren.
Grundsätzlich kann die erste Beleuchtung, insbesondere eine LED Beleuchtung, über eine handelsübliche Batterie versorgt werden. Bei regelmäßiger Nutzung muss die Batterie unter Umständen zeitweise ausgetauscht werden. Um dies zu vermeiden kann ein Akku (Akkumulator) eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Superkondensators, welcher eine hohe Leistungsdichte aufweist.
Weiterhin ist vorteilhaft, mindestens ein Element zur Energieumwandlung, Energy Harvesting, einzusetzen. Hier können zum Beispiel Solarzellen, thermische Elemente oder auch mechanische Generatoren als Energiequelle dienen. Besonders vorteilhaft ist die induktive Auskopplung aus einem stromführenden Leiter, wie er hier zum Laden des Elektroautos eingesetzt wird. Wesentlich ist, dass eine wieder aufladbare Kleinstromversorgung für die erste Beleuchtung regelmäßig an eine Stromquelle gekoppelt ist um erneut nachgeladen zu werden.
Jede Beleuchtung kann schaltbar sein, so dass sie bei Bedarf aus- oder einschaltbar ist. Wird das betrachtete System mit einem Helligkeitssensor gekoppelt, so kann dieser die Ein- oder Ausschaltung einer Beleuchtung je nach Bedarf, d.h. falls Umgebung keine ausreichende Beleuchtung zur Verfügung steht, die Beleuchtung einschalten.
Besondere Vorteile beim Betrieb eines Ladesystems entsprechend der Erfindung ergeben sich aus den Verfahrensmerkmalen für den Betrieb desselben. Dabei ist notwendig eine Steckverbindung dann zu beleuchten, wenn sie hergestellt oder entkoppelt wird. Eine entsprechende erste Beleuchtung des beschriebenen Ladesystems sieht vor, dass die Beleuchtung auch mit Strom versorgt wird, wenn der Ladevorgang noch nicht gestartet ist. Für diesen Fall fließt kein Ladestrom, so dass eine separate Stromversorgung für die erste Beleuchtung notwendig ist.
Falls eine Stromversorgung für die erste Beleuchtung, die als Kleinstromversorgung auszulegen ist, wieder aufladbar ausgelegt ist, kann diese durch unterschiedliche Varianten mit Strom versorgt werden. Zum Einen kann ein direkter Anschluss an Steckelemente des Ladesteckers geschehen, wobei etwa die Erdung und ein weiterer Anschluss zur Aufladung des Elektroautos kontaktiert werden. Andere vorteilhafte Ausführungen sehen den Einsatz von Superkondensatoren vor, welche in Grenzen wieder aufladbar sind und etwa durch die Gewinnung kleiner Mengen elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibration oder Luftströmungen versorgt werden können. Die Aufladung kann im Bedarfsfall auch induktiv als Energy Harvesting während der Aufladung geschehen.
Eine Automatisierung des Ein- oder Ausschaltens der Beleuchtung kann auch in vorteilhafter Weise mittels eines Bewegungs- und Neigungssensors, evtl. in Kombination mit einem Helligkeitssensor, geschehen. Die erste Beleuchtung kann ausgeschaltet werden, sobald der Ladestrom fließt oder das Einstecken detektiert worden ist. Bezogen auf die Beleuchtung des Ladekabels selbst wird eine Stromversorgung für die zweite Beleuchtung zur Kennzeichnung des Ladekabels bei Dunkelheit vorzugsweise durch induktive Auskopplung aus dem Ladestrom betrieben, so dass während der Zeitdauer des Ladevorgangs eine Beleuchtung des Ladekabels vorhanden ist. Dies ist ein wesentlicher Sicherheitsaspekt in dem ein Hindernis bei Dunkelheit sichtbar gemacht wird.
Im Folgenden werden einzelne Komponenten des Ladesystems, welche den Rahmen der Erfindung jedoch nicht einschränken, wiedergegeben. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 zeigt eine typische Ladesäule 1 mit einer Ladebuchse 3,
2 zeigt ein Elektroauto 2 mit einer Ladebuchse 4 mit entsprechender Abdeckung 9,
3 zeigt einen typischen Ladestecker 6, ein Elektroauto 2, ein Ladekabel 5 sowie einen Handgriff 8 des Ladesteckers,
4 zeigt einen Ladestecker 6 entsprechend 3 mit einem Handgriff 8, mehreren Elementen zur Aufladung und Kontrolle sowie einer ersten Beleuchtung 14, 18 in Form von LEDs,
5 zeigt schematisch ein Ladesystem bestehend aus einem Ladekabel 5 und zwei Ladesteckern 6 mit entsprechendem Handgriff 8, einer ersten Beleuchtung 14, 18 und eine zweite Beleuchtung 7.
Die Energieversorgung für die erste Beleuchtung kann relativ wartungsarm ausgeführt werden, indem sie wieder aufladbar ausgeführt wird. Dies geschieht durch den Einsatz von Akkus oder Superkondensatoren. Diese werden insbesondere durch Energieumwandlung aus der Umgebung regelmäßig nachgeladen, so dass die erste Beleuchtung 14, 18 regelmäßig zur Verfügung steht. Die Ein- oder Ausschaltung der ersten Beleuchtung während der Herstellung oder auch der Entkoppelung einer Steckverbindung geschieht in Abhängigkeit von der Helligkeit der Umgebung oder auch per Hand. Die einfachste Möglichkeit, die erste Beleuchtung für den Vorgang zur Herstellung der Steckverbindung bereitzustellen ist der direkte Anschluss der ersten Beleuchtung an bestehende bereits vorhandene Leitungen in einem Ladestecker.
Eine weitere Variante der Erfindung berücksichtigt, dass die notwendige Energie in vorteilhafter Weise über ein Energy Harvesting gewonnen wird. Hierzu bietet sich zum Beispiel die Nutzung von parasitären Koppeleffekten an, wobei beispielsweise eine Parallelleitung zu einem der Leiter des Ladekabels gelegt wird. Die Kopplung wirkt etwa wie eine Rogowskispule und koppelt Energie aus dem Ladevorgang ohne galvanische Verbindung aus. Eine Rogowskispule ist in die Kategorie Luftspule einzuordnen. Weitere Möglichkeiten eine Energiequelle der Umwelt zu nutzen, bieten Solarzellen, thermische Elemente bzw. Generatoren oder mechanische Generatoren. Diese Möglichkeiten sind frei kombinierbar.
Eine weitere vorteilhafte Variante besteht darin, über einen einfachen Bewegungs- und Neigungssensor in Verbindung mit einem Helligkeitssensor die LED-Beleuchtung automatisch bei Bedarf zu schalten.
Die Integration einer Beleuchtung in einem Ladekabel ohne die Steckerform als auch die Ladefunktion zu beeinträchtigen, ergibt wesentliche Vorteile. Zusätzlich kann die Energieversorgung bzw. die Energiegewinnung im Stecker oder in der nächsten Umgebung stattfinden.
1 zeigt eine typische Ladesäule 1 mit einer Ladebuchse 3. Die Konstruktion ist derart ausgelegt, dass wesentliche Teile, insbesondere die stromführenden Teile wassergeschützt untergebracht sind. Dadurch sind diese zurückgebaut und in der Regel nicht sehr gut beleuchtet. Dieser Nachteil verstärkt sich insbesondere, falls die Ladesäule bei Nacht benutzt werden soll.
2 zeigt ein Elektroauto 2 mit einer Ladebuchse, hier am Elektroauto, wobei die Abdeckung 9 aufgeklappt ist. Auch hier ist bei Nacht zur Herstellung einer Steckverbindung in der Regel eine Ausleuchtung notwendig.
3 zeigt neben dem Elektroauto 2 das Ladekabel 5 und einen typischen Ladestecker 6. Diese weist einen Handgriff 8 auf, sowie Elemente zum Aufladen des Elektroautos. Der Ladestecker 6 wird in 4 näher erläutert.
4 zeigt einen typischen Ladestecker 6 mit einem Handgriff 8, welcher beispielhaft durch fünf untenliegende Steckelemente eine Aufladung eines Elektroautos ermöglicht, wobei Bezugszeichen 10, 11, 12 die Phasen L1, L2, L3 bezeichnen. Der Anschluss 13 ist neutral. Der Anschluss 16 entspricht der Erdung. Die Stecker entsprechend der Anschlüsse 15 und 17 sind für besondere Kontrollen und Defekte vorhanden. Erfindungswesentlich sind die Beleuchtungen 14 und 18, welche die erste Beleuchtung entsprechend der Erfindung darstellen. Die Auslegung durch Licht emittierende Dioden ist damit verbunden, dass derartige Beleuchtungen klein, lichtintensiv und mit wenig Stromverbrauch darstellbar und somit integrierbar sind.
5 zeigt schematisch die zweite Beleuchtung 7, die über die Länge des Ladekabels 5 verteilt ist. Diese Beleuchtung kann beispielsweise auch in Form von hintereinander sukzessiven ein- und ausgeschalteten Beleuchtungselementen aufgebaut sein. Wesentlich ist, dass das Ladekabel 5 schwach beleuchtet ist aber ausreichend genug um in der Dunkelheit wahrgenommen zu werden.
Zur Ausleuchtung einer Steckverbindung ist jeder Ladestecker 6 stirnseitig mit einer ersten Beleuchtung 14, 18 versehen, welche im Stecker integriert sein kann, separat vom Ladestrom mit einer Kleinstromversorgung versehen ist, welche beispielsweise im Bereich von 5 bis 12V arbeitet, wieder aufladbar ist und die Energieversorgung unter Umständen aus der Umgebung durch Energieumwandlung betreibt.

Claims

Ladesystem zur elektrischen Verbindung einer Ladesäule (1) mit einem Elektroauto (2) zu dessen Aufladung, umfassend: – ein Ladekabel (5), – einen Ladestecker (6) an jeweils einem Ende des Ladekabels (5), dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Ladestecker (6) eine erste Beleuchtung (14, 18) für einen Bereich an einer Ladebuchse entweder des Elektroautos (2) oder an der Ladesäule (1) aufweist, welches erste Beleuchtungssystem an eine separate Kleinstromversorgung angeschlossen ist, und/oder – das Ladekabel (5) eine über dessen Länge verteilte zweite Beleuchtung (7) aufweist, um das Ladekabel (5) bei Dunkelheit zu sichern und welche zur Stromversorgung induktiv an einen Ladestrom gekoppelt ist.
Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ladestecker (6) mit einer ersten Beleuchtung (14, 18) ausgestattet sind.
Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beleuchtung (14, 18) durch Licht emittierende Dioden, LEDs, dargestellt ist.
Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleinstromversorgung für die erste Beleuchtung (14, 18) durch eine Batterie dargestellt ist.
Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleinstromversorgung für die erste Beleuchtung (14, 18) durch ein wieder aufladbares Element dargestellt ist.
Ladesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein wieder aufladbare Element ein Akku oder ein Superkondensator ist.
Ladesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Nachladen des wieder aufladbaren Elementes für die erste Beleuchtung (14, 18) mindestens ein Element zur Energieumwandlung, Energy Harvesting, vorhanden ist.
Ladesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Element zur Energieumwandlung ein oder mehrere Solarzellen, thermische Elemente oder mechanische Generatoren oder eine Kombination daraus vorhanden ist.
Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtung ein- und ausschaltbar ist oder ein Helligkeitssensor zum automatischen Schalten einer Beleuchtung bei Bedarf vorhanden ist.
Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Ladekabels (5), fest an der Ladesäule (1) angebracht und kontaktiert ist.
Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht vorhandenem Ladestrom und noch eingestecktem Kabel die zweite Beleuchtung (7) an die Kleinstromversorgung gekoppelt ist.
Ladesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Beleuchtung bei Kopplung an die Kleinstromversorgung ein Signal aufgeprägt ist mittels Veränderung von Leuchtmuster, Farbe oder Frequenz.
Verfahren zum Betrieb eines Ladesystems entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine erste Beleuchtung (14, 18) zur Ausleuchtung eines Bereiches zur Herstellung einer Steckverbindung an einem Elektroauto (2) oder an einer Ladesäule (1) mit einer Kleinstromversorgung betrieben wird und welche zu einem Steckvorgang aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine wieder aufladbare Kleinstromversorgung während eines Ladevorgangs regelmäßig nachgeladen wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die erste Beleuchtung über die Steckeranschlüsse Erde (16) und einem weiteren Anschluss zur Aufladung des Elektroautos (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei mittels eines Bewegungs- und Neigungssensors am Ladestecker (6) die erste Beleuchtung geschaltet werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei eine Stromversorgung für eine zweite Beleuchtung des Ladesystems zur Kennzeichnung des Ladekabels (5) bei Dunkelheit durch induktive Auskopplung aus dem Ladestrom erfolgt.