DE102017221762A1

DE102017221762A1 - Ladestation zum elektrischen Aufladen von Energiespeichern von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102017221762A1
Application number: DE102017221762.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Leege; Philipp Schumann; Kai Weber; Ulrich Schneider; Axel Gruetzmacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-06-06
Also published as: WO2019110308A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladestation (1) zum Aufladen von elektrischen Energiespeichern (16) von Kraftfahrzeugen (15), mit zumindest einem Ladeanschluss (14), der mit einem Kraftfahrzeug (15) verbindbar ist, mit einer Sicherheitseinrichtung (6) zum Überwachen zumindest eines Ladevorgangs und mit zumindest einer Schalteinrichtung (4,5) zum Durchführen eines Ladevorgangs. Es ist vorgesehen, dass die Sicherheitseinrichtung (6) und die Schalteinrichtung (4,5) in einer Zentraleinrichtung (3) angeordnet sind, und dass die Ladeanschlüsse (14) in beabstandet von der Zentraleinrichtung (3) angeordneten und jeweils einem Stellplatz für ein Kraftfahrzeug zugeordneten Ladeeinheiten (13) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Aufladen elektrischer Energiespeichern von Kraftfahrzeugen, mit zumindest einem Ladeanschluss, der mit einem Kraftfahrzeug verbindbar ist, und mit einer Sicherheitseinrichtung zum Überwachen zumindest eines Ladevorgangs und mit einer Schalteinrichtung zum Durchführen des Ladevorgangs.
Stand der Technik
Beim Aufladen elektrischer Energiespeicher von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen mit Elektromotor wird üblicherweise zwischen Gleichspannungsladen und Wechselspannungsladen unterschieden. Beim Wechselspannungsladen wird ein im Kraftfahrzeug eingebautes Ladegerät zur Wandlung der Wechselspannung in eine Gleichspannung für den Energiespeicher des Kraftfahrzeugs genutzt. Beim Gleichspannungsladen hingegen erfolgt die Wandlung und Leistungsregelung für das elektrische Laden außerhalb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in der Ladestation selbst.
Aufgrund von Sicherheitsanforderungen der notwendigen separaten Absicherung wird typischerweise insbesondere für das Wechselspannungsladen eine sogenannte Wall-Box, also ein Wandanschluss, und im öffentlichen Bereich eine Ladesäule mit einem Ladeanschluss für das Kraftfahrzeug installiert. In der Ladesäule sind dann die für die Durchführung des Ladevorgangs wesentlichen Komponenten integriert. Für den Betreiber eines größeren Parkplatzes oder Ladesystems bedeutet dies, dass er für jeden Stellplatz eines Kraftfahrzeugs eine eigene Ladesäule vorsehen muss, um das gleichzeitige Laden mehrerer Kraftfahrzeuge beziehungsweise der Energiespeicher mehrerer Kraftfahrzeuge zu ermöglichen. Zusätzlich muss eine elektrische Anschlussleitung an das örtliche Stromnetz für alle Ladesäulen vorgehalten werden, damit zumindest theoretisch alle Kraftfahrzeuge, die auf dem Parkplatz abgestellt werden, gleichzeitig geladen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Anzahl der Einzelteile reduziert und die Anordnung und der Betrieb einer Ladestation für mehrere Kraftfahrzeuge vereinfacht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Sicherheitseinrichtung und die Schalteinrichtung in einer Zentraleinrichtung angeordnet sind, und dass die Ladeanschlüsse beabstandet von der Zentraleinrichtung in einer jeweils einem Parkplatz für ein Kraftfahrzeug zugeordneten Ladeeinheit angeordnet sind. Jedem Parkplatz ist somit eine Ladeeinheit mit einem Ladeanschluss für das auf dem Parkplatz beziehungsweise Stellplatz abgestellte Kraftfahrzeug vorhanden. Die Ladeanschlüsse sind mit der Zentraleinrichtung verbunden, in welcher die wesentlichen Komponenten, nämlich die Schalteinrichtung und die Sicherheitseinrichtung zum Durchführen und Überwachen des jeweiligen Ladevorgangs angeordnet sind. Dadurch findet eine Zentralisierung der wesentlichen Merkmale der Ladestation statt, und die Ladeeinheiten selbst, die dem jeweiligen Stellplatz zugeordnet sind, können insbesondere elektrisch einfach gestaltet sein. Dadurch werden Herstellungskosten und Montageaufwand reduziert. Außerdem wird die Betriebssicherheit der Ladestation insgesamt erhöht, weil die wesentlichen Komponenten geschützt in der Zentraleinheit angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeanschlüsse der Ladeeinheiten mit der Zentraleinheit durch elektrisch leitfähige Stromschienen verbunden sind. Diese sind besonders robust und leistungsfähig. Alternativ sind die Ladeanschlüsse durch Ladekabel mit der Zentraleinheit verbunden. Die Ladekabel können besonders einfach montiert und mit der Zentraleinheit und den Ladeeinheiten verbunden werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Ladeanschlüsse beziehungsweise die Ladeeinheiten sternförmig mit der Zentraleinrichtung elektrisch verbunden sind. Durch die sternförmige Verbindung wird beispielsweise erreicht, dass die Ladeanschlüsse jeweils den gleichen Abstand zur Zentraleinrichtung aufweisen und somit die gleichen Stromschienen und/oder Stromkabel verwendet werden können, wodurch die Herstellungskosten aufgrund der Vielzahl von Gleichteilen reduziert werden. Alternativ sind die Ladeanschlüsse zu der Zentraleinheit entsprechend der üblichen Struktur eines Parkplatzes und der darauf befindlichen Parkplätze angeordnet, sodass sich nicht unbedingt eine sternförmige Anordnung ergibt, sondern vielmehr eine matrixförmige Anordnung der Ladeanschlüsse beziehungsweise Ladeeinheiten. Vorzugsweise sind die einzelnen Ladeeinheiten mit gemeinsamen Stromschienen elektrisch gekoppelt, wodurch ein einfacher Austausch einer Ladeeinheit beziehungsweise eines Ladeanschluss bei Bedarf möglich ist. Insbesondere erstrecken sich die Stromschienen dann entlang einer Reihe von mehreren Parkplätzen, wobei insbesondere Parkplätze beidseits der Stromschiene angeordnet sind.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ladestation eine Abstellfläche für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen aufweist. Die Abstellfläche bildet somit die Stellflächen für die Vielzahl von Kraftfahrzeugen und ist integraler Bestandteil der Ladestation. Dadurch ist eine besonders optimale Verkabelung beziehungsweise Verbindung der Ladeeinheiten mit der Zentraleinrichtung gewährleistet.
Insbesondere verlaufen die Stromschienen und/oder Stromkabel unterhalb der Abstellfläche, sodass sie äußeren Einflüssen sicher geschützt sind. Insbesondere sind dadurch die Stromschienen auch vor unbefugter Manipulation gesichert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeanschlüsse von zumindest zwei Ladeeinheiten unterschiedlich ausgebildet sind. Dadurch können insbesondere Kraftfahrzeuge unterschiedlicher Anbieter und/oder Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Ladesystemen an die Ladestation angeschlossen werden. Durch das Vorsehen unterschiedlicher Ladeanschlüsse ergibt sich somit eine erhöhte Verwendbarkeit der Ladestation für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen. Aufgrund eines bisher fehlenden Standards für alle Kraftfahrzeuge erhöht dies die Variabilität der Ladestation und damit eine mögliche Auslastung.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schalteinrichtung als Wechselspannungseinrichtung ausgebildet ist. Damit ist die Schalteinrichtung dazu ausgebildet, Kraftfahrzeuge mit einem Ladestrom zu versehen, welche eine Ladeeinrichtung mit einer eigenen Wechselspannungs- zu Gleichspannungswandler aufweisen.
Alternativ ist die Schalteinrichtung als Gleichspannungsleiteinrichtung ausgebildet, um Kraftfahrzeuge mit einem Gleichspannungsladesystem mit elektrischer Energie zum Aufladen des Energiespeichers zu versorgen.
Optional weist die Ladestation sowohl eine Wechselspannungseinrichtung als auch eine Gleichspannungsladeeinrichtung auf, um die Ladesysteme von Kraftfahrzeugen mit unterschiedlichen Ladesystemen bedienen zu können.
Weiterhin weist die Zentraleinrichtung bevorzugt eine Kommunikationseinrichtung auf, mittels welcher eine Kommunikation zwischen dem jeweiligen Kraftfahrzeug und/oder dessen Benutzer und der Zentraleinrichtung und damit der Ladestation ermöglicht ist. Über die Kommunikationseinrichtung werden beispielsweise Ladedaten und Identifikationsdaten ausgetauscht, um beispielsweise automatisiert eine Rechnung für den erfolgenden Ladevorgang an den jeweiligen Benutzer ausstellen zu können. Es wird beispielsweise mittels der Kommunikationseinrichtung der Ladevorgang freigegeben und in Abhängigkeit vom Ladezustand des jeweiligen Energiespeichers beendet. Die Kommunikationseinrichtung ist gemäß einer ersten Ausführungsform als kabelgebundene Kommunikationseinrichtung ausgeführt, welche durch den Ladeanschluss elektrisch beziehungsweise signaltechnisch kontaktierbar ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Kommunikationseinrichtung als drahtlos kommunizierende Kommunikationseinrichtung ausgebildet, welche beispielsweise durch das Mobilfunknetz, per WLAN oder Bluetooth erreichbar und kontaktierbar ist. So kann der Benutzer beispielsweise durch das Verwenden eines Programms oder einer App auf die Ladestation zugreifen, um einen Ladevorgang durchzuführen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige

Figur eine vorteilhafte Ladestation in einer vereinfachten Draufsicht.

Die Figur zeigt in einer vereinfachten Draufsicht eine Ladestation 1 für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen. Die Ladestation 1 weist eine Abstellfläche 2 auf, die als Parkplatz für Kraftfahrzeuge ausgebildet ist und hierzu für einzelne Stellplätze eine Markierung aufweist, um ein geordnetes Parken der Kraftfahrzeuge auf der Abstellfläche 2 zu ermöglichen. Die Stellplätze sind dazu durch Linien auf der Abstellfläche 2 gekennzeichnet. Vorliegend sind dabei die Stellplätze matrixförmig zueinander angeordnet, und in vier Reihen aufgeteilt, wobei zwischen zwei benachbarten Reihen eine Durchfahrtsstraße für die Kraftfahrzeuge freigehalten und für die Benutzer durch Pfeile auf der Abstellfläche 2 gekennzeichnet ist.
Die Ladestation 1 weist eine Zentraleinrichtung 3 auf, die zwei Schalteinrichtungen 4, 5, eine Sicherheitseinrichtung 6 und eine Kommunikationseinrichtung 7 aufweist. Die Einrichtungen 4 bis 7 sind in einem Gehäuse 8 der Zentraleinrichtung geschützt vor äußeren Einflüssen angeordnet. Durch einen Basisanschluss 9 ist die Zentraleinrichtung 3 mit einem örtlichen oder lokalen Strom- und gegebenenfalls auch Kommunikationsnetz 10 verbunden beziehungsweise verbindbar.
Die Schalteinrichtungen 4, 5 sind zur Durchführung eines elektrischen Ladevorgangs für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher und einem elektrischen Antriebsmotor ausgebildet. Dazu sind die Schalteinrichtungen 4, 5 durch jeweils eine Stromschiene 11 beziehungsweise 12 mit Ladeeinheiten 13 verbunden. Vorliegend ist jedem Parkplatz jeweils eine Ladeeinheit 13 zugeordnet, sodass alle ordnungsgemäß auf der Abstellfläche 2 abgestellten Kraftfahrzeuge durch die Zentraleinrichtung 3 mit elektrischer Energie versorgt werden könnten.
Die Ladeeinheiten 13 weisen jeweils einen Ladeanschluss 14 auf. Dieser ist beispielsweise als Steckdose oder Anschlusskabel ausgebildet, das mit einem Kraftfahrzeug 15, wie in 2 gezeigt, verbindbar ist, um den elektrischen Energiespeicher 16 des Kraftfahrzeugs mit Energie zu versorgen. Alternativ zu der mechanischen Steckverbindung oder Kontaktierung der Ladeanschlüsse 14 ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Ladeanschlüsse als Induktionsladestellen 17 in der Abstellfläche 2 beziehungsweise unterhalb der Abstellfläche 2 ausgebildet sind, wie in der Figur durch gestrichelte Linien an einer der Stellflächen beispielhaft gezeigt. Hierdurch ist ein induktives Aufladen des Energiespeichers möglich, sofern das Kraftfahrzeug über ein entsprechendes Induktionsladesystem besitzt.
Die Ladeanschlüsse beziehungsweise Ladeeinheiten 13 sind jeweils elektrisch mit den jeweiligen Stromschienen 11 beziehungsweise 12 verbunden. Die Schalteinrichtungen 4, 5 sind als Wechselspannungsladeeinrichtungen oder Gleichspannungsladeeinrichtungen ausgebildet. Auch kann vorgesehen sein, dass eine der Schalteinrichtungen 4 als Wechselspannungsladeeinrichtung und die andere Schalteinrichtung 5 als Gleichspannungsladeeinrichtung ausgebildet ist, um unterschiedliche Kraftfahrzeuge beziehungsweise Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Ladesystemen gleichzeitig versorgen zu können.
Der Vorteil der vorliegenden Ladestation 1 liegt insbesondere darin, dass die wesentlichen Komponenten in der Zentraleinrichtung 3 beziehungsweise Schaltzentrale angeordnet sind. Insbesondere die Kommunikation und Absicherung durch die Sicherungseinrichtung 6, welche die Ladevorgänge überwacht und bei Bedarf abbricht, werden zentral verwaltet. Damit verbleibt für den eigentlichen Parkplatz oder Stellplatz nur der Ladeanschluss 14 in Form einer beispielsweise der Steckdose, des Ladekabels und/oder einer Induktionsladefläche 17. Dadurch wird der wesentliche Aufwand für den Ladevorgang in die Zentraleinrichtung 3 verlagert, sodass eine einfache Wartung der gesamten Ladestation 1 beziehungsweise der gesamten Ladeinfrastruktur der Ladestation 1 gewährleistet ist.
Vorteilhafterweise sind sowohl die Ladeanschlüsse 14 als auch Kommunikationsleitungen sternförmig von der Zentraleinrichtung 3 aus angeordnet. Alle aufwendigen Schaltelemente, wie Sicherungen, Relais, RDC-Schalter oder ähnliches, sind in der Zentraleinrichtung 3 angeordnet. Die Zentraleinrichtung 3 ist dabei dazu ausgebildet, die Leistung nach Bedarf zu verteilen. So kann beispielsweise erreicht werden, dass für alle aufzuladenden Kraftfahrzeuge wenig Leistung oder viel Leistung für wenige der aufzuladenden Kraftfahrzeuge zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann beispielsweise eine differenzierte Leistungsverteilung je nach Bedarf, beispielsweise in Abhängigkeit von Ladezuständen oder Kapazitäten oder unterschiedlichen Bezahlmodellen, erfolgen. Eine Phasenfolgevorgabe in der Zentraleinrichtung bei einphasigem Laden erfolgt bevorzugt bei gleichmäßiger Lastverteilung. Weil üblicherweise nicht alle Benutzer der Abstellfläche 2 gleichzeigt geladen werden müssen, sind insgesamt weniger Anschlussleitungen notwendig. Es können auch Stellplätze auf der Abstellfläche 2 verbleiben, welchen keine Ladeeinheit 13 zugeordnet ist. Bevorzugt ist die Kommunikationseinrichtung 7 zur drahtlosen Kommunikation mit den Kraftfahrzeugen 15 beziehungsweise den Benutzern ausgebildet. Eine aufwendige Kommunikationselektronik an den einzelnen Stellplätzen entfällt damit.

Claims

Ladestation (1) zum Aufladen von elektrischen Energiespeichern (16) von Kraftfahrzeugen (15), mit zumindest einem Ladeanschluss (14), der mit einem Kraftfahrzeug (15) verbindbar ist, mit einer Sicherheitseinrichtung (6) zum Überwachen zumindest eines Ladevorgangs und mit zumindest einer Schalteinrichtung (4,5) zum Durchführen eines Ladevorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (6) und die Schalteinrichtung (4,5) in einer Zentraleinrichtung (3) angeordnet sind, und dass die Ladeanschlüsse (14) in beabstandet von der Zentraleinrichtung (3) angeordneten und jeweils einem Stellplatz für ein Kraftfahrzeug zugeordneten Ladeeinheiten (13) angeordnet sind.
Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanschlüsse (14) der Ladeeinheiten (13) mit der Zentraleinheit (3) durch elektrisch leitfähige Stromschienen (11,12) verbunden sind.
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanschlüsse (14) sternförmig mit der Zentraleinrichtung (3) verbunden sind.
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Abstellfläche (2) für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen (15).
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (11,12) unterhalb der Abstellfläche (2) verlaufen.
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanschlüsse (14) von zumindest zwei Ladeeinheiten (13) unterschiedlich ausgebildet sind.
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtungen (4,5) als Wechselspannungsladeeinrichtung ausgebildet ist.
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (4,5) als Gleichspannungsladeeinrichtung ausgebildet ist.
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) eine Wechselspannungsladeeinrichtung und eine Gleichspannungsladeeinrichtung aufweist.
Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinrichtung (3) eine Kommunikationseinrichtung (7) zur Kommunikation mit den Kraftfahrzeugen (15) zur Durchführung eines Ladevorgangs aufweist.