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Die Erfindung betrifft ein Ladesystem für Elektrofahrzeuge sowie einen Adapter für ein derartiges Ladesystem.
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Auf Autobahnen kommt es immer wieder zu lang andauernden Staus, beispielsweise bei Vollsperrungen oder bei widrigen Wetterverhältnissen. Für Elektrofahrzeuge gibt es in derartigen Situationen bisher keine Möglichkeiten, leergelaufene Batterien wieder aufzuladen, um liegen gebliebene Fahrzeuge wieder mobil zu machen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ladesystem vorzuschlagen, das in Situationen verwendbar ist, in denen außerhalb von Ortschaften insbesondere eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen gleichzeitig mit Ladestrom versorgt werden müssen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Ladesystem für Elektrofahrzeuge gelöst, mit wenigstens einer langgestreckten, durchgängigen Stromschiene, an die gleichzeitig eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen zum Laden angeschlossen werden kann, wobei die Stromschiene entlang eines Rands einer Straße angeordnet ist und zum Anschließen und Laden der Batterien eines Elektrofahrzeugs von einer Fahrbahn der Straße her zugänglich ist. Die Stromschiene ist permanent entlang der Straße verlegt, zumindest entlang eines längeren Abschnitts der Straße, sodass Fahrzeuge, die hintereinander im Stau stehen, an die Stromschiene angeschlossen und ihre Energiespeicher über den durch die Stromschiene fließenden Ladestrom wieder aufgeladen werden können.
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Der Vorteil der Verwendung einer durchgängigen Stromschiene liegt unter anderem darin, dass diese mit einem ausreichend großen Leitungsquerschnitt ausgebildet werden kann, um auch große Strommengen zu den Fahrzeugen zu transportieren. Gleichzeitig kann die Stromschiene im Wesentlichen in Form eines relativ günstigen Metallbands vorliegen.
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Die Stromschiene sollte zumindest entlang längerer Abschnitte der Straße verlaufen, um möglichst alle auf einem Streckenabschnitt liegengebliebenen Elektrofahrzeuge gleichzeitig laden zu können. Beispielsweise kann die Stromschiene mehrere Kilometer lang sein.
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Um die einzelnen Elektrofahrzeuge zum Laden anzuschließen, ist die Stromschiene vorzugsweise kontinuierlich oder in Abschnitten elektrisch nicht isoliert, also offenliegend ausgebildet. Es wäre auch denkbar, die Stromschiene mit einer durchstechbaren Isolierung, vorzugsweise mit selbstheilenden Eigenschaften, auszustatten. Diese Varianten sind in der Fertigung günstig. Außerdem erlaubt es den Fahrzeugführern einen flexiblen Zugang zur Stromschiene. Probleme mit zu kurzen individuellen Ladekabeln werden dadurch vermieden.
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Das Ladesystem ist vorteilhaft als Niedervoltsystem ausgelegt, bei dem keine für den Menschen gefährlichen Spannungen an der Stromschiene auftreten.
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Die Stromschiene lässt sich beispielsweise in eine Leitplanke integrieren, die entlang des Straßenrands verläuft. Auf diese Weise kann die Stromschiene vor Witterungseinflüssen und z.B. auch vor Mähwerken geschützt verlegt werden. Wenn sie dort fest verbunden ist, ist auch der Diebstahlschutz erhöht.
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Es ist denkbar, bei der Herstellung der Leitplanke die Stromschiene direkt zu integrieren, was das Ladesystem kostengünstiger macht.
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In diesem Fall sind beispielsweise an den einzelnen Leitplankenabschnitten Stecker integriert, über die die Stromschienen aneinandergrenzender Leitplankenabschnitte beim Aufbau der Leitplanke entlang der Straße zu einer beliebigen Länge zusammensteckbar sind. So ist auf einfache Weise eine durchgängige elektrische Versorgung entlang der Leitplanke realisierbar, die sich über viele Kilometer erstrecken kann.
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Das Ladesystem bietet sich vor allem für Leitplanken an, die an einer Autobahn aufgestellt sind. Beispielsweise können beide Mittelleitplanken entlang eines Autobahnabschnitts jeweils eine Stromschiene aufweisen. Dann ist es möglich, den Ladestrom ohne großen Aufwand mit nur kurzen Zweigleitungen von einer externen Stromquelle in die beiden Stromschienen einzuleiten.
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Um den Ladestrom zu den Stromschienen zu bringen, ist vorzugsweise wenigstens eine Verteilerstation vorhanden, die mit der Stromschiene verbunden ist und die eine Ladespannung an die Stromschiene anlegen kann. Derartige Verteilerstation können in vorgegebenen Abständen, die z.B. einige Kilometer betragen können, vorgesehen sein. Vorzugsweise erstreckt sich die Stromschiene jeweils in beide Richtungen von einer Verteilerstation.
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Bevorzugt ist die Verteilerstation so gestaltet, dass sie einen Stromfluss durch die angeschlossenen Stromschienen herstellen oder unterbrechen kann. Diese Steuerung kann so realisiert sein, dass die Verteilerstation direkt manuell vor Ort oder z.B. über eine Funkverbindung ferngesteuert bedient werden kann.
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Außerdem sollte die Verteilerstation so ausgelegt sein, dass nur autorisierte Personen, beispielsweise Einsatzkräfte der Feuerwehr oder des Technischen Hilfswerks, den Stromfluss zu den angeschlossenen Stromschienen herstellen kann.
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Die Verteilerstation ist insbesondere mit einem örtlichen Stromnetz oder einer dezentralen Energieversorgung verbindbar ausgelegt.
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In einer ersten möglichen Variante ist diese Verbindung permanent. Dies ist überall denkbar, wo bereits eine Stromleitung eines örtlichen Netzes in der Nähe der jeweiligen Straße verläuft, die mit den Stromschienen versehen ist. Beispielsweise kann eine Verteilerstation in der Nähe von Raststätten oder Schilderbrücken angeordnet sein, wenn die Stromschiene entlang einer Autobahn verläuft. Generell wäre auch ein Einsatz von Verteilerstationen in der Nähe von Ortschaften denkbar.
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In einer zweiten möglichen Variante ist die Verbindung der Stromquelle zur Verteilerstation nur temporär. Hier ist beispielsweise eine Option, einen von der Feuerwehr aufgestellten Generator anzuschließen.
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Es wäre auch möglich, in einer dritten Variante die Verteilerstation permanent beispielsweise an einen solarbetriebenen Energiespeicher anzuschließen.
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In jedem Fall sollte die Verteilerstation so ausgelegt sein, dass die Ladespannung bedarfsweise an die Stromschiene anlegbar ist. Vorzugsweise wird der Strom auf die Stromschienen stets nur bei Bedarf, also in einer Notfallsituation, aufgeschaltet, und die Bedienung der Verteilerstation sollte nur einem bestimmten autorisierten Personenkreis ermöglicht sein. So lässt sich auch ein Missbrauch des Ladesystems verhindern.
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Der elektrische Anschluss der einzelnen Elektrofahrzeuge an die Stromschiene des oben beschriebenen Ladesystems erfolgt mit einem Adapter für das Ladesystem, der einen ersten Anschluss aufweist, der als Stromabnehmer gestaltet ist, sodass er elektrisch leitend mit der Stromschiene verbunden werden kann, und einen zweiten Anschluss, der einen Stecker eines Fahrzeugladekabels aufnehmen kann. Der erste Anschluss sollte mit der Stromschiene kompatibel sein, sodass eine elektrische Verbindung hergestellt werden kann. Gegebenenfalls weist der erste Anschluss angespitzte Kontaktelemente auf, um mit freiliegenden Abschnitten der Stromschiene einen guten elektrischen Kontakt herzustellen. An den zweiten Abschluss sollte hingegen ein normales Ladekabel des jeweiligen Fahrzeugs passen.
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Sämtliche benötigte Elektronik zur Anpassung des Ladestroms und/oder der Ladespannung auf der Stromschiene an die Vorgaben der Ladesteuerung des jeweiligen Fahrzeugenergiespeichers sollte in den Adapter integriert sein. Es ist daher sinnvoll, eine Vielzahl von angepassten Adaptern für unterschiedliche Fahrzeugtypen bereitzustellen.
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Beispielsweise kann der Adapter im Fahrzeug mitgeführt werden und bei Bedarf mit dem ebenfalls mitgeführten Ladekabel und der Stromschiene verbunden werden. Der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs lässt sich dann wie gewohnt laden, sobald der Adapter angesteckt ist.
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In einer möglichen Variante ist der Adapter als Box ausgebildet, die auf die Stromschiene und insbesondere die Leitplanke aufgesetzt werden kann, wenn die Stromschiene in eine Leitplanke integriert ist. Dies macht die Verwendung am Straßenrand besonders einfach.
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Alternativ kann der Adapter auch abschnittsweise als flexible Steckerverbindung ausgebildet sein, die an einem Ende an das Fahrzeug Ladekabel angesteckt werden kann und am anderen Ende an der Stromschiene fixiert wird, z.B. festgeklemmt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Figur näher beschrieben. Die einzige Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäßes Ladesystem für Elektrofahrzeuge mit einem erfindungsgemäßen Adapter für das Ladesystem.
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In der Figur ist ein Ladesystem 10 für eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen 12 dargestellt.
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In dieser Anmeldung werden Elektrofahrzeuge 12 betrachtet, die für den Personen-und/oder Güterverkehr ausgelegt sind, also PKWs, LKWs, Motorräder, Reisebusse und dergleichen.
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Das Ladesystem 10 ist entlang einer Straße 13, hier einer Autobahn 14, realisiert, genauer gesagt an den Leitplanken 16, die sich am Rand 18 der Straße 13 entlang erstrecken. In diesem Beispiel sind dies die Mittelleitplanken zwischen den beiden getrennten Fahrbahnen der Autobahn 14.
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Das Ladesystem 10 ist für Notfälle gedacht, in denen eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen 12 mit entladenen Energiespeichern auf der Autobahn 14 liegen bleiben. Dies kann beispielsweise in einem längeren Stau bei einer Vollsperrung oder bei widrigen Witterungsverhältnissen geschehen, wenn eine Weiterfahrt über mehrere Stunden unmöglich ist.
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In die Leitplanken 16 ist jeweils eine durchgängige Stromschiene 20 integriert. Die Stromschiene 20 verläuft jeweils in der Leitplanke 16 entlang des Straßenrands 18. In diesem Beispiel erstreckt sich jede der Stromschienen 20 über eine größere Länge, beispielsweise mehrere Kilometer, insbesondere über 2 bis 10 Kilometer.
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Die Stromschienen 20 sind hier bereits bei der Fertigung in die Leitplanken 16 integriert und verlaufen insbesondere in einem konkaven Abschnitt der Leitplanke, sodass sie vor Witterungseinflüssen geschützt sind (nicht dargestellt).
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Über elektrische Leitungen 22 sind die Stromschienen 20 mit einer Verteilerstation 24 verbunden, der bei Bedarf eine Ladespannung bereitstellt und so ermöglicht, dass in den Stromschienen 20 ein Ladestrom für Elektrofahrzeuge 12 fließen kann.
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In der Regel sind alle entlang eines Straßenabschnitts verlaufende Stromschienen 20 mit einer einzigen gemeinsamen Verteilerstation 24 verbunden. Die anschließenden Straßenabschnitte weisen gegebenenfalls weitere, jeweils separate Gruppen von Stromschienen 20 und Verteilerstationen 24 auf. Beispielsweise können Autobahnabschnitte jeweils im mittleren Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausfahrten mit jeweils einer Verteilerstation 24 und Stromschienen 20 für alle Fahrbahnen versehen sein.
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Die Verteilerstation 24 ist permanent oder temporär mit einer (nicht dargestellten) Stromquelle verbunden. Die Stromquelle kann beispielsweise ein örtliches Stromnetz, ein Generator oder eine spezifisch für die Versorgung der Stromschienen 20 aufgestellter solarbetriebener Energiespeicher sein.
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In der Regel ist die Verteilerstation 24 so ausgelegt, dass nur bei Bedarf ein Ladestrom über die Leitungen 22 in die Stromschienen 20 eingespeist wird. Da dies nur bei Notfällen nötig ist, sind die Stromschienen 20 nur selten und in kurzen Zeiträumen bestromt.
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Im hier gezeigten Beispiel weist die Verteilerstation 24 ein Funkmodul 25 auf, über das fernbedient eine Ladespannung geschaltet werden kann, um die Stromschienen 20 mit Ladestrom zu versorgen. Über das Funkmodul 25 kann die Stromversorgung auch wieder abgeschaltet werden. Bestimmten autorisierte Personen, beispielsweise Einsatzkräften von Polizei, Feuerwehr oder technischen Hilfswerk verfügen über geeignete technische Mittel, beispielsweise eine geeignete Smartphone-App oder eine Verschaltung mit einer Leitstelle, um die Verteilerstation 24 zu bedienen. Die Verteilerstation 24 weist hier zusätzlich noch Bedienelemente auf, mit denen auch lokal vor Ort eine Bedienung der Verteilerstation 24 möglich ist.
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Um ein Elektrofahrzeug 12 mit der Stromschiene 20 elektrisch zu verbinden, ist ein Adapter 26 vorgesehen. Dieser Adapter 26 wird bei Bedarf mit der Stromschiene 20 und dem jeweiligen Elektrofahrzeug 12 verbunden. Zu diesem Zweck weist der Adapter 26 einen ersten Anschluss 28 auf, der mit der Stromschiene 20 elektrisch verbunden werden kann. Außerdem weist der Adapter 26 einen zweiten Anschluss 30 auf, der so ausgelegt ist, dass er mit dem Ladekabel des jeweiligen Elektrofahrzeugs 12 (nicht dargestellt) verbindbar ist.
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Der Adapter 26 ist hier boxförmig und so geformt, dass er auf die Leitplanke 16 aufgesetzt werden kann.
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Im hier gezeigten Beispiel sind die Stromschienen 20 so ausgelegt, dass sie elektrisch nicht isolierte Abschnitte 32 aufweisen, die den elektrischen Kontakt zum ersten Anschluss 28 des Adapter 26 herstellen, wenn der Adapter 26 an die Stromschiene 20 angeschlossen wird.
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Das Ladesystem 10 ist hier als Niedervoltsystem ausgelegt, also gestaltet, dass nur eine geringe Spannung an den Stromschienen 20 anliegt, die so gewählt ist, dass sie für Personen bei Kontakt mit der Stromschiene 20 ungefährlich ist.
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Der Adapter 26 ist an den jeweiligen Typ des Elektrofahrzeugs 12 angepasst. Insbesondere ist eine spezifische Elektronik im Adapter 26 enthalten, um die für das jeweilige Elektrofahrzeug 12 vorgegebene Ladesteuerung an den durch die Stromschiene 20 vorgegebenen Ladestrom anzupassen. Der Adapter 26 enthält hierzu gegebenenfalls einen Spannungswandler.
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Beispielsweise wird der Adapter 26 im Elektrofahrzeug 12 zusammen mit dem Ladekabel mitgeführt.
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Im Bedarfsfall, also wenn eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen 12 in einer Notsituation mit leeren Energiespeichern auf der Autobahn 14 liegen bleiben, können die Elektrofahrzeuge 12 mittels des Adapters 26 an die Stromschienen 20 angeschlossen werden, um ihre Energiespeichern zu laden.
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Die dem betroffenen Straßenabschnitt zugeordnete Verteilerstation 24 wird durch zuständige Einsatzkräfte zu geschaltet, dass die Ladespannung an den Stromschienen 20 anliegt. Durch die Adapter 26 fließt nun ein angepasster Ladestrom in die Energiespeicher der angeschlossenen Elektrofahrzeuge 12.
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Die Energiespeicher sämtlicher Elektrofahrzeuge 12 sind dabei zum Laden parallel an die Stromschiene 20 angeschlossen.
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Nach Abschluss des Ladevorgangs wird der Adapter 26 wieder von der Stromschiene 20 entfernt.
