DE202018100340U1

DE202018100340U1 - Anordnung zur Ausbildung von Gleichspannungsladestationen mit einem oder mehreren Ladepunkten zur Gleichstromschnellladung

Info

Publication number: DE202018100340U1
Application number: DE202018100340.2U
Authority: DE
Original assignee: GSAB ELEKTROTECHNIK GmbH
Current assignee: GSAB ELEKTROTECHNIK GmbH
Priority date: 2018-01-08
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2019-04-09
Anticipated expiration: 2028-01-23

Abstract

Anordnung zur Ausbildung von Gleichspannungsladestationen mit einem oder mehreren Ladepunkten zur Gleichstromschnellladung mittels Standardladesteckverbindungen zur unmittelbaren Einspeisung von Gleichstrom in das anzuschließende Ladeobjekt, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug mit Lademodus (4) nach IEC 61851 und Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestationselektronik, wobei ein schrankartiges Gehäuse (1) mit normgerechter Schutzklasse und Ausführung die Ladestationselektronik nebst Gleichstromladekupplung (5) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das schrankartige Gehäuse (1) einen im Gehäuseinneren separierten, getrennt von außen zugänglichen, jedoch vom Gehäuse (1) umfassten Bereich aufweist, wobei in diesem Bereich alle notwendigen elektrischen Komponenten einschließlich Wandlermessung zum unmittelbaren Anschluss der Anordnung an das örtliche Niederspannungsnetz (NB) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausbildung von Gleichspannungsladestationen mit einem oder mehreren Ladepunkten zur Gleichstromschnellladung mittels Standardladesteckverbindungen zur unmittelbaren Einspeisung von Gleichstrom in das anzuschließende Ladeobjekt, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug mit Lademodus 4 nach IEC 61851 und Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestationselektronik, wobei ein schrankartiges Gehäuse mit normgerechter Schutzklasse und Ausführung die Ladestationselektronik nebst Gleichstromladekupplung aufnimmt gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind seit einigen Jahren in den verschiedensten Bauformen bekannt und auf dem Markt erhältlich.
In der Bauweise sind derartige Ladestationen oft klassischen Zapfsäulen für Treibstoffe nachempfunden. Ladestationen sind im öffentlichen aber auch im nicht öffentlichen Bereich zu finden und weisen eine steckdosenähnliche Möglichkeit des Anschlusses eines Elektrofahrzeuges auf, wobei eine diesbezügliche Kabelverbindung zum Einsatz kommt. Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge sind regelungsseitig in der DIN EN 61851-1 abgehandelt. Ladesäulen können beispielsweise Anschlüsse für eine Wechselstrom- aber auch eine Gleichstromladung aufweisen. Sogenannte Typ2-Stecker haben sich als Standardladesteckverbindung für Wechselstrom- und Drehstromanschlüsse durchgesetzt. Als Standard für das Schnellladen mit Gleichstrom wird in der Europäischen Union auf das CCS-System (Combined Charging System) zurückgegriffen. Ein weiteres bekanntes Gleichstromschnellladesystem geht auf den CHAdeMO-Standard zurück. Bei den Wechselstrom- oder Drehstromladen wird das Elektrofahrzeug mit dem Wechselstromnetz verbunden, wobei innerhalb des Fahrzeuges entsprechende Ladegeräte zur Wandlung von Wechselstrom in Gleichstrom integriert sind. Darüber hinaus ist ein Batteriemanagementsystem mit Regelungsfunktion für den jeweiligen Ladezyklus im Fahrzeug vorhanden.
Beim Gleichstromladen wird Gleichstrom unmittelbar aus der Ladesäule in das Fahrzeug eingespeist. Eine Gleichstromladesäule weist diesbezüglich einen leistungsstarken Gleichrichter auf. Über eine entsprechende Schnittstelle sind die in den zu ladenden Fahrzeugen befindlichen Batteriemanagementsysteme in der Lage, mit einer entsprechenden Gleichstromladesäule zu kommunizieren und den Ladestrom je nach Ladezustand des oder der im Fahrzeug befindlichen Akkumulatoren anzupassen.
Aufgrund der unmittelbaren und direkten Verbindung zwischen Gleichstromladesäule und Fahrzeug können sehr hohe Leistungen verlustarm übertragen werden. Dies führt zu gewünschten kurzen Ladezeiten.
Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die Ladesäule in der Lage ist, hohe Leistungen bis zu 150 kW abzugeben.
Werden derartige Hochleistungen aus dem betreffenden Niederspannungsnetz gezogen, erfordern diesbezügliche Anschlusskästen mit Zählerplätzen besondere Maßnahmen zur Messung von Betriebsströmen. Hier kommen bekannter Weise halbindirekte Messverfahren zum Einsatz, die auf Stromwandler zurückgreifen. Bei einer solchen Wandlermessung müssen also Stromwandler in einen entsprechenden Zähler- oder Wandlerschrank eingebaut und entsprechend primärseitig angeschlossen werden. Die Verdrahtung innerhalb des Zähler- oder Wandlerschrankes erfolgt unter Beachtung bestimmter technischer Regelungen und Vorschriften, beispielsweise gemäß VDE-AR-N4101.
Wenn beispielsweise an einem öffentlichen Platz oder im privaten Raum eine Gleichstrom-Schnellladesäule installiert werden soll, muss zunächst für die Voraussetzungen zum niederspannungsnetzseitigen Anschluss inklusive Wandlermessung Sorge getragen werden. Üblicherweise wird zum Erhalt der erforderlichen Ladeinfrastruktur ein Verteilerkasten errichtet, der im Eigentum des Netzbetreibers oder des Betreibers der Ladesäule liegt und welcher die erwähnte Wandlermessung nebst weiteren elektrotechnischen Komponenten aufweist.
Ausgehend vom derart modifizierten Verteilerkasten erfolgt eine Kabelführung hin zur eigentlichen Gleichstromladesäule, von der aus dann ausgehend von einem Stellplatz zum Laden des Fahrzeuges der Ladevorgang ausführbar ist.
Es hat sich gezeigt, dass bei vielen örtlichen Gegebenheiten es nicht ohne Weiteres möglich ist, neben oder in der Nähe einer recht großbauenden Gleichstromladesäule noch einen Verteilerkasten anzuordnen. Oftmals ist dies auch aus architektonischen Gründen nicht gewünscht.
Aus dem Stand der Technik sind Ladestationen für Elektrofahrzeuge bekannt, die in Kombination mit einer Straßenbeleuchtungsanlage erstellt werden.
Bei der DE 10 2010 047 676 B4 sollen Straßenbeleuchtungen zu Ladestationen umgerüstet werden. Diesbezüglich muss zunächst dafür gesorgt werden, dass über das Beleuchtungskabel eine erhöhte Netzspannung zur Verfügung steht, um ausreichend Energie für die Ladestation vorzuhalten. Insofern sind Spannungswandler notwendig. Der Einsatz von Spannungswandlern, insbesondere Transformatoren, reduziert jedoch den Wirkungsgrad beim Betreiben derartiger Ladestationen und erhöht die Kosten. Weiterhin ist es nicht möglich, Gleichstromladesäulen gemäß Mode 4 mit einem oder mehreren Ladepunkten im Leistungsbereich bis zu 150 kW auf diesem Wege zu speisen.
Gleiches gilt unter energetischem Aspekt bezogen auf die Lehre nach DE 10 2012 022 963 A1 . Dort wird eine Ladestation zum Laden eines elektrischen Verbrauchers gezeigt, die auf die Stromversorgung eines Beleuchtungsmastes zurückgreift. Konkret wird eine üblicherweise vorhandene Masttür entfernt und durch eine Ladestation ersetzt.
Alle im bekannten Stand der Technik diesbezüglich zu findenden Lösungen einer quasi multifunktionalen Nutzung vorhandener Stromanschlussstellen lassen jedoch außer Acht, dass die für eine schnelle Ladung notwendigen Ströme und Leistungen ohne Veränderungen im Niederspannungsnetz weder bereitgestellt noch übertragen werden können. Dabei ist insbesondere auch zu berücksichtigen, dass bei einer Gleichstromladung eine Überlagerung von Gleichstromanteilen auf das Wechselstromnetz nicht auszuschließen ist. Aus diesem Grunde müssen Maßnahmen umgesetzt werden, die bei elektrischen Fehlfunktionen das Netz schützen, wozu spezielle Fehlerstromschalter oder Lastabwurfmechanismen dienen.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Lösung zur Optimierung der Ladeinfrastruktur für öffentliche und nicht öffentliche Ladestationen zu schaffen, wobei die Ladeinfrastruktur einerseits die Forderungen der Netzbetreiber erfüllt und andererseits einen schnellen und einfachen Anschluss in Richtung Netz ermöglicht, und zwar ohne dass es zu einem hohen bauseitigen Aufwand kommt.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Anordnung zur Ausbildung von Gleichspannungsladestationen mit einem oder mehreren Ladepunkten zur Gleichstromschnellladung mittels Standardladesteckverbindungen zur unmittelbaren Einspeisung von Gleichstrom in das anzuschließende Ladeobjekt, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Ausgegangen wird demnach von einer Anordnung zur Ausbildung von Gleichspannungsladestationen, welche für den Lademodus 4 nach IEC 61851 geeignet sind, wobei diese Gleichspannungsladestationen eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestationselektronik ermöglichen und üblicherweise ein schrankartiges Gehäuse mit normgerechter Schutzklasse besitzen. In diesem schrankartigen Gehäuse befindet sich die eigentliche Ladestationselektronik nebst Gleichstromladekupplung oder Gleichstromladesteckdose.
Erfindungsgemäß weist nun das schrankartige Gehäuse einen im Gehäuseinneren separierten, getrennt von außen zugänglichen, jedoch vom Gehäuse umfassten Bereich auf, wobei in diesem Bereich alle notwendigen elektrischen Komponenten einschließlich Wandlermessung zum unmittelbaren Anschluss der Anordnung an das örtliche Niederspannungsnetz ausgebildet sind.
Mit anderen Worten wird also in ein und demselben schrankartigen Gehäuse zum einen dafür gesorgt, dass alle netzbetreiberseitig notwendigen elektrischen Komponenten und Ausrüstungen untergebracht werden können und andererseits im selben Gehäuse die Baugruppen zur Gleichspannungsladung unterbringbar sind. Durch diese Ausbildung des funktional erweiterten schrankartigen Gehäuses sind keine Kabelverbindungen zwischen üblichen Verteilerkästen und Gleichspannungsladestationen mehr notwendig. Mit dem Aufstellen entsprechend vormontierter Anordnungen unter Nutzung des schrankartigen Gehäuses muss lediglich der Netzbetreiber über von ihm zu entsendendes Personal für den netzseitigen Anschluss Sorge tragen und eine entsprechende Inbetriebnahmeprüfung durchführen. Die Ausbildung und Auslegung der elektrischen Komponenten einschließlich Wandlermessung kann dabei ganz speziell an die Eigenschaften und Parameter der Ladestationselektronik vorgenommen werden. Daher besteht nicht die Gefahr einer Über- oder Unterdimensionierung.
In Weiterbildung der Erfindung sind im separierten Bereich die Niederspannungsleistungselektrik, die bereits erwähnte Wandlermessung, die Zählerplätze, Sicherungselemente und/oder Leistungsschutzschalter befindlich und gegenüber der Ladestationselektronik abgeschottet.
Diese Abschottung erfolgt einerseits unter dem Aspekt der elektrischen Sicherheit, insbesondere zu beachtender Trennungsabstände sowie andererseits mit Blick auf die elektromagnetische Verträglichkeit von Elementen der Ladestationselektronik, insbesondere unter Beachtung der Ausbildung notwendiger Schnittstellen zur Datenübertragung und zum Batteriema nagementsystem.
Im separierten Bereich sind die Stromwandler zur Wandlungsmessung in einem plombierbaren Abschnitt der dort befindlichen Niederspannungsverteilung vorgesehen. Der primärseitige Anschluss der Stromwandler ist dabei immer in Richtung des Netzbetreibers ausgeführt, um den diesbezüglichen Vorschriften zu genügen.
Die Ladestationselektronik ist so im Gehäuse aufgenommen, dass insbesondere gehäuseoberseitig ein Luftraum zur Bildung eines Belüftungskanals verbleibt. Das vorerwähnte Gehäuse weist insbesondere eine Quaderform mit Vorder- und Rückfläche, Deck- und Grundfläche sowie zwei kongruenten Seitenflächen auf.
Die Länge l der Vorder- und Rückfläche ist größer als die Breite b der Seitenflächen.
In der Vorder- und/oder Rückfläche sind verschließbare Zugänge zum Gehäuseinneren und an mindestens einer der Seitenflächen die Gleichstromladekupplungen oder Ladestecker ausgebildet.
Bevorzugt erstreckt sich der mindestens eine Belüftungskanal von Seitenfläche zu Seitenfläche, wobei in den Seitenflächen Entlüftungsöffnungen vorgesehen sind.
Diese Entlüftungsöffnungen können unter Beachtung der Schutzklasse ausgeführt und mit einer Filtereinrichtung zum Fernhalten von Verschmutzungen versehen werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind an oder in der Nähe der Standardsteckverbindungen oder Standardsteckkupplungen, die zur Gleichstromeinspeisung dienen, Mittel zur Nahfeldbeleuchtung zur sicheren Handhabung beim Starten und/oder Beenden des betreffenden Ladevorganges ausgebildet. Diese Mittel zur Nahfeldbeleuchtung können am jeweiligen Stecker oder Steckerende aber auch an der Gehäusewandung vorgesehen sein.
Innerhalb des Belüftungskanals können zur Optimierung der Kühlung zum Zweck des Abführens von Wärmeverlustleistung Mittel zur Zwangsbelüftung, insbesondere Ventilatoren vorgesehen sein.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt hierbei eine perspektivische Darstellung des quaderförmigen, schrankartigen Gehäuses, welches in seinem Inneren zwei Kompartimente aufweist und wobei an einer der Seitenflächen bzw. an einer Gehäusestirnseite ein Gleichstromladestecker bzw. eine Gleichstromladekupplung angebracht ist.
Das schrankartige Gehäuse 1 gemäß Figur weist einen im Gehäuseinneren separierten, getrennt von außen zugänglichen, jedoch vom Gehäuse 1 umfassten Bereich auf.
Beim gezeigten Beispiel befindet sich dieser Bereich und ein entsprechendes Kompartiment hinter der verschließbaren Tür 2.
Das entsprechende Kompartiment ist also über Öffnung der Tür 2 zu Installations-, Reparatur- oder Wartungszwecken zugänglich.
Im Kompartiment hinter der Tür 2 befinden sich alle notwendigen elektrischen Komponenten einschließlich Wandlermessung zum unmittelbaren Anschluss der Anordnung an das örtliche Niederspannungsnetz NB, symbolisiert mit der gestrichelten Darstellung in der Figur.
In dem diesbezüglich separierten Bereich sind insbesondere die Niederspannungsleistungselektrik, die erwähnte Wandlermessung, die Zählerplätze, die Sicherungselemente und/oder Leistungsschutzschalter befindlich.
Der separierte Bereich wiederum ist gegenüber dem Bereich, welcher die Ladestationselektronik aufnimmt, abgeschottet.
Die Ladestationselektronik befindet sich in dem Kompartiment hinter der ebenfalls verschließbaren Öffnung oder Tür bzw. Klappe 3.
Die Ladestationselektronik ist im Bereich hinter der Klappe oder Tür 3 so aufgenommen, dass insbesondere gehäuseoberseitig ein Luftraum zur Bildung eines Belüftungskanals verbleibt.
Aus der Figur ist ersichtlich, dass das Gehäuse eine Quaderform mit Vorder- und Rückfläche aufweist, wobei die Länge l der Vorder- und Rückfläche größer als die Breite b der Seitenflächen ist.
Eine der Seitenflächen 4 weist Gleichstromladekupplungen bzw. Stecker 5; 6 auf, wobei diese Elemente 5; 6 der Norm entsprechend realisiert werden.
Beispielsweise handelt es sich um einen 50 kW CCS-Kabelanschluss 5 mit Parkdose und ergänzend um einen Anschluss zur Wechselstromladung, zum Beispiel eine Typ2-AC-Steckdose 6.
Die Seitenfläche 4 weist darüber hinaus bevorzugt oberseitig Entlüftungsöffnungen auf, die ein Entlüftungsgitter aufnehmen.
Die Entlüftungsgitter 7 können mit einem Filtereinsatz zur Vermeidung des Eindringens von Verschmutzungen in das Innere des Gehäuses versehen sein.
Ein im Inneren des Gehäuses verlaufender Belüftungskanal ist strichpunktiert in der Figur angedeutet.
Der Entlüftungskanal kann dabei bevorzugt von den Entlüftungsöffnungen mit Abdeckungen 7 auf der Seitenfläche 4 bis zur gegenüberliegenden Seitenfläche verlaufen.
Aus der Darstellung nach den Figuren nebst den Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel wird ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Lehre darin besteht, die Einspeisung aus dem Niederspannungsnetz nebst Wandlermessung mit der Ladeeinrichtung in einem einzigen Gehäuse zu vereinen. Bei Notwendigkeit kann ein RFID-Kartenleser gehäuseinnenseitig, insbesondere türinnenseitig montiert werden. Auch ist die Anordnung oder das Anbringen von Displays oder sonstigen Anzeigevorrichtungen ohne Weiteres möglich.
Zur leichteren Handhabung und Zugänglichkeit der Standardsteckverbindungen 5; 6 kann das schrankartige Gehäuse 1 auf einem Sockel 8 montiert werden, wobei über den Sockel 8 der netzseitige Anschluss realisierbar ist.
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

DE 102010047676 B4 [0012]
DE 102012022963 A1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 61851-1 [0003]

Claims

Anordnung zur Ausbildung von Gleichspannungsladestationen mit einem oder mehreren Ladepunkten zur Gleichstromschnellladung mittels Standardladesteckverbindungen zur unmittelbaren Einspeisung von Gleichstrom in das anzuschließende Ladeobjekt, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug mit Lademodus (4) nach IEC 61851 und Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestationselektronik, wobei ein schrankartiges Gehäuse (1) mit normgerechter Schutzklasse und Ausführung die Ladestationselektronik nebst Gleichstromladekupplung (5) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das schrankartige Gehäuse (1) einen im Gehäuseinneren separierten, getrennt von außen zugänglichen, jedoch vom Gehäuse (1) umfassten Bereich aufweist, wobei in diesem Bereich alle notwendigen elektrischen Komponenten einschließlich Wandlermessung zum unmittelbaren Anschluss der Anordnung an das örtliche Niederspannungsnetz (NB) ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im separierten Bereich die Niederspannungsleistungselektrik, die Wandlermessung, die Zählerplätze, die Sicherungselemente und/oder Leistungsschutzschalter befindlich und gegenüber der Ladestationselektronik abgeschottet ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im separierten Bereich die Stromwandler zur Wandlungsmessung in einem plombierten Abschnitt der dort befindlichen Niederspannungsverteilung vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestationselektronik so im Gehäuse (1) aufgenommen ist, dass insbesondere gehäuseoberseitig ein Luftraum zur Bildung eines Belüftungskanals verbleibt.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine Quaderform mit Vorder- und Rückfläche aufweist, wobei die Länge (l) der Vorder- und Rückfläche größer als die Breite (b) der Seitenflächen (4) ist, in der Vorder- und/oder Rückfläche verschließbare Zugänge (2; 3) zum Gehäuseinneren und an mindestens einer der Seitenflächen mindestens die Gleichstromladekupplung (5) ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Belüftungskanal von Seitenfläche zu gegenüberliegender Seitenfläche erstreckt und bevorzugt in den Seitenflächen Entlüftungsöffnungen (7) vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an oder in der Nähe der Standardsteckverbindungen (5; 6) zur insbesondere Gleichstromeinspeisung eine Nahfeldbeleuchtung zur sicheren Handhabung beim Starten oder Beenden des Ladevorganges ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Belüftungskanals Mittel zur Zwangsbelüftung des Gehäuseinneren vorgesehen sind.