EP3802200A1 - Ladeeinheit für elektrofahrzeuge - Google Patents

Ladeeinheit für elektrofahrzeuge

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Publication number
EP3802200A1
EP3802200A1 EP19702877.2A EP19702877A EP3802200A1 EP 3802200 A1 EP3802200 A1 EP 3802200A1 EP 19702877 A EP19702877 A EP 19702877A EP 3802200 A1 EP3802200 A1 EP 3802200A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging
module
control circuit
docking station
communication module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19702877.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Müller-Winterberg
Stefan Helnerus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CCS Abwicklungs AG
Original Assignee
Innogy SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Innogy SE filed Critical Innogy SE
Publication of EP3802200A1 publication Critical patent/EP3802200A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/31—Charging columns specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Definitions

  • the subject matter relates to a charging station for electric vehicles, a docking station for charging stations and a charging unit in a charging station as well as modules installed in a charging unit.
  • the construction of the charging infrastructure is of crucial importance for the nationwide establishment of electromobility. For this purpose, it is necessary to install in public as well as in part public spaces charging stations for electric vehicles to a large extent.
  • the charging stations should fit into the streetscape and are therefore usually designed as charging stations. Charging columns are characterized by a compact design with a small footprint.
  • the charging stations are usually stela-like and have integrated or connectable charging electronics.
  • the extensive expansion of the charging infrastructure is a key factor in the acceptance of electromobility. Therefore charging stations must be installed as widely as possible and in large numbers in a short time. This is a challenge with regard to the design, construction and actual installation on site of the charging stations, since the mass use of the charging stations they must be produced on an industrial scale and particularly easy, preferably by a single person, should be installed on site.
  • Charging technology be decoupled to ensure that even laymen can install charging technology. Also the possible maintenance as well as the exchange of
  • the charging unit comprises a power module (HPS module), a communication module [ECU module] and a user interface module (UI module), wherein the
  • Power module a first charging control circuit for charging control with a
  • Electric vehicle has.
  • the requirements for loading units can vary greatly depending on the application. Nevertheless, it is desired to create as much as possible a uniform structure of a charging unit, which can be adapted to demand.
  • the charging unit it is first necessary for the charging unit to include basic charging control functions. Therefore, a first charge control circuit is arranged on the power module.
  • User interface module connects to the power module. On the
  • Communication bus can be coupled as needed, the communication module and / or the user interface module.
  • the function of the power module, in particular of the charging control circuit, is initially independent of this, so that the charging unit is also set up without a communication module connected to the communication bus for providing charging functionalities. If the communication module is coupled, then further functions such as encryption of accounting data, exchange of Charging parameters, transmission of information and the like, are provided by the communication module.
  • Communication bus is connected.
  • the communication bus serves to interconnect the respective functions on the different modules
  • the power module on the one hand always aware of the presence of a communication module and / or a user interface module and on the other hand also trigger, trigger and / or detect functions thereof.
  • the respective communication module and the user interface module also trigger, trigger and / or detect functions thereof.
  • User interface module can be optionally connected to the power module. As already mentioned, the functions of the first charge control circuit of the
  • Communication module for example, a second charging control circuit, it may at least partially override the first charging control circuit, but can also take over and complete functions of the first charging control circuit.
  • Communication module and the user interface module in the manner of plug and play over the communication bus to the power module can be connected.
  • the Mödule connected via the bus at the
  • the communication bus is next to the
  • Communication functionality for example, a power supply for the communication module and / or the user interface module for
  • a multi-voltage supply is possible, for example, 3.3 V, 5 V and / or 12 V.
  • the communication and the power supply can via a single, multi-core cable, for example, run a flat cable.
  • an RS422 bus is suitable as a communication bus between the respective modules.
  • User interface module is each arranged on a separate circuit board. As a result, a mechanical decoupling of the functions of the respective modules is achieved, so that they can be arranged in the loading unit, if necessary.
  • the charging unit with the power module is intended to provide basic functions for charging an electric vehicle.
  • the first charge control circuit be independent of the
  • Charging control is set up with an electric vehicle.
  • the charge control circuit is set up for charge control by means of pulse width modulation.
  • the communication with the electric vehicle should be done exclusively via an energy manager.
  • Charge control circuit is set up in particular for charging control according to DIN 61851.
  • Communication module have a second, independent thereof charge control circuit for charging control with an electric vehicle.
  • the second charge control circuit has an extended functionality compared to the first charge control circuit. This extended range of functions relates in particular to the possibility of negotiating charging parameters with the electric vehicle. It is proposed that the second charge control circuit for charge control via a pilot conductor with the
  • the second charging control circuit supports in particular a communication protocol according to DIN 15118 or Chademo.
  • a charging outlet is arranged at the power module. In addition to the connections for phase and neutral, this charging outlet also has a connection for a ground conductor and a connection for a PP (Plug Present) contact, as well as a CP
  • the PP and the CP contact of the charging outlet are on the
  • the second charging control circuit can record a communication with the electric vehicle, at least via the CP and PP contacts.
  • Functions may be present in the second charge control circuit which are complementary to functions of the first charge control circuit.
  • the second charge control circuit at least partially override the charge control of the first charge control circuit.
  • the power module is used in particular for performance monitoring and the
  • Power protection for power protection, in particular, a circuit breaker, a fuse, a leakage circuit breaker, a ground fault (GFCI) sensor, a welding detection sensor and / or a control for an electrical plug unlocking are accommodated on the power module.
  • GFCI ground fault
  • Monitoring can be done in phases or for all phases at the same time, phased monitoring is always preferred.
  • the communication module may include components for wireless communication in a local area network and / or a wide area network.
  • radio protocols such as LTE, UMTS, GSM, 5G, WLAN, for example according to IEEE E802.II, Bluetooth, RFID, NFC or other protocols for wire and / or wireless communication are integrated on the communication module.
  • the communication module may also include an encryption circuit, which may be formed, for example, as TPM (Trusted Platform Module e). This can be used, for example, by means of SML or TLS communication with a smart meter, iMS be included in the docking station and on the other hand, a secure communication with a billing center are performed.
  • TPM Truste
  • the loading unit can optionally be equipped as master or slave.
  • a master controller or a slave controller can be arranged on the communication module.
  • the communication module can, for example, with the extended communication functionality for wireless communication
  • Communication module can control other loading units, the only one
  • a display interface and / or a touch display interface can be arranged on the communication module. Via one of these interfaces, a display or a touch display, which is arranged on the user interface module, can be controlled. About one of these interfaces can also be a display or a touch display, which spatially offset from the
  • User interface module e.g. is housed in a separate housing from the charging unit, drive. This makes it possible, the charging unit as
  • Control center for example to use information and / or advertising displays.
  • the communication and control capability is located on the communication module and the displays themselves no longer require such functionality.
  • a communication module equipped with a master controller can receive measured values via an interface, for example via a LAN interface, from a communication module equipped with a slave controller. These measured values can be recorded by the measuring device on the charging unit, which is equipped with the slave controller, and transmitted to the charging unit with the master controller.
  • the communication module with the master controller can encrypt the received measured values for further billing.
  • the encrypted measured values can be transmitted from the encryption circuit to a billing center.
  • Printed circuit board a variety of sensors are arranged.
  • the sensors are arranged in particular on the side of the printed circuit board which, in the connected state, faces a lid surface.
  • Sensors may be, for example, radar sensors, capacitive or inductive proximity sensors or the like.
  • a radio antenna in particular a near field antenna, be arranged to support, for example, RFID functions and / or NFC functions.
  • the antenna may be formed as a PCB antenna.
  • User interface module may be arranged.
  • a display, a touch display and / or a brightness sensor may be disposed on the user interface module.
  • the touch display is preferably controlled via a touch display interface on the communication module.
  • a display is preferably controlled via a display interface on the communication module.
  • the (touch) display is controlled by the communication module.
  • the user interface module Preferably, it only picks up the (touch) display itself and properly locates it relative to the lid surface on the lid.
  • the power module is arranged in a well assembly and that the communication module and / or the user interface module are arranged in a cover assembly.
  • the docking station has a trough-shaped housing with a bottom and circumferential side walls. Furthermore, the docking station has a cable entry leading into the housing. The cable entry can be both in the
  • the docking station is for installation either directly on a wall or in a receptacle, e.g. can be arranged in a stela is arranged, the cable entry is either arranged laterally in the side walls or at the bottom.
  • connection strip for a power cable is arranged.
  • this connector bar can the
  • Power cord for example, multi-phase, for example, single-phase or three-phase, be placed together with, for example, a neutral and / or a protective conductor.
  • the terminal block is preferably arranged at the bottom of the housing.
  • a contact strip or a connection socket for a network connection for example, according to the Cat 5, Cat 6 or Cat 7 standard or the like may be provided.
  • the network connection allows a connection with a local network formed externally of the docking station or with a wide area network, for example DSL, ADSL or the like.
  • the network connection can be set up for the connection of two independently operable networks.
  • a systematic separation between a connection level for the power engineering and a supply level for charging technology is proposed.
  • the docking station in particular taking advantage of the terminal block, as a connection level for a power grid and has within the housing in particular a receptacle for an energy meter, such as an intelligent measuring system (iMS) or a smart meter.
  • iMS intelligent measuring system
  • smart meter a smart meter
  • Power port has in particular a jack with several
  • Connection contacts which can be contacted with one phase of the power cable, the neutral conductor and optionally a protective conductor.
  • a rectifier or rectifier may be provided within the docking station, the at least two additional terminals of the
  • Power terminal applied, and over which arranged outside the docking station charging technology may optionally receive additional electrical power.
  • connection level makes it possible to allow the layman to install the charging technology.
  • the docking station as such has no "intelligence" in the sense of being able to perform charge control. Rather, at a later time a separate from the docking station charging unit easy and be conveniently connected by a layman via the power connector to the docking station. Since the mains connection is located to the power supply network within the docking station, there is no risk of electric shock by the one who couples the charging unit with the docking station.
  • the docking station can be coupled to a charging unit.
  • This charging unit serves as a supply level for a charging technology and in particular has a charging control circuit.
  • a universally applicable docking station which secures the high-voltage connection to the electrical supply network, offers the advantage that with such a docking station differently configured charging units can be mechanically and electrically connected. This means that initially only docking stations must be installed and the charging technology then to the docking station
  • the charging unit is also encapsulated in a separate housing, the docking of the charging unit to the docking station can be done by a technical layman.
  • Charging unit can be decoupled in time from the installation of the docking station. Any layperson, after having been installed by a specialist in a docking station, can couple the appropriate charging technology to the docking station through a suitable charging unit. This makes the installation process much easier for the charging technology provider. In a simple
  • connection level is free of charge technology for an electric vehicle.
  • connection level is provided within the housing of the docking station.
  • the connection level is set up to receive the power cord. For this purpose, a possibility of fixation and strain relief can be provided in addition to the cable entry.
  • the connection level takes up the terminal strip for the power cable. Furthermore, the connection level for receiving the
  • connection level is designed so that the
  • An initial configuration of the docking station may provide that the power connector is directly connected to the power connector via the terminal block.
  • a second configuration of the docking station may provide that the mains connection is first connected to the energy meter via the terminal block and from there to the
  • a receptacle surrounding the energy meter is peripherally surrounded by side walls. Within the side walls of the receptacle, cable penetrations for power cables to and from the energy meter can be located between the terminal block and the power supply
  • the energy meter may optionally be sealed off from the interior of the housing, which is necessary, for example, for tamper-proof measurement of electrical energy.
  • cable bushings for a communication cable can be, with which the energy counter can be read.
  • a protocol for reading the energy quantity counter may be SML and / or TLS.
  • the receptacle may be closed by a lid which is removable.
  • the lid may have a receptacle for a seal together with the side walls.
  • this may have latching lugs in the region of an edge of the side walls facing away from the bottom in order to latch the energy supply meter.
  • a tool-free installation of the energy meter within the docking station is possible, which greatly simplifies its installation.
  • a passage is arranged, which lies in the connected to the side walls of the state in the housing disposed power port.
  • the protective housing cover is placed on the docking station.
  • connections within the docking station should be protected against contact from the outside, so that as few penetrations as possible are provided in the protective housing cover.
  • a first penetration may be located spatially above the power connection.
  • the power connection itself can be protected against contact with its connection contacts, as is usual with connection sockets for power cables.
  • a further access can be in the area of a communication connection in order to be able to connect the charging unit, if appropriate, to the wide area network and / or the charging network.
  • Further penetrations are preferably not present, so that the protective housing cover substantially closes the housing, in particular in the areas in which electrical lines run within the housing between the terminal block, the energy meter and / or the power connection.
  • the protective housing cover will be at a distance from the power connection, in particular its upper edge. In order to prevent a manual penetration through the gap formed between the protective housing cover and the power connection, ie between the lower edge of the
  • Protective housing cover has a first circumferential collar, wherein the collar engages in the assembled state in the interior of the housing.
  • the power connection has a circumferential collar, which projects in the assembled state from the interior of the housing into the passage of the protective housing cover.
  • the collar has a depth that corresponds at least to the distance between the underside of the protective housing cover and the top of the power connection.
  • the collar can also be larger and extend up to the carrier, in particular the printed circuit board, on which the power connection is mounted.
  • a power plug of the charging unit When mounting the charging unit on the docking station, a power plug of the charging unit can be plugged into a socket-shaped power connection.
  • the power connector of the charging unit is also protected by a circumferential second collar.
  • This second collar can engage according to an advantageous embodiment in an annular gap, which is formed in the assembled state of the protective housing cover circumferentially between the first collar and the power port.
  • the Energy meter is an aperture arranged as a viewing window for a reading range of an energy quantity meter.
  • the power cable of the mains connection is usually a rigid cable with only a single stranded wire.
  • the cable usually has a cable cross-section of at least 2.5 mm 2 , but preferably beyond, for example, 6 mm 2 , 10 mm 2 , 16 mm 2 or the like.
  • Such a rigid sheathed cable is difficult to bend and therefore difficult to install. To make sure the installation of the
  • a scale is arranged on the bottom and / or the side walls of the housing of the docking station. This scale is used to cut to length the mains connection cable routed through the cable entry into the housing. The scale is spaced from the cable entry, that the power cord for connection to the terminal block can be assembled. This means that the installer can connect the power supply cable to the scale and cut it to length, thus ensuring that he / she has the power cord
  • the docking station should serve as a connection level and be mechanically connectable to a charging system formed as a supply level.
  • a connection level and be mechanically connectable to a charging system formed as a supply level.
  • Protective housing cover has receptacles which cooperate with fastening means of a charging unit in such a way, in which case in particular the charging unit rests completely on the protective housing cover of the docking station.
  • the charging unit is installed on the docking station "in layers", in which the charging unit rests completely on the docking station as a further “layer.”
  • the base of the docking station is essentially congruent with the base of the charging unit.
  • the charging unit can easily be “docked” to the docking station via the attachment means.
  • the charging unit then completely or substantially completely covers the docking station, in particular the charging unit covers all electrical components within the housing of the docking station.
  • the fastening means may preferably up to the outside of the bottom of the
  • Receiving openings corresponding openings are provided, wherein the openings and the receptacles are aligned with each other. Then, in a linear, parallel to the longitudinal extension of the fastening means extending movement
  • Fastening means are introduced through the receptacles in the bottom-side openings. This makes the installation of the charging unit on the docking station particularly easy.
  • the docking station represents the connection level
  • the charging unit represents the supply level
  • the docking station has only connections for a power connection and preferably also a communication connection. For this reason, only a power connection and preferably a communication connection are formed between the docking station of the charging unit. The power connection is over the
  • Power connection formed, the communication connection via, for example, a network cable.
  • the loading unit encloses the housing walls of the docking station preferably circumferentially. Only in the area of a cable inlet and / or a cable outlet can be provided in the docking station comprehensive side walls of the loading unit a recess.
  • the protective housing cover preferably returns from the upper level of the docking station, so that the side walls in the assembled state of the
  • circumferential sealing lips are provided, which are pressed in the mounted state against the edges of the side walls.
  • the fact that the protective housing cover springs back ensures that the sealing lips completely surround the side walls.
  • Another aspect relates to a charging station with a charging base and a Ladeklalenkopf and a docking station as described.
  • a charging station with a charging base and a Ladeklalenkopf and a docking station as described.
  • a receptacle is provided in the charging column head, which is surrounded by circumferential side walls.
  • the docking station can be arranged.
  • the power cord may be inserted into the docking station.
  • annular gap is formed between the side wall of the docking station and the receptacle, and a housing wall of the charging unit can engage in this annular gap. If the charging unit is docked with the docking station, it is placed on top of the docking station. Surrounding side walls of the charging unit can engage in the annular gap, so that from the outside of the charging station is not apparent that the
  • Loading unit is placed on a docking station.
  • the charging column head on two opposite front surfaces each have a receptacle for each docking station.
  • the charging unit can be set up as a supply level on a docking station designed as a connection level.
  • the loading unit comprises a
  • Tub assembly and a lid assembly The tub assembly together with the lid assembly forms a housing in which the charging technology for the charging unit is housed.
  • the connection of the charging technology to a power supply takes place in the manner of a modular system by mounting the charging unit on a docking station. This assembly is preferably done without tools.
  • At least one power module is arranged in the tub module.
  • HPS module also referred to as High Power Safety Module
  • HPS module High Power Safety Module
  • Within the tub assembly may also have a first
  • Charge control circuit and a charging outlet be arranged. The in the
  • Tub assembly arranged components may be sufficient
  • the tub assembly includes a bottom which in the assembled state faces a protective housing cover of the docking station.
  • Lid assembly substantially closed.
  • the cover assembly serves to receive at least one communication module and at least one
  • a user interface module makes it possible to realize an interaction with a user.
  • the power module provides a power supply for a communication module as well as a user interface module.
  • the communication module can optionally be connected to a wide area network connection within the docking station. Also, the communication module can optionally be connected to a charging network within connected to the docking station. Also, the communication module may establish communication in a near field.
  • the communication module subsequently also ECU (Electronic Control Unit Module) can act as a control computer and communication gateway.
  • ECU Electronic Control Unit Module
  • the user interface module also referred to below as UIB (User Interface Board)
  • UIB User Interface Board
  • the user interface module comprises operating and / or display elements, for example, in each case at least one display, a touch display, a pictogram, a
  • the UIB can be modularly connected to the ECU module, with a UIB in a basic function
  • the charging unit can be coupled with a docking station via a power connection without tools.
  • a circuit board can be arranged as Mains Board, which has the power connection.
  • the Mains Board in the docking station can be parallel to the docking station floor and / or parallel to the docking station cover or the HPS module in one plane be floating to the bottom of the tub assembly.
  • Within the docking station can be a functional separation between the
  • Interfaces interface board to be set up on which external
  • connection sockets Data connections are connected to corresponding connection sockets.
  • Connection sockets can be connected via patch cables, which are plugged into the Tub assembly are introduced and connected there in particular with the ECU module.
  • the interface board preferably has a connection socket which has connections for a first general purpose input / output bus (GPIO) on the one hand and a CAN bus on the other hand.
  • GPIO general purpose input / output bus
  • connection of a LAN between the interface board and the ECU is preferably carried out via a patch cable, wherein on a cable and in the respective sockets also connections of two mutually separately operated LAN networks can be performed.
  • a connection of two different local networks is possible over a single cable.
  • the tub assembly is preferably a tub-shaped housing with side walls.
  • the side walls surround the power module circumferentially, preferably completely encircling. Thus, via the side walls, a lateral sealing of the
  • an outlet for a charging cable can be provided.
  • a permanently connected charging cable can be connected via the charging port if no charging socket is to be electrically installed.
  • the outlet of the charging cable is preferably arranged in a recess of a side wall.
  • the side wall may spring back to the interior of the tub assembly, particularly in the area where a charging socket is placed.
  • a non-wired charging socket can be placed in the tub assembly to act as a "plug garage".
  • the tub assembly also preferably has a bottom. in the
  • the soil is the soil
  • the HPS module can be formed as a printed circuit board.
  • the HPS module is floating. Due to the floating mounting, it is possible to align plug and socket of the power connection to each other during assembly, in which, with the aid of guide means, the respective printed circuit board, which is mounted floating, is optionally displaced in the plane of storage.
  • the charging unit also has a power connection. This is arranged on the HPS module.
  • the power port is preferably a port corresponding to the power port on the docking station.
  • the power connections correspond to one another according to the socket-plug principle, wherein the power connection on the HPS module is preferably formed as a plug, whereas the power connection is formed on the docking station as a socket.
  • the power connection is in a recess in the bottom of the
  • the power connection of the HPS module is bordered by a circumferential collar.
  • the collar preferably completely surrounds the power port and extends away from the interior of the well assembly through the bottom thereof.
  • the collar may be located on the floor itself or on the PCB of the HPS module.
  • the collar preferably has a length which corresponds approximately to the length of the longest contact of the power connection.
  • the power port is only open at the bottom and laterally through the collar
  • the bottom of the tub assembly may have an opening provided in the region of the charging socket.
  • the opening may be as a recess for receiving the charging socket.
  • the opening makes it possible, in particular, to operate the charging socket manually from the underside, that is, from the ground, in particular to unlock it.
  • a charging plug inserted in the charging socket can be locked.
  • this lock is unlocked by an energized emergency release.
  • this release can be inoperative. Since the emergency unlocking should ensure that the charging unit is de-energized, the emergency release is suggested from the ground. Because the
  • the loading unit should be as modular as possible, so that a variety of
  • Equipment variants can be operated as needed. This also means that different charging sockets should be receivable from the tub assembly. Therefore, a modular receptacle for the charging socket is proposed, which is preferably operated without tools.
  • a receptacle for a charging socket is provided in the tub assembly, wherein the receptacle has fixing means for releasably fixing the charging socket to the tub assembly.
  • the charging socket can with correspondingly corresponding fixatives in the
  • the charging socket as on a
  • the receiving body has a larger footprint than any charging socket.
  • the charging socket is preferably arranged centrally in a surface of the receiving body.
  • the receiving body is designed so that it can accommodate a variety of types of charging sockets.
  • the fixing means corresponding to the fixing means of the receiving body, which form the interface are identical for all different charging sockets. This will be done ensures that the receiving body is dimensioned so that the interface remains unchanged even with changed charging sockets.
  • the receiving body are adapted to receive mutually different charging sockets.
  • Charging sockets can be in particular according to type 1, 2 or 3 as well as CCS according to IEC 62196 or even a chademo. Other types of
  • Charging sockets can also be arranged in the receiving body.
  • the fixing means in the tub assembly are preferably comb-shaped
  • Flanges formed with mutually aligned openings.
  • Corresponding fixing means may be provided on the receiving body of the charging socket or the charging socket.
  • On the receiving body of the charging socket also comb-shaped flanges can be provided, which interact with the flanges of the fixing and engage in this. Through the openings of the flanges, the
  • pins can be used, so that the receiving body or the charging socket form-fitting manner to the fixing means and thus the
  • Tub assembly can be fixed.
  • Recesses may be set up at the docking station. By inserting the webs into the recesses on the docking station, the webs can be fixed in a form-fitting manner to the docking station.
  • the HPS module can have at least one circuit breaker.
  • the power module can in particular have a sensor for monitoring the neutral conductor as well as the ground conductor and / or one
  • Misfire circuit breaker and / or a short circuit protection switch and / or a welding detection sensor have. All of these sensors can have switching functions or control a switch.
  • the first charging control circuit On the circuit board of the power module, the first charging control circuit, a charging outlet and the circuit breaker may be arranged.
  • the charging outlet is wired so that the charging socket can be connected to the charging outlet via terminals.
  • the phases LI, L2, L3 as well as neutral PE and ground conductor N can be contacted at the charging outlet.
  • the charging outlet may include a CP and a PP terminal, which terminals may be disposed in a connector remote from the power terminals.
  • the first charge control circuit allows in particular a
  • This charging control includes a
  • Basic functionality to be able to initially negotiate the readiness to charge with an electric vehicle.
  • the charging outlet serves to connect either one
  • the charging outlet is disposed in the tub assembly and connected to a charging cable disposed on the tub assembly, led out of the tub assembly, or connected to a charging socket in the tub assembly.
  • the charging outlet preferably comprises a terminal block with terminals for the individual phases, a neutral conductor and a protective conductor on the one hand and an at least two-pole connector for receiving PP and CP terminals.
  • the tray assembly can be closed by the lid assembly, with the exception of the charging socket.
  • the communication module and the user interface module can be accommodated.
  • the cover assembly When mounting a user interface module or communication module In the cover assembly, starting from the cover surface, first the user interface module and then the communication module can be arranged. Thus, the user interface module is sandwiched between the lid surface and the communication module.
  • the communication module and the user interface module are preferably each formed on a separate circuit board. This increases the modularity of the charging unit, since the communication module as well as the user interface module can each be fitted separately from one another in the cover assembly. Thus, as needed, either a communication module or a
  • User interface module or both modules are arranged in the cover assembly.
  • the temperature management is significantly optimized.
  • the modules are spaced apart so that temperature management within the tub assembly can be optimized.
  • the cover assembly preferably corresponds completely to the
  • Tub assembly in particular, the base areas of the lid assembly and tub assembly are such that the lid assembly rests completely in the mounted state on the tub assembly.
  • For fixing locking element are provided in particular on the side walls of the cover assembly, which can lock on inner sides of the side walls of the tub assembly. As a result, the cover assembly is connectable to the tub assembly.
  • the locking elements may be such that a fixing takes place by a rear engagement. Further, the locking elements may be such that they can only be solved on the bottom side so only in a mechanically detached from the docking tub assembly. This increases safety, since there is always a contact protection by the cover assembly and the cover assembly is not of the
  • Can bucket assembly can be lifted as long as the tray assembly rests on the bottom side of the docking station. Only if the tub assembly of the Docking station was removed and thus mandatory the charging unit is free of electrical voltage, the cover assembly can be solved by the tub assembly by loosening the locking elements.
  • the communication module and the user interface module are arranged in a first region of the cover surface, and that in a second region, corresponding to
  • a shutter is arranged on the lid surface.
  • the shutter has a movable element, which is on the inside of the
  • Lid assembly is slidable.
  • the shutter can be spring-loaded, so that it is always in a closed position when unloaded. By sliding it manually, the shutter can be slid parallel to the inner surface of the lid assembly, thereby releasing an opening that is immediately above the loading socket. As a result, a charging plug can be inserted into the charging socket. After removal of the charging plug, an automatic closing of the shutter can be ensured by the spring elements.
  • User interface module is attached to the inside of the lid surface.
  • the user interface module is fixedly attached to the lid surface of the lid assembly.
  • On the circuit board of the user interface module can on the lid surface facing side signalers and / or
  • Controls or displays are provided.
  • the mechanical fixation of the user interface module to the lid assembly ensures that the sensors and / or signal generator of the user interface module with on the
  • the communication module and / or the user interface module are attached to the lid assembly.
  • An attachment to the tub assembly takes place exclusively indirectly via the attachment of the cover assembly to the
  • User interface module mechanically connected to the power module only indirectly via the connection between the cover assembly and tub assembly.
  • User interface module with the power module via at least one flexible cable.
  • the communication module has a second charge control circuit.
  • This second charging control circuit is for communicating with an electric vehicle via a pilot conductor.
  • the second charging control circuit can access at least the pilot conductor of the charging outlet.
  • the second acts
  • the second charge control circuit is the first
  • Charge control circuit can override the first charging control circuit. Also, a parallel operation is possible, so that both a communication via the first charge control circuit, as well as the second charge control circuit can take place, in which case the first charge control circuit with the second charge control circuit
  • Communication module has an encryption module.
  • Encryption module is formed in particular as a TPM module.
  • Encryption module can be used to encrypt measured values of the measuring device installed in the docking station. For this purpose, a connection between a measured value output of the measuring device in the docking station and the
  • Encryption module via a corresponding patch cable done.
  • Encryption module can be measured by the meter (Smart Meter, iMS) and encode received measurements and, if necessary, via
  • Fig. 1 is a schematic view of a charging station
  • Fig. 2 is an exploded view of a charging station with docking station
  • FIG. 3 is a view of an opened docking station
  • FIG. 4 is a view of a closed docking station
  • Fig. 5 is an exploded view of a tub assembly
  • Fig. 6 shows a tub assembly in the assembled state
  • Fig. 7 shows a tub assembly from below
  • Fig. 9 is a view of a lid assembly
  • Fig. 10 is a bottom view of a lid assembly
  • Fig. 11 is a sectional view of a lid assembly.
  • Fig. 1 shows a charging station with a charging station 2, in which a receptacle 2a is provided.
  • the receptacle 2a of the charging station 2 is for receiving a docking Station 4 and a loading unit 6 is provided.
  • the docking station 4 can be fixed in a manner not described in detail in the receptacle 2a.
  • an electrical connection to a power supply network can be introduced into the docking station 4.
  • the charging unit 6 can be assembled as an assembly with a tub assembly and a lid assembly, which will be described in more detail below, and placed on the docking station 4 and mechanically fixed to the docking station 4.
  • the charging unit can be electrically coupled to the docking station 4 via a plug / socket.
  • communication technology coupling can be done via at least one patch cable between the docking station 4 and the charging unit 6.
  • the docking station 4 When installed, the docking station 4 is completely received in the receptacle 2a and the loading unit 6 surrounds the outer edge of the docking station 4 substantially completely and is also embedded with its side edges at least in part in the receptacle 2.
  • the docking station 4 can, if necessary, also be mounted directly on a wall without the charging station 2 would be necessary with the recording 2a. Even then, the side walls of the docking station are at least partially surrounded by side panels loading unit 6.
  • the base areas of docking station 4 and charging unit 6 are approximately congruent to each other, so that when viewed from the front the charging unit 6 completely covers the docking station 4.
  • FIG. 1 The modular structure of docking station 4 and charging unit 6 is shown in more detail in FIG. In the figure 2, first the docking station 4 is shown, which has a cable entry 8 in a side wall 10. The docking station 4 is through a
  • Protective housing cover 12 at least partially closed on the loading unit 6 side facing.
  • recesses 14a, 14b are provided, which will be described in more detail below.
  • the loading unit 6 may be formed from a tub assembly 20 and a lid assembly 26.
  • openings 16 may be provided between the cover 12 and the side wall 10 openings 16 between the cover 12 and the side wall 10 openings 16. Webs 18 of the tub assembly 20 may be inserted into the docking station 4 through these openings 16 so that the tub assembly 20 may be fixed to the docking station 4 via the webs 18.
  • the tub assembly 20 can be coupled to the docking station 4.
  • the tub assembly 20 is part of the loading unit 6, which additionally has the lid assembly 26.
  • the tub assembly 20 receives a power module 22 and a charging socket 24.
  • the tray assembly 20 is substantially closed on the bottom side with a bottom and is closed on the lid side by the lid assembly 26.
  • the lid assembly 26 may include a shutter 32 and controls such as a display 34.
  • the lid assembly 26 is mechanically joined to the tub assembly 20 and thus seals the tub assembly 20 on one
  • the tub assembly 20 is joined to the docking station 4, and a seal is made between the docking station 4 and the tub assembly 20 via the side walls 10. Between the lid assembly 26 and the tub assembly 20 is a
  • the docking station 4 serves as a connection level and can be connected independently of the charging unit 6 to a power supply network. As long as the charging unit 6 is not coupled to the docking station 4, this is voltage-free. Via a coupling of the charging unit 6 with the docking station 4, the charging unit 6 is connected to the power supply network.
  • the loading unit 6 can as
  • the charging unit 6 can be coupled to the docking station 4 in a particularly simple, mechanically tool-free manner at any later time, even by a technical layman, whereby the charging unit 6 is then automatically coupled
  • the loading unit 6 is characterized by their special design
  • Tub assembly 20 and cover assembly 26 as previously explained, particularly flexible and modular and can be coupled to the particular application.
  • the docking station 4 is shown in detail in FIG.
  • the docking station 4 has a bottom and side walls 32.
  • a main board 34 and an interface board 36 is arranged on the bottom of the docking station 4.
  • a terminal block 38 is provided for connecting a power supply cable.
  • a power connection 42 is also arranged as a socket on the main board 34.
  • a receptacle 44 is provided between the side walls 32. The receptacle 44 is closed by a lid.
  • a measuring device such as a smart meter or an iMS can be anchored latching. Not shown are cable penetrations through the side walls of the receptacle 44 to wire the meter.
  • the receptacle 44 can be sealed via suitable holes, which is not shown in detail.
  • ports 46, 48 are provided for a network cable and for a CAN bus and / or a GPIO bus.
  • connection sockets can still be provided for connection to the modules within the charging unit.
  • the external wiring with a local network takes place via a terminal strip, which can then be tapped off via an RJ45 socket.
  • a terminal strip which can then be tapped off via an RJ45 socket.
  • a first local area network can be formed with a central office and a second local area network between master and slave units, ie between a loading unit with a master controller with at least one, preferably several loading units with only one slave controller.
  • the two local networks can be connected together via a single patch cable to the charging unit 6 or the modules arranged therein.
  • the installer can attach the cable to the scale 40 and cut to length immediately. Thereby the fitter can correctly assemble the connection cable so that he can then place it on the connection strip 38 without any problems.
  • a measuring device can be arranged in the receptacle 44.
  • This meter is wired from terminal block 38 via flexible cables. Starting from the meter again cabling via flexible cable with a power connection 42. If no meter is installed, there is a direct wiring via a flexible cable between the terminal block 38 and the power terminal 42. At the power terminal 42 is also a terminal block for receiving the provided respective cable.
  • a network cable can also be inserted into the housing of the docking station 4 and placed on the terminals 48.
  • Communication ports of the interface board 36 in particular a RJ45 connector and a GPIO connector and a CAN bus connector provided.
  • An RJ45 connector can connect to two separate LAN networks via the RJ45 socket 46.
  • openings 16 are provided.
  • the openings 16 are located between the cover 12 and the side wall 10 of the docking station 4. Through the openings 16, the webs 18 of the
  • the docking station 4 After the docking station 4 has been installed in the manner shown, it may, protected by the protective housing cover 12, initially remain unpopulated and at any later time with a tub assembly 20 and
  • Cover assembly 26 having charging unit 6 are equipped.
  • a tub assembly 20 is shown in an equipment variant in FIG.
  • the tub assembly 20 includes a housing having side walls 20a and a bottom 20b. In the region of the side walls 20a and the bottom 20b may be a
  • Power module 50 bottom side in the tub assembly 20 are mechanically anchored.
  • the power module 50 has a charging port 52 and a
  • Charge control circuit 54 On the underside of the power module, as also shown in Fig. 5, a plug 56 is arranged, which to the socket of the
  • Power connection 42 corresponds. Circumferentially around the plug 56 is a collar 58.
  • the collar 58 faces away from the surface of the printed circuit board of the power module 50.
  • the collar 58 has an extension in this direction, which is greater than the longest extent of each contact of the plug 56th
  • a port 60 for a communication bus is disposed on the power module 50.
  • the port 60 for the communication bus allows the
  • Communication bus can be in the way of plug-and-play both
  • Communication module as well as a user interface module, which
  • Modular communication module and / or the user interface module supplement, if necessary, to be able to adapt the loading unit 6 to the respective requirements.
  • the power module 50 is disposed in a first region of the bottom 20b.
  • a fixing means 62 is provided, which consists of comb-like mutually arranged flanges with each other
  • the fixing means 62 is formed of two opposing comb-like structures which define an opening 64 in the bottom 20b.
  • the fixing means 62 correspond to fixing means 66 of a receiving body 68 for a charging socket 70.
  • the charging socket 70 is arranged directly above the opening 64 in the mounted state. Through the opening 64, it is possible from the
  • the mounting body 68 For mounting the fastening body 68 on the tub assembly 20, the mounting body 68 with its fixing means 66 to the fixing means 62 so
  • pins 72 fix the receiving body 68 to the housing of the tub assembly 20.
  • the power module 50 is in the bottom side in the
  • Tub assembly 20 is used, as shown in FIG. 6.
  • the plug 56 is inserted together with the collar 58 through the bottom-side opening 74.
  • the power module 50 is mechanically latched to the housing of the tub assembly 20 and may be floatingly mounted therein. Alternatively or commutatively, it is possible for the main board 34 to be floating in the housing of the docking station 4.
  • the floating storage has the advantage that during assembly of the
  • Tub assembly 20 on the docking station 4 of the connector 56 can independently align to the socket of the power terminal 42. This increases operability, in particular facilitates installation by a layman.
  • the underside of the tub assembly 20 is shown in FIG. It can be seen that the webs 18 protrude from the bottom 20b pioneering the tub assembly 20. Furthermore, the collar 58 can be seen with the plug 56 as it projects through the opening 74.
  • the collar 58 is in the assembled state in engagement with the opening 14 a.
  • an annular gap 74 which between the socket of the power terminal 42 and a projecting into the interior of the housing of the docking station 4 collar 78 is formed.
  • the tub assembly 20 is placed on the docking station 4 and as can be seen from the combination of FIGS. 4 and 7, while the collar 58 slides into the annular gap 76.
  • the collar 58 enters the annular gap 76 before a contact of the plug 56 comes into electrical contact with a contact of the socket of the power terminal 42. This prevents it from mounting during assembly
  • Tub assembly 20 may come to the docking station 4 to an electric shock.
  • the receiving body 68 is such that it receives a variety of
  • Charging sockets 70 is set up or in other words, a variety of charging sockets 70 may be equipped with different receiving bodies 68, each fixing means 66 have an equal distance from each other and thus form a single mechanical interface to the fixing means 62. As a result, it is possible for a very wide variety of charging sockets 70 to be installed in one and the same tub assembly 20, as can be seen from FIGS. 8a-c.
  • FIG. 8 a shows a receiving body 68 with a CCS charging socket 70
  • FIG. 8 b shows a receiving body 68 with a Chademo charging socket 70
  • Fig. 8c shows a receiving body 68 with a type 2 charging socket 70th
  • the receiving body 68 makes it possible
  • the charging sockets 70 do not necessarily have to be electrically connected to the charging connection 52, but can also remain potential-free. In this case, the charging sockets 70 may serve as a "plug garage.”
  • the charging outlet 52 may be electrically connected to a charging cable fixedly attached to the housing of the tub assembly 20. The charging cable may be led out in the region of a recess 80 in the side wall of the tub assembly 20.
  • the charging socket 70 can be electrically connected to the charging control circuit 54 via the charging connection 52.
  • the charging port 52 has three terminals for one phase on a terminal block, another terminal block with two terminals for the
  • Neutral conductor and the protective conductor and optionally via a connection socket for a plug present (PP) contact and a pilot conductor (CP) contact.
  • PP plug present
  • CP pilot conductor
  • Tub assembly 20 arranged via pre-assembled cable is the
  • Charging socket 70 connected to the respective terminals of the charging outlet 52 and then the receiving body 68 via the pins 72 in the
  • the loading unit 6 comprises not only the tub assembly 20 but also the
  • Lid assembly 26 may have a variety of controls 82 and / or a shutter 84 on a top. Side of the lid assembly 26, on whose Side edges can be provided locking elements 86, which can engage with the inner side walls of the tub assembly 20 in engagement. As a result, the cover assembly 26 can be mounted on the tub assembly 20.
  • the latching elements 86 may be designed such that they can latch on the side walls of the tub assembly 20 and, in particular, can be released non-destructively only when detached from the bottom, starting from the bottom 20b of the tub assembly 20. This prevents the lid assembly 26 from being disengaged from the tub assembly 20 while the tub assembly 20 is still electrically connected to the mains board 34 of the docking station 4.
  • the shutter 84 is supported so that it can be moved in a direction of movement 88 to the
  • the shutter 84 is spring-loaded via a spring 98 so that it automatically moves into the closed position shown.
  • Communication module 90 and a user interface module 92 may be arranged.
  • the communication module 90 as well as the user interface module 92 can be mechanically fixed to the cover assembly 26 or its housing.
  • the communication module 90 is connected to the via the communication bus
  • the communication module 90 includes a non-illustrated
  • Fig. 11 shows the arrangement of the communication module 90 as well as the
  • User interface module 92 faces the inside of the top wall and is mechanically connected to the housing of lid assembly 26 via click connections 94.
  • the communication module 90 is in turn also connected via connections, not shown, with the housing of the cover assembly 26.
  • the user interface module 92 is fixed to the inside of the
  • Cover assembly 26 allowing accurate positioning of sensors and
  • Cover assembly 26 is ensured.
  • a display 96 may be arranged as an option in the cover assembly 26 and be controlled via the user interface module 92 and / or the communication module 90.

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Abstract

Ladeeinheit für Elektrofahrzeuge umfassend mit einem Leistungsmodul, einem Kommunikationsmodul und einem Benutzerschnittstellenmodul, wobei das Leistungsmodul eine erste Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung mit einem Elektrofahrzeug aufweist. Ein Kommunikationsbus verbindet das Kommunikationsmodul und das Benutzerschnittstellenmodul mit dem Leistungsmodul.

Description

Ladeeinheit für Elektrofahrzeuge
Der Gegenstand betrifft eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, eine Docking Station für Ladestationen sowie eine Ladeeinheit in einer Ladestation als auch in einer Ladeeinheit verbaute Module.
Der Aufbau der Ladeinfrastruktur ist von entscheidender Bedeutung für die flächendeckende Etablierung von Elektromobilität. Dazu ist es notwendig, in öffentlichen als auch in teilöffentlichen Räumen Ladestationen für Elektrofahrzeuge in großem Maße zu installieren. Die Ladestationen sollen sich dabei in das Straßenbild einfügen und werden daher in der Regel als Ladesäulen konzipiert. Ladesäulen zeichnen sich durch eine kompakte Bauform mit einer geringen Grundfläche aus. Die Ladesäulen sind in der Regel stelenartig aufgebaut und verfügen über integrierte oder anschließbare Ladeelektronik. Wie erwähnt ist der umfangreiche Ausbau der Ladeinfrastruktur ein wesentlicher Faktor für die Akzeptanz der Elektromobilität. Daher müssen Ladesäulen möglichst flächendeckend und in großer Anzahl in kurzer Zeit installiert werden. Dies ist hinsichtlich der Konzeption, dem Bau und dem tatsächlichen Installieren vor Ort der Ladesäulen eine Herausforderung, da durch den massenhaften Einsatz der Ladesäulen diese im industriellen Maßstab herstellbar sein müssen und besonders einfach, bevorzugt durch eine einzige Person, vor Ort installierbar sein sollten.
Dies ist bei bisherigen Ladesäulen nur bedingt der Fall. Zum Einen ist die Montage vor Ort komplex und aufwendig, zum Anderen kann die Elektronik in den Ladesäulen bisher nicht kostengünstig und in großen Stückzahlen produziert werden.
Für eine besonders einfache Installation von Ladetechnik ist es auch erforderlich, dass diese mit wenigen Handgriffen und auch von Ungeübten inst; Anschluss an die Energieversorgung sollte dabei möglichst von der sonstigen
Ladetechnik entkoppelt sein, um zu gewährleisten, dass auch Laien Ladetechnik installieren können. Auch die mögliche Wartung sowie der Austausch von
Ladetechnik, welcher beispielsweise durch Defekte oder Technologiewechsel erforderlich wird, sollen möglichst vereinfacht sein.
Das oben genannte Problem wird gegenständlich durch eine Ladeeinheit nach
Anspruch 1 sowie ein System nach Anspruch 18 gelöst.
Die Ladeeinheit umfasst ein Leistungsmodul (HPS Modul), ein Kommunikationsmodul [ECU Modul) und ein Benutzerschnittstellenmodul (UI Modul), wobei das
Leistungsmodul eine erste Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung mit einem
Elektrofahrzeug aufweist. Die Anforderungen an Ladeeinheiten können je nach Einsatzzweck höchst unterschiedlich sein. Dennoch ist es gewünscht, möglichst eine einheitliche Struktur einer Ladeeinheit zu schaffen, welche bedarfsgerecht angepasst werden kann. Insbesondere ist es zunächst notwendig, dass die Ladeeinheit grundlegende Ladesteuerfunktionen umfasst. Daher ist auf dem Leistungsmodul eine erste Ladesteuerschaltung angeordnet.
Zusatzfunktionen, wie beispielsweise erweiterte Ladefunktionalitäten, Abrechnungen, Kommunikation, Benutzerinteraktion und dergleichen können bedarfsweise erforderlich sein oder eben nicht. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass ein Kommunikationsbus das Kommunikationsmodul und das
Benutzerschnittstellenmodul mit dem Leistungsmodul verbindet. Über den
Kommunikationsbus kann bedarfsweise das Kommunikationsmodul und/oder das Benutzerschnittstellenmodul angekoppelt werden. Die Funktion des Leistungsmoduls, insbesondere der Ladesteuerschaltung ist hiervon zunächst einmal unabhängig, so dass die Ladeeinheit auch ohne ein an den Kommunikationsbus angeschlossenes Kommunikationsmodul zur Bereitstellung von Ladefunktionalitäten eingerichtet ist. Wird das Kommunikationsmodul angekoppelt, so können weitergehende Funktionen wie beispielsweise Verschlüsselung von Abrechnungsdaten, Austausch von Ladeparametern, Übermittlung von Informationen und dergleichen, durch das Kommunikationsmodul zur Verfügung gestellt werden.
Ist eine Benutzerinteraktion gewünscht, kann diese durch das
Benutzerschnittstellenmodul angeboten werden, sobald dieses an den
Kommunikationsbus angeschlossen wird. Der Kommunikationsbus dient dazu, die jeweiligen Funktionen auf den unterschiedlichen Modulen miteinander zu
koordinieren und zu synchronisieren, so dass bedarfsweise das Leistungsmodul einerseits stets in Kenntnis über das Vorhandensein eines Kommunikationsmoduls und/oder eines Benutzerschnittstellenmoduls ist und andererseits auch Funktionen hiervon ansteuern, auslösen und/oder detektieren kann. Dasselbe gilt natürlich auch für jeweils das Kommunikationsmodul und das Benutzerschnittstellenmodul.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass über den
Kommunikationsbus das Kommunikationsmodul und das
Benutzerschnittstellenmodul optional an das Leistungsmodul anschließbar sind. Wie bereits erwähnt, sind die Funktionen der ersten Ladesteuerschaltung des
Leistungsmoduls hiervon zumindest in Teilen unabhängig. Ist auf dem
Kommunikationsmodul beispielsweise eine zweite Ladesteuerschaltung, so kann diese zumindest in Teilen die erste Ladesteuerschaltung überregeln, können jedoch auch Funktionen der ersten Ladesteuerschaltung übernehmen und ergänzen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das
Kommunikationsmodul und das Benutzerschnittstellenmodul nach Art von Plug and Play über den Kommunikationsbus an das Leistungsmodul anschließbar sind. Hierbei können sich die angeschlossenen Mödule über den Bus jeweils an dem
Leistungsmodul an-/abmelden. Der Kommunikationsbus stellt neben der
Kommunikationsfunktionalität auch beispielsweise eine Spannungsversorgung für das Kommunikationsmodul und/oder das Benutzerschnittstellenmodul zur
Verfügung. Auch ist eine Mehrspannungsversorgung möglich, beispielsweise 3,3 V, 5 V und/oder 12 V. Die Kommunikation als auch die Spannungsversorgung kann über ein einziges, mehradriges Kabel, beispielsweise ein Flachkabel verlaufen. Insbesondere eignet sich ein RS422-Bus als Kommunikationsbus zwischen den jeweiligen Modulen. Das Leistungsmodul, das Kommunikationsmodul als auch das
Benutzerschnittstellenmodul ist jeweils auf einer eigenen Leiterplatte angeordnet. Hierdurch wird auch eine mechanische Entkopplung der Funktionen der jeweiligen Module erreicht, so dass diese bedarfsweise in der Ladeeinheit angeordnet werden können.
Wie bereits erwähnt, soll die Ladeeinheit mit dem Leistungsmodul grundlegende Funktionalitäten zum Laden eines Elektrofahrzeugs bereitstellen. Somit wird vorgeschlagen, dass die erste Ladesteuerschaltung unabhängig von dem
Kommunikationsmodul und/oder dem Benutzerschnittstellenmodul zur
Ladesteuerung mit einem Elektrofahrzeug eingerichtet ist.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung mittels Pulsweitenmodulation eingerichtet ist. Insbesondere soll die Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug ausschließlich über einen Energieleiter erfolgen. Die erste
Ladesteuerschaltung ist dabei insbesondere zur Ladesteuerung nach DIN 61851 eingerichtet.
Neben der Ladesteuerschaltung auf dem Leistungsmodul kann das
Kommunikationsmodul eine zweite, hiervon unabhängige Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung mit einem Elektrofahrzeug aufweisen.
Es wird vorgeschlagen, dass die zweite Ladesteuerschaltung einen gegenüber der ersten Ladesteuerschaltung erweiterten Funktionsumfang aufweist. Dieser erweiterte Funktionsumfang bezieht sich insbesondere auf die Möglichkeit zum Aushandeln von Ladeparametern mit dem Elektrofahrzeug. Es wird vorgeschlagen, dass die zweite Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung über einen Pilotleiter mit dem
Elektrofahrzeug eingerichtet ist. Dabei unterstützt die zweite Ladesteuerschaltung insbesondere ein Kommunikationsprotokoll nach DIN 15118 oder Chademo. An dem Leistungsmodul ist ein Ladeauslass angeordnet. Dieser Ladeauslass hat neben den Anschlüssen für Phase und Nullleiter auch einen Anschluss für einen Erdleiter sowie einen Anschluss für einen PP (Plug Present) Kontakt, als auch einen CP
(Pilotleiter) Kontakt.
Insbesondere der PP- und der CP-Kontakt des Ladeauslasses sind über den
Kommunikationsbus mit der zweiten Ladesteuerschaltung verbunden. Hierdurch kann die zweite Ladesteuerschaltung zumindest über die CP- und PP-Kontakte eine Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug aufnehmen.
In der zweiten Ladesteuerschaltung können Funktionen vorhanden sein, die komplementär zu Funktionen der ersten Ladesteuerschaltung sind. In diesem Fall wird vorgeschlagen, dass die zweite Ladesteuerschaltung die Ladesteuerung der ersten Ladesteuerschaltung zumindest in Teilen überregelt.
Das Leistungsmodul dient insbesondere zur Leistungsüberwachung und dem
Leistungsschutz. Zum Leistungsschutz sind insbesondere ein Leistungsschutzschalter, eine Sicherung, ein Fehlstromschutzschalter, ein Massefehler (GFCI)-Sensor, ein Verschweiß (Welding Detection)-Sensor und/oder eine Ansteuerung für eine elektrische Steckerentriegelung auf dem Leistungsmodul untergebracht. Die
Überwachung kann phasenweise oder für alle Phasen gleichzeitig erfolgen, wobei eine phasenweise Überwachung stets bevorzugt ist.
Das Kommunikationsmodul kann Komponenten für eine Drahtloskommunikation in einem lokalen Netz und/oder einem Weitverkehrsnetz aufweisen. Dabei sind insbesondere Funkprotokolle, wie LTE, UMTS, GSM, 5G, WLAN, beispielsweise nach IEE E802.ll, Bluetooth, RFID, NFC oder andere Protokolle zur Draht- und/oder Drahtloskommunikation auf dem Kommunikationsmodul integriert. Das Kommunikationsmodul kann darüber hinaus eine Verschlüsselungsschaltung enthalten, die beispielsweise als TPM (Trusted Platform Modul e) gebildet sein kann. Hierüber kann beispielsweise mittels SML oder TLS eine Kommunikation mit einem Smart Meter, iMS in der Docking Station aufgenommen werden und andererseits eine gesicherte Kommunikation mit einer Abrechnungszentrale durchgeführt werden.
Mit Hilfe des Kommunikationsmoduls kann die Ladeeinheit wahlweise als Master oder Slave ausgestattet werden. Hierzu kann wahlweise ein Master Controller oder ein Slave Controller auf dem Kommunikationsmodul angeordnet sein. Im Falle einer Ausstattung als Master kann das Kommunikationsmodul beispielsweise mit den erweiterten Kommunikationsfunktionalitäten zur Drahtloskommunikation
ausgestattet sein. Eine Ladeeinheit mit einem als Master eingerichteten
Kommunikationsmodul kann weitere Ladeeinheiten steuern, die lediglich ein
Kommunikationsmodul mit einem Slave Controller aufweisen. Hierdurch kann über ein lokales Netz, welches z.B. durch das Kommunikationsmodul angesteuert wird, eine Mehrzahl an Ladeeinheiten mit einer erweiterten Kommunikationsfähigkeit ausgestattet werden, wobei nur eine der Ladeeinheiten als Master fungiert und alle anderen weiteren Ladeeinheiten als Slave agieren.
Auch kann eine Display Schnittstelle und/oder eine Touch-Display Schnittstelle auf dem Kommunikationsmodul angeordnet sein. Über eine dieser Schnittstellen lässt sich ein Display oder ein Touch Display, welches an dem Benutzerschnittstellenmodul angeordnet ist, ansteuern. Über eine dieser Schnittstellen lässt sich auch ein Display oder ein Touch-Display, welches räumlich abgesetzt von dem
Benutzerschnittstellenmodul, z.B. in einem von der Ladeeinheit getrennten Gehäuse untergebracht ist, ansteuern. Hierdurch ist es möglich, die Ladeeinheit als
Steuerungszentrale für beispielsweise Informations- und/oder Werbedisplays zu nutzen. Die Kommunikations- und Steuerfähigkeit ist auf dem Kommunikationsmodul angeordnet und die Displays selber benötigen solche Funktionalitäten nicht mehr. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein mit einem Master Controller bestücktes Kommunikationsmodul über eine Schnittstelle, beispielsweise über eine LAN-Schnittstelle, von einem mit einem Slave Controller ausgestatteten Kommunikationsmodul, Messwerte empfangen kann. Diese Messwerte können von dem Messgerät auf der Ladeeinheit, welche mit dem Slave Controller ausgestattet ist, erfasst werden und an die Ladeeinheit mit dem Master Controller übermitteln. Das Kommunikationsmodul mit dem Master Controller kann eine Verschlüsselung der empfangenen Messwerte zur weiteren Abrechnung vornehmen. Die verschlüsselten Messwerte können von der Verschlüsselungsschaltung an eine Abrechnungszentrale übermittelt werden.
Auf dem Benutzerschnittstellenmodul können auf zumindest einer Seite der
Leiterplatte verschiedenste Sensoren angeordnet werden. Die Sensoren sind insbesondere auf der Seite der Leiterplatte angeordnet, welche im verbundenen Zustand einer Deckeloberfläche zugewandt sind. Sensoren können beispielsweise Radarsensoren, kapazitive oder induktive Näherungssensoren oder dergleichen sein. Auch kann auf dem Benutzerschnittstellenmodul eine Funkantenne, insbesondere eine Nahfeldantenne, angeordnet sein, um beispielsweise RFID-Funktionen und/oder NFC-Funktionen zu unterstützen. Die Antenne kann als PCB-Antenne gebildet sein.
Darüber hinaus kann eine Display-Schnittstelle für zumindest ein Display und/oder eine Touch-Display Schnittstelle für zumindest ein Touch -Display auf dem
Benutzerschnittstellenmodul angeordnet sein.
Auch können ein Display, ein Touch-Display und/oder ein Helligkeitssensor auf dem Benutzerschnittstellenmodul angeordnet sein.
Das Touch-Display wird bevorzugt über eine Touch-Display Schnittstelle auf dem Kommunikationsmodul gesteuert. Ein Display wird bevorzugt über eine Display Schnittstelle auf dem Kommunikationsmodul gesteuert. Die Steuerung des (Touch- )Displays erfolgt durch das Kommunikationsmodul. Das Benutzerschnittstellenmodul nimmt bevorzugt lediglich das (Touch-)Display selbst auf und ordnet dieses relativ zu der Deckeloberfläche richtig an dem Deckel an.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Leistungsmodul in einer Wannenbaugruppe angeordnet ist und dass das Kommunikationsmodul und/oder das Benutzerschnittstellenmodul in einer Deckelbaugruppe angeordnet sind.
Die Docking Station weist ein wannenförmiges Gehäuse mit einem Boden und umlaufenden Seitenwänden auf. Ferner weist die Docking Station eine in das Gehäuse führende Kabeleinführung auf. Die Kabeleinführung kann dabei sowohl in den
Seitenwänden als auch im Boden angeordnet sein. Da die Docking Station für eine Installation entweder unmittelbar an einer Wand oder in einer Aufnahme, die z.B. in einer Stele angeordnet sein kann, eingerichtet ist, ist die Kabeleinführung entweder seitlich in den Seitenwänden oder am Boden angeordnet.
Innerhalb des Gehäuses der Docking Station ist zumindest eine Anschlussleiste für ein Netzanschlusskabel angeordnet. Auf dieser Anschlussleiste kann das
Netzanschlusskabel, beispielsweise mehrphasig, z.B. einphasig oder dreiphasig, zusammen mit beispielsweise einem Nullleiter und/oder einem Schutzleiter aufgelegt werden. Die Anschlussleiste ist dabei bevorzugt am Boden des Gehäuses angeordnet. Neben der Anschlussleiste für ein Netzanschlusskabel kann auch eine Kontaktleiste oder eine Anschlussbuchse für ein Netzwerkanschluss, beispielsweise nach dem Cat 5, Cat 6 oder Cat 7 Standard oder ähnlichem vorgesehen sein. Der Netzwerkanschluss ermöglicht einen Anschluss mit einem extern der Docking Station gebildeten lokalen Netz oder mit einem Weitverkehrsnetz, beispielsweise DSL, ADSL oder dergleichen. Um ausgehend von der Docking Station ein lokales Netz (Ladenetz) mit weiteren Ladestationen bilden zu können und gleichzeitig mit einem Netzwerk verbunden zu sein, welches extern des Ladenetzes ist, kann der Netzwerkanschluss zum Anschluss zweier voneinander unabhängig betreibarer Netzwerke eingerichtet sein. Zur Vereinfachung der Installation von Ladetechnik wird gegenständlich eine systematische Trennung zwischen einer Anschlussebene für die Energietechnik und einer Versorgungsebene für Ladetechnik vorgeschlagen. Dabei dient die Docking Station, insbesondere unter Ausnutzung der Anschlussleiste, als Anschlussebene für ein Energieversorgungsnetz und weist innerhalb des Gehäuses insbesondere eine Aufnahme für einen Energiemengenzähler, z.B. ein intelligentes Messsystem (iMS) oder ein Smart Meter auf. Das Gehäuse der Docking Station trennt diese
Anschlussebene für das Energieversorgungsnetz von der Versorgungsebene für die Ladetechnik dadurch, dass in der Docking Station ein Leistungsanschluss für eine außerhalb der Docking Station angeordnete Ladeeinheit vorgesehen ist. Der
Leistungsanschluss verfügt insbesondere über eine Buchse mit mehreren
Anschlusskontakten, wobei diese mit jeweils einer Phase des Netzanschlusskabels, dem Nullleiter und gegebenenfalls einem Schutzleiter kontaktiert sein können.
Darüber hinaus kann innerhalb der Docking Station ein Um- oder Gleichrichter vorgesehen sein, der zumindest zwei zusätzliche Anschlusskontakte des
Leistungsanschlusses beaufschlagt, und über den die außerhalb der Docking Station angeordnete Ladetechnik gegebenenfalls zusätzlich elektrische Leistung beziehen kann.
Durch die Trennung zwischen Anschlussebene und Versorgungsebene ist es möglich, die Installation von Ladetechnik auch dem Laien zu ermöglichen. Gegenständlich ist es lediglich notwendig, dass die Docking Station bzw. der Anschluss der Docking Station an das Netzanschlusskabel durch einen hierfür qualifizierten Monteur durchgeführt wird. Nachdem dieser Anschluss durchgeführt wurde, kann das Gehäuse der
Ladestation weitestgehend geschlossen werden. Eine weitere Installation von
Ladetechnik ist zunächst nicht notwendig.
Die Docking Station als solche verfügt über keinerlei„Intelligenz“ im Sinne der Möglichkeit, eine Ladesteuerung durchzuführen. Vielmehr kann zu einem späteren Zeitpunkt eine von der Docking Station getrennt aufgebaute Ladeeinheit einfach und bequem durch einen Laien über den Leistungsanschluss an die Docking Station angeschlossen werden. Da der Netzanschluss an das Energieversorgungsnetz innerhalb der Docking Station liegt, besteht keinerlei Gefahr für einen elektrischen Schlag durch denjenigen, der die Ladeeinheit mit der Docking Station koppelt.
Es wird vorgeschlagen, dass die Docking Station mit einer Ladeeinheit koppelbar ist. Diese Ladeeinheit dient als Versorgungsebene für eine Ladetechnik und verfügt insbesondere über eine Ladesteuerschaltung. Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Anforderungen an die Ladetechnik gegeben sein. Eine universell einsetzbare Docking Station, die den Hochspannungsanschluss an das elektrische Versorgungsnetz absichert, bietet den Vorteil, dass mit einer solchen Docking Station unterschiedlich ausgestaltete Ladeeinheiten mechanisch und elektrisch verbunden werden können. Dies führt dazu, dass zunächst lediglich Docking Stationen installiert werden müssen und die Ladetechnik anschließend an die Docking Station
angekoppelt werden kann.
Wird neuere oder veränderte Ladetechnik notwendig, ist es möglich, einfach die Ladeeinheit von der Docking Station zu entkoppeln und eine neue Ladeeinheit über den Leistungsanschluss mit der Docking Station zu koppeln. Ist die Ladeeinheit ebenfalls in einem eigenen Gehäuse gekapselt, so kann das Ankoppeln der Ladeeinheit an die Docking Station durch einen technischen Laien erfolgen.
Dies hat besondere Vorteile im lnstallationsprozess, da die Bereitstellung der
Ladeeinheit zeitlich entkoppelt von der Installation der Docking Station sein kann. Jeder Laie kann, nachdem ihm eine Docking Station durch einen Fachmann installiert wurde, die für ihn geeignete Ladetechnik durch eine entsprechend hergerichtete Ladeeinheit an die Docking Station ankoppeln. Dies macht den Installationsprozess für den Anbieter von Ladetechnik erheblich einfacher. In einem einfachen
Installationsschritt wird die Docking Station an das Energieversorgungsnetz angeschlossen. Danach kann die Installation durch einen Laien beendet werden. Die Anschlussebene ist frei von Ladetechnik für ein Elektrofahrzeug. Die
Anschlussebene ist innerhalb des Gehäuses der Docking Station vorgesehen. Die Anschlussebene ist zur Aufnahme des Netzanschlusskabels eingerichtet. Hierfür kann neben der Kabeleinführung eine Möglichkeit der Fixierung und Zugentlastung vorgesehen sein. Darüber hinaus nimmt die Anschlussebene die Anschlussleiste für das Netzanschlusskabel auf. Ferner ist die Anschlussebene zur Aufnahme des
Energiemengenzählers sowie des Leistungsanschlusses zur Verbindung mit der Ladeeinheit eingerichtet. Die Anschlussebene ist so gestaltet, dass der
Energiemengenzähler optional aufgenommen werden kann. Eine erste Konfiguration der Docking Station kann vorsehen, dass der Netzanschluss über die Anschlussleiste unmittelbar mit dem Leistungsanschluss verbunden ist. Eine zweite Konfiguration der Docking Station kann vorsehen, dass der Netzanschluss über die Anschlussleiste zunächst mit dem Energiemengenzähler verbunden ist und von dort mit dem
Leistungsanschluss verbunden ist.
Innerhalb des Gehäuses der Docking Station ist eine von Seitenwänden umlaufend umschlossene Aufnahme für den Energiemengenzähler angeordnet. Innerhalb der Seitenwände der Aufnahme können Kabeldurchführungen für Leistungskabel von und zu dem Energiemengenzähler zwischen der Anschlussleiste und dem
Energiemengenzähler einerseits und dem Energiemengenzähler und dem
Leistungsanschluss andererseits sein. Dadurch, dass die Aufnahme vorgesehen ist, kann der Energiemengenzähler gegebenenfalls von dem Inneren des Gehäuses abgeschottet sein, was beispielsweise für eine manipulationssichere Messung von elektrischer Energie notwendig ist. In den Seitenwänden der Aufnahme können darüber hinaus Kabeldurchführungen für ein Kommunikationskabel sein, mit dem der Energiemengenzähler ausgelesen werden kann. Ein Protokoll zum Auslesen des Energiemengenzählers kann SML und/oder TLS sein.
Die Aufnahme kann von einem Deckel, welcher abnehmbar ist, verschlossen sein. Der Deckel kann zusammen mit den Seitenwänden eine Aufnahme für eine Plombe aufweisen. Nachdem der Energiemengenzähler in der Aufnahme verbaut wurde und elektrisch angeschlossen wurde, kann die Aufnahme für den Enegiemengenzähler durch den Deckel verschlossen werden. Anschließend kann eine Verplombung erfolgen, so dass ein nachfolgender Zugriff auf den Energiemengenzähler nicht mehr zerstörungsfrei möglich ist.
Zur Installation des Energiemengenzählers in der Aufnahme kann diese im Bereich eines dem Boden abgewandten Randes der Seitenwände Rastnasen aufweisen, um den Energiemengenzähler rastend aufzunehmen. Insbesondere ist eine werkzeuglose Montage des Energiemengenzählers innerhalb der Docking Station möglich, was dessen Montage erheblich vereinfacht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in einem an dem Gehäuse lösbar angeordneten Schutzgehäusedeckel ein Durchgriff angeordnet ist, welcher im mit den Seitenwänden verbundenen Zustand über dem in dem Gehäuse angeordneten Leistungsanschluss liegt. Zum Verschließen der Docking Station wird der Schutzgehäusedeckel auf die Docking Station aufgesetzt. Die elektrischen
Anschlüsse innerhalb der Docking Station sollen vor Berührungen von außen geschützt sein, so dass in dem Schutzgehäusedeckel möglichst wenige Durchgriffe vorgesehen sind. Ein erster Durchgriff kann räumlich über dem Leistungsanschluss liegen. Der Leistungsanschluss selber kann mit seinen Anschlusskontakten vor einer Berührung geschützt sein, wie dies bei Anschlussbuchsen für Energiekabel üblich ist.
Neben dem Durchgriff über dem Leistungsanschluss kann ein weiterer Durchgriff im Bereich eines Kommunikationsanschlusses sein, um die Ladeeinheit gegebenenfalls mit dem Weitverkehrsnetz und/oder dem Ladenetz verbinden zu können. Weitere Durchgriffe sind möglichst nicht vorhanden, so dass der Schutzgehäusedeckel das Gehäuse im Wesentlichen verschließt, insbesondere in den Bereichen, in denen elektrische Leitungen innerhalb des Gehäuses zwischen der Anschlussleiste, dem Energiemengenzähler und/oder dem Leistungsanschluss verlaufen. In der Regel wird der Schutzgehäusedeckel mit einem Abstand zu dem Leistungsanschluss, insbesondere dessen oberen Rand, liegen. Um zu verhindern, dass ein manueller Durchgriff durch den zwischen dem Schutzgehäusedeckel und dem Leistungsanschluss gebildeten Spalt, also zwischen der Unterkante des
Schutzgehäusedeckels und der Oberkante des Leistungsanschlusses, möglich ist, wird vorgeschlagen, dass der Schutzgehäusedeckel im Bereich des Durchgriffs des
Schutzgehäusedeckels einen ersten umlaufenden Kragen aufweist, wobei der Kragen im montierten Zustand in das Innere des Gehäuses eingreift. Auch ist es möglich, dass der Leistungsanschluss einen umlaufenden Kragen aufweist, der im montierten Zustand vom Inneren des Gehäuses bis in den Durchgriff des Schutzgehäusedeckels ragt. Der Kragen hat insbesondere eine Tiefe, die zumindest dem Abstand zwischen der Unterseite des Schutzgehäusedeckels und der Oberseite des Leistungsanschlusses entspricht. Der Kragen kann auch größer sein und bis zu dem Träger, insbesondere der Leiterplatte ragen, auf dem der Leistungsanschluss montiert ist.
Bei der Montage der Ladeeinheit auf der Docking Station kann ein Leistungsstecker der Ladeeinheit in einen buchsenförmig gebildeten Leistungsanschluss eingesteckt werden. Um einen Berührschutz in dem Moment des Einsteckens des Steckers in die Buchse zu gewährleisten, wird der Leistungsstecker der Ladeeinheit ebenfalls von einem umlaufenden zweiten Kragen geschützt. Dieser zweite Kragen kann gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in einen Ringspalt eingreifen, der im montierten Zustand des Schutzgehäusedeckels umlaufend zwischen dem ersten Kragen und dem Leistungsanschluss gebildet ist.
Für eine manuelle Kontrolle des Zählerstandes und/oder für die Möglichkeit des Ablesens einer Zähleridentifikation, wird vorgeschlagen, dass in dem Gehäuse und/oder in dem Schutzgehäusedeckel im Bereich der Aufnahme für den
Energiemengenzähler eine Durchbrechung als Sichtfenster für einen Ablesebereich eines Energiemengenzählers angeordnet ist. Das Leistungskabel des Netzanschlusses ist in der Regel ein starres Kabel mit nur einer einzigen Litze. Das Kabel hat in der Regel einen Kabelquerschnitt von zumindest 2,5 mm2, bevorzugt jedoch darüber hinaus, beispielsweise auch 6 mm2, 10 mm2, 16 mm2 oder dergleichen. Eine solche starre Mantelleitung lässt sich schwer biegen und somit auch nur schwer verlegen. Um sicherzustellen, dass die Installation des
Netzanschlusskabels an der Anschlussleiste fehlerfrei durchgeführt wird und insbesondere die Verdrahtung vereinfacht wird, wird vorgeschlagen, dass an dem Boden und/oder den Seitenwänden des Gehäuses der Docking Station eine Skala angeordnet ist. Diese Skala dient zum Ablängen des durch die Kabeleinführung in das Gehäuse geführten Netzanschlusskabels. Die Skala ist derart beabstandet von der Kabeleinführung, dass das Netzanschlusskabel zum Anschluss an die Anschlussleiste konfektionierbar ist. Das bedeutet, dass der Monteur das Netzanschlusskabel an die Skala anlegen und ablängen kann und somit sicherstellt, dass er das
Netzanschlusskabel nach dem Abisolieren exakt an der Anschlussleiste anschlagen kann. Über- oder Unterlängen des abgelängten Netzanschlusskabels werden so vermieden, so dass Fehlinstallationen nahezu ausgeschlossen werden.
Wie bereits eingangs erläutert, soll die Docking Station als Anschlussebene dienen und mit einer als Versorgungsebene gebildeten Ladetechnik mechanisch verbindbar sein. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Seitenwände und/oder der
Schutzgehäusedeckel Aufnahmen aufweist, welche mit Befestigungsmitteln einer Ladeeinheit derart Zusammenwirken, wobei dann insbesondere die Ladeeinheit vollständig auf dem Schutzgehäusedeckel der Docking Station aufliegt. Die Installation der Ladeeinheit auf der Docking Station erfolgt„schichtweise“, in dem die Ladeeinheit vollständig auf der Docking Station als weitere„Schicht" aufliegt. Die Grundfläche der Docking Station ist im Wesentlichen kongruent zur Grundfläche der Ladeeinheit. Nachdem die Docking Station verschlossen wurde, kann die Ladeeinheit ganz einfach über die Befestigungsmittel an der Docking Station„angedockt" werden. In einer Draufsicht überdeckt die Ladeeinheit die Docking Station dann vollständig oder im Wesentlichen vollständig, insbesondere überdeckt die Ladeeinheit alle elektrischen Komponenten innerhalb des Gehäuses der Docking Station. Um zu verhindern, dass von außen Zugriff auf die Befestigungsmittel besteht, wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmen für die Befestigungsmittel zwischen den
Seitenwänden und dem Schutzgehäuse angeordnet sind. Insbesondere an dem äußeren umlaufenden Rand des Schutzgehäusedeckels sind radial nach innen weisende Rücksprünge vorgesehen, in welche die Befestigungsmittel eingeschoben werden können. Somit sind die Befestigungsmittel innerhalb der Seitenwände der Docking Station eingefasst.
Die Befestigungsmittel können bevorzugt bis zur Außenseite des Bodens des
Gehäuses der Docking Station durchgesteckt werden, um dort befestigt zu werden. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass im Boden des Gehäuses zu den
Aufnahmen korrespondierende Öffnungen vorgesehen sind, wobei die Öffnungen und die Aufnahmen zueinander fluchten. Dann können in einer linearen, parallel zur Längserstreckung der Befestigungsmittel verlaufenden Bewegung die
Befestigungsmittel durch die Aufnahmen in die bodenseitigen Öffnungen eingeführt werden. Dies macht die Installation der Ladeeinheit auf der Docking Station besonders einfach.
Wie bereits erläutert, stellt die Docking Station die Anschlussebene dar, wohingegen die Ladeeinheit die Versorgungsebene darstellt. Um die Installation zwischen
Ladeeinheit und Docking Station besonders einfach zu gestalten, weist die Docking Station lediglich Anschlüsse für eine Leistungsverbindung sowie vorzugsweise auch eine Kommunikationsverbindung auf. Aus diesem Grunde sind zwischen der Docking Station der Ladeeinheit ausschließlich eine Leistungsverbindung und bevorzugt eine Kommunikationsverbindung gebildet. Die Leistungsverbindung ist über den
Leistungsanschluss gebildet, die Kommunikationsverbindung über beispielsweise ein Netzwerkkabel.
Die Ladeeinheit umschließt die Gehäusewände der Docking Station bevorzugt umlaufend. Lediglich im Bereich eines Kabeleinlasses und/oder eines Kabelauslasses kann in den die Docking Station umfassenden Seitenwänden der Ladeeinheit eine Ausnehmung vorgesehen sein.
Der Schutzgehäusedeckel springt bevorzugt von der oberen Ebene der Docking Station zurück, so dass die Seitenwände im montierten Zustand des
Schutzgehäusedeckels diesen kragenförmig überragen. Dies ermöglicht es, durch die Seitenwände eine Abdichtung der Docking Station zu gewährleisten, indem
beispielsweise in der Ladeeinheit korrespondierend zu den Seitenwänden
umlaufende Dichtlippen vorgesehen sind, die im montierten Zustand gegen die Ränder der Seitenwände gedrückt werden. Dadurch dass der Schutzgehäusedeckel zurückspringt wird sichergestellt, dass die Dichtlippen vollständig die Seitenwände umgreifen.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Ladesäule mit einem Ladesäulenfuß und einem Ladesäulenkopf sowie eine Docking Station wie beschrieben. Bei dieser Ladesäule ist im Ladesäulenkopf eine Aufnahme vorgesehen, die von umlaufenden Seitenwänden umgeben ist. In dieser Aufnahme kann die Docking Station angeordnet sein. Innerhalb dieser Aufnahme kann das Netzanschlusskabel in die Docking Station eingeführt sein.
Nach Installation der Docking Station in der Aufnahme bildet sich zwischen der Seitenwand der Docking Station und der Aufnahme ein Ringspalt und in diesen Ringspalt kann eine Gehäusewand der Ladeeinheit eingreifen. Wird die Ladeeinheit mit der Docking Station gekoppelt, wird diese von oben auf die Docking Station aufgesetzt. Umlaufende Seitenwände der Ladeeinheit können in den Ringspalt eingreifen, so dass von außen an der Ladesäule nicht erkennbar ist, dass die
Ladeeinheit auf eine Docking Station aufgesetzt ist.
Auch kann der Ladesäulenkopf auf zwei einander gegenüberliegenden Frontflächen jeweils eine Aufnahme für jeweils eine Docking Station aufweisen. Die Ladeeinheit kann als Versorgungsebene auf eine als Anschlussebene eingerichtete Docking Station aufgesetzt werden. Hierzu umfasst die Ladeeinheit eine
Wannenbaugruppe und eine Deckelbaugruppe. Die Wannenbaugruppe zusammen mit der Deckelbaugruppe bildet ein Gehäuse, in dem die Ladetechnik für die Ladeeinheit untergebracht ist. Der Anschluss der Ladetechnik an eine Energieversorgung erfolgt in der Art eines modularen Systems durch Montage der Ladeeinheit an einer Docking Station. Diese Montage erfolgt bevorzugt werkzeuglos.
In der Wannenbaugruppe ist zumindest ein Leistungsmodul angeordnet. Das
Leistungsmodul, nachfolgend auch HPS-Modul (High Power Safety Modul) genannt, umfasst Komponenten, die zur Leistungssteuerung und Leistungsüberwachung notwendig sind.
Innerhalb der Wannenbaugruppe kann darüber hinaus eine erste
Ladesteuerschaltung als auch ein Ladeauslass angeordnet sein. Die in der
Wannenbaugruppe angeordneten Komponenten können ausreichend sein,
Basisfunktionalitäten zum Laden eines Elektrofahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Die Wannenbaugruppe umfasst einen Boden, welcher im montierten Zustand einem Schutzgehäusedeckel der Docking Station zugewandt ist. Die dem Boden
gegenüberliegende Seite der Wannenbaugruppe wird bevorzugt durch die
Deckelbaugruppe im Wesentlichen verschlossen. Die Deckelbaugruppe dient zur Aufnahme von zumindest einem Kommunikationsmodul und zumindest einem
Benutzerschnittstellenmodul. Mit Hilfe des Kommunikationsmoduls lassen sich die Ladefunktionen des Leistungsmoduls erweitern und insbesondere erweiterte
Protokollfunktionalitäten implementieren. Ein Benutzerschnittstellenmodul ermöglicht es, eine Interaktion mit einem Benutzer zu realisieren. Das Leistungsmodul stellt für ein Kommunikationsmodul als auch ein Benutzerschnittstellenmodul eine Energieversorgung zur Verfügung. Das Kommunikationsmodul kann optional mit Weitverkehrsnetzanschluss innerhalb der Docking Station verbunden sein. Auch kann das Kommunikationsmodul optional mit einem Anschluss an ein Ladenetz innerhalb der Docking Station verbunden sein. Auch kann das Kommunikationsmodul eine Kommunikation in einem Nahfeld etablieren.
Das Kommunikationsmodul, nachfolgend auch ECU (Electronic Control Unit Modul) kann als Steuerrechner und Kommunikationsgateway fungieren.
Das Benutzerschnittstellenmodul, nachfolgend auch UIB (User Interface Board) genannt, umfasst Bedien- und/oder Anzeigeelemente, beispielsweise jeweils zumindest ein Display, ein Touch-Display, ein Piktogramm, einen
kapazitiven/induktiven Tastsensor und/oder einen Umgebungssensor. Diese können von dem UIB angesteuert und/oder ausgelesen werden. Das UIB kann modular an das ECU-Modul angeschlossen werden, wobei ein UIB in einer Grundfunktion
ausschließlich Status-LEDs zur Anzeige des Betriebszustandes als Anzeigeelement aufweist und in einer Mehrbestückung zumindest einen der zusätzlichen, oben genannten Bedien- und/oder Anzeigeelemente aufweisen und/oder ansteuern.
Die Ladeeinheit kann mit einer Docking Station über einen Leistungsanschluss werkzeuglos gekoppelt werden. Innerhalb der Docking Station kann hierfür eine Leiterplatte als Mains Board angeordnet sein, welche den Leistungsanschluss aufweist. Für eine sichere werkzeuglose Koppelung zwischen Ladeeinheit und Docking Station kann entweder die Leiterplatte des Mains Boards in der Docking Station in einer Ebene parallel zum Boden der Docking Station und/oder parallel zur Ebene des Schutzgehäusedeckels der Docking Station oder das HPS-Modul in einer Ebene parallel zum Boden der Wannenbaugruppe schwimmend gelagert sein.
Innerhalb der Docking Station kann eine funktionale Trennung zwischen der
Leistungselektronik und der Kommunikationselektronik stattfinden. Hierzu kann innerhalb der Docking Station neben dem Mains Board eine Leiterplatte als
Schnittstellen (Interface) Board eingerichtet sein, auf welchem externe
Datenanschlüsse mit entsprechenden Anschlussbuchsen verbunden sind. Die
Anschlussbuchsen können über Patchkabel angeschlossen werden, welche in die Wannenbaugruppe eingeführt werden und dort insbesondere mit dem ECU-Modul verbunden werden.
Bevorzugt hat das Interface Board eine Anschlussbuchse, welche Anschlüsse für einen ersten General Purpose Input/Output-Bus (GPIO) einerseits und einen CAN-Bus andererseits aufweist. Dadurch ist die Verkabelung zwischen Interface-Board und ECU-Modul besonders einfach, da über ein einziges Kabel zwei verschiedene Busse geführt werden können.
Die Verbindung eines LANs zwischen dem Interface Board und dem ECU erfolgt bevorzugt über ein Patchkabel, wobei auf einem Kabel und in den jeweiligen Buchsen auch Anschlüsse von zwei zueinander getrennt betriebenen LAN-Netzen geführt werden können. Somit ist über ein einziges Kabel eine Verbindung von zwei verschiedenen lokalen Netzen möglich.
Die Wannenbaugruppe ist bevorzugt ein wannenförmiges Gehäuse mit Seitenwänden. Die Seitenwände umschließen das Leistungsmodul umlaufend, bevorzugt vollständig umlaufend. Somit erfolgt über die Seitenwände eine seitliche Abdichtung der
Wannenbaugruppe. In der Seitenwand kann ein Auslass für ein Ladekabel vorgesehen sein. Über den Ladeanschluss kann ein fest angeschlagenes Ladekabel angeschlossen werden, falls keine Ladebuchse elektrisch installiert werden soll. Der Auslass des Ladekabels ist bevorzugt in einem Rücksprung einer Seitenwand angeordnet. Die Seitenwand kann in das Innere der Wannenbaugruppe zurückspringen, insbesondere im Bereich, in dem eine Ladebuchse angeordnet wird. Für den Fall, dass ein fest angeschlagenes Ladekabel verwendet wird, kann eine nicht verdrahtete Ladebuchse in der Wannenbaugruppe angeordnet werden, um als„Steckergarage" zu fungieren.
Die Wannenbaugruppe weist darüber hinaus bevorzugt einen Boden auf. Im
montierten Zustand ist der Boden der Wannenbaugruppe anliegend an dem
Schutzgehäusedeckel der Docking Station. Bevorzugt ist der Boden dem
Schutzgehäusedeckel der Docking Station zugewandt. Wie bereits erläutert, kann das HPS Modul als Leiterplatte gebildet sein. Um
sicherzustellen, dass sich das HPS Modul besonders einfach mit dem
Leistungsanschluss an der Docking Station koppeln lässt, ist das HPS Modul schwimmend gelagert. Durch die schwimmende Lagerung ist es möglich, Stecker und Buchse des Leistungsanschlusses während der Montage zueinander auszurichten, in dem mit Hilfe von Führungsmitteln die jeweilige Leiterplatte, welche schwimmend gelagert ist, in der Ebene der Lagerung gegebenenfalls verschoben wird.
Wie die Docking Station verfügt auch die Ladeeinheit über einen Leistungsanschluss. Dieser ist am HPS Modul angeordnet. Der Leistungsanschluss ist bevorzugt ein zu dem Leistungsanschluss auf der Docking Station korrespondierender Anschluss. Die Leistungsanschlüsse korrespondieren zueinander nach dem Buchsen-Stecker-Prinzip, wobei der Leistungsanschluss auf dem HPS Modul bevorzugt als Stecker gebildet ist, wohingegen der Leistungsanschluss auf der Docking Station als Buchse gebildet ist.
Der Leistungsanschluss ist in einer Ausnehmung in dem Boden der
Wannenbaugruppe angeordnet. Um zu verhindern, dass während der Montage der Ladeeinheit auf die Docking Station, währenddessen auch die Leistungsanschlüsse ineinander gesteckt werden, zumindest ein Kontakt des Leistungsanschlusses so offen liegt, dass dieser durch einen Benutzer berührt werden könnte, wird vorgeschlagen, dass der Leistungsanschluss des HPS Moduls durch einen umlaufenden Kragen eingefasst ist. Der Kragen umgreift den Leistungsanschluss bevorzugt vollständig und erstreckt sich von dem Inneren der Wannenbaugruppe weg weisend durch deren Boden hindurch. Der Kragen kann an dem Boden selbst angeordnet sein oder an der Leiterplatte des HPS Moduls. Der Kragen hat bevorzugt eine Länge, die in etwa der Länge des längsten Kontaktes des Leistungsanschlusses entspricht. Somit ist der Leistungsanschluss nur nach unten geöffnet und seitlich durch den Kragen
umschlossen und oben durch die Leiterplatte des HPS Moduls verdeckt. Dies gewährleistet einen ausreichenden Berührschutz zur werkzeuglosen Montage der Ladeeinheit auf der Docking Station. Ferner kann der Boden der Wannenbaugruppe eine Öffnung aufweisen, die im Bereich der Ladebuchse vorgesehen ist. Die Öffnung kann als Ausnehmung zur Aufnahme der Ladebuchse sein. Die Öffnung ermöglicht es insbesondere, die Ladebuchse von der Unterseite, also vom Boden her manuell zu bedienen, insbesondere zu entriegeln. Im Fehlerfall kann ein in der Ladebuchse eingesteckter Ladestecker verriegelt sein. In der Regel wird diese Verriegelung durch eine bestromte Notentriegelung entriegelt. Im Falle eines Stromausfalles kann diese Entriegelung jedoch funktionsuntüchtig sein. Da bei der Notentriegelung möglichst sichergestellt sein sollte, dass die Ladeeinheit stromlos ist, wird die Notentriegelung vom Boden her vorgeschlagen. Da die
Notentriegelung dann z.B. ausschließlich vom Boden her möglich ist, ist es notwendig, die Ladeeinheit von der Docking Station zu entfernen. Hierbei wird zwingend die elektrische Verbindung zwischen den Leistungsanschlüssen von Docking Station und Ladeeinheit getrennt, so dass die Ladeeinheit zwingend stromlos ist und die mechanische Notentriegelung gefahrlos durchgeführt werden kann.
Die Ladeeinheit soll möglichst modular sein, so dass verschiedenste
Ausstattungsvarianten bedarfsweise bedient werden können. Dies bedeutet auch, dass unterschiedliche Ladebuchsen von der Wannenbaugruppe aufnehmbar sein sollten. Daher wird eine modulare Aufnahme für die Ladebuchse vorgeschlagen, welche bevorzugt werkzeugfrei bedienbar ist. Hierzu ist in der Wannenbaugruppe eine Aufnahme für eine Ladebuchse vorgesehen, wobei die Aufnahme Fixiermittel zum lösbaren Fixieren der Ladebuchse an der Wannenbaugruppe aufweist. Die Ladebuchse kann mit entsprechend korrespondierenden Fixiermitteln in der
Wannenbaugruppe angeordnet sein. Hierzu kann die Ladebuchse als an einem
Aufnahmekörper angeordnet sein. Der Aufnahmekörper hat eine größere Grundfläche als jede mögliche Ladebuchse. Die Ladebuchse ist bevorzugt mittig in einer Oberfläche des Aufnahmekörpers angeordnet. Der Aufnahmekörper ist so gestaltet, dass er verschiedenste Arten von Ladebuchsen aufnehmen kann. Die zu den Fixiermitteln korrespondierenden Fixiermittel des Aufnahmekörpers, die die Schnittstelle bilden, sind jedoch bei allen verschiedenen Ladebuchsen identisch. Dies wird dadurch erreicht, dass der Aufnahmekörper so dimensioniert ist, dass die Schnittstelle auch bei veränderten Ladebuchsen unverändert bleibt. Hierdurch wird eine Modularität erreicht, da die Ladeeinheit verschiedenste Typen von Ladebuchsen aufnehmen und betreiben kann. Die Aufnahmekörper sind zur Aufnahme von einander verschiedener Ladebuchsen eingerichtet. Ladebuchsen können insbesondere nach Typ 1, 2 oder 3 sowie CCS nach IEC 62196 oder auch eine Chademo sein. Andere Typen von
Ladebuchsen lassen sich in dem Aufnahmekörper ebenfalls anordnen.
Die Fixiermittel in der Wannenbaugruppe sind bevorzugt durch kammförmige
Flansche mit zueinander fluchtenden Öffnungen gebildet. An dem Aufnahmekörper der Ladebuchse bzw. der Ladebuchse können hierzu korrespondierende Fixiermittel vorgesehen sein. An dem Aufnahmekörper der Ladebuchse können ebenfalls kammförmige Flansche vorgesehen sein, die mit den Flanschen der Fixiermittel interagieren und in diese eingreifen. Durch die Öffnungen der Flansche, die
zueinander fluchten, können Stifte eingesetzt werden, so dass der Aufnahmekörper bzw. die Ladebuchse formschlüssig an den Fixiermitteln und mithin der
Wannenbaugruppe fixiert werden kann.
Zur Fixierung der Ladeeinheit an der Docking Station wird vorgeschlagen, dass sich an der Wannenbaugruppe bodenseitige Stege befinden, welche sich vom Inneren der Wannenbaugruppe weg weisend erstrecken. Die Stege können zum Eingriff in
Ausnehmungen an der Docking Station eingerichtet sein. Durch Einschieben der Stege in die Ausnehmungen an der Docking Station können die Stege formschlüssig an der Docking Station fixierbar sein.
Zur Leistungsüberwachung kann das HPS Modul zumindest einen Schutzschalter aufweisen. Das Leistungsmodul kann insbesondere einen Sensor zur Überwachung des Nullleiters als auch des Erdleiters aufweisen und/oder einen
Fehlstromschutzschalter und/oder einen Kurzschlussschutzschalter und/oder einen Welding-Detection-Sensor aufweisen. Alle diese Sensoren können Schaltfunktionen aufweisen oder einen Schalter ansteuern. Auf der Leiterplatte des Leistungsmoduls können die erste Ladesteuerschaltung, ein Ladeauslass und der Schutzschalter angeordnet sein. Der Ladeauslass ist so verdrahtet, dass über Anschlussklemmen die Ladebuchse an den Ladeauslass angeschlossen werden kann. An dem Ladeauslass sind insbesondere die Phasen LI, L2, L3 sowie Nullleiter PE und Erdleiter N kontaktierbar. Darüber hinaus kann der Ladeauslass einen CP- und einen PP-Anschluss aufweisen, wobei diese Anschlüsse in einem von den Leistungsanschlüssen abgesetzten Steckverbinder angeordnet sein können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die erste
Ladesteuerschaltung auf dem Leistungsmodul zur Kommunikation mit einem
Elektrofahrzeug auf einem Energieleiter, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation eingerichtet ist. Die erste Ladesteuerschaltung ermöglicht insbesondere eine
Kommunikation nach DIN 61851. Diese Ladesteuerung umfasst eine
Grundfunktionalität, um zunächst die Ladebereitschaft mit einem Elektrofahrzeug aushandeln zu können.
Wie bereits erläutert, dient der Ladeauslass zum Anschluss entweder einer
Ladebuchse oder eines an der Wannenbaugruppe fest angeschlagenen Ladekabels. Der Ladeauslass ist in der Wannenbaugruppe angeordnet und mit einem an der Wannenbaugruppe angeordneten, aus der Wannenbaugruppe herausgeführten Ladekabel verbunden oder mit einer Ladebuchse in der Wannenbaugruppe verbunden. Der Ladeauslass umfasst bevorzugt eine Anschlussleiste mit Anschlüssen für die einzelnen Phasen, einen Nullleiter und einen Schutzleiter einerseits und einen zumindest zweipoligen Stecker zum Aufnehmen von PP- und CP-Anschlüssen.
Wie bereits erläutert, lässt sich die Wannenbaugruppe durch die Deckelbaugruppe mit Ausnahme der Ladebuchse verschließen. In der Deckelbaugruppe können das Kommunikationsmodul und das Benutzerschnittstellenmodul aufgenommen werden. Bei einer Befestigung von Benutzerschnittstellenmodul oder Kommunikationsmodul in der Deckelbaugruppe können ausgehend von der Deckelfläche zunächst das Benutzerschnittstellenmodul und anschließend das Kommunikationsmodul angeordnet sein. Somit ist das Benutzerschnittstellenmodul sandwichartig zwischen der Deckelfläche und dem Kommunikationsmodul angeordnet.
Das Kommunikationsmodul und das Benutzerschnittstellenmodul sind bevorzugt jeweils auf einer eigenen Leiterplatte gebildet. Dies erhöht die Modularität der Ladeeinheit, da das Kommunikationsmodul als auch das Benutzerschnittstellenmodul jeweils getrennt voneinander in der Deckelbaugruppe bestückt werden können. Somit können bedarfsgerecht entweder ein Kommunikationsmodul oder ein
Benutzerschnittstellenmodul oder beide Module in der Deckelbaugruppe angeordnet werden. Darüber hinaus ist das Temperaturmanagement erheblich optimiert. Ist das Leistungsmodul am Boden der Wannenbaugruppe und das Kommunikationsmodul und/oder das Benutzerschnittstellenmodul in der Deckelbaugruppe, ergibt sich eine Beabstandung der Module voneinander, so dass das Temperaturmanagement innerhalb der Wannenbaugruppe optimiert werden kann.
Die Deckelbaugruppe korrespondiert bevorzugt vollständig zu der
Wannenbaugruppe, insbesondere sind die Grundflächen von Deckelbaugruppe und Wannenbaugruppe derart, dass die Deckelbaugruppe im montierten Zustand vollständig auf der Wannenbaugruppe aufliegt. Zur Fixierung sind insbesondere Rastelement an den Seitenwänden der Deckelbaugruppe vorgesehen, welche an Innenseiten der Seitenwände der Wannenbaugruppe verrasten können. Hierdurch ist die Deckelbaugruppe mit der Wannenbaugruppe verbindbar. Die Rastelemente können derart sein, dass durch ein Hintergreifen eine Fixierung erfolgt. Ferner können die Rastelemente derart sein, dass diese nur bodenseitig gelöst werden können also ausschließlich bei einer von der Docking Station mechanisch abgelösten Wannenbaugruppe. Dies erhöht die Sicherheit, da stets ein Berührschutz durch die Deckelbaugruppe gegeben ist und die Deckelbaugruppe nicht von der
Wannenbaugruppe abgehoben werden kann, solange die Wannenbaugruppe bodenseitig auf der Docking Station aufliegt. Nur wenn die Wannenbaugruppe von der Docking Station entfernt wurde und somit zwingend die Ladeeinheit frei von elektrischer Spannung ist, kann die Deckelbaugruppe von der Wannenbaugruppe durch Lösen der Rastelemente gelöst werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in einem ersten Bereich der Deckelfläche das Kommunikationsmodul und das Benutzerschnittstellenmodul angeordnet sind und dass in einem zweiten Bereich, korrespondierend zur
Ladebuchse in der Wannenbaugruppe ein Shutter auf der Deckelfläche angeordnet ist. Der Shutter hat ein bewegliches Element, welches an der Innenseite der
Deckelbaugruppe verschiebbar ist. Der Shutter kann federgelagert sein, so dass er im unbelasteten Zustand stets in einer geschlossenen Position ist. Durch manuelles Aufschieben kann der Shutter parallel zur inneren Oberfläche der Deckelbaugruppe geschoben werden, womit eine Öffnung freigegeben wird, die unmittelbar über der Ladebuchse liegt. Hierdurch kann ein Ladestecker in die Ladebuchse eingeschoben werden. Nach Entfernen des Ladesteckers kann durch die Federelemente ein automatisches Verschließen des Shutters gewährleistet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das
Benutzerschnittstellenmodul an der Innenseite der Deckelfläche befestigt ist.
Insbesondere ist das Benutzerschnittstellenmodul ortsfest an der Deckelfläche der Deckelbaugruppe befestigt. Auf der Leiterplatte des Benutzerschnittstellenmoduls können auf der der Deckelfläche zugewandten Seite Signalgeber und/oder
Signalsensoren angeordnet sein. Auf der Außenseite der Deckelfläche können
Bedienelemente oder Anzeigen vorgesehen sein. Durch die mechanische Fixierung des Benutzerschnittstellenmoduls an der Deckelbaugruppe wird gewährleistet, dass die Sensoren und/oder Signalgeber des Benutzerschnittstellenmoduls mit auf der
Außenseite der Deckelfläche angeordneten Bedienelementen oder Anzeigen fluchten und stets die relative Positionierung zueinander korrekt ist.
Das Kommunikationsmodul und/oder das Benutzerschnittstellenmodul sind an der Deckelbaugruppe befestigt. Eine Befestigung an der Wannenbaugruppe erfolgt ausschließlich mittelbar über die Befestigung der Deckelbaugruppe an der
Wannenbaugruppe. Somit sind Kommunikationsmodul und
Benutzerschnittstellenmodul mechanisch mit dem Leistungsmodul lediglich mittelbar über die Verbindung zwischen Deckelbaugruppe und Wannenbaugruppe verbunden.
Eine elektrische Verbindung zwischen Kommunikationsmodul und/oder
Benutzerschnittstellenmodul mit dem Leistungsmodul erfolgt über zumindest ein flexibles Kabel.
Das Kommunikationsmodul verfügt über eine zweite Ladesteuerschaltung. Diese zweite Ladesteuerschaltung dient zur Kommunikation mit einem Elektrofahrzeug über einen Pilotleiter. Hierzu kann die zweite Ladesteuerschaltung zumindest auf den Pilotleiter des Ladeauslasses zugreifen. Insbesondere agiert die zweite
Ladesteuerschaltung entsprechend DIN 15118. Andere höherwertigere Protokolle sind ebenfalls möglich. Die zweite Ladesteuerschaltung ist mit der ersten
Ladesteuerschaltung insbesondere so verbunden, dass die zweite
Ladesteuerschaltung die erste Ladesteuerschaltung überregeln kann. Auch ist ein paralleler Betrieb möglich, so dass sowohl eine Kommunikation über die erste Ladesteuerschaltung, als auch die zweite Ladesteuerschaltung erfolgen kann, wobei dann die erste Ladesteuerschaltung mit der zweiten Ladesteuerschaltung
synchronisiert ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das
Kommunikationsmodul ein Verschlüsselungsmodul aufweist. Das
Verschlüsselungsmodul ist insbesondere als TPM-Modul gebildet. Das
Verschlüsselungsmodul kann zur Verschlüsselung von Messwerten des in der Docking Station verbauten Messgerätes dienen. Hierzu kann eine Verbindung zwischen einem Messwerteausgang des Messgerätes in der Docking Station und dem
Verschlüsselungsmodul über ein entsprechendes Patchkabel erfolgen. Das
Verschlüsselungsmodul kann die von dem Messgerät (Smart Meter, iMS) gemessenen und empfangenen Messwerte verschlüsseln und gegebenenfalls über ein
Weitverkehrsnetz an eine Abrechnungszentrale übermitteln.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ladestation;
Fig. 2 eine Explosionszeichnung einer Ladestation mit Docking-Station und
Ladeeinheit;
Fig. 3 eine Ansicht einer geöffneten Docking-Station;
Fig. 4 eine Ansicht einer geschlossenen Docking-Station;
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung einer Wannenbaugruppe;
Fig. 6 eine Wannenbaugruppe im Teil zusammengebauten Zustand;
Fig. 7 eine Wannenbaugruppe von unten;
Fig. 8a-c montierte Wannenbaugruppen ohne Deckel;
Fig. 9 eine Ansicht einer Deckelbaugruppe;
Fig. 10 eine Unteransicht einer Deckelbaugruppe;
Fig. 11 eine Schnittansicht einer Deckelbaugruppe.
Fig. 1 zeigt eine Ladestation mit einer Ladesäule 2, in der eine Aufnahme 2a vorgesehen ist. Die Aufnahme 2a der Ladesäule 2 ist zur Aufnahme einer Docking Station 4 und einer Ladeeinheit 6 vorgesehen. Die Docking Station 4 kann in einer nicht näher beschriebenen Weise in der Aufnahme 2a fixiert werden. Über die Ladesäule 2 kann ein elektrischer Anschluss an ein Energieversorgungsnetz in die Docking Station 4 eingeführt werden. Die Ladeeinheit 6 kann als Baugruppe mit einer Wannenbaugruppe und einer Deckelbaugruppe, welche nachfolgend noch näher beschrieben werden, zusammengebaut sein und auf die Docking Station 4 aufgesetzt und an der Docking Station 4 mechanisch fixiert werden.
Zusammen mit der mechanischen Fixierung kann die Ladeeinheit elektrisch mit der Docking Station 4 über einen Stecker/Buchse gekoppelt werden. Eine
kommunikationstechnische Kopplung kann über zumindest ein Patch-Kabel zwischen der Docking Station 4 und der Ladeeinheit 6 erfolgen.
Im eingebauten Zustand ist die Docking Station 4 vollständig in der Aufnahme 2a aufgenommen und die Ladeeinheit 6 umgreift den äußeren Rand der Docking Station 4 im Wesentlichen vollständig und ist mit seinen Seitenrändern ebenfalls zumindest in Teilen in der Aufnahme 2 eingelassen.
Die Docking Station 4 kann bedarfsweise jedoch auch unmittelbar auf einer Wand montiert werden, ohne dass die Ladesäule 2 mit der Aufnahme 2a notwendig wäre. Auch dann sind die Seitenwände der Docking Station zumindest teilweise von Seitenwänden Ladeeinheit 6 umgriffen.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Grundflächen von Docking Station 4 und Ladeeinheit 6 in etwa kongruent zueinander, so dass im montierten Zustand von vorne betrachtet die Ladeeinheit 6 die Docking Station 4 vollständig abdeckt.
Der modulare Aufbau von Docking Station 4 und Ladeeinheit 6 ist in der Fig. 2 näher dargestellt. In der Figur 2 ist zunächst die Docking Station 4 gezeigt, welche eine Kabeleinführung 8 in einer Seitenwand 10 aufweist. Die Docking Station 4 ist durch einen
Schutzgehäusedeckel 12 zumindest teilweise auf der der Ladeeinheit 6 zugewandten Seite verschlossen. In dem Deckel 12 sind Ausnehmungen 14a, 14b vorgesehen, welche nachfolgend noch näher beschrieben werden.
Die Ladeeinheit 6 kann aus einer Wannenbaugruppe 20 und einer Deckelbaugruppe 26 gebildet sein.
Zwischen dem Deckel 12 und der Seitenwand 10 können Öffnungen 16 vorgesehen sein. Durch diese Öffnungen 16 können Stege 18 der Wannenbaugruppe 20 in die Docking Station 4 eingeführt werden, so dass die Wannenbaugruppe 20 über die Stege 18 an der Docking Station 4 fixiert werden kann.
Wie bereits erläutert, kann die Wannenbaugruppe 20 mit der Docking Station 4 gekoppelt werden. Die Wannenbaugruppe 20 ist Teil der Ladeeinheit 6, welche zusätzlich die Deckelbaugruppe 26 aufweist. Die Wannenbaugruppe 20 nimmt ein Leistungsmodul 22 sowie eine Ladebuchse 24 auf. Die Wannenbaugruppe 20 ist bodenseitig mit einem Boden im Wesentlichen verschlossen und wird deckelseitig durch die Deckelbaugruppe 26 verschlossen.
Über Rastelemente 28 lässt sich die Deckelbaugruppe 26 an Rastelementen 30 in den Seitenwänden der Wannenbaugruppe 20 fixieren. Die Deckelbaugruppe 26 kann einen Shutter 32 und Bedienelemente, wie beispielsweise ein Display 34, aufweisen.
Im gefügten Zustand ist die Deckelbaugruppe 26 mit der Wannenbaugruppe 20 mechanisch gefügt und verschließt somit die Wannenbaugruppe 20 auf einer
Oberseite. Bodenseitig ist die Wannenbaugruppe 20 mit der Docking Station 4 gefügt und über die Seitenwände 10 erfolgt eine Abdichtung zwischen der Docking Station 4 und der Wannenbaugruppe 20. Zwischen der Deckelbaugruppe 26 und der Wannenbaugruppe 20 erfolgt eine
Abdichtung entlang des äußeren Randes, welcher der Deckelbaugruppe 26 zugewandt ist. Die Docking Station 4 dient als Anschlussebene und kann unabhängig von der Ladeeinheit 6 an ein Energieversorgungsnetz angeschlossen werden. Solange die Ladeeinheit 6 nicht mit der Docking Station 4 gekoppelt ist, ist diese spannungsfrei. Über eine Kopplung der Ladeeinheit 6 mit der Docking Station 4 wird die Ladeeinheit 6 mit dem Energieversorgungsnetz verbunden. Die Ladeeinheit 6 kann als
Versorgungsebene verstanden werden, welche Ladetechnik und sonstige„Intelligenz" aufweist. Dieser modulare Aufbau ermöglicht es, zunächst die Docking Station 4 durch einen hierfür qualifizierten Monteur zu montieren, ohne die Notwendigkeit, unmittelbar eine Ladeeinheit 6 montieren zu müssen.
Die Ladeeinheit 6 kann zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt auch durch einen technischen Laien besonders einfach, mechanisch werkzeuglos mit der Docking Station 4 gekoppelt werden, wodurch dann automatisch die Ladeeinheit 6
elektrifiziert wird. Die Ladeeinheit 6 ist durch ihre spezielle Gestaltung aus
Wannenbaugruppe 20 und Deckelbaugruppe 26 wie bereits zuvor erläutert, besonders flexibel und modular und lässt sich an den jeweiligen Einsatzzweck koppeln.
Die Docking Station 4 ist in der Fig. 3 näher dargestellt. Die Docking Station 4 verfügt über einen Boden und Seitenwände 32. Auf dem Boden der Docking Station 4 ist ein Mains Board 34 und ein Interface Board 36 angeordnet. Auf dem Mains Board 34 ist eine Anschlussleiste 38 zum Anschluss eines Energieversorgungskabels vorgesehen.
An den Seitenwänden 32 und/oder dem Boden können Skalenstriche 40 vorgesehen sein.
Neben der Anschlussleiste 38 ist auf dem Mains Board 34 noch ein Leistungsanschluss 42 als Buchse angeordnet. Darüber hinaus ist zwischen den Seitenwänden 32 eine Aufnahme 44 vorgesehen. Die Aufnahme 44 ist durch einen Deckel verschließbar. In der Aufnahme 44 kann ein Messgerät, z.B. ein Smart Meter oder ein iMS rastend verankert werden. Nicht dargestellt sind Kabeldurchführungen durch die Seitenwände der Aufnahme 44 um das Messgerät zu verdrahten. Die Aufnahme 44 lässt sich über geeignete Bohrungen verplomben, was nicht näher dargestellt ist.
Auf dem Interface Board 36 sind Anschlüsse 46, 48 für ein Netzwerkkabel sowie für einen CAN-Bus und/oder einen GPIO-Bus vorgesehen. Darüber hinaus können noch Anschlussbuchsen für eine Verbindung mit den Modulen innerhalb der Ladeeinheit vorgesehen sein.
Die externe Verdrahtung mit einem lokalen Netz erfolgt über eine Anschlussleiste, welche dann über eine RJ45-Buchse abgreifbar ist. Hier sind insbesondere
ausreichend Kontakte vorgesehen, um zumindest zwei voneinander unabhängige lokale Netzwerke anzuschließen. Dabei kann beispielsweise ein erstes lokales Netzwerk mit einer Zentrale gebildet werden und ein zweites lokales Netzwerk zwischen Master- und Slave Einheiten, also zwischen einer Ladeeinheit mit einem Master Controller mit zumindest einer, bevorzugt mehreren Ladeeinheiten mit nur einem Slave Controller. Die beiden lokalen Netzwerke können gemeinsam über ein einziges Patchkabel mit der Ladeeinheit 6 bzw. den darin angeordneten Modulen verbunden werden.
Zur Installation der Docking Station 4 wird diese zunächst mechanisch entweder in der Aufnahme 2 fixiert oder beispielsweise an einer Wand verschraubt. Anschließend wird durch die Kabeleinführung 8 ein mehradriges Energiekabel in das Innere der Docking Station 4 eingeführt. Dieses Kabel hat insbesondere große Kabelquerschnitte und eine starre Kabelseele. Daher sind die Kabel schwer verarbeitbar. Um
sicherzustellen, dass die Kabel stets in der richtigen Länge abgelängt werden, kann der Monteur das Kabel an die Skala 40 anlegen und unmittelbar ablängen. Dadurch kann der Monteur das Anschlusskabel korrekt konfektionieren, so dass er es im Anschluss ohne Probleme auf die Anschlussleiste 38 auflegen kann.
Je nach Konfektionierung kann in der Aufnahme 44 ein Messgerät angeordnet werden. Dieses Messgerät wird ausgehend von der Anschlussleiste 38 über flexible Kabel verdrahtet. Ausgehend von dem Messgerät erfolgt erneut eine Verkabelung über flexible Kabel mit einem Leistungsanschluss 42. Ist kein Messgerät verbaut, so erfolgt unmittelbar eine Verdrahtung über ein flexibles Kabel zwischen der Anschlussleiste 38 und dem Leistungsanschluss 42. An dem Leistungsanschluss 42 ist ebenfalls eine Anschlussleiste zur Aufnahme der jeweiligen Kabel vorgesehen.
Über die Kabeleinführung 8 kann ein Netzwerkkabel ebenfalls in das Gehäuse der Docking Station 4 eingeführt werden und auf die Anschlüsse 48 aufgelegt werden.
Nachdem die elektrische Verdrahtung vorgenommen wurde, erfolgt ein Verschließen des Gehäuses der Docking Station 4 wie in der Fig. 4 dargestellt ist, durch einen Deckel 12. ln der Fig. 4 ist zu erkennen, dass der Deckel 12 neben der Ausnehmung 14a für den Leistungsanschluss 42 zumindest eine weitere Ausnehmung 14b für die
Kommunikationsanschlüsse des Interface Boards 36, insbesondere einen RJ45- Stecker sowie einen GPIO-Stecker und einen CAN-Bus-Stecker vorgesehen. Über die RJ45-Buchse 46 kann ein RJ45-Stecker eine Verbindung mit zwei voneinander getrennten LAN-Netzen aufnehmen.
An den Seitenrändern des Schutzgehäusedeckels 12 sind Öffnungen 16 vorgesehen. Die Öffnungen 16 befinden sich zwischen dem Deckel 12 und der Seitenwand 10 der Docking-Station 4. Durch die Öffnungen 16 lassen sich die Stege 18 der
Wannenbaugruppe 20 in die Docking-Station 4 einstecken, so dass diese Stege 18 vollständig von der Seitenwand 10 der Docking-Station 4 aufgenommen sind. Somit ist die Ladeeinheit 6 durch die Wannenbaugruppe 20 innerhalb der Docking-Station 4 mechanisch verankert.
Nachdem die Docking-Station 4 in der gezeigten Art und Weise installiert wurde, kann diese, geschützt durch den Schutzgehäusedeckel 12, zunächst unbestückt bleiben und zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt mit einer Wannenbaugruppe 20 und
Deckelbaugruppe 26 aufweisenden Ladeeinheit 6 bestückt werden.
Eine Wannenbaugruppe 20 ist in einer Ausstattungsvariante in der Fig. 5 dargestellt. Die Wannenbaugruppe 20 weist ein Gehäuse mit Seitenwänden 20a und einem Boden 20b auf. Im Bereich der Seitenwände 20a respektive des Bodens 20b kann ein
Leistungsmodul 50 bodenseitig in der Wannenbaugruppe 20 mechanisch verankert werden. Das Leistungsmodul 50 hat einen Ladeanschluss 52 sowie eine
Ladesteuerschaltung 54. Auf der Unterseite des Leistungsmoduls, wie ebenfalls in der Fig. 5 dargestellt, ist ein Stecker 56 angeordnet, welcher zu der Buchse des
Leistungsanschlusses 42 korrespondiert. Umlaufend um den Stecker 56 ist ein Kragen 58. Der Kragen 58 weist von der Oberfläche der Leiterplatte des Leistungsmoduls 50 fort. Insbesondere hat der Kragen 58 eine Erstreckung in diese Richtung, die größer ist, als die längste Erstreckung eines jeden Kontaktes des Steckers 56.
Auf den Leistungsmodul 50 sind weitere Komponenten zur Leistungsüberwachung und/oder Leistungssteuerung vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Anschluss 60 für einen Kommunikationsbus auf dem Leistungsmodul 50 angeordnet.
Der Anschluss 60 für den Kommunikationsbus ermöglicht es, den
Kommunikationsbus mit dem Leistungsmodul 50 zu verbinden. Der
Kommunikationsbus kann in der Art von Plug-and-Play sowohl ein
Kommunikationsmodul als auch ein Benutzerschnittstellenmodul, welche
nachfolgend noch beschrieben werden, aufnehmen und mit dem Leistungsmodul 50 verbinden. Dies ermöglicht es, das Leistungsmodul 50 mit Hilfe des
Kommunikationsmoduls und/oder des Benutzerschnittstellenmoduls modular zu ergänzen, um bedarfsweise die Ladeeinheit 6 an die jeweiligen Anforderungen anpassen zu können.
Das Leistungsmodul 50 ist in einem ersten Bereich des Bodens 20b angeordnet. In einem zweiten Bereich des Bodens 20b ist ein Fixiermittel 62 vorgesehen, welches aus kammartig zueinander angeordneten Flanschen mit zueinander fluchtenden
Öffnungen gebildet ist. Das Fixiermittel 62 ist aus zwei einander gegenüberliegenden kammartigen Strukturen gebildet, welche eine Öffnung 64 im Boden 20b einfassen.
Die Fixiermittel 62 korrespondieren zu Fixiermitteln 66 eines Aufnahmekörpers 68 für eine Ladebuchse 70. Die Ladebuchse 70 ist im montierten Zustand unmittelbar über der Öffnung 64 angeordnet. Durch die Öffnung 64 ist es möglich, von der
Unterseite der Wannenbaugruppe 20, durch den Boden 20b eine manuelle
Notentriegelung an der Ladebuchse 70 vorzunehmen.
Zur Montage des Befestigungskörpers 68 an der Wannenbaugruppe 20 wird der Montagekörper 68 mit seinen Fixiermitteln 66 zu den Fixiermitteln 62 so
ausgerichtet, dass Stifte 72 durch die zueinander fluchtenden Öffnungen geschoben werden können. Dadurch fixieren die Stifte 72 den Aufnahmekörper 68 an dem Gehäuse der Wannenbaugruppe 20.
In einem teilmontierten Zustand ist das Leistungsmodul 50 bodenseitig in die
Wannenbaugruppe 20 eingesetzt, wie die Fig. 6 zeigt. Hierbei wird der Stecker 56 samt Kragen 58 durch die bodenseitige Öffnung 74 gesteckt. Das Leistungsmodul 50 ist mechanisch mit dem Gehäuse der Wannenbaugruppe 20 verrastet und kann darin schwimmend gelagert sein. Alternativ oder kommutativ dazu ist es möglich, dass das Mains Board 34 in dem Gehäuse der Docking- Station 4 schwimmend gelagert ist. Die schwimmende Lagerung hat den Vorteil, dass sich bei einer Montage der
Wannenbaugruppe 20 auf die Docking-Station 4 der Stecker 56 selbstständig zu der Buchse des Leistungsanschlusses 42 ausrichten kann. Dies erhöht die Bedienbarkeit, insbesondere erleichtert die Montage durch einen Laien. Die Unterseite der Wannenbaugruppe 20 ist in der Fig. 7 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Stege 18 vom Boden 20b wegweisend aus der Wannenbaugruppe 20 herausragen. Ferner ist der Kragen 58 mit dem Stecker 56 zu erkennen, wie er durch die Öffnung 74 ragt.
Der Kragen 58 kommt im montierten Zustand in Eingriff mit der Öffnung 14a. In der Öffnung 14a ist, wie in der Fig. 4 zu erkennen ist, ein Ringspalt 74, welcher zwischen der Buchse des Leistungsanschlusses 42 und einem in das Innere des Gehäuses der Docking-Station 4 ragenden Kragen 78 gebildet. Durch den Kragen 78 wird ein Berührschutz der Docking-Station 4 erreicht.
Während der Montage wird die Wannenbaugruppe 20 auf die Docking-Station 4 aufgesetzt und wie der Kombination der Fig. 4 und 7 zu entnehmen ist, gleitet dabei der Kragen 58 in den Ringspalt 76. Der Kragen 58 gelangt in den Ringspalt 76, bevor ein Kontakt des Steckers 56 in elektrischen Kontakt mit einem Kontakt der Buchse des Leistungsanschlusses 42 kommt. Dies verhindert, dass es bei der Montage der
Wannenbaugruppe 20 auf die Docking-Station 4 zu einem elektrischen Schlag kommen kann.
Der Aufnahmekörper 68 ist dergestalt, dass er zur Aufnahme verschiedenster
Ladebuchsen 70 eingerichtet ist oder anders gesagt, verschiedenste Ladebuchsen 70 können mit verschiedenen Aufnahmekörpern 68 ausgestattet sein, wobei jeweils die Fixiermittel 66 zueinander einen gleichen Abstand haben und somit eine einheitliche mechanische Schnittstelle zu den Fixiermitteln 62 bilden. Dies führt dazu, dass in ein und derselben Wannenbaugruppe 20 verschiedenste Ladebuchsen 70 installiert werden können, wie sich aus den Fig. 8a-c ergibt.
Dort ist zu erkennen, dass die Fixiermittel 62, 64 ineinander greifen und über die Stifte 72 miteinander mechanisch verrastet sind. Fig. 8a zeigt einen Aufnahmekörper 68 mit einer CCS-Ladebuchse 70, Fig. 8b zeigt einen Aufnahmekörper 68 mit einer Chademo Ladebuchse 70 und Fig. 8c zeigt einen Aufnahmekörper 68 mit einer Typ2- Ladebuchse 70.
Wie in den Fig. 8a-c zu erkennen ist, ermöglicht es der Aufnahmekörper 68
verschiedenste Ladebuchsen 70 aufzunehmen, ohne eine konstruktive Änderung an dem Gehäuse der Wannenbaugruppe 20 vornehmen zu müssen.
Die Ladebuchsen 70 müssen nicht zwingend elektrisch mit dem Ladeanschluss 52 verbunden werden, sondern können auch potentialfrei bleiben. In diesem Fall können die Ladebuchsen 70 als„Steckergarage" dienen. Der Ladeauslass 52 kann elektrisch mit einem fest an dem Gehäuse der Wannenbaugruppe 20 angeschlagenen Ladekabel verbunden werden. Das Ladekabel kann im Bereich eines Rücksprungs 80 in der Seitenwand der Wannenbaugruppe 20 herausgeführt sein.
Wird kein fest angeschlagenes Kabel verwendet, so kann die Ladebuchse 70 über den Ladeanschluss 52 elektrisch mit der Ladesteuerschaltung 54 verbunden werden. Der Ladeanschluss 52 verfügt über drei Anschlüsse für jeweils eine Phase auf einer Anschlussleiste, einer weiteren Anschlussleiste mit zwei Anschlüssen für den
Nullleiter und den Schutzleiter und gegebenenfalls über eine Anschlussbuchse für einen Plug Present (PP) Kontakt und einen Pilotleiter (CP) Kontakt.
Zur Installation der Ladebuchse 70 wird der Aufnahmekörper 68 an der
Wannenbaugruppe 20 angeordnet, über vorkonfektionierte Kabel wird die
Ladebuchse 70 mit den jeweiligen Anschlüssen des Ladeauslasses 52 verbunden und anschließend wird der Aufnahmekörper 68 über die Stifte 72 in der
Wannenbaugruppe 20 fixiert.
Die Ladeeinheit 6 umfasst neben der Wannenbaugruppe 20 auch die
Deckelbaugruppe 26, wie sie in der Fig. 9 dargestellt ist. Die Oberseite der
Deckelbaugruppe 26 kann verschiedenste Bedienelemente 82 und/oder einen Shutter 84 auf einer Oberseite aufweisen. Seitlich der Deckelbaugruppe 26, an dessen Seitenrändern können Rastelemente 86 vorgesehen sein, welche mit den inneren Seitenwänden der Wannenbaugruppe 20 in Eingriff gelangen können. Hierdurch lässt sich die Deckelbaugruppe 26 auf der Wannenbaugruppe 20 montieren.
Die Rastelemente 86 können so gestaltet sein, dass sie an den Seitenwänden der Wannenbaugruppe 20 verrasten und insbesondere nur dann zerstörungsfrei gelöst werden können, wenn sie von der Unterseite, ausgehend von dem Boden 20b der Wannenbaugruppe 20, gelöst werden. Dies verhindert, dass die Deckelbaugruppe 26 von der Wannenbaugruppe 20 gelöst wird, während die Wannenbaugruppe 20 noch elektrisch mit dem Mains-Board 34 der Docking-Station 4 verbunden ist.
Rückseitig der Deckelbaugruppe 26 ist, wie in Fig. 10 gezeigt, der Shutter 84 so gelagert, dass er in einer Bewegungsrichtung 88 bewegt werden kann, um die
Ladebuchse 70 freizugeben. Der Shutter 84 ist, wie in der Fig. 11 zu erkennen, über eine Feder 98 federbelastet, so dass dieser automatisch in die gezeigte geschlossene Position verfährt.
In einem weiteren Bereich der Deckelbaugruppe 26 können ein
Kommunikationsmodul 90 und ein Benutzerschnittstellenmodul 92 angeordnet sein. Das Kommunikationsmodul 90 als auch das Benutzerschnittstellenmodul 92 kann an der Deckelbaugruppe 26 bzw. dessen Gehäuse mechanisch fixiert werden.
Das Kommunikationsmodul 90 ist über den Kommunikationsbus mit dem
Leistungsmodul 50 und dem Benutzerschnittstellenmodul 92 verbunden.
Das Kommunikationsmodul 90 umfasst eine nicht näher dargestellte
Ladesteuerschaltung, die elektrischen Zugriff auf den Ladeanschluss 52 hat. Die Ladesteuerschaltung kann die Ladesteuerschaltung 54 überregeln oder zumindest mit dieser gekoppelt sein, so dass die beiden Ladesteuerschaltungen koordiniert eine Steuerung eines Ladevorgangs vornehmen können. Fig. 11 zeigt die Anordnung des Kommunikationsmoduls 90 als auch des
Benutzerschnittstellenmoduls 92 in der Deckelbaugruppe 26. Das
Benutzerschnittstellenmodul 92 ist der Innenseite der Deckelwand zugewandt und mechanisch an dem Gehäuse der Deckelbaugruppe 26 über Klick-Verbindungen 94 verbunden. Das Kommunikationsmodul 90 ist seinerseits ebenfalls über nicht näher dargestellte Verbindungen mit dem Gehäuse der Deckelbaugruppe 26 verbunden.
Das Benutzerschnittstellenmodul 92 ist ortsfest zu der Innenseite der
Deckelbaugruppe 26, so dass eine exakte Positionierung von Sensoren und
Signalgebern auf dem Benutzerschnittstellenmodul 92 zu der Oberseite der
Deckelbaugruppe 26 gewährleistet ist. Insbesondere ein Display 96 kann als Option in der Deckelbaugruppe 26 angeordnet sein und über das Benutzerschnittstellenmodul 92 und/oder das Kommunikationsmodul 90 angesteuert werden.
Bezugszeichenliste
2 Ladesäule
2a Aufnahme
4 Docking Station
6 Ladeeinheit
8 Kabeleinführung
10 Seitenwand
12 Deckel
14 Ausnehmung
16 Öffnung
18 Steg
20 Wannenbaugruppe
22 Leistungsmodul
24 Ladebuchse
26 Deckelbaugruppe
28, 30 Rastelemente
32 Seitenwände
34 Mains-Board
36 Interface-Board
38 Anschlussleiste
40 Skala
42 Leistungsanschluss
44 Aufnahme
46 Anschlussbuchse
48 Anschlüsse
50 Leistungsmodul
52 Ladeanschluss
54 Ladesteuerschaltung
56 Stecker
58 Kragen 60 Anschluss 62 Fixiermittel
64 Öffnung
66 Fixiermittel
68 Aufnahmekörper
70 Ladebuchse
72 Stift
74 Öffnung
76 Ringspalt
78 Kragen
80 Rücksprung
82 Bedienelement
84 Schütter
86 Rastelement
88 Richtung
90 Kommunikationsmodul 92 Benutzerschnittstellenmodul 94 Click-Verbindung
96 Display

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Ladeeinheit für Elektrofahrzeuge umfassend mit
einem Leistungsmodul,
einem Kommunikationsmodul und
einem Benutzerschnittstellenmodul, wobei
das Leistungsmodul eine erste Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung mit einem Elektrofahrzeug aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kommunikationsbus das Kommunikationsmodul und das
Benutzerschnittstellenmodul mit dem Leistungsmodul verbindet.
2. Ladeeinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass über den Kommunikationsbus das Kommunikationsmodul und das
Benutzerschnittstellenmodul optional an das Leistungsmodul anschließbar sind, wobei die Funktion der ersten Ladesteuerschaltung des Leistungsmoduls hiervon zumindest in Teilen unabhängig ist.
3. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kommunikationsbus das Kommunikationsmodul und das
Benutzerschnittstellenmodul nach plug-and-play Art an das Leistungsmodul anschließt.
4. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Leistungsmodul, das Kommunikationsmodul und das
Benutzerschnittstellenmodul jeweils auf einer eigenen Leiterplatte realisiert sind.
5. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ladesteuerschaltung unabhängig von dem Kommunikationsmodul und/oder dem Benutzerschnittstellenmodul zur Ladesteuerung mit einem Elektrofahrzeug eingerichtet ist.
6. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung mittels
Pulsweitenmodulation eingerichtet ist und/oder dass die erste
Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung über einen Energieleiter eingerichtet ist, insbesondere dass die erste Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung nach DIN61851 eingerichtet ist.
7. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kommunikationsmodul eine zweite Ladesteuerschaltung zur
Ladesteuerung mit einem Elektrofahrzeug aufweist.
8. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung mit einem gegenüber der ersten Ladesteuerung erweiterten Funktionsumfang eingerichtet ist, insbesondere dass die zweite Ladesteuerschaltung zur Ladesteuerung über einen Pilotleiter mit einem Elektrofahrzeug eingerichtet ist, insbesondere nach DIN 15118, CCS oder Chademo eingerichtet ist,
9. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Leistungsmodul einen Ladeauslass aufweist, wobei der Ladeauslass neben den Anschlüssen für Phase, Nullleiter und Erdleiter zusätzlich jeweils einen Anschluss für einen Plug Present Kontakt und einen Pilotleiter Kontakt aufweist.
10. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anschlüsse des Ladeauslasses zumindest in Teilen mit der zweiten Ladesteuerschaltung verbunden sind.
11. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ladesteuerschaltung und die zweite Ladesteuerschaltung derart miteinander in Wirkverbindung sind, dass die zweite Ladesteuerschaltung die erste Ladesteuerschaltung zumindest teilweise überregelt.
12. Ladeeinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Leistungsmodul Komponenten zur Leistungsüberwachung bei einem Ladevorgang aufweist, insbesondere zumindest einen Leistungsschutzschalter, zumindest eine Sicherung, zumindest einen Fehlerstromschutzschalter, zumindest eine GFCI Sensor, zumindest einen Welding Detection Sensor, zumindest einen Tenperatursensor, zumindest ein Schaltrelais und/oder eine Ansteuerung für eine elektrische Steckerentriegelung aufweist.
13. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
das Kommunikationsmodul Komponenten für eine drahtloskommunikation in einem lokalen Netz und/oder einem Weitverkehrsnetz aufweist und/oder dass das Kommunikationsmodul zumindest eine Verschlüsselungsschaltung, zumindest einen Master Controller oder einen Slave Controller, zumindest eine Display Schnittstelle, zumindest eine Touch Display Schnittstelle und/oder einen Steuerprozessor aufweist.
14. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Bestückung mit einem Master Controller eine Schnittstelle zu einem Slave Controller auf dem Kommunikationsmodul angeordnet ist und dass der Master Controller zumindest über die Schnittstelle empfangene Messwerte an die Verschlüsselungsschaltung weiterleitet.
15. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Benutzerschnittstellenmodul zumindest eine Nahfeldantenne, zumindest einen Radarsensor, zumindest einen kapazitiven Näherungssensor, zumindest eine Display Schnittstelle, zumindest ein Display, zumindest ein Touch Display und/oder zumindest einen Helligkeitssensor aufweist.
16. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Touch Display über eine Touch Display Schnittstelle auf dem
Kommunikationsmodul gesteuert ist und/oder dass ein Display über eine Display Schnittstelle auf dem Kommunikationsmodul gesteuert ist.
17. Ladeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Leistungsmodul in einer Wannenbaugruppe angeordnet ist und dass das Kommunikationsmodul und/oder das Benutzerschnittstellenmodul in einer Deckelbaugruppe angeordnet ist.
18. System mit zumindest zwei Ladestationen mit jeweils einer Ladesteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Ladestation mit einem Kommunikationsmodul mit einem Master Controller eingerichtet ist, dass eine zweite Ladestation mit einem
Kommunikationsmodul mit einem Slave Controller eingerichtet ist und dass der Slave Controller zumindest Messwerte einer Energiemengenzählers an den Master Controller übermittelt.
EP19702877.2A 2018-05-30 2019-01-31 Ladeeinheit für elektrofahrzeuge Pending EP3802200A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018112957.2A DE102018112957A1 (de) 2018-05-30 2018-05-30 Ladeeinheit für Elektrofahrzeuge
PCT/EP2019/052359 WO2019228679A1 (de) 2018-05-30 2019-01-31 Ladeeinheit für elektrofahrzeuge

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EP3802200A1 true EP3802200A1 (de) 2021-04-14

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