Funktionsabschnitt

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation für Elektrofahrzeuge.

[0002] Die immer stärker werdende Verbreitung von Elektrofahrzeugen führt zu dem Bedarf einer entsprechend angepassten Ladeinfrastruktur. Es hat sich dabei gezeigt, dass neben dem Aufladen im privaten Bereich oder in Tiefgaragen die Notwendigkeit besteht, auch im öffentlichen Raum, insbesondere auf Parkplätzen, den Nutzern die Möglichkeit einzuräumen, ihr Fahrzeug zu laden.

[0003] Daher muss zukünftig großflächig im öffentlichen Raum die Möglichkeit für Nutzer geschaffen werden, ihre Elektrofahrzeuge zu laden. Ohne eine solche stete Verfügbarkeit von Ladestationen kann die notwendige

Akzeptanz für Elektrofahrzeuge nicht geschaffen werden.

[0004] Im öffentlichen Raum bestehen jedoch neben der reinen Versorgung mit Energie noch weitere Anforderungen an Ladestationen, insbesondere sind Sicherheitsaspekte von größter Bedeutung. Eine Zerstörung von

Ladestationen kann zu erheblichen Risiken führen, da in den Ladesäulen elektrischen Kabel mit Spannungen von einigen hundert Volt bis zum Teil mehreren tausend Volt angeordnet sind, die Ströme im Ampere-Bereich führen können müssen, um ein schnelles Aufladen der Elektrofahrzeuge zu ermöglichen.

[0005] Dabei bestehen grundsätzlich zwei Risiken für die Beschädigungen von Ladestationen: Unfälle und Vandalismus. Während Vandalismus sich bislang primär auf ein Zerstören von Ladenkabeln und Beschädigen der Gehäuse durch Tritte oder Farbe beschränkt, stellt ein ungewolltes

Umfahren der Ladestationen durch Fahrzeuge das größere Risiko dar. [0006] Während bei klassischen Einrichtungen auf Parkplätzen wie

Parkscheinautomaten oder Schrankenanlagen das Folgerisiko einer „umgefahren“ bzw. stark beschädigten technischen Einrichtung gering ist, muss bei einer Ladestation eine starke Beschädigung durch ein Umfahren derselben, insbesondere ein freiliegen der Stromkabel, zwingend verhindert werden.

[0007] Aus WO 2010/115926 ist eine Ladestation bekannt, die versucht das

bestehende Problem dadurch zu lösen, dass auf einem auf dem Boden angeordneten Betonsockel ein wannenartiger Rammschutz aus Metall angeordnet ist, der die innere Elektronik der Ladestation schützen soll und über den die eigentliche äußere Verkleidung der Ladesäule gestülpt wird.

[0008] Diese aus dem Stand der Technik bereits bekannt Lösung weist dabei insbesondere den Nachteil auf, dass zum einen die gesamte Ladestation weiterhin problemlos von einem Fahrzeug verschoben werden kann, so dass die Hauptanschlussdrähte freiliegen, sowie zum anderen, dass der innerhalb des verstärkten Bereichs des Rammschutzes weiterhin die elektronischen Komponenten angeordnet sind. Wird der Rammschutz bei einer Beschädigung verbogen, so kann dieser erst recht in Kontakt mit der inneren Elektronik stehen und somit eine zusätzliche Gefahrenquelle schaffen anstelle das Risiko zu reduzieren.

[0009] Besonders nachteilig ist zudem das Risiko einer beschädigten

Ladestation, wenn diese eine Ladestation mit integriertem Dach, insbesondere einem Solardach, in der Art eines Carports ausbildet. In diesem Fall wird die gesamte Ladestation mit Dach ggf. instabil, da der bekannte Rammschutz nur den unteren Bereich der Ladestation umfasst.

[0010] Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik lag somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin eine Ladestation bereitzustellen, die die Nachteile des Stands der Technik überwindet und die insbesondere einen sicheren und stabilen Stand aufweist, der die Ladestation vor

Beschädigungen schützt und ggf. die Lasten einer Überdachung aufnehmen kann.

[0011] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, umfassend einen Fundamentabschnitt und einen Funktionsabschnitt, wobei der Fundamentabschnitt unterhalb des Bodenniveaus beginnend angeordnet ist und sich bis zu einer Höhe von mindestens 40cm, mindestens 60cm oder mindestens 80cm über dem Bodenniveau nach oben erstreckt, wobei die funktionalen Elemente der Ladenstation ausschließlich in dem über dem Fundament angeordneten

Funktionsabschnitt angeordnet sind.

[0012] Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass ein stabiles Fundament eine Vielzahl von Problemen von Ladestationen lösen kann. Zunächst ermöglicht das erfindungsgemäße Fundament, dass kritische Beschädigungen an der Ladestation selbst durch ein An- oder Umfahren verhindert werden. Ein Auto fährt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Fundaments immer gegen den teilweise unterhalb, teilweise oberhalb des Bodenniveaus angeordneten Fundamentabschnitt. Somit ist es sichergestellt, dass die Elektronik der Ladestation im Funktionsabschnitt nicht beschädigt wird.

[0013] Des weiteren stellt ein erfindungsgemäßes Fundamente eine besonders stabile Grundlage für weitere Aufbauten der erfindungsgemäßen

Ladenstation dar. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass diese ein Überdachung umfasst, auf der Solarzellen angeordnet sind. Diese

Überdachung kann dann, ggf. mittels weitere Streben, durch den erfindungsgemäßen besonders stabilen Fundamentabschnitt gelagert werden. [0014] Es ist dabei offensichtlich, dass der Fundamentabschnitt aus verschiedenen Materialien bereitgestellt werden kann. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch Stahlbeton erwiesen. Der Fundamentabschnitt kann jedoch auch aus im Boden verschraubten Stahlträgern gebildet werden oder aus einem Betonfundament ausgebildet sein, aus dem sich Stahlträger nach oben erstrecken.

[0015] Erfindungsgemäß entscheidend ist dabei, dass im Unterschied zu den bekannten Ladesäulen, ein Fundamentabschnitt ausgebildet ist, in dem keine Funktionselemente wie Energiespeicher, die Leistungselektronik, etc. angeordnet sind, sondern ein im Vergleich zu den weiteren Elementen steiferer, schwerer und schwingungsfesterer Abschnitt bereitgestellt ist, der die kinetische Energie aus Unfällen abfangen kann.

[0016] Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass der

Fundamentabschnitt eine Durchführung für elektrische Leitungen umfasst, die insbesondere unterhalb des Bodenniveaus beginnt und am oberen Ende des Fundamentabschnitts endet.

[0017] Auch wenn vorteilhafterweise keine Funktionselemente innerhalb des

Fundamentabschnitts angeordnet sein sollen, so kann es sich als vorteilhaft erweisen, dass elektrische Leitungen durch diesen durch verlaufen. Aufgrund des stabilen Aufbaus des Fundamentabschnitts sind diese weitestgehend geschützt. Zudem ist der Platzbedarf dieser

Leitungen recht gering, so dass der strukturelle Aufbau und die Stabilität des Fundamentabschnitts kaum oder gar nicht beeinträchtigt wird.

[0018] Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass die Ladestation Solar- und/oder

Photovoltaikmodule umfasst oder diese in diese integriert sind und/oder die Ladestation mit einem, insbesondere über einen Flansch samt

Vibrationsdämpfung verbundenen, Kleinwindenergieanlagen in Wirkverbindung steht. Befindet sich die Ladestation im Nahbereich von einem Bach, Fluss, einer Pipeline o.ä. bzw. über oder neben einer Wasser-/ Abwasserleitung, kann die Energie von den

Kleinwasserkraftwerken direkt in die eingespeist werden, um von der konventionellen Stromversorgung weiter unabhängig zu werden.

[0019] Auch kann vorgesehen sein, dass der Fundamentabschnitt, insbesondere zwei oder mehr, Trägerelemente umfasst, die sich in das Erdreich erstrecken, wobei die Trägerelemente vorzugsweise in Form von I-Stahl- Trägerelementen ausgebildet sind.

[0020] Des weiteren kann es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorteilhaft sein, dass der Fundamentabschnitt zwei

Stützelemente umfasst, die sich in Richtung des, insbesondere bis zum, oberen Ende der Ladestation erstrecken und über den

Fundamentabschnitt nach oben hinausragen, wobei die Stützelemente insbesondere mit den Trägerelementen verbunden sind, und wobei vorzugsweise die Stützelemente und die Trägerelemente in einem ausgebildet sein können.

[0021] Als Stützelemente eignen sich erfindungsgemäß stabile Elemente aus Metall, wie beispielsweise Stahlträger.

[0022] Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, dass die Trägerelement und/oder die Stützelemente an den oder in der Nähe zu den seitlichen Enden des Funktionsabschnitts angeordnet sind, wobei die Stützelement insbesondere in Form von Stahlträgern in Form von U-Profilen, bevorzugt von Rücken-an-Rücken angeordneten doppelten U-Profilen ausgebildet sind.

[0023] Der Fundamentabschnitt kann erfindungsgemäß beliebige Geometrien annehmen, insbesondere in seiner Ausgestaltung unterhalb des Bodenniveaus ist dieser von der jeweiligen geologischen Bodenbeschaffenheit abhängig. Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Anordnung der Trägerelemente und der Stützelemente relativ zu dem Funktionsabschnitt zu definieren.

[0024] Auch kann vorgesehen sein, dass der Fundamentabschnitt ein Fertig- Stahlbetonelement, welches mindestens abschnittsweise zwischen den Trägerelementen angeordnet und mit diesen verbunden ist, umfasst.

[0025] Eine Anordnung der Stützelemente, insbesondere der besonders

vorteilhaften Stahlträger, an den oder in der Nähe zu den seitlichen Enden des Funktionsabschnitts ist unter anderem deshalb von Vorteil, da die Funktionselemente selbst vollständig zwischen den Stützelementen angeordnet und an diesen sicher befestigt werden können.

[0026] Unter„in der Nähe zu den seitlichen Enden“ soll ein Abstand von max.

25%, bevorzug max. 10% vom seitlichen Ende verstanden werden, bezogen auf die Distanz der gegenüberliegenden seitlichen Enden. Ein seitliches Ende der Ladestation ist dabei offensichtlich an einer Vorder- oder Rückseite angeordnet und stellt eine räumliche Seite Begrenzung dar. Die Vorderseite der Ladestation ist dabei der Parkfläche zugewandt, die Rückseite der Parkfläche abgewandt und die Seiten verbinden, insbesondere rechtwinklig zu den Parkflächen, Vorder- und Rückseite.

[0027] Erfindungsgemäß kann es gemäß einer Ausführungsform der

vorliegenden Erfindung bevorzugt sein, dass der Funktionsabschnitt mindestens einen elektrischen Anschluss für ein Fahrzeug, einen

Energiespeicher, eine Leistungselektronik, eine Mikroelektronik, eine Videoüberwachung, eine Abstandsmessung zur Unterstützung der Positionierung des Fahrzeugs durch den Benutzer, ein Bestell- und/oder Bezahlsystem und/oder eine Beschallungsanlage umfasst. [0028] Ladestationen umfassen üblicherweise einen elektrischen Anschluss für ein Fahrzeug, damit dieses geladen werden kann. Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ladestation einen Energiespeicher umfasst, um entweder Strom aus dem Netz zwischen zu speichern oder von mit der Ladestation verbundenen regenerativen Energiequellen erzeugten Strom direkt vor Ort zu speichern.

[0029] Elektrische Anschlüsse üblicher Bauart mit oder ohne Kabel werden

besonders bevorzugt in einer Höhe von 0,9 bis 1 ,2 Meter angeordnet.

[0030] Eine Leistungselektronik ist zudem üblicherweise umfasst, um die

Ladevorgänge zu regeln und zu überwachen. Über ein bekanntes Bestell- und/oder Bezahlsystem erfolgt die Abrechnung der vom Fahrzeug aufgenommenen elektrischen Energie.

[0031] Das Bestell- und/oder Bezahlsystem kann dabei auch eine

Reservierungsfunktion umfassen, um sich aus der Ferne einen

bestimmten Platz an der Ladestation zu einem bestimmten Zeitpunkt zu reservieren.

[0032] Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Ladestation eine Abstandsmessung zur Unterstützung der Positionierung des

Fahrzeugs durch den Benutzer bereitstellt. Dies kann beispielsweise durch Ultraschallsensoren erfolgen, die dann die Position des Fahrzeugs auf einem Display oder mittels anderen Elementen anzeigen. Alternativ oder zusätzlich sind Kamerasysteme denkbar.

[0033] Auch kann es vorteilhaft sein, dass die Ladestation eine

Beschallungseinrichtung umfasst. Diese kann dem Abspielen von Musik oder von Tonspuren von Filmen dienen, alternativ aber auch der

Kommunikation des Betreibers der Ladesäule mit dem Benutzer oder des

Benutzers mit Dritten. [0034] Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die von dem

Funktionsabschnitt umfassten Einrichtungen ausschließlich zwischen den beiden Stützelementen angeordnet sind.

[0035] Eine solche Anordnung hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, da durch den Fundamentabschnitt die Funktionslemente bereits gegen ein

Umfahren geschützt sind, und durch die vorteilhafterweise umfassten seitlichen Stützelemente ein guter Halt und ein weiterer Schutz vor Beschädigungen geboten wird. Zudem wird eine besonders kompakte Bauform mit möglichst wenigen Bauteilen ermöglicht, da die

Stützelemente multifunktional verwendet werden.

[0036] Des weiteren kann es vorteilhaft sein, dass die Verkleidungselemente zumindest teilweise, insbesondere vollständig, um den über dem

Bodenniveau befindlichen Abschnitt des Fundamentabschnitts sowie zumindest teilweise, insbesondere vollständig, um den Funktionsabschnitt angeordnet sind, wobei die Verkleidungselemente ein Infotainmentsystem umfassen und/oder die Verkleidungselemente transparent, teilweise transparent und/oder in Wirkverbindung mit Leuchtelementen ausgebildet sind.

[0037] Ein Infotainmentsystem umfasst vorteilhafterweise einen in die Ladestation integrierten Bildschirm, der sich insbesondere über nahezu die Breite der Ladestation erstreckt, um ein besonders gutes Erlebnis dem Benutzer bieten zu können. Dabei kann auch ein WLAN für den Benutzer mit angeboten werden.

[0038] Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass einzelne Ladestationen

miteinander kommunizieren bzw. zentral oder dezentral durch

entsprechende Computer gesteuert werden, so dass in Serie aufgestellte Ladestation für großflächige Präsentations- und Informationsmethoden genutzt werden können. [0039] Großflächige Touchscreen- oder Outdoor Signage-Monitore mit einer

Bildschirmbreite von insbesondere bis 1 ,5 Meter können dabei besonders bevorzugt in die Ladestation integriert werden. Dies kann einreihig oder je nach Gesamt-Bauhöhe der Ladestation auch zweireihig erfolgen.

Ebenfalls ist eine einseitig oder auch beidseitige Integration in die

Ladestation erfindungsgemäß vorgesehen.

[0040] Auch kann es vorgesehen sein, dass hintergrundbeleuchtete,

teiltransparente Elemente zum Einsatz kommen, die bedruckt oder foliert werden können.

[0041] Auch kann es vorgesehen sein, dass eine Klimatisierungseinrichtung

umfasst ist, umfassend eine Klimaanlage und/oder eine Heizeinrichtung, wobei insbesondere der Funktionsabschnitt und/oder die

Verkleidungselemente des Funktionsabschnitts Be- und

Entlüftungsschlitze umfassen.

[0042] Die Ladestation gewährleistet durch den speziellen Aufbau und Be- und Entlüftungsschlitze auch bei natürlicher Ventilation eine gute

Luftzirkulation für die integrierte Elektronik bzw. Leistungselektronik basierend auf dem Prinzip der Konvektion. Bei Bedarf bzw. je nach Klimazone des Aufstellungsortes sowie Tages- und Nachtzeit kann zudem erfindungsgemäß automatisch eine bedarfsgerechte Klimatisation aktiviert werden.

[0043] Bei extremer Kälte gewährleistet die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integrierte Heizungsanlage, bei hoher

Lufttemperatur hingegen eine optional integrierbare Klimaanlage, die Temperatur in der Energiewand auf Betriebstemperatur der Komponenten erhalten. Damit ist der Outdoor-Betrieb gewährleistet. Durch den modularen Aufbau können Komponenten der Ladestation auch in benachbarten und dafür geeigneten Bestandsobjekten untergebracht werden.

[0044] Schließlich kann vorgesehen sein, dass an oder beabstandet von dem oberen Ende der Ladestation ein flächiges Element angeordnet ist, insbesondere in einem Winkel zu dem Funktionsabschnitt zwischen 90 und 135 Grad, wobei das flächige Element insbesondere in Form eines Dachs in Schräg-, Giebel- oder in V-Form ausgeführt ist, und wobei insbesondere das flächige Elemente direkt oder indirekt mit den

Stützelementen verbunden ist.

[0045] Am höchsten Punkt der Ladestation kann sich gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung ein Witterungsschutz befinden, d.h. ein flächiges Element in Form eines Dachs. Optional wird das Dach mit beliebigem Winkel zur Ladestation zwischen 90 und 135 Grad ausgeführt. Das Dach kann als Schräg-, Giebel- oder in V-Form ausgeführt werden, und die Ladestation ohne zusätzlicher Stützen insbesondere bis zu 6,0 Meter überragen. Die tragenden Stützelemente sind, wie bereits beschrieben, in die Ladestation integriert und nehmen die statischen und dynamischen Dachlasten auf und leiten die Kräfte über die Fundamente in das Erdreich ab.

[0046] Die Regenwassersammlung und Ableitung erfolgt jeweils entlang des tiefsten Punkt des Daches, über ein bis vier senkrechte

Regenwasserrohre innerhalb der Energiewand direkt in das Kanalsystem vor Ort.

[0047] Die Dacheindeckung kann dabei des weiteren erfindungsgemäß durch Solar- und/oder Photovoltaik-Module beliebiger Ausführung erfolgen. Die Module werden an Aluminiumprofile angeschraubt. Die Aluminiumprofile sind dabei besonders bevorzugt galvanisch getrennt an den Sparren /

Querträger des Daches befestigt. Das gesamte tragende Dach wird mit oder ohne der schrägen Stützträger direkt an den Stützelementen der Ladestation befestigt.

[0048] Für die Unterseite der Dachhaut samt Dachkonstruktion gibt es

erfindungsgemäß zwei Varianten: Kommen transparente Photovoltaik- Module zum Einsatz, werden die einzelnen Module mit speziellen

Dichtungsprofilen verbunden, und es kommt kein Regenwasser durch die Dachhaut. Werden hingegen herkömmliche Solar- und/oder Photovoltaik- Module eingesetzt, werden an die Unterseite des Daches bevorzugt Trapezbleche befestigt, welche die Regenwasserableitung gewährleisten. Dieses Unterdach übernimmt den eigentlichen Witterungsschutz der überdachten Ladestation in dieser Carport-Ausführung.

[0049] Je nach Dachausführung sowie Wind- und Schneelast am jeweiligen

Standort werden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden

Erfindung zwischen Ladestation bzw. dem Fundamentabschnitt und der Dachhaut zusätzliche Lastträger in schräger Bauweise angeordnet. Damit werden selbst in dieser Bauform, die in der Gesamterscheinung einem Carport gleichkommt, die vollüberdachten Stellplätze nicht durch sonst übliche Seitensteher oder Wände in Funktionalität und Größe

beeinträchtigt.

[0050] Alle Komponenten der erfindungsgemäßen Ladestation werden gemäß einer Ausführungsform bevorzugt aus den Fabriken der Hersteller montagefertig geliefert und fertig vorkonfiguriert. Durch den modularen Aufbau und die industrielle Fertigung samt Vormontage bzw.

Konfektionierung kann die Ladestation mit wenig Personal- und

Spezialwerkzeug- und Maschineneinsatz errichtet und in Betrieb genommen werden.

[0051] In den Figuren ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung beispielhaft darstellt. Es ist dabei offensichtlich, dass die Maße der Vorrichtung und deren Geometrie von dem gezeigten Beispiel abweichen können und zudem die Anordnung der gezeigten Elemente rein beispielhaft zu verstehen ist.

[0052] Figur 1 zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladestation in einer seitlichen Schnittansicht; und Figur 2 zeigt die

Ladestation aus Figur 1 teilweise ohne Verkleidungselemente in einer Frontalansicht.

[0053] In den Figuren 1 und 2 ist eine Ladestation 1 gemäß einer

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Ladestation 1 umfasst dabei einen Fundamentabschnitt 3 und einen Funktionsabschnitt 5. Der Fundamentabschnitt 3 ist dabei unterhalb des Bodenniveaus 7 beginnend angeordnet und erstreckt sich über das Bodenniveau 7 nach oben. Die funktionalen Elemente der Ladenstation 1 sind dabei ausschließlich in dem Funktionsabschnitt 7 angeordnet, so dass diese vor Beschädigungen geschützt sind.

[0054] Die Ladestation 1 umfasst dabei ein flächiges Element 9 in Form eines Dachs, welches Photovoltaikmodule 11 umfasst, die auf einer

Stützkonstruktion 13 angeordnet sind

[0055] Je nach Belastung des Dachs 9 durch z.B. Wind- und/oder Schneelasten kann zudem vorgesehen sein, dass schrägen Lastträger 15 zum Einsatz kommen, die mit den Stützelement 21 , 23, die in Figur 2 gezeigt sind, verbunden sind. Diese schrägen Lastträger 15 dienen dabei dem weiteren Lastabtrag der auf das Dach 9. Die Stützelemente 21 , 23 selbst sind wiederum mit Trägerelementen 20, 22 verbunden, die im

Fundamentabschnitt 3 angeordnet sind. Die Trägerelemente 20, 22 sind dabei in Form von Stahl-I-Trägern ausgebildet und ggf. mehrere Meter tief ins Erdreich eingebracht. Zwischen den Trägerelemente 20, 22 ist dabei ein Betonfundament 25 angeordnet. [0056] Zum Laden von Elektroautos ist ein Ladekabel 17 vorgesehen. Diese ist, ebenso wie die anderen funktionalen Elemente wie ein nicht gezeigter elektrischer Energiespeicher, die Leistungselektronik, etc. im

Funktionsabschnitt 7 zwischen den Stützelementen 21 , 23 angeordnet.

[0057] Ein großer Bildschirm 19 dient optional der Kommunikation dem Benutzer.

Hier kann der Benutzer Informationen über sein Kundenaccount abrufen, Videokonferenzen durchführen, in Kontakt mit dem Betreiber der

Ladestation treten, etc.

[0058] Die in der voranstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den

Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.