Die Erfindung betrifft eine Ladestation für Stromverbraucher, insbesondere für Elektrofahrzeuge. Ferner betrifft sie ein Kabelaufrollsystenn für eine derartige Ladestation sowie ein Verfahren zum Laden von Stromverbrauchern.

Elektrische Ladestationen, mit denen Stromverbrauchern bzw. Speicherzellen (Batterien) innerhalb von Stromverbrauchern elektrische Energie zugeführt werden kann, werden insbesondere für Elektrofahrzeuge benötigt. Bekannte

Ladestationen enthalten dabei eine Steckdose, in welche der Stecker eines vom Verbraucher (Fahrzeug) ausgehenden Kabels eingesteckt werden kann.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative Mittel zur Übertragung von elektrischer Energie an Stromverbraucher

bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 2, durch ein Kabelaufrollsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 3, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Erläuterungen und Definitionen, die für eine Ausführungsform der Erfindung dargelegt werden, gelten dabei analog auch für alle Ausführungsformen.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Ladestation für

Stromverbraucher, insbesondere für Elektrofahrzeuge, welche mindestens ein Kabelaufrollsystem mit einem Ladekabel enthält, in dem das Ladekabel bei Nichtgebrauch aufgewahrt ist, wobei a) das Kabelaufrollsystem auswechselbar in der Ladestation angeordnet ist; b) das Ladekabel über einen abwärts geneigten Kanal aus der Ladestation geführt wird, der bei Nichtgebrauch durch eine Klappe verschlossen ist; c) nach Initiierung eines Ladevorganges eine vorgegebene Länge des

Ladekabels vom Kabelaufrollsystem abgerollt wird; d) ein automatisches Aufrollen des Ladekabels gestoppt wird, wenn eine

vorgegebene Einzugskraft überschritten wird, wobei nach einem

automatischen Stoppen des Einziehens ein Abrollvorgang erfolgt und wobei das Aufrollen mehrfach nach einem Stoppen und einer Pause wieder neu begonnen wird.

Die Merkmale c) und d) werden vorzugsweise mit Hilfe einer entsprechend ausgestalteten bzw. programmierten Steuereinheit der Ladestation verwirklicht.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Ladestation für

Elektrofahrzeuge. Die Ladestation enthält dabei mindestens ein

Kabelaufrollsystem mit einem Ladekabel und einer Wickeleinheit, auf welcher das Ladekabel bei Nichtgebrauch aufgewickelt ist.

Über das Ladekabel können elektrische Energie und/oder elektrische Signale an den Stromverbraucher übertragen werden. Zu diesem Zweck enthält das

Ladekabel vorzugsweise an seinem freien Ende eine (standardisierte) Kupplung, mit der eine Steckverbindung zu den elektrischen Einrichtungen des Stromverbrauchers hergestellt werden kann.

Die Wickeleinheit kann auf verschiedene Weise ausgestaltet werden und dient dazu, durch mehrfaches Wickeln des Kabels um einen Kern herum die Kabellänge bei Nichtgebrauch auf kompaktem Raum unterzubringen. Insbesondere kann es sich bei der Wickeleinheit um eine Kabeltrommel handeln, bei welcher das Kabel auf eine (kreis-) zylindrische Achse gewickelt wird. Korrespondierend zu den Ladestationen umfasst die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt ein Kabelaufrollsystem für eine Ladestation, wobei das

Kabelaufrollsystem ein Ladekabel und eine Wickeleinheit enthält, auf welcher das Ladekabel bei Nichtgebrauch aufgewickelt ist, wobei ein automatisches Aufwickeln des Ladekabels gestoppt wird, wenn eine vorgegebene Einzugskraft überschritten wird. Das Kabelaufrollsystem stellt eine separate (d. h. selbstständig herstellbare und verkaufsfähige) Einheit dar, welche in Ladestationen unterschiedlichen Typs eingesetzt werden kann.

Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden von Stromverbrauchern, insbesondere von Elektrofahrzeugen, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Abwickeln eines Ladekabels von einem Kabelaufrollsystem einer

Ladestation. b) Aufladen des Stromverbrauchers über das Ladekabel. c) Aufwickeln des Ladekabels auf dem Kabelaufrollsystem.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwickeln des Ladekabels gemäß Schritt c) gestoppt wird, wenn eine vorgegebene Einzugskraft

überschritten wird.

Die Ladestationen, das Kabelaufrollsystem und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung haben zum einen den Vorteil, dass sie ein flexibles Ladekabel (ausreichender Länge) an einer Ladestation bereitstellen, so dass ein derartiges Kabel nicht mehr von jedem Stromverbraucher mitgeführt werden muss. Da die Zahl der Stromverbraucher typischerweise sehr viel größer ist als die Zahl der Ladestationen, lassen sich auf diese Weise erhebliche Einsparungen in Material, Gewicht, und Kosten erzielen. Das Ladekabel und die dazugehörigen Einrichtungen (z. B. die Kupplung) an der Ladestation können ferner in bester Qualität ausgerüstet werden, so dass sie alle an sie gestellten Anforderungen erfüllen. Des Weiteren ist von Vorteil, dass ein Kabelaufrollsystem vorgesehen ist, durch welches das typischerweise einige Meter lange Ladekabel bei Nichtgebrauch kompakt und in geordneter Weise aufbewahrt wird. Durch

Unterbringung des Kabelaufrollsystems in der Ladestation kann ferner das

Ladekabel bei Nichtgebrauch vor Witterungseinflüssen, unautorisierten Zugriff und dergleichen geschützt werden.

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung

beschrieben, welche sowohl in Verbindung mit den Ladestationen, dem

Kabelaufrollsystem, als auch dem Verfahren angewendet werden können.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform enthält das Ka bei a ufroll System einen (vorzugsweise elektrischen) Motor zum automatischen Aufwickeln und/oder Abwickeln des Ladekabels von der Wickeleinheit. Durch die Verwendung eines Motors können sowohl der Bedienungskomfort als auch die Sicherheit des

Systems erhöht werden, da ein Nutzer nicht mehr durch eigene Kraftanstrengung Ladekabel ab- oder aufwickeln muss, und da ein ordnungsgemäßes Aufwickeln automatisch sichergestellt werden kann.

Bei einer Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist eine Steuereinheit (in der Ladestation und/oder im Kabelaufrollsystem) vorgesehen, welche den Betrieb des Motors und/oder die Übertragung elektrischer Energie bzw. elektrischer Signale über das Ladekabel koordiniert. Die Steuereinheit kann beispielsweise durch einen Mikroprozessor realisiert werden und überwachen, dass elektrische Energie nur bei abgerolltem Ladekabel über dieses übertragen werden kann. Ferner kann sie bestimmte "Verhaltensweisen" beim Abwickeln oder Aufwickeln des Ladekabels steuern.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, welche insbesondere in Kombination mit der vorstehend genannten Steuereinheit realisiert werden kann, wird nach Initiierung eines Ladevorganges eine vorgegebene Länge des

Ladekabels vom Kabelaufrollsystem abgewickelt. Die Initiierung des

Ladevorganges erfolgt dabei durch vorgegebene Ereignisse, beispielsweise durch die Betätigung eines Schalters durch einen Nutzer und/oder durch eine

elektronisch gesteuerte Autorisierung des Nutzers. Nach einer derartigen

Initiierung kann dann durch Abwickeln ein Stück des Ladekabels, beispielsweise mit einer Länge von etwa einem halben Meter, aus dem Inneren des

Kabelaufrollsystems bzw. der Ladestation herausgeführt werden, so dass es für den Nutzer zugänglich wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird nach Initiierung eines Ladevorganges ein manuelles Abwickeln des Ladekabels vom Kabelaufrollsystem freigegeben (wobei ein solches manuelles Abwickeln vor der Freigabe durch eine Arretierung blockiert war). Ein Nutzer kann dann die von ihm benötigte Länge des Ladekabels von dem Kabelaufrollsystem abziehen und das Ladekabel an den Stromverbraucher anschließen. Vorzugsweise wird dies mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kombiniert, so dass nach Initiierung eines Ladevorganges zunächst eine vorgegebene Länge des Ladekabels automatisch abgewickelt und dann das weitere manuelle Abwickeln des Ladekabels freigegeben wird.

Um bei einem manuellen Abwickeln des Ladekabels ein ungewolltes Nachlaufen des Kabels aufgrund von mechanischen Trägheiten zu verhindern, enthält das Kabelaufrollsystem vorzugsweise einen Brems- oder Dämpfungsmechanismus, welcher die Abwickelgeschwindigkeit des Ladekabels begrenzt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird nach Abschluss eines Ladevorganges und/oder auf die Anweisung eines Nutzers hin ein automatisches Aufrollen des Ladekabels in das Kabelaufrollsystem gestartet. Durch ein automatisches Aufrollen kann sichergestellt werden, dass das Ladekabel nach jedem Ladevorgang ordnungsgemäß wieder eingezogen ist.

Gemäß einer Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Aufrollen des Ladekabels gestoppt, wenn eine vorgegebene Einzugskraft überschritten wird. So kann verhindert werden, dass es zu Beschädigungen am Ladekabel, an Gegenständen seiner Umgebung, oder gar zu Verletzungen eines Nutzers kommen kann. Das automatische Aufrollen des Ladekabels kann nach dem beschriebenen Stoppen (und vorzugsweise dem Abwarten einer

vorgegebenen Pause) optional wieder begonnen werden, um den Aufrollvorgang abzuschließen, falls das der erhöhten Einzugskraft zugrunde liegende Problem behoben wurde. Ein solches Stoppen und erneutes Beginnen des Aufrollens kann weiterhin mehrfach wiederholt werden, gegebenenfalls mit Pausen variierender Länge. Ferner kann nach einem automatischen Stoppen des Einziehens optional ein kurzer Abwickelvorgang erfolgen, um eventuell mit dem Ladekabel

eingezogene Gegenstände wieder freizugeben.

Die Ladestation kann optional eine Temperaturüberwachung enthalten, welche bei Überschreiten eines vorgegebenen Temperatur-Grenzwertes die Leistungsübertragung über das Ladekabel reduziert (auf einen geringeren Wert oder auf Null). Auf diese Weise kann verhindert werden, dass es während eines

Ladevorganges zu einer für die Geräte schädlichen oder gar für einen Benutzer gefährlichen Überhitzung kommt.

Das Kabelaufrollsystem ist vorzugsweise auswechselbar in der Ladestation angeordnet. Es kann dann für Wartungs- oder Reparaturzwecke problemlos und schnell gegen ein neues Kabelaufrollsystem ausgetauscht werden. Des Weiteren können auf diese Weise Kabelaufrollsysteme modular mit Ladestationen

zusammengefügt werden. Um die Auswechselbarkeit zu ermöglichen, sind elektrische Verbindungen zwischen dem Kabelaufrollsystem und der Ladestation vorzugsweise als Steckverbindungen ausgeführt. Des Weiteren kann die

Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale von der

Ladestation auf das Ladekabel vorzugsweise über Schleifkontakte erfolgen, welche eine Drehung der Wickeleinheit im Kabelaufrollsystem relativ zur

Ladestation ermöglichen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Ladekabel durch einen abwärts geneigten Kanal aus der Ladestation herausgeführt. Durch die Abwärtsneigung des Kanals wird verhindert, dass Feuchtigkeit und/oder Schmutz in das Innere der Ladestation gelangen können, da diese aufgrund der

Schwerkraft tendenziell aus dem Kanal herausgezogen werden. Des Weiteren kann das Ladekabel über einen Schmutz- und Feuchtig keitsabstreifer aus der Wickeleinheit des Kabelaufrollsystems nach außen geführt werden. Beim Aufrollen des Kabels können dann am Kabel haftender Schmutz oder Nässe mechanisch entfernt werden, bevor sie ins Innere des Kabelaufrollsystems gelangen können. Zusätzlich oder alternativ kann das Ladekabel innerhalb des Kabelaufrollsystems auch in einer Kapsel und/oder Wanne angeordnet sein, durch welche es vom Rest der Ladestation und den darin befindlichen elektrischen Einrichtungen getrennt ist.

Des Weiteren kann am tiefsten Punkt des Kanals, durch welchen das Ladekabel von der Kabelaufrollstation nach außen geführt wird, ein Abfluss vorgesehen sein, durch den Schmutz und/oder Feuchtigkeit den Kanal (und damit die Ladestation) wieder verlassen können.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Ladekabel über einen Kanal aus der Ladestation geführt, der bei Nichtgebrauch durch eine Klappe verschlossen ist. Bei dem Kanal kann es sich insbesondere um einen abwärts geneigten Kanal der vorstehend beschriebenen Art handeln. Des Weiteren ist die Klappe vorzugsweise mit einer Steuerung der Ladestation verbunden, so dass sie nach (erfolgreicher) Initiierung eines Ladevorganges automatisch entriegelt und/oder geöffnet wird bzw. nach Abschluss eines Ladevorganges automatisch geschlossen und/oder verriegelt wird.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der beigefügten Figur beispielhaft näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch in einer seitlichen Schnittansicht eine Ladestation mit einem erfindungsgemäßen Kabelaufrollsystem.

Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind bisher so konzipiert, dass sie über eine Steckdose verfügen, mit welcher das Kabel eines aufzuladenden Elektro- fahrzeuges verbunden werden kann. Demgegenüber ist bei der in der Figur schematisch dargestellten Ladestation 200 für Elektrofahrzeuge das

Ladekabel 104 mit einer daran befindlichen Ladekupplung 105 in die Ladestation integriert. Dazu ist ein Kabelaufrollsystem 100 vorgesehen, durch welches das Ladekabel 104 bei Nichtgebrauch innerhalb der Ladestation sicher vor

unautorisiertem Zugriff verstaut ist.

Das Kabelaufrollsystem 100 stellt eine Komponente der Ladestation 200 dar. Typischerweise verfügt eine Ladestation 200 über zwei (oder mehr) unabhängig voneinander nutzbare Kabelaufrollsysteme 100 (nur eines ist in der Figur erkennbar). Die Kabelaufrollsysteme 100 und die Ladestation 200 sind dabei so konzipiert, dass die Kabelaufrollsysteme im oberen Bereich einer Ladestation integriert werden können. Der dafür vorzusehende Bauraum hat vorzugsweise standardisierte Abmessungen, welche dem Hersteller der Ladestation über entsprechende (z. B. 3D CAD-Daten) zur Verfügung gestellt werden können.

Das Kabelaufrollsystem 100 umfasst eine Wickeleinheit 103, beispielsweise nach Art einer Kabeltrommel, auf deren Achse das Ladekabel 104 bei Nichtgebrauch aufgewickelt ist. Mit seinem ersten (nicht freien) Ende ist das Ladekabel elektrisch in einer Klemmstelle (nicht dargestellt) an der Wickeleinheit 103 mit

Schleifkontakten (nicht dargestellt) oder dergleichen verbunden, über welche die Energie- und Signalübertragung aus dem Bereich der Energieverteilung der Ladestation erfolgen kann.

Die Wickeleinheit 103 ist weiterhin mit einem (Elektro-) Motor 102 gekoppelt, über den durch eine entsprechende Drehbewegung das Ladekabel auf- oder abgewickelt werden kann. Der Motor 102 kann wie dargestellt Teil des

Kabelaufrollsystems 100 oder aber alternativ ein Teil der Ladestation 200 sein. Der Motor 102 wird von einer Steuereinheit 101 angesteuert, welche seinen Betrieb mit den Vorgängen in der Ladestation 200 koordiniert. Auch diese

Steuereinheit 101 kann ganz oder teilweise zum Kabelaufrollsystem 100 oder zur Ladestation 200 gehören.

An seinem freien Ende trägt das Ladekabel 104 eine Ladekupplung 105, welche mit einem entsprechenden Stecker am Elektroauto (nicht dargestellt) gekoppelt werden kann.

Der Kabelausgang aus der Ladestation 200 ist vorzugsweise wie dargestellt durch einen roh rförm igen, abwärts geneigten Kanal 202 realisiert, welcher mit einer elektromechanisch betätigten Klappe 203 nach außen hin verschließbar ist.

Innerhalb dieses Kanals 202 findet die Ladekupplung 105 ihre Ruheposition, wenn das Ladekabel 104 wie dargestellt vollständig aufgewickelt ist. Des Weiteren ist in der Figur erkennbar, dass am Übergang des Kanals 202 ins Innere der Ladestation 200 ein Schmutzabstreifer 205 vorgesehen ist, welcher beispielsweise aus elastischen, am Ladekabel 104 anliegenden Lippen und/oder Borsten besteht und durch den das Ladekabel 104 geführt wird. Eventuell anhaftender Schmutz und Feuchtigkeit werden so beim Aufwickeln vom Ladekabel getrennt.

Des Weiteren ist an einem tiefen bzw. dem tiefsten Punkt des Kanals 202 ein Auslass 204 vorgesehen, durch welchen die Ansammlung von Schmutz und Wasser innerhalb des Kanals verhindert wird.

Ein typischer Benutzungsvorgang läuft an der Ladestation 200 gemäß den folgenden Prozessschritten ab:

Ein Nutzer meldet sich am System der Ladestation 200 an und wird zur Nutzung des Ladesystem autorisiert. Dadurch erfolgt eine Freischaltung des Ladesystems bzw. eine Initiierung des Ladevorganges.

Die Klappe 203 am rohrförmigen Kanal 202 wird geöffnet.

Eine vorgegebene Länge von beispielsweise 0,5 m des Ladekabels 104 wird durch Ansteuerung des Motors 102 automatisch abgewickelt, so dass die Ladekupplung 105 aus dem Kanal 202 herausgefahren und für den Nutzer zugänglich wird.

Die Abwicklung wird gestoppt und das Ladekabel 104 wird in der erreichten Position gehalten.

Sodann kann durch den Nutzer ein manuelles, teilweises oder vollständiges Herausziehen des Ladekabels 104 erfolgen und die Kontaktierung der Ladekupplung 105 mit dem Fahrzeug.

Das Fahrzeug wird geladen.

Während des Ladens erfolgt eine Temperaturüberwachung im Kabelaufrollsystem mit Hilfe von Temperatursensoren (nicht dargestellt). Bei Überschreitung einer vorgegebenen Temperaturschwelle wird eine

Reduzierung der Ladeleistung über die Steuerung der Ladestation veranlasst.

Durch ein Signal aus dem Fahrzeug wird der Ladevorgang beendet.

Das Ladekabel 104 wird durch den Motor 102 eingezogen. Dabei erfolgt der Einzug mit einer Kraftbegrenzung, um Verletzungen zu vermeiden.

Nach Erreichen der Endlage der Ladekupplung wird der Aufrollvorgang beendet.

Die Klappe 203 wird wieder verschlossen.

Vorzugsweise wird ein automatisches Aufrollen des Ladekabels gestoppt, wenn eine vorgegebene Einzugskraft überschritten wird, wobei die Einzugskraft beispielsweise über einen geeigneten Sensor und/oder die Messung der

Leistungsaufnahme des Motors festgestellt werden kann. Weiterhin kann nach einem automatischen Stoppen des Einziehens optional ein kurzer

Abwickelvorgang erfolgen und/oder das Aufrollen kann mehrfach nach einem Stoppen und einer Pause wieder neu begonnen werden.

Das Kabelaufrollsystem 100 ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass es im

Servicefall einfach ausgetauscht werden kann. Zu diesem Zweck werden alle elektrischen Anschlüsse vorzugsweise mit Steckverbindungen versehen.

Sollten Schmutz und Feuchtigkeit nicht in ausreichendem Maße über die

Abstreifer 205 entfernt werden können, so kann zusätzlich oder alternativ eine Hülle oder ein Auffangbecken um die Wickeleinheit 103 herum vorgesehen werden, um zu verhindern, dass Schmutz oder Feuchtigkeit die Elektro- installationskomponenten erreichen.

Beim manuellen Ausziehen des Ladekabels wird die Drehbewegung des

Aufrollsystems vorzugsweise leicht gebremst, damit bei schnellem ruckartigem Auszug kein Nachlaufen stattfindet, bei dem das Kabel aus der Spule

herausspringen könnte. Falls durch den Nutzer versucht wird, das Kabel (bei Stopp des Antriebs) in die Ladesäule zurückzuschieben, darf das Kabel nicht von der Wickeleinheit 103 abspringen. Zu diesem Zweck sind die seitlichen

Begrenzungswände der Wickeleinheit entsprechend auszulegen.

Zusammenfassend wird durch das beschriebene Kabelaufrollsystem 100 und die Ladestation 200 ein Ladesystem mit den folgenden Merkmalen bzw. Funktionen realisiert:

Aufbewahrung des Ladekabels.

Kontaktierung des Ladekabels mit dem Aufrollsystem.

Kontaktierung des Aufrollsystems zur Elektroinstallation und zur Steuerung der Ladestation.

Abwickeln des Kabels auf Anforderung.

Halten des Kabels nach teilweise Abwicklung (ca. 0,5 m).

Freigeben des Ladekabels bei manuellem Zug.

Motorische Aufwicklung des Ladekabels, sobald die Steckvorrichtung vom Fahrzeug getrennt wurde (Signal kommt von der Steuerung der Ladestation.)

Temperaturüberwachung im Aufrollsystem.

Servicefreundliche Austauschmöglichkeit.

Kraftbegrenzung, um Verletzungen zu vermeiden.

Mehrmaliges, erneutes Starten des Aufrollmechanismus nach

Kraftüberschreitung in parametrierbaren Zeitabständen.

Erkennung der Endlage.

Kapselung von Verschmutzung und Feuchtigkeit.