DE102019201715A1 - Charging station for electric vehicles - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine netzunabhänige Ladestation (10) für Elektrofahrzeuge mit einer Ladesäule (12), an welcher ein Elektrofahrzeug geladen werden kann, und mit einem elektrischen Energiespeicher (14).Erfindungsgemäß ist vorgesehen,- dass eine Brennstoffzelle (40) vorgesehen ist, welche den Primärenergiebedarf deckt und über einen Laderegler (18) mit dem Energiespeicher (14) verbunden ist,- dass der Energiespeicher (14) mit der Ladesäule (12) verbunden ist und diese mit elektrischer Energie versorgen kann,- dass die Ladestation (10) samt Brennstoffzelle (40), Laderegler (18), Energiespeicher (14) und Ladesäule (12) in einem transportablen Gehäuse (16), insbesondere einem Container (17), angeordnet und dadurch mobil sind.Hierdurch ist ein von einem Stromnetz unabhängiger und an nahezu jedem Ort einsetzbarer Betrieb möglich, wodurch insbesondere Rettungsmaßnahmen erleichtert werden.The invention relates to a network-independent charging station (10) for electric vehicles with a charging column (12) at which an electric vehicle can be charged, and with an electrical energy store (14). According to the invention, it is provided that a fuel cell (40) is provided which covers the primary energy requirement and is connected to the energy store (14) via a charge controller (18), - that the energy store (14) is connected to the charging column (12) and can supply it with electrical energy, - that the charging station (10) together The fuel cell (40), charge controller (18), energy storage device (14) and charging column (12) are arranged in a transportable housing (16), in particular a container (17), and are therefore mobile Operation possible at any location, which in particular facilitates rescue measures.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladestation für Elektrofahrzeuge mit einer Ladesäule, an welcher ein Elektrofahrzeug geladen werden kann, und mit einem elektrischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein selbstfahrendes Nutzfahrzeug oder einen Anhänger mit einer solchen Ladestation, die insbesondere als mobile Ladestation in Parkbuchten kurzfristig, ohne zusätzliche Intrastruktur, aufstellbar ist.The invention relates to a charging station for electric vehicles with a charging station at which an electric vehicle can be charged, and with an electrical energy storage device according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a self-propelled utility vehicle or a trailer with such a charging station, which is especially designed as a mobile Charging station can be set up in parking bays at short notice, without additional infrastructure.

Elektrofahrzeuge nehmen vermehrt am Straßenverkehr teil und tragen dazu bei, die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Derartige Elektrofahrzeuge besitzen heutzutage bereits Reichweiten von mehreren hundert Kilometern. Auch nimmt die Fähigkeit derartiger Elektrofahrzeuge zu, schnell geladen werden zu können. Trotzdem können Situationen auftreten, wie beispielsweise ein langer Stau, bei denen Elektrofahrzeuge mit niedrigem Ladestand in Schwierigkeiten kommen können. Längere Staus, insbesondere im Winter, erfordern viel elektrische Energie, selbst wenn das Elektrofahrzeug steht. Dauert der Stau zu lange und ist die Batterie entladen, ist ein Bewegen oder sogar ein Abschleppen eines derartigen Elektrofahrzeugs nicht oder nur sehr schwierig möglich, wodurch ein nicht zu unterschätzendes Verkehrshindernis entstehen kann. Ein Aufladen der Batterie vor Ort ist aufgrund der hohen erforderlichen Ladeleistung üblicherweise nicht möglich, da ein Anschluss an ein öffentliches Stromnetz nicht überall besteht.Electric vehicles are increasingly taking part in road traffic and helping to reduce pollutant emissions. Such electric vehicles already have ranges of several hundred kilometers. The ability of such electric vehicles to be able to be charged quickly is also increasing. Even so, situations can arise, such as a long traffic jam, in which electric vehicles with a low charge level can get into trouble. Longer traffic jams, especially in winter, require a lot of electrical energy, even when the electric vehicle is stationary. If the traffic jam lasts too long and the battery is discharged, moving or even towing such an electric vehicle is not possible or only possible with great difficulty, which can result in a traffic obstacle that should not be underestimated. Charging the battery on site is usually not possible due to the high charging power required, since a connection to a public power grid is not available everywhere.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform einer Ladestation für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, die insbesondere ein ortsunabhängiges Laden eines Elektrofahrzeugs ermöglicht. The invention is based on the object of providing an improved or at least different embodiment of a charging station for electric vehicles which, in particular, enables an electric vehicle to be charged from any location.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the independent claim. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, als elektrische Primärenergiequelle für die Ladestation eine Brennstoffzelle vorzusehen und diese in die Ladestation zu integrieren und die Ladestation zugleich mobil und transportabel auszubilden, um sie flexibel an unterschiedlichste Einsatzorte transportieren zu können. Erfindungsgemäß ist dazu eine Brennstoffzelle vorgesehen, die den Primärenergiebedarf der Ladestation deckt und über einen Laderegler mit einem Energiespeicher verbunden ist, wobei der Energiespeicher mit der Ladesäule verbunden ist und diese mit elektrischer Energie versorgen kann. Die Ladestation samt Brennstoffzelle, Laderegler, Energiespeicher und Ladesäule sind dabei in einem transportablen Gehäuse, insbesondere einem Container, angeordnet und dadurch mobil. Durch den Einsatz der Brennstoffzelle ist es unabhängig von einem öffentlichen Stromnetz und dessen Leistungsfähigkeit möglich, den Primärenergiebedarf der Ladestation zu decken und beim Schnellladen eines Elektrofahrzeugs zusätzlich noch auf den Energiespeicher als Sekundärenergielieferant zurückzugreifen. Hierdurch ist es erstmals möglich, liegengebliebene Elektrofahrzeuge vor Ort mit elektrischer Energie zu versorgen und wieder fahrtauglich zu machen und zwar unabhängige vom jeweiligen Ort des Liegebleibens.The invention is based on the general idea of providing a fuel cell as the primary electrical energy source for the charging station and integrating it into the charging station and making the charging station mobile and transportable at the same time in order to be able to transport it flexibly to a wide variety of locations. According to the invention, a fuel cell is provided for this purpose, which covers the primary energy requirement of the charging station and is connected to an energy store via a charge controller, the energy store being connected to the charging column and being able to supply it with electrical energy. The charging station including the fuel cell, charge regulator, energy storage device and charging column are arranged in a transportable housing, in particular a container, and are therefore mobile. By using the fuel cell, it is possible to cover the primary energy requirements of the charging station independently of a public power grid and its capacity and to use the energy storage as a secondary energy supplier when fast charging an electric vehicle. This makes it possible for the first time to supply broken-down electric vehicles with electrical energy on site and make them fit to drive again, regardless of where they were left behind.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist beispielsweise vorgesehen, dass die Brennstoffzelle eine elektrische Leistung von ca. 100 - 450 kW liefert. Der Energiespeicher kann ebenfalls eine Leistung von 100 - 450 kW aufweisen. Die Brennstoffzelle dient dabei der Grundlastabdeckung und produziert bei Bedarf durchgehend Strom.In an advantageous development of the invention, it is provided, for example, that the fuel cell supplies an electrical power of approx. 100-450 kW. The energy store can also have an output of 100-450 kW. The fuel cell serves to cover the base load and produces electricity continuously when required.

In der Beschreibung und den Ansprüchen wird unter einem Elektrofahrzeug ein Fahrzeug verstanden, das zumindest teilweise durch einen Elektromotor angetrieben wird und einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine wieder aufladbare Batterie, aufweist.In the description and the claims, an electric vehicle is understood to mean a vehicle that is at least partially driven by an electric motor and has an electrical energy store, for example a rechargeable battery.

In der Beschreibung und den Ansprüchen wird unter einem Energiespeicher insbesondere ein Speicher für elektrische Energie verstanden.In the description and the claims, an energy store is understood to mean, in particular, a store for electrical energy.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Brennstoffzelle eine Zapfeinrichtung zur Abgabe von Wasserstoff vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, gleichzeitig nicht nur eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, sondern auch eine Tankstelle für Brennstoffzellenfahrzeuge bereitzustellen und damit alternative Antriebssysteme zu verbreiten. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass mittels der erfindungsgemäßen Ladestation nicht nur liegengebliebene Elektrofahrzeuge, sondern auch liegen gebliebene Brennstoffzellenfahrzeuge wieder fahrbereit gemacht werden können.In an advantageous further development of the invention it is provided that a dispensing device for dispensing hydrogen is provided on the fuel cell. This makes it possible to provide not only a charging station for electric vehicles, but also a filling station for fuel cell vehicles at the same time and thus to disseminate alternative drive systems. It is particularly advantageous that, by means of the charging station according to the invention, not only electric vehicles that have broken down, but also broken down fuel cell vehicles can be made ready to drive again.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Wasserstofferzeugungseinrichtung zumindest zur Versorgung der Brennstoffzelle mit Wasserstoff vorgesehen ist. Eine derartige Wasserstofferzeugungseinrichtung kann beispielsweise ein Reformer oder ein Cracker sein, wobei beispielsweise „Green Ammoniak“ als Ausgangsstoff verwendet wird. Dieser kann problemlos in Tankwagen transportiert werden. Der Ammoniak wird entweder Gasflaschen entnommen oder einem großen Gastank und in einem Ammoniakspalter gespalten. Hierdurch kann ein bequemes Handling erreicht werden. Bei der Dampfreformierung beispielsweise wird aus Kohlenwasserstoffen Wasserstoff erzeugt. Als Rohstoff wird vorzugsweise Erdgas oder Biomasse verwendet.In a preferred development it is provided that a hydrogen generating device is provided at least for supplying the fuel cell with hydrogen. Such a hydrogen generation device can be, for example, a reformer or a cracker, with “green ammonia” being used as the starting material, for example. This can easily be transported in tank trucks. The ammonia is either taken from gas bottles or a large gas tank and split in an ammonia splitter. Comfortable handling can hereby be achieved. In steam reforming, for example, hydrogen is generated from hydrocarbons. As The preferred raw material is natural gas or biomass.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Energiespeicher zumindest teilweise second life Batterien aufweisen/sind. Hierdurch können eine Ressourcenschonung und ein verbessertes Recycling von Altbatterien erreicht werden.In an advantageous development, it is provided that the energy storage device has / are at least partially second life batteries. In this way, resource conservation and improved recycling of old batteries can be achieved.

Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Ladestation für die Ladesäule einen Kfz-Regler aufweist, der Kfz-Regler eine galvanische Trennung aufweist. Durch diese galvanische Trennung kann die Sicherheit für den Fahrer, der sein Elektrofahrzeug an der Ladesäule auflädt, erhöht werden. Aufgrund der hohen Leistungen könnten sich ansonsten ungewollte Potentiale aufbauen, die den Fahrer der Elektrofahrzeuge gefährden könnten.One advantageous possibility provides that the charging station for the charging station has a motor vehicle controller, the motor vehicle controller has galvanic isolation. This galvanic isolation can increase the safety for the driver who charges his electric vehicle at the charging station. Due to the high performance, otherwise unwanted potential could build up that could endanger the driver of the electric vehicle.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention emerge from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.

Die einzige 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ladestation.The only 1 shows a charging station according to the invention.

Entsprechend der einzigen 1 weist eine erfindungsgemäße Ladestation 10 eine Ladesäule 12 auf, an welcher ein nicht dargestelltes Elektrofahrzeug geladen werden kann, sowie einen Energiespeicher 14. Dem Energiespeicher 14 ist ein Laderegler 18 zugeordnet, über welchen der Energiespeicher 14 geladen werden kann. Darüber hinaus ist ein Kfz-Laderegler 20 vorgesehen sein, welcher über die Ladesäule 12 mit dem Elektrofahrzeug verbunden werden kann, um dieses aufzuladen. Der Kfz-Laderegler 20 weist eine galvanische Trennung auf, wodurch eine sehr hohe Betriebssicherheit erreicht werden kann.According to the only one 1 has a charging station according to the invention 10 a charging station 12th on which an electric vehicle (not shown) can be charged, as well as an energy store 14th . The energy storage 14th is a charge controller 18th assigned over which the energy storage 14th can be loaded. In addition, there is a car charge controller 20th be provided, which over the charging station 12th can be connected to the electric vehicle to charge it. The vehicle charge regulator 20th has a galvanic isolation, whereby a very high operational safety can be achieved.

Erfindungsgemäß ist eine Brennstoffzelle 40 vorgesehen ist, die den Primärenergiebedarf (elektrischer Grundbedarf) der Ladestation 10 deckt und mit dem Laderegler 18 und über diesen mit dem Energiespeicher 14, dem Laderegler 20 und der Ladesäule 12 verbunden ist. Die Ladestation 10 weist zumindest eine Ladesäule 12 auf, welche über den Energiespeicher 14 und über die Brennstoffzelle 40 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Durch den Einsatz der Brennstoffzelle 40 ist es unabhängig von anderen Energiequellen möglich, den Primärenergiebedarf der Ladestation 10 zu decken, wobei beim Schnellladen eines Elektrofahrzeugs zusätzlich noch auf den Energiespeicher 14 als Sekundärenergielieferant zurückgegriffen werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennstoffzelle 40 eine elektrische Leistung von ca. 100 - 450 kW liefert. Der Energiespeicher 14 kann dabei ebenfalls eine Leistung von 100 - 450 kW aufweisen.According to the invention is a fuel cell 40 it is provided that the primary energy requirement (basic electrical requirement) of the charging station 10 covers and with the charge controller 18th and over this with the energy storage 14th , the charge controller 20th and the charging station 12th connected is. The charging station 10 has at least one charging station 12th on what about the energy storage 14th and about the fuel cell 40 can be supplied with electrical energy. Through the use of the fuel cell 40 it is possible to use the charging station's primary energy requirement independently of other energy sources 10 to cover, with the fast charging of an electric vehicle also on the energy storage 14th can be used as a secondary energy supplier. It is provided that the fuel cell 40 delivers an electrical output of approx. 100 - 450 kW. The energy storage 14th can also have an output of 100-450 kW.

Weiter ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Ladestation 10 samt Brennstoffzelle 40, Laderegler 18, Energiespeicher 14, Laderegler 20 und Ladesäule 12 in einem Gehäuse 16, insbesondere einem Container 17, angeordnet und dadurch mobil sind. „Mobil“ soll in diesem Fall bedeuten, dass das Gehäuse 16 bzw. der Container 17 mit einem selbstfahrenden Nutzfahrzeug 18 oder auf einem Anhänger 19 zu einem nahezu beliebigen Einsatzort gefahren werden kann.It is further provided according to the invention that the charging station 10 including fuel cell 40 , Charge controller 18th , Energy storage 14th , Charge controller 20th and charging station 12th in one housing 16 , especially a container 17th , arranged and thus mobile. “Mobile” in this case means that the housing 16 or the container 17th with a self-driving commercial vehicle 18th or on a trailer 19th can be driven to almost any location.

Hierdurch ist es erstmals möglich, liegengebliebene Elektrofahrzeuge vor Ort mit elektrischer Energie zu versorgen und wieder fahrtauglich zu machen und zwar unabhängige vom jeweiligen Ort des Liegebleibens.This makes it possible for the first time to supply broken-down electric vehicles with electrical energy on site and make them fit to drive again, regardless of where they were left behind.

Zusätzlich kann an der Brennstoffzelle 40 eine Zapfeinrichtung 50 zur Abgabe von Wasserstoff vorgesehen sein. Hierdurch ist es möglich, gleichzeitig nicht nur eine Ladestation 10 für ein Elektrofahrzeug, sondern zugleich auch eine Tankstelle für Brennstoffzellenfahrzeuge bereitzustellen und somit beide Fahrzeuge wieder fahrbereit zu machen.In addition, the fuel cell 40 a dispensing device 50 be provided for the delivery of hydrogen. This makes it possible to have not just one charging station at the same time 10 for an electric vehicle, but also to provide a filling station for fuel cell vehicles and thus to make both vehicles ready to drive again.

Der Energiespeicher 14 ist ein elektrischer Batteriespeicher, beispielsweise basierend auf einer Lithium-Ionen-Technologie. Für den Energiespeicher 14 können zumindest teilweise second life Batterien, das heißt Altbatterien, verwendet werden. Hierdurch können eine Ressourcenschonung und ein verbessertes Recycling von Altbatterien erreicht werden.The energy storage 14th is an electrical battery storage system, for example based on lithium-ion technology. For energy storage 14th Second life batteries, i.e. old batteries, can be used at least in part. In this way, resource conservation and improved recycling of old batteries can be achieved.

Zweckmäßig ist vorgesehen, dass eine Wasserstofferzeugungseinrichtung 41 zur Versorgung der Brennstoffzelle 40 und insbesondere auch der Zapfeinrichtung 50 mit Wasserstoff vorgesehen ist. Eine derartige Wasserstofferzeugungseinrichtung 41 kann beispielsweise ein Reformer oder ein Cracker sein, wobei beispielsweise „Green Ammoniak“ als Ausgangsstoff verwendet wird. Dieser kann problemlos in Tankwagen transportiert werden. Der Ammoniak wird entweder Gasflaschen entnommen oder einem großen Gastank und in einem Ammoniakspalter gespalten. Hierdurch kann ein bequemes Handling erreicht werden.It is expediently provided that a hydrogen generation device 41 to supply the fuel cell 40 and especially the dispensing device 50 with hydrogen is provided. Such a hydrogen generating device 41 can be, for example, a reformer or a cracker, where, for example, “green ammonia” is used as the starting material. This can easily be transported in tank trucks. The ammonia is either taken from gas bottles or a large gas tank and split in an ammonia splitter. Comfortable handling can hereby be achieved.

Claims (8)

Ladestation (10) für Elektrofahrzeuge mit einer Ladesäule (12), an welcher ein Elektrofahrzeug geladen werden kann, und mit einem elektrischen Energiespeicher (14), dadurch gekennzeichnet, - dass eine Brennstoffzelle (40) vorgesehen ist, welche den Primärenergiebedarf deckt und über einen Laderegler (18) mit dem Energiespeicher (14) verbunden ist, - dass der Energiespeicher (14) mit der Ladesäule (12) verbunden ist und diese mit elektrischer Energie versorgen kann, - dass die Ladestation (10) samt Brennstoffzelle (40), Laderegler (18), Energiespeicher (14) und Ladesäule (12) in einem Gehäuse (16), insbesondere einem Container(17), angeordnet und dadurch mobil sind.Charging station (10) for electric vehicles with a charging column (12) at which an electric vehicle can be charged, and with an electrical energy store (14), characterized in that a fuel cell (40) is provided which covers the primary energy requirement and has a Charge controller (18) is connected to the energy store (14), - that the energy store (14) is connected to the charging column (12) and can supply it with electrical energy, - that the charging station (10) including fuel cell (40), charge controller (18), energy store (14) and charging station (12) are arranged in a housing (16), in particular a container (17), and are therefore mobile. Ladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Brennstoffzelle (40) eine Zapfeinrichtung (50) zur Abgabe von Wasserstoff vorgesehen ist.Charging station after Claim 1 , characterized in that a dispensing device (50) for dispensing hydrogen is provided on the fuel cell (40). Ladestation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserstofferzeugungseinrichtung (41) zumindest zur Versorgung der Brennstoffzelle (40) mit Wasserstoff vorgesehen ist.Charging station after Claim 1 or 2 , characterized in that a hydrogen generation device (41) is provided at least for supplying the fuel cell (40) with hydrogen. Ladestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (40) eine Leistung von 100kW bis 450kW aufweist.Charging station according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell (40) has an output of 100kW to 450kW. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (14) zumindest teilweise second life Batterien aufweist.Charging station according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the energy store (14) has at least partially second life batteries. Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesäule (12) einen KFZ-Laderegler (20) aufweist.Charging station according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the charging station (12) has a motor vehicle charge controller (20). Ladestation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der KFZ-Laderegler (20) eine galvanische Trennung aufweist.Charging station after Claim 6 , characterized in that the vehicle charge regulator (20) has a galvanic separation. Selbstfahrendes Nutzfahrzeug (18) oder Anhänger (19) mit einer Ladestation (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die insbesondere als mobile Ladestation (10) in Parkbuchten kurzfristig, ohne zusätzliche Intrastruktur, aufstellbar ist.Self-propelled utility vehicle (18) or trailer (19) with a charging station (10) according to one of the Claims 1 to 7th which, in particular, can be set up as a mobile charging station (10) in parking bays at short notice, without any additional intra-structure.
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