DE102014216371A1 - Ladevorrichtung und System zum Laden eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Eine Ladevorrichtung (1) zum Laden eines Kraftfahrzeugs (3) umfasst eine Energieversorgungseinheit (5) umfasst, die extern zu dem Kraftfahrzeug (3) angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, elektrischen Strom für eine Feststoff-Gas-Batterie (33) des Kraftfahrzeugs (3) bereitzustellen. Des Weiteren umfasst die Ladevorrichtung (1) eine Gasversorgungseinheit (7), die extern zu dem Kraftfahrzeug (3) angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, Gas für die Feststoff-Gas-Batterie (33) des Kraftfahrzeugs (3) bereitzustellen. Außerdem weist die Ladevorrichtung (1) mindestens einen Versorgungsanschluss (9) auf, mittels dessen die Energieversorgungseinheit (5) im Rahmen eines Ladevorgangs zum Zuführen von elektrischem Strom für die Feststoff-Gas-Batterie (33) und mittels dessen die Gasversorgungseinheit (7) im Rahmen des Ladevorgangs zum Zuführen von Gas für die Feststoff-Gas-Batterie (33) mit dem Kraftfahrzeug (3) koppelbar sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung und ein System zum Laden eines Kraftfahrzeugs, die beziehungsweise das dazu geeignet ist, dem Kraftfahrzeug elektrischen Strom und Gas zum Betreiben einer Feststoff-Gas-Batterie zuzuführen.
  • Kraftfahrzeuge mit Elektromotoren sind eine Alternative zu Kraftfahrzeugen mit konventionellem Antrieb durch Verbrennungsmotoren. Ein Vorteil von Elektromotoren ist die lokale Emissionsfreiheit in Bezug auf Schadstoffemissionen. Die Antriebsenergie eines Elektromotors wird in der Regel durch wiederaufladbare Akkumulatoren bereitgestellt. In diesem Zusammenhang werden häufig Lithium-Ionen-Batterien als Akkumulatoren verwendet, die die notwendige Antriebsenergie zum Betreiben des Kraftfahrzeugs aufbringen.
  • Eine Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien bieten zum Beispiel Lithium-Luft-Batterien oder allgemeiner Feststoff-Gas-Batterien, die beispielsweise eine deutlich höhere Energiedichte und Leistungsfähigkeit als gegenwärtige Lithium-Ionen-Batterien aufweisen, was sich unter anderem vorteilhaft auf eine mögliche Reichweite des Kraftfahrzeugs auswirken kann. Infolgedessen werden für Kraftfahrzeuge mit Feststoff-Gas-Batterien spezielle Ladevorrichtungen benötigt, die dem Kraftfahrzeug den notwendigen Kraftstoff zum Betreiben der Feststoff-Gas-Batterie bereitstellen.
  • In Dokument US 2012/0041628 A1 werden ein System und ein Verfahren beschrieben, die dazu geeignet sind, eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Metall-Luft-Batterie elektrisch aufzuladen. Zu diesem Zweck sind in dem Kraftfahrzeug weiter ein Kompressor und ein Tank angeordnet, die zusammen mit einer externen Stromquelle einen Ladezyklus der Metall-Luft-Batterie ermöglichen.
  • Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, eine Ladevorrichtung und ein System zu schaffen, die beziehungsweise das dazu geeignet ist, auf einfache Weise ein Zuführen von elektrischem Strom und Gas für eine Feststoff-Gas-Batterie eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung umfasst eine Ladevorrichtung zum Laden eines Kraftfahrzeugs eine Energieversorgungseinheit, die extern zu dem Kraftfahrzeug angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, elektrischen Strom für eine Feststoff-Gas-Batterie des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Des Weiteren umfasst die Ladevorrichtung eine Gasversorgungseinheit, die extern zu dem Kraftfahrzeug angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, Gas für die Feststoff-Gas-Batterie des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Außerdem weist die Ladevorrichtung mindestens einen Versorgungsanschluss auf, mittels dessen die Energieversorgungseinheit im Rahmen eines Ladevorgangs zum Zuführen von elektrischem Strom für die Feststoff-Gas-Batterie und mittels dessen die Gasversorgungseinheit im Rahmen eines Ladevorgangs zum Zuführen von Gas für die Feststoff-Gas-Batterie mit dem Kraftfahrzeug koppelbar sind.
  • Mit einer solchen Ladevorrichtung wird auf einfache Weise ein Laden von elektrischem Strom und Gas für ein Kraftfahrzeug ermöglicht, das eine Feststoff-Gas-Batterie aufweist.
  • Feststoff-Gas-Batterien besitzen eine aus einem Feststoff bestehende Anode und eine davon beabstandete Kathode, die beispielsweise aus mesoporösem Kohlenstoff besteht und die bildlich als eine Art Schwamm veranschaulicht werden kann. Zwischen der Feststoff-Anode und der Kathode befindet sich typischerweise ein Elektrolyt, welcher je nach Ausführungsform der Feststoff-Gas-Batterie beispielsweise in fester oder flüssiger Form ausgebildet sein kann. Durch Zuführen von Gas wird in der Feststoff-Gas-Batterie ein Stromfluss induziert, der zu Zwecken der Energieversorgung genutzt werden kann. Grundsätzlich lösen sich bei einem Entladen der Feststoff-Gas-Batterie positive Ionen und Elektronen von der Feststoff-Anode ab und gehen in den Elektrolyt über. Im weiteren Verlauf koppeln die positiven Ionen an der Kathode mit Atomen oder Molekülen des zugeführten Gases und sind dort elektrochemisch gebunden. Die in diesem Prozess frei werdenden Elektronen stehen einem Ladungstransport zur Verfügung und ermöglichen dadurch einen Stromfluss und eine elektrische Versorgung von mit der Feststoff-Gas-Batterie gekoppelten Komponenten. Wird beispielsweise ein externes Spannungspotential an die Feststoff-Gas-Batterie angelegt, welches gegenüber dem Potential beim Entladen der Feststoff-Gas-Batterie überwiegt, wird der beschriebene Prozess umgekehrt und die Feststoff-Gas-Batterie geladen. In diesem Fall werden die elektrochemischen Bindungen zwischen den Ionen der Feststoff-Anode und den Atomen oder Molekülen des zugeführten Gases wieder gelöst. Infolgedessen wandern die Ionen durch den Elektrolyt zu der Feststoff-Anode und setzen sich durch Rekombination mit Elektronen an dieser ab. Darüber hinaus wird auch das elektrochemisch gebundene Gas wieder frei, welches zum Beispiel in einen Außenbereich abgegeben oder für einen weiteren Zyklus der Feststoff-Gas-Batterie rückgeführt werden kann.
  • In Bezug auf die beanspruchte Erfindung wird durch die beschriebene Ladevorrichtung mittels des mindestens einen Versorgungsanschlusses unter anderem ein elektrischer Strom bereitgestellt, der ein externes Spannungspotential repräsentiert und der somit ein Laden der Feststoff-Gas-Batterie ermöglicht. Die Energieversorgungseinheit ist zum Beispiel eine separate Komponente der Ladevorrichtung, die zum Beispiel einen Generator umfasst und/oder sie ist mit einem Energieversorgungsnetz gekoppelt, aus dem es den zum Laden des Kraftfahrzeugs notwendigen elektrischen Strom bezieht. Bevorzugt wird Gleichstrom oder Gleichspannung durch die Energieversorgungseinheit bereitgestellt, weil dies einen schnelleren Ladevorgang ermöglicht als ein Laden mit Wechselstrom oder Wechselspannung. Ein Laden mit Wechselstrom oder Wechselspannung ist aber ebenso möglich, sodass in diesem Zusammenhang zum Beispiel die Ladevorrichtung oder das Kraftfahrzeug Komponenten zur Strom- oder Spannungsumwandlung umfassen, wie beispielsweise einen Gleichrichter. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Feststoff-Gas-Batterie mit Gleichstrom oder Gleichspannung versorgt wird, der zum Laden der Feststoff-Gas-Batterie benötigt wird.
  • Das im Rahmen des Ladevorgangs frei werdende Gas kann zum Beispiel aus der Feststoff-Gas-Batterie oder dem Kraftfahrzeug abgelassen werden oder es wird für einen weiteren Fahrzyklus der Feststoff-Gas-Batterie wieder verwendet. In diesem Fall ist beispielsweise ein Hochdrucktank in dem Kraftfahrzeug angeordnet, der mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss der Ladevorrichtung koppelbar ist.
  • Für den Fall, dass das freiwerdende Gas zum Beispiel aus dem Kraftfahrzeug abgelassen wird, wird mittels der beschriebenen Ladevorrichtung auch Gas für die Feststoff-Gas-Batterie bereitgestellt, das dem Kraftfahrzeug im Rahmen des Ladevorgangs zugeführt werden kann. Dies ist gegebenenfalls auch dadurch begründet, dass ein Benutzer des Kraftfahrzeugs das zuvor verwendete Gas gegen eine andere Sorte Gas austauschen möchte, um so beispielsweise die Effizienz der Feststoff-Gas-Batterie und die mögliche Reichweite des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. In diesem Zusammenhang sind die Ladevorrichtung und das Kraftfahrzeug entsprechend dazu ausgebildet, einen solchen Gasaustausch im Rahmen des Ladevorgangs durchzuführen. Außerdem ist die Feststoff-Gas-Batterie in einem solchen Fall dazu ausgebildet, mittels verschiedener Gassorten betrieben zu werden. Die Gasversorgungseinheit der Ladevorrichtung umfasst dann zum Beispiel mehrere Gastanks mit verschiedenen Gassorten für Feststoff-Gas-Batterien, die sie für den Ladevorgang des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich ist die Gasversorgungseinheit auch mit einem Gasversorgungsnetz gekoppelt und bezieht daraus eine oder mehrere Gassorten zum Versorgen des Kraftfahrzeugs.
  • Das Laden von elektrischem Strom und Gas für die Feststoff-Gas-Batterie kann im Rahmen des Ladevorgangs zum Beispiel gleichzeitig oder auch zeitlich hintereinander erfolgen. Der mindestens eine Versorgungsanschluss ist in diesem Fall entsprechend dazu ausgebildet und ist mit der Energieversorgungseinheit und der Gasversorgungseinheit gekoppelt. Beispielsweise umfasst der mindestens eine Versorgungsanschluss eine isolierte elektrische Leitung zum Zuführen des elektrischen Stroms im Rahmen des Ladevorgangs, die von einer Gasleitung zum Zuführen des Gases umgeben ist. Über diese Gasleitung kann zum Beispiel auch im Rahmen des Ladevorgangs Gas von dem Kraftfahrzeug aufgenommen werden, das beispielsweise beim Laden der Feststoff-Gas-Batterie frei gesetzt wird. Alternativ umfasst die Ladevorrichtung zu diesem Zweck auch eine weitere Gasleitung, die beispielsweise auch mittels des mindestens einen Versorgungsanschlusses mit dem Kraftfahrzeug koppelbar ist. Der mindestens eine Versorgungsanschluss ist in diesem Zusammenhang zum Beispiel als eine Art Kombianschluss realisiert, der so ausgebildet ist, dass er zumindest die beschriebenen Funktionen ermöglicht.
  • Alternativ oder zusätzlich weist die beschriebene Ladevorrichtung weitere Versorgungsanschlüsse auf, sodass im Rahmen des Ladevorgangs beispielsweise ein erster Versorgungsanschluss zum Zuführen von elektrischem Strom und ein zweiter Versorgungsanschluss zum Zuführen von Gas für die Feststoff-Gas-Batterie zur Verfügung stehen. Der zweite Versorgungsanschluss kann dabei auch zum Aufnehmen von Gas von dem Kraftfahrzeug ausgebildet sein oder es ist beispielsweise ein dritter Versorgungsanschluss vorhanden, der diese Funktion übernimmt. Der oder die Versorgungsanschlüsse sind in diesem Zusammenhang derart ausgebildet, dass sie entsprechend ihrer Funktion zum Beispiel gängige Steckerformen aufweisen. Sie können aber in Bezug auf ihre Form auch anders ausgebildet sein, sodass im Rahmen des Ladevorgangs zumindest stets ein Laden von elektrischem Strom und/oder Gas für die Feststoff-Gas-Batterie möglich ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die Gasversorgungseinheit einen Kompressor, der dazu ausgebildet ist, im Rahmen des Ladevorgangs bereitgestelltes Gas für die Feststoff-Gas-Batterie zu verdichten und dem Kraftfahrzeug zuzuführen.
  • Auf diese Weise ist es möglich, dem Kraftfahrzeug das zum Betreiben der Feststoff-Gas-Batterie notwendige Gas verdichtet bereitzustellen, um somit beispielsweise einen Hochdrucktank des Kraftfahrzeugs zu füllen. Dadurch, dass das Gas im Rahmen des Ladevorgangs verdichtet dem Kraftfahrzeug zugeführt wird, ist es möglich ein größeres Gasvolumen zum Beispiel in dem Hochdrucktank des Kraftfahrzeugs zu speichern, was sich vorteilhaft auf die Leistungskapazität der Feststoff-Gas-Batterie und die mögliche Reichweite des Kraftfahrzeugs auswirken kann. Entsprechend kann auch die Dimensionierung des Hochdrucktanks in dem Kraftfahrzeug angepasst werden, die unter anderem abhängig von dem Gasdruck, der gewünschten möglichen Reichweite des Kraftfahrzeugs und der Leistungsfähigkeit der Feststoff-Gas-Batterie ausgeführt werden kann.
  • Der Kompressor ist als Komponente der Gasversorgungseinheit extern zu dem Kraftfahrzeug angeordnet und entsprechend der beanspruchten Erfindung zum Beispiel in einer externen Ladestation integriert. Dies ermöglicht zum Beispiel ein Speichern von verdichtetem Gas in dem Hochdrucktank von Kraftfahrzeugen, die selber keinen Kompressor mitführen. Dadurch können Kraftfahrzeuge mit Feststoff-Gas-Batterien realisiert werden, bei denen Gewicht, Volumen und Kosten eingespart werden können, welche durch einen Einbau eines Kompressors in einem Kraftfahrzeug begründet wären. Die durch die beschriebene Ladevorrichtung ermöglichte Gewichtsreduktion des Kraftfahrzeugs wirkt sich vorteilhaft auf die Energiedichte und die Leistungsfähigkeit der Feststoff-Gas-Batterie aus und ermöglicht durch die damit einhergehende Volumenreduktion eine Anpassung anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel den Hochdrucktank. Dieser kann dadurch begründet in seiner Dimensionierung größer ausgebildet sein als es der Fall wäre bei einem Kraftfahrzeug mit Kompressor. Folglich wird durch das Anordnen des Kompressors in der Ladevorrichtung extern zu dem Kraftfahrzeug ein Beitrag zu einem effizienteren Betreiben der Feststoff-Gas-Batterie geleistet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die Ladevorrichtung eine Gasaufnahmeeinheit, die extern zu dem Kraftfahrzeug angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, im Rahmen des Ladevorgangs Gas von dem Kraftfahrzeug aufzunehmen.
  • Auf diese Weise ist es möglich, mittels der Gasaufnahmeeinheit im Rahmen des Ladevorgangs Gas von dem Kraftfahrzeug aufzunehmen und zum Beispiel in einem Gastank zu speichern. Beispielsweise wird so ein Austausch des Gases für die Feststoff-Gas-Batterie ermöglicht. Ist die Feststoff-Gas-Batterie zum Beispiel dazu ausgebildet, mit synthetischer Luft oder reinem Sauerstoff betrieben zu werden, können die Gassorten im Rahmen des Ladevorgangs nach Bedarf abgelassen und ausgetauscht werden. Zum Beispiel umfasst dabei die Gasversorgungseinheit der Ladevorrichtung das Bereitstellen zumindest der beiden genannten Gassorten und ermöglicht somit im Rahmen des Ladevorgangs das Laden des gewünschten Gases. So kann zum Beispiel zuvor getankte synthetische Luft gegen reinen Sauerstoff ausgetauscht werden, welcher gegebenenfalls im Vergleich zu der synthetischen Luft eine höhere Effizienz der Feststoff-Gas-Batterie und dadurch eine größere Reichweite des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
  • Darüber hinaus ist es mittels der Gasaufnahmeeinheit im Rahmen des Ladevorgangs auch möglich, das frei werdende Gas, welches durch den Betrieb beim Entladen der Feststoff-Gas-Batterie mit den positiven Ionen des Feststoffs an der Kathode chemisch gebunden wurde, aufzunehmen und wieder dem Hochdrucktank des Kraftfahrzeugs zuzuführen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts ist die Gasaufnahmeeinheit mit der Gasversorgungseinheit gekoppelt und dazu ausgebildet, das im Rahmen des Ladevorgangs aufgenommene Gas von dem Kraftfahrzeug zumindest teilweise der Gasversorgungseinheit zuzuführen.
  • In diesem Zusammenhang wird zum Beispiel das im Rahmen des Ladevorgangs frei werdende Gas von dem Kraftfahrzeug mittels des mindestens einen Versorgungsanschlusses aufgenommen und im weiteren Verlauf beispielsweise über eine oder mehrere Zuleitungen der Gasversorgungseinheit zugeführt. Daraufhin kann das aufgenommene Gas mittels des Kompressors wieder verdichtet werden und für einen weiteren Fahrzyklus dem Hochdrucktank des Kraftfahrzeugs für die Feststoff-Gas-Batterie geleitet werden. Gegebenenfalls wird das aufgenommene Gas nur teilweise der Gasversorgungseinheit und dem Kraftfahrzeug zugeführt, weil zum Beispiel die Qualität des aufgenommenen Gases im Ganzen nicht gewünschten Vorgaben entspricht. Infolgedessen wird zum Beispiel ein Teil des aufgenommenen Gases mit Gas vermischt, das mittels der Gasversorgungseinheit durch ein Gasversorgungsnetz oder durch einen Gastank bereitgestellt wird, sodass das dem Kraftfahrzeug zugeführte Gas für die Feststoff-Gas-Batterie den vorgegebenen Ansprüchen genügt. Die Kontrolle der Qualität des aufgenommenen und zugeführten Gases wird beispielsweise durch Sensoren in der oder den Zuleitungen überwacht, die zum Beispiel eine Konzentration verschiedener für den Betrieb der Feststoff-Gas-Batterie schädlichen Stoffe analysieren.
  • Darüber hinaus kann die Gasaufnahmeeinheit beispielsweise auch als eine einfache Zuleitung ausgebildet sein, die den mindestens einen Versorgungsanschluss der Ladevorrichtung mit dem Kompressor koppelt. Auf diese Weise erfolgt im Rahmen des Ladevorgangs ein besonders einfaches Recyceln des frei werdenden Gases der Feststoff-Gas-Batterie des Kraftfahrzeugs.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die Gasversorgungseinheit eine Gasaufbereitungseinheit.
  • Die Gasaufbereitungseinheit ermöglicht zum Beispiel ein Filtern des Gases, bevor dieses dem Kraftfahrzeug für die Feststoff-Gas-Batterie zugeführt wird. Auf diese Weise können Bestandteile aus dem Gas herausgefiltert werden, die ein Betreiben der Feststoff-Gas-Batterie nachteilig beeinflussen können. Das so aufbereitete Gas wird dann zum Beispiel dem Hochdrucktank des Kraftfahrzeugs zugeführt.
  • Beispielsweise kann das Gas mittels der Gasaufbereitungseinheit größtenteils von Wasser und Kohlstoffdioxiden gereinigt werden, welche den Betrieb der Feststoff-Gas-Batterie schon im Bereich von zum Beispiel 100 bis 400 ppm nachteilig beeinflussen und die Feststoff-Gas-Batterie auf Dauer beschädigen können. Auch andere Verunreinigungen, wie zum Beispiel Partikel und Kohlenwasserstoffe, können auf diese Weise separiert werden, sodass zum Beispiel durch Aufbereiten des Gases synthetische Luft generiert wird, die im Wesentlichen nur aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Die synthetische Luft kann daraufhin dem Kraftfahrzeug im Rahmen des Ladevorgangs zugeführt werden und sie wird zum Beispiel in der Gasaufnahmeeinheit der Ladevorrichtung gespeichert.
  • Die Gasaufbereitungseinheit ist dabei beispielsweise mit einem oder mehreren Gastanks der Gasversorgungseinheit und dem Gasversorgungsnetz gekoppelt und ermöglicht so ein Reinigen des Gases bevor dieses dem Kraftfahrzeug im Rahmen des Ladevorgangs zugeführt wird.
  • Auf diese Weise wird ein Beitrag für eine höhere Lebensdauer der Feststoff-Gas-Batterie geleistet und gegebenenfalls wird auch ein Zeitpunkt einer Wartung der Feststoff-Gas-Batterie des Kraftfahrzeugs hinausgezögert.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die Ladevorrichtung mindestens einen Gastank, der extern zum Kraftfahrzeug angeordnet ist und der mit der Gasversorgungseinheit gekoppelt ist.
  • Wie bereits beschrieben kann die Gasversorgungseinheit mit mindestens einem Gasversorgungsnetz und/oder mindestens einem Gastank gekoppelt sein, um im Rahmen des Ladevorgangs ein Laden von Gas für die Feststoff-Gas-Batterie des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Der mindestens eine Gastank beinhaltet zum Beispiel synthetische Luft oder reinen Sauerstoff.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die Ladevorrichtung eine Klimaanlage, die dazu ausgebildet ist, Gas für die Feststoff-Gas-Batterie des Kraftfahrzeugs vor und/oder während des Ladevorgangs zu kühlen oder zu erhitzen.
  • Mittels der Klimaanlage der beschriebenen Ladevorrichtung ist es möglich, das Gas auf eine optimale Temperatur zu temperieren, die im Zusammenhang mit dem Ladevorgang des Kraftfahrzeugs beispielsweise ein schnelles und/oder batterieschonendes Laden des Gases ermöglicht. Zum Beispiel wird mittels der Klimaanlage ein bestimmter Temperaturbereich des durch die Gasversorgungseinheit bereitgestellten Gases aufrechterhalten, der zeitnah einen optimalen Betrieb der Feststoff-Gas-Batterie des Kraftfahrzeugs realisiert. Beispielsweise ist der mindestens eine Gastank ein kryogener Speicher, welcher zum Beispiel ein Laden von flüssigem Sauerstoff für das Kraftfahrzeug ermöglicht. In einem Betrieb des Kraftfahrzeugs wird zum Beispiel der flüssige Sauerstoff aus dem Hochdrucktank der Feststoff-Gas-Batterie zugeführt und verdampft aufgrund von Umgebungstemperaturen und liegt somit wieder im gasförmigen Aggregatzustand vor.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die Ladevorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle, die dazu ausgebildet ist, im Rahmen des Ladevorgangs Signale zum Steuern des Ladevorgangs zwischen der Ladevorrichtung und dem Kraftfahrzeug auszutauschen.
  • Mittels der Kommunikationsschnittstelle ist es der beanspruchten Ladevorrichtung möglich, mit dem Kraftfahrzeug zu kommunizieren und so den Ladevorgang des Kraftfahrzeugs zu steuern. Das Kraftfahrzeug ist in diesem Zusammenhang beispielsweise mit einer entsprechenden Kommunikationsschnittstelle ausgestattet, die eine solche Kommunikation ermöglicht. Beispielsweise wird so durch die Ladevorrichtung ein Fahrzeug- oder Batteriemanagementsystem des Kraftfahrzeugs kontrolliert, welches unter anderem den Ladevorgang überwacht. Die Kommunikation umfasst dabei ein Übermitteln verschiedener Informationen, wie zum Beispiel einen Status des Ladenvorgangs, einen Systemdruck, einen Sauerstoffgehalt des zugeführten Gases, einen Füllstand des Hochdrucktanks, einen Druck in der Feststoff-Gas-Batterie, ein Gastemperatur, eine Batterietemperatur. Die Ladevorrichtung ist darüber hinaus dazu ausgebildet, die für die Kommunikation notwendigen Informationen und Messwerte zu ermitteln und kann zum Beispiel mittels diverser Sensoren den Ladevorgang kontrollieren. Dies schließt zum Beispiel auch ein Steuern eines thermischen Managements mit ein.
  • Aufgrund der Kommunikation zwischen der Ladevorrichtung und dem Kraftfahrzeug wird ein optimaler und sicherer Ladevorgang für die Feststoff-Gas-Batterie ermöglicht.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts umfasst ein System zum Laden eines Kraftfahrzeugs eine Ladevorrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des ersten Aspekts und das Kraftfahrzeug, das eine Feststoff-Gas-Batterie und mindestens einen Ladeanschluss aufweist zum Zuführen von elektrischem Strom und/oder Gas für die Feststoff-Gas-Batterie im Rahmen eines Ladevorgangs mittels der Ladevorrichtung.
  • Die beanspruchte Ladevorrichtung repräsentiert zum Beispiel eine Ladestation in der öffentlichen Infrastruktur für Kraftfahrzeuge mit Feststoff-Gas-Batterien und kann im Wesentlichen analog zu einer Tankstelle beispielsweise für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren verstanden werden. Im Unterschied zu bekannten Tankstellen ermöglicht eine solche Ladestation ein Laden von elektrischem Strom und/oder Gas für Feststoff-Gas-Batterien von Kraftfahrzeugen. Dadurch wird ein Betrieb von Kraftfahrzeugen mit Elektromotoren realisierbar, die im Hinblick auf die mögliche Energiedichte und Leistungsfähigkeit ein deutlich höheres Potential aufweisen als bisherige Kraftfahrzeuge mit zum Beispiel Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Ladevorrichtung zum Laden eines Kraftfahrzeugs,
  • 2 ein System zum Laden eines Kraftfahrzeugs. Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Ladevorrichtung 1 dargestellt, die ein Laden von elektrischem Strom und/oder Gas für ein Kraftfahrzeug 3 (s. 2) ermöglicht, das eine Feststoff-Gas-Batterie 33 aufweist. Die Ladevorrichtung 1 umfasst eine Energieversorgungseinheit 5 und eine Gasversorgungseinheit 7, die extern zu dem Kraftfahrzeug 3 angeordnet sind und die elektrischen Strom und Gas für einen Ladevorgang des Kraftfahrzeugs 3 bereitstellen.
  • Der Ladevorgang des Kraftfahrzeugs 3 wird mittels mindestens eines Versorgungsanschlusses 9 realisiert, der mit der Energieversorgungseinheit 5 und der Gasversorgungseinheit 7 gekoppelt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Gasversorgungseinheit 7 über ein Rohrleitungssystem und die Energieversorgungseinheit mittels einer elektrischen Leitung mit dem Versorgungsanschluss 9 gekoppelt. Ein Durchfluss und eine Richtung des propagierenden Gases in dem Rohrleitungssystem kann zum Beispiel mittels Ventile 19 gesteuert werden, die in 1 exemplarisch an verschiedenen Positionen in dem Rohrleitungssystem angeordnet sind. Dabei sollen Mittelstriche in den Symbolen der Ventile 19 andeuten, ob die Ventile 19 in Sperrrichtung oder Durchlassrichtung orientiert sind. Eine Sperrrichtung eines Ventils 19 ist dadurch dargestellt, dass der Mittelstrich in den Symbolen der Ventile 19 quer zu den Rohrwänden der jeweiligen Rohrleitung des Rohrleitungssystems eingezeichnet ist. Darüber hinaus ist unabhängig von der Orientierung der Ventile 19 durch Pfeile an den Rohrleitungen des Rohrleitungssystems angedeutet, in welche Richtung ein Gasfluss bevorzugt erfolgen wird. Doppelpfeile geben an, dass ein Gasfluss in beide dargestellten Richtungen erfolgen kann.
  • Die Energieversorgungseinheit 5 ist zum Beispiel eine separate Komponente der Ladevorrichtung 1, die zum Beispiel einen Generator und/oder eine stationäre Batterie umfasst und/oder sie ist mit einem Energieversorgungsnetz gekoppelt, aus dem es den zum Laden des Kraftfahrzeugs 3 notwendigen elektrischen Strom bezieht. Bevorzugt wird Gleichstrom oder Gleichspannung durch die Energieversorgungseinheit 5 bereitgestellt, weil dies einen schnelleren Ladevorgang ermöglicht als ein Laden mit Wechselstrom oder Wechselspannung. Ein Laden mit Wechselstrom oder Wechselspannung ist aber ebenso möglich, sodass in diesem Zusammenhang zum Beispiel die Ladevorrichtung 1 oder das Kraftfahrzeug 3 Komponenten zur Strom- oder Spannungsumwandlung umfassen, wie beispielsweise einen Gleichrichter. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Feststoff-Gas-Batterie 33 mit Gleichstrom oder Gleichspannung versorgt wird, der zum Laden der Feststoff-Gas-Batterie 33 benötigt wird.
  • Die Gasversorgungseinheit 7 der Ladevorrichtung 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Gastanks 17 gekoppelt, in denen verschiedene Gassorten für die Feststoff-Gas-Batterie 33 gespeichert sind, die sie für den Ladevorgang des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Beispielsweise ist die Feststoff-Gas-Batterie 33 dazu ausgebildet mit synthetischer Luft oder reinem Sauerstoff betrieben zu werden, sodass die Gasversorgungseinheit 7 im Rahmen des Ladevorgangs das Laden verschiedener Gassorten ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich ist die Gasversorgungseinheit 7 auch mit einem Gasversorgungsnetz gekoppelt und bezieht daraus eine oder mehrere Gassorten zum Versorgen des Kraftfahrzeugs 3 im Rahmen des Ladevorgangs. In 1 ist die Gasversorgungseinheit 7 beispielhaft mit einem externen Gasreservoir 8 gekoppelt, das zusätzlich zu den zwei dargestellten Gastanks 17 eine Gasversorgung sichert. Alternativ oder zusätzlich zu dem Gasreservoir 8 kann auch Gas aus der Umgebungsluft für einen Ladevorgang des Kraftfahrzeugs 3 bezogen werden, was in 1 mittels eines Anschlusses 10 für Umgebungsluft repräsentativ dargestellt ist.
  • Feststoff-Gas-Batterien 33 sind eine Alternative zum Beispiel zu bekannten Lithium-Ionen-Batterien und bieten im Vergleich zu diesen eine deutlich höhere Energiedichte und Leistungsfähigkeit, was sich unter anderem vorteilhaft auf eine mögliche Reichweite des Kraftfahrzeugs 3 auswirken kann. Eine Untergruppe der Feststoff-Gas-Batterien 33 sind Metall-Luft-Batterien und ein konkretes Beispiel sind in dem Zusammenhang Lithium-Luft-Batterien.
  • Feststoff-Gas-Batterien 33 besitzen eine aus einem Feststoff bestehende Anode und eine davon beabstandete Kathode. Durch Zuführen von Gas wird in der Feststoff-Gas-Batterie 33 ein Stromfluss induziert, der zu Zwecken der Energieversorgung in dem Kraftfahrzeug 3 genutzt werden kann. Auf diese Weise kann unter anderem ein Elektromotor des Kraftfahrzeugs 3 angetrieben werden, der die elektrische Energie der Feststoff-Gas-Batterie 33 in mechanische Leistung umsetzt und dadurch eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs 3 ermöglicht. Dies führt folglich zu einem Entladen der Feststoff-Gas-Batterie 33, bei dem sich Atome oder Moleküle des Gases mit positiven Ionen des Feststoffes an der Kathode elektrochemisch binden.
  • Um die Feststoff-Gas-Batterie 33 wieder aufzuladen, wird im Rahmen des Ladevorgangs das Kraftfahrzeug 3 beispielsweise mittels mindestens eines Ladeanschlusses 31 mit dem Versorgungsanschluss 9 der Ladevorrichtung 1 gekoppelt. Daraufhin führt die Energieversorgungseinheit 5 der Feststoff-Gas-Batterie 33 elektrischen Strom zu, welcher im Wesentlichen ein externes Spannungspotential repräsentiert, das an der Feststoff-Gas-Batterie 33 anliegt. Der zuvor beschriebene Prozess des Entladens wird folglich umgekehrt und die Feststoff-Gas-Batterie 33 wird geladen. Beim Laden werden die elektrochemischen Bindungen zwischen den Ionen der Feststoff-Anode und den Atomen oder Molekülen des zugeführten Gases wieder gelöst. Infolgedessen wird das elektrochemisch gebundene Gas wieder frei und kann in einen Außenbereich des Kraftfahrzeugs 3 abgegeben werden oder für einen weiteren Zyklus der Feststoff-Gas-Batterie 33 wieder in das Kraftfahrzeug 3 rückgeführt werden.
  • In diesem Zusammenhang ist der Versorgungsanschluss 9 zusätzlich dazu ausgebildet, im Rahmen des Ladevorgangs Gas von dem Kraftfahrzeug 3 aufzunehmen. Zu diesem Zweck ist zum Beispiel an dem Kraftfahrzeug 3 ein Gasablassanschluss 37 angeordnet, der im Rahmen eines Ladevorgangs ein Ablassen von Gas aus dem Kraftfahrzeug 3 ermöglicht. Dies ist beispielsweise dadurch begründet, dass ein Benutzer des Kraftfahrzeugs 3 das zuvor verwendete Gas gegen eine andere Gassorte austauschen möchte, um so beispielsweise in einem Betrieb die Effizienz der Feststoff-Gas-Batterie 33 und die mögliche Reichweite des Kraftfahrzeugs 3 zu erhöhen. Beispielsweise umfasst die Ladevorrichtung 1 eine Gasaufnahmeeinheit 13, die im Rahmen des Ladevorgangs mittels des Versorgungsanschlusses 9 Gas von dem Kraftfahrzeug 3 aufnimmt, um es zum Beispiel in einem Gastank zu speichern. Beispielsweise wird so ein Austausch des Gases für die Feststoff-Gas-Batterie 33 ermöglicht. So kann zum Beispiel zuvor getankte synthetische Luft, die beispielsweise in einem Hochdrucktank 35 des Kraftfahrzeugs 3 gespeichert ist, gegen reinen Sauerstoff ausgetauscht werden, welcher gegebenenfalls im Vergleich zu der synthetischen Luft in einem Betrieb der Feststoff-Gas-Batterie 33 eine höhere Effizienz und dadurch eine größere Reichweite des Kraftfahrzeugs 3 ermöglicht.
  • Darüber hinaus ist es mittels der Gasaufnahmeeinheit 13 im Rahmen des Ladevorgangs auch möglich, das frei werdende Gas, welches durch den Betrieb beim Entladen der Feststoff-Gas-Batterie 33 mit den positiven Ionen des Feststoffs an der Kathode chemisch gebunden wurde, aufzunehmen und wieder dem Hochdrucktank 35 des Kraftfahrzeugs 3 zuzuführen.
  • Das Laden von elektrischem Strom und Gas für die Feststoff-Gas-Batterie 33 kann im Rahmen des Ladevorgangs zum Beispiel gleichzeitig oder auch zeitlich hintereinander erfolgen. Der mindestens eine Versorgungsanschluss 9 ist in diesem Fall entsprechend dazu ausgebildet und ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine Art Kombianschluss realisiert. Alternativ sind mehrere Versorgungsanschlüsse 9 ausgebildet, die die beschriebenen Funktionen realisieren.
  • Die Ladevorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels in 1 umfasst weiter einen Kompressor 11 und eine Klimaanlage 21. Außerdem umfasst die Gasversorgungseinheit eine Gasaufbereitungseinheit 15, mittels derer Gas aufgearbeitet werden kann, das dem Kraftfahrzeug 3 für die Feststoff-Gas-Batterie 33 bereitgestellt wird. Die Gasaufbereitungseinheit 15 ist in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit der Gasaufnahmeeinheit 13, dem Gasreservoir 8 und den beiden Gastanks 17 sowie dem Anschluss 10 für Umgebungsluft und dem Kompressor 11 gekoppelt. Auf diese Weise ist zum Beispiel möglich, schädliche Bestandteile des Gases herauszufiltern, unabhängig davon, woher die Gasversorgungseinheit 7 Gas für den Ladevorgang bezieht. Mittels der Gasaufbereitungseinheit 15 wird das Gas folglich gereinigt und/oder aufbereitet, bevor dieses im Rahmen des Ladevorgangs dem Kraftfahrzeug 3 für die Feststoff-Gas-Batterie 33 zugeführt wird. Für den Fall, dass zum Beispiel reiner Sauerstoff von dem Gasreservoir 8 oder aus einem Gastank 17 für den Ladevorgang bezogen wird, ist ein Aufbereiten des Gases nicht zwingend notwendig und kann dem Kraftfahrzeug 3 für die Feststoff-Gas-Batterie 33 ohne passieren der Gasaufbereitungseinheit 15 zugeführt werden. Dies ist beispielhaft durch Rohrleitungen des Rohrleitungssystems dargestellt, die die Gasaufbereitungseinheit 15 umlaufen.
  • Beispielsweise kann das Gas mittels der Gasaufbereitungseinheit 15 größtenteils von Wasser und Kohlstoffdioxiden gereinigt werden, welche den Betrieb der Feststoff-Gas-Batterie 33 schon im Bereich von zum Beispiel 100 bis 400 ppm nachteilig beeinflussen und die Feststoff-Gas-Batterie 33 auf Dauer beschädigen können. Auch andere Verunreinigungen, wie zum Beispiel Partikel und Kohlenwasserstoffe, können auf diese Weise separiert werden, sodass das aufbereitete Gas anschließend dem Kraftfahrzeugs 3 zugeführt wird oder für zum Beispiel einen späteren Ladevorgang gespeichert wird. Mittels des Anschlusses 10 für Umgebungsluft ist es auf diese Weise möglich, Gas aus der Umgebungsluft zu beziehen und dieses wie beschrieben aufzubereiten. Im weiteren Verlauf kann die aufbereitete Umgebungsluft dann zum Beispiel im Rahmen des Ladevorgangs komprimiert mittels des Kompressors 11 dem Kraftfahrzeug 3 zugeführt werden, um so zum Beispiel den für den Betrieb der Feststoff-Gas-Batterie 33 notwendigen Sauerstoff bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die aufbereitete Umgebungsluft in einem Gastank 17 beispielsweise für einen späteren Ladevorgang zu speichern.
  • Mittels der Gasaufbereitungseinheit 15 wird ein Beitrag für eine höhere Lebensdauer der Feststoff-Gas-Batterie 33 des Kraftfahrzeugs 3 geleistet und aller Voraussicht nach wird dadurch auch ein Zeitpunkt einer Wartung der Feststoff-Gas-Batterie 33 des Kraftfahrzeugs 3 hinausgezögert.
  • Das Gas für die Feststoff-Gas-Batterie 33 kann dem Kraftfahrzeug 3 im Rahmen des Ladevorgangs auch unter Druck zugeführt werden. In diesem Fall wird das Gas mittels des Kompressors 11 verdichtet, bevor es in den Hochdrucktank 35 des Kraftfahrzeugs 3 gelangt. Ein möglicher Druckbereich, den das Gas verdichtet in dem Hochdrucktank 35 einnimmt, ist zwischen 300 bar und 700 bar. Andere Druckbereiche sind aber ebenfalls möglich. Dadurch, dass das Gas im Rahmen des Ladevorgangs dem Kraftfahrzeug 3 verdichtet zugeführt wird, ist es möglich ein größeres Gasvolumen zum Beispiel in dem Hochdrucktank 35 des Kraftfahrzeugs 3 zu speichern, was sich vorteilhaft auf die Leistungskapazität der Feststoff-Gas-Batterie 33 und die mögliche Reichweite des Kraftfahrzeugs 3 auswirken kann.
  • Der Kompressor 11 ist als Komponente der Gasversorgungseinheit 7 extern zu dem Kraftfahrzeug 3 angeordnet und in der Ladevorrichtung 1 integriert. Dies ermöglicht ein Laden und ein Speichern von verdichtetem Gas für Kraftfahrzeuge 3, die selber keinen Kompressor 11 mitführen. Dadurch können Kraftfahrzeuge 3 mit Feststoff-Gas-Batterien 33 realisiert werden, bei denen Gewicht, Volumen und Kosten eingespart werden können, welche durch einen Einbau eines Kompressors 11 in einem Kraftfahrzeug 3 begründet wären. Die durch die beschriebene Ladevorrichtung ermöglichte Gewichtsreduktion des Kraftfahrzeugs 3 wirkt sich vorteilhaft auf die Energiedichte und die Leistungsfähigkeit der Feststoff-Gas-Batterie 33 aus und ermöglicht durch die damit einhergehende Volumenreduktion eine Anpassung anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs 3, wie zum Beispiel des Hochdrucktanks 35. Dieser kann dadurch begründet in seiner Dimensionierung größer ausgebildet sein als es der Fall wäre bei einem Kraftfahrzeug 3 mit Kompressor 11. Folglich wird durch die Anordnung des Kompressors 11 in der Ladevorrichtung und extern zu dem Kraftfahrzeug 3 ein Beitrag zu einem effizienteren Betreiben der Feststoff-Gas-Batterie 33 geleistet.
  • Darüber hinaus kann der Kompressor 11 in seiner Bauweise auch größer ausgestaltet werden, als dies bei einem mobilen Kompressor der Fall wäre. Dies kann sich weiterhin vorteilhaft auf den Ladevorgang des Kraftfahrzeugs 3 auswirken, da bei funktionsgleichem Grundkonzept kleine Kompressoren in der Regel eine geringere Effizienz besitzen als größer ausgebildete. Folglich ist auf diese Weise ein schnelleres Laden von Gas im Rahmen des Ladevorgangs möglich.
  • Mittels der Klimaanlage 21 der Ladevorrichtung 1 ist es möglich, das Gas für und/oder während des Ladevorgangs auf eine Temperatur zu temperieren, die beispielsweise ein schnelles und/oder batterieschonendes Laden Kraftfahrzeuges 3 ermöglicht. Zum Beispiel wird mittels der Klimaanlage 21 ein bestimmter Temperaturbereich des durch die Gasversorgungseinheit 7 bereitgestellten Gases aufrechterhalten, der zeitnah einen optimalen Betrieb der Feststoff-Gas-Batterie 33 des Kraftfahrzeugs 3 realisiert. Beispielsweise ist auch einer der beiden Gastanks 17 ein kryogener Speicher, welcher mit Hilfe der Klimaanlage 21 gekühlt wird und welcher zum Beispiel ein Laden von flüssigem Sauerstoff für das Kraftfahrzeug 3 ermöglicht. Die Klimaanlage 21 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die beiden Gastanks 17 und einen Teil des Rohrleitungssystems. Es ist aber alternativ oder zusätzlich realisierbar, die Gasaufnahmeeinheit 13, die Gasaufbereitungseinheit 15 und andere Komponenten der Ladevorrichtung 1 zu temperieren und in den Einflussbereich der Klimaanlage 21 zu integrieren.
  • Außerdem weist das Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung 1 in 1 eine Kommunikationsschnittstelle 23 auf, mittels derer es möglich ist, mit dem Kraftfahrzeug 3 zu kommunizieren und so den Ladevorgang des Kraftfahrzeugs 3 zu steuern. Das Kraftfahrzeug 3 ist in diesem Zusammenhang beispielsweise mit einer entsprechenden Kraftfahrzeug-Kommunikationsschnittstelle 39 ausgestattet, die eine solche Kommunikation ermöglicht. Beispielsweise wird so durch die Ladevorrichtung 1 ein Fahrzeug- oder Batteriemanagementsystem des Kraftfahrzeugs 3 kontrolliert, welches unter anderem den Ladevorgang überwacht. Die Kommunikation umfasst dabei ein Übermitteln verschiedener Informationen, wie zum Beispiel einen Status des Ladenvorgangs, einen Systemdruck, einen Sauerstoffgehalt des zugeführten Gases, einen Füllstand des Hochdrucktanks, einen Druck in der Feststoff-Gas-Batterie, ein Gastemperatur, eine Batterietemperatur. Die Ladevorrichtung 1 ist darüber hinaus dazu ausgebildet, die für die Kommunikation notwendigen Informationen und Messwerte zu ermitteln und kann zum Beispiel mittels diverser Sensoren den Ladevorgang kontrollieren. Dies ist in 1 durch Linien angedeutet, die von der Kommunikationsschnittstelle wegführen und an der elektrischen Leitung der Energieversorgungseinheit 5 und in der Rohrleitung zum Versorgungsanschluss 9 enden. Messwerte und Informationen können so aufgenommen und weitergeleitet werden, sodass zum Beispiel eine Steuereinheit (nicht explizit dargestellt) der Ladevorrichtung 1 den Ladevorgang gezielt beeinflussen kann.
  • Aufgrund der Kommunikation zwischen der Ladevorrichtung 1 und dem Kraftfahrzeug 3 wird folglich ein optimaler und sicherer Ladevorgang von elektrischem Strom und/oder Gas für die Feststoff-Gas-Batterie 33 ermöglicht.
  • Die beschriebene Ladevorrichtung 1 ist zum Beispiel ähnlich zu bekannten Tankstellen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren in der öffentlichen Infrastruktur realisierbar, kann aber auch privat für nicht gewerbliche Zwecke ausgebildet sein. Ist die Ladevorrichtung 1 beispielsweise an einer Wohnadresse eines Benutzers realisiert, so kann die Ladevorrichtung 1 in diesem Zusammenhang auch als private Ladestation bezeichnet werden und ermöglicht zusätzlich auch ein Laden von Feststoff-Gas-Batterien, die Komponenten mit elektrischer Energie versorgen, die zum Beispiel in einer Wohnung des Benutzers angeordnet und nicht dem Kraftfahrzeug 3 zugehörig sind.
  • In 2 ist ein System zum Laden des Kraftfahrzeugs 3 dargestellt, das ein Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung 1 und das Kraftfahrzeug 3 umfasst. Die Ladevorrichtung 1 entspricht in der Ausgestaltung im Wesentlichen der Ladevorrichtung 1 aus 1 mit dem Unterschied, dass in 2 drei Versorgungsanschlüsse 9 der Ladevorrichtung 1 dargestellt sind, die separat voneinander im Rahmen des Ladevorgangs das Laden von elektrischem Strom und/oder Gas und das Aufnehmen von Gas von dem Kraftfahrzeug 3 ermöglichen. Das Kraftfahrzeug 3 weist entsprechend drei komplementäre Anschlüsse auf, die im Rahmen des Ladevorgangs mit dem jeweiligen zugehörigen Versorgungsanschluss 9 der Ladevorrichtung 1 gekoppelt sind. Dabei ist ein erster Versorgungsanschluss 9 der Ladevorrichtung 1 zum Laden von Gas mit einem ersten Ladeanschluss 31, ein zweiter Versorgungsanschluss 9 zum Laden von elektrischem Strom ist mit einem zweiten Ladeanschluss 31 und ein dritter Versorgungsanschluss 9 zum Aufnehmen von Gas ist mit dem Gasablassanschluss 37 des Kraftfahrzeugs 3 gekoppelt.
  • Die erste Ladeanschluss 31 ist mittels einer Zuleitung mit dem Hochdrucktank 35 des Kraftfahrzeugs 3 gekoppelt und ermöglich das Aufnehmen von Gas, das von der Ladevorrichtung 1 bereitgestellt und im Rahmen des Ladevorgangs zugeführt wird. Der zweite Ladeanschluss 31 ist zum Beispiel mittels einer einfachen elektrischen Leitung mit der Feststoff-Gas-Batterie 33 gekoppelt und versorgt diese im Rahmen des Ladevorgangs mit elektrischem Strom, was folglich zu einem Aufladen der Feststoff-Gas-Batterie 33 führt. Der Gasablassanschluss 37 ist zum Beispiel mit dem Hochdrucktank 35 und der Feststoff-Gas-Batterie 33 gekoppelt und ermöglicht somit einen Austausch einer zuvor getankten Gassorte und/oder ein Rückführen des beim Ladevorgang frei werdenden Gases beispielsweise aus einem Gehäuse der Feststoff-Gas-Batterie 33. Dabei wird das Gas zum Beispiel von der Gasaufnahmeeinheit 13 der Ladevorrichtung 1 aufgenommen, im weiteren Verlauf mittels der Gasaufbereitungseinheit 15 von schädlichen Bestandteilen gereinigt, anschließend mittels des Kompressors 11 verdichtet und unter Druck dem Kraftfahrzeug 3 wieder zugeführt. Gegebenenfalls wird das aufbereitete Gas noch vor dem Verdichten mit Gas aus einem dem Gastanks 17 vermischt, um so zum Beispiel eine maximale Kapazität des Hochdrucktanks 35 und eine möglichst große Reichweite des Kraftfahrzeugs 3 zu ermöglichen.
  • Die Versorgungsanschlüsse 9 sind zum Beispiel derart ausgebildet, dass sie entsprechend ihrer Funktion zumindest die gängigen Steckerformen aufweisen. Sie können aber in Bezug auf ihre Ausgestaltung auch anders ausgebildet sein, sodass im Rahmen des Ladevorgangs zumindest stets ein Laden von elektrischem Strom und/oder Gas für die Feststoff-Gas-Batterie 33 möglich ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ladevorrichtung
    3
    Kraftfahrzeug
    5
    Energieversorgungseinheit
    7
    Gasversorgungseinheit
    8
    Gasreservoir
    9
    Versorgungsanschluss
    10
    Anschluss Umgebungsluft
    11
    Kompressor
    13
    Gasaufnahmeeinheit
    15
    Gasaufbereitungseinheit
    17
    Gastank
    19
    Ventil
    21
    Klimaanlage
    23
    Kommunikationsschnittstelle
    31
    Ladeanschluss
    33
    Feststoff-Gas-Batterie
    35
    Hochdrucktank
    37
    Gasablassanschluss
    39
    Kraftfahrzeug-Kommunikationsschnittstelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2012/0041628 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Ladevorrichtung (1) zum Laden eines Kraftfahrzeugs (3), die – eine Energieversorgungseinheit (5) umfasst, die extern zum dem Kraftfahrzeug (3) angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, elektrischen Strom für eine Feststoff-Gas-Batterie (33) des Kraftfahrzeugs (3) bereitzustellen, – eine Gasversorgungseinheit (7) umfasst, die extern zu dem Kraftfahrzeug (3) angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, Gas für die Feststoff-Gas-Batterie (33) des Kraftfahrzeugs (3) bereitzustellen, und – mindestens einen Versorgungsanschluss (9) aufweist, mittels dessen die Energieversorgungseinheit (5) im Rahmen eines Ladevorgangs zum Zuführen von elektrischem Strom für die Feststoff-Gas-Batterie (33) und mittels dessen die Gasversorgungseinheit (7) im Rahmen des Ladevorgangs zum Zuführen von Gas für die Feststoff-Gas-Batterie (33) mit dem Kraftfahrzeug (3) koppelbar sind.
  2. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, – bei der die Gasversorgungseinheit (7) einen Kompressor (11) umfasst, der dazu ausgebildet ist, im Rahmen des Ladevorgangs bereitgestelltes Gas für die Feststoff-Gas-Batterie (33) zu verdichten und dem Kraftfahrzeug (3) zuzuführen.
  3. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, – die eine Gasaufnahmeeinheit (13) umfasst, die extern zu dem Kraftfahrzeug (3) angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, im Rahmen des Ladevorgangs Gas von dem Kraftfahrzeug (3) aufzunehmen.
  4. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 3, – bei der die Gasaufnahmeeinheit (13) mit der Gasversorgungseinheit (7) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, das im Rahmen des Ladevorgangs aufgenommene Gas von dem Kraftfahrzeug (3) zumindest teilweise der Gasversorgungseinheit (7) zuzuführen.
  5. Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – bei der die Gasversorgungseinheit (7) eine Gasaufbereitungseinheit (15) umfasst.
  6. Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – die mindestens einen Gastank (17) umfasst, der extern zu dem Kraftfahrzeug (3) angeordnet ist und der mit der Gasversorgungseinheit (7) gekoppelt ist.
  7. Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – die eine Klimaanlage (21) umfasst, die dazu ausgebildet ist, Gas für die Feststoff-Gas-Batterie (33) des Kraftfahrzeugs (3) vor und/oder während des Ladevorgangs zu kühlen oder zu erhitzen.
  8. Ladevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, – die eine Kommunikationsschnittstelle (23) aufweist, die dazu ausgebildet ist, im Rahmen des Ladevorgangs Signale zum Steuern des Ladevorgangs zwischen der Ladevorrichtung (1) und dem Kraftfahrzeug (3) auszutauschen.
  9. System zum Laden eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend – eine Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und – das Kraftfahrzeug (3), das eine Feststoff-Gas-Batterie (33) und mindestens einen Ladeanschluss (31) aufweist zum Zuführen von elektrischem Strom und/oder Gas für die Feststoff-Gas-Batterie (33) im Rahmen des Ladevorgangs mittels der Ladevorrichtung (1).
DE102014216371.4A 2014-08-19 2014-08-19 Ladevorrichtung und System zum Laden eines Kraftfahrzeugs Pending DE102014216371A1 (de)

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