DE102019124271A1 - Charger station for an electric motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen, die eine Einhausung, eine erste Vorrichtung zur Energiekonversion, eine zweite Vorrichtung zur Energiekonversion, eine Steuereinheit und einen Tank für einen flüssigen Energieträger aufweist:, wobei beide Einheiten zur Energiekonversion, der Tank und die Steuereinheit in der Einhausung angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen mit den Verfahrensschritten Zuführen eines flüssigen Energieträgers von einem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank zu einer ersten Vorrichtung zur Energiekonversion, wobei die erste Vorrichtung zur Energiekonversion ebenfalls in der Einhausung angeordnet ist, Konvertierung des flüssigen Energieträgers in eine kinetische oder eine elektrische Energie in der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion, Konvertierung der kinetischen oder der elektrischen Energie in einen Strom in einer zweiten Vorrichtung zur Energiekonversion, wobei die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion in der Einhausung angeordnet ist und Abgabe des Stroms an ein Elektrofahrzeug.The invention relates to a charging station for charging electric vehicles, which has a housing, a first device for energy conversion, a second device for energy conversion, a control unit and a tank for a liquid energy carrier: both units for energy conversion, the tank and the control unit are arranged in the housing. The invention further relates to a method for generating a charging current for charging electric vehicles with the method steps of supplying a liquid energy carrier from a tank arranged in a housing of a charging column to a first device for energy conversion, the first device for energy conversion also being arranged in the housing , Conversion of the liquid energy carrier into kinetic or electrical energy in the first device for energy conversion, conversion of the kinetic or electrical energy into a current in a second device for energy conversion, the second device for energy conversion being arranged in the housing and delivery of the Power to an electric vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen, die eine Einhausung, eine erste Vorrichtung zur Energiekonversion, eine zweite Vorrichtung zur Energiekonversion, eine Steuereinheit und einen Tank für einen flüssigen Energieträger aufweist, wobei beide Einheiten zur Energiekonversion, der Tank, und die Steuereinheit in der Einhausung angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen mit den Verfahrensschritten Zuführen eines flüssigen Energieträgers von einem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank zu einer ersten Vorrichtung zur Energiekonversion, wobei die erste Vorrichtung zur Energiekonversion ebenfalls in der Einhausung angeordnet ist, Konvertierung des flüssigen Energieträgers in eine kinetische oder eine elektrische Energie in der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion, Konvertierung der kinetischen oder der elektrischen Energie in einen Strom in einer zweiten Vorrichtung zur Energiekonversion, wobei die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion in der Einhausung angeordnet ist und Abgabe des Stroms an ein Elektrofahrzeug.The invention relates to a charging station for charging electric vehicles, which has a housing, a first device for energy conversion, a second device for energy conversion, a control unit and a tank for a liquid energy carrier, with both units for energy conversion, the tank and the control unit are arranged in the housing. The invention further relates to a method for generating a charging current for charging electric vehicles with the method steps of supplying a liquid energy carrier from a tank arranged in a housing of a charging column to a first device for energy conversion, the first device for energy conversion also being arranged in the housing , Conversion of the liquid energy carrier into kinetic or electrical energy in the first device for energy conversion, conversion of the kinetic or electrical energy into a current in a second device for energy conversion, the second device for energy conversion being arranged in the housing and delivery of the Power to an electric vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen, die mit einem Elektromotor betrieben werden, muss eine funktionierende Infrastruktur zum Laden der Elektrofahrzeuge zur Verfügung gestellt werden. Neben dem Laden an der Haussteckdose muss den Benutzern von Elektrofahrzeugen die Möglichkeit eingeräumt werden, auch im öffentlichen Bereich Energie zu beziehen. Bei den bisher verfügbaren Reichweiten von Elektrofahrzeugen ist es notwendig, dass auch außerhalb des häuslichen Umfeldes ein Laden der Fahrzeuge möglich ist. Daher müssen in öffentlichen Bereichen Ladestationen zur Verfügung gestellt werden, um eine stete Verfügbarkeit von Energie für Elektrofahrzeuge durch ein Versorgungsnetz zu gewährleisten.With the spread of electric vehicles that are operated with an electric motor, a functioning infrastructure for charging the electric vehicles must be made available. In addition to charging at the house socket, users of electric vehicles must also be given the opportunity to obtain energy in the public sector. With the range of electric vehicles available up to now, it is necessary that the vehicles can also be charged outside of the domestic environment. Therefore, charging stations must be made available in public areas in order to ensure constant availability of energy for electric vehicles through a supply network.
Bekannt sind stationäre Systeme zur elektrischen Versorgung von stationären Ladesäulen, um die Traktionsbatterie eines Plug-In-Fahrzeuges - Hybrid- oder Elektrofahrzeug - wieder aufzuladen, wie z.B. in
Eine derartige Ladevorrichtung weist den Nachteil auf, dass sie nicht flexibel aufstellbar bzw. abzubauen ist. Die Kosten für den Aufbau und insbesondere den Anschluss der Ladevorrichtung an das bestehende Stromnetz sind ebenfalls sehr hoch. Falls also die Ladevorrichtung nur temporär an dem derzeitigen Ort verbleiben soll, verursacht ihre Aufstellung und ihr Abbau unnötig hohe Kosten. Flexibler einsetzbar sind Ladevorrichtungen, die derart aufgebaut sind, dass sie transportabel sind.Such a charging device has the disadvantage that it cannot be flexibly set up or dismantled. The costs for the construction and especially the connection of the charging device to the existing power grid are also very high. So if the charging device is only to remain temporarily at the current location, its erection and dismantling cause unnecessarily high costs. Charging devices that are constructed in such a way that they can be transported are more flexible.
Die Patentschrift
Diese Ladevorrichtung weist den Nachteil auf, dass sie so groß und schwer gestaltet ist, dass sie nur auf großen Flächen aufgebaut und betrieben werden kann, z.B. auf Parkplätzen von Einkaufszentren. Ihr Einsatz in z.B. Parkhäusern ist nicht möglich. Ebenfalls ist ein Anschluss an ein bereits bestehendes Stromnetz notwendig.This charging device has the disadvantage that it is made so large and heavy that it can only be set up and operated over large areas, for example in parking lots in shopping centers. Their use in e.g. multi-storey car parks is not possible. A connection to an existing power grid is also necessary.
Die Gebrauchsmusterschrift „
Diese Ladevorrichtung ist ebenfalls sehr groß und schwer. Für ihren Transport wird mindestens ein Lastkraftwagen benötigt.This loading device is also very large and heavy. At least one truck is required for their transport.
Die Patentschrift "
Diese Ladevorrichtung benötigt für ihren Betrieb synthetischen Kraftstoff, der derzeit nicht oder nur in geringen Mengen zur Verfügung steht und deshalb sehr teuer ist. Ein Betrieb der Ladevorrichtung ist daher ebenfalls sehr teuer, eine Versorgung mit dem benötigten synthetischen Kraftstoff nicht garantiert.This charging device requires synthetic fuel for its operation, which is currently not available or is only available in small quantities and is therefore very expensive. Operation of the charging device is therefore also very expensive, and a supply of the required synthetic fuel is not guaranteed.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, die derart kompakt und leicht gestaltet ist, dass sie nahezu überall aufgebaut, betrieben und bei Bedarf einfach und schnell wieder abgebaut werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a charging device for motor vehicles which is so compact and lightweight that it can be set up, operated and dismantled again easily and quickly almost anywhere, if necessary.
Es ist ebenfalls die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, die derart kompakt aufgebaut ist, dass sie in Herstellung, Installation und Betrieb kostengünstiger als bisher bekannte Ladevorrichtungen ist, und die autark arbeitet.It is also the object of the present invention to provide a charging device for motor vehicles which is so compactly constructed that it is more cost-effective to manufacture, install and operate than previously known charging devices, and which works independently.
Die genannte Aufgabe wird mittels der Ladesäule gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Gestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.The stated object is achieved by means of the charging station according to claim 1. Further advantageous configurations of the invention are set out in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist eine erste Vorrichtung zur Energiekonversion sowie eine zweite Vorrichtung zur Energiekonversion auf. Zusätzlich weist die Ladesäule einen Tank für einen flüssigen Energieträger und eine Steuereinheit auf. Erfindungsgemäß sind beide Vorrichtungen zur Energiekonversion, der Tank und die Steuereinheit vorteilhafterweise in einer Einhausung verbaut.The charging column according to the invention for charging electric vehicles has a first device for energy conversion and a second device for energy conversion. In addition, the charging station has a tank for a liquid energy carrier and a control unit. According to the invention, both devices for energy conversion, the tank and the control unit, are advantageously installed in a housing.
Die Dimensionen der Ladesäule sind sehr kompakt und diese kann als ganzes Bauteil transportiert, aufgestellt, betrieben und wieder abgebaut werden. Insbesondere für den ländlichen Bereich bietet die erfindungsgemäße Ladesäule Vorteile gegenüber herkömmlichen Ladesäulen, die an ein bestehendes Stromnetz angeschlossen werden müssen: Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig. Falls die Ladesäule an dem gewählten Standort nicht rentabel betrieben werden kann, ist sie wieder leicht abzubauen. Auch im Falle von baulichen Maßnahmen in unmittelbarer Umgebung der Ladesäule ist diese schnell zu entfernen und an einer anderen, geeigneteren Stelle wieder aufbaubar.The dimensions of the charging station are very compact and it can be transported, set up, operated and dismantled as a whole component. For rural areas in particular, the charging column according to the invention offers advantages over conventional charging columns that have to be connected to an existing power grid: The costs of the charging column and thus the investments for installation and operation are low. If the charging station cannot be operated profitably at the chosen location, it can be easily dismantled. Even in the case of structural measures in the immediate vicinity of the charging station, it can be removed quickly and reassembled at another, more suitable location.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die erste Vorrichtung zur Energiekonversion geeignet, einen flüssigen Energieträger in elektrische und/oder kinetische Energie zu konvertieren. Ein Verbrennungsmotor treibt die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor erzeugte kinetische Energie wird also durch die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion in elektrische Energie umgewandelt. Bei Verwendung einer Brennstoffzelle als erste Vorrichtung erzeugt die Brennstoffzelle ohne Umwege elektrische Energie.In a further advantageous embodiment of the invention, the first device for energy conversion is suitable for converting a liquid energy carrier into electrical and / or kinetic energy. An internal combustion engine drives the second device for energy conversion by rotation. The kinetic energy generated by the internal combustion engine is thus converted into electrical energy by the second device for energy conversion. When using a fuel cell as the first device, the fuel cell generates electrical energy directly.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist der flüssige Energieträger Methanol, Ethanol oder Wasserstoff. Beide Kraftstoffarten können aus Biomasse umweltverträglich hergestellt werden, sind weltweit als Kraftstoffe seit Langem etabliert und stehen somit preiswert zur Verfügung. Ihr Transport und ihre Lagerung sowie ihr Betrieb sind vergleichbar mit herkömmlichem Benzin und damit unproblematisch.In a further embodiment of the invention, the liquid energy carrier is methanol, ethanol or hydrogen. Both types of fuel can be produced from biomass in an environmentally friendly way, have long been established as fuels around the world and are therefore available at low cost. Their transport, storage and operation are comparable to conventional gasoline and are therefore unproblematic.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion eine Brennstoffzelle mit einem Stromrichter oder ein Verbrennungsmotor mit einem Generator. Der Verbrennungsmotor ist üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor, möglich sind aber auch andere Bauformen. Der Generator erzeugt durch Rotation elektrische Energie als Strom. Ein Stromrichter wandelt gegebenenfalls den vom Generator erzeugten Strom in einen Gleichstrom um und passt die Spannung des Gleichstromes an. Eine Brennstoffzelle erzeugt ohne Umwege elektrische Energie in Form eines Stroms, ein Stromrichter und/oder Stromwandler wandelt gegebenenfalls den erzeugten Strom in einen Gleichstrom mit einer Mindestspannung um.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the first and the second device for energy conversion are a fuel cell with a converter or an internal combustion engine with a generator. The internal combustion engine is usually a piston internal combustion engine, but other designs are also possible. The generator generates electrical energy as electricity through rotation. If necessary, a converter converts the current generated by the generator into a direct current and adjusts the voltage of the direct current. A fuel cell generates electrical energy in the form of a current without any detours, a converter and / or current converter converts the generated current into a direct current with a minimum voltage, if necessary.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Ladesäule einen elektrischen Energiespeicher auf. Der Energiespeicher versorgt die Steuereinheit und ggf. eine Beleuchtung mit Energie und startet die erste Vorrichtung zur Energiekonversion. Der elektrische Energiespeicher ist vorteilhafterweise wiederaufladbar ausgebildet.In a further aspect of the invention, the charging station has an electrical energy store. The energy store supplies the control unit and possibly lighting with energy and starts the first device for energy conversion. The electrical energy store is advantageously designed to be rechargeable.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der elektrische Energiespeicher derartig angeschlossen, dass er eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion in Betrieb nehmen kann. Zum Betrieb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion ist die Förderung des Kraftstoffs aus dem Tank zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion notwendig. Üblicherweise geschieht dies durch eine handelsübliche Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe wird durch den elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgt.In a further embodiment of the invention, the electrical energy store is connected in such a way that it can operate a device for conveying the liquid energy carrier to the first device for energy conversion. In order to operate the first device for energy conversion, it is necessary to convey the fuel from the tank to the first device for energy conversion. This is usually done using a commercially available fuel pump. The fuel pump is supplied with energy by the electrical energy store.
In einer besonders vorteilhaften Gestaltung der Erfindung ist die Ladesäule geeignet, ohne Zufuhr von Energie von außerhalb der Ladesäule Strom zu erzeugen. Die Ladesäule ist durch das Implementieren aller seiner einzelnen Komponenten sehr kompakt aufgebaut und benötigt keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Ladesäule kann als ganzes Bauteil transportiert, aufgestellt, betrieben und wieder abgebaut werden. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig. Falls die Ladesäule an dem gewählten Standort nicht rentabel betrieben werden kann, ist sie wieder leicht abzubauen. Auch im Falle von baulichen Maßnahmen in unmittelbarer Umgebung der Ladesäule ist diese schnell zu entfernen und an einer anderen, geeigneteren Stelle wieder aufbaubar.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the charging column is suitable for generating electricity without supplying energy from outside the charging column. Thanks to the implementation of all of its individual components, the charging station has a very compact design and does not require a connection to an existing power grid. The charging station can be transported, set up, operated and dismantled again. The costs of the charging station and thus the investments for installation and operation are low. If the charging station cannot be operated profitably at the chosen location, it can be easily dismantled. Even in the case of structural measures in the immediate vicinity of the charging station, it can be removed quickly and reassembled at another, more suitable location.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ladesäule ausschließlich einen oder mehrere elektrische Anschlüsse auf, die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet sind. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse (Ladekabel) wird die in der Ladesäule erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben. Die Ladesäule weist keine weiteren elektrischen Anschlüsse auf, die außerhalb des Gehäuses liegen. Die Ladesäule benötigt daher keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig.In a further development of the invention, the charging station has only one or more electrical connections that are suitable for charging electric vehicles. The electrical energy generated in the charging station is delivered to a motor vehicle via one or more electrical connections (charging cables). The charging station has no other electrical connections that are outside the housing. The charging station therefore does not need a connection to an existing power grid. The costs of the charging station and thus the investments for installation and operation are low.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Ladesäule ausschließlich Leitungen und/oder Anschlüsse auf, die dazu geeignet sind, elektrische Energie aus der Ladesäule herauszuleiten. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse (Ladekabel) wird die in der Ladesäule erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben. Die Ladesäule weist keine weiteren elektrischen Anschlüsse auf, die außerhalb des Gehäuses liegen. Die Ladesäule benötigt daher keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig.In a further embodiment of the invention, the charging column only has lines and / or connections that are suitable for conducting electrical energy out of the charging column. The electrical energy generated in the charging station is delivered to a motor vehicle via one or more electrical connections (charging cables). The charging station has no other electrical connections that are outside the housing. The charging station therefore does not need a connection to an existing power grid. The costs of the charging station and thus the investments for installation and operation are low.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Tank derart gestaltet, dass er mindestens 1001 des flüssigen Energieträgers fasst, bevorzugt 2001 und besonders bevorzugt 5001. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 1001) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.In a further embodiment of the invention, the tank is designed in such a way that it holds at least 1001 of the liquid energy carrier, preferably 2001 and particularly preferably 5001. The volume of the tank is dimensioned so that at least 10 charging processes (tank content 1001) are possible. The tank volume can be adjusted according to the requirements determined by the location of the charging station. For example, it makes sense to choose a small tank volume in large cities because the refueling infrastructure is good, so the charging station can be refueled very quickly. In rural areas, a larger tank volume is chosen in order to increase the intervals between the individual refueling processes.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung hat der Tank ein Volumen zur Aufnahme einer Menge eines flüssigen Energieträgers mit einer Energie von mindestens 125 kWh, bevorzugt 440 kWh und besonders bevorzugt 2000 kWh. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 125 kWh) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.In a further embodiment of the invention, the tank has a volume for holding a quantity of a liquid energy carrier with an energy of at least 125 kWh, preferably 440 kWh and particularly preferably 2000 kWh. The volume of the tank is dimensioned so that at least 10 charging processes (tank content 125 kWh) are possible. The tank volume can be adjusted according to the requirements determined by the location of the charging station. For example, it makes sense to choose a small tank volume in large cities because the refueling infrastructure is good, so the charging station can be refueled very quickly. In rural areas, a larger tank volume is chosen in order to increase the intervals between the individual refueling processes.
Die genannte Aufgabe wird ebenfalls mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen gemäß Anspruch 10 gelöst.The stated object is also achieved by means of the method according to the invention for generating a charging current for charging electric vehicles according to
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist fünf Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt wird ein flüssiger Energieträger in einen in einer Einhausung angeordneten Tank zugeführt. Die Befüllung des Tanks kann z.B. mittels eines Tankfahrzeugs erfolgen.The method according to the invention for generating a charging current for charging electric vehicles has five method steps: In the first method step, a liquid energy carrier is fed into a tank arranged in a housing. The tank can be filled using a tanker, for example.
Im zweiten Verfahrensschritt wird ein flüssiger Energieträger von einem Tank in die erste Vorrichtung zur Energiekonversion zugeführt. Tank und erste Vorrichtung zur Energiekonversion sind dabei in einer Einhausung angeordnet. Der Ladevorgang beginnt, wenn ein Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel) in die entsprechende Steckdose des zu ladenden Kraftfahrzeuges steckt. Dann wird der Kraftstoff aus dem Tank mittels z.B. einer Kraftstoffpumpe der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion zugeführt und diese in Betrieb genommen.In the second process step, a liquid energy carrier is fed from a tank into the first device for energy conversion. The tank and the first device for energy conversion are arranged in a housing. The charging process begins when a user plugs the electrical connection (charging cable) into the corresponding socket of the motor vehicle to be charged. Then the fuel from the tank is fed to the first device for energy conversion, e.g. by means of a fuel pump, and this is put into operation.
Im dritten Verfahrensschritt wird der flüssige Energieträger in kinetische oder elektrische Energie in der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion konvertiert. Je nach Ausführung der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion (Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle) wird die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie im Verbrennungsmotor in kinetische Energie konvertiert, eine Brennstoffzelle konvertiert die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie in einen Gleichstrom.In the third process step, the liquid energy carrier is converted into kinetic or electrical energy in the first device for energy conversion. Depending on the design of the first energy conversion device (internal combustion engine or fuel cell), the chemical energy stored in the fuel is converted into kinetic energy in the internal combustion engine; a fuel cell converts the chemical energy stored in the fuel into direct current.
Im vierten Verfahrensschritt wird die elektrische oder kinetische Energie, die mittels der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion erzeugt wurde, in der zweiten Vorrichtung zur Energiekonversion in einen Gleichstrom konvertiert. Bei Verwendung eines Verbrennungsmotors als erste Vorrichtung zur Energiekonversion treibt der Verbrennungsmotor die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion, z.B. einen Generator, durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor erzeugt kinetische Energie wird also durch den Generator in elektrische Energie umgewandelt, in einen Strom. Bei Verwendung einer Brennstoffzelle wird der erzeugte Gleichstrom mittels eines Stromrichters in einen Gleichstrom mit einer Mindestspannung umgewandelt. Die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion kann demnach als Stromrichter und/oder Stromwandler ausgestaltet sein.In the fourth method step, the electrical or kinetic energy that was generated by means of the first device for energy conversion is converted into a direct current in the second device for energy conversion. When using an internal combustion engine as the first device for energy conversion, the internal combustion engine drives the second device for energy conversion, for example a generator, by rotation. The kinetic energy generated by the internal combustion engine is therefore converted into electrical energy by the generator, into electricity. At Using a fuel cell, the generated direct current is converted into a direct current with a minimum voltage by means of a converter. The second device for energy conversion can accordingly be designed as a converter and / or current converter.
Im fünften Verfahrensschritt wird der Strom, der in der zweiten Vorrichtung zur Energiekonversion erzeugt wurde, an ein Elektrofahrzeug abgegeben. Die Dimensionen der Ladesäule sind sehr kompakt und diese kann als ganzes Bauteil transportiert, aufgestellt, betrieben und wieder abgebaut werden. Insbesondere für den ländlichen Bereich bietet die erfindungsgemäße Ladesäule Vorteile gegenüber herkömmlichen Ladesäulen, die an ein bestehendes Stromnetz angeschlossen werden müssen: Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig. Falls die Ladesäule an dem gewählten Standort nicht rentabel betrieben werden kann, ist sie wieder leicht abzubauen. Auch im Falle von baulichen Maßnahmen in unmittelbarer Umgebung der Ladesäule ist diese schnell zu entfernen und an einer anderen, geeigneteren Stelle wieder aufbaubar.In the fifth method step, the electricity that was generated in the second device for energy conversion is delivered to an electric vehicle. The dimensions of the charging station are very compact and it can be transported, set up, operated and dismantled as a whole component. For rural areas in particular, the charging column according to the invention offers advantages over conventional charging columns that have to be connected to an existing power grid: The costs of the charging column and thus the investments for installation and operation are low. If the charging station cannot be operated profitably at the chosen location, it can be easily dismantled. Even in the case of structural measures in the immediate vicinity of the charging station, it can be removed quickly and reassembled at another, more suitable location.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion durch einen elektrischen Energiespeicher in Betrieb genommen. Zum Betrieb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion ist die Förderung des Kraftstoffs aus dem Tank zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion notwendig. Üblicherweise geschieht dies durch eine handelsübliche Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe wird durch den elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgt und gestartet.In a further embodiment of the invention, a device for conveying the liquid energy carrier to the first device for energy conversion by means of an electrical energy store is put into operation. In order to operate the first device for energy conversion, it is necessary to convey the fuel from the tank to the first device for energy conversion. This is usually done using a commercially available fuel pump. The fuel pump is supplied with energy and started by the electrical energy store.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt das Zuführen des flüssigen Energieträgers zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion durch die Ladung eines elektrischen Energiespeichers. Zum Betrieb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion ist die Förderung des Kraftstoffs aus dem Tank zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion notwendig. Üblicherweise geschieht dies durch eine handelsübliche Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe wird durch den elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgt und gestartet.In a further embodiment of the invention, the liquid energy carrier is fed to the first device for energy conversion by charging an electrical energy store. In order to operate the first device for energy conversion, it is necessary to convey the fuel from the tank to the first device for energy conversion. This is usually done using a commercially available fuel pump. The fuel pump is supplied with energy and started by the electrical energy store.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erfolgt ein Transport elektrischer Energie ausschließlich von der Ladesäule nach außerhalb der Ladesäule. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse (Ladekabel) wird die in der Ladesäule erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben. Die Ladesäule weist keine weiteren elektrischen Anschlüsse auf, die außerhalb des Gehäuses liegen. Die Ladesäule benötigt daher keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig.In a further advantageous embodiment of the invention, electrical energy is transported exclusively from the charging column to outside the charging column. The electrical energy generated in the charging station is delivered to a motor vehicle via one or more electrical connections (charging cables). The charging station has no other electrical connections that are outside the housing. The charging station therefore does not need a connection to an existing power grid. The costs of the charging station and thus the investments for installation and operation are low.
In einer Weiterbildung der Erfindung beginnt die Erzeugung der elektrischen Energie in der Ladesäule mit dem Beginn eines Ladevorgangs. Ist die Ladesäule nicht in Betrieb, befindet sie sich im Standby-Modus. Erst auf Anforderung eines Benutzers, üblicherweise indem der Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel) in den elektrischen Anschluss des zu ladenden Kraftfahrzeugs steckt, beginnt der Betrieb der Ladesäule. Im Standby-Modus verbraucht die Ladesäule selbst sehr wenig Energie.In a further development of the invention, the generation of electrical energy in the charging station begins with the start of a charging process. If the charging station is not in operation, it is in standby mode. Only at the request of a user, usually by the user plugging the electrical connection (charging cable) into the electrical connection of the motor vehicle to be charged, does the charging station begin to operate. In standby mode, the charging station itself consumes very little energy.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung endet die Erzeugung der elektrischen Energie in der Ladesäule mit dem Ende eines Ladevorgangs. Der Ladevorgang endet, wenn der Benutzer das Ladekabel vom zu ladenden Kraftfahrzeug löst bzw. wenn der Energiespeicher des Kraftfahrzeugs ausreichend (z.B. 80% der Kapazität des Energiespeichers oder mehr) geladen ist. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird die erste Vorrichtung zur Energiekonversion gestoppt und kein Kraftstoff mehr zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion gefördert. Die Ladesäule fährt in einen Standby-Modus bis zum Beginn des nächsten Ladevorgangs.In a further aspect of the invention, the generation of electrical energy in the charging station ends with the end of a charging process. The charging process ends when the user detaches the charging cable from the motor vehicle to be charged or when the energy storage device of the motor vehicle is sufficiently charged (e.g. 80% of the capacity of the energy storage device or more). After the charging process has ended, the first device for energy conversion is stopped and fuel is no longer conveyed to the first device for energy conversion. The charging station goes into standby mode until the next charging process begins.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt das Zuführen eines flüssigen Energieträgers von einem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank zu einer ersten Vorrichtung zur Energiekonversion nicht zeitgleich mit der Zuführung eines flüssigen Energieträgers in einen in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank. Das Befüllen des Tanks erfolgt einerseits aus Sicherheitsgründen zu einem anderen Zeitpunkt als der Ladevorgang, andererseits um einen Ladevorgang nicht zu unterbrechen. Die Servicequalität für einen Benutzer wird dadurch erhöht.In a further embodiment of the invention, the supply of a liquid energy carrier from a tank arranged in a housing of a charging column to a first device for energy conversion does not take place at the same time as the feeding of a liquid energy carrier into a tank arranged in a housing of a charging column. The tank is filled on the one hand for safety reasons at a different point in time than the charging process, on the other hand in order not to interrupt a charging process. This increases the quality of service for a user.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgen zwischen zwei Vorgängen zur Zuführung eines flüssigen Energieträgers in einen in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank mehrere Ladevorgänge. Das Volumen des Tanks ist derart bemessen, dass mehrere Ladevorgänge möglich sind. Die Steuereinheit kann ein Signal, z.B. eine SMS oder Email, an den Betreiber der Ladesäule senden, wenn der Tankinhalt ein bestimmtes vorher festgelegtes Volumen unterschritten hat.In a further embodiment of the invention, several charging processes take place between two processes for feeding a liquid energy carrier into a tank arranged in a housing of a charging column. The volume of the tank is dimensioned in such a way that several loading processes are possible. The control unit can send a signal, e.g. an SMS or email, to the operator of the charging station when the tank content has fallen below a certain previously defined volume.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird dem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank ein Volumen eines flüssigen Energieträgers mit einer Energie von mindestens 125 kWh, bevorzugt 440 kWh und besonders bevorzugt 2000 kWh zugeführt. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 125 kWh) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.In a further embodiment of the invention, a volume of a liquid energy carrier with an energy of at least 125 kWh, preferably 440 kWh and particularly preferably 2000 kWh is supplied to the tank arranged in a housing of a charging column. The volume of the tank is dimensioned so that at least 10 loading processes ( Tank capacity 125 kWh) are possible. The tank volume can be adjusted according to the requirements determined by the location of the charging station. For example, it makes sense to choose a small tank volume in large cities because the refueling infrastructure is good, so the charging station can be refueled very quickly. In rural areas, a larger tank volume is chosen in order to increase the intervals between the individual refueling processes.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden dem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank mindestens 1001 des flüssigen Energieträgers zugeführt, bevorzugt 2001 und besonders bevorzugt 5001. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 1001) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.In a further embodiment of the invention, at least 1001 of the liquid energy carrier are fed to the tank arranged in a housing of a charging column, preferably 2001 and particularly preferably 5001. The volume of the tank is dimensioned so that at least 10 charging processes (tank content 1001) are possible. The tank volume can be adjusted according to the requirements determined by the location of the charging station. For example, it makes sense to choose a small tank volume in large cities because the refueling infrastructure is good, so the charging station can be refueled very quickly. In rural areas, a larger tank volume is chosen in order to increase the intervals between the individual refueling processes.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 : Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule mit Verbrennungsmotor -
2 : Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule mit Brennstoffzelle -
3 : Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufladung von Elektrofahrzeugen
-
1 : An embodiment of the charging station according to the invention with an internal combustion engine -
2 : An embodiment of the charging station according to the invention with a fuel cell -
3 : An embodiment of the method according to the invention for charging electric vehicles
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule
Weiterhin ist in der Ladesäule
Der elektrische Energiespeicher
Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist fünf Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt
Der Ladevorgang beginnt, wenn ein Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel)
Insbesondere Transport und Lagerung der flüssigen Betriebsstoffe (Methanol, Ethanol) sowie ihr Betrieb in Brennstoffzellen sind vergleichbar mit herkömmlichem Benzin (für Kraftfahrzeuge) und damit unproblematisch. Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule
Weiterhin ist in der Ladesäule
Der elektrische Energiespeicher
Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist fünf Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt
Dieser Strom wird im fünften Verfahrensschritt
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LadesäuleCharging station
- 22
- EinhausungEnclosure
- 33
- 1. Vorrichtung zur Energiekonversion1. Device for energy conversion
- 44th
- 2. Vorrichtung zur Energiekonversion2. Device for energy conversion
- 55
- SteuereinheitControl unit
- 66th
- Tanktank
- 77th
- Brennstoffzelle/VerbrennungsmotorFuel cell / internal combustion engine
- 88th
- Stromrichter/GeneratorConverter / generator
- 99
- EnergiespeicherEnergy storage
- 1010
- Elektrischer AnschlussElectrical connection
- 1111
- Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen EnergieträgersDevice for transporting the liquid energy carrier
- 100100
- Zuführen eines flüssigen Energieträgers in den TankFeeding a liquid energy carrier into the tank
- 200200
- Transport von einem flüssigen Energieträger vom Tank zur ersten Vorrichtung zur EnergiekonversionTransport of a liquid energy carrier from the tank to the first device for energy conversion
- 300300
- Konvertierung des flüssigen Energieträgers in eine kinetische oder elektrische EnergieConversion of the liquid energy carrier into kinetic or electrical energy
- 400400
- Konvertierung der kinetischen oder elektrischen Energie in einen GleichstromConversion of kinetic or electrical energy into direct current
- 500500
- Laden eines ElektrofahrzeugsCharging an electric vehicle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- DE 102017207023 B4 [0009]DE 102017207023 B4 [0009]
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