DE102020122127A1 - Charging system for vehicles - Google Patents

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Lars Ackermann
Amadeus Persicke
Sergio Epifanio Sebstiao
Michael Kraus
Andreas Stahl
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Abstract

Ein Ladesystem (6) für Fahrzeuge (2, 3) umfasst:
- mindestens ein Wasserstoffspeichertank (26) zum Speichern von Wasserstoff (28);
- mindestens ein Brennstoffzellensystem (36), welches zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung des im mindestens einen Wasserstoffspeichertank (26) gespeicherten Wasserstoffs (28) eingerichtet ist;
- mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit (34), welche mit dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank (26) verbunden und zur Versorgung mindestens eines Fahrzeugs (3) mit Wasserstoff (28) eingerichtet ist;
- mindestens einen Kompressor (30), der zwischen dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank (26) und der mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit (34) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Wasserstoff (28) zu komprimiertem Wasserstoff zu komprimieren; und
- mindestens ein Fahrzeugladegerät (38), das mit dem mindestens einen Brennstoffzellensystem (36) verbunden und zum Laden mindestens einer Batterie eines Fahrzeugs (2) mit durch das mindestens eine Brennstoffzellensystem (36) erzeugter elektrischer Energie eingerichtet ist. Das Ladesystem (6) umfasst zusätzlich mindestens eine Kühleinrichtung (32), die für die Kühlung des Wasserstoffs (28) eingerichtet ist.

Figure DE102020122127A1_0000
A charging system (6) for vehicles (2, 3) includes:
- at least one hydrogen storage tank (26) for storing hydrogen (28);
- At least one fuel cell system (36) which is set up to generate electrical energy using the hydrogen (28) stored in the at least one hydrogen storage tank (26);
- At least one hydrogen supply unit (34) which is connected to the at least one hydrogen storage tank (26) and is set up to supply at least one vehicle (3) with hydrogen (28);
- At least one compressor (30) which is arranged between the at least one hydrogen storage tank (26) and the at least one hydrogen supply unit (34) and is adapted to compress hydrogen (28) to compressed hydrogen; and
- At least one vehicle charger (38) which is connected to the at least one fuel cell system (36) and is set up to charge at least one battery of a vehicle (2) with electrical energy generated by the at least one fuel cell system (36). The charging system (6) additionally includes at least one cooling device (32) which is set up for cooling the hydrogen (28).
Figure DE102020122127A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladesystem für Fahrzeuge und eine Infrastruktur zum Laden von Fahrzeugen, welche ein solches Ladesystem umfasst.The present invention relates to a charging system for vehicles and an infrastructure for charging vehicles, which comprises such a charging system.

Wasserstofftankstellen sind für eine Betankung von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen, wie Personenkraftfahrzeugen, Bussen, Schiffen und Lastkraftwagen bekannt. Solche Tankstellen umfassen zumindest einen Wasserstoffspeicher, welcher regelmäßig befüllt wird, um eine ausreichende Verfügbarkeit von Wasserstoff zu gewährleisten.Hydrogen refueling stations are known for refueling hydrogen-powered vehicles such as automobiles, buses, ships and trucks. Such filling stations include at least one hydrogen store, which is regularly filled in order to ensure sufficient availability of hydrogen.

Solche Wasserstofftankstellen erfordern eine hohe Anfangsinvestition, da die Infrastruktur aufwendig und komplex ist. Beispielsweise sind die Einrichtungen für einen Transport des Wasserstoffs zur Tankstelle, sowie die Einrichtungen zur Betankung der Fahrzeuge aufwendig, da hohe Sicherheitsstandards eingehalten werden müssen. Somit ist ein Ziel, die Wasserstofftankstelle so einzurichten, dass eine große Anzahl an wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen pro Zeiteinheit betankt werden, damit sich die komplexe Infrastruktur lohnt, als auch im Betrieb eine angemessene Wirtschaftlichkeit erreicht werden kann.Such hydrogen filling stations require a high initial investment because the infrastructure is expensive and complex. For example, the facilities for transporting the hydrogen to the filling station and the facilities for refueling the vehicles are expensive, since high safety standards have to be maintained. One goal is therefore to set up the hydrogen filling station in such a way that a large number of hydrogen-powered vehicles can be refueled per unit of time, so that the complex infrastructure is worthwhile and an appropriate level of efficiency can be achieved in operation.

Ebenfalls bekannt sind Stromtankstellen für die Aufladung von Fahrzeugen, welche mit einem Elektromotor betrieben werden. Solche Stromtankstellen sind im Allgemeinen an ein elektrisches Netz angeschlossen, durch welches der Strom beispielsweise von einem Kraftwerk bzw. dem öffentlichen Stromnetz zur Stromtankstelle geleitet wird.Electric charging stations for charging vehicles that are operated with an electric motor are also known. Such charging stations are generally connected to an electrical network, through which the current is conducted, for example, from a power plant or the public power grid to the charging station.

Wenn mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden, erhöht sich die Ladedauer, da oft die verfügbare Leistung des elektrischen Netzes bzw. des örtlichen Stromanschlusses beschränkt ist und zwischen den Fahrzeugen aufgeteilt werden muss.If several vehicles are charged at the same time, the charging time increases, since the available power from the electrical network or the local power connection is often limited and has to be divided between the vehicles.

Es ist daher ein Ziel, eine hohe gesamte Ladeleistung bereitzustellen, um eine große Anzahl an Fahrzeugen zügig zu laden.It is therefore a goal to provide a high total charging power in order to quickly charge a large number of vehicles.

EP 3 157 166 A1 beschreibt ein hybrides Ladesystem, welches eine Betankung von Wasserstoff und eine Stromaufladung von entsprechenden Fahrzeugen erlaubt. EP 3 157 166 A1 describes a hybrid charging system that allows fueling with hydrogen and charging of corresponding vehicles with electricity.

Beispielsweise ist die Effizienz von solchen bekannten, getrennten Ladesystemen nicht optimal. Insbesondere weisen solche Ladesysteme oft einen hohen Energieverlust bei der Betankung bzw. Aufladung auf, sodass ein Teil der Energie in Form von Wasserstoff oder elektrischer Energie verbraucht wird, ohne dem entsprechenden Fahrzeug zur Verfügung zu stehen.For example, the efficiency of such known separate charging systems is not optimal. In particular, such charging systems often have a high energy loss during refueling or charging, so that part of the energy is consumed in the form of hydrogen or electrical energy without being available to the vehicle in question.

Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zumindest zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladesystem für Fahrzeuge bereitzustellen, welches eine hohe Energieeffizienz aufweist und in kurzer Zeitspanne eine große Anzahl an Fahrzeugen laden kann.Accordingly, it is an object of the present invention to at least reduce or eliminate the disadvantages mentioned above. In particular, an object of the present invention is to provide a charging system for vehicles which has high energy efficiency and can charge a large number of vehicles in a short period of time.

Weiterhin ermöglicht vorliegende Erfindung beispielsweise in einer mobilen Ausführung, ein Betanken von Fahrzeugen mit Strom oder Wasserstoff autark und unabhängig vom Netz, an jedem beliebigen Einsatzort. Dabei muss die Energie nicht über das Stromnetz bereitgestellt werden, sondern ist in Form von Wasserstoff in der Anlage selbst gespeichert und kann sowohl als Wasserstoff zur Betankung als auch als Strom zum Laden bereitgestellt werden.Furthermore, the present invention, for example in a mobile version, enables vehicles to be refueled with electricity or hydrogen autonomously and independently of the network, at any location. The energy does not have to be provided via the power grid, but is stored in the form of hydrogen in the system itself and can be provided both as hydrogen for refueling and as electricity for charging.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ladesystem für Fahrzeuge, umfassend:

  • - mindestens ein Wasserstoffspeichertank zum Speichern von Wasserstoff;
  • - mindestens ein Brennstoffzellensystem, welches zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung des im mindestens einen Wasserstoffspeichertank gespeicherten Wasserstoffs eingerichtet ist;
  • - mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit, welche mit dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank verbunden und zur Versorgung mindestens eines Fahrzeugs mit Wasserstoff eingerichtet ist;
  • - mindestens einen Kompressor, der zwischen dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank und der mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Wasserstoff zu komprimiertem Wasserstoff zu komprimieren; und
  • - mindestens ein Fahrzeugladegerät, das mit dem mindestens einen Brennstoffzellensystem verbunden und zum Laden mindestens einer Batterie eines Fahrzeugs mit durch das mindestens eine Brennstoffzellensystem erzeugter elektrischer Energie eingerichtet ist, wobei:
    • das Ladesystem zusätzlich mindestens eine Kühleinrichtung umfasst, die für die Kühlung des Wasserstoffs aus dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank vor der Zuführung zur mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit eingerichtet ist,
    • das mindestens eine Brennstoffzellensystem die mindestens eine Kühleinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, und
    • die mindestens eine Kühleinrichtung das mindestens eine Brennstoffzellensystem kühlt.
According to the invention, this object is achieved by a charging system for vehicles, comprising:
  • - at least one hydrogen storage tank for storing hydrogen;
  • - At least one fuel cell system, which is set up to generate electrical energy using the hydrogen stored in the at least one hydrogen storage tank;
  • - At least one hydrogen supply unit, which is connected to the at least one hydrogen storage tank and is set up to supply at least one vehicle with hydrogen;
  • - at least one compressor which is arranged between the at least one hydrogen storage tank and the at least one hydrogen supply unit and is set up to compress hydrogen into compressed hydrogen; and
  • - At least one vehicle charger that is connected to the at least one fuel cell system and is set up to charge at least one battery of a vehicle with electrical energy generated by the at least one fuel cell system, wherein:
    • the charging system additionally comprises at least one cooling device which is set up for cooling the hydrogen from the at least one hydrogen storage tank before it is fed to the at least one hydrogen supply unit,
    • the at least one fuel cell system supplies the at least one cooling device with electrical energy, and
    • the at least one cooling device cools the at least one fuel cell system.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst das erfindungsgemäße Ladsystem eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale, in allen technisch möglichen Kombinationen:

  • - der mindestens eine Kompressor ist dazu eingerichtet, den komprimierten Wasserstoff dem mindestens einen Brennstoffzellensystem und/oder der mindestens einen Kühleinrichtung zuzuführen.
  • - der mindestens eine Wasserstoffspeichertank umfasst mindestens eine erste Tankkammer und mindestens eine zweite Tankkammer.
  • - das mindestens eine Brennstoffzellensystem versorgt den mindestens einen Kompressor mit elektrischer Energie.
  • - der Kompressor ist dazu eingerichtet, den Wasserstoff auf mindestens 50 Megapascal, vorzugsweise mindestens 70 Megapascal zu komprimieren, und die Kühleinrichtung ist dazu eingerichtet, den komprimierten Wasserstoff auf unter minus 20°C, vorzugsweise auf unter minus 40°C zu kühlen.
  • - das mindestens eine Brennstoffzellensystem ist dazu eingerichtet, eine elektrische Leistung in Abhängigkeit eines Bedarfs des mindestens einen Fahrzeugladegeräts bereitzustellen.
  • - zumindest ein Element aus der Gruppe des mindestens einen Wasserstoffspeichertanks, des mindestens einen Kompressors, der mindestens einen Kühleinrichtung, der mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit, des mindestens einen Brennstoffzellensystems und des mindestens einen Fahrzeugladegerätes ist dazu eingerichtet, mindestens eine Information aus der folgenden Gruppe mit einem Betriebskontrollzentrum auszutauschen: ein Betriebsstatus des Elements, ein Fehlerstatus des Elements, ein Ladezustand des Elements, ein Kontrollbefehl des Elements, und eine Bezahlinformation eines Benutzers.
  • - das Ladesystem ist dazu eingerichtet, mindestens eine Information aus der folgenden Gruppe mit einem Kundendatenzentrum auszutauschen: eine Benutzeridentifizierung, eine Position eines Benutzers, ein voraussichtlicher Bedarf an Wasserstoff und/oder elektrischer Energie eines Fahrzeugs, eine Preisinformation, und eine Abrechnungsinformation.
According to preferred embodiments, the charging system according to the invention includes one, several or all of the following features, in all technically possible combinations:
  • - The at least one compressor is set up to supply the compressed hydrogen to the at least one fuel cell system and/or the at least one cooling device.
  • - The at least one hydrogen storage tank comprises at least one first tank chamber and at least one second tank chamber.
  • - The at least one fuel cell system supplies the at least one compressor with electrical energy.
  • - the compressor is set up to compress the hydrogen to at least 50 megapascals, preferably at least 70 megapascals, and the cooling device is set up to cool the compressed hydrogen to below minus 20°C, preferably to below minus 40°C.
  • - The at least one fuel cell system is set up to provide electrical power depending on a requirement of the at least one vehicle charger.
  • - at least one element from the group of at least one hydrogen storage tank, the at least one compressor, the at least one cooling device, the at least one hydrogen supply unit, the at least one fuel cell system and the at least one vehicle charger is set up to transmit at least one piece of information from the following group to an operational control center to exchange: an operation status of the item, an error status of the item, a loading status of the item, a control command of the item, and payment information of a user.
  • - The charging system is set up to exchange at least one piece of information from the following group with a customer data center: a user identification, a user's position, an expected requirement for hydrogen and/or electric energy of a vehicle, price information, and billing information.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Infrastruktur zum Laden von Fahrzeugen, wobei die Infrastruktur ein Ladesystem wie oben beschrieben umfasst, sowie ein Wasserstoffversorgungssystem zur Versorgung des Ladesystems mit Wasserstoff.The invention also relates to an infrastructure for charging vehicles, the infrastructure comprising a charging system as described above and a hydrogen supply system for supplying the charging system with hydrogen.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Infrastruktur eines oder mehrere der folgenden Merkmale, in allen technisch möglichen Kombinationen:

  • - das Wasserstoffversorgungssystem umfasst einen Tankstutzen für eine Betankung durch einen Wasserstofftransporter, einen Einlass für eine Wasserstoffpipeline und/oder einen Einlass für eine Wasserstoff-Trägermedium-Pipeline.
  • - das Wasserstoffversorgungssystem umfasst einen Elektrolyseur, welcher dazu eingerichtet ist, Wasserstoff mit Hilfe von elektrischem Strom für das Ladesystem zu erzeugen, wobei der elektrische Strom vorzugsweise aus einer erneuerbaren Energiequelle stammt.
According to preferred embodiments, the infrastructure includes one or more of the following features, in all technically possible combinations:
  • - The hydrogen supply system includes a tank nozzle for refueling by a hydrogen transporter, an inlet for a hydrogen pipeline and/or an inlet for a hydrogen carrier medium pipeline.
  • - the hydrogen supply system comprises an electrolyser which is set up to generate hydrogen using electrical power for the charging system, the electrical power preferably originating from a renewable energy source.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung im Detail beschreiben, wobei die einzige Figur eine schematische Ansicht einer Infrastruktur ist, welche ein Ladesystem zum Laden von Fahrzeugen umfasst.Preferred embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the drawing, the only figure being a schematic view of an infrastructure which includes a charging system for charging vehicles.

Die Figur zeigt eine Infrastruktur 1 zum Laden von Fahrzeugen 2, 3, welche ein Wasserstoffversorgungssystem 4 und ein Ladesystem 6 zum Laden von Fahrzeugen 2, 3, insbesondere Hybridfahrzeugen, umfasst.The figure shows an infrastructure 1 for charging vehicles 2, 3, which includes a hydrogen supply system 4 and a charging system 6 for charging vehicles 2, 3, in particular hybrid vehicles.

Die Infrastruktur 1, und insbesondere das Ladesystem 6, ist beispielsweise dazu geeignet, stationär betrieben zu werden.The infrastructure 1, and in particular the charging system 6, is suitable, for example, for being operated in a stationary manner.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist Infrastruktur 1, und insbesondere das Ladesystem 6, dazu eingerichtet, mobil betrieben zu werden. Dazu umfasst das Ladesystem 6 beispielsweise Einrichtungen zum Transport, wie Räder und insbesondere einen Motor.According to another embodiment, infrastructure 1, and in particular charging system 6, is set up to be operated in a mobile manner. For this purpose, the charging system 6 includes, for example, transport devices such as wheels and, in particular, a motor.

Die Infrastruktur 1 ist insbesondere zur Betankung mit Wasserstoff oder bei HybridFahrzeugen, zur Betankung mit Wasserstoff und Strom gleichzeitig bzw. gleichermaßen eingerichtet.The infrastructure 1 is set up in particular for refueling with hydrogen or, in the case of hybrid vehicles, for refueling with hydrogen and electricity at the same time or equally.

Die Fahrzeuge sind zum Beispiel batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und/oder wasserstoffbetriebene Fahrzeuge. Beispielsweise sind die Fahrzeuge Transportmittel, wie Personenkraftfahrzeuge, zum Beispiel Autos oder Busse, oder Lastkraftwagen, oder Fluggeräte.The vehicles are, for example, battery-powered electric vehicles and/or hydrogen-powered vehicles. For example, the vehicles are means of transport, such as passenger vehicles, for example cars or buses, or trucks, or aircraft.

Das Ladesystem 6 ist insbesondere ein hybrides Ladesystem, das heißt es ist dazu eingerichtet, sowohl batteriebetriebene Elektrofahrzeuge als auch wasserstoffbetriebene Fahrzeuge zu laden bzw. zu betanken.The charging system 6 is in particular a hybrid charging system, that is to say it is set up to charge or refuel both battery-powered electric vehicles and hydrogen-powered vehicles.

Im Beispiel der Figur sind batteriebetriebene Elektrofahrzeuge mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet. Elektrofahrzeuge weisen einen Elektromotor als Antriebsmotor auf. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge weisen eine Traktionsbatterie auf, die die Energie für den Antriebsmotor bereitstellt. Diese Traktionsbatterie muss regelmäßig geladen werden.In the example of the figure, battery-powered electric vehicles are marked with the reference number 2 . Electric vehicles have an electric motor as the drive motor. Battery-powered electric vehicles have a traction battery that provides the energy for the drive motor. This traction battery must be charged regularly.

In 1 sind wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge weisen einen Wasserstoffverbrennungsmotor als Antriebsmotor und/oder eine Brennstoffzelle zur Stromerzeugung für einen Elektroantriebsmotor, eventuell mit einer Batterie zur Zwischenspeicherung, auf.In 1 hydrogen-powered vehicles are marked with the reference number 3 . Hydrogen-powered vehicles have a hydrogen internal combustion engine as the drive motor and/or a fuel cell to generate electricity for an electric drive motor, possibly with a battery for intermediate storage.

Zumindest einige der Fahrzeuge 2, 3 sind beispielsweise Hybridfahrzeuge, das heißt sie umfassen einen batteriebetriebenen Elektromotor oder eine Brennstoffzelle und zusätzlich einen Benzin- oder Dieselverbrennungsmotor. Vorzugsweise sind zumindest einige der Fahrzeuge 2, 3 reine batteriebetriebene Fahrzeuge bzw. reine mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge.At least some of the vehicles 2, 3 are hybrid vehicles, for example, ie they include a battery-operated electric motor or a fuel cell and, in addition, a gasoline or diesel internal combustion engine. At least some of the vehicles 2, 3 are preferably purely battery-operated vehicles or purely hydrogen-operated vehicles.

Gemäß Ausführungsbeispielen umfassen zumindest einige der Fahrzeuge 2, 3 eine Batterie zur Speisung eines Elektromotors und einen Wasserstofftank.According to exemplary embodiments, at least some of the vehicles 2, 3 include a battery for feeding an electric motor and a hydrogen tank.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Infrastruktur 1 des Weiteren ein Betriebskontrollzentrum 5 und ein Kundendatenzentrum 7.According to one embodiment, the infrastructure 1 further comprises an operational control center 5 and a customer data center 7.

Das Wasserstoffversorgungssystem 4 ist dazu eingerichtet, das Ladesystem 6 mit Wasserstoff zu versorgen.The hydrogen supply system 4 is set up to supply the charging system 6 with hydrogen.

Dabei sind in der beispielhaften Figur Wasserstoffflüsse durch dünne Pfeile 8 schematisch dargestellt. Die Übertragung von elektrischer Energie ist in der Figur durch Pfeile mit gestrichelten Linien 10 schematisch dargestellt. Der Austausch von Kühlflüssigkeit zum Kühlen von Elementen ist in dem Beispiel der Figur durch dicke Pfeile 12 schematisch dargestellt.Hydrogen flows are shown schematically by thin arrows 8 in the exemplary figure. The transmission of electrical energy is shown schematically in the figure by arrows with dashed lines 10. The exchange of cooling liquid for cooling elements is shown schematically in the example of the figure by thick arrows 12.

Das Wasserstoffversorgungssystem 4 umfasst beispielsweise einen Tankstutzen 14 für eine Betankung durch einen Wasserstofftransporter 16, einen Einlass 18 für eine Wasserstoffpipeline, einen Einlass 20 für eine Wasserstoff-Trägermedium-Pipeline und/oder einen Elektrolyseur 22.The hydrogen supply system 4 includes, for example, a tank neck 14 for refueling by a hydrogen transporter 16, an inlet 18 for a hydrogen pipeline, an inlet 20 for a hydrogen carrier medium pipeline and/or an electrolyzer 22.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Wasserstoffversorgungssystem 4 nur eines der Elemente aus der Gruppe des Tankstutzens 14, des Einlasses 18, des Einlasses 20 und des Elektrolyseurs 22.According to one embodiment, the hydrogen supply system 4 includes only one of the elements from the group of the tank nozzle 14, the inlet 18, the inlet 20 and the electrolyzer 22.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das Wasserstoffversorgungssystem 4 mindestens zwei, vorzugsweise alle der Elemente aus der Gruppe des Tankstutzens 14, des Einlasses 18, des Einlasses 20 und des Elektrolyseurs 22.According to another exemplary embodiment, the hydrogen supply system 4 comprises at least two, preferably all, of the elements from the group consisting of the tank neck 14, the inlet 18, the inlet 20 and the electrolyzer 22.

Der Tankstutzen 14 ist insbesondere dazu geeignet, an den Wasserstofftransporter 16 angeschlossen zu werden, sodass Wasserstoff aus dem Wasserstofftransporter 16 in das Ladesystems 6 befördert wird.The tank nozzle 14 is particularly suitable for being connected to the hydrogen transporter 16 so that hydrogen is conveyed from the hydrogen transporter 16 into the charging system 6 .

Der Einlass 18 ist dazu geeignet, Wasserstoff, insbesondere in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, aus der Wasserstoffpipeline für eine Beförderung in das Ladesystem 6 zu erhalten.The inlet 18 is suitable for receiving hydrogen, in particular in a liquid and/or gaseous state, from the hydrogen pipeline for transport into the charging system 6 .

Der Einlass 20 ist dazu geeignet, ein Wasserstoff-Trägermedium auch LOHC genannt (aus dem Englischen „liquid organic hydrogen carriers“) für eine Beförderung in das Ladesystem 6 zu erhalten. Durch eine Verwendung des Wasserstoff-Träger-Mediums, das heißt einem Medium, in welchem Wasserstoff in einem Trägermedium gespeichert ist, wird die Sicherheit der Infrastruktur 1 erhöht, da insbesondere eine Explosionsgefahr weiter verringert wird.The inlet 20 is suitable for receiving a hydrogen carrier medium, also called LOHC (from the English “liquid organic hydrogen carriers”) for transport into the charging system 6 . Using the hydrogen carrier medium, that is to say a medium in which hydrogen is stored in a carrier medium, increases the safety of the infrastructure 1 since, in particular, the risk of explosion is further reduced.

Der Elektrolyseur 22 ist dazu eingerichtet, Wasserstoff mit Hilfe von elektrischem Strom für das Ladesystem 6 zu erzeugen. Insbesondere ist der Elektrolyseur 22 dazu eingerichtet, mit Hilfe des elektrischen Stromes eine chemische Reaktion, also eine Stoffumwandlung, herbeizuführen, insbesondere eine Elektrolyse. Der Elektrolyseur 22 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen.The electrolyser 22 is set up to generate hydrogen for the charging system 6 with the aid of electrical current. In particular, the electrolyzer 22 is set up to bring about a chemical reaction, ie a material conversion, in particular an electrolysis, with the aid of the electric current. The electrolyzer 22 is preferably set up to split water into hydrogen and oxygen.

Der Elektrolyseur 22 ist insbesondere an ein Energienetz 24 angeschlossen für eine Versorgung mit elektrischer Energie, vorzugsweise aus einer erneuerbaren Energiequelle, wie zum Beispiel Solarenergie, Windenergie oder Wasserkraft. Der Elektrolyseur 22 weist beispielsweise eine Kontrolleinrichtung 25 auf, die dazu eingerichtet ist, eine Information über eine Überkapazität des Energienetzes 24 zu erhalten, und den Elektrolyseur 22 zu Zeiten von Überkapazität im Energienetz 24 einzuschalten.The electrolyser 22 is in particular connected to an energy network 24 for a supply of electrical energy, preferably from a renewable energy source, such as solar energy, wind energy or hydroelectric power. The electrolyzer 22 has, for example, a control device 25 which is set up to receive information about an overcapacity in the energy network 24 and to switch on the electrolyzer 22 at times of overcapacity in the energy network 24 .

Der Elektrolyseur 22 ist vorzugsweise an eine entsprechende Leitung angeschlossen, insbesondere wie schematisch in der Figur durch den Pfeil 8 dargestellt, um den Wasserstoff von dem Elektrolyseur 22 in das Ladesystem 6 zu befördern.The electrolyser 22 is preferably connected to an appropriate line, in particular as shown schematically in the figure by the arrow 8, in order to transport the hydrogen from the electrolyser 22 into the charging system 6.

Das Ladesystem 6 umfasst mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 zum Speichern von Wasserstoff 28, mindestens einen Kompressor 30, mindestens eine Kühleinrichtung 32, mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34, mindestens ein Brennstoffzellensystem 36 und mindestens ein Fahrzeugladegerät 38.The charging system 6 comprises at least one hydrogen storage tank 26 for storing hydrogen 28, at least one compressor 30, at least one cooling device 32, at least one hydrogen supply unit 34, at least a fuel cell system 36 and at least one vehicle charger 38.

Der mindestens eine Wasserstoffspeichertank 26 umfasst insbesondere mehrere Tankkammern, beispielsweise mindestens eine erste Tankkammer 40 und mindestens eine zweite Tankkammer 42, welche zum Speichern des Wasserstoffs 28 eingerichtet sind.The at least one hydrogen storage tank 26 includes, in particular, a plurality of tank chambers, for example at least one first tank chamber 40 and at least one second tank chamber 42, which are set up to store the hydrogen 28.

Beispielsweise umfasst der mindestens eine Wasserstoffspeichertank 26 eine Regeleinrichtung 44, welche dazu eingerichtet ist, den Druck in der ersten Tankkammer 40 und der Tankkammer 42 zu regeln. Insbesondere ist die Regeleinrichtung 44 dazu eingerichtet, den Druck durch Austausch von Wasserstoff 28 zwischen den Tankkammern 40, 42 so zu regeln, dass der Wasserstoff 28 in der ersten Tankkammer 40 einen anderen Druck als der Wasserstoff 28 in der zweiten Tankkammer 42 aufweist. Beispielsweise weist die erste Tankkammer 40 einen höheren Druck als die zweite Tankkammer 42 auf. Beispielweise ist die erste Tankkammer 40 mit einem höheren Druck als die zweite Tankkammer 42 für eine Abgabe von Wasserstoff 28 an den mindestens einen Kompressor 30 angeschlossen und die zweite Tankkammer 42 für eine Aufnahme von Wasserstoff 28 vom mindestens einen Kompressor 30 angeschlossen.For example, the at least one hydrogen storage tank 26 includes a control device 44 which is set up to control the pressure in the first tank chamber 40 and the tank chamber 42 . In particular, the control device 44 is set up to control the pressure by exchanging hydrogen 28 between the tank chambers 40, 42 in such a way that the hydrogen 28 in the first tank chamber 40 has a different pressure than the hydrogen 28 in the second tank chamber 42. For example, the first tank chamber 40 has a higher pressure than the second tank chamber 42 . For example, the first tank chamber 40 is connected to the at least one compressor 30 to deliver hydrogen 28 at a higher pressure than the second tank chamber 42 and the second tank chamber 42 is connected to the at least one compressor 30 to receive hydrogen 28 .

Beispielsweise ist die Regeleinrichtung 44 dazu eingerichtet, zunächst die zweite Tankkammer 42 mit einem niedrigeren Druck zu befüllen, und bei Erreichen eines vordefinierten Druckniveaus der zweiten Tankkammer 42, die erste Tankkammer 40 zu befüllen.For example, the control device 44 is set up to first fill the second tank chamber 42 with a lower pressure and to fill the first tank chamber 40 when a predefined pressure level is reached in the second tank chamber 42 .

Die Regeleinrichtung 44 ist beispielsweise dazu eingerichtet, eine Entnahme von Wasserstoff 28 zu ermöglichen.The control device 44 is set up, for example, to enable hydrogen 28 to be removed.

In alternativen Anführungsformen weist der mindestens eine Wasserstoffspeichertank 26 eine einzige Tankkammer oder mehr als zwei Tankkammern auf.In alternative embodiments, the at least one hydrogen storage tank 26 has a single tank compartment or more than two tank compartments.

Der mindestens eine Kompressor 30 ist strömungstechnisch zwischen dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 und der Wasserstoffversorgungseinheit 34 angeordnet. Insbesondere ist der mindestens eine Kompressor 30 direkt an den mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 angeschlossen und über die Kühleinrichtung 32 mit der Wasserstoffversorgungseinheit 34 verbunden.The at least one compressor 30 is arranged in terms of flow between the at least one hydrogen storage tank 26 and the hydrogen supply unit 34 . In particular, the at least one compressor 30 is connected directly to the at least one hydrogen storage tank 26 and connected to the hydrogen supply unit 34 via the cooling device 32 .

Der mindestens eine Kompressor 30 ist zudem insbesondere mit dem Wasserstoffversorgungssystem 4 verbunden, um Wasserstoff aus vom Wasserstoffversorgungssystem 4 in den mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 zu befördern.The at least one compressor 30 is also connected in particular to the hydrogen supply system 4 in order to transport hydrogen from the hydrogen supply system 4 into the at least one hydrogen storage tank 26 .

Der Kompressor 30 ist dazu eingerichtet, Wasserstoff 28 zu komprimieren, um komprimierten Wasserstoff zu erhalten.Compressor 30 is configured to compress hydrogen 28 to obtain compressed hydrogen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 30 dazu eingerichtet, den Wasserstoff 28 beim Befüllen des mindestens einen Wasserstoffspeichertanks 26 zu komprimiertem Wasserstoff zu komprimieren.According to one exemplary embodiment, the compressor 30 is set up to compress the hydrogen 28 into compressed hydrogen when the at least one hydrogen storage tank 26 is being filled.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 30 dazu eingerichtet, den Wasserstoff 28 beim Auslassen aus dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 zu komprimieren. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Ladesystem 6 dazu eingerichtet, den Wasserstoff 28 beim Auslassen aus dem Wasserstoffspeichertank 26 zumindest teilweise zu entspannen, das heißt den Druck abzusenken.In one embodiment, the compressor 30 is configured to compress the hydrogen 28 as it is discharged from the at least one hydrogen storage tank 26 . According to an alternative exemplary embodiment, the charging system 6 is set up to at least partially expand the hydrogen 28 when it is being discharged from the hydrogen storage tank 26, that is to say to lower the pressure.

Unter „komprimiertem Wasserstoff“ wird hier insbesondere Wasserstoff von einem Druck von mindestens 500 Bar (oder 50 Megapascal), vorzugsweise mindestens 700 Bar (oder 70 Megapascal) verstanden.“Compressed hydrogen” is understood here to mean, in particular, hydrogen at a pressure of at least 500 bar (or 50 megapascals), preferably at least 700 bar (or 70 megapascals).

Das Ladesystem 6 ist insbesondere dazu eingerichtet, den komprimierten Wasserstoff von dem mindestens einen Kompressor 30 dem Brennstoffzellensystem 36 und/oder der Kühleinrichtung 32 zuzuführen, insbesondere über mindestens eine Leitung. Dies ist insbesondere durch die Pfeile 8 auf der Figur schematisch dargestellt, welche vom mindestens einen Kompressor 30 zu dem mindestens einen Brennstoffzellensystem 36 und zu der mindestens einen Kühleinrichtung 32 zeigen.The charging system 6 is set up in particular to supply the compressed hydrogen from the at least one compressor 30 to the fuel cell system 36 and/or the cooling device 32, in particular via at least one line. This is shown schematically in particular by the arrows 8 in the figure, which point from the at least one compressor 30 to the at least one fuel cell system 36 and to the at least one cooling device 32 .

Die mindestens eine Kühleinrichtung 32 ist für die Kühlung der Wasserstoffs 26 aus dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 vor der Zuführung zur Wasserstoffversorgungseinheit 34 eingerichtet, insbesondere nach der Komprimierung durch den Kompressor 30. Dazu umfasst die mindestens eine Kühleinrichtung 32 beispielsweise mindestens einen für die Kühlung des komprimierten Wasserstoffs eingerichteten Kühlkreislauf, welcher nicht in dem Ausführungsbeispiel der Figur dargestellt ist. Dieser ist insbesondere dazu geeignet, ein Kühlmittel so zirkulieren zu lassen, dass Wärmeenergie aus dem komprimierten Wasserstoff in das Kühlmittel übertragen wird, und die Wärmeenergie anschließend an die Umgebung abgegeben wird.The at least one cooling device 32 is set up to cool the hydrogen 26 from the at least one hydrogen storage tank 26 before it is fed to the hydrogen supply unit 34, in particular after it has been compressed by the compressor 30. For this purpose, the at least one cooling device 32 includes, for example, at least one for cooling the compressed Hydrogen furnished cooling circuit, which is not shown in the embodiment of the figure. This is particularly suitable for circulating a coolant in such a way that heat energy is transferred from the compressed hydrogen into the coolant and the heat energy is then released to the environment.

Die mindestens eine Kühleinrichtung 32 ist insbesondere dazu eingerichtet, den komprimierten Wasserstoff auf unter minus 20°C, vorzugsweise auf unter minus 40°C zu kühlen.The at least one cooling device 32 is set up in particular to cool the compressed hydrogen to below minus 20°C, preferably to below minus 40°C.

Die mindestens eine Kühleinrichtung 32 ist außerdem dazu eingerichtet, das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36, insbesondere ein jeweiliges Gehäuse des mindestens einen Brennstoffzellensystems 36, zu kühlen. Beispielsweise umfasst die mindestens eine Kühleinrichtung 32 dazu einen Kühlkreislauf zur Kühlung des mindestens einen Brennstoffzellensystems 36, welcher nicht in dem Ausführungsbeispiel der Figur dargestellt ist.The at least one cooling device 32 is also set up to cool the at least one fuel cell system 36, in particular a respective housing of the at least one fuel cell system 36. For example, the at least one cooling device 32 includes a cooling circuit for cooling the at least one fuel cell system 36, which is not shown in the exemplary embodiment of the figure.

Die Kühlung des mindestens einen Brennstoffzellensystems 36 durch die mindestens eine Kühlreinrichtung 32 ermöglicht eine Erhöhung der Effizienz des mindestens einen Brennstoffzellensystems 36, da das mindestens eine Brennstoffzellensystems 36 bei einer niedrigeren Temperatur beispielsweise einen höheren Wirkungsgrad aufweist.The cooling of the at least one fuel cell system 36 by the at least one cooling device 32 makes it possible to increase the efficiency of the at least one fuel cell system 36, since the at least one fuel cell system 36 has a higher efficiency at a lower temperature, for example.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 30 dazu eingerichtet, Abwärme während des Betriebs des Kompressors 30 über eine nicht dargestellte Wärmeübertragungseinrichtung an das Brennstoffzellensystem 36 zu übertragen, um die Brennstoffzellensystem 36 auf Betriebstemperatur zu bringen.According to one exemplary embodiment, the compressor 30 is set up to transfer waste heat to the fuel cell system 36 via a heat transfer device (not shown) during the operation of the compressor 30 in order to bring the fuel cell system 36 to the operating temperature.

Die mindestens eine Kühleinrichtung 32 ist beispielsweise zudem dazu eingerichtet, den mindestens einen Kompressor 30, insbesondere ein Gehäuse des mindestens einen Kompressors 30, zu kühlen. Beispielsweise umfasst die mindestens eine Kühleinrichtung 32 einen zur Kühlung des mindestens einen Kompressor eingerichteten Kühlkreislauf, welcher nicht in dem Ausführungsbeispiel der Figur dargestellt ist.The at least one cooling device 32 is also set up, for example, to cool the at least one compressor 30, in particular a housing of the at least one compressor 30. For example, the at least one cooling device 32 includes a cooling circuit designed to cool the at least one compressor, which is not shown in the exemplary embodiment in the figure.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die bzw. jede Kühleinrichtung 32 einen einzigen Kühlkreislauf auf, welcher dazu eingerichtet ist, den komprimierten Wasserstoff, den mindestens einen Kompressor 30 und/oder das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 zu kühlen.According to one exemplary embodiment, the or each cooling device 32 has a single cooling circuit which is set up to cool the compressed hydrogen, the at least one compressor 30 and/or the at least one fuel cell system 36 .

Die mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34 ist mit dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 verbunden, insbesondere über den mindestens einen Kompressor 30 und die mindestens eine Kühleinrichtung 32 und entsprechende Leitungen.The at least one hydrogen supply unit 34 is connected to the at least one hydrogen storage tank 26, in particular via the at least one compressor 30 and the at least one cooling device 32 and corresponding lines.

Die mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34 ist zur Versorgung des oder der Fahrzeuge 3 mit Wasserstoff eingerichtet. Insbesondere ist die mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34 dazu eingerichtet, den komprimierten Wasserstoff, welcher zudem durch die mindestens eine Kühleinrichtung 32 gekühlt ist, zu erhalten und in einen Tank des mit einer Wasserstoffversorgungseinheit 34 verbundenen Fahrzeugs 3 weiterzuleiten.The at least one hydrogen supply unit 34 is set up to supply the vehicle or vehicles 3 with hydrogen. In particular, the at least one hydrogen supply unit 34 is set up to receive the compressed hydrogen, which is also cooled by the at least one cooling device 32, and to forward it to a tank of the vehicle 3 connected to a hydrogen supply unit 34.

Die mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34 weist jeweils beispielsweise mindestens einen Tankstutzen für einen Anschluss an ein Fahrzeug 3 zum Betanken auf.The at least one hydrogen supply unit 34 each has, for example, at least one filler neck for connection to a vehicle 3 for refueling.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34 jeweils eine Pumpe, welche dazu eingerichtet ist, den Wasserstoff 28 in den Tank eines an die Wasserstoffversorgungseinheit 34 angeschlossenen Fahrzeugs 3 zu pumpen.According to one specific embodiment, the at least one hydrogen supply unit 34 each includes a pump that is set up to pump the hydrogen 28 into the tank of a vehicle 3 that is connected to the hydrogen supply unit 34 .

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34 dazu eingerichtet, den Wasserstoff durch Druckausgleich in den Tank des Fahrzeugs 3 weiterzuleiten. Beispielsweise umfasst die Wasserstoffversorgungseinheit 34 mindestens ein Rohr, welches dazu geeignet ist, den Wasserstoff bei niedriger Temperatur und hohem Druck zu transportieren. In diesem Falle weist die Wasserstoffversorgungseinheit 34 vorzugsweise keine Pumpe auf.According to an alternative specific embodiment, the at least one hydrogen supply unit 34 is set up to forward the hydrogen into the tank of the vehicle 3 by equalizing the pressure. For example, the hydrogen supply unit 34 includes at least one pipe capable of transporting the hydrogen at low temperature and high pressure. In this case, the hydrogen supply unit 34 preferably has no pump.

Mit anderen Worten wird mit der Wasserstoffversorgungseinheit 34 ein Fahrzeug 3 mit Wasserstoff betankt.In other words, a vehicle 3 is refueled with hydrogen using the hydrogen supply unit 34 .

Das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 ist zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung des im Wasserstoffspeichertank 26 gespeicherten Wasserstoffs 28 eingerichtet. Zu diesem Zweck ist es mit mindestens einer Leitung, insbesondere über den mindestens einen Kompressor 30, mit dem Wasserstoffspeichertank 26 verbunden.The at least one fuel cell system 36 is set up to generate electrical energy using the hydrogen 28 stored in the hydrogen storage tank 26 . For this purpose, it is connected to the hydrogen storage tank 26 with at least one line, in particular via the at least one compressor 30 .

Das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 umfasst insbesondere mindestens eine Brennstoffzelle, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie unter Verwendung des im mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26 gespeicherten Wasserstoffs 28 zu erzeugen. Insbesondere ist die oder jede Brennstoffzelle dazu eingerichtet, chemische Energie des Wasserstoffs 28 in elektrische Energie umzuwandeln.The at least one fuel cell system 36 includes in particular at least one fuel cell which is set up to generate electrical energy using the hydrogen 28 stored in the at least one hydrogen storage tank 26 . In particular, the or each fuel cell is set up to convert chemical energy of the hydrogen 28 into electrical energy.

Das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 ist zudem dazu eingerichtet, die mindestens eine Kühleinrichtung 32 mit elektrischer Energie zu versorgen. Beispielsweise umfasst das Ladesystem 6 eine elektrische Leitung für eine Übertragung elektrischer Energie von dem mindestens einen Brennstoffzellensystem 36 zu der Kühleinrichtung 32. Somit ist die Kühleinrichtung 32 insbesondere unabhängig von externen elektrischen Energiequellen, das heißt elektrischen Energiequellen außerhalb des Ladesystems 6.The at least one fuel cell system 36 is also set up to supply the at least one cooling device 32 with electrical energy. For example, the charging system 6 includes an electrical line for transferring electrical energy from the at least one fuel cell system 36 to the cooling device 32. The cooling device 32 is therefore particularly independent of external electrical energy sources, i.e. electrical energy sources outside of the charging system 6.

Das mindestens eine Ladesystem 6 ist des Weiteren beispielsweise dazu eingerichtet, das oder jedes Fahrzeugladegerät 38 des Ladesystems 6 mit elektrischer Energie von dem mindestens einen Brennstoffzellensystem 36 zu versorgen, beispielsweise die drei Fahrzeugladegeräte 38 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur, insbesondere über eine dafür eingerichtete elektrische Leitung.The at least one charging system 6 is also set up, for example, to use the or each vehicle charging device 38 of the charging system 6 electrical energy from the at least one fuel cell system 36 to supply, for example, the three vehicle chargers 38 according to the embodiment of the figure, in particular via an electrical line set up for this purpose.

Gemäß einem Beispiel ist das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 dazu eingerichtet, eine elektrische Leistung für das oder jedes Fahrzeugladegerät 38 in Abhängigkeit eines Bedarfs des jeweiligen Fahrzeugladegeräts 38 bereitzustellen, wobei die gesamte maximale elektrische Leistung vorzugsweise mindestens 50 Megawatt ist.According to one example, the at least one fuel cell system 36 is configured to provide electrical power for the or each vehicle charger 38 depending on a requirement of the respective vehicle charger 38, with the total maximum electrical power preferably being at least 50 megawatts.

Das Ladesystem 6 ist des Weiteren beispielsweise dazu eingerichtet, den mindestens einen Kompressor 30 mit elektrischer Energie von dem mindestens einen Brennstoffzellensystem 36 zu versorgen.The charging system 6 is also set up, for example, to supply the at least one compressor 30 with electrical energy from the at least one fuel cell system 36 .

Durch die Versorgung der mindestens einen Kühleinrichtung 32, des oder jeden Fahrzeugladegeräts 38 und/oder des mindestens einen Kompressors 30 mit elektrischer Energie durch das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 ist das Ladesystem 6 insbesondere autark, da es unabhängig von externen elektrischen Energiequellen ist.By supplying the at least one cooling device 32, the or each vehicle charger 38 and/or the at least one compressor 30 with electrical energy through the at least one fuel cell system 36, the charging system 6 is particularly self-sufficient, since it is independent of external electrical energy sources.

Das bzw. jedes Fahrzeugladegerät 38 ist mit dem mindestens einen Brennstoffzellensystem 36 verbunden, und optional zusätzlich direkt mit dem Stromnetz verbunden, und zum Laden einer Batterie, insbesondere der Traktionsbatterie, des elektrischen Fahrzeugs 2 mit durch das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 erzeugter elektrischer Energie eingerichtet. Jedes Fahrzeugladegerät 38 ist beispielsweise mit mindestens einem Kabel für einen elektrischen Kontakt mit dem elektrischen Fahrzeug 2 verbindbar. Zudem umfasst jedes Fahrzeugladegerät 38 beispielsweise einen Laderegler für eine Regelung der Ladeleistung, beispielsweise einer an einen Fahrzeugtyp angepassten Ladeleistung. Das jeweilige Fahrzeugladegerät 38 umfasst beispielsweise des Weiteren eine Kontrolleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, Daten mit dem zu ladenden Fahrzeug 2 und/oder mit einem Benutzerterminal auszutauschen, wie Beispielsweise technische Daten bezüglich der Ladedauer und Ladeleistung, Identifikationsdaten eines Benutzers und/oder Abrechnungsdaten.The or each vehicle charger 38 is connected to the at least one fuel cell system 36, and optionally also directly to the power grid, and is set up to charge a battery, in particular the traction battery, of the electric vehicle 2 with electrical energy generated by the at least one fuel cell system 36. Each vehicle charger 38 can be connected to the electric vehicle 2 with at least one cable for electrical contact, for example. In addition, each vehicle charger 38 includes, for example, a charge controller for regulating the charging power, for example a charging power adapted to a vehicle type. The respective vehicle charger 38 also includes, for example, a control device which is set up to exchange data with the vehicle 2 to be charged and/or with a user terminal, such as technical data regarding the charging time and charging capacity, identification data of a user and/or billing data.

Das Betriebskontrollzentrum 5 umfasst beispielsweise mindestens einen Rechner 50, welcher beispielsweise entfernt von dem Ladesystem 6 angeordnet ist, insbesondere auf einem Server. Gemäß einem Beispiel ist das Betriebskontrollzentrum 5 in ein System des Typs Cloud Computing (aus dem Englischen für „Rechnerwolke“) integriert. Das Betriebskontrollzentrum 5 umfasst beispielsweise außerdem eine Kommunikationsvorrichtung 52 für einen Datenaustausch mit dem Wasserstoffversorgungssystem 4, dem Ladesystem 6 und/oder dem bzw. den Fahrzeugen 2, 3.The operational control center 5 comprises, for example, at least one computer 50, which is arranged, for example, remotely from the charging system 6, in particular on a server. According to one example, the operational control center 5 is integrated into a cloud computing type system. The operational control center 5 also includes, for example, a communication device 52 for data exchange with the hydrogen supply system 4, the charging system 6 and/or the vehicle(s) 2, 3.

Die Infrastruktur 1, insbesondere das Ladesystem 6, vorzugsweise zumindest ein Element aus der Gruppe des mindestens einen Wasserstoffspeichertanks 26, des mindestens einen Kompressors 30, der mindestens einen Kühleinrichtung 32, der mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit 34, des mindestens einen Brennstoffzellensystems 36 und des mindestens einen Fahrzeugladegerätes 38 ist beispielsweise jeweils dazu eingerichtet, mindestens eine Information mit dem Betriebskontrollzentrum 5 auszutauschen. Die Information ist beispielsweise ein Betriebsstatus des Elements, ein Fehlerstatus des Elements, ein Ladezustand des Elements, ein Kontrollbefehl des Elements oder eine Bezahlinformation eines Benutzers.The infrastructure 1, in particular the charging system 6, preferably at least one element from the group consisting of the at least one hydrogen storage tank 26, the at least one compressor 30, the at least one cooling device 32, the at least one hydrogen supply unit 34, the at least one fuel cell system 36 and the at least one vehicle charger 38 is set up, for example, to exchange at least one item of information with the operational control center 5 . The information is, for example, an operating status of the element, an error status of the element, a charging status of the element, a control command for the element or payment information from a user.

Beispielsweise ist die Infrastruktur 1 dazu eingerichtet, eine Lieferung von Wasserstoff über einen Datenaustausch mit dem Betriebskontrollzentrum 5 zu bestellen, wenn die Menge des Wasserstoffs 28 in dem Wasserstoffspeichertank 26 unter einem vorbestimmten Niveau ist. Zudem ist insbesondere das Ladesystem 6 dazu eingerichtet, bei einer Betriebsstörung einen Fehlerstatus des Wasserstoffspeichertanks 26, des Kompressors 30, der mindestens einen Kühleinrichtung 32, der mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit 34, des mindestens einen Brennstoffzellensystems 36 oder des mindestens einen Fahrzeugladegerätes 38 an das Betriebskontrollzentrum 5 zu übermitteln, beispielsweise für eine Beauftragung von Servicepersonal für eine Behebung der Betriebsstörung.For example, infrastructure 1 is configured to order a supply of hydrogen via data exchange with operations control center 5 when the amount of hydrogen 28 in hydrogen storage tank 26 is below a predetermined level. In addition, charging system 6 in particular is set up to report an error status of hydrogen storage tank 26, compressor 30, at least one cooling device 32, at least one hydrogen supply unit 34, at least one fuel cell system 36 or at least one vehicle charger 38 to operational control center 5 in the event of a malfunction transmit, for example, to commission service personnel to rectify the malfunction.

Das Kundendatenzentrum 7 umfasst beispielsweise mindestens einen Rechner 54, welcher beispielsweise entfernt von dem Ladesystem 6 angeordnet ist, insbesondere auf einem Server. Gemäß einem Beispiel ist das Kundendatenzentrum 7 in ein System des Typs Cloud Computing (aus dem Englischen für „Rechnerwolke“) integriert. Das Betriebskontrollzentrum 5 umfasst beispielsweise außerdem eine Kommunikationsvorrichtung 56 für einen Datenaustausch mit dem Wasserstoffversorgungssystem 4, dem Ladesystem 6 und/oder den Fahrzeugen 2, 3.The customer data center 7 comprises, for example, at least one computer 54, which is arranged, for example, remotely from the loading system 6, in particular on a server. According to one example, the customer data center 7 is integrated into a cloud computing type system. The operational control center 5 also includes, for example, a communication device 56 for data exchange with the hydrogen supply system 4, the charging system 6 and/or the vehicles 2, 3.

Das Ladesystem 6 ist dazu eingerichtet, mindestens eine Information aus der folgenden Gruppe mit dem Kundendatenzentrum 7 auszutauschen: eine Benutzeridentifizierung, eine Position eines Benutzers, ein voraussichtlicher Bedarf an Wasserstoff oder elektrischer Energie eines Fahrzeugs, eine Preisinformation, eine Abrechnungsinformation.The charging system 6 is set up to exchange at least one piece of information from the following group with the customer data center 7: a user identification, a user's position, a probable need for hydrogen or electrical energy of a vehicle, price information, billing information.

Gemäß einer Ausführungsform ist jedes Fahrzeug 2, 3 dazu eingerichtet, Informationen mit dem Betriebskontrollzentrum 5 und/oder dem Kundendatenzentrum 7 auszutauschen. Dazu umfasst beispielsweise jedes Fahrzeug 2, 3 eine Kommunikationseinrichtung 58, welche dazu eingerichtet ist, mit der Kommunikationseinrichtung 52, 56 des Betriebskontrollzentrums 5 oder des Kundendatenzentrums 7 zu kommunizieren.According to one embodiment, each vehicle 2, 3 is set up with information the operational control center 5 and/or the customer data center 7 to be exchanged. For this purpose, for example, each vehicle 2 , 3 has a communication device 58 which is set up to communicate with the communication device 52 , 56 of the operational control center 5 or of the customer data center 7 .

Die Infrastruktur 1, und insbesondere das Ladesystem 6, weist eine Vielzahl an Vorteilen auf.The infrastructure 1, and in particular the charging system 6, has a number of advantages.

Das erfindungsgemäße Ladesystem 1 ermöglicht eine sehr effiziente Betankung der entsprechenden Fahrzeuge 3 mit Wasserstoff und eine sehr effiziente Ladung der entsprechenden Fahrzeuge 2 mit elektrischer Energie.The charging system 1 according to the invention enables the corresponding vehicles 3 to be refueled very efficiently with hydrogen and the corresponding vehicles 2 to be charged very efficiently with electrical energy.

Insbesondere erlaubt die Kühlung durch die Kühleinrichtung 32 des Wasserstoffs aus dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank 26, vor der Zuführung zur Wasserstoffversorgungseinheit 34, eine Betankung bei geringer Temperatur und daher eine Übertragung einer großen Wasserstoffmasse pro Zeiteinheit an jedes Fahrzeug 3. Parallel wird dazu durch die Kühlung des mindestens einen Brennstoffzellensystems 36 durch die mindestens eine Kühleinrichtung 32 die Effizienz des Brennstoffzellensystems 36 und somit die gesamte Effizient des Ladesystems 6 erhöht.In particular, the cooling by the cooling device 32 of the hydrogen from the at least one hydrogen storage tank 26, before it is fed to the hydrogen supply unit 34, allows refueling at a low temperature and therefore a large mass of hydrogen per unit of time to be transferred to each vehicle 3. At the same time, the cooling of the at least one fuel cell system 36 through the at least one cooling device 32 increases the efficiency of the fuel cell system 36 and thus the overall efficiency of the charging system 6 .

Zudem ist die mindestens eine Kühleinrichtung 32 beispielsweise autark, das heißt unabhängig von elektrischen Energiequellen außerhalb des Ladesystems 6, da das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Kühleinrichtung 32 mit elektrischer Energie zu versorgen. Somit ist das Ladesystem 6 ebenfalls an Standorten installierbar, an denen keine oder keine leistungsstarke Versorgung mit elektrischer Energie vorhanden ist.In addition, the at least one cooling device 32 is, for example, self-sufficient, that is, independent of electrical energy sources outside of the charging system 6, since the at least one fuel cell system 36 is set up to supply the at least one cooling device 32 with electrical energy. The charging system 6 can thus also be installed at locations where there is no or no powerful supply of electrical energy.

Das erfindungsgemäße Ladesystem 6 ermöglichst es zudem, die Benutzerfreundlichkeit zu steigern. Insbesondere dadurch, dass das Ladesystem 6 derart eingerichtet ist, dass das mindestens eine Brennstoffzellensystem 36 jedes Fahrzeugladegerät 38 mit elektrischer Energie zu versorgen, ermöglicht das Ladesystem 6 eine Aufladung mit hoher Leistung und daher eine kurze Ladezeit auch bei gleichzeitigem Laden von mehreren Fahrzeugen 2. In der Tat hängt die Ladeleistung nicht nur von einer verfügbaren Leistung eines Stromnetzes ab, sondern von der Leistung Brennstoffzellensystems 36, beispielsweise mindestens 50 MW.The charging system 6 according to the invention also makes it possible to increase user-friendliness. In particular, because the charging system 6 is set up in such a way that the at least one fuel cell system 36 supplies each vehicle charger 38 with electrical energy, the charging system 6 enables charging with high power and therefore a short charging time, even when several vehicles are being charged at the same time In fact, the charging power depends not only on the power available from a power grid, but also on the power of the fuel cell system 36, for example at least 50 MW.

Die Infrastruktur 1, und insbesondere das Ladesystem 6, steigert zudem die Effizienz und die Benutzerfreundlichkeit dadurch, dass die Infrastruktur 1 dazu eingerichtet ist, Informationen mit dem Betriebskontrollzentrum 5 und dem Kundendatenzentrum 7 auszutauschen. Dies ermöglichst beispielsweise, die Versorgung mit Wasserstoff und elektrischer Energie zu jedem Zeitpunkt sicherzustellen, und flexibel auf einen Bedarf von Wasserstoff und elektrischer Energie zu reagieren, zum Beispiel durch Bestellung von Wasserstoff oder eine hohe Produktion von elektrischer Energie zu einem gewünschten Zeitpunkt durch das Brennstoffzellensystem 36.The infrastructure 1, and in particular the charging system 6, also increases efficiency and user-friendliness in that the infrastructure 1 is set up to exchange information with the operational control center 5 and the customer data center 7. This makes it possible, for example, to ensure the supply of hydrogen and electrical energy at any time, and to react flexibly to a need for hydrogen and electrical energy, for example by ordering hydrogen or a high production of electrical energy at a desired time by the fuel cell system 36 .

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  • EP 3157166 A1 [0007]EP 3157166 A1 [0007]

Claims (11)

Ladesystem (6) für Fahrzeuge (2, 3), umfassend: - mindestens ein Wasserstoffspeichertank (26) zum Speichern von Wasserstoff (28); - mindestens ein Brennstoffzellensystem (36), welches zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung des im mindestens einen Wasserstoffspeichertank (26) gespeicherten Wasserstoffs (28) eingerichtet ist; - mindestens eine Wasserstoffversorgungseinheit (34), welche mit dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank (26) verbunden und zur Versorgung mindestens eines Fahrzeugs (3) mit Wasserstoff (28) eingerichtet ist; - mindestens einen Kompressor (30), der zwischen dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank (26) und der mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit (34) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Wasserstoff (28) zu komprimiertem Wasserstoff zu komprimieren; und - mindestens ein Fahrzeugladegerät (38), das mit dem mindestens einen Brennstoffzellensystem (36) verbunden und zum Laden mindestens einer Batterie eines Fahrzeugs (2) mit durch das mindestens eine Brennstoffzellensystem (36) erzeugter elektrischer Energie eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesystem (6) zusätzlich mindestens eine Kühleinrichtung (32) umfasst, die für die Kühlung des Wasserstoffs (28) aus dem mindestens einen Wasserstoffspeichertank (26) vor der Zuführung zur mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit (34) eingerichtet ist, dass das mindestens eine Brennstoffzellensystem (36) die mindestens eine Kühleinrichtung (32) mit elektrischer Energie versorgt, und dass die mindestens eine Kühleinrichtung (32) das mindestens eine Brennstoffzellensystem (36) kühlt.Charging system (6) for vehicles (2, 3), comprising: - at least one hydrogen storage tank (26) for storing hydrogen (28); - At least one fuel cell system (36) which is set up to generate electrical energy using the hydrogen (28) stored in the at least one hydrogen storage tank (26); - At least one hydrogen supply unit (34) which is connected to the at least one hydrogen storage tank (26) and is set up to supply at least one vehicle (3) with hydrogen (28); - At least one compressor (30) which is arranged between the at least one hydrogen storage tank (26) and the at least one hydrogen supply unit (34) and is adapted to compress hydrogen (28) to compressed hydrogen; and - at least one vehicle charger (38) which is connected to the at least one fuel cell system (36) and is set up for charging at least one battery of a vehicle (2) with electrical energy generated by the at least one fuel cell system (36), characterized in that the Charging system (6) additionally comprises at least one cooling device (32), which is set up for cooling the hydrogen (28) from the at least one hydrogen storage tank (26) before it is fed to the at least one hydrogen supply unit (34), that the at least one fuel cell system (36 ) supplies the at least one cooling device (32) with electrical energy, and that the at least one cooling device (32) cools the at least one fuel cell system (36). Ladesystem (6) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kompressor (30) dazu eingerichtet ist, den komprimierten Wasserstoff dem mindestens einen Brennstoffzellensystem (36) und/oder der mindestens einen Kühleinrichtung (32) zuzuführen.Charging system (6) after claim 1 , wherein the at least one compressor (30) is set up to supply the compressed hydrogen to the at least one fuel cell system (36) and/or the at least one cooling device (32). Ladesystem (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Wasserstoffspeichertank (26) mindestens eine erste Tankkammer (40) und mindestens eine zweite Tankkammer (42) umfasst.Charging system (6) after claim 1 or 2 , wherein the at least one hydrogen storage tank (26) comprises at least one first tank chamber (40) and at least one second tank chamber (42). Ladesystem (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Brennstoffzellensystem (36) den mindestens einen Kompressor (30) mit elektrischer Energie versorgt.Charging system (6) according to one of the preceding claims, wherein the at least one fuel cell system (36) supplies the at least one compressor (30) with electrical energy. Ladesystem (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kompressor (30) dazu eingerichtet ist, den Wasserstoff auf mindestens 50 Megapascal, vorzugsweise mindestens 70 Megapascal zu komprimieren, und wobei die Kühleinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, den komprimierten Wasserstoff auf unter minus 20°C, vorzugsweise auf unter minus 40°C zu kühlen.Charging system (6) according to one of the preceding claims, wherein the compressor (30) is set up to compress the hydrogen to at least 50 megapascals, preferably at least 70 megapascals, and wherein the cooling device (32) is set up to cool the compressed hydrogen to below minus 20°C, preferably below minus 40°C. Ladesystem (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Brennstoffzellensystem (36) dazu eingerichtet ist, eine elektrische Leistung in Abhängigkeit eines Bedarfs des mindestens einen Fahrzeugladegeräts (38) bereitzustellen.Charging system (6) according to one of the preceding claims, wherein the at least one fuel cell system (36) is set up to provide electrical power as a function of a requirement of the at least one vehicle charger (38). Ladesystem (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Element aus der Gruppe des mindestens einen Wasserstoffspeichertanks (26), des mindestens einen Kompressors (30), der mindestens einen Kühleinrichtung (32), der mindestens einen Wasserstoffversorgungseinheit (34), des mindestens einen Brennstoffzellensystems (36) und des mindestens einen Fahrzeugladegerätes (38) dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information aus der folgenden Gruppe mit einem Betriebskontrollzentrum (5) auszutauschen: ein Betriebsstatus des Elements, ein Fehlerstatus des Elements, ein Ladezustand des Elements, ein Kontrollbefehl des Elements, und eine Bezahlinformation eines Benutzers.Charging system (6) according to one of the preceding claims, wherein at least one element from the group of the at least one hydrogen storage tank (26), the at least one compressor (30), the at least one cooling device (32), the at least one hydrogen supply unit (34), the at least one fuel cell system (36) and the at least one vehicle charger (38) is set up to exchange at least one piece of information from the following group with an operational control center (5): an operating status of the element, an error status of the element, a state of charge of the element, a control command of the item, and payment information of a user. Ladesystem (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ladesystem (6) dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information aus der folgenden Gruppe mit einem Kundendatenzentrum (7) auszutauschen: eine Benutzeridentifizierung, eine Position eines Benutzers, ein voraussichtlicher Bedarf an Wasserstoff und/oder elektrischer Energie eines Fahrzeugs (2, 3), eine Preisinformation, und eine Abrechnungsinformation.Charging system (6) according to one of the preceding claims, wherein the charging system (6) is set up to exchange at least one piece of information from the following group with a customer data center (7): a user identification, a position of a user, an expected need for hydrogen and/or or electrical energy of a vehicle (2, 3), price information, and billing information. Infrastruktur (1) zum Laden von Fahrzeugen (2,3), wobei die Infrastruktur (1) ein Ladesystem (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, sowie ein Wasserstoffversorgungssystem (4) zur Versorgung des Ladesystems (6) mit Wasserstoff.Infrastructure (1) for charging vehicles (2,3), the infrastructure (1) comprising a charging system (6) according to one of the preceding claims, and a hydrogen supply system (4) for supplying the charging system (6) with hydrogen. Infrastruktur (1) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Wasserstoffversorgungssystem (4) einen Tankstutzen (14) für eine Betankung durch einen Wasserstofftransporter (16), einen Einlass (18) für eine Wasserstoffpipeline und/oder einen Einlass (20) für eine Wasserstoff-Trägermedium-Pipeline umfasst.Infrastructure (1) according to the preceding claim, wherein the hydrogen supply system (4) has a tank nozzle (14) for refueling by a hydrogen transporter (16), an inlet (18) for a hydrogen pipeline and/or an inlet (20) for a hydrogen Carrier medium pipeline includes. Infrastruktur (1) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Wasserstoffversorgungssystem (4) einen Elektrolyseur (22) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, Wasserstoff mit Hilfe von elektrischem Strom für das Ladesystem (6) zu erzeugen, wobei der elektrische Strom vorzugsweise aus einer erneuerbaren Energiequelle stammt.Infrastructure (1) according to claim 9 or 10 , wherein the hydrogen supply system (4) comprises an electrolyzer (22) which is adapted to produce hydrogen using electric power for the charging system (6), wherein the electrical power preferably comes from a renewable energy source.
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