DE102020212018A1

DE102020212018A1 - Ladestation, insbesondere mobile Ladestation

Info

Publication number: DE102020212018A1
Application number: DE102020212018.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Andreas
Original assignee: Argo GmbH
Current assignee: Argo GmbH
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-24
Also published as: BR112023004861A2; AU2021346846A1; EP4084987A1; US20230339351A1; KR20230070468A; CN114248651A; CN215398257U; WO2022063891A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation 100, insbesondere mobile Ladestation, für die Versorgung bzw. Aufladung von bevorzugt elektrischen Verbrauchern 200, insbesondere Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben, mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, und/oder Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, aufweisend: mindestens einen Kraftstoffspeicher 110, insbesondere einen Hochdruckspeicher zur Speicherung von verdichtetem Wasserstoff, und mindestens einen Anschluss 120, 130 zur Abgabe von: elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, oder von Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, an einen elektrischen Verbraucher 200, insbesondere ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, wobei der zumindest eine Kraftstoffspeicher 110 dazu eingerichtet ist, austauschbar bzw. wechselbar mit der Ladestation 100 verbunden, insbesondere fluidführend verbunden, oder in dieser aufgenommen zu sein.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation, insbesondere eine mobile Ladestation, für die Versorgung bzw. Aufladung von bevorzugt elektrischen Verbrauchern, insbesondere Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben, mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, und/oder Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol.
Stand der Technik
Im Straßenverkehr werden neben den herkömmlichen mit Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, zunehmen auch Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb bzw. Hilfsantrieb eingesetzt. Zur Versorgung des Antriebs mit elektrischer Energie dienen beispielsweise Hochleistungsakkumulatoren oder Brennstoffzellen. Daneben gibt es auf Fahrzeuge, die von Wasserstoff- oder Erdgasbrennmotoren angetrieben werden. Für das Laden der Akkumulatoren bzw. das Auffüllen der Kraftstofftanks bzw. Speicherbehälter der Fahrzeuge muss eine entsprechende Infrastruktur zur Verfügung gestellt werden.
Hierzu beschreibt beispielsweise die DE 10 2007 040 923 A1 ein Verfahren zur Betankung von Fahrzeugen mit Elektroantrieben, bei dem elektrische Energie durch eine mit Erdgas betriebene stationäre Brennstoffzelle in einer Elektrozapfsäule erzeugt wird.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2008 050 389 A1 ein Verfahren zur Energiespeicherung in großflächigen Stromnetzen und dafür geeignete Energiespeicher bekannt. Es wird vorgeschlagen, eine Vielzahl von an das Stromnetz angeschlossenen Stromabnehmern mit Energieeinzelspeichern auszurüsten, die zur Pufferung von Verbrauchsspitzen eingesetzt werden können. Die Energieeinzelspeicher können mit einem Anschluss zum Aufladen von Autobatterien ausgerüstet sein. Alternative können die Einzelenergiespeicher als Elektrolyseure zur Erzeugung von Wasserstoff mit elektrischer Energie des Stromnetzes ausgeführt werden. Der so erzeugte Wasserstoff kann dann für weitere Energieumwandlung eingesetzt werden.
Des Weiteren setzten in jüngster Zeit viele Kommunen und kommerzielle Anbieter auf Individualfortbewegungsmittel, wie beispielsweise E-Bikes, E-Roller, E-Scooter, und dergleichen, um insbesondere den Nahverkehr in Innenstädten zu entlasten und umweltfreundlicher zu gestalten, insbesondere die Erzeugung von schädlichen Abgasen nach außerhalb der Städte zu verlagern oder bevorzugt komplett CO₂ neutral zu werden. Für die erfolgreiche Umsetzung dieser Vorhaben ist jedoch eine funktionierende und dichte Infrastruktur von Ladestationen bzw. Tankanlagen zwingend notwendig. Daher besteht ein großer Bedarf an kostengünstigen Ladestationen, die einerseits ohne großen Aufwand installiert werden können, andererseits bevorzugt die Möglichkeit bieten, die Ladestationen dem Bedarf gerecht zu platzieren.
Darstellung der Erfindung
Vor dem Hintergrund des oben beschriebenen Bedarfs liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Ladestation, insbesondere eine mobile Ladestation, für die Versorgung von bevorzugt elektrischen Verbrauchern mit elektrischer Energie und/oder Kraftstoff bereitzustellen, die in der Lage ist, einfach und auf engen Plätzen, beispielsweise auf Parkplätzen, Fußgängerzonen, Konzertgeländen, Messegeländen, und dergleichen, schnell und kostengünstig, bevorzugt auch für nur kurze Zeit, installiert bzw. aufgestellt zu werden.
Ferner soll die vorgeschlagene Ladestation schnell mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, nachfüllbar sein, wobei bevorzugt auf einen zweitaufwendigen und ineffizienten Betankungsvorgang verzichtet werden soll.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Ladestation nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Hierbei ist einer der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, eine Ladestation zu schaffen, welche einen Kraftstoffspeicher, insbesondere einen Hochdruckspeicher zur Speicherung von verdichtetem Wasserstoff, aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, austauschbar oder wechselbar mit der Ladestation verbunden, insbesondere fluidführend verbunden, oder in dieser austauschbar oder wechselbar aufgenommen zu sein.
Auf diese Weise kann eine Ladestation bereitgestellt werden, die einerseits ortsunabhängig ist, da der notwendige Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zur Bereitstellung von Kraftstoff oder elektrischer Energie, die durch Umwandlung des Kraftstoffs erzeugt wird, direkt in der Ladestation gespeichert bzw. zwischengespeichert wird und andererseits eine schnelle Auffüllung der Ladestation mit neumen Kraftstoff ermöglicht, da ein gewöhnlich langwieriger und aufwendiger Befüllvorgang des Kraftstoffspeichers vermieden werden kann. Stattdessen wird der leere Kraftstoffspeicher lediglich durch einen vollen Kraftstoffspeicher ausgetauscht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Ladestation, insbesondere mobile Ladestation, für die Versorgung oder Aufladung von bevorzugt elektrischen Verbrauchern, insbesondere Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben, mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, und/oder Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, aufweisen: mindestens einen Kraftstoffspeicher, insbesondere einen Hochdruckspeicher zur Speicherung von verdichtetem Wasserstoff, und mindestens einen Anschluss zur Abgabe von: elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, oder von Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, an einen bevorzugt elektrischen Verbraucher, insbesondere ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, wobei der zumindest eine Kraftstoffspeicher dazu eingerichtet ist, austauschbar oder wechselbar mit der Ladestation verbunden, insbesondere fluidführend verbunden zu sein oder in dieser austauschbar oder wechselbar aufgenommen zu sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Fahrzeug“ oder „Verkehrsmittel“ oder andere ähnliche Begriffe wie Kraftfahrzeuge im Allgemeinen, wie Passagierautomobile umfassend Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge umfassend verschiedene Boote und Schiffe, Flugzeuge, Flugdrohnen und dergleichen, Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, Wasserstoff-Fahrzeuge und andere alternative Fahrzeuge. Wie hier angeführt, ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug mit zwei oder mehreren Energieträgern, zum Beispiel benzinbetriebene und gleichzeitig elektrisch betriebene Fahrzeuge. Bei Wasserstoff-Fahrzeugen kann es sich durch Brennstoffzellen mit Antriebsstrom versorgte Fahrzeuge oder Fahrzeuge mit Brennstoffmotoren, welcher zur Verbrennung von Wasserstoff eingerichtet sind, handeln.
Des Weiteren fallen im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter den Begriff „Verbraucher“, insbesondere „elektrische Verbraucher“, sämtliche Vorrichtungen, welche elektrische Energie, insbesondere elektrischen Strom, nutzen, um mit Energie versorgt zu werden oder angetrieben zu werden. Dabei kann es sich einerseits um Vorrichtungen handeln, welche einen Akkumulator aufweisen, in dem die elektrische Energie bis zur Verwendung zwischengespeichert wird, oder um Vorrichtungen handeln, welche den elektrischen Strom on „on demand“ erzeugen, bevorzugt durch Verwendung einer Wasserstoff-Brennstoffzelle, welche ihrerseits durch Wasserstoff oder beispielsweise Ethanol mit Energie versorgt wird und diese in elektrische Energie, insbesondere elektrischen Strom, umwandelt.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter „Versorgung bzw. Aufladung“ verstanden, dass einerseits ein in dem Verbraucher bzw. Gerät installierter Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird, wodurch dieser aufgeladen wird, oder ein in dem Verbraucher bzw. Gerät, insbesondere Fahrzeug, verbauter Kraftstoffspeicher, insbesondere Hochdruckspeicher, mit Kraftstoff, insbesondere verdichtetem Wasserstoff oder Ethanol versorgt und dadurch wieder befüllt wird.
Die Begriffe „austauschbar“ oder „wechselbar“ definieren im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass eine bestimmte Vorrichtung, insbesondere der zumindest eine Kraftstoffspeicher der Ladestation, dazu eingerichtet ist, unkompliziert und schnell von der Ladestation, insbesondere einem Versorgungssystem oder Wasserstoffversorgungssystem der Ladestation, getrennt zu werden, um beispielsweise den leer gewordenen Kraftstoffspeicher durch einen vollen Kraftstoffspeicher auszutauschen, und somit die Ladestation ohne hohen Aufwand, insbesondere ohne der Notwendigkeit, einen fest in die Ladestation installierten Kraftstoffspeicher aufwendig zu befüllen, wieder mit Kraftstoff, insbesondere komprimiertem Wasserstoff, versorgt werden kann. Auf diese Weise ist ein Aufladen der Ladestation mit benötigtem bzw. neuem Wasserstoff in wenigen Minuten möglich. Dies bedeutet auch, dass die bestimmte Vorrichtung so eingerichtet ist, dass sie zerstörungsfrei von der Ladestation getrennt und mit dieser wieder verbunden werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zumindest eine Kraftstoffspeicher mittels einer Schnellkupplung austauschbar mit der Ladestation, insbesondere einem Wasserstoffversorgungssystem, fluidführend verbunden bzw. verbindbar. Die Schnellkupplung ist hierbei bevorzugt derart ausgestalltet, dass der Kraftstoffspeicher von der Ladestation getrennt werden kann, ohne dass der in der Ladestation, insbesondere in dem Wasserstoffversorgungssystem der Ladestation, vorliegende Druck, abgebaut werden muss.
Hierbei wird die Schnellkupplung bevorzugt wie in der Anmeldung mit dem Titel „SYSTEM ZUM FLUIDFÜHRENDEN VERBINDEN EINES ELEMENTS MIT EINEM GEGENSTÜCK, ADAPTERELEMENT SOWIE ADAPTERGEHÄUSE ZUM FLUIDFÜHRENDEN VERBINDEN SOWIE ADAPTERSYSTEM AUFWEISEND DAS ADAPTERELEMENT SOWIE DAS ADAPTERGEHÄUSE“ eingereicht am 3. August 2020 mit der Anmeldungsnummer: DE 10 2020 209 735.6 ausgeführt. Entsprechend sind alle wesentlichen Merkmale dieser Anmeldung, wie beispielsweise deren Ansprüche, und/oder darin beschriebene Merkmale und der vorliegenden Anwendung entsprechen und/oder sich auf diese beziehen, durch diesen Verweis hierin eingeschlossen und können mit den hierin offengelegten Merkmalskombinationen kombiniert werden, um eine verbesserte Schnellkupplung bereitzustellen, und für die resultierenden Merkmalskombinationen kann Schutz gesucht werden.
Ein Grundgedanke des in der DE 10 2020 209 735.6 beschriebenen Systems (Schnellkupplung) liegt darin, ein System zum strömungsführenden oder fluidführenden Anschließen/Verbinden eines Elements an ein/mit einem Gegenstück zu schaffen, welches zwei Dichtungen aufweist, die in einer Ausströmrichtung eines Fluids, insbesondere eines Gases, aus dem Gegenstück (in der vorliegenden Erfindung aus dem Wasserstoffversorgungssystem der Ladestation) hintereinander in einem Fluidkanal, welcher das Element strömungsführend oder fluidführend, insbesondere gasführend, mit dem Gegenstück verbindet, angeordnet sind, wobei die erste Dichtung aus einem Ventilkörper und einem ersten Dichtelement ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper dazu eingerichtet ist, zwischen einer offenen Stellung, in der ein Fluid, insbesondere Gas, durch den Fluidkanal strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Fluid durch den Kanal strömen kann, verstellt oder bewegbar zu sein. Die zweite Dichtung, die in der Ausströmrichtung des durch den Fluidkanal strömenden/ausströmenden Fluids, stromabwärts der ersten Dichtung in dem Fluidkanal angeordnet ist, ist dazu eingerichtet, einen Verbindungsbereich zwischen dem Fluidkanal und dem Element abzudichten, insbesondere gasdicht abzudichten, wobei die zweite Dichtung so gestaltet ist, dass sie beim Anschließen/Verbinden des Elements an das/mit dem Gegenstück den Verbindungsbereich abdichtet, bevor die erste Dichtung mechanisch in die geöffnete Stellung verstellt oder bewegt werden kann/wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn der mindestens eine Anschluss ein elektrischer Anschluss zur Abgabe von elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, ist, der bevorzugt zum elektrischen Laden eines Akkumulators des elektrischen Verbrauchers dient.
Des Weiteren können die elektrischen Verbraucher ausgewählt sind aus der Gruppe: Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit elektrischem Antrieb oder Hilfsantrieb, E-Bikes (201), E-Scooter, E-Roller, Laptops, Mobiltelefone, und dergleichen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der mindestens eine Anschluss ein fluidführender Anschluss, insbesondere ein Wasserstoffanschluss, ist, der bevorzugt zum Befüllen mindestens eines fahrzeugseitigen Speicherbehälters mit Kraftstoff, insbesondere verdichtetem Wasserstoff, dient. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass der fluidführende Anschluss ein SAE J 2601 geeigneter Befüllanschluss ist.
Hierbei ist es auch denkbar, dass der zumindest eine Anschluss dazu eingerichtet ist, beides, also elektrische Energie sowie Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, an einen Verbraucher weiterzuleiten. Auf diese Weise können an einem Anschluss, insbesondere einem Ladeplatz, beide Beladungsvorgänge vorgenommen werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Ladestation zumindest einen elektrischen Anschluss und einen fluidführenden Anschluss, bevorzugt zumindest zwei fluidführende Anschlüsse und eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen aufweist. Hierbei können die jeweiligen Anschlüsse jeweils an anderen Stellen in oder an der Ladestation vorgesehen werden, wodurch gleichzeitig mehrere Verbraucher mit elektrischer Energie und/oder Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, versorgt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der zumindest eine Anschluss als eine Schnellladestation, insbesondere eine Schnellladesäule, für elektrische Fahrzeuge ausgeführt ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass der zumindest eine Anschluss, der als ein elektrischer Anschluss, insbesondere eine elektrische Ladesäule, ausgeführt ist, dazu eingerichtet ist, mit einem vorbestimmten Abstand, insbesondere zumindest 5 Meter, von der Ladestation beabstandet angeordnet oder aufgestellt zu werden. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere im Falle von mehreren elektrischen Anschlüssen oder elektrischen Ladesäulen, diese voneinander beabstandet aufgestellt werden können, womit genügend Platz für mehrere Fahrzeuge geschaffen werden kann, welche gleichzeitig mit elektrischem Strom versorgt bzw. geladen werden können. Ferner können auf diese Weise bestimmte Sicherheitsregularien in Bezug auf Explosionsschutz und dergelichen eingehalten werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Ladestation zumindest eine Wasserstoff-Brennstoffzelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, durch Entnahme von in dem Kraftstoffspeicher gespeichertem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, weiter bevorzugt verdichtetem Wasserstoff, oder Ethanol, elektrische Energie, insbesondere elektrischen Strom, zu erzeugen und den dadurch gewonnenen oder erzeugten elektrischen Strom zumindest einem elektrischen Anschluss, bevorzugt mehreren elektrischen Anschlüssen, zur Verfügung zu stellen.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Wasserstoff-Brennstoffzelle als eine reversible Wasserstoff-Brennstoffzelle ausgeführt ist, die eine Untereinheit für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse und eine Untereinheit für die Erzeugung elektrischer Energie durch Oxidation von Wasserstoff umfasst. Auf diese Weise kann die Ladestation in Zeiten, in welcher keine Abnehmer, mit anderen Worten keine aufzuladenden Verbraucher, vorhanden sind, elektrische Energie aus dem Netz, beispielsweise wenn im Netz Überangebot an Strom vorhanden ist (Zeiten zu denen aufgrund von Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen viel Energie ins Netz eingespeist wird), oder mittels einer eigenen Photovoltaikanlage der Ladestation erzeugter Strom genutzt werden, um Wasserstoff zu erzeugen und dadurch den Kraftstoffspeicher, insbesondere Hochdruckbehälter für Wasserstoff, wieder mit Wasserstoff zu befüllen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zumindest eine Kraftstoffspeicher als ein Wechselbehälter ausgeführt oder der zumindest eine Kraftstoffspeicher ist in eine Wechseleinrichtung wie beispielsweise einen Wechselcontainer oder eine Wechselpalette integriert, welche bevorzugt als eine mobile Wechseleinrichtung ausgebildet ist.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn in die Wechseleinrichtung eine Vielzahl von Kraftstoffspeichern integriert ist und die Wechseleinrichtung als ein mobiles Transportmittel, insbesondere ein Fahrzeug- oder LKW-Anhänger oder ein selbstfahrendes Fahrzeug wie beispielsweise eine Drohne, ausgebildet ist.
Falls die Wechseleinrichtung als ein autonom bzw. selbstfahrendes Fahrzeug ausgebildet ist, kann ein Wechselvorgang der Wechseleinrichtung, insbesondere des Kraftstoffbehälters, vollständig ohne Zutun von Menschen erfolgen, was die Kosten für die Bereitstellung von Wasserstoff weiter senken kann. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Anbindung des Kraftstoffbehälters an das Versorgungssystem, insbesondere WasserstoffVersorgungssystem, der Ladestation über eine Schnellkupplung, insbesondere eine automatische Schnellkupplung, welche ebenfalls kein menschliches Einwirken benötigt, erfolgt.
Hierbei kann beispielsweise das autonom bzw. selbstfahrende Fahrzeug kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, autonom von einer Wasserstofferzeugungsanlage wie eine Windkraftanlage oder einer Photovoltaikanlage mit aufgefülltem Kraftstofftank zu der Ladestation zu fahren und dort einen entleerten Kraftstofftank auszutauschen.
Des Weiteren kann die Ladestation eine Gehäusestruktur aufweisen, insbesondere eine mobile Gehäusestruktur, welche bevorzugt aus einer Leichtbau-Rahmenstruktur wie beispielsweise Aluminiumprofile ausgebildete ist, und bevorzugt dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Kraftstoffspeicher und/oder die Wechseleinrichtung aufzunehmen, insbesondere in einem Speicherraum innerhalb der Gehäusestruktur aufzunehmen.
Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Gehäusestruktur mit Solarzellen, insbesondere mit einer Photovoltaikanlage, versehen sein, welche bevorzugt auf einem Dach der Gehäusestruktur installiert ist.
Auf diese Weise kann wie vorher bereits angedeutet, die Ladestation selbst elektrische Energie, insbesondere elektrischen Strom erzeugen, welcher einerseits genutzt werden kann, die Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen, anderseits genutzt werden kann, mittels der reversible Wasserstoff-Brennstoffzelle oder einem separaten Elektrolyseur Wasserstoff herzustellen.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Ladestation mit einem Kompressor, insbesondere einem Wasserstoffkompressor, zu versehen, mittels dessen Hilfe der erzeugte Wasserstoff auf einen gewünschten Druck von ungefähr 300 bar bis 1200 bar komprimiert bzw. verdichtet werden kann und dann in dem zumindest einen Kraftstoffspeicher, insbesondere Hochdruckspeicher oder Wasserstoff-Hochdruckspeicher, zwischengelagert bzw. zwischengespeichert werden kann.
Hierbei versteht man unter einem Wasserstoffkompressor eine Vorrichtung, die unter Verwendung von einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, welche in einen Raum eingeleitet oder gepumpt wird, ein in diesem Raum eingesperrtes Volumen an Wasserstoff, insbesondere Wasserstoffgas, auf einen gewünschten Druck verdichtet. Eine derartige Vorrichtung, insbesondere Befüllvorrichtung zum Befüllen mindestens eines Speicherbehälters mit verdichtetem Wasserstoff, weist eine Verdichtungsvorrichtung auf, welche zur Verdichtung des Wasserstoffs einen Druckbehälter aufweist, in welchen der zu verdichtende Wasserstoff einleitbar ist, wobei der Wasserstoff in diesem Druckbehälter bevorzugt durch Ventile einschließbar ist, und durch Vergrößerung des Flüssigkeitsvolumens einer Kompressionsflüssigkeit, insbesondere Wasser, die in den Druckbehälter einleitbar ist, der Wasserstoff verdichtbar ist.
Hinsichtlich weiterer Details des sogenannten Wasserstoffkompressors wird auf die Anmeldung DE 10 2020 207 827.0 „Wasserkompressor“ bevorzugt wie in der Anmeldung mit dem Titel „BEFÜLLVORRICHTUNG ZUR BEFÜLLUNG VON SPEICHERBEHÄLTERN MIT VERDICHTETEM WASSERSTOFF, TANKSTELLE AUFWEISEND SELBIGE UND VERFAHREN ZUR BEFÜLLUNG EINES SPEICHERBEHÄLTERS“ eingereicht am 24. Juni 2020 hingewiesen und angezeigt, dass alle Merkmale, die für die Anmeldung DE 10 2020 207 827.0 wesentlich sind, wie z. B. deren Ansprüche und/oder darin enthaltene Ansprüche, und die den Merkmalen der vorliegenden Anmeldung entsprechen und/oder sich auf diese beziehen, sind durch diese Bezugnahme hierin eingeschlossen und können mit den hierin offengelegten Merkmalskombinationen kombiniert werden, um eine verbesserte Ladestation zu schaffen, und für die resultierenden Merkmalskombinationen kann Schutz gesucht werden.
Ein Grundgedanke der in der DE 10 2020 207 827.0 beschriebenen Vorrichtung (Wasserkompressor) liegt darin, dass eine Befüllvorrichtung zum Befüllen mindestens eines Speicherbehälters (in der vorliegenden Erfindung der zumindest eine Kraftstoffspeicher bzw. Wechselbehälter der Ladestation) mit verdichtetem Wasserstoff mit einer Verdichtungsvorrichtung ausgestattet ist, welche zur Verdichtung des Wasserstoffs einen Druckbehälter aufweist, in welchen der zu verdichtende Wasserstoff einleitbar ist, wobei der Wasserstoff in diesem Druckbehälter bevorzugt durch Ventile einschließbar ist, und durch Vergrößerung eines Flüssigkeitsvolumens einer Kompressionsflüssigkeit, insbesondere von Wasser, die in den Druckbehälter einleitbar ist, der Wasserstoff verdichtbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Ladestation ferner mit einem Aufbewahrungsraum für Druckspeicher, insbesondere Wasserstoff-Hochdruckspeicher wie beispielsweise Wechselbehälter für Home-Refuelling stations oder andere Home-Appliances versehen sein. Hierbei kann der Aufbewahrungsraum mit einer automatischen Türe oder einem Ausgabefach versehen sein, mittels welcher möglichen Abnehmern nach Bezahlung der Druckspeicher ausgehändigt werden kann.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Ladestation zumindest mit einem Getränkeautomaten für Heiß- und/oder Kaltgetränke und/oder einem Frischwarenautomaten für beispielsweise Snacks, Michprodukte, belegte Brötchen, Baguettes, und dergleichen ausgestattet ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Gehäusestruktur einen seitlichen Zugang, insbesondere ein Schwingtor, ein Flügeltor, ein Sektionaltor oder ein Rolltor, aufweist, welches bevorzugt elektrisch betätigbar bzw. öffnen- und schließbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation als eine mobile Ladestation ausgeführt, insbesondere als ein fahrbarer Aufbau wie beispielsweise ein LKW-Anhänger oder in Form eines Baukastensystems ausgeführt, welches dazu eingerichtet ist, mit wenigen Montageschritten aus einzelnen Modulen montierbar und demontierbar zu sein.
Des Weiteren kann die Ladestation einen Zwischenspeicher, insbesondere einen Akkumulator, aufweisen, der zur Zwischenspeicherung der durch die Wasserstoff-Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Energie, insbesondere elektrischen Strom, und/oder der durch eine/die Photovoltaikanlage erzeugten elektrischen Energie ausgebildet ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Ladestation mit einer Steuereinrichtung ausgestattet ist, die zur Steuerung und/oder Regelung der Versorgung des mindestens eines Anschlusses mit elektrischer Energie oder Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, eingerichtet ist.
Hierbei ist es ferner bevorzugt, dass die Ladestation eine Kommunikationseinrichtung, insbesondere eine drahtlose Kommunikationseinrichtung unter Verwendung von Infrarot, Funk, Bluetooth, oder WLAN (drahtloses lokales Netzwerk), aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit den elektrischen Verbrauchern, insbesondere Steuereinheiten der elektrischen Verbrauchern, oder Nutzern der Ladestation, zu kommunizieren, insbesondere um einen Betankungsvorgang oder Ladevorgang zu starten und/oder zu steuern und/oder zu regeln. Hierbei kann die Kommunikationseinrichtung und/oder die Steuereinrichtung dazu eingerichtet werden, dass mittels dieser vor Durchführung des Betankungs- oder Ladevorgangs eine Identifikation des Nutzers bzw. eine Bezahlung erfolgt.
Des Weiteren kann es hierbei vorteilhaft sein, dass die Kommunikationseinrichtung dazu eingerichtet ist, mit der Steuereinrichtung zu kommunizieren, insbesondere mit dieser zu kommunizieren um einen Betankungsvorgang oder Ladevorgang der elektrischen Verbraucher zu starten und/oder zu steuern und/oder zu regeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ladestation mit einem Defibrillator ausgestattet sein, welcher bevorzugt leicht zugänglich vorgesehen ist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Ladestation mit einer Kühlkammer versehen ist, welche bevorzugt innerhalb eines Gehäuses der Ladestation vorgesehen ist, versehen ist, und die dazu eingerichtet ist, den zumindest einen wechselbaren oder austauschbaren Kraftstoffspeicher aufzunehmen und zu kühlen.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile einer Vorrichtung, einer Verwendung und/oder eines Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Von diesen Figuren zeigt:

1 schematisch einen bekannte Elektrozapfsäule mit stationärer Brennstoffzelle,
2 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladestation von vorne,
3 schematisch die erfindungsgemäße Ladestation von 2 von hinten und oben, und
4 schematisch die erfindungsgemäße Ladestation von 2 von der Seite, wobei die Seitenwand zur besseren Veranschaulichung entfernt ist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren aufgeführt sind, benennen identische, einander entsprechende, oder funktionell ähnliche Elemente.
1 zeigt schematisch einen bekannte Elektrozapfsäule mit stationärer Brennstoffzelle. Hierbei wird illustriert, wie eine stationär installierte Brennstoffzelle betrieben werden kann, um die für die Erzeugung von Wasserstoff notwendige Energie möglichst effizient und dezentral zu erzeugen, hierbei werden einerseits Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zur Erzeugung der elektrischen Energie verwendet, hierbei kann auf Fernwärme oder Strom aus dem Stromnetz genutzt werden. Die Brennstoffzelle kann auch durch Anschluss an das Erdgasnetz mit Primärenergie versorgt werden. Hierbei ist es wichtig, dass die Elektrotankstelle an einem Ort, der eine Nutzung der Abwärme eines Industrie- bzw. Gewerbe- oder Wohngebiets ermöglicht, erfolgt.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladestation 100 von vorne. Wie der 2 entnommen werden kann, weist die dargestellte Ladestation 100 eine längliche Gehäusestruktur 160 in Form eines Kiosks auf. Mit anderen Worten handelt es sich um ein kleines Gebäude, welches an drei Seiten mit vorstehenden Überdachungen versehen ist, welche als Regenschutz für Nutzer der Ladestation dienen. Des Weiteren zeigt die 2, dass die dargestellte Ladestation mit drei elektrischen Anschlüssen 120 bzw. Anschlusskonsolen an der Vorderseite versehen ist, welche beispielsweise zur Aufladung von E-Bikes 201 (Verbrauchern 200) genutz werden können. Hierzu können die elektrischen Anschlüsse 120 bzw. Anschlusskonsolen mit normalen Steckdosenanschlüssen, USB-Anschlüssen oder anderen gängigen elektrischen Anschlüssen versehen sein.
Auf der linken Seite in 2 ist die Ladestation mit einem fluidführenden Anschluss 130 versehen, welcher beispielsweise zur Befüllung eines Fahrzeugs mit Wasserstoff genutzt werden kann. Der hier dargestellte Anschluss 130 weist jedoch auch einen elektrischen Anschlss auf, mit welchem beispielsweise ein Akkumulator eines Elektrofahrzeugs aufgeladen werden kann. Ferner ist an der linken Seite der Gehäusestruktur 160 ein Defibrilator 195 vorgesehen.
Wie der 3 entnommen werden kann, ist die dargestellte Ladestation 100 mit einer Photovoltaikanlage 162 ausgestattet, welche auf einem Dach 161 der Gehäusestruktur 160 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Ladestation zusätzliche elektrische Energie gewinnen, welche den Verbrauchern 200 oder einem Elektrolyseur zur Eurzeugung von Wasserstoff zugeführt werden kann. Ferner kann die dadurch gewonnene elektrische Energie in einem Akkumulator zwischengespeichert werden. An der Rückseite der dargestellten Ladestation 100 ist ein Frischwarenautomat 163 vorgesehen, welcher unter Ausnutzung der in der Ladestation erzeugten elektrischen Energie beispielsweise warme Backwaren wie Baguettes bereitstellen kann. Des Weiteren ist die Rückseite der Ladestation 100 mit einem Aufbewahrunsraum 164 versehen, in welchem eine Vielzahl von (vollen oder leeren) Druckspeichern für den Verkauf oder Austausch bereitgestellt werden können.
4 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Ladestation 100 von 2 von der Seite, wobei die Seitenwand zur besseren Veranschaulichung nicht dargestellt ist. Wie der 4 entnomment werden kann, ist im Inneren der Ladestation 100, insbesondere innerhalb der Gehäusestruktu 160 eine Wechseleinrichtung 150 vorgesehen oder geparkt, welche in der gezeigten Ausführungsform in Form eines Fahrzeuganhängers ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich um einen Fahrzeuganhänger mit einer bekannten Deichsel zum Anhängen an ein Fahrzeug sowie einem Chassis mit Doppelachse. Auf dem Fahrzeuganhänger ist eine Leichtbaustruktur vorgesehen, in welcher mehrere Kraftstoffspeicher 110, vorzugsweise vier oder sechs Kraftstoffspeicher, aufgenommen sind, welche zu einem Hochdruckspeicherverbund zusammen geschlossen sind und über eine Schnellkupplung mit einem Versorgungssystem, insbesondere WasserstoffVersorgungssystem, der Ladestation 100 verbindbar sind. Der Fahrzeuganhänger ist ferner mit bekannter Sicherheitstechnik wie beispielsweise thermischen Druckentlastungsventilen (TPRDs) und dergleichen versehen. Die einzelnden Kraftstoffspeicher, insbesondere Wasserstoff-Hodchdruckspeicher, sind dazu eingerichtet, verdichteten Kraftstoff bei Drücken von bis zu 1200 bar aufzunehmen.
Um den Fahrzeuganhänger 150 innerhalb der Gehäusestruktur 160 aufnehmen zu können, ist die Gehäusestruktur 160 an der linken Seite mit einem Rolltor (nicht dargestellt) vershen, welches den Zugang ins Innere der Gehäusestruktur 160 ermöglicht. Wie der 4 ferner entnommen werden kann, ist die Gehäusestruktur 160 in dieser Ausführungsfrom als ein Baukastensystem aus einzelnden Modulen aufgebaut, welche somit schnell montiert und demontiert werden können, womit die Ladestation 100 als eine sogenannte mobile Ladestation ausgebildet ist, welche entsprechend den Anforderungen an unterschiedlichen Stellen, wie beispielsweise Fußgängerzonen, Messegeländen, Jahrmärkten und dergleichen aufgestellt werden kann.
Innerhalb der Ladestation 100, insbesondere der Gehäusestruktur 160 ist ferner eine Wasserstoff-Brennstoffzelle 140 (nicht dargestellt) sowie ein Akuumulator (nicht dargestellt) vorgesehen, welche Teile des Versorgungssystems bzw. Wasserstoff-Versorungssystems der Ladestation 100 bilden. Auf diese Weise kann der in den Kraftstoffspeichern 110 gespeicherte Wasserstoff genutzt werden, um elektrische Energie, insbesondere elektrischen Strom, herzustellen, welcher für die Verbraucher 200 über die elektrischen Anschlüsse 120 bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

100: Ladestation
110: Kraftstoffspeicher
120: elektrischer Anschluss
130: fluidführender Anschluss
140: Wasserstoff-Brennstoffzelle
150: Wechseleinrichtung
160: Gehäusestruktur
161: Dach
162: Photovoltaikanlage
163: Frischwarenautomaten
164: Aufbewahrungsraum
170: Zwischenspeicher (Akkumulator)
180: Steuereinrichtung
200: elektrischer Verbraucher
201: E-Bike
202: Druckspeicher (Wechselbehälter)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007040923 A1 [0003]
DE 102008050389 A1 [0004]
DE 102020209735 [0017, 0018]
DE 102020207827 [0037, 0038]

Claims

Ladestation (100), insbesondere mobile Ladestation, für die Versorgung von bevorzugt elektrischen Verbrauchern (200), insbesondere Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben, mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, und/oder Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, umfassend: mindestens einen Kraftstoffspeicher (110), insbesondere einen Hochdruckspeicher zur Speicherung von verdichtetem Wasserstoff, und mindestens einen Anschluss (120, 130) zur Abgabe von: - elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, oder - von Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, an einen bevorzugt elektrischen Verbraucher (200), insbesondere ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, wobei der zumindest eine Kraftstoffspeicher (110) dazu eingerichtet ist, austauschbar mit der Ladestation (100) verbunden, insbesondere fluidführend verbunden, oder in dieser aufgenommen zu sein.
Ladestation (100) nach Anspruch 1, bei welcher der mindestens eine Anschluss (120, 130) ein elektrischer Anschluss (120) zur Abgabe von elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, ist, der bevorzugt zum elektrischen Laden eines Akkumulators (210) des elektrischen Verbrauchers (200) dient.
Ladestation (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die elektrischen Verbraucher ausgewählt sind aus der Gruppe: Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit elektrischem Antrieb oder Hilfsantrieb, E-Bikes (201), E-Scooter, E-Roller, Laptops, Mobiltelefone, etc.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der mindestens eine Anschluss (120, 130) ein fluidführender Anschluss (130), insbesondere ein Wasserstoffanschluss, ist, der bevorzugt zum Befüllen mindestens eines fahrzeugseitigen Speicherbehälters mit Kraftstoff, insbesondere verdichtetem Wasserstoff, dient, wobei der fluidführende Anschluss (130) bevorzugt ein SAE J 2601 geeigneter Befüllanschluss ist.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest einen elektrischen Anschluss (120) und einen fluidführenden Anschluss (130), bevorzugt zumindest zwei fluidführende Anschlüsse (130) und eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen (120).
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Anschluss (120) als eine Schnellladestation, insbesondere eine Schnellladesäule, für elektrische Fahrzeuge ausgeführt ist.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Anschluss (120) ein elektrischer Anschluss, insbesondere eine elektrische Ladesäule, ist, der dazu eingerichtet ist, mit einem vorbestimmten Abstand, insbesondere zumindest 5 Meter, von der Ladestation (100) beabstandet angeordnet oder aufgestellt zu werden.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest eine Wasserstoff-Brennstoffzelle (140), die dazu eingerichtet ist, durch Entnahme von in dem Kraftstoffspeicher gespeichertem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff oder Ethanol, elektrische Energie, insbesondere elektrischen Strom, zu erzeugen und zumindest einem elektrischen Anschluss (120) zur Verfügung zu stellen.
Ladestation (100) nach Anspruch 8, bei welcher die Wasserstoff-Brennstoffzelle (140) als eine reversible Wasserstoff-Brennstoffzelle ausgeführt ist, die eine Untereinheit für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse und eine Untereinheit für die Erzeugung elektrischer Energie durch Oxidation von Wasserstoff umfasst.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Kraftstoffspeicher (110) als ein Wechselbehälter ausgeführt ist oder der zumindest eine Kraftstoffspeicher (110) in eine Wechseleinrichtung (150) integriert ist, welche bevorzugt als eine mobile Wechseleinrichtung ausgebildet ist.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Wechseleinrichtung (150), in welcher eine Vielzahl von Kraftstoffspeicher (110) integriert sind und welche als ein mobiles Transportmittel, insbesondere ein Fahrzeuganhänger oder ein selbstfahrendes Fahrzeug, ausgebildet ist.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Gehäusestruktur (160), insbesondere eine mobile Gehäusestruktur, welche bevorzugt aus einer Leichtbau-Rahmenstruktur ausgebildete ist, und bevorzugt dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Kraftstoffspeicher (110) und/oder die Wechseleinrichtung (150) aufzunehmen, insbesondere in einem Speicherraum innerhalb der Gehäusestruktur (160) aufzunehmen.
Ladestation (100) nach Anspruch 12, bei der die Gehäusestruktur (160) mit Solarzellen, insbesondere einer Photovoltaikanlage (162), versehen ist, welche bevorzugt auf einem Dach (161) der Gehäusestruktur (160) installiert sind.
Ladestation (100) nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Gehäusestruktur (160) ferner mit einem Aufbewahrungsraum für Druckspeicher, insbesondere Wasserstoff-Hochdruckspeicher (Wechselbehälter für beispielsweise Home-Refuelling stations oder andere Home-Appliances).
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest einen Getränkeautomaten für Heiß- und/oder Kaltgetränke und/oder einen Frischwarenautomaten (163) für beispielsweise Snacks, Michprodukte, belegte Brötchen, Baguettes, und dergleichen.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 12, wobei die Gehäusestruktur (160) ferner einen seitlichen Zugang, insbesondere ein Schwingtor, ein Flügeltor, ein Sektionaltor oder ein Rolltor, aufweist, welches bevorzugt elektrisch betätigbar bzw. öffnen- und schließbar ist.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (100) als eine mobile Ladestation ausgeführt ist, insbesondere als ein fahrbarer Aufbau wie beispielsweise ein LKW-Anhänger, oder in Form eines Baukastensystems, welches dazu eingerichtet ist, mit wenigen Montageschritten aus einzelnen Modulen montierbar und demontierbar zu sein.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 8, ferner umfassend einen Zwischenspeicher (170), insbesondere einen Akkumulator, der zur Zwischenspeicherung der durch die Wasserstoff-Brennstoffzelle (140) erzeugten elektrischen Energie, insbesondere elektrischen Strom, und/oder der durch eine Photovoltaikanlage (162) erzeugten elektrischen Energie ausgebildet ist.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuereinrichtung (180) die zur Steuerung und/oder Regelung der Versorgung des mindestens einen Anschluss (120, 130) mit elektrischer Energie oder Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, eingerichtet ist.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Kommunikationseinrichtung (190), insbesondere eine drahtlose Kommunikationseinrichtung unter Verwendung von Infrarot, Funk, Bluetooth, oder WLAN (drahtloses lokales Netzwerk), die dazu eingerichtet ist, mit elektrischen Verbrauchern (200), insbesondere Steuereinheiten der elektrischen Verbrauchern, oder Nutzern der Ladestation (100), zu kommunizieren, insbesondere um einen Betankungsvorgang oder Ladevorgang zu starten und/oder zu steuern und/oder zu regeln.
Ladestation (100) nach den Ansprüchen 19 und 20, wobei die Kommunikationseinrichtung (190) ferner dazu eingerichtet ist, mit der Steuereinrichtung (180) zu kommunizieren, insbesondere mit dieser zu kommunizieren um einen Betankungsvorgang oder Ladevorgang der elektrischen Verbraucher zu starten und/oder zu steuern und/oder zu regeln.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Defibrillator (195).
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Kühlkammer, die dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Kraftstoffspeicher (110) aufzunehmen und zu kühlen.
Ladestation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Kraftstoffspeicher (110) mittels einer Schnellkupplung austauschbar mit der Ladestation (100) fluidführend verbunden ist.