DE202020101526U1 - Integrated power supply station - Google Patents

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Abstract

integrierte Stromversorgungsstation (10) für elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit oder ohne Wechselvorrichtung (42), für mittels eines Hybridantriebes angetriebene Fahrzeuge (14), dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Stromversorgungsstation (10):- mindestens eine Batteriewechselstation (20) mit einem Arbeitsspeicher von mindestens 1 MW,- mindestens einen mobilen Plug-In-Container (22) mit einer Anzahl von Plug-In-Ladeanschlüssen (24),- mindestens eine Umrichterstation (26) mit einem Energiemanagementsystem und mindestens ein Batteriemanagementsystem pro Wechselpackage beziehungsweise eingesetzten Plug-In-Container (22) zum Aufladen von Batterien (18) aus der mindestens einen Batterieladestation (20), als Komponenten für- mindestens einen Akkumulatorspeicher zur zweifachen Nutzung (Dual-Use) als Stromquelle für Fahrzeuge (12, 14) einerseits oder als Netzspeicher für elektrische Energie zur fortlaufenden Netzstabilisierung an Versorgungsnetzwerken (28) andererseits,- einen ergänzenden, unterstützenden Sicherheitsspeicher aus Second-Life-Batterien für hohe Nachfragespitzen im Rahmen der Regelenergiebereitstellung und- Einkaufs- und Imbissmöglichkeiten (30) umfasst.Integrated power supply station (10) for electrically powered vehicles with or without changing device (42), for vehicles (14) driven by a hybrid drive, characterized in that the integrated power supply station (10): - at least one battery changing station (20) with a working memory of at least 1 MW, - at least one mobile plug-in container (22) with a number of plug-in charging connections (24), - at least one converter station (26) with an energy management system and at least one battery management system per interchangeable package or plug-in used Containers (22) for charging batteries (18) from the at least one battery charging station (20), as components for at least one storage battery for dual use (dual use) as a power source for vehicles (12, 14) on the one hand or as a network storage for electrical ones Energy for continuous network stabilization on supply networks (28) on the other hand, - one Supplementary, supporting security storage from second-life batteries for high demand peaks in the context of balancing energy provision and shopping and snack opportunities (30).

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Stromversorgungsstation für elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit und ohne Batteriewechselvorrichtung sowie für mittels eines Hybridantriebes angetriebene Fahrzeuge. Die integrierte Stromversorgungsstation dient zum gesteuerten Laden von Akkumulatoren in Batteriewechselspeichern und in Plug-In-Batteriespeichercontainern sowie zur Bereitstellung von Speicherkapazität für den Regelenergiebedarf zur Minimierung der Belastungen betroffener Stromverteilnetze. Des Weiteren stellt die integrierte Stromversorgungsstation eine zeit- und kostensparende Alternative zu einer flächendeckenden Aufstellung und Verwendung von Gleich- und Wechselstromladesäulen dar.The invention relates to an integrated power supply station for electrically powered vehicles with and without a battery changing device and for vehicles powered by a hybrid drive. The integrated power supply station is used for the controlled charging of accumulators in removable battery storage and in plug-in battery storage containers as well as for the provision of storage capacity for the control energy requirement to minimize the loads on affected power distribution networks. Furthermore, the integrated power supply station represents a time- and cost-saving alternative to a comprehensive installation and use of DC and AC charging stations.

Stand der TechnikState of the art

US 8,022,666 B2 bezieht sich auf ein elektrisches öffentliches Transportsystem. Es wird ein elektrisches öffentliches Transportsystem vorgeschlagen, welches elektrisch angetriebene Busse umfasst, die eine Kassettenbatterie aufweisen und ein Busintegriertes Steuerungssystem umfassen, ferner eine Ladestation und ein Belade- und Entladegerät. Wenn besagter Bus einen Wechsel der kassettenartigen Batterie benötigt, wird mittels des Belade- und Entladesystems besagte Kassettenbatterie aus dem Bus entfernt und es wird eine geladene, kassettenartige Batterie wieder im Bus eingebaut. Sowohl die Aufladestation und der Be- und Entladeapparat sind mit ihnen eigenen Steuersystemen ausgerüstet, die mit dem im Bus integrierten Steuerungssystem kommunizieren. Die kassettenartig ausgebildete Batterie wird während Schwachlastzeiten eines Versorgungsnetzes geladen, sodass das besagte Transportsystem Energie einspart, wodurch die Umwelt profitiert. Des Weiteren ist das vorgeschlagene System hinsichtlich der Lade- und Beladung der kassettenförmigen Batterie äußerst schnell. Weiterhin kann durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen automatisierten Batteriewechsel das Nutzenverhältnis der Busse innerhalb des öffentlichen Transports erheblich verbessert werden. US 8,022,666 B2 refers to an electrical public transportation system. An electrical public transportation system is proposed which comprises electrically powered buses, which have a cassette battery and which comprise a bus-integrated control system, a charging station and a loading and unloading device. If said bus requires a change of the cassette-like battery, said cassette battery is removed from the bus by means of the loading and unloading system and a charged, cassette-like battery is reinstalled in the bus. Both the charging station and the loading and unloading device are equipped with their own control systems that communicate with the control system integrated in the bus. The cassette-like battery is charged during low load times of a supply network, so that the said transport system saves energy, which benefits the environment. Furthermore, the proposed system is extremely fast in terms of charging and loading the cassette-shaped battery. Furthermore, the automated battery replacement proposed according to the invention can significantly improve the useful ratio of buses within public transport.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die integrierten Energie- beziehungsweise Stromversorgungseinheiten sind eine adäquate und differenzierte Antwort auf die aktuellen Anforderungen an die Mobilitätsinfrastrukturen in Deutschland und darüber hinaus:

  • Die Mobilitätswende in Deutschland muss als ein langfristiges Projekt verstanden werden, das bis zu drei Jahrzehnte Umsetzungszeit, aber schnell wirksame Erfolge (schnelle Schadstoffreduzierung, optimierte Versorgungslogistik, rechtzeitige Sektorenkopplung) benötigt. Für diese Umstellung auf eine Mobilität ohne Treibhausgase müssen und können Infrastrukturen geschaffen werden,
    • • die offen sind für alle trendsetzenden Innovationsprozesse, einschließlich des Wechsels von Autoakkus, der Wasserstoff-Technologie, des Fahrens mit synthetischen Treibstoffen, Autonomes Fahren und eines Dual Use für die zukünftigen Virtuellen Kraftwerke;
    • • die statt einer flächendeckenden Ladesäulen-Monokultur mit bis zu 7 Millionen Ladesäulen (max. 5 E-Autos pro Säule und Tag bei Normalladen) ein deutschlandweites Netzwerk von max. 25.000 bis 30.000 Multi-E-Tankstellen bereitstellen und damit auch die alten Tankstellenstandorte für zukünftige Innovationssprünge sichern;
    • • die besonders bürger- und wirtschaftsnah sind, weil sie bei der E-Mobilität durch sehr kurze Bereitstellungszyklen (2 bis 3 Minuten) ohne die Lade-Wartezeiten arbeiten können, die sonst zu Einbußen an Wirtschaftlichkeit (s. Flotten) und Lebensqualität (s. Reisezeiten) führen;
    • • die konsequent nachhaltig und kostensparend arbeiten, weil sie durch ihr systemgegebenes gesteuertes Laden und doppelte Batterienutzung (für die E-Mobilität und als Akku-Speicher für das Smart Grid) den massiven Ausbau der Verteilnetze (TU München: über 20 Mrd. Euro für die Blackoutvorsorge) und ein kostenintensives Batterierecycling (Einsparung von 4 Zyklen gegenüber Schnelllade-Batterien realisierbar) überflüssig machen;
    • • die alle sonstigen Nachteile einer Ladesäulen-Monokultur wie die Verhinderung von Radwegen, die Beseitigung von Straßenbäumen, Vandalismus/Diebstahl, steigende Aufwände durch Genehmigungsverfahren, ständige Kontrollzwänge wie Eichamtsüberprüfungen, flächendeckende Wartungen und jahrzehntelange Tiefbauarbeiten bis hin zu Dauersubventionen und Bürgerprotesten vor Ort minimieren beziehungsweise weitgehend ausschließen;
    • • die zuerst dort ansetzen, wo schnell, kostenminimal und verbraucherfreundlich die Gefahr dauerhafter Fahrverbote für die Innenstädte gebannt werden kann: durch die zügige Elektrifizierung der städtischen Gewerbeflotten (Busse, Taxis, LKW, sonstige Nutzfahrzeuge), die bei einem Fahrzeuganteil von ca. 20 % gegenwärtig ca. 80 % der schädlichen Emissionen verursachen.
The integrated energy or power supply units are an adequate and differentiated answer to the current requirements for mobility infrastructures in Germany and beyond:
  • The turnaround in mobility in Germany must be understood as a long-term project that requires up to three decades of implementation, but quick results (quick pollution reduction, optimized supply logistics, timely sector coupling). Infrastructures must and can be created for this switch to mobility without greenhouse gases,
    • • which are open to all trend-setting innovation processes, including the replacement of car batteries, hydrogen technology, driving with synthetic fuels, autonomous driving and dual use for the future virtual power plants;
    • • instead of a nationwide charging station monoculture with up to 7 million charging stations (max. 5 e-cars per column and day with normal shops) a nationwide network of max. Provide 25,000 to 30,000 multi-e-filling stations and thus secure the old filling station locations for future leaps in innovation;
    • • They are particularly citizen-friendly and economical, because they can work with e-mobility due to very short provision cycles (2 to 3 minutes) without the waiting times for charging, which would otherwise reduce efficiency (see fleets) and quality of life (see Travel times);
    • • who work consistently in a sustainable and cost-saving manner because, thanks to their system-controlled charging and double use of batteries (for e-mobility and as a storage battery for the smart grid), they massively expand the distribution networks (TU Munich: over 20 billion euros for Prevent blackout) and cost-intensive battery recycling (4 cycles can be saved compared to quick-charge batteries);
    • • which minimize or largely minimize all other disadvantages of a charging station monoculture such as the prevention of cycle paths, the elimination of street trees, vandalism / theft, increasing costs due to approval procedures, constant control requirements such as verification tests, comprehensive maintenance and decades of civil engineering work, including permanent subsidies and civil protests exclude;
    • • which start first where the risk of permanent driving bans for city centers can be averted quickly, cost-minimally and in a consumer-friendly manner: through the rapid electrification of urban commercial fleets (buses, taxis, trucks, other commercial vehicles), which, with a vehicle share of approx. 20% currently cause about 80% of harmful emissions.

Erfindungsgemäß wird eine integrierte Stromversorgungsstation für elektrisch angetriebene Fahrzeuge oder für mittels eines Hybridantriebes angetriebene Fahrzeuge vorgeschlagen, wobei die integrierte Stromversorgungsstation

  • - mindestens eine Batteriewechselstation mit einem Arbeitsspeicher,
  • - mindestens einen mobilen Plug-In-Container mit einer Anzahl von Plug-In-Ladeanschlüssen,
  • - mindestens eine Umrichterstation und mindestens ein Batteriemanagementsystem pro Wechselpackage beziehungsweise eingesetzten Plug-In-Container zum Aufladen von Batterien aus der mindestens einen Batteriewechselstation als Komponenten für
  • - mindestens einen Akkumulatorspeicher zur zweifachen Nutzung (Dual-Use) als Stromquelle für Fahrzeuge einerseits oder Netzspeicher für elektrische Energie zur fortlaufenden Netzstabilisierung von Versorgungsnetzwerken andererseits,
  • - einen ergänzenden, unterstützenden Sicherheitsspeicher aus Second-Life-Batterien für hohe Nachfragespitzen im Rahmen einer Regelenergiebereitstellung und
  • - Einkaufs- und Imbissmöglichkeiten
umfasst.According to the invention, an integrated power supply station for electrically powered Proposed vehicles or for vehicles powered by a hybrid drive, the integrated power supply station
  • - at least one battery changing station with a working memory,
  • - at least one mobile plug-in container with a number of plug-in charging ports,
  • - At least one converter station and at least one battery management system per change package or plug-in container used to charge batteries from the at least one battery change station as components for
  • at least one accumulator storage for dual use as a power source for vehicles on the one hand or network storage for electrical energy for the continuous stabilization of supply networks on the other hand,
  • - an additional, supportive safety storage made of second-life batteries for high demand peaks in the context of balancing energy provision and
  • - Shops and snack bars
includes.

Die integrierte Stromversorgungsstation kann als Multi-E-Tankstelle für PKW, Busse, LKW und andere Nutzfahrzeuge verwendet werden, wobei das eingesetzte Batterie- Belade- und Entlade- System über den Unterboden (PKW) oder seitlich operiert.The integrated power supply station can be used as a multi-e-filling station for cars, buses, trucks and other commercial vehicles, with the battery charging and discharging system used operating via the underbody (car) or laterally.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können derzeit vorhandene Tankstellen, an denen fossile Energieträger verkauft werden in integrierte Stromversorgungsstationen umgewandelt werden, an denen insbesondere elektrischer Strom, synthetische Treibstoffe, gegebenenfalls auch auf fossiler Basis beruhende Treibstoffe und insbesondere Batteriewechsel durchgeführt werden.With the solution proposed according to the invention, existing petrol stations, at which fossil fuels are sold, can be converted into integrated power supply stations, at which, in particular, electric current, synthetic fuels, possibly also fuels based on fossil fuels, and in particular battery changes are carried out.

In Weiterbildung der integrierten Stromversorgungsstation umfasst diese mindestens einen mobilen Plug-In-Container, der eine Ladeleistung von mindestens 0,7 MW bereitzustellen in der Lage ist.In a further development of the integrated power supply station, it comprises at least one mobile plug-in container which is able to provide a charging power of at least 0.7 MW.

Ein derartiger Plug-In-Container kann bei Bedarf durch frisch aufgeladene Plug-In-Container ersetzt werden, wobei die frische Aufladung über E-LKWs aus Überschussstrom-Energiedepots oder beispielsweise von nahegelegenen Windkraftanlagen bereitgestellt wird.Such a plug-in container can, if necessary, be replaced by freshly charged plug-in containers, the fresh charging being provided by e-trucks from excess electricity energy depots or, for example, from nearby wind turbines.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation ist der mindestens eine mobile Plug-In-Container mit bis zu 30 Plug-In-Ladeanschlüssen versehen.In a further development of the integrated power supply station proposed according to the invention, the at least one mobile plug-in container is provided with up to 30 plug-in charging connections.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation umfasst diese weiterhin ein Tankstellenmodul oder eine Tanksäule, an der synthetische Kraftstoffe getankt werden können.In a further development of the integrated power supply station proposed according to the invention, this further comprises a petrol station module or a petrol pump, on which synthetic fuels can be filled.

Darüber hinaus ist bei der integrierten Stromversorgungsstation vorgesehen, dass diese eine Anzahl von Ladesäulen zur Ladung von Batterien elektrisch angetriebener Fahrzeuge umfasst.In addition, it is provided in the integrated power supply station that it comprises a number of charging stations for charging batteries of electrically powered vehicles.

In weiterer Ausführung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation ist die mindestens eine Batterie-Wechselstation so ausgeführt, dass eine im Unterboden des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges beispielsweise angeordnete austauschbare Batterie mittels einer automatisierten Handhabungsvorrichtung ausgewechselt werden kann.In a further embodiment of the integrated power supply station proposed according to the invention, the at least one battery changing station is designed such that an exchangeable battery, for example arranged in the underbody of the electrically driven vehicle, can be replaced by means of an automated handling device.

In diesem Zusammenhang ist die integrierte Stromversorgungsstation mit mindestens einer Umrichterstation versehen, die eingerichtet ist, verfügbare, ausgetauschte Batterien, demnach erschöpfte Batterien parallel zu schalten, sodass aus den Versorgungsnetzwerken überschüssige elektrische Energie, in die aufzuladende, für einen Fahrzeugantrieb vorgesehenen Batterie, als Zwischenspeicher aufgenommen werden kann.In this context, the integrated power supply station is provided with at least one converter station, which is set up to connect available, exchanged batteries, and accordingly exhausted batteries, in parallel, so that excess electrical energy is stored as an intermediate store in the battery to be charged and intended for a vehicle drive can be.

In Weiterbildung der integrierten Stromversorgungsstation ist die mindestens eine Umrichterstation derart eingerichtet, dass die verfügbaren, ausgetauschten Batterien die Lebensdauer der Batterie erhöhend und konform zu den Anforderungen des Versorgungsnetzwerkes aufgeladen wird.In a development of the integrated power supply station, the at least one converter station is set up in such a way that the available, exchanged batteries are charged to increase the service life of the battery and conform to the requirements of the supply network.

In dieser Hinsicht weist die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation einen Mehrfachnutzen auf, indem eine Möglichkeit zum Wechseln austauschbarer Batterien geschaffen wird. Diese dienen einerseits dem Antrieb von Fahrzeugen als ersten Nutzen und weisen in Zusammenhang mit dem Einsatz an der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation den zweiten Nutzen auf, dass sie eine fortlaufende Netzstabilisierung von Versorgungsnetzen ermöglichen, indem sie netz- und batteriekonform wieder aufgeladen werden, bevor sie im Rahmen des Austauschs standardisierter Fahrzeugbatterien erneut als Antriebsquelle für ein Fahrzeug dienen. Dies erfolgt jedoch nur im wiederaufgeladenen Zustand.In this regard, the integrated power supply station proposed according to the invention has multiple uses in that a possibility for exchangeable batteries is created. On the one hand, these serve to drive vehicles as the first benefit and, in connection with the use of the integrated power supply station proposed according to the invention, have the second benefit that they enable continuous network stabilization of supply networks by being recharged in accordance with the network and battery before they are recharged As part of the exchange of standardized vehicle batteries again serve as a drive source for a vehicle. However, this is only done when recharged.

Die integrierte Stromversorgungsstation für elektrisch betriebene Fahrzeuge, oder mittels eines Hybridantriebs angetriebene Fahrzeuge umfasst, zumindest eine Batteriewechselstation, wobei die integrierte Stromversorgungsstation neben der Batteriewechselstation zumindest einen mobilen Plug-In-Container mit einer Anzahl von Plug-In-Ladeanschlüssen umfasst, mit mindestens einer Umrichterstation oder einem Batteriemanagementsystem, welche die aufzuladenden Batterien der Batteriewechselstation als Speicherkomponenten zur fortlaufenden Netzwerkstabilisierung von Energieversorgungsnetzen mit Mehrfachnutzen (Dual-Use) aufladen.The integrated power supply station for electrically operated vehicles or vehicles driven by a hybrid drive comprises at least one battery change station, the integrated power supply station comprising, in addition to the battery change station, at least one mobile plug-in container with a number of plug-in charging connections, with at least one converter station or a battery management system which stores the batteries of the battery change station to be charged as storage components for continuous network stabilization Charge energy supply networks with multiple uses (dual-use).

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird in vorteilhafter Weise eine Kopplung zwischen den Mobilitätssektor und dem Stromnetzsektor durch eine Dual-Use-Strategie ermöglicht. Anstelle einer flächendeckenden Ladesäulenmonokultur mit bis zu mehreren Millionen Ladesäulen werden integrierte Stromversorgungsstationen vorgesehen, die einerseits einen Batteriewechsel ermöglichen, der im Vergleich zu Aufladevorgängen nur einige Minuten benötigt, andererseits die Versorgung mit synthetischen Treibstoffen gewährleistet. Zudem können auch konventionelle Ladesäulen vorgesehen sein, an denen im Fahrzeug fest verbaute Batterien an der integrierten Stromversorgungsstation aufgeladen werden können.The solution proposed according to the invention advantageously enables a coupling between the mobility sector and the power grid sector by means of a dual-use strategy. Instead of an area-wide charging station monoculture with up to several million charging stations, integrated power supply stations are provided, which on the one hand enable a battery change that only takes a few minutes compared to charging processes, and on the other hand ensure the supply with synthetic fuels. In addition, conventional charging stations can also be provided, on which batteries permanently installed in the vehicle can be charged at the integrated power supply station.

Durch eine doppelte Batterienutzung (Dual-Use) können die im Fahrzeug austauschbar angeordneten Traktionsbatterien einerseits für den Antrieb der Fahrzeuge und andererseits als Stromspeicher als Pufferung für das Versorgungsnetz fungieren. Damit wäre ein massiver Ausbau von Energieverteilnetzen sowie die Wahrscheinlichkeit eines Blackouts bei hoher Beanspruchung durch Ladevorgänge erheblich vermindert, wenn nicht sogar ausgeschlossen.Through a double use of batteries (dual-use), the traction batteries, which can be exchanged in the vehicle, can function on the one hand for the drive of the vehicles and on the other hand as a power store as a buffer for the supply network. This would significantly, if not exclude, a massive expansion of energy distribution networks and the likelihood of a blackout in the event of high loads from charging processes.

Des Weiteren können alle sonstigen mit der Schaffung einer Ladesäulenmonokultur einhergehenden Nachteile wie beispielsweise die Verhinderung von Radwegen, die Beseitigung von Straßenflora, Vandalismus, Diebstahl, sowie steigende Aufwände durch Genehmigungsverfahren, ständige Kontrollzwänge, wie beispielsweise eichamtliche Überprüfungen sowie flächendeckende Wartungsarbeiten und jahrzehntelang sich hinziehende Tiefbauarbeiten bis zur Dauersubvention und Bürgerprotesten vor Ort minimiert beziehungsweise weitestgehend ausgeschlossen werden.Furthermore, all other disadvantages associated with the creation of a charging station monoculture, such as the prevention of cycle paths, the elimination of street flora, vandalism, theft, as well as increasing expenses due to approval procedures, constant controls, such as official verifications as well as area-wide maintenance work and declining civil engineering work for permanent subsidies and local civil protests are minimized or largely excluded.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation lassen sich schnell, kostenminimal und verbraucherfreundlich, dauerhafte Fahrverbote in innerstädtischen Zonen vermeiden, da durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, insbesondere den dort möglichen Austausch leerer gegen frisch geladener Batterien, eine zügige Elektrifizierung der städtischen Gewerbeflotten hinsichtlich Bussen, Taxis, Lastkraftwagen, Lieferfahrzeuge erreicht werden kann. Eine integrierte Stromversorgungsstation orientiert sich logistisch am klassischen Tankstellenprinzip und bietet öffentlich und privat eingesetzten Fahrzeugen aller Art, so zum Beispiel Lastkraftwagen, Bussen, Nutzfahrzeugen, Taxis und anderen Personenkraftwagen eine kontinuierlich nutzbare Anlaufstelle, um ihre entladenen Akkumulatoren auszutauschen oder sie vor Ort wieder aufzuladen und wird im Regelfall im Zwei- oder Mehrschichtenbetrieb betrieben. Dafür wird einerseits eine Batteriewechseltechnologie unter Einschluss des Batterieleasings eingesetzt, die bei Personenkraftwagen einen Unterbodenwechsel genormter Batteriepackages mittels Wechselroboter der Batteriewechselstation und Wechselrahmen, der im Fahrzeug vorgesehen ist, für Busse und für LKW einen Wechsel an der entsprechend konfigurierten Fahrzeugseite mittels Roboterbeladung und Roboterentladung der Packages nach dem Durchreicheprinzip vorsieht. Die aufzuladenden intelligenten Batterien mit Batteriemanagementsystem werden in einem Ladespeicher (mindestens 1 MW) verbracht und miteinander verkoppelt, um dort gesteuert, batterie- und netzschonend mittels Umrichter wieder aufgeladen zu werden. Der Wechsel erfolgt innerhalb von 2 bis 4 Minuten und ermöglicht einen E-Flottenbetrieb von Fahrzeugen ohne Wartezeiten, die mit unmittelbaren Stromladevorgängen derzeit noch verbunden sind.The integrated power supply station proposed according to the invention makes it possible to avoid permanent driving bans in inner-city zones quickly, cost-effectively and in a user-friendly manner, since the solution proposed according to the invention, in particular the possibility of replacing empty batteries with freshly charged batteries, enables rapid electrification of urban commercial fleets with regard to buses, taxis, Trucks, delivery vehicles can be reached. An integrated power supply station is logistically based on the classic petrol station principle and offers all kinds of public and private vehicles, such as trucks, buses, commercial vehicles, taxis and other passenger cars, a continuously usable contact point to replace their discharged batteries or to recharge them on site usually operated in two or more shifts. For this purpose, a battery replacement technology including battery leasing is used, which in passenger cars involves changing the underbody of standardized battery packages using the robot replacement station and frame, which is provided in the vehicle, for buses and for trucks changing the correspondingly configured vehicle side using robot loading and robot unloading of the packages the pass-through principle. The intelligent batteries to be charged with the battery management system are placed in a charge storage device (at least 1 MW) and connected to each other in order to be controlled and recharged using the converter to conserve the battery and the grid. The change takes place within 2 to 4 minutes and enables e-fleet operation of vehicles without waiting times, which are currently still associated with direct electricity charging processes.

Andererseits erfolgt die Bereitstellung von Batteriestrom additiv über so genannte „Plug-In-Hubs“. Dabei handelt es sich im Regelfall um zwei Batteriespeichercontainer von jeweils 20 Fuß (Standardnorm), die mit parallel geschalteten Neubatterien oder mit hochwertigen Second-Life Batterien in einer Größenordnung von 0,7 MW Nennleistung pro Container ausgerüstet sind und bis zu 30 Anschlüsse für Plug-In-Laden im Umfeld des Containers anbieten. Dabei handelt es sich überwiegend um ein Wechselstromladeverfahren. Die Batteriecontainer werden mittels Umrichter nachts zu Schwachlastzeiten am Versorgungsnetz wieder aufgeladen. Alternativ kann die Aufladung auch über den Strom dezentraler Blockheizkraftwerke in Stationsnähe erfolgen, was zum Einsparen von Netzgebühren führen kann. Als weitere Wiederauflade-Alternative soll bei entsprechenden Standortbedingungen auch ein „Speicher-Container-Swap“ eingesetzt werden. Dabei wird überschüssiger Strom von Windkraftanlagen in Speichercontainerdepots geleitet, deren gefüllte Mobilspeicher dann mit E-Fahrzeugen zu den „Swap-Charge Store Hubs“ verbracht werden können, wo sie gegen geleerte Stromspeicher, d.h. Fahrzeugbatterien ausgetauscht werden können.On the other hand, the supply of battery power takes place additively via so-called "plug-in hubs". As a rule, these are two 20-foot battery storage containers (standard), which are equipped with new batteries connected in parallel or with high-quality second-life batteries with a nominal output of 0.7 MW per container and up to 30 connections for plug- Offer in-store around the container. This is predominantly an AC charging process. The battery containers are recharged by the converter at night during low load times on the supply network. As an alternative, charging can also be carried out using the electricity from decentralized combined heat and power plants near the station, which can save on network charges. As a further alternative to recharging, a "storage container swap" should also be used if the site conditions are appropriate. Excess electricity from wind turbines is directed to storage container depots, whose filled mobile storage can then be taken to the "swap charge store hubs" by e-vehicles, where they can be used against empty power storage, i.e. Vehicle batteries can be replaced.

Im Rahmen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation besteht die Möglichkeit, an dort vorgesehenen Batteriewechselstationen bei Elektrofahrzeugen einen Wechsel wieder aufladbarer Batterien innerhalb von maximal drei Minuten durchzuführen. Dazu wird das elektrisch angetriebene Fahrzeug auf eine überdachte Rampe gefahren, wo mit Hilfe eines Be- und Entladehandhabungssystems im Unterboden des Fahrzeuges ein Batteriewechsel erfolgt. Dazu kann der Fahrer im Fahrzeug bleiben, nach dem Ladevorgang bezahlen und die Fahrt fortsetzen (Drive-through Verfahren).Within the scope of the integrated power supply station proposed according to the invention, there is the possibility of one at the battery exchange stations provided there for electric vehicles Change rechargeable batteries within a maximum of three minutes. For this purpose, the electrically powered vehicle is driven onto a covered ramp, where a battery is changed in the underbody of the vehicle using a loading and unloading handling system. To do this, the driver can stay in the vehicle, pay after charging and continue driving (drive-through procedure).

Durch den Batteriewechsel an der mindestens einen Batteriewechselstation der integrierten Stromversorgungsstation wird der Mobilitätsvorgang vom Ladevorgang entkoppelt. Das Wiederaufladen der Batterie kann dadurch gesteuert beziehungsweise flexibel erfolgen, d. h. batteriekonform und netzkonform; somit ist deren Lebensdauerverlängerung um den Faktor 2 bis 5 möglich und eine extrem kostenintensive Verstärkung der Verteilnetze kann vermieden werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die wieder aufladbaren und mehrfach verwendbaren Batterien durch Batterie-Leasing zur Verfügung zu stellen, sodass diese im Rahmen von Mieterstrom Modellen gemäß EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) vermietet werden können.The mobility process is decoupled from the charging process by the battery change at the at least one battery change station of the integrated power supply station. The battery can thus be recharged in a controlled or flexible manner, ie. H. battery-compliant and mains-compliant; thus their lifespan can be extended by a factor of 2 to 5 and an extremely costly reinforcement of the distribution networks can be avoided. There is also the option of making the rechargeable and reusable batteries available by battery leasing so that they can be rented as part of tenant electricity models in accordance with the Renewable Energy Sources Act.

Der Batteriewechsel erfolgt bei Lastkraftwagen und Bussen seitlich, sodass elektrisch angetriebene Fahrzeuge in dieser Hinsicht zu modifizieren wären. Beispielsweise ließen sich elektrisch angetriebene Fahrzeuge durch einen professionellen Umbau von Plug-In-Fahrzeugen oder im Rahmen von Retrofit-Umrüstungen bereitstellen.Batteries in trucks and buses are changed laterally, so that electrically powered vehicles would have to be modified in this regard. For example, electrically powered vehicles could be provided by professionally converting plug-in vehicles or as part of retrofitting.

Ein Aufbau einer kostentreibenden, flächendeckend auszulegenden Ladesäulenmonokultur kann zudem durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Plug-In-Container als E-Tankstellenmodul vermieden werden. So können an den erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstationen Batteriespeichercontainer in gängigen Abmessungen, beispielsweise 20 Fuß Container, die eine Ladeleistung von mindestens 0,7 Megawatt bereitstellen, betrieben werden. An derartigen Plug-In-Containern können bis zu 30 Plug-In-Ladeanschlüsse vorgesehen werden. Während ein Entladen tagsüber erfolgt, können die Plug-In-Speichercontainer nachts wieder netz- und batteriekonform aufgeladen werden. Durch die beiden Speichersysteme (Batteriewechseltechnologie und Plug-In-Hub-Technologie) können die integrierten Stromversorgungstationen mindestens 1,7 MW bis 2,4 MW (bei Plug-In-Containern und PKW-Versorgung) aggregierte Stromspeicherkapazität bereitstellen. Bei einer Kombination mit Bussen und LKW mit ihren jeweiligen Akkumulatoren Packages im dreistelligen KW-Bereich sind Größenordnungen von 8-12 MW realistisch (große „Swap-Charge-Store-Hubs“). Bei bis zu 10.000 Stromversorgungsstationen mit gemischten Nutzerprofil ergibt sich eine einbeziehbare Speicheraggregation von ca. 40 GW, wodurch strategisch ein attraktives Potential für den Stromspeicherbedarf, der in Industrie- und Ballungsgebieten entstehenden virtuellen Kraftwerke (Flächenkraftwerke für das Energiemanagement der diversen alternativen Stromquellen) in Höhe von 4 bis 12 GW und mehr genutzt werden kann. Die virtuellen Kraftwerke würden diese Kapazität im Rahmen ihres Energiemanagements optimal einsetzen und insbesondere für die Regelenergiebereitstellung benötigen. Für diese Bereitstellung wird von den Netzbetreibern ein Entgelt gezahlt, durch das die Energieversorgungsstation-Betreiber eine regelmäßige Zusatzeinnahme generieren können.The plug-in container proposed as an e-filling station module can also be used to avoid building up a cost-driving, nationwide charging station monoculture. Thus, battery storage containers in common dimensions, for example 20 foot containers, which provide a charging power of at least 0.7 megawatts, can be operated at the integrated power supply stations proposed according to the invention. Up to 30 plug-in charging connections can be provided on such plug-in containers. While unloading takes place during the day, the plug-in storage containers can be recharged at night according to the mains and battery. Thanks to the two storage systems (battery replacement technology and plug-in hub technology), the integrated power supply stations can provide at least 1.7 MW to 2.4 MW (with plug-in containers and car supply) with aggregated electricity storage capacity. When combined with buses and trucks with their respective accumulator packages in the three-digit KW range, orders of magnitude of 8-12 MW are realistic (large "swap charge store hubs"). With up to 10,000 power supply stations with a mixed user profile, this results in an integrable storage aggregation of approx. 40 GW, which strategically offers an attractive potential for the power storage requirements of the virtual power plants (area power plants for energy management of the various alternative power sources) in industrial and urban areas 4 to 12 GW and more can be used. The virtual power plants would make optimal use of this capacity as part of their energy management and would need it in particular for the provision of balancing energy. For this provision, the network operators pay a fee through which the energy supply station operators can generate a regular additional income.

Durch die integrierte Stromversorgungstation für Elektro-Fahrzeuge können die klassischen Tankstellenstandorte und ihre Zusatzangebote in Gestalt von Waschanlagen, Einkaufsmöglichkeiten für Güter des täglichen Bedarfs, etc. auch in Zukunft verwendet werden, ergänzt durch Standorte auf Großparkplätzen und/ oder in Betriebshöfen. Dies ergibt zudem eine Perspektive für den Einsatz synthetisch gewonnener Treibstoffe, sowie das autonome Fahren, die jeweils ein Versorgungsnetzwerk von Versorgungsstationen erfordern, und bei Bedarf mit der Stromversorgungseinheit kombiniert werden können. Derartige Kombilösungen sind ideale Versorgungsstellen, wenn bei Netzblackouts Treibstoff für Notstromaggregate benötigt wird.Thanks to the integrated power supply station for electric vehicles, the classic petrol station locations and their additional offers in the form of washing facilities, shopping facilities for everyday goods, etc. can also be used in the future, supplemented by locations in large parking lots and / or in depots. This also provides a perspective for the use of synthetically derived fuels, as well as autonomous driving, which each require a supply network of supply stations and can be combined with the power supply unit if necessary. Combination solutions of this type are ideal supply points when fuel for emergency power generators is required for blackouts.

Falls ein immenser Plug-In-Bedarf auftreten sollte, können derartige Plug-In-Container auch durch frisch geladene Plug-In-Container tagsüber ersetzt werden, die beispielsweise über E-Lastkraftwagen aus überschüssigen Strom-Energiedepots von nahegelegenen Windkraftanlagen bereitgestellt werden können.If an immense plug-in requirement should arise, such plug-in containers can also be replaced during the day with freshly loaded plug-in containers, which can be provided, for example, by e-trucks from excess electricity and energy deposits from nearby wind turbines.

Eine derartige Ladeinfrastruktur ist attraktiv für die Halter von Plug-In-Fahrzeugen, die nicht nur auf ihren Hausanschluss zurückgreifen wollen und gleichzeitig andere Vorteile bisheriger Tankstellenstandorte nutzen möchten. Daher sind derartige Plug-In-Container geeignet zur Aufstellung für Parkplätze an Einkaufszentren aller Art, wo man während der mit dem Ladevorgang verbundenen Wartezeit sinnvoll Nützliches oder Erholsames erledigen kann. Selbstverständlich ließe sich eine Batteriewechselstation statt mit Plug-In-Containern mit einer Tankstelle für synthetische Treibstoffe kombinieren, sodass über eine integrierte Stromversorgungsstation sämtliche Versorgungsarten abgedeckt werden könnten, was zudem für das autonome Fahren gilt.Such a charging infrastructure is attractive for the owners of plug-in vehicles who do not only want to use their house connection and at the same time want to use other advantages of previous petrol station locations. Therefore, such plug-in containers are suitable for installation at parking lots at shopping centers of all kinds, where useful or relaxing things can be done during the waiting time associated with the charging process. Of course, a battery changing station could be combined with a petrol station for synthetic fuels instead of plug-in containers, so that all types of supply could be covered via an integrated power supply station, which also applies to autonomous driving.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann beispielsweise dem Ausstieg aus der nuklearen Energie, der sich für das Jahr 2022 abzeichnet, sowie dem Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger, der für 2038 geplant ist, dem Wärmepumpenausbau sowie den veränderten Anforderungen an eine elektrische Infrastruktur Rechnung getragen werden, da die Nachfrage nach Regelleistung, primärer, sekundärer, tertiärer Regelleistung exponentiell zunimmt. Volatile Energiequellen werden zunehmend im Rahmen von Flächenkraftwerken systematisch angelegt, was angesichts der Volatilitäten im dreistelligen Gigawattbereich durch eine Kopplung des Mobilitätssektors mit dem Stromnetzsektor wirtschaftlich lösbar ist. Dies bedeutet die Schaffung einer gemeinsamen Batteriewelt durch Dual-Use, einerseits als Antriebsquelle für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, andererseits als Speicherkomponenten für im Stromnetz vorhandene elektrische Energie, mit einem Nebeneinander einem Verbund der Systeme, d.h. einem Verbund aus Elektromobilität und Energieversorgungsnetz.The solution proposed according to the invention can, for example, phase out nuclear energy, which is emerging for 2022, and phase out use fossil fuels, which are planned for 2038, the heat pump expansion and the changed requirements for an electrical infrastructure are taken into account, as the demand for control power, primary, secondary, tertiary control power increases exponentially. Volatile energy sources are increasingly being systematically created within the framework of large-scale power plants, which, given the volatility in the three-digit gigawatt range, can be economically solved by coupling the mobility sector with the power grid sector. This means the creation of a common battery world through dual-use, on the one hand as a drive source for electrically powered vehicles, on the other hand as storage components for electrical energy in the power grid, with a juxtaposition of systems, ie a combination of electromobility and energy supply network.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation, der E-Tankstelle der Zukunft (Swap-Charge-Store-Hubs), können rezyklierte Batterien aus zweiter Hand wie auch aktive Fahrzeugbatterien (Batteriewechsel) mit Hilfe von Umrichtern sowie Batteriemanagementsystemen in die Lage versetzt werden, einen zunehmenden Bedarf an ausgleichenden Speicherleistungen umfassend zu bedienen, da aufzuladende, leer gefahrene Fahrzeugbatterien zur Aufnahme von im Stromnetz vorhandener elektrischer Energie als Zwischenspeicher Verwendung finden. Zudem kann ein derartiges Wiederaufladen austauschbarer Batterien besonders batterieschonend erfolgen und andererseits unter besonderer Berücksichtigung der Anforderungen an das Stromnetz ablaufen. Somit können die erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstationen, insbesondere im Hinblick auf Nutzfahrzeugflotten zu systemsichernden, unentbehrlichen Energiespeichern für ein anzustrebendes Energieversorgungssystem werden.In the case of the integrated power supply station proposed according to the invention, the e-filling station of the future (swap charge store hubs), recycled batteries from second-hand as well as active vehicle batteries (battery replacement) can be put in an increasingly capable position with the help of converters and battery management systems Comprehensive demand for balancing storage services to be used, since recharged, empty vehicle batteries are used as buffers to absorb electrical energy present in the power grid. In addition, such rechargeable batteries can be recharged in a manner that is particularly gentle on the battery and, on the other hand, can take place with special attention to the requirements of the power grid. Thus, the integrated power supply stations proposed according to the invention, in particular with regard to commercial vehicle fleets, can become indispensable energy stores for a desired energy supply system.

Des Weiteren bieten sich bei den erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstationen eine Vielzahl von Einsparpotentialen, mit denen beispielsweise der Strompreis für die E-Mobilität abgesenkt werden kann, sodass ein Abgabepreis von 20 Cent pro kWh realistisch erscheint. Schließlich können niedrigere Stromeinkaufspreise durch Großkundenstatus bei großen Nutzerzahlen pro integrierter Stromversorgungsstation erzielt werden.Furthermore, the integrated power supply stations proposed according to the invention offer a large number of potential savings, with which, for example, the electricity price for e-mobility can be reduced, so that a selling price of 20 cents per kWh appears realistic. Finally, lower electricity purchase prices can be achieved through large customer status with large numbers of users per integrated power supply station.

Des Weiteren sind in der Funktion einer integrierten Tankstelle an sich Vorteile bei Kosten, Nebenkosten und Aufwänden hinsichtlich einer Optimierung von Betrieb und Wartung am Standort, weniger Vandalismus, weniger Eichamtskontrollen, weniger Aufwand für Netzausbau, Kostendeckungsbeiträge aus der Leistungsperipherie zu erwarten.Furthermore, in the function of an integrated petrol station, advantages in terms of costs, ancillary costs and expenses in terms of optimizing operation and maintenance at the location, less vandalism, fewer verification inspections, less effort for network expansion, cost recovery contributions from the service periphery can be expected.

Als weiterer Vorteil ist zu werten, dass Zusatzeinnahmen aus dem Mehrfachnutzen (Dual-Use) generiert werden, d.h. durch Bereitstellung und Verkauf von Regelenergie aus der Parallelschaltung der verfügbaren aufzuladenden Fahrzeugbatterien.Another advantage is that additional revenue is generated from multiple uses (dual-use), i.e. through the provision and sale of control energy from the parallel connection of the available vehicle batteries to be charged.

Des Weiteren ließe sich aus einer Kooperation einer integrierten Stromversorgungsstation mit alternativen Energieerzeugern Überschussstrom nutzen, sodass Nutzungsgebühren für Stromnetze entfallen können.Furthermore, a cooperation of an integrated power supply station with alternative energy producers could use excess electricity, so that usage fees for electricity grids can be eliminated.

Weiterhin besteht fünftens die Möglichkeit, durch das gesteuerte flexible Aufladen von leeren Fahrzeugbatterien Billigtarife mit Netzbetreibern auszuhandeln, sodass zum Beispiel Stoßzeiten vermieden werden können und eine optimale Nutzung günstiger Nachttarife erfolgen kann.Fifthly, there is the possibility of negotiating cheap tariffs with network operators through the controlled, flexible charging of empty vehicle batteries, so that, for example, rush hours can be avoided and optimal use of cheap night tariffs can be achieved.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation die bisherige Infrastruktur bereits vorhandener Tankstellen aufrecht erhalten und weiter gepflegt werden kann. Funktionalitäten wie Autowaschen mit Staubsaugern, ein Einkauf am späten Abend oder der Noteinkauf am Sonntag können beibehalten werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation können attraktive Anschlussperspektiven für die Vielzahl „fossiler“ Tankstellen im Lande geschaffen werden. Des Weiteren kann eine hohe Frequentierung derartiger integrierter Stromversorgungsstationen zu zukünftig ausreichenden Umsätzen durch die Nutzung additiver Servicebereiche herbeigeführt werden. Durch die integrierte Stromversorgungsstation für Elektrofahrzeuge können die klassischen Tankstellenstandorte und die dort angebotenen Zusatzangebote in Form von Waschanlagen beziehungsweise Einkaufsmöglichkeiten für Güter des täglichen Bedarfes auch in Zukunft Verwendung finden, ergänzt durch Standorte auf Großparkplätzen und in Betriebshöfen. Dadurch ergibt sich zudem eine Perspektive für den Einsatz synthetisch gewonnener Treibstoffe oder Wasserstoff, sowie für das autonome Fahren, für die Versorgungsinfrastrukturen erforderlich sein werden und die bei Bedarf mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungseinheit kombiniert werden können. Derartige Kombilösungen sind ideale Voraussetzungen, wenn zum Beispiel bei Blackouts in Versorgungsnetzen Treibstoff für den Betrieb von Notstromaggregate benötigt wird.Another advantage is that the integrated power supply station proposed according to the invention allows the existing infrastructure of existing petrol stations to be maintained and further maintained. Functionalities such as car washing with vacuum cleaners, shopping in the late evening or emergency shopping on Sunday can be retained. With the integrated power supply station proposed according to the invention, attractive connection prospects can be created for the large number of “fossil” filling stations in the country. Furthermore, a high frequency of such integrated power supply stations can be brought about in future sufficient sales through the use of additive service areas. Thanks to the integrated power supply station for electric vehicles, the classic petrol station locations and the additional offers offered there in the form of washing facilities or shopping facilities for everyday goods can also be used in the future, supplemented by locations in large parking lots and depots. This also provides a perspective for the use of synthetically derived fuels or hydrogen, as well as for autonomous driving, for which supply infrastructures will be necessary and which can be combined with the integrated power supply unit proposed according to the invention if required. Combination solutions of this type are ideal if, for example, blackouts in supply networks require fuel for the operation of emergency power generators.

Dies bedeutet, dass heutige traditionelle Tankstellenstandorte gesichert und weiter als Anlaufstellen für die interessierten Bürgerinnen und Bürger genutzt werden können. An diesen können bei Verwirklichung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstationen Wasserstoff oder synthetische Treibstoffe getankt werden, aber im Grunde alle Formen der Mobilität realisiert werden, die Knoten- oder Drehpunkte zu ihrer logistischen Optimierung benötigen..This means that today's traditional petrol station locations can be secured and used as contact points for interested citizens. When the integrated power supply stations proposed according to the invention are implemented, hydrogen or synthetic fuels can be filled there, but basically all forms of mobility can be realized that need nodes or pivot points for their logistical optimization.

Hinsichtlich der Batterien liegt ein Vorteil darin, dass ein Batteriewechsel in Verbindung mit batterieschonendem, gesteuertem Laden verwirklicht wird, wenn Fahrzeuge mit einer Wechselvorrichtung verfügbar und die Batterieabmessungen mit den maßlichen Erfordernissen eines Wechselsystems kompatibel sind. Beispielsweise können auch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotorantrieb durch Umrüstung zu E-Fahrzeugen mit Batteriewechselrahmen innerhalb eines Retrofit-Programms nachgerüstet werden. Bei den gegenwärtig in einer Vielzahl von Varianten eingesetzten Lithium-Ionen Traktionsbatterien werden diese bei deren Aufladung an integrierten Stromversorgungsstationen geschont, da kein Schnellaufladen erfolgt, sondern diese nach einem Batteriewechsel gesteuert geladen und als Speicherkomponenten zu Zwecken der fortlaufenden Netzstabilisierung eingesetzt werden. Dies ist ein zentraler Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, da durch diese Lösung eine Sektorenkopplung zwischen Mobilität und Stromversorgungsnetz entsteht. Das Stromnetz (Smart Grid) wird durch die Stromspeicherkapazitäten der Fahrzeugbatterien entscheidend entlastet und andererseits werden die im Fahrzeugbetrieb eingesetzten wieder aufladbaren Batterien durch den Regelenergieeinsatz leistungsfähig gehalten, sodass sich im Vergleich zu Schnellladungen eine Erhöhung der Lebensdauer um den Faktor 4 bis 5 ergibt. Durch die „Swap-Charge-Store-Hubs“ können die vielfältigen Probleme einer flächendeckenden Ladesäulenstrategie vermieden werden. Durch das systemeigene gesteuerte Laden werden die Stromspeicher, d. h. die Fahrzeugbatterien - schätzungsweise um den Faktor 2 bis 3 - verglichen mit Schnellladestationen geschont, ferner werden die Verteilnetze weniger beansprucht. Künftige Investitionen für diese Netze, die bei einer millionenfachen Aufstellung von Schnellladesäulen erforderlich wären, können entfallen, indem ein weitestgehend gesteuertes Lademanagement durchgeführt wird. Statt einer Ladesäulenmonokultur mit bis zu 7 Millionen Wechselstromladesäulen könnten ca. 25.000 integrierte Stromversorgungsstationen errichtet werden, ergänzt durch begrenzte Ladesäulenangebote an Brennpunkten und Plug-In-Infrastrukturen im häuslichen Bereich. Damit wird eine kontinuierliche und verlässliche Versorgung sogar bei einer hochgradigen Umstellung der traditionellen Mobilität auf Elektromobilität von 60% bis 80% sichergestellt. Damit wird zudem vermieden, dass zur Errichtung von Ladesäulen flächendeckend das Abholzen von Straßenbäumen erfolgt, sowie die Einrichtung von Fahrradwegen be- oder verhindert wird. Für den Fall, dass sich mittel- und langfristig Technologien wie synthetisches Benzin oder autonomes Fahren in der Breite durchsetzen, können diese Technologien problemlos an die integrierten Stromversorgungsstationen angekoppelt werden, wohingegen im Falle einer Ausbildung einer Ladesäulenmonokultur sehr viele Tankstellenorte verloren gingen und Millionen von installierten Ladesäulen nicht mehr gebraucht werden würden.With regard to the batteries, there is an advantage that a battery change in connection with battery-saving, controlled charging is realized if vehicles with a change device are available and the battery dimensions are compatible with the dimensional requirements of a change system. For example, vehicles with internal combustion engine drives can also be retrofitted within a retrofit program by converting to e-vehicles with a battery change frame. In the lithium-ion traction batteries currently used in a large number of variants, they are protected when they are charged at integrated power supply stations, since they are not charged quickly, but instead are charged in a controlled manner after a battery change and used as storage components for the purposes of continuous network stabilization. This is a central advantage of the solution proposed according to the invention, since this solution creates a sector coupling between mobility and the power supply network. The electricity grid (Smart Grid) is significantly relieved by the power storage capacities of the vehicle batteries and on the other hand the rechargeable batteries used in vehicle operation are kept efficient by the use of balancing energy, so that compared to fast charging, the lifespan is increased by a factor of 4 to 5. The "Swap Charge Store Hubs" can avoid the various problems of a comprehensive charging station strategy. Through the system's controlled charging, the power storage, i. H. the vehicle batteries - estimated by a factor of 2 to 3 - are spared compared to quick-charging stations, and the distribution networks are used less. Future investments for these networks, which would be required with a million-fold installation of quick charging stations, can be dispensed with by carrying out a largely controlled charging management. Instead of a charging station monoculture with up to 7 million AC charging stations, around 25,000 integrated power supply stations could be built, supplemented by limited charging station offers at focal points and plug-in infrastructures in the home. This ensures a continuous and reliable supply even with a high degree of conversion from traditional mobility to electromobility from 60% to 80%. This also avoids that deforestation of road trees takes place across the board for the erection of charging stations, and that the setting up of cycle paths is prevented or prevented. In the event that technologies such as synthetic petrol or autonomous driving become widely accepted in the medium and long term, these technologies can be easily coupled to the integrated power supply stations, whereas if a charging station monoculture is formed, a large number of filling station locations and millions of installed charging stations will be lost would no longer be needed.

Allein durch das gesteuerte permanent überwachte Laden in der Batteriewechselstation steigt die Lebensdauer der Batterie um den Faktor 2 bis 3 gegenüber Schnellladevorgängen an. Die Erhöhung dieses Faktors auf 4 bis 5 durch die Mehrfachnutzung (Dual-Use) bedeutet eine längere Lebensdauer derartiger Batterien von über 20 Jahren und erhöht damit deren Nachhaltigkeit. Dadurch kann ein sehr langer Recyclingzyklus und ein stark minimierter Batterieaufwand realisiert werden. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Blackoutvorsorge in flächendeckenden Stromnetzen vermieden werden kann. Blackouts für die Verteilnetze werden mit einer hohen prozentualen Wahrscheinlichkeit für die Jahre ab 2020/2022 vorhergesagt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die Kommunen und die Energieversorgungsunternehmen vor hohen Investitionen geschützt werden, da die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung der integrierten Stromversorgungsstationen eine Ladeinfrastruktur schafft, die selbst zur Blackoutvorsorge beiträgt, indem ein gesteuerter Ladevorgang und die Bereitstellung von Speicherkapazitäten, d.h. die Zurverfügungstellung einer Regelleistung im Regelfall erreicht werden kann. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation und die Schaffung einer derartigen Infrastruktur ließen sich Netzerweiterungsinvestitionen risikolos einsparen. Ein flexibles gesteuertes Aufladen erschöpfter Fahrzeugbatterien könnte zwischen Stromkunden und Stromerzeugern flächendeckend verabredet werden.The controlled, permanently monitored charging in the battery changing station alone increases the battery life by a factor of 2 to 3 compared to quick charging processes. Increasing this factor to 4 to 5 through multiple use (dual-use) means that such batteries have a longer lifespan of over 20 years and thus increases their sustainability. This enables a very long recycling cycle and a greatly minimized battery expenditure. Finally, it should be pointed out that the solution proposed according to the invention can prevent blackout provision in nationwide power grids. Blackouts for the distribution grids are predicted with a high percentage probability for the years from 2020/2022. With the solution proposed according to the invention, the municipalities and the energy supply companies can be protected from high investments, since the solution proposed according to the invention of the integrated power supply stations creates a charging infrastructure which itself contributes to the blackout provision by a controlled charging process and the provision of storage capacities, i.e. the provision of control power can usually be achieved. With the integrated power supply station proposed according to the invention and the creation of such an infrastructure, network expansion investments could be saved without risk. A flexible, controlled charging of exhausted vehicle batteries could be agreed across the board between electricity customers and electricity producers.

Zusammenfassend stellt die integrierte Stromversorgungsstation als flächendeckendes Netzwerk eine Alternative zu Investitionen und einer netzbelastenden Ladesäulenmonokultur dar. Sie erleichtert eine Mobilitätswende durch den Ansatz, der auf bestehende Infrastrukturen zurückgreift, Plug-In-Funktionalitäten für Individualmobilität sowie die Implementierung eines Batteriewechsels im Hinblick auf Flottenmobilität. Diese beiden Funktionalitäten können gleichzeitig angeboten werden und sind zudem offen für Innovationen auf den Gebieten synthetischer Treibstoffe sowie autonomes Fahren.In summary, the integrated power supply station, as a nationwide network, represents an alternative to investments and a network-charging charging station monoculture. It facilitates a mobility turnaround due to the approach that uses existing infrastructures, plug-in functionalities for individual mobility and the implementation of a battery change with regard to fleet mobility. These two functions can be offered simultaneously and are also open to innovations in the fields of synthetic fuels and autonomous driving.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation wird eine Schnittstelle zwischen der E-Mobilität und dem Versorgungsnetz (Smart Grid) geschaffen, das angesichts des bevorstehenden Atomkraft- und Kohleausstiegs in großem Umfang Entlastung durch gesteuertes Laden einerseits und breitem Speicherangebot andererseits benötigt. Über die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation können leistungsfähige Akkuspeicherkomponenten zur Verfügung gestellt werden. Die entscheidenden Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegen darin, dass ein Batteriewechsel anstelle eines eine längere Zeitspanne benötigenden Ladevorgangs durchgeführt wird, ein zentral gesteuertes Laden erschöpfter Fahrzeugbatterien in Hinblick auf netzkonformes und die Batterielebensdauer verlängerndes Laden erreicht wird, eine Regelenergie für das Stromnetz zur Verfügung steht, das E-Tanken verbilligt wird, bisherige Tankstellenstandorte verbleiben können, sich eine höhere Batterielebensdauer erreichen lässt und ein elektrisches Laden ohne Blackout-Vorsorge erzielt werden kann.The integrated power supply station proposed according to the invention creates an interface between e-mobility and the supply network (smart grid), which, in view of the upcoming nuclear power and coal phase-out, relieves to a large extent Controlled loading on the one hand and a wide range of storage on the other. Powerful battery storage components can be made available via the integrated power supply station proposed according to the invention. The decisive advantages of the solution proposed according to the invention lie in the fact that a battery change is carried out instead of a charging process that takes a longer period of time, a centrally controlled charging of exhausted vehicle batteries is achieved with regard to charging that complies with the network and prolongs the battery life, a control energy is available for the power grid, E-refueling is cheaper, previous petrol station locations can remain, a longer battery life can be achieved and electric charging can be achieved without blackout precautions.

FigurenlisteFigure list

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigt:

  • 1 Eine Darstellung der Komponenten einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation, und
  • 2 Die verschiedenen Funktionalitäten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation.
It shows:
  • 1 A representation of the components of an integrated power supply station proposed according to the invention, and
  • 2nd The various functionalities of the integrated power supply station proposed according to the invention.

Ausführungsvarianten der ErfindungVariants of the invention

Der Darstellung in 1 ist eine integrierte Stromversorgungsstation 10 zu entnehmen. An dieser lassen sich an elektrisch angetriebenen Fahrzeugen 12 austauschbare Batterien 18 in mindestens einer Batteriewechselstation 20 auswechseln. Des Weiteren besteht an der integrierten Stromversorgungsstation 10 die Möglichkeit, bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder elektrisch teilangetriebenen Fahrzeugen mit Hybridtechnik 14, die Batterien aufzuladen oder auszuwechseln.The representation in 1 is an integrated power supply station 10th refer to. This can be used on electrically powered vehicles 12th replaceable batteries 18th in at least one battery changing station 20th replace. There is also an integrated power supply station 10th the possibility of using electrically powered vehicles or electrically partially powered vehicles with hybrid technology 14 to recharge or replace the batteries.

Die integrierte Stromversorgungsstation 10 umfasst mindestens eine Batteriewechselstation 20, die von einer Einfahrtsseite 36 zugänglich ist. Sobald elektrisch angetriebene Fahrzeuge 12 mit einer in deren Unterboden vorgesehenen austauschbaren und standardisierten Batterie 18 einer Rampe überfahren haben, wird durch ein schematisch angedeutetes Handhabungssystem 42 der Wechsel der Batterie 18 vorgenommen.The integrated power supply station 10th comprises at least one battery changing station 20th by an entry page 36 is accessible. As soon as electrically powered vehicles 12th with a replaceable and standardized battery provided in the underbody 18th have passed a ramp by a schematically indicated handling system 42 changing the battery 18th performed.

Dies erfolgt beispielsweise durch eine mit Bezugszeichen 40 angedeutete Batteriewechselrichtung, d.h. ein Austauschen der Batterie 18 über den Unterboden oder die Seite. Sobald die erschöpfte Batterie 18 durch eine aufgeladene frische Batterie 18 ersetzt wurde, was nur einige Minuten in Anspruch nimmt, kann der Fahrer bezahlen und seine Fahrt fortsetzen. Ein langwieriger Ladevorgang einer im elektrisch angetriebenen Fahrzeug 12 fest verbauten Batterie kann somit durch den Einsatz der mindestens einen Batteriewechselstation 20 an der integrierten Stromversorgungsstation 10 vermieden werden.This is done, for example, by means of a reference number 40 indicated battery change direction, ie a replacement of the battery 18th over the underbody or the side. Once the battery is exhausted 18th through a charged fresh battery 18th replaced, which takes only a few minutes, the driver can pay and continue driving. A tedious charging process in an electrically powered vehicle 12th Permanently installed battery can thus by using the at least one battery changing station 20th at the integrated power supply station 10th be avoided.

Während das mit einer frisch aufgeladenen Batterie 18 versehene elektrisch angetriebene Fahrzeug 12 die mindestens eine Batteriewechselstation 20 über eine Ausfahrt-Seite 38 verlässt, wird die erschöpfte und aufzuladende Batterie einer Umrichterstation 26 zugeführt. Dort erfolgt ein gesteuertes kontrolliertes Wiederaufladen erschöpfter Batterien 18 über ein Versorgungsnetzwerk 28, bei dem es sich beispielsweise um das öffentliche Stromnetz handelt, was von Energieversorgungsunternehmen gespeist wird.While that with a freshly charged battery 18th provided electrically powered vehicle 12th the at least one battery changing station 20th via an exit page 38 leaves, the exhausted and rechargeable battery of a converter station 26 fed. There is a controlled, controlled recharging of used batteries 18th via a supply network 28 , which is, for example, the public electricity grid, which is fed by energy supply companies.

Basismodul einer solchen integrierten Stromversorgungsstation 10 ist die Batteriewechselstation 20 (Swap-Box), die bei Elektrofahrzeugen einen Wechsel der wieder aufladbaren Batterie (Autoakku) innerhalb von maximal drei Minuten (Durchschnitt: 2,2 Minuten) ermöglicht. Das Elektrofahrzeug wird auf eine überdachte Rampe gefahren, wo mit Hilfe eines Be- und Entlade-Robotersystems 42 ein Unterboden-Batteriewechsel erfolgt. Der Fahrer kann im Fahrzeug bleiben und nach dem Ladevorgang bezahlen und die Fahrt fortsetzen (Drive-through-Verfahren).Basic module of such an integrated power supply station 10th is the battery changing station 20th (Swap box), which enables the rechargeable battery (car battery) to be changed within a maximum of three minutes (average: 2.2 minutes) for electric vehicles. The electric vehicle is driven onto a covered ramp, where with the help of a loading and unloading robot system 42 the underbody battery is replaced. The driver can stay in the vehicle and pay after charging and continue driving (drive-through procedure).

Durch den Batteriewechsel wird der Mobilitätsvorgang vom Ladevorgang abgekoppelt. Das Wiederaufladen der Batterie kann dadurch gesteuert beziehungsweise flexibel erfolgen, d. h. batterie- und netzkonform, sodass ein früher Verschleiß der Batterie (Verlängerung der Lebensdauer um den Faktor 2 bis 5) und eine teure Verstärkung der Verteilnetze (Investitionssumme > 20 Mrd. Euro) vermieden werden kann.By changing the battery, the mobility process is decoupled from the charging process. The battery can thus be recharged in a controlled or flexible manner, ie. H. Compliant with batteries and the grid, so that early wear and tear of the battery (extension of the service life by a factor of 2 to 5) and expensive reinforcement of the distribution networks (investment total> 20 billion euros) can be avoided.

Die Batterien werden durch Batterie-Leasing verfügbar gemacht und können sogar im Rahmen von Mieterstrom-Modellen (EEG-gemäß) vermietet werden.The batteries are made available through battery leasing and can even be rented as part of tenant electricity models (according to the EEG).

Der Batteriewechsel, der bei Lastkraftwagen und Omnibussen seitlich erfolgt, erfordert wechselfähige Elektrofahrzeuge in allen Anwendungsbereichen. In einem ersten Rollout können diese durch den professionellen Umbau von Plug-in-Fahrzeugen oder im Rahmen von Retrofit-Umrüstungen bereitgestellt werden. Da zum Beispiel in der Volksrepublik China Wechselstationen zum Standard werden, ist zu erwarten, dass die dort aktive deutsche Automobilindustrie solche Elektrofahrzeuge mittelfristig auch in Europa anbietet. Ein großer Nachfrager werden die deutschen Flottenbetreiber sein, beispielsweise Taxi-Unternehmen, die die Personal- und Kapitalbindung durch Lade-Wartezeiten optimieren müssen.The battery change, which takes place on the side of trucks and buses, requires interchangeable electric vehicles in all areas of application. In a first rollout, these can be provided through the professional conversion of plug-in vehicles or as part of retrofit conversions. Since exchange stations are becoming the standard in the People's Republic of China, for example, it can be expected that the German automotive industry active there will also offer such electric vehicles in Europe in the medium term. German fleet operators will be a big demand, for example taxi Companies that have to optimize staff and capital commitment through loading waiting times.

Der Aufladevorgang erschöpfter Batterien erfolgt nun als zweiter Nutzen der Batterie 10 (Dual-Use), da die erschöpften Batterien als Speicherkomponenten für die fortlaufende Netzstabilisierung des Stromnetzes dienen. Dies bedeutet, dass die erschöpften Batterien 18 unter besonderer Berücksichtigung der Batterielebensdauer einerseits sowie der Anforderungen an das Stromversorgungsnetz 28 andererseits wieder aufgeladen werden. Die Batterien 18 dienen somit im aufgeladenen Zustand als Antriebsquelle für elektrisch angetriebene Fahrzeuge 12 und im entladenen Zustand als Speicherkomponente zur Aufnahme von Energiemengen aus den öffentlichen Stromversorgungsnetzen 28, als deren Puffer.Charging exhausted batteries is now the second use of the battery 10th (Dual use), since the exhausted batteries serve as storage components for the continuous stabilization of the power grid. This means that the batteries are exhausted 18th with special consideration of the battery life on the one hand and the requirements for the power supply network 28 on the other hand be recharged. The batteries 18th thus serve as a drive source for electrically powered vehicles when charged 12th and in the discharged state as a storage component for absorbing energy from the public power supply networks 28 , as their buffer.

Aus der Darstellung gemäß 1 ergibt sich des Weiteren, dass die integrierte Stromversorgungsstation 10 mindestens einen mobilen Plug-In-Container 22 enthält. Dabei kann es sich um einen konventionellen 20 Fuß Container handeln, der beispielsweise eine Ladeleistung zwischen 1,0 MW vorzugsweise 0,7 MW bereitstellt. Die Ladeleistung des mindestens einen mobilen Plug-In-Containers 22 kann an bis zu 30 Plug-In-Ladeanschlüssen 24 abgenommen werden. Somit ist für individuelle Mobilität Sorge getragen, wohingegen ein Batteriewechsel eher bei Nutzfahrzeugflotten, Bussen, Taxis oder dergleichen in Frage kommt.From the representation according to 1 further arises that the integrated power supply station 10th at least one mobile plug-in container 22 contains. This can be a conventional 20 foot container, which provides a charging capacity between 1.0 MW, preferably 0.7 MW. The charging capacity of the at least one mobile plug-in container 22 can at up to 30th Plug-in charging ports 24th be removed. Thus, individual mobility is taken care of, whereas a battery change is more likely for commercial vehicle fleets, buses, taxis or the like.

Der mindestens eine mobile Plug-In-Container 22 kann Teil eines E-Tankstellen-Moduls 44 sein. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass die integrierte Stromversorgungsstation 10 gemäß der Darstellung in 1, bei der es sich um eine traditionell, bisher „fossil“ betriebene Tankstelle handeln kann, Einkaufs- und Imbissmöglichkeiten 30 aufweisen kann, sodass ein umfassendes Angebot präsentiert werden kann und sich Synergieeffekte dahingehend einstellen, dass vorhandene und traditionell entwickelte Infrastrukturen eine neue Nutzung erfahren.The at least one mobile plug-in container 22 can be part of an e-filling station module 44 be. It should also be noted that the integrated power station 10th as shown in 1 , which can be a traditional, previously “fossil” petrol station, shopping and snack bars 30th so that a comprehensive range can be presented and synergy effects arise in such a way that existing and traditionally developed infrastructures experience a new use.

Der Aufbau einer kostentreibenden flächendeckenden Ladesäulen-Monokultur kann zudem durch Plug-in-Hubs als E-Tankstellen-Modul vermieden werden: Mobile Plug-in-Container 22 (jeweils 20 Fuß und mindestens 0,7 MW), die bis zu 30 Plug-in-Anschlüsse 24 vor Ort bieten und nachts wieder netz- und batteriekonform aufgeladen werden können.The build-up of a cost-intensive, comprehensive charging station monoculture can also be avoided by using plug-in hubs as an e-filling station module: Mobile plug-in containers 22 (each 20th Feet and at least 0.7 MW) that are up to 30th Plug-in connections 24th bid on site and can be recharged at night according to the mains and battery.

Falls ein besonders großer Plug-in-Bedarf auftritt, können diese mobilen Plug-in-Container 22 auch durch frisch geladene Batterie-Container 22 tagsüber ausgetauscht werden. Über elektrisch angetriebene Lastkraftwagen kann überschüssiger Strom aus nahegelegenen Depots zum Beispiel von nahen Windkraftanlagen bereitgestellt werden.If there is a particularly large plug-in requirement, these mobile plug-in containers can be used 22 also thanks to freshly charged battery containers 22 be exchanged during the day. Excess electricity from nearby depots, for example from nearby wind turbines, can be provided by electrically powered trucks.

Diese Hubs auf E-Tankstellen, d. h. integrierte Stromversorgungsstationen 10 im Sinne der vorliegenden Erfindung, sind attraktiv für die Halter von Plug-in-Fahrzeugen, die nicht nur auf ihren Hausanschluss zurückgreifen und gleichzeitig die Vorteile von Tankstellenstandorten nutzen möchten. Sie sind auch sehr geeignet für Großparkplätze von Einkaufszentren aller Art, wo man die Ladezeit beim Plug-In sinnvoll für Nützliches und Erholsames nutzen kann. Selbstverständlich kann gegebenenfalls eine Batteriewechselstation 20 statt mit Plug-in-Hubs mit einer Tankstelle für synthetische Treibstoffe kombiniert werden, sodass die Standorte für alternative Innovationen offen bleiben.These hubs on e-filling stations, ie integrated power supply stations 10th in the sense of the present invention, are attractive for the owners of plug-in vehicles who do not only use their house connection and at the same time want to use the advantages of gas station locations. They are also very suitable for large parking lots of shopping centers of all kinds, where you can use the loading time with the plug-in for useful and relaxing things. Of course, if necessary, a battery changing station 20th combined with a petrol station for synthetic fuels instead of plug-in hubs, so that the locations remain open for alternative innovations.

Auch das autonome Fahren benötigt Hubs an logistisch sinnvollen Knotenpunkten und kann sich problemlos auf diesem Ansatz abstützen.Autonomous driving also requires hubs at logistically sensible nodes and can easily be based on this approach.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation 10 nutzt einen Second-Life-Energiespeicher nur im Rahmen einer stillen Reserve, nämlich dann, wenn Netz und Logistik zeitgleich Batterielasten erzeugen. In diesem Falle wird ein auftretender Konflikt durch das Vorhalten der stillen Reserve gelöst, was das Geschäftsmodell des Betreibers erst ermöglicht. Diese Betriebsart kann der Second-Life-Speicher über mehrere Jahre hinaus erfüllen. Nach heutigem Kenntnisstand wird ein Netzspeicher circa fünf bis zehn Mal im Jahr vollständig geleert. Bei einer Annahme von 400 Restzyklen bei den verwendeten Second-Life-Batterien entspricht dies einer theoretischen Nachnutzungsdauer von circa 40 Jahren.The integrated power supply station proposed according to the invention 10th uses a second-life energy storage only as part of a silent reserve, namely when the network and logistics generate battery loads at the same time. In this case, a conflict that arises is resolved by maintaining the hidden reserve, which enables the operator's business model. The second life memory can fulfill this operating mode for several years. According to current knowledge, network storage is completely emptied five to ten times a year. Assuming 400 remaining cycles for the second-life batteries used, this corresponds to a theoretical after-life of around 40 years.

2 zeigt die verschiedenen Funktionalitäten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstation 10. Neben einem nur wenige Minuten dauernden Batteriewechsel an der mindestens einen Batteriewechselstation 20 über eine automatisierte Handhabungsvorrichtung 42, kann als weitere Funktionalität ein zentralisiertes Plug-In-Laden als gesteuertes Laden über den mindestens einen mobilen Plug-In-Container 22 erreicht werden. Entladene Batterien 18 können im Rahmen des Dual-Use-Konzeptes als Speicherkomponenten Regelenergien aus den Versorgungsnetzwerken 28 aufnehmen und einerseits batterieschonend und andererseits die Anforderung des Versorgungsnetzwerkes 28 berücksichtigend, wieder aufgeladen werden. Insbesondere wird durch die Dual-Use-Funktionalität erreicht, dass die Batterien 18 durch schonendes Aufladen - ihre Lebensdauer beträchtlich verlängernd aufgeladen werden können im Gegensatz zu Schnellladevorgängen - und andererseits die Anforderungen des Stromversorgungsnetzwerkes 28 in gebührendem Maße Berücksichtigung finden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung der integrierten Stromversorgungsstation 10 kann aufgrund des gesteuerten Wiederaufladens entladener Batterien 18 für elektrisch betriebene Fahrzeuge 12 eine erhöhte Batterielebensdauer erreicht werden. Als weiterer positiver Nebeneffekt ist zu erwähnen, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Stromversorgungsstation 10 bei flächendeckendem Einsatz die Versorgungsnetzwerke 28 geschont werden können und insbesondere deren kostenintensiver Ausbau unterbleiben kann, da die Fahrzeugbatterien im entladenen Zustand aufgrund der Kopplung des Mobilitätsnetzes mit dem öffentlichen Stromnetz Energiespeicher als Puffer bereitstellen, sodass das Auftreten von Blackouts sehr unwahrscheinlich wird. 2nd shows the various functionalities of the integrated power supply station proposed according to the invention 10th . In addition to a battery change that only takes a few minutes at the at least one battery change station 20th via an automated handling device 42 , a further functionality is a centralized plug-in loading as controlled loading via the at least one mobile plug-in container 22 can be achieved. Discharged batteries 18th can use control energies from the supply networks as storage components as part of the dual-use concept 28 record and on the one hand gentle on the battery and on the other hand the requirement of the supply network 28 considering being recharged. In particular, the dual use functionality ensures that the batteries 18th through gentle charging - their service life can be significantly extended compared to quick charging processes - and on the other hand the requirements of the power supply network 28 are given due consideration. Through the solution of the integrated power supply station proposed according to the invention 10th can due to the controlled recharging of discharged batteries 18th for electrically powered vehicles 12th an increased battery life can be achieved. As a further positive side effect, it should be mentioned that the integrated power supply station proposed according to the invention 10th with nationwide use the supply networks 28 can be spared and in particular their cost-intensive expansion can be avoided, since the vehicle batteries in the discharged state provide energy storage as a buffer due to the coupling of the mobility network to the public power grid, so that the occurrence of blackouts is very unlikely.

Als weiterer positiver Nebeneffekt ist zu nennen, dass sich wesentlich niedrigere Kilowattstunden - kWh-Strompreise - erreichen lassen und sich bisherige Tankstellenstandorte von „fossilen Tankstellen“ 48 weiter nutzen lassen, mithin deren Infrastruktur ebenfalls weiter genutzt wird.Another positive side effect is that significantly lower kilowatt hours - kWh electricity prices - can be achieved and previous petrol station locations can be replaced by "fossil petrol stations" 48 let continue to use, hence their infrastructure will also continue to be used.

Durch den Atomausstieg 2022 und den Kohleausstieg 2038, die Forcierung des Wärmepumpen-Ausbaus sowie die zukünftigen 5-G-Nutzungen und die E-Mobilitätswende wird die Nachfrage nach Regelleistung (Primäre, Sekundäre, Tertiäre Regelleistung) exponentiell zunehmen. Die volatilen Energiequellen müssen zunehmend im Rahmen von Flächenkraftwerken („Virtuelle Kraftwerke“) systematisch gemanagt werden, was angesichts der bevorstehenden Volatilitäten im dreistelligen Giga-Watt-Bereich nur durch eine Verkopplung des Mobilitätssektors mit dem Stromnetz-Sektor wirtschaftlich vernünftig lösbar zu sein scheint. Es ist eine gemeinsame Batteriewelt durch einen Mehrfachnutzen statt ein Nebeneinander der Systeme anzustreben.Due to the nuclear phase-out in 2022 and the coal phase-out in 2038, the expansion of the heat pump as well as the future 5-G usage and the e-mobility turnaround, the demand for balancing power (primary, secondary, tertiary balancing power) will increase exponentially. The volatile energy sources increasingly have to be systematically managed within the framework of large-scale power plants ("virtual power plants"), which, in view of the upcoming volatilities in the three-digit gigawatt range, only seems to be economically sensible to solve by coupling the mobility sector with the power grid sector. It is a common battery world to strive for multiple uses instead of a juxtaposition of the systems.

In den erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Stromversorgungsstationen 10 (Swap-Charge-Store-Hubs) können recycelte Second-Hand-Batterien (Plug-in-Hubs) und aktive Autobatterien (Batteriewechsel) mit Hilfe von Umrichtern, Energie- und Batterie-Managementsystemen in die Lage versetzt werden, diesen zunehmenden Bedarf an ausgleichenden Speicherleistungen umfassend zu bedienen, indem man sich der Sektorenverkopplung bedient.In the integrated power supply stations proposed according to the invention 10th (Swap-Charge-Store-Hubs), recycled second-hand batteries (plug-in hubs) and active car batteries (battery replacement) can be equipped with the help of converters, energy and battery management systems to meet this increasing demand Balancing storage services to use comprehensively by using sector coupling.

Auf der Grundlage des § 3 EnWG kann diese Leistung von den Übertragungsnetzbetreibern fortlaufend eingekauft werden. Die Vergütung dafür könnte den kWh-Preis für die Nutzung von Elektrofahrzeugen erheblich absenken, sodass Deckungsbeiträge im Bereich von 30 % durch Bereitstellungsleistungspreis und Arbeitspreis denkbar wären.On the basis of § 3 EnWG, this service can be purchased continuously by the transmission system operators. The remuneration for this could significantly lower the kWh price for the use of electric vehicles, so that contribution margins in the range of 30% through the provisioning service price and the labor price would be conceivable.

Die Swap-Charge-Store-E-Tankstellen, d. h. die integrierten Stromversorgungsstationen 10, insbesondere die Hubs für Nutzfahrzeugflotten, können so zu systemsichernden, d. h. netzwerksichernden, unentbehrlichen Aggregatoren des angestrebten Erneuerbaren-Energie-Versorgungssystems werden.The swap charge store e-filling stations, ie the integrated power supply stations 10th , in particular the hubs for commercial vehicle fleets, can thus become system-securing, that is to say network-securing, indispensable aggregators of the desired renewable energy supply system.

Eine integrierte Stromversorgungsstation 10 bietet viele Einsparpotenziale, die den Strompreis für die E-Mobilitätskunden absenken, sodass ein Abgabepreis in der Größenordnung von 20 Cent pro kWh realistisch erscheint:

  1. a) Niedrigere Strom-Einkaufspreise durch Großkundenstatus aufgrund großer Nutzerzahlen pro integrierter Versorgungsstation 10,
  2. b) im Wesen der Tankstelle liegende Vorteile bei Kosten, Nebenkosten und Aufwänden (Optimierung von Betrieb und Wartung am Standort, weniger Vandalismus, weniger Eichamtskontrolleure, weniger Aufwand aus Netzausbau, Kostendeckungsbeiträge aus der Leistungsperipherie),
  3. c) Zusatzeinnahmen aus dem Mehrfachnutzen (Dual Use, Bereitstellung und Verkauf von Regelenergie aus der Parallelschaltung der verfügbaren Mobilitätsspeicher-Akkus),
  4. d) Perspektiven aus Prosuming (integrierte Stromversorgungsstation 10 mit eigener Erneuerbarer-Energie-Erzeugung) oder dem Batterie-Container-Swap in Kooperation mit Erzeugern alternativer Energien mit Überschussstrom (Entfall von Nutzungsgebühren für Stromnetze),
  5. e) die Möglichkeit, durch das gesteuerte, flexible Laden Billigtarife mit den Netzbetreibern auszuhandeln, so zum Beispiel zur Vermeidung von Stoßzeiten sowie die optimale Nutzung günstigerer Nachtladetarife.
An integrated power supply station 10th offers many potential savings that lower the price of electricity for e-mobility customers, so that a selling price of around 20 cents per kWh appears realistic:
  1. a) Lower electricity purchase prices due to large customer status due to large user numbers per integrated supply station 10th ,
  2. b) advantages in the nature of the petrol station in terms of costs, ancillary costs and expenses (optimization of operation and maintenance at the location, less vandalism, fewer calibration inspectors, less effort from network expansion, cost recovery contributions from the service periphery),
  3. c) additional income from the multiple benefits (dual use, provision and sale of balancing energy from the parallel connection of the available mobility storage batteries),
  4. d) Perspectives from prosuming (integrated power supply station 10th with own renewable energy generation) or the battery container swap in cooperation with producers of alternative energies with excess electricity (no usage fees for electricity networks),
  5. e) the possibility of negotiating cheap tariffs with the network operators through the controlled, flexible charging, for example to avoid peak times as well as the optimal use of cheaper night charging tariffs.

Eine Konzentration auf Hausanschlüsse und Ladesäulen führt automatisch zum Absterben der gewohnten Tankstellenstruktur, d. h. der „fossilen“ Tankstellenstandorte 48. Ob Autowäsche mit Staubsaugern, Blumenkauf oder Einkäufe des täglichen Bedarfs: dieser Komfort „fossiler“ Tankstellen 48 ginge mit deren Sterben verloren. Mit der integrierten Stromversorgungsstation 10 (Swap-Charge-Store-E-Tankstelle) gibt es eine attraktive Anschlussperspektive für viele Tausend Tankstellen. Eine hohe Frequentierung könnte auch zukünftig ausreichende Umsätze in additiven Service-Bereichen sichern.A concentration on house connections and charging stations automatically leads to the death of the usual petrol station structure, ie the “fossil” petrol station locations 48 . Whether car washing with vacuum cleaners, buying flowers or shopping for everyday needs: this convenience of "fossil" petrol stations 48 would be lost when they die. With the integrated power supply station 10th (Swap-Charge-Store-E-filling station) there is an attractive connection perspective for many thousands of filling stations. High traffic levels could also ensure sufficient sales in additive service areas in the future.

Auf diesem Weg können die heutigen traditionellen Tankstellenstandorte nicht nur gesichert und weiter als Multi-Anlaufstelle für die Verbraucher genutzt werden, sondern sogar in der Zukunft bereitstehen, um für das autonome Fahren ebenfalls als Hubs genutzt zu werden. Sogar Übergangslösungen für den schrittweisen Ausstieg aus der Fossil-Mobilität sind denkbar, so zum Beispiel durch die Kombination von Batteriewechselstationen 20 mit Benzin-Tankstelle. In this way, today's traditional petrol station locations can not only be secured and continue to be used as a multi-contact point for consumers, but can even be available in the future so that they can also be used as hubs for autonomous driving. Even transitional solutions for the gradual phase-out of fossil mobility are conceivable, for example by combining battery changing stations 20th with petrol filling station.

Batteriewechsel in Verbindung mit batterieschonendem gesteuertem Laden funktionieren problemlos, wenn Fahrzeuge mit einer Wechselvorrichtung verfügbar und die Batterieabmessungen mit den maßlichen Erfordernissen der Batteriewechselstation 20 kompatibel sind. Dazu bedarf es nationaler und internationaler Abstimmungen zwischen den Beteiligten. Durch Umrüstung können zum Beispiel auch Dieselkraftfahrzeuge zu Elektroautos mit BatterieWechselrahmen umgebaut werden, was im Rahmen eines Retro-fit-Programms vor sich gehen kann. Zu gegebener Zeit können neuartige, noch nachhaltigere Batterien, so zum Beispiel mit längerer Lebensdauer versehen, für die geeigneten E-Module verwendet werden, sofern die Abmessungen dies zulassen. Battery changes in conjunction with battery-friendly controlled charging work without any problems if vehicles with a change device are available and the battery dimensions with the dimensional requirements of the battery change station 20th are compatible. This requires national and international coordination between those involved. By retrofitting, for example, diesel vehicles can also be converted into electric cars with a removable battery frame, which can be done as part of a retro-fit program. In due course, new, even more sustainable batteries, for example with a longer lifespan, can be used for the suitable E-modules, provided the dimensions allow this.

Unabhängig davon gilt: Die gegenwärtig eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien werden im Swap-Charge-Store-Hub exorbitant geschont, wenn sie nicht am Plug-in-Hub schnell aufgeladen, sondern nach einem Batteriewechsel gesteuert geladen und dann als Speicherkomponente zu Zwecken der fortlaufenden Netzstabilisierung (Regelleistung) eingesetzt werden. Durch die Sektorenkopplung des Mobilitätssektors und des Versorgungsnetzsektors entsteht eine günstige Situation für beide Seiten: Das Versorgungsnetzwerk 28 wird durch die Möglichkeiten der Fahrzeugbatterie entlastet und die Fahrzeugbatterien werden durch den Regelenergie-Einsatz leistungsfähig gehalten, wodurch sich ein signifikanter Lebensdauereffekt einstellt, da die Batterielebensdauer um den Faktor 4 bis 5 gesteigert werden kann, verglichen mit Fahrzeugbatterien, die lediglich im Schnellladebetrieb wieder aufgeladen werden.Regardless of this, the currently used lithium-ion batteries are spared in the swap charge store hub if they are not quickly charged at the plug-in hub, but are charged under control after a battery change and then as a storage component for the purposes of ongoing Grid stabilization (control power) can be used. The sector coupling of the mobility sector and the supply network sector creates a favorable situation for both sides: the supply network 28 is relieved by the possibilities of the vehicle battery and the vehicle batteries are kept efficient by the use of balancing energy, which results in a significant lifespan effect, since the battery lifespan can be increased by a factor of 4 to 5 compared to vehicle batteries that can only be recharged in quick charge mode .

Allein durch das gesteuerte, permanent überwachte Laden in der Batteriewechselstation 20 (Swap-Box) steigt die Lebensdauer der Batterie um den Faktor 2 bis 3 gegenüber dem Schnellladen; die Erhöhung des Faktors auf 4 bis 5 durch Mehrfachnutzen bedeutet eine längere Lebensdauer von über 20 Jahren und damit eine nachhaltige Verbesserung der Lebensdauer. Diese kommt unter anderem in einem sehr langen Recyclingzyklus und einem stark minimierten Batterieaufwand zum Ausdruck, was ein wichtiges Detail der Ressourcenschonung darstellt.The controlled, permanently monitored charging in the battery changing station alone 20th (Swap box) the battery life increases by a factor of 2 to 3 compared to fast charging; increasing the factor to 4 to 5 through multiple uses means a longer lifespan of over 20 years and thus a sustainable improvement in lifespan. This is expressed, among other things, in a very long recycling cycle and a greatly minimized battery consumption, which is an important detail of resource conservation.

Die deutschen Kommunen mit ihren ca. 900 Ortsnetzen werden mit der Warnung konfrontiert, dass bei fehlender Vorsorge ab 2032 mit flächendeckenden Strom-Blackouts mit einer Eintrittswahrscheinlichkeit von 95 % zu rechnen ist. Die sich daraus ergebende Aufgabe liegt in der Vorbereitung der Stromversorgungsnetze 28, da schon im Jahre 2022 mit örtlichen Blackouts in Teilen der Versorgungsnetzwerke 28 zu rechnen ist.The German municipalities with their approx. 900 local networks are confronted with the warning that if there is a lack of provision, comprehensive electricity blackouts are to be expected by 95% from 2032 onwards. The resultant task is the preparation of the power supply networks 28 , since 2022 with local blackouts in parts of the supply networks 28 is to be expected.

Die Kommunen und ihre Partner sind gehalten, angesichts der vielerorts angespannten Finanzlage und der eingetrübten konjunkturellen Perspektiven besonders nachhaltig zu investieren und zu haushalten. Deshalb sollten sie bei der Mobilitätswende verstärkt auf Ladeinfrastrukturen setzen, die selbst zur Blackout-Vorsorge beitragen, nämlich durch gesteuertes Laden und die Bereitstellung von Speicherkapazitäten im Rahmen einer Regelleistung. Mit der stufenweise wachsenden Infrastruktur des Swap-Charge-Store-E-Tankstellen-Systems, d. h. mit dem Aufbau eines Netzwerks aus integrierten Stromversorgungsstationen 10, können bundesweit große Summen, d. h. mehrere Milliarden Euro, an Netzausbau-Investitionen risikolos eingespart werden, die vor allem den Kommunen für andere Aufgaben der Netz- und Mobilitätswende zur Verfügung stünden.The municipalities and their partners are required to make particularly sustainable investments and budgets given the tense financial situation in many places and the gloomy economic outlook. For this reason, they should increasingly rely on charging infrastructures that themselves contribute to blackout prevention, namely through controlled charging and the provision of storage capacity as part of a balancing service, when it comes to the mobility transition. With the gradually growing infrastructure of the swap charge store e-filling station system, ie with the establishment of a network of integrated power supply stations 10th , large sums, i.e. several billion euros, can be saved risk-free in network expansion investments, which would be available to the municipalities above all for other tasks related to the network and mobility transition.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
Integrierte StromversorgungsstationIntegrated power supply station
1212th
Elektrisch angetriebenes FahrzeugElectrically powered vehicle
1414
Fahrzeug mit Hybridantrieb Hybrid drive vehicle
1818th
Batterie (austauschbar)Battery (replaceable)
2020th
BatteriewechselstationBattery exchange station
2222
Mobiler Plug-In-ContainerMobile plug-in container
2424th
Plug-In-LadeanschlüssePlug-in charging ports
2626
UmrichterstationConverter station
2828
VersorgungsnetzwerkSupply network
3030th
Einkaufs-/ ImbissmöglichkeitShopping / snack bar
3232
Ladesäule Charging station
3636
EinfahrtseiteEntry side
3838
AusfahrtseiteExit side
4040
WechselrichtungDirection of exchange
4242
Wechselrobotik/ WechselvorrichtungChanging robotics / changing device
4444
E-TankstellenmodulE-filling station module
4646
Tanksäule für synthetische TreibstoffeFuel pump for synthetic fuels
4848
„Fossiler“ Tankstellenstandort"Fossil" petrol station location

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 8022666 B2 [0002]US 8022666 B2 [0002]

Claims (16)

integrierte Stromversorgungsstation (10) für elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit oder ohne Wechselvorrichtung (42), für mittels eines Hybridantriebes angetriebene Fahrzeuge (14), dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Stromversorgungsstation (10): - mindestens eine Batteriewechselstation (20) mit einem Arbeitsspeicher von mindestens 1 MW, - mindestens einen mobilen Plug-In-Container (22) mit einer Anzahl von Plug-In-Ladeanschlüssen (24), - mindestens eine Umrichterstation (26) mit einem Energiemanagementsystem und mindestens ein Batteriemanagementsystem pro Wechselpackage beziehungsweise eingesetzten Plug-In-Container (22) zum Aufladen von Batterien (18) aus der mindestens einen Batterieladestation (20), als Komponenten für - mindestens einen Akkumulatorspeicher zur zweifachen Nutzung (Dual-Use) als Stromquelle für Fahrzeuge (12, 14) einerseits oder als Netzspeicher für elektrische Energie zur fortlaufenden Netzstabilisierung an Versorgungsnetzwerken (28) andererseits, - einen ergänzenden, unterstützenden Sicherheitsspeicher aus Second-Life-Batterien für hohe Nachfragespitzen im Rahmen der Regelenergiebereitstellung und - Einkaufs- und Imbissmöglichkeiten (30) umfasst.Integrated power supply station (10) for electrically powered vehicles with or without changing device (42), for vehicles (14) driven by a hybrid drive, characterized in that the integrated power supply station (10): - at least one battery changing station (20) with a working memory of at least 1 MW, - at least one mobile plug-in container (22) with a number of plug-in charging connections (24), - at least one converter station (26) with an energy management system and at least one battery management system per interchangeable package or plug-in used Containers (22) for charging batteries (18) from the at least one battery charging station (20), as components for - at least one accumulator storage for dual use (dual use) as a power source for vehicles (12, 14) on the one hand or as a network storage for electrical ones Energy for continuous network stabilization on supply networks (28) on the other hand, a supplementary, supportive security store made of second-life batteries for high demand peaks in the context of balancing energy provision and - shopping and snack opportunities (30). Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine mobile Plug-In-Container (22) eine Ladeleistung von mindestens 0,7 MW, bereitstellt.Integrated power supply station (10) according to Claim 1 characterized in that the at least one mobile plug-in container (22) provides a charging power of at least 0.7 MW. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine mobile Plug-In-Container (22) bis zu 15 Plug-In-Ladeanschlüsse (24) beziehungsweise bei zwei mobilen Plug-In-Containern (22) bis zu 30 Plug-In-Ladeanschlüsse enthält.Integrated power supply station (10) according to the Claims 1 to 2nd , characterized in that the at least one mobile plug-in container (22) contains up to 15 plug-in charging connections (24) or, in the case of two mobile plug-in containers (22), up to 30 plug-in charging connections. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Anzahl von Ladesäulen (32) zur Ladung von Batterien (18) elektrisch angetriebener oder elektrisch teilangetriebener Fahrzeuge (12) umfasst.Integrated power supply station (10) according to the Claims 1 to 3rd characterized in that it comprises a number of charging stations (32) for charging batteries (18) of electrically driven or electrically partially driven vehicles (12). Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Batteriewechselstation mit einem Arbeitsspeicher von mindestens 1 MW (20) eine im Unterboden der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge (12) angeordnete Batterie (18) mittels einer automatisierten Wechselvorrichtung (42) wechselt oder alternativ für Busse, LKW und andere größere Nutzfahrzeuge eine Batteriewechselstation (20) einen automatischen Batteriewechsel über die Fahrzeugseiten durchführt, wobei deren Arbeitsspeicher mindestens 1,4 MW ab 20 Fahrzeuge beträgt.Integrated power supply station (10) according to the Claims 1 to 4th , characterized in that the at least one battery changing station with a working memory of at least 1 MW (20) changes a battery (18) arranged in the underbody of the electrically driven vehicles (12) by means of an automated changing device (42) or alternatively for buses, trucks and others larger commercial vehicles, a battery change station (20) carries out an automatic battery change via the vehicle sides, the working memory of which is at least 1.4 MW from 20 vehicles. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Umrichterstation (26) über ein Energiemanagementsystem verfügt, bidirektional arbeitet, in Verbindung mit den Arbeitsspeicher-Batterien (18) und den in den Plug-In-Containern (22) vorhandenen Batterien (18) das Netz (28) mit überschüssiger Batterie-Speicherenergie und im Gegenzug zu optimalen Zeiten überschüssige Netzenergie nutzt, alternativ Energie aus Prosuming beziehungsweise dezentraler Energieversorgung (bevorzugt: off-grid) bezieht.Integrated power supply station (10) according to the Claims 1 to 5 , characterized in that the at least one converter station (26) has an energy management system, works bidirectionally, in connection with the main memory batteries (18) and the batteries (18) present in the plug-in containers (22) the network ( 28) uses excess network energy with excess battery storage energy and in return at optimal times, alternatively obtains energy from prosuming or decentralized energy supply (preferably: off-grid). Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass die mindestens eine Umrichterstation (26) eingerichtet ist, und die verfügbaren Batterien (18) die Lebensdauer der Batterie (18) erhöhend, und konform zu den Anforderungen an das Versorgungsnetzwerk (28), also gesteuert beziehungsweise flexibel aufgeladen werden.Integrated power supply station (10) according to Claim 6 , characterized in that the at least one converter station (26) is set up and the available batteries (18) increase the service life of the battery (18) and conform to the requirements of the supply network (28), that is to say are controlled or flexibly charged. Integrierte Stromversorgungsstation (10) für elektrische angetriebene Fahrzeuge mit oder ohne Batteriewechselvorrichtung (42) oder für elektrisch teilangetriebene Fahrzeuge (14), die zumindest eine Batteriewechselstation (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Stromversorgungsstation (10) neben der Batteriewechselstation (20) zumindest einen mobilen Plug-In-Container (22) mit einer Anzahl von Plug-In-Ladeanschlüssen (24) umfasst, mit mindestens einer Umrichterstation (26) und einem Batteriemanagementsystem pro Batteriepackage und Plug-In-Container (22), die mit einem Energiemanagementsystem die verfügbaren Batterien (18) der Batteriewechselstation (20) als Speicherkomponenten zur fortlaufenden Netzstabilisierung von Energieversorgungsnetzen (28) im Sinne eines Mehrfachnutzen (Dual-Use) bereitstellen.Integrated power supply station (10) for electrically powered vehicles with or without a battery changing device (42) or for electrically partially driven vehicles (14), which comprises at least one battery changing station (20), characterized in that the integrated power supply station (10) next to the battery changing station (20) comprises at least one mobile plug-in container (22) with a number of plug-in charging connections (24), with at least one converter station (26) and one battery management system per battery pack and plug-in container (22) with one Energy management system provide the available batteries (18) of the battery changing station (20) as storage components for the continuous network stabilization of energy supply networks (28) in the sense of multiple use (dual use). Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen der Wechsel einer wieder aufladbaren Batterie innerhalb von maximal drei Minuten, vorzugsweise unterhalb von drei Minuten, erfolgt und mittels einer Wechselrobotik einer Wechselvorrichtung (42) vorgenommen wird, wenn nicht, wie bei größeren Nutzfahrzeugen, ein Wechsel über die Seiten geboten ist.Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that in the case of electrically powered vehicles, the change of a rechargeable battery takes place within a maximum of three minutes, preferably less than three minutes, and a changeover robot (42) is used to change the device (if not, as in larger commercial vehicles), if not is offered over the sides. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriewechsel der wieder aufladbaren Batterie innerhalb der Batteriewechselstation (20) derart erfolgt, dass der Mobilitätsvorgang vom Ladevorgang entkoppelt ist und das Wiederaufladen der Fahrzeugbatterie batterie- und netzkonform erfolgt und eine Verlängerung der Lebensdauer der Fahrzeugbatterie um den Faktor 2 bis 5 erreicht wird. Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the battery change of the rechargeable battery takes place within the battery changing station (20) in such a way that the mobility process is decoupled from the charging process and the recharging of the vehicle battery takes place in accordance with the battery and the network and an extension of the service life of the vehicle battery by a factor of 2 to 5 is achieved. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine mobile Plug-in-Container (22) austauschbar ist, um eine fortlaufenden Plug-In-Prozess am E-Tankstellenstandort sicherzustellen.Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the at least one mobile plug-in container (22) is interchangeable in order to ensure an ongoing plug-in process at the e-filling station location. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser die aufladbaren Fahrzeugbatterien mit Hilfe von mindestens einer Umrichterstation (26) mit Energiemanagementsystem und den Batteriemanagementsystemen in die Lage versetzt werden, einem Versorgungsnetzwerk (28) bei Bedarfsschwankungen ausgleichende Speicherleistungen als Puffer für die Blackout-Vorsorge zur Verfügung zu stellen.Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that in this the rechargeable vehicle batteries are enabled with the help of at least one converter station (26) with energy management system and the battery management systems to provide a supply network (28) with storage capacity to compensate for fluctuations in demand as a buffer for the blackout provision . Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wieder aufladbare Fahrzeugbatterien, zum Beispiel Lithium-Ionen-Fahrzeugbatterien, schonend und im Anwendungsfall sogar in der Tendenz regenerierend aufgeladen werden, indem sie nach einem Batteriewechsel gesteuert geladen und als Speicherkomponenten zu Zwecken der fortlaufenden Netzstabilisierung als Regelleistung dem Versorgungsnetzwerk (28) angeboten beziehungsweise bereitgestellt werden.Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that rechargeable vehicle batteries, for example lithium-ion vehicle batteries, are charged gently and, in the application, even with a tendency to regenerate, in that they are charged in a controlled manner after a battery change and are used as storage components for the purposes of continuous network stabilization as control power for the supply network (28 ) are offered or made available. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterien im Rahmen einer Sektorenkopplung des Mobilitätssektors und des Netzversorgungssektors die Versorgungsnetzwerke (28) entlasten und Systemeffizienzen generieren (eine Batteriewelt statt zwei Batteriewelten).Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that the vehicle batteries relieve the supply networks (28) and generate system efficiencies as part of a sector coupling of the mobility sector and the network supply sector (one battery world instead of two battery worlds). Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch das gesteuerte permanent überwachte Laden in der Batteriewechselstation (20) der Einsatz fehlerhafter oder erschöpfterer Batterien systematisch verhindert und somit die Lebensdauer der Fahrzeugbatterien zumindest um den Faktor 2 bis 3 gegenüber dem Schnellladen gesteigert wird, selbst wenn eine Regeneration durch Dual Use-Anwendung unterbleibt.Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that the controlled, permanently monitored charging in the battery changing station (20) systematically prevents the use of faulty or depleted batteries and thus increases the service life of the vehicle batteries by at least a factor of 2 to 3 compared to rapid charging, even if regeneration by dual Use application is omitted. Integrierte Stromversorgungsstation (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Stromversorgungsstation (10) Second-Life-Speicher als stille Reserve nutzt, für den Fall, dass das Versorgungsnetzwerk (28) und die Logistik zeitgleich Batterielasten erzeugen.Integrated power supply station (10) according to one of the Claims 1 to 15 , characterized in that the integrated power supply station (10) uses second-life storage as a silent reserve, in the event that the supply network (28) and the logistics simultaneously generate battery loads.
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