EP4096961A1

EP4096961A1 - Ladesäule

Info

Publication number: EP4096961A1
Application number: EP21702269.8A
Authority: EP
Inventors: Alexander Sohl; Inès Adler
Original assignee: Me Energy GmbH
Current assignee: Me Energy GmbH
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2022-12-07
Also published as: WO2021152040A1; AU2021215006A1; US20230057374A1; MX2022009331A; CN115003547A; BR112022015071A2; DE102020102518A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladesäule zur Aufladung von Elektrofahrzeugen, die ein Gehäuse, eine Leistungs- und HMI-Einheit sowie eine Energiekonversionseinheit aufweist, wobei die Leistungs- und HMI-Einheit zwischen der Vorderseite des Gehäuses und der Energiekonversionseinheit angeordnet ist.

Description

LA D E SA U L E

Stand der Technik

Mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen, die mit einem Elektromotor betrieben werden, geht eine funktionierende Infrastruktur zum Laden der Elektrofahrzeuge einher. Neben dem Laden an der Haussteckdose muss den Benutzern von Elektrofahrzeugen die Möglichkeit eingeräumt werden, auch im öffentlichen Bereich Energie zu beziehen. Bei den bisher verfügbaren Reichweiten von Elektrofahrzeugen ist es notwendig, dass auch außerhalb des häuslichen Umfeldes ein Laden der Fahrzeuge möglich ist. Daher müssen in öffentlichen Bereichen Ladestationen zur Verfügung gestellt werden, um eine stete Verfügbarkeit von Energie für Elektrofahrzeuge durch ein Versorgungsnetz zu gewährleisten.

Bekannt sind stationäre Systeme zur elektrischen Versorgung von stationären Ladesäulen, um die Traktionsbatterie eines Plug-In-Fahrzeuges - Hybrid- oder Elektrofahrzeug - wieder aufzuladen, wie z.B. in DE 102009016 505 A1 beschrieben.

Die Ladesäule selbst wird auf eine Stromschiene der Stromversorgung angeschlossen.

Ein bestehendes Stromnetz weist dabei ein Anschlusselement zum Ausgeben elektrischer Energie an ein Elektrofahrzeug auf. Eine derartige Ladevorrichtung weist den Nachteil auf, dass sie nicht flexibel aufstellbar bzw. abzubauen ist. Die Kosten für den Aufbau und insbesondere den Anschluss der Ladevorrichtung an das bestehende Stromnetz sind ebenfalls sehr hoch.

Die Schrift DE 102017 102251 A1 stellt eine ortsfeste Ladestation vor, deren Innenraum zwei Einbauräume aufweist. So wird eine Trennung zwischen Netz- bzw. Anschlussbereich sowie dem Bereich der Ladetechnik erreicht. Beide Einbauräume sind durch eine vertikal angeordnete Innenwand getrennt und separat zugänglich, d.h. weisen jeweils eine Tür auf.

Nachteilig einer derartigen Anordnung ist die geringe Flexibilität der Anordnung, um beispielsweise bauliche Gegebenheiten des Aufstellortes zu berücksichtigen. Der Anschlussbereich kann z.B. nicht getrennt von der Ladetechnik aufgebaut werden. Außerdem ist die Ladesäule nur bedingt flexibel erweiterbar, um z.B. eine höhere Ladeleistung bereitzustellen und/oder mehr Ladekabel zur Aufladung von Elektrofahrzeugen aufzunehmen. Die äußeren Abmessungen der Ladesäule sind durch die Abmessungen des Grundgerüsts vorgegeben.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen zur Verfügung zu stellen, die einen derartigen Aufbau aufweist, dass verschiedene Komponenten der Ladesäule getrennt aufgebaut werden können, damit eine größtmögliche Variabilität der Wahl des Standortes der Ladesäule bietet sowie um beliebig viele Komponenten erweiterbar ist.

Die Aufgabe wird mittels der Ladesäule gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. Die erfindungsgemäße Ladesäule, die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet ist, weist ein Gehäuse auf, in dem eine Leistungs- und HMI (Human-Machine-Interface)- Einheit sowie eine Energiekonversionseinheit angeordnet sind.

Die Leistungs- und HMI-Einheit weist eine Anzeige- und Bedieneinrichtung auf, mit der ein Nutzer die Ladesäule bedienen kann. Die Anzeige- und Bedieneinrichtung weist Anzeige- und Bedienelemente auf, die an der Vorderseite des Gehäuses angeordnet sind. Die Energiekonversionseinheit weist eine Vorrichtung zur Konversion eines flüssigen und/oder gasförmigen Energieträgers in elektrische Energie auf. Erfindungsgemäß ist die Leistungs- und HMI-Einheit zwischen der Vorderseite des Gehäuses und der Energiekonversionseinheit angeordnet.

Im Sinne dieser Schrift wird der Ort einer Einheit und/oder Einrichtung durch den geometrischen Mittelpunkt der Einheit und/oder Einrichtung bestimmt, d.h. eine Einheit und/oder Einrichtung wird durch einen Punkt, den geometrischen Mittelpunkt, repräsentiert.

Ebenfalls im Sinne dieser Schrift ist die Vorderseite des Gehäuses durch die Lage der Anzeige- und Bedienelemente definiert, m.a.W. das Anzeige- und Bedienelement ist an der Vorderseite des Gehäuses angeordnet. Die Rückseite des Gehäuses ist dann die der Vorderseite des Gehäuses gegenüberliegende Seite.

Der geometrische Mittelpunkt der Energiekonversionseinheit liegt hinter dem geometrischen Mittelpunkt der Leistungs- und HMI-Einheit. Die Entfernung des geometrischen Mittelpunktes der Energiekonversionseinheit weist eine größere Entfernung zur Vorderseite auf als der geometrische Mittelpunkt der Leistungs- und HMI- Einheit. Aufgrund dieser Anordnung der Leistungs- und HMI-Einheit wird das Grundkonzept eines Aufbaus und der Anordnung der Einheiten beibehalten, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Gleichzeitig wird eine Variabilität der Anordnung von Leistungs- und HMI-Einheit und Energiekonversionseinheit ermöglicht, um bei der Aufstellung der Ladesäule auch z.B. örtliche Gegebenheiten zu berücksichtigen.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Energiekonversionseinheit eine erste Energiekonversionsvorrichtung und/oder eine zweite Energiekonversionsvorrichtung auf. In der ersten Energiekonversionsvorrichtung kann z.B. eine Brennstoffzelle angeordnet sein. Die zweite Energiekonversionsvorrichtung enthält dann eine Leistungselektronik, die Spannung und die Stromstärke des von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Stroms in von einem zu ladenden Elektrofahrzeug nutzbare Energie umwandelt.

In einerweiteren Gestaltung der Erfindung ist die erste Energiekonversionsvorrichtung geeignet, aus dem flüssigen und/oder gasförmigen Energieträger kinetische Energie zu erzeugen. Die zweite Energiekonversionsvorrichtung ist geeignet, kinetische Energie in elektrische Energie zu konvertieren. In der ersten Energiekonversionsvorrichtung kann ein Verbrennungsmotor angeordnet sein, der üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor ist. Möglich sind aber auch andere Bauformen wie z.B. Wankelmotor oder Turbine. Der Verbrennungsmotor treibt die zweite Energiekonversionsvorrichtung durch Rotation an, z.B. einen Generator. Die durch den Verbrennungsmotor erzeugte kinetische Energie wird also durch den Generator in elektrische Energie umgewandelt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die erste Energiekonversionsvorrichtung über der zweiten Energiekonversionsvorrichtung angeordnet. Dadurch ist die erste Energiekonversionsvorrichtung im Wartungsfall leichter erreichbar. Im Falle der Anordnung eines Verbrennungsmotors in der ersten Energiekonversionsvorrichtung kann außerdem durch geeignete Maßnahmen, z.B. Einbau von Schwingungsdämpfern, die Schwingung aufgrund der Rotation verringert werden. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Anzeige- und Bedieneinrichtung über der Leistungs- und HMI-Einheit angeordnet. Die Anzeige- und Bedieneinrichtung befindet sich dann in einer Höhe über dem Erdboden, die für einen Benutzer der Ladesäule leicht einsehbar und erreichbar ist.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Leistungs- und HMI-Einheit und die Energiekonversionseinheit in dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse schützt die darin angeordneten Einheiten vor Witterungseinflüssen sowie anderen unvorhersehbaren Faktoren, z.B. unabsichtlicher Beschädigung durch Unfälle oder Vandalismus.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladesäule eine Tankeinheit auf. Die Tankeinheit weist einen oder mehrere Tanks auf, in denen der Kraftstoff für die erste Energiekonversionsvorrichtung gelagert ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Tankeinheit in dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse schützt die darin angeordneten Einheiten vor Witterungseinflüssen sowie anderen unvorhersehbaren Faktoren, z.B. unabsichtlicher Beschädigung durch Unfälle oder Vandalismus.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die Energiekonversionseinheit zwischen der Leistungs- und HMI-Einheit und der Tankeinheit angeordnet. Daher ist eine leichte Zugänglichkeit der Tankeinheit von mehreren Seiten gewährleistet, da erfahrungsgemäß die in der Tankeinheit angeordneten Tanks häufiger als die anderen Komponenten der Ladesäule gewechselt bzw. befüllt werden müssen.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Energiekonversionseinheit über dem Tank angeordnet. In einer besonderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die Energiekonversionseinheit zwei Energiekonversionsvorrichtungen, die auf dem Tank nebeneinander angeordnet sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Tankeinheit geeignet, einen oder mehrere Wechseltanks aufzunehmen. Die Wechseltanks können einzeln gewechselt werden. Der Betreiber der Ladesäule ist aufgrund der Lagerung des Kraftstoffs in Wechseltanks in der Lage, die Ladesäule so schnell und sicher wieder zu befüllen, dass die Ausfallzeit der Ladesäule aufgrund fehlenden Kraftstoffs geringgehalten wird. Der entleerte Wechseltank wird extern z.B. an einer geeigneten Tankstelle befüllt und steht für den nächsten Einsatz in einer Ladesäule bereit.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Ladesäule modular aufgebaut. Insbesondere können ein oder mehrere Module ausgetauscht werden, um z.B. im Falle eines Ausfalls der im Modul angeordneten Bauteile extern gewartet bzw. repariert zu werden. Die Ladesäule kann dann mittels der getauschten Module weiter betrieben werden. Die Ausfallzeit wird so deutlich reduziert.

Außerdem kann die Leistung der Ladesäule dem Bedarf angepasst werden. Erkennt der Betreiber der Ladesäule beispielsweise, dass ein Bedarf an höherer Leistungsabgabe der Ladesäule vorhanden ist, kann das Modul, das die Energiekonversionseinheit enthält, gegen ein leistungsfähigeres Modul ausgetauscht werden und/oder ein weiteres gleichartiges Modul wird in die Ladesäule implementiert.

Ebenfalls besteht die Möglichkeit, standardisierte Module bzw. Komponenten unterschiedlicher Hersteller in der Ladesäule zu verbauen. Damit kann sichergestellt werden, dass in der Ladesäule die dem neuesten Stand der Technik entsprechende Komponenten verbaut sind. Außerdem wird der Preisentwicklung der Komponenten Rechnung getragen, indem preiswertere Module bzw. Komponenten implementiert werden. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Ladesäule die Module Leistungs- und HMI-Einheit und Energiekonversionseinheit und/oder Tankeinheit auf. Ein oder mehrere Module können ausgetauscht werden, um z.B. im Falle eines Ausfalls der im Modul angeordneten Bauteile extern gewartet bzw. repariert zu werden. Die Ladesäule kann dann mittels der getauschten Module weiter betrieben werden. Die Ausfallzeit wird so deutlich reduziert.

In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Module miteinander verbindbar. Die Tankeinheit ist über Kraftstoffleitungen mit der Energiekonversionseinheit verbunden, die ihrerseits über elektrische Leitungen mit der Leistungs- und HMI-Einheit verbunden ist. Eine Steuerung der Energiekonversionseinheit ist so mittels der Leistungs und HMI-Einheit möglich. Die Tankeinheit ist außerdem mittels elektrischer Leitungen ebenfalls mit der Leistungs- und HMI-Einheit verbunden, um den Befüllungszustand der Tankeinheit zu ermitteln.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen alle Module die gleiche Breite auf. Die einzelnen Module sind daher linear z.B. hintereinander anordbar, der Platzbedarf der Ladesäule in der Breite ist damit begrenzt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Ladesäule separate Teilgehäuse auf. Dies erlaubt eine Trennung der einzelnen Module. Die Module sind unabhängig voneinander getrennt zugänglich, z.B. durch verschließbare Klappen bzw. Türen. Im Wartungsfall haben nur zugelassene und zuständige Personen Zugang zu dem jeweiligen Modul.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist eines der Teilgehäuse aus einem Einbaurahmen aufgebaut. Ein Teilgehäuse umfasst einen tragenden Einbaurahmen und daran angebrachte flache Verkleidungsteile. Der Einbaurahmen umfasst vorzugsweise Leichtmetall-Profile, an die die Verkleidungsteile und insbesondere Zugänge zu den Bauteilen der Module, z.B. Türen oder Klappen, angebaut sind. Ein oder mehrere Deckel bilden die Oberseite, eine oder mehrere Bodenplatten die Unterseite eines Moduls.

In einerweiteren vorteilhaften Gestaltung der Erfindung ist in den separaten Teilgehäusen jeweils ein Modul angeordnet. Dies erlaubt eine Trennung von Leistungs- und HMI- Einheit, Energiekonversionseinheit und Tankeinheit. Die Module sind unabhängig voneinander getrennt zugänglich, z.B. durch verschließbare Klappen bzw. Türen. Im Wartungsfall haben nur zugelassene und zuständige Personen Zugang zu dem jeweiligen Modul.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Teilgehäuse in einem Gesamtgehäuse angeordnet. Das Gesamtgehäuse umschließt die Teilgehäuse zumindest teilweise. Das Gehäuse schützt die darin angeordneten Einheiten vor Witterungseinflüssen sowie anderen unvorhersehbaren Einflüssen, z.B. unabsichtlicher Beschädigung durch Unfälle oder Vandalismus. Gleichzeitig sind die Module unabhängig voneinander getrennt zugänglich, z.B. durch verschließbare Klappen bzw. Türen. Im Wartungsfall haben nur zugelassene und zuständige Personen Zugang zu dem jeweiligen Modul. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Gesamtgehäuse eine mit einer Tür oder einem Deckel wiederverschließbare Öffnung vorgesehen, durch die gesamte Ladesäule mit all ihren Komponenten gewartet werden kann.

In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladesäule ein Abgassystem auf. Dies hat den Vorteil, dass die bei der Energiekonversion entstehenden Abgase gerichtet aus der Ladesäule herausgeleitet werden können ohne Personen damit zu belästigen. Vorzugsweise ist das Abgassystem so angeordnet ist, dass zumindest Teile des Abgassystems oberhalb der Energiekonversionseinheit und/oder einer oder mehrerer der Energiekonversionsvorrichtungen angeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Abgassystem einen Abgasauslass auf, der an der Oberseite des Gesamtgehäuses und/oder eines Teilgehäuses angeordnet ist. Hier ist dann an der Oberseite der Ladesäule ein Abgasauslass angeordnet. Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 a: Eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ladesäule.

Fig. 1 b: Eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ladesäule.

Fig. 2 a: Eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ladesäule.

Fig. 2 b: Eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ladesäule.

Fig. 3: Eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Ladesäule mit Zwischenwand.

Fig. 4: Eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Ladesäule mit Einbaurahmen.

Fig. 5: Eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Ladesäule, modularer Aufbau.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Ladesäule 1, bei der die Leistungs- und HMI-Einheit 2 und die Energiekonversionseinheit 3 innerhalb eines Gesamtgehäuses 10 angeordnet sind. Die Ladesäule 1 weist die Leistungs- und HMI-Einheit 2 sowie eine Energiekonversionseinheit 3 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel die gleiche Breite aufweisen. Die Leistungs- und HMI-Einheit 2 zwischen der Vorderseite 100 des Gehäuses 10 und der Energiekonversionseinheit 3 angeordnet. Die Vorderseite 100 des Gehäuses 10 ist dabei durch die Lage des Anzeige- und Bedienelements 6.1 definiert, m.a.W. das Anzeige- und Bedienelement 6.1 ist an der Vorderseite 100 des Gehäuses 10 angeordnet (Fig. 1 a).

Die Leistungs- und HMI-Einheit 2 weist die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 auf, die über der Leistungs- und HMI-Einheit 2 angeordnet ist. Die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 weist ein Anzeige- und Bedienelement 6.1 auf, auf dem die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs angezeigt werden. Außerdem kann ein Nutzer mittels des Anzeige- und Bedienelements 6.1 den Ladevorgang einleiten bzw. beenden sowie bezahlen. Dabei sind verschiedene Bezahlsysteme möglich, z.B. über verschiedene Kreditkarten. Andere Bezahlsysteme sind ebenfalls möglich, z.B. über ein mobiles Endgerät (Smartphone). Außerdem weist die Leistungs- und HMI-Einheit 2 eine Anschlussvorrichtung für Ladekabel 6.2 (Fig. 1 b) auf, mit dem ein zu ladendes Elektrofahrzeug geladen wird.

Die Ladesäule 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Verbrennungsmotor auf, der innerhalb der ersten Energiekonversionsvorrichtung 4 verbaut ist. Der Verbrennungsmotor ist üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor, möglich sind aber auch andere Bauformen wie z.B. Wankelmotor oder Turbine. Betrieben wird der Verbrennungsmotor vorteilhafterweise vorzugsweise mit Methanol oder Ethanol oder einem Gemisch von Methanol und Ethanol. Anlasser und Kraftstoffpumpe sind ebenfalls in der ersten Energiekonversionsvorrichtung 4 angeordnet. Der Verbrennungsmotor treibt die darunter angeordnete zweite Energiekonversionsvorrichtung 5 durch Rotation an, in diesem Ausführungsbeispiel einen Generator. Die durch den Verbrennungsmotor erzeugte kinetische Energie wird also durch den Generator in elektrische Energie umgewandelt, in einen Wechselstrom.

In einer vorteilhaftem optionalen Ausführungsform werden zwei unterschiedliche Kraftstoffe zum Starten und/oder den Betrieb des Verbrennungsmotors bereitgehalten, wobei in der Startphase ein erster Kraftstoff und nach erwärmten Motor ein zweiter vom ersten Kraftstoff verschiedener Kraftstoff genutzt wird. Bevorzugt wird ein Ottokraftstoff für die Startphase verwendet, während der weitere Betrieb dann mittels Methanol und/oder Ethanol erfolgt.

Möglich ist außerdem der Einsatz einer Brennstoffzelle in der ersten Energiekonversionsvorrichtung 4. Die Brennstoffzelle kann eine Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) sein, die mittels Methanol betrieben wird. Möglich sind aber auch andere Ausführungen der Brennstoffzelle, die z.B. mittels Ethanol oder Wasserstoff betrieben werden. Die zweite Energiekonversionsvorrichtung 5 enthält dann eine Leistungselektronik, die Spannung und die Stromstärke des von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Stroms in von einem zu ladenden Elektrofahrzeug nutzbare Energie umwandelt.

Die zwei Einheiten Leistungs- und HMI-Einheit 2 und Energiekonversionseinheit 3 sind in einem Gesamtgehäuse 10 angeordnet. Verschließbare Türen und Wartungsklappen ermöglichen den Zugang zu den Einheiten.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Ladesäule 1, bei der die Leistungs und HMI-Einheit 2, die Energiekonversionseinheit 3 und die Tankeinheit 7 innerhalb eines Gesamtgehäuses 10 angeordnet sind. Die Ladesäule 1 weist die Leistungs- und HMI- Einheit 2, eine Energiekonversionseinheit 3 und eine Tankeinheit 7 auf. Die Leistungs und HMI-Einheit 2 ist zwischen der Vorderseite 100 des Gehäuses 10 und der Energiekonversionseinheit 3 angeordnet.

Die Leistungs- und HMI-Einheit 2 weist die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 auf, die über der Leistungs- und HMI-Einheit 2 angeordnet ist. Die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 weist ein Anzeige- und Bedienelement 6.1 auf, auf dem die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs angezeigt werden. Zusätzlich weist die Leistungs- und HMI-Einheit 2 eine Anschlussvorrichtung für Ladekabel auf 6.2, mit dem ein zu ladendes Elektrofahrzeug geladen wird.

Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in einer Tankeinheit 7, die zwischen Rückseite 200 der Ladesäule 1 und Energiekonversionseinheit 3 angeordnet ist. Die Tankeinheit 7 weist vorteilhafterweise einen oder mehrere Wechseltanks 8 auf, die einzeln gewechselt werden können. Der Betreiber der Ladesäule 1 ist aufgrund der Lagerung des Kraftstoffs in Wechseltanks 8 in der Lage, die Ladesäule 1 so schnell und sicher wieder zu befüllen, dass die Ausfallzeit der Ladesäule 1 aufgrund fehlenden Kraftstoffs geringgehalten wird. Der entleerte Wechseltank 8 wird extern, z.B. an einer geeigneten Tankstelle, befüllt und steht für den nächsten Einsatz in einer Ladesäule 1 bereit. Je nach Verfügbarkeit des Raumes am Aufstellort der Ladesäule 1 können Leistungs- und HMI-Einheit 2, die Energiekonversionseinheit 3 und die Tankeinheit 7 linear (Fig. 2 a) angeordnet sein. Alle Einheiten weisen in diesem Ausführungsbeispiel die gleiche Breite auf. Die Tankeinheit (7) kann optional auch unter der Leistungseinheit angeordnet werden. -

Eine Anordnung der Tankeinheit 7 zwischen Leistungs- und HMI-Einheit 2 und Energiekonversionseinheit 3 ist auch möglich, grundsätzlich ist jedoch eine leichte Zugänglichkeit der Tankeinheit 7 von mehreren Seiten vorzuziehen, da erfahrungsgemäß die in der Tankeinheit 7 angeordneten Wechseltanks 8 häufiger als die anderen Komponenten der Ladesäule 1 gewechselt bzw. befüllt werden.

Die Energiekonversionseinheit 3 kann aber in einer Variante der Ladesäule 1 auch an einer Seite derart angeordnet sein, dass der geometrische Mittelpunkt der Energiekonversionseinheit 3 hinter dem geometrischen Mittelpunkt der Leistungs- und HMI-Einheit 2 liegt (Fig. 2 b), m.a.W. die Entfernung des geometrischen Mittelpunktes der Energiekonversionseinheit 3 weist eine größere Entfernung zur Vorderseite 100 auf als der geometrische Mittelpunkt der Leistungs- und HMI-Einheit 2. Die drei Einheiten Leistungs- und HMI-Einheit 2, Energiekonversionseinheit 3 und Tankeinheit 7 sind in einem Gesamtgehäuse 10 angeordnet. Verschließbare Türen und Wartungsklappen ermöglichen den Zugang zu den Einheiten.

Eine detaillierte Seitenansicht der erfahrungsgemäßen Ladesäule 1 zeigt Fig. 3. Die Ladesäule 1 weist die Leistungs- und HMI-Einheit 2, eine Energiekonversionseinheit 3 und eine Tankeinheit 7 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel linear angeordnet sind und die gleiche Breite aufweisen. Die Leistungs- und HMI-Einheit 2 ist zwischen Vorderseite 100 und Energiekonversionseinheit 3 angeordnet. Die Leistungs- und HMI-Einheit 2 weist die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 auf, die über der Leistungs- und HMI-Einheit 2 angeordnet ist. Die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 weist ein Anzeige- und Bedienelement 6.1 auf, auf dem die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs angezeigt werden. Außerdem sind die elektrischen Anschlüsse (Ladekabel) angeordnet, die mit jeweils einem zu ladenden Elektrofahrzeug verbunden werden können.

Zwischen Leistungs- und HMI-Einheit 2 und Tankeinheit 7 ist die Energiekonversionseinheit 3 angeordnet, die die erste Energiekonversionsvorrichtung 4 und die zweite Energiekonversionsvorrichtung 5 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Energiekonversionsvorrichtung 4 ein Verbrennungsmotor und die zweite Energiekonversionsvorrichtung 5 ein Generator zur Umwandlung der vom Verbrennungsmotor erzeugten kinetischen Energie in elektrische Energie. Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in einer Tankeinheit 7, die zwischen Rückseite 200 der Ladesäule 1 und Energiekonversionseinheit 3 angeordnet ist. Die drei Einheiten Leistungs- und HMI-Einheit 2, Energiekonversionseinheit 3 und Tankeinheit 7 sind in einem Gesamtgehäuse 10 angeordnet. Verschließbare Türen und Wartungsklappen ermöglichen den Zugang zu den Einheiten. Eine Zwischenwand 9 trennt die Tankeinheit 7 von der Energiekonversionseinheit 3, um etwaige Leckagen der Tankeinheit 7 von der Leistungs- und HMI-Einheit 2 sowie der Energiekonversionseinheit 3 fernzuhalten. Die Ladesäule weist zudem eine Abgasanlage 13 auf, durch die die bei der Energiekonversion entstehenden Abgase nach außen geleitet werden können. Die Abgasanlage 13 umfasst neben einem Auspuffrohr 16 optional auch einen oder mehrere Katalysatoren 15. Die Abgasanlage 13 ist oberhalb der ersten Energiekonversionsvorrichtung, des Verbrennungsmotors 4, angeordnet und leitet die Abgase nach oben durch einen Abgasauslass 14 aus dem Gesamtgehäuse 100 der Ladesäule 1 hinaus.

Fig. 4 zeigt den Aufbau der erfahrungsgemäßen Ladesäule 1 mittels Einbaurahmen 12.1, 12.2, 12.3. Die Ladesäule 1 weist die Leistungs- und HMI-Einheit 2, eine Energiekonversionseinheit 3 und eine Tankeinheit 7 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel linear angeordnet sind und die gleiche Breite aufweisen. Die Leistungs- und HMI-Einheit 2 ist zwischen Vorderseite 100 und Energiekonversionseinheit 3 angeordnet. Die Leistungs- und HMI-Einheit 2 weist die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 auf, die über der Leistungs- und HMI-Einheit 2 angeordnet ist. Die Anzeige- und Bedieneinrichtung 6 weist ein Anzeige- und Bedienelement 6.1 auf, auf dem die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs angezeigt werden. Außerdem sind die elektrischen Anschlüsse (Ladekabel) angeordnet, die mit jeweils einem zu ladenden Elektrofahrzeug verbunden werden können. Zwischen Leistungs- und HMI-Einheit 2 und Tankeinheit 7 ist die Energiekonversionseinheit 3 angeordnet, die die erste Energiekonversionvorrichtung 4 und die zweite Energiekonversionvorrichtung 5 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Energiekonversionsvorrichtung 4 eine Brennstoffzelle und die zweite Energiekonversionsvorrichtung 5 ein Generator zur Umwandlung des von der Brennstoffzelle erzeugten Gleichstroms in einen Wechselstrom. Die Ladesäule weist zudem eine Abgasanlage auf, durch die die bei der Energiekonversion entstehenden Gase nach außen geleitet werden können. Diese Abgasanlage ist oberhalb der ersten Energiekonversionsvorrichtung, der Brennstoffzelle, angeordnet und leitet die Abgase nach oben aus dem Gesamtgehäuse der Ladesäule hinaus.

Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in einer Tankeinheit 7, die zwischen Rückseite 200 der Ladesäule 1 und Energiekonversionseinheit 3 angeordnet ist. Die drei Einheiten Leistungs- und HMI- Einheit 2, Energiekonversionseinheit 3 und Tankeinheit 7 sind in einem Gesamtgehäuse 10 angeordnet. Verschließbare Türen und Wartungsklappen ermöglichen den Zugang zu den Einheiten.

Leistungs- und HMI-Einheit 2, Tankeinheit 7 und die Energiekonversionseinheit 3 sind jeweils in einem Einbaurahmen 12.1, 12.2, 12.3 angeordnet. Ein Einbaurahmen 12.1, 12.2, 12.3 umfasst vorzugsweise Leichtmetall-Profile, an denen ein oder mehrere Verkleidungsteile angebracht sind, die das Gehäuse 10 bilden. Zugänge, z.B. Türen oder Klappen, ermöglichen einen leichten Zugang zu den in den Einheiten verbauten Bauteilen, insbesondere im Wartungsfall oder zur Betankung bzw. Austausch der in der Tankeinheit 7 angeordneten Wechseltanks 8.

Fig. 5 zeigt den modularen Aufbau der erfahrungsgemäßen Ladesäule 1 mittels Teilgehäuse 11.1, 11.2, 11.3 und Einbaurahmen 12.1, 12.2, 12.3. Die Ladesäule 1 weist das Modul Leistungs- und HMI-Einheit M1, das Modul Energiekonversionseinheit M2 und das Modul Tankeinheit M3 auf, die Module M1, M2, M3 sind in diesem Ausführungsbeispiel linear angeordnet und weisen die gleiche Breite auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Modul der Tankeinheit M3 mit dem Tank 7 unterhalb des Moduls Energiekonversionseinheit M2 mit einer ersten Energiekonversionsvorrichtung (hier eine Brennstoffzelle) 4 angeordnet.

Jedes Modul M1, M2, M3 ist in einem separaten Teilgehäuse 11.1, 11.2, 11.3 angeordnet. Ein Teilgehäuse 11.1, 11.2, 11.3 umfasst einen tragenden Einbaurahmen 12.1, 12.2, 12.3 und daran angebrachte flache Verkleidungsteile. Der Einbaurahmen 12.1, 12.2, 12.3 umfasst vorzugsweise Leichtmetall-Profile, an die die Verkleidungsteile und insbesondere Zugänge zu den Bauteilen der Module M1, M2, M3, z.B. Türen oder Klappen, angebaut sind. Ein oder mehrere Deckel bilden die Oberseite 500, eine oder mehrere Bodenplatten die Unterseite eines Moduls M1, M2, M3. Die Teilgehäuse 11.1, 11.2, 11.3 sind getrennt voneinander durch Klappen bzw. Türen erreichbar, um insbesondere im Wartungsfall oder zur Betankung bzw. Austausch der in der Tankeinheit 7 angeordneten Wechseltanks 8 einen leichten Zugang zu den in den Modulen M1, M2, M3 verbauten Bauteilen zu ermöglichen. Der modulare Aufbau der Ladesäule 1 bietet verschiedene Vorteile: Ein oder mehrere Module M1, M2, M3 können ausgetauscht werden, um z.B. im Falle eines Ausfalls der im Modul M1 , M2, M3 angeordneten Bauteile extern gewartet bzw. repariert zu werden. Die Ladesäule 1 kann dann mittels der getauschten Module M1, M2, M3 weiter betrieben werden. Die Ausfallzeit wird so deutlich reduziert.

Außerdem kann die Leistung der Ladesäule 1 dem Bedarf angepasst werden. Erkennt der Betreiber der Ladesäule 1 beispielsweise, dass ein Bedarf an höherer Leistungsabgabe der Ladesäule 1 vorhanden ist, kann das Modul M2, das die Energiekonversionseinheit 3 enthält, gegen ein leistungsfähigeres Modul M2 ausgetauscht werden und/oder ein weiteres gleichartiges Modul M2 wird in die Ladesäule 1 implementiert.

Ebenfalls besteht die Möglichkeit, standardisierte Module M1, M2, M3 bzw. Komponenten unterschiedlicher Hersteller in der Ladesäule 1 zu verbauen. Damit kann sichergestellt werden, dass in der Ladesäule 1 die dem neuesten Stand der Technik entsprechende Komponenten verbaut sind. Außerdem wird der Preisentwicklung der Komponenten Rechnung getragen, indem preiswertere Module M1, M2, M3 bzw. Komponenten implementiert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Ladesäule

2 Leistungs- und HMI-Einheit

3 Energiekonversionseinheit

4 Erste Energiekonversionsvorrichtung

5 Zweite Energiekonversionsvorrichtung

6 Anzeige- und Bedieneinrichtung

6.1 Anzeige- und Bedienelement

6.2 Anschlussvorrichtung für Ladekabel

7 Tankeinheit

8 Wechseltank

9 Zwischenwand

10 Gesamtgehäuse

11.1, 11.2, 11.3 Teilgehäuse

12.1, 12.2, 12.3 Einbaurahmen

13 Abgasanlage

14 Abgasauslass

15 Katalysator

16 Auspuffrohr

51 Geometrischer Mittelpunkt Leistungs- und HMI-Einheit

52 Geometrischer Mittelpunkt Energiekonversionseinheit

53 Geometrischer Mittelpunkt Tankeinheit M1 Modul 1 M2 Modul 2

M3 Modul 3 Vorderseite Rückseite Linke Seite Rechte Seite Oberseite

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E

1. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, mit einem Gehäuse (10, 11) einer Leistungs- und HMI-Einheit (2), wobei die Leistungs- und HMI-Einheit (2) eine Anzeige- und Bedieneinrichtung aufweist (6), wobei die Anzeige- und Bedieneinrichtung (6) Anzeige- und/oder Bedienelemente (6.1) aufweist, die an der Vorderseite (100) des Gehäuses (10, 11) der Ladesäule (1) angeordnet sind, einer Energiekonversionseinheit (3), wobei die Energiekonversionseinheit (3) eine Vorrichtung (4) zur Konversion eines flüssigen und/oder gasförmigen Energieträgers in elektrische Energie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs- und HMI-Einheit (2) zwischen der Vorderseite (100) des Gehäuses (10, 11) und der Energiekonversionseinheit (3) angeordnet ist.

2. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekonversionseinheit (3) eine erste Energiekonversionsvorrichtung (4) und/oder eine zweite Energiekonversionsvorrichtung (5) aufweist.

3. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiekonversionsvorrichtung (4) geeignet ist, aus dem flüssigen und/oder gasförmigen Energieträger kinetische Energie zu erzeugen, und die zweite

Energiekonversionsvorrichtung (5) geeignet ist, kinetische Energie in elektrische zu konvertieren.

4. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiekonversionsvorrichtung (4) über der zweiten Energiekonversionsvorrichtung (5) angeordnet ist.

5. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige- und Bedieneinrichtung (6) über der Leistungs- und HMI-Einheit (2) angeordnet ist.

6. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs- und HMI-Einheit (2) und die Energiekonversionseinheit (3) in dem Gehäuse (10, 11) angeordnet ist.

7. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesäule (1) einen Tank aufweist.

8. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der T ank in dem Gehäuse (10, 11) angeordnet ist.

9. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekonversionseinheit (3) zwischen der Leistungs- und HMI-Einheit (2) und der Tankeinheit (7) angeordnet ist.

10. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tankeinheit (7) und der Energiekonversionseinheit (3) und/oder der Leistungs- und HMI-Einheit (2) eine Zwischenwand (9) angeordnet ist.

11. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Tankeinheit (7) geeignet ist, ein oder mehrere Wechseltanks (8) aufzunehmen.

12. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesäule (1) modular (M1, M2, M3) aufgebaut ist.

13. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesäule (1) die Module (M1, M2, M3) Leistungs- und HMI-Einheit (2) und Energiekonversionseinheit (3) und/oder Tankeinheit (7) aufweist.

14. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Module (M1, M2, M3) miteinander verbindbar sind.

15. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Module (M1, M2, M3) alle die gleiche Breite aufweisen.

16. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesäule (1) separate Teilgehäuse (11) aufweist.

17. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass eines der Teilgehäuse (11) aus einen Einbaurahmen (12) aufgebaut ist.

18. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 16 oder 17 dadurch gekennzeichnet, dass in den separaten Teilgehäusen (11) jeweils ein Modul (M1 , M2, M3) angeordnet ist.

19. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Teilgehäuse (11) in einem Gesamtgehäuse (10) angeordnet sind, wobei das Gesamtgehäuse (10) die Teilgehäuse (11) zumindest teilweise umschließt.

20. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesäule (1) ein Abgassystem aufweist.

21. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem so angeordnet ist, dass Teile des Abgassystems oberhalb der Energiekonversionseinheiten (3, 4, 5) angeordnet ist.

22. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem einen Abgasauslass aufweist wobei der Abgasauslass an der Oberseite des Gesamtgehäuses (10) und/oder eines Teilgehäuses (11.1, 11.2, 11.3) angeordnet ist.