EP4157669A1 - Charging station - Google Patents

Charging station

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Publication number
EP4157669A1
EP4157669A1 EP21730859.2A EP21730859A EP4157669A1 EP 4157669 A1 EP4157669 A1 EP 4157669A1 EP 21730859 A EP21730859 A EP 21730859A EP 4157669 A1 EP4157669 A1 EP 4157669A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging
generator
electric vehicle
current
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21730859.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Sohl
Inès Adler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Me Energy GmbH
Original Assignee
Me Energy GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Me Energy GmbH filed Critical Me Energy GmbH
Publication of EP4157669A1 publication Critical patent/EP4157669A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
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Definitions

  • the invention relates to a method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station with the method steps of generating kinetic energy, feeding a first generator with the generated kinetic energy and converting the generated kinetic energy into electrical energy by means of the first generator, as well as a corresponding device.
  • Charging columns are known to recharge the traction battery of a plug-in vehicle - hybrid or electric vehicle - as described, for example, in DE 102009016 505 A1.
  • the charging station itself is connected to a power rail for the power supply.
  • An existing power grid has a connection element for outputting electrical energy to an electric vehicle.
  • a further object of the present invention is to provide a charging column for charging electric vehicles that can be operated more cost-effectively.
  • the method according to the invention for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station has three method steps:
  • the first method step kinetic energy is generated.
  • the kinetic energy occurs in particular as a translational and / or rotational movement and takes place in an energy conversion device.
  • the energy conversion device is, for example, an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is usually a piston internal combustion engine, other internal combustion engines such as a Wankel engine or a turbine are also possible.
  • a suitable choice of the starting time of an internal combustion engine significantly reduces the charging process for a user.
  • a first generator is fed with kinetic energy from the energy conversion device.
  • the first generator is coupled to the energy conversion device and is driven by it.
  • the kinetic energy generated by the energy conversion device is converted into electrical energy by means of the first generator.
  • the first generator driven by the energy conversion device generates a current that is mainly used to charge an electric vehicle.
  • a second generator is fed with kinetic energy from the energy conversion device.
  • the second generator converts the kinetic energy into electrical energy.
  • the second generator is also coupled to the energy conversion device and is driven by it.
  • the second The generator generates electricity that is primarily used to operate the charging station.
  • the charging station can be operated completely independently; it is not necessary to connect the charging station to an external energy source, e.g. an existing power grid. This significantly reduces the costs for installing the charging station compared to charging stations operated by medium-voltage networks, for example.
  • the location of the charging station can be chosen more flexibly, a power connection in the immediate vicinity is not necessary. This property is particularly important in rural areas.
  • the first generator and the second generator are fed with kinetic energy from the same energy conversion device.
  • the kinetic energy generated by the energy conversion device is then converted into electrical energy by the first generator and by the second generator.
  • the first generator generates an electrical current with a voltage of more than 100 V.
  • the current generated by the first generator is usually a three-phase current with a voltage of 400 V. This allows the charging station to be designed for rapid charging of electric vehicles .
  • the second generator generates an electrical current with a voltage of less than 250 V. Electrical voltages of 12 V, 24 V or 48 V are usually required to operate the components installed in the charging station. An electrical voltage of 220 V generated by the second generator enables electrical devices to be operated such as are common in households. Due to the method according to the invention, the charging column can therefore also be used as a domestic power generator in addition to charging electric vehicles.
  • 100% of the electrical current generated by the first generator is used to charge an electric vehicle.
  • the power output of the first generator is scaled in such a way that an electric vehicle can be charged within a reasonable period of time. This power output is advantageously at least 3.7 kW, and at least 22 kW are required for rapid charging.
  • the electricity generated by the second generator is used to charge an energy store arranged in the charging station.
  • the electrical energy storage device is usually a rechargeable battery, e.g. a Li-ion battery or an acid battery. Such an energy storage device has a high energy density, is technically mature and available.
  • the energy store (the battery?) Is arranged in the charging station.
  • the rechargeable battery e.g. a Li-ion battery, requires so little space, depending on its energy content (capacity), that it can be arranged in a charging station.
  • the first generator is fed with the generated kinetic energy via a first coupling element.
  • the first The coupling element usually has a disengageable clutch and a toothed belt. A connection using a V-belt or chain is also possible.
  • the second generator is fed with the generated kinetic energy via a second coupling element.
  • the second coupling element advantageously has a low-maintenance belt drive without an intermediate coupling.
  • the second coupling device is arranged separately from the first coupling arrangement. Therefore, each coupling element is separately accessible and easy to maintain and repair in the event of maintenance.
  • the electricity generated by the second generator is used to operate an HMI unit, a controller and / or a communication unit.
  • the HMI unit, the controller and / or the communication unit are arranged in the charging station.
  • the data that are important for a user, such as charging current, charging time and costs of the charging process, are called up and displayed by means of the HMI unit.
  • a user can initiate or end the charging process and pay.
  • the power unit enables the conversion of electrical energy in relation to the voltage form (e.g. direct or alternating voltage), the level of voltage and current as well as the frequency.
  • the electrical current generated by the second generator is used to charge an electric vehicle.
  • the electrical energy generated by the second generator can also be used to charge an electric vehicle.
  • the charging process can be accelerated by feeding more electrical power into the electric vehicle.
  • the energy store (battery) of the charging station, which is charged by the second generator can be used for the charging process.
  • the object is also achieved by the charging column according to the invention, which is suitable for charging electric vehicles and is intended for this purpose, according to claim 12.
  • the charging column according to the invention which is suitable for charging electric vehicles, has an energy conversion device and a first generator connected to the energy conversion device.
  • the energy conversion device is, for example, an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is usually a piston internal combustion engine, other internal combustion engines such as a Wankel engine or a turbine are also possible.
  • the first generator is coupled to the energy conversion device and is driven by it.
  • the first generator driven by the energy conversion device generates a current that is mainly used to charge an electric vehicle.
  • a second generator is connected to the energy conversion device.
  • the second generator is also coupled to the energy conversion device and is driven by it.
  • the second generator generates electricity that is primarily used to operate the charging station. Due to this advantageous arrangement of the generators, the charging column according to the invention can be operated completely independently; a connection of the charging column to an external energy source, e.g. an existing power grid, is not necessary. This significantly reduces the costs for installing the charging station compared to charging stations operated by medium-voltage networks, for example. At the same time, the location of the charging station can be chosen more flexibly, a power connection in the immediate vicinity is not necessary. This property is particularly important for the use of the charging station according to the invention in rural areas.
  • the first generator and the second generator are each connected to the energy conversion device via separate coupling elements.
  • the first coupling element has usually a disengageable clutch and a toothed belt. A connection using a V-belt or chain is also possible.
  • the second coupling element advantageously has a low-maintenance belt drive without an intermediate coupling. Due to the separate arrangement, the coupling elements are separately accessible and, in the event of maintenance, must be serviced or repaired separately.
  • the first generator is connected to the connection for a charging cable via a power line which is suitable and intended to conduct the generated power.
  • the electrical energy generated by the first generator is used to charge the energy storage device of an electric vehicle.
  • the connection between the charging station and the energy storage device of the electric vehicle is established by means of the charging cable.
  • the first generator is connected to one or more charging cable connections exclusively via one or more power lines that are suitable and intended to conduct the generated power.
  • the connection between the charging station and the energy storage device of an electric vehicle to be charged is made by means of a charging cable.
  • Several connections for charging cables enable several electric vehicles to be charged at the same time.
  • the electrical power generated by the first generator is then divided between several electric vehicles.
  • a first rectifier is connected between the first generator and the charging cable connection.
  • the first generator usually generates an alternating current.
  • a battery storage device of an electric vehicle requires a direct current for charging.
  • a rectifier arranged in the charging station according to the invention means that no rectifier is necessary in the electric vehicle to be charged, which means that the costs and weight of the electric vehicle can be reduced.
  • the second generator is connected to a battery via a power line which is suitable and intended to conduct the generated power. The charging station is therefore operated independently using the electrical energy stored in the battery. It is not necessary to connect the charging station to an external energy source, for example a power line, and this reduces the costs for installing the charging station.
  • a second rectifier is connected between the second generator and the battery.
  • the electrical energy stored in the battery is sent as direct current to the energy storage device of the electric vehicle to be charged.
  • the rectifier functions in particular as a power unit that sets the charge status of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station.
  • the charging column according to the invention charges an electric vehicle to be charged not only with the electrical energy generated by the generator unit, but also additionally with the electrical energy stored in the battery. This significantly shortens the charging time.
  • a second electric vehicle can be charged in parallel.
  • the battery is connected to the energy conversion device via a power line, the power line being provided and suitable for supplying the motor with electrical energy.
  • the motor requires electrical energy to start and operate.
  • the charging station is therefore operated independently using the electrical energy stored in the battery. It is not necessary to connect the charging station to an external energy source, e.g. a power line, which reduces the costs of installing the charging station.
  • the second generator is connected to an HMI unit, a communication unit and / or a controller via a power line which is suitable and intended to conduct the generated power.
  • the idle state (stand-by mode) of the charging station requires a small amount of energy to be supplied to the HMI unit and the power unit in order to ensure functionality. This Energy is supplied by the battery.
  • the HMI unit and the power unit are also started and operated with stored electrical energy in the battery.
  • the charging station is therefore operated independently using the electrical energy stored in the battery. It is not necessary to connect the charging station to an external energy source, for example a power line, and this reduces the costs for installing the charging station.
  • the battery is connected to the first rectifier via an inverter and a power line.
  • the electrical energy stored in the battery is sent as direct current to the inverter, which converts the direct current into an alternating current.
  • the inverter and rectifier both function as a power unit that set the charge status of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station.
  • the battery is connected to the charging cable connection via a direct current converter and a power line.
  • the electrical energy stored in the battery is sent as direct current to the energy storage device of the electric vehicle to be charged.
  • the rectifier functions in particular as a power unit that sets the charge status of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station.
  • the rectifier can also be a power pack or have the functionality of a power pack.
  • the charging column according to the invention thus charges an electric vehicle to be charged not only with the electrical energy generated by the generator unit, but also additionally with the electrical energy stored in the battery. This significantly shortens the charging time.
  • a second electric vehicle can be charged in parallel.
  • the first generator is intended and suitable for generating current with a voltage greater than 100V.
  • the one from the first generator The electricity generated is usually a three-phase current with a voltage of 400 V. This enables the charging station to be designed for rapid charging of electric vehicles.
  • the second generator is intended and suitable for generating current with a voltage of less than 250V.
  • electrical voltages 12 V, 24 V or 48 V are usually required.
  • An electrical voltage of 220 V generated by the second generator enables electrical devices to be operated such as are common in households.
  • the charging station can also be used as a domestic power generator.
  • Fig. 1 An embodiment of the charging station according to the invention.
  • Fig. 2 A diagram of an embodiment of the energy distribution during the
  • Fig. 3 Another embodiment of the charging station according to the invention.
  • Fig. 5 Another embodiment of the charging station according to the invention.
  • Fig. 7 Another embodiment of the charging column according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic view of the charging station 1 according to the invention showing the connections by means of power lines between the components within the charging station 1.
  • the charging station 1 according to the invention has a nominal power of 150 kW in this embodiment, ie an electric vehicle can be charged with 150 kW charging power.
  • the electrical energy for delivery to an electric vehicle is generated in the charging station 1 by an internal combustion engine M as an energy conversion device.
  • the internal combustion engine M is here a piston internal combustion engine with a shaft power of 180 kW, but other designs such as a Wankel engine or turbine are also possible.
  • the internal combustion engine M is advantageously operated with methanol or ethanol or a mixture of methanol and ethanol.
  • the operating materials can be produced climate-neutrally from vegetable raw materials, their storage and handling is comparable to the storage of conventional gasoline and therefore does not require any extraordinary safety measures for safe storage and transport.
  • Such a fuel typically has a usable energy content of 6.28 kWh / i and is the primary energy source of the charging column 1.
  • the fuel is stored in the charging column 1 in a tank T.
  • the internal combustion engine M is connected to the first via the first coupling element KE1 Generator GE1 connected.
  • the coupling element KE1 usually has a disengageable clutch and a toothed belt.
  • a connection using a V-belt or chain is also possible.
  • the first generator GE1 is advantageously a three-pole three-phase synchronous generator that is self-excited by permanent magnets. Such a generator does not require any energy to generate the magnetic field and therefore has a higher efficiency of approx. 98% compared to separately excited generators.
  • a synchronous generator can generate a specifically adjustable power in order to compensate for the reactive power that inevitably occurs in the charging station 1.
  • the internal combustion engine M drives the first generator GE1 by rotation.
  • the kinetic energy generated by the internal combustion engine M is thus converted by the first generator GE1 into electrical energy, into an alternating current.
  • the first Generator GE1 generates an electrical power of 150 kW at a voltage of more than 100 V according to the invention, 400 V in this and the following exemplary embodiments.
  • the alternating current generated by the generator GE1 is converted into a direct current in the rectifier GR1.
  • the internal combustion engine M is connected to a second generator GE2 via the second coupling element KE2, which is arranged separately from the first coupling element KE1.
  • the second coupling element KE2 has a low-maintenance belt drive without a clutch.
  • the second generator GE2 like the first generator GE1, is driven by the rotation of the internal combustion engine M, and the kinetic energy of the internal combustion engine M is converted into electrical energy. Like the first generator GE1, the second generator GE2 is a self-excited synchronous generator with a high degree of efficiency. The second generator GE2 generates a direct current with a voltage of up to 250 V according to the invention, in this embodiment of 24 V.
  • the HMI unit H has a display and operating device on which the data that are important for a user, such as charging current, charging duration and costs of the charging process, are called up and displayed. In addition, a user can initiate or end the charging process and pay. Different payment systems are possible, e.g. using different credit cards. Other payment systems are also possible, e.g. via a mobile device (smartphone).
  • the rechargeable battery B (accumulator) has a capacity of 50 kWh and is charged by the second generator GE2 while the electric vehicle is being charged. At the same time, the battery B supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with electrical energy for operation and the internal combustion engine M with electrical energy for starting and operating.
  • the charging column 1 also has the connection device A for one or more charging cables with which an electric vehicle to be charged is charged.
  • the charging cable also has a data line that establishes a data connection between the control unit S and the electric vehicle. Communication with the battery of the electric vehicle to be charged is established via the data line and the required data such as State of charge, charge voltage and charge current queried.
  • the control unit S sets the parameters of the charging current on the basis of this data.
  • the charging column 1 is connected to the operator of the charging column 1 and a plurality of further charging columns via the communication unit K, which establishes an Internet connection, for example with a cloud storage device.
  • the charging column 1 has a housing that protects the components within the charging column 1 from the effects of the weather and damage.
  • the method for generating and charging an electric vehicle begins with the generation of kinetic energy by the energy conversion device, in this exemplary embodiment the internal combustion engine M. , the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation. These units H, K, S are supplied with electrical energy by the battery B. The control unit S, the communication unit K and the HMI unit H require 70 W for stand-by operation.
  • the method according to the invention is initiated by a starting process, in this exemplary embodiment by connecting the charging cable to the electric vehicle to be charged.
  • a starting process in this exemplary embodiment by connecting the charging cable to the electric vehicle to be charged.
  • the charging station 1 and the electric vehicle are connected through the charging cable connected to the connection device A.
  • the charging station 1 is put into an operating state by the starting process.
  • the energy conversion process is started first.
  • a starting device installed on the internal combustion engine M starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T.
  • a electrical power of 500 W is required, which is made available by the battery B.
  • the method according to the invention can also be initiated by sensors, e.g. a radar sensor, which detects the electric vehicle to be charged at the parking space assigned to the charging column 1. It is also possible for a user to register in advance using a mobile device, e.g. a smartphone with a suitable app, so that the method according to the invention starts in a specified time window. A combination of the options mentioned is also conceivable.
  • the first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle. In alternative applications, some of the energy generated by the first generator GE1 can also be used to charge the energy store.
  • the second generator GE2 which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle. The electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1. Usually, a user gives a start command for charging via the HMI unit H.
  • the electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW.
  • the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle.
  • the charging station 1 is put back into the idle state.
  • An exemplary embodiment for the energy flow during the charging process between the components of the charging station 1 is shown in FIG. 2.
  • the internal combustion engine M as an energy conversion device generates a nominal output of 180 kW, which is transmitted to the generators GE1 and GE2.
  • the first generator GE1 generates an electrical current with an output of 150 kW
  • the second generator GE2 an electrical output of 6 kW.
  • the 30 kW power output generated by the second generator GE2 is fed into the battery B in order to charge it.
  • the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are supplied with power with 70 W of the power generated by the first generator GE1.
  • 150 kW therefore get into the rectifier GR.
  • the alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR.
  • the direct current (150 kW) generated by the rectifier GR is fed into the charging cable arranged on the connection device A.
  • the battery B with a capacity of 50 kWh supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with a total of 70 W and the combustion engine M with 500 W.
  • the charging station 1 according to the invention is thus supplied with energy, as explained, by the electrical energy stored in the battery B, the generator GE2 feeding it, and ultimately by the fuel stored in the tank T as the primary energy source.
  • the charging column 1 according to the invention therefore does not require an external energy source, e.g. a power connection, for charging an electric vehicle.
  • an external energy source e.g. a power connection
  • the charging column 1 according to the invention is more economical to install than, for example, a charging column that draws its primary current from the available electricity network.
  • the method according to the invention is initiated by a start process.
  • the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation.
  • the charging station 1 is put into an operating state by the starting process.
  • the process of energy conversion is first used the energy conversion device, in this embodiment an internal combustion engine, started.
  • a starting device installed on the internal combustion engine M starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T.
  • the first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle.
  • the second generator GE2 which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy.
  • This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle.
  • the electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1.
  • a user gives a start command for charging via the HMI unit H.
  • the electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW.
  • the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state.
  • the charging column 1 has an inverter WR.
  • the electrical energy for delivery to an electric vehicle is generated by the internal combustion engine M as an energy conversion device.
  • the internal combustion engine M is a piston internal combustion engine with a Shaft power of 70 kW, the internal combustion engine M is operated with methanol or ethanol or a mixture of methanol and ethanol.
  • the fuel is stored in the charging station 1 in the tank T.
  • the internal combustion engine M drives the first generator GE1 by rotation.
  • the kinetic energy generated by the internal combustion engine M is thus converted by the first generator GE1 into electrical energy, into an alternating current.
  • the internal combustion engine M is connected to the first generator GE1 via the first coupling element KE1.
  • the first generator GE1 generates an electrical power of 50 kW.
  • the alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR.
  • the internal combustion engine M is connected to a second generator GE2 via the second coupling element KE2, which is arranged separately from the first coupling element KE1.
  • the second generator GE2 like the first generator GE1, is driven by the rotation of the internal combustion engine M, and the kinetic energy of the internal combustion engine M is converted into electrical energy.
  • the second generator GE2 generates a direct current with a voltage of 12 V.
  • the HMI unit H has the display and operating device on which the data that are important for a user, such as charging current, charging duration and costs of the charging process, are called up and displayed. In addition, a user can initiate or end the charging process and pay.
  • the rechargeable battery B (accumulator) has a capacity of 50 kWh and is charged by the second generator GE2 while the electric vehicle is being charged. At the same time, the battery B supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with electrical energy for operation and the internal combustion engine M with electrical energy for starting and operating.
  • the charging column 1 also has the connection device A for one or more charging cables with which an electric vehicle to be charged is charged.
  • the charging cable also has a data line that establishes a data connection between the control unit S and the electric vehicle.
  • the charging column 1 is connected to the operator of the charging column 1 and a plurality of charging columns via the communication unit K, which establishes an Internet connection, for example with a cloud storage device.
  • the battery B is connected to the connection device A for the charging cable via an inverter WR and the rectifier GR.
  • the inverter GW and rectifier GR function as a power unit, which set the state of charge of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station 1.
  • the method according to the invention is initiated by a start process.
  • the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation.
  • the charging station 1 is put into an operating state by the starting process.
  • the energy conversion process is started first.
  • a starting device installed on the internal combustion engine M (energy conversion device) starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T.
  • the first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle.
  • the second generator GE2 which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy.
  • This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle.
  • the electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1.
  • a user gives a start command for charging via the HMI unit H.
  • the electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW.
  • the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state.
  • FIG. 4 Another exemplary embodiment for the energy flow during the charging process between the components of the charging station 1 is shown in FIG. 4.
  • the primary energy source for the charging process is the fuel stored in the tank T (methanol / ethanol or a mixture of methanol and ethanol) with an assumed usable energy content of 6.28 kWh / i.
  • the internal combustion engine M energy conversion device
  • the first generator GE1 generates an electrical current with an output of 50 kW
  • the second generator GE2 an electrical output of 5 kW.
  • the 5 kW power output generated by the second generator GE2, minus 70 W is fed into the battery B in order to charge it.
  • the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are supplied with power with 70 W of the power generated by the second generator GE2. Therefore, 50 kW of power, generated by the first generator GE1, reach the rectifier GR.
  • the alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR.
  • the direct current (50 kW) generated by the rectifier GR is fed into the charging cable arranged on the connection device A.
  • the battery B with a capacity of 50 kWh supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with a total of 70 W and the internal combustion engine M with 500 W. In this exemplary embodiment, the battery B also supplies 50 kW of power Rectifier GR.
  • This 50 kW power output is also conducted as direct current in addition to the approximately 50 kW power output generated by the first generator GE1 to the energy store of the electric vehicle to be charged and / or to a second electric vehicle to be charged, which is connected to a second charging cable connected to the connection device A. is connected to the charging station 1.
  • the rectifier GR functions in particular as a Power unit. Due to this advantageous configuration of the method according to the invention, the charging time is significantly shortened.
  • the method according to the invention is initiated by a start process.
  • the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation.
  • the charging station 1 is put into an operating state by the starting process.
  • the energy conversion process is started first.
  • a starting device installed on the internal combustion engine M as an energy conversion device of this exemplary embodiment starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T.
  • the first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle.
  • the second generator GE2 which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy.
  • This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy storage device arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle.
  • the electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1.
  • a user gives a start command for charging via the HMI unit H.
  • the electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW.
  • the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle.
  • the charging station 1 is put back into the idle state.
  • 5 shows a schematic view of the charging column 1 according to the invention, showing the connections by means of power lines between the components within the charging column 1.
  • the charging column 1 also has an inverter WR.
  • the electrical energy for delivery to an electric vehicle is generated by the energy conversion device, the internal combustion engine M.
  • the internal combustion engine M is a piston internal combustion engine with a shaft power of 220 kW; the internal combustion engine M is operated with methanol or ethanol or a mixture of methanol and ethanol.
  • the fuel is stored in the charging station 1 in the tank T.
  • the internal combustion engine M drives the first generator GE1 by rotation.
  • the kinetic energy generated by the internal combustion engine M is thus converted by the first generator GE1 into electrical energy, into an alternating current.
  • the internal combustion engine M is connected to the first generator GE1 via the first coupling element KE1.
  • the first generator GE1 generates an electrical power of 200 kW.
  • the alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR.
  • the internal combustion engine M is connected to a second generator GE2 via the second coupling element KE2, which is arranged separately from the first coupling element KE1.
  • the second generator GE2 like the first generator GE1, is driven by the rotation of the internal combustion engine M, and the kinetic energy of the internal combustion engine M is converted into electrical energy.
  • the second generator GE2 generates a direct current with a voltage of 48 V.
  • the HMI unit H has the display and operating device on which the data that are important for a user, such as charging current, charging duration and costs of the charging process, are called up and displayed. In addition, a user can initiate or end the charging process and pay.
  • the rechargeable battery B (accumulator) has a capacity of 50 kWh and is charged by the second generator GE2 while the electric vehicle is being charged. At the same time, the battery B supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with it electrical energy for operation and the internal combustion engine M with electrical energy for start and operation.
  • the charging column 1 also has the connection device A for one or more charging cables with which an electric vehicle to be charged is charged.
  • the charging cable also has a data line that establishes a data connection between the control unit S and the electric vehicle. Communication with the battery of the electric vehicle to be charged is established via the data line and the required data such as charge status, charge voltage and charge current are queried.
  • the control unit S sets the parameters of the charging current on the basis of this data.
  • the charging column 1 is connected to the operator of the charging column 1 and a plurality of charging columns via the communication unit K, which establishes an Internet connection, for example with a cloud storage device.
  • the battery B is connected to the connection device A for the charging cable via an inverter WR and the rectifier GR.
  • the inverter GW and rectifier GR function as a power unit, which set the state of charge of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station 1.
  • a first electric vehicle to be charged is charged with around 200 kW direct current, which is generated by the first generator GE1.
  • a second electric vehicle to be charged is charged by battery B with 50 kW alternating current.
  • the method according to the invention is initiated by a start process.
  • the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation.
  • the charging station 1 is put into an operating state by the starting process.
  • the energy conversion process is first started in the energy conversion device (internal combustion engine M).
  • One on Combustion engine M built-in starting device starts the combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T.
  • the first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle.
  • the second generator GE2, which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle.
  • the electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1.
  • a user gives a start command for charging via the HMI unit H.
  • the electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 200 kW.
  • the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle.
  • the charging station 1 is put back into the idle state.
  • the primary energy source for the charging process is the fuel stored in the tank T (methanol / ethanol or a mixture of methanol and ethanol) with an assumed usable energy content of 6.28 kWh / i.
  • the internal combustion engine M energy consumption device
  • the first generator GE1 generates an electrical current with the power of 200 kW
  • the second generator GE2 a power output of 5 kW.
  • the 5 kW power output generated by the second generator GE2, minus 70 W, is fed into the battery B in order to charge it.
  • the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are supplied with power with 70 W of the energy generated by the second generator GE2.
  • the rectifier GR therefore receives 200 kW of power generated by the first generator GE1.
  • the alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR.
  • the direct current (200 kW) generated by the rectifier GR is fed into the charging cable arranged on the connection device A.
  • the battery B with a capacity of 50 kWh supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with a total of 70 W and the internal combustion engine M with 500 W. In this exemplary embodiment, the battery B also supplies 50 kW of power Rectifier GR.
  • This 50 kW power output is also conducted as direct current in addition to the 200 kW power output generated by the first generator GE1 to the energy store of the electric vehicle to be charged and / or to a second electric vehicle to be charged, which is connected to a second charging cable connected to the connection device A the charging station 1 is connected.
  • the rectifier GR functions in particular as a power unit. Due to this advantageous configuration of the method according to the invention, the charging time is significantly shortened.
  • the method according to the invention is initiated by a start process.
  • the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation.
  • the charging station 1 is put into an operating state by the starting process.
  • the energy conversion process is started first.
  • a starting device installed on the internal combustion engine M (energy conversion device) starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T.
  • the first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle.
  • the second generator GE2 which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle.
  • the electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1.
  • a user gives a start command for charging via the HMI unit H.
  • the electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging cable connected to the connection device A through the charging column 1, in this exemplary embodiment with a maximum of 250 kW (200 kW from the first generator GE1, 50 kW from the battery B).
  • the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the
  • the charging station 1 is put back into the idle state.

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Abstract

The invention relates to a method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station, comprising the method steps of: generating kinetic energy; supplying a first generator with the generated kinetic energy; supplying a second generator with the generated kinetic energy; converting the generated kinetic energy into electrical energy by means of the first generator; and converting the generated kinetic energy into electrical energy by means of the second generator.

Description

LA D E SA U L E LA D E SA U L E
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule mit den Verfahrensschritten Erzeugen von kinetischer Energie, Speisen eines ersten Generators mit der erzeugten kinetischen Energie und Konvertieren der erzeugten kinetischen Energie in elektrische Energie mittels des ersten Generators, sowie eine entsprechende Vorrichtung. The invention relates to a method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station with the method steps of generating kinetic energy, feeding a first generator with the generated kinetic energy and converting the generated kinetic energy into electrical energy by means of the first generator, as well as a corresponding device.
Stand der Technik State of the art
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 zur Zeit 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. The spread of electric vehicles that are operated with an electric motor is accompanied by a functioning infrastructure for charging the electric vehicles. In addition to charging at the home socket, users of electric vehicles must also be given the opportunity to obtain energy in the public sector. Given the range of electric vehicles currently available, it is necessary that the vehicles can also be charged outside of the domestic environment. Therefore, charging stations must be made available in public areas in order to ensure constant availability of energy for electric vehicles through a supply network.
Bekannt sind 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. Charging columns are known to recharge the traction battery of a plug-in vehicle - hybrid or electric vehicle - as described, for example, in DE 102009016 505 A1. The charging station itself is connected to a power rail for the power supply. An existing power grid has a connection element for outputting electrical energy to an electric vehicle.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Aufladung von Elektrofahrzeugen bereitzustellen, mit der eine Aufladung kostengünstiger möglich ist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladesäule zur Aufladung von Elektrofahrzeugen bereitzustellen, die kostengünstiger betrieben werden kann. It is therefore the object of the present invention to provide a method for charging electric vehicles with which charging is possible more cost-effectively. A further object of the present invention is to provide a charging column for charging electric vehicles that can be operated more cost-effectively.
Die Aufgabe wird mittels des Verfahrens zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. The object is achieved by means of the method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging column according to claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are set out in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule weist drei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt wird kinetische Energie erzeugt. Die kinetische Energie tritt insbesondere als Translations- und/oder Rotationsbewegung auf und erfolgt in einer Energiekonversionsvorrichtung. Die Energiekonversionsvorrichtung ist z.B. ein Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor ist üblicherweise ein Kolben- Verbrennungsmotor, möglich sind auch andere Verbrennungsmotoren wie z.B. ein Wankelmotor oder eine Turbine. Durch geeignete Wahl des Startzeitpunktes eines Verbrennungsmotors wird der Ladevorgang für einen Nutzer deutlich verringert. Im zweiten Verfahrensschritt wird ein erster Generator mit kinetischer Energie aus der Energiekonverionsvorrichtung gespeist. Der erste Generator ist mit der Energiekonversionsvorrichtung gekoppelt und wird durch diese angetrieben. Im dritten Verfahrensschritt wird mittels des ersten Generators die von der Energiekonversionsvorrichtung erzeugte kinetische Energie in elektrische Energie konvertiert. Der durch die Energiekonversionsvorrichtung angetriebene erste Generator erzeugt einen Strom, der überwiegend zur Aufladung eines Elektrofahrzeugs verwendet wird. The method according to the invention for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station has three method steps: In the first method step, kinetic energy is generated. The kinetic energy occurs in particular as a translational and / or rotational movement and takes place in an energy conversion device. The energy conversion device is, for example, an internal combustion engine. The internal combustion engine is usually a piston internal combustion engine, other internal combustion engines such as a Wankel engine or a turbine are also possible. A suitable choice of the starting time of an internal combustion engine significantly reduces the charging process for a user. In the second process step, a first generator is fed with kinetic energy from the energy conversion device. The first generator is coupled to the energy conversion device and is driven by it. In the third method step, the kinetic energy generated by the energy conversion device is converted into electrical energy by means of the first generator. The first generator driven by the energy conversion device generates a current that is mainly used to charge an electric vehicle.
Erfindungsgemäß wird ein zweiter Generator mit kinetischer Energie aus der Energiekonverionsvorrichtung gespeist. Der zweite Generator konvertiert die kinetische Energie in elektrische Energie. Der zweite Generator ist ebenfalls mit der Energiekonversionsvorrichtung gekoppelt und wird durch diese angetrieben. Der zweite Generator erzeugt einen Strom, der in erster Linie zum Betrieb der Ladesäule verwendet wird. According to the invention, a second generator is fed with kinetic energy from the energy conversion device. The second generator converts the kinetic energy into electrical energy. The second generator is also coupled to the energy conversion device and is driven by it. The second The generator generates electricity that is primarily used to operate the charging station.
Energiekonversionsvorrichtungen im Sinne dieser Erfindung sind im Wesentlichen Vergbrennungsmotoren, die Wahlweise mit unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden können. Sie konvertieren die Energie eines flüssigen und/oder gasförmigen Energieträgers in kinetische Energie. Als Energiekonversionsvorrichtungen werden auch Brennstoffzellen , Windräder und/oder Solarzellen verstanden. Weiterhin werden auch Gleichrichter und/oder Wechselrichter als Energiekonversionsvorrichtungen verstanden. Energy conversion devices in the context of this invention are essentially combustion engines that can be operated with different fuels. They convert the energy of a liquid and / or gaseous energy carrier into kinetic energy. Fuel cells, wind turbines and / or solar cells are also understood as energy conversion devices. Furthermore, rectifiers and / or inverters are also understood as energy conversion devices.
Aufgrund dieses vorteilhaften Verfahrens ist die Ladesäule völlig autark zu betreiben, ein Anschluss der Ladesäule an eine externe Energiequelle, z.B. ein bestehendes Stromnetz, ist nicht nötig. Dadurch werden die Kosten für die Installation der Ladesäule gegenüber z.B. durch Mittelspannungsnetze betriebene Ladesäulen deutlich verringert. Zugleich kann der Aufstellungsort der Ladesäule flexibler gewählt werden, ein in unmittelbarer Nähe befindlicher Stromanschluss ist nicht notwendig. Diese Eigenschaft ist insbesondere in ländlichen Räumen wichtig. Due to this advantageous process, the charging station can be operated completely independently; it is not necessary to connect the charging station to an external energy source, e.g. an existing power grid. This significantly reduces the costs for installing the charging station compared to charging stations operated by medium-voltage networks, for example. At the same time, the location of the charging station can be chosen more flexibly, a power connection in the immediate vicinity is not necessary. This property is particularly important in rural areas.
In einer Weiterbildung der Erfindung wir der erste Generator und der zweite Generator mit kinetischer Energie aus der gleichen Energiekonverionsvorrichtung gespeist. Hierbei wird dann die von der Energiekonversionsvorrichtung erzeugte kinetische Energie in durch den ersten und durch den zweiten Generator in elektrische Energie konvertiert. In a further development of the invention, the first generator and the second generator are fed with kinetic energy from the same energy conversion device. The kinetic energy generated by the energy conversion device is then converted into electrical energy by the first generator and by the second generator.
In einerweiteren Gestaltung der Erfindung erzeugt der erste Generator einen elektrischen Strom mit einer Spannung von mehr als 100 V. Der vom ersten Generator erzeugte Strom ist üblicherweise ein Drehstrom mit einer Spannung von 400 V. Damit ist die Auslegung der Ladesäule für eine Schnellladung von Elektrofahrzeugen möglich. In einer weiteren Ausführung der Erfindung erzeugt der zweite Generator einen elektrischen Strom mit einer Spannung von weniger als 250 V. Für den Betrieb der in der Ladesäule verbauten Komponenten werden üblicherweise elektrische Spannungen von 12 V, 24 V oder 48 V benötigt. Eine durch den zweiten Generator erzeugte elektrische Spannung von 220 V ermöglicht das Betreiben von elektrischen Geräten, wie sie in Haushalten üblich sind. Die Ladesäule kann aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens daher neben der Aufladung von Elektrofahrzeugen auch als Hausstromgenerator eingesetzt werden. In a further embodiment of the invention, the first generator generates an electrical current with a voltage of more than 100 V. The current generated by the first generator is usually a three-phase current with a voltage of 400 V. This allows the charging station to be designed for rapid charging of electric vehicles . In a further embodiment of the invention, the second generator generates an electrical current with a voltage of less than 250 V. Electrical voltages of 12 V, 24 V or 48 V are usually required to operate the components installed in the charging station. An electrical voltage of 220 V generated by the second generator enables electrical devices to be operated such as are common in households. Due to the method according to the invention, the charging column can therefore also be used as a domestic power generator in addition to charging electric vehicles.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der vom ersten Generator erzeugte elektrische Strom zu 100 % für die Aufladung eines Elektrofahrzeugs verwendet. Die Stromleistung des ersten Generators ist derart skaliert, dass eine Aufladung eines Elektrofahrzeugs innerhalb eines vertretbaren Zeitraumes möglich ist. Diese Stromleistung beträgt vorteilhafterweise mindestens 3,7 kW, für eine Schnellladung werden mindestens 22 kW benötigt. In a further development of the invention, 100% of the electrical current generated by the first generator is used to charge an electric vehicle. The power output of the first generator is scaled in such a way that an electric vehicle can be charged within a reasonable period of time. This power output is advantageously at least 3.7 kW, and at least 22 kW are required for rapid charging.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der vom zweiten Generator erzeugte Strom für die Ladung eines in der Ladesäule angeordneten Energiespeichers verwendet. Der elektrische Energiespeicher ist üblicherweise eine wiederaufladbare Batterie, z.B. ein Li-Ionen-Akku oder eine Säurebatterie. Ein derartiger Energiespeicher hat eine hohe Energiedichte, ist technisch ausgereift und verfügbar. In a further embodiment of the invention, the electricity generated by the second generator is used to charge an energy store arranged in the charging station. The electrical energy storage device is usually a rechargeable battery, e.g. a Li-ion battery or an acid battery. Such an energy storage device has a high energy density, is technically mature and available.
In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiespeicher (die Batterie?) in der Ladesäule angeordnet. Die wiederaufladbare Batterie, z.B. ein Li-Ionen-Akku, benötigt je nach Energiegehalt (Kapazität) so wenig Platz, dass sie in einer Ladesäule angeordnet werden kann. In a further embodiment of the invention, the energy store (the battery?) Is arranged in the charging station. The rechargeable battery, e.g. a Li-ion battery, requires so little space, depending on its energy content (capacity), that it can be arranged in a charging station.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Generator über ein erstes Kopplungselement mit der erzeugten kinetischen Energie gespeist. Das erste Kopplungselement weist üblicherweise eine ausrückbare Kupplung und einen Zahnriemen auf. Möglich ist auch eine Verbindung durch Keilriemen oder Kette. In a further embodiment of the invention, the first generator is fed with the generated kinetic energy via a first coupling element. The first The coupling element usually has a disengageable clutch and a toothed belt. A connection using a V-belt or chain is also possible.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der zweite Generator über ein zweites Kopplungselement mit der erzeugten kinetischen Energie gespeist. Das zweite Kopplungselement weist vorteilhafterweise einen wartungsarmen Riemenantrieb ohne dazwischenliegende Kupplung auf. In a further development of the invention, the second generator is fed with the generated kinetic energy via a second coupling element. The second coupling element advantageously has a low-maintenance belt drive without an intermediate coupling.
In einerweiteren Ausführung der Erfindung ist die zweite Kopplungseinrichtung separat von der ersten Kopplungsanordnung angeordnet. Daher ist jedes Kopplungselement separat zugänglich und im Wartungsfall einfach zu warten und zu reparieren. In a further embodiment of the invention, the second coupling device is arranged separately from the first coupling arrangement. Therefore, each coupling element is separately accessible and easy to maintain and repair in the event of maintenance.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der vom zweiten Generator erzeugte Strom für den Betrieb einer HMI-Einheit, einer Steuerung und/oder einer Kommunikationseinheit verwendet. Die HMI-Einheit, die Steuerung und/oder die Kommunikationseinheit sind in der Ladesäule angeordnet. Mittels der HMI-Einheit werden die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs abgerufen und angezeigt. Außerdem kann ein Nutzer den Ladevorgang einleiten bzw. beenden sowie bezahlen. Die Leistungseinheit ermöglicht vor allem die Umformung elektrischer Energie in Bezug auf die Spannungsform (z.B. Gleich oder Wechselspannung), die Höhe von Spannung und Strom sowie der Frequenz. In a further embodiment of the invention, the electricity generated by the second generator is used to operate an HMI unit, a controller and / or a communication unit. The HMI unit, the controller and / or the communication unit are arranged in the charging station. The data that are important for a user, such as charging current, charging time and costs of the charging process, are called up and displayed by means of the HMI unit. In addition, a user can initiate or end the charging process and pay. Above all, the power unit enables the conversion of electrical energy in relation to the voltage form (e.g. direct or alternating voltage), the level of voltage and current as well as the frequency.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der vom zweiten Generator erzeugte elektrische Strom für die Aufladung eines Elektrofahrzeuges verwendet. Neben der Versorgung der Komponenten der Ladesäule mit elektrischer Energie kann die vom zweiten Generator erzeugte elektrische Energie auch zur Aufladung eines Elektrofahrzeugs verwendet werden. Der Aufladevorgang kann so beschleunigt werden, indem mehr elektrische Leistung in das Elektrofahrzeug eingespeist wird. Alternativ oder zusätzlich kann für den Aufladevorgang der Energiespeicher (Akku) der Ladesäule verwendet werden, der durch den zweiten Generator aufgeladen wird. Die Aufgabe wird außerdem durch die erfindungsgemäße Ladesäule, die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, gemäß Anspruch 12 gelöst. In a further embodiment of the invention, the electrical current generated by the second generator is used to charge an electric vehicle. In addition to supplying the components of the charging station with electrical energy, the electrical energy generated by the second generator can also be used to charge an electric vehicle. The charging process can be accelerated by feeding more electrical power into the electric vehicle. As an alternative or in addition, the energy store (battery) of the charging station, which is charged by the second generator, can be used for the charging process. The object is also achieved by the charging column according to the invention, which is suitable for charging electric vehicles and is intended for this purpose, according to claim 12.
Die erfindungsgemäße Ladesäule, die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet ist, weist eine Energiekonversionsvorrichtung sowie einen an die Energiekonversionsvorrichtung angeschlossenen ersten Generator auf. Die Energiekonversionsvorrichtung ist z.B. ein Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor ist üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor, möglich sind auch andere Verbrennungsmotoren wie z.B. ein Wankelmotor oder eine Turbine. Der erste Generator ist mit der Energiekonversionsvorrichtung gekoppelt und wird durch diese angetrieben. Der durch die Energiekonversionsvorrichtung angetriebene erste Generator erzeugt einen Strom, der überwiegend zur Aufladung eines Elektrofahrzeugs verwendet wird. The charging column according to the invention, which is suitable for charging electric vehicles, has an energy conversion device and a first generator connected to the energy conversion device. The energy conversion device is, for example, an internal combustion engine. The internal combustion engine is usually a piston internal combustion engine, other internal combustion engines such as a Wankel engine or a turbine are also possible. The first generator is coupled to the energy conversion device and is driven by it. The first generator driven by the energy conversion device generates a current that is mainly used to charge an electric vehicle.
Erfindungsgemäß ist ein zweiter Generator an die Energiekonversionsvorrichtung angeschlossen. Der zweite Generator ist ebenfalls mit der Energiekonversionsvorrichtung gekoppelt und wird durch diese angetrieben. Der zweite Generator erzeugt einen Strom, der in erster Linie zum Betrieb der Ladesäule verwendet wird. Aufgrund dieser vorteilhaften Anordnung der Generatoren ist die erfindungsgemäße Ladesäule völlig autark zu betreiben, ein Anschluss der Ladesäule an eine externe Energiequelle, z.B. ein bestehendes Stromnetz, ist nicht nötig. Dadurch werden die Kosten für die Installation der Ladesäule gegenüber z.B. durch Mittelspannungsnetze betriebene Ladesäulen deutlich verringert. Zugleich kann der Aufstellungsort der Ladesäule flexibler gewählt werden, ein in unmittelbarer Nähe befindlicher Stromanschluss ist nicht notwendig. Diese Eigenschaft ist insbesondere für die Nutzung der erfindungsgemäßen Ladesäule in ländlichen Räumen wichtig. According to the invention, a second generator is connected to the energy conversion device. The second generator is also coupled to the energy conversion device and is driven by it. The second generator generates electricity that is primarily used to operate the charging station. Due to this advantageous arrangement of the generators, the charging column according to the invention can be operated completely independently; a connection of the charging column to an external energy source, e.g. an existing power grid, is not necessary. This significantly reduces the costs for installing the charging station compared to charging stations operated by medium-voltage networks, for example. At the same time, the location of the charging station can be chosen more flexibly, a power connection in the immediate vicinity is not necessary. This property is particularly important for the use of the charging station according to the invention in rural areas.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung sind der erste Generator und der zweite Generator über jeweils separate Kopplungselemente mit der Energiekonversionsvorrichtung verbunden. Das erste Kopplungselement weist üblicherweise eine ausrückbare Kupplung und einen Zahnriemen auf. Möglich ist auch eine Verbindung durch Keilriemen oder Kette. Das zweite Kopplungselement weist vorteilhafterweise einen wartungsarmen Riemenantrieb ohne dazwischenliegende Kupplung auf. Aufgrund der getrennten Anordnung sind die Kopplungselemente separat zugänglich und im Wartungsfall getrennt zu warten bzw. zu reparieren. In a further embodiment of the invention, the first generator and the second generator are each connected to the energy conversion device via separate coupling elements. The first coupling element has usually a disengageable clutch and a toothed belt. A connection using a V-belt or chain is also possible. The second coupling element advantageously has a low-maintenance belt drive without an intermediate coupling. Due to the separate arrangement, the coupling elements are separately accessible and, in the event of maintenance, must be serviced or repaired separately.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der erste Generator über eine Stromleitung, die geeignet und dafür vorgesehen ist, den erzeugten Strom zu leiten, mit dem Anschluss für ein Ladekabel verbunden. Die vom ersten Generator erzeugte elektrische Energie wird verwendet, um den Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs aufzuladen. Mittels des Ladekabels erfolgt die Verbindung zwischen Ladesäule und Energiespeicher des Elektrofahrzeugs. In a further embodiment of the invention, the first generator is connected to the connection for a charging cable via a power line which is suitable and intended to conduct the generated power. The electrical energy generated by the first generator is used to charge the energy storage device of an electric vehicle. The connection between the charging station and the energy storage device of the electric vehicle is established by means of the charging cable.
In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Generator ausschließlich über eine oder mehrere Stromleitungen, die geeignet und dafür vorgesehen sind, den erzeugten Strom zu leiten, mit einem oder mehreren Ladekabelanschlüssen verbunden. Mittels eines Ladekabels erfolgt die Verbindung zwischen Ladesäule und Energiespeicher eines zu ladenden Elektrofahrzeugs. Mehrere Anschlüsse für Ladekabel ermöglichen die gleichzeitige Aufladung mehrerer Elektrofahrzeuge. Die vom ersten Generator erzeugte elektrische Leistung wird dann zwischen mehreren Elektrofahrzeugen aufgeteilt. In a further embodiment of the invention, the first generator is connected to one or more charging cable connections exclusively via one or more power lines that are suitable and intended to conduct the generated power. The connection between the charging station and the energy storage device of an electric vehicle to be charged is made by means of a charging cable. Several connections for charging cables enable several electric vehicles to be charged at the same time. The electrical power generated by the first generator is then divided between several electric vehicles.
In einerweiteren Ausführung der Erfindung ist zwischen dem ersten Generator und dem Ladekabelanschluss ein erster Gleichrichter geschaltet. Der erste Generator erzeugt üblicherweise einen Wechselstrom. Ein Batteriespeicher eines Elektrofahrzeugs benötigt jedoch zur Aufladung einen Gleichstrom. Durch einen in der erfindungsgemäßen Ladesäule angeordneten Gleichrichter ist im zu ladenden Elektrofahrzeug kein Gleichrichter notwendig, wodurch Kosten und Gewicht des Elektrofahrzeugs reduziert werden können. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist der zweite Generator über eine Stromleitung, die geeignet und dafür vorgesehen ist, den erzeugten Strom zu leiten, mit einer Batterie verbunden. Die Ladesäule wird daher durch die in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie autark betrieben. Ein Anschluss der Ladesäule an eine externe Energiequelle, z.B. eine Stromleitung, ist nicht notwendig, die Kosten für die Installation der Ladesäule werden dadurch verringert. In a further embodiment of the invention, a first rectifier is connected between the first generator and the charging cable connection. The first generator usually generates an alternating current. However, a battery storage device of an electric vehicle requires a direct current for charging. A rectifier arranged in the charging station according to the invention means that no rectifier is necessary in the electric vehicle to be charged, which means that the costs and weight of the electric vehicle can be reduced. In a further embodiment of the invention, the second generator is connected to a battery via a power line which is suitable and intended to conduct the generated power. The charging station is therefore operated independently using the electrical energy stored in the battery. It is not necessary to connect the charging station to an external energy source, for example a power line, and this reduces the costs for installing the charging station.
In einerweiteren Ausführung der Erfindung ist zwischen dem zweiten Generator und der Batterie ein zweiter Gleichrichter geschaltet. Die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie wird als Gleichstrom an den Energiespeicher des zu ladenden Elektrofahrzeugs geleitet. Der Gleichrichter funktioniert insbesondere als Leistungseinheit, die Ladezustand des zu ladenden Elektrofahrzeugs, Ladespannung und Ladestrom der Ladesäule einstellt. Die erfindungsgemäße Ladesäule lädt also ein zu ladendes Elektrofahrzeug nicht nur mit der durch die Generatoreinheit erzeugten elektrischen Energie, sondern auch zusätzlich durch die in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie. Dadurch wird die Ladedauer deutlich verkürzt. Alternativ kann parallel ein zweites Elektrofahrzeug geladen werden. In a further embodiment of the invention, a second rectifier is connected between the second generator and the battery. The electrical energy stored in the battery is sent as direct current to the energy storage device of the electric vehicle to be charged. The rectifier functions in particular as a power unit that sets the charge status of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station. The charging column according to the invention charges an electric vehicle to be charged not only with the electrical energy generated by the generator unit, but also additionally with the electrical energy stored in the battery. This significantly shortens the charging time. Alternatively, a second electric vehicle can be charged in parallel.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Batterie über eine Stromleitung mit der Energiekonversionsvorrichtung verbunden, wobei die Stromleitung dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, den Motor mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Motor benötigt für Start und Betrieb elektrische Energie. Die Ladesäule wird daher durch die in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie autark betrieben. Ein Anschluss der Ladesäule an eine externe Energiequelle, z.B. eine Stromleitung, ist nicht notwendig, die Kosten für die Installation der Ladesäule werden dadurch verringert. In a further development of the invention, the battery is connected to the energy conversion device via a power line, the power line being provided and suitable for supplying the motor with electrical energy. The motor requires electrical energy to start and operate. The charging station is therefore operated independently using the electrical energy stored in the battery. It is not necessary to connect the charging station to an external energy source, e.g. a power line, which reduces the costs of installing the charging station.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der zweite Generator über eine Stromleitung, die geeignet und dafür vorgesehen ist, den erzeugten Strom zu leiten, mit einer HMI-Einheit, einer Kommunikationseinheit und/oder einer Steuerung verbunden. Der Ruhezustand (Stand-by-Betrieb) der Ladesäule erfordert eine geringe Energiezufuhr der HMI-Einheit und der Leistungseinheit, um die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Diese Energiezufuhr erfolgt durch die Batterie. Start und Betrieb der HMI-Einheit und der Leistungseinheit erfolgen ebenfalls mit gespeicherter elektrischer Energie in der Batterie. Die Ladesäule wird daher durch die in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie autark betrieben. Ein Anschluss der Ladesäule an eine externe Energiequelle, z.B. eine Stromleitung, ist nicht notwendig, die Kosten für die Installation der Ladesäule werden dadurch verringert. In a further embodiment of the invention, the second generator is connected to an HMI unit, a communication unit and / or a controller via a power line which is suitable and intended to conduct the generated power. The idle state (stand-by mode) of the charging station requires a small amount of energy to be supplied to the HMI unit and the power unit in order to ensure functionality. This Energy is supplied by the battery. The HMI unit and the power unit are also started and operated with stored electrical energy in the battery. The charging station is therefore operated independently using the electrical energy stored in the battery. It is not necessary to connect the charging station to an external energy source, for example a power line, and this reduces the costs for installing the charging station.
In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Batterie über einen Wechselrichter und eine Stromleitung mit dem ersten Gleichrichter verbunden. Die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie wird als Gleichstrom an den Wechselrichter geleitet, die den Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt. Der danach geschaltete Gleichrichter wandelt den Wechselstrom wieder in einen Gleichstrom. Wechselrichter und Gleichrichter funktionieren beide als Leistungseinheit, die Ladezustand des zu ladenden Elektrofahrzeugs, Ladespannung und Ladestrom der Ladesäule einstellen. In a further embodiment of the invention, the battery is connected to the first rectifier via an inverter and a power line. The electrical energy stored in the battery is sent as direct current to the inverter, which converts the direct current into an alternating current. The rectifier connected afterwards converts the alternating current back into direct current. The inverter and rectifier both function as a power unit that set the charge status of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station.
In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Batterie über einen Gleichstromwandler und eine Stromleitung mit dem Ladekabelanschluss verbunden. Die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie wird als Gleichstrom an den Energiespeicher des zu ladenden Elektrofahrzeugs geleitet. Der Gleichrichter funktioniert insbesondere als Leistungseinheit, die Ladezustand des zu ladenden Elektrofahrzeugs, Ladespannung und Ladestrom der Ladesäule einstellt. Der Gleichrichter kann auch ein Netzteil sein bzw. den Funktionsumfang eines Netzteils aufweisen. Die erfindungsgemäße Ladesäule lädt also ein zu ladendes Elektrofahrzeug nicht nur mit der durch die Generatoreinheit erzeugten elektrischen Energie, sondern auch zusätzlich durch die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie. Dadurch wird die Ladedauer deutlich verkürzt. Alternativ oder zusätzlich kann parallel ein zweites Elektrofahrzeug geladen werden. In a further embodiment of the invention, the battery is connected to the charging cable connection via a direct current converter and a power line. The electrical energy stored in the battery is sent as direct current to the energy storage device of the electric vehicle to be charged. The rectifier functions in particular as a power unit that sets the charge status of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station. The rectifier can also be a power pack or have the functionality of a power pack. The charging column according to the invention thus charges an electric vehicle to be charged not only with the electrical energy generated by the generator unit, but also additionally with the electrical energy stored in the battery. This significantly shortens the charging time. Alternatively or additionally, a second electric vehicle can be charged in parallel.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Generator dafür vorgesehen und dafür geeignet, Strom mit einer Spannung größer 100V zu erzeugen. Der vom ersten Generator erzeugte Strom ist üblicherweise ein Drehstrom mit einer Spannung von 400 V. Damit ist die Auslegung der Ladesäule für eine Schnellladung von Elektrofahrzeugen möglich. In a further development of the invention, the first generator is intended and suitable for generating current with a voltage greater than 100V. The one from the first generator The electricity generated is usually a three-phase current with a voltage of 400 V. This enables the charging station to be designed for rapid charging of electric vehicles.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der zweite Generator dafür vorgesehen und dafür geeignet, Strom mit einer Spannung kleiner 250V zu erzeugen. Für den Betrieb der in der Ladesäule verbauten Komponenten werden üblicherweise elektrische Spannungen von 12 V, 24 V oder 48 V benötigt. Eine durch den zweiten Generator erzeugte elektrische Spannung von 220 V ermöglicht das Betreiben von elektrischen Geräten, wie sie in Haushalten üblich sind. Die Ladesäule kann daher neben der Aufladung von Elektrofahrzeugen auch als Hausstromgenerator eingesetzt werden. In a further embodiment of the invention, the second generator is intended and suitable for generating current with a voltage of less than 250V. For the operation of the components built into the charging station, electrical voltages of 12 V, 24 V or 48 V are usually required. An electrical voltage of 220 V generated by the second generator enables electrical devices to be operated such as are common in households. In addition to charging electric vehicles, the charging station can also be used as a domestic power generator.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufladung von Elektrofahrzeugen und der erfindungsgemäßen Ladesäule sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Exemplary embodiments of the method according to the invention for charging electric vehicles and the charging column according to the invention are shown in the drawings in a schematically simplified manner and are explained in more detail in the description below.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1: Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule. Fig. 1: An embodiment of the charging station according to the invention.
Fig. 2: Ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Energieverteilung während desFig. 2: A diagram of an embodiment of the energy distribution during the
Ladevorgangs. Charging process.
Fig. 3: Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule. Fig. 3: Another embodiment of the charging station according to the invention.
Fig. 4: Ein Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der Energieverteilung während des Ladevorgangs. 4: A diagram of a further exemplary embodiment of the energy distribution during the charging process.
Fig. 5: Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule. Fig. 5: Another embodiment of the charging station according to the invention.
Fig. 6: Ein Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der Energieverteilung während des Ladevorgangs. 6: A diagram of a further exemplary embodiment of the energy distribution during the charging process.
Fig. 7: Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 mit Darstellung der Verbindungen mittels Stromleitungen zwischen den Komponenten innerhalb der Ladesäule 1. Die erfindungsgemäße Ladesäule 1 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Nennleistung von 150 kW, d.h. ein Elektrofahrzeug kann mit 150 kW Ladeleistung geladen werden. In der Ladesäule 1 wird in diesem Ausführungsbeispiel die elektrische Energie zur Abgabe an ein Elektrofahrzeug durch einen Verbrennungsmotor M als Energiekonversionsvorrichtung erzeugt. Der Verbrennungsmotor M ist hier ein Kolben-Verbrennungsmotor mit einer Wellenleistung von 180 kW, möglich sind aber auch andere Bauformen wie z.B. ein Wankelmotor oder Turbine. Betrieben wird der Verbrennungsmotor M vorteilhafterweise mit Methanol oder Ethanol oder einem Gemisch von Methanol und Ethanol. Die Betriebsstoffe sind z.B. aus pflanzlichen Rohstoffen klimaneutral herstellbar, ihre Lagerung und Handhabung ist mit der Lagerung von herkömmlichem Benzin vergleichbar und benötigt daher keine außergewöhnlichen Sicherungsmaßnahmen für die sichere Lagerung und Transport. Fig. 7: Another embodiment of the charging column according to the invention. Fig. 1 shows a schematic view of the charging station 1 according to the invention showing the connections by means of power lines between the components within the charging station 1. The charging station 1 according to the invention has a nominal power of 150 kW in this embodiment, ie an electric vehicle can be charged with 150 kW charging power. In this exemplary embodiment, the electrical energy for delivery to an electric vehicle is generated in the charging station 1 by an internal combustion engine M as an energy conversion device. The internal combustion engine M is here a piston internal combustion engine with a shaft power of 180 kW, but other designs such as a Wankel engine or turbine are also possible. The internal combustion engine M is advantageously operated with methanol or ethanol or a mixture of methanol and ethanol. The operating materials can be produced climate-neutrally from vegetable raw materials, their storage and handling is comparable to the storage of conventional gasoline and therefore does not require any extraordinary safety measures for safe storage and transport.
Ein derartiger Betriebsstoff hat typischerweise einen nutzbaren Energiegehalt von 6,28 kWh/i und ist die primäre Energiequelle der Ladesäule 1. Die Lagerung des Kraftstoffs erfolgt in der Ladesäule 1 in einem Tank T. Der Verbrennungsmotor M ist über das erste Kopplungselement KE1 mit dem ersten Generator GE1 verbunden. Das Kopplungselement KE1 weist üblicherweise eine ausrückbare Kupplung und einen Zahnriemen auf. Möglich ist auch eine Verbindung durch Keilriemen oder Kette. Der erste Generator GE1 ist vorteilhafterweise ein durch Permanentmagneten selbsterregter dreipoliger Drehstrom-Synchrongenerator. Ein derartiger Generator benötigt zur Erzeugung des Magnetfeldes keine Energie und weist daher gegenüber fremderregten Generatoren einen höheren Wirkungsgrad von ca. 98 % auf. Außerdem kann ein Synchrongenerator eine gezielt einstellbare Leistung erzeugen, um die in der Ladesäule 1 unvermeidlich auftretende Blindleistung zu kompensieren. Such a fuel typically has a usable energy content of 6.28 kWh / i and is the primary energy source of the charging column 1. The fuel is stored in the charging column 1 in a tank T. The internal combustion engine M is connected to the first via the first coupling element KE1 Generator GE1 connected. The coupling element KE1 usually has a disengageable clutch and a toothed belt. A connection using a V-belt or chain is also possible. The first generator GE1 is advantageously a three-pole three-phase synchronous generator that is self-excited by permanent magnets. Such a generator does not require any energy to generate the magnetic field and therefore has a higher efficiency of approx. 98% compared to separately excited generators. In addition, a synchronous generator can generate a specifically adjustable power in order to compensate for the reactive power that inevitably occurs in the charging station 1.
Der Verbrennungsmotor M treibt den ersten Generator GE1 durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor M erzeugte kinetische Energie wird also durch den ersten Generator GE1 in elektrische Energie umgewandelt, in einen Wechselstrom. Der erste Generator GE1 erzeugt eine elektrische Leistung von 150 kW bei einer Spannung von erfindungsgemäß mehr als 100 V, in diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen 400 V. Der vom Generator GE1 erzeugte Wechselstrom wird im Gleichrichter GR1 in einen Gleichstrom umgewandelt. Über das von dem ersten Kopplungselement KE1 separat angeordnete zweite Kopplungselement KE2 ist der Verbrennungsmotor M mit einem zweiten Generator GE2 verbunden. Das zweite Kopplungselement KE2 weist einen wartungsarmen Riemenantrieb ohne Kupplung auf. Der zweite Generator GE2 wird ebenfalls wie der erste Generator GE1 durch Rotation des Verbrennungsmotors M angetrieben, die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M in elektrische Energie umgewandelt. Der zweite Generator GE2 ist wie der erste Generator GE1 ein selbsterregter Synchrongenerator mit hohem Wirkungsgrad. Der zweite Generator GE2 erzeugt einen Gleichstrom mit einer Spannung von erfindungsgemäß bis zu 250 V, in diesem Ausführungsbeispiel von 24 V. The internal combustion engine M drives the first generator GE1 by rotation. The kinetic energy generated by the internal combustion engine M is thus converted by the first generator GE1 into electrical energy, into an alternating current. The first Generator GE1 generates an electrical power of 150 kW at a voltage of more than 100 V according to the invention, 400 V in this and the following exemplary embodiments. The alternating current generated by the generator GE1 is converted into a direct current in the rectifier GR1. The internal combustion engine M is connected to a second generator GE2 via the second coupling element KE2, which is arranged separately from the first coupling element KE1. The second coupling element KE2 has a low-maintenance belt drive without a clutch. The second generator GE2, like the first generator GE1, is driven by the rotation of the internal combustion engine M, and the kinetic energy of the internal combustion engine M is converted into electrical energy. Like the first generator GE1, the second generator GE2 is a self-excited synchronous generator with a high degree of efficiency. The second generator GE2 generates a direct current with a voltage of up to 250 V according to the invention, in this embodiment of 24 V.
Die HMI-Einheit H weist eine Anzeige- und Bedieneinrichtung auf, auf dem die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs abgerufen und angezeigt werden. Außerdem kann ein Nutzer 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). Die wiederaufladbare Batterie B (Akku) weist eine Kapazität von 50 kWh auf und wird vom zweiten Generator GE2 während der Aufladung des Elektrofahrzeugs aufgeladen. Gleichzeitig versorgt die Batterie B die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit elektrischer Energie für den Betrieb sowie den Verbrennungsmotor M mit elektrischer Energie für Start und Betrieb. The HMI unit H has a display and operating device on which the data that are important for a user, such as charging current, charging duration and costs of the charging process, are called up and displayed. In addition, a user can initiate or end the charging process and pay. Different payment systems are possible, e.g. using different credit cards. Other payment systems are also possible, e.g. via a mobile device (smartphone). The rechargeable battery B (accumulator) has a capacity of 50 kWh and is charged by the second generator GE2 while the electric vehicle is being charged. At the same time, the battery B supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with electrical energy for operation and the internal combustion engine M with electrical energy for starting and operating.
Die Ladesäule 1 weist außerdem die Anschlussvorrichtung A für ein oder mehrere Ladekabel auf, mit dem ein zu ladendes Elektrofahrzeug geladen wird. Das Ladekabel weist außerdem eine Datenleitung auf, die eine Datenverbindung zwischen Steuereinheit S und Elektrofahrzeug herstellt. Über die Datenleitung wird eine Kommunikation zur Batterie des zu ladenden Elektrofahrzeugs aufgebaut und die erforderlichen Daten wie Ladezustand, Ladespannung und Ladestrom abgefragt. Die Steuereinheit S stellt aufgrund dieser Daten die Parameter des Ladestroms ein. Über die Kommunikationseinheit K, die eine Internetverbindung z.B. mit einem Cloud-Speicher herstellt, ist die Ladesäule 1 mit dem Betreiber der Ladesäule 1 und einer Mehrzahl von weiteren Ladesäulen verbunden. The charging column 1 also has the connection device A for one or more charging cables with which an electric vehicle to be charged is charged. The charging cable also has a data line that establishes a data connection between the control unit S and the electric vehicle. Communication with the battery of the electric vehicle to be charged is established via the data line and the required data such as State of charge, charge voltage and charge current queried. The control unit S sets the parameters of the charging current on the basis of this data. The charging column 1 is connected to the operator of the charging column 1 and a plurality of further charging columns via the communication unit K, which establishes an Internet connection, for example with a cloud storage device.
Alle diese hier genannten Komponenten der Ladesäule 1 - Tank T, Verbrennungsmotor M, die Kopplungselemente KE2, KE2, erster Generator GE1, zweiter Generator GE2, Gleichrichter GR, Anschlussvorrichtung A, Batterie B, HMI-Einheit H, Kommunikationseinheit K, Steuereinheit S - sind vorteilhafterweise in der Ladesäule 1 selbst angeordnet. Dazu weist die Ladesäule 1 ein Gehäuse auf, das die Komponenten innerhalb der Ladesäule 1 vor Witterungseinflüssen und Beschädigungen schützt. All of these components of the charging station 1 mentioned here - tank T, internal combustion engine M, the coupling elements KE2, KE2, first generator GE1, second generator GE2, rectifier GR, connection device A, battery B, HMI unit H, communication unit K, control unit S - are advantageously arranged in the charging station 1 itself. For this purpose, the charging column 1 has a housing that protects the components within the charging column 1 from the effects of the weather and damage.
Das Verfahren zur Erzeugung und Aufladung eines Elektrofahrzeugs beginnt mit der Erzeugung von kinetischer Energie durch die Energiekonversionsvorrichtung, in diesem Ausführungsbeispiel der Verbrennungsmotor M. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Ladesäule 1 in einem Ruhezustand (Stand-By), in dem lediglich die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H betriebsbereit sind. Diese Einheiten H, K, S werden dabei durch die Batterie B mit elektrischer Energie versorgt. Die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H benötigen für den Stand-By- Betrieb 70 W. The method for generating and charging an electric vehicle begins with the generation of kinetic energy by the energy conversion device, in this exemplary embodiment the internal combustion engine M. , the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation. These units H, K, S are supplied with electrical energy by the battery B. The control unit S, the communication unit K and the HMI unit H require 70 W for stand-by operation.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen Startvorgang initiiert, in diesem Ausführungsbeispiel durch die Verbindung des Ladekabels mit dem zu ladenden Elektrofahrzeug. Mittels einer Steckverbindung werden Ladesäule 1 und Elektrofahrzeug durch das an der Anschlussvorrichtung A angeschlossene Ladekabel verbunden. Durch den Startvorgang wird die Ladesäule 1 in einen Betriebszustand versetzt. Dazu wird zuerst der Vorgang der Energiekonversion gestartet. Eine am Verbrennungsmotor M verbaute Starteinrichtung startet den Verbrennungsmotor M, der mit Kraftstoff aus dem Tank T versorgt wird. Für den Start und Betrieb des Verbrennungsmotors M wird eine elektrische Leistung von 500 W benötigt, die von der Batterie B zur Verfügung gestellt wird. The method according to the invention is initiated by a starting process, in this exemplary embodiment by connecting the charging cable to the electric vehicle to be charged. By means of a plug connection, the charging station 1 and the electric vehicle are connected through the charging cable connected to the connection device A. The charging station 1 is put into an operating state by the starting process. To do this, the energy conversion process is started first. A starting device installed on the internal combustion engine M starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T. For the start and operation of the internal combustion engine M is a electrical power of 500 W is required, which is made available by the battery B.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch durch Sensoren, z.B. einen Radarsensor, initiiert werden, der das zu ladende Elektrofahrzeug an dem der Ladesäule 1 zugeordneten Stellplatz erfasst. Möglich ist auch die Voranmeldung eines Nutzers durch ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone mit einer geeigneten App, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einem festgelegten Zeitfenster startet. Denkbar ist auch eine Kombination der genannten Möglichkeiten. Der mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte erste Generator GE1 wird durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den ersten Generator GE1 erzeugte elektrische Energie wird ausschließlich und zu 100 % für die Aufladung des Elektrofahrzeugs verwendet. In alternativen Anwendungsfällen, kann ein Teil der durch den ersten Generator GE1 erzeugten Energie auch zur Aufladung des Energiespeichers verwendet werden. Der ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte zweite Generator GE2 wird ebenso durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den zweiten Generator GE2 erzeugte elektrische Energie wird zur Aufladung des in der Ladesäule 1 angeordneten Energiespeichers sowie während der Aufladung des Elektrofahrzeugs für den Betrieb der HMI-Einheit H, der Steuerung S und der Kommunikationseinheit K verwendet. Danach erfolgt der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs durch die vom Generator GE1 erzeugte elektrische Energie. Üblicherweise gibt ein Nutzer über die HMI-Einheit H einen Startbefehl zur Aufladung.The method according to the invention can also be initiated by sensors, e.g. a radar sensor, which detects the electric vehicle to be charged at the parking space assigned to the charging column 1. It is also possible for a user to register in advance using a mobile device, e.g. a smartphone with a suitable app, so that the method according to the invention starts in a specified time window. A combination of the options mentioned is also conceivable. The first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle. In alternative applications, some of the energy generated by the first generator GE1 can also be used to charge the energy store. The second generator GE2, which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle. The electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1. Usually, a user gives a start command for charging via the HMI unit H.
Das Elektrofahrzeug wird durch das an der Anschlussvorrichtung A angeschlossene Ladekabel durch die Ladesäule 1 mit elektrischer Energie versorgt, in diesem Ausführungsbeispiel mit maximal 150 kW. Nach erfolgter Aufladung des Elektrofahrzeugs wird der Vorgang der Energiekonversion beendet, der Verbrennungsmotor M wird gestoppt und der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs beendet. Es fließt also keine elektrische Energie mehr von der Ladesäule 1 an das Elektrofahrzeug. Die Ladesäule 1 wird wieder in den Ruhezustand versetzt. Ein Ausführungsbeispiel für den Energiefluss während des Ladevorgangs zwischen den Komponenten der Ladesäule 1 zeigt Fig. 2. Der Verbrennungsmotor M als Energiekonversionsvorrichtung erzeugt eine Nennleistung von 180 kW, die an die Generatoren GE1 und GE2 übertragen werden. Der erste Generator GE1 erzeugt einen elektrischen Strom mit der Leistung von 150 kW, der zweite Generator GE2 eine Stromleistung von 6 kW. Die vom zweiten Generator GE2 erzeugten 30 kW Stromleistung werden in die Batterie B geleitet, um diese aufzuladen. Mit 70 W der vom ersten Generator GE1 erzeugten Energieleistung werden Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit Strom versorgt. In den Gleichrichter GR gelangen daher 150 kW. Der vom ersten Generator GE1 erzeugte Wechselstrom wird im Gleichrichter GR in einen Gleichstrom umgewandelt. Der vom Gleichrichter GR erzeugte Gleichstrom (150 kW) wird in das an der Anschlussvorrichtung A angeordnete Ladekabel gespeist. Die Batterie B mit einer Kapazität von 50 kWh versorgt im Ruhezustand die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit insgesamt 70 W und den Verbrennungsmotor M mit 500 W. The electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW. After the electric vehicle has been charged, the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state. An exemplary embodiment for the energy flow during the charging process between the components of the charging station 1 is shown in FIG. 2. The internal combustion engine M as an energy conversion device generates a nominal output of 180 kW, which is transmitted to the generators GE1 and GE2. The first generator GE1 generates an electrical current with an output of 150 kW, the second generator GE2 an electrical output of 6 kW. The 30 kW power output generated by the second generator GE2 is fed into the battery B in order to charge it. The control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are supplied with power with 70 W of the power generated by the first generator GE1. 150 kW therefore get into the rectifier GR. The alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR. The direct current (150 kW) generated by the rectifier GR is fed into the charging cable arranged on the connection device A. The battery B with a capacity of 50 kWh supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with a total of 70 W and the combustion engine M with 500 W.
Die erfindungsgemäße Ladesäule 1 wird wie dargelegt also durch die in der Batterie B gespeicherte elektrische Energie, den diese speisenden Generator GE2 und letztlich durch den im Tank T gelagerten Kraftstoff als primäre Energiequelle mit Energie versorgt. Die erfindungsgemäße Ladesäule 1 benötigt daher keine externe Energiequelle, z.B. einen Stromanschluss, für die Aufladung eines Elektrofahrzeugs. Die Kosten für den Anschluss an eine externe Stromquelle erfordern erfahrungsgemäß einen hohen Aufwand und sind mit hohen Kosten verbunden. Die erfindungsgemäße Ladesäule 1 ist kostengünstiger zu installieren als z.B. eine Ladesäule, die ihren Primärstrom aus dem verfügbaren Stromnetz bezieht. The charging station 1 according to the invention is thus supplied with energy, as explained, by the electrical energy stored in the battery B, the generator GE2 feeding it, and ultimately by the fuel stored in the tank T as the primary energy source. The charging column 1 according to the invention therefore does not require an external energy source, e.g. a power connection, for charging an electric vehicle. Experience has shown that the costs of connecting to an external power source require a lot of effort and are associated with high costs. The charging column 1 according to the invention is more economical to install than, for example, a charging column that draws its primary current from the available electricity network.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen Startvorgang initiiert. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Ladesäule 1 in einem Ruhezustand (Stand-By), in dem lediglich die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H betriebsbereit sind. Durch den Startvorgang wird die Ladesäule 1 in einen Betriebszustand versetzt. Dazu wird zuerst der Vorgang der Energiekonversion mithilfe der Energiekonversionsvorrichtung, in diesem Ausführungsbeispiel ein Verbrennungsmotor, gestartet. Eine am Verbrennungsmotor M verbaute Starteinrichtung startet den Verbrennungsmotor M, der mit Kraftstoff aus dem Tank T versorgt wird. Der mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte erste Generator GE1 wird durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den ersten Generator GE1 erzeugte elektrische Energie wird ausschließlich und zu 100 % für die Aufladung des Elektrofahrzeugs verwendet. The method according to the invention is initiated by a start process. Up to this point in time, the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation. The charging station 1 is put into an operating state by the starting process. To do this, the process of energy conversion is first used the energy conversion device, in this embodiment an internal combustion engine, started. A starting device installed on the internal combustion engine M starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T. The first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle.
Der ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte zweite Generator GE2 wird ebenso durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den zweiten Generator GE2 erzeugte elektrische Energie wird zur Aufladung des in der Ladesäule 1 angeordneten Energiespeichers sowie während der Aufladung des Elektrofahrzeugs für den Betrieb der HMI-Einheit H, der Steuerung S und der Kommunikationseinheit K verwendet. Danach erfolgt der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs durch die vom Generator GE1 erzeugte elektrische Energie. Üblicherweise gibt ein Nutzer über die HMI-Einheit H einen Startbefehl zur Aufladung. Das Elektrofahrzeug wird durch das an der Anschlussvorrichtung A angeschlossene Ladekabel durch die Ladesäule 1 mit elektrischer Energie versorgt, in diesem Ausführungsbeispiel mit maximal 150 kW. Nach erfolgter Aufladung des Elektrofahrzeugs wird der Vorgang der Energiekonversion beendet, der Verbrennungsmotor M wird gestoppt und der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs beendet. Es fließt also keine elektrische Energie mehr von der Ladesäule 1 an das Elektrofahrzeug. Die Ladesäule 1 wird wieder in den Ruhezustand versetzt. The second generator GE2, which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle. The electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1. Usually, a user gives a start command for charging via the HMI unit H. The electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW. After the electric vehicle has been charged, the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 mit Darstellung der Verbindungen mittels Stromleitungen zwischen den Komponenten innerhalb der Ladesäule 1. Die Ladesäule 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Wechselrichter WR auf. In der Ladesäule 1 wird die elektrische Energie zur Abgabe an ein Elektrofahrzeug durch den Verbrennungsmotor M als Energiekonversionsvorrichtung erzeugt. Der Verbrennungsmotor M ist ein Kolben-Verbrennungsmotor mit einer Wellenleistung von 70 kW, betrieben wird der Verbrennungsmotor M mit Methanol oder Ethanol oder einem Gemisch von Methanol und Ethanol. Die Lagerung des Kraftstoffs erfolgt in der Ladesäule 1 in dem Tank T. 3 shows a schematic view of the charging column 1 according to the invention, showing the connections by means of power lines between the components within the charging column 1. In this exemplary embodiment, the charging column 1 has an inverter WR. In the charging station 1, the electrical energy for delivery to an electric vehicle is generated by the internal combustion engine M as an energy conversion device. The internal combustion engine M is a piston internal combustion engine with a Shaft power of 70 kW, the internal combustion engine M is operated with methanol or ethanol or a mixture of methanol and ethanol. The fuel is stored in the charging station 1 in the tank T.
Der Verbrennungsmotor M treibt den ersten Generator GE1 durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor M erzeugte kinetische Energie wird also durch den ersten Generator GE1 in elektrische Energie umgewandelt, in einen Wechselstrom. Der Verbrennungsmotor M ist über das erste Kopplungselement KE1 mit dem ersten Generator GE1 verbunden. Der erste Generator GE1 erzeugt eine elektrische Leistung von 50 kW. Der vom ersten Generator GE1 erzeugte Wechselstrom wird im Gleichrichter GR in einen Gleichstrom umgewandelt. Über das von dem ersten Kopplungselement KE1 separat angeordnete zweite Kopplungselement KE2 ist der Verbrennungsmotor M mit einem zweiten Generator GE2 verbunden. Der zweite Generator GE2 wird ebenfalls wie der erste Generator GE1 durch Rotation des Verbrennungsmotors M angetrieben, die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M in elektrische Energie umgewandelt. Der zweite Generator GE2 erzeugt einen Gleichstrom mit einer Spannung von 12 V. The internal combustion engine M drives the first generator GE1 by rotation. The kinetic energy generated by the internal combustion engine M is thus converted by the first generator GE1 into electrical energy, into an alternating current. The internal combustion engine M is connected to the first generator GE1 via the first coupling element KE1. The first generator GE1 generates an electrical power of 50 kW. The alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR. The internal combustion engine M is connected to a second generator GE2 via the second coupling element KE2, which is arranged separately from the first coupling element KE1. The second generator GE2, like the first generator GE1, is driven by the rotation of the internal combustion engine M, and the kinetic energy of the internal combustion engine M is converted into electrical energy. The second generator GE2 generates a direct current with a voltage of 12 V.
Die HMI-Einheit H weist die Anzeige- und Bedieneinrichtung auf, auf dem die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs abgerufen und angezeigt werden. Außerdem kann ein Nutzer den Ladevorgang einleiten bzw. beenden sowie bezahlen. Die wiederaufladbare Batterie B (Akku) weist eine Kapazität von 50 kWh auf und wird vom zweiten Generator GE2 während der Aufladung des Elektrofahrzeugs aufgeladen. Gleichzeitig versorgt die Batterie B die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit elektrischer Energie für den Betrieb sowie den Verbrennungsmotor M mit elektrischer Energie für Start und Betrieb. Die Ladesäule 1 weist außerdem die Anschlussvorrichtung A für ein oder mehrere Ladekabel auf, mit dem ein zu ladendes Elektrofahrzeug geladen wird. Das Ladekabel weist außerdem eine Datenleitung auf, die eine Datenverbindung zwischen Steuereinheit S und Elektrofahrzeug herstellt. Über die Datenleitung wird eine Kommunikation zur Batterie des zu ladenden Elektrofahrzeugs aufgebaut und die erforderlichen Daten wie Ladezustand, Ladespannung und Ladestrom abgefragt. Die Steuereinheit S stellt aufgrund dieser Daten die Parameter des Ladestroms ein. Über die Kommunikationseinheit K, die eine Internetverbindung z.B. mit einem Cloud-Speicher herstellt, ist die Ladesäule 1 mit dem Betreiber der Ladesäule 1 und einer Mehrzahl von Ladesäulen verbunden. Die Batterie B ist in diesem Ausführungsbeispiel über einen Wechselrichter WR und dem Gleichrichter GR mit der Anschlussvorrichtung A für das Ladekabel verbunden. Während des Ladevorgangs funktionieren Wechselrichter GW und Gleichrichter GR als Leistungseinheit, die Ladezustand des zu ladenden Elektrofahrzeugs, Ladespannung und Ladestrom der Ladesäule 1 einstellen. The HMI unit H has the display and operating device on which the data that are important for a user, such as charging current, charging duration and costs of the charging process, are called up and displayed. In addition, a user can initiate or end the charging process and pay. The rechargeable battery B (accumulator) has a capacity of 50 kWh and is charged by the second generator GE2 while the electric vehicle is being charged. At the same time, the battery B supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with electrical energy for operation and the internal combustion engine M with electrical energy for starting and operating. The charging column 1 also has the connection device A for one or more charging cables with which an electric vehicle to be charged is charged. The charging cable also has a data line that establishes a data connection between the control unit S and the electric vehicle. Communication with the battery of the electric vehicle to be charged is established via the data line and the required data such as charge status, charge voltage and charge current are queried. the Control unit S sets the parameters of the charging current on the basis of this data. The charging column 1 is connected to the operator of the charging column 1 and a plurality of charging columns via the communication unit K, which establishes an Internet connection, for example with a cloud storage device. In this exemplary embodiment, the battery B is connected to the connection device A for the charging cable via an inverter WR and the rectifier GR. During the charging process, the inverter GW and rectifier GR function as a power unit, which set the state of charge of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen Startvorgang initiiert. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Ladesäule 1 in einem Ruhezustand (Stand-By), in dem lediglich die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H betriebsbereit sind. Durch den Startvorgang wird die Ladesäule 1 in einen Betriebszustand versetzt. Dazu wird zuerst der Vorgang der Energiekonversion gestartet. Eine am Verbrennungsmotor M (Energiekonversionsvorrichtung) verbaute Starteinrichtung startet den Verbrennungsmotor M, der mit Kraftstoff aus dem Tank T versorgt wird. Der mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte erste Generator GE1 wird durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den ersten Generator GE1 erzeugte elektrische Energie wird ausschließlich und zu 100 % für die Aufladung des Elektrofahrzeugs verwendet. Der ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte zweite Generator GE2 wird ebenso durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den zweiten Generator GE2 erzeugte elektrische Energie wird zur Aufladung des in der Ladesäule 1 angeordneten Energiespeichers sowie während der Aufladung des Elektrofahrzeugs für den Betrieb der HMI-Einheit H, der Steuerung S und der Kommunikationseinheit K verwendet. Danach erfolgt der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs durch die vom Generator GE1 erzeugte elektrische Energie. Üblicherweise gibt ein Nutzer über die HMI-Einheit H einen Startbefehl zur Aufladung. Das Elektrofahrzeug wird durch das an der Anschlussvorrichtung A angeschlossene Ladekabel durch die Ladesäule 1 mit elektrischer Energie versorgt, in diesem Ausführungsbeispiel mit maximal 150 kW. Nach erfolgter Aufladung des Elektrofahrzeugs wird der Vorgang der Energiekonversion beendet, der Verbrennungsmotor M wird gestoppt und der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs beendet. Es fließt also keine elektrische Energie mehr von der Ladesäule 1 an das Elektrofahrzeug. Die Ladesäule 1 wird wieder in den Ruhezustand versetzt. The method according to the invention is initiated by a start process. Up to this point in time, the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation. The charging station 1 is put into an operating state by the starting process. To do this, the energy conversion process is started first. A starting device installed on the internal combustion engine M (energy conversion device) starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T. The first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle. The second generator GE2, which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle. The electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1. Usually, a user gives a start command for charging via the HMI unit H. The electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW. After the electric vehicle has been charged, the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Energiefluss während des Ladevorgangs zwischen den Komponenten der Ladesäule 1 zeigt Fig. 4. Primäre Energiequelle für den Ladevorgang ist der im Tank T gelagerte Kraftstoff (Methanol/Ethanol oder ein Gemisch von Methanol und Ethanol) mit einem angenommenen nutzbaren Energiegehalt von 6,28 kWh/i. Der Verbrennungsmotor M (Energiekonversionsvorrichtung) erzeugt eine Nennleistung von 70 kW, die an die Generatoren GE1 und GE2 übertragen werden. Der erste Generator GE1 erzeugt einen elektrischen Strom mit der Leistung von 50 kW, der zweite Generator GE2 eine Stromleistung von 5 kW. Die vom zweiten Generator GE2 erzeugten 5 kW Stromleistung werden abzüglich 70 W in die Batterie B geleitet, um diese aufzuladen. Mit 70 W der vom zweiten Generator GE2 erzeugten Energieleistung werden die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit Strom versorgt. In den Gleichrichter GR gelangen daher 50 kW Stromleistung, erzeugt vom ersten Generator GE1. Der vom ersten Generator GE1 erzeugte Wechselstrom wird im Gleichrichter GR in einen Gleichstrom umgewandelt. Der vom Gleichrichter GR erzeugte Gleichstrom (50 kW) wird in das an der Anschlussvorrichtung A angeordnete Ladekabel gespeist. Die Batterie B mit einer Kapazität von 50 kWh versorgt im Ruhezustand die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit insgesamt 70 W und den Verbrennungsmotor M mit 500 W. Außerdem speist in diesem Ausführungsbeispiel die Batterie B mit 50 kW Stromleistung den Gleichrichter GR. Diese 50 kW Stromleistung werden als Gleichstrom zusätzlich zu den rund 50 kW der durch den ersten Generator GE1 erzeugten Stromleistung ebenfalls an den Energiespeicher des zu ladenden Elektrofahrzeugs und/oder an ein zweites zu ladendes Elektrofahrzeug geleitet, das mittels eines an der Anschlussvorrichtung A angeschlossenen zweiten Ladekabels mit der Ladesäule 1 verbunden ist. Der Gleichrichter GR funktioniert insbesondere als Leistungseinheit. Aufgrund dieser vorteilhaften Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ladedauer deutlich verkürzt. Another exemplary embodiment for the energy flow during the charging process between the components of the charging station 1 is shown in FIG. 4. The primary energy source for the charging process is the fuel stored in the tank T (methanol / ethanol or a mixture of methanol and ethanol) with an assumed usable energy content of 6.28 kWh / i. The internal combustion engine M (energy conversion device) generates a nominal output of 70 kW, which is transmitted to the generators GE1 and GE2. The first generator GE1 generates an electrical current with an output of 50 kW, the second generator GE2 an electrical output of 5 kW. The 5 kW power output generated by the second generator GE2, minus 70 W, is fed into the battery B in order to charge it. The control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are supplied with power with 70 W of the power generated by the second generator GE2. Therefore, 50 kW of power, generated by the first generator GE1, reach the rectifier GR. The alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR. The direct current (50 kW) generated by the rectifier GR is fed into the charging cable arranged on the connection device A. The battery B with a capacity of 50 kWh supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with a total of 70 W and the internal combustion engine M with 500 W. In this exemplary embodiment, the battery B also supplies 50 kW of power Rectifier GR. This 50 kW power output is also conducted as direct current in addition to the approximately 50 kW power output generated by the first generator GE1 to the energy store of the electric vehicle to be charged and / or to a second electric vehicle to be charged, which is connected to a second charging cable connected to the connection device A. is connected to the charging station 1. The rectifier GR functions in particular as a Power unit. Due to this advantageous configuration of the method according to the invention, the charging time is significantly shortened.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen Startvorgang initiiert. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Ladesäule 1 in einem Ruhezustand (Stand-By), in dem lediglich die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H betriebsbereit sind. Durch den Startvorgang wird die Ladesäule 1 in einen Betriebszustand versetzt. Dazu wird zuerst der Vorgang der Energiekonversion gestartet. Eine am Verbrennungsmotor M als Energiekonversionsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels verbaute Starteinrichtung startet den Verbrennungsmotor M, der mit Kraftstoff aus dem Tank T versorgt wird. Der mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte erste Generator GE1 wird durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den ersten Generator GE1 erzeugte elektrische Energie wird ausschließlich und zu 100 % für die Aufladung des Elektrofahrzeugs verwendet. Der ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte zweite Generator GE2 wird ebenso durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den zweiten Generator GE2 erzeugte elektrische Energie wird zur Aufladung des in der Ladesäule 1 angeordneten Energiespeichers sowie während der Aufladung des Elektrofahrzeugs für den Betrieb der HMI-Einheit H, der Steuerung S und der Kommunikationseinheit K verwendet. Danach erfolgt der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs durch die vom Generator GE1 erzeugte elektrische Energie. Üblicherweise gibt ein Nutzer über die HMI-Einheit H einen Startbefehl zur Aufladung. Das Elektrofahrzeug wird durch das an der Anschlussvorrichtung A angeschlossene Ladekabel durch die Ladesäule 1 mit elektrischer Energie versorgt, in diesem Ausführungsbeispiel mit maximal 150 kW. Nach erfolgter Aufladung des Elektrofahrzeugs wird der Vorgang der Energiekonversion beendet, der Verbrennungsmotor M wird gestoppt und der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs beendet. Es fließt also keine elektrische Energie mehr von der Ladesäule 1 an das Elektrofahrzeug. Die Ladesäule 1 wird wieder in den Ruhezustand versetzt. Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 mit Darstellung der Verbindungen mittels Stromleitungen zwischen den Komponenten innerhalb der Ladesäule 1. Die Ladesäule 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls einen Wechselrichter WR auf. In der Ladesäule 1 wird die elektrische Energie zur Abgabe an ein Elektrofahrzeug durch die Energiekonversionsvorrichtung, den Verbrennungsmotor M, erzeugt. Der Verbrennungsmotor M ist ein Kolben- Verbrennungsmotor mit einer Wellenleistung von 220 kW, betrieben wird der Verbrennungsmotor M mit Methanol oder Ethanol oder einem Gemisch von Methanol und Ethanol. Die Lagerung des Kraftstoffs erfolgt in der Ladesäule 1 in dem Tank T. The method according to the invention is initiated by a start process. Up to this point in time, the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation. The charging station 1 is put into an operating state by the starting process. To do this, the energy conversion process is started first. A starting device installed on the internal combustion engine M as an energy conversion device of this exemplary embodiment starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T. The first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle. The second generator GE2, which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy storage device arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle. The electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1. Usually, a user gives a start command for charging via the HMI unit H. The electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 150 kW. After the electric vehicle has been charged, the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state. 5 shows a schematic view of the charging column 1 according to the invention, showing the connections by means of power lines between the components within the charging column 1. In this exemplary embodiment, the charging column 1 also has an inverter WR. In the charging station 1, the electrical energy for delivery to an electric vehicle is generated by the energy conversion device, the internal combustion engine M. The internal combustion engine M is a piston internal combustion engine with a shaft power of 220 kW; the internal combustion engine M is operated with methanol or ethanol or a mixture of methanol and ethanol. The fuel is stored in the charging station 1 in the tank T.
Der Verbrennungsmotor M treibt den ersten Generator GE1 durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor M erzeugte kinetische Energie wird also durch den ersten Generator GE1 in elektrische Energie umgewandelt, in einen Wechselstrom. Der Verbrennungsmotor M ist über das erste Kopplungselement KE1 mit dem ersten Generator GE1 verbunden. Der erste Generator GE1 erzeugt eine elektrische Leistung von 200 kW. Der vom ersten Generator GE1 erzeugte Wechselstrom wird im Gleichrichter GR in einen Gleichstrom umgewandelt. Über das von dem ersten Kopplungselement KE1 separat angeordnete zweite Kopplungselement KE2 ist der Verbrennungsmotor M mit einem zweiten Generator GE2 verbunden. Der zweite Generator GE2 wird ebenfalls wie der erste Generator GE1 durch Rotation des Verbrennungsmotors M angetrieben, die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M in elektrische Energie umgewandelt. Der zweite Generator GE2 erzeugt einen Gleichstrom mit einer Spannung von 48 V. The internal combustion engine M drives the first generator GE1 by rotation. The kinetic energy generated by the internal combustion engine M is thus converted by the first generator GE1 into electrical energy, into an alternating current. The internal combustion engine M is connected to the first generator GE1 via the first coupling element KE1. The first generator GE1 generates an electrical power of 200 kW. The alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR. The internal combustion engine M is connected to a second generator GE2 via the second coupling element KE2, which is arranged separately from the first coupling element KE1. The second generator GE2, like the first generator GE1, is driven by the rotation of the internal combustion engine M, and the kinetic energy of the internal combustion engine M is converted into electrical energy. The second generator GE2 generates a direct current with a voltage of 48 V.
Die HMI-Einheit H weist die Anzeige- und Bedieneinrichtung auf, auf dem die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs abgerufen und angezeigt werden. Außerdem kann ein Nutzer den Ladevorgang einleiten bzw. beenden sowie bezahlen. Die wiederaufladbare Batterie B (Akku) weist eine Kapazität von 50 kWh auf und wird vom zweiten Generator GE2 während der Aufladung des Elektrofahrzeugs aufgeladen. Gleichzeitig versorgt die Batterie B die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit elektrischer Energie für den Betrieb sowie den Verbrennungsmotor M mit elektrischer Energie für Start und Betrieb. The HMI unit H has the display and operating device on which the data that are important for a user, such as charging current, charging duration and costs of the charging process, are called up and displayed. In addition, a user can initiate or end the charging process and pay. The rechargeable battery B (accumulator) has a capacity of 50 kWh and is charged by the second generator GE2 while the electric vehicle is being charged. At the same time, the battery B supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with it electrical energy for operation and the internal combustion engine M with electrical energy for start and operation.
Die Ladesäule 1 weist außerdem die Anschlussvorrichtung A für ein oder mehrere Ladekabel auf, mit dem ein zu ladendes Elektrofahrzeug geladen wird. Das Ladekabel weist außerdem eine Datenleitung auf, die eine Datenverbindung zwischen Steuereinheit S und Elektrofahrzeug herstellt. Über die Datenleitung wird eine Kommunikation zur Batterie des zu ladenden Elektrofahrzeugs aufgebaut und die erforderlichen Daten wie Ladezustand, Ladespannung und Ladestrom abgefragt. Die Steuereinheit S stellt aufgrund dieser Daten die Parameter des Ladestroms ein. Über die Kommunikationseinheit K, die eine Internetverbindung z.B. mit einem Cloud-Speicher herstellt, ist die Ladesäule 1 mit dem Betreiber der Ladesäule 1 und einer Mehrzahl von Ladesäulen verbunden. The charging column 1 also has the connection device A for one or more charging cables with which an electric vehicle to be charged is charged. The charging cable also has a data line that establishes a data connection between the control unit S and the electric vehicle. Communication with the battery of the electric vehicle to be charged is established via the data line and the required data such as charge status, charge voltage and charge current are queried. The control unit S sets the parameters of the charging current on the basis of this data. The charging column 1 is connected to the operator of the charging column 1 and a plurality of charging columns via the communication unit K, which establishes an Internet connection, for example with a cloud storage device.
Die Batterie B ist in diesem Ausführungsbeispiel über einen Wechselrichter WR und dem Gleichrichter GR mit der Anschlussvorrichtung A für das Ladekabel verbunden. Während des Ladevorgangs funktionieren Wechselrichter GW und Gleichrichter GR als Leistungseinheit, die Ladezustand des zu ladenden Elektrofahrzeugs, Ladespannung und Ladestrom der Ladesäule 1 einstellen. Ein erstes zu ladendes Elektrofahrzeug wird in diesem Ausführungsbeispiel mit rund 200 kW Gleichstrom geladen, der von dem ersten Generator GE1 erzeugt wird. Ein zweites zu ladendes Elektrofahrzeug wird mit 50 kW Wechselstrom durch die Batterie B geladen. In this exemplary embodiment, the battery B is connected to the connection device A for the charging cable via an inverter WR and the rectifier GR. During the charging process, the inverter GW and rectifier GR function as a power unit, which set the state of charge of the electric vehicle to be charged, the charging voltage and the charging current of the charging station 1. In this exemplary embodiment, a first electric vehicle to be charged is charged with around 200 kW direct current, which is generated by the first generator GE1. A second electric vehicle to be charged is charged by battery B with 50 kW alternating current.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen Startvorgang initiiert. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Ladesäule 1 in einem Ruhezustand (Stand-By), in dem lediglich die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H betriebsbereit sind. Durch den Startvorgang wird die Ladesäule 1 in einen Betriebszustand versetzt. Dazu wird zuerst der Vorgang der Energiekonversion in der Energiekonversionsvorrichtung (Verbrennungsmotor M) gestartet. Eine am Verbrennungsmotor M verbaute Starteinrichtung startet den Verbrennungsmotor M, der mit Kraftstoff aus dem Tank T versorgt wird. The method according to the invention is initiated by a start process. Up to this point in time, the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation. The charging station 1 is put into an operating state by the starting process. For this purpose, the energy conversion process is first started in the energy conversion device (internal combustion engine M). One on Combustion engine M built-in starting device starts the combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T.
Der mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte erste Generator GE1 wird durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den ersten Generator GE1 erzeugte elektrische Energie wird ausschließlich und zu 100 % für die Aufladung des Elektrofahrzeugs verwendet. Der ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte zweite Generator GE2 wird ebenso durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den zweiten Generator GE2 erzeugte elektrische Energie wird zur Aufladung des in der Ladesäule 1 angeordneten Energiespeichers sowie während der Aufladung des Elektrofahrzeugs für den Betrieb der HMI-Einheit H, der Steuerung S und der Kommunikationseinheit K verwendet. The first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle. The second generator GE2, which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle.
Danach erfolgt der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs durch die vom Generator GE1 erzeugte elektrische Energie. Üblicherweise gibt ein Nutzer über die HMI-Einheit H einen Startbefehl zur Aufladung. Das Elektrofahrzeug wird durch das an der Anschlussvorrichtung A angeschlossene Ladekabel durch die Ladesäule 1 mit elektrischer Energie versorgt, in diesem Ausführungsbeispiel mit maximal 200 kW. Nach erfolgter Aufladung des Elektrofahrzeugs wird der Vorgang der Energiekonversion beendet, der Verbrennungsmotor M wird gestoppt und der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs beendet. Es fließt also keine elektrische Energie mehr von der Ladesäule 1 an das Elektrofahrzeug. Die Ladesäule 1 wird wieder in den Ruhezustand versetzt. The electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1. Usually, a user gives a start command for charging via the HMI unit H. The electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging column 1 through the charging cable connected to the connection device A, in this exemplary embodiment with a maximum of 200 kW. After the electric vehicle has been charged, the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the charging station 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Energiefluss während des Ladevorgangs zwischen den Komponenten der Ladesäule 1 zeigt Fig. 6. Primäre Energiequelle für den Ladevorgang ist der im Tank T gelagerte Kraftstoff (Methanol/Ethanol oder ein Gemisch von Methanol und Ethanol) mit einem angenommenen nutzbaren Energiegehalt von 6,28 kWh/i. Der Verbrennungsmotor M (Energiekonsversionsvorrichtung) erzeugt eine Nennleistung von 220 kW, die an die Generatoren GE1 und GE2 übertragen werden. Der erste Generator GE1 erzeugt einen elektrischen Strom mit der Leistung von 200 kW, der zweite Generator GE2 eine Stromleistung von 5 kW. Die vom zweiten Generator GE2 erzeugten 5 kW Stromleistung werden abzüglich 70 W in die Batterie B geleitet, um diese aufzuladen. Mit 70 W der vom zweiten Generator GE2 erzeugten Energieleistung werden Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit Strom versorgt. Another exemplary embodiment for the energy flow during the charging process between the components of the charging station 1 is shown in FIG. 6. The primary energy source for the charging process is the fuel stored in the tank T (methanol / ethanol or a mixture of methanol and ethanol) with an assumed usable energy content of 6.28 kWh / i. The internal combustion engine M (energy consumption device) generates a Nominal power of 220 kW, which is transmitted to the generators GE1 and GE2. The first generator GE1 generates an electrical current with the power of 200 kW, the second generator GE2 a power output of 5 kW. The 5 kW power output generated by the second generator GE2, minus 70 W, is fed into the battery B in order to charge it. The control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are supplied with power with 70 W of the energy generated by the second generator GE2.
In den Gleichrichter GR gelangen daher 200 kW Stromleistung, erzeugt vom ersten Generator GE1. Der vom ersten Generator GE1 erzeugte Wechselstrom wird im Gleichrichter GR in einen Gleichstrom umgewandelt. Der vom Gleichrichter GR erzeugte Gleichstrom (200 kW) wird in das an der Anschlussvorrichtung A angeordnete Ladekabel gespeist. Die Batterie B mit einer Kapazität von 50 kWh versorgt im Ruhezustand die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H mit insgesamt 70 W und den Verbrennungsmotor M mit 500 W. Außerdem speist in diesem Ausführungsbeispiel die Batterie B mit 50 kW Stromleistung den Gleichrichter GR. Diese 50 kW Stromleistung werden als Gleichstrom zusätzlich zu den 200 kW der durch den ersten Generator GE1 erzeugten Stromleistung ebenfalls an den Energiespeicher des zu ladenden Elektrofahrzeugs und/oder an ein zweites zu ladendes Elektrofahrzeug geleitet, das mittels eines an der Anschlussvorrichtung A angeschlossenen zweiten Ladekabels mit der Ladesäule 1 verbunden ist. Der Gleichrichter GR funktioniert insbesondere als Leistungseinheit. Aufgrund dieser vorteilhaften Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ladedauer deutlich verkürzt. The rectifier GR therefore receives 200 kW of power generated by the first generator GE1. The alternating current generated by the first generator GE1 is converted into direct current in the rectifier GR. The direct current (200 kW) generated by the rectifier GR is fed into the charging cable arranged on the connection device A. The battery B with a capacity of 50 kWh supplies the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H with a total of 70 W and the internal combustion engine M with 500 W. In this exemplary embodiment, the battery B also supplies 50 kW of power Rectifier GR. This 50 kW power output is also conducted as direct current in addition to the 200 kW power output generated by the first generator GE1 to the energy store of the electric vehicle to be charged and / or to a second electric vehicle to be charged, which is connected to a second charging cable connected to the connection device A the charging station 1 is connected. The rectifier GR functions in particular as a power unit. Due to this advantageous configuration of the method according to the invention, the charging time is significantly shortened.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen Startvorgang initiiert. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Ladesäule 1 in einem Ruhezustand (Stand-By), in dem lediglich die Steuereinheit S, die Kommunikationseinheit K und die HMI-Einheit H betriebsbereit sind. Durch den Startvorgang wird die Ladesäule 1 in einen Betriebszustand versetzt. Dazu wird zuerst der Vorgang der Energiekonversion gestartet. Eine am Verbrennungsmotor M (Energiekonversionsvorrichtung) verbaute Starteinrichtung startet den Verbrennungsmotor M, der mit Kraftstoff aus dem Tank T versorgt wird. Der mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte erste Generator GE1 wird durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den ersten Generator GE1 erzeugte elektrische Energie wird ausschließlich und zu 100 % für die Aufladung des Elektrofahrzeugs verwendet. Der ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor M gekoppelte zweite Generator GE2 wird ebenso durch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors M angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Diese durch den zweiten Generator GE2 erzeugte elektrische Energie wird zur Aufladung des in der Ladesäule 1 angeordneten Energiespeichers sowie während der Aufladung des Elektrofahrzeugs für den Betrieb der HMI-Einheit H, der Steuerung S und der Kommunikationseinheit K verwendet. The method according to the invention is initiated by a start process. Up to this point in time, the charging station 1 is in an idle state (stand-by) in which only the control unit S, the communication unit K and the HMI unit H are ready for operation. The charging station 1 is put into an operating state by the starting process. To do this, the energy conversion process is started first. A starting device installed on the internal combustion engine M (energy conversion device) starts the internal combustion engine M, which is supplied with fuel from the tank T. The first generator GE1 coupled to the internal combustion engine M is driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the first generator GE1 is used exclusively and 100% for charging the electric vehicle. The second generator GE2, which is also coupled to the internal combustion engine M, is also driven by the kinetic energy of the internal combustion engine M and generates electrical energy. This electrical energy generated by the second generator GE2 is used to charge the energy store arranged in the charging column 1 and to operate the HMI unit H, the controller S and the communication unit K during the charging of the electric vehicle.
Danach erfolgt der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs durch die vom Generator GE1 erzeugte elektrische Energie. Üblicherweise gibt ein Nutzer über die HMI-Einheit H einen Startbefehl zur Aufladung. Das Elektrofahrzeug wird durch das an der Anschlussvorrichtung A angeschlossene Ladekabel durch die Ladesäule 1 mit elektrischer Energie versorgt, in diesem Ausführungsbeispiel mit maximal 250 kW (200 kW durch den ersten Generator GE1 , 50 kW durch die Batterie B). Nach erfolgter Aufladung des Elektrofahrzeugs wird der Vorgang der Energiekonversion beendet, der Verbrennungsmotor M wird gestoppt und der Vorgang der Aufladung des Elektrofahrzeugs beendet. Es fließt also keine elektrische Energie mehr von derThe electric vehicle is then charged using the electrical energy generated by the generator GE1. Usually, a user gives a start command for charging via the HMI unit H. The electric vehicle is supplied with electrical energy through the charging cable connected to the connection device A through the charging column 1, in this exemplary embodiment with a maximum of 250 kW (200 kW from the first generator GE1, 50 kW from the battery B). After the electric vehicle has been charged, the process of energy conversion is ended, the internal combustion engine M is stopped and the process of charging the electric vehicle is ended. So there is no more electrical energy flowing from the
Ladesäule 1 an das Elektrofahrzeug. Die Ladesäule 1 wird wieder in den Ruhezustand versetzt. Charging post 1 to the electric vehicle. The charging station 1 is put back into the idle state.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
1 Ladesäule 1 charging station
H HMI-Einheit H HMI unit
GW Gleichstromwandler GW DC converter
GE1 1. Generator GE1 1st generator
GE2 2. Generator GE2 2nd generator
S Steuereinheit S control unit
K Kommunikationseinheit K communication unit
B Batterie/Akku/Energiespeicher B battery / accumulator / energy storage
A Anschlussvorrichtung für Ladekabel A connection device for charging cable
T Tankeinheit T tank unit
GR1, GR2 Gleichrichter GR1, GR2 rectifier
WR Wechselrichter WR inverter
KE1 1. Kopplungselement KE1 1st coupling element
KE2 2. Kopplungselement KE2 2nd coupling element
G Gehäuse G housing
M Energiekonversionsvorrichtung (Verbrennungsmotor) M energy conversion device (internal combustion engine)

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E PAT EN TA NSPRÜ CHE
1. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) mit den Verfahrensschritten 1. Process for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) with the process steps
Erzeugen von kinetischer Energie mit einer Energiekonversionsvorrichtung (M) Speisen eines ersten Generators (GE1) mit der erzeugten kinetischen Energie Konvertieren der erzeugten kinetischen Energie in elektrische Energie mittels des ersten Generators (GE1) dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Generator (GE2) mit der erzeugten kinetischen Energie gespeist wird, und die erzeugte kinetische Energie in elektrische Energie mittels des zweiten Generators (GE2) konvertiert wird. Generating kinetic energy with an energy conversion device (M) feeding a first generator (GE1) with the generated kinetic energy. Converting the generated kinetic energy into electrical energy by means of the first generator (GE1), characterized in that a second generator (GE2) with the generated kinetic energy is fed, and the generated kinetic energy is converted into electrical energy by means of the second generator (GE2).
2. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (GE1) einen elektrischen Strom mit einer Spannung größer 100V erzeugt. 2. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to claim 1, characterized in that the first generator (GE1) generates an electric current with a voltage greater than 100V.
3. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (GE2) einen elektrischen Strom mit einer Spannung kleiner 250V erzeugt. 3. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to claim 2, characterized in that the second generator (GE2) generates an electric current with a voltage of less than 250V.
4. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der vom ersten Generator (GE1) erzeugte Strom zu 80%, bevorzugt 90% und besonders bevorzugt 100% für die Ladung eines Elektrofahrzeugs verwendet wird. 4. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that 80%, preferably 90% and particularly preferably 100% of the current generated by the first generator (GE1) used to charge an electric vehicle.
5. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der vom zweiten Generator (GE2) erzeugte Strom für die Ladung einer in der Ladesäule zugeordneten Energiespeicher (B) verwendet wird. 5. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the current generated by the second generator (GE2) is used to charge an energy store (B) assigned to the charging station. is used.
6. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (B) in der Ladesäule (1) angeordnet ist. 6. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to claim 5, characterized in that the battery (B) is arranged in the charging station (1).
7. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (GE1) über eine erste Kopplungseinrichtung (KE1) mit der erzeugten kinetischen Energie gespeist wird. 7. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first generator (GE1) is fed with the generated kinetic energy via a first coupling device (KE1).
8. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (GE2) über eine zweite Kopplungseinrichtung (KE2) mit der erzeugten kinetischen Energie gespeist wird. 8. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second generator (GE2) is fed with the generated kinetic energy via a second coupling device (KE2).
9. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kopplungseinrichtung (KE2) separat von der ersten Kopplungseinrichtung (KE1) angeordnet ist. 9. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to claim 8, characterized in that the second coupling device (KE2) is arranged separately from the first coupling device (KE1).
10. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (GE1) über die erste Kopplungseinrichtung (KE1) und der zweite Generator (GE2) über die zweite Kopplungseinrichtung (KE2) mit der Energiekonversionseinrichtung (M) geoppelt sind. 10. A method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to claim 8, characterized in that the first generator (GE1) via the first coupling device (KE1) and the second generator (GE2) via the second coupling device ( KE2) are coupled to the energy conversion device (M).
11. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der vom zweiten Generator (GE2) erzeugte Strom für den Betrieb einer HMI-Einheit (H), einer Steuerung (S) und/oder einer Kommunikationseinheit (K) verwendet wird, wobei die HMI-Einheit (H), die Steuerung (S) und/oder die Kommunikationseinheit (K) in der Ladesäule (1) angeordnet sind. 11. The method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the current generated by the second generator (GE2) for the operation of an HMI unit (H), a Control (S) and / or a communication unit (K) is used, the HMI unit (H), the control (S) and / or the communication unit (K) being arranged in the charging station (1).
12. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von Ladestrom für ein Elektrofahrzeug in einer Ladesäule (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der vom zweiten Generator (GE2) erzeugte Strom für die Aufladung eines Elektrofahrzeuges verwendet wird. 12. The method for generating and delivering charging current for an electric vehicle in a charging station (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the current generated by the second generator (GE2) is used to charge an electric vehicle.
13. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, umfassend 13. Charging column (1), which is suitable for charging electric vehicles and is intended to include
Eine erste Energiekonversionsvorrichtung (M) einen an die Energiekonversionsvorrichtung (M) angeschlossenen ersten Generator (GE1) dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Generator (GE2) an die Energiekonversionsvorrichtung (M) angeschlossen ist. A first energy conversion device (M) a first generator (GE1) connected to the energy conversion device (M), characterized in that a second generator (GE2) is connected to the energy conversion device (M).
14. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (GE1) und der zweite Generator (GE2) über separate Kopplungselemente (KE1, KE2) mit der Energiekonversionsvorrichtung (M) verbunden sind. 14. Charging column (1), which is suitable for charging electric vehicles and is provided for it, according to claim 13, characterized in that the first generator (GE1) and the second generator (GE2) via separate coupling elements (KE1, KE2) with the energy conversion device ( M) are connected.
15. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (GE1) über eine Stromleitung, die geeignet und dafür vorgesehen ist, den erzeugten Strom zu leiten, mit dem Ladekabelanschluss (A) verbunden ist. 15. Charging column (1) which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to claim 13 or 14, characterized in that the first generator (GE1) via a power line which is suitable and intended to conduct the generated electricity, is connected to the charging cable connection (A).
16. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (GE1) ausschließlich über eine oder mehrere Stromleitungen, die geeignet und dafür vorgesehen sind, den erzeugten Strom zu leiten, mit einem oder mehreren Ladekabelanschlüssen (A) verbunden ist. 16. Charging column (1) which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to claim 15, characterized in that the first generator (GE1) exclusively via one or more power lines that are suitable and intended to conduct the generated electricity , is connected to one or more charging cable connections (A).
17. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Generator (GE1) und dem Ladekabelanschluss (A) ein erster Gleichrichter (GR) geschaltet ist. 17. Charging column (1) which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to claim 15 or 16, characterized in that a first rectifier (GR) is connected between the first generator (GE1) and the charging cable connection (A).
18. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (GE2) über eine Stromleitung, die geeignet und dafür vorgesehen ist, den erzeugten Strom zu leiten, mit einer Batterie (B) verbunden ist. 18. Charging column (1) which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to one or more of claims 13 to 17, characterized in that the second generator (GE2) via a power line which is suitable and intended for the generated Conducting electricity is connected to a battery (B).
19. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Generator (GE2) und der Batterie (GR2) ein zweiter Gleichrichter (GR2) geschaltet ist. 19. Charging station (1) which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to claim 18, characterized in that a second rectifier (GR2) is connected between the second generator (GE2) and the battery (GR2).
20. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (B) über eine Stromleitung mit der Energiekonversionsvorrichtung (M) verbunden ist, wobei die Stromleitung dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die Energiekonversionsvorrichtung (M) mit elektrischer Energie zu versorgen. 20. Charging column (1) which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to one or more of claims 13 to 19, characterized in that the battery (B) is connected to the energy conversion device (M) via a power line, wherein the Power line is provided and suitable for supplying the energy conversion device (M) with electrical energy.
21. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (GE2) über eine Stromleitung, die geeignet und dafür vorgesehen ist den erzeugten Strom zu leiten, mit einer HMI-Einheit (H) , einer Kommunikationseinheit (K) und/oder einer Steuerung (S) verbunden ist. 21. Charging column (1), which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to one or more of claims 13 to 20, characterized in that the second generator (GE2) via a power line which is suitable and intended for the generated electricity is connected to an HMI unit (H), a communication unit (K) and / or a controller (S).
22. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (B) über einen Wechselrichter (WR) und eine Stromleitung mit dem ersten Gleichrichter (GR1) verbunden ist. 22. Charging column (1), which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to one or more of claims 13 to 21, characterized in that the battery (B) via an inverter (WR) and a power line with the first rectifier ( GR1) is connected.
23. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (B) über einen Gleichstromwandler (GR2) und eine Stromleitung mit dem Ladekabelanschluss (A) verbunden ist. 23. Charging column (1), which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to one or more of claims 13 to 22, characterized in that the battery (B) via a DC converter (GR2) and a power line with the charging cable connection (A ) connected is.
24. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (GE1) dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, Strom mit einer Spannung größer 100V zu erzeugen. 24. Charging column (1), which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to one or more of claims 13 to 23, characterized in that the first generator (GE1) is provided and suitable for supplying current with a voltage greater than 100V to create.
25. Ladesäule (1), die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet und dafür vorgesehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Generator (GE2) dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, Strom mit einer Spannung kleiner 250V zu erzeugen, bsp. 220V Hausstrom. 25. Charging column (1), which is suitable for charging electric vehicles and is provided for, according to one or more of claims 13 to 24, characterized in that the second generator (GE2) is provided and suitable for current with a voltage of less than 250V to generate, ex. 220V house electricity.
EP21730859.2A 2020-06-02 2021-06-01 Charging station Pending EP4157669A1 (en)

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