EP4178828A1 - Verfahren zur steuerung eines ladesäulensystems aus mindestens zwei ladesäulen und ladesäule zur nutzung in einem ladesäulensystem - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines ladesäulensystems aus mindestens zwei ladesäulen und ladesäule zur nutzung in einem ladesäulensystem

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EP4178828A1
EP4178828A1 EP21783454.8A EP21783454A EP4178828A1 EP 4178828 A1 EP4178828 A1 EP 4178828A1 EP 21783454 A EP21783454 A EP 21783454A EP 4178828 A1 EP4178828 A1 EP 4178828A1
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EP
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charging station
charging
fuel cell
oxide fuel
voltage battery
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EP21783454.8A
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French (fr)
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Christian Lucas
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Audi AG
Volkswagen AG
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Audi AG
Volkswagen AG
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Publication date
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    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/14—Details associated with the interoperability, e.g. vehicle recognition, authentication, identification or billing

Definitions

  • Method for controlling a charging station system consisting of at least two charging stations and a charging station for use in a charging station system
  • the invention relates to a method for controlling a charging station system comprising at least two charging stations, each of which is equipped with at least one solid oxide fuel cell and with a high-voltage battery that can be electrically connected or is electrically connected to the solid oxide fuel cell, with the charging stations being set up to supply an electrical charging current via a converter to provide an interface for connecting a battery-powered consumer, comprising the steps:
  • Fuel cells serve to provide electrical energy in a chemical reaction between a hydrogen-containing fuel and an oxygen-containing oxidizing agent, usually air.
  • an electrolyte layer made of a solid material that gives it its name, for example ceramic yttrium-doped zirconium dioxide, which is able to conduct oxygen ions while Electrons are not conducted.
  • the electrolyte layer is sandwiched between two electrode layers, namely the cathode layer, to which the air is supplied, and the anode layer, to which the fuel which may be formed by H2, CO, CH4 or similar hydrocarbons, is supplied.
  • Solid oxide fuel cells require high temperatures in excess of 700°C at which to operate.
  • KR 100963529 B1 describes a charging station with a battery charger and a control method that minimizes the cycles of switching a fuel cell on and off while several electric vehicles are being charged.
  • CN 104 393 626 A1 discloses a charging station that is operated with a solid oxide fuel cell. A system of several fuel cells connected in parallel for the supply of an electrical load is known from JP 2005 019 182 A.
  • the object of the present invention is to provide a method to reduce the energy loss caused by the heating of the solid oxide fuel cell in of a charging station can be minimized by interconnecting several charging stations. It is also the object of the invention to specify a charging station for a charging station system for carrying out this method.
  • the method according to the invention is characterized in that at least two charging stations with a solid oxide fuel cell are used in a charging station system, the solid oxide fuel cells being electrically connectable or electrically connected to the high-voltage batteries, and the state of charge of a first charging station being checked, the high-voltage battery of the first Charging station is charged as soon as the state of charge has fallen below a first limit, and the high-voltage battery of the first charging station is charged using a second charging station when the state of charge of the high-voltage battery has fallen below a second limit.
  • the energy loss due to the frequent heating of the high-temperature fuel cell formed as a solid oxide fuel cell in the respective charging station can be minimized by intelligent electrical interconnection of several such charging stations, which increases the efficiency of the fuel cells used.
  • the electric power provided by the second charging station is generated by the solid oxide fuel cell of the second charging station.
  • a prerequisite for this can be that the temperature of the solid oxide fuel cell of the second charging station has a minimum temperature, otherwise charging also takes place via the high-voltage battery of the second charging station. This increases the charging energy of a charging station when usage is unequally distributed, since the solid oxide fuel cell does not have to be heated separately.
  • the at least one solid oxide fuel cell of the first charging station is switched off if it is determined that the high-voltage batteries of all other charging stations in the charging station system have a state of charge that has reached or exceeded the first limit value, thereby compensating for unequal states of charge.
  • the first charging station falls below the first limit value, that charging station is identified whose high-voltage battery is the next to reach or exceed the first limit value, and if the electrical power of the solid oxide fuel cell of this charging station is used to recharge the first charging station .
  • this charging station it is also possible for this charging station to be fully charged first and then for the first charging station to be charged with a lower state of charge. Good heat utilization of the solid oxide fuel cell is possible because start-up and warm-up losses are minimized.
  • the charging station whose solid oxide fuel cell is the warmest is identified, after which this solid oxide fuel cell is switched on first and the first for recharging the high-voltage battery charging station is used.
  • the warmest solid oxide fuel cell to charge the high-voltage battery, frequent heating of all solid oxide fuel cells can be avoided, which is characterized by a longer service life and lower investment costs for the charging station system.
  • the first limit value is in a range of 60 to 80 percent of the total battery capacity. In this way, the charging station does not have to be recharged immediately or permanently. This can be advantageous due to the required heating energy for the solid oxide fuel cell, since it only causes (delayed) recharging when it has an operating temperature that is optimized for efficiency.
  • the second limit value is in a range from 40 to 50 percent of the total battery capacity.
  • a third limit value that lies in a range of 15 to 20 percent of the total battery capacity.
  • a charging station comprising a high-voltage battery and at least one solid oxide fuel cell that is or can be connected via a DC voltage converter, the high-voltage battery and/or the solid oxide fuel cell being or can be connected via a converter to an interface in order to connect and recharge a battery-electric consumer.
  • the charging station is characterized in particular by the fact that on the battery side of the DC voltage converter there is a further electrical interface for the electrical connection of a further charging station, that a first switch for the electrical connection or for the electrical disconnection of the further charging station is integrated in a connection running to the further electrical interface, and that on the battery side a second switch for the electrical connection or for the electrical disconnection of the high-voltage battery from the connection running to the further electrical interface.
  • FIG. 1 shows a schematic operation of a charging station system for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a charging station for the charging station system
  • FIG 3 shows a schematic representation of the charging station system formed from a plurality of charging stations.
  • FIG. 1 shows a schematic sequence of the method for controlling a charging station system 10, the state of charge of a high-voltage battery 12 of a first charging station 8 first being checked (S100). If the state of charge of the high-voltage battery 12 of the first charging station 8 has fallen below a first limit value, which is, for example, in a range from 60 to 80 percent of a total battery capacity (S200), the high-voltage battery 12 is charged by a solid oxide fuel cell 1 of the first charging station 8 ( S300). If necessary, the battery of a consumer 13 connected to the first charging station 8 is also charged as well.
  • a first limit value which is, for example, in a range from 60 to 80 percent of a total battery capacity (S200)
  • S300 solid oxide fuel cell 1 of the first charging station 8
  • the battery of a consumer 13 connected to the first charging station 8 is also charged as well.
  • the high-voltage battery 12 of the first charging station 8 falls below the first limit value, it is possible to check whether other high-voltage batteries from other charging stations are fully or almost fully charged, and whether the solid oxide fuel cell of one of the other charging stations is available for recharging the first station , which is still "warm” and can therefore effect reloading with better efficiency.
  • the high-voltage battery 12 of the first charging station 8 is charged using an electrical current provided by a second charging station 9 (S500). The electrical current provided is provided by the second charging station 9 through the solid oxide fuel cell 2 . If the state of charge of the high-voltage battery 12 has fallen below a third limit value, which is, for example, in a range of 15 to 20 percent of the total battery capacity (S600), the high-voltage battery 12 of the first charging station 8 is charged using solid oxide fuel cells from several other charging stations (S700) .
  • FIG. 2 shows a schematic depiction of the first charging station 8 for a motor vehicle 13 that can be operated battery-electrically, with a hybrid vehicle also being included in this definition. All other charging stations of the charging station system 10 preferably have an identical structure.
  • the charging station 8 contains a solid oxide fuel cell 1, which generates electricity for charging the high-voltage battery 12 and/or the battery of a consumer 13 (eg an electric vehicle) using a fuel 14, for example natural gas provided from a natural gas network.
  • the high-voltage battery 12 is electrically connected to the solid oxide fuel cell 1 via a DC voltage converter 18, the high-voltage battery 12 and/or the solid oxide fuel cell 1 being connected or connectable to an interface 4 via a converter 3.
  • the DC-DC converter 18 On the battery side of the DC-DC converter 18 there is a further electrical interface 5 for the electrical connection of a further charging station 9 of the charging station system 10, with a first switch 6 for electrical connection or electrical disconnection in a connection running to the further electrical interface 5 the other charging station 9 is involved.
  • a second switch 7 On the battery side there is also a second switch 7 for the electrical connection or for the electrical disconnection of the high-voltage battery 12 from the connection running to the further electrical interface 5 in order to selectively electrically couple the high-voltage battery to the further, second charging station 9 or to its own solid oxide fuel cell 1 .
  • FIG. 3 shows a schematic structure of a charging station system 10.
  • the high-voltage battery 12 of the first charging station 8 falls below a first limit value
  • the high-voltage battery 12 is charged by the solid oxide fuel cell 1 of the first charging station 8.
  • the high-voltage battery 12 of the first charging station 8 is charged with electricity using a solid oxide fuel cell 2 of the second charging station 9 .
  • the first charging station 8 is electrically supplied by the charging station in which at least one solid oxide fuel cell 2 is in operation and/or has a predetermined minimum temperature so that heating losses can be avoided.
  • solid oxide fuel cell second solid oxide fuel cell converter first interface second interface first switch second switch first charging station second charging station charging station system thermocompressor high-voltage battery motor vehicle fuel/natural gas air charging current thermal insulation direct current converter (DC/DC converter)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Ladesäulensystems aus mindestens zwei Ladesäulen, die jeweils mit wenigstens einer Festoxidbrennstoffzelle sowie mit einer elektrisch mit der Festoxidbrennstoffzelle elektrisch verbindbaren oder elektrisch verbundenen Hochvoltbatterie ausgerüstet sind. Die Ladesäulen sind eingerichtet, über einen Wandler elektrischen Ladestrom an einer Schnittstelle zum Anschluss eines batterieelektrisch betriebenen Verbrauchers bereitzustellen. Dabei werden folgende Schritte umfasst: Prüfen des Ladezustands der Hochvoltbatterie einer ersten Ladesäule, durch welche die elektrische Energie zum Aufladen des Verbrauchers über die Schnittstelle bereitgestellt wird, Aufladen der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule, und ggfs, des Verbrauchers, durch einen stromerzeugenden Betrieb der Festoxidbrennstoffzelle der ersten Ladesäule, wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule unter einen ersten Grenzwert gesunken ist, und Aufladen der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule mittels eines von einer zweiten Ladesäule bereitgestellten elektrischen Stroms, wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie unter einen zweiten Grenzwert gesunken ist, der unterhalb des ersten Grenzwerts liegt.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Ladesäulensystems aus mindestens zwei Ladesäulen und Ladesäule zur Nutzung in einem Ladesäulensystem
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Ladesäulensystems aus mindestens zwei Ladesäulen, die jeweils mit wenigstens einer Festoxid- brennstoffzelle sowie mit einer elektrisch mit der Festoxidbrennstoffzelle elektrisch verbindbaren oder elektrisch verbundenen Hochvoltbatterie ausgerüstet sind, wobei die Ladesäulen eingerichtet sind, über einen Wandler einen elektrischen Ladestrom an einer Schnittstelle zum Anschluss eines batterieelektrisch betriebenen Verbrauchers bereitzustellen, umfassend die Schritte:
- Prüfen des Ladezustands der Hochvoltbatterie einer ersten Ladesäule, durch welche die elektrische Energie zum Aufladen des Verbrauchers über die Schnittstelle bereitgestellt wird,
- Aufladen der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule, und ggfs. des Verbrauchers, durch einen stromerzeugenden Betrieb der Festoxidbrennstoffzelle der ersten Ladesäule, wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule unter einen ersten Grenzwert gesunken ist, und
- Aufladen der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule mittels eines von einer zweiten Ladesäule bereitgestellten elektrischen Stroms, wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie unter einen zweiten Grenzwert gesunken ist, der unterhalb des ersten Grenzwerts liegt.
Brennstoffzellen dienen dazu, in einer chemischen Reaktion zwischen einem wasserstoffhaltigen Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel, in der Regel Luft, elektrische Energie bereitzustellen. Bei einer Festoxid-Brenn- stoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell SOFC) besteht dabei eine Elektrolytschicht aus einem namensgebenden festen Werkstoff, z.B. keramischen yttriumdotierten Zirkoniumdioxid, der in der Lage ist, Sauerstoffionen zu leiten, während Elektronen nicht geleitet werden. Die Elektrolytschicht ist zwischen zwei Elektrodenschichten aufgenommen, nämlich der Kathodenschicht, der die Luft zugeführt wird, und der Anodenschicht, die mit dem Brennstoff versorgt wird, der durch H2, CO, CH4 oder ähnliche Kohlenwasserstoffe gebildet sein kann. Wird die Luft durch die Kathodenschicht zu der Elektrolytschicht geführt, nimmt der Sauerstoff zwei Elektronen auf und die gebildeten Sauerstoffionen O2- bewegen sich durch die Elektrolytschicht zu der Anodenschicht, wobei die Sauerstoffionen dort mit dem Brennstoff reagieren unter Bildung von Wasser und CO2. Ka- thodenseitig findet die folgende Reaktion statt: O2 + 2e_ 2O2’ (Reduk- tion/Elektronenaufnahme). An der Anode erfolgen die folgende Reaktionen: H2
Festoxid-Brennstoffzellen benötigen hohe Temperaturen über 700°C, bei denen sie betrieben werden.
Bei der steigenden Anzahl an Brennstoffzellen-Fahrzeugen wird eine steigende Anzahl an Ladesäulen, an strategisch günstigen Punkten, wie zum Beispiel einem Supermarktparkplatz, benötigt. Allerdings sind die elektrischen Netze nicht für derartige Leistungen ausgelegt. Alternativ besteht die Möglichkeit, eine Fest- oxidbrennstoffzelle zur Erzeugung des elektrischen Stroms in den Ladesäulen anzuordnen, deren Brennstoff über ein Gasnetz, insbesondere für Erdgas, bereit gestellt werden kann, da die Kapazität des Gasnetzes für den Energietransport ausreicht. Diese Festoxidbrennstoffzelle produziert eine große Menge an Abwärme.
In der KR 100963529 B1 wird eine Ladestation mit Batterieladegerät und Steuerungsverfahren beschrieben, die die Zyklen des Ein- und Ausschaltens einer Brennstoffzelle während des Ladens mehrerer Elektrofahrzeuge minimiert. Die CN 104 393 626 A1 offenbart eine Ladestation, die mit einer Fest-oxid-Brenn- stoffzelle betrieben wird. Ein System aus mehreren parallel geschalteten Brennstoffzellen für die Versorgung einer elektrischen Last ist aus der JP 2005 019 182 A bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereit zu stellen, um den Energieverlust, der durch das Aufheizen der Festoxidbrennstoffzelle in einer Ladestation entsteht, durch Zusammenschalten mehrerer Ladesäulen zu minimieren. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine Ladesäule für ein Ladesäulensystem zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Ladesäule mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens zwei Ladesäulen mit einer Festoxidbrennstoffzelle in einem Ladesäulensystem verwendet werden, wobei die Festoxidbrennstoffzellen mit den Hochvoltbatte- rien elektrisch verbindbar oder elektrisch verbunden sind, und wobei der Ladezustand einer ersten Ladesäule geprüft wird, die Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule aufgeladen wird sobald der Ladezustand unter einen ersten Grenzwert gesunken ist, und die Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule mittels einer zweiten Ladesäule aufgeladen wird, wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie unter einen zweiten Grenzwert gesunken ist. Der Energieverlust durch das häufige Aufheizen der als Festoxidbrennstoffzelle gebildeten Hochtemperaturbrennstoffzelle in der jeweiligen Ladesäule kann durch ein intelligentes elektrisches Zusammenschalten mehrerer solcher Ladesäulen minimiert werden, wodurch der Wirkungsgrad der verwendeten Brennstoffzellen gesteigert ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der von der zweiten Ladesäule bereitgestellte elektrische Strom von der Festoxidbrennstoffzelle der zweiten Ladesäule erzeugt wird. Als Voraussetzung hierfür kann vorgesehen sein, dass die Temperatur der Festoxidbrennstoffzelle der zweiten Ladesäule eine Mindesttemperatur besitzt, wobei andernfalls auch ein Laden über die Hochvoltbatterie der zweiten Ladesäule erfolgt. Dadurch wird die Ladeenergie einer Ladesäule bei ungleicher Nutzungsverteilung erhöht, da die Festoxidbrennstoffzelle nicht extra erwärmt werden muss.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn mehr als zwei der Ladesäulen im Ladesäulensystem vorhanden sind, und wenn die Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule mit dem elektrischen Strom der Festoxidbrennstoffzelle derjenigen Ladesäule versorgt wird, bei der die wenigstens eine Festoxidbrennstoffzelle in Betrieb ist und eine vorgegebene Mindesttemperatur aufweist. Dadurch ist eine Auswahl einer bereits „warmen“ Festoxidbrennstoffzelle möglich, wodurch Verluste für das Heizen der „kälteren“ Festoxidbrennstoffzelle gemieden werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn mehr als zwei der Ladesäulen im Ladesäulensystem vorhanden sind, wenn die Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule in einem Ruhezustand vollständig durch die Festoxidbrennstoffzelle der ersten Ladesäule geladen wird, wenn anschließend diejenige Ladesäule des Ladesäulensystems identifiziert wird, deren Hochvoltbatterie den geringsten Ladezustand aufweist, und wenn diese Hochvoltbatterie mit dem von der wenigstens einen Festoxidbrennstoffzelle erzeugten elektrischen Strom der ersten Ladesäule aufgeladen wird, wodurch das gesamte Ladesäulensystem wirtschaftlicher genutzt werden kann.
Es ist weiterhin sinnvoll, wenn die wenigstens eine Festoxidbrennstoffzelle der ersten Ladesäule abgeschaltet wird, wenn festgestellt wird, dass die Hochvoltbatterien aller weiteren Ladesäulen des Ladesäulensystems einen Ladezustand aufweisen, der den ersten Grenzwert erreicht oder überschritten hat, wodurch ungleiche Ladezustände ausgeglichen werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn im Falle des Unterschreitens des ersten Grenzwerts bei der ersten Ladesäule, diejenige Ladesäule identifiziert wird, deren Hochvoltbatterie als nächstes den ersten Grenzwert erreicht oder überschreitet, und wenn die elektrische Leistung der Festoxidbrennstoffzelle dieser Ladesäule zum Nachladen der ersten Ladesäule verwendet wird. Es ist allerdings auch möglich, dass diese Ladesäule zuerst vollgeladen und anschließend die erste Ladesäule mit einem geringeren Ladezustand geladen wird. Eine gute Wärmenutzung der Festoxidbrennstoffzelle ist dadurch möglich, da Start- und Auf- wärmverluste minimiert werden.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass im Falle des Unterschreitens des ersten Grenzwerts bei der ersten Ladesäule und bei abgeschalteter Festoxidbrennstoffzelle aller weiteren Ladesäulen, diejenige Ladesäule identifiziert wird, deren Festoxidbrennstoffzelle am wärmsten ist, wonach diese Festoxidbrennstoffzelle zuerst eingeschaltet und für das Nachladen der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule genutzt wird. Durch das Einsetzen der wärmsten Festoxidbrennstoff- zelle für das Aufladen der Hochvoltbatterie kann ein häufiges Erwärmen aller Festoxidbrennstoffzellen vermieden werden, was sich durch eine längere Lebensdauer und geringeren Investitionskosten für das Ladesäulensystem auszeichnet.
Sinnvoll ist es weiterhin, wenn der erste Grenzwert in einem Bereich von 60 bis 80 Prozent einer Gesamtbatteriekapazität liegt. Auf diese Weise muss die Ladesäule also nicht sofort oder permanent nachgeladen werden. Dies kann aufgrund der benötigten Aufheizenergie für die Festoxidbrennstoffzelle von Vorteil sein, da sie erst dann ein (verspätetes) Nachladen bewirkt, wenn sie eine wirkungsgradoptimierte Betriebstemperatur besitzt.
Es ist weiterhin für ein betriebssicheres Laden eines Verbrauchers vorteilhaft, wenn der zweite Grenzwert in einem Bereich von 40 bis 50 Prozent einer Gesamtbatteriekapazität liegt. Es ist aus Sicherheitsgründen und der Vermeidung einer Tiefenentladung der Hochvoltbatterie sinnvoll, wenn ein dritter Grenzwert vorgegeben wird, der in einem Bereich von 15 bis 20 Prozent der Gesamtbatteriekapazität liegt.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Ladesäule vorgeschlagen, umfassend eine Hochvoltbatterie und wenigstens eine über einen Gleichspannungswandler verbundene oder verbindbare Festoxidbrennstoffzelle, wobei die Hochvoltbatterie und/oder die Festoxidbrennstoffzelle über einen Wandler mit einer Schnittstelle verbunden oder verbindbar sind, um einen batterieelektrisch betriebenen Verbraucher anzuschließen und nachzuladen. Die Ladesäule zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass batterieseitig des Gleichspannungswandlers eine weitere elektrische Schnittstelle zur elektrischen Anbindung einer weiteren Ladesäule vorliegt, dass in einer zur weiteren elektrischen Schnittstelle verlaufenden Verbindung ein erster Schalter zur elektrischen Anbindung oder zur elektrischen Trennung der weiteren Ladesäule eingebunden ist, und dass batterieseitig ein zweiter Schalter zur elektrischen Anbindung oder zur elektrischen Trennung der Hochvoltbatterie von der zur weiteren elektrischen Schnittstelle verlaufenden Verbindung. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine noch aktive oder eine Mindesttemperatur besitzende Brennstoffzelle zum Laden einer Hochvoltbatterie einer anderen Ladesäule verwendet werden kann, wodurch Aufheizverluste reduziert werden. Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile, Ausgestaltungen und Wirkungen gelten in gleichem Maße für die erfindungsgemäße Ladesäule.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein schematischer Betrieb eines Ladesäulensystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ladesäule für das Ladesäulensystem, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des aus mehreren Ladesäulen gebildete Ladesäulensystems.
Die Figur 1 zeigt einen schematischen Ablauf des Verfahrens zur Steuerung eines Ladesäulensystems 10, wobei zuerst der Ladezustand einer Hochvoltbat- terie 12 einer ersten Ladesäule 8 geprüft wird (S100). Wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie 12 der ersten Ladesäule 8 unter einen ersten Grenzwert, der sich beispielsweise in einem Bereich von 60 bis 80 Prozent einer Gesamtbatteriekapazität befindet, gesunken ist (S200), wird die Hochvoltbatterie 12 durch eine Festoxidbrennstoffzelle 1 der ersten Ladesäule 8 aufgeladen (S300). Gegebenenfalls wird auch die Batterie eines an die erste Ladesäule 8 angeschlossenen Verbrauchers 13 ebenfalls mit aufgeladen. Alternativ besteht im Falle des Unterschreitens des ersten Grenzwerts durch die Hochvoltbatterie 12 der ersten Ladesäule 8 die Möglichkeit der Prüfung, ob weitere Hochvoltbatterien von anderen Ladesäulen ggf. voll oder annähernd vollgeladen sind, und ob die Festoxidbrennstoffzelle einer der anderen Ladesäulen für ein Nachladen der ersten Säule zur Verfügung steht, die noch „warm“ ist und deshalb mit einem besseren Wirkungsgrad das Nachladen bewirken kann.
Wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie 12 unter einen zweiten Grenzwert, der sich beispielsweise in einem Bereich von 40 bis 50 Prozent der Gesamtbatteriekapazität liegt, gesunken ist (S400), wird die Hochvoltbatterie 12 der ersten Ladesäule 8 mittels eines von einerzweiten Ladesäule 9 bereitgestellten elektrischen Stroms aufgeladen (S500). Der bereitgestellte elektrische Strom wird durch die Festoxidbrennstoffzelle 2 von der zweiten Ladesäule 9 bereitgestellt. Wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie 12 unter einen dritten Grenzwert, der sich beispielsweise in einem Bereich von 15 bis 20 Prozent der Gesamtbatteriekapazität liegt, gesunken ist (S600), wird die Hochvoltbatterie 12 der ersten Ladesäule 8 mittels Festoxidbrennstoffzellen von mehreren anderen Ladesäulen aufgeladen (S700).
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Ladesäule 8 für ein batterieelektrisch betreibbares Kraftfahrzeug 13, wobei auch ein Hybrid-Fahrzeug in diese Definition eingeschlossen sein soll. Alle weiteren Ladesäulen des Ladesäulensystems 10 weisen vorzugswiese einen identischen Aufbau auf. Die Ladesäule 8 enthält eine Festoxidbrennstoffzelle 1 , die unter Nutzung eines Brennstoffes 14, beispielsweise aus einem Erdgasnetz bereit gestelltes Erdgas, elektrischen Strom für die Ladung der Hochvoltbatterie 12 und/oder der Batterie eines Verbrauchers 13 (z.B. eines Elektro-Kraftfahrzeugs) generiert. In der Ladesäule 8 ist die Hochvoltbatterie 12 über einen Gleichspannungswandler 18 mit der Festoxidbrennstoffzelle 1 elektrisch verbunden, wobei die Hochvoltbatterie 12 und/oder die Festoxidbrennstoffzelle 1 über einen Wandler 3 mit einer Schnittstelle 4 verbunden oder verbindbar ist. Batterieseitig des Gleichspannungswandlers 18 liegt eine weitere elektrische Schnittstelle 5 zur elektrischen Anbindung einer weiteren Ladesäule 9 des Ladesäulensystems 10 vor, wobei in einer zur weiteren elektrischen Schnittstelle 5 verlaufenden Verbindung ein erster Schalter 6 zur elektrischen Anbindung oder zur elektrischen Trennung der weiteren Ladesäule 9 eingebunden ist. Batterieseitig liegt außerdem ein zweiter Schalter 7 zur elektrischen Anbindung oder zur elektrischen Trennung der Hochvoltbatterie 12 von der zur weiteren elektrischen Schnittstelle 5 verlaufenden Verbindung vor, um die Hochvoltbatterie selektiv mit der weiteren, zwei- ten Ladesäule 9 oder mit ihrer eigenen Festoxidbrennstoffzelle 1 elektrisch zu koppeln.
Die Figur 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Ladesäulensystems 10. Wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie 12 der ersten Ladesäule 8 unter einen ersten Grenzwert sinkt, wird die Hochvoltbatterie 12 von der Festoxid- brennstoffzelle 1 der ersten Ladesäule 8 geladen. Wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie 12 der ersten Ladesäule 8 unter einen zweiten Grenzwert sinkt, der unterhalb des ersten Grenzwerts liegt, wird die Hochvoltbatterie 12 der ersten Ladesäule 8 mittels einer Festoxidbrennstoffzelle 2 der zweiten Ladesäule 9 mit elektrischem Strom aufgeladen. Dabei wird die erste Ladesäule 8 von derjenigen Ladesäule elektrisch versorgt, bei der wenigstens eine Festoxidbrennstoffzelle 2 in Betrieb ist und/oder eine vorgegebene Mindesttemperatur aufweist, damit Aufheizverluste vermieden werden können.
BEZUGSZEICHENLISTE: Festoxidbrennstoffzelle zweite Festoxidbrennstoffzelle Wandler (DC/DC - Wandler) erste Schnittstelle zweite Schnittstelle erster Schalter zweiter Schalter erste Ladesäule zweite Ladesäule Ladesäulensystem Thermokompressor Hochvoltbatterie Kraftfahrzeug Brennstoff/Erdgas Luft Ladestrom Thermische Isolierung Gleichspannungswandler (DC/DC - Wandler)

Claims

ANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Steuerung eines Ladesäulensystems (10) aus mindestens zwei Ladesäulen (8, 9), die jeweils mit wenigstens einer Festoxidbrenn- stoffzelle (1 ) sowie mit einer elektrisch mit der Festoxidbrennstoffzelle (1 ) elektrisch verbindbaren oder elektrisch verbundenen Hochvoltbatterie (12) ausgerüstet sind, wobei die Ladesäulen (8, 9) eingerichtet sind, über einen Wandler (3) einen elektrischen Ladestrom (16) an einer Schnittstelle (4) zum Anschluss eines batterieelektrisch betriebenen Verbrauchers bereitzustellen, umfassend die Schritte:
Prüfen des Ladezustands der Hochvoltbatterie (12) einer ersten Ladesäule (8), durch welche die elektrische Energie zum Aufladen des Verbrauchers über die Schnittstelle (4) bereitgestellt wird,
Aufladen der Hochvoltbatterie (12) der ersten Ladesäule (8), und ggfs. des Verbrauchers, durch einen stromerzeugenden Betrieb der Festoxidbrennstoffzelle (1 ) der ersten Ladesäule (8), wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie (12) der ersten Ladesäule (8) unter einen ersten Grenzwert gesunken ist, und
Aufladen der Hochvoltbatterie (12) der ersten Ladesäule (8) mittels eines von einer zweiten Ladesäule (9) bereitgestellten elektrischen Stroms, wenn der Ladezustand der Hochvoltbatterie (12) unter einen zweiten Grenzwert gesunken ist, der unterhalb des ersten Grenzwerts liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der von der zweiten Ladesäule (9) bereitgestellte elektrische Strom von der wenigstens einen Festoxidbrennstoffzelle (2) der zweiten Ladesäule (9) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei der Ladesäulen im Ladesäulensystem (10) vorhanden sind, und dass die Hochvoltbatterie (12) der ersten Ladesäule (8) mit dem elektrischen Strom der Festoxidbrennstoffzelle derjenigen Ladesäule versorgt wird, bei der die wenigstens eine Festoxidbrennstoffzelle in Betrieb ist und eine vorgegebene Mindesttemperatur aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei der Ladesäulen im Ladesäulensystem (10) vorhanden sind, dass die Hochvoltbatterie (12) der ersten Ladesäule (8) in einem Ruhezustand vollständig durch die Festoxidbrennstoffzelle (1 ) der ersten Ladesäule (8) geladen wird, dass anschließend diejenige Ladesäule des Ladesäulensystems (10) identifiziert wird, deren Hochvoltbatterie den geringsten Ladezustand aufweist, und dass diese Hochvoltbatterie mit dem von der wenigstens einen Festoxidbrennstoffzelle erzeugten elektrischen Strom der ersten Ladesäule (8) aufgeladen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Festoxidbrennstoffzelle (1 ) der ersten Ladesäule (8) abgeschaltet wird, wenn festgestellt wird, dass die Hochvoltbatterien aller weiteren Ladesäulen des Ladesäulensystems (10) einen Ladezustand aufweisen, der den ersten Grenzwert erreicht oder überschritten hat. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Unterschreitens des ersten Grenzwerts bei der ersten Ladesäule (8), diejenige Ladesäule identifiziert wird, deren Hochvoltbatterie als nächstes den ersten Grenzwert erreicht oder überschreitet, und dass die elektrische Leistung der Festoxidbrennstoffzelle dieser Ladesäule zum Nachladen der ersten Ladesäule (8) verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Unterschreitens des ersten Grenzwerts bei der ersten Ladesäule (8) und bei abgeschalteter Festoxidbrennstoffzelle aller weiteren Ladesäulen, diejenige Ladesäule identifiziert wird, deren Festoxidbrennstoffzelle am wärmsten ist, wonach diese Festoxidbrennstoffzelle zuerst eingeschaltet und für das Nachladen der Hochvoltbatterie der ersten Ladesäule genutzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwert in einem Bereich von 60 bis 80 Prozent einer Gesamtbatteriekapazität liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Grenzwert in einem Bereich von 40 bis 50 Prozent einer Gesamtbatteriekapazität liegt. Ladesäule zur Nutzung in einem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichteten Ladesäulensystem (10), umfassend eine Hochvoltbatterie (12) und wenigstens eine über einen Gleichspannungswandler (3) verbundene oder verbindbare Festoxidbrennstoff- zelle (1 ), wobei die Hochvoltbatterie (12) und/oder die Festoxidbrennstoff- zelle (1 ) über einen Wandler (3) mit einer Schnittstelle (4) verbunden oder verbindbar sind, um einen batterieelektrisch betriebenen Verbraucher anzuschließen und nachzuladen, dadurch gekennzeichnet, dass batterieseitig des Gleichspannungswandlers (3) eine weitere elektrische Schnittstelle (4) zur elektrischen Anbindung einer weiteren Ladesäule (9) vorliegt, dass in einer zur weiteren elektrischen Schnittstelle (5) verlaufenden Verbindung ein erster Schalter (6) zur elektrischen Anbindung oder zur elektrischen Trennung der weiteren Ladesäule (9) eingebunden ist, und dass batterieseitig ein zweiter Schalter (7) zur elektrischen Anbindung oder zur elektrischen Trennung der Hochvoltbatterie (12) von der zur weiteren elektrischen Schnittstelle (5) verlaufenden Verbindung vorliegt.
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